[논문]초임계추출의 천연물 시트러스계의 항산화효과와 향기성분 연구

임덕점; 전병수; 오대희

doi:10.12925/jkocs.2014.31.2.285

초임계추출의 천연물 시트러스계의 항산화효과와 향기성분 연구
On study antioxidant effect and aroma component of natural citrus by SC-$CO_2$ Extraction 원문보기

한국유화학회지 = Journal of oil & applied science, v.31 no.2, 2014년, pp.285 - 295

임덕점 (부경대학교 공업화학과) , 전병수 (부경대학교 식품공학과) , 오대희 (부경대학교 공업화학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Citrus essential oil were extracted from citron peel of cultivated in Gohong (CCP) using environmentally friendly supercritical carbon dioxide method. Antioxidant activity and aroma composition of the essential oils extracted by the SC-$CO_2$ method were evaluated by comparing with those extracted by organic solvent method. Fatty acid composition, DPPH scavenging, and antioxidant activity of the oils obtained by different extraction condition of SC-$CO_2$ method were investigated and their antioxidant activities were compared with commercially available lavender, eucalyptus and tea tree oils. As the results, linoleic acid was most abundantly found from CCP oil extracted by the SC-$CO_2$ method and cis-11,144-eicosadienoic acids was second abundantly found. Radical scavenging ability of DPPH was 98% when the concentration of CCP oil was 50 mg/mL. This scavenging ability increased with the increase of oil concentration. On the other hand, flavonoids content (84 mg/100g) of the CCP oil extracted by the SC-$CO_2$ method was slightly higher than that (75 mg/100g) by hexane extraction. The results, obtained from CCP oil by GC-MS, indicated that, among 66 components, the content of terpenes was 55.8% and limonene was 27.3%.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

4은 CCP 오일의 헥산 과 SC-CO₂ 추출의 DPPH 프리라디컬 소거능력 (%)를 나타낸 그림이다. 0.1 mM DPPH 용액 5.9 mL (메탄올)을 헥산 과 SC-CO₂추출 CCP 농도 12.5, 25 과 50 mg/mL (메탄올)의 0.1 mL을 혼합하여 측정하였다. CCP오일의 SC-CO₂ 추출 50 mg/mL에서 라디컬 소거능력 98%로 나타났다.
2차 트랩은 다시 열탈착과 운반 가스에 의하여 GC컬럼으로 도입된다. 1차 트랩의 탈착온도와 시간은 350℃에서 4분으로 하였으며, 2차 트랩의 농축온도는 -30℃, 2차 튜브의 탈착온도 및 시간은 350℃에서 1분으로 하여 분석을 수행하였다.
CCP오일 추출물의 농도를 일정하게 하고 Folin Ciocalteu‘s phenol 시약 (1:10)의 1mL과 희석한 오일 (25 mg/mL ethanol) 1 mL 을 섞어 5분간 실온에서 방치한 후 (7.5%w/v) sodium carbonate anhydrous 용액의 0.8 mL을 가하여 2시간 암실에서 반응 시킨 후 765 nm에서 흡광도 (UV mini-1240, SHIMADZU CORPORATION, Japan)를 측정 하였다.
Injector와 detector온도는 둘 다 250℃로 설정한다. Fatty acid methyl esters은 표준 지방산 메틸 에스테르 혼합물 (Supelco)과 retention time에 의해 비교 확인 하였다[14].
Fig. 5은 아로마 샘플의 DPPH 프리라디칼 소거능력(%) 으로 tea tree, lavender와 eucalyptus를 0.1 mM DPPH 용액(메탄올) 5.9, 5.8 와 5.7mL와 아로마 sample 100 mg, 200 mg ,300mg을 첨가하여 실험 하였다. 스텐다드 샘플은 ascorbic acid 0.
SC-CO2 추출물 CCP오일의 지방산조성은 Table 2 GC-MS의 6890 Agilent Technologies (Wilmington, DE, USA), 칼럼은 (length, 100 m internal diameter, 필림 길이 25 mm, 0.2 µm Supelco, Bellefonte, PA, USA)장치로 분석 되었다.
930)을 사용하였다. 고압 상태로 추출기의 유입 초임계 이산화 탄소온도 측정은 디지털온도 측정기 (Waveteck사, 모델 No; 461-112020) 장치 이용하여 초임계유체온도 측정하였고 추출조의 압력을 초임계 유체가 추출조로 들어가는 하단은 디지털 압력 측정 (Valcom사, 모델No; VPRQ-A3-350K-4C)장치로 초임계유체가 추출조 통과하여 나오는 상단은 Cole Parmer gauge로 측정하였다. 시스템 내의 CO₂ 압력은 1개의 back pressure regulator valve(BPR)로 조절 하였고 추출조 탑의 미세압력은 metering valve 와 needle valve로 조절하였다.
)을 이용하여 시트러스에센셜오일을 추출하였다. 또한 헥산 유기용매 추출법을 이용하여 얻은 오일의 항산화활성과 향기성분분석을 초임계추출 결과와 비교 검토하였다. 추출조건에 따른 지방산 조성, DPPH 라디컬소거능, 항산화활성을 조사하였고, 초임계추출법에 의한 시트러스에센셜오일과 시판되고 있는 라벤더, 유칼립투스, 티트리의 항산화활성을 비교하였다.
샘플의 DPPH 라디컬 소거능력 실험은 0.1 M의 5.9 mL DPPH 용액에 샘플 과 스텐다드 농도는 12.5, 25 와 50 (mg/mL 메탄올)의 0.1 mL 샘플 용액을 첨가하였다. 헥산을 이용한 soxhlet 추출과 SC-CO₂추출의 표준 샘플 ascorbic acid 은 0.
7mL와 아로마 sample 100 mg, 200 mg ,300mg을 첨가하여 실험 하였다. 스텐다드 샘플은 ascorbic acid 0.1, 0.3 and 0.5 mg/mL을 사용하였다. 농도 300 mg에서 tea tree 가 DPPH 프리라디컬 소거능력이 83%, lavender와 eucalyptus 는 78% 와 70%로 나타났다.
시료의 1,1-diphenly-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical 소거능은 ‘Yen과 Chen (1995)’의 방법을 변형하여 메탄올에 용해한 0.1 mM DPPH 용액을 517 nm에서 시료첨가구와 무 첨가구의 흡광도 차이를 백분율로 나타내어 측정하였다.
고압 상태로 추출기의 유입 초임계 이산화 탄소온도 측정은 디지털온도 측정기 (Waveteck사, 모델 No; 461-112020) 장치 이용하여 초임계유체온도 측정하였고 추출조의 압력을 초임계 유체가 추출조로 들어가는 하단은 디지털 압력 측정 (Valcom사, 모델No; VPRQ-A3-350K-4C)장치로 초임계유체가 추출조 통과하여 나오는 상단은 Cole Parmer gauge로 측정하였다. 시스템 내의 CO₂ 압력은 1개의 back pressure regulator valve(BPR)로 조절 하였고 추출조 탑의 미세압력은 metering valve 와 needle valve로 조절하였다. 냉동 건조된 CCP시료 100g을 온도 50℃, 압력 200 bar, 시간 2 hr, CO₂유량 흐름 23.
실험재료에서 서술한 방법으로 제조된 시트러스의 초임계추출 정유의 휘발성성분 분석을 위한 전처리 과정은 잘 세척된 250 mL의 갈색 병에 추출오일 시료를 2drop 하여 60℃ 오븐에 10분간 가열 하여 향기를 주사기로 채취하여 GC에서 분석 하였다.
이 연구부분에서는 재래식추출법인 유기용매 추출과 초임계 SC-CO₂ 추출법의 고흥의 육성 재배 유자 과피 추출물로 항산화활성, 페놀과 플라보노이드 함량분석, 지방산 분석, 향기성분분석을 비교하고 시판 에센셜오일과의 효능을 비교하였다.
99%) KOSEM (Yangsan, Republic Korea)를 사용하였다. 초임계추출기기 (laboratory-scale SFE process, JASCO), GC/MS, UV-분광기 (UVmini-1240, SHIMADZU CORPORATION, Japan), 30kg freeze dryer; 모델명 (PVTFD 30R), 제작사 (일산 랩), 향기분석은 Automatic thermal desorber (ATD): ATD400 (Perkin Elmer, UK)와 향기분석의 GC-MS(Shimadzu, Japan)를 이용하였다.
또한 헥산 유기용매 추출법을 이용하여 얻은 오일의 항산화활성과 향기성분분석을 초임계추출 결과와 비교 검토하였다. 추출조건에 따른 지방산 조성, DPPH 라디컬소거능, 항산화활성을 조사하였고, 초임계추출법에 의한 시트러스에센셜오일과 시판되고 있는 라벤더, 유칼립투스, 티트리의 항산화활성을 비교하였다. 그 결과 SC-CO₂를 이용하여 추출한 CCP오일에서 linoleic acid가 가장 높게 나타났고, 두 번째로 오메가 3 인 cis-11,144-eicosadienoic acid가 나타났다.
헥산용액을 이용하여 냉동 건조된 CCP시료 5 g을 추출 thimble에 넣고 적정온도에서 추출장치의 콘덴서가 0℃가 될 때 까지 12 hr 동안 작동하여 soxhlet 장치에서 추출하였다[14].
헥산용액을 이용하여 냉동 건조된 CCP시료 5g을 추출 thimble에 넣고 적정온도에서 추출장치의 콘덴서가 0℃가 될 때 까지 12 hr 동안 작동하여 soxhlet 장치에서 추출하였다. 헥산 soxhlet 추출의 CCP 수율은 1.
1 mL 샘플 용액을 첨가하였다. 헥산을 이용한 soxhlet 추출과 SC-CO₂추출의 표준 샘플 ascorbic acid 은 0.1, 0.3 과 0.5 mg/mL 조제 사용하였다. Ascorbic acid 0.

대상 데이터

다른 시약은 HPLC급 시약을 이용하였다. CO₂(99.99%) KOSEM (Yangsan, Republic Korea)를 사용하였다. 초임계추출기기 (laboratory-scale SFE process, JASCO), GC/MS, UV-분광기 (UVmini-1240, SHIMADZU CORPORATION, Japan), 30kg freeze dryer; 모델명 (PVTFD 30R), 제작사 (일산 랩), 향기분석은 Automatic thermal desorber (ATD): ATD400 (Perkin Elmer, UK)와 향기분석의 GC-MS(Shimadzu, Japan)를 이용하였다.
고흥 육성재배 유자 과피 (CCP, Citron peel of Cultivated in Gohong) 시료를 2013년 12월 23일 부터 2일 동안 30kg freeze dryer, 모델명(PVTFD 30R, 일산랩)으로 -20℃에서 freeze dryer 하여 710μM mesh 입자로 분쇄하여 실험에 사용하였다[14].
고흥의 육성재배 유자를 부산 부전시장에서 2013년 11월에 구매하여 씨와 껍질을 분리하여 냉동보관 하였다. 모든 기기분석 시약은 알드리지의 HPLC급 시약을 사용하였다.
초임계유체 라인은 1/4, 1/8” 의 스테인레스 스틸 파이프 (316ss)를 사용하였다. 액체이산화탄소용매를 초 임계상태로 변화시키는 고압펌프는 20 MPa의 용량을 가진 펌프는 추출조로 유입되는 이산화탄소의 유량을 정량적으로 펌핑하였고 보조용매인 에탄올 (99%)을 정량적으로 주입 할 수 있는 보조용매 펌프는 solvent delivery pump (Young-lim Scientific Co, model No. 930)을 사용하였다. 고압 상태로 추출기의 유입 초임계 이산화 탄소온도 측정은 디지털온도 측정기 (Waveteck사, 모델 No; 461-112020) 장치 이용하여 초임계유체온도 측정하였고 추출조의 압력을 초임계 유체가 추출조로 들어가는 하단은 디지털 압력 측정 (Valcom사, 모델No; VPRQ-A3-350K-4C)장치로 초임계유체가 추출조 통과하여 나오는 상단은 Cole Parmer gauge로 측정하였다.
냉동 건조한 시료 100 g 을 500 mL 용량의 고압용 스텐레스스틸안에 장착되었다. 얇은 cotton 층을 추출조 밑부분에 다른 cotton층으로 된 마개는 샘플의 윗부분에 사용하였다. 초임계유체 라인은 1/4, 1/8” 의 스테인레스 스틸 파이프 (316ss)를 사용하였다.
모든 기기분석 시약은 알드리지의 HPLC급 시약을 사용하였다. 초임계 CO₂ 추출의 CO₂(99%)는 한국, KOSEM사의 제품을 사용하였다. 고흥 육성재배 유자 과피 (CCP, Citron peel of Cultivated in Gohong) 시료를 2013년 12월 23일 부터 2일 동안 30kg freeze dryer, 모델명(PVTFD 30R, 일산랩)으로 -20℃에서 freeze dryer 하여 710μM mesh 입자로 분쇄하여 실험에 사용하였다[14].
초임계유체 라인은 1/4, 1/8” 의 스테인레스 스틸 파이프 (316ss)를 사용하였다.

이론/모형

고흥재배유자로부터 친환경공법인 초임계 추출법(SC-CO₂)을 이용하여 시트러스에센셜오일을 추출하였다. 또한 헥산 유기용매 추출법을 이용하여 얻은 오일의 항산화활성과 향기성분분석을 초임계추출 결과와 비교 검토하였다.
본 연구에서 이용된 시료를 채취 및 농축주입하기 위한 장치로는 Table 3와 같은 조건에서 자동 열 탈착 장치 (Automatic thermal desorber) 흡착-채취 열 탈착 시스템 (ATD400, Perkin Elmer, USA)을 이용하였으며, 물질을 분리 검출하기 위하여 휘발성 성분포집은 ADT법(Bae et al., 2010)법과 GC-MS를 이용하였다[18].
시트러스 CCP오일 추출물의 총 폴리페놀 (Total phenolic content, TPC) 화합물 정량은‘Folin-Denis (Folin and Denis 1912)법, Chew et al. (2011)’에 따라 Fig. 1의 검량선을 그려 측정하였다.
시트러스 CCP오일 추출물의 총 플라보노이드 (Total flavonoid content, TFC)실험은 ‘Ozsoy et al. (2007)’ 의 방법으로 Fig. 2를 도식화 하였고 농도 (25 mg/mL ethanol)에 묽게 희석한 0.38 mL 오일에 5% sodium nitrite 110 µL과 1.875 mL의 물과 섞어 진탕을 한다.
2 µm Supelco, Bellefonte, PA, USA)장치로 분석 되었다. 지방산 메틸 에스테르는 AOCS Ce 2-66 (1998)의 Recommended Practices와 Official Method으로 준비하여 측정하였다. N₂ 가스유속 (1.

성능/효과

6에 나타내었다. 68종류 화합물의 동정 peak가 나났으며, peak면적이 큰 순서로 terpenes가 55.8% 중 limonene 이 27.32%로 높게 나타났으며 alcohols가 15.83%이며 그중 대표적인 알코올인 linalool이 7.38%이며 alpha. -cadinol외 총 11종류로 나타났다.
1 mL을 혼합하여 측정하였다. CCP오일의 SC-CO₂ 추출 50 mg/mL에서 라디컬 소거능력 98%로 나타났다. SC-CO₂ 추출이 헥산추출보다 DPPH 프리라디컬 소거능력 (%)더 높게 나타났다.
이러한 소거능력은 오일 농도에 비례하였다. CCP오일의 flavonoids 함량은 SC-CO₂ (84mg/100g)가 헥산추출 (75mg/100g) 보다 다소 높았다. GC-MS에 의한 CCP오일의 향기분석 결과 terpenes (55.
그 결과 SC-CO₂를 이용하여 추출한 CCP오일에서 linoleic acid가 가장 높게 나타났고, 두 번째로 오메가 3 인 cis-11,144-eicosadienoic acid가 나타났다. CCP오일의 농도가 50 mg/mL일 때 DPPH 라디칼 소거능력이 98%로 매우 우수하였다.
CCP오일의 flavonoids 함량은 SC-CO₂ (84mg/100g)가 헥산추출 (75mg/100g) 보다 다소 높았다. GC-MS에 의한 CCP오일의 향기분석 결과 terpenes (55.8%)과 limonene (27.3%)이 높게 나타났고 그 외에 66가지의 성분이 밝혀졌다.
-cadinol외 총 11종류로 나타났다. alkenes가 12.6%로 8종, alkanes가 9.66%로 8종, phenols 의 cymol, 1.42%, ketones가 1.06%, esters의 triacetin 이 0.77%, 이고 aldehyles가 0.42%, nonanal, n-pentanal acids가 0.07%, 기타 2.59%로 동정되었다.
추출조건에 따른 지방산 조성, DPPH 라디컬소거능, 항산화활성을 조사하였고, 초임계추출법에 의한 시트러스에센셜오일과 시판되고 있는 라벤더, 유칼립투스, 티트리의 항산화활성을 비교하였다. 그 결과 SC-CO₂를 이용하여 추출한 CCP오일에서 linoleic acid가 가장 높게 나타났고, 두 번째로 오메가 3 인 cis-11,144-eicosadienoic acid가 나타났다. CCP오일의 농도가 50 mg/mL일 때 DPPH 라디칼 소거능력이 98%로 매우 우수하였다.
시스템 내의 CO₂ 압력은 1개의 back pressure regulator valve(BPR)로 조절 하였고 추출조 탑의 미세압력은 metering valve 와 needle valve로 조절하였다. 냉동 건조된 CCP시료 100g을 온도 50℃, 압력 200 bar, 시간 2 hr, CO₂유량 흐름 23.25 g/min의 조건에서 최고의 수율을 얻을 수 있었다. 추출한 오일은 작은 유리병에 담아 0℃에서 보관하였다.
21%. 농도 (mg/mL)가 증가 할수록 라디컬 소거능력은 더 증가함을 나타냈다. Fig.
5 mg/mL을 사용하였다. 농도 300 mg에서 tea tree 가 DPPH 프리라디컬 소거능력이 83%, lavender와 eucalyptus 는 78% 와 70%로 나타났다.
헥산용액을 이용하여 냉동 건조된 CCP시료 5g을 추출 thimble에 넣고 적정온도에서 추출장치의 콘덴서가 0℃가 될 때 까지 12 hr 동안 작동하여 soxhlet 장치에서 추출하였다. 헥산 soxhlet 추출의 CCP 수율은 1.08%, SC-CO₂추출에 의한 citrus샘플 오일들의 추출조건은 온도 50℃, 압력 20 bar, 시간 2 hr, CO₂유량 흐름 23.25 g/min의 조건에서 최고의 수율을 얻을 수 있었다. Table 4은 추출방법에 따른 수율과 조건이다.
헥산추출과 SC-CO2 추출에서 총 flavonoid 함량은 검정곡선 (r=0.9973)에 준하여 CCP의 헥산추출은 75±1.3 (mg/100g), SC-CO2추출 84 ±1.2 (mg/100g), 육성재배 유자의 SC-CO2 추출에서 84±1.2 (mg/100g)으로 얻었으며 헥산추출 75±1.3 (mg/100g) 보다 높은 결과를 얻었다.
헥산추출과 SC-CO2 추출에서 총 phenol 함량은 검정곡선 (r=0.9995)에 준하여 CCP의 헥산 추출은 520±1.05 (mg/100g), SC-CO2 추출 560±1.12 (mg/100g), CCP의 SC-CO2 추출에서 560±1,12 (mg/100g)으로 “박준희 등(2008)” 에탄올 80%에서 75±1.13 (mg/100g)보다 훨씬 높은 결과를 얻었으며 헥산추출 보다 520±1.05 (mg/100g) 높은 결과를 얻었다.
불포화 지방산이 많으므로 산화가 빨리 일어나는 특성이 있다. 혈중 콜레스테롤을 분해시키는 오메가 3함량cis-11,14-eicosadienoic acid가 2.21% 나타났다. Palmitic acid, oleic acid, linoleic acid, cis-11,14-eicosadienoic acid 같은 4가지 성분이 대부분을 이루고 있었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	활성산소가 유발하는 문제는 무엇인가?	활성산소가 만들어지는 경로는 산소에서 슈퍼옥사이드가 만들어지고 이 슈퍼옥사이드에서 과산화수소가 생성되고 생성된 과산화수소로부터 하이드록시 라디칼과 싱글렛옥시젠이 만들어진다. 이들은 세포막의 불포화지방산에 작용해서 과산화반응을 통해 체내에 과산화지질을 축척하고 DNA 손상을 유도해서 노화와 성인병과 각종 암을 유발한다. 천연물에서 얻는 항산화성물질은 대부분 flavonoid계통과 phenol계 화합물로 밝혀지고 있다.
	용매추출법은 무엇인가?	압착법은 식물의 과실, 특히 감귤계의 껍질을 직접 압착하여 얻는 방법이고 압착할 때 향기성분이 파괴되는 것을 막기 위하여 냉각압착법으로 하지만 쉽게 부패하는 단점이 있다. 용매추출법은 휘발성 혹은 비휘발성 용매를 사용하여 비교적 낮은 온도에서 아로마오일을 얻는 방법이나 용매의 잔류성이 문제가 된다. 액체이산화탄소법은 많이 이용하는 법으로 열에 약한 향기를 저온추출이 가능하며 향기를 파괴시키지 않고 그대로 추출가능 하며 잔류용매가 거의 남지 않고 비용은 조금 비싸나 성분파괴가 거의 일어나지 않기 때문에 고 순도의 아로마오 일의 추출을 기대하며 초임계추출법으로 정유를 추출하여 휘발성이 강한 저분자 물질의 향기요법 자연치유 대체요법이 절실히 필요한 실정이다.
	추출법 중 압착법의 특징은 무엇인가?	일반적인 아로마테라피의 목적으로 수증기증류법을 많이 이용하고 있다. 압착법은 식물의 과실, 특히 감귤계의 껍질을 직접 압착하여 얻는 방법이고 압착할 때 향기성분이 파괴되는 것을 막기 위하여 냉각압착법으로 하지만 쉽게 부패하는 단점이 있다. 용매추출법은 휘발성 혹은 비휘발성 용매를 사용하여 비교적 낮은 온도에서 아로마오일을 얻는 방법이나 용매의 잔류성이 문제가 된다.

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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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