죽초액은 대나무 숯 제조시 발생하는 강한 산성을 가진 부산물로 80-90%의 수분과 200 종 이상의 유기화합물로 구성되어 있으며, 일반적으로 토양 질 개선, 식물 생육 조절, 아토피 피부염 개선 및 항균효과 등 피부관련 질환에 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 담양군에서 제조한 죽초액 휘발성성분을 direct analysis (DA)법, head space solid phase microextraction (HS-SPME)법, stir bar sorptive extraction (SBSE)법을 이용하여 GC/MS로 분리하고 동정하였다. 위 세 가지 방법을 이용하여 103 종의 화합물을 검출하였으며, HS-SPME와 SBSE방법에서 페놀류 화합물의 선택적 분석이 가능하였다. 죽초액의 주요한 화합물은 유효한 생리활성 물질로 알려진 cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol, syringol이 분석되었다.
죽초액은 대나무 숯 제조시 발생하는 강한 산성을 가진 부산물로 80-90%의 수분과 200 종 이상의 유기화합물로 구성되어 있으며, 일반적으로 토양 질 개선, 식물 생육 조절, 아토피 피부염 개선 및 항균효과 등 피부관련 질환에 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 담양군에서 제조한 죽초액 휘발성성분을 direct analysis (DA)법, head space solid phase microextraction (HS-SPME)법, stir bar sorptive extraction (SBSE)법을 이용하여 GC/MS로 분리하고 동정하였다. 위 세 가지 방법을 이용하여 103 종의 화합물을 검출하였으며, HS-SPME와 SBSE방법에서 페놀류 화합물의 선택적 분석이 가능하였다. 죽초액의 주요한 화합물은 유효한 생리활성 물질로 알려진 cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol, syringol이 분석되었다.
Pyroligneous liquor as a byproduct from charcoal production of bamboo sprout produced damyang-gun has the broad benefits such as improvement of soil quality, plant growth control and is mainly used for the treatment of atopic dermatitis, fungi and many other skin diseases. In this study, flavor comp...
Pyroligneous liquor as a byproduct from charcoal production of bamboo sprout produced damyang-gun has the broad benefits such as improvement of soil quality, plant growth control and is mainly used for the treatment of atopic dermatitis, fungi and many other skin diseases. In this study, flavor compounds of pyroligneous liquor from bamboo sprout produced in Damyang-gun were analyzed and compared using three different methods including direct analysis (DA), headspace solid phase microextraction (HS-SPME) and stir bar sorptive extraction (SBSE). Simultaneously, the analytical conditions of GC-MS for the determination of volatile compounds were optimized. Based on volatile organic compounds detected by GC-MS, SBSE and SPME methods showed higher sensitivity than direct analysis. Major compounds of pyroligneous liquor were cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol and syringol. These phenolic compounds are reported as the useful chemicals with medicinal activity.
Pyroligneous liquor as a byproduct from charcoal production of bamboo sprout produced damyang-gun has the broad benefits such as improvement of soil quality, plant growth control and is mainly used for the treatment of atopic dermatitis, fungi and many other skin diseases. In this study, flavor compounds of pyroligneous liquor from bamboo sprout produced in Damyang-gun were analyzed and compared using three different methods including direct analysis (DA), headspace solid phase microextraction (HS-SPME) and stir bar sorptive extraction (SBSE). Simultaneously, the analytical conditions of GC-MS for the determination of volatile compounds were optimized. Based on volatile organic compounds detected by GC-MS, SBSE and SPME methods showed higher sensitivity than direct analysis. Major compounds of pyroligneous liquor were cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol and syringol. These phenolic compounds are reported as the useful chemicals with medicinal activity.
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문제 정의
11,12 액체시료인 죽초액의 휘발성 성분을 분석하는 방법으로 극성이 비교적 낮은 HP-SPME를 사용하는 방법13,14과 PDMS가 도포되어 있는 SBSE를 사용할 경우 비교적 효율적으로 휘발성 향기성분을 추출할 수 있다.15,16 따라서 본 연구에서는 죽초액의 휘발성성분을 직접 분석한 경우(DA), HP-SPME로 분석한 경우 및 SBSE로 분석한 경우를 비교하여 죽초액 중의 휘발성성분을 가장 효율적으로 분석할 수 있는 방법을 확립하고자 하였다.
죽초액의 유효한 기능적인 성질에도 불구하고 현재 국내에서는 농약과 살충제, 퇴비 역할로서 사용이 국한되어 왔다. 본 연구에서는 국내 대나무 자원을 이용한 죽초액 중의 향기성분을 다양한 전처리 방법으로 분석하여 죽초액의 기능성 성분 기초 연구 및 이를 이용한 제품개발에 대한 기초자료를 제시하고자 하였다.
제안 방법
DA법, SPME법 및 SBSE법을 이용하여 죽초액의 휘발성성분을 분석하는 방법을 확립하여, 103 종의 화합물을 확인하였다. 전처리 방법에 따라 검출되는 화합물에는 차이가 있으며 HS-SPME, SBSE 방법에서 분리가 더 잘 이루어지는 것을 볼 수 있다.
MS transfer line, ion source 온도는 각각 230 °C,150 °C로 유지하였으며 70 eV의 electron energy로 full scan mode에서 35-350 m/z 질량 분석 범위로 분석을 진행하였다.
TDU 온도 program은 초기온도 40 °C에서 0.2 min 정치한후 600 °C/min 속도로 260 °C까지 승온하여 2 min 정치하며 magnetic stir bar에 흡착된 향기성분을 탈착한후 TDU 온도를 40 °C로 내렸다.
그 후 CIS온도 program을 초기온도 20 °C에서 0.2 min 정치한 후 12 °C/min 속도로 250 °C까지 승온하여 GC 주입구에 주입하였다.
MS transfer line, ion source 온도는 각각 230 °C,150 °C로 유지하였으며 70 eV의 electron energy로 full scan mode에서 35-350 m/z 질량 분석 범위로 분석을 진행하였다. 죽초액 향기성분의 확인동정은 각 성분 표준물질의 mass spectrum과 Wiley 275 mass spectral database (Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA), 참고 문헌으로 비교 확인하였다.
죽초액의 향기성분 분석은 polydimethylsiloxane (PDMS) fiber (50/30 µm DVB/CAR/PDMS)를 사용하였으며 fiber는 240 °C에서 건조시켜 불순물을 제거한 후 사용하였다.
죽초액의 휘발성 향기 성분 분석을 위한 분석방법의 최적화 및 정량, 정성 분석은 Agilent 7890 GC system/Agilent MD 5973 quadruple mass spectrometer (Agilent Technologies, Middleburg, OH, USA)를 사용하였다. 각 성분의 분리를 위한 GC column은 HP-5MS (5%-Phenyl-methylpolysiloxane, 30 m in length, 0.
증류수에 20 배 희석한 죽초액 1 µL를 GC/MS 주입구에 주입하여 분석하였다.
흡착이 완료된 SPME fiber는 즉시 GC/MS 주입구에 꽂아 240 °C에서 1 분간 열 탈착하여 분석하였다.
대상 데이터
Carrier gas로는 helium (99.999%)을 사용하여 1 mL/min의 유속을 유지하였으며 주입구 온도는 240 °C에서 10:1의 split mode를 사용하였다.
HS-SPME를 위한 SPME holder 및 코팅 fiber는 Supelco (Bellefonte, PA, USA)제품을 사용하였다. 죽초액의 향기성분 분석은 polydimethylsiloxane (PDMS) fiber (50/30 µm DVB/CAR/PDMS)를 사용하였으며 fiber는 240 °C에서 건조시켜 불순물을 제거한 후 사용하였다.
SBSE를 위한 magnetic stir bar는 Gerstel (Mullheim a/d Ruhr, Germany) 제품을 사용하였다. Sample을 추출하기 전 magnetic stir bar (PDMS, 0.
본 연구에서 사용한 죽초액 시료는 담양군에서 제공받아 4 °C에서 냉장 보관하여 사용하였다.
성능/효과
죽초액의 주요한 화합물인 cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol, syringol은 공통적으로 함유되어 있으며 direct analysis에서는 살충 활성을 나타내는 것으로 알려진 acetic acid가 대략 40%로 주 구성성분으로 분석되었다.17 반면 DA방법보다 더 많은 화합물이 검출된 HP-SPME, SBSE방법에서는 상대적 백분율에 기인하여 acetic acid의 함량이 적게 나온 것을 보여주며 HS-SPME, SBSE 방법을 이용한 분석에서는 구성성분의 80%이상이 phenolic compounds로 검출되는 것을 확인하였다. 이는 HS-SPME 와 SBSE를 이용하여 추출 하였을때 phenolic compounds의 선택적 흡착이 가능한 것을 보여준다.
1(a)는 DA방법으로 죽초액의 휘발성성분을 분석한 total ion chromatogram (TIC)을 나타내었다. DA 방법으로 죽초액을 분석한 경우는 phenol, 2-methyl phenol, cresol 등 phenol류 15 종이 분리되었고 가장 많은 성분으로는 phenol과 syringol이 각각 7.98%와 6.70%를 차지하였다. Ester의 경우 guaiacylacetate가 함유되어 있었고 ketone류는 1-hydroxy-2-butanone, butylrolactone 등 7 종류가 검출되었다.
죽초액에 함유되어 있는 휘발성 향기성분은 크게 phenol류, ester류, ketone류, aldehyde류로 분류되며 그 외에 alcohol류, pyrazine류, acid류, furan류의 물질이미량 포함되어 있다. Direct analysis 방법에서 42 종, SBSE 방법에서 69 종, HS-SPME 방법에서 72 종의 화합물이 검출되었다. 죽초액의 주요한 화합물인 cresol, guaiacol, p-ethyl guaiacol, syringol은 공통적으로 함유되어 있으며 direct analysis에서는 살충 활성을 나타내는 것으로 알려진 acetic acid가 대략 40%로 주 구성성분으로 분석되었다.
HS-SPME법에 의한 죽초액의 휘발성성분 중 검출된 phenol류는 DA법에 분리된 성분과 매우 유사하였으나 DA법으로 검출되지 않은 성분으로는 2,6-xylenol과 m-ethyl phenol, 3-methyl guaiacol, methyl syringol, eugenol 등이 있었고 총 37종이 검출되었다. SPME법으로 검출된 phenol성분 중 많은 함량을 차지하는 성분으로는 p-ethyl phenol, p-ethyl guaiacol, o-guaicol, syringol, phenol 등으로 각각 10.
SBSE법에 의한 죽초액의 휘발성성분 중 검출된 phenol류는 총 26 종이었고 p-ethyl guaiacol, o-guaiacol, p-ethyl phenol, 2-methoxy-p-cresol등이 각각 13.17%, 11.50%, 10.57%, 8.12%로 많은 양을 차지하였다. Ketone류의 경우 2,3-pentadione, 2-methyl-2-cyclopentanone, 1-indanone 등 총 16 종이 검출되어 DA법이나 SPME법에 비하여 비교적 많은 성분의 ketone류가 검출되었다.
HS-SPME법에 의한 죽초액의 휘발성성분 중 검출된 phenol류는 DA법에 분리된 성분과 매우 유사하였으나 DA법으로 검출되지 않은 성분으로는 2,6-xylenol과 m-ethyl phenol, 3-methyl guaiacol, methyl syringol, eugenol 등이 있었고 총 37종이 검출되었다. SPME법으로 검출된 phenol성분 중 많은 함량을 차지하는 성분으로는 p-ethyl phenol, p-ethyl guaiacol, o-guaicol, syringol, phenol 등으로 각각 10.76%, 9.13%, 7.62%, 7.38% 및 7.03%가, ester성분으로는 methyl acetate, methyl-2-furoate등 8 종이 검출되었고 그 함량은 다른 성분들에 비하여 비교적 낮았다. Ketone의 경우 DA법과 비교하여 더 많은 성분이 검출되어 12 종이 검출되었으나 그 함량은 비교적 적었다.
분석결과 얻어진 compounds의 측정값은 피크면적으로부터 얻은 상대적인 면적 백분율(normalized peak area, %)로 나타내었다.
DA법, SPME법 및 SBSE법을 이용하여 죽초액의 휘발성성분을 분석하는 방법을 확립하여, 103 종의 화합물을 확인하였다. 전처리 방법에 따라 검출되는 화합물에는 차이가 있으며 HS-SPME, SBSE 방법에서 분리가 더 잘 이루어지는 것을 볼 수 있다. 죽초액의 휘발성성분을 분석하는 것은 죽초액을 여러 방면으로 활용하는 데 있어 중요한 의미를 갖는다.
후속연구
22 일반적으로 타르성분이 높을수록 유효성분이 차지하는 비율이 낮아지며 죽초액의 품질이 저하된다. 따라서 본 연구에서 제시한 추출방법을 이용하면 죽초액의 기능성 성분을 탐색하는데 있어 광범위한 기초자료로 활용할 수 있을 뿐만 아니라 유해성분의 평가 활용방안으로 모색할 수 있을 것으로 사료된다.
죽초액의 휘발성성분을 분석하는 것은 죽초액을 여러 방면으로 활용하는 데 있어 중요한 의미를 갖는다. 따라서 새롭게 제시한 분석방법의 활용도가 클 것으로 보이며 또한 유효한 생리활성 화합물의 발견과 연구방향을 제시에 기여할 것으로 예상된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
죽초액이란?
죽초액은 대나무 숯 제조시 발생하는 강한 산성을 가진 부산물로 80-90%의 수분과 200 종 이상의 유기화합물로 구성되어 있으며, 일반적으로 토양 질 개선, 식물 생육 조절, 아토피 피부염 개선 및 항균효과 등 피부관련 질환에 널리 활용되고 있다. 본 연구에서는 담양군에서 제조한 죽초액 휘발성성분을 direct analysis (DA)법, head space solid phase microextraction (HS-SPME)법, stir bar sorptive extraction (SBSE)법을 이용하여 GC/MS로 분리하고 동정하였다.
대나무의 장점은?
대나무는 오래 전부터 천연약재로 사용되어 왔으며, 혈중 콜레스테롤 및 지질 조절과 항산화 효과 등 여러 장점들 때문에 대체 작물로서 주목을 받아왔다. 우리나라에 분포하고 있는 대나무는 전라남도 담양지방에 60%이상이 집중 분포되어 있고 그밖에 경남, 충남, 강원도 등에 산재되어 있으며 그 종류가 약 50 종에 달하는 것으로 보고되고 있다.
죽초액의 휘발성성분을 분석하는 방법으로는 어떤 것이 적절한가?
죽초액의 휘발성성분을 분석하는 방법으로 dynamic headspace sampling 방법은 죽초액 속에 함유된 수분에 의한 방해로 적절하지 않다.11,12 액체시료인 죽초액의 휘발성 성분을 분석하는 방법으로 극성이 비교적 낮은 HP-SPME를 사용하는 방법13,14과 PDMS가 도포되어 있는 SBSE를 사용할 경우 비교적 효율적으로 휘발성 향기성분을 추출할 수 있다.15,16 따라서 본 연구에서는 죽초액의 휘발성성분을 직접 분석한 경우(DA), HP-SPME로 분석한 경우 및 SBSE로 분석한 경우를 비교하여 죽초액 중의 휘발성성분을 가장 효율적으로 분석할 수 있는 방법을 확립하고자 하였다.
참고문헌 (22)
M. Yoo and H. Chung, Korea J. Food Nutr., 12, 575-581 (1999).
Y. kimura, S. Suto and M. Tatsuka, Biol. Pharm. Bull., 25, 1026-1029 (2002).
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