KR102093006B1 - 추출효율이 최적화된 마카추출물의 생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산성에탄올을 추출용매로 포함하여 마카 추출물을 얻는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법을 제공하며, 상기 방법에 의하면 동일한 추출공정에 의해 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 최적화된 조건에 의해 고수율로 추출물을 얻을 수 있는 효과를 제공한다.

Description

추출효율이 최적화된 마카추출물의 생산방법{Production of MACA Extracts with Optimized Extraction Methods}

본 발명은 마카추출물의 생산방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분에 대한 최적의 추출효율과 추출량을 제공하는 마카추출물의 생산방법에 관한 것이다.

마카(Lepidium meyenii Walpers)는 페루의 안데스산맥 해발 4.000미터 이상의 고지를 원산으로 페루의 인삼(Peruvian Ginseng)이라고 알려져 있다. 마카는 고지의 혹독한 기후 속에서 자생하는 식물이며 영양가가 높은 식품으로 안데스 고지에서 기원전 2000년 전부터 재배되고 있다. 이러한 마카는 단백질, 불포화 지방산 및 미네랄이 풍부한 영양 식품이다 (J. Food Chemistry, 1994, 49, 347~349). 특히 마카분말은 탄수화물 55~60％, 단백질 9~12％, 지질 1~2％, 섬유질 8~9％, 다량의 필수아미노산, 철분 및 칼슘 등을 함유하는 영양식품으로 알려져 있다. 원주민 인디언들은 마카를 빈혈, 결핵, 불임, 피로 등의 증상의 치료를 위하여 사용하여 왔으며, 현재 미국을 포함한 남미 전역에서 건조 분말, 티백, 환 또는 추출 엑기스 등의 형태의 마카 성분을 함유한 건강식품으로 개발되어 판매되고 있다.

마카에는 상기의 성분들 이외에 리놀렌산(linolenic acid), 팔미트산(palmitic acid) 및 올레인산(oleic acid)과 같은 중요 지방산, 그리고, 식물성 스테롤 및 미네랄도 다량 함유하고 있는 것으로 보고되었다. 마카의 지표성분에는 마카엔(macaene)이나 마카마이드(macamide)와 같은 다른 식물에서는 발견되지 않는 고유의 불포화지방산이 존재하며, 이러한 성분들은 생리활성을 지니는 것으로 보고되고 있다.

마카의 글루코시놀레이트(glucosinolate) 함량은 다른 십자화과 작물의 100배에 달하고, 이는 면역시스템을 조절하고 항암작용을 한다고 보고된 바 있다. 마카의 식물성 스테롤과 2차 대사산물은 난자와 여성의 생식력, 남성의 부신, 갑상선 및 고환 등의 내분비계를 자극, 조절하여 남녀 불임증 해소에 유용하다고 보고되었다. 또한 성호르몬 불균형을 개선시켜줌으로써 남성에게는 활력증진 및 정자 수 증가와 같은 성기능 향상과 같은 효능이 있으며, 여성에게는 월경 증후군 및 갱년기 증상완화 같은 효능 역시 보고되었다. 특히, 마카마이드가 성기능 향상 및 개선 효능과 매우 밀접한 관계가 있는 것으로 알려져 있으며 현재까지 7종의 마카마이드가 확인되어 이들에 대한 효능 연구가 계속적으로 진행되고 있다.

마카성분을 이용한 조성물과 관련하여 마카성분을 포함하는 조성물의 활력재생과 자양강장 효과, 항암자용 및 성기능 개선작용, 남성의 테스토스테론(testosterone) 수준을 향상시킬 수 있는 분말화된 경구투여용 마카 및 뿔 함유 조성물이 제시되었다. 또한 마카의 추출방법, 마카추출물을 함유한 알코올음료 역시 제시되었다. 이와 같이 성기능 향상, 스테미나 증강, 관절염의 개선, 진통효과, 폐경기 증후군의 감소 또는 경감, 면역증강 등의 다양한 효능을 지니고 있는 마카의 유효성분을 추출 및 농축하고자 하는 연구가 진행되어 왔다. 상기 제시된 식품들은 마카를 그대로 건조한 이후 분쇄하는 방법, 에탄올을 기반으로 하는 유기용매를 이용한 추출방법, 초임계 유체를 이용하는 추출물을 얻는 방법을 적용하여 제품화한 것들이다.

하지만, 이러한 종래의 추출방법에 의하면 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분을 동시에 얻기 어렵고 추출효율도 낮은 문제가 있다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래기술이 가지는 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 그 목적은 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분에 대한 최적의 추출효율과 추출량을 제공하는 추출효율이 최적화된 마카추출물의 생산방법을 제공함에 있다.

상기한 바와 같은 본 발명의 기술적 과제는 다음과 같은 수단에 의해 달성되어진다.

(1) 산성에탄올을 추출용매로 포함하여 마카 추출물을 얻는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

(2) 상기 (1)에 있어서,

산성에탄올은 아세트산, 인산, 또는 염산이 함유된 에탄올인 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

(3) 상기 (2)에 있어서,

헥산, 산성에탄올 및 물의 혼합용매를 추출용매로 하여 마카 추출물을 얻는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

(4) 상기 (3)에 있어서,

헥산:에탄올:물의 혼합비율은 부피비로 20~35:40~35:40~30인 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

(5) 상기 (4)에 있어서,

추출온도는 40~50℃, 추출시간은 5~8시간인 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

(6) 상기 (5)에 있어서,

마카와 추출용매의 비는 5~10%(w/v)로 하는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법.

상기와 같은 본 발명에 따르면, 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 포함하는 다양한 유효성분에 대한 최적의 추출효율과 추출량을 제공하는 효과를 제공한다.

도 1은 중국산 마카로부터 추출용매별 리플럭스 추출효율을 측정한 시험결과 그래프이다.
도 2는 페루산 마카로부터 추출용매별 리플럭스 추출효율을 측정한 시험결과 그래프이다.
도 3은 중국산 마카로부터 추출용매별 서스펜션 추출효율을 측정한 시험결과 그래프이다.
도 4는 페루산 마카로부터 추출용매별 서스펜션 추출효율을 측정한 시험결과 그래프이다.
도 5는 중국산 마카로부터 리플럭스 추출과 서스펜션 추출에 따른 추출효율을 비교한 결과그래프이다.
도 6은 페루산 마카로부터 리플럭스 추출과 서스펜션 추출에 따른 추출효율을 비교한 결과그래프이다.
도 7은 서스펜션 추출방법의 추출시간의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 중국산 마카].
도 8은 서스펜션 추출방법의 추출시간의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 중국산 마카].
도 9는 서스펜션 추출방법의 추출시간의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 페루산 마카].
도 10은 서스펜션 추출방법의 추출시간의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 페루산 마카].
도 11은 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 중국산 마카].
도 12는 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 중국산 마카].
도 13은 용매조합별 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[중국산 마카].
도 14는 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 페루산 마카].
도 15는 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 페루산 마카].
도 16은 용매조합별 서스펜션 추출방법의 추출온도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[페루산 마카].
도 17은 용매조합별 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 영향을 측정한 결과 그래프이다[중국산 마카].
도 18은 용매조합별 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 영향을 측정한 결과 그래프이다[페루산 마카].
도 19는 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 HCl-EtOH의 농도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[중국산 마카].
도 20는 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 NaOH-EtOH의 농도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[중국산 마카].
도 21은 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 HCl-EtOH의 농도의 영향을 측정한 결과 그래프이다[페루산 마카].
도 22는 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 용매에 대한 마카의 비율의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 중국산 마카].
도 23은 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 용매에 대한 마카의 비율의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 중국산 마카].
도 24는 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 용매에 대한 마카의 비율의 영향을 측정한 결과 그래프이다[100% 에탄올, 페루산 마카].
도 25는 서스펜션 추출방법의 추출수율에 대한 용매에 대한 마카의 비율의 영향을 측정한 결과 그래프이다[1N HCl-EtOH, 페루산 마카].

본 발명은 산성에탄올을 추출용매로 포함하여 마카 추출물을 얻는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법에 관한 것으로, 동일한 추출공정에 의해 마카마이드, 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질을 최적화된 조건에 의해 고수율로 추출물을 얻는 방법을 제공한다.

본 발명에서 마카 추출물을 얻기 위해 사용되는 추출용매로는 산성에탄올이 사용되며, 산성에탄올은 에탄올에 유기 혹은 무기산이 첨가되어 산성을 띄는 혼합용매를 말하며, 유기산의 예로 아세트산에탄올이, 무기산의 예로 염산에탄올 혹은 인산에탄올을 들 수 있다. 바람직하게는 식품용도로 허용가능한 염으로써 별도의 분리공정을 요하지 않는 아세트산 혹은 인산에탄올을 사용한다. 상기 본 발명에 따른 산의 농도는 1~2N이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1N로 한다.

본 발명에서 마카의 추출물을 얻는 방법으로 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어, 리플럭스(Reflux) 방식을 이용한 추출 혹은 서스펜션(Suspension) 방식을 이용한 추출 방법 모두 본 발명에 사용될 수 있다.

특히 후자의 경우 본 발명에서는 헥산, 산성에탄올 및 물의 혼합용매를 추출용매로 하는 것이 바람직하다. 이때, 상층의 헥산층에서는 마카마이드가 분리되고, 하층을 이루는 산성에탄올과 물층에서는 마카마이드를 제외한 나머지 유효성분(단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 기타 항산화물질)들이 분리되어진다.

본 발명에 따른 추출공정에서 추출용매로 헥산, 산성에탄올 및 물의 혼합비율은 바람직하게는 부피비로 20~35:40~35:40~30, 보다 바람직하게는 20:40:40 혹은 35:35:30에서 최적의 추출효율이 얻어질 수 있다.

본 발명에 따른 추출공정에서 추출온도는 바람직하게는 40~50℃, 보다 바람직하게는 40℃이고, 추출시간은 바람직하게는 5~8시간, 보다 바람직하게는 5시간으로 한다.

또한, 본 발명에 따른 추출공정에서 최적화된 추출조건을 위해 마카와 추출용매의 비는 바람직하게는 5~10%(w/v)로 한다.

이하, 본 발명을 하기의 실험예로써 더욱 상세히 설명하고자 한다. 하지만 이는 본 발명의 보다 쉬운 이해를 돕기 위한 것이지, 이들을 통하여 본 발명을 한정하고자 하는 것은 아니다.

[실시예]

1. 원료

1) 마카 : 중국(윈난성 리강)과 페루가 산지인 노란색의 마카를 자연 건조한 건조마카를 ㈜에스에스바이오팜으로부터 공급받아 사용하였다.

2) 마카원료 전처리 : 건조 마카를 블렌더로 분쇄한 이후 체질하였다.

2. 분석항목 및 방법

(1) 단백질(Protein) : Bovine serum albumin (Sigma)을 표준물질로 한 Lowry Method 사용하였고 단백질의 량은 BSA-Equivalent (BSAE)로 산출

(2) 플라보노이드(Flavonoid): Quercetin dihydrate (Cayman)를 표준물질로 한 Aluminum nitrate colorimetric method 사용하였고 플라보노이드의 량은 Quercetin-Equivalent (QE)로 산출

(3) 페놀화합물 (Phenolic Compounds) : Gallic Acid (Sigma)를 표준물질로 한 Folin-Ciocalteu colorimetric Method 사용하였고 페놀화합물의 량은 Gallic Acid-Equivalent (GAE)로 산출

(4) 총 당 (Total Sugar) : Glucose (Sigma)를 표준물질로 한 Phenol-Sulfuric Method 사용하였고 총 당은 Glucose-Equivalent (GE)로 산출

(5) 환원당 (Reducing Sugar) : Glucose (Sigma)를 표준물질로 한 DNS Method 사용하였고 환원당은 Glucose-Equivalent (GE)로 산출

(6) 항산화력 (Anti-oxidant Capacity) : Trolox (Sigma) 표준물질로 한 DPPH Radical Scavenge capacity를 측정하는 방법을 사용하였고 항산화력은 Trolox-Equivalent (TE)로 산출

(7) 마카마이드 B : N-benzyl hexadecanamide (N-Benzyl-palmitamide) (Macamide B) (Cayman) 표준물질로 한 HPLC Method를 일부 변경하여 사용하였다.

[실시예 1] 전통적인 리플럭스 추출방법을 이용한 추출 (중국산 마카)

1. 마카원료 : 중국산 MACA

2. 마카와 추출용매간의 비율 : 10% (w/v) = 20 g-마카분쇄물 + 200 mL-추출용매

3. 추출조건 : 주어진 추출용매의 끓는 온도에서 5시간

4. 추출용매

(1) 100% n-헥산, 50% n-헥산, (2) 100% 에탄올, 50% 에탄올, (3) 순수, (4) 산성에탄올 (1N HCl-에탄올), (5) 알칼리성 에탄올 (1N NaOH-에탄올),

5. 추출결과 (도 1 참고)

(1) 추출효율 : 추출에 사용된 원료인 마카 대비 추출물의 량을 사용

(2) 단백질

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.2 g%)이 확인되었으며, 50% n-헥산을 이용한 추출에서도 1.33 g%의 낮은 추출효율을 확인하였다. 물로 추출한 경우 추출량이 2.02 g%로 증가였으며, EtOH이 사용된 50% EtOH, 100% EtOH, 1N HCl-EtOH에서 3.9 ~ 4.0 g%에 해당하는 높은 추출결과가 나타났다. 중국산 마카에 함유된 단백질 추출에 가장 좋은 추출용매는 EtOH의 함량이 높을수록 좋은 추출결과가 확인되었다.

(3) 플라보노이드

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(5.0 mg%)이 확인되었으며, 물의 경우에도 27.7 mg%의 추출량이 확인되었다. 극성인 EtOH이 50% 함유된 50% n-헥산과 50% EtOH의 경우 39.5 ~ 42.1 mg%로 추출효율이 증가하였다. 극성인 EtOH을 사용한 경우, 가장 높은 추출량(305 mg%)이 확인되었으며, 1N HCl-EtOH에서 206 mg%로, 1N NaOH-EtOH에서 114 mg%로 EtOH의 산도에 따라 감소하는 결과가 나타났다. 중국산 마카에 함유된 플라보노이드 추출에 가장 좋은 추출용매는 EtOH의 함량이 높을수록 좋은 추출결과가 확인되었으며, 마카 함유 플라보노이드의 많은 부분이 극성인 용매에 잘 녹는 것으로 판단되었다.

(4) 페놀화합물

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(48.8 mg%)이 확인되었으며, 50% n-헥산과 물의 경우에 301 ~ 339 mg%의 추출량이 확인되었다. 극성인 50% EtOH에서 516 mg%, 100% EtOH에서 605 mg%로 추출효율이 증가하였으며, 1N NaOH-EtOH에서도 599 mg%의 추출결과가 확인되었다. 1N HCl-EtOH에서 865 mg%로 가장 높은 추출량이 얻어졌다. 중국산 마카에 함유된 페놀화합물의 추출에 가장 좋은 추출용매는 EtOH을 주요 용매로 사용한 경우로서 마카 함유 플라보노이드보다 극성 용매에 대한 페놀화합물의 용해성이 좋은 것으로 판단되었다.

(5) 총 당

다당류의 특성에 따라 비극성인 100% n-헥산과 50% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.04~0.05 g%)이 확인되었다. 극성인 물에서 14.4 g%, 50% EtOH에서 18.6 g%, 100% EtOH에서 18.6 g%로 높은 추출량이 확인되었다. 그러나, 1N HCl-EtOH에서 12.2 g%, 1N NaOH-EtOH에서 9.0 g%로 산도에 따라 다당류의 추출효율이 감소되는 것이 확인되었다. 따라서, 중국산 마카에 함유된 다당류의 추출에 가장 좋은 추출용매는 물과 EtOH을 주요 용매로 사용한 경우로서 50~100% EtOH에서 동일한 추출효율을 나타내었다.

(6) 환원당

총 당과 유사하게 100% n-헥산과 50% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.02 ~ 0.8 g%)이 확인되었고, 환원당의 경우, 물에서 가장 높은 추출량(3.7 g%)이 확인되었으며, 50% EtOH에서 3.4 g%, 100% EtOH에서 3.1 g%로 추출효율이 점진적으로 감소하였다. 1N HCl-EtOH에서 추출량은 3.4 g%로 높은 반면 1N NaOH-EtOH에서는 0.3 g%로 급격하게 감소하였다. 따라서, 중국산 다당류와 유사하게 마카에 함유된 환원당의 추출에 가장 좋은 추출용매는 물과 EtOH을 주요 용매로 사용한 경우로 확인. 또한 산성 EtOH의 경우에도 적절한 용매로 판단되었다.

(7) 항산화력

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 활성(23.3 mg%)이 확인되었고, 극성인 100% EtOH에서 283 mg%, 50% n-헥산에서 324 mg%, 물에서 385 mg%, 50% EtOH에서 444 mg%로서 점진적으로 활성이 증가하였으며, 1N NaOH-EtOH에서도 341 mg%의 활성이 확인되었다. 1N HCl-EtOH에서 1,053 mg%로 가장 높은 추출량을 얻었다. 중국산 마카에 함유된 항산화물의 활성은 1N HCl-EtOH에서 가장 높았으며, 극성 용매(물, 50% EtOH, 50% 헥산, 100% EtOH)에서 300~400 mg% 내외의 활성이 확인되었다.

(8) 마카마이드 B

물의 존재는 마카마이드 B 추출을 저해하여 물과 50% EtOH에서 마카마이드의 추출량은 확인되지 않았다. 물이 함유되지 않은 EtOH에서 73.7 mg%, 100% n-헥산에서 75.7 mg%, 50% n-헥산에서 85.2 mg%의 추출효율을 확인하였다. 1N HCl-EtOH에서 추출량은 36.3 mg%인 반면 1N NaOH-EtOH에서 52.6 mg%, 그리고 100% EtOH에서 73.7 mg%로 산도에 따라 추출량이 2배 정도 차이가 발생하였다. 중국산 마카에 함유된 마카마이드 B는 기본적으로 물에 대한 용해도가 거의 "0"에 가깝고 실제 수분의 존재에 따라 마카마이드의 추출량은 급감하는 경향이 확인되었다. 마카마이드의 추출에는 우선적으로 수분함량이 낮은 용매의 구성이 필수적인 것으로 판단되었다.

[실시예 2] 전통적인 리플럭스 추출방법을 이용한 추출 (페루산 마카)

1. 마카원료 : 페루산 MACA

2. 마카와 추출용매간의 비율 : 10% (w/v) = 20 g-마카분쇄물 + 200 mL-추출용매

3. 추출조건 : 주어진 추출용매의 끓는 온도에서 5시간

4. 추출용매

(1) 100% n-헥산, (2) 100% 에탄올, (3) 순수, (4) 산성에탄올 (1N HCl-에탄올)

5. 추출결과(도 2 참고)

(1) 추출효율 : 추출에 사용된 원료인 마카 대비 추출물의 량을 사용

(2) 단백질

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.25 g%)이 확인되었으며, 물로 추출한 경우 추출량이 1.4 g%로 증가였으며, 100% EtOH에서 6.4 g%, 1N HCl-EtOH에서 7.3 g%로 점진적인 증가를 보였다. 페루산 마카에 함유된 단백질 추출에 가장 좋은 추출용매는 중국산 마카에서와 동일하게 100% EtOH에서 높은 추출량이 확인되었으며, 페루산 마카의 경우 1N HCl-EtOH에서 가장 높은 추출효율이 확인되었다. 페루산 마카에 함유된 단백질의 량은 중국산 마카 대비 50~80%의 높은 함량을 보였다.

(3) 플라보노이드

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(7.8 mg%)이 확인되었으며, 물의 경우에도 13.2 mg%의 추출량을 보였다. 극성인 100% EtOH에서 178 mg%인 반면, 1N HCl-EtOH에서 528 mg%으로 산성 EtOH에서 약 3배 정도 추출효율이 증가하였다. 페루산 마카에 함유된 플라보노이드의 량은 중국산 마카 대비 50 ~ 60%의 낮은 함량을 보였다.

(4) 페놀화합물

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(101 mg%)이 확인되었으며, 물의 경우에 243 mg%의 추출량을 보였으며, 극성인 100% EtOH에서 971 mg%로 추출효율이 증가하였으며, 1N HCl-EtOH에서도 1,588 mg%의 추출결과를 보였다. 페루산 마카에 함유된 페놀화합물의 량은 중국산 마카 대비 60~80%의 높은 함량을 보였다.

(5) 총 당

다당류의 특성에 따라 비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.04 g%)이 확인되었고, 극성인 물에서 6.4 g%, 1N HCl-EtOH에서 20.7 g%, 100% EtOH에서 22.7 g%로 높은 추출량을 보였다. 페루산 마카에 함유된 다당류의 량은 추출용매에 따라 다른 양상을 보이고 있으며, 물 추출의 경우 중국산 마카 대비 50% 낮은 반면 EtOH 기반인 용매에서는 20~70%의 높은 함량을 보였다. 페루산 마카에 함유된 다당류의 종류와 중국산 마카에 함유된 다당류의 종류가 다른 것으로 판단되었다.

(6) 환원당

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.32 g%)을 보였으며, 페루산 마카의 경우, 물을 이용한 추출량(3.9 g%)보다 1N HCl-EtOH (7.6 g%)과 100% EtOH (11.5 g%)을 이용할 경우 추출효율이 증가하였다. 페루산 마카에 함유된 환원당의 량은 물을 이용한 추출의 경우 유사하였으나, EtOH나 1N HCl-EtOH를 이용하는 경우 약 7배 정도 증가하였다.

(7) 항산화력

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 활성(25.8 mg%)이 확인되었고, 극성인 물에서 448 mg%, 100% EtOH에서 886 mg%, 1N HCl-EtOH에서 971 mg%의 활성이 확인되었다. 페루산 마카에 함유된 항산화물의 활성은 1N HCl-EtOH에서 중국산 마카에서의 경우와 유사한 수준으로 가장 높은 반면 100% EtOH에서 중국산에 비하여 약 3배 정도 높은 활성이 확인되었다. 항산화 활성은 추출물의 함량과 성분에 의존적이기 때문에 페루산 마카와 중국산 마카의 추출물 성분차이에 따른 것으로 판단되었다.

(8) 마카마이드 B

물의 존재는 마카마이드 B 추출을 저해하여 물과 50% EtOH에서 마카마이드의 추출량은 확인되지 않았다. 물이 함유되지 않은 EtOH에서 8.61 mg%, n-헥산에서 2.78 mg%, 1N HCl-EtOH에서 6.84 mg%으로 추출량의 변화가 심한 것으로 나타났다. 페루산 마카에 함유된 마카마이드 B는 중국산 마카에 비하여 10배 이상 낮은 것으로 판단되었다.

[실시예 3] 서스펜션 추출방법을 이용한 추출 (중국산 마카)

1. 마카원료 : 중국산 MACA

2. 마카와 추출용매간의 비율: 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출조건 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

4. 추출용매

(1) 100% n-헥산, 50% n-헥산, (2) 100% 에탄올, 50% 에탄올, (3) 순수, (4) 산성 에탄올 (1N HCl-에탄올), (5) 알칼리성 에탄올 (1N NaOH-에탄올)

5. 추출결과 (도 3 참고)

(1) 추출효율 : 추출에 사용된 원료인 마카 대비 추출물의 량을 사용

(2) 단백질

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.08 g%)이 확인되었으며, 50% n-헥산에서 0.71 g%, 100% EtOH에서 1.77 g%의 낮은 추출효율을 보였다. 물로 추출한 경우 추출량이 4.96 g%로 증가였으며, 50% EtOH에서 5.55 g%, 1N HCl-EtOH에서 6.25 g%, 그리고 1N NaOH-EtOH에서 8.09 g%로 증가하는 경향을 보였다. 중국산 마카에 함유된 단백질 추출에 가장 좋은 산도가 조절된 EtOH로 확인되었다. 리플럭스 추출방법으로 단백질 추출효율은 EtOH를 함유한 용매에서 4 g% 내외의 추출량이 확인되었지만, 서스펜션 추출방법에서는 물, 50% EtOH, 1N HCl/NaOH-EtOH 순으로 추출량이 2배까지 증가하였다.

(3) 플라보노이드

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(4.9 mg%)이 확인되었으며, 물에서 26.9 mg%, 50% n-헥산에서 33.7 mg%, 50% EtOH에서 60.3 mg%로 추출효율이 증가하였다. 극성인 100% EtOH에서 196 mg%, 그리고 1N HCl-EtOH와 1N NaOH-EtOH에서 각각 218 및 213 mg%으로 유사한 추출효율을 보였다. 중국산 마카에 함유된 플라보노이드 추출에 가장 좋은 추출용매는 EtOH의 함량이 높을수록 좋은 추출결과가 확인되었으며, 100% EtOH를 이용한 리플럭스 추출을 제외하고는 전반적으로 서스펜션 추출이 높은 추출효율을 보였다.

(4) 페놀화합물

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(42.0 mg%)을 보이는 반면, 50% n-헥산에서 225 mg%, 100% EtOH에서 285 mg%로 추출량이 증가하였다. 극성인 물에서 616 mg%, 50% EtOH에서 662 mg%, 1N NaOH-EtOH에서 806 mg%의 추출결과를 보였다. 1N HCl-EtOH에서 874 mg%로 리플럭스 추출방법과 동일한 수준의 가장 높은 추출량을 보였다. 중국산 마카에 함유된 페놀화합물의 추출에 가장 좋은 추출용매는 물이 함유된 용매이거나 산도가 조절되는 EtOH을 사용한 경우로 확인되었다. 페놀화합물 대상으로 리플럭스 추출방법보다 서스펜션 추출방법이 유리한 것으로 판단되었다.

(5) 총 당

다당류의 특성에 따라 비극성인 100% n-헥산과 50% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.21 ~ 1.54 g%)이 확인되었으며, 리플럭스 추출방법과는 달리 100% EtOH에서도 9.30 g%로 낮은 수준의 추출효율이 확인되었다. 극성인 물에서 28.6 g%, 50% EtOH에서 28.3 g%, 1N HCl-EtOH에서 34.3 g%로 리플럭스 추출방법 대비 3배 정도 추출효율이 증가한 것을 확인되었다. 1N NaOH-EtOH에서는 0.84 g%로 다당류의 추출효율이 급격하게 감소되었다. 중국산 마카에 함유된 다당류의 추출은 1N HCl-EtOH에서 34.3 g%로 가장 높은 추출효율을 보였으며 리플럭스 추출방법 대비 3배 정도로 향상되었다.

(6) 환원당

총 당과 유사하게 비극성인 100% n-헥산과 50% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.03 ~ 0.8 g%)이 확인되었으며, 100% EtOH에서도 1.9 g%로 리플럭스 추출방법과는 다른 양상을 보였다. 환원당의 추출량은 50% EtOH에서 3.2 g%, 물에서 9.5 g%로 증가하였으며 1N HCl-EtOH에서 20.9 g%로 가장 높은 결과를 얻었다. 그러나 1N NaOH-EtOH에서는 0.2 g%로 급격하게 감소하였다. 중국산 다당류와 유사하게 마카에 함유된 환원당의 추출에 가장 좋은 추출용매는 물과 1N HCl-EtOH 이었으며, 리플럭스 추출방법 대비 5배 이상 향상되었다.

(7) 항산화력

100% n-헥산에서 가장 낮은 활성(36.4 mg%)이 확인되었으며, 50% n-헥산에서 68.0 mg%, 1N NaOH-EtOH에서 70.4 mg%로 낮은 수준을 보였다. 극성인 물에서 292 mg%, 50% EtOH에서 330 mg%, 100% EtOH에서 451 mg%로 점진적으로 활성이 증가하였으며, 1N HCl-EtOH에서 974 mg%로 리플럭스 추출방법과 유사한 수준으로 가장 높은 추출량을 보였다. 중국산 마카에 함유된 항산화물의 활성은 1N HCl-EtOH에서 리플럭스추출방법과 유사한 수준으로 가장 높았다.

(8) 마카마이드 B

물의 존재는 마카마이드 B 추출을 저해하여 물에서 마카마이드의 추출량은 확인되지 않았으며, 50% EtOH에서 9.03 mg%로 낮은 수준을 보였다. 100% EtOH에서 61.4 mg%, 100% n-헥산에서 68.1 mg%, 50% n-헥산에서 70.0 mg%, 1N HCl-EtOH에서 59.4 mg%, 1N NaOH-EtOH에서 57.9 mg%로 확인되었다. 중국산 마카에 함유된 마카마이드 B를 서스펜션 추출방법으로 추출하는 경우 리플럭스 추출방법에 비하여 15%정도 낮은 추출효율을 확인되었다.

[실시예 4] 서스펜션 추출방법을 이용한 추출 (페루산 마카)

1. 마카원료 : 페루산 MACA

2. 마카와 추출용매간의 비율: 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출조건 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

4. 추출용매

(1) 100% n-헥산, 50% n-헥산, (2) 100% 에탄올, 50% 에탄올, (3) 순수, (4) 산성 에탄올 (1N HCl-EtOH)

5. 추출결과(도 4 참고)

(1) 추출효율 : 추출에 사용된 원료인 마카 대비 추출물의 량을 사용

(2) 단백질

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.13 g%)이 확인되었으며, 50% n-헥산에서 1.55 g%, EtOH에서 2.17 g%의 낮은 추출효율을 보였다. 물로 추출한 경우 추출량이 6.02 g%로 증가였으며, 50% EtOH에서 6.58 g%, 1N HCl-EtOH에서 6.17 g%로 증가하는 경향을 보였다. 페루산 마카에 함유된 단백질 추출에 최적인 추출용매는 1N HCl-EtOH, 50% EtOH 및 DW로 확인되었다. 리플럭스 추출방법으로 단백질 추출효율은 100%EtOH과 1N HCl-EtOH에서 6.4~7.3 g%이지만 서스펜션 추출에서는 50% EtOH과 1N HCl-EtOH으로서 6.2~6.6 g%로 리플럭스와 유사한 수준의 추출효율을 보였다.

(3) 플라보노이드

n-헥산에서 가장 낮은 추출량(12.3 mg%)이 확인되었으며, 50% n-헥산에서 30.5 mg%, 물에서 56.4 mg%, 50% EtOH에서 63.9 mg%로 추출효율이 증가하였다. 100% EtOH에서 152 mg%, 그리고 1N HCl-EtOH에서 유사한 정도인 167 mg%의 추출효율을 보였다. 페루산 마카에 함유된 플라보노이드 추출에 가장 좋은 추출용매는 EtOH의 함량이 높을수록 좋은 추출결과가 확인되었으며, 100% EtOH를 이용한 리플럭스 추출과 유사한 수준이었으나, 1N HCl-EtOH을 이용한 리플럭스 추출에 비하여 추출효율은 감소하였다.

(4) 페놀화합물

100% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(43.2 mg%)을 보이는 반면, 50% n-헥산에서 109 mg%, 100% EtOH에서 355 mg%로 추출량이 증가하였다. 극성인 물에서 919 mg%, 50% EtOH에서 896 mg%, 1N HCl-EtOH에서 865 mg%의 유사한 수준의 추출결과를 보였다. 페루산 마카에 함유된 페놀화합물의 추출에 가장 좋은 추출용매는 물, 50% EtOH, 1N HCl-EtOH로 확인되었다. 페놀화합물 대상으로 리플럭스 추출방법보다 서스펜션 추출방법이 1N HCl-EtOH를 제외하고는 유리한 것으로 판단되었다.

(5) 총 당

다당류의 특성에 따라 비극성인 100% n-헥산에서 0.03 g%, 50% n-헥산에서 3.51 g%로 확인되었으며, 리플럭스 추출방법과는 달리 100% EtOH에서도 13.3 g%로 낮은 수준의 추출효율이 확인되었다. 극성인 물에서 31.7 g%, 50% EtOH에서 33.8 g%, 1N HCl-EtOH에서 33.4 g%로 리플럭스 추출방법 대비 1.5배 정도 추출효율이 증가하였다. 페루산 마카에 함유된 총 당의 서스펜션 추출방법에 적합한 용매는 페놀화합물 추출에 효율적인 추출용매와 동일하며 리플럭스 추출방법으로 얻을 수 있는 최대 추출효율 대비 50% 이상 증가한 추출효율을 보였다.

(6) 환원당

총 당과 유사하게 비극성인 100% n-헥산과 50% n-헥산에서 가장 낮은 추출량(0.35 ~ 2.83 g%)이 확인되었으며, 100% EtOH에서도 8.1 g%로 리플럭스 추출방법과는 다른 양상을 보였다. 환원당의 추출량은 물에서 15.4 g%, 50% EtOH에서 16.5 g%로 증가하였으며 1N HCl-EtOH에서 24.8 g%로 가장 높은 결과를 얻었다. 페루산 다당류와 유사하게 마카에 함유된 환원당의 추출에 가장 좋은 추출용매는 페놀화합물과 총 당에서 선택된 용매와 동일하였으며 리플럭스 추출방법 보다 우수하였다.

(7) 항산화력

비극성인 100% n-헥산에서 가장 낮은 활성(23.4 mg%)이 확인되었으며, 50% n-헥산에서 52.3 mg%로 낮은 수준을 보였다. 극성인 50% EtOH에서 293 mg%, 물에서 500 mg%, 100% EtOH에서 688 mg%로 점진적으로 활성이 증가하였으며, 1N HCl-EtOH에서 958 mg%로 리플럭스 추출방법과 유사한 수준으로 가장 높은 추출량을 보였다. 페루산 마카에 함유된 항산화물의 활성은 1N HCl-EtOH에서 리플럭스추출방법과 유사한 수준으로 가장 높았다.

(8) 마카마이드 B

물의 존재는 마카마이드 B 추출을 저해하여 물에서 마카마이드의 추출량은 확인되지 않았으며, 100% n-헥산에서 4.55 mg%, 50% EtOH에서 5.56 mg%, 50% n-헥산에서 7.17 mg%로 낮은 수준을 보였다. 100% EtOH에서 8.06 mg%, 1N HCl-EtOH에서 8.46 mg%로 확인되었다. 페루산 마카에 함유된 마카마이드 B를 서스펜션 추출방법으로 추출하는 경우 리플럭스 추출방법과 유사한 수준의 추출효율을 확인하였다.

[실시예 5] 추출방법의 선택

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 MACA

2. 마카와 추출용매간의 비율: 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출조건 : (1) 리플럭스 추출, (2) 서스펜션 추출

4. 추출용매

(1) 100% n-헥산, 50% n-헥산, (2) 100% 에탄올, 50% 에탄올, (3) 순수, (4) 산성 에탄올 (1N HCl-EtOH), 알칼리성 에탄올 (1N NaOH-EtOH)

5. 추출결과[도 5(중국산 마카), 도 6(페루산 마카) 참고]

(1) 마카마이드 B 추출

가. 중국산 마카 :

리플럭스 추출방법을 이용할 경우, 다른 성분의 함량을 최소화한 상태에서 마카마이드 함량을 높일 수 있는 추출용매는 100% n-헥산으로 나타났고, 서스펜션 추출방법을 이용할 경우, 다른 성분의 함량을 최소화한 상태에서 마카마이드 함량을 높일 수 있는 추출용매는 100% n-헥산으로 나타났다.

나. 페루산 마카 :

리플럭스 추출방법을 이용할 경우, 100% EtOH에서 가장 높은 마카마이드가 추출되었지만 다른 생리활성물질의 함량도 높고, 서스펜션 추출방법을 이용할 경우, EtOH와 n-헥산이 50:50으로 혼합된 50% n-헥산이 다른 성분의 함량을 최소화한 상태에서 마카마이드 함량을 높일 수 있는 추출용매로 나타났다.

중국산 마카와 페루산 마카 간의 마카마이드 함량의 차이가 추출용매에 따라 최대 10배까지 차이가 존재하였다.

(2) 마카마이드 B 포함한 플라보노이드, 폴리페놀화합물, 항산화물질 추출

가. 중국산 마카 :

리플럭스 추출방법 및 서스펜션 추출방법에서 추출효율을 높일 수 있는 용매는 1N HCl-EtOH로 나타났다.

나. 페루산 마카 :

중국산 마카의 경우와 동일하게 리플럭스 추출방법 및 Suspension 추출방법에서 추출효율을 높일 수 있는 용매는 1N HCl-EtOH로 나타났다.

1N HCl-EtOH를 이용한 서스펜션 추출방법에서 최대 추출효율은 100% EtOH를 이용한 리플럭스 추출방법과 유사한 수준으로 나타났다.

중국산 마카와 페루산 마카 간의 성분 간의 함량 차이가 존재하지만 서스펜션 추출방법으로 추출되는 최대 추출량은 2,000 mg% 내외로서 중국산과 페루산이 유사한 수준으로 나타났다.

(3) 단백질과 탄수화물, 생리활성물질 등 전체 추출효율

가. 중국산 마카 :

리플럭스 추출방법을 이용할 경우, 100% EtOH 및 1N HCl-EtOH를 추출용매로 사용하는 것이 가장 효율적이지만 마카마이드를 고려할 경우 100% EtOH가 우선적으로 고려되어야 하며, 서스펜션 추출방법을 이용할 경우, 1N HCl-EtOH를 추출용매로 사용하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다.

나. 페루산 마카 :

리플럭스 추출방법을 이용할 경우, 100% EtOH 및 1N HCl-EtOH를 추출용매로 사용하는 것이 가장 효율적이지만, 마카마이드를 고려할 경우 100% EtOH가 우선적으로 고려되어야 하며, 서스펜션 추출방법을 이용할 경우, 1N HCl-EtOH를 추출용매로 사용하는 것이 가장 효율적인 것으로 나타났다.

중국산 마카와 페루산 마카 간의 최상의 추출용매에 대한 선택은 동일하였으나 개별 생리활성물질 간의 함량차이는 존재하며, 서스펜션 추출방법으로 추출되는 최대 추출량은 64~66 g% 내외로서 중국산과 페루산이 유사한 수준으로 나타났다.

(4) 추출공정과 효율을 고려, 리플럭스 방식보다 서스펜션 방식의 추출방식을 선택하고 추출용매는 1N HCl-EtOH을 선정하였다.

[실시예 6] 서스펜션 추출방법에서의 최적 추출시간

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 MACA

2. 마카 : 추출용매 비율 = 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출조건 : 40ㅀC Incubator에서 0 ~ 5시간 교반추출

4. 추출용매

(1) 100% 에탄올, (2) Acidic 에탄올 (1N HCl-EtOH)

5. 추출결과[도 7 내지 도 10 참고]

2가지 추출용매인 100% EtOH과 1N HCl-EtOH을 이용한 서스펜션 추출방법에서 단백질, 플라보노이드, 페놀릭화합물, 총 당, 환원당, 항산화력, 마카마이드 B, 7가지 항목들에 대한 추출시간을 확인한 결과, 중국산 및 페루산 마카의 추출효율은 5 시간 이후에 모두 안정적으로 유지되어, 서스펜션 추출방법을 이용한 최적의 추출시간은 5시간으로 결정하였다.

[실시예 7] 서스펜션 추출방법에서의 최적 추출온도

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 마카

2. 마카 : 추출용매 비율 = 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출시간 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

4. 추출용매

(1) 100% 에탄올, (2) 산성 에탄올 (1N HCl-EtOH), (3) 용매조합[n-헥산:에탄올:DW=20:40:40, 35:35:30]

5. 추출결과[도 11 내지 도 16 참고]

서스펜션 추출방법에서 사용된 3가지 추출용매에 대하여 추출온도가 상승할수록 추출효율은 증가하는 추세를 보였다. 단백질, 플라보노이드, 페놀화합물, 총 당, 환원당, 항산화력, 마카마이드 B, 7가지 항목들에 대한 최적의 추출온도는 40~50℃로 선정하였다.

전체 추출효율은 추출온도가 상승할수록 증가하는 경향이지만 50℃ 이상에서 마카마이드 B의 추출효율이 감소하기 때문에 추출 최적온도는 40℃로 선정하였다.

[실시예 8] 서스펜션 추출방법에서의 최적 혼합추출용매

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 마카

2. 마카 : 추출용매 비율 = 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출시간 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

4. 혼합추출용매 (용매조합 = n-헥산 : 에탄올 : DW)

(1) 20:40:40, (2) 35:35:30, (3) 50:25:25, (4) 50:0:50

5. 추출결과[도 17, 도 18 참고]

3가지 추출용매가 혼합된 용매를 이용한 서스펜션 추출한 결과, 비극성인 상층(헥산 층)과 극성인 에탄올과 DW가 혼합된 하층으로 층 분리되었다. 마카마이드 B는 대부분 상층에, 그리고 단백질, 총 당, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물, 항산화력은 하층으로 분리되었다. n-헥산:EtOH:DW의 혼합비율이 20:40:40인 혼합추출용매에서 마카마이드 B를 포함하여 총 추출효율이 최적으로 확인되었다.

[실시예 9] 서스펜션 추출방법에서의 산성/알칼리성 에탄올 농도

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 마카

2. 마카 : 추출용매 비율 = 10% (10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매)

3. 추출시간 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

4. 추출용매 : 산성/알칼리성 에탄올: 0 ~ 1(2)N HCl/NaOH-에탄올

5. 추출결과[도 19 내지 도 21 참고]

2가지 추출용매인 산성 및 알칼리성 에탄올의 농도(Normality) 영향을 서스펜션추출에서 단백질, 플라보노이드, 페놀화합물, 총 당, 환원당, 항산화력, 마카마이드 B, 7가지 항목들에 대하여 확인한 결과 1N HCl-EtOH에서 최적의 추출효율을 보였다. 산성 에탄올의 경우 농도 증가에 따라 단백질, 플라보노이드, 페놀화합물, 총 당, 환원당, 항산화력, 마카마이드 B, 7가지 항목들이 증가하는 경향을 보였다. 알칼리성 에탄올의 경우 농도에 따른 추출효율이 일정한 방향성이 없는 것으로 확인되었다. 서스펜션 추출방법을 이용한 산성 에탄올의 최적 산도는 1N HCl-EtOH로 정하였다.

[실시예 10] 서스펜션 추출방법에서의 최적의 마카와 추출용매의 비율

1. 마카원료 : 중국산 및 페루산 마카

2. 추출조건 : 40℃ 인큐베이터에서 5시간 교반추출

3. 추출용매 :

(1) 100% 에탄올, (2) 산성 에탄올 (1N HCl-에탄올)

4. 마카 : 추출용매 비율 (%, w/v)

(1) 1% : 1 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매, (2) 5% : 5 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매, (3) 10% : 10 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매, (4) 20% : 20 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매, (5) 30% : 30 g-마카분쇄물 + 100 mL-추출용매

5. 추출결과[도 22 내지 도 25 참고]

서스펜션 추출방법에서 사용된 2가지 추출용매에 대한 마카 : 추출용매의 비율은 낮을수록 효율적이었으나, 추출공정에 따른 추출량을 고려할 경우, 마카 : 추출용매의 비율은 높을수록 추출량이 증가하여, 최적 추출비율은 10%로 결정하였다.

상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (6)

1N HCl-EtOH를 추출용매로 하고, 마카와 추출용매의 비가 5~10%(w/v)가 되도록 하여 5시간 동안 40℃의 조건에서 서스펜션 추출방법을 이용하여 단백질, 다당류, 환원당, 플라보노이드, 페놀화합물 및 마카마이드 B의 혼합추출물을 얻는 것을 특징으로 하는 마카추출물의 생산방법

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