KR20200099326A - 콩 함유 이소플라본 추출방법 - Google Patents

Abstract

건조 및 분쇄된 콩을 증류수 또는 증류수가 혼합된 60~75%의 에탄올을 용매로 하여 3~5시간 환류 추출하는 콩 함유 이소플라본 추출방법이 소개된다. 생체 활성이 높은 비배당체 성분의 다량 추출이 가능하며, 추출된 이소플라본 성분을 식품, 음료용 등으로 사용할 수 있다.

Description

콩 함유 이소플라본 추출방법{Method for extracting isoflavones from soybean}

본 발명은 콩에 함유된 이소플라본(isoflavone)을 추출하는 방법에 관한 것이다.

자극적으로 변해가는 외부 환경, 잘못된 생활 습관, 각종 스트레스 속에 놓인 현대인들에게 있어 피부 노화 방지는 남녀노소할 것 없이 꾸준하고 지속적인 관심의 대상이다.

피부 노화가 외형적으로 나타나는 형태는 주름이다. 외인성 노화에 해당하는 자외선 노출 등에 진행되는 노화는 MMPs(Matrix Metallo Proteases), 특히 MMP-1의 발현이 주요인이다. MMP-1은 콜라겐을 분해 하는 효소로서 피부 주름의 개선을 위해 MMP-1의 발현 억제를 위한 생리활성 성분의 탐색이 요구된다.

여성 호르몬인 에스트로겐(estrogen)이 감소하면 피부 속 수분과 콜라겐이 감소하고 피부 노화 및 피부의 주름으로 진행이 된다고 알려져 있다. 이소플라본은 에스트로겐과 유사한 분자 구조를 가지며 우리 몸에서의 효능도 유사하다고 알려져 있다. 콩에 천연적으로 존재하는 이소플라본 성분을 이용한 MMP-1 발현의 억제 등 피부 노화 방지 및 개선 효과가 기대된다.

콩은 한국 사람의 식생활에서 가장 비중이 큰 단백질 공급원일 뿐만 아니라 수많은 화학제품의 원료로도 활용되고 있다. 콩의 수분 8.6%, 단백질 40%, 지방18%, 섬유질 3.5%, 회분 4.6%, 펜토산 4.4%, 당분 7% 등으로 이루어져 있다.

이소플라본은 콩에서 유래된 플라보노이드(flavonoid)계 물질로 비배당체인 제니스테인(genistein), 다이드제인(daidzein), 글리시테인(glycitein)과 이들의 배당체(glucoside) 등으로 구성되어 있다. 콩의 이소플라본 함유량은 약 0.1~0.4% 정도이고 그 대부분은 제니스틴(genistin) 및 다이드진(daizin)과 같은 배당체 형태인 것으로 알려져 있다.

이소플라본에 대한 연구는 국내·외에서 활발히 진행되고 있으며, 주요 효능은 항산화제, 암 유발 억제, 항염증 활성, 심근경색증 및 동맥경화증의 예방 등으로 보고되고 있는 것으로 보인다.

국내 콩 유전자원의 이소플라본 함량 변이에 관한 논문[한국작물학회지, 51(S):146~151(2006)]에 의하면, 한국산 콩 주요 43품종의 평균 함량은 다이드제인은 484.4±223.9μg/g, 제니스테인은 448.4±156.2μg/g 그리고 글리시테인은 84.9±48.7μg/g으로 콩 100g당 평균 다이드제인은 48.44mg, 제니스테인은 44.84mg 그리고 글리시테인은 8.49mg 정도이다.

콩에 함유된 비배당체 형태의 이소플라본 함량이 극히 적어 종래에는 염산(1N-HCL), 메탄올(methanol), 헥산(hexane) 등 식품용에는 적용할 수 없는 용매를 사용하여 콩에서 이소플라본을 추출하고 성분 분석을 한 것이 대부분이다. 콩에 천연적으로 존재하는 이소플라본 성분을 식품이나 음료용으로도 활용할 수 있는 개선된 이소플라본 추출방법이 요구된다.

본 발명은 위와 같은 종래기술에 대한 인식에 기초한 것으로, 콩에서 추출된 이소플라본 성분을 식품으로 사용할 수 있도록 보다 개선된 콩 함유 이소플라본 추출방법을 제공하고자 한다.

본 발명에서 해결하고자 하는 과제는 반드시 위에 언급된 사항에 국한되지 않으며, 미처 언급되지 않은 또 다른 과제들은 이하 기재되는 사항에 의해서도 이해될 수 있을 수 있을 것이다.

위 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 콩 함유 이소플라본 추출방법은 건조된 선유 콩을 분쇄한 후, 분쇄된 콩을 증류수 또는 증류수와 혼합된 에탄올을 용매로 하여 환류 추출하는 것을 특징으로 한다.

상기 에탄올 혼합 용매로는 증류가가 혼합된 60~75%의 에탄올을 용매가 바람직하며, 추출시간은 2~5, 나아가 3~5시간이 바람직하다.

상술한 바와 같은 본 발명에 따른 콩 함유 이소플라본 추출방법에 의하면, 콩에서 이소플라본 성분을 상대적으로 다량 추출할 수 있으며 헥산 등의 화학 용매를 사용하지 않으므로 추출된 이소플라본 성분을 식품으로 사용할 수 있다.

환류 추출에 의해 생체 활성이 높은 비배당체 성분을 기존보다 상대적으로 다량 추출 가능하다.

도 1은 본 발명의 다양한 예에 따른 추출 방법과 그에 따른 이소플라본의 수득율을 보인 것이다.
도 2는 도 1의 결과에서 용매 조건별 이소플라본의 수득율을 보인 것이다.
도 3은 도 1의 결과에서 추출 시간별 소플라본의 수득율을 보인 것이다.

이하 본 발명의 여러 특징적인 측면을 이해할 수 있도록 실시예를 들어 보다 상세히 살펴보기로 한다. 첨부된 도면들에서 동일 또는 동등한 구성요소들 또는 부품들은 설명의 편의를 위해 가능한 한 동일한 참조부호로 표시될 수 있고, 도면들은 본 발명의 특징에 대한 명확한 이해와 설명을 위해 과장되게 그리고 개략적으로 도시될 수 있다.

식품이나 음료용으로도 사용할 수 있는 최적의 이소플라본 추출법 도출을 위해 다양한 방법을 이용하여 콩으로부터 이소플라본을 추출하는 연구를 수행하였다. 유의미한 추출법으로 최종적으로는 환류 추출, 냉침 추출 및 초음파(sonication) 추출을 선택하였고, 이 중에서도 환류 추출이 가장 적합하다는 결론을 얻게 되었다.

이하 콩 함유 이소플라본 추출방법을 살펴본다.

2004, 2005년도 하계작물 신품종개발 공동연구 보고서에 따르면 선유콩은 표준 품종인 태광콩에 비해 이소플라본의 비배당체에 해당하는 다이드제인, 제니스테인, 글리시테인과 과 아미노산의 조성이 높고 개화기와 성숙기 또한 빠르며 수확량도 더 9% 높고 전국 어디서나 재배가 가능한 품종으로 알려져 있다.

항노화 활성 효능이 있는 비배당체 이소플라본의 함량이 높은 선유콩이 총 이소플라본 함량의 최적 추출 조건의 탐색에 부합하며, 나아가 이소플라본이 함유된 추출물을 이용한 식품 개발 및 기능성 음료 개발에서도 이소플라본 함량에 대한 경쟁력을 가질 것으로 판단된다. 이하 실험 예에서 콩은 전남산 선유가 사용되었다.

환류 추출은 건조된 콩을 분쇄기로 분쇄한 후, 분쇄된 콩 100g을 이에 20배수에 해당하는 2L의 증류수(D.W.) 혹은 증류수와 혼합된 주정, 즉 에탄올(ethanol: EtoOH)을 넣고 환류장치(미성과학기기, MS-E106, 한국)를 이용하여 열수 추출하는 과정을 반복하는 방식으로 진행되었다. 증류수의 경우 100℃ 도달 후 여러 조건으로 나누어 추출하고, 에탄올 혼합 용매에 의한 추출은 70~80℃ 도달 후 여러 시간 추출하였다. 추출 후에는 종이필터(filter paper)를 이용하여 여과 후 성분 분석을 하였다.

초음파 추출은 앞서 환류 추출에서와 동일하게 건조된 콩을 분쇄기로 분쇄한 후, 초음파 세정기(성동초음파, SDd-350H, 한국)를 이용하여 40℃의 항온수조에서 여러 조건으로 나누어 열수 및 용매 추출을 반복적으로 수행하는 방식으로 진행되었다. 추출 후에는 종이필터를 이용하여 여과 후 성분 분석을 하였다.

초음파 추출은 앞서 환류 추출에서와 동일하게 건조된 콩을 분쇄기로 분쇄한 후, 삼각 플라스크를 이용하여 4℃ 냉장 조건에서 3~5일에 걸쳐 여러 조건으로 반복 추출하는 방식으로 진행되었다. 추출 후에는 종이필터를 이용하여 여과 후 성분 분석을 하였다.

아래 표 1은 여러 실험예들 중에서 몇 가지의 대표적인 추출 조건을추출 방법, 용매별, 시간별로 세분화하여 나타낸 것이다.

아래 표 2에는 표 1의 추출 조건별 이소플라본의 수득율을 나타낸 것이다. 각 추출 조건별 수득률의 편차를 조정하기 위해 각각 3회 반복 추출을 한 후 평균값을 기재하였다.

도 1에는 추출방법별 이소플라본 수득률이 도시되어 있다. 도 1에서 보듯이 환류 추출이 가장 수득률이 높은 것으로 나타났으며, 초음파 추출과 냉침 추출 순으로 유의성 있게 수득률이 나타났으나 초음파 추출과 냉침 추출의 두 조건에서는 큰 수득률 차이가 없는 것을 확인할 수 있다.

도 2에는 용매별 방법별 이소플라본 수득률이 도시되어 있다. 도 2에서 보듯이 100% 열수 추출이 가장 높은 수득률을 보이는 것으로 나타났으며, 에탄올 용매를 사용한 경우는 열수 추출에 비해 수득량은 낮게 나타났고, 에탄올 용매 60%와 70%의 두 조건에서는 큰 수득률 차이가 없는 것으로 나타났다.

도 3에는 추출시간별 이소플라본 수득률이 도시되어 있다. 도 3에서 보듯이 에탄올 용매의 환류 추출법에 3시간과 5 시간은 큰 수득률 차이를 나타나지 않으나, 열수 추출에서는 추출 방법과 상관없이 상대적으로 큰 차이를 나타내는 것으로 나타났다.

위와 같은 추출 방법, 용매별 방법 및 추출 시간에 결과를 종합해 보면, 추출방법으로는 환류 추출이 가장 좋은 것으로 나타났다. 초음파 추출은 이소플라본 추출 수득률이 높게 나타나기도 했으나 콩 추출 이소플라본을 식, 음료로 적용하고자 하는 경우 초음파 추출에 의한 대규모 양산은 어려울 것으로 판단된다. 한편 극성이 상대적으로 강한 100% 열수 추출에서 높은 수득률을 나타나 콩에서는 비교적 극성에 해당하는 성분이 많이 차지하고 있는 것으로 판단된다.

아래 표 3에는 환류 추출법에 의해 추출된 이소플라본 6종에 대한 성분 분석을 한 결과를 나타낸 것이다.

표 3에서 보듯이 이소플라본 함량 결과를 보면 배당체 형태의 이소플라본 총 함량이 상대적으로 높은 샘플은 10-A, 10-B, 10-C, 10-D, 10-J, 10-Q, 10-R 등 으로 60% EtOH 환류 추출법과 60% EtOH 냉침 추출법 그리고 100% 증류수 초음파 추출법 에서는 추출 시간과 상관없이 상대적으로 많은 함량이 검출되는 것을 알 수 있다. 특히 샘플 10-C와 10-D에 해당하는 60% EtOH 냉침 추출법이 배당체 형태의 이소플라본을 추출 하는데 가장 최적화 된 추출법으로 판단된다.

활성 성분인 비배당체 형태의 이소플라본 총 함량이 상대적으로 높은 샘플은 10-E, 10-F, 10-G, 10-H로서, 상대적으로 두드러지게 높은 함량을 보이는 것으로 나타나는 것을 알 수 확인할 수 있다. 10-G, 10-H에 해당하는 70% EtOH 환류 추출법은 활성 성분인 비배당체 형태의 이소플라본 총 함량뿐만 아니라 배당체 형태의 이소플라본 총 함량도 비교적 높은 편이다. 이들 중 샘플 10-H인 70% EtOH 환류 5hr 추출법이 비배당체 형태의 이소플라본은 물론이고 배당체 형태의 이소플라본의 함량도 비교적 높게 나타나, 콩에 천연적으로 존재하는 이소플라본을 추출하는데 가장 최적화 된 추출법이라 판단된다.

이소플라본 최적 추출조건으로 확립한 70% EtOH 환류 5시간 추출법을 토대로 더 명확한 추출조건을 확립하기 위해 추출 시간을 늘려 7시간의 조건을 추가하고, 용매의 양을 원물의 각 30배수와 40배수의 조건을 추가하여 연구해 보았으며 그 결과는 아래 표 4와 표 5에 나타냈다.

표 4 및 도 5에서 보듯이 배당체 형태의 이소플라본은 추출시간과 용매의 양이 늘어남에 따라 비교적 더 많은 함량이 나타났고, 비배당체 형태의 이소플라본은 확립된 최적추출 조건보다 추출시간 7시간에서 비교적 더 많은 함량이 나타났으나 용매의 양과는 함량 변화의 차이가 크게 나타나지 않는 것을 알 수 있다.

종합해 보면 이소플라본 최적 추출조건으로 확립한 70% EtOH 환류 5시간에 비해 추출시간과 용매의 양을 늘리면 이소플라본의 함량은 비교적 높게 나타날 수 있으나, 제품화에 투자되는 시간과 비용을 대비해보면 70% EtOH 환류 5시간의 조건이 더 생산성에 적합한 추출 조건이라 판단할 수 있다.

이상 본 발명의 특정 실시예에 관하여 도시하고 설명하였지만, 하기의 특허청구범위에 기재된 발명의 기술적 사상으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명은 다양하게 수정 또는 변형될 수 있다는 것이 이해될 필요가 있다.

Claims (1)

1. 건조된 선유 콩을 분쇄한 후, 환류장치를 이용하여 분쇄된 콩을 증류수 또는 증류수가 혼합된 60~75%의 에탄올을 용매로 하여 3~5시간 추출하는 것을 특징으로 하는 콩 함유 이소플라본 추출방법.

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