서양삼 추출물의 초단파 및 식초 처리에 의한 인삼 사포닌 성분 변화

The Change of Ginsenoside Composition in American Ginseng (Panax quinquefolium) Extract by the Microwave and Vinegar Process

Abstract

The purpose of this study is to develop a new preparation process of American ginseng (Panax quinquefolium) extract featuring high concentration of ginsenoside $Rg_3$, $Rg_5$, and $Rk_1$, Red ginseng special components. Chemical transformation from ginseng saponin glycosides to prosapogenin was analyzed by the HPLC. Extracts of American ginseng were processed under several treatment conditions of microwave and vinegar (about 14% acidity). The results showed that the quantity of ginsenoside $Rg_3$ increased by over 0.9% at the 20 minutes of the pH 2~4 vinegar and microwave American ginseng ethanol extract compared with other process times. The result of MAG-20 indicates that the American ginseng microwave and vinegar-processed American ginseng extracts (about 14% acidity) treated for 20 minutes produced the highest amount of ginsenoside $Rg_3$ (0.969%), $Rg_5$ (1.071%), and $Rk_1$ (0.247%). Besides, MAG-15 indicates that the microwave - and vinegar-processed American ginseng extracts (about 14% acidity) treated for 15 minutes produced the highest amount of ginsenoside $Rg_3$ (0.772%), $Rg_5$ (1.330%), and $Rk_1$ (0.386%). This indicates that American ginseng treated with microwave and vinegar had the quantity of the ginsenoside $Rg_3$ over 32 times the amount of the ginsenoside $Rg_3$ (which was not found in raw and American ginsengs) in the average commercial Red ginseng.

재료 및 방법

실험재료 −본 연구에 사용한 서양삼(화기삼, Panax quinquefolium)은 미국 위스콘신주 왓소 폴슈농장에서 2007년 8월 20일에 5년근 서양삼을 구입하였고, 제품표본은 세명대학교 한방식품연구실에 보관하고 있다(Fig. 1 참조).

Fig. 1.American ginseng.

추출물의 조제 − 서양삼 500 g에 에틸 알콜 2,500 ml를 가하여 2시간씩 4회 반복 환류 추출 후 여과하여 감압 농축하여 에틸 알콜 추출물(AG)을 얻었다.

서양삼 초단파 및 식초 처리 제제(MAG-Microwave and vinegar processed American ginseng) 조제 −얻은 에틸 알콜 추출물 1 g에 2배 식초[(주)오뚜기, 2배 양조식초, pH 2.30, 산도 13-14%] 200 ml를 가하여 발진주파수 2,450 MHz, 정격 고주파 출력 700 W 규격의 전자레인지(삼성전자, RE-C20DB, 한국)에 넣고, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 그리고 25 분씩 초단파 처리를 각각 1회씩 시행하고 감압농축하여 MAG-1, MAG-2, MAG-3, MAG-4, MAG-5, MAG-10, MAG-15, MAG-20 그리고 MAG-25 초단파 및 식초 처리 제제를 얻었다(Table I 참조).

조 사포닌(crude saponin) 조제12) −초단파 처리 제제 각 2 g에 디에틸에테르(diethylether) 50 ml를 가하여 1시간씩 3회 초음파 세정기(고도기업, 4020P, 한국)로 추출한 후, 원심분리 하여 상등 액을 제거한다. 얻은 잔사에 수포화 부탄올(butanol) 50 ml를 가하여 2시간씩 3회 추출하고, 원심분리 하여 상등 액을 취하여 여과하고, 감압 농축을 하여 조사포닌(조사포닌량 Table I 참조)을 얻는다.

HPLC-ginsenoside의 분석 −조 사포닌 조제에서 얻은 엑기스를 고 등13)의 조건을 응용하여 HPLC를 실시하고, 상법에 따라 표준품(standard)과 직접 비교하여 인삼 사포닌의 함량 및 조성을 각 시료 당 3회 반복 실험하여 결과의 재현성을 확인하여 분석하였다. 표준품은 Chromadex(U.S.A.)와 엠보연구소(한국)로부터 구입한 순도 99% 이상의 진세노사이드를 사용하였다.

사용한 HPLC 장치는 Waters 1525 binary HPLC system(Waters, 미국)이며, 컬럼은 Eurospher 100-5 C18P(250× 3 mm)을 사용하였다. 이동상은 acetonitrile(HPLC급, Sigma, 미국)과 HPLC용 증류수이며, acetonitrile의 비율을 17%(0 min)에서 30%(40 min), 40%(60 min), 60%(90 min) 그리고 100%(100 min)로 순차적으로 늘려주고 마지막으로 다시 17%로 조절하였다. 전개 온도는 실온, 유속은 분당 0.8 ml, 크로마토그램은 uv/vis Waters 2487 Dual λ Absorbance Detector(Waters, 미국) 검출기를 이용하여 203 nm에서 검출하였다.

Table I.*AG: American ginseng MAG-1: American ginseng processed with microwave and vinegar for 1 minute MAG-2: American ginseng processed with microwave and vinegar for 2 minutes MAG-3: American ginseng processed with microwave and vinegar for 3 minutes MAG-4: American ginseng processed with microwave and vinegar for 4 minutes MAG-5: American ginseng processed with microwave and vinegar for 5 minutes MAG-10: American ginseng processed with microwave and vinegar for 10 minutes MAG-15: American ginseng processed with microwave and vinegar for 15 minutes MAG-20: American ginseng processed with microwave and vinegar for 20 minutes MAG-25: American ginseng processed with microwave and vinegar for 25 minutes

 

결과 및 고찰

본 연구에서는 서양삼 에탄올추출물에 식초를 가하여 초단파 처리 가공한 것을 대상으로 개별 ginsenoside의 함량분포를 조사·비교함으로써 사포닌함유패턴을 중심으로 하는 차이점을 검토하여 ginsenoside Rg3, Rg5, Rk1 등의 인삼활성 prosapogenin을 고농도로 함유하는 제제를 개발하고 이의 이화학적인 기초정보를 제공하고자 한다.

분석한 인삼 사포닌은 ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4 이었으며 이들은 Fig 4와 같이 HPLC를 통하여 표품과 직접 비교·확인하고 평균을 통계 처리하여 계산하였다. 미국 서양삼 주 생산 및 유통지인 위스콘신주 왓소에서 5년근 서양삼을 구입하였으며, 에틸 알콜 추출물을 대상으로 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15, 20 그리고 25 분씩 초단파 및 식초 처리를 각각 1회씩 시행하였고(Table I 참조), 얻은 조성물의 saponin 함량을 비교 분석한 결과, 서양삼 초단파 식초 처리 제제에서는 Table I에서와 같이 조 사포닌의 양에 있어서 MAG-10이 44.79%이었으며 MAG-2이 42.90이었으며, MAG-1은 41.93%로서 초단파와 식초 10분 처리 서양삼 제제의 조 사포닌 함량이 높게 측정되었다.

Table II.a)ginsenoside Rg2+Rg3+Rg5+Rg6+Rh1+Rh4+Rk1+Rk3+F1+F4. b)Sum of individual ginsenoside contents, Values represent the mean±S.E. (n=3).

Fig. 2.Transformation of protopanaxadiol saponin glycosides to prosapogenin.

각 ginsenoside의 총합인 총 사포닌(total saponin) 함량에 있어서는 Table II에서 보는 바와 같이 MAG-2이 3.874%이었으며 MAG-20은 3.186%이었으며, MAG-15는 3.068%로서 초단파와 식초 2분 처리 서양삼 제제의 총 사포닌이 높은 함량을 보여주었다. 열(heat)이나 산(acid)에 의해서 가수분해되어 생성되는 인삼 prosapogenin 성분은 천연에 존재하는 인삼사포닌 배당체(glycoside)보다 체내의 흡수력이 좋아서 약리효능이 강화되는 것으로 알려져 있다14)(Fig. 2, 3 참조). 이와 같은 prosapogenin(ginsenoside Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4)의 총량에 있어서는 MAG-2이 3.874%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MAG-20(3.186%), MAG-15(3.068%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

Fig. 3.Transformation of protopanaxatriol saponin glycosides to prosapogenin.

Fig. 4.HPLC chromatogram of ginsenosides of the microwave and vinegar processed American ginseng (MAG-15) as compared with the chromatogram of the ginsenoside standards. a: Ginsenoside Rg1, b: Ginsenoside Re, c: Ginsenoside Rf, d: Ginsenoside Rb1, e: Ginsenoside Rg2, f: Ginsenoside Rh1, g: Ginsenoside Rc, h: Ginsenoside Rb2, I: Ginsenoside F1, j: Ginsenoside Rd, k: Ginsenoside Rg6, l: Ginsenoside F4, m: Ginsenoside Rk3, n: Ginsenoside Rh4, o:Ginsenoside (20S)Rg3, p: Ginsenoside (20R)Rg3, q: Ginsenoside Rk1, r: Ginsenoside Rg5

홍삼 증숙건조시 생성되는 홍삼특유성분으로 항암작용15), 혈압강하작용16), 항산화작용17) 등이 보고된 ginsenoside Rg3의 경우, MAG-20이 0.970%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MAG-5(0.849%), MAG-3(0.781%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. Ginsenoside Rg2의 함량에 있어서는 MAG-3이 0.179%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MAG-5(0.174%), MAG-2(0.160%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

또 다른 열 가수분해물로서 기억력 증진효과18), 항염작용19), 만성 피부염 개선작용20), 항암작용21), 혈소판 응집억제작용22) 등이 보고된 ginsenoside Rg5의 경우, MAG-15가 1.330%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MAG-20(1.071%), MAG-25(0.977%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 또한, 혈소판 응집억제작용22), 항암작용23) 등이 보고된 ginsenoside Rk1의 경우, MAG-15이 0.386%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MAG-25(0.302%), MAG-20(0.247%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 반면에 서양삼엑스(AG)에는 prosapogenin 성분(ginsenoside Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh2, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4)은 함유되어 있지 않았다. 이와 같은 결과로부터 초단파 식초 처리 서양삼 제제는 ginsenoside Rg3, Rg5 고농도 함유 기능성 강화 제제의 개발이 가능함을 확인할 수 있었다.