KR20040041318A - 초임계 및 아임계 유체 추출공정을 이용하여고추냉이로부터 항균성 물질을 추출하는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 초임계 및 아임계 유체를 이용한 추출법을 사용하여 고추냉이로부터 항균성 성분인 알릴이소티오시아네이트를 포함한 정유성분을 추출ㆍ정제하는 기술이다. 초임계 및 아임계 유체와 보조용매를 사용하여 전 처리된 고추냉이 원료 내에 존재하는 정유성분을 추출하여 항균성 성분인 알킬이소티오시아네이트류를 분리 및 정제한다.

Description

초임계 및 아임계 유체 추출공정을 이용하여 고추냉이로부터 항균성 물질을 추출하는 방법 {METHOD FOR EXTRACTING ANTIMICROBIAL SUBSTANCE FROM WASABI BY SUPERCRITICAL AND NEARCRITICAL FLUIDS EXTRACTION PROCESS}
본 발명은 고추냉이로부터 항균성 물질을 추출하는 방법에 관한 것으로서,
보다 구체적으로는 초임계 유체 추출공정(Supercritical fluid extraction process)을 이용하여 고추냉이로부터 알킬이소티오시아네이트류 등을 추출하는 방법에 관한 것이다.
초임계 온도와 압력 이상에서 있는 유체를 초임계 유체라고 하며, 초임계 유체를 용매로 하여 물질을 분리하는 기술을 초임계 유체 기술이라 한다.
초임계 유체를 이용한 추출 및 분리 기술은 밀도를 이상기체에 가까운 희박상태에서부터 액체 밀도에 가까운 고밀도 상태까지 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 혼합성분중 특정물질을 선택적으로 추출할 수 있다. 다시 말해 압력 또는 온도를 변화 시킴으로서 물성을 원하는 상태로 조율할 수 있다. 또한 이러한 특성은 정제, 추출, 분별 그리고 다양한 재료의 재결정화 등의 식품공업, 화학공업, 의약품공업, 재료공업, 환경산업, 에너지 다소비산업 등의 분야에서 고품질의 제품생산이나 효율향상은 물론 현재 사회문제로 대두되고 있는 환경보존이나 에너지 절약 등의 연구가 활발히 진행되고 있어 그 응용범위는 계속 확대되고 있다.
일반적으로 식품첨가물의 종류로는 방부제, 향미제, 발색제, 보존제, 화학조미료 등이 있으며 이는 대부분 인공합성 첨가물로 인체에 유해하여 암을 유발시키는 원인이 된다. 그러나 천연 첨가물은 영양성과 기능성을 가지고 있으며 식품에 첨가량을 표기할 필요도 없다.
한편 기존에 알려진 추출 방법은 유기용매 추출법을 이용하여 유용성분들을 추출할 경우 불순물의 혼입이 많고 유해물질인 용매의 잔존으로 인해 제품의 물질에 대한 문제가 야기되고 있으며 몇 단계의 공정을 거치므로 공정이 복잡할 뿐 만 아니라 유용한 성분도 유실될 수 있으며, 화학약품에 의한 이물질이 혼입도 있을 수 있고, 추출물의 순도가 낮다. 또한 열수 추출법과 중성염 추출법도 상기한 바와 같은 단점이 있다.
따라서 본 발명은 고추냉이로부터 항균성 물질인 알킬이소시아네이트류를 분리 회수하는 것을 기술적 과제로 한다.
상기의 과제를 해결하기 위해 본 발명자는 초임계 또는 아임계 유체와 보조용매를 이용하여 고추냉이로부터 알킬이소시아네이트류 등의 유용성분을 추출한 결과, 추출물의 유용성분들을 손실 없이 추출이 가능하여 항균성과 기능성이 뛰어나고 또한 항균 효과가 기존의 추출방법보다 높다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.
그러므로 본 발명에 의하면 액상 및 분말형태의 고추냉이를 추출용기에 충전하고, 초임계 및 아임계 상태의 조건에서 초임계 유체를 추출용기로 통과시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 유체 추출법을 이용하여 고추냉이로부터 항균성 물질을 추출하는 방법이 제공된다.
또한 본 방법은 에탄올, 이소-프로판올, 메탄올 및 노르말헥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 보조용매를 초임계 유체와 함께 추출용기로 통과 시키는 것을 특징으로 한다.
또한 본 방법은 고추냉이가 분말 상태인 경우 추출용기로서 반회분식 추출탑을 사용하고, 고추냉이가 액체상태인 경우 추출용기로서 연속 추출탑을 사용하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 방법은 초임계 및 아임계 유체에 의한 추출시 반응기의 온도를 10℃∼80℃, 압력을 60bar∼760bar, 추출시간을 20min∼300min으로 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 방법은 보조용매의 유량을 전체 용매 유량의 50% 이내로 하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 방법은 고추냉이로부터 알릴이소시아네이트를 분리·추출·정제하는 것을 특징으로 한다.
또한 본 방법은 고추냉이로부터의 클로로필 계통의 색소의 추출을 특징으로 한다.
이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 있어 추료인 고추냉이는 일본산인 Eutrema wasabi와 남동부 유럽산인 Armoracia rusticana(Horse radish)으로부터 분리한 잎과 줄기, 뿌리를 분말상태 또는 액체상태로 전 처리하여 준비한다.
액상 또는 분말상의 고추냉이는 초임계 및 아임계 추출공정(반회분식, 연속식)에 의한 실험변수(온도, 압력, 유량)을 조절하여 실험을 수행한다.
분말상태의 고추냉이에는 소량의 항균성 성분이 함유되어있다. 이 원료를 반회분시 추출탑에 충전시키고 초임계 및 아임계 상태의 조건에서 초임계 및 아임계 유체단독 또는 초임계 및 아임계 유체와 보조용매를 추출탑으로 통과시켜 원료 내에 존재하는 특정물질을 추출한다. 반회분식 추출탑에 유입되는 초임계 및 아임계 유체 또는 초임계 및 아임계 유체와 보조용매는 원료로부터 항균성을 가지는 특정 물질을 추출하여 분리조에 포집된다. 포집된 추출물은 알릴이소티오시아네이트 등의 다량의 항균성 물질을 포함하게 된다. 이때 추출수율은 온도, 압력, 유량, 원료 입자의 크기, 추출시간, 보조용매의 사용량에 의존한다.
액체상태인 고추냉이는 연속식 추출공정에 적용시켜 고추냉이에 존재하는 항균성 물질을 추출한다. 연속 공정에서 액상의 고추냉이와 초임계 및 아임계 조건의 유체 또는 초임계 및 아임계 유체와 보조용매의 혼합용매와 연속 추출탑 내에서 향류로 접촉시켜 초임계 및 아임계 조건의 유체 또는 초임계 및 아임계 유체와 보조용매의 혼합용매는 항균성 성분을 추출하여 추출탑 상부로 흘러나와 포집된 항균성 성분을 포집 조에서 용매와 항균성 물질로 분리되어진다. 이 공정에서의 추출효율은 초임계 유체와 액상 고추냉이의 추출탑 내에서의 접촉시간, 두 액상의 유량, 탑의 길이, 충전물질의 크기에 의존한다.
고추냉이의 추출에 사용되는 반회분식과 연속식 공정에서의 초임계 유체는 압력과 온도 등이 재조정되어 추출단계로 재순환 될 수 있으므로 친환경적인 분리공정이라 할 수 있다.
본 발명의 색소 및 유용성분 추출방법은 추출용매로서 초임계 및 아임계 유체와 보조용매를 사용한다.
본 발명에 있어서, 초임계 및 아임계 유체로는 이산화탄소, 에틸렌, 에탄, 프로판, 아세틸렌, 암모니아 등이 바람직하며, 이중에서도 특히 이산화탄소가 바람직하다. 보조용매로는 물, 에탄올, 이소-프로판올, 메탄올 및 노르말헥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물이 적합하다. 상기한 보조용매 중에서 특히 바람직한 것은 에탄올만을 사용하는 것이며, 또한 초임계 및 아임계 유체와 보조용매를 함께 사용할 경우 보조용매의 유량은 전체 용매 유량의 50% 이내로 조절하는 것이 바람직하다.
또한 초임계 및 아임계 유체에 의한 추출시 반응기의 조건은 온도 10℃∼80℃, 압력 60bar∼760bar, 추출시간 20min∼300min으로 하는 것이 적당하다.
이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 하나, 다음의 실시 예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.
고추냉이를 진공 동결 건조시켜 수분함량을 10%이하로 건조하여 초임계 및 아임계 유체 추출 반응기에 20g을 넣고 이하의 방법으로 고추냉이 중에 존재하는 알릴이소티오시아네이트를 포함한 항균성 성분을 추출하였다. 고추냉이로부터 항균성 성분을 추출하기 위한 조건은 반응기 내의 온도가 10℃∼80℃, 압력이 60bar∼760bar, 유량이 5∼30g/min, 추출시간이 20min∼300min이였다. 초임계 유체로는 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하였으며, 추출수율을 높이기 위하여 에탄올과 같은 보조용매를 0.05∼1.5㎖/min사용하였다. 상기한 초임계 및 아임계 유체 추출방법으로 고추냉이로부터 추출한 추출물을 GC-FID 및 GC-MSD를 통해 분석하였다. 그 결과 다량의 알릴이소티오시아네이트를 함유한 항균성 물질이 추출되었다.
고추냉이의 줄기와 잎을 -65℃이하, 5μHg이하에서 진공동결 건조시켜 수분함량을 10%이하로 건조하여 초임계 및 아임계 유체 추출 반응기에 10g을 넣고 이하의 방법으로 고추냉이 중에 존재하는 알릴이소티오시아네이트를 포함한 항균성 성분을 추출하였다. 고추냉이로부터 항균성을 추출하기 위한 조건은 반응기 내의 온고가 35℃∼40℃, 압력이 80bar∼150bar, 유량이 10g/min, 추출시간이 60min이였다. 초임계 유체로는 초임계 상태의 이산화탄소를 사용하였으며, 추출수율을 높이기 위하여 에탄올과 같은 보조용매를 0.5∼0.7㎖/min 사용하였다. 상기한 초임계 및 아임계 유체 추출방법으로 고추냉이로부터 추출한 추출물 20㎖를 수득하였다.
상기의 방법으로 수득된 추출물에 대한 항균 및 항진균 효과를 확인하고자 다음과 같은 실험을 실시하였다.
1. 항균효과
수득된 추출물에 대한 항균효과를 확인하기 위한 주요 유해세균인 바칠러스 세레우스(Bacillus cereus : 식중독균), 스타필로코커스 아우레이스(Staphylococcus aureus ; 황색포도상구균 : 식중독원인균), 스트렙토코코그 뮤탄스(Streptococcus mutans : 충치균), 비브리오 파라해몰라이쿠스(Vibrio parahaemolyticus;장염비브리오균 : 어패류식중독균), 대장균O157(Escherichia coli O157:H7 :O-157병원균), 살모넬라 타이피무리움(Salmonella typhimurium : 식육, 계육 식중독균). 비브리오 불리피커스(Vibrio vulnificus : 비브리오패혈증균), 마이크로코코스 루테스(Micrococcus lutes : 육부패균)등 8종에 대한 항균효과를 측정방법은 다음과 같다.
1) 디스크 확산법 (Disk diffusion method)
① 전 배양된 상기의 주요 유해 세균을 디스크 확산법 측정용 평판배지(Mueller hinton agar)에 10㎕씩 분주하여 도말한다.
② 멸균된 페이퍼 디스크(Paper disc : 직경 8mm)를 주요 유해세균이 도말된 평판배지에 잘 붙인다.
③ 수득된 잎 추출물과 줄기 추출물 50㎕을 페이퍼 디스크(Paper disc)에 분주한다.
④ 이 평판배지를 37℃에서 24시간 동안 배양한 후 성장 억지대(Clean zone)를 측정한다.
고추냉이 추출물의 세균에 대한 성장 억지대 측정
시료균주 잎 추출액(억제대, cm) 줄기 추출액(억제대, cm)
Bacillus cereus 2.09 1.71
Streptococcus mutans 2.130 1.89
Micrococcus lutes 1.98 1.96
Staphylococcus aureus 1.84 1.84
Escherichia coli O157 H7 1.94 1.89
Salmonella typhimurium 1.93 1.85
Vibrio vulnificus 2.20 2.24
Vibrio parahaemolyticus 1.98 2.36
2) 액체배지 희석법(Broth serial dilution method)
① 수득된 잎 추출물과 줄기 추출물은 액체배지 희석법 배양용 배지(Brain heart infution)에 1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64로 희석하여 항균효과을 측정하였다.
② 96-well plates에 전 배양된 8종의 주요 유해세균을 5㎕씩 분주하였다.
③ 주요 유해세균이 5㎕씩 분주 된 96-well plates에 각 농도별로 희석한 수득된 추출물(1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64)을 농도별로 50㎕와 멸균된 배지(Brain heart infusion) 50㎕를 분주하였다.
④ 이 plate를 37℃에서 48시간 동안 배양하여 흡광도 측정과 육안으로 균의 성장 유뮤를 관찰하여 최소증식억제농도와 최소살균농도를 측정하였다.
⑤ 실험은 3회 반복 실시하여 그 평균치를 나타내었다.
주요유해세균 항 균 효 과
잎 추출물 줄기 추출물
최소증식억제농도 최소살균농도 최소증식억제농도 최소살균농도
Bacillus cereus 1/16 1/8 1/8 1/4
Streptococcus mutans 1/16 1/8 1/16 1/8
Micrococcus lutes 1/8 1/16 1/8 1/4
Staphylococcus aureus 1/8 1/4 1/8 1/4
Escherichia coli O157:H7 1/16 1/8 1/8 1/4
Salmonella typhimurium 1/8 1/4 1/8 1/4
Vibrio vulnificus 1/16 1/8 1/16 1/8
Vibrio parahaemolyticus 1/8 1/4 1/8 1/4
● 8종의 세균에 대하여 잎 추출물과 줄기 추출물 모두 높은 항균효과를 나타내었다. 특히 잎 추출물은 줄기추출물보다 대장균 O157:H7(Escherichia coli O157:H7), 마이크로코코스 루테스(Micrococcus lutes)에 대하여 한 단계 높은 항균효과를 보이는 것으로 나타났다.
2. 항진균효과
수득된 추출물에 대한 항진균효과를 확인하기 위한 주요 피부사상균 중 하나인 트리초파이톤 러브럼(Trichophyton rubrum : 무좀원인균)에 대한 항진균효과를 측정한 방법은 다음과 같다.
① 수득된 잎과 줄기 추출물은 항균효과 측정과 같이 희석하였다.
② 트리초파이톤 러브럼(Trichophyton rubrum)은 멸균증류수를 이용하여 포자현탄액을 만들어 측정에 사용하였다.
③ 96-well plates에 전 배양된 트리초파이톤 러브럼(Trichophyton rubrum)을 5㎕씩 분주하였다.
④ 트리초파이톤 러브럼(Trichophyton rubrum)이 5㎕씩 분주된 96-well plates에 각 농도별로 희석한 수득된 추출물(1/1, 1/2, 1/4, 1/8, 1/16, 1/32, 1/64)을 농도별로 50㎕와 멸균한 배지(Brain heart infusion) 50㎕를 분주하였다.
⑤ 이 plate를 25℃에서 7일 동안 배양하여 흡광도 측정과 육안으로 균의 성장 유뮤를 관찰하여 최소증식억제농도와 최소살균농도를 측정하였다.
⑥ 실험은 3회 반복 실시하여 그 평균치를 나타내었다.
고추냉이 잎과 줄기 추출물의 항진균 효과
주요유해세균 항 균 효 과
잎 추출물 줄기 추출물
최소증식억제농도 최소살균농도 최소증식억제농도 최소살균농도
Trichophyton rubrum 1/8 1/4 1/4 1/2
● 수득된 잎과 줄기 추출물 모두 뛰어난 항진균 효과를 나타내었으며, 잎 추출물은 항균효과와 같이 한 단계 높은 항진균 효과를 나타내었다.
진술한 바와 같이 본 발명의 방법으로 추출한 고추냉이 유래 항균성 물질은 천연 방부제 등으로서의 식품, 의약품 및 화장품 등 다양한 산업분야에 적극 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

Claims (9)

  1. 액상 및 분말형태의 고추냉이를 추출용기에 충전하고, 초임계 및 아임계 상태의 조건에서 초임계 및 아임계 유체를 추출용기로 통과시키는 것을 포함하는 것을 특징으로 하는 초임계 및 아임계 유체 추출법을 이용하여 고추냉이로부터 항균성 물질을 추출하는 방법.
  2. 제 1 항에 있어서, 물, 에탄올, 이소-프로판올, 메탄올 및 노르말헥산으로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 보조용매를 초임계 및 아임계 유체와 함께 추출용기로 통과 시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제 1 항에 있어서, 초임계 및 아임계 유체로서 이산화탄소를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제 1 항에 있어서, 원료로 사용되어지는 고추냉이는 일본산인 Eutrema wasabi와 남동부 유럽산인 Armoracia rusticana(Horse radish)으로부터 분리한 잎과 줄기, 뿌리를 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제 1 항에 있어서, 고추냉이가 분말상태인 경우 추출용기로서 반회분식 추출탑을 사용하고, 고추냉이가 액체상태인 경우 추출용기로서 연속 추출탑을 사용하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제 1 항에 있어서, 초임계 유체에 의한 추출시 반응기의 조건은 온도를 10℃∼80℃, 압력을 60bar∼760bar, 추출시간이 20min∼300min으로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제 1 항에 있어서, 보조용매의 유량을 전체 용매 유량의 50% 이내로 하는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제 1 항에 있어서, 고추냉이로부터 추출된 추출물로부터 알릴이소티오시아네아트를 포함한 항균물질을 농축·정제하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 상기 청구항 1내지 8중 어느 한 항 기재의 방법으로 고추냉이로부터 추출한 알릴이소시아네아트를 포함하는 항균성성분(알킬이소시아네이트류)
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