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문제 정의
- 본 연구의 목적은 실내방향저〕, 살충제 및 의약품등으로 그 활용성이 증대되고 있는 편백나무와 화백나무정유를 보다 경제적으로 추출하기 위한 효율적인 추출조건을 확립하고, 잎으로부터 획득한 휘발성 정유성분을 GC-MS로 분석하였다.
제안 방법
- 시료전처리의 효과를 구명하기 위해 정유추출은 잎을 2x2 cm (가로X세로)의 크기로 절단(chopping)하거나, 증류수와 혼합된 잎을 가정용 믹서기로 1분간 분쇄(grinding)한 후 추출효율을 검정하였다. 증류수와 잎의 비율에 따른 정유추출 효율을 검정하기 위해 두 수종의 잎을 1L의 증류수에 167 g, 125 g, 84 g, 72 g 및 63 g을 각각 넣고 5시간 동안 추출한 후 수율을 조사하였다.
- 잎의 전처리에 따른 추출효율을 검정하기 위해 절단하거나 분쇄된 잎을 증류수 1 L당 72 g을 넣고 혼합한 후, 5시간 동안 추출하여 정유 수율을 비교하였다(Figure 2). 그 결과 화백나무와 편백나무 두 수종 모두에서 절단된 시료보다 분쇄된 시료에서 정유의 추출 수율이 높았다.
- 침엽수 잎의 정유추출은 저비중 정유와 고비중 정유를 구분하여 추출하였으며, 열원장비로는 2 KW 용량의 전기 heating mantle를 사용하였다. 저비중 및 고비중 정유 추출을 위해 pyrex 재질의 추출장비를 직접 제작하여 사용하였다(Figure 1).
- 증류수와 잎의 비율에 따른 정유추출 효율을 검정하기 위해 두 수종의 잎을 1L의 증류수에 167 g, 125 g, 84 g, 72 g 및 63 g을 각각 넣고 5시간 동안 추출한 후 수율을 조사하였다. 적정 추출시간을 구명하기 위해 72 g의 잎을 1 L의 증류수에 넣고 1, 3, 5, 7시간 동안 추출한 후 정유 수율을 조사하였다. 침엽수 잎의 정유추출은 저비중 정유와 고비중 정유를 구분하여 추출하였으며, 열원장비로는 2 KW 용량의 전기 heating mantle를 사용하였다.
- 정유 성분은 GC-MS 분석은 다음과 같은 조건으로 행하였다, HP 5890 Series n GC, column은 HP-1(60 nunxO.25 mmx 0.25 #m), carrier gas로는 He(l mL/min), injection 온도는 250°C, oven 온도는 50°C (5 min)-240°C (22 min)/3°C 승온, injection volume은 1 #L, injection mode는 Split(100:l) 조건에서 성분들을 분석하였으며, HP 5971 MSD(Mass Selective Detector)에서 mass range: 28~550, acquisition mode: scan mode 조건으로 성분들을 정량하였다.
- 검정하였다. 증류수와 잎의 비율에 따른 정유추출 효율을 검정하기 위해 두 수종의 잎을 1L의 증류수에 167 g, 125 g, 84 g, 72 g 및 63 g을 각각 넣고 5시간 동안 추출한 후 수율을 조사하였다. 적정 추출시간을 구명하기 위해 72 g의 잎을 1 L의 증류수에 넣고 1, 3, 5, 7시간 동안 추출한 후 정유 수율을 조사하였다.
- 최종 추출된 정유의 양은 추출 종료 후 1시간 동안 충분히 냉각시킨 다음 추출장치에 부착된 게이지로 측정하였다. 채취한 잎의 함수율은 항온건조기를 이용한 함수율 측정법에 의거하여 실시하였으며, 추출된 정유의 수율은 다음의 공식에 의해서 계산하였다.
- 적정 추출시간을 구명하기 위해 72 g의 잎을 1 L의 증류수에 넣고 1, 3, 5, 7시간 동안 추출한 후 정유 수율을 조사하였다. 침엽수 잎의 정유추출은 저비중 정유와 고비중 정유를 구분하여 추출하였으며, 열원장비로는 2 KW 용량의 전기 heating mantle를 사용하였다. 저비중 및 고비중 정유 추출을 위해 pyrex 재질의 추출장비를 직접 제작하여 사용하였다(Figure 1).
- 편백나무와 화백나무의 잎으로부터 시료전처리, 물과 잎의 혼합비, 추출시간, 채취시기 등 정유 추출에 적합한 조건을 구명하고 잎으로부터 추출된 정유조성성분을 GC-MS로 분석하였다. 정유추출에 적합한 전처리법으로는 믹서기로 잎을 분쇄하는 방법이 좋았으며, 증류수와 잎의 혼합비율은 그다지 영향을 미치지는 않았으나 증류수 1 L당 100 g의 잎을 혼합하였을 때 추출효율이 가장 좋았다.
- 한편, 고비중 및 저비중 정유 추출용 추출기를 고안하여 편백나무 및 화백나무 정유를 추출하였다. 그 결과 두 추출기 간 정유의 수율은 큰 차이는 보이지 않았다.
- 효율적인 정유 추출을 위하여 증류수와 계절별로 채취한 편백나무와 화백나무의 잎의 혼합비율을 각각 달리하여 정유를 추출하였다(Figure 3). 이때, 투입된 잎은 분쇄법으로 전처리 하였으며, 추출 시간은 5시간으로 하였다.
대상 데이터
- 본 연구에 사용된 수종은 경남 진주시에 소재하고 있는 경상대학교 구내에서 생육하고 있는 수령 30-40년생의 편백나무와 화백나무를 대상으로 하였으며, 잎을 계절별로 채취하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 최종 수율은 저비중과 고비중 정유수율을 합하고 이들의 평균값으로 나타내었다. 모든 실험은 3 반복으로 행하였으며, 결과는 평균에 대한 표준편차로 나타내었다. 유의성 검정은 0.
- 모든 실험은 3 반복으로 행하였으며, 결과는 평균에 대한 표준편차로 나타내었다. 유의성 검정은 0.05% 수준의 Duncan의 다중검정을 통해 나타내었으며, 모든 통계분석은 PC용 SAS program (12)으로 행하였다.
이론/모형
- 추출하였다(Figure 3). 이때, 투입된 잎은 분쇄법으로 전처리 하였으며, 추출 시간은 5시간으로 하였다.
- 채취한 잎의 함수율은 항온건조기를 이용한 함수율 측정법에 의거하여 실시하였으며, 추출된 정유의 수율은 다음의 공식에 의해서 계산하였다. 최종 수율은 저비중과 고비중 정유수율을 합하고 이들의 평균값으로 나타내었다.
성능/효과
- 여름에 채취한 편백나무와 화백나무 시료의 전처리 비교에서는 두 방법 간 수율의 유의성이 나타났다(데이터 미제시). 가을에 채취한 시료의 전처리 비교에서도 편백나무와 화백나무 모두에서 분쇄된 잎에서 유의성은 나타나지는 않았지만 정유수율이 높았다. 잘게 절단된 잎에서 정유수율이 낮게 나타난 것은 잎을 절단하는 과정 중에 일부의 휘발성 정유 성분이 공기 중으로 휘발되어 정유의 손실이 발생되었기 때문으로 추측된다.
- 정유추출시간은 시간이 경과함에 따라 추출효율은 증가하였지만 탄화향이 심해 5시간이 적합한 것으로 나타났다. 계절에 따른 정유수율은 편백나무는 겨울이 4.5%, 화백나무는 가을에 채취한 시료가 5.3%의 높은 수율을 보였다. 편백나무정유와 화백나무정유조성분은 차이를 보였으며, 주성분은 monoteipene류였다.
- 및 화백나무 정유를 추출하였다. 그 결과 두 추출기 간 정유의 수율은 큰 차이는 보이지 않았다. 정유의 조성분에서 그다지 큰 차이는 보이지 않았다(데이터 미제시).
- 추출하여 정유 수율을 비교하였다(Figure 2). 그 결과 화백나무와 편백나무 두 수종 모두에서 절단된 시료보다 분쇄된 시료에서 정유의 추출 수율이 높았다.
- 편백나무 정유의 monoterpene류 함량은 약 53% 전후로 나타났고, 그 구성성분으로는 terpinyl acetate가 전체 화합물 중 약 12%로 가장 많이 함유되어 있었다. 그리고, -pinene, sabinene, bomyl acetate, isobomyl acetate 화합물의 함량은 5-10% 수준으로 확인되었다. Sesquiterpene류 화합물은 elemol과 cedrol이 주성분으로 검출되었고, 나머지 성분들은 미량검출되었다.
- 따른 정유의 수율을 Figure 4에 나타내었다. 두 수종 모두 추출시간이 '증가함에 따라 정유수율이 높게 나타났다. 편백나무 정유는 추출 1시간에서 3시간까지 급격히 수율이 증가하였고 그 이후에는 완만한 증가를 보였다.
- 75%, isobomyl acetate 24%으로 확인되었다. 또한 sesquiterpene류 화합물은 6-caryophyllene, longifolene 등이 1-2% 정도 함유되어 있었고, 매우 소량이지만 g-cedrene, cedrol, cadinene 등도 검출되었다. Diterpene류는 rimuene만이 소량 함유되어 있었다.
- 않았다. 봄과 가을에 채취한 편백나무 잎을 증류수 1L에 167 g을 넣고 추출하였을 때 얻어진 정유는 각각 4.0% 와 4.5%의 수율을 나타내었고, 여름과 겨울에 채취한 잎 100 g을 넣고 추출하였을 때는 각각 4.2%와 4.5%의 수율을 나타내었다 반면, 화백나무는 봄과 가을에 채취한 잎 125 g 추출 시 각각 3.6%과 5.3%의 정유수율을, 여름과 겨울에 채취한 잎 100 g을 넣어 주었을 때 정유수율은 각각 4.1%와 3.4%를 나타내었다. 그 중 정유수율이 가장 높았던 처리구는 100 g 처리구였다.
- Diterpene류는 rimuene만이 소량 함유되어 있었다. 이 결과로 보아 편백나무와 화백나무의 정유성분은 그 종류와 함량이 상당히 다르다는 것을 알 수 있었다.
- 잎의 전처리방법과 계절에 따른 정유수율을 조사한 결과 정유수율은 여름과 가을 모두에서 분쇄 처리가 잘게 절단된 시료보다 높게 나타났다. 여름에 채취한 편백나무와 화백나무 시료의 전처리 비교에서는 두 방법 간 수율의 유의성이 나타났다(데이터 미제시).
- 전처리법은 분쇄법을, 증류수와 잎의 혼합비율은 100 g에서 167 g 까지 다양하였고, 추출시간은 5시간으로 나타났다. 이러한 방법은 편백나무와 화백나무 정유를 경제적으로 추출하는데 기여할 것이다.
- 정유추출에 적합한 전처리법으로는 믹서기로 잎을 분쇄하는 방법이 좋았으며, 증류수와 잎의 혼합비율은 그다지 영향을 미치지는 않았으나 증류수 1 L당 100 g의 잎을 혼합하였을 때 추출효율이 가장 좋았다. 정유추출시간은 시간이 경과함에 따라 추출효율은 증가하였지만 탄화향이 심해 5시간이 적합한 것으로 나타났다. 계절에 따른 정유수율은 편백나무는 겨울이 4.
- 정유추출에 적합한 전처리법으로는 믹서기로 잎을 분쇄하는 방법이 좋았으며, 증류수와 잎의 혼합비율은 그다지 영향을 미치지는 않았으나 증류수 1 L당 100 g의 잎을 혼합하였을 때 추출효율이 가장 좋았다. 정유추출시간은 시간이 경과함에 따라 추출효율은 증가하였지만 탄화향이 심해 5시간이 적합한 것으로 나타났다.
- 증류수와 잎의 혼합비율을 달리한 편백나무와 화백나무의 정유 수율은 계절에 따라 다소 차이가 있음을 알 수 있었다 (Figure 3). 편백나무의 경우 증류수와 잎의 비율에 따라 다소의 차이가 있으나 겨울에 채취한 시료에서 정유 정유 수율이 높았다.
- 정유의 조성분에서 그다지 큰 차이는 보이지 않았다(데이터 미제시). 편백나무 및 화백나무 정유 추출은 당초의 의도와는 달리 비중을 크게 고려하지 않고도 추출할 수 있음을 알 수 있었다. 비중을 달리하여 정유를 추출하면 용도를 다양하게 할 수 있을 것으로 보이며, 특히 냉각수 중에 존재하는 정유를 보다 효율적으로 이용할 수 있을 것이다.
- 두 수종 모두 추출시간이 '증가함에 따라 정유수율이 높게 나타났다. 편백나무 정유는 추출 1시간에서 3시간까지 급격히 수율이 증가하였고 그 이후에는 완만한 증가를 보였다. 화백나무에서도 추출시간이 증가할수록 점진적으로 정유의 수율이 증가하는 경향을 볼 수 있었다.
- 편백나무와 화백의 주요 정유 성분들은 monoterpene과 sesquiterpene인 것을 확인할 수 있었다. 편백나무 정유의 monoterpene류 함량은 약 53% 전후로 나타났고, 그 구성성분으로는 terpinyl acetate가 전체 화합물 중 약 12%로 가장 많이 함유되어 있었다. 그리고, -pinene, sabinene, bomyl acetate, isobomyl acetate 화합물의 함량은 5-10% 수준으로 확인되었다.
- 그러나 화백나무는 다른 계절에 비해 가을에 채취한 시료에서 수율이 가장 높았다. 편백나무와 화백나무의 수율을 비교하여 볼 때, 화백나무의 잎을 가을에 채취하여 125g의 혼합비로 5시간 추출하였을 때 수율이 5.3%로 가장 높게 나타났다. 편백에서는 계절과 혼합비에 관계없이 정유 수율의 편차가 0.
- Table 2에 나타내었다. 편백나무와 화백의 주요 정유 성분들은 monoterpene과 sesquiterpene인 것을 확인할 수 있었다. 편백나무 정유의 monoterpene류 함량은 약 53% 전후로 나타났고, 그 구성성분으로는 terpinyl acetate가 전체 화합물 중 약 12%로 가장 많이 함유되어 있었다.
- 3%의 높은 수율을 보였다. 편백나무정유와 화백나무정유조성분은 차이를 보였으며, 주성분은 monoteipene류였다. 편백나무정 유의 주성분은 limonene, terpinene싀-。1, /-selinene 및 a-cedrene였으며, 화백나무정유의 주성분은 a-pinene, myrcene, limonene, bomyl acetate, -caryophyllene, longifolene 및 8 -cedrene 이었다.
- 화백나무 정유는 monoterpene류의 함량이 83-96%로 주성분은 -pinene 29%, myrcene 12%, limonene 6.75%, isobomyl acetate 24%으로 확인되었다. 또한 sesquiterpene류 화합물은 6-caryophyllene, longifolene 등이 1-2% 정도 함유되어 있었고, 매우 소량이지만 g-cedrene, cedrol, cadinene 등도 검출되었다.
후속연구
- 달라질 수 있다고 판단된다. 따라서 유전적으로 정유 고함유 수종 및 개체를 선발하거나 유전자조작 및 전통교잡법에 의해 함량을 증대시킬 수 있을 것이다. 또한 정유의 효율적인 추출법을 개발할 필요성이 있다고 판단된다.
- 따라서 유전적으로 정유 고함유 수종 및 개체를 선발하거나 유전자조작 및 전통교잡법에 의해 함량을 증대시킬 수 있을 것이다. 또한 정유의 효율적인 추출법을 개발할 필요성이 있다고 판단된다. 본 연구에서 구명된 효율적 추출조건 등은 편백나무와 화백나무정유의 경제적 생산에 기여할 것으로 기대된다.
- 이것은 수목이 정유를 생산하는데 있어 수종간 함량 차이와 같은 종내에서도 정유함량 변이가 나타나며, 계절 등 여러 요인의 영향을 받는다고 추측된다. 본 연구 결과는 정유의 함량이 통상적으로 겨울에 낮고 여름에 높다고 한 보고(14)와는 상반된 것이며 이에 대한 자세한 연구가 추후 요망된다. 정유성분은 수목으로부터 유래되는 일반적인 성분과 달리 동일 수종이라 할지라도 지역적, 계절적 변이가 크다고 알려져 있다.
- 또한 정유의 효율적인 추출법을 개발할 필요성이 있다고 판단된다. 본 연구에서 구명된 효율적 추출조건 등은 편백나무와 화백나무정유의 경제적 생산에 기여할 것으로 기대된다. 즉 버려지는 간벌재 및 가지치기 산물을 이용하여 용도가 매우 광범위한 정유를 보다 경제적으로 추출할 수 있을 것이다.
- 편백나무 및 화백나무 정유 추출은 당초의 의도와는 달리 비중을 크게 고려하지 않고도 추출할 수 있음을 알 수 있었다. 비중을 달리하여 정유를 추출하면 용도를 다양하게 할 수 있을 것으로 보이며, 특히 냉각수 중에 존재하는 정유를 보다 효율적으로 이용할 수 있을 것이다.
- 전처리법은 분쇄법을, 증류수와 잎의 혼합비율은 100 g에서 167 g 까지 다양하였고, 추출시간은 5시간으로 나타났다. 이러한 방법은 편백나무와 화백나무 정유를 경제적으로 추출하는데 기여할 것이다.
- 본 연구에서 구명된 효율적 추출조건 등은 편백나무와 화백나무정유의 경제적 생산에 기여할 것으로 기대된다. 즉 버려지는 간벌재 및 가지치기 산물을 이용하여 용도가 매우 광범위한 정유를 보다 경제적으로 추출할 수 있을 것이다. 향후의 연구는 이들에 대한 자세한 생리활성연구와 용도개발을 행할 예정이다.
- 즉 버려지는 간벌재 및 가지치기 산물을 이용하여 용도가 매우 광범위한 정유를 보다 경제적으로 추출할 수 있을 것이다. 향후의 연구는 이들에 대한 자세한 생리활성연구와 용도개발을 행할 예정이다.
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