The Change of Ginsenoside Composition in White Ginseng and Fine White Ginseng Extract by the Microwave and Vinegar Process

백삼 및 백미삼 추출물의 초단파 및 식초 처리에 의한 인삼 사포닌 성분 변화

Abstract

The purpose of this study is to develop a new preparation process of ginseng extracts having high concentrations of ginsenoside $Rg_3$, $Rg_5$ and $Rk_1$, a special component of Red ginseng. Chemical transformation from ginseng saponin glycosides to prosapogenin was analyzed by the HPLC. Extracts of White ginseng (Panax ginseng) and Fine White ginseng were processed under several treatment conditions including microwave and vinegar (about 14% acidity) treatments. Results of those treatments showed that the quantity of ginsenoside $Rg_3$ increased by over 0.6% at 4 minutes of pH 2~4 vinegar and microwave treatments. The results of processing with MWG-4 indicate that the Microwave and vinegar processed white ginseng extracts (about 14% acidity) that had gone through 4-minute treatments were found to contain the largest amount of ginsenoside $Rg_3$ (0.626%), $Rg_5$ (0.514%) and $Rk_1$ (0.220%). Results of treatments with MFWG-5 showed that the Fine White ginseng extracts that had been processed with microwave and vinegar (about 14% acidity) for 5 minutes were found to contain the largest amount of ginsenoside $Rg_3$ (4.484%), $Rg_5$ (3.192%) and $Rk_1$ (1.684%). It is thought that such results provide basic information in preparing White ginseng and Fine White ginseng extracts with functionality enhanced.

재료 및 방법

실험재료 −본 연구에 사용한 백삼은 충청남도 금산(제조판매자 : 김상수)에서 2010년 8월 20일에 6년근 백삼과 4년근 백미삼을 구입하였고, 제품표본은 세명대학교 한방식품 연구실에 보관하고 있다(Fig. 1 참조).

추출물의 조제 −백삼 및 백미삼 각각 500 g에 에틸 알콜 2,500 ml를 가하여 2시간씩 4회 반복 환류 추출 후 여과하여 감압 농축하여 에틸 알콜 추출물[백삼 에틸 알콜 추출물(WG). 백미삼 에틸 알콜 추출물(FWG)]을 얻었다.

Fig. 1.White ginseng radices.

백삼 초단파 및 식초 처리 제제(MWG-Microwave and Vinegar Processed White Ginseng) 조제 −얻은 에틸알콜 엑기스 1 g에 2배 식초[(주)오뚜기, 2배 양조식초, pH 2.30, 산도 13-14%] 200 ml를 가하여 발진주파수 2,450MHz, 정격 고주파 출력 700W 규격의 전자레인지(삼성전자, REC20DB, 한국)에 넣고, 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 그리고 20분씩 초단파 처리를 각각 1회씩 시행하고 감압농축하여 MWG1, MWG2, MWG3, MWG4, MWG5, MWG10, MWG15 그리고 MWG20 초단파 및 식초 처리 제제를 얻었다(Table I 참조).

Table I.*WG: White ginseng, MWG-1: White ginseng processed with microwave and vinegar for 1 minute MWG-2: White ginseng processed with microwave and vinegar for 2minutes MWG-3: White ginseng processed with microwave and vinegar for 3 minutes MWG-4: White ginseng processed with microwave and vinegar for 4 minutes MWG-5: White ginseng processed with microwave and vinegar for 5 minutes MWG-10: White ginseng processed with microwave and vinegar for 10 minutes MWG-15: White ginseng processed with microwave and vinegar for 15 minutes MWG-20: White ginseng processed with microwave and vinegar for 20 minutes *FWG: Fine White ginseng, MFWG-5: Fine White ginseng processed with microwave and vinegar for 5 minute MFWG-10: Ffine White ginseng processed with microwave and vinegar for 10 minutes MFWG-15: Fine White ginseng processed with microwave and vinegar for 15 minutes MFWG-20: Fine White ginseng processed with microwave and vinegar for 20 minutes MFWG-25: Fine White ginseng processed with microwave and vinegar for 25 minute MFWG-30: Fine White ginseng processed with microwave and vinegar for 30 minutes

백미삼 초단파 및 식초 처리 제제(MFWG-Microwave and Vinegar Processed Fine White Ginseng) 조제 −얻은 에틸 알콜 엑기스 1 g에 2배 식초[(주)오뚜기, 2배 양조식초, pH 2.30, 산도 13-14%] 200 ml를 가하여 발진주파수 2,450MHz, 정격 고주파 출력 700W 규격의 전자레인지(삼성전자, RE-C20DB, 한국)에 넣고, 5, 10, 15, 20, 25 그리고 30분씩 초단파 처리를 각각 1회씩 시행하고 감압농축하여 MWG5, MWG10, MWG15, MWG20, MWG25 그리고 MWG30 초단파 및 식초 처리 제제를 얻었다(Table I 참조).

조사포닌(Crude Saponin) 조제22) − 초단파 처리 제제 각 2 g에 디에틸에테르(diethylether) 50 ml를 가하여 1시간씩 3회 초음파 세정기(고도기업, 4020P, 한국)로 추출한 후, 원심분리 하여 상등액을 제거한다. 얻은 잔사에 수포화 부탄올(butanol) 50 ml를 가하여 2시간씩 3회 추출하고, 원심분리 하여 상등액을 취하여 여과하고, 감압 농축을 하여 조사포닌(조사포닌량 Table II 참조)을 얻는다.

HPLC-Ginsenoside의 분석 − 조사포닌 조제에서 얻은 엑기스를 고 등23)의 조건을 응용하여 HPLC를 실시하고, 상법에 따라 표준품(standard)과 직접 비교하여 인삼사포닌의 함량 및 조성을 각 시료 당 3회 반복 실험하여 결과의 재현성을 확인하여 분석하였다. 표준품은 Chromadex(U.S.A.)와 엠보연구소(한국)로부터 구입한 순도 99% 이상의 진세노사이드를 사용하였다.

사용한 HPLC 장치는 Waters 1525 binary HPLC system(Waters, 미국)이며, 컬럼은 Eurospher 100-5 C18P(250×3 mm)을 사용하였다. 이동상은 17%(0 min)에서 30%(25min), 40%(55 min), 60%(85 min) 그리고 100%(100 min)로 순차적으로 늘려주고 마지막으로 다시 17%로 조절하였다. 전개 온도는 실온, 유속은 분당 0.8 ml, 크로마토그램은 uv/vis Waters 2487 Dual λ Absorbance Detector(Waters, 미국) 검출기를 이용하여 203 nm에서 검출하였다.

Table II.Contents of crude saponins in microwave and vinegar processed White and Fine White ginseng extracts

 

결과 및 고찰

본 연구에서는 백삼 및 백미삼에 식초를 가하여 초단파처리 가공한 것을 대상으로 개별 ginsenoside의 함량 분포를 조사·비교함으로써 사포닌 함유패턴을 중심으로 하는 차이점을 검토하여 ginsenoside Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, F4 등의 인삼 활성 prosapogenin을 고농도로 함유하는 제제를 개발하고 이의 이화학적인 기초정보를 제공하고자 한다.

Fig. 2.HPLC chromatogram of ginsenosides in the microwave and vinegar processed White ginseng radices.

분석한 인삼사포닌은 ginsenoside Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4 이었으며 이들은 Fig. 2와 같이 HPLC를 통하여 표품과 직접비교·확인하고 평균을 통계 처리하여 계산하였다. 국내 인삼 주 생산 및 유통지인 충청남도 금산에서 6년근 백삼과 4년근 백미삼을 구입하였으며, 초단파 처리시간은 백삼이 1, 2, 3, 4, 5, 10, 15 그리고 20분씩 처리하였고, 백미삼의 인삼사포닌 함량1)이 백삼보다 높기 때문에 백삼 처리시간보다 장시간인 5, 10, 15, 20, 25 그리고 30분씩을 처리하였다.

이를 대상으로 사포닌 함량을 비교 분석한 결과, 백삼 초단파 식초 처리 제제에서는 Table II에서와 같이 조사포닌의 양이 MWG-2가 44.92%이었으며 MWG-15는 44.17%이었으며, MWG-10은 43.97%로서 초단파와 식초 2분 처리백삼 제제의 조사포닌 함량이 높게 측정되었다.

Table III.a)Sum of individual ginsenoside contents. Values represent the mean±S.E. (n=3).

각 ginsenoside의 총합인 총사포닌(total saponin) 함량에 있어서는 Table III에서 보는 바와 같이 MWG-2가 2.37%이었으며 MWG-3은 2.05%이었으며, MWG-4는 2.24%로서 초단파와 식초 2분 처리 백삼 제제의 총사포닌이 높은 함량을 보여주었다.

열(heat)이나 산(acid)에 의해서 가수분해되어 생성되는 인삼 prosapogenin 성분은 천연에 존재하는 인삼사포닌 배당체(glycoside)보다 체내의 흡수력이 좋아서 약리효능이 강화되는 것으로 알려져 있다.1) 이와 같은 prosapogenin(ginsenoside Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4)의 총량에 있어서는 MWG-2가 1.83%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-4(1.79%), MWG-3(1.54%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

특히, 홍삼 가공시 찔 때 열에 의해서 생성되는 인공물(artifact)이며, 인삼의 대표적인 홍삼 특유성분인 ginsenoside Rg3의 경우, MWG-2가 0.67%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-4(0.63%), MWG-1(0.55%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 한편, 주름개선작용24) 효능을 나타내는 ginsenoside Rg2의 함량에 있어서는 MWG-2가 0.29%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-4(0.27%), MWG-1(0.23%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. MWG-2의 함량은 백삼 추출물(WG, 0.04%)에 비하여 7.3배 높은 함량을 보여주었다.

또한, ginsenoside Rg5의 경우, MWG-2가 0.51%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-15(0.51%), MWG-10(0.48%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. ginsenoside Rk1에 있어서는 MWG-4가 0.22%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-15(0.21%), MWG-10(0.20%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 또한, ginsenoside F4에 있어서는 MWG-2가 0.05%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MWG-15(0.05%), MWG-3(0.05%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 반면에 백삼 추출물(WG)에는 특정 prosapogenin 성분(ginsenoside Rg5, Rg6, Rh1, Rh2, Rh4, Rk1, Rk3)은 함유되어 있지 않았다.

한편, 백미삼 초단파 식초 처리 제제에서는 Table II에서와 같이 조 사포닌의 양에 있어서 MFWG-5가 53.24%이었으며 MFWG-10는 52.71%이었으며, MFWG-15는 50.14%로서 초단파와 식초 5분 처리 백미삼 제제의 조 사포닌 함량이 높게 측정되었다. 각 ginsenoside의 총합인 총 사포닌(total saponin) 함량에 있어서는 Table IV에서 보는 바와 같이 MFWG-5가 12.59%이었으며 MFWG-10은 10.81%이었으며, MFWG-15는 8.70%로서 초단파와 식초 5분 처리 백미삼 제제의 총 사포닌이 높은 함량을 보여주었다.

Table IV.a)Sum of individual ginsenosides contents. Values represent the mean±S.E. (n=3).

Prosapogenin의 총량에 있어서는 MFWG-5가 10.96%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(9.72%), MFWG-15(7.91%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. ginsenoside Rg3의 경우, MFWG-5가 4.49%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(3.80%), MFWG-15(2.98%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

한편, 권 등16)이 수삼을 120℃의 고열에서 3시간 증숙한 홍삼의 경우 ginsenoside Rg3의 함량이 6.1%를 나타내었으며, 고 등20)이 백삼 엑스에 2배식초를 가하여 100℃에서 11시간 처리하였을 때, ginsenoside Rg3의 함량이 4.5%를 나타내었다. 이와 같이 기존의 ginsenoside Rg3 강화 방법은 3시간에 11시간까지 처리시간이 장시간 걸리는데 반하여, 본 연구에서는 위에서 보는 바와 같이 백미삼 엑스에 5분 초단파 식초 처리에 의해서 ginsenoside Rg3의 함량이 4.49% 의 고농도 함유 조성물을 개발할 수 있었다.

Ginsenoside Rg2의 함량에 있어서는 MFWG-5가 0.80%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(0.66%), MFWG-15(0.52%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

또 다른 열 가수분해물인 ginsenoside Rg5의 경우, MFWG-5가 3.19%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(3.05%), MFWG-15(2.57%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. Ginsenoside Rg6의 경우, MFWG-5가 0.17%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(0.07%), MFWG-15(0.02%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. Ginsenoside Rk1에 있어서는 MFWG-5가 1.68%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(1.53%), MFWG-15(1.31%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 또한, ginsenoside F4에 있어서는 MFWG-5가 0.43%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, MFWG-10(0.41%), MFWG-15(0.34%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 반면에 백삼 추출물(WG)에는 특정 prosapogenin 성분(ginsenoside Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh2, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4)은 함유되어 있지 않았다.

 

결 론

백삼 및 백미삼에 식초를 가하여 초단파 처리 가공한 것을 대상으로 개별 ginsenoside의 함량 분포를 검토한 결과, 백삼 초단파 4분 식초 처리 제제에서 ginsenoside Rg3가 0.63%, Rg5가 0.51% 그리고 Rk1이 0.22%를 함유하여 가장 높은 함량을 나타내었다. 또한, 백미삼 초단파 5분 식초 처리 제제에 있어서는 Rg3가 4.49%, Rg5가 3.19% 그리고 Rk1이 1.68%를 함유하여 가장 높은 함량을 나타내었다. 이와 같은 결과는 백삼 및 백미삼 초단파 식초 처리 제제에서 ginsenoside Rg3, Rg5 그리고 Rk1 고농도 함유 기능성 강화 제제의 개발이 가능함을 확인할 수 있었다.