KR20230134045A - Wood-derived water-soluble prebiotics and preparing method thereof - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 및 이의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to wood-derived water-soluble prebiotics and a method for producing the same.
장내 미생물도 우리가 섭취하는 식품을 이용하여 성장하므로 섭취하는 음식물이 장에 존재하는 미생물의 종류를 변화시킬 수 있다. 그중에서도 식이섬유, 올리고당, 흡수되지 않은 당류 등이 장내 미생물의 성장에 영향을 준다. 이와 같이 인체에 유익한 장내 미생물의 성장을 도와주는 성분이 프리바이오틱스이다. 프리바이오틱스는 소장에서 소화가 되지 않으며, 대장으로 이동하여 유산균과 같은 박테리아의 성장이나 활성을 선택적으로 높여 인체의 건강을 증진시킨다.Intestinal microorganisms also grow using the food we eat, so the food we eat can change the types of microorganisms present in the intestines. Among them, dietary fiber, oligosaccharides, and unabsorbed sugars affect the growth of intestinal microorganisms. Prebiotics are ingredients that help the growth of intestinal microorganisms that are beneficial to the human body. Prebiotics are not digested in the small intestine and move to the large intestine, where they selectively increase the growth or activity of bacteria such as lactic acid bacteria, thereby improving human health.
프리바이오틱스는 올리고당이 인체의 장에 존재하는 유산균을 선택적으로 증가시킨다는 것이 알려지면서부터 언급되기 시작했다. 올리고당은 대장에서 유산균을 선택적으로 성장시키고 장내 유해균의 성장은 막아주는 작용을 한다. 모유를 먹고 자란 아이들이 면역력이 뛰어난 이유가 바로 모유 속의 올리고당 덕분이다. 유산균은 식품 발효에 관여하면서 장내 염증성 질병, 설사, 변비 등을 예방하며, 혈액 내 콜레스테롤을 감소시키고, 장내 유해균의 성장을 억제하는 등 우리 몸에 유익한 작용을 한다. 그러므로 프리바이오틱스를 섭취해 유산균의 성장을 증진시키는 것은 장 건강뿐만 아니라 전체적인 건강을 유지하는 방법이 될 수 있다.Prebiotics began to be mentioned when it was known that oligosaccharides selectively increase lactic acid bacteria present in the human intestine. Oligosaccharides selectively grow lactic acid bacteria in the large intestine and prevent the growth of harmful bacteria in the intestines. The reason why children raised on breast milk have excellent immunity is because of the oligosaccharides in breast milk. Lactic acid bacteria are involved in food fermentation and have beneficial effects on our body, such as preventing intestinal inflammatory diseases, diarrhea, and constipation, reducing cholesterol in the blood, and inhibiting the growth of harmful bacteria in the intestines. Therefore, consuming prebiotics to enhance the growth of lactic acid bacteria can be a way to maintain not only intestinal health but also overall health.
종래 리그노셀룰로스 바이오매스로부터 구조적 탄수화물을 추출하기 위하여 많은 방법이 시도되어 왔지만, 리그노셀룰로오스 바이오매스는 식물 세포벽이 단단하고 조밀한 구조를 갖기 때문에 분해가 어렵다는 문제점이 있다.Conventionally, many methods have been attempted to extract structural carbohydrates from lignocellulosic biomass, but lignocellulosic biomass has the problem of being difficult to decompose because plant cell walls have a hard and dense structure.
이러한 문제점을 해결하기 위해 효소, 산 추출법, 이산화황 처리법 등을 이용하여 당을 추출하기 위한 시도가 있었으나, 수율이 낮거나, 높은 비용을 필요로 하며, 추출물에 독성물질이 남아 있는 문제점이 여전히 남아 있다.To solve this problem, attempts have been made to extract sugar using enzymes, acid extraction, sulfur dioxide treatment, etc., but problems such as low yield, high cost, and toxic substances remaining in the extract still remain. .
따라서 리그노셀룰로스 바이오매스인 목질 원료로부터 프리바이오틱스를 추출하기 위한 최적의 처리방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.Therefore, research is needed on the optimal processing method for extracting prebiotics from woody raw materials such as lignocellulosic biomass.
본 발명은 리그노셀룰로스 바이오매스인 목재로부터 수용성 프리바이오틱스를 추출하기 위한 최적의 처리방법을 제공하며, 상기 목재 유래 수용성 프리바이오틱스를 유효성분으로 함유하는 조성물을 장내 유익균 증진용 조성물로 제공하고자 한다. The present invention provides an optimal processing method for extracting water-soluble prebiotics from wood, which is lignocellulosic biomass, and aims to provide a composition containing the wood-derived water-soluble prebiotics as an active ingredient as a composition for promoting beneficial intestinal bacteria. do.
본 발명은 목재 칩을 고온 증기 처리하는 단계; The present invention includes the steps of treating wood chips with high temperature steam;
상기 고온 증기 처리된 목재 칩을 열수 추출하는 단계;extracting the high-temperature steam-treated wood chips with hot water;
상기 열수추출물을 활성탄을 이용하여 정제하는 단계 ; 및Purifying the hot water extract using activated carbon; and
상기 정제된 열수추출물을 분획하는 단계; 를 포함하는 목재 유래 수용성 프리바이오틱스(prebiotics) 제조방법을 제공한다.Fractionating the purified hot water extract; It provides a method for manufacturing wood-derived water-soluble prebiotics comprising.
본 발명은 상기 제조방법으로 수득된 목재 유래 수용성 프리바이오틱스를 제공한다.The present invention provides water-soluble prebiotics derived from wood obtained by the above production method.
또한, 본 발명은 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 프리바이오틱스를 유효성분으로 함유하는 장내 유익균 증식용 건강식품을 제공한다.In addition, the present invention provides a health food for the growth of beneficial intestinal bacteria containing wood-derived water-soluble prebiotics prebiotics as an active ingredient.
본 발명에 따르면, 반응 표면 분석을 통하여 고온 증기 처리된 소나무 칩으로부터 최적의 열수 추출 조건을 도출하고, 기 열수추출물의 정제를 통하여 우수한 총 당 함량과 색상을 나타내고, 상기 열수추출물의 유기용매 분획을 통하여 우수한 수율을 나타내는 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 제조방법을 확인하였으며, 상기 제조방법으로 수득된 목재 유래 수용성 프리바이오틱스는 장내 유익균의 증식을 향상시키는 것으로 확인됨에 따라, 목재 유래 수용성 프리바이오틱스를 유효성분으로 함유하는 조성물은 장내 유익균 증식용 건강식품으로 제공될 수 있다.According to the present invention, optimal hot water extraction conditions are derived from high-temperature steam-treated pine chips through response surface analysis, excellent total sugar content and color are obtained through purification of the hot water extract, and organic solvent fraction of the hot water extract is extracted. A method for producing water-soluble prebiotics derived from wood was confirmed, showing excellent yield. As the water-soluble prebiotics derived from wood obtained through the above production method were confirmed to improve the growth of beneficial intestinal bacteria, water-soluble prebiotics derived from wood were found to be effective. The composition containing it as an ingredient can be provided as a health food for the growth of beneficial intestinal bacteria.
도 1은 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획 수율에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 2는 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 바실러스 코아귤런스 (Bacillus coagulans) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 3은 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis subsp. inaquosorum) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 4는 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 5는 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 6은 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 엔테로코커스 패시움 (Enterococcus faecium) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 7은 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 락토바실러스 아시도필루스 (Lactobacillus acidophilus) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 8은 고온 증기 처리된 소나무 칩에서 유래된 액체 분획의 락토바실러스 델브루케이 아균 불가리쿠스 (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus) 프리바이오틱스 활성에 대한 엄격 계수(Ro)의 영향을 확인한 결과이다.
도 9는 중심 합성 설계 (run 17 조건)에 따라 추출된 액체 분획을 확인한 결과이다.
도 10은 각 실험설계 조건에 따라 확인된 실제값(actual value)과 2차 회귀식에 각 실험설계 조건을 대입하여 계산된 예측값(predicted value)을 시계열도를 통하여 나타낸 결과이다.
도 11은 고온 증기 처리된 소나무로부터 수용성 프리바이오틱스 추출을 위해 추출 온도 (X1), 추출 시간(X2) 및 추출 액비 (X3)가 탄수화물 함량(Y1)에 미치는 영향을 확인한 3차원 반응표면 그래프 결과이다.
도 12는 고온 증기 처리된 소나무로부터 수용성 프리바이오틱스 추출을 위해 추출 온도 (X1), 추출 시간(X2) 및 추출 액비 (X3)가 프리바이오틱 활성(Y2)에 미치는 영향을 확인한 3차원 반응표면 그래프 결과이다.
도 13은 고온 증기 처리된 소나무 칩으로부터 프리바이오틱스 활성에 효과적인 수용성 프리바이오틱스 추출을 위한 최적 조건을 확인한 결과이다.
도 14는 활성탄의 입자크기 및 정제시간에 따른 수용성 프리바이오틱스의 총 당 함량을 측정한 결과이다.
도 15는 활성탄의 입자크기 및 정제시간에 따른 수용성 프리바이오틱스의 색상의 밝기, 색차기로 측정한 결과이다.
도 16은 유기용제 침전 전 액상 시료 무게(g) 대비 동결건조 후 회수된 분말 시료 무게(g)를 측정하여 수용성 프리바이오틱스의 회수율을 확인한 결과이다.
도 17은 수용성 프리바이오틱스의 페놀 화합물 함량에 대한 용매의 영향을 확인한 결과이다.
도 18은 에탄올 수용액, 메탄올 수용액 및 에틸아세테이드 분획 내 수용성 프리바이오틱스에 대한 가스 크로마토그램(GC) 분석 결과이다.
도 19는 에탄올 수용액, 메탄올 수용액 및 에틸아세테이드 분획 내 수용성 프리바이오틱스에 대한 HPAEC-PAD 크로마토그램 분석 결과이다.
도 20은 수용성 프리바이오틱스의 프리바이오틱스 활성에 대한 용매의 영향을 확인한 결과이다.
도 21은 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 제조 과정을 나타낸 모식도이다.Figure 1 shows the results of confirming the effect of the stringency coefficient (Ro) on the yield of the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 2 shows the results of confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the Bacillus coagulans prebiotic activity of the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 3 shows the results of confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the prebiotic activity of Bacillus subtilis subsp. inaquosorum in the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 4 shows the results confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the prebiotic activity of Bacillus amyloliquefaciens in the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 5 shows the results of confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the Enterococcus faecalis prebiotic activity of the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 6 shows the results confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the Enterococcus faecium prebiotic activity of the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 7 shows the results of confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the prebiotic activity of Lactobacillus acidophilus in the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 8 shows the results of confirming the effect of stringency coefficient (Ro) on the prebiotic activity of Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus in the liquid fraction derived from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 9 shows the results of confirming the liquid fraction extracted according to the central synthesis design (run 17 conditions).
Figure 10 shows the results of the actual value confirmed according to each experimental design condition and the predicted value calculated by substituting each experimental design condition into the quadratic regression equation through a time series diagram.
Figure 11 is a three-dimensional diagram confirming the effect of extraction temperature ( This is the result of the response surface graph.
Figure 12 confirms the effect of extraction temperature ( This is the result of a 3D response surface graph.
Figure 13 shows the results of confirming the optimal conditions for extracting water-soluble prebiotics effective for prebiotic activity from high-temperature steam-treated pine chips.
Figure 14 shows the results of measuring the total sugar content of water-soluble prebiotics according to the particle size and purification time of activated carbon.
Figure 15 shows the results of measuring the brightness and color difference of the color of water-soluble prebiotics according to the particle size and purification time of activated carbon.
Figure 16 shows the results of confirming the recovery rate of water-soluble prebiotics by measuring the weight (g) of the powder sample recovered after freeze-drying compared to the weight (g) of the liquid sample before organic solvent precipitation.
Figure 17 shows the results of confirming the effect of solvent on the phenol compound content of water-soluble prebiotics.
Figure 18 shows gas chromatogram (GC) analysis results for water-soluble prebiotics in ethanol aqueous solution, methanol aqueous solution, and ethyl acetate fractions.
Figure 19 shows the results of HPAEC-PAD chromatogram analysis of water-soluble prebiotics in ethanol aqueous solution, methanol aqueous solution, and ethyl acetate fractions.
Figure 20 shows the results of confirming the effect of solvent on the prebiotic activity of water-soluble prebiotics.
Figure 21 is a schematic diagram showing the manufacturing process of wood-derived water-soluble prebiotics.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.
본 발명의 발명자들은 반응 표면 분석을 통하여 고온 증기 처리된 소나무 칩으로부터 최적의 열수 추출 조건을 도출하고, 상기 열수추출물의 유기용매 분획을 통하여 우수한 수율을 나타내는 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 제조방법을 확인하였으며, 상기 제조방법으로 수득된 목재 유래 수용성 프리바이오틱스는 장내 유익균의 향상된 증식 효과를 확인함에 따라 본 발명을 완성하였다.The inventors of the present invention derived optimal hot water extraction conditions from high-temperature steam-treated pine chips through response surface analysis, and confirmed a method for producing wood-derived water-soluble prebiotics with excellent yield through organic solvent fractionation of the hot water extract. , the present invention was completed by confirming that the wood-derived water-soluble prebiotics obtained by the above production method had an improved proliferation effect of beneficial intestinal bacteria.
본 발명은 목재 칩을 고온 증기 처리하는 단계; 상기 고온 증기 처리된 목재 칩을 열수 추출하는 단계; 상기 열수추출물을 활성탄을 이용하여 정제하는 단계 ; 및 상기 정제된 열수추출물을 분획하는 단계; 를 포함하는 목재 유래 수용성 프리바이오틱스(prebiotics) 제조방법을 제공할 수 있다.The present invention includes the steps of treating wood chips with high temperature steam; extracting the high-temperature steam-treated wood chips with hot water; Purifying the hot water extract using activated carbon; And fractionating the purified hot water extract; A method for producing water-soluble prebiotics derived from wood containing a can be provided.
상기 목재는 소나무, 참나무, 편백나무, 상수리나무, 갈참나무, 졸참나무, 신갈나무, 굴참나무 및 떡갈나무로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나일 수 있다.The wood may be any one selected from the group consisting of pine tree, oak tree, cypress tree, oak tree, oak tree, Japanese oak tree, Quercus tree, Quercus tree and oak tree.
상기 목재 칩을 고온 증기 처리하는 단계는 180 내지 220℃로 0.4 내지 5분간 고온 증기 처리하는 것일 수 있다.The step of treating the wood chips with high temperature steam may be high temperature steam treatment at 180 to 220°C for 0.4 to 5 minutes.
상기 목재 칩을 고온 증기 처리하는 단계는 엄격계수 (severity factor; log Ro)가 3.1 내지 5.0 인 것일 수 있다.The step of treating the wood chips with high temperature steam may have a severity factor (log Ro) of 3.1 to 5.0.
상기 고온 증기 처리된 목재 칩을 열수 추출하는 단계는 70 내지 90℃에서 목재 칩과 물을 1 : 40 내지 60 (w/v)의 액비로 200 내지 250 분간 열수 추출하는 것일 수 있다.The step of hydrothermal extraction of the high-temperature steam-treated wood chips may be hydrothermal extraction of wood chips and water at 70 to 90° C. for 200 to 250 minutes at a liquid ratio of 1:40 to 60 (w/v).
상기 열수추출물을 활성탄을 이용하여 정제하는 단계는 20~60 mesh 또는 20~40 mesh 크기의 그래뉼라 타입의 활성탄을 이용하여 20분 내지 90분 또는 20분 내지 40분 동안 정제 반응을 수행할 수 있다.In the step of purifying the hot water extract using activated carbon, the purification reaction can be performed for 20 to 90 minutes or 20 to 40 minutes using granular-type activated carbon with a size of 20 to 60 mesh or 20 to 40 mesh. .
상기와 같이 그래뉼라 타입의 활성탄을 이용하는 경우, 제조된 프리바이오틱스의 총 당 함량과 색상을 향상시킬 수 있다. When granular type activated carbon is used as described above, the total sugar content and color of the manufactured prebiotics can be improved.
상기 열수추출물을 분획하는 단계는 에탄올 수용액 또는 에틸아세테이트로 분획하여 프리바이오틱스를 회수하는 것일 수 있다.The step of fractionating the hot water extract may be fractionation with an ethanol aqueous solution or ethyl acetate to recover prebiotics.
상기 프리바이오틱스(prebiotics)는 프로바이오틱스(probiotics)의 생장을 활성시키는 것일 수 있다.The prebiotics may activate the growth of probiotics.
상기 프로바이오틱스는 바실러스 코아귤런스 (Bacillus coagulans), 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis subsp. inaquosorum), 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens), 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis), 엔테로코커스 패시움 (Enterococcus faecium), 락토바실러스 아시도필루스 (Lactobacillus acidophilus) 및 락토바실러스 델브루케이 아균 불가리쿠스 (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The probiotics include Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, and Enterococcus faecium. faecium), Lactobacillus acidophilus, and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.
본 발명은 상기 제조방법으로 수득된 목재 유래 수용성 프리바이오틱스를 제공할 수 있다.The present invention can provide water-soluble prebiotics derived from wood obtained by the above production method.
또한, 본 발명은 상기 프리바이오틱스를 유효성분으로 함유하는 장내 유익균 증식용 건강식품을 제공할 수 있다.In addition, the present invention can provide a health food for the growth of beneficial intestinal bacteria containing the above prebiotics as an active ingredient.
상기 장내 유익균은 바실러스 코아귤런스 (Bacillus coagulans), 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis subsp. inaquosorum), 바실러스 아밀로리퀴페시언스 (Bacillus amyloliquefaciens), 엔테로코커스 패칼리스 (Enterococcus faecalis), 엔테로코커스 패시움 (Enterococcus faecium), 락토바실러스 아시도필루스 (Lactobacillus acidophilus) 및 락토바실러스 델브루케이 아균 불가리쿠스 (Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus)로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.The beneficial intestinal bacteria include Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, and Enterococcus faecium ( Enterococcus faecium), Lactobacillus acidophilus, and Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus.
상기 건강식품은 상기 목재 유래 수용성 프리바이오틱스 이외에 다른 식품 또는 식품 첨가물과 함께 사용되고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효성분의 혼합양은 그의 사용 목적 예를 들어 예방, 건강 또는 치료적 처치에 따라 적합하게 결정될 수 있다.The health food is used together with other foods or food additives in addition to the wood-derived water-soluble prebiotics, and can be used appropriately according to conventional methods. The mixing amount of the active ingredient can be appropriately determined depending on its purpose of use, for example, prevention, health, or therapeutic treatment.
상기 건강식품에 함유된 화합물의 유효용량은 상기 치료제의 유효용량에 준해서 사용할 수 있으나, 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하는 장기간의 섭취의 경우에는 상기 범위 이하일 수 있으며, 유효성분은 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있음은 확실하다.The effective dose of the compound contained in the health food may be used in accordance with the effective dose of the therapeutic agent, but in the case of long-term intake for the purpose of health and hygiene or health control, it may be below the above range, and the effective dose may be less than the above range. Since the ingredient poses no safety issues, it is certain that it can be used in amounts exceeding the above range.
상기 건강식품의 종류에는 특별한 제한이 없고, 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제등을 들 수 있다.There are no particular restrictions on the types of health foods, and examples include meat, sausages, bread, chocolate, candies, snacks, confectionery, pizza, ramen, other noodles, gum, dairy products including ice cream, various soups, beverages, tea, Examples include drinks, alcoholic beverages, and vitamin complexes.
또한, 상기 건강기능식품은 소나무 칩으로부터 분리된 프리바이오틱스를 포함하는 캡슐, 정제, 분말, 액상 현탁액, 환제 및 과립제 등의 제형으로 제조될 수 있다.In addition, the health functional food can be manufactured in dosage forms such as capsules, tablets, powders, liquid suspensions, pills, and granules containing prebiotics isolated from pine chips.
상기 건강기능식품은 유효성분으로서 소나무 칩으로부터 분리된 프리바이오틱스 외에 식품 제조 시에 통상적으로 첨가되는 성분이나 당업계에서 널리 알려진 통상적인 프리바이오틱스를 더 포함시킬 수도 있으며, 구체적으로는 올리고당류(oligosaccharides), 락툴로오스(lactulose), 락티톨(lactitol) 등이 더 포함될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.In addition to prebiotics isolated from pine chips, the health functional food may further include ingredients commonly added during food production or conventional prebiotics widely known in the art as active ingredients, and specifically, oligosaccharides ( Oligosaccharides, lactulose, lactitol, etc. may further be included, but are not limited thereto.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 실시예를 들어 상세하게 설명하기로 한다. 다만 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다. 본 발명의 실시예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples to aid understanding. However, the following examples only illustrate the content of the present invention and the scope of the present invention is not limited to the following examples. Examples of the present invention are provided to more completely explain the present invention to those skilled in the art.
<< 실시예Example 1> 소나무 목질부에 함유된 탄수화물의 수용성 1> Water solubility of carbohydrates contained in pine wood 프리바이오틱스prebiotics 전환을 위한 엄격 계수 (severity factor) 확인 Check severity factor for conversion
1. 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 수율 확인1. Confirmation of yield of liquid fraction obtained from pine chips according to high-temperature steam treatment conditions
엄격 계수 (Severity factor, Ro) 3.1 ~ 5.0 (18조건)으로 각각 처리된 소나무 칩을 추출 온도 60℃, 추출 액비 1/30 (w/v), 추출 시간 2시간으로 추출 후 획득된 액상 분획의 수율을 확인하였다.Pine chips treated with a severity factor (Ro) of 3.1 to 5.0 (18 conditions) were extracted with an extraction temperature of 60°C, an extraction liquid ratio of 1/30 (w/v), and an extraction time of 2 hours. The yield was confirmed.
그 결과, 도 1과 같이 엄격 계수 (Ro) 3.1의 조건에서는 4.9 ~ 11.6%, 엄격 계수 (Ro) 3.5의 조건에서는 9.6 ~ 13.1%, 엄격 계수 (Ro) 4.0의 조건에서는 6.1 ~ 13.0%, 엄격 계수 (Ro) 4.5의 조건에서는 8.4 ~ 12.6%, 엄격 계수 (Ro) 5.0의 조건에서는 8.0% 범위의 수분 함량이 확인되었다. 특히 각 엄격 계수 (Ro) 구간에서 모델링 5 (220℃, 0.4분), 모델링 8 (200℃, 3.5분), 모델링 14 (230℃, 1.5분), 모델링 16 (220℃, 10.0분), 모델링 17 (230℃, 5.0분)에서 높은 수율을 나타내었다.As a result, as shown in Figure 1, under the condition of the strictness coefficient (Ro) 3.1, it is 4.9 to 11.6%, under the condition of the strictness coefficient (Ro) 3.5, it is 9.6 to 13.1%, and under the condition of the strictness coefficient (Ro) 4.0, it is 6.1 to 13.0%, The moisture content was confirmed to be in the range of 8.4 to 12.6% under the condition of coefficient (Ro) 4.5 and 8.0% under the condition of strict coefficient (Ro) 5.0. In particular, in each stringency coefficient (Ro) section, modeling 5 (220℃, 0.4 min), modeling 8 (200℃, 3.5 min), modeling 14 (230℃, 1.5 min), modeling 16 (220℃, 10.0 min), modeling High yield was achieved at 17 (230°C, 5.0 minutes).
일반적으로 목질 원료의 주성분인 cellulose, hemicellulose 및 lignin의 용해 온도에 영향을 받는 것으로 판단되며, 220℃ 이상에서 열분해가 일어난 것이 확인되었다.In general, it is believed to be affected by the dissolution temperature of cellulose, hemicellulose, and lignin, the main components of wood raw materials, and it was confirmed that thermal decomposition occurred above 220℃.
2. 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 탄수화물 조성 확인2. Confirmation of carbohydrate composition of liquid fraction obtained from pine chips according to high-temperature steam treatment conditions
탄수화물 (arabinose, xylose, mannose, galactose 및 glucose)은 대표적인 비전분 다당류로서, 장내 유해 미생물을 부착시켜 체외로 배출시킴과 동시에 유익균의 기질인 프리바이오틱스로 작용하는 기능성 물질로 알려져 있다.Carbohydrates (arabinose, xylose, mannose, galactose, and glucose) are representative non-starch polysaccharides and are known as functional substances that attach harmful microorganisms in the intestines and expel them out of the body, while also acting as prebiotics, which are substrates for beneficial bacteria.
엄격 계수 (Ro) 3.1 ~ 5.0 (18 조건)으로 각각 처리된 소나무 칩을 추출 온도 60 ℃, 추출 액비 1/30 (w/v), 추출 시간 2시간으로 추출 후 획득된 액상 분획의 탄수화물 함량 및 조성을 확인하였다.Carbohydrate content and carbohydrate content of the liquid fraction obtained after extraction of pine chips treated with a stringency coefficient (Ro) of 3.1 to 5.0 (18 conditions) at an extraction temperature of 60°C, an extraction liquid ratio of 1/30 (w/v), and an extraction time of 2 hours. The composition was confirmed.
그 결과, 표 1과 같이 탄수화물 함량은 엄격 계수 (Ro) 3.1의 조건에서는 35.9 ~ 80.2 mg/g, 엄격 계수 (Ro) 3.5의 조건에서는 28.8 ~ 91.4 mg/g, severity factor (Ro) 4.0의 조건에서는 23.1~ 134.5 mg/g, 엄격 계수 (Ro) 4.5의 조건에서는 57.0 ~ 77.2 mg/g, 엄격 계수 (Ro) 5.0의 조건에서는 90.0 mg/g의 탄수화물 함량을 나타냈으며, 모델링 10 (190℃, 20.0분)과 모델링 11 (200℃, 11.5분)에서 130 mg/g의 이상의 높은 탄수화물 함량을 나타내었다.As a result, as shown in Table 1, the carbohydrate content was 35.9 to 80.2 mg/g under the condition of severity factor (Ro) 3.1, 28.8 to 91.4 mg/g under the condition of severity factor (Ro) 3.5, and condition of severity factor (Ro) 4.0. The carbohydrate content was 23.1 to 134.5 mg/g, 57.0 to 77.2 mg/g under the condition of Ro of 4.5, and 90.0 mg/g under the condition of Ro of 5.0. Modeling 10 (190℃, 20.0 minutes) and modeling 11 (200°C, 11.5 minutes) showed a high carbohydrate content of over 130 mg/g.
탄수화물 조성은 엄격 계수 (Ro) 3.1 및 엄격 계수 (Ro) 3.5 조건에서 arabinose의 함량이 높게 나타났고, 엄격 계수 (Ro) 4.0에서 mannose 함량이 높게 나타났다.Regarding the carbohydrate composition, the arabinose content was high under the conditions of stringency coefficient (Ro) 3.1 and Ro 3.5, and the mannose content was high at the stringency coefficient (Ro) 4.0.
3. 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 균주별 3. Strains of liquid fraction obtained from pine chips according to high-temperature steam treatment conditions 프리바이오틱스prebiotics 활성 확인 active check
엄격 계수 (Ro) 3.1 ~ 5.0 (18 조건)으로 각각 처리된 소나무 칩을 추출 온도 60℃, 추출 액비 1/30 (w/v), 추출 시간 2시간으로 추출 후 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인하였다.Prebiotics in the liquid fraction obtained after extracting pine chips treated with a stringency coefficient (Ro) of 3.1 to 5.0 (18 conditions) at an extraction temperature of 60°C, an extraction liquid ratio of 1/30 (w/v), and an extraction time of 2 hours. Activity was confirmed.
도 2와 같이 Bacillus coagulans에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 엄격 계수 (Ro) 3.5의 구간에서 높은 프리바이오틱스 활성을 나타냈고, 모델링 6 (180℃, 3.5분)에서 가장 높은 프리바이오틱스 활성을 나타냈으며, 엄격 계수 (Ro)가 증가함에 따라, 감소하는 경향이 나타나는 것을 확인하였다.As shown in Figure 2, as a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for Bacillus coagulans, high prebiotic activity was shown in the range of stringency coefficient (Ro) 3.5, and modeling 6 ( 180°C, 3.5 minutes) showed the highest prebiotic activity, and as the stringency coefficient (Ro) increased, it was confirmed that it tended to decrease.
도 3과 같이 Bacillus subtilis subsp. inaquosorum에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 모델링 5 (220℃, 0.4분)에서 가장 높은 프리바이오틱스 활성 (67.5%)을 나타냈으며, 엄격 계수 (Ro) 3.1 ~ 4.0의 구간에서는 대조구보다 높은 프리바이오틱스 활성을 나타냈으나, 엄격 계수 (Ro) 4.5 이상의 구간에서는 낮은 프리바이오틱스 활성이 확인되었다.As shown in Figure 3, Bacillus subtilis subsp. As a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for inaquosorum, modeling 5 (220℃, 0.4 minutes) showed the highest prebiotic activity (67.5%), and the stringency coefficient (Ro) 3.1 to 4.0 showed higher prebiotic activity than the control, but low prebiotic activity was confirmed in the stringency coefficient (Ro) 4.5 or higher range.
도 4와 같이 Bacillus amyloliquefaciens에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 엄격 계수 (Ro) 3.1 구간의 모델링 5 (220℃, 0.4분) 가장 높은 활성 (67.6%)을 나타냈었으며, 엄격 계수 (Ro)가 증가함에 따라 프리바이오틱스 활성이 낮아지는 경향을 나타내었다. As shown in Figure 4, as a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for Bacillus amyloliquefaciens, modeling 5 (220°C, 0.4 minutes) in the stringency coefficient (Ro) 3.1 section showed the highest activity ( 67.6%), and as the stringency coefficient (Ro) increased, prebiotic activity tended to decrease.
도 5와 같이 Enterococcus faecalis에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 동일한 엄격 계수 (Ro) 구간에서도 모델링 조건에 따라 상이한 결과를 나타냈으며, 엄격 계수 (Ro) 4.0의 모델링 11 (220℃, 11.5분)에서 가장 높은 프리바이오틱스 활성 (69.1%)이 확인되었다.As shown in Figure 5, as a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for Enterococcus faecalis, different results were shown depending on the modeling conditions even in the same stringency coefficient (Ro) section, and the stringency coefficient ( The highest prebiotic activity (69.1%) was confirmed in modeling 11 (220°C, 11.5 minutes) of Ro) 4.0.
도 6과 같이 Enterococcus faecium에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 엄격 계수 (Ro) 3.5의 구간에서 전체적으로 높은 프리바이오틱스 활성(59.7 ~ 64.8%)을 나타내었다.As shown in Figure 6, as a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for Enterococcus faecium, overall high prebiotic activity (59.7 ~ 64.8%) in the range of stringency coefficient (Ro) 3.5. indicated.
도 7과 같이 Lactobacillus acidophilus에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 엄격 계수 (Ro) 3.5의 모델링 8 (200℃, 3.5분), 모델링 9 (220℃, 1.0분) 및 엄격 계수 (Ro) 4.0의 모델링 10 (190℃, 20.0분)에서 72% 이상을 나타내는 것이 확인되었다.As shown in Figure 7, as a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high temperature steam treatment conditions for Lactobacillus acidophilus, modeling 8 (200°C, 3.5 minutes) and modeling 9 (220) with a stringency coefficient (Ro) of 3.5 ℃, 1.0 min) and modeling 10 (190 ℃, 20.0 min) of stringency coefficient (Ro) 4.0 was confirmed to represent more than 72%.
또한, 도 8과 같이 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus에 대한 고온 증기 처리 조건별 소나무 칩으로부터 획득된 액상 분획의 프리바이오틱스 활성을 확인한 결과, 엄격 계수 (Ro) 3.0 구간의 모델링 5 (220℃, 0.4분)과 엄격 계수 (Ro) 3.5 구간, 엄격 계수 (Ro) 4.0 구간의 모델링 10 (190℃, 20.0분), 모델링 11 (200℃, 11.5분), 모델링 12 (210℃, 6.0분)에서 55.3 ~ 66.8%의 높은 프리바이오틱스 활성을 나타내었다.Additionally, as shown in Figure 8, Lactobacillus delbrueckii subsp. As a result of confirming the prebiotic activity of the liquid fraction obtained from pine chips under high-temperature steam treatment conditions for bulgaricus, modeling 5 (220°C, 0.4 minutes) in the stringency coefficient (Ro) 3.0 section and the stringency coefficient (Ro) 3.5 section; It showed high prebiotic activity of 55.3 to 66.8% in modeling 10 (190℃, 20.0 minutes), modeling 11 (200℃, 11.5 minutes), and modeling 12 (210℃, 6.0 minutes) in the stringency coefficient (Ro) 4.0 section. It was.
<< 실시예Example 2> 엄격 계수 최적 조건으로 처리된 목질 원료로부터 수용성 2> Water solubility from woody raw materials treated under optimal stringency conditions 프리바이오틱스prebiotics 분리에 적합한 추출 조건 확인 Check extraction conditions suitable for separation
1. 수용성 프리바이오틱스 분리 조건의 최적화를 위한 실험 계획1. Experimental plan for optimization of water-soluble prebiotic isolation conditions
추출 조건의 최적화를 위한 실험 계획은 central composite design (CCD)법에 따라 표 2와 같이 분리 공정의 주요 변수로 작용할 수 있는 독립변수는 3 수준 (추출 온도 X1, 추출 시간 X2, 추출 액비 X3)으로 코드화하였으며, 추출 온도, 추출 시간, 추출 액비의 범위는 5 레벨(-1.68179, -1, 0, 1, 1.68179)로 설정하여, 총 17번의 조건으로 설계되었고, 종속변수는 표 3과 같이 탄수화물 함량(Y1), 및 프리바이오틱 활성(Y2)으로 하였다.The experimental plan for optimizing extraction conditions is based on the central composite design (CCD) method . As shown in Table 2 , the independent variables that can act as major variables in the separation process are three levels (extraction temperature 3 ), and the range of extraction temperature, extraction time, and extraction liquid ratio was set to 5 levels (-1.68179, -1, 0, 1, 1.68179), and was designed with a total of 17 conditions, and the dependent variables are in Table 3 and Likewise, carbohydrate content (Y 1 ) and prebiotic activity (Y 2 ) were determined.
도 9와 같이 각 조건별 여과액은 150 mL 조정한 후, 분석 전 냉장 보관하였다. As shown in Figure 9, the filtrate for each condition was adjusted to 150 mL and then refrigerated before analysis.
GC로 분석된 탄수화물 함량은 Run 12 (추출 온도 80℃, 추출 시간 240 분, 추출 액비 1/57 (w/v))에서 175.1 mg/g으로 가장 높은 수치를 나타냈고, Run 10 (추출 온도 70℃, 추출 시간 180분, 추출 액비 1/30 (w/v))에서 127.4 mg/g으로 가장 낮은 수치를 나타내었으며, Lactocacillus acidophilus로 측정된 프리바이오틱스 활성은 Run 15 (추출 온도 80℃, 추출 시간 240분, 추출 액비 1/40 (w/v))에서 81.2%로 가장 높은 수치를 나타냈고, Run 11 (추출 온도 97℃, 추출 시간 240분, 추출 액비 1/40 (w/v))에서 64.4%로 가장 낮은 수치를 나타냈다.The carbohydrate content analyzed by GC showed the highest value of 175.1 mg/g in Run 12 (extraction temperature 80℃, extraction time 240 minutes, extraction liquid ratio 1/57 (w/v)), and Run 10 (extraction temperature 70 ℃, extraction time 180 minutes, extraction liquid ratio 1/30 (w/v)) showed the lowest value at 127.4 mg/g, and prebiotic activity measured with Lactocacillus acidophilus was Run 15 (extraction temperature 80℃, extraction Time 240 minutes, extraction liquid ratio 1/40 (w/v)) showed the highest value of 81.2%, Run 11 (extraction temperature 97℃, extraction time 240 minutes, extraction liquid ratio 1/40 (w/v)) showed the lowest figure at 64.4%.
중심점(추출 온도 80℃, 추출 시간 240분, 추출 액비 1/40 (w/v))으로 추출된 Run 11, Run 15, Run 16에서 탄수화물 함량은 161.5 ~ 167.8 mg/g 및 프리바이오틱스 활성은 80.9 ~ 81.2%로 전반적으로 높은 수치가 확인되었다.In Run 11, Run 15, and Run 16 extracted at the center point (extraction temperature 80℃, extraction time 240 minutes, extraction liquid ratio 1/40 (w/v)), the carbohydrate content was 161.5 ~ 167.8 mg/g and the prebiotic activity was An overall high figure of 80.9 to 81.2% was confirmed.
각 실험설계 조건에 따라 측정된 실제값(actual value)과 2차 회귀식에 각 실험설계 조건을 대입하여 계산된 예측값(predicted value)을 시계열도를 통하여 나타낸 결과, 도 10과 같이 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성의 실제값과 예측값의 경향이 일치하는 것을 확인하였다. As a result of showing the actual value measured according to each experimental design condition and the predicted value calculated by substituting each experimental design condition in the quadratic regression equation through a time series diagram, carbohydrate content and free It was confirmed that the trends between the actual and predicted values of biotic activity were consistent.
상기 결과로부터 도출된 2차 회귀식에 의해 예측되는 결과의 재현성이 높은 것이 확인되었다.It was confirmed that the results predicted by the quadratic regression equation derived from the above results were highly reproducible.
(X(X
1One
,℃) ,℃)
(X(X
22
, min), min)
(Y(Y
1One
, mg/g), mg/g)
(Y(Y
22
, %), %)
2. 3차원 표면분석 그래프에 의한 추출 영향 인자간의 상관관계 확인2. Confirmation of correlation between extracted influencing factors using 3D surface analysis graph
고온 증기 처리된 소나무로부터 수용성 프리바이오틱스 추출에 있어서 추출 온도 (X1), 추출 시간(X2), 추출 액비 (X3)가 탄수화물 함량(Y1) 및 프리바이오틱 활성(Y2)에 미치는 영향을 확인하기 위해, Design-Expert 13 프로그램을 사용하여, 3차원 반응표면 그래프를 확인하였다.In the extraction of water-soluble prebiotics from high - temperature steam-treated pine trees , extraction temperature ( To confirm the impact, a 3D response surface graph was checked using the Design-Expert 13 program.
도 11과 같이 탄수화물 함량에 대한 추출 인자의 영향을 확인하였으며, 도 12와 같이 프리바이오틱스 활성에 대한 추출 인자의 영향을 확인하였다. 그 결과, 탄수화물 함량의 반응표면 그래프에서는 추출 온도 및 추출 시간의 영향을 나타낸 그래프에서 완만한 능선을 나타내었고, 프리바이오틱스 활성의 반응표면 그래프에서는 추출 시간 및 추출 액비의 영향을 나타낸 그래프에서 완만한 능선을 나타내었다.As shown in Figure 11, the influence of extraction factors on carbohydrate content was confirmed, and as shown in Figure 12, the influence of extraction factors on prebiotic activity was confirmed. As a result, the response surface graph of carbohydrate content showed a gentle ridge in the graph showing the influence of extraction temperature and extraction time, and the response surface graph of prebiotic activity showed a gentle ridge in the graph showing the influence of extraction time and extraction liquid ratio. A ridge is shown.
상기 결과로부터 탄수화물 함량에는 추출 액비가 프리바이오틱스 활성에는 추출 온도 인자가 영향을 크게 미칠 것으로 제안될 수 있다.From the above results, it can be suggested that the extraction liquid ratio on the carbohydrate content and the extraction temperature factor on prebiotic activity have a significant impact.
3. 최적 수용성 프리바이오틱스 추출 조건에 대한 분산분석(ANOVA)3. Analysis of variance (ANOVA) for optimal water-soluble prebiotic extraction conditions
상기 표 3, 도 11 및 도 12의 결과들로부터 탄수화물 함량, 및 프리바이오틱스 활성에 대한 2차 회귀식을 다음과 같이 유도하였다.From the results in Table 3, Figures 11 and 12, a quadratic regression equation for carbohydrate content and prebiotic activity was derived as follows.
Y1 = + 164.58 + 1.64X1 + 1.93X2 + 18.03X3 - 4.73X1 2 - 1.71X1X2 - 5.97X2 2 + 0.9875X1X3 - 0.1375X2X3 - 8.00X3 2 Y 1 = + 164.58 + 1.64X 1 + 1.93X 2 + 18.03X 3 - 4.73X 1 2 - 1.71X 1
Y2 = + 80.93 - 2.84X1 - 0.6304X2 + 0.4337X3 - 4.76X1 2 - 2.39X1X2 - 2.35X2 2 + 0.3625X1X3 + 0.8625X2X3 - 1.66X3 2 Y 2 = + 80.93 - 2.84X 1 - 0.6304X 2 + 0.4337X 3 - 4.76X 1 2 - 2.39X 1
고온 증기 처리된 소나무로부터 최적 수용성 프리바이오틱스 다당류 추출에 대한 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성에 대한 반응 모델의 분산분석을 확인하였다. 그 결과, 표 4와 같이 탄수화물 함량에 있어서, 종속변수에 영향을 미치는 1차 항(Linear)인 추출 온도 (X1), 추출 시간(X2) 및 추출 액비 (X3)에 대한 p-value은 각각 0.2086, 0.1465 및 <0.0001로 영향 인자 중 추출 액비가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 2차 항(Quadratic)의 p-value은 각각 0.0084, 0.0025 및 0.0005로 반응 모델에서 유의성이 있는 것으로 나타났으며 (p < 0.05), 교차항(Interaction)의 p-value는 각각 0.3051, 0.5438 및 0.9317로 통계적으로 유의하지 않아 독립변수 간의 상호 작용은 이루어지지 않는 것으로 판단되었다 (p > 0.1).Analysis of variance of the reaction model for carbohydrate content and prebiotic activity for optimal water-soluble prebiotic polysaccharide extraction from high-temperature steam-treated pine was confirmed. As a result, as shown in Table 4, the p-value for the extraction temperature (X 1 ), extraction time (X 2 ), and extraction liquid ratio (X 3 ), which are linear terms that affect the dependent variable, in terms of carbohydrate content were 0.2086, 0.1465, and <0.0001, respectively, and it was confirmed that the extraction liquid ratio had the greatest influence among the influencing factors. The p-values of the quadratic term were 0.0084, 0.0025, and 0.0005, respectively, showing significance in the response model (p < 0.05), and the p-values of the interaction term were 0.3051, 0.5438, and 0.9317, respectively. It was determined that there was no interaction between the independent variables as it was not statistically significant (p > 0.1).
프리바이오틱스 활성에 있어서, 1차 항(Linear)인 추출 온도 (X1), 추출 시간(X2) 및 추출 액비 (X3)의 p-value는 각각 0.0043, 0.3876 및 0.5464로 탄수화물 함량의 분산분석 결과와 다르게 영향 인자 중 추출 온도가 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났고, 2차 항(Quadratic)의 p-value는 각각 0.0004, 0.0168 및 0.0630로 추출 온도와 추출 시간의 2차 항이 유의성이 있는 것으로 나타났으며, 교차항(Interaction)의 p-value는 각각 0.0.2020, 0.6972 및 0.3668로 추출 온도와 추출시간 (X1X2)의 상호 작용에서 유의한 영향을 나타내었다.In terms of prebiotic activity , the p - values of the linear terms extraction temperature ( Unlike the analysis results, extraction temperature was found to have the greatest influence among the influencing factors, and the p-values of the quadratic term (quadratic) were 0.0004, 0.0168, and 0.0630, respectively, indicating that the quadratic terms of extraction temperature and extraction time were significant. The p-values of the interaction were 0.0.2020, 0.6972, and 0.3668, respectively, indicating a significant effect from the interaction between extraction temperature and extraction time (X 1 X 2 ).
반응 모델의 타당성을 나타내는 Lack of fit (적합성 결여)은 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성의 반응 모델에서 각각 0.3301 및 0.0580으로 유의하지 않은 것(p > 0.05)으로 확인됨에 따라, 상기 실험설계가 적합하게 이루어진 것이 확인되었다.Lack of fit, which indicates the validity of the reaction model, was confirmed to be 0.3301 and 0.0580, respectively, in the reaction model of carbohydrate content and prebiotic activity, which was not significant (p > 0.05), indicating that the experimental design was appropriate. It has been confirmed that this has been done.
반응 모델의 신뢰도를 나타내는 R2 (결정 계수)는 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성의 반응 모델에서 각각 0.9761 및 0.9070으로 확인되었으며, 상기 결과로부터 유도된 2차 회귀식이 실험된 조건 안에서의 반응은 97.61% 및 90.70% 설명될 수 있다. 또한, 유도된 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성에 대한 2차 회귀식은 각각 <0.0001 및 0.0070의 유의성이 확인됨에 따라, 반응값 예측에 적합한 것이 확인되었다.R 2 (coefficient of determination), which indicates the reliability of the reaction model, was confirmed to be 0.9761 and 0.9070 in the reaction model of carbohydrate content and prebiotic activity, respectively, and the response within the conditions under which the quadratic regression equation derived from the above results was tested was 97.61%. and 90.70% can be explained. In addition, the quadratic regression equation for the derived carbohydrate content and prebiotic activity was confirmed to be suitable for predicting response values, as the significance of <0.0001 and 0.0070 were confirmed, respectively.
4. 최적 수용성 프리바이오틱스 추출 조건에 대한 피어슨 상관관계 분석4. Pearson correlation analysis for optimal water-soluble prebiotic extraction conditions
상관관계 분석법 중 가장 일반적으로 사용되는 피어슨 상관관계 분석은 전체 편차 내에서 예측치와 평균 간의 차이가 차지하는 비율로서 상관계수를 나타내며, 통상적으로 상관계수가 -1 또는 1에 가까울수록 강한 음적 또는 양적 선형관계로 해석한다.Pearson correlation analysis, the most commonly used correlation analysis method, expresses the correlation coefficient as the ratio of the difference between the predicted value and the average within the total deviation. Typically, the closer the correlation coefficient is to -1 or 1, the stronger the negative or positive linear relationship. It is interpreted as
표 5는 피어슨 상관관계 분석에 의한 상관계수를 나타낸 결과로, 프리바이오틱스 활성은 탄수화물 함량(carbohydrate, arabinose, xylose, mannose, galactose, glucose)과 모두 양의 상관관계를 가지는 것으로 나타났으며, 프리바이오틱스 활성은 탄수화물에 함유된 당 중 상관계수 0.61 및 0.59를 나타내는 아라비노스 (arabinose) 및 만노스 (mannose)와 가장 강한 상관관계를 나타내었다.Table 5 shows the results of correlation coefficients based on Pearson correlation analysis. Prebiotic activity was found to have a positive correlation with carbohydrate content (carbohydrate, arabinose, xylose, mannose, galactose, and glucose). Among the sugars contained in carbohydrates, biotic activity showed the strongest correlation with arabinose and mannose, with correlation coefficients of 0.61 and 0.59.
5. 최적 수용성 프리바이오틱스 추출 조건5. Optimal water-soluble prebiotic extraction conditions
고온 증기 처리된 소나무 칩으로부터 프리바이오틱스 활성에 효과적인 수용성 프리바이오틱스 추출을 위한 최적 조건은 도 13과 같다. 예측된 최적 조건은 추출 온도 79.9537℃, 추출 시간 212.618분, 추출 액비 1/46.3365 (w/v)로 나타났으며, 예측값은 탄수화물 함량 및 프리바이오틱스 활성은 각각 172.906 mg/g 및 80.5294%로 확인되었다.The optimal conditions for extracting water-soluble prebiotics effective for prebiotic activity from high-temperature steam-treated pine chips are shown in Figure 13. The predicted optimal conditions were extraction temperature of 79.9537℃, extraction time of 212.618 minutes, and extraction liquid ratio of 1/46.3365 (w/v), and the predicted values for carbohydrate content and prebiotic activity were confirmed to be 172.906 mg/g and 80.5294%, respectively. It has been done.
<실시예 3> 최적 추출 조건으로 분리된 수용성 프리바이오틱스 회수<Example 3> Recovery of water-soluble prebiotics isolated under optimal extraction conditions
1. 활성탄의 입자크기 및 정제 시간에 따른 총 당 함량 및 색상 비교1. Comparison of total sugar content and color according to particle size and purification time of activated carbon
최적 추출 조건으로 추출된 프리바이오틱스 100 mL에 파우더타입(100 mesh)의 활성탄 또는 그래뉼라 타입 (20-40 mesh)의 활성탄을 각각 10g씩 넣고, 30 ℃, 50 rpm으로 교반시킨 후, 중력여과하여, 총 당 함량을 측정하였고, 색상의 밝기, 검은색과 흰색을 의미하는 L*값을 색차기로 측정하여 색상을 비교하였다.Add 10 g of powder type (100 mesh) or granular type (20-40 mesh) activated carbon to 100 mL of prebiotics extracted under optimal extraction conditions, stir at 30°C and 50 rpm, and then gravity filter. The total sugar content was measured, and the colors were compared by measuring the brightness of the color and the L* value, which means black and white, using color difference.
총 당 함량을 측정한 결과, 도 14와 같이 파우더 타입으로 30 ~ 90분 처리한 프리바이오틱스보다 그래뉼라 타입으로 30 ~ 90분 처리한 프리바이오틱스에서 높은 총 당 함량을 나타냈다. As a result of measuring the total sugar content, as shown in Figure 14, the total sugar content was higher in the prebiotics treated with the granular type for 30 to 90 minutes than the prebiotics treated with the powder type for 30 to 90 minutes.
색상의 밝기, 검은색과 흰색을 의미하는 L*값을 색차기로 측정한 결과, 도 15와 같이 파우더 타입으로 30 ~ 90분 처리한 프리바이오틱스에서 색상이 개선된 것으로 나타났다. 총 당 함량과 색상 개선 정도를 고려하였을 때, 그래뉼라 타입의 활성탄을 첨가하여, 30분 동안 반응시키는 것이 적합할 것으로 판단된다.As a result of measuring the L* value, which means the brightness of the color and black and white, using color difference, it was found that the color was improved in the prebiotics treated with powder type for 30 to 90 minutes, as shown in Figure 15. Considering the total sugar content and the degree of color improvement, it is judged appropriate to add granular type activated carbon and react for 30 minutes.
2. 유기용제 종류에 따른 수용성 프리바이오틱스 특성2. Characteristics of water-soluble prebiotics according to type of organic solvent
수용성 프리바이오틱스 원료의 회수에 효과적인 정제 방법을 선정하기 위해, 대량 추출된 수용성 프리바이오틱스 액상 원료를 30 brix로 농축하여, 80% 에탄올(EtOH; ethanol precipitation) 및 80% 메탄올(MeOH; Methanol precipitation)을 각각 7배 용량으로 첨가하고, 4℃ 및 24시간 동안 침전시키고, 에틸아세테이트(EA; ethyl acetate precipitation)은 3회 반복 분획하여, 각각 원심 분리 후 동결 건조하여 각각의 고형물을 획득하였다.In order to select an effective purification method for the recovery of water-soluble prebiotics raw materials, the large amount of extracted water-soluble prebiotic liquid raw materials were concentrated to 30 brix and subjected to 80% ethanol (EtOH; ethanol precipitation) and 80% methanol (MeOH; Methanol precipitation). ) was added in 7 times the volume and allowed to precipitate at 4°C for 24 hours, and ethyl acetate (EA; ethyl acetate precipitation) was repeatedly fractionated three times, centrifuged, and freeze-dried to obtain each solid.
각각의 회수 수율 함량은 유기용제 침전 전 액상 시료 무게(g) 대비 동결건조 후 회수된 분말 시료 무게 (g)를 측정하였다.Each recovery yield content was measured by measuring the weight (g) of the powder sample recovered after freeze-drying compared to the weight (g) of the liquid sample before organic solvent precipitation.
그 결과, 도 16과 같이 회수 수율은 에탄올로 침전하여 회수 시, 0.6 %, 메탄올로 침전하여 회수 시, 0.3%, 에틸아세테이트로 분획하여 회수 시 17.8%로 나타났다. As a result, as shown in Figure 16, the recovery yield was 0.6% when recovered by precipitation with ethanol, 0.3% when recovered by precipitation with methanol, and 17.8% when recovered by fractionation with ethyl acetate.
상기 결과로부터 에틸아세테이트로 분획하여 회수하였을 때, 가장 많은 양의 고형분이 획득되는 것을 확인할 수 있었다.From the above results, it was confirmed that the largest amount of solid content was obtained when fractionated and recovered with ethyl acetate.
각각의 회수된 고형분은 Folin-ciocalteu법을 적용하여, 총 페놀성 화합물 함량을 분석하였다. Each recovered solid was analyzed for total phenolic compound content by applying the Folin-ciocalteu method.
그 결과, 도 17과 같이 에탄올로 침전하여 회수된 고형분에서 9.9 mg/g precipitated material, 메탄올로 침전하여 회수된 고형분에서 11.3 mg/g precipitated material, 에틸아세테이트로 분획하여 회수된 고형분에서 31.4 mg/g precipitated material로, 에탄올 침전 방법으로 회수된 고형분에서 가장 낮은 페놀성 화합물 함량을 나타내었다.As a result, as shown in Figure 17, 9.9 mg/g precipitated material in the solids recovered by precipitation with ethanol, 11.3 mg/g precipitated material in the solids recovered by precipitation with methanol, and 31.4 mg/g in the solids recovered by fractionation with ethyl acetate. As a precipitated material, the solids recovered by ethanol precipitation showed the lowest phenolic compound content.
탄수화물 조성은 GC를 이용하여 에탄올 침전, 메탄올 침전 및 에틸아세테이트로 분획으로 회수된 고형분의 탄수화물 조성을 비교하였다.The carbohydrate composition of solids recovered through ethanol precipitation, methanol precipitation, and ethyl acetate fractionation was compared using GC.
그 결과, 도 18과 같이 에탄올로 침전하여 회수된 고형분은 arabinose 4.2%, xylose 10.1%, mannose 37.2%, galactose 12.4%, glucose 29.2%로 구성된 것으로 나타났고, 메탄올로 침전하여 회수된 고형분은 arabinose 2.0%, xylose 5.2%, mannose 39.3%, galactose 6.4%, glucose 39.5%로 구성된 것으로 나타났으며, 에틸아세테이트로 분획하여 회수된 고형분은 arabinose 3.2%, xylose 12.6%, mannose 30.5%, galactose 11.5%, glucose 24.6%로 구성된 것으로 확인되었다.As a result, as shown in Figure 18, the solid content recovered by precipitation with ethanol was found to consist of 4.2% arabinose, 10.1% xylose, 37.2% mannose, 12.4% galactose, and 29.2% glucose, and the solid content recovered by precipitation with methanol was 2.0% arabinose. %, xylose 5.2%, mannose 39.3%, galactose 6.4%, and glucose 39.5%, and the solids recovered by fractionation with ethyl acetate were arabinose 3.2%, xylose 12.6%, mannose 30.5%, galactose 11.5%, and glucose. It was confirmed that it comprised 24.6%.
또한, 에탄올 또는 메탄올로 침전하여 회수된 시료의 chromatogram과 달리 에틸아세테이트로 분획하여 회수된 시료의 chromatogram에서 당 이외의 성분이 확인되었다.Additionally, unlike the chromatogram of the sample recovered by precipitation with ethanol or methanol, components other than sugar were confirmed in the chromatogram of the sample recovered by fractionation with ethyl acetate.
중합도는 HPAEC-PAD를 이용하여 다당 분석을 수행하였다. 프리바이오틱스는 대부분 소화되지 않는 탄수화물 또는 올리고당류로, 에탄올로 침전하여 회수된 고형분, 메탄올로 침전하여 회수된 고형분 및 에틸아세테이트로 분획하여 회수된 고형분의 중합도를 측정하여 올리고당 유무를 확인하였다.Polysaccharide analysis was performed on the degree of polymerization using HPAEC-PAD. Prebiotics are mostly indigestible carbohydrates or oligosaccharides, and the presence or absence of oligosaccharides was confirmed by measuring the degree of polymerization of the solids recovered by precipitation with ethanol, the solids recovered by precipitation with methanol, and the solids recovered by fractionation with ethyl acetate.
그 결과, 도 19와 같이 에탄올로 침전하여 회수된 고형분과 에틸아세테이트로 분획하여 회수된 고형분의 중합도는 2 ~ 5를 나타냈으나, 메탄올로 침전하여 회수된 고형분은 중합도 2 정도를 나타내었다.As a result, as shown in Figure 19, the degree of polymerization of the solids recovered by precipitation with ethanol and the solids recovered by fractionation with ethyl acetate showed a degree of polymerization of 2 to 5, but the solids recovered by precipitation with methanol showed a degree of polymerization of about 2.
3. 유기용제 종류에 따른 수용성 프리바이오틱스의 활성 확인3. Confirmation of the activity of water-soluble prebiotics according to the type of organic solvent
에탄올 (EtOH; ethanol precipitation), 메탄올 (MeOH; Methanol precipitation), 에틸아세테이트 (EA; ethyl acetate precipitation)로 회수된 수용성 프리바이오틱스의 Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus에 대한 프리바이오틱스 활성을 확인하였다.Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. of water-soluble prebiotics recovered with ethanol (EtOH; ethanol precipitation), methanol (MeOH; Methanol precipitation), and ethyl acetate (EA; ethyl acetate precipitation). inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophilus, Lactobacillus delbrueckii subsp. Prebiotic activity against bulgaricus was confirmed.
그 결과, 도 20과 같이 유기용제에 따라 회수된 수용성 프리바이오틱스의 Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophilus 및 Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus에 대한 활성에 있어서, 각각 68.4 ~ 84.5%, 75.1 ~ 85.5%, 71.1 ~ 81.7%, 71.9 ~ 88.1%, 78.8 ~ 94.3%, 81.3 ~ 96.3% 및 86.6 ~ 95.1% 범위를 나타내었으며, Bacillus coagulans을 제외한 6종의 균주에서 control에 비해 높은 프리바이오틱스 생장 활성을 확인하였다. As a result, as shown in Figure 20, water-soluble prebiotics Bacillus coagulans, Bacillus subtilis subsp. inaquosorum, Bacillus amyloliquefaciens, Enterococcus faecalis, Enterococcus faecium, Lactobacillus acidophilus and Lactobacillus delbrueckii subsp. The activity against bulgaricus ranged from 68.4 to 84.5%, 75.1 to 85.5%, 71.1 to 81.7%, 71.9 to 88.1%, 78.8 to 94.3%, 81.3 to 96.3%, and 86.6 to 95.1%, respectively, against Bacillus coagulans. High prebiotic growth activity was confirmed in the six excluded strains compared to the control.
특히, 메탄올로 침전하여 회수된 수용성 프리바이오틱스는 에탄올 및 에틸아세테이트로 회수된 수용성 프리바이오틱스에 비해 현저히 낮은 프리바이오틱스 활성을 나타내는 것을 확인함에 따라, 소나무 목질부로부터 수용성 프리바이오틱스 제조를 위한 방법으로 에틸아세테이트로 회수하는 것이 가장 적합한 것으로 확인되었다.In particular, as it was confirmed that water-soluble prebiotics recovered by precipitation with methanol showed significantly lower prebiotic activity than water-soluble prebiotics recovered with ethanol and ethyl acetate, a method for producing water-soluble prebiotics from pine woody parts was conducted. It was confirmed that recovery with ethyl acetate was most appropriate.
이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.As the specific parts of the present invention have been described in detail above, it is clear to those skilled in the art that these specific techniques are merely preferred embodiments and do not limit the scope of the present invention. something to do. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.
Claims (12)
상기 고온 증기 처리된 목재 칩을 열수 추출하는 단계;
상기 열수추출물을 활성탄을 이용하여 정제하는 단계 ; 및
상기 정제된 열수추출물을 분획하는 단계; 를 포함하는 목재 유래 수용성 프리바이오틱스(prebiotics) 제조방법.high temperature steam treatment of wood chips;
extracting the high-temperature steam-treated wood chips with hot water;
Purifying the hot water extract using activated carbon; and
Fractionating the purified hot water extract; A method for producing wood-derived water-soluble prebiotics comprising.
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