Changes in Ginsenosides Composition of Ginseng Leaf and Stem after an Ultrasonication Process

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47(4) : 352∼ 359 (2016)

352

초음파 처리에 의한 인삼 잎과 줄기의 진세노사이드 성분 변화

남윤민¹·신호준¹·양병욱²·박종대²·조순현³·김형춘⁴*·고성권¹*

1세명대학교 한방식품영양학부, ²고려인삼연구(주), ³대원대학교 제약품질과, ⁴강원대학교 약학대학

Changes in Ginsenosides Composition of Ginseng Leaf and Stem after an Ultrasonication Process

Yun Min Nam¹, Ho June Shin¹, Byung Wook Yang², Jong Dae Park², Soon Hyun Cho³, Hyoung Chun Kim⁴* and Sung Kwon Ko¹*

1The Department of Oriental Medical Food & Nutrition, Semyung University, Jecheon 390-711, Korea

2Korean Ginseng Research Co. Ltd, Yangpyeong 476-841, Korea

3Department of Pharmaceutical Quality Control, Daewon University College, Jecheon 390-702, Korea

4College of Pharmacy, Kangwon National University, Chunchon 200–701, Korea

Abstract − The purpose of this study is to develop a new preparation process of ginseng leaf and stem extracts having high concentrations of ginsenoside Rg2, Rg3, Rg5, Rh1, a special component of red and black ginseng. Chemical transformation from ginseng saponin glycosides to prosapogenin was analyzed by the HPLC. Extracts of ginseng (Panax ginseng) leaf and stem were processed under several treatment conditions including ultrasonication treatments. The content of total saponin reached their heights at 17 hr (UGL-17) of ultrasonication treatment, followed by 16 hr (UGL-16) and 7 hr (UGL-7) of ultrasonication treatment at 100^oC. UGL-17 findings show that the ginseng leaf and stem that had been processed with ultrasonication for 17 hours peaked in the level of Rg2, Rg3 and Rh1. In addition, UGL-16 contained ginsenoside Rg5 at high concentrations. It is thought that such results provide basic information in preparing ginseng leaf and stem extracts with func- tionality enhanced.

Key words − Ginseng, Leaf, Ultrasonication, Ginsenoside Rg2, Rg3, Rh1

인삼(Panax ginseng C.A. Meyer)은 두릅나무과(Araliaceae) 식물로 한반도가 원산인 한국의 특산 약용식물이며, 5,000 여년 전부터 보원기제로 사용되어온 중요한 한방약 중의 하 나이다. 동양에서 가장 오래된 본초서인 신농본초경에 인삼 은 오장을 보하고, 원기를 보충한다고 기록되어 있다.¹⁾ 인

삼의 생리활성은 체계적인 약리학적 접근으로 심혈관계,²⁾

면역계,³⁾신경계⁴⁾에 대한 효능과 해독작용,⁵⁾항암작용⁶⁾그 리고 항당뇨작용⁷⁾ 등이 보고되었다.

인삼의 주요한 생리활성물질은 인삼사포닌(ginsenosides), polyacetylenes, 산성다당체, 인삼단백질, 페놀성 물질 등이 알려져 있다.^8-10) 그 중에서 인삼사포닌은 Shibata 등⁹⁾의 연 구에 의해서 그 화학구조가 명확히 확인되었고, 항당뇨 활 성⁷⁾을 비롯하여 항암작용, 항산화작용, 동맥경화 및 고혈압

의 예방, 간 기능 촉진 및 숙취제거효과, 항 피로 및 항 스 트레스 작용, 노화방지 작용, 두뇌활동 촉진작용, 항염활성, 알레르기성 질환치료, 단백질합성능력의 촉진 등이 보고되 었다.⁸⁾

특히, 수삼을 쪄서 건조한 홍삼은 열에 의해서 생성되는 홍삼 특유 성분인 ginsenoside Rg2, Rg3, Rh1, Rh2등이 암 예방작용, 암세포성장 억제작용,^{11, 12)}혈압강하 작용,¹³⁾뇌신 경세포 보호작용,¹⁴⁾ 항혈전작용,¹⁵⁾ 항산화작용¹¹⁾이 있다고 하여 홍삼만의 특·장점으로 주목받고 있다.

또한, 홍삼 특유 성분은 인삼사포닌 배당체가 열에 의해 서 가수 분해 되어 생성되는 prosapogenin 형태의 인공물인 데, 최근에 열이나 압력과 같은 물리적인 방법¹⁶⁾과 효소를 이용한 생화학적인 방법^17,18)에 의해서 고농도 인삼 prosapogenin 제제가 개발되고 있다.

한편, 1976년 Tanaka등^{19, 20)}은 고려인삼 잎의 사포닌 분 획에서 6종의 기지 사포닌 성분인 ginsenoside-Rb1, -Rb2,

*교신저자(E-mail):[email protected], [email protected] (Tel): +82-33-250-6917, +82-43-649-1433

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-Rc, -Rd, -Re, -Rg1을 확인하였다. 또한 그들은 나머지 3종 사포닌은 새로운 배당체로 구명하였는데 즉, 20-O-β-D- glucopyranosyl-20(S)-protopanaxatriol인 gisenoside F1, 3.20- di-O-β-D-glucopyranosyl-20(S)-protopanaxadiol인 gisenoside F2 및 20-O-(-arbinopyranosyl (1→6)-β-D-glucopyranosyl)- 20(S)-propanaxatriol인 ginsenoside F3 등이다.

1978년 Tanaka 등은 dammarane type의 side chain이 변 형된 ginseniside-F6a, ginsenoside-F6bc와 꽃봉오리로부터 ginsenoside M7cd²¹⁾를 분리하였다.

1987년 Chen등⁸⁾은 고려인삼에서 항암성분으로 알려진 ginsenoside Rh2의 C-20 epimer인 20(R)-ginsenoside Rh2를 분리, 동정하였는데 이 화합물은 아직 뿌리에서는 보고되지 않아 주목을 받고 있다. 한편 그들은 3β, 12β-dihydroxy- dammar-24-diene-3-O-β-D-glucopyranoside인 ginsenoside Rh3를 분리하였다. 1989년 Zhang 등 ²²⁾은 새로운 23- oxygenated dammarane 사포닌을 분리하여 ginsenoside La 로 명명하고 1990년에는 미량의 사포닌으로서 3, β, 6α, 12β-trihydroxy-dammar-20(22), 24-diene-6-O-α-L-rhamnopy- ranosyl-(1→2)-β-D-glucopyranoside로 분리하여 ginsenoside F4로 명명하였다.²³⁾

이전에 prosapogenin에 대한 연구로는 열(120^oC, 1기압) 을 가하여 백삼에는 없는 새로운 진세노사이드(-F4, -Rg3, -Rg5., -Rg6 -Rk1, -Rk3, -Rs3, -Rs4, -Rs5)를 생성시킨 경 우,¹⁶⁾ 식초 처리만 한 경우,²⁴⁾ 수삼, 백삼, 인삼 열매, 인삼 잎 줄기, 서양삼, 전칠삼에 대한 초단파^25-30)처리 연구, 홍삼, 인삼 열매, 인삼꽃대에 대한 초음파^31-34) 처리 연구가 보고 되었다.

그러나, 인삼 재배 부산폐기물인 인삼 잎과 줄기에 대한

초음파 처리 연구가 아직 시행되지 않은 점에 착안하여 건 조한 인삼 잎과 줄기에 100^oC에서 초음파로 처리를 했을 때 인삼사포닌 배당체가 인삼 prosapogenin으로 전환되는 것을 HPLC법으로 확인하여 진세노사이드 Rg2, Rg3, Rh1 등의 인삼 활성 prosapogenin을 고농도로 함유하는 엑스 개발의 최적 조건을 확인하고자 한다.

재료 및 방법

실험재료 − 본 연구에 사용한 인삼 잎과 줄기는 충청북도 음성(재배자: 남성엽)에서 2010년 9월 20일에 수삼 채굴시 폐기되는 4년 근 인삼 지상부(열매를 제외한 잎과 줄기 포 함) 10 kg을 채집하였고, 건조는 음성의 충북인삼영농조합 법인(대표: 남성엽)에서 시행하였으며, 제품표본(Fig. 1)은 세명대학교 한방식품연구실에 보관하고 있다.

인삼 잎 및 줄기 초음파 처리 엑스(UGLS) 조제 − 건조 한 인삼 잎 줄기 1.5 kg에 2 l의 증류수를 초음파 처리기 (KODO, Hwaseong, Korea, 출력 1,200 W, 주파수 28 KHz) 에 넣고, 100^oC에서 매 1시간씩 초음파 처리할 때마다 초음 파 처리액 100 ml씩을 떠내고 나서, 증류수 100 ml씩을 넣 어 처리하였다. 이와 같은 방법으로 1시간(UGLS-1), 2시간 (UGLS-2), 3시간(UGLS-3), 4시간(UGLS-4), 5시간(UGLS- 5), 6시간(UGLS-6), 7시간(UGLS-7), 8시간(UGLS-8), 9시간 (UGLS-9), 10시간(UGLS-10), 11시간(UGLS-11), 12시간 (UGLS-12), 13시간(UGLS-13), 14시간(UGLS-14), 15시간 (UGLS-15), 16시간(UGLS-16), 17시간(UGLS-17), 18시간 (UGLS-18), 19시간(UGLS-19), 그리고 20시간(UGLS-20) 초음파 처리 인삼 잎 줄기 처리액을 얻었고, 이를 감압농축

Fig. 1. Figure of ginseng (Panax ginseng) leaf and stem.

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Table I. Ginsenoside composition of the ginseng leaf and stem extracts processed with ultrasonication over time (%,w/w)

Ginsenosides UGLS-1 UGLS-2 UGLS-3 UGLS-4 UGLS-5

Rb1 0.016±0.001 0.012±0.001 0.023±0.001 0.023±0.002 0.008±0.001

Rb2 0.060±0.001 0.044±0.002 0.087±0.001 0.085±0.000 0.031±0.001

Rc 0.038±0.002 0.028±0.001 0.058±0.002 0.059±0.002 0.021±0.000

Rd 0.073±0.002 0.053±0.001 0.12±0.002 0.124±0.004 0.047±0.001

Re 0.081±0.001 0.055±0.000 0.121±0.000 0.120±0.000 0.047±0.002

Rf 0.002±0.000 0.002±0.000 0.004±0.001 0.004±0.002 0.002±0.001

Rg1 0.061±0.006 0.040±0.002 0.096±0.004 0.096±0.005 0.034±0.001

Rg2 0.014±0.001 0.012±0.001 0.040±0.001 0.051±0.001 0.026±0.001

Rg3-20s - - 0.030±0.002 0.030±0.002 0.014±0.000

Rg3-20r - - 0.017±0.001 0.017±0.001 0.009±0.000

Rg5-e - - 0.028±0.005 0.031±0.007 0.011±0.001

Rg5-z,Rk1 - - 0.013±0.007 0.017±0.004 0.007±0.000

Rg6 - - 0.005±0.000 0.006±0.000 0.003±0.000

Rh1 0.007±0.001 0.007±0.000 0.031±0.001 0.046±0.001 0.024±0.001

Rh4 - - 0.003±0.000 0.003±0.000 0.001±0.000

Rk3 - - 0.001±0.000 0.002±0.000 0.000±0.000

F1 0.031±0.001 0.019±0.001 0.049±0.000 0.047±0.001 0.014±0.000

F4 - - 0.023±0.000 0.03±0.000 0.014±0.001

Total ginsenosides^a 0.383 0.273 0.734 0.792 0.314

(%,w/w)

Rb1 0.020±0.001 0.020±0.000 0.013±0.001 0.013±0.000 0.011±0.001

Rb2 0.077±0.003 0.083±0.002 0.056±0.002 0.054±0.005 0.046±0.004

Rc 0.056±0.003 0.060±0.004 0.042±0.003 0.039±0.001 0.033±0.002

Rd 0.115±0.002 0.128±0.002 0.090±0.001 0.086±0.002 0.075±0.001

Re 0.112±0.003 0.120±0.004 0.082±0.002 0.075±0.001 0.062±0.002

Rf 0.006±0.002 0.008±0.002 0.005±0.001 0.005±0.001 0.005±0.001

Rg1 0.080±0.006 0.086±0.002 0.057±0.004 0.052±0.004 0.043±0.001

Rg2 0.078±0.001 0.102±0.003 0.083±0.003 0.092±0.002 0.088±0.001

Rg3-20s 0.040±0.001 0.053±0.000 0.044±0.001 0.049±0.001 0.049±0.001 Rg3-20r 0.021±0.000 0.026±0.001 0.020±0.000 0.024±0.001 0.023±0.000 Rg5-e 0.029±0.003 0.041±0.007 0.036±0.001 0.044±0.004 0.044±0.004 Rg5-z,Rk1 0.019±0.005 0.032±0.008 0.031±0.006 0.031±0.003 0.030±0.004

Rg6 0.011±0.002 0.013±0.001 0.010±0.001 0.011±0.001 0.011±0.001

Rh1 0.083±0.007 0.112±0.006 0.093±0.007 0.107±0.006 0.104±0.003

Rh4 0.005±0.000 0.006±0.000 0.005±0.000 0.006±0.000 0.006±0.000

Rk3 0.003±0.000 0.004±0.001 0.003±0.001 0.003±0.001 0.004±0.001

F1 0.048±0.001 0.053±0.003 0.037±0.002 0.035±0.003 0.032±0.002

F4 0.044±0.001 0.058±0.001 0.044±0.001 0.052±0.002 0.050±0.001

*UGL-11: ginseng leaf and stem extract processed with ultrasonication for 11 hr, ^a)Sum of individual ginsenosides content, Values represent the mean±S.E. (n=3)

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Table I. Continued (%,w/w)

Rb1 0.012±0.000 0.012±0.003 0.006±0.004 0.005±0.003 0.005±0.003 Rb2 0.050±0.002 0.036±0.002 0.035±0.002 0.028±0.008 0.023±0.005

Rc 0.037±0.002 0.027±0.003 0.027±0.004 0.023±0.004 0.020±0.002

Rd 0.091±0.000 0.070±0.002 0.072±0.002 0.061±0.002 0.057±0.001

Re 0.069±0.001 0.051±0.001 0.050±0.001 0.041±0.002 0.039±0.005

Rf 0.005±0.000 0.003±0.000 0.005±0.001 0.003±0.001 0.003±0.003

Rg1 0.051±0.001 0.037±0.002 0.036±0.002 0.028±0.003 0.026±0.003 Rg2 0.116±0.004 0.099±0.003 0.111±0.005 0.110±0.005 0.114±0.002 Rg3-20s 0.073±0.000 0.062±0.000 0.071±0.001 0.071±0.002 0.078±0.003 Rg3-20r 0.039±0.000 0.036±0.000 0.037±0.003 0.037±0.001 0.039±0.002 Rg5-e 0.075±0.005 0.061±0.005 0.072±0.002 0.073±0.009 0.079±0.009 Rg5-z,Rk1 0.046±.003 0.035±0.004 0.047±0.004 0.048±0.003 0.051±0.004 Rg6 0.017±0.001 0.012±0.000 0.016±0.001 0.016±0.001 0.015±0.002 Rh1 0.146±0.003 0.126±0.003 0.141±0.003 0.096±0.033 0.100±0.029 Rh4 0.009±0.000 0.007±0.000 0.008±0.000 0.008±0.000 0.009±0.000 Rk3 0.007±0.001 0.006±0.001 0.006±0.002 0.005±0.002 0.006±0.001

F1 0.042±0.000 0.026±0.003 0.026±0.004 0.022±0.001 0.022±0.002

F4 0.073±0.001 0.052±0.002 0.070±0.002 0.069±0.003 0.071±0.002

(%,w/w)

Rb1 0.005±0.004 0.009±0.004 0.004±0.004 0.003±0.002 0.003±0.003 Rb2 0.034±0.014 0.034±0.016 0.018±0.000 0.017±0.005 0.015±0.000

Rc 0.030±0.013 0.031±0.012 0.021±0.002 0.019±0.003 0.025±0.008

Rd

Re 0.046±0.011 0.045±0.016 0.024±0.001 0.023±0.002 0.022±0.003

Rf 0.006±0.001 0.006±0.002 0.006±0.003 0.004±0.001 0.004±0.001

Rg1 0.033±0.006 0.032±0.008 0.017±0.002 0.017±0.000 0.017±0.005 Rg2 0.159±0.035 0.178±0.057 0.110±0.004 0.117±0.006 0.094±0.015 Rg3-20s 0.123±0.031 0.126±0.045 0.083±0.003 0.087±0.009 0.082±0.008 Rg3-20r 0.058±0.013 0.063±0.022 0.044±0.001 0.042±0.004 0.028±0.015 Rg5-e 0.145±0.029 0.142±0.041 0.093±0.002 0.101±0.006 0.088±0.001 Rg5-z,Rk1 0.094±0.033 0.091±0.036 0.057±0.009 0.061±0.012 0.055±0.010 Rg6 0.024±0.004 0.026±0.007 0.016±0.001 0.018±0.000 0.023±0.015 Rh1 0.205±0.046 0.232±0.085 0.140±0.008 0.155±0.018 0.094±0.003 Rh4 0.014±0.003 0.014±0.005 0.009±0.000 0.007±0.006 0.009±0.001 Rk3 0.009±0.000 0.009±0.001 0.006±0.002 0.006±0.001 0.005±0.001

F1 0.026±0.011 0.026±0.009 0.014±0.001 0.013±0.003 0.011±0.002

F4 0.112±0.029 0.117±0.041 0.075±0.005 0.085±0.011 0.056±0.030

*UGL-11: ginseng leaf and stem extract processed with ultrasonication for 11 hr, ^a)Sum of individual ginsenosides content, Values represent the mean±S.E. (n=3)

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하여 초음파 처리 인삼 잎 줄기 엑스를 얻었다(Table I 참조).

조 사포닌(Crude Saponin) 조제³⁴⁾− 초음파 처리 인삼 잎 줄기 엑스 각 2 g에 디에틸에테르(diethylether) 50 ml를 가하여 1시간씩 3회 초음파 세정기(고도기업, 4020P, 한국) 로 추출한 후, 원심분리 하여 상등액을 제거한다. 얻은 잔 사에 수포화 부탄올(butanol) 50 ml를 가하여 2시간씩 3회

추출하고, 원심분리 하여 상등액을 취하여 여과하고, 감압 농축을 하여 조사포닌을 얻었다.

HPLC-ginsenoside의 분석 − 위에서 얻은 엑스를 이 등³⁵⁾ 의 조건을 응용하여 HPLC를 실시하고, 상법에 따라 표품 과 직접 비교하여 인삼사포닌의 함량 및 조성을 각 시료당 3회 반복 실험하여 결과의 재현성을 확인하여 분석하였다.

Fig. 2. HPLC chromatogram of ginsenosides in the ginseng leaf and stem processed with ultrasonication.

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표품은 Chromadex(U.S.A.)와 엠보연구소(Korea)로부터 구 입한 순도 99% 이상의 ginsenoside(ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2, 20S-Rg3, 20R-Rg3, 20E-Rg5, 20Z-Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1, F4)를 사용하였다.

사용한 HPLC 장치는 Waters 1525 binary HPLC system (Waters, Milford, MA, U.S.A.)이며, 컬럼은 Eurospher 100- 5 C18(3×250 mm; Knauer, Born, Germany)을 사용하였다.

이동상은 acetonitrile(HPLC grade; Sigma-Aldrich Chem Co., U.S.A.)과 증류수(HPLC급, B&J, U.S.A.)이며, acetonitrile의 비율을 17%(0 min)에서 25%(25 min), 40%

(50 min), 60%(105 min) 그리고 100%(110 min)로 순차적으 로 늘려주고 마지막으로 다시 17%로 조절하였다. 전개온도 는 실온, 유속은 분당 0.8 ml, 크로마토그램은 UV 디텍터 [UV/Vis Waters 2487 Dual λ Absorbance Detector(Waters, Milford, MA, U.S.A.]를 이용하여 203 nm에서 검출하였다.

결과 및 고찰

건조한 인삼 잎 줄기에 증류수를 가하고 100^oC에서 초음 파 처리를 실시하여 ginsenoside Rg2, Rg3, Rg5, Rh1과 같 은 prosapogenin을 고농도로 함유하는 조성물을 개발하고자 하였다. 인삼사포닌 성분분석은 Fig. 2에서 보는바와 같이, ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, Rd, Re, Rf, Rg1, Rg2, Rg3, Rg5, Rg6, Rh1, Rh4, Rk1, Rk3, F1 그리고 F4를 대상으로 HPLC법으로 검토하였다.

Table I에서 보는바와 같이 각 진세노사이드의 총 합인 총 사포닌(total saponin) 함량에 있어서는 UGLS-17이 1.257%

이었으며 UGLS-16는 1.196%이었으며, UGLS-7는 1.006%

로서 초음파와 100^oC에서 17시간 처리한 인삼 잎, 줄기 엑 스의 총 사포닌이 높은 함량을 보여주었다.

홍삼 가공 시 찔 때 열에 의해서 생성되는 인공물(artifact)

인 진세노사이드로서 주름개선효능³⁵⁾이 알려진 진세노사이

드 Rg2의 함량에 있어서는 UGLS-17이 0.178로서 가장 높 은 함량을 나타내었으며, UGLS-16(0.159%), UGLS-19 (0.117%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 17시간 초음파 처리한 인삼 잎 줄기 엑스의 진세노사이드 Rg2의 함량은 1 시간 초음파 처리한 인삼 잎 줄기 엑스에 비하여 약 12배 의 함량을 보여주었다.

또한, 홍삼 특유성분으로 항암작용,³⁶⁾혈압강하작용,³⁷⁾뇌 신경세포 보호작용,³⁸⁾ 항혈전작용,³⁹⁾ 항산화작용⁴⁰⁾을 나타내 는 진세노사이드 Rg3의 경우, UGLS-17이 0.189%로서 가 장 높은 함량을 나타내었으며, UGLS-16(0.181%), UGLS- 19(0.129%)의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

한편, 흑삼의 주함유성분⁴¹⁾인 진세노사이드 Rg5의 경우, UGLS-16이 0.145%로서 가장 높은 함량을 나타내었으며, UGLS-17(0.142%), UGLS-19(0.101%)의 순으로 높은 함량 을 나타내었다. 최근 항알러지작용⁴²⁾이 알려진 진세노사이 드 Rh1에 있어서는 UGLS-17이 0.232%로서 가장 높은 함 량을 나타내었으며, UGLS-16(0.205%), UGLS-19(0.155%) 의 순으로 높은 함량을 나타내었다.

결 론

본 연구를 통하여 인삼 잎 줄기 엑스에 초음파 17시간 처 리시 홍삼특유 기능성분인 ginsenoside Rg2, Rg3, Rh1이 0.178%, 0.189%, 0.232%로 홍삼 및 흑삼의 특유활성성분 함유 엑스를 제조할 수 있음을 확인하였고, 따라서, 이와 같 은 결과를 통하여 기능성 강화 신소재 개발로 초음파 처리 인삼 잎 줄기 엑스를 활용할 수 있을 것으로 기대된다.

Fig. 2. Continued.

(7)

사 사

“이 논문은 2015학년도 세명대학교 교내학술연구비 지원

에 의해 수행된 연구임”.

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(2016. 11. 06 접수; 2016. 12. 15 심사;

2016. 12. 19 게재확정)