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KR101320738B1 - 미세조류 유래 색소를 추출하는 방법 및 추출된 푸코크산틴을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 조성물 - Google Patents

미세조류 유래 색소를 추출하는 방법 및 추출된 푸코크산틴을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 조성물 Download PDF

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KR101320738B1
KR101320738B1 KR1020110056413A KR20110056413A KR101320738B1 KR 101320738 B1 KR101320738 B1 KR 101320738B1 KR 1020110056413 A KR1020110056413 A KR 1020110056413A KR 20110056413 A KR20110056413 A KR 20110056413A KR 101320738 B1 KR101320738 B1 KR 101320738B1
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South Korea
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microalgae
fucoxanthin
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최승화
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강릉원주대학교산학협력단
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Abstract

본 발명은 가속용매 처리법을 이용하여, 미세조류로부터 색소를 추출하는 방법 및 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 조성물은 기존의 합성 당뇨병 치료제 및 비만 개선제 등의 낮은 안전성에 비하여 천연소재를 사용하기 때문에 안전성이 매우 높은 특징을 가진다.

Description

미세조류 유래 색소를 추출하는 방법 및 추출된 푸코크산틴을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 조성물 {The method of extracting carotinoid pigments of micro algae and composition comprising the extracted fucoxanthin for preventing or treating obesity or diabetes}
본 발명은 가속용매 처리법을 이용하여, 미세조류로부터 색소를 추출하는 방법 및 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 조성물에 관한 것이다.
미세조류는 담수 및 해수에서 서식하는 부유생물로써 남조류, 규조류, 와편모조류, 녹조류, 홍조류, 황갈색편모조류 및 은편모조류 등이 있으며, 전세계적으로 약 35,000종이 보고되어 있으나, 잠재적으로 약 200,000종 이상이 존재한다고 추정되고 있다. 미세조류들은 일반적인 식물들과 마찬가지로 광합성을 하며 내부에서 당질 및 단백질을 생합성하기 때문에 담수 및 해양에서 기초생산을 담당하고 있으며, 먹이사슬의 생산자로써 중요한 위치를 차지하고 있다.
대부분의 미세조류는 종마다 세포벽 내부에 독특한 생리활성물질을 함유하고 있으며 배양환경에 따라 특정물질을 대량생산하는 것이 가능하기 때문에 카로티노이드 계열의 색소, 항산화물질, 지방산, 효소, 기능성 펩타이드, 생물독소 및 스테롤 등을 이용할 목적으로 산업적으로 생산되고 있다. 또한, 치어기 및 성어기의 양어사료 및 바이오 에너지의 생산 등 다양한 용도로 활용되고 있다.
카로티노이드 계열의 색소 중 푸코크산틴(fucoxanthin)은 강한 항산화 및 항암활성을 가지는 생리활성 색소이다.
기존 푸코크산틴(fucoxanthin)의 생산은 대부분 육상 식물 및 해양 거대조류(다시마 등), 혹은 이를 섭취하는 생물의 내장에서 추출하여 왔으나, 함유량이 매우 적어 생산원가가 매우 비싼 실정이다. 최근의 연구로 미세조류에서 기존 원료 대비 10배에서 최대 200배 이상을 함유하고 있는 것이 확인되어 이러한 색소류의 생산이 육상식물 및 거대조류로부터 미세조류로 확대되고 있다.
이러한 미세조류의 유용한 성분들을 추출하기 위해 유기 용매 추출 방법 등에 의한 추출이 선행되었다. 유기용매 추출법은 시간이 오래 걸리고, 용매에 의한 독성 및 추출 이후 수득과정에서의 손실이 많아 낮은 수율을 보이는 단점을 가지고 있다
한편, 국민소득 및 생활수준의 향상으로 인한 영양과잉 및 운동부족으로 성인병의 발병이 증가하여 국민 건강에 위협을 가하고 있는 실정이다. 2002년도 우리국민의 사망 원인별 질병은 1위 암, 2위 뇌혈관질환, 3위 심장질환, 4위 당뇨, 5위는 만성하기도 질환으로 성인병이 주류를 이룬다.
성인병은 성인 뿐만 아니라 채소의 섭취가 적고 육류의 섭취가 높은 선진국형 식단 즉, 영양과잉 섭취 및 고지방식에 의한 비만에 의하여 미성년자들에게서도 발병률이 증가하고 있다.
α-글루코시다아제는 글루코시드를 가수분해하여 당과 아글리콘을 형성하는 반응을 촉매하는 효소로 미생물, 고등동식물에 널리 분포하는데, 사람은 장점막에서 분비되며 이당류의 소화흡수에 관여한다. 일반적으로 섭취하는 탄수화물은 타액과 소장의 α-아밀라아제 와 α-글루코시다아제에 의하여 포도당과 같은 단당으로 분해 되어 흡수되는데 당뇨병 환자의 경우 포도당이 한번에 많은 양이 흡수되면 혈중 포도당을 제대로 이용할 수가 없어서 고혈당 상태가 악화된다. 따라서 소장의 와 α-아밀라아제 와 α-글루코시다아제를 저해함으로써 소장벽을 통한 포도당의 흡수를 지연시켜 당뇨병 환자의 식후 고혈당을 예방할 수 있다.
또한, 에너지로 사용하고 남은 단당류는 근육과 피부 사이에 글리코겐 이라는 지방족 화합물로 전환되어 저장되는데, 이는 비만의 한 원인으로써, α-글루코시다아제 및 α-아밀라아제의 저해는 소장에서 탄수화물의 소화를 지연시켜 지방으로의 전환을 막는 것이 가능하기 때문에 비만을 예방하는 것이 가능하다.
β-Glucuronidase는 D-글루콘산의 β-형태의 1번 탄소에 비당체가 결합한 배당체에 작용해서 그 glucuronic 결합을 가수분해하는 효소의 총칭으로 고등식물, 미생물, 동물에 폭 넓게 분포하고 있으나, 특별히 동물에서는 모든 조직에 분포한다고 해도 좋으며, 특히 혈장 등 체액에 항상 검출되는 것 외에 비장, 간, 신장에서는 높은 활성을 볼 수 있다. 간장해, 갑상선 기능항진, 당뇨병, 쿠싱병, 본태성고혈압, 요로감염, 자궁경부암 등이 발생하면 이 효소의 활성이 증가하는 것으로 알려져 있고, 간에서 benzo(a)pyrene등의 유독성 물질이 glucuronic acid conjugate로 무독화 되어 장으로 보내졌을 때 이 결합을 끊어 주어 발암원을 제공하며 이로 인하여 대장암을 일으킨다고 알려져 있으며 이의 저해는 β - 글루코시다아제로 인하여 발병하는 대장암을 예방할 수 있다고 알려져 있다.
이러한 질병들의 예방, 개선 및 치료제로써 아카보스(acarbose), 사카린산(saccharic acid 1,4-lactone) 등 수종의 저해제가 의약품으로 개발되어 사용되고 있으나, 대부분이 합성 약물로써 이들 약물은 이들의 억제효과는 강하지만 그 지속적인 복용은 설사와 복통 등의 부작용 혹은 약물 내성을 동반하는 것으로 보고되어 있으므로, 이를 대체할 수 있는 천연물질 유래 예방, 개선 또는 치료제가 요구된다.
이에 본 발명자는 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해서, 가속용매 추출법을 이용하여 천연물질 특히, 미세조류로부터 색소를 추출하는 방법 및 상기 방법으로 추출한 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료/개선용 조성물을 개발하기에 이르렀다.
본 발명은 가속용매 추출법을 이용하여 미세조류로부터 색소를 추출하는 방법 및 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료/개선용 조성물을 제공한다.
본 발명은 가속용매 추출법을 사용하여 미세조류의 색소를 추출하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 약학 조성물에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 개선용 화장료 조성물 및 식품 조성물에 관한 것이다.
본 발명에 의한 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 조성물은 기존의 합성 당뇨병 치료제 및 비만 개선제 등의 낮은 안전성에 비하여 천연소재를 사용하기 때문에 안전성이 매우 높은 특징을 가진다.
도 1은 Phaeodactylum trocornutum의 가속용매 추출에 대한 시간 및 온도의 상관관계를 나타낸 것이다.
도 2는 미세조류 유래 푸코크산틴의 구조를 나타낸다.
도 3은 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 α - 글루코시다아제 저해활성을 나타낸다.
도 4는 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 β - 글루코시다아제 저해활성을 나타낸다.
도 5는 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 혈당 조절 효과를 나타낸다.
도 6은 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 중성지질 조절 효과를 나타낸다.
본 발명은 가속용매 추출법을 사용하여 미세조류의 색소를 추출하는 방법에 관한 것이다.
상기 가속용매 추출법이란 고압 및 고온에 의하여 유체의 속도를 가속시켜 일반적인 용매추출 등의 방법보다 빠른 속도로 물질을 추출하는 방법으로 일반적으로 열에 안정한 물질을 추출하는데 매우 효과적이다.
상기 가속용매 처리는 10-100% 에탄올을 이용하여 가속용매 추출기로 0-1,500 psi의 압력, 40-160℃의 온도, 1-30분간 처리할 수 있다.
상기 미세조류는 이에 제한되지 않으나, 녹조류(Chlorophyte), 갈조류(Phaeophyceae), 홍조류(Rhodophyte), 남조류(Cyanophyta), 규조류(Bacillariophycea), 와편모조류 (Dinophyta) 또는 착편모조류 (Haptophyta)일 수 있으며, 상기 규조류는 페오닥틸럼 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)일 수 있다.
상기 색소는 이에 제한 되는 것은 아니나, 카로티노이드(carotenoid)일 수 있다. 카로티노이드(carotinoid)는 노랑, 오렌지, 분홍의 색소로서 동식물계에서 널리 분포하는 대표적인 천연색소로서 특히 붉은색과 주황색 야채나 과실에 많이 함유되어 있다. 이 성분들은 암을 억제하고 우리 신체의 녹이라고 할 수 있는 과산화 지질의 생성을 억제하는 항산화 작용을 하는 것으로 알려져 있다.
또한, 상기 카로티노이드 계열의 색소 중 푸코크산틴(fucoxanthin)일 수 있다. 푸코크산틴(fucoxanthin)(갈조소)은 갈조류가 띠는 갈색의 원인물질이며 엽록체의 부분색소로써, 갈조식물과 황색식물에만 함유되어 있고, 화학식 C42H58O6의 카로테노이드 색소류 중 잔토필의 일종으로 적갈색의 결정으로 얻어질 수 있으며, 강한 항산화 및 항암활성을 가지는 생리활성 색소이다.
본 발명의 일실시예에서는 푸코크산틴을 가속용매 추출법으로 추출하였을 때, 일반적인 용매추출 및 초음파 추출법에 비해 추출수율 및 추출시간에서 효능이 뛰어남을 알 수 있었다(표 6).
또한, 본 발명은 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 치료용 약학 조성물을 제공한다.
본 발명의 약학적 조성물은 상기 미세조류 유래 푸코크산틴을 비만 또는 당뇨에 대한 약리효과를 나타내는 약리성분으로 단독으로 포함할 수 있고, 이외 제형, 사용방법 및 사용목적에 따라 추가성분 즉, 약제학적으로 허용되거나 영양학적으로 허용되는 담체, 부형제, 희석제 또는 부성분을 더욱 포함할 수 있다.
보다 상세하게는, 상기 약학 조성물은 미세조류 유래 푸코크산틴외에 추가로 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 중진제, 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 추가로 함유할 수 있다. 또한, 상기 담체, 부형제 또는 희석제는 락토스, 덱스트로스, 수크로스, 솔비톨, 만니톨, 자이리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아키시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀루로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸하이드록시벤조에이트, 프로필하이드록시벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트 및 광물유, 덱스트린, 칼슘카보네이드, 프로필렌글리콜, 리퀴드 파라핀, 생리식염수로 이루어진 군에서 선택된 1이상 일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니며 통상의 담체, 부형제 또는 희석제 모두 사용 가능하다. 상기 성분들은 독립적으로 또는 조합하여 추가될 수 있다.
본 발명의 약학 조성물 총 중량에 대하여 미세조류 유래 푸코크산틴을 0.001 중량% 내지99.9 중량%, 0.1 중량% 내지 99 중량%, 1중량% 내지 10 중량% 포함할 수 있다. 또한, 상기 추가성분의 함량은 바람직하게는 상기 미세조류 유래 푸코크산틴 100 중량부 당 0.1 내지 20000 중량부 범위에서 추가할 수 있다.
또한, 본 발명의 약학 조성물은 통상의 충진제, 증량제, 결합제, 붕해제, 계면활성제, 항응집제, 윤활제, 습윤제, 향료, 유화제 또는 방부제 등을 더욱 포함할 수 있으며, 경구 또는 비경구 모두 사용 할 수 있다.
구체적으로 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 대장암의 개선, 치료 또는 예방용 조성물에 적어도 하나 이상의 부형제 예를 들면, 전분, 칼슘카보네이트(calcium carbonate), 수크로스(sucrose) 또는 락토오스(lactose), 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한, 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데, 흔히 사용되는 단순희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제 예를 들면, 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다.
또한, 본 발명의 약학 조성물의 제형은 사용방법에 따라 바람직한 형태일 수 있으며, 특히 포유동물에 투여된 후 활성 성분의 신속, 지속 또는 지연된 방출을 제공할 수 있도록 당 업계에 공지된 방법을 채택하여 제형화할 수 있다. 구체적인 제형의 예로는 경고제, 과립제, 로션제, 리니멘트제, 리모나데제, 산제, 시럽제, 안연고제, 액제, 에어로솔제, 엑스제(EXTRACTS), 엘릭실제, 연고제, 유동엑스제, 유제, 현탁제, 전제, 침제, 점안제, 정제, 좌제, 주사제, 주정제, 캅셀제, 크림제, 환제, 연질 또는 경질 젤라틴 캅셀 등이 있다.
더 나아가 본 발명의 약학 조성물은 당해 기술 분야의 공지된 적절한 방법을 사용하여 또는 레밍턴의 문헌(Remington's Pharmaceutical Science(최근판), Mack Publishing Company, Easton PA)에 개시되어 있는 방법을 이용하여 바람직하게 제형화될 수 있다.
본 발명인 상기 약학 조성물의 투여량은 상태 및 체중, 질병의 정도, 약물형태, 투여경로 및 기간에 따라 다르지만, 당업자에 의해 적절하게 선택될 수 있다. 본 발명의 조성물의 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 기준으로 1일 0.0001 내지 12g/kg으로, 0.01 내지 10g/kg으로 투여하는 것이 좋다. 투여는 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회 나누어 투여할 수도 있다. 상기 투여량은 어떠한 면으로든 본 발명의 범위를 한정하는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 개선용 화장료 조성물을 제공한다.
상기 화장료 조성물은 지방 물질, 유기용매, 용해제, 농축제, 겔화제, 연화제, 항산화제, 현탁화제, 안정화제, 발포제(foaming agent), 방향제, 계면활성제, 물, 이온형 또는 비이온형 유화제, 충전제, 금속이온봉쇄제, 킬레이트화제, 보존제, 비타민, 차단제, 습윤화제, 필수 오일, 염료, 안료, 친수성 또는 친유성 활성제, 지질소낭 또는 화장품에 통상적으로 사용되는 임의의 다른 성분과 같은 화장품학 또는 피부과학 분야에서 통상적으로 사용되는 보조제를 함유할 수 있다. 상기 보조제는 화장품학 또는 피부과학 분야에서 일반적으로 사용되는 양으로 도입된다.
또한, 화장료 조성물의 외형은 화장품학 또는 피부과학적으로 허용 가능한 매질 또는 기제를 함유한다. 이는 국소적용에 적합한 모든 제형으로, 예를 들면, 용액, 겔, 고체, 반죽 무수 생성물, 수상에 유상을 분산시켜 얻은 에멀젼, 현탁액, 마이크로에멀젼, 마이크로캡슐, 미세과립구 또는, 이온형(리포좀) 및 비이온형의 소낭 분산제의 형태로, 또는 크림, 스킨, 로션, 파우더, 연고, 스프레이 또는 콘실 스틱의 형태로 제공될 수 있다. 이들 조성물은 당해 분야의 통상적인 방법에 따라 제조될 수 있다. 본 발명에 따른 조성물은 또한 포말(foam)의 형태로 또는 압축된 추진제를 더 함유한 에어로졸 조성물의 형태로도 사용될 수 있다.
또한, 그 제형에 있어서 특별히 한정되는 바가 없으며, 예를 들면, 유연화장수, 수렴화장수, 영양화장수, 영양크림, 마사지크림, 에센스, 아이크림, 아이에센스, 클렌징크림, 클렌징폼, 클렌징워터, 팩, 파우더, 바디로션, 바디크림, 바디오일 및 바디에센스 등의 화장품으로 제형화될 수 있다.
상술한 바와 같은 화장료 조성물은 피부에 바르는 형태로 적용될 수도 있고, 마이크로 니들 등을 이용하여, 피부 내부로 흡수되는 형태로 적용될 수도 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 추출된 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 비만 또는 당뇨의 예방 또는 개선용 식품 조성물을 제공한다.
본 명세서에서 식품이란 함은 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미하며, 통상적인 의미로서, 식품, 식품 첨가제, 건강 기능성 식품 및 음료를 모두 포함하는 의도이다.
본 발명의 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 첨가할 수 있는 식품으로는 예를 들어, 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 기능성 식품 등이 있다. 추가로, 본 발명에서 식품에는 특수영양식품(예, 조제유류, 영,유아식 등), 식육가공품, 어육제품, 두부류, 묵류, 면류(예, 라면류, 국수류 등), 건강보조식품, 조미식품(예, 간장, 된장, 고추장, 혼합장등), 소스류, 과자류(예, 스넥류), 유가공품(예, 발효유, 치즈 등), 기타 가공식품, 김치, 절임식품(각종 김치류, 장아찌 등), 음료(예, 과실,채소류 음료, 두유류, 발효 음료류 등), 천연조미료(예, 라면 스프 등)을 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 식품, 음료 또는 식품첨가제는 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에서 기능성 식품이란 식품에 물리적, 생화학적, 생물공학적 수법 등을 이용하여 해당 식품의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 식품군이나 식품 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 식품을 의미한다. 상기 기능성 식품에는 식품학적으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제를 포함할 수 있으며, 기능성 식품의 제조에 통상적으로 사용되는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더욱 포함할 수 있다.
본 발명에서 음료란 갈증을 해소하거나 맛을 즐기기 위하여 마시는 것의 총칭을 의미하며 기능성 음료를 포함하는 의도이다. 상기 음료는 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 유효성분을 포함하는 것 외에 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상기의 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상기한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖ 당 일반적으로 0.01 내지 15 g, 0.05 내지 10 g이다. 그밖에 본 발명의 조성물은 천연 과일 주스, 과일 쥬스 음료, 야채 음료의 제조를 위한 과육을 추가로 함유할 수 있다.
상기 외에 본 발명의 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 이러한 성분을 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하지 않지만, 본 발명의 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin) 100 중량부 당 0 내지 20000 중량부 범위에서 선택될 수 있다.
본 발명에서 기능성 음료란 음료에 물리적, 생화학적, 생물공학적 수법 등을 이용하여 해당 음료의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 음료 군이나 음료 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체조절 기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 음료를 의미한다.
상기 기능성 음료는 지시된 비율로 필수 성분으로서 본 발명의 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 것 외에는 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상기한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100㎖ 당 일반적으로 약 1 내지 20 g, 5 내지 12 g이다.
본 발명에서 천연조미료란 천연물을 사용하여 식품의 향미를 증진시키기 위한 것의 총칭을 의미한다. 상기 천연조미료는 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)을 포함하는 것 외에 다른 성분에는 특별한 제한이 없으며 통상의 조미료와 같이 여러 가지 천연복합물, 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상기의 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 수크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이다. 상기한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다. 상기 천연 탄수화물의 비율은 본 발명의 조성물 100 ㎖ 당 일반적으로 약 0.01 내지 15 g, 0.05 내지 10 g이다.
또한, 상기 식품 조성물에 있어, 상기 미세조류 유래 푸코크산틴(fucoxanthin)의 양은 전체 식품 중량 의 0.01 내지 15 중량%로 포함할 수 있으며, 음료 조성물은 100 ㎖를 기준으로 0.02 내지 5 g, 0.3 내지 1g의 비율로 포함할 수 있고, 천연 조미료 조성물은 100 g을 기준으로 0.01 내지 5 g, 0.1 내지 2 g의 비율로 포함할 수 있다.
실시예 1> 미세조류 유래 푸코크산틴의 추출
실시예 1-1. 미세조류 분말의 제조
실험에 사용한 푸코크산틴의 함량이 매우 높은 미세조류인 Phaeodactylum tricornutum은 해양생물연구 교육센터 (강릉, 강원도)에서 직접 배양하여 사용하였다. 상기 배양한 미세조류는 원심분리하여 배양액을 제거하였다. 보다 자세하게는 상기 구입 및 배양한 미세조류를 7,000 rpm에서 15분동안 원심분리하여 상층액과 고형분을 분리하고 상층액을 제거한 뒤 고형분만을 동결건조(-80℃, 72h)한 뒤 저온동결고(-40℃)에서 보관하여 실험에 사용하였다.
실시예 1-2. 미세조류 유래 푸코크산틴의 추출
상기 수득한 미세조류 분말을 가속용매 추출하였으며, 보다 구체적으로, 11 mL 용량의 스테인레스 cell에 0.5 g의 미세조류 분말을 넣고, 90% 에탄올을 이용하여 1,500 psi의 압력, 40-160℃의 온도, 1-30분간 추출하였고, 그 결과는 하기 표 1과 같다.
반응표면분석에 의한 미세조류 유래 푸코크산틴의 가속용매추출결과
Expt. Actual variables Carotenoids
(mg/g fresh microalgae)		 Fucoxanthin
(mg/g fresh microalgae)
Temperature
(°C)		 Time (min) Actual
value		 Predicted value Actual
value		 Predicted value
1 140 25 0.775±0.018 0.849 1.373±0.363 1.350
2 100 15 1.008±0.083 0.992 0.922±0.178 0.897
3 100 30 0.762±0.018 0.740 1.274±0.313 1.285
4 60 5 0.746±0.030 0.683 0.766±0.097 0.785
5 100 1 0.711±0.094 0.731 1.149±0.152 1.141
6 140 5 0.884±0.018 0.923 1.188±0.229 1.179
7 60 25 0.840±0.013 0.812 0.749±0.138 0.753
8 100 15 0.980±0.096 0.992 0.922±0.178 0.897
9 100 15 0.980±0.096 0.992 0.922±0.178 0.897
10 40 15 0.704±0.012 0.767 0.475±0.266 0.459
11 100 15 0.988±0.116 0.992 0.858±0.069 0.897
12 100 15 1.008±0.083 0.992 0.858±0.069 0.897
13 160 15 1.061±0.004 0.974 1.182±0.185 1.202
40-160℃의 온도, 1-30 min의 시간을 설정하여 추출한 결과 이론적 수치와 실제 추출 수치가 비슷한 결과로 나왔으며, 푸코크산틴 및 총 카로티노이드 함량에 대하여 최적조건을 설정하기 위한 반응표면분석을 수행한 결과는 도 1과 같으며, 최적조건은 표 2와 같다.
미세조류 유래 푸코크산틴의 가속용매 추출 최적조건
Optimum conditions Predicted values
(mg/g fresh
microalgae)		 Experimental
values
(mg/g fresh
microalgae)
Temperature
(X1,ºC)		 Time
(X2,min)
Carotenoids 125 15 1.0002 0.910±0.1845
Fucoxanthin 140 25 1.3499 1.420±0.0120
푸코크산틴의 최적 추출조건은 140℃의 온도에서 25분이며, 총 카로티노이드는 125℃에서 15분 이었고, 이론적 수치와 실제 추출 수치가 비슷한 결과를 보였다.
실시예 1-3. 미세조류 유래 푸코크산틴의 구조분석
미세조류 유래 푸코크산틴의 안전성을 확인하기 위하여 정제한 후 핵자기공명분석법(NMR)으로 구조분석하였다. 보다 상세하게는 상기 1-2에서 제조한 푸코크산틴 복합물을 핵산: 아세톤(2:1, v/v)용매에 용해한 후 실리카겔을 활용하여 정제하였다. 이를 CDCl3에 용해하여 NMR로 구조 분석한 결과는 표 3 및 도 1과 같다. 하기 표 3은 미세조류 유래 푸코크산틴의 구조분석 결과이다.
Figure 112011043915468-pat00001
푸코크산틴의 구조분석 결과 all trans-fucoxanthin 으로 판정되었으며 시판되는 식물유래 푸코크산틴과 구조가 같아 식품 및 화장품 첨가 소재로 활용하기에 문제가 없을 것으로 판단된다.
< 실시예 2> 미세조류 유래 푸코크산틴 의 추출 최적화
실시예 2-1. 가속용매 추출법에 의한 푸코크산틴 의 추출 최적화
푸코크산틴의 함량이 매우 높은 미세조류 종인 Phaeodactylum tricornutum 을 가속용매 추출하였으며, 그 결과는 하기 표 4와 같다.
반응표면분석에 의한 미세조류 유래 푸코크산틴의 가속용매 추출결과
Expt. Actual variables Carotenoids
(mg/g fresh microalgae)		 Fucoxanthin
(mg/g fresh microalgae)
Temperature
(°C)		 Time (min) Actual
value		 Predicted value Actual
value		 Predicted value
1 140 25 0.775±0.018 0.849 1.373±0.363 1.350
2 100 15 1.008±0.083 0.992 0.922±0.178 0.897
3 100 30 0.762±0.018 0.740 1.274±0.313 1.285
4 60 5 0.746±0.030 0.683 0.766±0.097 0.785
5 100 1 0.711±0.094 0.731 1.149±0.152 1.141
6 140 5 0.884±0.018 0.923 1.188±0.229 1.179
7 60 25 0.840±0.013 0.812 0.749±0.138 0.753
8 100 15 0.980±0.096 0.992 0.922±0.178 0.897
9 100 15 0.980±0.096 0.992 0.922±0.178 0.897
10 40 15 0.704±0.012 0.767 0.475±0.266 0.459
11 100 15 0.988±0.116 0.992 0.858±0.069 0.897
12 100 15 1.008±0.083 0.992 0.858±0.069 0.897
13 160 15 1.061±0.004 0.974 1.182±0.185 1.202
40-160℃의 온도, 1-30 min의 시간을 설정하여 한 결과 이론적 수치와 실제 추출 수치가 비슷한 결과로 나왔으며, 푸코크산틴 및 총 카로티노이드 함량에 대하여 최적조건을 설정하기 위한 반응표면분석을 수행한 결과는 도 3과 같으며, 최적조건은 표 5와 같다.
미세조류 유래 푸코크산틴의 가속용매 추출 최적조건
Optimum conditions Predicted values
(mg/g fresh
microalgae)		 Experimental
values
(mg/g fresh
microalgae)
Temperature
(X1,ºC)		 Time
(X2,min)
Carotenoids 125 15 1.0002 0.910±0.1845
Fucoxanthin 140 25 1.3499 1.420±0.0120
푸코크산틴의 최적 추출조건은 140℃의 온도에서 25분이며, 총 카로티노이드는 125℃에서 15분 이었고, 이론적 수치와 실제 추출 수치가 비슷한 결과를 보였다.
실시예 2-2. 다양한 추출법에 대한 푸코크산틴 의 추출수율 비교
일반적인 유기용매추출, 초음파 및 가속용매 추출효율의 비교결과는 하기 표 6과 같다.
다양한 추출법을 적용한 미세조류 유래 푸코크산틴의 추출효율
Extraction method Time Fucoxanthin (mg/g fresh microalgae)
Conventional solvent extraction (CSE) 4 h 0.75±0.055b
Ultrasound assisted extraction (UAE) 2 h 1.53±0.097a
Pressurized liquid extraction (PLE) 25 min 1.42±0.012a
다양한 추출법을 적용하여 추출효율을 분석한 결과 일반적인 용매추출의 효율은 4시간에 0.75 mg/g의 추출이 가능하였으며, 초음파 추출은 2시간에 1.53 mg/g의 추출이 가능하였다.
이에 반하여, 가속용매 추출은 25분간 1.42 mg/g의 추출이 가능하였기 때문에, 추출시간이 매우 단축되었으며 추출수율은 초음파 추출과 유사한 결과를 보였다. 이에 따라, 가속용매 추출은 다른 추출법에 비하여 푸코크산틴의 효율적인 추출이 가능하다고 판단된다.
< 실시예 3> 미세조류 유래 푸코크산틴 의 생리활성
실시예 3-1. 미세조류 유래 푸코크산틴 의 α-glucosidase 저해활성
상기 실시예 1-2에서 제조된 푸코크산틴 복합 추출물의 α-글루코시다아제 저해활성을 분석하였다.
푸코크산틴의 α-글루코시다아제 효소 저해활성의 측정은 효모(Saccharomyces cerevisiae) 및 성체 쥐 유래 유래의 α-글루코시다아제 (Sigma, USA)를 이용하여 측정하였다.
보다 상세하게 0.01 M phosphate buffer(pH 7.0) 2.2 ml에 농도별로 조정한 푸코크산틴 복합 추출물 0.1 mL와 같은 buffer에 녹인 3 mM p-nitrophenyl α-D-glucoside(pNPG, Sigma, USA) 0.1 mL 및 α-글루코시다아제 0.1 mL를 첨가한 뒤 37℃에서 60분간 반응하였다. 0.1 M Na2CO3 1.5 mL를 가하여 반응을 정지한 다음 405 nm에서 저해도를 측정하였으며 푸코크산틴 복합 추출물의 α-글루코시다아제 저해활성은 하기 도 2에 나타내었다.
푸코크산틴 복합 추출물의 미생물 및 포유동물 내장 유래 α-글루코시다아제의 저해활성은 농도 의존적으로 증가하였으며, 0.5 mg/mL의 농도에서 각각 97.88, 91.81%의 저해활성을 보였으며, 이는 양성대조군으로 사용한 acarbose보다 활성이 높아 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물은 천연물 유래 항비만 및 항당뇨 소재로의 개발이 가능하다고 판단된다.
실시예 3-2. 미세조류 유래 푸코크산틴 의 α-glucuronidase 저해활성
상기 실시예 1-2에서 제조된 푸코크산틴 복합 추출물의 β- 글루쿠로니다제 저해활성을 분석하였다.
푸코크산틴 복합 추출물의 β- 글루쿠로니다제 효소 저해활성의 측정은 대장균(Escherichia coli) 유래의 β- 글루쿠로니다제(Sigma, USA)를 이용하여 측정하였다.
보다 상세하게 10 mM phosphate buffer(pH 7.0)로 농도를 조정한 푸코크산틴 복합 추출물 0.1 mL에 10 mM phosphate buffer(pH 7.0) 2.2 mL와 20 U/mL E. coli β- 글루쿠로니다제 0.1 mL를 가하여 37℃에서 5분간 예비 반응하였다. 이후 40 mM p-nitrophenyl-β-D-glucuronide 0.1 mL를 가하여 37℃에서 30분간 반응하였으며, 0.25 M Na2CO3 1.5 mL를 가하여 반응을 정지한 다음 405 nm에서 저해도를 측정하였다. 양성대조군으로는 사카릭산(saccharic acid 1,4-lactone)을 사용하여 같은 방법으로 분석하였으며, 푸코크산틴 복합 추출물의 β- 글루쿠로니다제 저해활성은 하기 표 7 및 도 4에 나타내었다.
미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 β-글루쿠로니다제 저해활성
　 β-Glucuronidase inhibitory activity (%)
0.1 mg/mL 1.0 mg/mL
Crude extract 41.39±0.38 50.65±1.31
Purified extract 42.59±0.75 69.93±2.36
D-saccharic acid 1,4-lactone 48.58±0.75 61.76±0.65
푸코크산틴 복합 추출물의 β-글루쿠로니다제 저해활성은 농도 의존적으로 증가하였으며, 1.0 mg/mL의 농도에서 양성대조군인 당산(saccharic acid)과 유사한 활성을 나타내었다. 푸코크산틴 정제물은 1.0 mg/mL의 농도에서 양성대조군인 당산보다 β-글루쿠로니다제 저해활성이 높았으며 50%를 저해하는 값인 IC50값은 2.32 mM로써 양성대조군으로 사용한 당산의 4.29 mM보다 높아 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물은 천연물 유래 항대장암 소재로의 개발이 가능하다고 판단된다.
< 실시예 4> 미세조류 유래 푸코크산틴 의 비만개선효과( in vivo )
미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물의 비만 개선 효과를 확인하기 위하여 식이로 동물의 비만을 유도하고 미세조류 유래 푸코크산틴 복합 추출물을 일정량 첨가한 후 비만 개선 효과를 확인하였다.
보다 상세하게는 생후 4주령의 수컷 C57BL/6J mouse(n=21)를 구입하여 1주일간 적응기간이 끝난 후 난괴법에 따라 동물을 3군으로 나누었다. 정상군(ND group)에게는 AIN-76 식이를 제공하여 콩기름을 지방의 급원(식이의 5% 수준)으로 하였고, 고지방군(HFD group)은 3% 콩기름 및 17% 우지를 지방급원으로 한 고지방식이(지방을 식이의 20% 수준으로 제공)를, Microalgae군(HFD+MA group)은 고지방식이에 푸코크산틴을 함유한 Microalgae 추출물을 식이의 0.7% 수준으로 첨가한 식이를 8주간 ad libitum으로 공급하였으며 조성표는 하기 표 5과 같다.
실험 식이 조성표
Ingredient ND(%) HFD (%) HFD+MA (%)
Corn starch 15.0 12.1 11.4
Casein 20.0 20.0 20.0
Sucrose 50.0 37.0 37.0
Cellulose 5.0 5.0 5.0
AIN-76 mineral mixture 3.5 4.2 4.2
AIN-76 vitamin mixture 1.0 1.2 1.2
DL-Methionine 0.3 0.3 0.3
Choline bitartrate 0.2 0.2 0.2
Tert-butylhydroquinone 0.001 0.004 0.004
Corn oil 5.0 3.0 3.0
Lard - 17.0 17.0
Microalgae extrct - - 0.7
식이 섭취 시작일로부터 8주가 지난 후, 동물을 12시간 절식시키고, 동물을 심장채혈법으로 희생시켰다. 부고환지방 조직을 채취하여 무게를 측정하였고, 혈액은 3,000×g에서 15분간 원심분리한 후 혈장을 수집하여 -70℃에서 보관하였다. 혈당 및 혈장 중성지방, 콜레스테롤 농도는 효소법으로 측정하였다.
㉮ 체중 및 부고환지방 무게
체중, 식이섭취량 및 부고환지방 무게를 측정한 결과는 하기 표 9와 같다.
Body weight and epidydimal fat pad weight
Group Body weight
(g)		 Food intake
(g)		 Epidydimal fat pad
weight (g)		 Relative Epidydimal fat pad (%)*
ND 25.4±±0.4a 3.5±±0.4ns ** 0.51±±0.08a 2.00±±0.30a
HFD 29.7±±2.1b 3.3±±0.3 0.78±±0.15b 2.62±±0.37b
HFD+MA 27.3±±1.1a 3.2±±0.3 0.59±±0.10a 2.15±±0.31a
*(Epidydimal fat pad weight/body weight)×100
**not significant
정상군, 고지방군, MA군의 체중은 각각 25.4±0.4, 29.7±2.1, 27.3±1.1 g으로 나타났다. 고지방군의 체중은 정상군에 비해 유의적으로 증가하였고(p<0.01), MA군의 경우 고지방군에 비해 유의적으로 체중이 감소하였고(p<0.05), 정상군과는 유의적인 차이가 없었다. 정상군, 고지방군, MA군의 식이섭취량은 유의적인 차이가 없었다.
고지방군의 부고환지방 무게는 0.78±0.15 g으로 정상군(0.51±0.08 g)에 비해 유의적으로 증가하였다(p<0.01). MA군의 부고환지방 무게는 0.59±0.10 g으로 고지방군에 비해 유의적으로 감소하였고(p<0.05), 정상군과는 유의적인 차이가 없었다. 상대적 부고환지방 무게는 정상군, 고지방군, MA군이 각각 2.00±0.30, 2.62±0.37, 2.15±0.31%로 나타나, 고지방군이 정상군에 비해 유의적으로 증가하였다(p<0.01). MA군의 경우 고지방군에 비해 유의적으로 감소하였고(p<0.05), 정상군과는 유의적인 차이가 없었다.
㉯ 혈당 조절효과
미세조류 유래 푸코크산틴 복합물의 혈당 조절효과 결과는 하기 도 4와 같다.
정상군, 고지방군, MA군의 혈당은 각각 102.5±10.5, 135.2±15.1, 113.1±11.6 mg/dL로 나타났다(Fig. 12). 고지방군의 혈당은 정상군에 비해 유의적으로 증가하였고(p<0.01), MA군의 경우 고지방군에 비해 유의적으로 혈당이 감소하였고(p<0.05), 정상군과는 유의적인 차이가 없었다.
㉰ 지질대사 개선효과
미세조류 유래 푸코크산틴 복합물의 지질대사 개선효과 결과는 하기 도 5와 같다.
정상군, 고지방군, MA군의 혈장 중성지방 농도는 각각 77.4±12.7, 99.7±14.9, 82.4±9.7 mg/dL으로 나타났다. 고지방군의 중성지방 농도는 정상군에 비해 유의적으로 증가하였고(p<0.05), MA군의 경우 고지방군에 비해 유의적으로 중성지방 농도가 감소하였고(p<0.05), 정상군과는 유의적인 차이가 없었다.
고지방식이로 비만을 유도한 마우스에 있어서 미세조류 유래 푸코크산틴 복합물을 함유한 Microalgae 추출물의 섭취는 체중과 부고환지방을 감소시키는 항비만효과를 나타내었고, 혈당 및 혈장 중성지방농도를 감소시키는 효과를 나타내었다.

Claims (9)

10-100% 에탄올을 이용하여 가속용매 추출기로 1,500 psi의 압력, 140℃의 온도, 25분간 처리하는 것을 특징으로 하는, 가속용매 추출법을 사용하여 페오닥틸럼 트리코누툼(Phaeodactylum tricornutum)에서 푸코크산틴(fucoxanthin)을 추출하는 방법.
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