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추출방법에 따른 섬백리향의 휘발성 향기성분 비교
Comparison of Volatile Compounds from Thymus Magnus Nakai by Three Different Extraction Methods 원문보기

大韓化粧品學會誌 = Journal of the society of cosmetic scientists of Korea, v.40 no.2, 2014년, pp.171 - 178  

이사은 (한불화장품(주) 기술연구원 화장품연구소) ,  김성문 (강원대학교 바이오자원환경학과) ,  임원철 (한불화장품(주) 기술연구원 화장품연구소) ,  강기춘 (한불화장품(주) 기술연구원 화장품연구소) ,  표형배 (한불화장품(주) 기술연구원 화장품연구소)

초록
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본 연구에서는 각 추출방법에 따른 섬백리향(Thymus magnus Nakai)의 향기 성분들을 분석하여, 이를 토대로 본연의 향에 아주 가까우면서 맡기에 좋은 향으로 재현하고자 초임계유체추출법, 혼합 증류법, 동시증류추출법으로 정유를 추출한 후 gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)로 휘발성 향기성분을 분석하였다. 그 결과 먼저 초임계유체추출법의 $40^{\circ}C$ - 400 bar 조건에서 추출한 정유 성분 중 linalool (0.1%), trans-sabinene hydrate (0.9%)가 다른 조건에서 추출한 정유성분과 비교하였을 때 상대적으로 더 많이 함유되어 있었으며, $50^{\circ}C$ - 400 bar 조건에서는 borneol (3.82%), terpinen-4-ol (0.3%), caryophyllene oxide (2.2%), $50^{\circ}C$- 300 bar 조건에서는 ${\beta}$-bisabolene (5.88%), 1-octen-3 -ol (0.31%), caryophyllene (2.91%), p-cymene (2.04%), ${\gamma}$-terpinene (0.52%), $50^{\circ}C$ - 200 bar 조건에서는 thymol (77.63%), carvacrol (5.65%)이 상대적으로 더 많이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 혼합 증류법으로 추출한 정유 성분 중에는 ${\alpha}$-bisabolol (0.17%), caryophyllene (6.46%), cis-${\alpha}$-bisabolene (1.52%), ${\beta}$-bisabolene (20.65%)이 초임계유체추출법으로 추출한 정유 성분 보다 상대적으로 더 많이 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 동시 증류추출법을 통해서는 정유를 얻지 못하였다. 이 같은 연구 결과는 각각의 추출법을 통해서 확인된 향기 성분들을 모두 취합하여 섬백리향 본연의 향에 좀 더 가깝도록 세밀하게 재현하는데 있어 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 보인다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

The purpose of this study was to analyse the volatile components of Thymus magnus Nakai extracted by different extraction methods and reproduce scent close to original plant based on the results. For this purpose, the essential oil of T. magnus was extracted by supercritical fluid extraction (SFE), ...

주제어

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제안 방법

  • Likens & Nickerson type의 동시증류추출장치를 이용하여 섬백리향 정유를 추출하였다.
  • 초임계유체추출법은 온도와 압력의 변화에 따라 정유의 성상은 물론 조성 성분 및 수율에도 영향을 미친다. 따라서 정유를 추출하기 위한 최적의 조건을 찾기 위해 온도와 압력 조건을 40 ℃ - 400 bar로 하여 실험한 후 다시 온도 조건을 50 ℃로 고정시키고 압력은 200, 300, 400 bar로 설정, 추출시간은 설정된 임계조건에 도달한 시간부터 1 h 동안 정유를 추출하였다. 초임계유체추출기(SC-CO2 extraction system, Ilshin Autoclave Co.
  • 그렇기 때문에 실제 천연 향료를 사용하는 방법보다는 자연계(식물의 잎, 뿌리, 줄기, 꽃, 열매 등)에 존재하는 단일 화합물을 가지고 조합한 향을 사용하는 방법이 모색된다. 본 연구에서는 추출방법에 따른 섬백리향 정유의 향기성분을 비교하기 위해 40℃ - 400 bar, 50 ℃ - 400 bar, 300 bar, 200 bar 조건의 초임계추출법과 혼합 증류법으로 정유를 추출한 후 GC-MS로 성분 분석하였다. 그 결과 각각의 추출조건 및 추출방법에 따라 섬백리향 정유에 함유되어 있는 향기 성분의 조성이 상이하였으며, 한 가지 추출법만으로는 확인되지 않는 향기성분들을 좀 더 다양하게 확인할 수 있었다.
  • 섬백리향 정유를 20 mL vial에 넣고 silicone liner(Supelco, Bellefonte, PA, USA)으로 밀봉한 후 vial 내에 포집되어 있는 향기성분을 75 ℃에서 15 min 간 polydimethylsiloxane/divinylbenzene (PDMS/DVB) fiber에 흡착시킨 후 gas chromatography-mass spectrometry(GC-MS)로 분석하였으며, 분석조건은 Table 1과 같다.
  • 그러나 천연 향은 조합된 인공 향만큼 맡기 좋게 느끼기 어려울 뿐더러 향 원료의 품질에 따라 가격도 천차만별이기 때문에 화장품용 향으로 활용하는데 제한이 따를 수밖에 없다. 이에 본 연구에서는 각 추출방법에 따른 섬백리향의 향기 성분들을 토대로 본연의 향에 아주 가까우면서 맡기에 좋은 향으로 재현하고자 초임계유체추출법, 혼합 증류법, 동시증류추출법으로 정유를 추출한 후 추출방법에 따른 수율(yield) 및 휘발성 향기성분의 조성을 비교분석하였다.
  • 그리고 낮은 압력 상태로 분리조(separator) 내에 유입되어 용제와 용매를 분리시킴으로써 섬백리향의 휘발성 향기성분은 정유상태로 분리조(separator)에 저장되고, 분리조(separator)로 이동 중 기체상태가 된 이산화탄소는 다시 제어 밸브를 지나 냉각됨으로써 저장조(reservoir)에 유입된다. 이와 같은 공정을 반복하여 추출한 정유에 미량 섞여있을 수 있는 수분을 diethyl ether (DAEJUNG, Korea)를 소량 사용해 sodium sulfate (DAEJUNG, Korea)로 탈수시킨 후, N2 gas 및 회전식 감압 농축기(EYELA, Tokyo Rikakikai Co., LTD, Tokyo)를 이용해 diethyl ether를 제거함으로써 순수한 정유만을 얻었다.

대상 데이터

  • 본 실험에 사용된 식물시료 섬백리향은 강원도 양양군 현북면 중광정리 36번지 섬백리향 군락지에서 2013년 6월 2회에 걸쳐 지상부(꽃, 잎, 줄기)를 채취하였다. 채집된 섬백리향은 흙 등의 오염물을 수세하여 실험실로 운반되었으며 5일 동안 자연건조 시킨 후 정유 추출에 사용하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
추출용매로서 이산화탄소가 가지는 장점은 무엇인가? 초임계추출 공정은 액상과 기상이 구분되지 않는 임계점보다 높은 영역에서 정유를 추출하는 방법으로 비휘발성이고 40 ~ 60 ℃의 낮은 온도에서 사용하기 때문에 열에 불안정한 유기화합물을 분리하여 회수할 수 있으며, 압력과 온도 조절에 의한 초임계 유체의 밀도 조절에 의하여 용해력을 조절해 특정한 성분을 선택적으로 추출할 수 있다. 또한 여기에 사용되는 추출용매는 주로 이산화탄소로서 불연성 및 무독성이며 임계온도가 상온에 가깝고, 대기압에서 기체 상태이므로 추출 후의 잔류물과 추출용매의 회수가 비교적 용이하다. 따라서 높은 효율이 요구되는 고가성분의 회수 및 식품이나 의약품, 향료공정에 주로 이용된다[18,19].
초임계추출 공정은 무엇인가? 이와 같은 단점을 보완하기 위해 사용되는 방법이 초임계추출공정이다. 초임계추출 공정은 액상과 기상이 구분되지 않는 임계점보다 높은 영역에서 정유를 추출하는 방법으로 비휘발성이고 40 ~ 60 ℃의 낮은 온도에서 사용하기 때문에 열에 불안정한 유기화합물을 분리하여 회수할 수 있으며, 압력과 온도 조절에 의한 초임계 유체의 밀도 조절에 의하여 용해력을 조절해 특정한 성분을 선택적으로 추출할 수 있다. 또한 여기에 사용되는 추출용매는 주로 이산화탄소로서 불연성 및 무독성이며 임계온도가 상온에 가깝고, 대기압에서 기체 상태이므로 추출 후의 잔류물과 추출용매의 회수가 비교적 용이하다.
초임계추출공정은 기존 정유 추출을 위한 방법의 어떤 단점을 보완하기 위해 사용되는가? 방향성 화합물과 관련된 연구로는 국내 산지별 백리향의 휘발성 향기성분에 관한 연구결과가 있으며[12] 동시증류추출법을 통한 백리향과 섬백리향의 정유성분 조성비교, 고상미량추출법과 동시증류추출법에 의한 꿀풀과 약초의 향기성분 비교[13], 주요 허브의 고품질 정유생산을 위해 초임계추출법과 동시증류추출법에 의한 정유함량을 비교한 연구들이 수행되었다[14]. 이와 관련하여 정유를 추출하는 방법으로 동시증류추출 장치에 추출용매를 이용하는 방법이 많이 이용되고 있으나 특정성분의 선택성이 떨어지며, 높은 온도를 장시간 사용함으로 유용성분의 변성 및 파괴의 단점이 지적되고 있다[15,16]. 또한 용매를 사용함으로 용매를 정제해야 하는 절차가 까다롭고 잔존 용매의 처리도 문제로 지적되며 용매에 정유의 유용성분이 잔존할 가능성이 높다[17]. 이와 같은 단점을 보완하기 위해 사용되는 방법이 초임계추출공정이다.
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참고문헌 (19)

  1. D. Brown, Encyclopedia of Herbs & Their uses, 212, Dorling Kindersley, New York (1995). 

  2. S. M. Kim and K. D. Suk, Anti-nociceptive, anti-inflammatory, mental effects of essential oil from Thymus magnus, Yakhak Hoeji, 51(6), 508 (2007). 

  3. Y. J. Kwon, J. E. Noh, J. E. Lee, S. H. Lee, Y. H. Choi, and J. H. Kwon, Prediction of optimal extraction conditions in microwave-assisted process for antioxidant-related components from Thymus quinquecostatus, Korean J. Food Preser., 12(4), 344 (2005). 

  4. J. C. Lee, Y. H. Kim, and Y. H. Choi, Essential oils of Thymus quinquecostatus Celakov and Thymus magnus Nakai, Korean J. Medicinal Crop Sci., 2(3), 234 (1994). 

  5. A. Chevallier, Herbal remedies hand book, 86, A Dorling Kindersley Book, London (2001). 

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  7. K. N. Miura and Nakatani, Antioeidative activity of flavonoids from thyme (Thymus bulgaris L.), Agric. Biol. Chem., 53, 3043 (1989). 

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  9. N. Deighton, S. M. Glidewell, S. G. Deans, and B. A. Goodman, Identification by EPR spectroscopy of carvacrol and thymol as the major sources of free-radicals in the oxidation of plant essential oils, J. Sci. Food Agric., 63(2), 221 (1993). 

  10. S. W. Shin and J. H. Kim, Antifungal activities of essential oils from Thymus quinquecostatus and T. magnus, Planta Med., 70(1), 1090 (2004). 

  11. S. W. Shin and J. H. Kim, In vitro inhibitory activities of essential oils from two korean Thymus species against antibiotic-resistant pathogens, Arch. Pharm. Res., 28(8), 897 (2005). 

  12. M. H. Chiang, K. W. Lee, and J. A. Baik, Volatile aroma compounds of several domestic Thymus quinquecostatus by thermal desorption gas chromatograph mass spectrometer, J. Bio- Environment Control, 20(1), 14 (2011). 

  13. Y. E. Song, C. S. Ku, S. P. Mun, J. S. Ryu, D. H. Kim, J. S. Choi, and Y. G. Choi, Volatile aroma compounds and their characteristics of labiatae by solid-phase microextraction (SPME), Korean J. Medicinal Crop Sci., 10(2), 120 (2002). 

  14. I. Y. Choi, Y. J. Song, D. C. Choi, and W. H. Lee, A comparative study for obtaining maximum essential oil from six herbs on the basis of harvesting time, cultivation regions & type, and drying methods, Korean J. Hort. Sci. Technol., 28(3), 492 (2010). 

  15. H. S. Lee, H. C. Mun, J. H. Park, D. H. Kim, J. E. Yoo, Y. S. Park, L. H. Ryu, K. P. Choi, and H. Y. Lee, Comparison of biological activities of essential oils from Foeniculum vulgare Mill, Boswellia carteii Birew and Juniperus rigida Sieb. by a supercritical fluid extraction system, Korean J. Medicinal Crop Sci., 11(2), 115 (2003). 

  16. H. W. Shin, M. K. Chun, and H. Lee, Extraction of taxol and baccatin III from needles of Taxus Cuspidata by using supercritical carbon dioxide with cosolvents, Korean J. Biotechnol. Bioeng., 11(1), 100 (1996). 

  17. Y. H. Choi, J. Kim, Y. C. Kim, and K. P. Yoo, Selective extraction of ephedrine from Ephedra sinica using mixtures of $CO_2$ , diethylamine, and methanol, Chromatographia, 50(11-12), 673 (1999). 

  18. H. S. Kim, B. Y. Kim, and G. B. Lim, Extraction of triterpenoid saponin (glycyrrhizin) from liquorice by co-solvent modified supercritical carbon dioxide, Korean J. Food Sci. Technol., 34(6), 1057 (2002). 

  19. M. S. Jeong, Physicochemical characteristics of sancho (Zanthoxylum schinifolium) seeds oil extracts from supercritical fluid extraction technology, Master's Thesis Dissertation, Gyeongnam National Univ. of Science and Technology, Jinju, Korea (2013). 

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