초음파로 제조한 노루궁뎅이버섯 추출물

노루궁뎅이버섯으로 알려진 균류 종 Hericium erinaceus의 추출물은 초음파 처리를 통해 가장 효율적으로 생산됩니다. 초음파 추출기는 균류의 세포 기질을 신속하게 파쇄하여 노루궁뎅이버섯의 균사체와 자실체에서 생리활성 화합물을 완전히 추출할 수 있게 합니다.

초음파 보조 노루궁뎅이버섯 추출

노루궁뎅이버섯의 생리활성 화합물: 노루궁뎅이버섯, 일본의 야마부시타케, 폼폼버섯, 수염이빨버섯, 고슴도치버섯 또는 원숭이머리버섯이라는 일반명으로도 알려진 Hericium erinaceus는 수십 년 동안 전통 의약품 및 치료제로 사용되어 온 균류입니다. 노루궁뎅이버섯에는 다당류, 스테롤, 당단백질, 테르페노이드(예: 에리나신)뿐만 아니라 페놀성 화합물과 휘발성 화합물(예: 헤리세논) 등 많은 생리활성 화합물이 함유되어 있습니다. 이러한 물질은 항산화, 항당뇨, 항암, 항염증, 항미생물, 항고혈당 및 지질 저하 효과가 있는 것으로 알려져 있습니다. 과학 연구에 따르면 노루궁뎅이버섯의 화합물은 신경세포의 발달과 기능을 개선할 수 있으며 신경이 손상되지 않도록 보호할 가능성이 있습니다. 따라서 현재 치매 치료제로서 시험되고 있습니다.

이 영상에서는 Hielscher UP200Ht 초음파 균질기를 이용한 고효율 노루궁뎅이버섯 추출을 시연합니다. 초음파 추출은 베타글루칸과 같은 다당류뿐 아니라 헤리세논과 에리나신까지 함유한 고품질 전성분 추출물을 생산하는 데 이상적인 기술입니다.

노루궁뎅이버섯의 초음파 추출:
노루궁뎅이버섯의 초음파 추출은 고출력 초음파를 가하여 노루궁뎅이버섯(Hericium erinaceus)의 자실체 또는 균사체에서 생리활성 화합물을 추출하는 기술입니다. 노루궁뎅이버섯은 잘 알려진 약용버섯으로, 다당류, 베타글루칸, 헤리세논, 에리나신 및 항산화 물질 등 건강 증진에 도움이 되는 다양한 생리활성 화합물을 함유하고 있습니다.
버섯의 초음파 추출 공정에서는 버섯 원료가 포함된 액체 매질(예: 물, 에탄올 또는 메탄올)에 강력한 캐비테이션을 발생시키는 프로브형 초음파 처리기를 사용합니다. 발생한 초음파 캐비테이션은 버섯 원료의 세포벽을 파괴하여 생리활성 화합물을 액체 / 용매로 방출합니다. 또한 초음파는 버섯 원료에서 용매로의 생리활성 화합물 물질 전달을 촉진하여 추출 효율을 높입니다.
버섯의 초음파 추출은 고온이나 유해 화학물질이 필요하지 않은 매우 효율적이고 신속한 분리 기술입니다. 추출된 생리활성 화합물은 식이보충제, 기능성 식품 및 뉴트라슈티컬 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다. 또한 노루궁뎅이버섯의 초음파 추출법은 친환경적이고 지속 가능하므로 천연 원료에서 생리활성 화합물을 추출하는 데 이상적인 선택입니다.

이러한 장점 덕분에 초음파 처리는 고품질 버섯 추출물을 위한 탁월한 추출 기술이며, 이는 전 세계의 실험실과 산업 현장에서 버섯 추출물 생산에 Hielscher 초음파 처리기를 사용하는 이유입니다.

노루궁뎅이버섯의 초음파 추출 프로토콜

Valu et al. (2020)은 초음파 추출 원리를 바탕으로 H. erinaceus 바이오매스의 생리활성 물질을 얻고 농축하는 매우 효율적인 추출 절차를 입증했습니다. 추출에는 소노트로드 BS4d40(직경 40 mm)을 장착한 Hielscher 초음파 처리기(Hielscher UIP1000hdT, 1000 와트, 20 kHz)를 사용했습니다. 추출 실험 전에 순소비전력을 측정하기 위해 초음파 처리기를 보정했습니다. 초음파 처리 과정에서는 총에너지 소비량에서 이 값을 자동으로 차감하여 추출 매질에 전달된 순전력을 구할 수 있었습니다. 실험 중에는 시료를 얼음주머니에 넣고 지속적으로 자기 교반하여 시료 온도를 낮게 유지했습니다. 추출이 완료된 후 시료를 진공 여과한 다음 원심분리했습니다(2500× g에서 5 min). 상등액에서 물과 알코올을 제거하기 위해 회전 증발기를 사용했습니다. 분말 추출물을 얻기 위해 시료에 남아 있는 물과 알코올 잔류물을 동결건조했습니다. 또는 진공 필터와 회전식 진공 증발기를 사용하여 용매를 제거하면 버섯 농축물을 얻을 수 있습니다.
 

 
초음파를 이용한 최적화된 추출 조건은 다음과 같습니다:

• 초음파 처리기 UIP1000hdT 및 소노트로드 BS4d40 사용: 진폭 100%, 사이클 100%)
• 건조 및 분쇄한 노루궁뎅이버섯(Hericium erinaceus)
• 용매: 80% 에탄올 수용액
• 용매–원료 비율: 1:30 (g/mL)
• 추출 시간: 45 min

이렇게 최적화된 H. erinaceus 추출물의 총페놀 함량은 23.2 mg GAE/g DM이었으며, DPPH 시험에서 항산화 활성은 IC50 87.2 μg/mL에 도달했습니다.
연구팀은 초음파 추출이 노루궁뎅이버섯(Hericium erinaceus)의 항산화 물질, 특히 높은 항산화 활성으로 알려진 디테르페노이드 에리나신 A와 상관관계가 있는 폴리페놀 및 플라보노이드의 분리를 효율적으로 촉진한다는 것을 성공적으로 입증했습니다.
(참조: Valu et al., 2020)

이 영상에서는 차가버섯의 초음파 냉수 추출을 시연합니다. Hielscher UP100H는 출력 100와트의 초음파 균질기입니다. 이 14mm 프로브 MS14는 소량 배치의 식물 성분 추출에 매우 적합합니다. 진폭 조절 다이얼로 강도를 조절할 수 있습니다. 이 추출 시연에서는 100% 강도를 사용합니다.

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노루궁뎅이버섯에는 키틴이 풍부합니다. 모든 버섯과 마찬가지로 노루궁뎅이버섯의 세포벽에도 키틴이 많이 함유되어 있습니다. 키틴은 세포벽에 높은 강성과 강도를 부여하는 질긴 생체고분자입니다. 노루궁뎅이버섯은 키틴 함량이 높고 키틴은 소화가 매우 어려우며 위장 장애를 일으킬 수 있으므로 생으로 먹어서는 안 됩니다.
노루궁뎅이버섯의 세포벽을 파쇄하고 세포 내 생리활성 화합물을 추출하려면 강한 힘이 필요합니다. 따라서 초음파 수조나 세척 탱크로는 원하는 추출 결과를 얻을 수 없습니다.
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이와 달리 초음파 프로브는 국소적으로 고강도 초음파와 캐비테이션을 생성하여 버섯의 키틴 함유 세포벽을 파쇄하는 데 필요한 에너지를 전달합니다. 또한 프로브형 초음파 처리는 열로 인한 생리활성 화합물의 열분해를 방지하는 비열 추출 방식입니다. 따라서 프로브형 초음파 처리기는 약용 버섯 추출에 가장 효율적인 추출 기술입니다.
 
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문헌 / 참고 자료

• Valu, Mihai-Vlad; Liliana Cristina Soare; Nicoleta Anca Sutan; Catalin Ducu; Sorin Moga; Lucian Hritcu; Razvan Stefan Boiangiu; Simone Carradori (2020): Optimization of Ultrasonic Extraction to Obtain Erinacine A and Polyphenols with Antioxidant Activity from the Fungal Biomass of Hericium erinaceus. Foods 9, No. 12, 2020.
• Valu, M.-V.; Soare,L.C.; Ducu, C.; Moga, S.; Negrea, D.; Vamanu, E.; Balseanu, T.-A.; Carradori, S.; Hritcu, L.; Boiangiu, R.S. (2021): Hericium erinaceus (Bull.) Pers. Ethanolic Extract with Antioxidant Properties on Scopolamine-Induced Memory Deficits in a Zebrafish Model of Cognitive Impairment. Journal of Fungi 2021, 7, 477.
• Venturella, G.; Ferraro, V.; Cirlincione, F.; Gargano, M. L. (2021): Medicinal Mushrooms: Bioactive Compounds, Use, and Clinical Trials. International Journal of Molecular Sciences, 22(2), 634.
• Picture of Hericium By Jim Champion / Hericium erinaceum on an old tree in Shave Wood, New Forest / CC BY-SA 2.0

알아두면 유용한 정보

균사체와 자실체에서 얻는 버섯의 생리활성 화합물 비교

균사체 추출물과 자실체 추출물은 모두 초음파 추출로 생산할 수 있으며, 각각 고유한 이점이 있습니다. 어느 쪽이 더 나은지는 구체적인 용도와 원하는 결과에 따라 달라집니다.
균사체 추출물은 일반적으로 자실체 추출물보다 가격이 저렴하고 대량 생산이 쉬워 더 쉽게 구할 수 있습니다. 균사체에는 다당류, 에르고스테롤, 효소 등 유익한 화합물도 많이 함유되어 있습니다.
반면 자실체 추출물에는 베타글루칸, 트리테르페노이드 및 건강상 이점과 관련이 있는 기타 화합물이 더 높은 함량으로 들어 있습니다. 또한 자실체는 더 다양한 화합물을 함유하는 경향이 있으며, 경우에 따라 효능이 더 강할 수 있습니다.
궁극적으로 균사체 추출물과 자실체 추출물 중 어느 것을 선택할지는 구체적인 용도와 원하는 효과에 따라 달라집니다. 예를 들어 면역 기능 지원을 원한다면 다당류 함량이 높은 균사체 추출물이 좋은 선택이 될 수 있습니다. 인지 기능 지원을 원한다면 트리테르페노이드 함량이 높은 자실체 추출물이 더 나은 선택이 될 수 있습니다. 균사체와 자실체에서 얻은 고품질 추출물은 모두 다양한 목적에 효과적이고 유익할 수 있다는 점도 알아둘 만합니다.

노루궁뎅이버섯에서 베타글루칸을 추출하는 가장 좋은 방법은 무엇인가요?

초음파 냉수 추출은 노루궁뎅이버섯의 자실체와 같은 버섯에서 수용성 화합물을 방출시키는 가장 좋은 기법입니다. 초음파 냉수 추출은 버섯의 단단한 세포벽에 구멍을 내고 파괴하여 세포 기질에서 β-글루칸과 같은 생리활성 화합물을 방출시킵니다. 초음파 처리는 온화한 공정이므로 식물성 화학물질을 손상시키지 않으며, 베타글루칸을 비롯하여 건강 증진에 도움이 되는 모든 생리활성 화합물의 분해를 방지합니다.

버섯 추출물의 장점은 무엇인가요?

초음파 추출과 같은 추출 공정은 세포 기질에서 베타글루칸과 같은 생리활성 화합물을 방출시킵니다. 따라서 버섯 추출물에는 버섯을 분쇄한 분말보다 더 많은 양의 생리활성 화합물이 함유되어 있습니다. 고분자 중합체인 β-글루칸의 주요 분획은 물에 용해됩니다. 이러한 이유로 초음파 냉수 추출은 건강과 환경에 이로운 추출 방법일 뿐만 아니라, 버섯 세포에서 β-글루칸을 물속으로 효율적으로 방출시킵니다. 이 추출물을 사용하면 매 투여량에 일정한 양의 생리활성 분자가 함유된 치료제와 식이 보충제를 생산할 수 있습니다.

노루궁뎅이버섯의 생리활성 화합물

매우 중요하며 충분히 연구된 생리활성 대사산물에는 Hericium erinaceus, 즉 노루궁뎅이버섯 또는 야마부시타케의 균사체에서 추출되는 시아틴계 디테르페노이드군인 에리나신(A–I)과 자실체에서 추출되는 벤질 알코올 유도체인 헤리세논(C–H)도 포함됩니다. 두 화합물군은 모두 혈액–뇌 장벽을 쉽게 통과할 수 있으며, 신경친화성 및 신경보호 효과를 나타냈습니다. 이들은 시험관 내와 생체 내 모두에서 신경성장인자(NGF)의 합성을 유도하는 것으로 보고되었습니다. 이 약용 버섯은 신경퇴행성 질환과 인지 장애 치료에 가장 빈번하게 사용되지만, 항산화, 항염증, 항암, 면역자극, 항당뇨, 항미생물, 지질 저하 및 항고혈당 특성도 지니고 있습니다.
에리나신군의 주요 대표 물질인 에리나신 A는 파킨슨병에 대해 효과적인 보호 작용을 하는 것으로 입증되었습니다. 1-메틸-4-페닐-1,2,3,6-테트라히드로피리딘(MPTP)을 이용한 파킨슨병 생쥐 모델에서 에리나신 A는 MPTP로 유발된 도파민성 세포 소실, 산화 스트레스로 유발된 세포자멸사, 그리고 글루타티온, 니트로티로신 및 4-하이드록시-2-노네날(4-HNE)의 수준을 감소시켰습니다. 또한 MPTP와 관련된 운동 장애를 회복시켰으며, 소포체(ER) 스트레스에 의해 지속되는 IRE1α/TRAF2, JNK1/2 및 p38 MAPK 경로의 활성화와 C/EBP 상동 단백질(CHOP), IKB-β, NF-κB, Fas 및 Bax의 발현을 통해 1-메틸-4-페닐피리디늄(MPP)으로 유발된 신경세포의 세포독성 및 세포자멸사에 따른 손상을 감소시켰습니다. 이 대사산물은 허혈성 뇌졸중에도 효과적인 것으로 밝혀졌습니다. 쥐를 대상으로 한 연구에서는 iNOS/활성질소종(RNS) 및 p38 미토겐 활성화 단백질 키나아제(MAPK)/CCAAT 인핸서 결합 단백질 상동 단백질(CHOP) 경로를 표적으로 하여 신경세포의 세포자멸사와 뇌 내 뇌졸중 공동의 크기가 감소한 것으로 보고되었습니다.
에리나신 A는 인간 위암 TSGH 9201 세포에서도 유의한 항종양 활성을 보이는 것으로 보고되었으며, 이 세포에서 국소접착 키나아제/단백질 키나아제 FAK/Akt/p70S6K 및 세린/트레오닌 키나아제 PAK-1 경로의 인산화 증가와 관련된 유의한 세포자멸사를 유도했습니다. 또한 세포독성과 ROS 생성 증가, 침습성과 카스파아제 활성화 감소, 종양 괴사 수용체 TRAIL의 발현을 초래했습니다. 이 대사산물의 강력한 항종양 작용은 이후 두 인간 대장암 세포주(DLD-1 및 HCT-116)를 이용한 시험관 내 연구와 생쥐 모델을 이용한 생체 내 연구를 모두 수행한 최근 연구에서 확인되었으며, 이 연구는 그 기전을 더욱 명확히 밝혔습니다. 처리 효과에는 외인성 세포자멸사 활성화 경로(TNFR, Fas, FasL, 카스파아제)의 자극, 항세포자멸사 분자인 Bcl-2 및 Bcl-XL의 발현 억제, 그리고 스트레스 자극에 반응하는 Jun N-말단 키나아제 JNK1/2, NF-κB p50 및 p330의 인산화가 포함되었습니다. 또한 JNK MAPK/p300/NF-κB 경로를 통한 사멸 수용체 분자의 상향 조절이 히스톤 H3K9K14ac의 변형에 의해 매개된다는 사실도 입증되었습니다. 실제로 생체 내 시험 결과에서는 히스톤 H3K9K14ac 수준 증가와 함께 Fas, FasL 및 TNFR 프로모터에서 히스톤 아세틸화 증가가 나타났습니다.
또 다른 에리나신인 에리나신 C는 항신경염증 및 신경보호 작용으로 알려져 있습니다. 이러한 작용은 IκB, p-IκBα(상위 NF-κB 신호전달 연쇄반응에 관여) 및 유도성 산화질소 합성효소(iNOS)의 단백질 발현 억제와 Nrf2/HO-1 스트레스 보호 경로의 활성화 기전을 통해 이루어질 수 있습니다. LPS로 염증을 유발한 인간 BV2 미세아교세포에 처리한 결과, 산화질소(NO), IL-6, TNF-α 및 iNOS 수준 감소, NF-κB 발현 억제, IκBα 단백질의 인산화(p-IκBα), Kelch 유사 ECH 관련 단백질 1(Keap1)의 억제, 핵 전사인자인 적혈구계 2 관련 인자(Nrf2)의 증가 및 헴 산소화효소-1(HO-1) 단백질 발현 증가가 나타났습니다.
(Venturella et al., 2021에서 발췌)