[보고서]천마 산성다당체 수용화 증진 기술 및 기능식품소재 개발

박용수

천마 산성다당체 수용화 증진 기술 및 기능식품소재 개발 원문보기

보고서 정보
주관연구기관	무주군약초영농조합
연구책임자	박용수
참여연구자	지호균 , 송인호 , 박미란
보고서유형	최종보고서
발행국가	대한민국
언어	한국어
발행년월	2013-04
과제시작연도	2012
주관부처	지식경제부
사업 관리 기관	한국산업기술진흥원
등록번호	TRKO201300032352
과제고유번호	1415121895
사업명	지역전략산업육성
DB 구축일자	2014-01-13
키워드	천마.압출성형.산성다당체.면역증진.건강기능식품.

초록 ▼

핵심기술
압출처리를 이용한 천마 세포벽 성분 냉수 수용화 증대 기술
최종목표
지역 특산품 및 산림자원 중의 하나인 천마를 활용하여 현장 가공 기술 저변 확대, 현장 생산 애로점 해결과 산립과학기술개발의 기반을 강화하는 공정기술을 개발하고 천마의 지표물질로 알려진 gastrodin,p-hydroxybenzyl alcohol 맟 biopolymer에 대한 효능을 입증하여 건강기능식품 산업화 소재로써 그 활용도를 제고하고자한다.
개발내용 및 결과
압출성형 공정을 적용하여 천마의 추출수율을 극대화 시키는 최적 압출조건을 확립하고 이산화탄소 배출을 배제시킬 수 있는 냉수추출법을 개발함으로써 천마의 고유 향미를 개선하고 유효성분의 추출 수율 증가와 세포벽 성분인 다당체 함량을 높이며 압출천마의 항암 면역 활성능을 입증하여 이를 활용한 기능성이 있는 식품을 개발하였다.
기술개발배경
천마를 이용한 가공식품 개발에 있어서 매우 한정적이고 천마를 이용한 연구로는 단순가공처리, 생리활성 검증 등으로 국한되어 있으며 천마의 함유되어 있는 다량의 세포벽 성분인 다당체 연구가 진행되지 않아 세포벽 성분 수용화 증대를 높일 수 있는 전처리 공정 개발이 필요하다. 이를 개선하기 위해 추출수율을 높일 수 있는 공정으로 압출성형 공법을 적용하여 천마의 기능성 다당체 수용화 증대를 위한 공정 개발과 기능성 식품 개발하고자 연구를 진행하였다.
핵심개발기술의 의의
고온/고압 공정을 이용하여 추출수율을 극대화 시키는 최적 압출 조건을 확립하여 압출천마를 선정하였다. 전처리 공정개발로 인한 추출공정을 열수추출에서 냉수추출로 대체함에 따라 저탄소 및 저에너지고효율로 전환하였으며 천마를 추출하여 분리 정제를 통해 산성다당체를 확보하였고 항암 면역 활성 효과를 입증하여 천마의 활용도를 높였다. 이에 따라 천마를 활용하여 압출처리공법을 적용시킴으로써 다양한 제품화를 실행할 수 있는 생산 기술 및 소재 기술 확보, 천마제품의 기호성 증대, 기능성이 있는 제품개발에 의의를 두고 있다.
적용분야
1. 천마를 활용한 다양한 제품화 및 응용 제품
2. 압출천마함유 소프트드링크, 혼합과일음료, 타블렛 및 과립차
3. 캡슐, 에너지 바, 선식, 콘프레이크 등 응용 가능

목차 Contents

제출문 ... 1
지역산업기술개발사업 보고서 초록 ... 3
연구개발사업 주요 연구성과 ... 8
목차 ... 13
표목차 ... 15
그림목차 ... 17
제 1 장 서론 ... 20
제 1 절 개발기술의 중요성 및 필요성 ... 20
1. 기술개발의 필요성 ... 20
2. 압출성형 공정의 필요성 ... 24
제 2 절 국내·외 관련 기술의 현황 ... 26
1. 국내 기술 동향 및 수준 ... 26
2. 국외 기술 동향 및 수준 ... 27
3. 주관기관(무주군약초영농조합법인)의 보유업적 ... 27
제 3 절 기술개발 시 예상되는 기술적 · 경제적 파급효과 ... 31
1. 기술적 측면 ... 31
2. 경제적 측면 ... 31
3. 기대 효과 ... 31
4. 활용방안 ... 32
제 2 장 기술개발 내용 및 방법 ... 33
제 1 절 최종 목표 및 평가 방법 ... 33
1. 최종 목표 ... 33
2. 기술 개발 평가 방법 ... 33
제 2 절 단계 목표 및 평가 방법 ... 34
1. 압출 수율 ... 34
2. 활성 성분 확보 및 순도 ... 34
3. 생리활성 효능 ... 34
제 3 절 연차별 개발 내용 및 개발 범위 ... 35
1. 1차년도 개발 범위 및 평가 방법 ... 35
2. 2차년도 개발 범위 및 평가 방법 ... 36
제 3 장 결과 및 사업화 계획 ... 37
제 1 절 연구개발 최종 결과 ... 37
1. 연구 수행 내용(추진 일정) ... 37
2. 연구 수행 결과(추진 실적) ... 52
3. 기술개발 성과 ... 97
제 2 절 연구개발 추진 체계 ... 101
1. 기술개발 추진방법 및 전략 ... 101
2. 기술개발 추진체계 ... 102
3. 각 기관 별 추진 내역 ... 103
제 3 절 시장 현황 및 사업화 전망 ... 104
1. 개발제품의 국내외 시장 현황 ... 104
2. 사업화 전망 ... 104
Reference ... 106
최종보고서 요약 ... 110

표/그림 (58)

표 Fig. 1. 연도/성별 암발생 추이
표 Fig. 2. 천마 지표물질 구조
표 Fig. 3. 우리나라 천마 생산지역
표 Fig. 4. 우리나라 건강기능식품 시장 현황
표 Fig. 6. 무주군약초영농조합의 주요 기기설비 및 장비
표 Fig. 5. 무주군약초영농조합의 획득한 인증서 및 수상실적
표 Fig. 7. Schematic diagram of twin-screw extruder
표 Fig. 8. Sequential extraction of gastrodia elata cell wall with various solvent
표 Fig. 9. Experiment method of non-starch polysaccharide
표 Fig. 10. Isolation and purification of gastrodin, p-hydroxybenzyl alcohol from Gastrodia elata.
표 Fig. 11. Manufacturing processes of soft drink.
표 Fig. 12. Manufacturing processes of mixed beverage
표 Fig. 13. Manufacturing processes of granule tea with extracts from extruded G. elata Blume
표 Fig. 14. Manufacturing processes of granule tea with powder from extruded G. elata Blume.
표 Fig. 15. Manufacturing processes of tablet with extracts from extruded G. elata Blume.
표 Fig. 16. Manufacturing processes of tablet with powder from extruded G. elata Blume
표 Fig. 17. Processing of extrusion.
표 Fig. 18. Chromatogram of volatile flavor constituents from fresh and extruded Gastrodia elata.
표 Fig. 19. Effect of extrusion condition on GA, HBA, VA, VN and p-HBAD yield.
표 Fig. 20. Extractability of EtOH soluble material and polyphenol
표 Fig. 21. Starch contents of Gastrodiae elata crude cell wall.
표 Fig. 23. Elution profile of water soluble polysaccharide from extruded Gastodia elata Root on DEAE sepharose CL-6B.
표 Fig. 22. Yield of uronic acid on various storage time.
표 Fig. 24. Chromatogram of standard gastrodin and p-hydroxybenzyl alcohol
표 Fig. 25. Chromatogram of GA, HBA from raw, Ex3 and Ex5.
표 Fig. 26. Chromatogram of Isolation and purification.
표 Fig. 27. Isolation and purification of gastrodin, p-hydroxybenzyl alcohol from Gastrodia elata.
표 Fig. 29. Purified gastrodin, p-hydroxybenzyl alcohol and acidic polysaccharide from Gastrodia elata
$Fig. 28. Chromatogram of Isolation and purification. fraction$ 표 Fig. 28. Chromatogram of Isolation and purification. fraction
표 Fig. 30. Cytotoxicity of GEAP in colon cancer cell line. HT-29 (1××105 cells/well) cells wastreated with three concentrations of GEAP or 5-fluorouracil (5-FU) for 24 hours (A) or 48 hours (B).Cell viability was measured by MTT assay. Values are expressed as the mean±S.E
표 Fig. 31. GEAP products-induced apoptosis. The panel shows a representative4`,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) staining of HT-29 cells after 24 h treatment with GEAP.5-FU(B) as a comparison, GEAP-4 (C), GEAP-5 (D), GEAP-6 (E), GEAP-8 (F), GEAP-9 (G) andGEAP-10(H), both all were shown severe apoptosis compared with Control group (A). Red arrows pointto apoptotic bodies with condensed chromatin typical of cells undergoing apoptosis were observed byfluorescence microscopy
표 Fig. 33. Effect of the GEAP on IL-2 and INF- g production in Con A-pretreated splenocytes.Splenocytes were pretreated with Con A (1㎍/㎖) ,and then were induced with several concentrations(4,20,100 ㎍/㎖ or 0.2, 1,2.5㎍/㎖) of GEAP or Con A for 24 hours. Data was determined by ELISAanalysis using ELISA reader
표 Fig. 32. Effect of GEAP on splenocytes proliferation. Treatment with GEAP (20, 100ug/ml) andConcanavalin A (Con A, 1, 2.5 ug/ml) respectively in the cultivating splenocytes (1.5××105 cells/well),then it cultivated into the incubator (37℃℃, 5% CO2) for 48 hours. Splenocytes proliferation wasdetermined by EZ-Cytox cell viability assay kit as described in materials and methods. Data aremeans±±S.D. of three experiments performed in triplicate. *p<0.05, **p<0.01, ***p<0.001 compared withcontrol.
표 Fig. 33. Effect of the GEAP on IL-2 and INF- g production in Con A-pretreated splenocytes.Splenocytes were pretreated with Con A (1㎍/㎖) ,and then were induced with several concentrations(4,20,100 ㎍/㎖ or 0.2, 1,2.5㎍/㎖) of GEAP or Con A for 24 hours. Data was determined by ELISAanalysis using ELISA reader
표 Fig. 34. The cytotoxicity effect of GEs in HT29 colon cancer cell line. HT29 (1×105cells/well)cells was treated with three concentrations (5,20,100g/ml) of GEs or 5-fluorouracil(5-FU), After48hoursincubation, It was detected by MTT assay
표 Fig. 35. The effects of Ges on IL-2 (A) and IFN-γ(B) secrestions by splenocytescultured in medium with or without ConA (2.5 μg/ml) for 48 hrs.Values are means mean±SEM, n = 3.IFN, interferon; IL-2, interleukin-2. Values with thesymbol * are significantly different from the control
표 Fig. 35. The effects of Ges on IL-2 (A) and IFN-γ(B) secrestions by splenocytescultured in medium with or without ConA (2.5 μg/ml) for 48 hrs.Values are means mean±SEM, n = 3.IFN, interferon; IL-2, interleukin-2. Values with thesymbol * are significantly different from the control
표 Fig. 36. GEs-induced apoptosis in FACS flow cytometry. Annexin-V-FITC/PI flowcytometry analysis was done using HT29 cells following treatment with high concentration(100μg/ml) of GEs for 24h . The numbers in the lower right quadrant of each plot indicate thepercentage of annexin-positive (apoptotic) cells only. 5-Fluorouracil as a comparison wastreated with the same way
표 Fig. 37. The apoptosis effect of GEs using DAPI staining. The panel shows arepresentative 4`,6-diamidino-2-phenylindole (DAPI) staining of HT29 cells after 24 htreatment with GEs using 100 μg/ml high concentrations.Red arrows point to apoptotic bodies with condensed chromatin typical of cells undergoingapoptosis were observed by fluorescence microscopy
표 Fig. 38. The effect of GEs on pro-apoptosis proteins expression in HT29 cell line using western blot analysis
표 Fig. 39. Mouse body weight(A) and tumor volume(B). Tumor volume were calculatedaccording to the formula below that: tumor volume(mm3)=(W1×W1×W2)π/6, W1=the maximumvolume of tumor, W2=the minimum volume of tumor.
표 Fig. 40. Images of mouse tumor before removing
표 Fig. 41. Images of mouse tumor after removing.
표 Fig. 42. Mouse spleen weight(A), tumor volume(B), increase of body weight(C) and increase of tumor volume(D) after sacrifice
표 Fig. 42. Mouse spleen weight(A), tumor volume(B), increase of body weight(C) and increase of tumor volume(D) after sacrifice
표 Fig. 43. COX-2, NF-kB, Ki-67 and b-Catenin expression in mouse tumor tissue
표 Fig. 44. Gender and age distribution from survey research.
표 Fig. 45. Preference test of gender prepared with soft drink
표 Fig. 46. Preference test of age prepared with soft drink.
표 Fig. 47. Preference test of gender prepared with mixing beverage.
표 Fig. 48. Preference test of age prepared with mixing beverage.
표 Fig. 49. Preference test of gender prepared with granule tea.
표 Fig. 50. Preference test of age prepared with granule tea.
표 Fig. 51. Preference test of gender prepared with tablet
표 Fig. 52. Preference test of age prepared with tablet.
표 Fig. 53. Selected product
표 Fig. 54. Solubility of gastrodiae elata tablets.
$Fig. 55. Refractive index and viscosity of beverages prepared from gastrodiae elata$ 표 Fig. 55. Refractive index and viscosity of beverages prepared from gastrodiae elata

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