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Korean Journal of Medicinal Crop Science - Vol. 26 , No. 2
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[ ARTICLE ]
Korean Journal of Medicinal Crop Science - Vol. 26, No. 2, pp.148-156
Abbreviation: Korean J. Medicinal Crop Sci.
ISSN: 1225-9306 (Print) 2288-0186 (Online)
Print publication date Apr 2018
Received 28 Feb 2018 Revised 26 Mar 2018 Reviewed 16 Apr 2018 Reviewed 19 Apr 2018 Reviewed 20 Apr 2018 Accepted 23 Apr 2018
DOI: https://doi.org/10.7783/KJMCS.2018.26.2.148

증숙 처리에 의한 산삼 부정 배양근의 저분자 진세노사이드 추출
이예지*, 1 ㆍ 김희규**, 1 ㆍ 고은지*** ㆍ 최재후***** ㆍ 조아름* ㆍ 김철중* ㆍ 이재근* ㆍ 임정대*** ㆍ 최선강**** ㆍ 유창연*****, †
*㈜화진바이오코스메틱
**강원도산림과학연구원
***강원대학교 생약자원개발학과
****강원대학교 농생명산업학과
*****강원대학교 생물자원과학과

Extraction of Low Molecular Weight Ginsenosides from Adventitious Roots Culture of Wild Mountain Ginseng by Steam Processing
Ye Ji Lee*1 ㆍ Hee Kyu Kim**1 ㆍ Eun Ji Go*** ㆍ Jae Hoo Choi***** ㆍ Ah Reum Jo* ㆍ Chul Joong Kim* ㆍ Jae Geun Lee* ㆍ Jung Dae Lim*** ㆍ Seon Kang Choi**** ㆍ Chang Yeon Yu*****, †
*Research Institute of Biotechnology, HwajinBioCosmetic, Chuncheon 24232, Korea.
**Gangwon Forest Science Institute, Chuncheon 24207, Korea.
***Department of Herbal Medicine Resource, Kangwon National University, Samcheok 25949, Korea.
****Department of Agricultural Life Sciences, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea.
*****Department of Bio-Resource Sciences, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Korea.
1Ye Ji Lee and Hee Kyu Kim are contributed equally to this paper
†Corresponding author: (Phone) +82-33-250-6410E-mail) cyyu@kangwon.ac.kr


© The Korean Society of Medicinal Crop Science. All rights reserved.
This is an Open-Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License ( http://creativecommons.org/licenses/by-nc/3.0 ) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.
ABSTRACT
Background:

Hot steaming is known to be effective in improving the biological activities of plant extracts by breaking down useful compounds to low molecular weight ones.

Methods and Results:

This study aimed to develop an optimal extraction and steam processing method for enhancing the low molecular ginsenoside contents of the adventitious roots culture of wild mountain ginseng. The total ginsenoside was optimally extracted when 70% EtOH was used at 50°C, whereas low molecule ginsenoside such as Rg2, Rh1, Rh4 and Rk1 could be extracted using 70% EtOH at 70°C. The adventitious roots culture of wild mountain ginseng is known to contain four major ginsenosides, i.e., Rb2, Rb1, Rg1 and Rd, however new ginsenosides Rg6, Rh4, Rg3, Rk1 and Rg5 were new abundantly obtaind after steam processing method was applied. The contents of total ginsenosides were the highest when thermal steam processing was conducted at 120°C for 120 min. Unlike ginsenosides such as Rg1, Re, Rb1, Rc, Rb2, and Rh1, which decreased after steam processing, Rg3, Rk1, and Rg5 increased after thermal processing. Steam processing significanltly reduced the content of Rb1, increased that of Rg6 by about ten times than that in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng.

Conclusions:

Our study showed that the optimal extraction and steam processing method increased the content of total ginsenosides and allowed the extraction of minor ginsenosides from major ones.

KeyWords: Low Molecule Conversion, Ginsenoside, Mountain Wild Ginseng Adventitious Roots Culture, Steam Processing
서 언

산삼 (Panax ginseng C. A. Meyer)은 두릅나무과 (Araliaceae)에 속하는 다년생 초본으로, 재배하지 않고 야생에 서 자연적으로 발아하여 성장한 삼을 말한다. 맛은 달고 쓰며 온한 기운을 가지고 있는 약재로 알려져 있으며 (Shin, 2001; Park et al., 2003; Hong et al., 2008), 인삼과 장뇌삼에 비 해 약효적인 면에서 우수하다고 알려져 있다 (Nam et al., 2012).

산삼은 제한적 생산과 비용 문제로 산업적 활용의 어려움이 있으나, 이를 극복하기 위해 생물공학적 기법인 식물조직배양 기술과 대용량 생물반응기 (bioreactor)를 이용한 산삼 부정 배 양근의 대량 증식 기술이 발달하고 있다. 이러한 생물공학 기 법으로 배양된 산삼 부정 배양근은 유전적 조성이 안정적인 것으로 보고되고 있다 (Shin et al., 2010; Kim et al., 2016).

산삼의 약효성분인 사포닌 (saponin)계 진세노사이드 (ginsenoside)는 triterpenoid 계열 화합물로, oleanane 계열과 dammarane 계열 saponin으로 구분되며, ginsenoside의 대부분 은 dammarane 계열 saponin으로 carbon 3, 12, 20 번에 hydroxyl group이 있는 protopanaxadiol saponin (PDS) 계열, carbon 6, 12, 20 번에 hydroxyl group이 있는 protpanaxatriol saponin (PTS) 계열로 구분된다 (Tansakul et al., 2006).

이 중 고분자 saponin은 3 개 이상의 당 (β-D-glucopyranosyl, α-L-arabinopyranosyl, α-L-rhamnopyranosyl)이 결합된 saponin을 뜻하며 당 (단당류) 사이 강한 이중결합을 띄고 있다. 하지만 고 분자 saponin은 생체 내의 흡수가 현저히 낮아 흡수율 및 약 리적 효능을 증대시키기 위해 저분자로의 전환이 필수적이며 (Yi et al., 2012), 산과 미생물을 이용한 가수분해를 통해 고 분자 saponin을 저분자 saponin으로 변환시키는 연구가 보고 되고 있다 (Kim et al., 2007).

대표적인 저분자 saponin으로는 Rg3, Rk1, Rg5, compound K 등이 있으며, Rg3는 혈압저하 (Jovanovski et al., 2014), 항암효과 (Park et al., 2013), Rk1, Rg5는 치매 예방효과 (Kim et al., 2013), 아토피치료 (Ahn et al,. 2016), 골다공증 (Siddiqi et al., 2014), compound K는 간 보호 효과가 있는 것으로 보고되었다 (Lee et al., 2005).

증숙은 직접적인 열처리를 통한 추출공정에서 나타나는 조 직성분의 연소, 활성성분의 파괴, 그에 따른 활성성분의 수율 및 생리활성의 감소와 같은 단점을 극복하기 위해 적용되는 공정으로서, 습기를 통한 간접적인 열처리로 활성성분의 파괴 를 막고 유용성분의 용출을 증진시킬 수 있는 공정으로 알려 져 있다 (Song et al., 2012). 또한 작물 내 구성 성분의 변 화를 유도하여 새로운 화합물을 만들어 내거나 조직을 연화 시켜 유용성분 용출을 극대화 하는 공정으로 사용되고 있다.

Kang 등 (2006)은 인삼을 대상으로 한 증숙 공정의 적용이 maltol, salicylic acid, vanillic acid, p-coumaric acid 등의 페놀성 화합물의 함량을 증가시킨다고 보고하였으며, Song 등 (2012)은 인삼의 고분자 형태 유용성분이 저분자화 되거나, ester form으로 conjugation되어 있는 phenolic compound가 free compound로 전환되어 효과적인 용출과 항산화 활성이 증 가하였다고 보고하였다. 또한 인삼의 증숙으로 인해 고분자 ginsenoside인 Rg1의 감소와 함께 저분자 ginsenoside인 Rg3, RH2, Rb1이 증가하는 형태로 ginsenoside가 변환된다는 보고 가 있다 (Lee et al., 2008).

본 연구에서는 산삼 부정 배양근을 대상으로 하여 추출용매, 시간, 온도, 횟수를 달리하여 적용하고 수율 및 총 ginsenoside 함량을 비교함으로서 최적의 추출 조건을 확립하였으며 다양한 증숙 조건별로 유도되는 저분자 ginsenoside 함량을 검정하여 저분자 ginsenoside 함량을 증진시키는 방법을 개발하고, 기능 성과 체내 흡수율이 향상된 저분자 ginsenoside를 고농도로 함 유한 원료를 산업적으로 활용하고자 실험을 수행하였다.

재료 및 방법
1. 실험재료

본 실험에 사용한 산삼 부정 배양근은 2017년 10월 주식회 사 화진바이오코스메틱 생명공학연구소에서 배양한 것을 실험 원료로 사용하였다.

배지조성물은 Schenk and Hildebrandt medium (Duchefa Biochemie, Harlem, Netherlands) 3.15 g/ℓ, sucrose (Samyang Co., Seongnam, Korea) 30 g/ℓ, pH 5.75 조건으로 18ℓ 생 물반응기에 배양액을 제조한 후, 고온·고압 (127.0℃, 45 min, 0.15 mPa) 멸균하여 냉각하였다. 이후 pre-culture 된 산삼 부 정 배양근 세포 30 g을 접종하여, 온도 25.0 ± 0.5℃, 습도 40.0 ± 5.0%, 광도 1,200 ± 50 Lux에서 8 - 9 주간 배양한 후, 수확하여 사용하였다.

2. 기기 및 시약

실험에 사용한 HPLC/VWD (hight performance liquid chromatography/variable wavelength detector)는 Thermo Fisher Scientific (Waltham, MA, USA)의 ultimate 3000 series, 감압회전 농축기는 EYELA (Tokyo, Japan)의 N-1200, 초음파 추출기와 강제순환 건조기는 Jeiotech (Seoul, Korea) 의 VCP-10와 OF-22GW, 미량전자저울은 Mettler Toledo (Columbus, OH, USA)의 ME204, 동결건조기는 Operon (Gimpo, Korea)의 FDTA-45, vortex mixer는 Scientific Industries (Bohemia, NY, USA)의 BF-MXS, 분쇄기는 Shinil (Seoul, Korea)의 SMX-9400MD, 습윤고압 증숙기 Hankuk S&I (Hwaseong, Korea)의 HK-AC200을 사용하였다.

분석시약은 water, acetonitrile (AcN), ethanol (EtOH)은 J. T. Baker Chemical (Phillipsburg, NJ, USA)의 일급 또는 특 급 제품을 구입하여 사용하였다.

진세노사이드 표준품 ginsenoside Rg1, ginsenoside Re, ginsenoside Rb2, ginsenoside Rb3, ginsenoside Rh1, ginsenoside Rd, ginsenoside Rg6, ginsenoside Rh4, ginsenoside Rg3, ginsenoside Rk1, ginsenoside Rg5, ginsenoside RH2, ginsenoside Rh3는 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)의 제품, ginsenoside Rb1은 HWI (Ruelzheim, Germany)의 제품, ginsenoside Rc, compound K는 Chem Faces (Hubei, China)의 제품, ginsenoside Rg2는 Ambo Institute (Daejeon, Korea)의 제품을 구입하여 사용하 였다.

3. 산삼 부정 배양근 조건별 추출

동결건조한 건조물 1㎏을 분쇄기를 이용하여 100 mesh로 분말화하여 용매, 시간, 온도, 횟수에 따른 추출수율 및 총 ginsenoside 함량을 확인하였다.

추출용매에 따른 조건으로 water, 20%, 40%, 60% 70% 80%, 100% EtOH을 시료 무게 당 10 배 (v/w) 혼합하였고, 추출시간에 따른 조건은 70% EtOH에 시료를 침지한 후, 2, 4, 6, 8, 16, 32 시간으로 나누어 추출을 실시하였다.

추출온도에 따른 조건은 30, 40, 50, 60, 70, 80℃, 추출횟수 에 따른 조건은 1, 2, 3, 4 회로 나누어 실시하였다. 각 추출액 을 0.45㎛ filter (Sartorius Stedim Biotech Co., Gottingen, Germany)로 여과, 농축 및 동결건조하여 사용하였다.

4. 산삼 부정 배양근 증숙

생체 1㎏을 60, 80, 100, 120℃에서 30, 60, 120 분 습윤 고압 증숙기에서 각각 증숙한 후, 2 일간 동결건조 하였다. 건 조가 완료되면 분쇄기를 이용하여 100 mesh로 분말화한 후, 70% EtOH 추출, 농축 및 동결건조하여 시료로 사용하였다.

5. 추출수율 측정

추출수율은 초기 투입한 산삼 부정 배양근 대비 동결건조 후 제조된 시료의 무게를 다음 계산식에 대입하여 계산하였다.

수율 (%)=B / A×100

  • A: 시험에 사용된 산삼 부정 배양근 무게
  • B: 동결건조 후 시료의 무게

6. 총 ginsenoside 분석
1) 분석시료 제조 및 분석

시료 약 2 g을 정밀히 측정하여 50㎖ 부피 플라스크에 취 하고, 완전하게 용해시키며 증류수를 표선까지 채운 후, Minisart® 0.2㎛ filter (Sartorius Stedim Biotech Co., Gottingen, Germany)로 여과하였다.

총 ginsenoside는 HPLC 분석으로 실시하였다. Column은 Capcell pak C18 column (Shiseido Osaka Soda Co., Ltd., Osaka, Japen, 5㎛, 250 × 4.6㎜), 이동상은 solvent A; water, solvent B; acetonitrile (AcN)를 사용하였다. 시료 주입량 10㎕, 유속 1.0㎖/min, 온도 30℃, UV detector로 203㎚를 이용하였다.

이동상은 처음 5 분까지는 solvent A를 80% 수준으로 유 지하였고, 5 분에서 20 분까지 solvent A의 농도를 77%, 20 분에서 25 분까지 solvent A의 농도를 70%, 25 분에서 30 분까지 solvent A의 농도를 60%, 30 분에서 60 분까지 solvent A의 농도를 50%로 유지하였다. 다시 60 분에서 65 분까지 solvent A의 농도를 15%를 낮추는 gradient system을 적용하여 수행하였다.

2) Ginsenoside 정량 분석

시험물질의 정량값은 측정값의 피크면적을 검량선 (y = ax + b) 식에 대입한 후 정량값 계산식에 의해 산출하였다. 검량선 은 x축에 농도를 y축에 피크면적을 적용하여 최소자승법으로 계산하였다.

정량값 계산식 (mg/g)=C×(a×b)/S×1/1,000

  • C: 시험용액 중 개별 ginsenoside 농도 (㎍/㎖)
  • a: 시험용액의 전량 (㎖) S: 시료 채취량 (g)
  • b: 희석배수 1/1,000: 단위 환산 계수s

7. 통계처리

모든 실험은 3 회 반복으로 진행하여 평균과 표준편차를 나 타내었다. 실험에 관련된 통계처리는 SPSS program (Statistical Package for Social Science, Version 24; IBM, Chicago, IL, USA)를 이용하여 Duncan`s Multiple Range Test (DMRT) 검증하였고, 통계적 유의성을 5% 수준에서 분 석하였다.

결과 및 고찰
1. 추출조건별 수율 및 총 ginsenoside 함량
1) 추출용매 조건별 비교

산삼 부정 배양근에 water 및 EtOH 농도별 용매를 적용하 고 추출 수율을 조사한 결과 각 용매 당 추출 수율은 1.44 ± 0.05 - 2.79 ± 0.13%의 범위를 나타냄을 확인하였으며, 70% EtOH로 추출하였을 때 2.79 ± 0.13%로 가장 높은 수율을 나 타냈다 (Table 1).

Table 1 

Yields and ginsenoside contents in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng by different extraction solvents.


Treatment Water 20% EtOH 40% EtOH 60% EtOH 70% EtOH 80% EtOH 100% EtOH
Contents
Concentration (㎎/g) Rg1 3.77±0.31c 3.66±0.45c 4.28±0.05b 3.12±0.07d 3.34±0.24cd 4.22±0.08b 6.53±0.69a
Re 3.20±0.22bc 2.96±0.10c 3.55±0.34b 2.31±0.21d 2.40±0.28cd 3.40±0.26bc 5.25±0.28a
Rb1 5.88±0.57e 5.70±0.12e 6.28±0.18d 7.13±0.10c 7.31±0.14c 10.07±0.39b 13.06±1.09a
Rc 0.76±0.15d 0.99±0.11c 1.02±0.15c 0.98±0.08c 1.34±0.22b 1.33±0.17b 1.51±0.18a
Rb2 6.19±0.64d 6.95±0.27cd 7.27±0.00c 6.24±0.28d 9.03±0.38b 8.89±0.26b 9.50±0.28a
Rb3 –1) 0.05±0.00 0.05±0.00e 0.10±0.01 0.56±0.07 1.20±0.12a 0.44±0.17c
Rg2 0.09±0.02b 0.36±0.13a 0.19±0.24b – – – –
Rh1 – – – – – – –
Rd 1.93±0.74d 1.34±0.12de0.94±0.23e 4.89±0.25c 5.48±0.39c 6.78±1.13b 10.42±0.60a
Rg6 – – – – 0.99±0.19b 0.71±0.22b 1.40±0.15a
Rh4 – – – – – – –
Rg3 – – – – – – –
Rk1 – – – – – – –
Rg5 – – – – 0.01±0.01a – –
Compound K – – – – – – –
Rh2 0.39±0.16e 0.51±0.18d 0.78±0.33c 0.50±0.08d 0.36±0.14e 0.97±0.02b 1.38±0.09a
Rh3 0.76±0.16b 0.63±0.30bc – 0.30±0.16d 0.53±0.09c 0.76±0.14b 1.00±0.04a
Total 23.01±1.09d 23.19±0.69d 24.37±0.71d 25.59±0.89d 33.18±0.58c 38.36±1.72b 50.53±2.81a
Yield (%) 2.1±0.02c 2.00±0.00c 2.36±0.04b 2.47±0.02b 2.79±0.13a 2.07±0.04c 1.44±0.05d
-; not detected.
Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown (n = 3). Means within a row followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT test (p < 0.05).

총 ginsenoside 함량은 water 추출물에서 23.01 ± 1.09㎎/g 검출되었으며, EtOH 농도가 증가할수록 23.19 ± 0.69, 24.37 ± 0.71, 25.59 ± 0.89, 33.18 ± 1.72, 38.36 ± 1.72, 50.53 ± 2.81㎎/g으로 함량이 증가하였다. 모든 추출용매별 조건에서 Rh4, Rg3, Rk1, compound K는 검출되지 않았지만, 60% EtOH 추출부터 EtOH 농도가 증가할수록 Rb1, Rb2, Rd가 증가하여 총 ginsenoside 함량이 증가하였다 (Table 1).

Lee 등 (2016)은 EtOH 농도가 높아질수록 추출수율은 감소 하지만 ginsenoside Rg1 함량이 23.0㎎/g으로 증가하였다고 보고하였고, Corbit 등 (2005)은 북미삼 (P. quinquefolius L.) 의 추출에서 100% methanol을 사용하여 추출하는 경우 열수 추출 대비 ginsenoside Rg1, Re, Rb1, Rc, Rb2, Rd 함량이 증가하였다고 하였으며, Kim과 Kim (2005)은 장뇌삼 추출액 의 총 사포닌 함량은 water 추출액에서 3.12%, 50%, 60%, 70%, 80%, 90% EtOH 추출액에서 각각 3.60%, 3.68%, 5.08%, 5.72%, 6.24%로 EtOH 농도에 따라 총 사포닌 함량 이 비례한다고 보고하여 본 연구의 결과와 유사하였다.

2) 추출시간 조건별 비교

산삼 부정 배양근을 대상으로 최적용매인 70% EtOH을 적 용하고 추출시간을 각각 2, 4, 6, 8, 16, 32 시간동안 추출하 여 수율을 비교한 결과는 Table 2와 같다.

Table 2 

Yields and ginsenoside contents in in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng by different extraction times.


Treatment 2 hour 4 hour 6 hour 8 hour 16 hour 32 hour
Contents
Concentration (㎎/g) Rg1 5.00±0.06b 4.38±0.64c 5.92±0.25a 4.56±0.23c 5.55±0.53ab 4.63±0.13c
Re 2.77±0.62a 2.40±0.24ab 2.55±0.05ab 1.94±035c 2.38±0.20ab 2.10±0.41bc
Rb1 7.23±0.41b 6.18±0.30c 7.47±0.58b 7.55±0.63b 8.82±0.61a 8.66±0.75ab
Rc 1.80±0.58ab 1.91±0.67a 1.41±0.07c 2.01±0.45a 1.91±0.39a 1.66±0.25b
Rb2 10.49±0.37b 15.09±0.89a 7.56±0.30c 15.35±0.23a 14.69±1.04a 15.22±1.25a
Rb3 0.53±0.06b 0.32±0.05c 0.48±0.08b 0.72±0.06a 0.52±0.06b 0.42±0.07bc
Rg2 –1) 0.17±0.08 – – – –
Rh1 – – – – – –
Rd 4.86±0.91ab 4.23±0.77b 5.04±0.12a 4.01±0.98c 4.80±0.78ab 4.51±0.20b
Rg6 1.15±0.07d 0.81±0.03e 0.99±0.02de 2.61±0.75a 1.52±0.08b 1.26±0.01c
Rh4 0.32±0.07a 0.17±0.05b – – – –
Rg3 – – – – – –
Rk1 – – – – – –
Rg5 – – 0.04±0.02a – 0.04±0.00a 0.02±0.00b
Compound K – – – – – –
Rh2 – 0.28±0.10c 0.41±0.05d 1.36±0.77a 0.81±0.08c 0.96±0.04b
Rh3 – 0.50±0.03bc 0.52±0.08bc 0.47±0.08bc 0.86±0.02a 0.41±0.09c
Total 34.14±1.13b 36.42±5.41b 32.38±1.31b 40.56±1.67a 40.49±1.57a 39.83±1.05a
Yield (%) 2.27±0.07d 2.55±0.01c 2.67±0.03bc 2.76±0.03b 2.80±0.13b 3.01±0.03a
-; not detected.
Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown (n = 3). Means within a row followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT test (p < 0.05).

추출시간 2 시간에서 2.27 ± 0.07%로 가장 낮은 수율이 확 인되었고, 추출시간이 증가할수록 수율이 증가하여 32 시간 추 출에서 3.01 ± 0.03%를 나타내어 산삼 부정 배양근을 70% EtOH을 적용하여 추출하는 경우 추출시간이 증가할수록 용출 되는 양이 증가되고 이에 따라 추출 수율이 증가된다는 것을 확인하였다.

총 ginsenoside 함량은 6 시간 추출에서 32.38 ± 1.31㎎/g 으로 가장 낮은 함량을 보였고 8 시간 추출에서 40.56 ± 1.67㎎/g의 가장 높은 함량을 나타내어 ginsenoside의 함량은 8 시간이 가장 높은 것으로 확인되었다. 이러한 결과를 통하 여 수율은 추출시간이 증가할수록 원재료로부터 용출되는 추 출물의 양이 증가하지만 유용성분의 경우는 최적의 추출 시간 이 존재한다는 것을 확인하였다.

3) 추출온도 조건별 비교

산삼 부정 배양근을 대상으로 최적용매인 70% EtOH을 적 용하고 추출시간을 2 시간으로 고정하고 추출온도를 30 - 80℃ 로 달리하여 추출한 후 온도별 수율을 검정한 결과는 Table 3 와 같다. 추출온도가 높아질수록 추출물의 수율도 증가하는 것 을 확인할 수 있었고, 추출온도를 70℃로 하여 추출한 경우 수율은 2.91 ± 0.06%로 최대 수율을 나타냈다.

Table 3 

Yields and ginsenoside contents in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng by different extraction temperatures.


Treatment 30℃ 40 ℃ 50 ℃ 60 ℃ 70 ℃ 80 ℃
Contents
Concentration (㎎/g) Rg1 2.65±0.07ab 2.16±0.11bc 2.23±0.09bc 1.81±0.44c 3.10±0.19a 2.51±0.11b
Re 3.15±0.14a 2.14±0.05cd 2.38±0.22bc 2.00±0.12d 2.50±0.14b 3.18±0.00a
Rb1 6.19±0.17d 7.28±0.05c 9.14±0.08b 5.45±0.24e 6.47±0.25d 11.09±0.61a
Rc 1.42±0.27bc 2.24±0.29b 2.11±0.06b 1.34±0.13bc 1.13±0.10c 3.56±0.85a
Rb2 11.33±0.47c 16.87±1.25b 16.39±0.56b 18.84±1.03a 15.64±0.35b 2.23±0.22d
Rb3 0.19±0.27bc 0.20±0.21bc 0.35±0.13bc 0.56±0.20b – 2.29±0.12a
Rg2 0.08±0.11b – – – 0.36±0.05a –
Rh1 b a
–1) – – – 0.23±0.02 0.55±0.14
Rd 3.32±0.13d 4.23±0.02c 5.88±0.23b 4.28±0.21c 3.55±0.24d 8.41±0.14a
Rg6 0.08±0.08c 1.23±0.09ab 1.39±0.12a 1.21±0.07b – –
Rh4 0.17±0.13c – – – 1.33±0.07b 2.45±0.37a
Rg3 0.34±0.21b – – – – 0.87±0.04a
Rk1 – – – – 0.03±0.04a –
Rg5 – – – – 0.01±0.02a 0.01±0.01a
Compound K – – – – – –
Rh2 2.41±0.12a 0.76±0.25cd 0.72±0.37cd 0.50±0.19d 1.47±0.42b 1.18±0.27bc
Rh3 0.86±0.13ab 0.53±0.08b 0.96±0.32a 0.57±0.06b 0.52±0.22b 0.41±0.30c
Total 32.24±0.38b 37.66±0.86ab 41.35±0.48a 36.61±2.20ab 36.37±1.51ab 38.78±0.75ab
Yield (%) 1.96±0.01c 2.28±0.04bc 2.54±0.04b 2.36±0.15bc 2.91±0.06a 2.85±0.08a
-; not detected.
Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown (n = 3). Means within a row followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT test (p < 0.05).

총 ginsenoside 함량은 50℃에서 추출하는 경우 41.35 ± 0.48㎎/g으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, Rb1, Rb2의 함 량이 9.14 ± 0.08, 16.39 ± 0.56㎎/g을 나타내 총 ginsenoside 비율 중 61%를 차지하였다. 반면 70℃에서 추출하는 경우 총 ginsenoside 함량은 36.37 ± 1.51㎎/g을 나타내어 50℃에서 추 출하는 경우 보다 함량은 감소하였으나, Rh1, Rh4, Rk1 등이 미량 검출되었으며, 수율도 증가하였다.

Yang 등 (2006)은 홍삼을 추출하기 위해 24, 48, 72 시간의 추출시간과 섭씨 82, 93℃의 추출온도로 나누어 실시하였다. 시간에 따른 총 ginsenoside 함량은 24 시간 (0.13%)일 때 높은 함량이 나타났지만, 추출시간이 지속될수록 감소하는 경 향을 나타내었다. 온도에 따른 총 ginsenoside 함량은 93℃ (1.42%)로 고온일 때 증가하였고, 온도가 증가함에 따라 PDS 와 PTS의 비율이 0.40%에서 0.14%로 감소되었다. 이는 PDS 가 PTS에 비해 열처리에 의해 보다 쉽게 가수분해가 되기 때 문인 것으로 보고하였다.

Lee 등 (2011)는 인삼 화서 (inflorescence)를 75 - 95℃ 고 온으로 열수추출한 후, 11 종의 ginsenoside를 분석한 결과에 서 저분자 ginsenoside인 prosapogenin (ginsenoside Rh1, Rg3, Rg2, Rg5, RH2, Rh4)의 총량은 75℃의 36 시간 추출 액이 11.69㎎/g, 85℃의 36 시간 추출액이 18.38㎎/g, 95℃ 의 12 시간 추출액이 18.58㎎/g로 증가하는 것을 보고하였다.

본 연구결과에서는 PDS 계열의 ginsenoside Rb1, Rc, Rb2, Rb3, Rg3가 PTS 계열의 ginsenoside Rg1, Re, Rg2 보다 성분변화가 많은 것을 확인하였고, 추출온도 50℃ 일 때 총 ginsenoside 함량 최대치를 나타내었으며, 그 이상 온도에 서는 감소하는 경향을 보여 기존연구 결과와 유사한 것을 확 인하였다.

4) 추출횟수 조건별 비교

산삼 부정 배양근을 대상으로 최적용매인 70% EtOH을 적 용하고 추출시간을 2 시간으로 고정하고 추출온도를 50℃로 고정한 후 추출 횟수별 추출수율을 확인한 결과는 Table 4와 같다. 추출횟수가 1 차에서 4 차 추출로 반복될 수록 수율은 2.34 ± 0.09%, 0.91 ± 0.01%, 0.37 ± 0.02%, 0.11 ± 0.01%순으 로 감소하는 것을 확인하였다. 총 ginsenoside 함량은 27.95 - 32.57㎎/g으로 유사하였지만, 1 차 추출과 달리 2 차에서 4 차 추출까지 추출되는 정도는 ginsenoside의 종류에 따라 다른 양상을 나타내었다. 추출횟수가 증가할수록 Rg1, Re는 감소하 였고 Rb2는 3 회 추출까지 증가한 후 감소하였으며 Rd, Rg6 는 매회 증가하였고, 4 차 추출에서는 이전까지 추출되지 않 은 Rk1, Rg5가 0.73, 1.22㎎/g 검출되었다. Table 5

Table 4 

Yields and ginsenoside contents in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng by the number of extraction cycles.


Treatment 1 cycle 2 cycle 3 cycle 4 cycle
Contents
Concentration (㎎/g) Rg1 2.40±0.04a 2.33±0.13b 1.85±0.05c 1.00±0.09d
Re 2.72±0.49a 2.51±0.46a 1.99±0.08b 2.21±0.08ab
Rb1 5.24±0.72b 5.64±0.34b 4.15±0.41c 7.31±0.50a
Rc 0.91±0.08a 0.53±0.08b 0.50±0.04b 0.36±0.03c
Rb2 9.66±0.97c 12.45±0.81b 17.78±0.21a 3.66±0.41d
Rb3 –1) 0.19±0.00b 0.16±0.01b 2.02±0.02a
Rg2 0.22±0.03b – – 0.58±0.05a
Rh1 – – – 0.07±0.00a
Rd 2.79±0.58c 3.50±0.27b 3.33±0.36b 7.16±0.28a
Rg6 0.16±0.01c 0.54±0.06a 0.40±0.03b 0.52±0.10a
Rh4 0.31±0.06a 0.23±0.01b – –
Rg3 0.55±0.06a 0.56±0.06a – –
Rk1 – – – 0.73±0.09a
Rg5 – – – 1.22±0.08a
Compound K – – – –
Rh2 2.15±0.09a 2.03±0.06a 1.54±0.07bb 1.11±0.07c
Rh3 0.91±0.12a 0.91±0.04a 0.89±0.04a –
Total 28.03±1.26b 31.40±0.56a 32.57±1.05a 27.95±0.54b
Yield (%) 2.34±0.09a 0.91±0.01b 0.37±0.02c 0.11±0.01d
-; not detected.
Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown (n = 3). Means within a row followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT test (p < 0.05).

Table 5 

Yields and ginsenoside contents in the adventitious roots culture of wild mountain ginseng by different steam processing condition (temperature and time). (Unit: %)


Control Treatment (steam processing)
60℃ 80℃
30 min 60 min 120 min 30 min 60 min 120 min
Rg1 16.46±0.12a 14.97±0.60b 14.52±0.65b 13.38±0.51c 14.22±0.30b 11.87±0.28d 11.30±0.53d
Re 9.06±0.35a 7.62±0.26c 7.82±0.15ab 6.34±0.54cd 6.00±0.52e 6.32±0.74cd 5.82±0.15e
Rb1 23.46±1.15b 18.48±0.28c 21.02±0.21bc 18.73±0.58c 16.27±0.14d 21.30±0.18bc 17.99±0.43cd
Rc 3.03±0.05a 2.85±0.03bc 1.32±0.08f 0.97±0.90g 1.09±0.03g 1.03±0.01g 2.11±0.03d
Rb2 29.18±2.13c 42.21±2.55a 29.32±1.65c 37.99±6.13b 43.41±2.12a 42.79±3.11a 45.32±4.23a
Rb3 –1) – 8.04±0.11a 3.58±0.05 – – 0.94±0.03e
Rg2 – – – – – 1.03±0.08d –
Rh1 – – – – – – –
Rd 4.29±1.12g 4.41±0.07g 8.33±0.05d 6.36±0.03f 6.29±0.02e 6.14±0.06f 7.74±0.03e
Rg6 0.53±0.01g 1.55±0.03e 1.89±0.07cd 1.28±0.07f 1.87±0.06cd 1.40±0.06ef 1.33±0.05h
Rh4 1.03±0.03d – – – – – –
Rg3 1.83±0.09d – – – – – –
Rk1 – – – – – – –
Rg5 – – – – – – –
Com. K – – – – – – –
Rh2 7.16±0.31d 7.91±0.13b 7.74±0.12bc 8.31±0.11a 7.42±0.15c 5.26±0.12e 4.08±0.07d
Rh3 3.03±0.11b – – 3.07±0.06b 3.43±0.03a 2.86±0.07b 2.53±0.08c
Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
Yield 2.36±0.10e 3.62±0.09c 3.46±0.06d 3.62±0.05c 4.27±0.03ab 4.20±0.05ab 4.42±0.16a
Treatment (steam processing)
100℃ 120℃
30 min 60 min 120 min 30 min 60 min 120 min
Rg1 8.24±0.41f 7.30±0.14g 8.14±0.14f 10.51±0.13e 11.55±0.52d 9.90±0.25e
Re 8.43±0.41ab 7.10±0.17cd 7.96±0.35ab 8.25±0.19ab 6.76±0.29cd 5.61±0.34e
Rb1 15.11±0.27e 18.96±0.29c 19.04±0.28c 28.29±0.38a 22.89±0.38b 10.65±0.34f
Rc 1.69±0.04e 2.49±0.03c 2.82±0.01bc 3.86±0.04a 3.07±0.06b 2.57±0.05c
Rb2 42.04±2.11a 45.53±2.18a 37.84±3.54b 24.32±2.01d 18.07±1.19e 22.99±1.98d
Rb3 6.31±0.12b – 3.88±0.04c – – 1.91±0.03d
Rg2 – 1.77±0.09c 1.92±0.03b 2.56±0.10a 1.97±0.08b 2.06±0.09b
Rh1 – 0.26±0.06c – – 0.84±0.05b 1.03±0.03a
Rd 7.82±0.09e 8.49±0.08d 9.11±0.03c 11.39±0.19b 12.09±0.09a 11.56±0.38b
Rg6 1.71±0.05d 2.10±0.03cd 2.56±0.03b 1.96±0.05cd 2.26±0.11c 5.02±0.18a
Rh4 – – – 2.15±0.05c 8.73±0.13a 2.70±0.12b
Rg3 – – – 2.03±0.10c 4.37±0.12b 6.64±0.12a
Rk1 – – – – 0.83±0.09b 4.82±0.08a
Rg5 – – – 0.66±0.09c 2.00±0.08b 6.06±0.29a
Com. K – – – – – –
Rh2 5.31±0.05e 3.37±0.02f 3.46±0.07f 1.73±0.09i 1.97±0.08h 2.98±0.05g
Rh3 3.34±0.05a 2.63±0.06c 3.25±0.06ab 2.29±0.05d 2.59±0.03c 3.50±0.07a
Total 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00 100.00
Yield 4.42±0.11a 4.23±0.06ab 4.36±0.02a 4.25±0.05ab 4.18±0.08ab 4.44±0.10a
–; not detected. *
Mean values ± SD from triplicate separated experiments are shown (n = 3). Means within a row followed by the same letter are not significantly different based on the DMRT test (p < 0.05).

Ha 등 (2015)은 70% EtOH을 용매로 5 회 추출한 후 얻 어지는 ginsenoside 종류 및 함량을 검정한 결과에서 ginsenoside 중 Re, Rg1, Rd 함량이 추출 횟수가 늘어날수록 29.84㎎/g에서 2.15㎎/g까지 점차 감소하였다고 보고하였으나 본 연구에서는 Re, Rg1은 동일하게 감소하는 경향을 나타내 었고 Rd는 증가하여 상이한 결과를 나타내었다.

2. 증숙 조건별 수율 및 총 ginsenoside 함량

산삼 부정 배양근 생체를 온도 (80 - 120℃)와, 시간 (30 - 120 분)으로 증숙한 후, 추출수율을 확인한 결과, 3.47 ± 0.26%에서 4.59 ± 0.34%의 범위를 나타내었고, 80℃ 이상 온 도조건에서는 4% 이상의 수율을 나타냈다. 반면, 증숙 처리를 하지 않은 대조군의 추출수율은 2.30 ± 0.15%를 나타내어, 증 숙 처리군에서 수율이 약 1.5 배에서 2 배 수준으로 증가됨을 확인되어 홍삼의 제조 시 적용되는 증숙 처리공정에서 증숙 온 도, 시간이 증가할수록 수율이 증가하였다는 보고 (Hong et al., 2007)와 유사하였다.

Kim 등 (2006)은 인삼의 증숙은 찌고 말리는 일련의 과정 을 반복하여 유효성분의 증진과 독성의 완화에 사용되며, 증 숙시간이 연장될수록 호화 후 조직의 변화로 세포조직 사이의 도관, 수지관 등의 동공 및 세포막의 구분이 없어진다고 보고 하였다. 본 시험결과에서도 증숙이 산삼 부정 배양근 세포막 과 세포질의 소기관에 존재하는 물질의 용출을 촉진시켜 증숙 하지 않은 대조군과 비교하여 높은 수율을 나타낸 것으로 사 료된다.

증숙 조건별 총 ginsenoside 함량을 분석한 결과, 산삼 부정 배양근 대조군에서는 ginsenoside Rg1, Re, Rb1의 비율이 48.98%인 반면, 60 - 100℃ 증숙 처리군에서는 Rg1, Re, Rb1 는 감소하고, Rb2 비율이 증가하였다.

120℃ 증숙 처리군에서는 Rb2 비율이 더욱 감소하고, ginsenoside 중 Rg2, Rd, Rg6, Rh4, Rg3, RH2, Rh3 비율이 증가하였으며, 증숙시간이 길어질수록 검출되는 Rg2, Rd, Rg6, Rh4, Rg3, RH2, Rh3 등의 ginsenoside 비율이 증가하 여 120 분을 처리하였을 때, 최대치를 나타내었다.

Kim 등 (2017) 증숙삼류 생약을 대상으로 total ginsenoside 의 함량 분포를 조사한 결과, ginsenoside Rg3, Rg5, Rk1의 함량에 있어서 홍삼 0.062%, 흑삼 10.012%로 증숙 공정 (시 간, 온도, 건조조건)이 추가될수록 높은 함량을 나타내었고, Choi 등 (2010)은 백삼, 태극삼과 1 차, 3 차 증숙을 비교하였 을 때, 10 종 ginsenoside 함량이 각각 0.99%, 1.28%, 1.02%, 1.45%로 용출되었으며, 백삼 ginsenoside 함량이 낮은 것은 malonyl ginsenoside가 ginsenoside와 공존함으로써, 수삼을 증 숙함에 따라 가열처리에 의해 malonyl기가 탈환되어 각각의 ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Rd로 전환되어 홍삼에서의 ginsenoside 함량이 증가하였다는 연구결과를 보고하였다.

본 연구에서는 산삼 부정 배양근의 추출 및 증숙으로 변화 하는 수율과 total ginsenoside 함량 변화의 조건별 실험으로, 70% EtOH을 이용하여 8 시간 동안 50℃ 에서 3 회 반복 추출하는 방법이 total ginsenoside 함량을 최대로 수득할 수 있는 추출법으로 확립하였으며, 증숙조건으로 120℃, 120 분 조건에서 산삼 부정 배양근 생체를 증숙할 때 total ginsenoside 함량이 최대로 증가하고, 고온의 증숙으로 인한 당 분해로 Rg1, Re, Rb1, Rc, Rb2는 감소하고, Rg6, Rh4, Rg3, Rk1, Rg5 등 저분자 ginsenoside 비율이 증가하여, Rg3, Rk1, Rg5가 17.25%까지 생성되는 것을 확인하였다.

산삼 부정 배양근은 무균조건하에 기내에서 배양배지 및 환 경인자를 조절하여 배양·생산하는 기술로, 유해성분이 존재하 지 않으며, 산삼과 동일하게 다양한 ginsenoside를 함유하고 있다. 또한 생산 육종연한이 짧아 그 활용성이 대두되는 원재 료로 산삼 부정 배양근의 prosapogenin 함량 향상을 위한 지 속적인 연구가 수행되어 저분자 ginsenoside가 고농도로 함유 된 기능성제품 개발에 기대가 모아질 것으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 경제협력권산업육성사업(사업번호: R0004026)의 지원에 의해 이루어진 결과로 이에 감사드립니다.

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