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초음파에너지를 이용한 칡으로부터 이소플라보노이드의 추출공정 최적화
Optimization of Iso-flavonoids Extraction Process from Kudge Using Ultrasonic Irradiation Energy 원문보기

공업화학 = Applied chemistry for engineering, v.29 no.5, 2018년, pp.503 - 509  

이승범 (단국대학교 화학공학과) ,  김수인 (단국대학교 화학공학과) ,  홍인권 (단국대학교 화학공학과)

초록
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본 연구에서는 칡으로부터 항산화 물질을 추출하는 방법으로 초음파 추출공정을 이용하였으며, 칡에 포함된 iso-flavonoids인 puerarin, daidzein, daidzin의 함량을 측정하였다. 본 연구에서는 칡으로부터 iso-flavonoids 추출수율의 최대화를 위한 공정조건의 최적화를 위해 통계학적 분석방법인 반응표면분석법을 적용하였다. 이는 최소한의 실험횟수로 원하는 반응치에 부합하는 공정조건을 효과적으로 도출하고 각 공정조건이 반응치에 미치는 효과도를 분석하는 방법이다. 반응표면분석법 중 중심합성계획모델을 적용하여 최적조건을 분석하였으며, 3개의 독립변수는 초음파 조사시간, 주정/초순수 부피비, 초음파 조사세기로 설정하였다. 반응표면분석법을 이용하여 두 개의 반응치인 추출수율과 iso-flavonoids 함량의 최대값을 갖는 최적조건을 평가한 결과 초음파 조사시간(24.75 min), 주정/초순수 부피비(39.75 vol%), 초음파 조사세기(592.36 W)로 나타났다. 종합 만족도 D는 0.8938로 높게 나타났으며 5% 이내의 유의성 수준에 인정된다. 또한 최적화 과정을 분석한 결과 초음파 조사시간이 반응치에 가장 영향을 많이 미치는 인자임을 확인할 수 있었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, we used the ultrasonic extraction process as a method to extract antioxidant substances from kudzu, and measured the content of iso-flavonoids puerarin, daidzein, daidzin contained in kudzu. The response surface methodology which is a statistical analysis method for optimizing the ext...

주제어

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AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 칡에 포함된 항산화 물질인 iso-flavonoids 성분을 추출하기 위해 초음파에너지를 이용한 추출공정을 수행했다. 기초실험을 통해 높은 반응치를 갖는 각 변수의 적정범위로 초음파 조사시간 (20.
  • 본 연구에서는 칡에 함유된 iso-flavonoids인 puerarin, daidzein, daidzin의 추출수율의 최대화를 위한 공정조건의 최적화를 진행하였다. 최근 천연물로부터 유효성분을 추출하는 공정방법은 열역학적 특성을 고려한 열수추출, cavitation을 이용한 초음파추출, 마이크로웨이브 추출, 다양한 용매추출 등 매우 다양하다[7-9].
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
칡(kudge)은 무엇인가? 칡(kudge)은 다년생 식물로서 굵은 줄기로 이루어져 나무로 분류된다. 이는 오래전부터 자양강장제 등 건강식품으로 이용되었으며 특히 뿌리부분은 항산화 물질이 다량 함유되어있어 최근 많은 연구가 이뤄지고 있다[1-2].
칡에는 어떤 성분이 함유되어 있는가? Iso-flavone은 일반 세포 내에서 estrogen receptor와 결합할 수 있는 능력이 있으며 체내에서 심장병, 골다공증의 발생 빈도를 낮춰주며 여러 갱년기 증상을 완화시켜 주는 것으로 알려졌다[3-4]. 칡에는 다량의 전분 외에 iso-flavone계 성분인 puerarin, daidzein, daidzin, genistein, genistin, formonetin, coumesterol, 4’-7-dihydroxyisoflavone, 7-xyloside puerain, 3’-hydroxypuerain, 3’-methoxypuerin, β-sitostrol, lupeol, lupenone, allantoin 등이 함유되어 있다[5-6].
반응표면분석법의 장점은 무엇인가? 반응표면분석법은 통계학적 분석방법으로 기초실험을 통해 변수에 따른 반응결과 값을 예측하여 원하는 반응치에 따른 최적조건을 도출해주는 방법이다. 따라서 이는 복잡한 process들을 최적화하는데 매우 효과적이고 체계적인 기술이며 실험에서의 각 independent variables에 따른 효과와 최적조건들을 빠른 시간에 효율적으로 찾는데 많이 활용된다[18-19]. 본 연구에서는 기초실 험을 바탕으로 반응표면분석법을 활용하여 실험횟수를 줄이고 원하는 결과값을 도출하는 최적공정조건을 분석했다.
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참고문헌 (30)

  1. S. Kayano, Y. Matsumura, Y. Kitagawa, M. Kobayashi, A. Nagayama, N. Kawabata, K. Kikuzaki, and Y. Kitada, Isoflavone C-glycosides isolated from the root of kudzu (Pueraria lobata) and their estrogenic activities, Food Chem., 134, 282-287 (2012). 

  2. S.-W. Choi, K.-S. Kim, N.-Y. Hur, S.-C. Ahn, C.-S. Park, B.-Y. Kim, M.-Y. Baik, and D.-O. Kim, Effect of heat processing on thermal stability of kudzu (Pueraria thumbergiana Bentham) root isoflavones, J. Life Sci., 18, 1447-1454 (2008). 

  3. Y. Zhang, J. Chen, C. Zhang, W. Wu, and X. Liang, Analysis of the estrogenic components in kudzu root by bioassay and high performance liquid chromatography, J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 94, 375-381 (2005). 

  4. W. Cherdshewassart, S. Subtang, and W. Dahlan, Major isoflavonoid contents of the phytoestrogen rich-herb Pueraria mirifica in comparison with Pueraria lobate, J. Pharm. Biomed. Anal., 43, 428-434 (2007). 

  5. P. Delmonte, J. Perry, and J. I. Rader, Determination of isoflavones in dietary supplements containing soy, red clover and kudzu: Extraction followed by basic or acid hydrolysis, J. Chromatogr. A, 1107, 59-69 (2006). 

  6. M.-Y. Lee and K.-H. Chang, Quality properties and isoflavone contents of Chungkukjang containing isoflavone extracted from arrowroot (Pueraria lobate Ohwi), J. East Asian Soc. Diet. Life, 20, 543-550 (2010). 

  7. F.-Y. Ma, C.-B. Gu, C.-Y. Li, M. Luo, W. Wang, Y.-G. Zu, J. Li, and Y.-J. Fu, Microwave-assisted aqueous two-phase extraction of isoflavonoids from Dalbergia odorifera T. Chen leaves, Sep. Purif. Technol., 115, 136-144 (2013). 

  8. H. Xu, Y. Zhang, and C. He, Ultrasonically assisted extraction of isoflavones from stem of Pueraria lobata (Willd.) Ohwi and its mathematical model, Chin. J. Chem. Eng., 15, 861-867 (2007). 

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  10. F. Chen, Q. Zhang, J. Liu, H. Gu, and L. Yang, An efficient approach for the extraction of orientin and vitexin from Trollius chinensis flowers using ultrasonic circulating technique, Ultrason. Sonochem., 37, 267-278 (2017). 

  11. R. Mittal, H. A. Tavanandi, V. A. Mantri, and K. S. M. S. Raghavarao, Ultrasound assisted methods for enhanced extraction of phycobiliproteins from marine macro-algae, Gelidium pusillum (Rhodophyta), Ultrason. Sonochem., 38, 92-103 (2017). 

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  17. K. Beekmann, L. H. J. de Haan, L. Actis-Goretta, R. Houtman, P. J. van Bladeren, and I. M. C. M. Rietjens, The effect of glucuronidation on isoflavone induced estrogen receptor (ER) and ER mediated coregulator interactions, J. Steroid Biochem. Mol. Biol., 154, 245-253 (2015). 

  18. C.-Y. Chiao, H.-J. Kwon, J.-S. Jeong, J.-H. Lee, and S.-P. Hong, Determination method of Puerarin and Daidzin from Puerariae Radix by reversed-phase HPLC with pulsed amperometric detection, Korean J. Herbology, 23, 171-177 (2008). 

  19. Y. Zhang, Z. Liu, Y. Li, and R. Chi, Optimization of ionic liquid-based microwave-assisted extraction of isoflavones from Radix puerariae by response surface methodology, Sep. Purif. Technol., 129, 71-79 (2014). 

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  26. Y. H. Tan, M. O. Abdullah, and C. Nolasco-Hipolito, Application of RSM and Taguchi methods for optimizing the transesterification of waste cooking oil catalyzed by solid ostrich and chicken-eggshell derived CaO, Renew. Energy, 114, 437-447 (2017). 

  27. M. Yolmeh, M. B. Habibi Najafi, and R. Farhoosh, Optimisation of ultrasound-assisted extraction of natural pigment from annatto seeds by response surface methodology (RSM), Food Chem., 155, 319-324 (2014). 

  28. T. Wang, H. Liang, and Q. Yuan, Optimization of ultrasonic-stimulated solvent extraction of sinigrin from Indian mustard seed (Brassica juncea L.) using response surface methodology, Phytochem. Anal., 22, 205-213 (2011). 

  29. T. Belwal, P. Dhyani, I. D. Bhatt, R. S. Rawal, and V. Pande, Optimization extraction conditions for improving phenolic content and antioxidant activity in Berberis asiatica fruits using response surface methodology (RSM), Food Chem., 207, 115-124 (2016). 

  30. A. Singh, H. Garg, and A. K. Lall, Optical polishing process: Analysis and optimization using response surface methodology (RSM) for large diameter fused silica flat substrates, J. Manuf. Process., 30, 439-451 (2017). 

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