효소적 생물전환을 이용한 토종오가피와 가시오가피의 Eleutheroside B, E의 추출 함량 최적화 Eleutherosides Extraction from Acanthopanax sessiliflorus Seeman and Eleutherococcus senticosus Maxim Using an Enzymatic Process원문보기
본 연구에서는 효소적 생물전환을 이용하여 오가피의 생리활성 물질인 eleutheroside B와 E의 추출 함량을 증대시키는 방안을 모색하였다. 효율적인 열수추출 공정을 위해 줄기분말에 질량대비 가수를 한 결과 14배 가수를 선정하였다. 이후 줄기 분말에 다양한 가수분해 효소를 이용하여 처리한 결과 유효성분의 용출량을 증가시키는 효소로 Novozyme 33095, Viscozyme L을 선정하였다. 효소처리 시간별로 유효성분의 용출량을 비교한 결과 eleutheroside B와 E의 용출량은 가시오가피 줄기에 Novozyme 33095로 3시간 처리하였을 경우 eleutheroside B의 용출량이 대조구 대비 약 13%가 증가하였고, eleutheroside E의 용출량은 대조구 대 비 약 26%로 가장 많이 증가하였다. 효소처리 후 토종오가피와 가시오가피의 줄기의 효과적인 열수추출 조건을 확인해 본 결과 토종오가피를 $121^{\circ}C$에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 기존 열수추출 공정대비 약 7%가 증가하였고, eleutheroside E의 추출 함량은 약 17%가 유의적으로 증가하였다. 가시오가피 줄기를 $121^{\circ}C$에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 기존 열수추출 공정대비 약 25%가 유의적으로 증가하였고, eleutheroside E의 추출 함량은 약 29%가 유의적으로 증가하였다.
본 연구에서는 효소적 생물전환을 이용하여 오가피의 생리활성 물질인 eleutheroside B와 E의 추출 함량을 증대시키는 방안을 모색하였다. 효율적인 열수추출 공정을 위해 줄기분말에 질량대비 가수를 한 결과 14배 가수를 선정하였다. 이후 줄기 분말에 다양한 가수분해 효소를 이용하여 처리한 결과 유효성분의 용출량을 증가시키는 효소로 Novozyme 33095, Viscozyme L을 선정하였다. 효소처리 시간별로 유효성분의 용출량을 비교한 결과 eleutheroside B와 E의 용출량은 가시오가피 줄기에 Novozyme 33095로 3시간 처리하였을 경우 eleutheroside B의 용출량이 대조구 대비 약 13%가 증가하였고, eleutheroside E의 용출량은 대조구 대 비 약 26%로 가장 많이 증가하였다. 효소처리 후 토종오가피와 가시오가피의 줄기의 효과적인 열수추출 조건을 확인해 본 결과 토종오가피를 $121^{\circ}C$에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 기존 열수추출 공정대비 약 7%가 증가하였고, eleutheroside E의 추출 함량은 약 17%가 유의적으로 증가하였다. 가시오가피 줄기를 $121^{\circ}C$에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 기존 열수추출 공정대비 약 25%가 유의적으로 증가하였고, eleutheroside E의 추출 함량은 약 29%가 유의적으로 증가하였다.
In this study, we optimized conditions for extraction of eleutherosides B and E from stem powder of Acanthopanax. To enhance eleutheroside B and E yields, Acanthopanax sessiliflorus Seeman and Eleutherococcus senticosus Maxim were pre-incubated with the following enzymes: Celluclast, Viscozyme L, La...
In this study, we optimized conditions for extraction of eleutherosides B and E from stem powder of Acanthopanax. To enhance eleutheroside B and E yields, Acanthopanax sessiliflorus Seeman and Eleutherococcus senticosus Maxim were pre-incubated with the following enzymes: Celluclast, Viscozyme L, Lactozyme, Lecitase, and Novozyme 33095. Treatment with Novozyme 33095, a commercial pectinase, for 3 h resulted in the highest yields of eleutherosides B and E from A. sessiliflorus and E. senticosus. Compared with extraction at $121^{\circ}C$ for 120 min, at $121^{\circ}C$ for 15 min after Novozyme 33095 pre-incubation increased eleutheroside B and E yields from A. sessiliflorus by 7% and 17%, respectively. In the case of E. senticosus, eleutheroside B and E yields increased by 25% and 29%, respectively.
In this study, we optimized conditions for extraction of eleutherosides B and E from stem powder of Acanthopanax. To enhance eleutheroside B and E yields, Acanthopanax sessiliflorus Seeman and Eleutherococcus senticosus Maxim were pre-incubated with the following enzymes: Celluclast, Viscozyme L, Lactozyme, Lecitase, and Novozyme 33095. Treatment with Novozyme 33095, a commercial pectinase, for 3 h resulted in the highest yields of eleutherosides B and E from A. sessiliflorus and E. senticosus. Compared with extraction at $121^{\circ}C$ for 120 min, at $121^{\circ}C$ for 15 min after Novozyme 33095 pre-incubation increased eleutheroside B and E yields from A. sessiliflorus by 7% and 17%, respectively. In the case of E. senticosus, eleutheroside B and E yields increased by 25% and 29%, respectively.
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문제 정의
또한 eleutheroside B는 항산화 활성, 항암 작용, 골질환 예방, 항스트레스 작용, 항피로 작용 등이 보고된 바 있다(24). 본 연구에서는 오가피에 효소적 생물전환을 전처리 공정으로 수행하여 eleutheroside B 및 E와 같은 생리활성 물질의 추출법을 최적화하고자 하였다.
유효성분의 추출수율 증대를 위한 가수분해 효소들의 효과를 확인하고자 오가피의 목질 부위에 작용이 가능한 효소들을 50℃에서 5시간 동안 처리 후 용출된 eleutherosides의 함량을 HPLC로 분석하였다. 그 결과 토종오가피와 가시오가피의 줄기 분말로부터 용출된 eleutheroside B와 E의 함량을 분석하였다(Fig. 1, Fig. 2). 토종오가피 줄기 분말에서 eleutheroside B의 용출량을 동일 조건의 효소 무처리군(대조구)과 비교하였을 때 유의적인 증가를 하는 효소로는 Celluclast, Viscozyme L, Lecitase가 있었으며, 이 중 Celluclast로 효소처리 하였을 때 약 12%, Viscozyme L로 효소처리 하였을 때 약 41%, Lecitase로 효소처리 하였을 때 약 31%가 유의적으로 증가하였다(Fig.
Park과 Kim(27)은 사과껍질에 Viscozyme L과 Pectinex를 처리하여 폴리페놀의 성분을 증대시킨 결과를 보고한 바 있으며, 이와 유사하게 적포도주에서도 Viscozyme L과 Pectinex를 이용하여 총 페놀성분의 추출능을 증대시킨 연구가 보고되었다(28). 위의 결과를 바탕으로 본 연구에서는 토종오가피와 가시오가피의 유효성분 용출량 증대에 효과적인 효소로 Novozyme 33095, Viscozyme L을 선정하여 이후 실험을 진행하였다.
Novozyme 33095로 처리하였을 경우 전반적으로 증가하였고 3시간 반응에서 약 26%로 가장 많이 증가함을 확인하였다.위의 결과를 종합하여 본 연구에서는 Novozyme 33095를 최적효소로 선정하고 3시간 동안 처리하는 것을 최적 반응 시간으로 확립하여 이후 실험을 진행하였다.
유효성분의 추출수율 증대를 위한 가수분해 효소들의 효과를 확인하고자 오가피의 목질 부위에 작용이 가능한 효소들을 50℃에서 5시간 동안 처리 후 용출된 eleutherosides의 함량을 HPLC로 분석하였다. 그 결과 토종오가피와 가시오가피의 줄기 분말로부터 용출된 eleutheroside B와 E의 함량을 분석하였다(Fig.
가시오가피 줄기 분말의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 eleutheroside B는 14배, 20배, 17배 순으로 추출되었고, eleutheroside E는 14배, 17배, 20배 순으로 추출되었다. 이 결과를 바탕으로 본 실험에서는 유효성분의 추출 함량을 증대시키고 원활한 공정적용을 위해 두 물질의 추출량이 모두 유의적으로 높고 부피가 상대적으로 작아 공정수행에 유리한 14배 가수를 기준으로 일괄 적용하여 이후 실험을 진행하였다.
토종오가피와 가시오가피의 줄기를 3~5ø로 분쇄하여 분체 1 g에 멸균수 14, 17, 20 mL를 각각 넣어 autoclave 121℃에서 2시간 동안 추출하였다.
토종오가피와 가시오가피의 줄기를 3~5ø로 분쇄하여 분체 2 g에 멸균수 28 mL를 넣고, Viscozyme L, Novozyme 33095를 각각 0.2 mL(2,000 Unit) 넣은 후 0.5, 1, 2, 3, 5시간 동안 shaking incubation(50℃, 150 rpm) 하였다.
효과적인 효소처리 시간을 확립하기 위하여 가시오가피의 줄기 분말에 Viscozyme L, Novozyme 33095를 시간대별로 반응시킨 후, eleutheroside B와 E의 용출량을 분석하였다(Table 2). 시간이 지남에 따라 효소별로 유효성분의 용출량이 점진적으로 증가하였으나, 두 효소 모두 3시간 반응 이후에는 증가폭이 유의적이지 않거나 용출량이 감소하는 경향을 보이기도 하였다.
효소처리 후 토종오가피와 가시오가피의 줄기 분말 용액의 효과적인 열수추출 방법을 찾고자 저온추출과 고온추출을 각각 수행하였다. 토종오가피와 가시오가피의 줄기 분말 용액을 최종적으로 추출하였을 때 eleutheroside B와 E의 추출 함량은 Table 3과 같다.
효소처리액을 autoclave 70℃에서 30분, 121℃에서 15분으로 각각 추출한 후 원심분리(340×g, 15분) 하여 상등액을 실험에 사용하였다.
효율적인 열수추출 공정을 위해 줄기 분말 질량대비 14, 17, 20배 가수를 하였을 경우 eleutheroside B와 E의 추출함량을 비교 분석하였다(Table 1). 토종오가피 줄기 분말 용액의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 14배, 17배, 20배 순으로 추출됨을 확인하였다.
본 실험에 사용한 토종오가피와 가시오가피는 평창오가피랜드(Pyeongchang, Korea)에서 구매하였고, eleutheroside B, E 표준물질 및 분석시약은 Sigma-Aldrich(St.Louis, MO, USA)에서 구입하였다. Celluclast, Viscozyme L, Lecitase, Lactozyme, Novozyme 33095 효소는 Novozymes A/S(Bagsvaerd, Denmark)에서 구입하여 사용하였다.
이동상은 water(0.1% TFA)와 acetonitrile(0.1%TFA)을 사용하였고, flow rate는 1.0 mL/min으로 하고 injection volume은 20 µL로 하였다.
데이터처리
모든 실험은 3회 반복 측정 후, 평균과 표준편차로 나타내었으며, SPSS statistics 21 program(IBM, Chicago, IL, USA)을 이용하여 P<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test에 따라 분석하였다.
성능/효과
2A). Eleutheroside E의 용출량을 대조구와 비교하였을 때 유의적인 증가를 하는 효소는 Viscozyme L, Novozyme 33095이며, Viscozyme L로 효소처리 하였을 경우 eleutheroside E의 용출량이 약 18%, Novozyme 33095로 효소처리 하였을 경우 용출 함량이 약 37%가 유의적으로 증가하였다(Fig. 2B).
Eleutheroside E의 추출함량은 기존 열수추출 공정 대비 121°C에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 29%로 가장 많이 증가하였다.
Novozyme 33095로 처리한 후 토종오가피 줄기 분말 용액을 70℃에서 30분, 121℃에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 오가피 질량대비 14배 가수하여 121℃에서 2시간 동안 추출한 기존 열수추출 공정 대비 121℃에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 7%가 증가하였다. Eleutheroside E의 추출함량은 기존 열수추출 공정 대비 121℃에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 17%로 가장 많이 증가함을 확인하였다.
5시간 반응에서 대조구 대비 약 20%로 가장 많이 증가하였다. Novozyme 33095로 처리하였을 경우 전반적으로 증가하였고 3시간 반응에서 약 26%로 가장 많이 증가함을 확인하였다.위의 결과를 종합하여 본 연구에서는 Novozyme 33095를 최적효소로 선정하고 3시간 동안 처리하는 것을 최적 반응 시간으로 확립하여 이후 실험을 진행하였다.
토종오가피와 가시오가피의 줄기 분말 용액을 최종적으로 추출하였을 때 eleutheroside B와 E의 추출 함량은 Table 3과 같다. Novozyme 33095로 처리한 후 토종오가피 줄기 분말 용액을 70℃에서 30분, 121℃에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 오가피 질량대비 14배 가수하여 121℃에서 2시간 동안 추출한 기존 열수추출 공정 대비 121℃에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 7%가 증가하였다. Eleutheroside E의 추출함량은 기존 열수추출 공정 대비 121℃에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 17%로 가장 많이 증가함을 확인하였다.
2). Viscozyme L로 효소처리 하였을 경우 eleutheroside B의 용출량이 약 18%, Novozyme 33095로 효소처리 하였을 경우 용출 함량이 약 39%가 유의적으로 증가하였다(Fig. 2A). Eleutheroside E의 용출량을 대조구와 비교하였을 때 유의적인 증가를 하는 효소는 Viscozyme L, Novozyme 33095이며, Viscozyme L로 효소처리 하였을 경우 eleutheroside E의 용출량이 약 18%, Novozyme 33095로 효소처리 하였을 경우 용출 함량이 약 37%가 유의적으로 증가하였다(Fig.
가시오가피 줄기 분말 용액의 eleutheroside B의 용출량은 Viscozyme L로 처리하였을 경우 3시간 반응에서 대조구 대비 약 14%가 가장 많이 증가하였고, Novozyme 33905로 처리하였을 경우 그 변화가 미미하였다. Eleutheroside E의 용출량은 Viscozyme L로 처리하였을 경우 0.
토종오가피 줄기 분말 용액의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 14배, 17배, 20배 순으로 추출됨을 확인하였다. 가시오가피 줄기 분말의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 eleutheroside B는 14배, 20배, 17배 순으로 추출되었고, eleutheroside E는 14배, 17배, 20배 순으로 추출되었다. 이 결과를 바탕으로 본 실험에서는 유효성분의 추출 함량을 증대시키고 원활한 공정적용을 위해 두 물질의 추출량이 모두 유의적으로 높고 부피가 상대적으로 작아 공정수행에 유리한 14배 가수를 기준으로 일괄 적용하여 이후 실험을 진행하였다.
가시오가피의 경우 효소처리 후 줄기 분말 용액을 70℃에서 30분, 121℃에서 15분 동안 추출하였을 때 eleutheroside B의 추출 함량은 기존 열수추출 공정 대비 유의적으로 증가하고, 121℃에서 15분 동안 추출하였을 때 약 25%로 가장 높게 증가함을 확인하였다. Eleutheroside E의 추출함량은 기존 열수추출 공정 대비 121°C에서 15분 동안 추출하였을 경우 약 29%로 가장 많이 증가하였다.
본 연구에서도 이와 유사하게 고온, 고압의 조건에서 단시간 추출한 경우 상대적으로 효과적인 결과를 보였다. 또한 121℃에서 15분 동안 추출은 추출액의 살균공정을 겸할 수 있으므로 효율적이며, 이미 처리된 효소의 실활을 유도하여 추출 후 효소에 의해 발생할 수 있는 추출물의 성분 변화를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
또한 Viscozyme L은 arabanase, cellulase, β-glucanase, hemicellulase, xylanase가 함유된 효소로 식물 세포벽의 pectin 결합을 부분적으로 가수분해하며, 식물로부터 추출된 물질의 점착성을 감소시켜 유효성분이 물에 효과적으로 용출되게 하는 것으로 판단된다.
또한 추출시간이 길어질수록 eleutheroside E의 추출 함량이 일정 시간 이후 감소하는 경향이 있다고 보고되었는데, 이는 eleutheroside E의 분자가 고온의 추출용매에서 구조적으로 변형되어 성분이 감소하는 현상이라 보인다(30). 본 연구에서도 이와 유사하게 고온, 고압의 조건에서 단시간 추출한 경우 상대적으로 효과적인 결과를 보였다. 또한 121℃에서 15분 동안 추출은 추출액의 살균공정을 겸할 수 있으므로 효율적이며, 이미 처리된 효소의 실활을 유도하여 추출 후 효소에 의해 발생할 수 있는 추출물의 성분 변화를 줄일 수 있을 것으로 판단된다.
))는 인삼과 같은 두릅나무과에 속하는 낙엽활엽 관목으로 러시아, 중국, 일본, 한국 등에 분포하고 깊은 산지의 계곡에 서식하는 식물이다(1-4). 오가피 품종으로 가시오가피(Eleutherococcus senticosus), 탐라오가피(A. koreanum), 지리오가피(A. chiisanensis), 오가피(A. sessiliflorus) 등이 있고 국내에 서식하는 오가피는 14종이 알려졌다(2,5).
효율적인 열수추출 공정을 위해 줄기 분말 질량대비 14, 17, 20배 가수를 하였을 경우 eleutheroside B와 E의 추출함량을 비교 분석하였다(Table 1). 토종오가피 줄기 분말 용액의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 14배, 17배, 20배 순으로 추출됨을 확인하였다. 가시오가피 줄기 분말의 eleutheroside B와 E의 함량을 비교하였을 때 eleutheroside B는 14배, 20배, 17배 순으로 추출되었고, eleutheroside E는 14배, 17배, 20배 순으로 추출되었다.
2). 토종오가피 줄기 분말에서 eleutheroside B의 용출량을 동일 조건의 효소 무처리군(대조구)과 비교하였을 때 유의적인 증가를 하는 효소로는 Celluclast, Viscozyme L, Lecitase가 있었으며, 이 중 Celluclast로 효소처리 하였을 때 약 12%, Viscozyme L로 효소처리 하였을 때 약 41%, Lecitase로 효소처리 하였을 때 약 31%가 유의적으로 증가하였다(Fig. 1A). Eleutheroside E의 경우 용출량을 대조구와 비교하였을 때 유의적인 증가를 하는 효소로는 Viscozyme L이 있었으며, 약 48%가 유의적으로 증가하였다(Fig.
토종오가피 줄기 분말의 eleutheroside B의 용출량은 Novozyme 33095, Viscozyme L로 처리하였을 경우 오가피 줄기 분말 질량대비 14배 가수하여 121℃에서 2시간 동안 추출한 대조구 대비 유의적으로 높지 않았다. 하지만 eleutheroside E의 용출량은 Novozyme 33095로 처리하였을 경우 5시간 반응에서 대조구 대비 약 9%로 가장 많이 증가하였고, Viscozyme L로 처리하였을 경우 1시간 반응에서 약 4% 증가함을 확인하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
오가피란 무엇인가?
오가피(Acanthopanax(A.))는 인삼과 같은 두릅나무과에 속하는 낙엽활엽 관목으로 러시아, 중국, 일본, 한국 등에 분포하고 깊은 산지의 계곡에 서식하는 식물이다(1-4). 오가피 품종으로 가시오가피(Eleutherococcus senticosus),탐라오가피(A.
오가피 품종의 종류에는 어떠한 것들이 있는가?
))는 인삼과 같은 두릅나무과에 속하는 낙엽활엽 관목으로 러시아, 중국, 일본, 한국 등에 분포하고 깊은 산지의 계곡에 서식하는 식물이다(1-4). 오가피 품종으로 가시오가피(Eleutherococcus senticosus),탐라오가피(A. koreanum), 지리오가피(A. chiisanensis),오가피(A. sessiliflorus) 등이 있고 국내에 서식하는 오가피는 14종이 알려졌다(2,5).
eleutheroside B와 E의 특징은 무엇인가?
오가피의 주요 성분으로는 lignan 배당체인 eleutheroside B, eleutheroside E, caffeic acid, friedelin, phenolicglycoside, β-sitosterol, isofraxidin, β-glucan 등이 있으며(2,5,6,9,19), 이 중 eleutheroside B와 E는 오가피 배당체 성분의 80%를 차치하고 있다(9,20,21). 이 두 물질은 외부의 스트레스에 대한 비특이적 적응력을 갖는 ‘adaptogenicactivity’에 있어서 인삼과 비슷하고 독성은 거의 없다고 보고되었으며, 특히 acanthoside D로 알려진 eleutherosideE는 현재 한국 식품의약품안전처에 건강기능 식품원료로서 개별인정형 원료로 등록되어(2), 체력강화, T세포 증가를 통한 면역력 증대, 학습능력 향상, 간 기능 개선, 콜레스테롤 수치 저하, 항암 효과 등이 보고된 바 있다(12,22,23). 또한 eleutheroside B는 항산화 활성, 항암 작용, 골질환 예방,항스트레스 작용, 항피로 작용 등이 보고된 바 있다(24). 본연구에서는 오가피에 효소적 생물전환을 전처리 공정으로 수행하여 eleutheroside B 및 E와 같은 생리활성 물질의 추출법을 최적화하고자 하였다.
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