이온성액체와 Deep Eutectic Solvent를 사용한 잘피에서 카페인산과 로즈마리산의 추출 Extraction of Caffeic Acid and Rosmarinic Acid from Zostera marina Based on Ionic Liquids and Deep Eutectic Solvent원문보기
잘피의 유용성분을 추출하기 위한 dipping, ultrasonic-assisted, heating추출법의 적용성을 검토하였다. 이온성 액체와 공융용매(DES)를 잘피에 존재하는 카페인산과 로즈마린산의 추출 효율을 증가시키기 위해 첨가제로써 사용하였다. 실험에서 확인된 최적의 조건은 동결건조된 0.005 g의 잘피 뿌리 파우더와 5 mL의 methanol 그리고 0.5 g의 DES-3를 바이알에 넣은 후 30분동안 dipping하여 추출하였다. 그 결과 0.19 mg/g 카페인산과 8.48 mg/g의 로즈마린산을 얻었다. 이 방법은 잘피에 있는 카페인산과 로즈마린산을 간단하고 성공적으로 적용할 수 있었고 전통적인 용매 추출법보다 청정용매인 DES를 첨가했을 때 잘피의 유용성분 추출에 더 적합함을 의미한다.
잘피의 유용성분을 추출하기 위한 dipping, ultrasonic-assisted, heating추출법의 적용성을 검토하였다. 이온성 액체와 공융용매(DES)를 잘피에 존재하는 카페인산과 로즈마린산의 추출 효율을 증가시키기 위해 첨가제로써 사용하였다. 실험에서 확인된 최적의 조건은 동결건조된 0.005 g의 잘피 뿌리 파우더와 5 mL의 methanol 그리고 0.5 g의 DES-3를 바이알에 넣은 후 30분동안 dipping하여 추출하였다. 그 결과 0.19 mg/g 카페인산과 8.48 mg/g의 로즈마린산을 얻었다. 이 방법은 잘피에 있는 카페인산과 로즈마린산을 간단하고 성공적으로 적용할 수 있었고 전통적인 용매 추출법보다 청정용매인 DES를 첨가했을 때 잘피의 유용성분 추출에 더 적합함을 의미한다.
The applicability of the dipping, ultrasonic-assisted, heating methods to the extraction of useful components from Zostera marina was investigated. For the increase of the extraction yield of caffeic acid and rosmarinic acid from Zostera marina, ionic liquids and DES were used as additives in the ex...
The applicability of the dipping, ultrasonic-assisted, heating methods to the extraction of useful components from Zostera marina was investigated. For the increase of the extraction yield of caffeic acid and rosmarinic acid from Zostera marina, ionic liquids and DES were used as additives in the extraction solvent. The optimum extraction conditions were found: dipping extraction, methanol as extraction solvent, 0.005 g of freeze-dried material powder, 5 mL methanol, 30 min and 0.5 g of DES-3 ($Et_4NCl$ and phenol) as additive. As a result, 0.19 mg/g of caffeic acid and 8.48 mg/g of rosmarinic acid were obtained. This method is simple and sensitive, and has been applied successfully to determine the component of caffeic acid and rosmarinic acid in Zostera marina and these results indicate that DES were used as additives is more suitable than traditional extraction for the extraction of useful components from Zostera marina.
The applicability of the dipping, ultrasonic-assisted, heating methods to the extraction of useful components from Zostera marina was investigated. For the increase of the extraction yield of caffeic acid and rosmarinic acid from Zostera marina, ionic liquids and DES were used as additives in the extraction solvent. The optimum extraction conditions were found: dipping extraction, methanol as extraction solvent, 0.005 g of freeze-dried material powder, 5 mL methanol, 30 min and 0.5 g of DES-3 ($Et_4NCl$ and phenol) as additive. As a result, 0.19 mg/g of caffeic acid and 8.48 mg/g of rosmarinic acid were obtained. This method is simple and sensitive, and has been applied successfully to determine the component of caffeic acid and rosmarinic acid in Zostera marina and these results indicate that DES were used as additives is more suitable than traditional extraction for the extraction of useful components from Zostera marina.
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문제 정의
본 연구는 잘피에 함유되어 있는 카페인산과 로즈마린산을 추출 효율을 높이기 위한 수단으로 이온성 액체와 DES를 합성해 첨가함으로써 카페인산과 로즈마린산의 최적의 추출 효율의 조건을 비교하였다.
제안 방법
추출 방법에서 ultrasonic-assisted는 파워 70 W, 40 kHz에서 추출하였으며, heating 온도는 353 K에서 실험을 진행하였다. Table 4에서는 각각의 추출 방법에 대한 카페인산과 로즈마린산의 추출양이 나타나있으며 Dipping이 카페인산 0.04 mg/g, 로즈마린산 3.71 mg/g으로 ultrasonic-assiste과 heating보다 로즈마린산의 추출 수율이 높았기 때문에 Dipping을 추출 방법으로 선택하였다.
Water의 경우 목표 화합물과 첨가제의 상호작용을 방해할 수 있으므로 water보다는 methanol을 선택하였다. 그 다음으로 진행된 실험은 추출 방법에 따른 카페인산과 로즈마린산의 추출 수율을 측정하는 실험으로 Dipping, ultrasonic-assisted, heating 방법으로 각각 30분 동안 실험하였다. 추출 방법에서 ultrasonic-assisted는 파워 70 W, 40 kHz에서 추출하였으며, heating 온도는 353 K에서 실험을 진행하였다.
카페인산과 로즈마린산의 구조는 많은 하이드록시기(-OH)를 갖고 있어 water이나 alcohol에 잘 녹는 성질을 갖고 있기 때문에 많은 연구논문에서 카페인산과 로즈마린산을 추출하기 위해서 water와 methanol을 혼합하여 사용하고 있다[15]. 그러나 본 실험에서는 추출 효율을 증가시키기 위한 첨가제로써 이온성 액체와 DES를 사용했다. Water의 경우 목표 화합물과 첨가제의 상호작용을 방해할 수 있으므로 water보다는 methanol을 선택하였다.
4에서 잘 피의 잎과 뿌리에서의 함량 차이를 볼 수 있다. 그러므로 본 실험에서는 뿌리를 사용하여 실험을 진행하였다.
이러한 이유로 본 실험에서는 물보다 극성이 비교적 낮은 methanol을 사용하여 실험을 진행하였다. 또한 본 실험에서는 DES가 주 추출용매가 아니라 추출 첨가제로써 사용했기 때문에 상온에서 고체상인 ILs 과 DES의 특성을 감안하여 질량 (g)을 측정하여 첨가하였다. Fig.
먼저, 추출에 사용될 용매를 선정하기 위해서 water, methanol, ethanol, n-hexane, ethyl acetate, acetonitrile, dichloromethane을 각각 추출에 사용하였다. 추출은 0.
본 실험에 사용된 표준용액은 표준시료 카페인산과 로즈마린산을 methanol에 녹여 각각 0.005, 0.1, 0.25, 0.5 mg/mL의 농도로 제조하였다. 이렇게 만들어진 표준 용액의 검량선을 만들고 이를 토대로 시험용액을 분석하였다.
본 실험에서는 양이온은 1-bthyl-3-methylimidazolium ([BMIM])에 Br− , Cl− , # , #으로 치환하여 실험을 진행하였다.
이온성 액체와 DES를 사용하여 잘피에 존재하는 카페인산과 로즈마린산을 추출하는 것은 추출 수율을 높이는 데 있어서 유용하다. 본 실험에서는 이온성 액체와 DES를 추출 첨가물로 사용하여 추출 하였고 서로 비교하였다. 뿐만 아니라 잘피의 뿌리부분과 잎 부분을 각각 추출하여 비교 분석하였다.
본 실험에서는 이온성 액체와 DES를 추출 첨가물로 사용하여 추출 하였고 서로 비교하였다. 뿐만 아니라 잘피의 뿌리부분과 잎 부분을 각각 추출하여 비교 분석하였다. 카페인산과 로즈마린산의 추출 조건은 dipping 방법으로 0.
물의 양이 많아지면 강한 수소결합을 하기 때문에 목표 화합물과 DES 간의 상호 작용을 방해하기 때문에 추출 수율이 낮아진다 [19]. 이러한 이유로 본 실험에서는 물보다 극성이 비교적 낮은 methanol을 사용하여 실험을 진행하였다. 또한 본 실험에서는 DES가 주 추출용매가 아니라 추출 첨가제로써 사용했기 때문에 상온에서 고체상인 ILs 과 DES의 특성을 감안하여 질량 (g)을 측정하여 첨가하였다.
5 mg/mL의 농도로 제조하였다. 이렇게 만들어진 표준 용액의 검량선을 만들고 이를 토대로 시험용액을 분석하였다. 그 결과 카페인산과 로즈마린산의 선형 회기 방정식을 얻을 수 있었으며 카페인산의 경우 y=1.
잘피는 뿌리와 잎을 각각 0.5 cm로 자른 뒤 동결건조 시킨 후 믹서기로 갈아서 파우더형태로 만들었다. 파우더 형태의 잘피는 0.
잘피는 잎과 뿌리로 나누어 동결 건조하여 각각을 따로 추출하여 분석하였다. DES를 첨가하지 않고 methanol만을 사용하여 추출할 경우 잎과 뿌리에서 카페인산과 로즈마린산 모두 추출되었다.
그 다음으로 진행된 실험은 추출 방법에 따른 카페인산과 로즈마린산의 추출 수율을 측정하는 실험으로 Dipping, ultrasonic-assisted, heating 방법으로 각각 30분 동안 실험하였다. 추출 방법에서 ultrasonic-assisted는 파워 70 W, 40 kHz에서 추출하였으며, heating 온도는 353 K에서 실험을 진행하였다. Table 4에서는 각각의 추출 방법에 대한 카페인산과 로즈마린산의 추출양이 나타나있으며 Dipping이 카페인산 0.
먼저, 추출에 사용될 용매를 선정하기 위해서 water, methanol, ethanol, n-hexane, ethyl acetate, acetonitrile, dichloromethane을 각각 추출에 사용하였다. 추출은 0.05 g의 잘피 뿌리 파우더와 5 mL의 용매를 각각 바이알에 넣고 ultrasonic-assisted를 이용하여 30분 동안 추출하였다. Table 3은 각각의 용매에서 추출된 카페인산과 로즈마린산의 양을 나타내고 있다.
뿐만 아니라 잘피의 뿌리부분과 잎 부분을 각각 추출하여 비교 분석하였다. 카페인산과 로즈마린산의 추출 조건은 dipping 방법으로 0.05 g의 잘피 파우더와 5 mL의 methanol을 혼합하여 사용하여 추출하였다. 잘피의 뿌리와 잎을 사용하여 추출 하였을 때 뿌리가 잎보다 4~5배 많은 카페인산과 6~7배 많은 로즈 마린산을 함유하고 있었다.
57 mg/g만큼 추출되었다. 카페인산과 로즈마린산이 추출 효율이 서로 다른 용매에서 각각 다르게 분석되었으나 본 연구에서는 로즈마린산의 추출 효율에 초점을 맞춰 methanol을 추출 용매로 사용하였다. 카페인산과 로즈마린산의 구조는 많은 하이드록시기(-OH)를 갖고 있어 water이나 alcohol에 잘 녹는 성질을 갖고 있기 때문에 많은 연구논문에서 카페인산과 로즈마린산을 추출하기 위해서 water와 methanol을 혼합하여 사용하고 있다[15].
5 cm로 자른 뒤 동결건조 시킨 후 믹서기로 갈아서 파우더형태로 만들었다. 파우더 형태의 잘피는 0.05 g을 5 mL의 여러 가지 추출 용매(methanol, ethanol, acetonitrile, ethyl acetate, n-hexane, dichloromethane)에 각각 혼합하여 30분동안 ultra sonic를 이용해 추출하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 분석용 HPLC는 Waters 1525 Binary HPLC pump와 Waters 2489 UV/Visible detector (Waters Associates, Milford, MA, U.S.A)를 사용하였다. 사용된 칼럼은 RS tech (Deajeon, Korea) 제품으로 C18 (5 μm, 250×4.
본 연구에서 사용된 잘피는 인천 영흥도(Incheon, Korea)에 소재해 있는 수자원연구소에서 제공하였다. 표준시료인 카페인산과 로즈 마린산은(Milwaukee, WI, USA)에서 구입하였으며, 추출과 이동상에 사용된 methanol, ethanol, acetonitrile, ethyl acetate, n-hexane, dichloromethane, phosphoric acid는 DUKSAN pure Chemical CO.
사용된 칼럼은 RS tech (Deajeon, Korea) 제품으로 C18 (5 μm, 250×4.6 mm) 칼럼을 사용하였다.
실험에 사용된 모든 시료들은 HPLC에 주입하기 전에 필터(MFS-25, 0.45 μm TF, Whatman, U.S.A)를 이용하여 여과하였다.
, LTD (Ansan, Korea)의 HPLC grad를사용하였다. 이온성액체합성시 사용 된 1-methylimidazole, bromobutane, chrolobutane, hexafluorophosphoric, sodium tetrafluoroborate 그리고 lithium는 Sigma-Aldrich (Milwaukee, WI, USA)에서 구입했다. DES 합성 시 사용된 methyl triphenyl phosphonium bromide (Me(Ph)3PBr) (>98.
본 연구에서 사용된 잘피는 인천 영흥도(Incheon, Korea)에 소재해 있는 수자원연구소에서 제공하였다. 표준시료인 카페인산과 로즈 마린산은(Milwaukee, WI, USA)에서 구입하였으며, 추출과 이동상에 사용된 methanol, ethanol, acetonitrile, ethyl acetate, n-hexane, dichloromethane, phosphoric acid는 DUKSAN pure Chemical CO., LTD (Ansan, Korea)의 HPLC grad를사용하였다. 이온성액체합성시 사용 된 1-methylimidazole, bromobutane, chrolobutane, hexafluorophosphoric, sodium tetrafluoroborate 그리고 lithium는 Sigma-Aldrich (Milwaukee, WI, USA)에서 구입했다.
성능/효과
하지만 뿌리가 잎보다 4~5배 많은 카페인산과 6~7배 많은 로즈마린산을 함유하고 있었다. DES를 첨가하여 추출할 경우 카페인산과 로즈마린산은 잎보다 뿌리에서 10배 이상의 차이를 보였다. Fig.
잘피의 뿌리와 잎을 사용하여 추출 하였을 때 뿌리가 잎보다 4~5배 많은 카페인산과 6~7배 많은 로즈 마린산을 함유하고 있었다. DES를 첨가하지 않고 methanol에서 추출 했을 때 카페인산은 0.08 mg/g 로즈마린산은 3.57 mg/g만큼 추출되 었고 DES를 첨가하여 추출하였을 때 카페인산은 0.19 mg/g 그리고 로즈마린산은 8.48 mg/g 추출 수율을 보였다. 그러므로 잘피 뿌리부분을 이용해 methanol을 용매로 사용하여 DES를 일정량 첨가해 dipping 방법으로 30분간 추출하였을 때, 추출 수율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
그 결과 카페인산과 로즈마린산의 선형 회기 방정식을 얻을 수 있었으며 카페인산의 경우 y=1.0×108x(r2=0.996)의 방정식을 로즈마린산의 경우 Y=3.0×107x(r2= 0.997)의 방정식을 얻었다.
48 mg/g 추출 수율을 보였다. 그러므로 잘피 뿌리부분을 이용해 methanol을 용매로 사용하여 DES를 일정량 첨가해 dipping 방법으로 30분간 추출하였을 때, 추출 수율이 가장 높은 것을 확인할 수 있었다.
2에서는 DES의 종류에 따른 카페인산과 로즈마린산의 추출 수율을 볼 수 있다. 그림에서 볼수 있듯이 DES-3가 카페인산은 0.11 mg/g이며 로즈마린산은 5.74 mg/g으로 가장 많은 양이 추출되었다. DES는 염과 HBD가 수소결합으로 공융되어 있는 상태이며 목표 화합물은 하이드록시기(-OH) 기가 포함되어 있다.
DES는 염과 HBD가 수소결합으로 공융되어 있는 상태이며 목표 화합물은 하이드록시기(-OH) 기가 포함되어 있다. 본 실험 결과에서 보여준 염인 Et4NCl과 HBD 인 phenol이 공융되어 있는 상태에서 목표 화합물의 -OH기와 HBD 인 phenol이 염인 Et4NCl과 경쟁하게 되면서 목표 화합물이 염과 공융되어 추출된 것으로 보인다.
그러나 일정이상의 DES가 첨가되면 오히려 추출 수율이 감소된다. 본 실험에서는 0.5 g의 DES를 첨가하였을 때 카페인산은 0.19 mg/g 그리고 로즈마린산은 8.48 mg/g을 추출할 수있었다. DES의 양이 일정 이상 증가할 경우 점도가 증가하기 때문에 목표 화합물과 DES의 상호작용을 방해할 수 있기 때문이라 보인다.
05 g의 잘피 파우더와 5 mL의 methanol을 혼합하여 사용하여 추출하였다. 잘피의 뿌리와 잎을 사용하여 추출 하였을 때 뿌리가 잎보다 4~5배 많은 카페인산과 6~7배 많은 로즈 마린산을 함유하고 있었다. DES를 첨가하지 않고 methanol에서 추출 했을 때 카페인산은 0.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
Deep Eutectic solvent는 이온성 액체의 어떤 단점을 극복하기 위해 나왔는가?
특히 이온성 액체는 소수성, 유무기 용매에 대한 상용성, 목표화합물과 이온성 액체 사이의π-π 상호작용 등으로 추출과 분리 분야에서 많이 적용되어왔다[3,4]. 그러나 한편으로는 이러한 이온성 액체가 인체에 유해한 독성을 갖고 있으며 생분해성이 낮고 미량의 불순물에 의해 이온성 액체의 물리적 특성에 영향을 미칠 수 있으며, 이온성 액체 합성 시 음이온의 완전한 교환을 위해 많은 염과 용매를 사용하기 때문에 환경친화적인 용매에 부적합하며 가격이 높다는 보고가 있다[5,6]. 이러한 단점을 극복하기 위해 Deep Eutectic solvent (DES)가 개발되었다.
유기용매의 장단점은?
오래 전부터 일반적으로 액상 추출에는 유기용매가 사용되었다. 유기용매는 값이 싸고 추출효율이 좋은 장점을 가지고 있으나 실험자의 건강이나 환경오염 문제를 야기시킬 수 있는 단점이 있다. 최근 이러한 유기용매의 단점을 극복하고자 여러 가지 청정용매에 대한 연구가 진행되고 있다[1].
이온성 액체의 특징은?
이온성 액체(ionic liquids, ILs)는 거대 헤테로 고리 양이온과 다양한 무기 음이온의 결합으로 이루어진 염으로, 낮은 융점(<373 K)을 가져 상온에서 액체로 존재한다. 이온성 액체는 끓는점이 낮고, 낮은 증기압, 비휘발성, 낮은 융해점, 높은 이온 전도성 등 다양한 특성을 갖기 때문에 많은 분야에 적용되고 있다[2]. 특히 이온성 액체는 소수성, 유무기 용매에 대한 상용성, 목표화합물과 이온성 액체 사이의π-π 상호작용 등으로 추출과 분리 분야에서 많이 적용되어왔다[3,4].
참고문헌 (19)
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