KR19990083812A

KR19990083812A - 중온추출(中溫抽出)장치와 진공크로마토그래피를 이용한 식물성분의 분리·정제공법

Info

Publication number: KR19990083812A
Application number: KR1019990033000A
Authority: KR
Inventors: 김영균
Original assignee: 현승일; 국민대학교
Priority date: 1999-08-11
Filing date: 1999-08-11
Publication date: 1999-12-06

Abstract

본 발명은 수목 (樹木) 혹은 여러 가지 고등식물 (高等植物)의 혼합추출물(混合抽出物)을 비교적 간단한 방법으로, 저렴하고, 높은 수율로, 추출 및 분리하여 플라보노이드류나 테르페노이드류 혹은 미량의 알카로이드류를 순수한 상태로 정제, 생산하기 위한 방법에 관한 것이다. 본 발명에서의 생산방법은 추출하고자 하는 시료를 분쇄하여 메탄올과 물을 일정비율로 혼합한 후, 적정한 온도에서 [도면 1]에 나타난 장치로 추출하는 단계, 분리하고자 하는 물질의 성질에 따라 수용액과 유기용매로 분획(fractionation)하는 단계, [도면 2]에 나타낸 진공 크로마토그래피 장치를 이용하여 원하는 물질의 분획을 대량으로 얻는 1차 정제단계, 마지막으로 칼람이나 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 2차 정제하는 단계로 이루어진 것으로 본 발명은 식물성분을 용이(容易)하게 대량으로 순도(純度)가 높게 정제할 수 있는 특징이 있다.

Description

중온추출(中溫抽出)장치와 진공크로마토그래피를 이용한 식물성분의 분리·정제공법{Separation and Purification System of phytochemicals by mild-temperature extraction vessel and Vacuum Chromatography}

본 발명은 수목(樹木)이나 고등식물의 조직내에 혼재(混在)되어 있는 성분들을 도면에 나타낸 장치를 이용하여, 40∼70℃ 온도에서 2∼3 시간 추출한 후, 감압하(減壓下)에서 플라보노이드류, 테르페노이드류 혹은 미량(微量)의 알카로이드류를 순수하게 분리하고 대량으로 생산할 수 있는 공정에 관한 것이다.

일반적으로 지금까지의 식물성분 추출방법은 상온 (25℃)에서 3∼5일간 침적한 후 추출하는 방법을 사용하거나, 단기간에 추출하기 위하여 끓여 내는 방법을 사용하고 있다. 그러나 이러한 추출방법은 먼저 전자의 경우, 식물에 함유되어 있는 성분이 화학적 변화를 받지 않고 천연의 상태로 추출할 수 있다는 장점이 있으나 추출소요 시간이 오래 걸리며, 추출용매가 상당히 많이 소모되고, 따라서 농축하는데 또한 상당한 시간이 소비되는 등의 문제점이 있다. 또한 수목 내 성분들이 완전하게 추출이 되지 않는 경우가 많다. 이와는 반대로 짧은 시간에 추출하기 위하여 고온에서 끓여 내는 방법은 시간을 단축하고 사용하는 용매의 양을 줄일 수 있으나, 고온에서 끓이는 방법의 문제점은 천연 식물성분의 화학적 조성에 큰 변화를 줄 가능성이 있고, 고분자성 폴리페놀이나, 다당류들이 다량으로 동시에 추출됨으로서, 이러한 추출 후 다음 단계에서 원하는 물질의 분리, 정제가 매우 비효율적이 된다. 또한 추출 시 수용액을 사용한 경우에는 이 수용액의 농축이 어려워 오랜 시간과 에너지가 많이 소비되는 단점을 가지고 있으며, 유기용매를 이용하여 고온에서 추출하는 방법은 실험실적으로 소량으로 추출하는 경우를 제외하고는 대량으로 하기에는 폭발 및 화재의 위험이 있으며, 유기 용매가 기화되었을 때는 조작하는 사람에게 치명적 일 수 있으며, 안전사고가 발생할 우려가 높다.

물질의 분리와 정제단계는 기존의 어느 크로마토그래피를 도입하여도 상당한 시간과 값비싼 유기용매 그리고 충진제가 쓰이고 있음으로 식물성분의 연구개발비를 상승시키는 요인이 되고 있다. 요즈음은 여러 가지의 충진제와 분리용 컬럼이 판매되고 있으나 그 역시 매우 비싼 편이므로 이들이 이용해서 기존의 공법에 의한 순수 천연물질의 산업성 및 경제성은 매우 낮은 실정이다. 즉 지금까지의 천연 유기물질의 순수 정제 과정은 산업성, 경제성은 고려하지 않은 복잡한 기술로서, 주로 실험적인 연구를 위한 분리방법만 제시되어 있을 뿐이다.

본 발명은 상기에 언급된 바와 같이, 분리 및 정제에 관한 종래의 방법이 가지고 있는 문제점을 해결하고, 현재 매우 고가로 판매되고 있는 순도(純度)가 높은 천연물질들을 매우 효율적인 방법으로 추출하여 분리·정제함으로서 산업적으로 그리고 경제적으로 고부가가치를 창출하고자하는 천연물 생산에 관한 분리·정제 공정을 제공하고자 하는 것이 본 발명의 목적이다.

따라서 본 발명의 특징은 [도면 1]에서 보여주는 추출장치를 이용하여 40∼70℃ 온도에서 2∼3 시간 동안 효과적으로 추출하는 방법과 [도면 2]에 나타난 정제장치를 이용함으로 생산비의 절감과 동시에 작업시간을 줄이며, 원하는 물질을 대량으로 얻을 수 있는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다.

[도면 1]은 시료를 대량으로 추출할 수 있는 추출장치

[도면 2]는 분리하여 정제하고자 하는 식물성분에 대한 분획(fraction)을 대량으로 획득할 수 있는 진공크로마토그래피 장치

<도면의 주요부분에 대한 부호의 설명>

1: 스텐레스용기 2: 잠금장치

3: 교반기 4: 온도변환 및 가열장치

5: 컨덴서 6: 환류장치

7: 온도계 및 센서 8: 배출장치

9: 돌출부 10: 진공플라스크

11: 감압장치 12: 유리칼럼

13: 종이필터 14: 충진제

15: 진공펌프

첨부된 도면과 함께 본 발명을 상세히 설명하면 다음과 같다.

[도면 1]은 식물성분의 추출장치로서 스텐레스 용기 (1)은 고압을 필요로 하지 않는 적당한 두께 (2-3mm정도)로 제작이 가능하며, 그 용량은 시료의 양에 따라 임의로 조절을 할 수 있다. 내부에는 시료가 적절히 교반 될 수 있도록 3-4군데 돌출부를 둔다. 메탄올(MeOH)과 물의 비율을 (4:1-8:1)로 혼합하여 용기내의 시료가 충분히 잠기도록 한다. 시료 1kg당 용매의 양은 5∼9L로 한다. 추출용매의 누수(leaking)를 방지하기 위하여 잠금 장치(2)를 설치한다. 가변온도장치 (variable temperature controller)가 부착되어 있는 가온기 (4)를 통하여 용기내부의 온도를 40∼70℃ 정도를 유지한다. 이 온도에서 2∼3시간 추출한다. 약 1∼2시간 냉각시킨 후 배출구를 통하여 추출액을 얻는다. 추출액을 진공농축장치를 이용하여 농축한다. 추출횟수는 시료의 특성에 따라 2∼3회 실시할 수 있으며, 어느 경우든 총 추출 시간을 12시간 이내에 마칠 수 있다. 추출하여 농축한 조추출물을 분리, 정제하고자 하는 물질의 특성을 고려하여 유기용매와 물로 분획한다. 분리하고자하는 물질이 함유되어 있는 분획을 [도면 2]에 있는 분리장치를 이용하여 분리한다. 본 분리장치를 사용할 때는 분획의 10-50배에 해당하는 충진제를 컬럼에 균일하게 채워야한다. 본 공정을 적용한 첫 번째 실시 예는 플라보노이드 Flavonoid)중 하나인 에피카테킨(epicatechin)과 카테킨(catechin)을 분리에 대한 것이다.

편백나무 1Kg을 분쇄하여 [도면 1]과 같은 장치에 넣고 메탄올 8L에 침적을 시킨 뒤에 50∼60℃로 교반을 하면서 2시간씩 3회에 걸쳐서 추출을 하였다. 추출액을 합친 후 감압 농축하여 추출물(95g)을 얻었다. 그리고 감압 농축을 할 때 나온 메탄올는 2회에 걸쳐 재활용을 하였다. 이 추출물은 메틸렌크로라이드(Methylene Chloride) 와 물(H₂O)로 용매분획을 하여 수용성층에 녹은 추출물(45g)을 얻은 다음 [도면 2]의 장치에 충전제인 머크사(社) 실리카젤 (Merck silica gel) 60G(400 mesh 이상) 100g을 넣고 메틸렌크로라이드와 물을 5 : 1 비율로 섞어 분리를 하여 플라보노이드 분획3.3g을 얻었다. 이 분획은 (-)-에피카테킨과 (+)-카테킨이 섞여 있는 것으로 이것의 순도는 85% 정도였으며, 간단하게 고성능액체크로마토그래피(HPLC)로 분리하여 (-)-에피카테킨과 2.0g 과 (+)-카테킨 1.3g을 순도 95% 정도로 분리하였다.

유기용매층으로 이동하는 테르페노이드(Terpenoid)인 코뮤닉산(Communic acid)의 분리에 대한 예를 들면 다음과 같다.

뚝향나무 1Kg을 분쇄하고 [도면 1]의 장치에 메탄올 8L에 침적을 시킨 뒤에 온도를 50∼60℃로 유지하고, 교반 하면서 2시간씩 3회에 걸쳐 추출을 하였다. 플라보노이드를 분리할 때와 마찬가지로 여기서도 메탄올은 재활용되었다. 이렇게 얻은 조추출물은 130g 이며, 이 물질을 노말-핵산(n-Hexane)과 메탄올로 용매분획을 하여 메탄올 층을 얻은 다음 이 층을 메틸렌크로라이드와 물로 용매 분획을 한 뒤 메틸렌크로라이드 분획 7.5g을 얻었다. 이 메틸렌크로라이드층을 [도면 2]의 장치를 이용 상기와 똑 같은 충진제 (Merck, silica gel) 60G (400mesh이상), 70g을 충전제로 채우고 용매, 즉 이동상으로서 노말-핵산과 에칠아세테이트(Ethly acetate) 비율을 8 : 1로 분리를 하여 약 80%정도의 코뮤닉산 분획 3.5g을 얻고 고성능액체크로마토그래피(HPLC)를 통하여 95% 순도에 (E),(Z)형이 같이 존재하는 코뮤닉산 2.5g을 얻었다.

상기의 2가지 실시 예와 같은 방법에 의해서 베추린산 (Betulinic acid), 우르소릭산 (Ursolic acid)등도 분리할 수 있으며, 식물에 주로 미량으로 존재하는 질소 화합물인 알카로이드들도 이들 분획을 일반적인 방법을 통하여 얻은 후, 본 방법을 적용하면 쉽게 원하는 순수한 알카로이드를 분리 및 정제할 수 있다.

이상에서 상술한 바와 같이 본 발명은, 수목이나 고등식물에 혼합물 상태로 존재하고 있는 여러 가지 식물의 이차 대사물질을 간단하게 [도면 1]과 [도면 2]에 있는 추출장치와 분리장치를 이용하여 짧은 시간에 대량으로 추출하고, 분리, 정제하여 순수한 물질을 얻어낼 수 있는 효과가 있다.

이와 같은 공법으로 추출, 분리, 정제하는 경우, 현재 시장(market)에서 판매되고 있는 제품보다 훨씬 저렴한 가격으로 의·약학, 식품 및 화학물질 관련분야에서 필요로 하는 여러 가지의 순수한 천연 물질을 저렴한 가격에 공급할 수 있는 효과가 있다.

Claims

추출하고자하는 식물재료를 [도면 1]과 같은 장치를 이용하여 40∼70℃에서 2∼3시간씩 3회에 걸쳐서 추출하는 것을 특징으로하는 방법
수용성분획, 알코올분획에서 [도면 2]의 장치로 플라보노이드류의 정제를 특징으로 하는 방법
유기용매분획에서 [도면 2]의 장치를 이용하여 테르페노이드류나 알카로이드류의 분리 정제를 특징으로 하는 방법