KR0183550B1 - 흡착제를 이용한 식물체 대사 물질의 초임계 유체 추출방법 - Google Patents

Abstract

식물체를 유기용매로 추출하고, 추출물에 물을 첨가한 다음 흡착제로 흡착시킨 후, 고압, 고밀도 초임계 유체를 사용하여 추출하는 단계를 포함하는 식물체 대사 물질의 추출방법이 제공된다. 본 발명의 방법에 의하면 목적 물질 외의 다른 물질을 미리 선택적으로 제거하여 수율 및 선택도를 향상시키고 후속의 분리에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있어 공정의 경제성을 증대시킬 수 있다.

Description

흡착제를 이용한 식물체 대사 물질의 초임계 유체 추출방법

본 발명은 흡착제를 이용하여 식물체의 이차 대사 물질을 초임계 유체 추출하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식물체 대사 물질의 초임계 유체 추출시 전처리 공정으로 흡착 공정을 추가하여 대상물질 외에 다른 물질들을 미리 제거함으로써 수율 및 선택도를 향상시켜 목적하는 식물체 대사 물질을 효과적으로 추출하는 방법에 관한 것이다.

유용하게 사용되는 대표적인 식물체의 대사 물질로는 주목에서 추출되는 탁솔(taxol), 은행나무에서 추출되는 캠페롤(kampferol), 퀄세틴(quercetin) 등이 있는데, 탁솔은 1971년 그의 항암 성능이 알려진 후 많은 연구가 거듭되어 1995년 난소암에 대한 미국 FDA의 약품 공인을 얻은 이래 현재 난소암 치료제로서 시판되고 있는 탁세인(taxane) 고리를 가지는 화합물이다. 탁솔은 항암작용으로 뿐만 아니라 그의 독특한 작용기작으로 관심의 대상이 되어 왔는데, 1974년부터 1989년까지 임상 실험을 실시한 결과 말기의 유방암과 난소암, 그리고 폐암 환자에 대해 각각 50, 30, 25% 정도의 치료 효과를 나타내었으며 다른 항암제를 혼용 사용하는 경우 더 큰 효과를 볼 수 있는 것으로 발표되었다.

따라서 탁솔을 생산하는 방법은 현재까지도 각 연구 기관에서 초미의 관심 대상이며 이를 위해 많은 인력과 재원을 투자하고 있는 실정이다. 현재까지 여러 가지 생산 방법이 연구되고 있지만 아직까지도 주목의 수피에서 전통적인 용매 추출법에 의해 탁솔을 생산하고 있다. 그러나, 이러한 용매 추출법은 불필요한 물질들까지 모두 추출해 내어 여기에서 미량의 탁솔만을 정제하여야 하기 때문에 많은 시간과 비용이 소요된다.

또한, 은행잎 추출물로 통칭되는 플라보노이드(flavonoid)계 화합물인 캠페롤과 퀄세틴은 혈관류의 확장, 혈액순환 촉진, 노폐물의 용해, 혈류증가 등에 효능을 보여 1932년 처음 발표된 이래 많은 연구가 진행되어 현재 혈액 순환제로 시판되고 있다. 하지만 이 경우도 전통적인 용매 추출법을 사용함으로써 인체에 해로운 유기 용매가 최종 생산물에까지 잔존하는 경우가 있어 최근 국내에서도 사회문제로 대두된 바 있다.

이러한 시간과 경비 면의 단점을 개선하기 위한 방법의 일환으로 초임계 유체 추출법이 개발되어, 초임계 이산화탄소 및 보조 용매로 에탄올을 사용하여 주목의 껍질로부터 탁솔을 추출하는 방법이 1992년에 예닝스(Jennings) 등에 의해 보고된 적이 있으며 은행잎의 경우도 몇몇 연구기관에서 초임계 유체 크로마토그래피를 이용하여 분리를 시도한 사례가 보고된 바 있다(Hoon Huh et al., Journal of Chromatography, Supercritical fluid chromatography of polyphenols in Ginkgo biloba L., 600, 364-36(1992)). 상기 초임계 유체 추출법을 이용한 경우는 종래의 용매 추출법에서 야기된 과다한 유기 용매의 사용으로 인한 환경 오염 문제는 배제할 수 있으나 용매 추출법에 비해 수율이 크게 낮은 단점을 나타내었다.

따라서 본 발명의 목적은 상기한 바와 같은 문제점을 해결하고 식물체로부터 대사 물질을 보다 효과적으로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에서는 용매를 사용하여 식물체로부터 대사물질을 추출하고, 추출물 용액에 흡착제를 첨가하여 대사물질을 흡착시킨 후 흡착제에 대해 초임계 유체 추출을 행하는 단계를 포함하는 식물체 대사 물질의 추출방법을 제공한다.

제1도는 본 발명에 따른 초임계 유체 추출 장치의 개략도.

제2a도, 제2b도는 각각 본 발명의 방법 및 유기 용매 추출 방법에 따라 추출된 탁솔 관련 물질의 고성능 액체 크로마토그래피 분석 결과.

제3도는 본 발명의 방법에 따라 은행잎에서 추출된 플라보노이드의 고성능 액체 크로마토그래피 분석 결과이다.

* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명

11 : 초임계 추출기 12 : 이산화탄소 공급기

13 : 고압용 액체 펌프 14 : 공기 공급기

15 : 포집기 16 : 보조 용매 공급기

17 : 제한기(restirctor)

본 발명에서는 초임계 유체 추출법에 전처리 공정으로 흡착 공정을 추가함으로써, 목적 물질을 포함하는 추출물 중 종래의 용매 추출법에서 문제가 되는 목적 물질에 비해 극성인 성분들을 초임계 유체인 이산화탄소에 비교적 잘 용해되지 않은 성질을 이용하여 선택적으로 제거해주고, 초임계 유체 추출에서 문제가 되는 비극성 물질인 지질 계열의 화합물들은 전처리 공정인 흡착 공정을 통해 미리 제거해 줌으로써 초임계 추출 공정에서의 수율과 선택도를 증가시켰다. 즉, 흡착제에 상대적으로 친수성인 물질들이 흡착되면 지질 물질과 같은 소수성 물질들 만의 접촉 기회가 많아져 소수성 친화력에 의해 서로 응집되어 석출되므로 흡착 공정을 통해 지질 계열의 화합물을 미리 제거할 수 있게 된다.

본 발명의 추출 공정을 상세히 설명하면 다음과 같다.

[용매 추출 및 흡착 공정]

목적하는 대사 물질을 생산하는 식물체의 대상 부위, 예를 들면 주목(Taxus cuspidata)의 수피, 은행나무(Ginko B.)의 잎)을 분쇄기로 분쇄하여 분말로 만든다. 분쇄된 시료 1 내지 5g을 용매, 예를 들면 메탄올을 이용하여 24시간 동안 추출한다. 이때 25℃의 온도에서 약 120rpm의 속도로 교반시켜 추출의 효율을 극대화한다. 24시간 후 회수하여 유기용매의 부피를 1㎖로 증발 농축시킨 후, 농축물에 증류된 물을 24 내지 50㎖ 가량 첨가해주어 용액의 극성을 증가시킨다. 이 경우 묽은 산과 염기를 이용하여 용액의 pH를 4 내지 6, 바람직하게는 5.5의 값으로 일정하게 유지함으로써 흡착 효율 및 추출시 선택도를 증가시킬 수 있다.

준비된 용액에 흡착제, 예를 들면 앰버라이트(Amberite) XAD-7(Rohm Hass사, 미국)을 첨가시킨 후 용매 추출 공정과 동일한 조건으로 5시간 동안 흡착시킨다. 이때 이용되는 흡착제는 직경이 0.05 내지 0.5mm의 것을 사용하여 후속의 초임계 추출 공정에서 제한기(resrictor)나 추출기 필터가 막히는 현상을 미리 방지하고 수분이 15% 이하인 상태로 유지된 것을 이용한다. 본 발명에 사용되는 상기 앰버라이트 XAD-7 흡착제는 폴리메타크릴레이트로 이루어져 수용액 내에서는 팽창에 따른 구조적 변화가 없는 것으로 알려진 비교적 안정적인 거대망상조직의 수지로서, 비극성 용매내에서는 수소 결합을 형성하여 흡착을 유도하지만 수용액과 같은 극성 용액 내에서는 물이 수소 결합을 약하게 만들고 대신 소수성 상호작용에 의해 물리적 흡착을 하는 것으로 알려져 있다. 전자 현미경으로 관찰한 표면은 침상 구조로 되어 있고 그 안에 90Å의 수많은 기공들이 존재하며 수분 함유량은 60% 정도이고 표면적은 450㎡/g이다. 흡착이 완료되어 목적 물질이 흡착된 흡착제는 용액과 분리시킨 후 약 2시간 동안 건조시켜 전처리 공정을 마무리한다. 이때 흡착제에는 목적 물질 이외에 소량의 불순물이 함께 흡착될 수 있으나 최적 조건에서 거의 불활성인 수준이다.

[초임계 유체 추출 및 분리 공정]

전처리 공정을 거쳐 목적 물질이 결합된 흡착제는 하기 표 1에 나타낸 바와 같은 조건에서 도 1에 나타낸 바와 같은 추출장치를 사용하여 초임계 유체 추출을 수행한다. 초임계 유체로는 이산화탄소가 바람직하며, 보조용매로는 메탄올을 사용할 수 있다. 본 발명에서 이용한 초임계 유체 추출기는 다이오넥스(Dionex, USA)사의 SFE-703과 보조 용매 주입기인 SFE-703M이다. 3.4 내지 24㎖ 용량의 추출 셀(cell) 내에 전처리 공정을 거친 흡착제 0.5 내지 5g을 충전시킨다. 셀의 양 끝은 필터 보호를 위해 유리솜으로 막아 준다.

상기 조건으로 추출을 실시한 후 포집기에 모여진 추출물을 증발 농축시켜 고성능 액체 크로마토그래피에서 하기 표 2에 나타낸 바와 같은 조건으로 정량분석한다.

상기와 같은 본 발명의 공정에 따라 주목 수피로부터는 항암 활성을 갖는 탁솔 및 그의 유사체, 특히 10-데아세틸 바카틴 Ⅲ(10-deacetyl baccatin Ⅲ)을 얻을 수 있으며, 은행잎으로부터는 긴코라이드 및 플라보 글라이코사이드를 얻을 수 있다.

이하, 하기 실시예에 의거하여 본 발명을 구체적으로 설명한다. 단, 이들 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명이 이들 만으로 한정되는 것은 아니다. 하기 실시예에서 수율은 전체 시료의 질량 중 목적 물질의 질량을 백분율로 나타낸 것이고 선택도는 추출물의 질량 중 목적 물질의 질량을 백분율로 나타낸 것이다.

[실시예 1]

주목 수피를 건조한 후 분쇄하여 얻은 분말 시료 3g을 25℃에서 약 120rpm으로 교반하면서 메탄올을 24시간 동안 추출하였다. 24시간 후 메탄올의 부피를 1㎖로 증발 농축시킨 후 증류수 20㎖를 첨가하였다. 이때 용액의 pH는 5.5로 유지하였다. 상기 용액에 앰버라이트 XAD-7을 첨가한 후 상기와 같이 5시간 동안 흡착시켰다. 흡착이 완료된 흡착제는 2시간 동안 건조시켰다.

상기에서 얻은 흡착제 3g을 24㎖의 추출 셀 내에 넣고 압력 600 기압, 온도 120℃, 운전 시간 30분, 유속 1450㎖/분의 조건으로 이산화탄소를 이용하여 초임계 추출하였다. 추출물을 고성능 액체 크로마토그래피 분석한 결과 0.009%의 수율로 탁솔이 얻어졌으며(0.09mg/g, 탁솔/총시료의 양), 선택도는 4.98%를 나타내었다(도 2-1 참조).

[비교예 1]

흡착제 처리 공정을 거치지 않고 주목의 수피로부터 바로 초임계 유체 추출하는 것을 제외하고는 실시예 1과 같이 실시하였다. 그 결과 탁솔의 수율은 0.0130%, 선택도는 3.21%였다.

[비교예 2]

실시예 1과 같이 주목의 수피로부터 목적 물질이 흡착된 흡착제를 용매 추출법에 의해 추출한 결과 탁솔의 수율은 약 0.0213%, 선택도는 0.11%로 나타났다(도 2-2 참조).

[실시예 2]

추출 조건 중 운전 시간을 60분으로 연장시킨 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 추출을 실시한 결과 탁솔의 수율은 0.009%, 선택도는 4.77%로 나타났다. 탁솔 관련 물질인 10-데아세틸 바카틴 Ⅲ(10-deacetyl baccatin Ⅲ)은 0.01%의 수율로 얻어졌다.

[실시예 3]

추출 조건 중 압력을 400 기압으로 감압시켜 유속을 1300㎖/분으로 조정한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 추출을 실시한 결과 수율은 0.005%, 선택도는 3.65%로 나타났다.

[실시예 4]

추출 조건 중 보조 용매로 메탄올을 12% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 추출을 실시한 결과 수율은 0.009%, 선택도는 2.78%로 나타났다. 10-데아세틸 바카틴 Ⅲ(10-deacetyl baccatin Ⅲ)는 0.003%의 수율을 나타내었다.

[실시예 5]

추출 조건 중 보조 용매로 메탄올을 4% 첨가한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 추출을 실시한 결과 수율은 0.008%, 선택도는 2.58%로 나타났다.

이상에서와 같이, 식물체로부터 목적하는 대사 물질을 흡착제를 이용하여 흡착시킨 후 고압 고밀도 초임계 유체를 이용하여 추출함으로써 목적 물질 외의 다른 물질을 미리 선택적으로 제거하여 수율 및 선택도를 향상시키고 후속의 분리에 소요되는 시간 및 비용을 절감할 수 있어 공정의 경제성을 증대시킬 수 있다.

Claims (9)

1. 용매를 사용하여 식물체로부터 대사물질을 추출하고, 추출물 용액에 흡착제를 첨가하여 대사물질을 흡착시킨 후, 흡착제에 대해 초임계 유체 추출을 행하는 단계를 포함하는 식물체 대사 물질의 추출방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 추출물 용액에 물을 가한 후 흡착제를 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 대사물질을 상기 흡착제에 흡착시킨 후 흡착제를 건조시키는 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 흡착제로써 대사물질을 흡착할 때 상기 추출물 용액의 pH는 4 내지 6인 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 초임계 유체 추출이 초임계 유체로 이산화탄소를 사용하며 100 내지 600 기압의 압력 및 40 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제1항 또는 제5항에 있어서, 초임계 유체 추출시 보조 용매로 메탄올을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 대사물질이 주목(Taxus cuspiadata)의 수피로부터 추출되는 탁솔 관련 물질인 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 탁솔 관련 물질이 10-데아세틸 바카틴 Ⅲ(10-deacetyl baccatin Ⅲ)인 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제1항에 있어서, 상기 대사물질이 은행나무(Ginko B.) 잎으로부터 추출되는 긴코라이드 및 플라보 글라이코사이드인 것을 특징으로 하는 방법.