[논문]마이크로웨이브 추출방법을 이용한 작약의 유효성분 추출 및 생리활성 측정

이효진; 장경원

doi:10.22889/kjp.2021.52.3.157

마이크로웨이브 추출방법을 이용한 작약의 유효성분 추출 및 생리활성 측정
Development of Microwave Extraction Method for the Active Ingredients and Functional Constituents of Paeonia Root 원문보기

생약학회지, v.52 no.3, 2021년, pp.157 - 162

이효진 (대원대학교 바이오메디컬과) , 장경원 (대원대학교 바이오메디컬과)

Abstract ▼ AI-Helper

The heat-mediated reflux apparatus extraction of Paeonia lactiflora Pall. has been widely used as a traditional extraction method. In this paper, the microwave apparatus extraction method of Paeonia Radix was performed and the active ingredients and functional constituents were compared with the reference extraction method. The most effective extraction condition of albiflorin using the microwave was 120℃ in 50% methanol, and paeoniflorin was maximally extracted at 60℃. The reduced level of paeoniflorin molecule at high-pressure and high-temperature extraction condition was caused by the molecular instability. Additionally, the microwave extraction of 50% methanol extracts at 150℃ showed the highest functional constituents determined by in vitro DPPH radical scavenging activity, polyphenol concentration, and tyrosinase inhibition assay. The microwave apparatus was adapted as a rapid, low-cost, and environmentally friendly method to extract active ingredients and the practical extraction conditions of Paeonia Radix can be used in industrial applications.

주제어

표/그림 (4)

그림 Fig. 1. Total polyphenol compound contents of Paeonia root extract from reflux extraction (RE), sonication extraction(SE), and ME (microwave extraction).
표 Table I. The amount of albiflorin and paeoniflorin from Paeonia root extracted by various extraction methods
그림 Fig. 2. Antioxidant activities (DPPH radical scavenging activity) of Paeonia root extracts obtained with reflux extraction (RE), sonication extraction (SE), and ME (microwave extraction).
그림 Fig. 3. Tyrosinase inhibition rates for the Paeonia root extracts from the different extraction methods, reflux extraction (RE), sonication extraction (SE), and ME (microwave extraction).

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

Albiflorin과 paeoniflorin의 추출조건 확립−각 추출 조건 별 작약 표준물질의 추출량을 비교 분석 하기 위하여 환류 냉각 추출과 sonication 추출, 마이크로웨이브 추출 방법에 의하여 용매 및 시간별 albiflorin과 paeoniflorin의 함량을 액체 크로마토그래피를 이용해 측정하였으며 결과는 Table 1 과 같다.
In vitro tyrosinase inhibition rate 측정−Tyrosinase 저해 활성 측정은 각 추출 조건 별 30분간 처리한 시료를 이용하여 Kojic acid를 Tyrosinase inhibitor control로 사용한 방법을 참고하여 진행하였다
추출방법−환류냉각 추출은 환류냉각장치를 이용하여 용매가 끓는 점에서 가열한 후 실시하였다. 마이크로웨이브 추출은 시간과 온도별 제어가 가능한 CEM MARS 6 Microwave Accelerated Reaction System(CEM corporation, Matthews, NC, USA)의 마이크로웨이브 추출 관에 작약 시료와 용매를 넣은 후 각 온도 조건별로 설정하여 진행하였다. 시간은 10min 또는 30 min 수행하였으며 온도는 40, 60, 100, 120, 150℃ 조건으로 설정하여 추출하였다.
본 연구에서는 기존 환류추출 또는 초음파추출과 비교하여 마이크로파 에너지를 이용해 작약의 유효물질인 albiflorin과 paeoniflorin을 포함하여 항산화 활성 및 폴리페놀 함유량이 최적인 추출 조건을 확립하기 위하여 추출 용매 별, 추출 방법별, 추출 시간별 조건에 따른 작약의 추출을 진행하여 최적 추출조건을 확립하였다.
본 연구에서는 생약제인 작약을 이용하여 유효성분의 효율적인 추출을 위해 마이크로파 에너지 방식을 기반으로 물 또는 50% 메탄올을 추출용매로 사용하여 추출온도와 시간이 다른 추출조건을 설정, 각 조건에 의해 추출된 작약의 표준물질 paeoniflorin과 albiflorin의 양을 분석하고 항산화 활성 및 tyrosinase 저해활성 등을 측정하여 추출조건의 효율을 판단하였다.
마이크로웨이브 추출은 시간과 온도별 제어가 가능한 CEM MARS 6 Microwave Accelerated Reaction System(CEM corporation, Matthews, NC, USA)의 마이크로웨이브 추출 관에 작약 시료와 용매를 넣은 후 각 온도 조건별로 설정하여 진행하였다. 시간은 10min 또는 30 min 수행하였으며 온도는 40, 60, 100, 120, 150℃ 조건으로 설정하여 추출하였다. 출력 한계는 1800 W로 설정하였으며, 각 조건별 출력은 40℃일 때 20 W, 60℃일 때 30 W, 100℃일 때 50 W, 120℃일 때 70 W, 150℃일 때 120 W의 출력이 추출 시간 동안 유지되는 것을 확인하였다.

대상 데이터

시약 및 기기 −본 연구에 사용된 작약(P. lactiflora) 은충청북도 제천에서 재배된 것으로 건조 후 분말로 사용하였다. 작약분말 4g을 50% 메탄올 또는 증류수 40 mL에 추출 조건 별 10 min 또는 30 min 처리하여 추출물을 제조하였다.
작약분말 4g을 50% 메탄올 또는 증류수 40 mL에 추출 조건 별 10 min 또는 30 min 처리하여 추출물을 제조하였다. 성분분석에 사용한 albiflorin(BP0134, Chengdu Biopurify Phytochemicals Ltd., China), Paeoniflorin (P1876, TCI, Japan)성분은 HPLC 분석용 시료를 구입하여 사용하였다. Acetonitrile과 그 외 작약의 추출 및 분석에 사용된 methanol (SAMCHUN, Korea)은 모두 특급시약을 사용하였다.
시약 및 기기 −본 연구에 사용된 작약(P

데이터처리

각 시료 군에 대한 유의 검정은 대조군과 비교하여 Student’s t test 후 p<0.05인 값을 유의성 있는 결과로 간주하였다.
본 연구의 모든 실험 결과는 3회 반복실험을 실시하였고 그 결과 각 수치 값에 평균 ±표준편차로 나타내었다

성능/효과

50% methanol을 이용한 기존 환류추출 방법의 polyphenol 함량 은총 216.02 µg/mL로 나타났으며 마이크로웨이브 에너지를 이용한 추출방법은 40℃의 조건에서는 167.36 µg/mL이였으며 120℃의 조건에서 262.43 µg/mL, 150℃의 경우 280.07 µg/mL로 마이크로웨이브 에너지가 증가하면서 추출된 poly phenol의 함량이 증가하는 경향을 보였다
50% 메탄올을 용매로 이용한 추출은 49.47~73.03 µg/mL으로 물을 이용한 추출보다 추출 효율이 높았으며 환류추출 10 min(70.61±1.05 µg/mL), 마이크로웨이브 (120℃, 10 min) 조건(73.03±0.49 µg/mL)에서 추출 량이 가장 높았다
작약의 유효물질인 paeoniflorin을 마이크로웨이브를 이용해 추출하기 위해서는 50% 메탄올을 용매로 이용하고 온도는 60℃로 진행하는 것이 가장 적당하다. 또 다른 유효물질인 albiflorin과 폴리페놀 화합물, tyrosinase inhibition을 위한 생리활성물질 등의 추출을 위해서는 120℃ 이상의 고온 조건이 효과적인 것으로 나타났다.
37 µg/mL로 가장 높은 추출 양을 보였다. 마이크로웨이브 에너지를 이용한 추출 중에서 60℃, 30 min 처리 조건에서 가장 많은 양이 추출되었으며 추출 용매 조건에 유의적인 차이를 보이지 않았다.
1과 같다. 모든 추출조건에서 물 추출보다 50% methanol을 용매로 추출한 조건의 polyphenol 함량이 높았다. 물 추출물에 대한 50% methanol용매 추출물 내 polyphenol 함량 증가는 기존 환류 추출법에서 1.
2와 같이 50% methanol을 이용한 추출에서 추출방법에 상관없이 모든 경우 95% 이상의 활성을 보였다. 용매를 50% methanol로 이용하면 저온의 마이크로웨이브 추출에서도 충분한 항산화 활성을 보이는 것으로 나타났다. 물 추출의 경우 환류추출방법이 89.
이 결과를 통해 작약의 표준 성분 추출에는 50% 메탄올을 이용한 환류추출 방법이 가장 효과적이며 마이크로웨이브를 이용한 추출을 진행했을 때 Albiflorin 성분은 120℃, Paeoniflorin 성분은 60℃ 조건에서 진행하는 것이 가장 효과적이였다. 단, Paeoniflorin 성분의 양은 추출 온도나 시간이 증가할수록 줄어들고 이는 50% 메탄올 용매에서 더 뚜렷한 경향을 보였다.
이상의 결과 작약 추출액의 polyphenol 함량과 DPPH의항산화 활성을 기대하기 위해서는 50% methanol을 이용한 용매 조건에서 150℃ 온도 조건으로 마이크로웨이브 추출을 진행하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 물로 추출한 시료보다 50% 메탄올로 추출한 시료는 albiflorin이나 paeoniflorin의 양이 줄어들었음에도 불구하고 폴리페놀 등 항산화 활성을 나타내는 화합물의 농도는 더 많이 추출된 것으로 보인다.
이상의 결과 작약 추출액의 polyphenol 함량과 DPPH의항산화 활성을 기대하기 위해서는 50% methanol을 이용한 용매 조건에서 150℃ 온도 조건으로 마이크로웨이브 추출을 진행하는 것이 가장 효과적인 것으로 나타났다. 이러한 결과를 통해 물로 추출한 시료보다 50% 메탄올로 추출한 시료는 albiflorin이나 paeoniflorin의 양이 줄어들었음에도 불구하고 폴리페놀 등 항산화 활성을 나타내는 화합물의 농도는 더 많이 추출된 것으로 보인다.
작약의 유효물질인 paeoniflorin을 마이크로웨이브를 이용해 추출하기 위해서는 50% 메탄올을 용매로 이용하고 온도는 60℃로 진행하는 것이 가장 적당하다. 또 다른 유효물질인 albiflorin과 폴리페놀 화합물, tyrosinase inhibition을 위한 생리활성물질 등의 추출을 위해서는 120℃ 이상의 고온 조건이 효과적인 것으로 나타났다.
작약의 지표성분 중 Albiflorin의 경우 50% 메탄올을 용매로 하여 120℃ 조건으로 10분간 마이크로웨이브를 이용한 추출에서 가장 높은 추출 양을 나타냈으며 Paeoniflorin 의 경우 50% 메탄올을 용매로 30분간 환류추출을 수행했을 때 가장 높은 양을 얻을 수 있었다. 마이크로웨이브 조건으로는 50% 메탄올 용매 하에서 60℃, 30 min 추출이 가장 효과적이다.

후속연구

물에 용출된 paeonoflorin의 농도는 50% 메탄올에 용출된 것 보다는 적으나 고온 추출이 진행되어도 그 농도가 비교적 유지되는 것으로 보인다. Paeoniflorin의 분자의 용해도는 물보다 유기용매에서 더 높다고 알려져 있으나 고온에서 용매에 따른 보존성에 차이가 나는지는 추후 연구가 필요하다.
건강기능식품 개발을 위한 기능성 소재로 작약 내 albiflorin 및 paeoniflorin 등의 지표물질을 이용하기 위해서는 환류 추출법을 이용한 50% 메탄올 용매 추출이 가장 효율적 이였으며 항산화 활성이나 미백 기능성을 갖는 소재로 개발하고자 할 때는 고에너지 마이크로웨이브를 이용한 추출법이 최적 추출조건이라고 판단된다. 작약의 경제적 추출 효과를 기대하기 위해서는 필요 성분에 따라 여러 방법의 복합적 추출 방법도 개발할 수 있을 것으로 보인다.
건강기능식품 개발을 위한 기능성 소재로 작약 내 albiflorin 및 paeoniflorin 등의 지표물질을 이용하기 위해서는 환류 추출법을 이용한 50% 메탄올 용매 추출이 가장 효율적 이였으며 항산화 활성이나 미백 기능성을 갖는 소재로 개발하고자 할 때는 고에너지 마이크로웨이브를 이용한 추출법이 최적 추출조건이라고 판단된다. 작약의 경제적 추출 효과를 기대하기 위해서는 필요 성분에 따라 여러 방법의 복합적 추출 방법도 개발할 수 있을 것으로 보인다.

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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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