가시오갈피로부터 Acanthoside-D의 제조용 분리

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

Theories and Applications of Chem. Eng., 2002, Vol. 8, No. 1

강지훈, 송명석, 이윤우*, 김재덕*, 노경호

초정밀생물분리기술센터, 인하대학교, 화학공학과

*국가지정 초임계유체연구실, 한국과학기술연구원

Preparative Separation of Acanthoside-D From Acanthopanax Senticosus

Ji Hoon Kang, Myung Seok Song, Youn Woo Lee*, Jae Duck Kim*, Kyung Ho Row

Center for Advanced Bioseparation Technology and Dept. of Chem. Eng., Inha University,

253 Yonghyun-Dong, Nam-Gu, Incheon 402-751, Korea

*National Research Lab. for Supercritical Fluid, KIST, Seoul, Korea

서론

오갈피는(Acanthopanacis Cortex)는 오갈피나무과(Araliaceae)에 속하는 오갈피나무(Acan-thopanax sessiliflorum Seeman) 및 그 동속 식물의 뿌리, 줄기 및 가지의 껍질을 말한다[1]. 시베리아 인삼이라 불리우는 오갈피 동속 식물은 자양강장, 요통, 신경통, 중풍 등의 약효뿐만 아니라 신진대사 활성작용이 있다고 알려져 있다. 가시오갈피의 유효성분으로는 sesamin, savinin을 비롯하여 lignan 배당체인 acanthoside A, B, C, D와 chiisanoside, polyacetylene, □-sitosterol, stigmasterol, campesterol, 비타민, 미네랄 등이 풍부하여 좋은 약재로 주목받고 있다. 가시오갈피의 잎과 줄기에서 추출된 오갈피 배당체(Chiisanoside, Acanthoside A, B, C, D)는 기초대사(수분대사, 지방대사, 당질대사)의 생체기능을 보전하고 광범위하게 작용하는 성질이 있다. 오갈피 배당체 중 효능이 뛰어나 국내외에서 많은 연구가 진행되고 있는 물질은 Chiisanoside와 Acanthoside-D의 구조식을 Figure 1에 나타내었다. Chiisanoside의 효능은 혈당저하작용, 간비대억제, 항암효과, 탐식촉진작용 등이고[2], Acanthoside-D는 T세포 증가 작용, 콜레스테롤 수치 저하, 전립선 활성, 정력 증대와 학습력 향상, 간기능 개선, 위궤양 억제, 생체활력지수와 면역기능 증진 및 백혈병(항암) 억제 작용 등에 효능이 있는 것으로 알려져 있다[3]. 특히, 목적물질인 오갈피 배당체 Acanthoside-D의 화학적 구조식은 C34H46O18, mp는 242□이고, (+)-syringaresinol di-O-□-D-glucoside, Eleutheroside E 및 acankoreoside D로 지칭되고 있다[3]. 이러한 효능 때문에 소련, 중국에서는 가시오갈피의 분포, 재배, 분류학적 감별, 화학성분, 약효물질, 생리작용, 약리작용, 제제, 임상, 복욕량, 부작용 등 여러 측면을 연구한 결과 식품, 의약품, 화장품 등의 외용제로 사용했고, 각 나라에서 건강식품, 과립차 및 음료로 이용되고 있고, 오갈피의 성분 분석과 효능에 관한 연구는 계속해서 진행되어 오고 있다.

Brekhman 등은 인삼과 가시오갈피의 추출물에서 유효성분과 약효를 비교하여 가시오갈피의 유효성분이 인삼보다 생체활력지수와 세포 활성이 크게 증대되는 것을 확인하였고[4], Hahn 등은 인삼과 가시오갈피의 유효성분인 ginsenosides와 eleutherosides를 비교, 분석하여 간기능개선에 대한 연구를 하였고[3], Wagner 등은 한국산과 외국산 오갈피의 약효를 비교하였다[5]. 한편 가시오갈피의 원산지인 국내에서는 경희대학교의 Yook 등과 중앙대학교의 Hahn 등에 의해 유효성분의 분석 및 효능에 대한 연구가 활발히 진행되면서 많은 관심을 모으고 있다[5-7].

본 연구의 목적은 가시오갈피의 줄기에 함유되어 있는 오갈피 배당체의 추출조건과  분석조건을 확립하고, Recycling Preparative HPLC를 이용하여 유용 물질인 Acanthoside-D를 얻는 것이다. 제조용 HPLC의 정제 및 분리조건을 확립하기 위해서 acetonitrile, water, methanol 등의 이동상 조성을 변화시키면서 목적물질인 Acanthoside-D를 얻기 위한 최적 분리조건을 구하고자 하였다.

실험

1. 실험재료 및 기기

우리나라에 자생하는 오갈피속 식물중 가시오갈피(2001년 채취)를 한국가시오갈피재배협회에서 구입하였고, 이동상으로는 J. T. Baker사의 methanol, acetonitrile과 2차 증류한 증류수를 감압 펌프(Division of Millipore, Waters)와 필터(FH-0.5 □)를 이용하여 감압 여과 한 후에 사용하였다.

추출된 시료는 농축을 하기 위해서 회전식 증발기(LABO-THERM SW 200, Resona Technics Co.)를 사용하였고, 시료의 분석에 사용된 HPLC는 영린기기의 M930 Solvent Delivery Pump, 486 검지기(M 7200 Absorbance Detector, 영린기기), Reodyne injection valve(20 □ sample loop)로 구성되어 있다. 데이터 저장 시스템(data acquisition system)은 Autochrowin(ver. 1.42, 영린기기)을 PC에 설치하여 사용하였다. Recycling Preparative HPLC(LC-918 R/U, JAI Korea)는 PI-50F형 pump, UV-310B형 검지기, RI-50형 검지기, Reodyne injection valve(3 □ sample loop)로 구성되어 있고, 데이터 저장 시스템(data acquisition system)은 SS-250F2형 recorder(JAI Korea)를 사용하였다.

본 실험에서 분석용 HPLC는 크기가 15 □인 Lichrospher 100RP-18 충전물(Merck Co.)을 컬럼(3.9□300 □)에 충전하여 사용하였고, Recycling Preparative HPLC는 크기가 13 □인JAIGEL-ODS-AP column(21.5□300 □, JAI Korea)를 사용하였다.

2. 추출, 정제 및 분석

가시오갈피 줄기 분말 5 g을 취하여 ethanol 용액 100 □를 가하여 환류 냉각기에 넣고 물의 온도를 50□에서 3시간 동안 환류 추출 후 여과하여 감압 농축시킨 후 물 50 □에 녹여 불순물을 제거하기 위해 hexane 50 □로 분배하였다. 분배공정 후 water층을 취하여 감압 농축 후 ethanol 50 □에 녹인 후 여과하였다. 이 추출액을 크기가 15 □인 Lichrospher 100RP-18 충전물이 채워진 컬럼(3.9□300 □)을 사용하여 이동상의 조성, 유속, UV 검지기의 wavelength를 변화시키면서 최적 분석조건을 결정하였고, 제조용 규모의 정제 및 분리조건을 확립하기 위해서 Recycling Praparative HPLC를 이용하여 목적물질인 Acanthoside-D를 얻기 위한 최적조건을 구하였다.

결과 및 고찰

가시오갈피에서 Acanthoside-D를 얻기 위해서 침출과 용매추출의 단계를 적용하였다. Ethanol을 사용하여 Acanthoside-D를 침출하였지만 천연물인 가시오갈피에는 많은 불순물들이 포함되어 있기 때문에 정제하기 위해 hexane/water를 첨가하는 분배의 단계를 사용하였다. 비극성의 성분은 주로 hexane층으로 이동하고 Acanthoside-D를 포함한 극성의 성분들은 water층 이동하게 된다. 따라서 water층을 감압 농축을 한 후에 잔류물을 ethanol에 녹여서 HPLC에 의하여 정제하였다.

Acanthoside-D를 분석하기 위해 크기가 15 □인 Lichrospher 100RP-18(Merck Co.)을 충전시킨 컬럼(3.9□300 □)의 HPLC를 사용하였고 이동상의 조성을 실험적으로 고찰하였다. 역상 액체 크로마토그래피에서는 이동상으로 극성지수(polarity index)가 높은 물질을 사용하게 되며, 본 연구에서는 사용된 water, acetonitrile, methanol 용매의 극성지수는 10.2, 5.8, 5.1이다(13). 분석용 HPLC에서의 이동상의 조성은 water/acetonitrile/methanol=80/14/6 %(v/v)으로 정하였다. 이 이동상조성에서 가시오갈피의 줄기에 포함된 Acanthoside-D를 분석한 결과가 Figure 2에 나타나 있다.  Acanthoside-D를 단순한 추출물의 건강식품이나 의약품, 화장품의 외용제가 아닌 고부가가치가 있는 의약품으로 생산하기 위해서는 보다 고순도의 물질을 제조하는 것과 대량생산하는 것이 매우 중요하다. 따라서, 제조용으로 scale-up하기 위해 분석용 HPLC에서와 같은 이동상의 조성을 적용해서 Recycling Praparative HPLC를 이용하여 시료 주입량을 증가시키면서 Acanthoside-D를 분획하게 된다. 최종적으로 의학용으로 사용될 수 있는 고순도의 Acanthoside-D를 얻기 위한 기본적인 제조용 HPLC의 실험을 수행하였다.

본 연구에서는 가시오갈피의 줄기로부터 Acanthoside-D를 얻기 위한 전처리 단계, 15 □인 Lichrospher 100RP-18 충전물이 채워진 컬럼을 이용한 분석용 HPLC에서 Acanthoside-D를 분석하기 위한 이동상의 조성을 실험적으로 정하였다. 이 실험결과에 근거하여 Recycling Preparative HPLC를 이용하여 단순한 추출물의 건강식품이 아닌 고부가 가치의 고순도 Acanthoside-D를 분획할 수 있는 조건을 제시하였다.

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

알림

본 연구는 인하대학교 고순도분리연구실에서 수행하였으며, 초정밀분리기술센터의 지원에 감사드립니다.

화학공학의 이론과 응용 제8권 제1호 2002년

참고문헌

1. 대한약전, 제 6개정, p1027 (1992).

2. C. J. Kim, and D. R. Hahn, The Biological Activity of a New Glycoside, Chiisanoside from Acanthopanax chiisanensis Nakai Leaves, Yakhak Hoeji, 24(2), 123-134 (1980).

3. D. R. Hahn, C. J. Kim, and J. H. Kim, A Study on Chemical Constituents of

Acanthopanax koreanum Nakai and Its Pharmaco-biological Activities, Yakhak Hoeji,

29(6), 357-361 (1985).

4. I. I. Brekhman, and I. V. Dardymov, New Substances of Plant Origin which Increase

nonspecific resistance, Lioydia., 32(1), (1969).

5. H. Wagner, Y. H. Heur, A. Obermeier, G. Tittel, and S. Bladt, Die DC-and

HPLC-Analyse der Eleutherococcus Droge, Planta medica, 44, 193-198 (1982).

6. D. R. Hahn, R. Kasai, J. H. Kim, S. Taniyasu, and O. Tanaka, a New Glycosyl ester of

A 3, 4-Seco-Triterpene from Korean medical plant Acnthopanax Chiisanensis (Araliaceae),

Chem. Pharm. Bull., 32(3), 1244-1247 (1984).

7. C. S. Yook, I. H. Kim, D. R. Hahn, T. Nohara, and S. Y. Chang, A Lupane-Triterpene

Glycoside from Leaves of Two Acanthopanax, Phytochemistry, 49(3), 839-843 (1998).

(a)

glu-□-glu-□-rha

(b)

Fig. 1. Chemical structures of Acanthoside-D (a) and Chiisanoside (b).

Fig. 2. Analysis of Acanthoside-D from the trunk of Acanthopanax Senticosus

(15 □ column, water/acetonitrile/methanol=80/14/6 (v/v %),

1.0□/min, 20□ injection volume)