[학위논문]초임계 이산화탄소와 아임계 수를 이용한 다시마로부터 생리 활성 물질의 추출 및 캡슐화 Extraction and encapsulation of bioactive compounds from Saccharina japonica using supercritical carbon dioxide and subcritical water원문보기
Vo, Dinh Tri
(Pukyong National University
Department of Food Science and Techonology
국내석사)
첫 번째 연구는 갈조류의 페놀 성분에 관한 것이다. 최근, 갈조류로부터 페놀 성분을 회수하기위한 다양한 기술이 적용되고있다. 친환경적인 공정으로 기존의 재래식 추출 방법을 대체하기 위해 친환경적인 공정인 아임계 수 추출이 부각되고 있다. 또한 이온성액체는 천연물로부터 생리활성물질을 추출함에 있어 강한 능력을 가지고 있는것이 입증되었다. 본 연구는 풍부한 갈색 해조류의 근원인 다시마로부터 아임계 수 추출과 이온성액체를 이용하여 다양한 ...
첫 번째 연구는 갈조류의 페놀 성분에 관한 것이다. 최근, 갈조류로부터 페놀 성분을 회수하기위한 다양한 기술이 적용되고있다. 친환경적인 공정으로 기존의 재래식 추출 방법을 대체하기 위해 친환경적인 공정인 아임계 수 추출이 부각되고 있다. 또한 이온성액체는 천연물로부터 생리활성물질을 추출함에 있어 강한 능력을 가지고 있는것이 입증되었다. 본 연구는 풍부한 갈색 해조류의 근원인 다시마로부터 아임계 수 추출과 이온성액체를 이용하여 다양한 페놀화합물의 회수를 목표로 연구하였다. Imidazolium-based IL 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [C4C1im] [BF4] 을 다양한 온도 (100-250 °C) 와 농도(0.25-1.00 M) 범위에서 촉매제로 첨가한 아임계수 추출 시스템에서 최종 추출물에 대한 열 및 정량적 효과에 대한 연구가 있었다. 고체-액체 추출, 아임계수 추출을 진행하여 아임계 수와 이온성 액체를 이용한 추출과 비교하였다. 고성능 액체 크로마토 그래피를 이용한 아임계 수 추출물과 아임계 수 + 이온성액체 추출물의 분석을 하였고 바릴린산과 실링산의 함량은 낮았으나 갈산, 클로로겐산, 젠티신산, 프로토카테츄산, p-히드록시벤조산과 커피산은 높은 함량을 보였다. 총 페놀 함량은 175 ºC 에서 아임계 수 추출법을 이용한 것이 높은 함량을 나타내었으나 고체-액체 추출에서는 페놀 화합물이 잘 검출되지 않았다. 아임계수와 아임계 수+이온성액체를 이용한 추출물은 l-1-picrylhydrazyl radical 소거능, 2,2-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical 소거 분석능, 총 항산화능력과 철 이온 환원력이 높은 항산화 활성을 나타내었으나 재래식 방법인 고체-액체 추출을 이용한 추출물은 항산화 활성이 낮았다. 상관관계 분석과 주성분 분석을 통해 페놀화합물과 항산화활성 간에 연관성을 보여주었고 갈색 해조류의 페놀성 생리활성 추출물의 높은 품질을 입증하였다. 두번째 연구는 항산화, 항비만 및 항암 효과와 같이 다양한 생리활성을 가지는 해양 카로티노이드인 갈색 조류의 푸코잔틴에 관한 것이다. 푸코잔틴은 공기, 열 또는 빛에 노출될때 매우 민감하다. 본 연구는 초임계 이산화탄소 이용하여 다시마에서 푸코잔틴 오일을 추출하고 particles from gas-saturated solution (PGSS) 공정을 이용하여 생분해성 코팅제인 폴리에틸렌 글리콜과 회수된 오일을 캡슐화 하는데 있다. 푸코잔틴 오일의 캡슐화 효율은 온도, 압력 및 푸코잔틴 오일과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합비를 포함하는 세가지 주요 독립요인으로 반응 표면 방법론을 사용하여 최적화 되었다. 최적화 된 조건에서 캡슐화 된 미립자는 분말 특성 및 저장 안정성을 특징으로한다. 푸코잔틴 오일과 캡술화된 미립자의 항산화활성과 지방산 함량을 측정하였으며 최종 생성물의 캡슐화 효율은 87%에 도달하여 PGSS공정은 캡슐화하는데 매우 적합한 공정이며 또한 폴리에틸렌 글리콜은 오일의 보관 및 코팅시 매우 적합하다고 사료된다.
첫 번째 연구는 갈조류의 페놀 성분에 관한 것이다. 최근, 갈조류로부터 페놀 성분을 회수하기위한 다양한 기술이 적용되고있다. 친환경적인 공정으로 기존의 재래식 추출 방법을 대체하기 위해 친환경적인 공정인 아임계 수 추출이 부각되고 있다. 또한 이온성액체는 천연물로부터 생리활성물질을 추출함에 있어 강한 능력을 가지고 있는것이 입증되었다. 본 연구는 풍부한 갈색 해조류의 근원인 다시마로부터 아임계 수 추출과 이온성액체를 이용하여 다양한 페놀화합물의 회수를 목표로 연구하였다. Imidazolium-based IL 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [C4C1im] [BF4] 을 다양한 온도 (100-250 °C) 와 농도(0.25-1.00 M) 범위에서 촉매제로 첨가한 아임계수 추출 시스템에서 최종 추출물에 대한 열 및 정량적 효과에 대한 연구가 있었다. 고체-액체 추출, 아임계수 추출을 진행하여 아임계 수와 이온성 액체를 이용한 추출과 비교하였다. 고성능 액체 크로마토 그래피를 이용한 아임계 수 추출물과 아임계 수 + 이온성액체 추출물의 분석을 하였고 바릴린산과 실링산의 함량은 낮았으나 갈산, 클로로겐산, 젠티신산, 프로토카테츄산, p-히드록시벤조산과 커피산은 높은 함량을 보였다. 총 페놀 함량은 175 ºC 에서 아임계 수 추출법을 이용한 것이 높은 함량을 나타내었으나 고체-액체 추출에서는 페놀 화합물이 잘 검출되지 않았다. 아임계수와 아임계 수+이온성액체를 이용한 추출물은 l-1-picrylhydrazyl radical 소거능, 2,2-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical 소거 분석능, 총 항산화능력과 철 이온 환원력이 높은 항산화 활성을 나타내었으나 재래식 방법인 고체-액체 추출을 이용한 추출물은 항산화 활성이 낮았다. 상관관계 분석과 주성분 분석을 통해 페놀화합물과 항산화활성 간에 연관성을 보여주었고 갈색 해조류의 페놀성 생리활성 추출물의 높은 품질을 입증하였다. 두번째 연구는 항산화, 항비만 및 항암 효과와 같이 다양한 생리활성을 가지는 해양 카로티노이드인 갈색 조류의 푸코잔틴에 관한 것이다. 푸코잔틴은 공기, 열 또는 빛에 노출될때 매우 민감하다. 본 연구는 초임계 이산화탄소 이용하여 다시마에서 푸코잔틴 오일을 추출하고 particles from gas-saturated solution (PGSS) 공정을 이용하여 생분해성 코팅제인 폴리에틸렌 글리콜과 회수된 오일을 캡슐화 하는데 있다. 푸코잔틴 오일의 캡슐화 효율은 온도, 압력 및 푸코잔틴 오일과 폴리에틸렌 글리콜의 혼합비를 포함하는 세가지 주요 독립요인으로 반응 표면 방법론을 사용하여 최적화 되었다. 최적화 된 조건에서 캡슐화 된 미립자는 분말 특성 및 저장 안정성을 특징으로한다. 푸코잔틴 오일과 캡술화된 미립자의 항산화활성과 지방산 함량을 측정하였으며 최종 생성물의 캡슐화 효율은 87%에 도달하여 PGSS공정은 캡슐화하는데 매우 적합한 공정이며 또한 폴리에틸렌 글리콜은 오일의 보관 및 코팅시 매우 적합하다고 사료된다.
The first study concerns marine phenolic substances in brown seaweed. Recently, various techniques have been applied to recover phenolic substances from marine algae. In particular, subcritical water extraction (SWE) has been developed to replace conventional methods because of its sustainable and g...
The first study concerns marine phenolic substances in brown seaweed. Recently, various techniques have been applied to recover phenolic substances from marine algae. In particular, subcritical water extraction (SWE) has been developed to replace conventional methods because of its sustainable and green advantages. In addition, ionic liquids (IL) are also proved to possess strong capacity in extraction of bioactive compounds from natural resources. My study aims to explore the ability of the IL-assisted SWE method (SWE + IL) in the recovery of different phenolic compounds within Saccharina japonica, an abundant source of brown seaweeds. The imidazolium-based IL 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [C4C1im][BF4] was added as a catalyst in the SWE system, at different temperatures (100–250 °C) and concentrations (0.25–1.00 M) to study its thermal and quantitative effects on final extracts. Solid–liquid extraction (SLE) and SWE were additionally provided as referencing methods for SWE+IL. High-performance liquid chromatography analysis of the SWE and SWE + IL extracts showed high contents of gallic, chlorogenic, gentisic, protocatechuic, p-hydroxybenzoic, and caffeic acids along with minor amounts of vanillic and syringic acids. The highest total content of phenolics was determined at 175 °C in the two SWE techniques; however, in conventional SLE, phenolic compounds were poorly detected. Various antioxidant-determining assays such as 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging assay, 2,20-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging assay, total antioxidant capacity assay, and ferric reducing antioxidant power assay indicated the high antioxidant activity of extracting samples from SWE and SWE + IL; however, limited capacity was observed from conventional SLE. Correlation testing and principal component analysis indicated a strong connection between phenolic content and antioxidant activity, thereby demonstrating the high quality of phenolic bioactive extracts from brown seaweeds. The second study concerns fucoxanthin in brown algae, a precious marine carotenoid with multi-functional bioactivities such as antioxidant, antiobesity, and anticancer effects. However, fucoxanthin is highly sensitive when exposing to aerial, thermal, or light factors. The study aims to extract fucoxanthin-rich oil (FO) from Saccharina japonica using supercritical carbon dioxide (ScCO2) and encapsulate the obtained oil with polyethylene glycol (PEG) as a biodegradable coating and particles from gas-saturated solution (PGSS) as encapsulation process. The encapsulation efficiency (EE) of the extracted oil based on fucoxanthin content was optimized using response surface methodology with three main independent factors, including temperature, pressure, and mixing ratio of FO and PEG. The encapsulated particles (EP) at optimized conditions were characterized for their powder properties and storage stability. FO and EP were measured in antioxidant activities and fatty acids content. The final product reached an 87% of EE, implied high desirability of PGSS and PEG in coating and preserving fucoxanthin-rich oil.
The first study concerns marine phenolic substances in brown seaweed. Recently, various techniques have been applied to recover phenolic substances from marine algae. In particular, subcritical water extraction (SWE) has been developed to replace conventional methods because of its sustainable and green advantages. In addition, ionic liquids (IL) are also proved to possess strong capacity in extraction of bioactive compounds from natural resources. My study aims to explore the ability of the IL-assisted SWE method (SWE + IL) in the recovery of different phenolic compounds within Saccharina japonica, an abundant source of brown seaweeds. The imidazolium-based IL 1-butyl-3-methylimidazolium tetrafluoroborate [C4C1im][BF4] was added as a catalyst in the SWE system, at different temperatures (100–250 °C) and concentrations (0.25–1.00 M) to study its thermal and quantitative effects on final extracts. Solid–liquid extraction (SLE) and SWE were additionally provided as referencing methods for SWE+IL. High-performance liquid chromatography analysis of the SWE and SWE + IL extracts showed high contents of gallic, chlorogenic, gentisic, protocatechuic, p-hydroxybenzoic, and caffeic acids along with minor amounts of vanillic and syringic acids. The highest total content of phenolics was determined at 175 °C in the two SWE techniques; however, in conventional SLE, phenolic compounds were poorly detected. Various antioxidant-determining assays such as 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging assay, 2,20-azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging assay, total antioxidant capacity assay, and ferric reducing antioxidant power assay indicated the high antioxidant activity of extracting samples from SWE and SWE + IL; however, limited capacity was observed from conventional SLE. Correlation testing and principal component analysis indicated a strong connection between phenolic content and antioxidant activity, thereby demonstrating the high quality of phenolic bioactive extracts from brown seaweeds. The second study concerns fucoxanthin in brown algae, a precious marine carotenoid with multi-functional bioactivities such as antioxidant, antiobesity, and anticancer effects. However, fucoxanthin is highly sensitive when exposing to aerial, thermal, or light factors. The study aims to extract fucoxanthin-rich oil (FO) from Saccharina japonica using supercritical carbon dioxide (ScCO2) and encapsulate the obtained oil with polyethylene glycol (PEG) as a biodegradable coating and particles from gas-saturated solution (PGSS) as encapsulation process. The encapsulation efficiency (EE) of the extracted oil based on fucoxanthin content was optimized using response surface methodology with three main independent factors, including temperature, pressure, and mixing ratio of FO and PEG. The encapsulated particles (EP) at optimized conditions were characterized for their powder properties and storage stability. FO and EP were measured in antioxidant activities and fatty acids content. The final product reached an 87% of EE, implied high desirability of PGSS and PEG in coating and preserving fucoxanthin-rich oil.
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