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문제 정의
- 본 연구에서는 호두외피를 천연염재로서의 실용화를 도모하기 위하여 호두외피로부터 색소를 추출할 때 그 조건을 검토하고자 하였으며 이 때 각 조건에서 추출되어진 색소를 자외·가시부 영역에서의 흡광도 및 FT-IR, 분취형 액체크로마토그래피 등의 분석을 통하여 그 특성을 검토하였다.
제안 방법
- 특히 40 g/l의 경우에는 추출액 표면에 지질성분이 부유하는 것을 볼 수 있었다. 따라서 호두외피 색소 추출 시 추출용액 1l를 기준으로 염재를 10 g 농도로 추출하는 것이 추출용액의 농도와 추출효율성 측면에서 바람직한 것으로 생각되므로 본 연구에서는 10 g/l를 기준 염재량으로 선택하였다.
- 본 연구에서는 염재 보관의 편리상 수확한 호두를 껍질 채 건조시킨 후 이를 분리 채취하고 분쇄하여 분말 상으로 만든 후 사용하였다. 호두 외피에 함유된 색소를 추출하기 위하여 증류수 1000 ml에 분말상의 호두외피 10~40 g을 부가한 후 40~100℃에서 30-120분 동안 진탕하였다.
- 색소분리 : 호두에서 추출한 용액에 혼합되어 있는 색소를 분리하기 위하여 JAI사의 분취용 액체크로마토그라피(Prep LC 908, Japan)를 사용하여 RI 검지관으로 색소를 분리하였다. 색소를 분취하기 위한 조건은 임계 분자량 4000인 PJaigel GS 320 컬럼을 사용하였으며 전개용매는 초순수를 사용하고 이때 전개용매의 유속은 3 ml/min으로 하였다.
- 액체크로마토그라피 분석 : 호두에서 분리한 색소 성분을 액체크로마토그라피를 사용하여 측정하였으며, 이 때 전개용매로서는 0.5%인산 수용액과 0.5% 인산 메탄올 용액을 그래디언트로 하여 UV 검지기로 280 nm에서 분석하였다.
- 염재 추출시 호두외피 농도가 추출특성에 미치는 영향을 검토하기 위하여 추출액 1l에 호두외피 분말을 10 g, 20 g 및 40 g을 부가하여 100℃에서 60분간 추출한 용액의 UV-vis 흡수스펙트럼을 Fig. 1에 나타내었다. 추출용액 1l를 기준으로 호두외피인 염재량이 증가할수록 색소의 추출량은 거의 비례적으로 증가하였다.
- 원소분석 : 호두에서 분리한 색소 성분에 존재하는 금속이온의 종류는 추출된 색소를 공기 중에서 탄화시킨 후 남은 재를 Energy dispersive X-ray spectrometer(Oxford, Inca, U.K)를 사용하여 측정하였다.
- 호두 외피로부터 추출한 색소의 추출 조건에 따른 자외가시부 및 적외부의 분광학적 특성을 검토하고 액체크로마토그램과 EDX 분광분석에 의한 추출색소의 특성을 조사한 결과는 다음과 같다.
- 흡광도 측정 : 염재량, 추출온도, 추출시간, 추출pH 등의 조건을 달리하여 추출한 용액을 자외·가시부 분광광도계(Shimadzu PC-1601 UV-vis. Spectrophotometer, Japan)를 사용하여 측정하였다. 자외·가시부 분광광도계의 측정범위는 호두색소의 흡수범위인 200~780 nm 파장범위로 하였다.
대상 데이터
- 일반적인 시판용 탄닌산의 흡수스펙트럼은 275 nm에서 흡수피크를 나타내는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서 사용된 호두외피 추출액의 스펙트럼은 250~270 nm 부근에서 어깨 형태의 흡수피크와 400 nm 부근의 아주 완만한 흡수밴드를 나타내었다. 이와같은 형태는 추출물 내에 두 가지 이상의 성분이 존재할 때 혼합 가산적으로 나타나는 흡수밴드의 특징을 나타내는 것으로 생각할 수 있다(丸山, 1979).
이론/모형
- FT-IR 분석 : 색소추출물의 성분 특성을 조사하기 위하여 추출색소의 적외선흡수스펙트럼을 KBr 펠렛법으로 FT-IR분석기(Nicolet Impact 400D, FT-IR Spectrometer, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 호두외피로부터 추출한 색소를 분취용 액체크로마토그라피를 사용하여 분리한 색소I과 색소II를 KBr 펠렛법으로 측정한 적외선분광 스펙트럼을 Fig. 7에 나타내었다. 분자량이 상대적으로 큰 것으로 기대되는 색소I의 경우 염기산 및 페놀성 -OH기의 신축 진동에 해당되는 3400 cm-1 부근에서의 피크가 크게 나타나고 있으나 색소II의 경우 색소I에 비하여 현저히 적은 피크를 나타내었다.
성능/효과
- 1. 호두외피 색소 추출 시 추출용액 1l를 기준으로 염재량이 증가할수록, 추출 시간이 길어질 수록 추출 색소량은 증가되어 최대값을 나타내었다.
- 2. 호두외피 에 존재하는 색소는 추출용액의 pH가 9이상의 염기성 조건에서 추출하는 것이 산성조건에서 추출하는 것보다 추출색소량이 큰 것으로 나타났다.
- 3. 추출된 호두색소는 분자량이 다소 큰 화합물 집합체(색소I)와 상대적으로 분자량이 적은 화합물(색소II)의 집합체로 구성되어 있는 것으로 나타났다.
- 4. 호두외피로부터 추출한 색소는 탄닌산을 기재로 하는 색소와 쥬글론을 기재로 하는 색소를 모두 함유하고 있는 것으로 나타났다.
- 5. 호두외피로부터 추출된 색소의 일부는 다양한 형태의 금속염을 이루고 있는 것으로 나타났다.
- 그러나 호두외피 추출색소에서는 1650 cm-1 영역에서의 피크가 겹쳐진 피크형태로 나타났다. 또한 방향족 화합물의 환신축진동에 기인하는 1600 cm-1 영역에서의 피크는 탄닌산과 쥬글론 및 호두외피 추출 색소 모두에서 뚜렷하게 나타났다. 따라서 호두외피로부터 추출한 색소는 탄닌산을 기재로 하는 색소와 쥬글론을 기재로 하는 색소를 모두 함유하고 있는 것으로 추정된다.
- 3에 나타내었다. 실험 범위에서 추출온도가 높아짐에 따라 호두외피로부터 추출된 색소의 량은 증가하는 경향을 나타내었으며, 특히 추출온도 100℃에서는 급격히 많은 색소가 추출되는 것으로 나타났다. Y 계열의 400 nm 부근의 흡수밴드는 80℃ 이하에서는 거의 같은 흡수강도였으나 100℃ 추출액에서는 다소 증가되는 것으로 나타났다.
- 추출용액 1l를 기준으로 호두외피인 염재량이 증가할수록 색소의 추출량은 거의 비례적으로 증가하였다. 염재를 대량으로 사용하면 색소의 추출량은 많아지지만 염재를 20 g 이상 사용하는 경우 색소 성분 외의 불순물 함량이 많아지는 것을 실험으로 확인할 수 있었다. 특히 40 g/l의 경우에는 추출액 표면에 지질성분이 부유하는 것을 볼 수 있었다.
- 2에 나타내었다. 전반적으로 추출 시간이 길어질수록 추출된 용액의 색소량도 증가하는 경향을 나타내었으나 90분에서 거의 평형상태에 도달하는 것으로 나타났다. 추출용액 1l에 염재 10 g을 부가하여 60분 동안 40~100℃에서 호두외피를 추출한 경우 추출온도별 색소용액의 UVvis.
- 4에 나타내었다. 전반적으로 추출액의 pH 값이 증가할수록 추출된 용액의 농도가 증가하는 현상을 나타내었다. 특히 추출용액이 염기성을 나타내는 pH 9이상의 조건에서 추출된 색소용액의 농도가 현저하게 증가하는 형상을 나타내었다.
- 1에 나타내었다. 추출용액 1l를 기준으로 호두외피인 염재량이 증가할수록 색소의 추출량은 거의 비례적으로 증가하였다. 염재를 대량으로 사용하면 색소의 추출량은 많아지지만 염재를 20 g 이상 사용하는 경우 색소 성분 외의 불순물 함량이 많아지는 것을 실험으로 확인할 수 있었다.
- 전반적으로 추출액의 pH 값이 증가할수록 추출된 용액의 농도가 증가하는 현상을 나타내었다. 특히 추출용액이 염기성을 나타내는 pH 9이상의 조건에서 추출된 색소용액의 농도가 현저하게 증가하는 형상을 나타내었다. 이러한 현상은 일반적으로 호두외피에 포함된 색소의 화학적 특성에 기인하는 것으로 이해할 수 있다.
후속연구
- 근래에 천연염색에 관한 관심이 커지고 천연염재의 활용에 대한 연구가 활발해 지면서 탄닌을 주성분으로 하는 도토리, 감, 차류 등의 천연염재에 대해서는 비교적 많은 연구가 이루어져왔다. 이에 비하여 호두외피에 관한 연구는 거의 이루어지지 않고 있으며 신윤숙·문성인(2002)이 호두외피를 이용하여 모직물의 염색 시 그 염색성을 검토한 바 있으나 이에대한 좀 더 많은 연구가 이루어져야할 것으로 생각된다.
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