[논문](+)-Dihydromyricetin 분별침전에 미치는 제타전위의 영향

하건수; 김진현

doi:10.9713/kcer.2015.53.6.831

[국내논문] (+)-Dihydromyricetin 분별침전에 미치는 제타전위의 영향
Influence of Zeta Potential on Fractional Precipitation of (+)-Dihydromyricetin 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.53 no.6, 2015년, pp.831 - 835

초록
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본 연구에서는 바이오매스 유래 생리활성물질인 (+)-dihydromyricetin을 정제하기 위한 분별침전공정에서 분별침전용액의 제타전위가 분별침전 양상(순도, 수율, 침전물 형태와 크기)에 미치는 영향을 조사하였다. 제타전위 조절을 위한 실리카-알루미나의 첨가량(반응액 부피당 표면적) $100mm^{-1}$에서 가장 높은 수율을 얻을 수 있었다. 실리카-알루미나의 제타전위가 양(+)의 값으로 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율과 침전물의 크기는 증가하였다. 가장 큰 제타전위 값(+4.99 mV)을 가진 실리카를 이용한 분별침전의 경우에는 가장 작은 제타전위 값(-19.00 mV)을 가진 알루미나를 이용한 분별침전의 경우보다 2배 이상 높은 수율을 얻을 수 있었다. 또한 분별침전 과정에서 제타전위 절대값이 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율과 침전물의 크기는 감소하여 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다. 반면 표면적증가물질 실리카-알루미나의 제타전위 변화에도 (+)-dihydromyricetin 순도는 거의 변화가 없었다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study evaluated the influence of the zeta potential of silica-alumina on the behavior in terms of purity, yield, and precipitate shape and size of fractional precipitation in the fractional precipitation process for the purification of (+)-dihydromyricetin. The optimal silica-alumina amount (surface area per working volume of reacting solution) for zeta potential control was $100mm^{-1}$. As the zeta potential value of silica-alumina increased, (+)-dihydromyricetin yield and precipitate size were increased. The use of silica with the highest value of the zeta potential (+4.99 mV) as a zeta potential-controlling material increased the (+)-dihydromyricetin yield by 2-fold compared with that of the use of alumina with the lowest value of the zeta potential (-19.00 mV). In addition, the (+)-dihydromyricetin yield and precipitate size was inversely correlated with the absolute value of the zeta potential. On the other hand, the purity of (+)-dihydromyricetin had almost no effect on changes in the zeta potential of silica-alumina.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

하지만 식물유래 생리활성물질인 (+)-dihydromyricetin의 정제를 위한 분별침전 과정에서 분별침전 용액의 제타전위가 침전효율에 미치는 영향에 대한 체계적 연구는 수행된 바 없다. 따라서 본 연구에서는 (+)-dihydromyricetin 분별침전 용액의 제타전위 조절이 용이한 실리카-알루미나 혼합물을 제조하여 제타전위 변화에 따른 분별침전 양상(순도, 수율, (+)-dihydromyricetin 입자 형태 및 크기)에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 연구결과는 식물유래 (+)-dihydromyricetin의 상업적 대량 정제 공정에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
본 연구에서는 식물유래 생리활성물질인 (+)-dihydromyricetin을 정제하기 위한 분별침전공정에서 분별침전용액의 제타전위변화가 분별침전 양상(순도, 수율, 침전물 크기)에 미치는 영향을 조사하였다. 제타전위 조절용 실리카-알루미나 혼합물의 반응액 부피당 표면적을 달리하여 실험한 결과 100 mm^-1일 때 가장 높은 수율을 얻을 수 있었다.

제안 방법

건조부를 두 구역으로 나누고 각각의 온도를 T1=300 ºC, T2=350 ºC, 반응부의 온도는 T3=600 ºC로 고정시켰다.
분별침전을 통해 얻은 (+)-dihydromyricetin 침전물을 고배율(×100)에서 관찰하였다. 관찰된 (+)-dihydromyricetin 침전물은 IT-Plus system (Some Tech, Korea)에서 동화상으로 확인하였으며 이를 통해 (+)-dihydromyricetin 침전물의 형태와 크기를 확인하였다[14].
반응기 부피는 20 ml이며 반응액 부피는 6 ml이었다. 반응액 부피당 표면적(surface area/working volume: 50, 100, 250 mm^-1, S/V)을 달리하여 실험을 수행하였다. S/V는 다음과 같이 계산하였다.
분별침전 시 실리카-알루미나를 이용하여 반응액 부피당 표면적을 100 mm^-1로 고정하여 실리카-알루미나 혼합비율에 따른 제타전위값을조사하였다. 실리카-알루미나혼합비율에 따라 분별침전 용액에서 제타전위 값은 각각 -19.
1에 나타내었다. 분별침전 용액에서의 실리카-알루미나의 제타 전위는 ELS-Z (Photal, Japan)를 이용하여 측정하였다. 분별침전 후 침전물을 여과지(150 mm, Whatman, Buckinghamshire, UK)로 여과하고 40ºC에서 24시간 동안 진공(635 mmHg) 건조하여 HPLC로 분석하였다.
분별침전 후 침전물을 여과지(150 mm, Whatman, Buckinghamshire, UK)로 여과하고 40ºC에서 24시간 동안 진공(635 mmHg) 건조하여 HPLC로 분석하였다.
분별침전공정에서 (+)-dihydromyricetin 침전물 형태 및 크기 측정을 위해전자현미경(SV-35 Video Microscope system, Some Tech, Korea)을 사용하였다. 분별침전을 통해 얻은 (+)-dihydromyricetin 침전물을 고배율(×100)에서 관찰하였다.
분별침전을 통해 얻은 (+)-dihydromyricetin 침전물을 고배율(×100)에서 관찰하였다.
소성 후 얻은 분말의 질소 흡착/탈착 등 온선은 200 ºC에서 전처리 후 Micrometrics 사의 ASAP 2000을 이용하여 -196 ºC에서 측정하였다.
8, Si)를 이용하여 반응액 부피당 표면적(50, 100, 250 mm^-1)을 달리하여 분별침전을 수행하였다. 실리카-알루미나를 이용한 반응액 부피당 표면적(S/V) 변화에 따른 영향을 조사하기 위하여, 분별침전 24시간이후에는 (+)-dihydromyricetin 순도와 수율의 변화가 거의 없음을 고려[11]하여 분별침전 12시간에서 실험을 수행하였다. Fig.
최종 반응부를 통과한 입자들은 테플론 필터를 이용하여 포집하였다. 제조된 분말에 잔존하는 유기물들을 없애기 위해 전기로 내에서 소성시켜 제거하였다. 전기로의 온도는 550 ºC(승온 속도: 1 ºC/min) 공기분위기 하에서 4시간 동안 소성시켰다.
제조된 실리카-알루미나 혼합물을 각각 분별침전 용액에 첨가(S/V 값을각각 50, 100,250 mm-1로 조절)한 후 저온(4ºC)의 항온항습기(KCL-2000W, EYELA, Japan)에 침전시간(6, 12, 18 시간)을 달리하여 (+)-dihydromyricetin 의 침전물을 얻었다.
알루미늄과 실리카의 몰비는 0-1로 변화시켜 주었다. 제조한 분무용액은 초음파 액적 발생장치(aerosol generator, 진동자 6개, 1.7 MHz, 동림엔지니어링)를 이용하여 액적화를 한 다음 운반기체를 통하여 반응기 내로 이동시켰다. 운반기체로는 공기를 사용하였으며, 유량은 10 l/min으로 고정하였다.
0이었다[10]. 주어진 최적의 분별침전 조건하에서 제타전위 조절용 실리카-알루미나(Al, Al_0.8Si_0.2, Al_0.5Si_0.5, Al_0.2Si_0.8, Si)를 이용하여 반응액 부피당 표면적(50, 100, 250 mm^-1)을 달리하여 분별침전을 수행하였다. 실리카-알루미나를 이용한 반응액 부피당 표면적(S/V) 변화에 따른 영향을 조사하기 위하여, 분별침전 24시간이후에는 (+)-dihydromyricetin 순도와 수율의 변화가 거의 없음을 고려[11]하여 분별침전 12시간에서 실험을 수행하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용된 (+)-dihydromyricetin는 Guilin Natural Ingredient,Inc. (Guilin, China)에서 구입한 조추출물(순도: 80.0%)를 사용하였다.
시료는 이동상인 distilled water와 acetonitrile 혼합용액(90/10, v/v)에 녹여주입(주입량은 20 μl) 하였으며, 254 nm에서 UV에 의해 검출하였다. HPLC 분석은 표준 정량곡선을 이용하였으며, 표준시료는 Sigma-Aldrich 제품(순도: 98%)의 제품을 사용하였다[10]
S/V 증가 및 제타전위 조절을 위하여, Table 1에서 보는 바와 같이 다양한 종류의 실리카-알루미나 혼합물(Al, Al_0.8Si_0.2, Al_0.5Si_0.5, Al_0.2Si_0.8, Si)을 제조하여 분별침전에 이용하였다. 제조된 실리카-알루미나 혼합물을 각각 분별침전 용액에 첨가(S/V 값을각각 50, 100,250 mm^-1로 조절)한 후 저온(4ºC)의 항온항습기(KCL-2000W, EYELA, Japan)에 침전시간(6, 12, 18 시간)을 달리하여 (+)-dihydromyricetin 의 침전물을 얻었다.
운반기체로는 공기를 사용하였으며, 유량은 10 l/min으로 고정하였다. 건조부와 반응부의 반응기는 길이 1200 mm, 직경 55 mm인 석영관을 각각 사용하였다. 건조부를 두 구역으로 나누고 각각의 온도를 T₁=300 ºC, T₂=350 ºC, 반응부의 온도는 T₃=600 ºC로 고정시켰다.
알루미늄 전구체로 aluminum nitrate (Al(NO₃)₃·9H₂O, Aldrich)를 사용하였고, 실리카 전구체로는 tetraethylorthosilicate(TEOS, Adrich)를 사용하였다. 기공형성을 위한 주형제로는 poly(ethylene glycol)-blockpoly(propylene glycol)-block-poly(ethylene glycol)(P123, Aldrich)를 사용하였다. 분무용액은 실리카 전구체를 녹인 용액에 알루미늄 전구체를 녹이고, P123을 첨가하여 제조하였다.
반면 실리카-알루미나를 이용한 반응액 부피당 표면적에 관계없이 (+)-dihydromyricetin의 순도(>90%)는 모두 비슷한 경향을 보였다(date not shown). 따라서 분별침전을 위한 제타전위 조절용 실리카-알루미나의 최적 반응액 부피당 표면적은 100 mm^-1로 선정하였다.
분무열분해 공정에 의해 다공성 메조기공 실리카-알루미나를 제조하였다. 알루미늄 전구체로 aluminum nitrate (Al(NO₃)₃·9H₂O, Aldrich)를 사용하였고, 실리카 전구체로는 tetraethylorthosilicate(TEOS, Adrich)를 사용하였다.
알루미늄 전구체로 aluminum nitrate (Al(NO3)3·9H2O, Aldrich)를 사용하였고, 실리카 전구체로는 tetraethylorthosilicate(TEOS, Adrich)를 사용하였다.

이론/모형

기공부피는 상대압력 0.995에서 흡착 부피로부터 계산하였으며 기공크기는 17-3000 Å 범위에서 탈착 등온선으로부터 Barrett-Joyner-Halenda(BJH) 법을 이용하여 계산하였다.
소성 후 얻은 분말의 질소 흡착/탈착 등 온선은 200 ºC에서 전처리 후 Micrometrics 사의 ASAP 2000을 이용하여 -196 ºC에서 측정하였다. 상대압력 0.06-0.3 범위에서 흡착 데이터와 Brunauer-Emmett-Teller(BET) 법을 이용하여 표면적을 계산하였다[15]. 기공부피는 상대압력 0.

성능/효과

실리카-알루미나를 이용한 반응액 부피당 표면적(S/V) 변화에 따른 영향을 조사하기 위하여, 분별침전 24시간이후에는 (+)-dihydromyricetin 순도와 수율의 변화가 거의 없음을 고려[11]하여 분별침전 12시간에서 실험을 수행하였다. Fig. 2에서 보는 바와 같이 모든 실리카-알루미나 혼합비율에서 반응액 부피당 표면적(S/V) 100 mm^-1에서 가장 높은 수율(~50%)을 얻을 수 있었다. 반면 실리카-알루미나를 이용한 반응액 부피당 표면적에 관계없이 (+)-dihydromyricetin의 순도(>90%)는 모두 비슷한 경향을 보였다(date not shown).
3(a))는 증가하였다. 가장 큰 제타전위 값(+4.99 mV)을 가진 실리카를 이용한 분별침전의 경우에는 가장 작은 제타전위 값(-19.00 mV)을 가진 알루미나를 이용한 분별침전의 경우보다 2배 이상 높은 수율을 얻을 수 있었다. 이러한 현상은 분별침전 용액에서 실리카-알루미나와(+)-dihydromyricetin 입자 간의 친화력(affinity) 차이로 인해 실리카-알루미나 표면에서의 (+)-dihydromyricetin 과포화도가 달라지기 때문으로 판단된다[13].
3(a))는 증가하였다. 가장 큰 제타전위 값(+4.99 mV)을 가진 실리카를 이용한 분별침전의 경우에는 가장 작은 제타전위 값(-19.00 mV)을 가진 알루미나를 이용한 분별침전의 경우보다 2배 이상 높은 수율을 얻을 수 있었다. 이러한 현상은 분별침전 용액에서 실리카-알루미나와(+)-dihydromyricetin 입자 간의 친화력(affinity) 차이로 인해 실리카-알루미나 표면에서의 (+)-dihydromyricetin 과포화도가 달라지기 때문으로 판단된다[13].
침전물의 크기는 제타전위값에 의존함을 알 수 있는데, 이러한 현상은 분별침전 용액에서 제타전위 절대값이 클수록 (+)-dihydromyricetin 입자 간의 뭉침 현상이 줄어 독립적으로 안정된 상태가 유지되어 더 효과적인 공간적 저해요소(steric barrier) 역할을 하기 때문으로 판단된다[12,16]. 또한 (+)-dihydromyricetin 수율과 마찬가지로, 분별침전 과정에서 제타전위절대값이 증가할수록 침전물의 크기는 감소하여 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다. 이상의 연구결과를 종합하여 실리카-알루미나 혼합비율에 따른 제타전위, 수율, 침전물 크기의 상관 관계를 Fig.
또한 분별침전 과정에서 제타전위 절대값이 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율은 감소하여 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다.
즉, 실리카 비율이 증가할수록 제타전위 값(+)이 증가하였다. 또한 분별침전 과정에서 제타전위-침전물 크기-수율 간에 밀접한 연관성을 가짐을 알 수 있었다. 즉, 제타전위 값(+)이 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율뿐만 아니라 침전물의 크기도 증가하여 결국 (+)-dihydromyricetin 수율은 침전물 크기에 비례하여 증가하였다.
3(d))는 증가하였다. 모든 제타전위 구간에서 침전시간이 경과함에따라 (+)-dihydromyricetin 침전물은 성장하였으며 침전물의 형태는 핵을 중심으로 가지가 성장하여 전체적으로 둥근형태를 띠었다. 침전물의 크기는 제타전위값에 의존함을 알 수 있는데, 이러한 현상은 분별침전 용액에서 제타전위 절대값이 클수록 (+)-dihydromyricetin 입자 간의 뭉침 현상이 줄어 독립적으로 안정된 상태가 유지되어 더 효과적인 공간적 저해요소(steric barrier) 역할을 하기 때문으로 판단된다[12,16].
4에 나타내었다. 실리카-알루미나 혼합비율 조절로 분별침전 용액의 제타전위를 효과적으로 변화시킬 수 있었다. 즉, 실리카 비율이 증가할수록 제타전위 값(+)이 증가하였다.
제타전위 조절용 실리카-알루미나 혼합물의 반응액 부피당 표면적을 달리하여 실험한 결과 100 mm^-1일 때 가장 높은 수율을 얻을 수 있었다. 실리카-알루미나의 제타전위가 양(+)의 값으로 증가할수록(실리카의 비율이 증가할수록) (+)-dihydromyricetin 수율은 증가하였다. 가장 큰 제타전위 값(+4.
또한 분별침전 용액의 제타전위가 양(+)의 값으로 증가할수록 침전물의 크기는 증가하였다. 이상의 결과로부터 제타전위 절대값이 작아질수록 (+)-dihydromyricetin 수율뿐만 아니라 침전물의 크기는 증가하여 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다.
본 연구에서는 식물유래 생리활성물질인 (+)-dihydromyricetin을 정제하기 위한 분별침전공정에서 분별침전용액의 제타전위변화가 분별침전 양상(순도, 수율, 침전물 크기)에 미치는 영향을 조사하였다. 제타전위 조절용 실리카-알루미나 혼합물의 반응액 부피당 표면적을 달리하여 실험한 결과 100 mm^-1일 때 가장 높은 수율을 얻을 수 있었다. 실리카-알루미나의 제타전위가 양(+)의 값으로 증가할수록(실리카의 비율이 증가할수록) (+)-dihydromyricetin 수율은 증가하였다.
99 mV(Si)를 나타내었다. 즉, 실리카 비율이 증가할수록 제타전위 값(+)이 증가하는 반면 알루미나 비율이 증가할수록 제타전위 값(-)이 감소하였다. 분별침전 시간(6,12, 18시간)에서 제타전위 변화(실리카-알루미나 혼합비율 변화)에 따른 (+)-dihydromyricetin의 수율, 순도, 입자크기 및 형태를 Fig.
또한 분별침전 과정에서 제타전위-침전물 크기-수율 간에 밀접한 연관성을 가짐을 알 수 있었다. 즉, 제타전위 값(+)이 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율뿐만 아니라 침전물의 크기도 증가하여 결국 (+)-dihydromyricetin 수율은 침전물 크기에 비례하여 증가하였다. 이러한 연구결과는 (+)-dihydromyricetin의 산업적 대량생산 공정 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

후속연구

즉, 제타전위 값(+)이 증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율뿐만 아니라 침전물의 크기도 증가하여 결국 (+)-dihydromyricetin 수율은 침전물 크기에 비례하여 증가하였다. 이러한 연구결과는 (+)-dihydromyricetin의 산업적 대량생산 공정 개발에 유용하게 활용될 수 있을 것으로 판단된다.
따라서 본 연구에서는 (+)-dihydromyricetin 분별침전 용액의 제타전위 조절이 용이한 실리카-알루미나 혼합물을 제조하여 제타전위 변화에 따른 분별침전 양상(순도, 수율, (+)-dihydromyricetin 입자 형태 및 크기)에 미치는 영향을 조사하였다. 이러한 연구결과는 식물유래 (+)-dihydromyricetin의 상업적 대량 정제 공정에 효과적으로 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	분별침전이 가지고 있는 단점은 무엇인가?	2%)의 (+)-dihydromyricetin을 얻을 수 있는 간단하고 편리한 정제공정이 개발되었다. 그러나 분별침전에 많은시간(~32 h)이 소요되어 대량생산 공정에 적용되는데 어려움이 있다[10,11]. 2014년에 개선된 분별침전이 보고되었는데[11], 이온교환수지 (Amberlite 200, Amberlite IR 120Na)를 이용하여 반응액 부피당표면적(surface area/working volume, S/V)을 증가시켜 분별침전 효율을 향상시킬 수 있는 방법을 개발하였다.
	실리카를 이용한 분별침전이 알루미나를 이용한 분별침전의 경우보다 높은 수율을 나타낸 이유는?	00 mV)을 가진 알루미나를 이용한 분별침전의 경우보다 2배 이상 높은 수율을 얻을 수 있었다. 이러한 현상은 분별침전 용액에서 실리카-알루미나와(+)-dihydromyricetin 입자 간의 친화력(affinity) 차이로 인해 실리카-알루미나 표면에서의 (+)-dihydromyricetin 과포화도가 달라지기 때문으로판단된다[13]. 또한분별침전과정에서제타전위절대값이증가할수록 (+)-dihydromyricetin 수율은 감소하여 제타전위 절대값에 반비례함을 알 수 있었다.
	(+)-dihydromyricetin이란 무엇인가?	식물(Hovenia dulcis 또는 Ampelopsis grossedentata) 유래 생리활성물질인 (+)-dihydromyricetin [(+)-ampelopsin]은 알코올 분해 및 간 질환 치료에 효능이 뛰어난 기능성 물질로 숙취해소 및 간 보호 관련 기능성 식품 및 의약품의 원료로 사용되는 물질이다[1-5]. Du 등[6]은 Ampelopsis grossedentata 유래 (+)-dihydromyricetin이 고혈압 억제에도 상당히 효과가 있음을 보고 하였으며 Yoshikawa 등[7]은 에탄올에 의한 근육이완 억제 효과, 에탄올의 체내 대사촉진과 간 보호 효과, 항 알러지 효능 등이 있음을 보고하였다.

참고문헌 (16)

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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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