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문제 정의
- 본 연구에서는 홍삼제품 제조 부산물인 홍삼박을 이용하여 다당체를 제조하기 위하여 원료의 입자 크기, 원료 농도, pH, 추출 온도, 추출시간, 용매 침전 조건 등의 다양한 제조방법을 검토하였다. 이를 토대로 홍삼박으로부터 홍삼다당체의 추출조건을 최적화하였다.
- 이상으로 홍삼 엑기스제품 제조 부산물인 홍삼박을 이용하여 산성다당체 및 조다당체 등의 다당체 성분을 효율적으로 추출하기 위한 조건을 확립하였다. 조섬유 함량이 높은 원료로서 선정된 RGM의 최적 농도는 6.
- 홍삼박으로부터 다당체 성분을 추출하기 위한 최적의 추출 온도를 검토하였다. 우선 문헌적으로 보고된 바에 따르면 대부분의 생리활성 다당체가 수용성으로 알려져 있어23) 증류수를 추출용매로 선정하였으며, 증류수에 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 6.
- 홍삼박을 이용하여 다당체를 추출함에 있어 pH의 조절이 다당체 수율에 미치는 영향을 알아보았다. 증류수에 홍삼박(red ginseng marc, RGM)을 6.
가설 설정
- 1)Red ginseng marc is a byproduct of alcohol extraction process of red ginseng.
제안 방법
- 25)일반적으로 두 물질간의 반응이 일어날 때 상대적인 표면적이 클수록 반응의 효과가 증가되는데 홍삼박을 이용하여 다당체를 추출함에 있어 홍삼박의 분쇄정도를 달리하여 다당체 추출수율에 미치는 영향을 검토하였다. 분쇄기를 이용하여 홍삼박을 분쇄한 후 0.
- 시료 1 ml를 취해 5배에 해당하는 부피의 주정을 혼합한 후 4℃에서 2시간 이상 방치하여 수용성 다당체의 침전을 유도하였으며, 3200 rpm에서 15분간 원심분리하여 침전물을 획득하였다. 3차 정제수 1 ml로 침전물을 용해시킨 후 105℃건조법으로 조다당체 함량을 산출하였다.
- 다당체 추출원료를 선정하기 위해 건조 백삼 (white ginseng, WG), 건조 홍삼 (red ginseng, RG), 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 실험 원료로 사용하여 일반성분을 조사하였다. 분석 결과, Table 1에서와 같이 홍삼박의 탄수화물 함량 (72.
- 모든 용매에는 용질이 용해될 때 포화농도가 존재하게 되는데, 다당체 추출의 최적 원료농도를 선정하기 위하여 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)의 농도 차이에 따른 추출물의 다당체 함량을 측정하였다. 증류수에 0.
- 분쇄기 (RT-34, 한국메디컬산업, Korea)를 이용하여 분쇄된 홍삼박 원료의 입자 크기를 0.15 mm이하, 0.15-0.425 mm, 0.425-1.0 mm, 9.5 mm이하로 분체하여 1-20%(w/v)의 농도로 증류수에 현탁하고 NaOH와 HCl을 이용하여 pH를 3.0-9.0로 조정한 후 60-90℃에서 0-6시간 추출하였다. 추출물을 원심분리기 (Union 55R, Hanil Co.
- 우선 문헌적으로 보고된 바에 따르면 대부분의 생리활성 다당체가 수용성으로 알려져 있어23) 증류수를 추출용매로 선정하였으며, 증류수에 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 6.66% (w/v)의 농도로 첨가하고 60, 70, 80 및 90°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다.
- 본 연구에서는 홍삼제품 제조 부산물인 홍삼박을 이용하여 다당체를 제조하기 위하여 원료의 입자 크기, 원료 농도, pH, 추출 온도, 추출시간, 용매 침전 조건 등의 다양한 제조방법을 검토하였다. 이를 토대로 홍삼박으로부터 홍삼다당체의 추출조건을 최적화하였다.
- 일반성분 시험법은 시료 중에 일반적으로 함유되어 있는 성분에 관한 시험법으로 수분, 회분, 조지방, 조단백, 조섬유, 탄수화물을 조사하였다. 분석은 식품공전20)에 따라 수분 함량은 상압가열 건조법, 회분은 직접 회화법, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 semi-micro Kjeldahl법으로 측정하였으며, 질소계수 6.
- 증류수에 0.15 mm의 입자 크기로 분쇄한 RGM를 1-20% (w/v)의 농도로 첨가하고 85°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다.
- 증류수에 분류된 홍삼박 (RGM)을 각각 6.66% (w/v)의 농도로 첨가하고 85°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다.
- 홍삼박을 이용하여 다당체를 제조하기 위해 추출시간에 따른 다당체 함량 및 pH의 변화에 대하여 조사하였다. 증류수에 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 6.66% (w/v)의 농도로 첨가하고 85℃에서 각각 0, 0.5, 1, 2, 3, 4, 5, 6시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였고 pH의 변화를 관찰하였다. Fig.
- 홍삼박을 이용하여 다당체를 추출함에 있어 pH의 조절이 다당체 수율에 미치는 영향을 알아보았다. 증류수에 홍삼박(red ginseng marc, RGM)을 6.66% (w/v)의 농도로 첨가하고 NaOH와 HCl 용액을 가하여 pH를 3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 6.5, 7.0, 7.5, 9.0로 조정한 후 85℃에서 각각 0~6시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다. 추출 초기의 pH는 5-6의 수준으로서 추출하는 동안 원료의 산성다당체가 추출되면서 산도의 미미한 증가를 나타내었다.
- 홍삼박을 이용하여 다당체를 제조하기 위해 추출시간에 따른 다당체 함량 및 pH의 변화에 대하여 조사하였다. 증류수에 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 6.
대상 데이터
- 5년근 건조 백삼 (white ginseng, WG), 건조 홍삼(red ginseng, RG), 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)은 알콜추출 홍삼박으로 개성인삼농협조합 (경기도 포천 소재)에서 구입하여 사용하였다. 다당체 함량 측정에 사용한 시약으로서 pectin (Yakuri Co.
- , Korea)를 이용하여 3,200 rpm (1969×g)에서 15분 동안 원심분리한 후 얻은 상등액에주정을 4배까지 첨가하여 3,200 rpm (1969×g)에서 15분 동안 원심분리하였다.9,22) 원심분리하여 얻은 침전물을 산성다당체 함량, 구성당 및 조다당체 분석용 시료로 사용하였다.
데이터처리
- 66% (w/v)의 농도로 첨가하고 60, 70, 80 및 90°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 70~90℃에서 다당체 추출함량이 약 3% 정도 증가하였으나 SPSS 12.0 프로그램을 이용하여 이변량 상관계수 분석법으로 추출온도와 다당체 추출함량의 상관관계를 검증한 결과 유의적인 상관관계를 보이지 않았다. 그러나 Jang 등27)의 연구에 의하면 저온에서 장시간 추출하는 것보다 고온에서 단시간 추출했을 경우에 추출되는 다당체 함량이 높다는 기존 연구의 실험결과와 더불어 본 연구에서 85°C를 최적의 추출온도로 설정하였다.
- 실험 결과에 대한 통계처리는 SPSS 12.0 (SPSS Inc., IL, USA) 프로그램을 이용하여 ANOVA 분석법의 Duncan's multiple range test (p=0.05)를 실시하여 통계적 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- 일반성분 시험법은 시료 중에 일반적으로 함유되어 있는 성분에 관한 시험법으로 수분, 회분, 조지방, 조단백, 조섬유, 탄수화물을 조사하였다. 분석은 식품공전20)에 따라 수분 함량은 상압가열 건조법, 회분은 직접 회화법, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 semi-micro Kjeldahl법으로 측정하였으며, 질소계수 6.25를 사용하여 환산하였다. 조섬유는 Henneberg-Stohmann 개량법21)에 따라 분석하였고, 탄수화물은 100에서 수분, 조단백질, 조지방 및 회분을 뺀 값을 사용하였다.
- 산성다당체는 주로 galacturonic acid의 polymer로서 분자 구조상 pectin과 유사한 물질17)이므로 pectin정량에 사용되는 carbazole sulfuric acid방법으로 분석하였다.23) 표준검량선 표시물질로 pectin을 사용하였다.
- 조다당체 함량분석은 Gao 등9)의 방법에 준하여 분석하였다. 시료 1 ml를 취해 5배에 해당하는 부피의 주정을 혼합한 후 4℃에서 2시간 이상 방치하여 수용성 다당체의 침전을 유도하였으며, 3200 rpm에서 15분간 원심분리하여 침전물을 획득하였다.
- 25를 사용하여 환산하였다. 조섬유는 Henneberg-Stohmann 개량법21)에 따라 분석하였고, 탄수화물은 100에서 수분, 조단백질, 조지방 및 회분을 뺀 값을 사용하였다.
- 홍삼박으로부터 다당체 추출조건을 최적화하기 위해 추출시간, 추출온도, 주정 첨가량에 대해 반응표면분석법의 하나인 중심합성계획법 (response surface-central composite method)을 이용하여 추출 조건을 최적화하였다. 실험 결과에 대한 통계처리는 SPSS 12.
성능/효과
- Meyer)에 관한 과학적 연구는 Brekhman이 adaptogen설을 발표하면서 활발히 진행되기 시작하였다.2) 그 이후 인삼의 주요 생리활성물질로는 인삼 사포닌인 ginsenoside와, polyacetylene, 다당체 (polysaccharide), 인삼 단백질, 페놀성 물질 등의 성분들이 밝혀졌다.3-5)
- 66% (w/v)의 농도로 첨가하고 85°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다. Fig. 1에서 보는 바와 같이 원료 홍삼박의 입자 크기가 0.15 mm 일 때 산성다당체와 조다당체 함량은 각각 7.8%와 18.1%로 나타났으며, 입자 크기가 가장 큰 9.5 mm 일 때 산성다당체와 조다당체 함량은 각각 1.8%와 5.2%이었다. 원료의 입자 크기와 다당체 추출량과의 상관관계를 SPSS 12.
- 15 mm의 입자 크기로 분쇄한 RGM를 1-20% (w/v)의 농도로 첨가하고 85°C에서 4시간 동안 추출한 후 침전처리, 원심분리처리 후 상등액과 침전물로 나누어 산성다당체와 조다당체 함량을 측정하였다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 추출용매 대비 원료 RGM의 양이 많을수록 다당체의 추출량이 증가하는 경향이 나타났다. 그러나 건조분말 상태의 원료가 열수 추출과정에서 팽윤 (swelling) 현상으로 인해 원료 농도가 높을수록 추출물의 양이 감소하여 추출물 획득 수율이 3% 수준으로 감소하는 경향을 나타냈다.
- 2에서 보는 바와 같이 추출용매 대비 원료 RGM의 양이 많을수록 다당체의 추출량이 증가하는 경향이 나타났다. 그러나 건조분말 상태의 원료가 열수 추출과정에서 팽윤 (swelling) 현상으로 인해 원료 농도가 높을수록 추출물의 양이 감소하여 추출물 획득 수율이 3% 수준으로 감소하는 경향을 나타냈다. 따라서 10% (w/v) 이상의 농도로 홍삼박을 첨가하고 추출했을 시에도 동일한 추출물 용량기준으로 상대적으로 많은 양의 다당체가 존재하지만, 원료 대비 다당체 추출물의 회수율이 현저히 감소되므로 Do 등26)의 연구결과에 따라 6.
- 다당체 추출원료를 선정하기 위해 건조 백삼 (white ginseng, WG), 건조 홍삼 (red ginseng, RG), 홍삼박 (red ginseng marc, RGM)을 실험 원료로 사용하여 일반성분을 조사하였다. 분석 결과, Table 1에서와 같이 홍삼박의 탄수화물 함량 (72.1%)은 건조백삼 (75.0%)이나 건조 홍삼 (72.4%)과 큰 차이가 없었다. Ko 등24)의 연구에 의하면 건조 백삼과 건조 홍삼의 조섬유 함량은 각각 5.
- 원료의 입자 크기와 다당체 추출량과의 상관관계를 SPSS 12.0 프로그램의 이변량 상관계수 분석법으로 검증해 본 결과 원료의 입자 크기와 다당체 추출량은 유의적인 상관관계가 있었으며(p<0.01).
- 이를 SPSS 12.0 프로그램을 이용하여 이변량 상관계수 분석법으로 통계분석한 결과 pH의 조건에 따른 조다당체 함량은 유의적인 상관관계 (p<0.05)를 나타내었으나 pH의 조건에 따라 산성다당체 함량은 상관관계가 없는 것을 알 수 있었다.
- 조섬유 함량이 높은 원료로서 선정된 RGM의 최적 농도는 6.66% (w/v)이었고, 추출온도가 높고 추출시간이 길수록 추출효율이 증가하여 최종적으로 85°C에서 5시간 추출하는 조건이 바람직하다고 판단하였다.
- 5%로 2배 이상 증가하였다. 특히 추출 5시간이 경과하였을 때 산성다당체의 추출함량이 9.5%로 최대로 나타났다. Lee 등19)의 연구에서 추출시간이 길수록 추출효율이 증가되나 경제적, 산업적인 면을 고려할 때 1~2시간, 2~3회 반복 추출이 바람직하다고 보고한 바 있으나, 본 연구에서는 85°C에서 5시간 동안 추출하는 것이 경제적 측면에서 가장 바람직하다고 판단되었다.
- 01). 홍삼박 입자의 크기가 작을수록 다당체 추출량이 증가하는 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 3%의 가장 높은 조섬유를 함유하고 있는 것으로 나타냈다. 따라서 홍삼박이 다당체 추출 원료로의 타당성을 갖고 있다고 판단하였고 추후의 실험에서 홍삼박을 다당체 추출원료로 사용하였다.
- Cho 등28)의 연구에 의하면 홍삼의 조다당체 회수율이 3%임에 비하여 본 연구에서의 조다당체 회수율은 12%로서 4배 높은 회수율을 확인하였다. 향후 추출 이후의 회수공정으로서 침전공정과 막분리공정의 도입에 대한 비교론적 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
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