흑삼의 화학성분 및 생리활성에 대한 최근 연구 Recent Advances in Studies on Chemical Constituents and Biological Activities of Korean Black Ginseng(Panax ginseng C. A. Meyer)원문보기
We have conducted a comprehensive literature review regarding the chemical constituents and biological activities of Korean black ginseng(Panax ginseng C. A. Meyer), three to nine times-steamed and dried ginseng, which shows strong black color through Maillared browning reaction. It has been reporte...
We have conducted a comprehensive literature review regarding the chemical constituents and biological activities of Korean black ginseng(Panax ginseng C. A. Meyer), three to nine times-steamed and dried ginseng, which shows strong black color through Maillared browning reaction. It has been reported that some chemically deglycosylated and transformed saponins are obtained from black ginseng as artifacts produced during intensive steaming. They have been known to be ginsenosides Rg3, Rg4, Rg5, Rg6, Rh1, Rh2, Rh4, Rk1 and Rk3, quite different from those of red ginseng, among which ginsenosides Rg3, Rg5 and Rk1 are considered to be major components. And also, black ginseng has been recently found to demonstrate anticancer, recovery from learning and memory damages, hypontensive, antidiabetic, antiobesitic, tonic and antiatopic activities, together with antioxidative and exercise performance improving activities, exhibiting their effects to be a little bit stronger than those of red ginseng. These findings suggest that black ginsng might play an important role in the development of promising functional foods and drugs from the viewpoint of the chemical composition and biological activities of black ginseng with a distinction from those of white and red ginsengs. In this review, the authors will survey and evaluate further functions of black ginseng with a focus on its physicochemical properties and biological activities.
We have conducted a comprehensive literature review regarding the chemical constituents and biological activities of Korean black ginseng(Panax ginseng C. A. Meyer), three to nine times-steamed and dried ginseng, which shows strong black color through Maillared browning reaction. It has been reported that some chemically deglycosylated and transformed saponins are obtained from black ginseng as artifacts produced during intensive steaming. They have been known to be ginsenosides Rg3, Rg4, Rg5, Rg6, Rh1, Rh2, Rh4, Rk1 and Rk3, quite different from those of red ginseng, among which ginsenosides Rg3, Rg5 and Rk1 are considered to be major components. And also, black ginseng has been recently found to demonstrate anticancer, recovery from learning and memory damages, hypontensive, antidiabetic, antiobesitic, tonic and antiatopic activities, together with antioxidative and exercise performance improving activities, exhibiting their effects to be a little bit stronger than those of red ginseng. These findings suggest that black ginsng might play an important role in the development of promising functional foods and drugs from the viewpoint of the chemical composition and biological activities of black ginseng with a distinction from those of white and red ginsengs. In this review, the authors will survey and evaluate further functions of black ginseng with a focus on its physicochemical properties and biological activities.
57) 따라서 금후 흑삼에 대한 항염증효과와 관련된 암예방효과에 대한 보다 많은 연구가 기대된다. In vivo 실험으로 흑삼추출물의 암 전이억제효과를 조사하였다. 전이성이 강한 colon 26-M3.
61-64) 흑삼의 기억학습에 미치는 효과 연구는 인삼과 홍삼의 기억학습 효능을 기초로 이들 인삼류와 주로 비교연구를 중심으로 수행되었다. Scopolamine(SCOP) 투여로 유도되는 마우스 건망증 모델(SCOP, 2 mg/kg, i.p.)에 백삼, 홍삼, 흑삼의 추출물을 각각 투여(200 mg/kg, p.o.)하고 그 효과를 조사하였다. 그 결과 이들 추출물투여는 SCOP 유도 기억력 손상을 유의하게 역전시키는 효과를 보였고, SCOP에 의한 acetylcholinestrase(AChE)의 활성 증가도 유의하게 억제되었다.
54) 금후 in vivo 실험과 임상적용시험을 통해 G-Rg5를 다량 한유한 흑삼의 유방암 관리에 효과적인 천연의 새로운 소재(natural new material)로 될 수 있을 것으로 기대된다. 또한 G-Rg5의 인체 자궁경부암세포주(HeLa, MS751, C33A, Me180, HT3)에 대한 세포독성, DNA 손상, 세포자살효과를 가지고 있는지를 평가하였다. 그 결과 G-Rg5는 인체자궁경부암 세포의 DNA 손상과 세포사멸을 강력히 유도하였으며, HeLa와 MS751 세포주가 G-Rg5에 대해 더욱 감수성을 보였다.
또한 흑삼의 색상은 담흑갈색(淡黑褐色)또는 흑다갈색(黑茶褐色)으로 되어 있는데 이에 대한 고려도 제시되지 않았다. 또한 최근 G-Rg3, -Rk1, -Rg5 함량 증대를 위한 인삼가공법으로 증삼시간을 증대하는 제조방법을 제시하였다. 즉 백삼을 밀폐된 용기에서 98℃에서 30시간 증삼 후 건조한 다음 다시 30-45시간 증삼한 후 건조 한 결과 G-Rb1, -Rb2, -Rc, -Rg1와 같은 극성 진세노사이드는 거의 검출되지 않았고, 20(S)-G-Rg3, 20(R)-G-Rg3, G-Rk1, -Rg5 함량은 각각 23.
67) SCOP 유도 기억장애모델이 실험동물에서 학습기능에 항건망증 약물의 효과를 평가하는데 광범위하게 사용되고 있다. 이에 SCOP 유도 마우스 실험에서 흑삼의 인지기능 개선 효과에 대한 분자기전을 조사하기 위해서 SCOP 유도 건망증 마우스 모델을 이용하여 백삼과 홍삼, 흑삼의 cholinesterase(ChE)의 억제활성 비교와 콜린성 효과(cholinergic effect)에 대한 영향을 평가하였다. In vitro ChE 억제활성조사에서 백삼, 홍삼, 흑삼의 80% 에탄올 추출물은 농도 의존적으로 acetylcholinestrase(AChE), butyrylcholinesterase(BuChE) 활성을 억제하였다.
52) 새로운 혈관 형성(angiogenesis)은 산소와 영양분의 공급에 의한 종양 성장과 전이에 중요한 역할을 한다. 흑삼의 항암효능에 대한 기전연구의 일환으로 흑삼추출물과 흑삼으로부터 G-Rg3와 G-Rg5를 분리하여 혈관신생 억제 효능을 검정하였다. 흑삼추출물과 G-Rg3, -Rg5 처리는 혈관내피세포인 human umbilical vein endothelial cells(HUVECs)의 배양실험에서 basic fibroblast growth factor(bFGF)에 의해 유도되는 HUVEC의 증식(proliferation), 이동(migration), 및 관형성(tube formation)을 억제하였다.
대상 데이터
이와 관련하여 우선적으로 홍삼 추출물(50% 에탄올 추출물)에 대한 급성독성시험이 수행되었다. 실험동물은 8주령의 male sprague-dawley rats를 사용하여 검체(흑삼추출물)는 생리식염수에 용해하여 투여용량은 5, 10, 15 g/kg bw으로 투여경로는 경구(p.o.)로 하였고, 14일간 관찰한 결과 15 g/kg bw투여 용량에서도 사망률이나 행동이상, 비정상적 임상증상이 없었고, 사료섭취량, 체중, 내장기관의 무게 등도 대조군과 유의할만한 변화는 없었다. 흑삼 추출물의 경구 반치사량(LD50)은 15 g/kg bw이상으로 이었다.
성능/효과
In vitro ChE 억제활성조사에서 백삼, 홍삼, 흑삼의 80% 에탄올 추출물은 농도 의존적으로 acetylcholinestrase(AChE), butyrylcholinesterase(BuChE) 활성을 억제하였다. AChE에 대한 억제활성(IC50)은 흑삼 추출물(1.72 mg/ml), 백삼(5.89 mg/ml), 홍삼(6.30 mg/ml)으로 흑삼이 가장 강했고, BuChE에 대한 억제 활성은 거의 비슷한 수치(1.8~2.5 mg/ml)를 보였다. 수동회피반응 시험결과 흑삼추출물(100, 200 mg/kg, p.
)하고 그 효과를 조사하였다. 그 결과 이들 추출물투여는 SCOP 유도 기억력 손상을 유의하게 역전시키는 효과를 보였고, SCOP에 의한 acetylcholinestrase(AChE)의 활성 증가도 유의하게 억제되었다. 한편 acetylcholine 합성효소인 choline acetyltransferase(ChAT) 활성은 홍삼과 흑삼추출물투여로 유의하게 증가하였다.
아울러 금후 흑삼의 임상적 적용 확대를 위해서는 in vitro/in vivo 실험의 확충과 이를 기초로 한 무작위 임상실험의 추진이 더욱 강조된다. 그러나 아직 흑삼에 대한 연구는 기존의 백삼이나 홍삼연구에 비해 매우 미흡하다. 그 제조방법에 있어 연구자에 의해 많은 차이를 보이고 있고, 흑삼의 화학적 분석결과에 있어서도 많은 변이를 보이고 있다.
흑삼은 전통적 한약재의 수치방법 중의 하나인 구증구포 방법을 적용하여 제조한 가공삼으로 증포 횟수를 반복함으로서 Maillard reaction products(MRPs)의 증가로 흑색을 띄게 되어 흑삼이라 명명되었다. 더욱이 흑삼은 반복적 증포과정을 거쳐 제조된 새로운 가공삼으로서 백삼이나 홍삼에 거의 없거나 극히 미량 존재하는 저극성의 진세노사이드(GRg3, -Rg5, -Rk1, -F4, -Rg6, -Rh2, -Rh3, -Rh4, -Rk3, -Rs3, -Rs4, etc)의 함량이 높은 것이 특징이다. 그 중에서 현저히 조성함량이 높은 G-Rg3, -Rk1, -Rg5 등이 주요 성분으로 간주되고 있다.
68) 수동회피시험과 수미로시험(morris water maze test)결과, 흑삼과 홍삼투여군에서 기억 손상이 유의적으로 개선되었다. 또한 생화학적 조사에서 뇌조직에서 choline acetyltransferase(ChAT) 활성은 홍삼과 흑삼투여군에서 대조군에 비해 각각 42%, 71% 수준의 유의성 있는 활성증가를 보였고, 뇌조직의 지질 과산화물(malondialdehyde)의 함량도 홍삼과 흑삼투여군에서 각각 33%, 37%의 유의성 있는 감소를 보였다. 이로서 흑삼의 반복 경구투여는 scopolamine으로 유도된 흰쥐에서 기억력 감퇴를 개선하는 데 가장 효과적인 것으로 사료되었다.
그 중에서 현저히 조성함량이 높은 G-Rg3, -Rk1, -Rg5 등이 주요 성분으로 간주되고 있다. 또한 인삼의 비사포닌계 활성성분으로 산성다당체 성분과 페놀성 화합물도 증포과정을 통해 증가된다. 일반적으로 흑삼은 기존의 백삼이나 홍삼보다 생리활성이 강한 것으로 인식되고 있다.
1 carcinoma cells)에 대한 증식억제 활성을 보였으나, 정상세포(마우스 비장세포)에는 세포독성을 보이지 않았으며, 그 억제 활성은 흑삼이 백삼보다 강력하였다. 또한 흑삼은 LPS로 유도되는 대식세포의 염증성 사이토카인인 TNF-α의 생성을 농도의존적으로 억제하였으며 역시 그 효과는 백삼보다 우수하였다. 이로써 흑삼의 대장암세포에 대한 항암활성과 항염증 효과가 시사되었으며 이러한 효과는 흑삼제조 과정 중 생성되는 G-Rg3와 G-Rh2에 기인하는 것으로 추정되었다.
5 mg/ml)를 보였다. 수동회피반응 시험결과 흑삼추출물(100, 200 mg/kg, p.o.) 투여는 SCOP에 의한 기억손상을 유의하게 개선시켰다. 또한 western blot과 RT-PCR 분석결과 흑삼투여는 SCOP에 의한 기억손상 마우스의 대뇌피질과 해마에서 ChAT 단백질 발현의 활성화와 AChE 단백질 발현의 억제효과를 보였다.
그 제조방법에 있어 연구자에 의해 많은 차이를 보이고 있고, 흑삼의 화학적 분석결과에 있어서도 많은 변이를 보이고 있다. 일반적으로 물리적 방법인 증삼처리는 생물학적 변환방법인 효소적 처리방법에 비해 선택성이 약하다. 특히 증삼 온도와 시간, 그리고 증포 횟수에 따라 G-Rg3, -Rk1, -Rg5 등의 프로사포게닌의 생성량이 달라질 수 있다.
일반적으로 흑삼은 기존의 백삼이나 홍삼보다 생리활성이 강한 것으로 인식되고 있다. 지금까지 실험적 연구를 통해 흑삼의 항산화활성을 비롯한 항암활성, 학습기억력 개선, 혈압저하, 항당뇨, 항비만, 운동력 증강 및 항 아토피효과 등이 보고되었으며, 흑삼의 생리활성은 백삼이나 홍삼에 비해 비교적 강한 것으로 보였다. 이처럼 흑삼의 화학적 조성과 생리활성이 기존의 백삼이나 홍삼과는 차별성을 보이고 있으므로 금후 그 활성 제고가 기대된다.
일반적으로 물리적 방법인 증삼처리는 생물학적 변환방법인 효소적 처리방법에 비해 선택성이 약하다. 특히 증삼 온도와 시간, 그리고 증포 횟수에 따라 G-Rg3, -Rk1, -Rg5 등의 프로사포게닌의 생성량이 달라질 수 있다. 약효의 재현성 확보를 위해서는 함유성분의 표준화가 되어야 한다.
그러나 인삼의 산화적 스트레스에 대한 방어 효능은 ginsenoside 또는 페놀성분 단일 성분으로 설명하기에는 부족한 점이 많다. 특히 지금까지 흑삼의 유리기 소거활성이 백삼이나 1회 증삼 가공한 홍삼에 비해 강한 것으로 평가되었는데, 이는 흑삼제조과정 중 증포 횟수의 증가에 따른 열처리에 의해 진세노사이드의 C-20에 부착된 당분자가 탈당화되어 G-Rg3, -Rk1, -Rg5와 같은 저극성 진세노사이드와 MRPs인 maltol을 비롯한 페놀성물질의 증가에 의한 이들 성분의 상승적 효과에 기인되는 것으로 사료된다. 더욱이 지금까지 흑삼의 항산화 효과는 대부분 in vitro 라디칼 소거활성을 중심으로 조사되었으므로 금후 in vivo 실험계를 이용한 활성성분에 대한 보다 많은 연구가 요망된다.
흑삼은 전통적 한약재의 수치방법 중의 하나인 구증구포 방법을 적용하여 제조한 가공삼으로 증포 횟수를 반복함으로서 Maillard reaction products(MRPs)의 증가로 흑색을 띄게 되어 흑삼이라 명명되었다. 더욱이 흑삼은 반복적 증포과정을 거쳐 제조된 새로운 가공삼으로서 백삼이나 홍삼에 거의 없거나 극히 미량 존재하는 저극성의 진세노사이드(GRg3, -Rg5, -Rk1, -F4, -Rg6, -Rh2, -Rh3, -Rh4, -Rk3, -Rs3, -Rs4, etc)의 함량이 높은 것이 특징이다.
후속연구
75) 이상에서와 같이 G-Rg3와 G-Rg5/Rk1와 같은 저극성의 진세노사이드들은 흑삼의 주요 함유성분이므로 이들의 기억력개선 효과는 흑삼의 항건망증에 대한 유용성을 간접적으로 입증해 주고 있다. 그러나 흑삼은 아직 인삼이나 홍삼 연구에 비해 연구수행이 미진한 실정이나 효과의 우수성면에서 긍정적인 연구결과들이 도출되고 있어 임상적 적용의 확대를 위해서는 좀더 다양한 실험모델을 이용한 추가적 연구가 필요하다.
특히 지금까지 흑삼의 유리기 소거활성이 백삼이나 1회 증삼 가공한 홍삼에 비해 강한 것으로 평가되었는데, 이는 흑삼제조과정 중 증포 횟수의 증가에 따른 열처리에 의해 진세노사이드의 C-20에 부착된 당분자가 탈당화되어 G-Rg3, -Rk1, -Rg5와 같은 저극성 진세노사이드와 MRPs인 maltol을 비롯한 페놀성물질의 증가에 의한 이들 성분의 상승적 효과에 기인되는 것으로 사료된다. 더욱이 지금까지 흑삼의 항산화 효과는 대부분 in vitro 라디칼 소거활성을 중심으로 조사되었으므로 금후 in vivo 실험계를 이용한 활성성분에 대한 보다 많은 연구가 요망된다.
약효의 재현성 확보를 위해서는 함유성분의 표준화가 되어야 한다. 따라서 흑삼 제조공정의 표준화를 위한 최적화 제조방법의 확립이 시급한 실정이다. 약리 효능연구 분야에서는 지금까지의 흑삼 연구 결과들이 대부분 in vitro 실험계를 중심으로 수행된 결과로서 더욱 in vivo 연구의 확충이 요망된다.
이처럼 흑삼의 화학적 조성과 생리활성이 기존의 백삼이나 홍삼과는 차별성을 보이고 있으므로 금후 그 활성 제고가 기대된다. 따라서 흑삼은 증삼온도와 시간, 그리고 증포 횟수 등의 성분변이 요인을 고려하여 보다 실용적이고 안전성 있는 제조법의 확립이 필요하다. 아울러 금후 흑삼의 임상적 적용 확대를 위해서는 in vitro/in vivo 실험의 확충과 이를 기초로 한 무작위 임상실험의 추진이 더욱 강조된다.
흑삼의 기능성 인정을 위한 목표 지향적이고, 체계적 전임상 및 임상연구의 추진이 시급한 실정이다. 또한 이와 병행하여 흑삼의 기능성 성분/지표성분의 설정을 위한 성분과 연계한 기능성평가 연구가 이루어져야 할 것이다.
따라서 흑삼은 증삼온도와 시간, 그리고 증포 횟수 등의 성분변이 요인을 고려하여 보다 실용적이고 안전성 있는 제조법의 확립이 필요하다. 아울러 금후 흑삼의 임상적 적용 확대를 위해서는 in vitro/in vivo 실험의 확충과 이를 기초로 한 무작위 임상실험의 추진이 더욱 강조된다. 그러나 아직 흑삼에 대한 연구는 기존의 백삼이나 홍삼연구에 비해 매우 미흡하다.
이로서 동일 온도에서 증삼할 경우 증포 횟수 반복보다는 총 증삼시간이 영향을 크게 미친다는 보여 주었다. 앞으로 흑삼의 제조 조건과 관련하여 어느 정도의 온도에서 얼마 동안 찔 것인지, 건조는 어떻게, 얼마나 할 것인지, 그리고 반복해서 증포 횟수를 늘리는 것이 좋은지 아니면 증삼온도를 높이거나 증삼시간을 늘리는 것이 좋은지 등에 대해서 다각적으로 검토하여 흑삼의 표준화 공정이 확립되어야 할 것이다.
따라서 흑삼 제조공정의 표준화를 위한 최적화 제조방법의 확립이 시급한 실정이다. 약리 효능연구 분야에서는 지금까지의 흑삼 연구 결과들이 대부분 in vitro 실험계를 중심으로 수행된 결과로서 더욱 in vivo 연구의 확충이 요망된다. 현재 백삼과 홍삼은 건강기능식품으로 그 기능성을 인정을 받고 있으나 아직 흑삼은 기능성 원료로 인정을 받지 못하고 있다.
106,107) 이로서 흑삼은 아토피를 비롯한 피부 질환에도 효과적으로 사용될 수 있는 기능성 소재로 활용이 기대된다. 이를 위해서 in vivo 효과 조사와 함께 흑삼의 주요 활성성분으로 알려진 G-Rg3(S, R), -Rk1, -Rg5등의 단일 사포닌의 효과 검정과 작용 기전에 대한 추가적인 연구가 필요하다고 본다.
지금까지 실험적 연구를 통해 흑삼의 항산화활성을 비롯한 항암활성, 학습기억력 개선, 혈압저하, 항당뇨, 항비만, 운동력 증강 및 항 아토피효과 등이 보고되었으며, 흑삼의 생리활성은 백삼이나 홍삼에 비해 비교적 강한 것으로 보였다. 이처럼 흑삼의 화학적 조성과 생리활성이 기존의 백삼이나 홍삼과는 차별성을 보이고 있으므로 금후 그 활성 제고가 기대된다. 따라서 흑삼은 증삼온도와 시간, 그리고 증포 횟수 등의 성분변이 요인을 고려하여 보다 실용적이고 안전성 있는 제조법의 확립이 필요하다.
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