KR101722165B1 - 초임계 추출을 이용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조하는 방법 - Google Patents
초임계 추출을 이용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 초임계 추출을 이용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용매로 초임계 이산화탄소를 사용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘(neohesperidine)을 초임계 추출하는 단계; 및 상기 네오헤스페리딘을 pH 9 ~ 10 의 알칼리 조건에서 알칼리 수소 처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘(neohesperidine dihydrochalcone)으로 전환하는 반응을 수행하는 단계를 포함하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘(neohesperidine dihydrochalcone)의 제조 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 초임계 추출을 이용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 용매로 초임계 이산화탄소를 사용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘을 초임계 추출하는 단계; 및 상기 네오헤스페리딘을 pH 9 ~ 10의 알칼리 조건에서 알칼리 수소 처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응을 수행하는 단계를 포함하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법에 관한 것이다.
인류 문명의 발달과 더불어 인간의 단맛에 대한 욕구로 인한 물엿, 시럽의 제조기술 및 설탕의 공업적 생산 기술과 감미료의 생산 기술도 더불어 발전하여 왔다. 인류가 개발한 감미료 중에서 설탕은 자연에서 얻을 수 있는 가장 훌륭한 천연 감미료로서 오랫동안 식품 산업에 이용되어 왔다. 그러나 최근에 이르러 소득 수준의 향상과 더불어 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 설탕의 과다 섭취에 따른 치아우식증, 비만증, 당뇨병 및 심장 질환 등과 같은 성인병에 시달리는 환자들이 급증함으로써 설탕을 대체할 수 있는 기능성 감미료의 개발이 요구되고 있다. 따라서 세계 각국에서는 설탕을 대체할 수 있는 감미료를 개발하기 위하여 연구를 수행하여 왔으나 아직도 설탕을 대체할 수 있는 혁신적인 감미료의 개발은 요원한 실정이다. 더욱이 설탕을 전량 수입해야 하는 우리나라의 실정에서 설탕을 대체할 수 있는 기능성 감미료의 개발은 의학적 가치뿐만 아니라 경제적 가치도 매우 크다고 할 수 있다. 따라서 설탕을 대체할 고감도 감미료는 높은 경제적 부가 가치를 지녔다는 점에서 세계적으로 각광받는 연구과제가 되었으며, 국내에서도 설탕 대체용 감미료 개발에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다.
고감도 감미료 중에서 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘은 설탕에 비하여 1,500 ~ 1,800배 이상의 감미도를 나타내며, 감미 효과가 오랫동안 지속되는 특징이 있으며, 밀폐된 용기에서 보관할 경우 보관온도에 상관없이 성상, 맛, 화학적 특성이 변함없이 5년 동안 안정한 것으로 확인됨으로써 저장성이 우수하고, pH 2 ~ 8의 산성 환경이나, 식품에서 일반적으로 행하는 멸균이나 열처리에 특별한 효능의 저하 없이 안정성이 유지되는 등 식품 첨가제로서 우수한 특징을 갖추고 있다.
또한, 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘은 유럽연합(EU)의 Sweetener Directive에 등재되었고(승인번호, E959), Generally Recognized As Safe(GRAS)의 성분으로 허용됨으로써 식품첨가제로서의 안정성이 입증되었다(GRASNumber 3811).
상기와 같이 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘은 용도, 안정성, 감미료로서의 안전성 등이 확인되었지만, 효율적인 생산 공정에 대해서는 아직까지 충분한 연구가 이루어지지 못한 실정이다.
한편, 감귤 생산 농가의 증가와 농업기술의 발전으로 인해 감귤의 생산량이 증가하였고, 그에 따라 산업적 감귤 주스, 향수 등 공산품의 생산이 증가하였으며 이로 인하여 부산물 또는 폐기물로 생성되는 감귤 과피와 찌꺼기 등이 발생되고 있다. 감귤의 가공에서 주폐기물인 감귤 껍질은 국내 최대의 관광지인 제주도의 환경오염의 중요한 원인 중의 하나로 지적되고 있어 폐기물처리에 소요되는 고비용이 이미 감귤가공업체의 생산단가를 가중시킬 정도로 심각한 어려움을 주고 있다. 감귤 과피는 한약으로 진피라 하여 사용되며, 중국으로부터 수입되고 있다. 제주지역에서는 노지 건조방법으로 처리하여 진피로 사용되고 있으나, 그 양은 적은 편이다. 그러므로 감귤가공의 수익성을 확보하기 위해, 저비용의 폐기물 처리기술 또는 폐기물 활용기술의 개발이 절실히 필요하다.
감귤 가공폐기물인 감귤껍질에는 건조중량에 대해 60종 이상의 플라보노이드가 1 ∼ 3 %로 다량 함유되어 있으며, 이들은 여러 생리효과가 뛰어난 우수 천연소재로 밝혀져 있다. 감귤 내 플라보노이드 성분에 대해서는 혈중 콜레스테롤 저하, 혈당 저하, 혈압 강하, 면역 활성 촉진, 중금속 흡수 등의 생리효과를 가지고 있다고 알려져 있어, 고혈압, 동맥경화증, 협심증, 당뇨병, 면역력 감소 등 각종 성인병 질환의 예방과 치료를 위한 기능성 식품 또는 의약품 등으로 연구 개발이 되어왔다.
감귤류 과피추출물 및 감귤류 유래 바이오후라보노이드는 그 외에 항암, 항바이러스, 항산화, 혈압강하 효과 등이 있는 것으로 알려졌다 [Saija, A., et al. Free Radical Biol. Med., 19, 481-486(1995); Felicia V., et al., Nutr. Cancer, 26, 167-181(1996); EP 0352147 A2(1990.1.24); and Kaul, T.N., et al., J. Med Virol., 15, 71-79(1985)]. 또한, 감귤류의 과피와 씨 속에는 리모노이드계 물질이 존재하는데 이들이 항암활성을 갖고 있다는 사실도 밝혀져 있다 [Lam, L. K. T., et al., Inhibiton of chemically induced carcinogenesis by citrus limonoids. In Food Phytochemicals for Cancer Prevention, Vol. I, ACS Symposuim series No. 546,Huang, M. T., O. Osawa. C. T. Ho, R. Rosen(ed), 1993].
감귤류 유래 주요 바이오후라보노이드인 헤스페리딘, 나린진 등은 콜레스테롤 합성효소인 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl CoA Reductase 및 Acyl CoA: Cholesterol transferase 효소활성을 낮추어 동물의 몸속에서 고지혈증을 예방하는 것으로 밝혀졌으며 다른 바이오후라보노이드도 비슷한 작용을 한다 [Bok, S. H., Lee, S. H., Park, Y. B., K. H., Son, K. H., Jeong, T. S. and Choi, M. S. 1999, Plasma and Hepatic Cholesterol and Hepatic Activities of 3-hydroxy-3-methyl-glutaryl-CoA Reductase and Acyl CoA: Cholesterol Transferase are Lower in Rats fed Citrus Peel Extract or a Mixture of Citrus Bioflavonoids, J. of Nutrition. Vol 129(6): 1182-1185].
현재까지 감귤류를 이용한 새로운 고감도 감미료인 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조에 관한 연구는 활발하지 않았다. 다만, 최근 들어 본 발명자에 의해 감귤피로부터 헤스페리딘을 추출하고 이를 미생물을 이용한 생합성을 통해 네오헤스페리딘으로 생전환한 후 고감도 감미료인 네오헤스페레딘 디하이드로칼콘으로 제조하는 방법에 관한 내용이 보고되었다(대한민국특허 등록번호 제10-0771081호).
이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 감귤가공부산물로부터 네오헤스페레딘을 제조하기 위하여 추출 압력, 추출 시간, 및 보조 용매의 농도를 반응표면분석법을 이용하여 최적 조건의 초임계추출 공정을 개발하고, 이로부터 효율적이고, 경제적으로 네오헤스페레딘 디하이드로 칼콘을 생산할 수 있는 기술을 개발하였고, 이에 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 용매로 초임계 이산화탄소를 사용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘을 초임계 추출하는 단계; 및 상기 네오헤스페리딘을 pH 9 ~ 10의 알칼리 조건에서 알칼리 수소 처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응을 수행하는 단계를 포함하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법을 제공하는 것이다.
하나의 양태로서 본 발명은 용매로 초임계 이산화탄소를 사용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘을 초임계 추출하는 단계; 및 상기 네오헤스페리딘을 pH 9 ~ 10의 알칼리 조건에서 알칼리 수소 처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응을 수행하는 단계를 포함하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법을 제공한다.
본 발명에서 상기 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환 반응을 수행하는 단계 이후에 상기 반응액을 냉각시켜 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 결정화를 유도하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명에서 상기 초임계 추출 시 추출압력은 30 ~ 40 MPa이고, 추출시간은 40 ~ 60 분인 것이 바람직하다.
본 발명에서 초임계 추출 시 보조용매를 추가로 첨가할 수 있으며, 보조용매로는 에탄올, 이소프로판올 또는 이들의 혼합용매를 사용할 수 있고, 바람직하게는 20 ~ 40 (v/v)% 에탄올을 사용하여 네오헤스페리딘을 초임계 추출할 수 있다.
본 발명에서 네오헤스페리딘으로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환반응 수행시 촉매제로서 레이니-니켈이 사용될 수 있고, 바람직하게는 0.5 ~ 1중량% 농도의 레이니-니켈을 사용하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조할 수 있다.
본 발명에서 네오헤스페리딘을 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응시간은 24 ~ 72 시간이 바람직하다.
본 발명에서 상기 반응액의 결정화 유도 단계에서 결정화 유도 시간은 6 ~ 72 시간이 바람직하다.
이하, 본 발명의 구성을 더욱 상세히 설명한다.
본 발명에서 네오헤스페리딘을 제공하기 위하여 감귤류의 과피를 원료로 사용하였으며, 구체적으로 감귤, 탱자, 레몬, 오렌지, 한라봉 등의 과피를 원료로 사용할 수 있다.
본 발명에서 사용된 감귤류(citrus)는 쌍떡잎식물 쉬손이풀목 운향과 감귤나무아과에 속하는 식물 과수로서 감귤나무아과 중에서 감귤속, 금감속, 탱자나무속에 속하는 각 종 및 이들 3속에서 파생되어 온 품종의 총칭이다.
본 발명에서 초임계 유체란 임계점 이상의 온도 및 압력을 가지는 물질의 상태를 나타낸 용어로서, 초임계 유체의 밀도는 액체의 밀도와 비슷하지만 점도는 기체의 점도처럼 낮기 때문에 상기 초임계 유체의 확산계수가 액체의 확산계수에 비하여 수백 또는 수천 배 정도 크다. 그러므로 초임계 유체는 점도가 기체처럼 작으므로 시료 침투력이 좋아 추출 효율이 향상되고, 확산계수가 크므로 물질의 평형상태에 빠르게 접근할 수 있는 특징을 지니고 있다. 따라서 초임계 유체를 추출에 이용하게 될 경우에는 기존의 용매추출과 비교하여 볼 때 압력 및 온도조작에 의해 고밀도 상태로부터 저밀도 상태까지 어떠한 조건에서도 추출을 할 수 있다는 장점이 있으며, 비교적 저온에서 추출함으로써 열로 인한 추출물의 손상이 감소되는 장점이 있다.
전술한 초임계 유체로 사용하기 위한 적합한 물질로는 폭발성이나 인화성이 낮고, 임계온도나 임계압력이 비교적 낮은 물리적 특성을 지닌 물질이 유리하다. 그러므로 전술한 물리적 특성을 고려하여 볼 때, 본 발명에서는 추출력이 매우 강한 비극성 용매인 이산화탄소를 사용하게 되며, 상기 이산화탄소를 단독으로 사용하거나 에탄올, 이소프로판올 또는 이들의 혼합용매인 것을 보조용매로 혼합하여 사용할 수도 있다. 본 발명에서는 이산화탄소와 보조용매로 에탄올을 사용하였으며, 이때, 에탄올의 농도는 20 ~ 40 (v/v)% 에탄올을 사용하는 것이 바람직하다.
이산화탄소를 고압의 초임계 상태로 추출물질을 추출할 경우 추출이 종료된 후 감압시키게 되면 추출물에 잔류하지 않고 완전히 기상으로 제거되며, 특히 인체에 무해하며 폭발성 및 인화성이 없어 매우 안전하게 사용할 수 있다는 장점이 있다. 또한 이산화탄소는 임계온도(31.04℃) 및 임계압력(72기압)이 낮기 때문에 온도와 압력을 변화시켜 추출 성능을 변화시킬 수 있으므로 정제공정에 사용할 수 있다는 장점이 있다.
본 발명의 실험에 사용한 초임계유체 추출장치는 최대 압력이 60.7 MPa까지 사용가능하도록 제작하였으며, 초임계유체 추출장치는 이산화탄소와 보조용매용 시린지 펌프(syringe pump), 펌프 제어기(pump controller), 시료 카트리지(sample cartridge)가 장착되는 고압 챔버와 유량 조절을 위한 흐름 제한 장치(restrictor) 그리고 컬렉션 바이알(collection vial)로 구성되도록 하였다. 본 발명에서는 이러한 초임계 추출 장치를 이용하여 추출 압력(16.1 ~ 45.7 MPa), 추출시간(0 ~ 80 분), 보조용매로서 에탄올의 농도(0 ~ 40 %)를 달리하여 추출함으로써 최적의 추출조건을 확립하였다. 이때 추출 온도는 50℃, 고압 시린지 펌프의 유속은 1.5 mL/min로 고정하여 추출하였다.
상기 추출장치 내 추출과정은 하기와 같다. 먼저, 일정 온도 및 압력에서 일정 시간 동안 유지된 후 초임계 이산화탄소는 시료가 충전된 용기를 통과하면서 추출이 진행되어 이산화탄소와 추출물은 가온된 유량조절밸브를 통하여 콜렉션 튜브로 모아진다. 이때 이산화탄소는 추출물과 분리되어 콜렉션 튜브의 상부를 통하여 대기 중으로 방출되며, 추출물은 보조용매가 채워져 있는 컬렉션 바이알에 포집된다. 포집된 추출물은 보조용매로 정용하여 영하 20℃에서 저장하면서 분석용 시료로 사용하게 된다. 네오헤스페리딘 농도는 건조 감귤박 100그램 시료 중 성분의 함량에 대하여 추출물 중의 성분 함량의 농도로 나타낸다.
본 발명에서는 초임계 이산화탄소를 사용하여 추출한 네오헤스페리딘 성분을 고속액체크로마토그래피를 이용하여 확인하였고, 최적 추출 조건을 찾기 위하여 추출 압력, 추출 시간, 보조용매의 농도에 따른 네오헤스페리딘의 추출 수율을 반응표면분석법을 이용하여 측정하였다.
본 발명에서는 상기와 같이 추출된 네오헤스페리딘을 알칼리 수소 처리함으로써 최종적으로 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환할 수 있다. 이러한 전환반응은 하기 반응식 1과 같다.
[반응식 1]
본 발명에서 네오헤스페리딘을 알칼리 용액에서 수소처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 단계(alkali hydrogenation step)에서, 네오헤스페리딘을 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하기 위해서는 알칼리 용액을 포함한 반응조에 수소를 주입하고 여기에 촉매를 첨가하여 네오헤스페리딘의 수소화반응을 수행하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서 네오헤스페리딘을 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응시간은 24 ~ 72 시간이 바람직하며, 반응조의 반응온도는 10 ~ 40 ℃가 바람직하며, 25 ~ 35 ℃가 더욱 바람직하다. 이때 사용되는 알칼리 용액은 pH 7 이상이 바람직하며, pH 9~10의 알칼리 용액이 더욱 바람직하다.
또한, 이 단계에서 사용되는 촉매는 알칼리 용액에서 안정한 촉매가 바람직하며, 본 발명에서는 레이니-니켈을 촉매로 사용하였다. 이때 레이니-니켈의 농도는 0.5 ~ 1중량% 농도인 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 반응액의 결정화 유도 단계에서 결정화 유도 시간은 6 ~ 72 시간이 바람직하다.
본 발명은 추출 압력, 추출 시간 및 보조 용매의 농도를 반응표면분석법을 이용하여 최적화한 초임계추출 공정을 통해 감귤류 과피로부터 네오헤스페레딘 디하이드로칼콘을 효율적이고 경제적으로 생산할 수 있는 효과가 있다.
도 1은 네오헤스페리딘으로부터 네오헤스페레딘 디하이드로칼콘으로의 반응공정을 나타내는 그림이고,
도 2은 반응표면분석법에서 코드 디자인에 근거한 정준분석을 나타낸 표 및 네오헤스페리딘 추출을 나타낸 등고선 그래프이고,
도 3는 추출 압력 및 추출 시간에 따라 네오헤스페리딘 추출을 위한 반응표면 분석을 나타낸 것이고,
도 4은 추출 압력 및 에탄올 농도에 따라 네오헤스페리딘 추출을 위한 반응표면 분석을 나타낸 것이고,
도 5는 레이니-니켈 농도에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이고,
도 6는 반응 시간에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이고,
도 7은 냉동 보관 시간에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이다.
도 2은 반응표면분석법에서 코드 디자인에 근거한 정준분석을 나타낸 표 및 네오헤스페리딘 추출을 나타낸 등고선 그래프이고,
도 3는 추출 압력 및 추출 시간에 따라 네오헤스페리딘 추출을 위한 반응표면 분석을 나타낸 것이고,
도 4은 추출 압력 및 에탄올 농도에 따라 네오헤스페리딘 추출을 위한 반응표면 분석을 나타낸 것이고,
도 5는 레이니-니켈 농도에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이고,
도 6는 반응 시간에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이고,
도 7은 냉동 보관 시간에 따른 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 수율을 나타낸 것이다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 :
감귤박
시료의 준비
감귤박 무게의 2배에 해당하는 에탄올을 가하고 30분간 침지한 후, 고속탈수기로 5분간 탈수하였다. 상기 과정을 4회 반복한 후, 진공건조기로 35℃에서 에탄올을 제거하였다. 건조된 착즙박을 3,000 rpm의 분쇄기에서 분쇄한 후, 100 메쉬의 표준체를 통과하는 입자를 취하여 -20℃의 냉동고에 저장하면서 추출용 시료로 사용하였다. 네오헤스페리딘의 농도의 결정은 추출물을 1 ㎖ 취하여 고속 액체 크로마토그래피(HPLC, Agilent)를 이용하여 분석하였다.
실시예
2 : 반응표면분석법을 이용한
네오헤스페리딘
(
Neohesperidine
)
초임
계 추출 조건의 확립
감귤가공부산물로부터 초임계 이산화탄소에 의한 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산원료인 네오헤스페리딘의 추출조건을 최적화하기 위하여 반응표면분석법(Response surface methodology, RSM)을 사용하였다. 이 때 실험적인 코드디자인에 사용된 요인(factor)은 하기 표 1에 나타내었다. 중심합성계획(central composite design)에 의한 요인(독립) 변수의 실험계획은 추출 압력(X1, 16.1 ~ 45.7 MPa), 추출시간(X2, 0 ~ 80 min), 보조용매의 농도(X3, 0 ~ 40 %)를 5단계(-2, -1, 0, 1, 2)로 부호화하여 추출실험을 실시하였다(표 1). 이들 요인 변수에 의해 영향을 받는 종속 변수로는 네오헤스페리딘의 추출수율을 선택하였으며, 3회(중심점은 6회) 반복 실험하여 회귀분석에 이용하였다. 회귀분석에 의한 모델식의 예측은 SAS(Statistical analysis system) 프로그램을 이용하였고, 회귀분석 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였다. 초임계 이산화탄소에 의하여 감귤박으로부터 네오헤스페리딘의 추출에 미치는 영향을 분석하기 위하여, 추출 압력(X1), 추출시간(X2), 에탄올의 농도(X3)를 3가지 요인 변수로 설정하고 5수준의 실험계획을 수립하여 네오헤스페리딘의 추출수율을 측정하였는데, 그 결과 각각의 독립변수에 대한 상수는 하기 표 2와 같이 나타났다.
추출 수율에 대한 분산분석 결과를 도 2에 나타내었다. 결정계수(R-square)는 가정된 모형이 얼마나 적합한지를 수향화한 통계량으로 결과에서 92.81%로 100%에 가깝다 할 수 있으므로 가정된 반응모형이 자료에 적합함을 알 수 있다. 변동계수(CV)는 반응변수의 평균값(Response Mean)에 대한 오차제곱합의 제곱근(Root MSE)값이다. 전체 모형에 대한 유의확률(pr>F)은 0.05보다 작으면 가정된 모형반응이 자료에 적합하다고 할 수 있다. 결과값이 0.021522이므로 반응모형이 통계적으로 유의하다고 할 수 있다.
[표 1]
[표 2]
네오헤스페리딘 추출
결과값에서 t-value는 해당변수를 0으로 놓을 수 있는지에 대한 검정통계량으로 유의확률이 0.05보다 큰 값은 회귀식에서 모두 기각되었다. 도 2은 추출수율에 대한 정준분석 결과로 임계값(critical value)은 정상점의 좌표이다. 정준분석 결과의 고유값(eigenvalues)이 모두 음수이면 최대점을 나타낸다. 회귀식에 정상점을 대입하여 최적조건에서 최대수율을 계산하면 162.22이고, 정준분석에서 찾은 최대값과 비슷함을 알 수 있다. 도 3는 추출 압력과 추출 시간에 따른 결과를 3차원으로 표현한 것이고, 도 4은 추출 압력 및 에탄올 농도에 따라 네오헤스페리딘 추출을 위한 반응표면 분석을 나타낸 것이다. 이와 같이 실험 변수 요인들과 반응치 사이의 관계를 회귀 방정식을 이용하여 기술함으로써 모든 독립변수와 종속변수들 사이의 다중 회귀 상관관계는 1% 이내의 수준에서 통계적으로 높은 유의성이 있는 것으로 보아 실험 데이터는 이차방정식에 잘 부합됨을 알 수 있었다. 세 가지 요인 변수 중 한 가지 변수를 일정하게 하고 다른 두 가지 변수의 함수로 반응을 나타냄으로써 3차원 그림으로 반응표면을 나타낼 수 있다. 또한 추출 압력의 증가에 따라 추출수율은 증가하였는데, 추출 말기보다 추출 초기에 추출 압력의 증가에 따른 추출수율 증대 효과가 더욱 높았다. 이는 추출시간을 짧게 하였을 때는 추출 대상 성분들이 시료에 많이 남아 있으므로 추출 압력에 따른 추출수율 증대 효과가 보다 높게 나타난 것으로 추정된다. 한편 추출 압력과 동시에 추출시간의 증가에 따라 추출수율은 점점 일정한 값에 이르는 경향을 보였다. 초임계 이산화탄소 에탄올을 보조용매로 첨가하면 추출 효율이 급격히 증가하였는데, 이는 목적 성분에 대한 용해도를 증가시키고, 보조용매 분자들은 시료 조직에 존재하는 활성결합부위에서 목적 물질과 경쟁함으로써 목적 성분들과 시료 매트릭스 간의 상호작용을 감소시켜 매트릭스의 구조를 변화를 초래함으로써 매트릭스로부터 목적 성분의 용출을 용이하게 하기 때문이다.
상기의 결과에 근거하여 감귤박으로부터 네오헤스페리딘 추출하는데 있어 추출압력은 30 내지 40MPa의 압력으로 하고, 상기 추출시간을 40 내지 60분으로 하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.
실시예
3 : 레이니-니켈(
Raney
-
Nickel
) 처리 농도에 따른
NHDC
생산 수율 분석
본 실험에서는 촉매로서 레이니-니켈 처리 농도에 따른 조건을 확립하였다. 레이니-니켈 처리 농도를 0 ~ 2.0 g으로 각각 처리한 후 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량을 조사하였다.
이 때 반응은 하기와 같이 수행하였다.
네오헤스페리딘 10 g 을 2 N 수산화나트륨(KOH) 100 ml 용액에 가하여 녹인 후, 여기에 촉매로서 0 ~ 2.0 g 의 레이니-니켈을 처리하고, 혼합액을 상온에서 24 시간 동안 반응시켜 수소화 반응을 유도하였다. 혼합용액을 여과하고, ice 조건하에서 교반하면서 5 N 염산 용액을 천천히 가하여 pH 6 ~ 7로 적정한 후, 최종 반응용액을 24 시간 동안 -20℃의 냉동고에서 방치했다(결정화 유도). 이와 같은 방법으로 얻어진 시료를 흡입장치를 이용하여 여과하고, 냉각수를 이용하여 세척한 후, 진공건조기에서 건조하여 최종 생산된 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘(NHDC)의 무게를 측정했다.
실험 결과 레이니-니켈의 처리 농도가 1.0 g 일 때에 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량은 9.3 g으로서 93%의 생산수율을 나타내었으며, 1.0 g 이상의 레이니-니켈 농도에서는 더 이상 반응은 일어나지 않았으며, 최대 생산 수율은 98% 로 확인되었다.(도 5)
실시예
4 : 반응 시간에 따른
네오헤스페리딘
디하이드로칼콘(
Neohesperidine
dihydrochalcone
) 생산 수율 분석
본 실험에서는 반응 시간을 6 ~ 72 시간으로 변화시키면서 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량을 조사였다.
이때 반응은 하기와 같이 수행하였다.
네오헤스페리딘 10 g을 2 N 수산화나트륨(KOH) 100 ml 용액에 가하여 녹인 후, 여기에 촉매로서 1 g의 레이니-니켈을 처리하고, 혼합액을 상온에서 6 ~ 72 시간 동안 반응시켜 수소화 반응을 유도하였다. 혼합용액을 여과하고, ice 조건하에서 교반하면서 5 N 염산 용액을 천천히 가하여 pH 6 ~ 7로 적정한 후, 최종 반응용액을 24 시간 동안 -20℃의 냉동고에서 방치했다(결정화 유도). 이와 같은 방법으로 얻어진 시료를 흡입장치를 이용하여 여과하고, 냉각수를 이용하여 세척한 후, 진공건조기에서 건조하여 최종 생산된 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘(NHDC)의 무게를 측정했다.
실험 결과 24 시간 후 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량은 9.3 g이었으며, 이후 반응은 천천히 일어나 48시간 후 최대 9.8 g의 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산량을 나타내었다. 따라서 이러한 결과에 근거하여 순도가 높은 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생산 반응시간과 밀접한 관련성이 있음을 확인하였다(도 6).
실시예
5 : 냉동시간에 따른
네오헤스페리딘
디하이드로칼콘(
Neohesperidine
dihydrochalcone) 생산 수율 분석
본 실험에서는 냉동 보관 시간을 6 ~ 72 시간으로 변화시키면서 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량을 조사하였다.
이 때 반응은 하기와 같이 수행하였다.
네오헤스페리딘 10 g을 2 N 수산화나트륨(KOH) 100 ml 용액에 가하여 녹인 후, 여기에 촉매로서 1 g의 레이니-니켈을 처리하고, 혼합액을 상온에서 24 시간 동안 반응시켜 수소화 반응을 유도하였다. 혼합용액을 여과하고, ice 조건하에서 교반하면서 5 N 염산 용액을 천천히 가하여 pH 6 ~ 7로 적정한 후, 최종 반응용액을 6 ~ 72 시간 동안 -20℃의 냉동고에서 방치했다(결정화 유도). 이와 같은 방법으로 얻어진 시료를 흡입장치를 이용하여 여과하고, 냉각수를 이용하여 세척한 후, 진공건조기에서 건조하여 최종 생산된 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘(NHDC)의 무게를 측정했다.
실험 결과 12 시간 이후 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘 생성량은 9.8 g이었으며, 이후 반응은 거의 일어나지 않음을 알 수 있었다(도 7). 이러한 결과에 근거하여 볼 때 본 연구를 통해 생산된 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 경우 축산용(순도 94%이하), 식품용(순도 94 ~ 98%) 및 의약품용(순도 98% 이상)으로 사용하기 위해서는 반응 조건을 변화시켜 용도에 적합하게 사용가능함을 확인할 수 있었다.
Claims (8)
- 용매로 초임계 이산화탄소를 사용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘을 초임계 추출하는 단계; 및
상기 네오헤스페리딘을 pH 9 내지 10의 알칼리 조건에서 알칼리 수소 처리하여 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로 전환하는 반응을 수행하는 단계를 포함하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법으로서,
상기 초임계 추출시 추출압력은 30 내지 40 MPa이고, 추출 시간은 40 내지 60분이고, 보조용매로서 20 내지 40 (v/v)% 에탄올을 사용하는 것을 특징으로 하고,
상기 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환 반응 수행시 촉매로서 레이니-니켈을 1.0 내지 2.0 중량% 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환 반응을 수행하는 단계 이후에 상기 반응액을 냉각시켜 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 결정화를 유도하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 초임계 추출 시 추출 압력은 36.5 MPa이고, 추출 시간은 40 내지 60분인 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 초임계 추출시 보조용매로서 30(v/v)% 에탄올을 사용하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환 반응 수행시 촉매로서 레이니-니켈을 1.0 중량% 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 초임계 추출시 추출압력은 36.5 MPa이고, 보조용매로서 30(v/v)% 에탄올을 사용하는 것을 특징으로 하고,
상기 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘으로의 전환 반응 수행시 촉매로서 레이니-니켈을 1.0 중량% 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 전환 반응은 24 내지 72시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법.
- 제2항에 있어서, 상기 결정화 유도 시간을 6 내지 72시간으로 하는 것을 특징으로 하는 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘의 제조 방법.
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| KR1020100008389A KR101722165B1 (ko) | 2010-01-29 | 2010-01-29 | 초임계 추출을 이용하여 감귤류 과피로부터 네오헤스페리딘 디하이드로칼콘을 제조하는 방법 |
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