KR102276980B1 - 복합공융용매 및 이를 이용한 유용성분의 추출 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세 가지 이상의 수소결합 수용체 및 공여체를 구성성분으로 포함하는 공융용매(deep eutectic solvents)를 각 수용체 및 공여체의 조성비에 따라 제조하고, 상기 용매를 이용하여 동·식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분(생물 생리 활성 물질)을 고효율로 추출하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 공융용매를 이용한 추출 방법에 의하면, 기존의 유기용매 혹은 물을 사용한 추출 방법보다 생물 생리 활성 물질을 고효율 및 선택적으로 추출할 수 있다. 뿐만 아니라, 상기 공융용매는 천연 유래 화합물로 이루어진 추출 용매로써 보다 친환경적인 공정을 도입하여 제조될 수 있으며, 또한, 추출 후 용매의 제거 단계를 축소시킴으로써 환경오염 방지와 경제적 효과 증대를 유도할 수 있다.

Description

복합공융용매 및 이를 이용한 유용성분의 추출 방법{Complex deep eutectic solvent and extraction method of useful component using the same}

본 발명은 점도의 제어가 가능한 복합공융용매 및 상기 복합공융용매를 이용하여 동물, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분을 추출하는 방법에 관한 것이다.

공융용매(deep eutectic solvents)는 염화콜린, 베타인, 프롤린 등과 같은 수소결합 수용체와 아미드, 당, 알코올, 유기산, 지방산 등과 같은 수소결합 공여체의 혼합으로 만들어진 물질이다. 이것은 수소결합 수용체와 수소결합 공여체가 수소결합을 형성하면서 만들어지며, 일반적으로 80℃정도의 저에너지 소비 조건에서 용매를 형성할 수 있다. 이 때 만들어진 공융용매의 녹는점은 수소결합 수용체와 수소결합 공여체 각각의 녹는점 보다 낮고, 투명한 액상 형태로 존재하는 특성을 가지며, 또한, 내부에 형성된 수소결합 네트워크로 인해 높은 용해능력을 가진다.

천연물 추출에 사용되는 일반적인 용매로는 증류수, 폴리올, 알코올 등이 있다. 하지만, 증류수와 폴리올은 친수성 특징이 강해 소수성 용질의 가용화 및 추출에 한계를 지니고 있으며, 이를 개선하기 위하여 메탄올 및 에탄올 등을 이용하지만, 이 방법 또한, 인체 유해성, 용매의 제거 과정 및 추가적인 열에너지가 필요한 단점이 있다. 이와 같이 소수성 용질의 가용화에 사용되는 유기용매는 복잡한 과정 및 고에너지 사용으로 경제성이 낮다.

공융용매의 가장 큰 특징은 내부에 형성된 수소결합 네트워크이며, 이와 같은 특징은 추출될 용질과 수소결합을 형성함으로써, 극성용질 뿐만 아니라 양친매성 및 소수성물질을 가용화하고 추출하는데 적합하다. 또한 공융용매는 생물유래 및 저가의 수소결합 수용체와 수소결합 공여체를 이용하여 제조되기 때문에 환경친화적이며, 생체적합 용매로 적용이 가능하다. 또한, 생물 생리 활성 물질 추출 시, 인체 무해성으로 용매를 완벽히 제거하지 않아도 되기 때문에 일반적인 방법에서 사용되는 유기용매의 제거와 관련한 공정에서 에너지의 절감, 경제성 확보 등의 장점을 가진다. 이와 같은 장점은 자연주의적 소비를 지향하는 소비자의 의식 변화에 영향을 미칠 수 있으며, 공융용매 사용을 통한 환경친화적인 공정의 개발 및 추출 공정의 대체가 가능하다. 최근에 천연 유래 물질을 수소결합 수용체와 수소결합 공여체로써 사용하려는 천연공융용매(NADES, Natural deep eutectic solvents) 관련 다수의 연구가 진행되고 있다. 천연공융용매는 당, 아미노산, 유기산, 콜린, 폴리올 및 우레아 등을 이용하여 만들 수 있으며, 환경 친화적이며 동시에 폭넓은 구조적 다양성을 나타내기 때문에 이상적으로 제조가 가능하다. 대부분 독성이 없고, 식용이 가능하므로 식품, 화장품, 제약산업 전반에 걸쳐 활용할 수 있다.

일반적으로 이러한 천연공융용매는, 1 종의 수소 결합 수용체와 1 종의 수소 결합 공여체가 특정 몰 비율로 조합되었을 때 형성된다. 그러나 이러한 2원 혼합물인 단일공융용매는 용매의 상용화를 제약하는 단점을 가진다. 예를 들어, 당 및 유기산을 수소 결합 공여체로 가지는 단일공융용매는 매우 높은 점성을 띠는데 용매의 높은 점도는 물질전달 속도를 감소시켜 추출을 저해하는 요인으로 작용할 수 있다. 뿐만 아니라, 단일공융용매를 형성할 수 있는 수소 결합 수용체와 수소 결합 공여체의 종류가 제한적이며, 공융용매를 형성하더라도 상온에서 고체형태로 존재하는 경우가 많기 때문에 실질적으로 제조하고 사용할 수 있는 공융용매의 종류가 크게 제한되었다. 이러한 단점을 보완하기 위한 공융용매의 개발이 필요하다.

본 발명은 세 가지 이상의 수소결합 수용체 및 공여체를 구성성분으로 가지는 복합공융용매(complex deep eutectic solvents)의 조성물을 선택 및 제조하고, 상기 용매를 이용하여 동, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분(생물 생리 활성 물질)을 고효율로 추출하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위하여,

본 발명은 일 실시예에서, 1 종 이상의 수소결합 수용체 및 1 종 이상의 수소결합 공여체를 포함하며, 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체는 3 종 이상의 물질을 포함하고, 점도가 상온에서 1 내지 50,000cp인 복합공융용매를 제공한다.

또한, 본 발명은 일실시예에서, 3 종 이상의 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체를 혼합하는 혼합 단계를 포함하고, 상기 혼합 단계는, 수소결합 수용체와 수소결합 공여체를 1:0.1 내지 1:20의 비율로 혼합하는 복합공융용매의 제조방법을 제공한다.

더불어, 본 발명은 일실시예에서, 상기 복합공융용매를 이용하여 동물, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분을 추출하는, 유용 성분 추출 방법을 제공한다.

본 발명은 세 가지 이상의 수소결합 수용체 및 공여체를 구성성분으로 가지는 공융용매(deep eutectic solvents)를 각 수용체 및 공여체의 조성 비율에 따라 제조하고, 상기 용매를 이용하여 생물로부터 유용성분(생물 생리 활성 물질)을 고효율로 추출하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 복합공융용매를 이용하여 유용성분을 추출하는 단계에서 원료의 특성에 맞게 복합공융용매를 제조하여 추출할 수 있기 때문에, 종래의 유기용매, 물 또는 단일공융용매를 사용하는 추출방법보다 개선된 방향의 추출효율을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명에 따른 복합공융용매는 천연 유래 물질을 구성성분으로 가지기 때문에 통상적인 유기용매를 사용한 추출공정에서는 필수적인 용매의 제거단계가 불필요하다. 따라서, 본 발명의 복합공융용매를 이용한 추출방법은 환경오염 방지와 더불어 경제적 이점을 제공한다. 더불어, 상기 방법으로 추출한 추출물은 유용물질이 고농도로 공융용매에 가용화 되어있으므로 별도의 농축과정 없이 화장품, 식품, 제약 등의 제형에 그대로 사용할 수 있으며, 난용성 물질의 가용화를 통해 유용성분의 생리적 활성(생체 이용률)을 향상시킬 수 있다. 뿐만 아니라 물, 글리세롤, 폴리에틸렌글리콜과 같은 용매와 쉽게 융화되기 때문에 첨가제로의 사용도 용이한 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 있어서, 양파껍질로부터 공융용매로 추출된 케르세틴의 양을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매 내 물 함량에 따른 케르세틴 추출율 비교한 것이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 있어서, 50% 물을 첨가한 공융용매의 케르세틴 추출율을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매와 공융용매를 형성하지 않은 것의 케르세틴 추출율을 비교하여 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 양파껍질 추출액의 항산화능을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 커피생두 추출액의 항산화능을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매와 공융용매를 형성하지 않은 경우 용매 자체의 항산화능을 비교하여 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 항산화능 차이를 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 양파껍질 추출액의 총 폴리페놀 함량을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 커피생두 추출액의 총 폴리페놀 함량을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 총 폴리페놀 함량 차이를 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 양파껍질 추출액의 총 플라보노이드 함량을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매로 추출한 커피 생두 추출액의 총 플라보노이드 함량을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 실시예에 있어서, 공융용매 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 총 플라보노이드 함량 차이를 나타낸 것이다.

본 발명은 다양한 변경을 가할 수 있고 여러 가지 실시예를 가질 수 있는 바, 특정 실시예들을 도면에 예시하고 상세한 설명에 구체적으로 설명하고자 한다.

그러나, 이는 본 발명을 특정한 실시 형태에 대해 한정하려는 것이 아니며, 본 발명의 사상 및 기술 범위에 포함되는 모든 변경, 균등물 내지 대체물을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, "포함한다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.

본 발명에서, 용어 “식물”은 전형적으로는 영구적인 자리에서 성장하고, 많은 세포로 이루어져 있으며, 셀룰로오스가 풍부한 세포벽을 가지고 있고, 녹색 색소인 엽록소를 사용하여 광합성을 통해 영양분을 합성하는 녹색식물을 의미한다. 식물의 범위에는 생태학적 분류상 유배식물, 윤조식물(예를 들어, 윤조목), 녹조식물, 홍조식물, 회색조식물을 포함하는 모든 녹색 식물이 포함된다.

본 발명에서, 용어 “동물”은 동물계로 분류되는 생물의 총칭을 의미한다. 엽록소와 세포벽을 가지지 않고 몸 속에 여러 기관이 있는 생물 중 다세포인 것을 말한다. 동물의 범위에는 연충류, 곤충류, 어류, 양서류, 파충류, 조류, 포유류가 포함되어 있다.

본 발명에서, 용어 “원핵생물”은 핵이 없는 원핵세포로 이루어진 생물을 뜻하며, 핵이 없고, DNA와 단백질, 대사산물들의 세포내 구성요소가 세포막으로 둘러쌓여 있는 생물을 말한다. 대표적인 원핵생물로는 세균이 있으며, 대게 이분법을 통하여 번식하는 특징을 가진다. 원핵생물의 범위에는 세균과 고세균이 포함된다.

본 발명에서, 용어 “진핵생물”은 진핵세포를 가진 생물로 세포 내에 핵으로 대표되는 다양한 세포소기관을 가진 생물을 말한다. 보다 상세하게는 일반적으로 진핵생물은 원생생물, 식물, 동물의 넓은 범주를 아우르는 말이지만, 본 발명에서의 “진핵생물”은 원생생물계와 균계로 범위를 한정하였다. 원생생물은 영양분을 섭취하는 원생동물, 광합성을 하는 조류, 균류와 같이 유기물을 분해하여 흡수하는 점균류와 난균류의 네 무리로 나눌 수 있다. 균계 생물은 효모와 곰팡이, 버섯 등의 진핵 생물을 포함하는 말이다. 따라서, 본 명세서에서 말하는 “진핵생물”의 예시로는 클로렐라, 누룩곰팡이, 효모, 상황버섯 등이 있다.

본 발명에서, 용어 "투명한"은 용매가 투과적이며, 육안으로 확인되는 고체입자를 함유하지 않는 다는 것을 의미한다.

본 발명에서, 용어 "안정한"은 용매 제조 후 1주일 이내에 육안으로 확인되는 결정이 용매내에 형성되지 않는다는 것을 의미한다.

본 발명에서, 용어 "유체"는 고체에 비해 형상이 일정하지 않아 변형이 쉽고 자유로이 흐를 수 있는 액체를 의미한다. 본 발명에서 제공하는 용매는 20 내지 50℃에서 액상으로 존재한다.

이하, 본 발명에 대하여 구체적으로 설명하기로 한다.

1 종의 수소결합 수용체와 1 종의 수소결합 공여체를 구성성분으로 하는 단일공융용매는 용매가 만들어지는 수소결합 수용체와 수소결합 공여체의 조합과 몰비율을 찾기 어렵고, 단일공융용매 제조에 사용할 수 있는 수소결합 수용체와 수소결합 공여체의 종류가 제한적이다. 또한, 당이나, 말산(malic acid), 시트르산과 같은 고형의 유기산을 수소결합 공여체로 가지는 단일공융용매는 상온에서 고체로 존재하거나, 높은 점성을 가지기 때문에 추출용매로 사용하기 힘들다.본 발명은 상기의 단점을 보완하기 위한 세 가지 이상의 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체를 구성성분으로 가지는 복합공융용매에 관한 것이다. 상기 복합공융용매는 세 가지 이상의 조합을 통해 녹는점이 낮아지기 때문에 보다 넓은 온도 범위에서 액체로 존재할 수 있다. 그리고, 복합공융용매는 수소결합 수용체와 수소결합 공여체의 조합과 몰비율을 찾기 용이할 뿐만 아니라, 다양한 물질로 이루어져 있기 때문에 용매의 물리화학적 특성을 보다 세밀하게 조절할 수 있다. 복합공융용매는 목표가 되는 추출물질의 특성을 고려하여 용매의 물리화학적 특성을 커스터마이징(customizing)할 수 있으며, 이에 따라, 고효율로 유용물질을 추출할 수 있다는 장점을 가진다.

구체적으로, 본 발명은 1 종 이상의 수소결합 수용체 및 1 종 이상의 수소결합 공여체를 포함하며, 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체는 3 종 이상의 물질을 포함하고, 점도가 상온에서 1 내지 50,000cp인 복합공융용매를 제공한다. 상기 점도는 예를 들어, 1 내지 48,000cp, 1 내지 45,000cp, 1 내지 43,000cp 또는 1 내지 41,000cp일 수 있다. 상기 점도를 갖는 복합공융용매는 넓은 온도 범위에서 액체로 존재하기 때문에, 추출 용매로 적용 가능하다. 예를 들어, 상기 복합공융용매는 10℃ 내지 150℃의 온도 범위 내에서 액체로 존재할 수 있다.

본 발명에 따른 복합공융용매는 1 종의 수소결합 수용체 및 2 종 이상의 수소결합 공여체, 또는 2종 이상의 수소결합 수용체 및 1 종의 수소결합 공여체를 포함할 수 있다. 상기 복합공융용매는 3 종 이상의 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체를 포함함으로써, 넓은 온도 범위에서 액체로 존재할 수 있고, 용매의 물리화학적 특성을 보다 세밀하게 조절할 수 있다.

상기 다중의 수소결합 수용체 또는 수소결합 공여체를 사용할 경우, 각각의 수소결합 수용체와 수소결합 공여체는 모두 상이한 물질을 사용하는 것일 수 있다.

상기 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체의 조성비는 1:0.1 내지 1:20 범위 내일 수 있고, 바람직하게는 1:0.5 내지 1:10 범위 내일 수 있다.

그리고, 상기 수소 결합 수용체 및 수소결합 공여체는 각 성분의 몰분율이 0.1 내지 99.9% 이며, 바람직하게는 10 내지 70%일 수 있다.

상기 수소결합 수용체는 염화콜린(Choline chloride), 베타인(Betaine), 소듐아세테이트(Sodium acetate), 프롤린(Proline), 니코틴아마이드(Nicotinamide), L-카르니틴(L-carnitine) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 폴리올은 글리세롤, 에리트리톨, 만니톨, 소르비톨, 자일리톨, 락티톨, 에틸렌 글리콜, 프로필렌글리콜, 리비톨, 알도니콜, 부틸렌글리콜, 펜틸렌글리콜 및 헥실렌 글리콜로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 당(sugar)은 글루코스, 프록토스, 자일로스, 아라비노스, 수크로스, 락토오스 및 갈락토스로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 유기산은 락트산, 포름산, 아세트산, 프로피온산, 말산, 말레산, 피루브산, 푸마르산, 숙신산, 시트르산, 아세트산, 아코니트산, 히알루론산, 하이드록시시트르산, 레불린산 및 락톤 유도체로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 지방산은 옥타노익산, 노나노익산, 언데실릭산, 카프릭산, 라우릭산, 팔미틱산, 리놀렌산 및 감마리놀렌산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

상기 아미드 화합물은 요소, 싸이오요소, 아크릴아마이드, 아세트아마이드, 세라마이드, 나일론-6, 멜라토닌 및 아스파라긴으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

또한, 상기 수소결합 공여체는 폴리올, 유기산, 지방산, 아미드 화합물, 당(sugar) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함할 수 있다.

예를 들어, 상기 수소결합 공여체 중 산(acid) 계열의 물질은 락트산(Lactic acid, LA), 포름산(Formic acid, FA), 아세트산(Acetic acid, AA), 프로피온산(Propionic acid, PA), 하이드록시(hydroxy) 계열의 글리세롤(Glycerol, G), 에틸렌글리콜(Ethylene glycol, EG), 디에틸렌글리콜(Diethylene glycol, DG), 트리에틸렌글리콜(Triethylene glycol, TG), 아마이드(amide) 계열의 요소(Urea, U), 폼아마이드(Formamide, F) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 것일 수 있다.

또한, 본 발명은 일실시예에서, 3 종 이상의 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체를 혼합하는 혼합 단계를 포함하고, 상기 혼합 단계는, 수소결합 수용체와 수소결합 공여체를 1:0.1 내지 1:20의 비율로 혼합하는 전술한 복합공융용매의 제조방법을 제공한다. 예를 들어, 상기 혼합 단계는, 수소 결합 수용체와 수소결합 공여체를 1:0.5 내지 1:10의 비율로 혼합할 수 있다. 또한, 복합공융용매와 관련된 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 이하에서 생략하기로 한다.

본 발명은 3 종 이상의 수소결합 수용체 및 수소결합 공여체를 혼합하여 복합공융용매를 제조함으로써, 2 종의 수소결합 수용체 및 공여체를 혼합하는 방법에 비해 넓은 온도 범위 내에서 액체로 존재할 수 있어 더 용이하게 공융용매가 형성될 수 있다. 예를 들어, 1,2-헥산디올은 베타인, 소듐아세테이트, 프롤린, 니코틴아마이드, L-카르니틴의 수소 결합 수용체와 1:1 내지 1:10의 비율에서 공융용매를 형성하지 않거나, 공융용매가 되더라도 상온에서 고체이다. 그러나, 1,2-헥산디올과 당, 유기산 및 폴리올을 수소결합 공여체로 사용하였을 때 상기의 모든 수소결합 수용체와 공융용매를 형성할 수 있으며, 투명하고 상온에서도 액상인 복합공융용매을 수득할 수 있다. 또한, 예를 들어, 지방산은 소수성 성분이기 때문에 일반적으로는 친수성인 수소결합 수용체와 공융용매를 형성하지 않지만, 본 발명에서는 프롤린을 수소결합 수용체로 하고 지방산과 2 종의 수소결합 공여체를 더하여 4원 혼합물인 복합공융용매를 제조할 수 있다.

더불어, 본 발명은 상기 복합공융용매를 이용하여 동물, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분을 추출하는 추출 단계를 포함하는, 유용 성분 추출 방법을 제공한다. 복합공융용매와 관련된 자세한 설명은 전술한 내용과 중복되므로, 이하에서 생략하기로 한다.

본 발명의 추출방법은 1 내지 5 시간 동안 교반하면서 25 내지 50℃에서 대기압 또는 저압에서 복합공융용매 중에 침지된 분쇄되거나 분쇄되지 않은 생물 물질을 교반, 침지 또는 초음파를 조사하는 단계를 수행하여 동물, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분을 추출할 수 있다.

본 발명에 따른 추출 방법은 추출원료와 복합공융용매는 추출과정에서 공유결합을 형성하지 않고, 오직 비-공유 상호작용 만이 일어난다.

예를 들어, 상기 교반은 1 내지 4 시간, 1 내지 3 시간, 1 내지 2 시간, 2 내지 5 시간 2 내지 3 시간 또는 3 내지 5 시간 동안 수행하는 것일 수 있다.

예를 들어, 상기 대기압 또는 저압은 0 내지 약 500 kPa, 1 내지 500 kPa, 50 내지 500 kPa, 100 내지 500 kPa, 200 내지 500 kPa, 300 내지 500 kPa, 400 내지 500 kPa, 1 내지 400 kPa, 0 내지 200 kPa, 또는 1 내지 100 kPa에서 수행하는 것일 수 있다.

하나의 예시에서, 유용 성분 추출 시, 물을 추가로 첨가할 수 있다. 예를 들어, 복합공융용매(v1)의 용량에 대한 물의 용량(v2)의 용량비(v2/v1)는 1 내지 90% 범위 내일 수 있다. 상기 용량비에 따라 물을 추가로 첨가함으로써, 추출 성능이 개선되는 효과가 있다.

상기 유용성분은 피토케미컬, 지질, 단백질, 색소, 안료 및 향료로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 식물은 벚꽃, 할미꽃, 어스니어, 쇠비름, 커피, 커피박, 양파, 양파껍질, 감초, 황련, 병풀, 석류, 초피나무, 황금, 모란뿌리, 목련나무껍질, 알로에베라잎 및 금사연둥지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 동물은 상어, 사향 노루, 누에 및 쌍별귀뚜라미로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.

상기 원핵생물은 락토바실러스 및 코리네박테리움 글루타미쿰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하고, 상기 진핵생물은 클로렐라, 미역, 김 및 상황버섯으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함할 수 있다.

본 발명은 상기 생물이 생산하는 물질 중에서 식물로부터 추출할 수 있는 유용성분인 피토케미컬, 예를 들어 페놀화합물, 플라보노이드, 세코이리도이드, 스틸벤, 및 페놀알코올, 카로테노이드 등을 추출하는 것일 수 있다. 이 때, 상기 용어 "피토케미컬"은 식물에서 자연적으로 만들어지는 모든 화학물질을 통틀어 말하는 것으로 식물이 생존을 위해 만들어낸 각종 화합물로서 식물생리 활성영양소 혹은 식물 내재 영양소를 일컫는 개념이다.

본 발명은 상기 생물이 생산하는 물질 중에서 동물로부터 추출할 수 있는 유용성분, 예를 들어, 스쿠알렌과 같은 지질, 알콕시 글리세롤, 아스타잔틴과 같은 색소, 사양 노루에서 추출할 수 있는 향료 등을 공융용매를 이용하여 추출할 수 있다.

본 발명은 상기 생물이 생산하는 물질 중에서 원핵생물로부터 추출할 수 있는 유용성분, 예를 들어, 폴리락트산(polylactic acid), 유산균의 균체성분(테이코익산), 지질, 단백질 등을 공융용매를 이용하여 추출할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 생물이 생산하는 물질 중에서 진핵생물로부터 추출할 수 있는 유용성분, 예를 들어, 클로로필, 베타글루칸, 지질, 단백질 등을 공융용매를 이용하여 추출할 수 있다.

본 발명에 따른 복합공융용매를 사용하여 생물로부터 추출한 추출물은 색소, 안료, 향미료, 향제, 항미생물제, 항산화제 등의 용도로 활용될 수 있으며, 이는 식품, 화장품 및 제약의 원료 및 첨가물로 사용할 수 있다.

본 발명자들은 용매의 용매화 변색 매개 변수(solvatochromic parameter)를 분석하여 복합공융용매의 물리화학적 특성을 밝혔으며, 복합공융용매의 수소결합 수용체와 수소결합 공여체의 선택 기준을 마련하였다.

이로써, 본 발명으로부터 제조된 복합공융용매는 기존의 1 종의 수소 결합 수용체와 1 종의 수소 결합 공여체를 가지는 2원 혼합물인 단일공융용매의 단점을 보완함과 동시에 공융용매의 물리화학적 특성을 세밀하게 설계할 수 있다는 장점을 가진다.

이하 본 발명에 따르는 실시예 등을 통해 본 발명을 보다 상세히 설명하나, 본 발명의 범위가 하기 제시된 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 복합공융용매의 제조

본 실시예에서 복합공융용매의 제조는 혼합물의 상이한 구성성분(염화콜린, 베타인, 소듐아세테이트, 프롤린, 니코틴아마이드, L-카르니틴, 글리세롤, 우레아, 레불린산, 아스코르브산, 옥타노익산, 글루코오스, 자일로오스, 소르비톨, 시트르산, 포름아마이드, 젖산, 프로필렌글리콜, 1,3-부탄디올, 1,2-헥산디올 및 1,6-헥산디올)을 특별한 순서 없이 유리 바이알(Glass Screw Vial)에 칭량하였다. 이어서, 표 1, 2, 4의 비율로 80℃의 온도에서 투명해질 때까지 혼합하였다. 하기 표 4는 유용성분 추출을 위한 복합공융용매의 혼합 물질 및 혼합비를 나타내었다.

비교예: 단일공융용매의 제조

비교예로서, 1 종의 수소결합 수용체 및 1 종의 수소결합 공여체를 혼합하여 단일공융용매를 제조하였다. 단일공융용매의 제조는 상이한 구성성분(염화콜린, 베타인, 소듐아세테이트, 프롤린, 니코틴아마이드, 글리세롤, 우레아, 아스코르브산, 글루코오스, 시트르산, 포름아마이드, 젖산, 프로필렌글리콜 및 1,3-부탄디올)을 특별한 순서 없이 유리 바이알(Glass Screw Vial)에 칭량하였다. 이어서, 표 3의 비율로 80℃의 온도에서 투명해질 때까지 혼합하였다.

그리고, 실시예 및 비교예에서 각각 제조된 복합공융용매와 단일공융용매의 점도 특성를 측정하였고, 그 결과를 표 4에 도시하였다.

상기 표 1은 2종의 수소결합 수용체와 1 종의 수소결합 공여체를 가지는 복합공융용매와 비율에 관한 것이다.

상기 표 2는 1 종의 수소결합 수용체와 2종의 수소결합 공여체를 가지는 복합공융용매와 비율에 관한 것이다.

상기 표 3은 1 종의 수소결합 수용체와 1 종의 수소결합 공여체를 가지는 단일공융용매와 비율에 관한 것이다.

상기 표 4는 복합공융용매와 단일공융용매의 점도특성에 관한 것이다.

2종 이상의 수소결합 수용체 혹은 수소결합 공여체를 가지는 복합공융용매는 단일 공융용매의 단점을 보완할 수 있다: 예시1; betaine:urea는 고체이지만 betaine:glycerol:urea는 액체임. 예시2; citric acid나 glucose를 수소결합 공여체로 가지는 공융용매는 점성이 높아 추출용매로의 사용이 제한적이나, lactic acid, glycol류를 수소결합 공여체로 함께 가지는 복합공융용매의 경우 용매의 점성을 조절할 수 있다.

또한 복합공융용매로 제조하는 경우 공융용매의 종류를 증가시킬 수 있다. (단일 공융용매로 형성되지 않는 경우, 수소결합 수용체 혹은 수소결합 공여체를 추가하여 복합공융용매로 제조할 수 있다.).

상기 표에 추가적으로, Proline, octanoic acid, glycerol 및 1,2-hexandiol을 1:1:1:3의 몰 비율로 혼합하여 4 가지 구성 성분을 가지는 공융용매를 제조하였다.

하기 표 6은 공융용매의 특성을 분석하여 나타낸 것으로, 공융용매는 축약형으로 표기하며, 각각의 축약형은 다음과 같다:

1,2-hexanediol: 1,2HD, 1,3-butanediol: 1,3BD, 1,6-hexanediol: 1,6HD, aceteamide: A, acetic acid: AA, betaine: B, citric acid: CA, Diethylene glycol: DG, Ethylene glycol: EG: Formic acid: FA, Formamide: F, glucose: Glu, glycerol: G,levulinic acid: LevA, nicotinamide: N, octanonic acid: OA, proline: P, sodium acetate: SA, sorbitol: Sor, thio urea:TU, urea:U xylose: Xyl.

실험예 1: 공융용매의 물리화학적 특성 분석

하기 표 6은 공융용매의 물리화학적 특성에 관한 것이다.

*Estimated by extrapolation

**Not determined

공융용매의 solvatochromic parameter를 측정한 결과를 표 6에 나타내었다. ENR은 용매의 극성을 표현하는 파라미터로 나일 레드(Nile red) 염료로 측정된 값이다. π*, α, β는 각각 분극성/편극성, 수소결합을 주는 능력, 수소결합을 받는 능력을 나타내는 solvatochromic parameter이다.

본 연구에서 제조한 공융용매는 47.6에서 50.9의 ENR 값을 가진다. 가장 낮은 극성을 가진 공융용매는 ChCl:F이고 가장 높은 극성을 가진 공융용매는 ChCl:CA이다. Acid계열의 수소결합 공여체를 갖는 경우 hydroxyl이나 amide계열의 수소결합 공여체를 가지는 공융용매보다 낮은 ENR 값을 보였는데, 이는 높은 극성을 가진다는 것을 의미한다. Hydroxyl이나 amide계열의 공융용매는 전체적으로 50이상의 ENR 값을 가진다. 두 종류의 acid계열 수소결합 공여체를 가지는 복합공융용매인 ChCl:FA:LA는 1 종의 수소결합공여체를 가진 단일공융용매 보다 극성이 높았으며, acid와 amide를 혼합한 ChCl:LA:F은 ChCl:LA에 비해 크게 낮은 극성을 가진다.

복합공융용매인 ChCl:FA:LA는 1 종의 수소결합 공여체를 가진 단일공융용매보다 큰 acidity를 보였다. 또한, Acid와 ethylene glycol를 수소결합 공여체로 가지는 복합공융용매에서 ethylene glycol대비 acid의 비율이 증가할수록 acidity가 커지는 경향이 드러났다.

대체적으로 글리콜(glycol)을 수소결합 공여체로 가지는 공융용매는 높은 β 값을 가지며 acid를 수소결합 공여체로 가지는 공융용매는 수소결합을 받는 능력이 낮은 것을 확인하였다. Acid와 ethylene glycol를 수소결합 공여체로 가지는 복합공융용매는 ethylene glycol대비 acid의 비율이 증가할수록 수소결합을 받는 능력이 낮아지는 것으로 나타났다

실시예 2: 유용성분의 추출

생두와 양파껍질을 볼밀기기를 이용하여 분쇄하고, 이어서 통상적인 용매(물, 95% 에탄올, 70% 에탄올, 1,3-부탄디올, 1,2-헥산디올) 또는 표 5에 기재된 복합공융용매, 또는 표 5에 기재된 공융용매에 대한 용량비가 10 내지 90%가 되도록 물을 첨가한 4원 혼합물을 이용하여 25℃ 내지 50℃에서 30 분 내지 2 시간 동안 교반하여 활성물질을 추출하였다.

실험예 2: 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)에 의한 관심 화합물의 정량분석

실시예 2에 따라 추출한 추출물을 원심분리(8000 rpm, 10 분, 25℃)를 하고 고형분을 제외한 상층액을 취하여 고성능 액체크로마토그래피 분석을 실시하였다. 분석은 추출된 생리활성물질의 농도에 따라 10 내지 50 배만큼 메탄올을 이용하여 희석한 후 필터를 통해 여과한 후 진행하였으며, 분석조건은 하기 표2와 같다. 분석 표준 물질로 quercetine을 사용하고, 검경선을 작성함으로써 양파껍질로부터 추출된 quercetine의 양을 정량하였다. 영린(younglin) HPLC 장치에 UV-Visible DAD 검출기 또는 등가물을 장치한다. Formic acid가 첨가된 HPLC 등급 물과 HPLC 등급 아세토나이트릴 양의 변화를 주어 분석조건을 최적화하였다.

- 유량: 1 mL/분

- 검출: 265 nm

- 온도: 35℃

- 주입부피: 10μL

상기 실험을 결과는 도 1, 도 2, 도 3, 도 4에 나타냈다.

도 1은 양파껍질부터 추출된 케르세틴의 양을 나타낸 것으로 물, 에탄올로 추출한 것과 비교하여 공융용매로부터 추출된 케르세틴의 양이 높게 나타났다.

도 2 물이 첨가된 경우 추출양이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있으며, 공융용매 내 물의 함량이 50% 일 때, 추출양이 최대인 것으로 나타났다.

도 3 물과의 시너지효과를 가장 크게 나타내는 용매는 물 단일 성분으로만 추출한 것보다 29 배가량 향상된 추출율로 나타났다. 뿐만 아니라, 일반적인 화장품의 성분으로 사용되는 추출물의 추출용매로 사용되는 50% 부틸렌글리콜 수용액보다 높은 추출 효율로 나타났다. 이러한 결과는 공융용매를 이용한 추출 방법이 산업적으로도 활용될 수 있을 것으로 판단된다.

도 4 공융용매와 같은 조성을 가지는 추출 용액보다 공융용매를 형성하는 과정을 거친 용매로 추출한 경우에 추출율의 향상이 나타났다. 이 결과로부터 용매 제조 과정 중에 형성된 비 공유적 결합 네트워크가 추출에 용이한 작용을 하는 것으로 판단된다.

실험예 3: 추출물의 항산화능 측정

실시예 2에 따라 추출한 추출물의 항산화 효과는 DPPH 자유 라디칼, ABTS 자유 라디칼에 대한 소거능을 근거로 평가하였다. 자유 라디칼 소거 작용은 활성 라디칼에 전자를 공여하여 신체 내 대사산물로 생성되는 활성산소들에 의해 생체구성 성분들이 산화적 손상을 받는 것을 방지한다. 때문에 이는 항산화 효과나 인체에서 노화를 억제하는 척도로 이용되고 있으며, DPPH와 ABTS 시스템은 보편적인 항산화능 측정 방법이다. 추출물의 항산화능을 측정하기 위해 50내지 100배만큼 메탄올에 희석하여 자유 라디칼 소거활성을 측정하였다.

DPPH(1,1-diphenyl-2-picrydrazyl) 자유 라디칼 소거 활성은 희석한 추출액 0.1 mL에 525 nm에서 1.2±0.02의 흡광도를 가지는 DPPH용액 0.9 mL를 가한 후 볼텍싱(vortexing)하였다. 그런 다음, 암실에서 10분간 방치 후 UV/VIS 분광측정기(spectrophotometer)를 사용하여 525 nm에서의 흡광도를 측정하였다. DPPH 자유 라디칼 소거능은 시료 용액의 첨가구와 무첨가구 사이의 흡광도의 차이를 백분율로 계산했다. 추출물 간의 비교를 위해서는 표준물질 아스코르브산 (Ascorbic acid)검량선을 작성하여 추출 재료 g 당 아스코르브산 (Ascorbic acid) 등가물의 mg 단위로 결과를 계산하여 표시하였다.

ABTS⁺ scavenging activity는 증류수에 용해한 ABTS⁺ 7.0 mM에 증류수에 용해한 potassium persulfate 2.45 mM을 넣고, 12시간 동안 암소에 방치하여 ABTS⁺ 라디칼을 생성시켰다. 라디칼이 생성된 용액을 734 nm에서 1.2±0.02의 흡광도를 갖도록 ethanol로 희석하였다. 희석한 추출액 0.1 mL과 희석한 ABTS⁺ solution 900 μL를 합하여 암실에서 10분간 방치 후 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS⁺ 자유 라디칼 소거능은 시료 용액의 첨가구와 무첨가구 사이의 흡광도의 차이를 백분율로 계산했다. 추출물 간의 비교를 위해서는 표준물질 아스코르브산 (Ascorbic acid)검량선을 작성하여 검량선을 작성하여 추출 재료 g당 아스코르브산 (Ascorbic acid) 등가물의 mg 단위로 결과를 계산하여 표시하였다. 항산화력을 확인한 결과는 도5 내지 도8에 나타냈다.

[수학식 1]

free radical scavenging activity(%)＝{1－(A_test－A_Blank/ B_control)}×100

여기서, "A_test": 시료 첨가구의 흡광도, "A_Blank": Blank의 흡광도, "B_control": 시료 무첨가구의 흡광도임.

도 5는 물을 첨가하지 않은 공융용매와 물, 70% 에탄올, 1,2-헥산디올로 추출된 양파껍질 추출액의 항산화능을 비교한 결과로써, 공용용매에 의한 추출물에서 물, 1,2-헥산디올보다 우수한 항산화능을 보이는 것을 확인할 수 있으며, 70% 에탄올로 추출한 추출액보다 비슷한 수준의 항산화능을 나타냈다.

도 6은 물을 첨가하지 않은 공융용매와 물, 에탄올 수용액으로 추출한 커피 생두 추출액의 항산화능을 비교한 결과이다. 상기 결과에서는 당을 수소 결합 수용체로 가지는 공융용매로 생두를 추출한 경우, 항산화능이 크게 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 용매 자체의 항산화능 또한 높아 ABTS시스템에서는 정확한 항산화능의 측정이 어려워 해당 결과는 제외하였다.

상기 결과에서 나타난 공융용매 자체의 항산화능을 보다 정확한 결과 해석을 위해 공융용매와 같은 구성성분을 가지는 non DES와 DES 용매 자체의 항산화능을 비교 분석하였으며, 그 결과는 하기 도7에 나타냈다. 이러한 공융용매와 추출 재료의 시너지효과가 시사하는 바는 공융용매가 고효율의 추출 용매일 뿐만 아니라 추출 재료의 생리활성을 증진시킬 수 있을 것으로 판단된다.

도 7은 추출용매의 조성이 동일하더라도, 공융용매를 형성한 것과 그렇지 않은 것의 항산화능 차이를 나타낸 그래프이다. 특히, 당을 수소 결합 공여체로 가지는 공융용매에서 항산화능이 높게 나타났는데, 이는 공융용매 형성과정 중의 카라멜 반응과 같은 화학 반응에 의한 것으로 판단된다.

도 8은 공융용매(P:Sor:1,2HD) 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 항산화능의 차이를 나타낸 것이다. 도2와 유사하게 물의 함량이 50%일 때 가장 높은 항산화능을 나타내는 것을 확인할 수 있다.

실험예 4: 추출물의 총 폴리페놀 함량 측정

실시예 2에 따라 추출한 추출물의 총 폴리페놀 함량을 Folin-Ciocalteu법을 이용하여 측정하였다. 시료 100 μL에 0.5 N의 Folin 시약 100 μL를 가하고 5분간 암실에서 방치한 수 포화 Na₂CO₃용액을 400 μL 가하여 15분간 더 반응시켰다. 반응이 끝난 시료는 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 표준물질로 사용하여 검량선을 작성하고, 추출 재료 g 당 gallic acid 등가물의 mg 단위로 총 폴리페놀 함량을 계산하여 표시하였으며 결과는 도9 내지 도 11에 나타냈다.

도 9는 물을 첨가하지 않은 공융용매로 양파껍질의 폴리페놀을 추출한 결과이다. 공융용매로 추출한 경우 70% 에탄올보다는 낮은 수준의 추출율이 나타났지만, 증류수나 1,2헥산디올로 추출한 것과 비교하였을 때 유사하거나 높은 수준의 폴리페놀 추출효율을 가지는 것으로 나타났다.

도 10은 물을 첨가하지 않은 공융용매로 커피 생두로부터 폴리페놀을 추출한 결과이다. 제조한 대부분의 공융용매가 물이나 에탄올 수용액과 유사하거나 높은 폴리페놀 추출율을 가지는 것으로 확인되었다.

도 11은 공융용매(P:Sor:1,2HD) 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 폴리페놀 함량 차이를 나타낸 것이다. 도2 및 도8의 결과와 유사하게 공융용매 내 물의 함량이 50%일 때 가장 뛰어난 폴리페놀 추출효율이 나타났다. 특히, 50% 공융용매를 추출용매로 사용할 경우, 70% 에탄올, 증류수 및 1,2헥산디올보다 크게 향상된 폴리페놀 추출율을 나타냈다.

실험예 5: 추출물의 총 플라보노이드 함량 측정

실시예 2에 따라 추출한 추출물의 총 플라보노이드 함량을 확인하기 위하여, 시료 100 μL에 증류수 400 μL, 10% NaNO₂용액30 μL을 가하여 5분간 실온에서 방치하였다. 추가로 AlCl₃용액 30 μL을 가하여 5분간 방치 후, 1M NaOH용액 200 μL를 가하고 5분간 더 반응시킨 후 310nm에서 흡광도를 측정하였다, Quercetin을 표준물질로 사용하여 검량선을 작성하고, 추출물의 총 플라보노이드 함량을 추출 재료 g 당 Quercetin 등가물의 mg 단위로 결과를 계산하여 표시하였으며 결과는 도12 내지 도14에 나타냈다.

도 12는 물을 첨가하지 않은 공융용매를 사용하여 양파껍질로부터 플라보노이드를 추출한 결과이다. 도9와 유사하게, 공융용매로 추출한 경우 70% 에탄올보다는 낮은 수준의 추출율을 보이지만, 증류수나 1,2헥산디올로 추출한 것과 비교하였을 때 유사하거나 높은 수준의 폴리페놀 추출효율을 가지는 것으로 나타났다.

도 13은 물을 첨가하지 않은 공융용매를 사용하여 커피 생두로부터 플라보노이드를 추출한 결과이다. 당을 구성 성분으로 가지는 공융용매를 사용할 경우, 커피 생두의 플라보노이드를 고효율로 추출할 수 있는 것으로 나타났다.

도 14는 공융용매(P:Sor:1,2HD) 내 물의 함량에 따른 양파껍질 추출액의 플라보노이드 함량 차이를 나타낸 것이다. 도2, 도8 및 도12의 결과와 유사하게 공융용매 내 물의 함량이 50%일 때 가장 뛰어난 플라보노이드 추출효율을 나타냈다. 특히, 50% 공융용매를 추출용매로 사용할 시에 70% 에탄올, 증류수, 1,2헥산디올보다 크게 향상된 폴리페놀 추출율을 나타냈다.

Claims (12)

1 종의 수소결합 수용체 및 2 종 이상의 수소결합 공여체, 또는 2종 이상의 수소결합 수용체 및 1 종의 수소결합 공여체를 포함하고,
점도가 상온에서 1 내지 50,000 cp인 복합공융용매.

삭제

제 1 항에 있어서,
수소결합 수용체 및 수소결합 공여체의 조성비는 1:0.1 내지 1:20 범위 내인 복합공융용매.

제 1 항에 있어서,
수소결합 수용체는 염화콜린(Choline chloride), 베타인(Betaine), 소듐아세테이트(Sodium acetate), 프롤린(Proline), 니코틴아마이드(Nicotinamide), L-카르니틴(L-carnitine) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 복합공융용매.

제 1 항에 있어서,
수소결합 공여체는 폴리올, 유기산, 지방산, 아미드 화합물, 당(sugar) 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 1 종 이상을 포함하는 복합공융용매.

1 종의 수소결합 수용체 및 2 종 이상의 수소결합 공여체, 또는 2종 이상의 수소결합 수용체 및 1 종의 수소결합 공여체를 혼합하는 혼합 단계를 포함하고,
상기 혼합 단계는, 수소결합 수용체와 수소결합 공여체를 1:0.1 내지 1:20의 비율로 혼합하는 제 1 항에 따른 복합공융용매의 제조방법.

제 1 항에 따른 복합공융용매를 이용하여 동물, 식물, 원핵생물 및 진핵생물로부터 유용성분을 추출하는 추출 단계를 포함하는, 유용 성분 추출 방법.

제 7 항에 있어서,
유용 성분을 추출 시, 물을 추가로 첨가하는, 유용 성분 추출 방법.

제 7 항에 있어서,
유용성분은 피토케미컬, 지질, 단백질, 색소, 안료 및 향료로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 유용 성분 추출 방법.

제 7 항에 있어서,
식물은 벚꽃, 할미꽃, 어스니어, 쇠비름, 커피, 커피박, 양파, 양파껍질, 감초, 황련, 병풀, 석류, 초피나무, 황금, 모란뿌리, 목련나무껍질, 알로에베라잎 및 금사연둥지로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 유용 성분 추출 방법.

제 7 항에 있어서,
동물은 상어, 사향 노루, 누에 및 쌍별귀뚜라미로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 유용 성분 추출 방법.

제 7 항에 있어서,
원핵생물은 락토바실러스 및 코리네박테리움 글루타미쿰으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하고,
진핵생물은 클로렐라, 미역, 김 및 상황버섯으로 이루어진 군으로부터 선택되는 1 종 이상을 포함하는, 유용 성분 추출 방법.

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