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문제 정의
- 본 연구에서는 구강구취제거, 숙취해독 및 피로 회복 효과를 가지는 기능성 음료 제조에 사용되는 옻나무의 발효에 의한 알레르기 저감화 방법에 대한 연구의 일환으로 옻나무 수피와 발효 옻나무 수피의 휘발성 유기성분을 비교 분석하여 주요 휘발성 유기성분의 발효 과정 중 변화를 확인하여 구취 개선 생리활성 성분 전구물질에 대한 연구의 기초자료로써 활용하고시 하였다.
제안 방법
- GC/MS 에 의해 total ionization chromatogram(TIC) 에 분리된 각 peak 의 성분분석은 mass spectrum library (WILEY 139, NIST 62와 NIST 12)와 mass spectral data bosk의 spectnun(15, 16)과의 일치 및 GC-FID 분석에 의한 retention index와 문헌상의 retention index(17, 18)와의 일치 그리고 표준물질의 분석 결과를 비교하여 확인하였다.
- , Kyoto, Japan)을 사용하였으며 시료의 ion 화는 electron impact ionization(EI)방법으로 행하였다. GC7MS 분석조건은 ionization voltage를 70 eV로 하였고, iigector와 ion soume의 온도는 250℃, 230℃로 설정 하였다. 온도 프로그램은 40℃에서 3분간 유지한 다음 2℃/min 의 속도로 15 0℃까지 다시 4℃/min의 속도로 2001까지 상승시킨 후 10 분간 유지하도록 하였다.
- 이때 휘발성 유기성분의 추출용매는 재증류한 n-pentame과 diethylether 혼합용매(1:1, v/v) 200 mL를 사용하였으며 정 량분석을 위해 n-butylbenzene 1 mg을 내부표준물질로서 준비된 시료에 직접 첨가하였다. SDE 방법으로 추출된 추출용매에 무수 NazSQj를 첨가하여 하룻밤 동안 방치하여 수분을 제거하였고, 추출된 휘 발성 유기성분의 유기용매 분획분은 Vigreux column(Normschliff Geratebau, Germany) 을 사용하여 약 2 mL까지 농축하고 GC용 /MS에 옮긴 후 질소가스 기류 하에서 약 0.5 mL 까지 농축하여 G0MS의 분석시료로 하였다.
- 방치하여 자연발효 시켰다. 건조된 옻나무 수피의 수분함량(15%)을 고려하여 최종 발효 시 발효액의 용출을 최소로 하였다. 발효된 옻나무 수피를 깨끗이 세척한 포장용지에 넣어 진긍 포장하였으며, 4℃ 저온냉장고에 저장 보관하면서 실험에 사용하였다.
- 정 량을 위하여 유기성분 추출 시 내부 표준물질로 첨가된 n-butylbenzene과 동정 된 유기성 분의 peak area을 이용하여 시료 1 kg에 함유된 휘발성 유기성분을 상대적으로 정량하였다.
- 증류수로 깨끗이 수세한 후 건조시킨 옻나무 수피 3 kg을 동일한 조건으로 세척한 옹기에 원재료와 증류수에 희석시킨 50% 설탕용안(1:1, w/v) 20 L를 혼합하여 실온에서 1년 동안 방치하여 자연발효 시켰다. 건조된 옻나무 수피의 수분함량(15%)을 고려하여 최종 발효 시 발효액의 용출을 최소로 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용한 옻나무(Rhus vemiciflua Stokes) 수피는 2005년 8월에 광주인근 야산에서 채취한 옻나무의 나무줄기 윗부분인 우죽에서 박피하여 건조하였으며, 발효 옻나무 수피는 옹기를 이용하여 박피한 옻나무 수피를 50% 설 탕(Samyang Genex Corp, Korea)용액으로 담근 후 밀봉하여 1년 이상 발효한 것을 실험재료로 사용하였다.
이론/모형
- SDE 방법으로 추출, 농축된 휘발성 유기성분을 GC/MS 에 의하여 분석하였고, 휘발성 유기성분의 질량분석에 사용한 GC/MS 분석기기는 Shimadzu GC/MS QP-5000 (Shimadzu Co., Kyoto, Japan)을 사용하였으며 시료의 ion 화는 electron impact ionization(EI)방법으로 행하였다. GC7MS 분석조건은 ionization voltage를 70 eV로 하였고, iigector와 ion soume의 온도는 250℃, 230℃로 설정 하였다.
- 휘 발성 유기성분의 추출은 Schultz 등(13)의 방법에 따라 개 량된 연속수증기 증류추출장치 (Likens & Nikerson type simultaneous steam distillation and extraction apparatus, SDE)(14)로 상압에서 2시간 동안 추출하였다. 이때 휘발성 유기성분의 추출용매는 재증류한 n-pentame과 diethylether 혼합용매(1:1, v/v) 200 mL를 사용하였으며 정 량분석을 위해 n-butylbenzene 1 mg을 내부표준물질로서 준비된 시료에 직접 첨가하였다.
성능/효과
- 2- Methyl-3-buten-2-ol 은 옻나무 휘발성 유기성분의 11.98%를 차지하는 제1의 주요 화합물로 확인되었다. Isopentenol 이라고도 하는 이 화합물은 oily-herbaceous 한 특징으로 lavender에서 그 예를 찾을 수 있으며(22), 또한 과실류인 포도 (Black olympia)에서 미 량 확인 되었다(23).
- l-Octen-3-ole 옻나무 수피에서 전체 함량의 9.95%(2.22 ㎎/㎏)를 차지하는 주요 화합물로 확인되었다. 이 화합물은 버섯 특히, 송이의 주요 휘발성 유기성분으로 보고되었다.
- 각 시료에서 분석된 휘발성 유기성분의 총량은 옻나무 수피와 발효 옻나무 수피에서 각각 22.31, 991.05 ㎎/㎏이었으며, 관능기별 함량은 옻나무 수피에서 alehyde류 8.76, alcohol류 8.12, ester류 0.98, hydrocarbon류 1.49, ketone류 2.45 그리고 기타 0.51 ㎎/㎏ 등으로 확인되었고, 발효 옻나무 수피에서는 aldehyde류 1.23, alcohol류 744.84, acid류 0.93, ester류 234.91, ketone류 119.57 그리고 기타 2.42 ㎎/㎏이었다. 발효에 의한 여러 고분자량의 화합물들이 alcoholysis와 esterification 등의 과정을 거쳐서 ethanol과 ester류 등과 같은 화합물로 변화된 것에 기인하여 주요휘발성 유기성분의 관능기별 특성은 alcohol류와 aldehyde 류에서 alcohol류와 estei류로 변화되는 것을 확인하였다.
- 결론적으로 발효 후 다량의 휘발성 유기성분을 회수할 수 있었으며, 발호 옻나무의 휘발성 유기성분 분획은 약 68.3%의 ethanol을 함유하는 자연소독제로 발효액의 살균력을 간접적으로 확인할 수 있었다. 그리고 청정용매로 사용되는 ethyl lactate를 상당량 함유하여 간이 친환경 용제로써도 활용 가능할 것으로 생각된다.
- 곷나무 수피와 발효 옻나무 수피의 휘발성 유기성분의 변화를 비교하면 옻나무 수피에서 주요 성분으로 분석되었던 2-methy-3-buten-2-ol, 3-methylbutanal, l-octen-3-ol, 3- methyl-2-butanone 및 peiitamal이 발효 옻나무 수피에서는 검출되지 않았고, ethyl lactate, 3-methylbutanol 및 2-methyl-l-propanol 이 새로운 주요 성분으로 검출되었다. 그리고 옻나무 수피에서의 함량이 각각 1.
- 않았고, ethyl lactate, 3-methylbutanol 및 2-methyl-l-propanol 이 새로운 주요 성분으로 검출되었다. 그리고 옻나무 수피에서의 함량이 각각 1.10, 0.82 ㎎/㎏ 이었던 ethanol이과 ethyl acetate의 함량이 86.15, 676.83 ㎎/㎏으로크게 증가하였다.
- 두 시료를 관능기별로 분류하여 볼 때, 분석된 성분들 중 옻나무 수피에서는 aldehyde류, alcohol류가 주요 화합물로, 발효 옻나무 수피에서는 alcohol류, ester류가 휘발성 유기성분의 조성에 기여하는 것으로 나타났다. 이러한 총량의 차이는 발효에 의한 여러 고분자량의 화합물 들이 alcoholysis와 esterification 그리고 methylation등의 과정 을거쳐서 ethanol과 ester류 등과 같은 화합물로 변화 되어 휘발성 유기성분의 증가를 가져온 결과로 보여진다.
- 18%를 차지하였으며, :3-methyl-2-butanone, pentanal, hexanal, ethanol도 옻나무 수피의 주요 휘발성 유기성분으로 확인되었다. 또한 항균 활성을 가지는 a-copaene, Q-famescm 와 같은 terpenoid 류도극미량 함유되어 있는 것으로 나타났다.
- 발효 옻나무 수피의 주요 휘발성 유기성분은 총 27종의 휘발성 유기성분을 확인하였으며, acid가 1종(0.12%), alcoh이류 11종(75.16%), aldehyde류 1종(0.09%), estei류 9 종(23.70%), ketone류 3종(0.65%) 및 기타 2종(0.27%)의 순으로 구성되었다. Alcoh이류와 ester류는 각각 75.
- 42 ㎎/㎏이었다. 발효에 의한 여러 고분자량의 화합물들이 alcoholysis와 esterification 등의 과정을 거쳐서 ethanol과 ester류 등과 같은 화합물로 변화된 것에 기인하여 주요휘발성 유기성분의 관능기별 특성은 alcohol류와 aldehyde 류에서 alcohol류와 estei류로 변화되는 것을 확인하였다.
- 이러한 결과는 녹차의 발효과정에서 발효시간이 증가할수록 3-methylbutanal의 함량이 증가한 것으로 보고(25)된 것과는 상이한 결과로, 이는 녹차의 발효와 본 실험에서의 발효 방법의 차이에 의한 결과로 사료된다. 옻나무 수피에서 1.10 ㎎/㎏밖에 함유되지 않았던 ethanol의 함량이 발효 옻나무 수피에서는 676.83 ㎎/㎏의로 함량이 크게 증가하였고, ester류는 전체 함량이 0.98 ㎎/㎏(4.40%)에서 234.91 ㎎/㎏(23.71%)로 증가하였다. 그러나 이들 화합물의 증가와는 달리 ethanol을 제외한 다른 alcohol류는 전체 함량이 31.
- 이러한 ethanole 큰 함량 변화는 당의 첨가에 의해 발생된 것으로 사료된다. 옻나무 수피에서 3-methylbutanal이 주요 화합물로 확인된 것과는 달리 발효 옻나무 수피에서는 3-methylbutanol이 상당량 확인되었으며, 이는 옻나무 수피에서 검출된 3-methylbutanal 이 ethanol의 생성과 유사한 과정의 결과에 의해 생성된 것으로 사료된다.
- 31%)이었으며, aldehyde류와 alcohol류가 휘발성 유기성분의 대부분을 차지하였다. 옻나무 수피에서 확인된 주요 휘발성 유기성분은 2-methyl-3-buten-2-ol(2.67 ㎎/㎏), 3-methylbutanal (2.51 ㎎/㎏), 1-octen- 3-ol(2.22 ㎎/㎏) 순으로 확인되 었으며 전체 휘발성 유기성분의 33.18%를 차지하였으며, :3-methyl-2-butanone, pentanal, hexanal, ethanol도 옻나무 수피의 주요 휘발성 유기성분으로 확인되었다. 또한 항균 활성을 가지는 a-copaene, Q-famescm 와 같은 terpenoid 류도극미량 함유되어 있는 것으로 나타났다.
- 1에 도식하였으며, 확인된 휘발성 유기성분의 조성과 함량은 Table 1에 나타내었고, 휘발성 유기성분의 관능기에 따른 상대적 농도는 Table 2에 나타내었다. 옻나무 수피의 휘발성 유기성분은 종 51종으로 alcohol류 12종(36.49%), aldehyde류 21종(39.20%), ester류 2종(4.40%), hydrocarbon 류 5종(7.41%), ketone류 6종(10.24%) 및 기타 5종(2.31%)이었으며, aldehyde류와 alcohol류가 휘발성 유기성분의 대부분을 차지하였다. 옻나무 수피에서 확인된 주요 휘발성 유기성분은 2-methyl-3-buten-2-ol(2.
후속연구
- 3%의 ethanol을 함유하는 자연소독제로 발효액의 살균력을 간접적으로 확인할 수 있었다. 그리고 청정용매로 사용되는 ethyl lactate를 상당량 함유하여 간이 친환경 용제로써도 활용 가능할 것으로 생각된다.
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