(19) 대한민국특허청 (KR) (12) 공개특허공보 (A) (11) 공개번호 10-2011-0099970 (43) 공개일자 2011년09월09일 (51) Int. Cl. A61K 36/20 (2006.01) A61P 35/00 (2006.01) B01D 11/00 (2006.01) (21) 출원번호 10-2010-0019009 (22) 출원일자 2010 년 03 월 03 일 심사청구일자 전체청구항수 : 총 4 항 2010 년 03 월 03 일 (71) 출원인 강원대학교산학협력단 강원도춘천시효자동 192-1 ( 강원대학로 42) (72) 발명자 이현용 강원도춘천시동면만천 2 리 406 번지 정명훈 강원도춘천시후평동대우아파트 3 동 203 호 ( 뒷면에계속 ) (74) 대리인 우광제 (54) 고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출방법및그추출물 (57) 요약 본발명은고로쇠나무의이단복합추출방법및그추출물에관한것으로, 고로쇠나무로부터생리활성물질을효율적으로뽑아내기위해고로쇠나무수피를대상으로마이크로웨이브추출과저온고압추출의이단복합추출을순차적으로행하는것을특징으로한다. 상기본발명에따를경우, 추출물의독성감소와함께일반적인추출공정에서는용출되지않았던다양한생리활성성분의용출을유도할수있어다양한생리활성증진효과를얻을수있다. 대표도 - 도 1-1 -
(72) 발명자안주희강원도춘천시효자2동양우아파트 104동 303호박성진강원도춘천시사농동현대아파트 103동 1004호김승섭강원도원주시명륜2동명륜2차아파트 103동 403호 하지혜 강원도춘천시석사동퇴계주공 4 단지아파트 402 동 1505 호 이준희 강원도춘천시효자 2 동 132-16 이발명을지원한국가연구개발사업과제고유번호없음. 부처명교육과학기술부연구관리전문기관연구사업명지역거점연구단육성사업단의료, 바이오신소재융복합사업연구과제명강원도청정농림자원으로부터노화억제및인지기능개선용기능성신소재및제품화연구기여율주관기관강원대학교연구기간 2009년 04월 01일 ~ 2010년 03월 31일 - 2 -
특허청구의범위청구항 1 고로쇠나무의수피를마이크로웨이브추출과저온고압추출을병행하여이단복합으로추출하는것을특징으로하는, 고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출방법. 청구항 2 (1) 고로쇠나무의수피를음건하여분쇄하는단계 ; (2) 분쇄한수피를마이크로웨이브추출기에넣고 2,450MHz의주파수에 120~240W로 30분동안마이크로웨이브추출하는단계 ; 및 (3) 상기마이크로웨이브추출이끝난추출물을 60 에서 300~500MPa의압력으로저온고압추출하는단계 ; 로이루어지는것을특징으로하는, 고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출방법. 청구항 3 제2항에있어서, 마이크로웨이브추출단계는 240W에서시행하고, 저온고압추출단계는 300MPa의압력으로시행하는것을특징으로하는, 고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출방법. 청구항 4 제1항내지제3항중어느한항의이단복합추출방법에의해추출되는것을특징으로하는, 고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출물. 명세서 [0001] [0002] 기술분야본발명은고로쇠나무의이단복합추출방법및그추출물에관한것으로, 더욱상세하게는고로쇠나무로부터생리활성물질을효율적으로뽑아내기위해고로쇠나무수피를대상으로마이크로웨이브추출과저온고압추출의이단복합추출을순차적으로행하는기술에관한것이다. 본발명에서는열수추출공정등기존추출법의단점을극복하고생리활성이증진된추출방법및그추출물을얻고자마이크로웨이브추출공정과저온고압추출공정을병행한이단복합추출공정을통한방법을제시하였다. [0003] 배경기술고로쇠나무는단풍나무과에속하는낙엽교목으로표고 100~1,800m에자생하며한국, 일본, 중국, 만주에까지분포한다. 우리나라의고로쇠나무는내한성이강하여지리산, 백운산, 조계산및강원도일대의습한고로쇠나무 (Acer mono), 붉은고로쇠나무 (A. mono for. rubrieps), 우산고로쇠나무 (A. okamotoanum), 만주고로쇠 (A. truncatum), 긴고로쇠나무 (A. mono for. dissectum), 왕고로쇠나무 (A. mono var. savatieri), 산고로쇠나무 (A. mono var. horizontale), 집게고로쇠나무 (A. mono for. connivens), 털고로쇠나무 (A. mono var. ambiguum) 등 9종의품종과변종이생육하고있는것으로알려져있다. 이중우산고로쇠는울릉도지역에자생하고있는수종이다. - 3 -
[0004] [0005] [0006] [0007] [0008] 고로쇠나무는뼈에이로운나무라는데서유래되었다는속설이있는데, 전남광양시백운산지역에서는수액음용자의 80% 이상이고로쇠나무수액의효능에대해긍정적인반응이있었다고보고된바있다. 현재고로쇠나무에관한연구는거의이루어져있지않으며, 수액에관한연구로국내에서는무기물과당류분석, 자작나무수액중에칼슘, 마그네슘분석, 수액성분분석과효능등이보고되어있으며, 일본의경우는국내에비해비교적폭넓은연구가이루어지고있으나우리나라와마찬가지로약리적효과보다는수액의성분분석에관한것으로자작나무의성분에관한연구등이보고되고있다. 우리나라는고로쇠나무수액에대한음용의역사도깊고최근에는수액소비량도증가하고있어수액을이용한산업화가시도되고있으나이를뒷받침할과학적연구가많지않다. 또한대부분의연구가고로쇠수액에관한것으로, 고로쇠나무자체의활성연구는분획을통한항산화물질분리, 고로쇠와우산고로쇠나무의항산화능및 glutathione S-transferase 활성비교, 고로쇠와우산고로쇠나무의부위별항암및면역조절능비교등이보고되어있다. 종래의고로쇠추출물에관한특허로는풀라반계화합물의제조방법 ( 출원번호 10-1998-0014693), 페놀성화합물 ( 출원번호 10-2003-0060351), 항산화용화장품 ( 출원번호 10-2003-0042254) 등이있으나, 이들의추출은고로쇠나무잎이나줄기에관한것이고용매또한메탄올등과같은유기용매를사용한것이다. 그리고대부분침지나분획을통한추출을이용한것으로본발명에서사용된이단복합추출공정을통한추출물에관련이있는기술은없는실정이다. 본발명에서는고로쇠나무수피의일반적인열수추출방법과본발명에서개발한이단복합추출공정의생리활성비교를통해본추출공정의수율증진및여러생리활성증진과같은효율성을확인하였는바, 이를통해의약품및기능성식품의소재화에고로쇠나무추출물이활용될수있을것으로생각된다. 발명의내용 [0009] [0010] 해결하려는과제최근경제성장과국민소득증대로각종성인병이증가추세인상황에서, 약용식물에대한항암효과등여러생리활성기능이밝혀짐에따라이들을추출정제하여기능성식품및신의약품으로개발하고자하는관심이커지고있다. 본발명은상기한배경하에서안출된것으로서, 본발명의목적은기존에연구가미비한고로쇠나무수피추출물의생리활성증진을꾀할수있는새로운추출방법을제시하는데있다. [0011] [0012] [0013] [0014] [0015] [0016] [0017] 과제의해결수단상기한목적을달성하기위한본발명의고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출방법은, 고로쇠나무의수피를마이크로웨이브추출과저온고압추출을병행하여이단복합으로추출하는것을특징으로한다. 더구체적으로본발명의이단복합추출방법은, (1) 고로쇠나무의수피를음건하여분쇄하는단계 ; (2) 분쇄한수피를마이크로웨이브추출기에넣고 2,450MHz의주파수에 120~240W로 30분동안마이크로웨이브추출하는단계 ; 및 (3) 상기마이크로웨이브추출이끝난추출물을 60 에서 300~500MPa의압력으로저온고압추출하는단계 ; 로이루어지는것을특징으로한다. 특히이때, 마이크로웨이브추출단계는 240W에서시행하고, 저온고압추출단계는 300MPa의압력으로시행하는것을특징으로한다. 본발명은또한상기각방법에의해추출되는고로쇠나무의생리활성증진을위한이단복합추출물인것을특징으로한다. - 4 -
[0018] 본발명의상세한설명과특허청구범위에기재된 ' 고로쇠나무 ' 는 ' 우산고로쇠 ' 를포함한다. [0019] [0020] [0021] [0022] 고로쇠나무수피는고로쇠나무외부에붙어있는껍질로서비교적쉽게얻을수있으므로상업적인이용이용이하다. 그럼에도기존과같이이를단순열수추출하는경우, 열에약하거나휘발성이강한유효성분의파괴나소실을피할수없어천연유효성분을충분히추출해내지못하거나그반대로불필요내지때로는유해한성분의용출가능성을배제하지못하는기술적결함을가지고있었다. 저온으로추출할경우에도고온혹은장시간방치하여서만얻을수있는성분을효율적으로추출할수없었으며, 그렇다고공정효율성을무시하고무조건장기간방치하는것도경제적으로문제가있다. 일반적인식물원료의추출기술은대부분정확한용매의선택과열의사용또는원료의용해성을증가시키는교반그리고물질의이동에근거한다. 보통일반적인추출기술은긴시간의소비와낮은효율을보인다. 그러나많은천연자원은낮은열안정성에의해쉽게변질되고열을이용한추출과정에서생리활성을잃게된다. 이러한문제를일차적으로극복하기위해마이크로웨이브추출공정을활용하는방안을시도해볼만하다. 식품및기능성소재산업공정에서고로쇠나무와같은목질계시료의마이크로웨이브추출에서는 2,450MHz주파수와 120~240W(watts) 의에너지를사용하는것을생각해볼수있다. 그러나마이크로웨이브추출도추출시간에대한한계가있어서, 일정한추출시간에도달하면그이상추출을하여도수율이높아지지않는다. 천연물의상업적인이용에있어서, 일반열수추출에비해마이크로웨이브추출공정이한단계진보된공정이라하여도수율이원하는수준에도달하지못한다면가치가없게된다. 본발명에서는이러한문제점을극복하기위해마이크로웨이브추출공정과함께저온고압추출을병행한이단복합추출방법을이용하여유기화합물추출을크게증가시키고, 용매의손실과에너지, 공정시간을줄이면서높은추출수율을꾀하고자하였다. 본발명에서적용한추출방법은낮은온도에서공정을수행하여추출과정에서온도에의한피해를피할수있고휘발성분의손실을줄일수있다. 또한갑작스런압력의변화로용매의식물원료로의침투와세포벽의파괴로인한세포내물질의방출의효과또한증대된다. [0023] [0024] 발명의효과본발명은고로쇠나무의수액에비해연구실정이미비한나무자체의기능성식품제조및소재화에있어서, 일반적으로널리사용되고있는열수추출의단점과한계점을극복하기위해, 마이크로웨이브추출방법및이단복합추출방법을도입하였다. 이러한본발명에따를경우, 추출물의독성감소와함께일반적인추출공정에서는용출되지않았던다양한생리활성성분의용출을유도할수있어다양한생리활성증진효과를얻을수있으며, 향후이러한성분의분리 정제에관한심도있는연구를통해의약품및기능성식품의소재화에본발명이유용하게쓰일수있다고생각된다. [0025] 도면의간단한설명 도 1 은열수추출, 마이크로웨이브추출, 이단복합추출의모식도이다. 도 2 는각공정별추출물의표면을주사전자현미경 (Scanning electron microscope) 으로관찰한것이다 (A: 일반 열수추출, B: 마이크로웨이브추출, C: 이단복합추출 ). [0026] 발명을실시하기위한구체적인내용 이하, 본발명을구체적인실시예와함께상세히설명한다. [0027] [0028] 본실시예에서는열수를이용한기존의추출물과의여러생리활성비교실험을통해이단복합추출을통한고 로쇠나무수피추출물의생리활성증진을확인하였다. 도 1 은이하에서실험한열수추출, 마이크로웨이브추출, 이단복합추출에따른세부적인실험군을알기쉽게 - 5 -
보인모식도이다. [0029] 실시예 1. 고로쇠나무수피를이용한일반적인열수추출 [0030] [0031] [0032] [0033] 1) 원료 : 고로쇠나무 (Acer mono) 수피를실온에서음건시킨후 100 mesh 정도로분쇄하였다. 2) 열수추출 : 분말화한고로쇠나무시료 100g을수직환류냉각기가부착된추출플라스크에넣고시료중량의 10배수의증류수를용매로넣고 100 에서 12시간동안 2회반복추출하였다. 3) 농축 : 얻어진추출물은감압여과장치로여과하여 70~80 에서감압농축하였다. 4) 동결건조 : 상기의방법으로얻어진농축물들은동결건조하여용매를완전히제거하여건조한분말상태로제조하여추출물로하였다. [0034] 실시예 2. 고로쇠나무수피를이용한마이크로웨이브추출 [0035] [0036] [0037] [0038] 1) 원료 : 고로쇠나무수피를실온에서음건시킨후 100 mesh 정도로분쇄하였다. 2) 마이크로웨이브추출 : 분말화한수피를마이크로웨이브추출기에넣고 2,450MHz의주파수에각각 120W, 240W로 30분동안마이크로웨이브추출한추출물을수직환류냉각기가부착된추출 flask에시료중량의 10배의증류수를사용하여 60 에서 12시간동안 2회반복추출하였다. 3) 농축 : 얻어진추출물은감압여과장치로여과하여 60 에서감압농축하였다. 4) 동결건조 : 상기의방법으로얻어진농축물들은동결건조하여용매를완전히제거하여건조한분말상태로제조하여추출물로하였다. [0039] 실시예 3. 마이크로웨이브추출과저온고압추출을병행한이단복합추출 [0040] [0041] [0042] [0043] [0044] 1) 원료 : 고로쇠나무수피를실온에서음건시킨후 100 mesh 정도로분쇄하였다. 2) 1차마이크로웨이브추출 : 분말화한수피를마이크로웨이브추출기에넣고 2,450MHz의주파수에각각 120W, 240W로 30분동안마이크로웨이브추출한추출물을수직환류냉각기가부착된추출플라스크에시료중량의 10배의증류수를사용하여 60 에서 12시간동안 2회반복추출하였다. 3) 2차이단복합추출 : 1차마이크로웨이브추출이끝난추출물 100g을비닐팩에증류수 200mL와함께넣어공기가들어가지않도록잘밀봉한후, 저온고압추출장치를이용하여 60 에서각각 300MPa, 500MPa의압력으로 15분간저온고압추출을시행하였다. 4) 농축 : 얻어진추출물은감압여과장치로여과하여 60 에서감압농축하였다. 5) 동결건조 : 상기의방법으로얻어진농축물들은동결건조하여용매를완전히제거하여건조한분말상태로제조하여추출물로하였다. [0045] 실시예 4. 추출방법에따른고로쇠나무수피추출물의생리활성비교 [0046] 실시예 1, 2, 3 에서얻어진고로쇠나무추출물에대하여다음과같은실험을수행하여수율및여러생리활성을 비교하였다. - 6 -
[0047] [0048] 1) 수율먼저 120W, 240W의마이크로웨이브추출을했을때시간에따른수율의결과를그래프 1과 2에나타내었다. 120W, 240W 각각의추출수율결과 30분까지는증가하는경향을보이다가그후에는더이상증가하지않는다는것을알수있다. [0049] [0050] 그래프 1. 120W 의마이크로웨이브추출을했을때시간에따른수율의결과 [0051] [0052] 그래프 2. 240W 의마이크로웨이브추출을했을때시간에따른수율의결과 [0053] [0054] 상기결과를바탕으로 30분간마이크로웨이브추출을진행한후저온고압추출을병행한이단복합추출을실시하였다. 고로쇠나무추출물의수율은표 1과같다. 이단복합추출한것중 240W, 300MPa의조건에서의추출물이 13.45% 로가장높은수율을나타내었다. - 7 -
[0055] [0056] [0057] [0058] 2) DPPH radical에대한전자공여능측정추출물의전자공여작용 (electron donating abilities, EDA) 은각각의추출물에대한 DPPH(a,a-diphenylpicrylhydrazyl) 의전자공여효과로각시료의환원력을측정하였다. 즉에탄올 1 ml, 시료 10 μl, 100 mm sodium acetate buffer(ph 5.5) 990 μl를분주한시험관에 0.5 mm DPPH 용액 (Abs. EtOH soln.) 0.5 ml를넣어교반하고, 암실에서 5분간반응을유도한후, 잔존 radical의농도를 UV spectrometer를이용하여 517 nm에서측정하였다. 전자공여능 (%) 은 [(1-As/Ac) 100] 으로나타내었고, As와 Ac에실험군과대조군의흡광도값을각각대입하여계산하였다. 그리고항산화제인 butylated hydroxy anisole (BHA) 의활성을조사하여본실험의추출물과의비교를실시하였다. [0059] - 8 -
[0060] [0061] 그래프 3. 고로쇠추출물의전자공여능측정결과 [0062] 그래프 3은고로쇠나무의각추출공정별전자공여능을나타낸그림이다. 모든추출물이농도가높아짐에따라전자공여능도같이높아지는것을확인할수있으며, 60, 240W, 300MPa 조건의이단복합추출에의한고로쇠나무추출물이 1.0 mg/ml의농도에서 94.56% 로가장높은전자공여능을나타내었다. 이는일반열수추출물보다약 10%, 마이크로웨이브추출물보다약 4% 높은수치이다. [0063] [0064] 3) SOD 유사활성측정 SOD 유사활성은과산화수소 (H 2 O 2 ) 로전환반응을촉매하는 pyrogallol 의생성량을측정하여 SOD 유사활성으로나 타내었다. 즉, 일정농도의시료 0.2 ml에 ph 8.5로보정한 tris-hcl buffer (50 mm tris [hydroxymethyl] amino-methane + 10 mm EDTA, ph 8.5) 2.6 ml와 7.2 mm pyrogallol 0.2 ml를첨가하고 25 에서 10분간반응후 1N HCl 0.1 ml를가하여반응을정지시켰다. 반응액중산화된 pyrogallol의양은 spectrophotometer를이용하여 420 nm에서흡광도를측정하였다. SOD 유사활성은시료첨가및무첨가구간의흡광도차이를백분율 (%) 로나타내었다. [0065] [0066] 표 2 는고로쇠나무추출물의각공정별 SOD 유사활성을나타낸것이다. 일반열수추출물이나마이크로웨이브 추출물에비해이단복합추출물의활성이높았다. 가장높은활성을나타낸 60, 240W, 300MPa 조건의이단 복합고로쇠추출물의경우 1.0 mg/ml 의농도에서 38.66% 의활성을나타내었다. - 9 -
[0067] [0068] [0069] [0070] 4) 세포독성및항암활성측정 SRB (sulforhodamine B) assay 는세포단백질을염색하여세포의증식이나독성을측정하는방법으로실험에사용된세포주로는인간정상폐세포인 HEL299를이용하여세포독성을측정하였고, 항암활성은폐암세포 (A549), 위암세포 (AGS), 간암세포 (Hep3B), 유방암세포 (MCF-7) 를이용하여측정하였다. 실험대상세포의농도를 4~5 10 4 cells/ml 으로 96 well plate의각 well에 100 μl씩첨가하여 24시간동안배양 (37 5% CO 2 ) 한후, 각각의시료를최종농도 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 그리고 1.0 mg/ml로 100 μl씩첨가하여 48시간배양하였다. 배양이완료된후에상등액을제거하고차가운 10% (w/v) TCA (trichloroacetic acid) 100 μl를가하여 4 에서 1시간동안방치한후증류수로 5회세척하여 TCA를제거하고실온에서 plate를건조한뒤각 well에 1% (v/v) acetic acid에녹인 0.4% (w/v) SRB용액을 100 μl씩첨가하고상온에서 30분동안염색시켰다. 결합되지않은 SRB 염색액은 1% acetic acid로 4~5회정도세척, 건조시킨후에 100 μl의 10 mm Tris buffer를첨가하여염색액을녹여낸후 540 nm에서 microplate reader (Molecular Devices, THERMO max, USA) 를이용하여흡광도를측정하였다. [0071] Selectivity 측정은 SRB assay 를이용하여정상세포 (HEL299) 에대한각 sample 농도에서세포독성을 측정하고, SRB assay 를이용하여각암세포주의생육억제활성을측정한후각농도에서의세포독성에대한 암세포생육억제활성의비로 selectivity 를계산하였다. [0072] - 10 -
[0073] [0074] [0075] 그래프 4는고로쇠나무추출물의처리농도에따른인간정상폐세포인 HEL299에대한세포독성을나타낸그림이다. 고로쇠나무추출물모두농도가높아짐에따라세포독성이높아지는것을확인할수있고, 모든추출물이 1.0 mg/ml의농도에서 26% 이하의비교적낮은세포독성을나타내는것으로보아고로쇠나무추출물이세포수준에서안전성을가지며항암소재로서의사용이가능할것으로사료된다. 또한, 일반열수추출물보다마이크로웨이브추출물과이단복합추출물의세포독성이약 6% 정도낮은것을확인할수있는데이는, 고로쇠나무가가지고있던독성물질이저온고압공정및마이크로웨이브공정에의해파괴되거나그구조가변성되어독성이낮아지는데영향을미쳤기때문이라생각된다. [0076] 다음으로표 3은인간위암세포인 AGS와인간폐암세포인 A549에대한고로쇠나무추출물의암세포억제활성및선택적사멸도를나타낸것이다. 모든추출물이 1.0 mg/ml의농도에서가장높은활성을나타내었고, 모든추출물에서이단복합처리한추출물의활성이가장높았는데일반열수추출물과비교하여 10% 이상활성이증가한것을알수있다. AGS에서는 60, 240W, 300MPa의조건에서이단복합추출한것이 84.62% 로가장높은활성을나타내었고, A549에대해서도 60, 240W, 300MPa 의조건에서 79.54% 로가장높은활성을나타내었다. 그리고이단복합처리에따른고로쇠나무의독성성분의감소와함께활성의증가로인한높은선택적사멸도를나타내는것을확인할수있다. 이는높은압력과마이크로웨이브에의해독성성분의파괴및변성으로인한효과와함께고로쇠나무가가지고있던활성성분의용출이더많아져나타난결과라사료된다. - 11 -
[0077] [0078] [0079] [0080] [0081] 5) 각공정별추출물표면의주사전자현미경관찰도 2는각공정별추출물의표면을주사전자현미경 (Scanning electron microscope) 관찰을한것이다. A는일반열수추출물의표면, B는마이크로웨이브추출물의표면, C는마이크로웨이브추출과고압추출을병행한이단복합추출물의표면을찍은사진이다. B는 240W의강도로추출한것이고, C는 240W의마이크로웨이브강도와 300MPa의압력조건하에서추출한것이다. 3가지의사진을비교해보았을때 B와 C는 A에비해서추출물표면이찢어지거나조직의변형이일어나유용생리활성성분의추출이용이할것으로사료되며실제로생리활성실험결과일반열수추출물보다마이크로웨이브추출이나이단복합추출물의활성이더좋은것을앞에서확인할수있었다. 그리고 B와 C를비교해보면, 마이크로웨이브에의해서찢어진조직이높은압력 (300MPa) 의처리를통해조직과세포막의변형이일어난것을관찰할수있으며, 이러한영향으로용매들이세포안으로쉽게들어감으로써기존물질들의용출량이증가하고새로운물질이용출되어이단복합추출물이가장좋은활성을나타낸결과라사료된다. - 12 -
도면 도면 1-13 -
도면 2-14 -