기호성 개선 인삼농축액 제조를 위한 추출 조건 설정

본 실험에 시료로 사용한 홍삼은 금산군에서 2013년 수 확한 4년근 수삼을 홍삼제조방법(11)에 준하여 제조 후 사 용하였다. 추출에 사용한 주정은 대한주정라이프(Seoul, Korea)로부터 95% 순도의 제품을 구입하여 사용하였다. 분석을 위한 표준물질은 Sigma Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)로부터 구입하여 사용하였고 그 외 시약과 용매는 분석용 특급시약(Samchun Co., Pyeongtaek, Korea)을 사용 하였다.

백삼과 홍삼의 농축액 제조는 수분함량을 반영하여 건물 량 기준 300 g의 시료에 중량대비 15 배에 해당하는 4,500 mL의 추출용매를 첨가하여 환류냉각기를 부착한 다음 일 정 온도로 조절되는 항온기에서 12시간씩 1차는 70% 주정 에 65℃, 2차는 60% 주정에 75℃, 3차는 50% 주정에 80℃, 4차 추출물은 40% 주정에 85℃, 5차 추출물은 20% 주정에 90℃ 그리고 6차 추출물의 경우 물 100%에 95℃의 조건에서 실시하였다. 각각의 추출액은 45~50℃에서 회전식 진공 증발기를 이용하여 적정 농도(약 40 °Brix)로 농축하여 이용 하였다.

추출조건을 달리한 백삼, 홍삼 추출액의 가용성 고형분 수율은 여과시킨 1~6차 추출액을 2,500 mL로 정용 후 이 중 5 mL씩을 취하여 미리 항량을 구한 수기에 넣고 105℃ 건조법(12)을 이용하여 고형분 함량을 계산하였다.

조사포닌 함량은 Shibata법(13)에 따라 다음과 같은 방법 으로 측정하였다. 각 농축액 1 g을 증류수 60 mL에 녹여 분액깔때기에 붓고 동량의 에틸에테르를 더한 다음 10~15 분간 충분히 교반 시킨 후 물 층과 에틸에테르 층이 완전히 분리될 때까지 방치시켰다. 분리된 에틸에테르 층은 제거 하고 남아 있는 물 층에 다시 수포화 부탄올 60 mL을 더하여 다시 15분간 충분한 교반 후에 물 층과 수포화 부탄올 층이 완전히 분리될 때까지 방치시켰다. 분리된 수포화 부 탄올 층을 따로 모아 놓고 물 층에 다시 수포화 부탄올을 붓는 과정을 3회 반복하였다. 분리된 수포화 부탄올 층에 증류수 50 mL을 넣고 충분한 교반 후 다시 분리될 때까지 방치시킨 후 물 층만 제거하고 수포화 부탄올 층을 미리 항량을 구한 수기에 넣어 회전 진공 증발기를 사용하여 감압농축 후 드라이 오븐에서 2시간 건조 항량을 구한 후, 무게를 측정하여 조사포닌 함량을 산출하였다. 시제품의 경우 1 g을 저울로 달아 증류수 30 mL에 녹여 위와 동일한 방법으로 조사포닌을 측정하였다.

진세노사이드 함량은 조사포닌 측정과 동일하게 전처리 된 시료를 메탄올에 용해한 후 필터(0.45 μm)로 여과하고 여과액을 HPLC(Waters e2695, Milford, MA, USA)를 사용 하여 기술표준원의 방법에 따라 분석하였다. 이때 컬럼은 YMC-Triart C18 column(250×4.6 mm, 12 nm)을, 검출기는 UV detector(203 nm)를 사용하였다. 이동상으로는 95% 이 상 순도의 H2O(용매 A)와 acetonitrile(용매 B)의 농도구배 조건을 사용하였는데 용매 B를 기준으로 20%(10분), 32%(40분), 50%(55분), 65%(70분), 90%(82분), 20%(90분) 이었다. 유속은 분당 1.6 mL이었으며 시료주입량은 20 μL, 컬럼 온도는 35℃에서 실시하였다.

백삼과 홍삼농축액의 산성 다당체 함량은 카바졸-황산 법(14)으로 측정하였다. 농축액 1 mL(건조시료 0.1 g)에 증류수를 가하여 50배 희석하고 이중 0.5 mL을 취하여 카바 졸 0.25 mL와 진한황산 3 mL을 넣은 후 85℃에서 5분 반응 시키고 실온에서 15분 방치시킨 뒤 UV spectrometer 525nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준품으로는 D-galacturonic acid를 증류수로 2, 4, 6, 8, 10 μg/mL농도가 되도록 조제하여 정량곡선(y=9.902x-0.006, R2=0.998)을 작성하였으며 이를 이용하여 각 추출물의 산성다당체 함량을 환산하였다.

추출단계별로 얻은 홍삼농축액을 선택적으로 혼합하여 4종의 홍삼음료 모델을 제조하였다. 이때 인삼 농축액 제조 시 전체 수율을 고려하여 1차, 2차 추출 단계에서 얻은 농축 액은 모든 모델에 기본적으로 함유되게 하고, 3차 추출단계 에서 얻은 농축액을 혼합한 RGB(red ginseng beverage)-1, 4차 농축액을 혼합한 RGB-2, 5차 농축액을 첨가한 RGB-3, 6차 농축액을 조합한 RGB-4로 각각 구분하였다. 농축액의 혼합 비율은 앞서 언급한 것과 같이 홍삼의 추출단계별 가용성 고형분 수율의 합을 100으로 각 단계별 수율을 백분 율로 계산, 혼합하였다.

농축액 모델의 기호도 평가를 위한 음료는 식품공전상의 인삼·홍삼음료 제조/가공 기준(인삼사포닌 80 mg/g, 홍삼 사포닌 70 mg/g 기준 0.15% 이상)에 맞게 조사포닌 함량을 조정하고 정제수로 희석하여 제조하였다.

검사원(judge)은 한국식품연구원에서 근무하는 25~30세 의 남성 3명, 여성 12명으로 총 15명이 참여하였다. 본 실험 에서는 음료를 세 자리 난수표가 코드된 종이컵에 4℃의 온도로 제공되었으며, 각 검사원에게 채점표를 나누어준 후 9점 척도에 의해 4가지 측정 항목(인삼향, 쓴맛, 떫은맛, 종합적기호도)의 강도를 측정하도록 하였다. 제시된 음료 는 무작위로 제공하여 순서상의 오차를 최소화하였다.

추출단계별 농축액과 모델의 관능적 특성 평가 및 기호 도 검사 결과에 대해 시료 간의 유의적 차이를 검증하기 위하여 분산분석(analysis of variance, ANOVA)을 수행하였 으며, 그 결과에 따라 Duncan의 다중 범위 검정법(Duncan’s multiple range test)으로 유의성을 검증하였다(α=0.05). 통계 분석에는 SPSS for windows 12.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하였다.

백삼과 홍삼을 추출용매와 추출온도를 각기 달리한 추출 단계별 추출액의 가용성 고형분 수율을 측정한 결과는 Table 1과 같다. 1차 추출단계에서 백삼군과 홍삼군이 각각 12.69%, 10.64%로 백삼군의 수율이 높았으나, 전체 가용성 고형분 함량을 보면 백삼군과 홍삼군이 각각 33.56%, 48.79%로 홍삼군이 백삼군에 비해 약 15.23% 높은 추출 수율을 보였다. 홍삼군은 2차 추출단계에서 추출수율이 15.11%로 가장 높았지만 3차 추출단계 부터 10.34%로 차수 가 증가할수록 추출수율은 감소하였고 백삼군 또한 차수가 증가 할수록 추출수율이 감소하였다.

1, 2차 추출단계까지의 가용성 고형분 합이 전체 함량 대비 52.8%로 나타났고, 1차 추출단계에서 가용성 고형분 추출 수율이 10.64%로 백삼군 12.69%에 비해 낮았다. 이는 인삼 조직 내 전분질이 홍삼을 만드는 증삼, 가온건조과정 에서 호화되어 조밀이 치밀하고 견고하여 1차(70% 주정, 65℃ 추출온도) 추출단계에서 추출용매의 침투용이성이 낮 고 조직팽윤이 덜 일어남에 따라 추출 수율이 낮으며, 2차 추출단계부터는 조직팽윤이 일어나 추출 효율이 높아진 것으로 판단된다.

백삼과 홍삼 원물의 조사포닌 함량과 백삼과 홍삼의 추 출단계별로 제조한 인삼농축액의 조사포닌 함량을 측정한 결과는 Fig. 1과 같다. 전체 인삼의 조사포닌 함량은 백삼군 과 홍삼군이 각각 56.44 mg/g, 53.15 mg/g으로 백삼군이 약 5.8% 높았다. 추출단계별 백삼과 홍삼추출물의 조사포 닌 함량은 추출용매의 주정 농도가 높을수록 추출액내 조사 포닌의 추출 이행량이 증가하는 경향을 나타내었다.

홍삼군의 경우 70% 주정을 사용한 1차 추출단계부터 물을 추출용매로 사용하는 6차 추출단계까지 추출 차수가 증가할수록 추출액내 조사포닌의 이행량은 188.48, 70.1, 60.05, 52.92, 15.52, 8.89 mg/g으로 감소하였다. 홍삼군의 경우 1, 2차 추출단계에서 이행되는 조사포닌의 함량이 188.48, 70.1 mg/g으로 다른 시료에 비해 높았다. 전체인삼 에 비해 1~4차 추출단계까지의 백삼군과 홍삼군의 조사포 닌 함량이 증가하였으나 5, 6차 추출단계에서는 감소하는 경향을 보였다.

Fig. 1. Comparative concentrations of crude saponin between white and red ginseng extracts.

Download Original Figure

추출단계별 백삼과 홍삼 농축액의 산성다당체 함량을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 추출단계가 진행됨에 따라 인삼농축액 내 산성다당체 함량은 증가하였으며, 1~4차 추 출단계까지는 홍삼군이 백삼군보다 4.7~12.4% 높았으나, 5차 추출단계는 백삼군이 4%, 6차 추출단계에서는 홍삼군 이 1.2% 높게 나타났으며, 전체적으로 홍삼군이 백삼군에 비하여 산성다당체 함량이 3.9% 높게 나타났다.

이는 단계별 인삼 추출액 제조시 추출시간은 12시간으로 동일하나 단계별로 사용한 온도차이 즉, 1차 추출단계 65℃ 보다 온도가 상승한 6차 추출단계 95℃에서 조직 내 산성다 당체가 보다 많이 추출액으로 이행된 것으로 나타난 것으로 판단되며 인삼의 산성다당체는 추출온도가 높을수록 많이 추출되는 온도의존성이 큰 것으로 보고되어 있다(14).

인삼간 산성다당체를 비교하면 수삼이 백삼보다 많고 홍삼은 수삼보다 월등히 높은데 이는 인삼 다당체가 홍삼 제조과정 중의 한 과정인 증삼에 의해 가용화되기 쉬운 상태로 되어 더 많이 추출되기 때문이라 보고되어 있다(15).

본 연구에서 추출용매와 추출온도를 달리하여 추출단계 별로 제조한 인삼농축액의 진세노사이드 함량을 측정한 크로마토그램은 Fig. 2에 나타내었고 이를 정량한 결과는 Table 3과 같다.

Fig. 2. HPLC chromatograms of (A) ginsenosides standard and extracts of (B) white ginseng and (C) red ginseng. 1, Rg₁; 2, Re; 3, Rf; 4, Rg₂+Rb₁; 5, Rc; 6, Rb₂; 7, Rb₃; 8, Rd; 9, Rg₃; 10, Rh₂.

Download Original Figure

추출단계가 1차에서 6차로 진행됨에 따라 대부분의 major 진세노사이드 성분(Rg1, Re, Rb1, Rc)들의 함량이 감 소하는 경향을 보였다. 백삼군의 경우 진세노사이드 총량 이 Rb1>Re>Rg1>Rc 성분 순으로 함량이 높았고, 홍삼군의 경우 Rg1>Rb1>Re>Rc 성분 순으로 함량이 높았다. 진세노 사이드 성분별 1~6차 추출단계까지의 총량과 각 추출단계 별 진세노사이드 성분의 총량은 백삼군과 홍삼군이 각각 113.58 mg/g, 112.28 mg/g로 홍삼군이 백삼군에 비하여 1.14 % 낮게 나타났다. 한편, 추출단계별 추출액의 진세노사이 드 성분 중 중추신경계에 작용하여 진정효과를 나타내는 Rb1을 살펴보면 1차 추출단계에서는 백삼시료와 홍삼시료 가 각각 7.82, 10.17 mg/g으로 나타났다. 항 피로작용을 나타 내는 Rg1 또한 1차 추출단계에서 백삼시료가 9.3 mg/g, 홍삼 군이 11.38 mg/g으로 높은 함유 분포를 보였고, 항 당뇨활성 을 나타내는 Rb2는 일정한 경향을 나타내지 않았다.

홍삼의 추출단계별 추출액을 0.1% 음료로 제조하여 묘 사분석에 의한 기호도를 조사한 결과는 Table 4과 같다. 추출단계에 따른 음료 간 쓴맛, 떫은맛 관능강도는 유의적 인 차이가 확인되었는데(p<0.05), 우선 쓴맛에서 1차 추출 액이 6.64로 가장 강도가 높은 것으로 평가되었고 2~4차 추출액으로 진행될수록 평가점수는 낮아지나 시료 간 유의 차는 없었으며, 5, 6차 추출액은 평가점수가 각각 2.27, 2.09 로 다른 추출단계의 시료에 비해 현저히 낮은 결과가 확인 되었다. 떫은맛의 경우에는 4차 추출액이 각각 6.33으로 가장 강도가 높은 것으로 평가되었고, 그 다음으로 3차, 5차 추출액 순으로 강도가 높았는데 이는 추출단계 초기에 서 쓴맛 성분이 추출되어 4차 추출 단계에서는 상대적으로 떫은맛이 상승되는 효과가 나타나는 것으로 판단된다. 맛 에서는 추출이 진행됨에 따라 강도가 낮아지지만 추출액 사이에 유의적 차이가 확인되지 않았다. 이들 결과는 70%, 60%주정을 사용한 추출된 용매는 사포닌 함량이 높아 상대적으로 쓴맛이 강한 반면 20%, 물을 추출용매로 사용한 추출물은 쓴맛과 떫은맛이 약한 것을 확인하였다.

홍삼음료는 사포닌 함량(70 mg/g)을 충족시키기 위하여 전체 사포닌 함유량의 80%가 넘는 1, 2차 추출물을 기본으 로 3, 4, 5, 6차 추출물을 각각 추가한 후 쓴맛과 종합적 기호도를 확인한 결과는 Table 5와 같다. 쓴맛의 경우 1, 2차 추출물에 3차 추출물을 조합한 RGB-1에서 가장 높은 6.40으로 평가되었고, 반대로 6차 추출물을 조합한 RGB-4 에서는 RGB-1에 비해 유의적으로 낮은 5.00으로 평가되었다.

홍삼에서 진세노사이드 추출 효율이 가장 좋은 주정 농 도는 70%이고 주정농도가 높아짐에 따라 진세노사이드 함량은 증가하지만 고형분 함량은 반대로 감소하는 경향을 나타낸다. 또한, 홍삼의 유효성분 추출 시 이용하는 40% 이상의 에탄올 농도에서는 정유성분, 사포닌, 유기산 등은 잘 용해되나 단백질, 전분, 펙틴질 등의 고분자 물질은 거의 용출되지 않는다고 보고되고 있다(16).

상대적으로 조사포닌을 고함유하는 1차, 2차 추출액에 쓰지 않고 바디감을 부여할 수 있는 고분자 물질이 함유된 6차 농축액을 혼합한 RGB-4가 다른 모델에 비해 전반적 기호도도 상승하는 것으로 예측된다.

선택적 홍삼농축액과 시판되고 있는 홍삼농축액 3종의 조사포닌 함량(A사, 54.94 mg/g; B사, 45.29 mg/g; C사, 31.60 mg/g)을 측정한 다음 홍삼음료 제조기준에(홍삼 사포닌 70 mg/g 기준 0.15% 이상)에 맞도록 식용수에 희석하여 기호도를 비교하였다(Fig. 3). 쓴맛과 쓴맛 후미 강도는 선택적 홍삼농축액 모델이 시판되고 있는 홍삼농축액에 비해 유의적으로 낮았고 인삼 향미 강도 또한 시료간 유의적 차이를 보여 선택적 홍삼농축액 모델 음료가 가장 약하였다. 음료의 기호도 평가결과에서도 유의적 차이를 보이며 본 연구에서 설정한 선택적 홍삼농축액 모델이 가장 좋은 것으로 나타났다. 따라서 홍삼을 추출용매를 달리하여 제 조한 추출단계별 농축액을 선택적으로 조합한 모델 음료는 쓴맛 등 음료 기호성 개선에 효과가 있음을 확인할 수 있었다.

Fig. 3. Sensory evaluation and overall acceptability scores for developed red ginseng concentrate and three commercial red ginseng concentrate. Represented data are mean scores of 20 panelists and different superscript letters are significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.

Download Original Figure