[논문]초임계 이산화탄소를 이용한 고추냉이로부터 휘발성 Isothiocyanates류 추출 및 동정

김성진; 이민경; 백성신; 전병수

초임계 이산화탄소를 이용한 고추냉이로부터 휘발성 Isothiocyanates류 추출 및 동정
Extraction and Identification of Volatile Isothiocyanates from Wasabi using Supercritical Carbon Dioxide 원문보기

한국생물공학회지 = Korean journal of biotechnology and bioengineering, v.22 no.3, 2007년, pp.174 - 178

김성진 (부경대학교 식품생명공학부) , 이민경 (부경대학교 식품생명공학부) , 백성신 (부경대학교 식품생명공학부) , 전병수 (부경대학교 식품생명공학부)

초록
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본 연구는 고추냉이로부터 항균활성을 가지는 휘발성황 화합물인 AITC를 중점으로 ITCs 류를 $SCO_2$를 이용한 추출 목적으로 하였다. 연구에서 semi-continuous flow 추출장치를 이용해 AITC를 추출한 결과 기존의 에테르나 에탄올 등 유기용매와 비교 시 7.9 AITC (mg)/sample (g)가 추출되어 비슷한 추출율을 보였으며 이는 기존의 유기용매 추출시 문제가 되는 용매회수와 잔존유기용매에 의한 독성 문제 등을 해결할 수 있는 추출법으로써 $SCO_2$추출이 효과적임을 알 수 있다. 또한 AITC의 $SCO_2$ 추출 시 잎과 줄기에서는 40$^{\circ}C$, 80 bar의 조건에서 가장 많은 량이 추출되었으며, 뿌리에서는 40$^{\circ}C$, 120 bar에서 가장 많은 추출량을 나타내었다. 또한 추출시간의 경우 유기용매 추출과 비교했을 때 추출시간을 줄일 수 있어 추출에 소요되는 시간을 절약할 수 있는 좋은 추출방법이다.

Abstract ▼ AI-Helper

The aim of this study was to identifyisothiocyanates (ITCs) from wasabi (Wasabi japonica Matsum) using supercritical carbon dioxide ($SCO_2$) and to compare the composition in the extracts between $SCO_2$ and organic solvents extraction. A semi-continuous high pressure apparatus was used to extract wasabi (roots, stems and leaves) at following conditions pressure 80$\sim$120 bar, temperature $40\sim50^{\circ}C$. Ether, ethanol, chloroform and dichloromethane were used as organic solvents. The ITCs extracted by means of both separation technologies were analyzed by a gas chromatography system. As the results of study, AITC and ITCs were highly extracted at 40$^{\circ}C$ and 80 bar. To extract AITC from wasabi, $SCO_2$ extraction is more effective than organic solvents extraction, resulted in thermal degeneration and remaining of organic solvents.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 연구는 고추냉이로부터 항균활성을 가지는 휘발성 황화합물인 aitc를 중점으로 rrcs 류를 SC₆를 이용한 추출 목적으로 하였다. 연구에서 semi-continuous flow 추출장치를 이용해 AITC를 추출한 결과 기존의 에테르나 에탄올 등 유기용매와 비교 시 7.
본 연구에서는 현재까지 진행된 고추냉이 관련 연구가 에탄올 추출물의 항균력(15)과 AITC의 부위별, 종별 함량 (16)에 편중되어 있으며, AITC의 추출에 관한 연구가 미흡하다는 점을 감안하여, 기존의 추출방법과 비교하여 초임계 이산화탄소 (SCO, 를 이용해 AITC를 비롯한 ITCs류의추출 및 ITCs류의 동정에 대해 연구했다.
보고하였다. 이에 본 연구에서도 SCO₂의 온도 및 압력을 달리하여 고추냉이로부터 AITC 추출에 대한 최적 추출조건을 연구하였다. Table 3 및 Fig.

제안 방법

)에서 1 시간 반응시킨 후 용매와 수용상을 원심분리 (12100 g, 5 min) 하여유기용매 층을 회수하여 진공증발농축기 (N-N SERIES, EYELA)를 이용 유기용매를 증발시키고 AITC를 추출하였다. (17) 각 추출의 회수율은 3종류의 유기용매 (chloroform, ether, ethanol)를 혼합하여 18시간 동안 추출하였을 때를 기준으로 계산하였다.
고추냉이 잎, 줄기, 뿌리에 존재하는 AITC추출 최적조건을 설립하기 위해 압력을 80, 100, 120 bar, 온도를 40, 45, 50 °C 로 변화시키면서 AITC를 추출하였다. 실험에 사용된 초임계 추출 장치는 semi-continuous flow extractorFig.
고추냉이 줄기의 총 AITC 량을 측정하기 위해 8 g의 고추냉이 줄기를 sohxlet tube에 넣고 용매로는 chlorofsm, ether, ethanol 순으로 차례로 18시간 동안 충분히 AITC를 추출하여 그 양을 합산하였다. 또한 각각의 용매에 대한 추출량을 알아보기 위해 chloroform, ether, ethanol을 용매로 하여 각각 18시간씩 추출하였고, 4 g의 고추냉이 줄기를 50 mL 원심 분리관에 넣고, 4 mL 의 증류수와 dichloromethane 을 혼합하고, 37 °C 의 shaking incubator (HB-201SF, HANBAEK SCIENTIFIC CO.
또한 각각의 용매에 대한 추출량을 알아보기 위해 chloroform, ether, ethanol을 용매로 하여 각각 18시간씩 추출하였고, 4 g의 고추냉이 줄기를 50 mL 원심 분리관에 넣고, 4 mL 의 증류수와 dichloromethane 을 혼합하고, 37 °C 의 shaking incubator (HB-201SF, HANBAEK SCIENTIFIC CO.)에서 1 시간 반응시킨 후 용매와 수용상을 원심분리 (12100 g, 5 min) 하여유기용매 층을 회수하여 진공증발농축기 (N-N SERIES, EYELA)를 이용 유기용매를 증발시키고 AITC를 추출하였다. (17) 각 추출의 회수율은 3종류의 유기용매 (chloroform, ether, ethanol)를 혼합하여 18시간 동안 추출하였을 때를 기준으로 계산하였다.
또한 실험의 온도 압력 별 최적조건 상태에서 건조된 고추냉이 뿌리, 줄기, 잎을 각각 50 g씩 반응기에 충진한 후 추출 시간 변화에 따라 추출량을 측정하였다.
고추냉이의 휘발성 향기성분 중 ITCs isomei.의 조성을 알아보기 위해 뿌리, 줄기, 잎 세 부분의 건조 분말을 100°C에서 30분간 충분히 휘발시킨 후 SPME (S이id-Phase Micro Extraction) 법으로 흡착해 HP DB5 (30 m x 0.25 mm x 0.25 ㎛) column이 장착된 GC (HP 6890, Hewlett Packard)로 분석하였으며, 검출기는 Flame ionization detector (FID)를 사용하였다. 운반가스는 수소로 2.

대상 데이터

강원도 철원군에서 수경 재배한 고추냉이를 뿌리, 줄기, 잎 세 부분으로 분리하였다, 3일 동안 동결건조하고 마쇄하여 -45°C 심온 저장고에서 보관하여 원료로 사용하였다. 초임계 유체로 사용된 액체 이산화탄소는 식품용 순도 99.
저장고에서 보관하여 원료로 사용하였다. 초임계 유체로 사용된 액체 이산화탄소는 식품용 순도 99.9%를 사용하였으며, 표준시약으로는 AITC (98% pure, GC grade, 미uka)를 사용하였고, 분석에 사용된 시약은 1급 시약이었다.

성능/효과

이는 고추냉이의 AITC의 함량은 근경 부위에 가장 많이 함유되어 있다는 Jo 등(19)의 보고와 일치한다. Isopropyl isothiocyanate는 줄기와 잎에 비해 뿌리에서 2.2 %로 낮은 함량을 나타내었으며, 줄기에는 4-isothiocyanate- 1-butene이 33.5%로 비교적 높은 함량을 보였고, 잎에서는 isobutyl isothiocyanate?)- 25.0%로 많이 함유되어 있음을 알 수 있었다.
도입부와 검출기의 온도는 각각 160°C와 250°C 이며, 오븐의 온도는 다음과 같다( 50-100°C (5 °C/min), 100~200°C (10°C/min), 200 °C (2 min)). 결과는 Peak Area%로 나타내었다, 또한 AITC 표준물질eHexane (99.7% pure, HPLC grade, Aldrich) 에 100-5000 ppm 농도로 희석하여 검량선을 산출하였다
5는 고추냉이로부터 AITC 추출 최적 조건인 40°C, 80 bar에서 건조된 고추냉이 뿌리, 줄기, 잎을 각각 50 g 씩 반응기에 충진시킨 후 추출시간에 따른 추출량을 나타내었다. 그 결과 AITC의 추출량은 뿌리, 줄기, 잎에서 모두 비례적으로 증가하였고, 잎에서 추출량이 가장 높았으며, 다음으로 줄기, 뿌리 순으로 나타났다. 이는 고추냉이 부위별 AITC 함량이 뿌리에 가장 많이 함유되어 있다는 결과와는 반대로 SCO?에 의한 추출 시 다른 경향을 나타냄을 알 수 있다'
9 AITC (mg)/sample (g)가 추출되어 비슷한 추출율을 보였으며 이는 기존의 유기용매 추출 시 문제가 되는 용매회수와 잔존유기용매에 의한 독성 문제 등을 해결할 수 있는 추출법으로써 SCO?추출이 효과적임을 알 수 있다. 또한 AITC의 SCO₂ 추출 시 잎과 줄기에서는 40°C, 80 bar의 조건에서 가장 많은 량이 추출되었으며, 뿌리에서는 40°C, 120 bar에서 가장 많은 추출량을 나타내었다. 또한 추출시간의 경우 유기용매 추출과 비교했을 때 추출시간을 줄일 수 있어 추출에 소요되는 시간을 절약할 수 있는 좋은 추출방법이다.
결과이다(19, 20). 또한 고추냉이의 휘발성 정유 성분 중 가장 높은 비율을 차지하는 AITC의 각 부위별 함량을 살펴보면 뿌리에서 61.1%로 조성비가 가장 높게 나타났으며, 줄기와 잎에 서도 각각 44.7%, 31.9%의 비율을 나타내었다. 이는 고추냉이의 AITC의 함량은 근경 부위에 가장 많이 함유되어 있다는 Jo 등(19)의 보고와 일치한다.
2 mg로 s사]xlet 추출이나 sco2 추출에 비해 낮은 회수율을 보였다. 또한 기존의 sohxlet 추출법에 비해 SCO₂ 추출 시 짧은 시간에서도 높은 추출율을 보였다.
Table 1과 같다. 본 실험에서 사용한 고추냉이원료의 전체 AITC 함량을 알아보기 위해 극성, 비극성의 용매를 시료에 적용하여 충분히 추출한 결과 줄기 g당 8 mg의 AITC가 추출되었으며, Chloroform, ether, ethanol을 단독으로 용매로 하여 sohxlet 추출하였을 경우 고추냉이 줄기 g 당 각각 7.8, 7.8, 6.2 mg의 ATTC가 회수되었다. 반면 Dichloromethane 침지 추출의 경우 6.
그러나 초임계 유체 추출법은 용매의 확산계수가 높고, 점도가 낮기 때문에 보다 빠른 추출과 상 분리가 가능하며, 온도와 압력을 약간 조절함으로써 용제 회수를 빠르고 간단하게 할 수 있다는 장점이 있다(13). 본 실험의 결과에서도 110분경에 AITC 추출 최대 수율을 나타내었고, 추출율 또한 시료 50 g으로 계산하였을 때 잎에서는 0.8%로 가장 높은 AITC 추출량을 나타내었고, 줄기는 0.7%, 뿌리 또한 0.4%로 높은 추출량을 보여 고추냉이로부터 AITC추출 시 SC₆를 이용하면 높은 수율을 얻을 수 있는 동시에 시간이 절약되어 효과적인 추출 방법이라고 할 수 있다.
목적으로 하였다. 연구에서 semi-continuous flow 추출장치를 이용해 AITC를 추출한 결과 기존의 에테르나 에탄올 등 유기용매와 비교 시 7.9 AITC (mg)/sample (g)가 추출되어 비슷한 추출율을 보였으며 이는 기존의 유기용매 추출 시 문제가 되는 용매회수와 잔존유기용매에 의한 독성 문제 등을 해결할 수 있는 추출법으로써 SCO?추출이 효과적임을 알 수 있다. 또한 AITC의 SCO₂ 추출 시 잎과 줄기에서는 40°C, 80 bar의 조건에서 가장 많은 량이 추출되었으며, 뿌리에서는 40°C, 120 bar에서 가장 많은 추출량을 나타내었다.
잎의 추출시간이 약 110분 경과하였을 때 용매에 대한 최고 추출 수율을 나타내었으며, 줄기와 뿌리의 경우 추출 시간 110분이 경과될 때까지 지속적으로 증가하였다';
표에서 보듯이 ITCs 중 AITC가 고추냉이 각 부위에서 가장 높은 비율을 나타내었으며 이는 고추냉이의 휘발성 정유 성분 중 ATTC가 약 80%를 차지한다는 보고와 일치하는 결과이다(19, 20). 또한 고추냉이의 휘발성 정유 성분 중 가장 높은 비율을 차지하는 AITC의 각 부위별 함량을 살펴보면 뿌리에서 61.

후속연구

SCO₂를 이용해 고추냉이로부터 AITC를 추출할 경우 기존의 방법인 Chloroform이나 ether를 용매로 하는 유기용매추출법에 비해 짧은 시간에 비슷한 회수율을 나타내어 인체에 유해한 독성유기용매를 이용하지 않고도 안전하게 AITC를 효율적으로 추출할 수 있을 것으로 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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