[논문]아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 진세노사이드 조성 및 이화학적 특성

이주미; 고민정; 정명수

doi:10.9721/kjfst.2015.47.6.757

아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 진세노사이드 조성 및 이화학적 특성
Physicochemical Properties and Composition of Ginsenosides in Red Ginseng Extract as Revealed by Subcritical Water Extraction 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.47 no.6, 2015년, pp.757 - 764

이주미 (웅진식품(주) 중앙연구소) , 고민정 (이화여자대학교 식품공학과) , 정명수 (이화여자대학교 식품공학과)

초록
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홍삼의 신규 추출 방법으로 아임계수 추출(subcritical water extraction, SWE)을 적용하여 홍삼 추출물의 이화화적 특성 및 진세노사이드 추출 특성을 조사함으로써 최적 아임계수 추출 조건을 결정하고 기존 추출 방법과 비교함으로써 산업적 이용 효율을 평가하였다. 아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 당도, 고형분 함량, 색차 및 탁도는 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였고 pH는 낮아졌으며, 조 사포닌은 $120^{\circ}C$, 20분에서 최대였다. TLC 및 HPLC 분석 결과, 총 및 극성 진세노사이드 농도는 $120^{\circ}C$, 20분에서 최대였고 홍삼 특유의 저극성 진세노사이드 Rg3, Rh1 등은 $150^{\circ}C$, 15분에서 최대 농도였다. 또한 최적 아임계수 추출과 열수, 에탄올 및 메탄올을 용매로 환류 냉각 추출하여 비교한 결과, 저극성 진세노사이드의 추출 이행률은 $150^{\circ}C$, 15분의 아임계수 추출에서 가장 높았고 특히 Rg3는 3.5-5배, Rh1은 2-2.5배의 높은 농도로 나타났다. 홍삼의 특이 사포닌으로 극미량 존재하는 Rg3 및 Rh1은 강력한 항암 효과 등이 보고되면서 최근 화학적, 물리적, 생물학적 방법에 의한 전환연구가 활발히 진행되고 있으나 낮은 선택성과 생산성의 저하, 부 반응으로 인한 환경 공해 및 대량 생산의 한계 등으로 산업적 적용에 제약이 존재하여 왔다. 본 연구에서는 아임계 상태에서의 물의 특성 변화를 이용한 아임계수 추출을 적용하여 홍삼으로부터 특히 저극성 진세노사이드의 선택적 추출 및 전환에 효과적인 대체 기술로서 가능성을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

Red ginseng was treated by subcritical water extraction (SWE) whose two parameters were the extraction temperature ($105-150^{\circ}C$) and time (5-20 min) under a high pressure. The oBrix value, solid content, color difference, and turbidity of the red ginseng extract increased with increasing extraction time and temperature, while the pH decreased. The total concentration of ginsenosides in the red ginseng extract was maximal at $120^{\circ}C$ and 20 min. The concentrations of ginsenosides Rg3 and Rh1 were maximal at $150^{\circ}C$ and 15 min. The concentrations of Rg3 and Rh1 were respectively 3.5-5 times and 2-2.5 times higher than those treated by conventional extraction methods with hot water, ethanol, and methanol. SWE is a particularly effective method for the selective extraction of less-polar ginsenosides such as Rg3 which is well known to exert strong anticancer effects.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

홍삼의 특이 사포닌으로 극미량 존재하는 Rg3 및 Rh1은 강력한 항암 효과 등이 보고되면서 최근 화학적, 물리적, 생물학적 방법에 의한 전환 연구가 활발히 진행되고 있으나 낮은 선택성과 생산성의 저하, 부 반응으로 인한 환경 공해 및 대량 생산의 한계 등으로 산업적 적용에 제약이 존재하여 왔다. 본 연구에서는 아임계 상태에서의 물의 특성 변화를 이용한 아임계수 추출을 적용하여 홍삼으로부터 특히 저극성 진세노사이드의 선택적 추출 및 전환에 효과적인 대체 기술로서 가능성을 확인하였다.
본 연구에서는 홍삼의 신규 추출 방법으로서 아임계수 추출 (SWE)을 적용하여 홍삼 추출물의 이화학적 특성 변화 및 진세노사이드의 추출 특성을 조사함으로써 최적 추출 조건을 확립하고, 열수 및 에탄올을 사용한 환류 냉각 추출법과 진세노사이드 조성 및 추출 수율을 비교함으로써 홍삼의 아임계수 추출법 적용에 대한 산업적 활용 가능성을 확인하고자 하였다.

제안 방법

0 mL/min로 설정하였다. Mobile Phase는 증류수(solvent A) 와 acetonitrile (solvent B; HPLC grade, J.T. Baker Chemical Co., Center Valley, PA, USA)을 사용하여 gradient 조건으로 solvent B의 비율을 초기 6분간 17%로 흘려주고, 9분까지 23%, 23.5%(16.5 분), 31%(19분), 45%(29분), 47%(31분), 90%(33분), 90%(37분), 38분까지 17%, 마지막 40분까지 동일하게 17%로 순차적으로 조절하였다. 진세노사이드 표준 물질은 순도 99% 이상의 Rb1, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2 (20S), Rg3 (20S), Rg3 (20R), Rh1 (20S), Rh1 (20R) 및 Rh2 (20S)의 12종으로 앰보연구소(Daejeon, Korea)로부터 구입하였다.
진세노사이드의 조성 패턴을 조사하기 위하여, Kim 등(29)의 방법으로 박층크로마토그래피(Thin Layer Chromatography; TLC)를 수행하였다. TLC를 수행하기 위하여 각 추출 조건에서 얻어진 홍삼 추출물을 수포화 부탄올과 1:1로 마이크로 튜브에 넣고 볼텍스(vortex)한 후, 원심 분리하여 부탄올 추출액을 제조하였다. TLC plate (Silica gel 60 F254, Merck, Kenilworth, NJ, USA)를 사용하여 상기에서 제조된 부탄올 추출액과 진세노사이드 혼합 표준 시료를 1 cm 간격으로 3 µL씩 점적한 후, 클로로포름(CHCl₃)- 메탄올(MeOH)-증류수(H₂O)의 혼합 용매(65:35:10, lower phase)를 이용하여 전개시켰다.
각 아임계수 추출 조건에서 얻은 홍삼 추출물을 분석 시료로 하여 refractometer (RX-5000α, Atago Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 당도(oBrix)를 측정하였고, pH 측정은 pH meter (550A, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하였다.
각 조건에서 얻어진 홍삼 추출물은 120 mesh로 여과한 후 rotary evaporator (R-114, Büchi, Flawil, Switzerland)를 사용하여 60±2℃의 수욕상에서 고형분 60%가 되도록 농축한 후, 분석 시료로 사용하였다(16,17).
각 추출 조건에서 얻어진 홍삼 추출물을 filter (Syringe Filter 0.45 µm, Whatman, Buckinghamshire, UK)로 여과한 후, 고속액체크로마토그래피 장비(HPLC; 1260 system, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 사용하여 분석하였다.
지정된 추출 시간이 끝나면 약 30초 내에 추출물이 collection vial에 수집된다. 각각의 홍삼 추출물은 conical tube에 옮겨 분석 시료로 사용하였으며 추출은 재현성 확인을 위하여 각 추출 조건에 대하여 3회 반복하여 수행하였다.
각 조건에서 얻어진 홍삼 추출물은 120 mesh로 여과한 후 rotary evaporator (R-114, Büchi, Flawil, Switzerland)를 사용하여 60±2℃의 수욕상에서 고형분 60%가 되도록 농축한 후, 분석 시료로 사용하였다(16,17). 또한 최적 아임계수 추출 조건에서 얻어진 홍삼 추출물을 상기와 동일한 방법으로 농축한 후, 비교하였다.
전개시킨 TLC plate는 30% 황산을 분무한 후, 110℃에서 5분 동안 발색시키고 결과를 확인하였다. 또한 홍삼 추출물 중 개별 진세노사이드의 농도 및 조성을 확인하고자 Ko 등(30)의 조건을 응용하여 분석을 수행하였다. 각 추출 조건에서 얻어진 홍삼 추출물을 filter (Syringe Filter 0.
분석에는 3.0×50 mm, ID 5 µm 의 Column (Poroshell 120 EC-18, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)을 사용하였고, UV detector (Agilent Technologies)를 사용하여 파장은 203 nm, column 온도는 40℃, flow rate 는 1.0 mL/min로 설정하였다.
최적 아임계수 추출 조건과 비교하기 위하여 기존 추출법인 환류 냉각 추출을 수행하였다. 분쇄한 홍삼근 및 홍미삼을 총 중량 300 g에 대해 7:3의 비율로 각각 210 g 및 90 g을 혼합한 후, extraction flask (volume of 3,000 mL)에 넣고 홍삼의 총 중량 대비 8배 수의 증류수, 70% 에탄올 및 80% 메탄올을 용매로 하여 80℃의 항온 수조(Water Bath; Jeio Tech Co., Daejeon, Korea)에서 8 시간 동안 각각 환류 냉각 추출하였다. 각 조건에서 얻어진 홍삼 추출물은 120 mesh로 여과한 후 rotary evaporator (R-114, Büchi, Flawil, Switzerland)를 사용하여 60±2℃의 수욕상에서 고형분 60%가 되도록 농축한 후, 분석 시료로 사용하였다(16,17).
, Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 온도(105, 120, 135 및 150℃) 및 시간(5분, 10분, 15분 및 20분) 을 변수로 추출을 수행하였다. 분쇄한 홍삼근과 홍미삼을 총 중량 3g에 대하여 7:3의 비율로 각각 2.1 g 및 0.9 g을 혼합한 후, 추출 셀(volume of 22 mL)에 충진하고 cellulose filter (Filter papers, Whatman, Buckinghamshire, UK)를 셀 하부에 부착한 후 오븐에 장착하여 추출하였다. 아임계 추출 장치의 전반적인 모식도는 Fig.
아임계수 추출 및 기존 추출 방법에 의한 진세노사이드 추출 특성을 조사하기 위하여 총 진세노사이드 및 저극성 진세노사이드에서 각각 최대 농도를 나타낸 120℃, 20분 및 150℃, 15분을 최적 아임계수 추출 조건으로 결정하고 기존 추출 방법과 비교 하였다. 진세노사이드 Rg1, Re, Rf, Rh1 (20S), Rg2 (20S), Rh1 (20R), Rb1, Rc, Rd, Rg3 (20S), Rg3 (20R) 및 Rh2 (20S)의 12종을 표준 물질로 사용하여 HPLC 분석한 결과, Fig.
아임계수 추출은 아임계 추출 장치(Accelerated Solvent Extractor; ASE 350, DIONEX Co., Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 온도(105, 120, 135 및 150℃) 및 시간(5분, 10분, 15분 및 20분) 을 변수로 추출을 수행하였다. 분쇄한 홍삼근과 홍미삼을 총 중량 3g에 대하여 7:3의 비율로 각각 2.
TLC plate (Silica gel 60 F254, Merck, Kenilworth, NJ, USA)를 사용하여 상기에서 제조된 부탄올 추출액과 진세노사이드 혼합 표준 시료를 1 cm 간격으로 3 µL씩 점적한 후, 클로로포름(CHCl₃)- 메탄올(MeOH)-증류수(H₂O)의 혼합 용매(65:35:10, lower phase)를 이용하여 전개시켰다. 전개시킨 TLC plate는 30% 황산을 분무한 후, 110℃에서 5분 동안 발색시키고 결과를 확인하였다. 또한 홍삼 추출물 중 개별 진세노사이드의 농도 및 조성을 확인하고자 Ko 등(30)의 조건을 응용하여 분석을 수행하였다.
진세노사이드 표준 물질은 각각 250, 500, 1,000 및 2,000 ppm 의 4가지 농도에 따른 검량선의 일차방정식(R²=0.9994 Rg1, R²=0.9996 Re, R²=0.9998 Rf, R²=0.9993 Rh1 (20S), R²=0.9962 Rg2 (20S), R²=0.9989 Rh1 (20R), R²=0.9976 Rb1, R²=0.9940 Rc, R²=0.9997 Rd, R²=0.9999 Rg3 (20S), R²=1 Rg3 (20R), R²=1 Rh2 (20S))을 설정하였으며, 이를 이용하여 각 추출물 시료의 진세노사이드 농도를 구하였다. Table 2에서와 같이, 홍삼 추출물의 총 진세노사이드 농도는 105℃ 및 120℃에서 추출 시간이 길어짐에 따라 증가하여 120℃, 20분 추출 시간에서 1.
최적 아임계수 추출 조건과 비교하기 위하여 기존 추출법인 환류 냉각 추출을 수행하였다. 분쇄한 홍삼근 및 홍미삼을 총 중량 300 g에 대해 7:3의 비율로 각각 210 g 및 90 g을 혼합한 후, extraction flask (volume of 3,000 mL)에 넣고 홍삼의 총 중량 대비 8배 수의 증류수, 70% 에탄올 및 80% 메탄올을 용매로 하여 80℃의 항온 수조(Water Bath; Jeio Tech Co.
탁도는 UV spectrophotometer (Metrohm 848 Titrino, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 535 nm에서 증류수를 기준으로 투과도(T%)를 측정하였으며 결과는 (100-T)%로 표시하였다(27). 모든 시료는 3회 반복하여 측정한 후, 결과를 평균값으로 나타내었다.
홍삼 추출물의 색 변화를 측정하기 위하여 색차계(CT-310, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter’s value인 L (lightness), a (redness) 및 b (yellowness) 값을 측정하였다.
홍삼의 신규 추출 방법으로 아임계수 추출(subcritical water extraction, SWE)을 적용하여 홍삼 추출물의 이화화적 특성 및 진세노사이드 추출 특성을 조사함으로써 최적 아임계수 추출 조건을 결정하고 기존 추출 방법과 비교함으로써 산업적 이용 효율을 평가하였다. 아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 당도, 고형분 함량, 색차 및 탁도는 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였고 pH는 낮아졌으며, 조 사포닌은 120^oC, 20분에서 최대였다.

대상 데이터

, Center Valley, PA, USA)을 사용하였다. 분석에 사용된 모든 시약은 J.T Baker 사에서 구입한 Extra Pure 및 HPLC grade를 사용하였다.
홍삼은 충남 금산 천지 영농 조합으로부터 잔류 농약, 중금속등 기준 규격에 적합한 4년근 양삼(홍삼근, 40지) 및 세미(홍미삼, 1등급)를 구입하여 사용하였다. 양삼(홍삼근)은 홍삼 절단기 (Jeongseong Machinery Co., Seoul, Korea)를 사용하여 1-2 cm로 1차 절삼한 후 분쇄기(CAU-6000, Charming Art Co., Bucheon, Korea)를 사용하여 2차 분쇄하였으며, 세미(홍미삼) 또한 양삼과 동일한 방법으로 분쇄하여 10-20 mesh의 입자 크기로 추출에 사용하였다(25). 추출에 사용된 용매로 물은 증류수(Direct Q-5, Millipore Co.
5 분), 31%(19분), 45%(29분), 47%(31분), 90%(33분), 90%(37분), 38분까지 17%, 마지막 40분까지 동일하게 17%로 순차적으로 조절하였다. 진세노사이드 표준 물질은 순도 99% 이상의 Rb1, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2 (20S), Rg3 (20S), Rg3 (20R), Rh1 (20S), Rh1 (20R) 및 Rh2 (20S)의 12종으로 앰보연구소(Daejeon, Korea)로부터 구입하였다. 모든 시료는 농도를 달리하여 3회 분석하였으며, 결과를 평균값으로 나타내었다.
, Bucheon, Korea)를 사용하여 2차 분쇄하였으며, 세미(홍미삼) 또한 양삼과 동일한 방법으로 분쇄하여 10-20 mesh의 입자 크기로 추출에 사용하였다(25). 추출에 사용된 용매로 물은 증류수(Direct Q-5, Millipore Co., Billerica, MA, USA)를 사용하였고 에탄올(Prethanol A, Duksan Science, Seoul, Korea) 및 메탄올(HPLC grade, J.T. Baker Chemical Co., Center Valley, PA, USA)을 사용하였다. 분석에 사용된 모든 시약은 J.
홍삼은 충남 금산 천지 영농 조합으로부터 잔류 농약, 중금속등 기준 규격에 적합한 4년근 양삼(홍삼근, 40지) 및 세미(홍미삼, 1등급)를 구입하여 사용하였다. 양삼(홍삼근)은 홍삼 절단기 (Jeongseong Machinery Co.

데이터처리

탁도는 UV spectrophotometer (Metrohm 848 Titrino, Thermo Fisher Scientific, Waltham, MA, USA)를 사용하여 535 nm에서 증류수를 기준으로 투과도(T%)를 측정하였으며 결과는 (100-T)%로 표시하였다(27). 모든 시료는 3회 반복하여 측정한 후, 결과를 평균값으로 나타내었다.
진세노사이드 표준 물질은 순도 99% 이상의 Rb1, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2 (20S), Rg3 (20S), Rg3 (20R), Rh1 (20S), Rh1 (20R) 및 Rh2 (20S)의 12종으로 앰보연구소(Daejeon, Korea)로부터 구입하였다. 모든 시료는 농도를 달리하여 3회 분석하였으며, 결과를 평균값으로 나타내었다.
잔류물은 dry oven (Um-400, Memmert, Schwabach, Germany)에서 105℃로 20분 동안 건조하고 데시케이터에서 30분간 식혀 무게를 측정한 후, 조 사포닌을 구하였다. 모든 시료의 분석은 시료 채취량을 달리하여 3회 반복하여 측정한 후, 결과를 평균값으로 나타내었다.
분산분석은 SPSS 통계 분석 소프트웨어(Version 22.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 Duncan test로 p<0.05의 유의수준에서 분석하였다.

이론/모형

진세노사이드의 조성 패턴을 조사하기 위하여, Kim 등(29)의 방법으로 박층크로마토그래피(Thin Layer Chromatography; TLC)를 수행하였다. TLC를 수행하기 위하여 각 추출 조건에서 얻어진 홍삼 추출물을 수포화 부탄올과 1:1로 마이크로 튜브에 넣고 볼텍스(vortex)한 후, 원심 분리하여 부탄올 추출액을 제조하였다.
홍삼 추출물의 조 사포닌 정량은 식품공전의 홍삼 성분법(28) 에 따라 수행하였다. 시료 약 5-10 g을 100 mL의 농축 플라스크에 취하고 수포화 부탄올 50 mL를 가하여 환류 냉각기를 붙인 항온 수조에서 70-80℃로 약 1시간 추출하여 냉각하고 여과한 후, 잔류물에 대하여 같은 조작을 계속 2회 반복한다.

성능/효과

24 mg/g으로 가장 높았다. Fig. 2와 같이 105℃ 및 120℃의 낮은 아임계수 추출 온도에서는 추출 시간이 길어질수록 농도가 증가하여 각 20분 추출 시간에서 최대를 나타냈고, 135℃에서는 15분까지 증가하다가 20분에서 감소하였으며, 150℃ 추출 온도에서는 10분 추출 시간까지 증가하였으나 15분부터 감소하였다. 특히 150℃에서최대 농도인 2.
아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 당도, 고형분 함량, 색차 및 탁도는 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였고 pH는 낮아졌으며, 조 사포닌은 120^oC, 20분에서 최대였다. TLC 및 HPLC 분석 결과, 총 및 극성 진세노사이드 농도는 120^oC, 20분에서 최대였고 홍삼 특유의 저극성 진세노사이드 Rg3, Rh1 등은 150o C, 15분에서 최대 농도였다. 또한 최적 아임계수 추출과 열수, 에탄올 및 메탄올을 용매로 환류 냉각 추출하여 비교한 결과, 저극성 진세노사이드의 추출 이행률은 150^oC, 15분의 아임계수 추출에서 가장 높았고 특히 Rg3는 3.
탁도는 추출 온도가 높아지고 시간이 길어짐에 따라 증가하여 150℃, 20분에서 최대였다. 각 추출 온도에서 시간의 영향은 10분 추출 시 탁도가 크게 증가하였고 15분 및 20분에서는 완만한 증가로 색차 변화와 유사한 경향이었으며 특히, 150℃, 10분부터 증가 폭은 크게 감소하여 0.5% 내외로 증가함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 고온 고압의 아임계수 처리에 의해 다량 용출된 가용성 물질 및 갈색도 증가 등의 색도 변화가 탁도 증가에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다.
결론적으로 극성 진세노사이드 Rg1, Re, Rf, Rb1, Rc 및 Rd는 120℃ 이하의 낮은 아임계수 추출 온도에서는 농도가 증가하다가 135℃ 이상에서는 추출 시간이 길어짐에 따라 감소하였고 총진세노사이드 농도 변화도 동일한 경향으로 120℃, 20분에서 최대 농도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 반면, 저극성이며 홍삼의 특이 사포닌으로 알려진 Rg2 (S), Rg3 (S+R), Rh1 (S+R) 및 Rh2 (S)는 120℃ 이하의 낮은 아임계수 온도에서는 추출 시간이 길어짐에 따라 소폭 증가하다가 135℃ 이상에서는 크게 증가하여 150℃, 15분에서 0.
이는 고온에서 장시간 추출하는 것이 당도를 증가시켰다는 Li 등(15)의 결과와 일치하는 경향으로 홍삼 추출액 제조 시당도를 증가시킴으로써 쓴맛은 저감하고 맛을 증진시키는 추출 조건으로 고려될 수 있다. 고형분 함량은 당도와 동일한 경향으로 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였으며, 특히 135℃, 20분에서는 3.45%로 측정되어 150℃, 20분의 최대 함량(3.47%)과 비교하여 단지 0.02% 낮은 수치로 나타났다. 이러한 결과로 135℃, 20분에서 홍삼의 가용성 성분이 대부분 추출되었음을 알 수 있었으며 고온 고압의 아임계수 추출로 인하여 홍삼에 다량으로 함유된 전분질, 다당류, 펙틴질, 단백질 등 수용성 물질의 추출이 증가한 것으로 판단된다.
이러한 결과로 135℃, 20분에서 홍삼의 가용성 성분이 대부분 추출되었음을 알 수 있었으며 고온 고압의 아임계수 추출로 인하여 홍삼에 다량으로 함유된 전분질, 다당류, 펙틴질, 단백질 등 수용성 물질의 추출이 증가한 것으로 판단된다. 고형분 함량은 수율과 관련 있는 것으로 생산성 향상 및 경제성을 고려한다면 135℃,20분 이상으로 추출하는 것이 적합할 것이다.
3과 같이 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어짐에 따라 개별 진세노사이드의 발색 정도가 진해지는것으로 나타났고, 홍삼의 특이 사포닌으로 알려진 Rg2, Rg3, Rg5, Rk1 및 Rh1 등(36)은 추출 온도 상승 및 시간이 길어짐에 따라 점차 진해지는 경향으로 특히 120℃, 10분 이상에서 발색 정도가 또렷해지는 것을 확인하였다. 또한 135℃ 및 150℃에서 5분, 10분, 15분 및 20분 추출한 홍삼 추출물 시료를 상기와 동일한 방법으로 TLC plate에 전개시킨 결과, Fig. 4에서와 같이 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re 및 Rf는 추출 온도 상승 및 시간이 길어짐에 따라 발색 정도가 점점 약해져 특히 150℃, 15분 이상에서는 희미해지는 것을 알 수 있었다. 이와는 반대로, 홍삼의 특이 사포닌인 Rg2, Rg3, Rh1 및 Rh2 등은 추출 온도 상승 및 추출 시간이 길어짐에 따라 점차 진해지는 경향으로 나타났고, 특히 Rg5및 Rk1은 135℃, 5분에서는 거의 발색되지 않았으나 10분부터 발색되기 시작하여 이후 시간 및 150℃에서는 확연히 진해진 것을 확인할 수 있었다.
진세노사이드의 Rg1, Re 및 Rc는 조성 변화에 있어 105℃ 및 120℃에서는 추출 시간이 길어짐에 따라 증가하였고 135℃에서는 10분까지 증가하다가 15분부터는 감소하였으며 150℃에서는 추출 시간이 길어짐에 따라 감소하여 총진세노사이드 농도 변화와 대체로 유사하였다. 또한 Rf는 추출 온도 상승 및 시간이 길어질수록 증가하다가 150℃, 15분부터 감소하였고 Rb1 및 Rd는 105℃, 20분 추출 시간에서 최대였고 120℃, 20분 및 135℃, 15분부터는 감소하였으며 150℃에서는 큰폭으로 감소하여 20분 추출 시간에서 Rb1은 0.0280 mg/g, Rd는 0.0045 mg/g으로 최대 농도와 비교하여 1/8 수준으로 감소하였다. 한편, Rg2 (S), Rg3 (S+R) 및 Rh2 (S)는 각 추출 온도에서 추출 시간이 길어질수록 증가하는 경향이었으며 150℃, 15분 추출 시간에서 각각 최대 농도를 나타내었다.
TLC 및 HPLC 분석 결과, 총 및 극성 진세노사이드 농도는 120^oC, 20분에서 최대였고 홍삼 특유의 저극성 진세노사이드 Rg3, Rh1 등은 150o C, 15분에서 최대 농도였다. 또한 최적 아임계수 추출과 열수, 에탄올 및 메탄올을 용매로 환류 냉각 추출하여 비교한 결과, 저극성 진세노사이드의 추출 이행률은 150^oC, 15분의 아임계수 추출에서 가장 높았고 특히 Rg3는 3.5-5배, Rh1은 2-2.5배의 높은 농도로 나타났다. 홍삼의 특이 사포닌으로 극미량 존재하는 Rg3 및 Rh1은 강력한 항암 효과 등이 보고되면서 최근 화학적, 물리적, 생물학적 방법에 의한 전환 연구가 활발히 진행되고 있으나 낮은 선택성과 생산성의 저하, 부 반응으로 인한 환경 공해 및 대량 생산의 한계 등으로 산업적 적용에 제약이 존재하여 왔다.
아임계수 추출 온도 및 시간에 의한 홍삼 추출물의 이화학적 특성은 Table 1과 같이 당도(^oBrix)는 105℃, 5분에서 1.54^oBx로가장 낮았고 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하는 경향을 보이다가 150℃, 20분에서 3.57^oBx로 가장 높게 나타났다. 이는 고온에서 장시간 추출하는 것이 당도를 증가시켰다는 Li 등(15)의 결과와 일치하는 경향으로 홍삼 추출액 제조 시당도를 증가시킴으로써 쓴맛은 저감하고 맛을 증진시키는 추출 조건으로 고려될 수 있다.
홍삼의 신규 추출 방법으로 아임계수 추출(subcritical water extraction, SWE)을 적용하여 홍삼 추출물의 이화화적 특성 및 진세노사이드 추출 특성을 조사함으로써 최적 아임계수 추출 조건을 결정하고 기존 추출 방법과 비교함으로써 산업적 이용 효율을 평가하였다. 아임계수 추출에 의한 홍삼 추출물의 당도, 고형분 함량, 색차 및 탁도는 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어질수록 증가하였고 pH는 낮아졌으며, 조 사포닌은 120^oC, 20분에서 최대였다. TLC 및 HPLC 분석 결과, 총 및 극성 진세노사이드 농도는 120^oC, 20분에서 최대였고 홍삼 특유의 저극성 진세노사이드 Rg3, Rh1 등은 150o C, 15분에서 최대 농도였다.
02% 낮은 수치로 나타났다. 이러한 결과로 135℃, 20분에서 홍삼의 가용성 성분이 대부분 추출되었음을 알 수 있었으며 고온 고압의 아임계수 추출로 인하여 홍삼에 다량으로 함유된 전분질, 다당류, 펙틴질, 단백질 등 수용성 물질의 추출이 증가한 것으로 판단된다. 고형분 함량은 수율과 관련 있는 것으로 생산성 향상 및 경제성을 고려한다면 135℃,20분 이상으로 추출하는 것이 적합할 것이다.
4에서와 같이 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re 및 Rf는 추출 온도 상승 및 시간이 길어짐에 따라 발색 정도가 점점 약해져 특히 150℃, 15분 이상에서는 희미해지는 것을 알 수 있었다. 이와는 반대로, 홍삼의 특이 사포닌인 Rg2, Rg3, Rh1 및 Rh2 등은 추출 온도 상승 및 추출 시간이 길어짐에 따라 점차 진해지는 경향으로 나타났고, 특히 Rg5및 Rk1은 135℃, 5분에서는 거의 발색되지 않았으나 10분부터 발색되기 시작하여 이후 시간 및 150℃에서는 확연히 진해진 것을 확인할 수 있었다. 이는 홍삼의 고온 고압 처리에 있어 온도가 높아지고 시간이 길어질수록 대부분의 ginsenoside는 감소하는 경향을 나타내는 반면, Rg3 및 Rh2는 새로이 생성되거나 함량이 증가하였다는 Yang 등(37)의 연구 결과 및 수삼을 원료로 120℃의 고온에서 3시간 증삼하여 제조한 홍삼에서 Rh1, Rh2 및 Rg3함량이 현저히 증가하였다는 Nam 등(8)의 결과와 유사한 경향이 었다.
아임계수 추출 및 기존 추출 방법에 의한 진세노사이드 추출 특성을 조사하기 위하여 총 진세노사이드 및 저극성 진세노사이드에서 각각 최대 농도를 나타낸 120℃, 20분 및 150℃, 15분을 최적 아임계수 추출 조건으로 결정하고 기존 추출 방법과 비교 하였다. 진세노사이드 Rg1, Re, Rf, Rh1 (20S), Rg2 (20S), Rh1 (20R), Rb1, Rc, Rd, Rg3 (20S), Rg3 (20R) 및 Rh2 (20S)의 12종을 표준 물질로 사용하여 HPLC 분석한 결과, Fig. 5와 같이 저극성 진세노사이드는 고온의 아임계수 추출 조건(150℃, 15분) 에서 3.094 mg/g으로 최대였으며 특히 Rg3 (S+R)와 Rh1 (S+R)의 농도는 1.059 mg/g 및 0.622 mg/g으로 나타나 열수, 70% 에탄올및 80% 메탄올을 사용한 기존 추출 방법과 비교하여 Rg3는 3.5-5배, Rh1은 2-2.5배의 높은 농도로 확인되었다. Rg3는 인삼 중 천연으로 존재하는 성분이 아니라 Rb1과 같은 고분자 사포닌의 성분 변화에 의해 생성되는 prosapogenin으로 알려져 있으며(6) 수삼이나 백삼에는 거의 없거나 홍삼 중에는 극히 미량으로 존재하기 때문에 Rg3의 대량 생산 방법에 대한 연구와 관심이 모아지고 있다.
진세노사이드 표준 물질 Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2 (20S), Rg3 (20S), F2, Rg5, Rk1, Rh1 (20S), Rh2 (20S) 및 Compound-K의 혼합된 표준 시료와 105℃ 및 120℃의 온도에서 각각 5분, 10분, 15분 및 20분 추출한 추출물 시료를 TLC plate 에 전개시킨 결과, Fig. 3과 같이 추출 온도가 높아지고 추출 시간이 길어짐에 따라 개별 진세노사이드의 발색 정도가 진해지는것으로 나타났고, 홍삼의 특이 사포닌으로 알려진 Rg2, Rg3, Rg5, Rk1 및 Rh1 등(36)은 추출 온도 상승 및 시간이 길어짐에 따라 점차 진해지는 경향으로 특히 120℃, 10분 이상에서 발색 정도가 또렷해지는 것을 확인하였다. 또한 135℃ 및 150℃에서 5분, 10분, 15분 및 20분 추출한 홍삼 추출물 시료를 상기와 동일한 방법으로 TLC plate에 전개시킨 결과, Fig.

후속연구

또한 수소 이온과 수산화 이온의 강도가 상온 상압의 물에 비해 1,000배 정도 증가하여 산성도와 알칼리도가 높아짐에 따라 산 또는 염기의 촉매로 작용하여 추출하고자 하는 물질로부터 생리 활성 성분들의 추출 효율이 증가하고 기존 성분의 구조가 새로운 유용 성분으로 선택적으로 전환될 수 있다(24). 따라서, 이러한 고온 고압의 아임계수 추출 특성은 기존의 진세노사이드 성분 전환 연구에서 주로 이용되고 있는 초고압, 열처리, 산 가수분해 등을 대체하여 단점을 보완한 보다 안전하면서도 효과적인 방법으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.
홍삼의 추출 방법으로는 환류 냉각 추출이 일반적으로 이용되고 있는데, 에탄올 사용 시 농도가 증가할수록 사포닌 함량은 증가하나 엑기스 제조 수율은 감소하였고, 높은 제조 경비 및 잔류로 인한 안전성 이슈 등이 존재한다. 물은 안전한 추출 용매로 에탄올 대비 수율이 높고, 고온에서 장시간 추출 시 총 당 함량과 당도 증가로 맛을 증진시킴으로써 홍삼 추출액 및 엑기스 제조에 보편적으로 이용되고 있으나 고온 장시간 추출로 인한 생산성의 저하, 사포닌 함량의 감소 등은 해결해야 할 과제이다. 따라서 홍삼의 유효 성분 추출에는 보다 효과적이며 경제적이고 안전한 추출 방법 연구의 필요성이 대두되어진다(14-16).
또한 Rh1은 항알러지, 피부염증 질환 치료 효과, 항암 효과 및 여성 호르몬과 유사 기능이 있는 것으로 알려져 최근 활발한 연구가 진행되고 있다(41). 아 임계수 추출은 이러한 Rg3 및 Rh1의 선택적 추출 및 전환에 효과적인 신규 추출 방법으로 본 연구의 결과는 홍삼의 저극성 진세노사이드 추출 및 나아가 기능성 식품 소재 개발에 응용하여 산업적으로 이용될 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	홍삼의 특이 사포닌에는 어떤 것들이 있는가?	인삼은 가공 방법에 따라 수삼, 백삼, 태극삼, 홍삼, 그 밖의 인삼으로 분류되는데 특히 수삼을 증기나 그 밖의 방법으로 쪄서 익혀 말린 홍삼이 대표적으로 이용되고 있다. 홍삼은 제조과정 중 열에 의해 아미노산 변화, 갈변 작용 등 여러 화학 변화가 수반되며 사포닌 변환으로 20 (R)- ginsenoside Rg2, Rg3, Rh1, Rh2 등이 생성된다(6). 이러한 홍삼의 특이 사포닌은 암세포의 정상 세포 내 침윤과 혈관 신생 억제로 암세포 전이 억제와 혈압 저하 기능, 암세포 성장 억제 등 약리 효능이 뛰어난 것으로 보고되었다(7-9).
	사포닌의 효능은?	A. Meyer)은 두릅나무과(Aralliaceae) 인삼 속에 속하는 다년생 숙근초로 주요 약리 성분으로 알려진 사포닌의 효능은 항피로, 항산화 및 항스트레스, 면역 기능 조절, 항암 효과 등이 보고되었다(1–5). 인삼은 가공 방법에 따라 수삼, 백삼, 태극삼, 홍삼, 그 밖의 인삼으로 분류되는데 특히 수삼을 증기나 그 밖의 방법으로 쪄서 익혀 말린 홍삼이 대표적으로 이용되고 있다.
	가공방법에 따른 인삼의 분류는?	Meyer)은 두릅나무과(Aralliaceae) 인삼 속에 속하는 다년생 숙근초로 주요 약리 성분으로 알려진 사포닌의 효능은 항피로, 항산화 및 항스트레스, 면역 기능 조절, 항암 효과 등이 보고되었다(1–5). 인삼은 가공 방법에 따라 수삼, 백삼, 태극삼, 홍삼, 그 밖의 인삼으로 분류되는데 특히 수삼을 증기나 그 밖의 방법으로 쪄서 익혀 말린 홍삼이 대표적으로 이용되고 있다. 홍삼은 제조과정 중 열에 의해 아미노산 변화, 갈변 작용 등 여러 화학 변화가 수반되며 사포닌 변환으로 20 (R)- ginsenoside Rg2, Rg3, Rh1, Rh2 등이 생성된다(6).

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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