KR20140004674A - 루테인을 함유한 실크 추출물의 추출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 일 구현예에 따른 루테인을 함유한 실크 추출물의 제조 방법을 기술한다. 본 루테인 추출 방법은 실크 섬유로부터 생활성 루테인을 추출하기 위해 3가지 용매 시스템을 사용한다. 추출된 루테인은 모두 E 이성질체로서 95% 이상의 순도를 가지며, 시판되는 루테인과 비교하여, 망막 세포에서의 지질 과산화에 대해서는 5배 이상, 그리고 마우스에서의 면역 자극에 대해서는 2배 이상의 생활성을 가진다.

Description

루테인을 함유한 실크 추출물의 추출 방법 {METHOD FOR EXTRACTING SILK EXTRACT CONTAINING LUTEIN}

본 발명은 일반적으로 실크 섬유로부터 루테인을 추출하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 본 발명은 루테인을 함유한 실크 추출물을 추출하는 방법에 관한 것이다.

루테인은 프로-비타민 A 활성이 없는 카로티노이드계에 속하는 잔토필류 중 하나로, 고등 식물, 조류 및 광합성 세균에서 대부분 발견되는 노란색을 띠는 지용성 색소이다. 루테인과 기타 카로티노이드는 동물 또는 곤충에서 생합성되지 않는다. 이것은 식품 섭취와 특정 조직내로의 축적을 통해 동물의 체내에 존재하게 된다. 루테인과 이의 이성질체인 지아잔틴은 특정 눈 조직, 특히 중심 시력과 높은 시력을 담당하는 망막의 작은 영역인 황반 중심와 (macular fovea)에 존재하는 유일한 카로티노이드로서 동정되었다. 인간과 식물에서는 루테인이 고에너지 블루광의 필터로서 기능하며, DNA와 지질을 손상시킬 수 있는 광에 의해 유도되는 고반응성의 반응성 산소종 (ROS)을 ?칭(quenching)하여 제거하는 것으로 여겨진다. 루테인을 매일 충분하게 섭취하면, 노년층에서의 시력 상실의 주된 원인이 되는 노인성 황반 변성 (AMD)과 백내장 등의 안 질환 위험성을 크게 낮출 수 있는 것으로, 연구를 통해 확인되었다. 최근 연구에서는, 강력한 항산화제로서의 생체이용성 외에도, 잔토필, 특히 루테인은 특정 타입의 암을 예방하는 것과 직접적으로 관련있을 수 있는 것으로, 시사되었다. 또한, 루테인이 피부에 존재하거나 경구 섭취하게 되면 UV로 인한 손상으로부터 피부를 보호할 수 있으며, 심혈관 위험성을 낮출 수 있다.

루테인은 인간의 식품에서 볼 수 있고, 시금치 및 양배추와 같은 진녹엽채와 옥수수 및 난황과 같은 황색 식품에 가장 풍부하지만, 루테인의 평균 1일 섭취량은 안 질환 및 그외 관련 증상의 위험성을 낮추는데에는 부족한 편이다. 아울러, 인간은 한정된 카로티노이드 대사 변형산물들만 가지고 있어, 특별한 식이성 카로티노이드를 충분하게 섭취하는 것이 반드시 필요할 것으로 보인다.

황색 실크 고치(Yellow silk cocoon)는 다양한 품종의 누에, 봄빅스 모리(Bombyx mori)의 고치이다. 황색 또는 골든-황색 고치의 색소는 카로티노이드로부터 유래되지만, 황녹색 및 그린 사사(green sasa)와 같은 다른 색을 띄는 고치는 플라보노이드로부터 유래된다. 이들 색소는 뽕나무 잎으로부터 흡수된다. 그런 후, 헤모림프를 통해 중장에서 견사선으로 이동하고, 궁극적으로는 고치 견교 층에 축적되게 된다. 종래 연구에서 이러한 카로티노이드들 중에서도 잔토필, 기본적으로 루테인이, 황색 고치에서 풍부한 카로티노이드인 것으로 확인되었다는 것에 주목하게 되었다. 견직물의 경우, 실크 고치에서 부분적으로 취한 색소는 다른 용도로 사용될 수 있도록 유지되지 못한다. 아울러, 누에고치 총 무게의 20-30%에 달하는 실크 섬유의 제2 주성분인 세리신과 같은 실크 단백질은, 또한 세리신 제거 공정(degumming) 중에 누에고치로부터 대부분 제거된다. 이러한 공정의 폐수에는 루테인과 세리신이 함유되어 있으며, 일반적으로 폐수 관리 시스템으로 처리하기 어렵다. 그러나, 루테인과 세리신의 독특한 기능적인 특성으로 인해 유익한 천연 성분으로서 식품과 화장품에 사용된다. 이에, 루테인-결합 단백질 형태로서의, 분리 및 추출 뿐만 아니라 누에, 봄빅스 모리의 특정화에 대한 조사가 이루어지고 있다.

잔토필과 카로틴은 식이성 지방의 흡수 경로에 따라 처리되는 지용성 분자이다. 이의 흡수는 음식물 기질이 분해되는 것에서부터 시작하여 림프구의 지단백질에 결합하여 위장관의 체강으로 카로티노이드가 분비되는, 몇가지 단계들로 이루어진다. 식이성 지방의 효율적인 소화 및 흡수 뿐만 아니라 담즙염 마이셀(bile salt micell)의 존재가 카로티노이드 흡수에 필수적이다. 흡수, 이동 및 조직으로의 흡수에 대한 카로티노이드 및 기타 식이 성분들 간의 비교 연구는 잘 기록되어 있지만, 추가적인 연구도 필요한 실정이다. 한정된 데이타에서, 보다 극성인 카로티노이드, 즉 잔토필이 탄화수소 카로티노이드인 카로틴 보다 훨씬 효율적으로 흡수되는 것으로 보인다. 즉, 잔토필, 특히 루테인과 이의 대사 산물은 용해성이 우수하여, 킬로미크론 (chylomicron), LDL 및 HDL과 같은 지단백질의 표면에 병합된다. 이것은 혈액 순환계를 통한 루테인의 이동을 증가시켜 특정 조직에 축적되게 하는 반면, 탄화수소 카로티노이드는 지방 조직에 80-85%가 축적된다. 오직 6종의 주요 카로티노이드계만, 특히 루테인과 라이코펜은 인간 혈청에서의 반감기가 11-14일로 추정된다. 여러 조직마다 카로티노이드를 흡수하는 것에는 차이가 있는데, 루테인과 지아잔틴은 특히 눈의 황반부에 축적되며, AMD 위험성 저하와 밀접하게 연관되어 있다.

마리골드(marigold) 꽃 유래의 루테인은 시판가능한 루테인의 주 공급원이다. 이것은 루테인 에스테르 94-97%와 지아잔틴 3-6%로 이루어져 있다. 루테인 에스테르는, 섭취 후, 혈액 혈청으로 흡수되기 전에 위에서 유리 루테인으로 산 가수분해되어야 한다. 몇몇 연구들에서 확인된 바와 같이, 특정한 형태의 루테인만 혈액 혈청으로 흡수되어, 특정 기관 조직, 특히 황반 중심와에 축적될 수 있다. 혈류로 쉽게 흡수될 수 있는 형태의 루테인은 생활성과 생체이용성이 보다 우수하다. 산성 조건이 루테인을 E에서 Z 형태로 이성질체 변환시키는데 영향을 미치는 것으로 확인된 바 있다. 또한, 황반 중심와에서는 루테인 결합 단백질만 발견되며, 루테인 에스테르는 피부와 지방 조직에서 검출된다.

마리골드 꽃, 마리골드 밀(marigold meal), 조류, 적색 페퍼 및 기타 식물 재료 등의 여러가지 식물에서 루테인을 분리 및 정제하는 전형적인 방법들이 존재하고 있다. 이들 물질로부터 분리되는 루테인은 에스테르 형태이다. 사용되는 분리 공정은 복잡하며, 할로겐화된 유기 용매를 사용한다. 또한, 사용되는 식물과 꽃은 제초제와 살충제의 잔류 수준이 높을 수 있다.

미국 특허 5,382,714는 사포닌화된 마리골드 올레오레진으로부터 루테인을 분리, 정제 및 재결정화하는 공정을 기술하고 있다. 출발 물질인 사포닌화된 마리골드 올레오레진은 또한 케민 옐로우 오일(kemin yellow oil)로 알려진 것으로서, 상업적으로 구입가능하다. 루테인을 분리하였을 때, 루테인 결정의 농도는 약 70%이다. 루테인 결정은 디클로로메탄과 헥산의 혼합물 중에서 재결정화함으로써, 루테인 순도는 97% 이상이 된다. 그러나, 식품 산업에서의 할로겐화된 유기 화합물의 사용은 많은 지역들에서 엄격하게 규제되고 있다.

PCT 특허 출원 WO03037833 A1은 초임계 유체 추출을 이용하여 마리골드 밀로부터 루테인을 추출하는 방법을 기술하고 있다.

미국 특허 7,173,145 B2는 마리골드 꽃과 식물로부터 루테인, 지아잔틴 및 희귀 카로티노이드를 추출 및 정제하는 공정을 기술하고 있다. 테트라하이드로퓨란과 메탄올을 포함하는 혼합물을 사용하는 것으로 기술되어 있다. 이 방법의 단점은 고 부식성 조건이 형성되며 추출하는 동안 메탄올 독성이 발생된다는 것이다.

본원에 기술된 본 발명의 구현예는 실크 재료를 루테인 결합 단백질에 대한 선택된 천연 공급원으로 이용한다. 식품 및 약학 산업에서 통상적으로 허용되는 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트와 같은 용매가 사용된다. 추출은 주변 조건 또는 고온 및 고압에서 편리하게 수행할 수 있다. 공정을 친환경적이고 경제적으로 만들기 위해, 용매를 증발시켜 여러번 재활용한다. 본 발명에 따라 정제된 루테인은 순도 95% 이상의 E 형태이며, 망막 세포와 마우스에서 생활성 및 생체이용성이 우수하다.

본 발명의 제1 측면은, 실크 섬유를 복수의 용매와 접촉시켜 제1 용액을 수득하는 단계를 포함하는 루테인 추출 방법을 개시한다. 상기 복수의 용매는 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 용액을 비-수계 상과 수계 상으로 분할하는 단계, 상기 비-수계 상을 건조하여 건조된 잔류물을 수득하는 단계, 상기 건조된 잔류물을 복수의 용매들 중 하나 이상에 용해하여 제2 용액을 수득하는 단계, 및 상기 제2 용액을 여과하여 루테인 추출물을 수득하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제2 측면은 실크 고치에서 세리신을 제거하여 실크 섬유를 수득하는 단계, 및 상기 실크 섬유를 하나 이상의 용매와 접촉시켜 제1 용액을 수득하는 단계를 포함하는 루테인 추출 방법을 개시한다. 상기 하나 이상의 용매는 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 용액을 비-수계 상 및 수계 상으로 분할하는 단계, 상기 비-수계 상을 건조하여 건조된 잔류물을 수득하는 단계, 상기 건조된 잔류물을 헥산 및 에틸 아세테이트에 용해하여 제2 용액을 수득하는 단계, 및 상기 제2 용액을 여과하여 루테인 추출물을 수득하는 단계를 추가로 포함한다.

본 발명의 제3 측면은 실크 섬유를 하나 이상의 용매와 접촉시켜 제1 용액을 수득하는 단계를 포함하는 루테인 추출 방법을 개시한다. 상기 하나 이상의 용매는 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함한다. 상기 방법은, 상기 제1 용액을 비-수계 상 및 수계 상으로 분할하는 단계, 상기 비-수계 상을 건조하여 건조된 잔류물을 수득하는 단계, 상기 건조된 잔류물을 하나 이상의 용매에 용해하여 제2 용액을 수득하는 단계, 및 상기 제2 용액을 여과하여 루테인 추출물을 수득하는 단계를 추가로 포함한다.

도 1은 본 발명의 구현예에 따른 루테인 추출 방법에 대한 프로세스 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 구현예에 따른 루테인 추출 방법을 이용하는 등의 다양한 용매 시스템으로 추출한 후 황색 고치에서의 루테인 농도 및 미세 분광 구조를 나타낸 표이다.
도 3은 루테인 추출 방법에서 사용된 세리신 제거 공정의 추출 효율을 나타낸 표이다.
도 4는 세리신 제거된 고치의 루테인 함량, 세리신 제거 용액내 루테인/세린(L/S) 비율 및 전체 루테인 함량에 대한 열 처리 효과를 나타낸 표이다.
도 5는 황색 실크 (봄빅스 모리) 고치에서 발견된 루테인의 양과 이의 분광학적 특징을 나타낸 표이다.
도 6은 다양한 소스 유래의 루테인 조성을 나타낸 표이다.
도 7은 15분 (A), 30분 (B), 60분 (C), 90분 (D) 및 120분 (E) 간 121℃에서 세리신 제거 공정으로부터 수득한 단백질을, DEAE에 주입하여 10 mM BisTris-HCl, pH 7.0 중의 1 M NaCl 농도구배로 용출시킨, DEAE 컬럼에서의 루테인-결합 단백질의 용출 프로파일을 나타낸 것이다. 분획들은, 280 nm에서 단백질을, 460 nm에서 카로티노이드를, 펩타이드를 모니터링하였다.
도 8은 15분 (A) 및 30분 (B) 간 121℃에서 세리신 제거 공정으로부터 수득한 착색된-세리신 용액을, 세파크릴 S-200 컬럼에 주입하여 20 mM Tris-HC1 완충액으로 용출시킨, 루테인-결합 단백질의 겔 여과 용출 프로파일을 나타낸 것이다. 분획들은, 280 nm에서 단백질을, 460 nm에서 카로티노이드를 모니터링하였다.
도 9a 내지 9c는 루테인 표준물질 (A), 유기 용매로 추출한 루테인 (B), 압력 = 100 bar, 35℃에서 10분간 (C), 35℃에서 20분간 (D), 50℃에서 10분간 (E) 및 100℃에서 10분간 (F) 스피드 추출기(speed extractor)로 추출한 루테인의 크로마토그램을 나타낸 것이다. 결과는 C18 RP-HPLC에서 아세토니트릴/메탄올 (9:1 , v/v) 및 에틸 아세테이트를 이동상으로 이용하여 분석하였다.
도 10은 누에고치 유래 루테인 (루테인) 및 마리골드 꽃 유래 루테인 (c-루테인)을 1, 10 및 50 μM로 망막 색소 상피 세포 (ARPE-19)에 2시간 처리한 다음, H₂0₂ 200 μM (A) 또는 400 μM (B)을 첨가하고, 24시간 후 TBAR 분석으로 지질 과산화를 측정한, 지질 과산화에 대한 루테인 효과를 나타낸 것이다 (결과는 각 실험을 중복 테스트한 3번의 실험의 평균 ± SEM을 나타낸 그래프로 MDA 양을 도시함).
도 11은 그래프 A는 LPS = 2.5 ug/ml, 그래프 B는 LPS = 5 ug/ml에서의, 시판 루테인 대비 LPS-유발성 림프구 증식에 대한 황색 고치 유래 루테인의 효과를 나타낸 것이다 (값은 평균 ± SEM으로 표시되며, 샘플링 기간내 여러가지 처리들과 비교하였을 때 유의한 차이가 나는 경우, 다른 글자로 표시됨: P < 0.05; sLTIO, sLT20; 실크 루테인 용량 10, 20 mg/kg BW/day, cLTIO, cLT20; 시판 루테인 용량 10, 20 mg/kg BW/day).

이제 첨부된 도면에 예시된 본 발명의 예시적인 구현예를 들어 상세하게 설명한다. 본 발명은 구현예를 들어 기술되지만, 이는 본 발명을 이들 구현예로 한정하고자 하는 것은 아닌 것으로 이해될 것이다. 오히려, 본 발명은 첨부된 청구항에 의해 정해지는 본 발명의 사상 및 범위내에 포함될 수 있는 대안, 수정 및 등가물을 포괄하는 것으로 의도된다. 아울러, 본 발명의 구현예에 대한 아래 상세한 설명에서, 본 발명에 대한 충분한 이해를 제공하기 위해 다수의 구체적인 설명들이 제공된다. 그러나, 당해 기술 분야의 당업자라면, 본 발명을 이러한 구체적인 설명없이도 실시할 수 있음을 알 것이다. 본 발명의 구현예들의 측면들이 불필요하게 모호해지지 않도록 하기 위해, 잘 알려져 있는 방법, 절차, 구성 성분 및 회로에 대해서는 상세하게 기술하지 않기로 한다.

간결성과 명확성을 위해, 본 발명의 구현에들에 대한 기술은 이하 루테인 추출 방법 (100)으로 한정된다. 그러나, 이는 본 발명의 다양한 구현예들 중에서 조작, 기능 또는 성능상의 특징 등의 일반적인 기본 원칙이 요구되는 본 발명의 구현예들을 배제하는 것은 아니다.

본 발명의 예시적인 구현예로서, 실크 섬유로부터의 루테인 추출 방법 (100)은 도 1-8을 참조하여 아래에서 설명된다. 또한, 루테인 추출 방법 (100)은 이하 루테인을 함유한 실크 추출물의 제조 방법으로도 언급된다. 실크 섬유의 소스는 루테인에 대한 자연적인 선택성을 이유로, 바람직하게는 실크 고치이다. 루테인 추출 방법은 유해하지 않은 용매를 이용하여 달성된다. 사용 용매는 추가적인 루테인 추출을 위해 심지어 재활용될 수도 있다. 바람직하게는, 루테인 추출 방법은 중성 pH, 주변 온도 및 주변 압력 하에 수행된다. 그러나, 본 방법에 따른 루테인 추출은, 단기간내 루테인 생산이 필요할 경우에는, 루테인 이성질체로의 변환없이, 고온 및 고압에서 달성될 수 있다. 실크 유래 루테인-결합 단백질은 세포 배양 모델과 동물 모델 모두에서 시판되는 루테인 에스테르 보다 생활성과 생체이용성이 우수하다. 실크 유래 루테인은 망막 세포에서 지질 과산화를 방지하는데 있어 루테인 에스테르보다 5배 효과적인 것으로 확인된다. 또한, 실크 유래 루테인을 섭취한 마우스의 면역성도 루테인 에스테르 섭취 동물에 비해 2배 높다. 따라서, 실크 섬유로부터 추출된 루테인은 식품 첨가물 및 약학 제품에 매우 적합하다.

루테인 추출 방법 (100)에서, 황색 실크 고치로부터 먼저 세리신을 제거하여, 단계 (110)에서 점착성 실크 단백질인 세리신을 부분적으로 제거한다. 그런 후, 황색 실크 고치 단편들을 증류수에 1:30 비율로 침지한 다음, 15분간 121℃에서 가열한다. 가열 후, 세리신 제거된 고치와 세리신 제거 용액, 즉 침착된-세리신 용액을 분리하고, 세리신 제거된 고치만 남긴다. 상기 세리신 제거된 고치는 또한 실크 섬유로 알려져 있다. 실크 고치 외에도, 견사(silk yarn) 및 부잠사(silk waste)를 실크 고치 대체제로서 사용하여 실크 섬유를 입수할 수 있다.

다음으로, 세리신 제거된 고치를 단계 (120)에서 추출 용매와 접촉시켜 제1 용액을 수득한다. 구체적으로, 단계 (110)의 세리신 제거된 고치를 초기 무게 3 g을 용기, 바람직하게는 250 ml 에를렌마이어 플라스크에 넣고, 전술한 바와 같은 추출 용매 90 mL과 혼합한다. 바람직하게는, 추출 용매는 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트 중 하나 이상을 포함한다. 나아가, 추출 용매는 0.1% (w/v)의 부틸화된 하이드록시톨루엔 (BHT)와 0.1% (w/v)의 부틸화된 하이드록시아니솔 (BHA)를 포함하는 것이 바람직하다.

이 혼합물은 실온에서 약광(dim light) 하에 2시간 동안 교반기에서 140 rpm/min으로 교반한다. 이로부터 유기 용액을 수집하여, 앰버 유리 샘플 바틀에 넣어 4℃에 보관한다. 세리신 제거된 고치에 대해 동일한 조건에서 추출 용매로 3회 반복 수행하여, 복수의 유기 용액 분획을 수득한다. 이들 복수의 유기 용액 분획을 합하여, 제1 용액을 수득한다.

그런 후, 제1 용액을 비-수계 상과 수계 상으로 단계 (130)에서 분할한다. 단계 (130)에서, 10% (w/v)의 염화나트륨(NaCl) 수용액 100 mL을 상기 제1 용액에 첨가하여, 비-수계 상을 추출한다. 다시 비-수계 상으로부터 상층액을 분리한 다음, 비-수계 상에 대한 추출을 추가로 수행한다. 비-수계 상의 추출은 상층액 부분이 실질적으로 무색이 되고 남아있는 무색 상층액 부분이 수계 상이 될 때까지 반복한다.

다음으로, 상기 비-수계 상은 단계 (140)에서 물 및/또는 극성 물질 제거를 통한 농축, 또는 건조하여, 건조된 잔류물을 수득한다. 비-수계 상의 건조는 무수 황산나트륨을 바람직하게는 비-수계 상에 2 g 첨가함으로써 달성된다. 다른 예로, 또는 무수 황산나트륨 외에도, 제2 인산나트륨, 제3 인산나트륨, 구연산나트륨 및 나트륨 이온을 함유한 용액 중 하나 또는 이들의 조합을 비-수계 상의 건조에 사용할 수 있다. 부가적으로, 상기 비-수계 상은 ≤ 35℃에서 진공 증발에 의해 추가로 건조하여, 건조된 잔류물을 수득한다.

단계 (150)에서, 상기 건조된 잔류물은 하나 이상의 용매에 용해하여, 제2 용액을 수득한다. 바람직하게는, 건조된 잔류물을 헥산/에틸 아세테이트 (3:1, v/v)에 용해하여, 카로티노이드 함량에 따라 5 - 10 mL의 바람직한 용액을 수득한다. 제2 용액은 단계 (160)에서 0.45 ㎛의 PTFE 시린지 필터를 통해 여과하여, 루테인 추출물을 수득한다. 이후, 루테인 추출물은 추후 분석하기 전까지 -20℃의 암 조건에서 질소 가스 하에 보관한다.

루테인 추출 방법(100)의 추출 효율을 평가하기 위해, 헥산, 에탄올 및 에틸 아세테이트의 추출 용매 (3:2:1, v/v/v)를 이용하여 추출한 카로티노이드와 루테인의 총 양을, (SI) 헥산/에탄올 (3:4, v/v), (S2) 헥산/아세톤 (5:3, v/v), (S3) 헥산/아세톤/에탄올 (3: 1 :2, v/v/v), (S4) 헥산/에틸 아세테이트 (1 :1, v/v), (S5) 에틸 아세테이트 (100%); 및 (S6) 헥산 (100%) 등의 다른 용매 시스템으로 추출한 것과 비교하였다. 아세톤 기반의 추출 용매 (S2 및 S3)를 이용한 추출 용액의 경우, 아세톤을 제거하기 위해 증류수 100 mL을 첨가하였다. 추출 용매의 추출 효율은 전체 카로티노이드 및 루테인 함량을 분광광도계 정량화를 이용하여 비교하였다. 카로티노이드 조성물의 동정과 특정화를 위한 제1 척도로서 제1 색소 추출물의 UV/VIS 흡광 스펙트럼을 측정하였다.

루테인 추출 방법 (100)에 대한 구체적인 2가지 적용예를 아래에 기술한다.

실시예 1

루테인 추출 방법 (100)에 대한 제1 예시로서, 실크 고치 샘플 (1 ± 0.0002 g)에 대해 증류수 30 mL을 사용하여 15분간 121℃에서 세리신 제거 공정을 수행하였다. 세리신 제거된 고치 (P1)를 0.1% BHT (w/v)가 첨가된 헥산, 에탄올 및 에틸 아세테이트 (3:2:1, v/v/v) 용액 30 mL을 사용하여, 무색이 될때까지 4번 추출하였다. 침착된-세리신 용액 (P2)의 경우, 추출은 동일한 추출 용매 60 mL을 이용하여 앰버 유리 분별 깔때기에서 수행하여 분할한 다음, 상층을 수득하였다. 상층을 진공 하에 건조 증발시켜, 건조된 잔류물을 수득하였다. 건조된 잔류물을 HPLC 등급의 n-헥산/에틸 아세테이트 (3: 1, v/v)에 용해하여 최종 부피 5 mL로 조정한 다음, 0.45 ㎛ 필터막을 통해 여과하였다. 여과된 용액은 이후 분석을 위해 질소 가스 하 -20℃에 보관하였다. 세리신 제거된 고치와 침착된-세리신 용액으로부터 추출한 카로티노이드를 고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)로 동정하였다. 흡광 스펙트럼과 색소 추출물의 카로티노이드 및 루테인 농도를 에탄올 중에서 분광광도계를 이용하여 구하였다.

실시예 2

루테인 추출 방법 (100)에 대한 제2 예시로서, 황색 실크 고치로부터 5번의 다양한 처리를 통해 침착된-세리신 복합체를 분리하였다. 이 5번의 다양한 처리는, 15, 30, 60, 90 및 120분간 황색 실크 고치를 121℃에서 세리신 제거 공정을 수행하는 것이다. 각각의 처리에서, 황색 실크 고치는 암 조건 하에 1:30의 비율로 탈이온수를 사용하여 세리신 제거 공정을 수행하였다. 각각의 처리 시간이 완료된 후, 혼합물들을 실온으로 냉각시키고, 세리신 제거 용액을 분리하였다. 다양한 처리를 통해 수득한 각각의 침착된-세리신 용액에 탈이온수를 사용하여 최종 부피 100 mL로 조정하였다. 모든 처리는 3세트로 행하였다. 침착된-세리신 용액의 총 단백질 농도를 BCA(bicinchoninic acid) 단백질 분석 키트를 이용하여 결정하였다. 분석은 표준물질로서 소 혈청 알부민 (BSA)를 이용하여 30분간 37℃에서 수행하였다.

이후의 정제와 농축은 최소한의 조명 하에 황산암모늄 침전에 의해 수행하였다. 황산암모늄 고형물을 각각의 침착된-세리신 용액에 천천히 첨가하였으며, 이때 계속적으로 교반하였으며, 45% 포화를 달성하였다. 이 현탁물을 30분간 얼음조에 둔 후 30분간 4℃에서 10,000 x g로 원심분리하였다. 수득한 펠렛은 버리고, 나머지 현탁물을 150 mM NaCl가 함유된 20 mM Tris-HCl에 pH 7.0에서 완충화하였다. 침착된-세리신 복합체 농축액을 0.45 ㎛ 재생 셀룰로스 시린지 필터막으로 여과하였다.

루테인을 단백질-결합된 형태 또는 세리신-루테인 복합체로 특정화하기 위해, 변형된 형태의 음이온 교환 크로마토그래피를 이용하였다. 분획화는 AKTA 익스플로러 시스템 하에 수행하였다. 5가지의 처리 각각으로부터 수득한 침착된-세리신 수용액을 0.45 ㎛ 시린지 필터막으로 여과하였다. 단백질 샘플을, 10 mM BisTris-HCl pH 7.0로 미리 평형화시킨, 약 음이온 교환 컬럼인 DEAE Hi-Trap 1-ml 컬럼에 주입하였다. 분획은 동일 완충액 중에서의 1 M NaCl 선형 농도 구배를 이용하여 용출시키고, 5 mL 분획을 수집하였다. 모든 분획들은 254, 280 및 460 nm에서 펩타이드, 단백질 및 루테인을 모니터링하였다. 분리 최적화를 위해, 강한 음이온 교환 컬럼인 QXL-1ml 컬럼을 비교를 위해 사용하였다.

150 mM NaCl이 함유된 20 mM Tris-HCl 완충액 pH 7.0 중의, 침착된-세리신 용액의 농축 샘플을 분자 크기에 따라 특정화하였다. 샘플을 150 mM NaCl이 함유된 20 mM Tris-HCl 완충액 (pH 7.0)으로 미리 평형화한 세파크릴 S-200 컬럼 (1.6 cm x 80 cm)에 주입하였다. 용출은 앞서 기술한 AKTA 익스플로러 시스템에서 동일 완충액을 사용하여 유속 0.5 ml/분으로 수행하였다. 모든 분획들은 수집한 0.5 ml 분획 각각에 대해 254, 280 및 460 nm에서 펩타이드, 단백질 및 루테인을 모니터링하였다. 샘플의 용출 프로파일을 조사하였다.

고온 추출

루테인 추출 방법 (100)을 이용하여 다양한 시간 간격으로 고온에서 루테인을 추출하였다. 도 9a - 9c는 유기 용매 (A)로 추출한 루테인, 압력 100 bar하에, 100℃에서 10분간 (B), 100℃에서 30분간 (C), 150℃에서 10분간 (D) 스피드 추출기로 추출한 루테인의 크로마토그램을 보여준다. 크로마토그램 결과는 C18 RP-HPLC에서 아세토니트릴/메탄올 (9:1 , v/v) 및 에틸 아세테이트를 이동상으로 이용하여 분석하였다. 그 결과, (루테인 추출 방법 (100)의 용매를 이용한) 고온 및 고압에서의 루테인 추출시, 고온 및 고압이 추출되는 루테인을 회손시키거나 손상시키지 않는 것으로 관찰되었다.

망막 색소 상피 세포에서의 지질 과산화에 대한 루테인 효능

루테인 추출 방법으로 수득한 루테인의 효능을 인간 망막 색소 상피 (RPE) 세포 배양물에 대해 조사하였다. RPE 세포주, ARPE-19 (American Type Culture Collection, ATCC)를 10% 소태아 혈청 (FBS)과 페니실린/스트렙토마이신이 첨가된 세포 배지 DMEM/F-12를 사용하여 5% 이산화탄소 세포 배양기에서 37℃에서 배양하였다 (세포 배지는 3-4일마다 교체하고, 트립신/EDTA 용액으로 2차 배양함). 그 결과는 도 10에 나타낸다.

산화 스트레스 조건은 2번의 개별 처리로 세포 배양물에 유도하였다. 제1 처리의 경우, 4시간 제1 RPE 세포 배양물 일부에 H₂O₂를 처리한 다음, 24시간 후 결과를 분석하였다. 제2 처리의 경우, 2시간 제2 RPE 세포 배양물 일부에 H₂O₂를 처리한 다음 12시간 및 24시간 후 결과를 분석하였다.

제1 처리의 경우, ARPE-19 세포와 HLE-B3 세포를 96웰 플레이트 (20,000 세포/웰)에서 DMEM/F-12 세포 배지 중에서 전술한 방법과 같이 배양하였다. 24시간 후, 세포 배지를 무혈청 배지로 교체하였다. 그런 후, 50-800 μM H₂O₂ 용액을 첨가하여 4시간 및 24시간 동안 5% 이산화탄소 및 37℃의 세포 배양기에서 배양하여 세포에서 산화 스트레스 조건을 유도한 후, 세포의 생존성을 확인하였다.

제2 처리의 경우, ARPE-19 세포를 96웰 플레이트에서 10% FBS-DMEM/F12 세포 배지 중에서, lens HLE-B3 세포는 20 % FBS-DMEM/F12 세포 배지 중에서 24시간 배양한 후, 세포 배지를 무혈청 DMEM/F12 세포 배지로 교체하였다. 25-1600 μM H₂O₂ 용액을 첨가한 다음 2시간 동안 5% 이산화탄소 및 37℃에서 배양하였다. 그런 후, 세포 배지를 무혈청 DMEM/F12 세포 배지로 교체하고, 12시간 및 24시간 동안 5% 이산화탄소 및 37℃에서 배양하였다. 이후 세포에서 세포 생존성을 확인하였다.

제3 처리의 경우, 망막 상피 세포 ARPE-19를 10% FBS가 첨가된 DMEM/F12 배지 중에서 96 블랙 웰 플레이트에서 배양하였다. Lens HLE-B3 세포는 20% FBS DMEM/F12에서 24시간 배양한 다음, 세포 배지를 페놀 레드가 무첨가된 무혈청 DMEM/F12으로 교체하고, 세포를 UV-B 50 ㎕ 하에 두었다. 세포를 20-500 mJ/cm²의 UV-B 조사량으로 UV 조사 챔버에서 UV 조사하였다. 그런 후, 세포 배지를 무혈청 DMEM/F12로 교체한 다음, 12시간 및 24시간 동안 5% 이산화탄소 및 37℃에서 배양하였다. 이후 세포에서 세포 생존성을 확인하였다.

다양한 처리에 따른 세포 생존성을 MTT 분석법 [3-(3,5-디메틸티아졸-2,5-디페닐테트라졸륨 브로마이드)]으로 체크하였다. 다양한 처리하기 전 2시간 전에, MTT 용액 (5 mg/ml PBS)을 세포 배지에 최종 농도 0.5 mg/ml로 첨가하였다. 이후, 세포 배지를 제거한 다음, 포르마잔 크리스탈을 용해하기 위해 DMSO:에탄올 (1:1) 200 ㎕을 첨가하였다. ELISA 판독기에서 595 nm에서 흡광도를 체크하였다.

지질 과산화 반응은, 산화 스트레스 조건을 H₂O₂ 또는 UV에 의해 세포에 유도한 후 티오바르비투르산 반응 물질 (TBAR 분석)로 측정하였다. TBAR 시약 (10% 트리클로로아세트산, 1% 티오바르비투르산, 5% HCl 및 1% SDS)을 첨가하여 1시간 동안 90℃에서 인큐베이션한 다음, 냉각시켜 5분간 5000 rpm으로 원심분리하였다. 상층액의 형광 강도를 Ex 535 nm 및 Em 595 nm에서 측정하였다.

실험 동물을 이용한 루테인 효능 검사

마우스를 이용하여 다른 소스의 루테인 대비 황색 실크 누에고치로부터 루테인 추출 방법 (100)을 이용하여 추출한 루테인의 효능을 조사하였다. 마우스는 카로티노이드 군에 대한 면역조절 효과를 실험하는데 전형적으로 사용되는 실험 동물이다. 마히돌 대학 국립 실험 동물 센터의 7주령의 BALB/c 암컷 마우스를 나레수안 의과학 대학의 실험 동물 센터에서 본 실험을 위해 사용하였으며, 광/암 주기 12:12 시간의 광 조절되는 곳에서 25 ± 1℃ 하에 두었다. 본 실험에서 마우스에게는 멸균한 증류수를 제공하였다.

마우스를 다음과 같이 5개의 그룹으로 나누었다:

그룹 1은 루테인 용매만 섭취하였다 (PBS pH 7.4 중의 1% Tween 80; 비히클 대조군);

그룹 2는 황색 고치로부터 추출한 루테인을 10 mg/(체중)kg으로 섭취하였다 (sLT1O);

그룹 3은 황색 고치로부터 추출한 루테인을 20 mg/(체중)kg으로 섭취하였다 (sLT20);

그룹 4는 마리골드 꽃으로부터 추출한 시판 루테인 (잔토필 ≥ 95%; P.R. China)을 10 mg/(체중)kg으로 섭취하였다 (cLT1O);

그룹 5는 마리골드 꽃으로부터 추출한 시판 루테인 (잔토필 ≥ 95%; P.R. China)을 20 mg/(체중)kg으로 섭취하였다 (cLT2O).

5개 그룹의 마우스 모두 12주간 루테인 또는 용매를 매일 (7.30 am -8.30 am) 마우스 당 부피 200 ㎕로 (경구 투여) 섭취하였다. 실험 시작 전에 매주 1회 실험 종료할 때까지 각 마우스의 체중을 기록하였다.

면역학적 활성의 시간 반응을 조사하기 위해, 루테인 또는 용매를 섭취시킨 후, 2, 4, 8 및 12주째에 그룹 1-5 각각으로부터 마우스 5마리를 선정하였다. 선정한 마우스는 펜토바르비탈 소듐을 복막내로 과량 투여하여, 안락사시켰다. 마우스의 흉부와 복부를 개방하여, 심장과, 흉선, 비장, 간, 신장 및 폐 등의 다른 장기로부터 혈액을 채혈하였다. 각 그룹의 각각의 마우스의 장기의 무게를 기록하고, 각 마우스의 혈액과 비장에 대해 면역학적 활성을 조사하였다.

루테인을 섭취시키고, 미토겐 (LPS 타입, 2.5 및 5 ㎍/ml)으로 활성화한 마우스의 림프구 활성을 조사하였을 때, 황색 고치 유래 루테인을 4주간 10 및 20 mg/kg BW/day로 복용한 마우스의 림프구가, 루테인을 복용하지 않은 마우스의 림프구에 비해 우수한 증식력을 가지는 것으로 확인되었다. 마리골드 꽃 유래 루테인을 마우스에 20 mg/kg BW/day로만 복용시킨 경우, 림프구는 도 11에 나타낸 바와 같이 증식하였다. 도 11은 황색 고치 유래 루테인을 10 및 20 mg kg BW/day로, 그리고 마리골드 꽃 유래 루테인을 20 mg/kg BW/day로 마우스에 4주간 복용시켰을 때, 루테인의 B 림프구 활성에 대해 영향을 미친다는 것을 보여준다. 황색 고치 유래 루테인을 마우스에 10 mg/kg BW/day의 용량으로 투여하였을 때, 마리골드 꽃 유래 루테인을 더 고 용량(20 mg/kg BW/day)으로 투여한 마우스와 비슷한 증식력 효과를 가지는 것으로 보인다. PWM 타입의 미토겐에 의해 활성화된 림프구 활성에 대한 검사 결과는 LPS 타입의 결과와 동일하였다. 황색 고치 유래 루테인은 10 및 20 mg/kg BW/day 용량에서 림프구 활성을 증가시킬 수 있다. 그러나, 마리골드 꽃 유래 루테인은, 10 및 20 mg/kg BW/day로 마우스에 투여하였을 경우, 어느 용량 수준에서도, 림프구 활성에 영향을 미치지 않는다.

전술한 방식으로, 본 발명의 예시적인 구현예에 따른 루테인 추출 방법이 설명된다. 본 명세서에는 본 발명의 오직 한가지 구현예만 기술되어 있지만, 본 명세서의 내용에 비추어 당해 기술 분야의 당업자라면 본 발명의 범위 및 사상으로부터 이탈되지 않는 범위내에서 기술된 구현예에 대한 다수의 변형 및/또는 수정을 가할 수 있음은 자명할 것이다.

Claims (17)

1. 루테인 추출 방법으로서,
   실크 섬유(silk fibre)를 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함하는 복수의 용매와 접촉시켜, 제1 용액을 수득하는 단계;
   상기 제1 용액을 비-수계 상과 수계 상으로 분할하는 단계;
   상기 비-수계 상을 건조하여, 건조된 잔류물을 수득하는 단계;
   상기 건조된 잔류물을 상기 복수의 용매 중 하나 이상의 용매에 용해하여, 제2 용액을 수득하는 단계; 및
   상기 제2 용액을 여과하여, 루테인 추출물을 수득하는 단계를 포함하는, 루테인 추출 방법.
2. 제1항에 있어서, 실크 고치(silk cocoon), 견사(silk yarn) 및 부잠사(silk waste) 중 한가지 이상에 대해 세리신 제거 공정(degumming)을 수행하여, 실크 섬유를 수득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 실크 고치, 견사 및 부잠사 중 한가지 이상에 대한 세리신 제거 공정이
   상기 실크 고치, 견사 및 부잠사 중 한가지 이상을 물에 침지하여, 세리신 제거 용액(degumming solution)을 수득하는 단계; 및
   상기 세리신 제거 용액을 분리하여, 실크 섬유를 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
4. 제3항에 있어서, 상기 실크 고치, 견사 및 부잠사 중 하나 이상에 대한 세리신 제거 공정이,
   상기 물에 침지한 실크 고치, 견사 및 부잠사 중 한가지 이상을 가열하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 실크 섬유를 복수의 용매와 접촉시키는 단계는,
   상기 실크 섬유를 상기 복수의 용매와 접촉시킴으로써 실크 섬유로부터 복수의 유기 용액 분획을 추출하는 단계; 및
   상기 복수의 유기 용액 분획을 모아 제1 용액을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 제1 용액을 분할하는 단계는,
   상기 제1 용액에 염화나트륨 수용액을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 비-수계 상을 건조하는 단계는,
   상기 비-수계 상으로부터 상기 수계 상을 분리하는 단계; 및
   상기 분리한 비-수계 상에 무수 황산나트륨을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 비-수계 상을 건조하는 단계는, 상기 분리한 비-수계 상을 건조될 때까지 증발시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 건조된 잔류물을 용해하는 단계는, 상기 건조된 잔류물을 헥산 및 에틸 아세테이트에 용해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
10. 제1항에 있어서, 상기 제2 용액을 시린지 필터를 통해 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
11. 루테인 추출 방법으로서,
    실크 고치에서 세리신을 제거하여 실크 섬유를 수득하는 단계;
    상기 실크 섬유를 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함하는 하나 이상의 용매와 접촉시켜, 제1 용액을 수득하는 단계;
    상기 제1 용액을 비-수계 상과 수계 상으로 분할하는 단계;
    상기 비-수계 상을 건조시켜, 건조된 잔류물을 수득하는 단계;
    상기 건조된 잔류물을 헥산 및 에틸 아세테이트에 용해하여, 제2 용액을 수득하는 단계; 및
    상기 제2 용액을 여과하여, 루테인 추출물을 수득하는 단계를 포함하는, 루테인 추출 방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 제1 용액을 분할하는 단계는,
    상기 제1 용액에 염화나트륨 수용액을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
13. 제11항에 있어서, 상기 비-수계 상을 건조하는 단계는,
    상기 비-수계 상으로부터 상기 수계 상을 분리하는 단계; 및
    분리한 상기 비-수계 상에 무수 황산나트륨을 첨가하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
14. 제13항에 있어서, 상기 비-수계 상을 건조하는 단계는, 상기 분리한 비-수계 상을 건조될 때까지 증발시키는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
15. 제11항에 있어서, 상기 건조된 잔류물을 용해하는 단계는, 상기 건조된 잔류물을 헥산 및 에틸 아세테이트에 용해하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
16. 제11항에 있어서, 상기 제2 용액을 시린지 필터를 통해 여과하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 루테인 추출 방법.
17. 루테인 추출 방법으로서,
    실크 섬유를 헥산, 에틸 알코올 및 에틸 아세테이트를 포함하는 하나 이상의 용매와 접촉시켜, 제1 용액을 수득하는 단계;
    상기 제1 용액을 비-수계 상과 수계 상으로 분할하는 단계;
    상기 비-수계 상을 건조시켜, 건조된 잔류물을 수득하는 단계;
    상기 건조된 잔류물을 한가지 이상의 상기 용매에 용해하여, 제2 용액을 수득하는 단계; 및
    상기 제2 용액을 여과하여, 루테인 추출물을 수득하는 단계를 포함하는, 루테인 추출 방법.

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