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문제 정의
- 반면에 농업분야에서는 목초액이 미량요소 복합비료로서 허가되어 비료시용 목적 이외에도 농약의 보조재료, 토양살균, 가축사료 첨가제 등으로 활용되고 있으나 국내에서 제조된 목초액의 성분조성에 대해서는 그다지 알려져 있지 않은 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 농업용으로 시판되고 있는 목초액의 사용효과 규명이나 품질관리에 필요한 기초자료 제공을 목적으로 시판 목초액의 유기성분 함량 및 구성성분의 조성을 분석하고자 하였다.
가설 설정
- b) Not detected.
제안 방법
- 이어서 NaHCO3 추출액과 NaOH 추출액은 10% HCI 수용액을 사용하여 산성 (pH 2)으로 조절한 다음 DCM으로 추출하여 산성 분획과 페놀성 분획을 얻었다. HCI 추출액은 2 N NaOH 용액을 사용하여 알칼리 (pH 11)로 조절한 다음 DCM으로 추출(200 ml×3회)하여 염기성 분획을 얻었으며, 산성 분획, 페놀성 분획 및 염기성 분획을 분리한 나머지를 중성 분획으로 하였다. 각 분획은 무수 Na2SO4을 가하여 24시간동안 탈수시킨 후 여과한 다음 감압농축기를 사용하여 30℃ 이하에서 약 10 ml가 될 때까지 감압 농축하고 이를 다시 질소기류 하에서 약 3ml 로 농축하여 GC 및 GC-MS 분석용 시료로 하였다.
- HCI 추출액은 2 N NaOH 용액을 사용하여 알칼리 (pH 11)로 조절한 다음 DCM으로 추출(200 ml×3회)하여 염기성 분획을 얻었으며, 산성 분획, 페놀성 분획 및 염기성 분획을 분리한 나머지를 중성 분획으로 하였다. 각 분획은 무수 Na2SO4을 가하여 24시간동안 탈수시킨 후 여과한 다음 감압농축기를 사용하여 30℃ 이하에서 약 10 ml가 될 때까지 감압 농축하고 이를 다시 질소기류 하에서 약 3ml 로 농축하여 GC 및 GC-MS 분석용 시료로 하였다.
- 각 분획의 구성성분은 gas chromatograph 및 gas chromatograph-mass spectrometer(GC-MS)를 사용하여 분석하였다. GC는 미국 Hewlett-Packard(HP)사 모델 5890 Ⅱ를 사용하였다.
- 1) 따라서 목초액의 유기용매 추출물을 그대로 GC 및 GC-MS 분석용 시료로 사용할 경우 chromatogram 상에서 많은 peak들이 중첩되어 성분들의 구조동정이 어렵게 되기 때문에 분석에 사용하기 전에 예비 분획할 필요가 있다. 본 실험에서 삼나무 또는 참나무를 탄화시켜 제조한 2종의 목초액에서 DCM 가용성 유기물질의 수율과 추출물을 산성 분획, 페놀성 분획, 중성 분획 및 염기성 분획으로 나누었을 때 각 분획별 비율을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 2종의 목초액중 DCM 가용성 유기물질의 함량은 각각 5.
- 여과한 목초액 시료 50g과 증류수 100ml를 취하여 500ml 용량의 분액여두에 넣고 여기에 추출용매인 DCM 150 ml을 가한 다음 분액여두용 진탕기 (제이오텍제, RS- 1)를 사용하여 실온에서 30분간 추출하였으며, 이 조작을 4회 반복하였다. 이와 같이 얻어진 DCM 추출물은 무수 Na2SO4을 가하여 24시간동안 탈수시킨 후 여지를 사용하여 여과하고, 감압 농축기 (Biichi제 , Rotavapor R-114)를 사용하여 30℃이하에서 약 10ml가 될 때까지 농축한 다음 이를 다시 질소기류하에서 용매를 완전히 제거한 후 추출된 유기성분의 무게를 측정하였다.
- 1에서와 같이 5% NaHCO3, NaOH 및 HCI 수용액을 사용하여 순차적으로 추출(150 ml× 3회)하였다. 이어서 NaHCO3 추출액과 NaOH 추출액은 10% HCI 수용액을 사용하여 산성 (pH 2)으로 조절한 다음 DCM으로 추출하여 산성 분획과 페놀성 분획을 얻었다. HCI 추출액은 2 N NaOH 용액을 사용하여 알칼리 (pH 11)로 조절한 다음 DCM으로 추출(200 ml×3회)하여 염기성 분획을 얻었으며, 산성 분획, 페놀성 분획 및 염기성 분획을 분리한 나머지를 중성 분획으로 하였다.
- 이와 같이 얻어진 DCM 추출물은 무수 Na2SO4을 가하여 24시간동안 탈수시킨 후 여지를 사용하여 여과하고, 감압 농축기 (Biichi제 , Rotavapor R-114)를 사용하여 30℃이하에서 약 10ml가 될 때까지 농축한 다음 이를 다시 질소기류하에서 용매를 완전히 제거한 후 추출된 유기성분의 무게를 측정하였다. 이와는 별도로 시료 50 g을 사용하여 앞에서와 같은 방법으로 얻어진 DCM 추출물은 산성 분획 (acidic fraction), 페놀성 분획 (phenolic fraction), 염기성 분획 (basic fraction) 및 중성분획 (neutral fraction)으로 구분하기 위하여 Jodai 등의 방법12)에 따라 Fig.
대상 데이터
- 0#)를 사용하여 split mode(split ratio = 56: 1)로 주입하였다. GC-MS는 미국 HP사의 5890 Ⅱ형 GC와 5970 mass selective detector(MSD)를 사용하였다. 분리관은 Innowax fused silica capillary(50 m× 0.
- 분석하였다. GC는 미국 Hewlett-Packard(HP)사 모델 5890 Ⅱ를 사용하였다. 분리관은 Supelcowax 10 fused silica capillary (30 m ×0.
- 국내에서 미량요소 복합비료로서 시판되고 있는 목초액 중 2종을 1999년 5월경에 제조회사로부터 직접 입수하여 실험에 사용하였다. 시료 중 대승 주식회사 제품은 삼나무 [Cryptomeria japonica(L.
- 입수한 시료는 미량의 불순물로 함유되어 있을 수도 있는 경질유와 타르 성분을 제거하기 위하 여 시료 300 ml를 취하여 1 L 용량의 분액여두에 넣고 실온에서 1주일간 정치하였다. 정치한 시료는 위층과 아래층의 약 50ml씩을 제거하고 가운데층만을 취하여 여과지 (Whatman No. 1)로 여과후 분석용 시료로 사용하였다. 추출용매로서 사용한 dichlomethane(DCM)은 Merck사 (Damiatadt, Germany) 제품을 사용하였고, gas chromatography(GC)에 의해서 각 성분의 머무름 시간 비교를 위한 표준품은 Sigma사(St.
- 1)로 여과후 분석용 시료로 사용하였다. 추출용매로서 사용한 dichlomethane(DCM)은 Merck사 (Damiatadt, Germany) 제품을 사용하였고, gas chromatography(GC)에 의해서 각 성분의 머무름 시간 비교를 위한 표준품은 Sigma사(St. Louis, MO, USA)와 Aldrich사(Milwaukee, WI, USA) 제품을 구입하여 사용하였다.
이론/모형
- 이와 같이 얻어진 DCM 추출물은 무수 Na2SO4을 가하여 24시간동안 탈수시킨 후 여지를 사용하여 여과하고, 감압 농축기 (Biichi제 , Rotavapor R-114)를 사용하여 30℃이하에서 약 10ml가 될 때까지 농축한 다음 이를 다시 질소기류하에서 용매를 완전히 제거한 후 추출된 유기성분의 무게를 측정하였다. 이와는 별도로 시료 50 g을 사용하여 앞에서와 같은 방법으로 얻어진 DCM 추출물은 산성 분획 (acidic fraction), 페놀성 분획 (phenolic fraction), 염기성 분획 (basic fraction) 및 중성분획 (neutral fraction)으로 구분하기 위하여 Jodai 등의 방법12)에 따라 Fig. 1에서와 같이 5% NaHCO3, NaOH 및 HCI 수용액을 사용하여 순차적으로 추출(150 ml× 3회)하였다. 이어서 NaHCO3 추출액과 NaOH 추출액은 10% HCI 수용액을 사용하여 산성 (pH 2)으로 조절한 다음 DCM으로 추출하여 산성 분획과 페놀성 분획을 얻었다.
성능/효과
- 1,20-22) 따라서 침엽수계 목재를 탄화시켜 제조한 목초액에서는 guaiacol 유도체의 함유비율이 높고, 활엽수계 목재를 탄화시켜 제조한 목초액에서는 syringol 유도체의 함유비율이 높은 것으로 보고되어 있다.1,17-21) 본 실험에서 guaiacol과 그의 유도체인 4-methyk guaiacol은 침엽수인 삼나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높았고, syringol과 4-methylsyringol은 활엽수인 참나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높은 것도 두 수종간에 guaiacyl unit 와 syringyl unit 비율의 차이에 기인하는 것으로 사료된다. 이외에도 삼나무로 제조한 목초액은 참나무로 제조한 목초액에 비해 vaniUin, acetovanillon 및 GC-MS에 의해 짐정적으로 동정된 ethylvanillyl ether의 함유 비율이 특징적으로 높았다.
- 본 실험에서 삼나무 또는 참나무를 탄화시켜 제조한 2종의 목초액에서 DCM 가용성 유기물질의 수율과 추출물을 산성 분획, 페놀성 분획, 중성 분획 및 염기성 분획으로 나누었을 때 각 분획별 비율을 조사한 결과는 Table 1과 같다. 2종의 목초액중 DCM 가용성 유기물질의 함량은 각각 5.8%와 1.8%이었으며, DCM 추출물을 산성, 페놀성, 중성 및 염기성 분획으로 구분하였을 때 삼나무와 참나무를 탄화시켜 제조한 목초액에서 산성 분획은 각각 35.4%, 25.3%, 페놀성 분획은 41.3%, 47.0%, 중성 분획은 19.5%, 24.8%이었고, 염기성 분획은 3.8%와 2.9%이었다. 분획별로는 페놀성 분획의 비율이 가장 높았고, 염기성 분획의 비율이 가장 낮았다.
- Table 2와 같다. 2종의 시료에서 26종의 유기산을 동정하였고 공통적으로 많이 함유된 유기산은 acetic acid, propionic acid 및 n-butyric acid로서 이 3종의 휘발성 유기산은 전체 유기산의 약 41.4~58.2%를 차지하였다. 삼나무로 제조한 목초액의 산성 분획에서 3종의 유기산의 함유비율은 propionic acid(18.
- 목초액에서 분리한 페놀성 분획에서 확인된 성분들은 Table 3과 같다. 2종의 시료에서 32종의 페놀화합물을 동정하였으며, 주요 구성성분은 guaiacol과 phenol이었다. 삼나무로 제조한 목초액의 페놀성 분획에서는 guaiacol이 23.
- 41%). 3-methylbutanoic acid (3.70%), valeric acid(6.26%) 및 caproic acid(3.17%)의 비율이 높았다.
- 2 분)를 사용하였으며, 이온화 전압은 70 eV로 하였다. 각 성분은 GC-MSD에 의해 mass spectrum을 얻은 후 HP 5970C Chemstation data system에 의한 library의 검색, 문헌상의 mass spectral data와 비교13-16) 및 GC에서 표준품과 머무름 시간 비교에 의해 동정하였으며, GC에서 표준품과 머무름 시간을 동시에 비교하지 않고 문헌상의 mass spectral data와 비교만으로 동정된 성분은 잠정적으로 동정된 성분들이다.
- 9%이었다. 분획별로는 페놀성 분획의 비율이 가장 높았고, 염기성 분획의 비율이 가장 낮았다. 삼나무로 제조한 목초액은 참나무류로 제조한 목초액에 비해 산성 분획과 염기성 분획의 비율이 높은 반면 페놀성 분획과 중성 분획의 비율은 낮았다.
- 분획별로는 페놀성 분획의 비율이 가장 높았고, 염기성 분획의 비율이 가장 낮았다. 삼나무로 제조한 목초액은 참나무류로 제조한 목초액에 비해 산성 분획과 염기성 분획의 비율이 높은 반면 페놀성 분획과 중성 분획의 비율은 낮았다. 이러한 분획별 비율은 문헌에서 hickory(Carya 속 식물), 참나무류 및 소나무류의 목재와 수피를 사용하여 제조한 목초액에서 산성 분획이 57~93%, 페놀성 분획이 6~27%, 중성 분획이 0.
- 2종의 시료에서 32종의 페놀화합물을 동정하였으며, 주요 구성성분은 guaiacol과 phenol이었다. 삼나무로 제조한 목초액의 페놀성 분획에서는 guaiacol이 23.84%, phenol이 28.52%이었고, 참나무로 제조한 목초액의 페놀성 분획에서는 guaiacol이 20.30%, phenol이 23.87%로서 두성분의 함유비율은 참나무보다는 삼나무로 제조한 목초액에서 높았다. 이외에도 4-methylguaiacol, 4-ethylguaiacol, p-cresol 및 m-cresol도 두 시료에서 공통적으로 함유비율이 높은 편이었으나 vanilHn, acetovanHlone 및 GC-MS에 의해 잠정적으로 확인된 ethylvanillyl ether는 삼나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높은 반면 syringol, 4-methylsyriiigol은 참나무로 제조한 목초액에서 높았다.
- 43개 성분을 동정하였다. 이 분획의 경우 산성 분획이나 페놀성 분획에서와 같이 특징적으로 많이 존재하는 성분은 없었으나 2-furfural(l 1.61-12.29%), 3-methyl-2-cyclopenten-l-one (10.31-10.87%), 2, 3-diniethyl-2-cyclopenten-l-one(9.05~9.28%), 2-methyl-l-cyclopenten-l-one(5.59~6.11%) 및 5-methyl-2-methyl- furfural(6.88~7.07%)의 함유비율이 높았다. 특히 중성 분획에서 검출되는 furan, furanone, pyran 및 cyclopentenone 유도체들은 주로 목재의 구성성분인 cellulose, hemicellulose가 분해되는 과정에서 중간생성물로서 생성되는 glucose와 pentosan류가 열분해되어 생성된 성분들로서 탄 냄새 (burnt odor) 또는 설탕 태운 냄새(burnt sugar-like odor)를 지니고 있기 때문에 이러한 성분들 중에는 식품용 향료로서 사용되고 있는 성분들이 많다.
- 87%로서 두성분의 함유비율은 참나무보다는 삼나무로 제조한 목초액에서 높았다. 이외에도 4-methylguaiacol, 4-ethylguaiacol, p-cresol 및 m-cresol도 두 시료에서 공통적으로 함유비율이 높은 편이었으나 vanilHn, acetovanHlone 및 GC-MS에 의해 잠정적으로 확인된 ethylvanillyl ether는 삼나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높은 반면 syringol, 4-methylsyriiigol은 참나무로 제조한 목초액에서 높았다.
- 1,17-21) 본 실험에서 guaiacol과 그의 유도체인 4-methyk guaiacol은 침엽수인 삼나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높았고, syringol과 4-methylsyringol은 활엽수인 참나무로 제조한 목초액에서 함유비율이 높은 것도 두 수종간에 guaiacyl unit 와 syringyl unit 비율의 차이에 기인하는 것으로 사료된다. 이외에도 삼나무로 제조한 목초액은 참나무로 제조한 목초액에 비해 vaniUin, acetovanillon 및 GC-MS에 의해 짐정적으로 동정된 ethylvanillyl ether의 함유 비율이 특징적으로 높았다.
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