KR20110029893A

KR20110029893A - 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법

Info

Publication number: KR20110029893A
Application number: KR1020090087747A
Authority: KR
Inventors: 정명수; 고민정; 조상우
Original assignee: 이화여자대학교 산학협력단; 서울향료주식회사
Priority date: 2009-09-16
Filing date: 2009-09-16
Publication date: 2011-03-23
Also published as: KR101069836B1

Abstract

본 발명은 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 아임계 수를 이용하여 아임계 추출과정을 수행함으로써, 높은 수율로 퀘르세틴을 추출하는 방법에 관한 것이다.

본 발명의 추출방법은 양파로부터 다양한 생리활성을 가진 퀘르세틴을 고효율 및 고순도로 분리할 수 있으므로, 퀘르세틴이 사용되는 의약 및 기능성식품이나 화장품과 관련된 다양한 산업에 폭 넓게 이용될 수 있다.

양파, 퀘르세틴, 아임계

Description

양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법{A METHOD OF EXTRACTING QUERCETIN FROM ONION}

본 발명은 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법에 관한 것에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 양파로부터 고순도 및 고효율로 퀘르세틴을 추출하는 방법에 관한 것이다.

의학의 발달과 더불어 평균수명이 증가하고 노령인구가 증가하여 최근 통계청이 발표한 자료에 의하면, 2005년 총인구 중에서 65세 이상 노령인구의 비율은 9.1%를 차지하고 있고, 2020년에는 평균수면이 78.1세에 달하며, 2020년에는 전체인구의 13.2%까지 증가할 것으로 추산되고 있어 노화로 인한 문제도 심각한 실정이다. 또한, 우리나라는 경제성장에 힘입어 최근 통계청이 발표한 자료에 의하면 우리나라 1인당 GNP는 2004년 14,162 달러였으며, 매년 10% 정도 증가하여 국민들의 생활수준이 향상됨에 따라 식생활이 변화하여 곡류와 채소류의 섭취가 감소하고 육류 등 지방이 풍부한 음식의 섭취가 증가하는 경향을 보이고 있다. 이러한 식생활의 변화를 포함한 사회적 조건의 변화로 인해, 질병의 양상도 변화하여 과거 주요한 사망원인인 전염성 질병이나 급성 질병에 의한 사망자 수는 급격하게 줄어 들고 있는 반면에 암, 비만이나 당뇨 등의 대사증후군이나 성인병, 뇌혈관 질환 또는 관상동맥질환 등의 심혈관계 질환 등과 같은 만성 질병과 퇴행성 질환에 의한 사망자 수는 꾸준히 증가하고 있다.

노화, 암, 뇌혈관 질환, 심혈관계 질환 등과 같은 질환의 원인이 자유라디칼(free radical) 또는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)인 것으로 인식되고 있다. 상기 활성산소종은 생물체에 침입된 병균 등에 의한 생물학적 스트레스나 지구 환경 악화에 따른 각종 환경 스트레스 등의 스트레스로 인하여 생물 유지에 필수적으로 요구되는 산소의 반응성이 높아진 산소를 의미할 수 있으며, 상기 반응성이 높은 산소는 심각한 생리적 장애 등을 유발할 수 있게 된다. 일 예로, 슈퍼옥사이드 라디칼(superoxide radical), 하이드록실 라디칼(hydroxyl radical), 과산화수소 또는 일중항산소 등이 있다.

구체적으로, 상기 자유라디칼 또는 활성산소종은 세포를 파괴하거나 피부 진피층의 결합조직을 절단하거나 교차 결합을 일으키므로 주름형성, 아토피성 피부염, 여드름 또는 피부암과 같은 피부 관련 질병뿐만 아니라 암, 심근경색증(myocardial infarction), 뇌졸증(stroke), 죽상동맹경화증(atherosclerosis) 등을 포함하는 심혈관계질환, 근위축측삭경화증(amyotrophic laternal sclerosis)이나 파킨스씨 병(Parkinsion's disease, PD)과 같은 퇴행성 신경질환(chronic neurodegenerative disease)의 원인이 되는 것으로 보고되어 있다. 또한, 자유라디칼 또는 활성산소종은 인체 내에서 지질을 과산화시켜 과산화지질이라고 하는 해로운 물질을 생성할 수 있고, 상기 과산화지질은 혈관에 작용하여 동맥경화나 혈정 과 같은 각종 성인병의 원인이 되는 것으로 보고되어 있다.

상기한 바와 같이, 평균수명이 증가하고 사회의 노령화가 진행되면서 노화 및 퇴행성 질환과 같은 노화와 관련된 질병에 대한 관심이 증대되고 있고, 경제성장 및 식생활의 변화 등에 따라 대사증후군이나 성인병 등에 대한 관심이 증대되고 있다. 이러한 질병에 대한 관심의 증가와 함께 상기 질병의 원인으로 보고된 자유라디칼 또는 활성산소종에 대한 관심도 증대되면서, 항산화효과를 갖는 물질에 대한 관심이 증대되고 있다.

생체 내에는 이러한 자유라디칼 또는 활성산소종을 제거하는 항산화체계로 슈퍼옥사이드 디스뮤타제(superoxide dismutase, SOD), 퍼옥시다제(peroxidase, POD) 또는 카탈라제(catalase, CAT) 등의 고분자 항산화 효소와 비타민 C, 비타민 E 또는 글루타치온(glutathione) 등의 항산화 물질 등이 존재한다.

그러나, 공해나 자외선 또는 상기 생물학적 스트레스를 포함하는 여러 원인 및 노화에 의해서 점차적으로 인체의 항산화 체계는 정상 작동을 하지 못하게 되며, 이러한 경우 항산화 물질을 섭취함으로써 방어할 수 있도록, 활성산소종을 제거할 수 있는 물질 즉, 항산화제의 체내 공급이 요구되고 있다. 이러한 항산화제의 체내 공급 요구에 따라 항산화제 또는 항산화 효과를 갖는 식품 등을 섭취하여 상기 질병을 예방 또는 치료하거나 노화를 지연시키고자 하는 노력이 증가하고 있는 실정이다.

종래에 뛰어난 항산화력을 지닌 합성 항산화제로는 BHA(butylated hydroxyanisole), BHT(butylated hydroxytoluene) 또는 TBHQ(tertiary butylhydropuinone) 등이 보고 되어 있다.

그러나, 상기 합성 항산화제는 체내 흡수 물질의 일부가 독성을 지니고 있어, 기형발생인자 및 발암 물질화 될 수 있고, 간 비대증을 유발하거나 간장 중 마이크로소말 효소활성(microsomal enzyme activity)을 증가시킬 수 있어, 폐나 신장 등의 장기 조직의 병리적인 해를 유발시키는 등의 안정성 문제가 제기되고 있다.

따라서, 근래에는 보다 인체에 안정하고, 항산화력이 뛰어난 항산화제를 개발하기 위한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구의 일환으로 천연 항산화제 즉, 천연물질로부터 수득한 항산화제에 대한 만은 연구가 진행되고 있다.

현재까지 천연물질 특히, 천연 식물을 대상으로 항산화 효과를 탐색한 결과 보고된 천연 항산화성분들로는 토코페롤(tocopherol) 류, 플라보노이드(flavonoid) 류, 세사몰(sesamol), 고시폴(gossypol), 페놀릭산(phenolic acids), 부틱산(phytic acid), 사포닌(saponin), 트립신 저해제(trypsin inhibitor) 등이 있다. 이 중, 상기 플라보노이드 류는 플라본(flavone) 유도체, 플라보놀 (flavonol), 플라바논(flavanone) 및 디하이드로프라보놀(Pinobanksin) 등이 있다.

한편, 국내 농산물 중의 약 10 내지 20%는 상품성이 없어 폐기되고 있고, 식품제조 및 가공분야에 사용되는 양파, 사과, 감귤류 등 농산물의 경우 10 내지 30%의 부산물이 발생되고 있는 실정이다. 따라서, 이들 폐자원에 해당하는 농산물들은 매우 좋은 플라보노이드류의 원료로 활용될 수 있으며, 상기 폐기되는 농산물이나 농산물의 부산물로부터 고부가가치 기능성 소재를 생산하여 사업화하는 경우에는 농가소득증대에 따른 농촌경제 활성화와 더불어 식품제조 및 수출산업에 큰 기 여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

일반적으로, 과채류와 같은 농산물에 다량 함유된 플라보노이드류는 C6-C3-C6을 기본골격으로 하는 폴리페놀화합물이므로, 물에 잘 녹지 않고 유기용매에 잘 녹는 특징이 있다. 그러므로, 기존에는 농산물로부터 플라보노이드를 생산하기 위하여 대부분 유기용매를 이용한 추출법을 수행하였다. 일 예로, Liquid-liquid extraction(LLE) 법, Soxhlet extraction 법 또는 sonication 법 등과 같은 전통적인 추출기술은 많은 양의 해로운 유기용매를 사용하게 되므로, 공업용이 아닌 식용이나 화장품 또는 의약품 재료에 사용할 수 없으므로 그 목적이 제한되며, 이러한 사용을 위해서는 유기용매의 제거를 위해 과도한 비용과 시간이 소요된다는 단점 등의 문제점이 제기되고 있는 실정이다.

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해소하기 위하여, 본 발명은 다양한 목적에 사용할 수 있는 용매를 이용하여 고순도의 퀘르세틴을 고효율로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법을 제공한다. 보다 상세하게는, 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법을 제공한다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명자들은 양파로부터 퀘르세틴을 추출하기 위하여 유기용매를 이용하는 종래의 추출방법은 유기용매의 회수 및 제거를 위한 추가 공정이 요구되며, 이러한 추가 공정으로 인해 발생되는 추가적인 비용과 시간이 소요되는 문제점이 지적되어 왔으므로, 이러한 문제점을 해결하기 위한 연구를 거듭한 결과, 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법을 수행하는 경우 기존에 사용된 다른 용매 추출법에 비하여 추출수율이 우수할 뿐만 아니라, 무독성 및 친환경 용매인 물을 이용하는 것이므로 추가 공정으로 인한 비용과 시간에 대한 문제를 해결할 수 있다는 점을 확인하였으며, 추가적으로 상기 아임계 수를 이용하여 퀘르세틴을 추출하는 경우, 온도와 시간 등과 관련된 특정 조건에서 다른 조건에 비하여 현저하게 우수한 수율로 고순도의 퀘르세틴을 추출할 수 있다는 점을 확인하여, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명에 있어서, 초임계 유체(supercritical fluid)란 물질이 액체와 기체의 두 상태가 서로 분간할 수 없게 되는 임계상태에서의 온도와 이때의 증기압 즉, 그의 임계점보다 높은 온도와 압력하에 있을 때 즉, 초임계점 이상의 상태에 있는 유체를 의미한다. 또한, 아임계 유체(sub-supercritical fluid)란 압력-온도 상태도에서 임계점 앞쪽 근방의 영역에 있는 유체로, 압축액체와 압축기체의 병존 상태에 있다는 점에서 초임계 액체와 구별되나, 대체적으로 초임계 유체와 비슷한 성격을 가진다. 또한, 아임계 추출법이란 아임계 유체를 이용한 추출법을 의미한다.

본 발명은 아임계 유체를 이용하여 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법에 관한 것이다.

상기 아임계 유체는 물, 이산화탄소(CO₂), 에틸렌, 에탄, 프로판, 아세틸렌 또는 암모니아 등일 수 있고, 바람직하게는 경제적이고, 유해성분이 없으며, 안전하게 폐기할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라, 본 발명에 의하여 추출효율를 극대화할 수 있는 조건을 확인한 물, 더욱 바람직하게는 아임계 수일 수 있다. 상기 아임계 수란 아임계 조건의 물을 의미할 수 있다.

상기 아임계 유체를 이용하여 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계는 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 수행할 수 있다. 보다 구체적으로, 본 발명은 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 퀘르세틴 추출법일 수 있다.

상기 아임계 추출법은 상기 아임계 수의 압력이 600 내지 1900 psi 또는 800 내지 1800 psi, 바람직하게 1200 내지 1750 psi, 더욱 바람직하게는 1300 내지 1700 psi이고, 상기 아임계 수의 온도는 130 내지 190℃, 바람직하게는 140 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 160 내지 170℃일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 163 내지 167℃일 수 있다. 또한, 상기 추출법은 5분 내지 30분, 바람직하게는 10분 내지 20분, 더욱 바람직하게는 13분 내지 17분 동안 수행할 수 있다.

보다 상세하게는, 본 발명은 양파 시료를 제조하는 단계 및 아임계 유체를 이용하여 아임계 추출법으로 상기 양파 시료로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 방법에 관한 것이다.

상기 양파 시료를 제조하는 단계는 양파 및 규조토를 혼합하는 과정을 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 양파 시료의 제조는 양파 및 규조토를 혼합하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 양파(Allium cepa)는 외떡잎식물 백합목 백합과의 수해살이풀로, 서아시아 또는 지중해 연안이 원산지라고 추측되고 있으나 아직 야생종이 발견되지 않아 확실하지 않다. 양파의 품종은 비늘줄기가 둥근 모양과 납작하게 둥근 모양, 비늘줄기의 껍질이 붉은빛인 것과 노란 것, 그리고 흰 것 등으로 나뉜다. 또한 맛에 따라 단양파와 매운양파로 나뉜다. 양파는 주로 비늘줄기를 식용으로 하는데, 비늘줄기에서 나는 독특한 냄새는 이황화프로필, 황화알릴 등의 화합물 때문인 것으로 알려져 있고, 이러한 화합물 등은 생리적으로 소화액 분비를 촉진하고 흥분, 발한 또는 이뇨 등의 효과가 있는 것으로 보고되어 있다. 또한 상기 양파 비늘줄기에는 각종 비타민과 함께 칼슘, 인산 등의 무기질과 퀘르세틴과 같은 유효성분이 다량 함유되어 있어, 혈액 중의 유해 물질을 제거하는 등 우수한 생리작용이 있는 것으로 알려져 있다. 양파의 비늘줄기는 샐러드나 수프, 그리고 고기 요리에 많이 사용되며 각종 요리에 향신료 등으로 이용되고 있다.

상기 양파는 양파가공시 발생되는 부산물을 이용하여 제조비용을 최소화한다는 점에서 양파 외피, 구체적으로 주황색의 양파 외피일 수 있다. 상기 양파는 추출과정을 진행함에 있어서, 추출용매와의 접촉면적을 최대로 증가시켜 추출수율을 높이기 위해 분말 형태로 제조할 수 있다. 따라서, 본 발명의 양파 시료를 제조하는 단계에는 상기 양파 분말을 제조하는 과정이 추가로 포함될 수 있다. 또한, 상 기 양파 분말을 제조하는 과정는 양파의 항산화활성 물질을 최대한 유지시키기 위하여, 상기 양파를 50 내지 70℃, 바람직하게는 60℃에서 열풍건조하고, 고속믹서기를 이용하여 파쇄하는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 제조된 양파 분말은 항산화활성 물질을 최대한 유지시킨다는 목적을 위하여, 추출단계를 수행하기 전까지 4 내지 -20℃ 또는 4 내지 -4℃에서 보관할 수 있다.

상기 퀘르세틴(Quercetin)은 도 1에 기재된 화학식을 갖는 화합물로, 일반적인 용매인 물 등에는 잘 녹지 않고, 에탄올이나 알칼리용액에 용해되는 것으로 알려져 있다. 상기 퀘르세틴은 배당체인 루틴 등과 같은 형태로 채소와 과일에 널리 분포되어 있고, 특히 양파에 풍부한 것으로 알려져 있다. 상기 퀘르세틴은 기존에 식품이 변질되는 것을 방지하기 식품첨가물인 산화방지제로서 사용되었으나, 최근에는 세포의 산화적 손상과 지방의 산패를 막아주는 항산화 활성, 항균활성 또는 항암작용 등의 기능성이 밝혀지면서 다양한 건강기능식품이나 치료제 등의 소재와 관련된 용도에 대한 관심이 증대되고 있다.

상기 규조토(diatomaceous earth)는 규조의 유해로 만들어진 연질의 암석과 토양을 말하는데 해양에서 생성된 해양성 규조토와 담수성으로 구분될 수 있으며, 일 예로 규조토 전체 중량을 기준으로 이산화규소(SiO₂)가 80 내지 99 중량% 이상 또는 90 내지 95 중량% 이상 함유된 것일 수 있다.

상기 양파와 규조토의 함량은 최종 추출물의 색 및 이취와 관련된 품질 저하를 차단하고, 상기 양파로부터 퀘르세틴 추출 효율을 고려하며, 기계 작동시의 에 러나 고장 등을 방지할 수 있는 기계적 실험 조건을 고려하여, 중량을 기준으로 1:3 내지 2:2(양파:규조토), 바람직하게는 1.5:2.5 내지 1:2(양파:규조토)일 수 있다.

상기 아임계 유체를 용매로 하여 상기 양파 시료로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계는 아임계 추출법으로 수행할 수 있으며, 보다 구체적으로 특정 조건에서 수행할 수 있다.

상기 아임계 유체는 물, 이산화탄소(CO₂), 에틸렌, 에탄, 프로판, 아세틸렌 또는 암모니아 등일 수 있고, 바람직하게는 경제적이고, 유해성분이 없으며, 안전하게 폐기할 수 있어 친환경적일 뿐만 아니라, 추출효율의 극대화를 위하여 간단하게 속성을 조절할 수 있다는 점에서 물, 더욱 바람직하게는 아임계 수일 수 있다. 상기 아임계 수란 아임계 조건의 물을 의미할 수 있다.

상기 특정 조건 즉, 아임계 추출법으로 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계의 조건과 관련하여, 상기 아임계 수의 압력은 600 내지 1900 psi 또는 800 내지 1800 psi, 바람직하게 1200 내지 1750 psi, 더욱 바람직하게는 1300 내지 1700 psi일 수 있다. 또한, 상기 아임계 수의 온도는 130 내지 190℃, 바람직하게는 140 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 160 내지 170℃일 수 있으며, 더더욱 바람직하게는 163 내지 167℃일 수 있다. 또한, 상기 추출시간은 5분 내지 30분, 바람직하게는 10분 내지 20분, 더욱 바람직하게는 13분 내지 17분일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 양파 시료에 대해 특정 조건에서 아임계 유체를 용매 로 하여 퀘르세틴을 추출하는 단계는 퀘르세틴의 추출효율을 고려하여, 600 psi 이상, 바람직하게 1200 내지 1750 psi, 더욱 바람직하게는 1300 내지 1700 psi의 압력을 유지하면서, 140 내지 180℃, 바람직하게는 160 내지 170℃, 더욱 바람직하게는 163 내지 167℃의 조건에서 7분 내지 23분, 바람직하게는 10분 내지 20분, 더욱 바람직하게는 13분 내지 17분 동안 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 수행할 수 있다.

상기 아임계 추출법에 있어서, 운반체(carrier)는 질소가스(nitrogen gas)일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 아임계 추출법은 아임계 유체로 아임계 수를 이용하고, 운반체로 질소가스를 사용하는 것을 특징으로 할 수 있다.

상기 아임계 열수추출법에 의한 경우, 기존 추출법이 가지는 유기용매의 제거를 위한 과도한 비용 및 공정이 요구된다는 점과 환경문제를 유발할 수 있다는 문제점을 해결하였을 뿐만 아니라, 본 발명의 최적 조건에 의해 추출을 수행하는 경우, 기존 추출법에 비하여 약 400% 내지 800%의 추출효율의 상승이 확인되어, 현저하게 향상된 수율을 얻을 수 있는 것으로 평가되었다.

상기한 바와 같이, 본 발명의 아임계 수를 이용하여 퀘르세틴을 추출하는 방법은 기존 방법에 비하여, 안전성 및 친환경성이 인정되고, 비교적 간단한 공정으로 수행할 수 있을 뿐만 아니라, 현저하게 상승된 수율로 수득할 수 있는 장점이 있다.

본 발명은 기존 방법에 비하여, 현저하게 향상된 수율로 양파로부터 퀘르세틴 을 수득할 수 있는 방법으로, 인체에 안전하고, 항산화력이 뛰어나며, 다양한 기능성을 갖는 고가의 기능성 성분인 퀘르세틴을 우리나라 전역에서 생산되고, 생산 및 유통과정에서 다량의 폐기물 및 부산물이 생산되는 저가의 양파로부터 우수한 효율로 수득할 수 있는 방법을 제공하는 것이어서, 기능성 소재인 퀘르세틴이나 항산화제와 관련된 건강기능식품, 의약품 또는 화장품 등 다양한 산업분야에 폭 넓게 이용될 수 있다.

이하, 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하기 위하여 제조예 및 실시예를 제시한다.　 그러나, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위하여 예시한 것을 뿐, 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 하기 예들에 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 추출물의 제조

본 실험에 사용한 양파는 2008년 4월 경상북도 의성에서 수득한 양파껍질 중 주황색의 외피를 사용하였다. 상기 양파 외피를 60℃에서 10시간 동안 열풍건조한 후, 고속믹서기를 이용하여 분말화하였다. 상기 분말화과정을 통해 제조된 양파분말과 규조토를 1:7, 1:3, 1.5:2.5 및 1;1(양파:규조토)로 혼합하여, 아임계 추출법을 수행할 시료를 제조하였다.

비교예 1인 양파 에탄올 추출물은 상기 양파분말 1g에 95% 에탄올 40ml를 첨가하고, 60℃에서 2시간 동안 용매 추출과정을 수행하였다. 비교예 2인 양파 에탄올 추출물은 상기 양파분말 1g에 99.8% 메탄올 40ml를 첨가하고, 60℃에서 2시간 동안 용매 추출과정을 수행하였다. 비교예 3인 양파 열수 추출물은 상기 양파분말 1g에 물 40ml를 첨가하고, 100℃에서 3시간 동안 열수 추출과정을 수행하였다.

본 발명의 실험예인 양파 아임계 추출물은 도 2에 기재된 바와 같이, 상기 양파분말과 규조토의 총합을 4g으로 정하고, 상기 비율로 규조토(DIONEX ASE Prep DE, DIONEX co., USA)를 배합하여 제조한 시료를 34 ml size의 셀(cell)에 넣고 상기 셀을 아임계 추출기(DIONEX Accelerated Solvent Extractor(ASE) 100, DIONEX co., USA)에 장착한 후, 추출용매로 증류수만을 사용하여 100 내지 190℃의 온도범위에서 10℃의 온도구간으로, 5분 내지 30분의 시간범위에서 5분 간격으로 구간을 정하여, 각각의 추출온도와 추출시간의 조건에서 아임계 추출을 수행하였다. 상기 시료에 압력을 가하여 1300 내지 1900 psi의 압력조건 및 상기 각 추출온도 조건에서 추출을 수행하였고, 운반체로 질소가스(nitrogen gas)를 사용하였다.

실시예 2: 퀘르세틴 농도의 측정

상기 실시예 1에서 제조된 각각의 추출물에 포함되어 있는 퀘르세틴 농도의 측정은 HPLC법(High Performance Liquid Chromatography method)을 이용하여 측정하였다.

상기 HPLC법을 수행하기 위하여, 상기 실시예 1에서 제조된 각각의 추출물은 전처리를 수행하였다.

보다 상세하게는, 상기 전처리는 상기 실시예 1에서 제조된 각각의 추출물 약 40mL를 300 mL 용량의 분액여두에 넣고 동량의 에틸 아세테이트(ethyl acetate)를 가한 후, 250rpm에서 3분간 흔들고 방치하여 상분리를 시켰다. 상기 상분리 후, 아래 수층을 다른 분액여두로 따라내고 위 에틸 아세테이트층을 증류 플라스크(evaporate flask)로 따라내어 옮겼다. 상기 분액여두로 분리한 수층은 상기 방법을 총 3회가 되도록 반복하였다.

상기 반복과정에 의해 합쳐진 에틸 아세테이트층은 55℃ 수욕상에서 감압 농축하여 용매를 완전히 증발시켜 잔사를 수득하였다. 상기 수득된 잔사에 메탄올 3mL를 넣어 완전히 용해하여 세척한 후, 피펫(Pasteur pipette)을 사용하여 10 mL 크기 플라스크로 옮기고, 상기 플라스크를 다시 메탄올로 세척한 후 세척액을 모두 합치는 과정을 총 3회 반복 후, 메탄올로 표선을 맞추어 10 mL로 하여 검액을 실시하였다. 마지막으로 13 mm PVDF syringe filter(Whatman, 0.45㎛)로 필터링(filtering)을 수행 하여 HPLC 시료로 사용하였다.

상기 퀘르세틴 농도 측정을 위한 HPLC system(YOUNGLIN INSTRUMENT, 대한민국)은 Solvent Delivery Pump(Model M930D); Absorbance Detector(Model M730D); Column Oven(Model CTS30) 및 Solvent Degassor & Valve Module(Model SDB30 plus)으로 구성되어 있으며, 상기 HPLC 시스템에 의해 분리된 퀘르세틴의 검출은 자외부흡광광도계를 이용하여 측정파장 370 nm에서 수행하였다. 또한, 상기 HPLC를 이용한 분석을 위해, 분석컬럼은 ODSHYPERSIL(Thermo ELECTRON CO., Model 30105-154630)을 사용하였고, 구체적인 사양으로 분석 안지름 약 5 mm, 길이 약 15cm인 스테인레스 강관에 5㎛ 의 C18로 충전하였으며, 컬럼의 온도는 상온으로 설정하였고, 이동상은 증류수(Milli-Q water)와 메탄올 혼합액(60:40)에 TFA (trifloroacetic acid)를 0.04% 농도로 첨가한 용액을 사용하였으며, 이동상의 solvent flow rate는 1 mL/min이고, 이동시간은 30분으로 설정하였다. 또한, 상기 HPLC를 수행하기 위한 시료(sample)의 injection volumn은 10㎕이었다. 상기 방법에 의해 측정된 퀘르세틴 표준 물질의 HPLC 분석결과는 도 3과 같다.

상기 퀘르세틴 농도 측정을 위한 표준 퀘르세틴(quercetin standard)는 Quercetin dehydrate(minimum 98% HPLC, SIGMA, USA)를 사용하였다.

보다 상세하게는, 상기 표준 퀘르세틴 50, 100, 200, 5000, 10000 및 20000 ppm의 농도로 HPLC 분석을 실시하여, 일차방정식(y = ax + b)으로 표준곡선(standard curve)을 작성하였다.

상기 실시예 1에서 제조된 추출물의 퀘르세틴 농도(함량)의 측정 및 계산은 상기 실시예 1에서 제조된 추출물을 시료(sample)로 HPLC 분석을 실시한 후, 상기 분석결과에 의해 측정된 퀘르세틴 영역(quercetin peak area)을 하기 계산식에 대입하는 방법으로 수행하였으며, 상기 계산식에 곱하는 값은 시료의 전처리 과정에서 있었던 메탄올 희석배수(10배)를 의미한다.

[계산식]

퀘르세틴 농도(ppm) = (a × 퀘르세틴 영역 + b) × 10(희석배수)

실시예 3: 온도 및 시간에 따른 추출 수율의 비교

실시예 3-1 온도에 따른 추출수율의 비교

추출온도에 따른 퀘르세틴 추출효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1의 실 험예에서 다른 조건을 동일하게 하고, 추출시간을 10분으로 고정하고, 온도조건을 100 내지 190℃의 온도구간에서 10℃씩 상승시키면서 온도조건을 변화시킨 후에, 수득한 추출물에 대해 실시예 2의 방법으로 퀘르세틴 함량을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타내었다.

상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 상기 온도 구간에서 130℃에 비하여 140℃ 이상의 온도에서 약 25% 이상의 퀘르세틴 함량의 증가가 확인되었고, 190℃에 비하여 180℃ 이하의 온도에서 약 10% 이상의 퀘르세틴 함량의 증가가 확인되었다. 또한, 퀘르세틴 추출수율이 우수한 온도범위인 140 내지 180℃의 온도 범위에서 상기 165℃까지는 추출수율이 상승되고, 165℃보다 높은 온도에서는 추출수율이 감소되는 것으로 확인되어, 165℃는 가장 우수한 온도조건인 것으로 평가되었다.

실시예 3-2 시간에 따른 추출수율의 비교

추출시간에 따른 퀘르세틴 추출효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1의 실험예에서 다른 조건을 동일하게 하고, 추출온도를 최적 온도인 165℃로 고정하고, 시간조건을 5분 내지 30분의 시간구간에서 5분씩 상승시키면서 시간조건을 변화시킨 후에, 수득한 추출물에 대해 실시예 2의 방법으로 퀘르세틴 함량을 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타내었다.

상기 도 5에 나타낸 바와 같이, 상기 시간 구간에서 15분간 추출한 경우 5분간 추출한 것에 비하여 퀘르세틴 함량은 약 1.5배 정도의 높은 농도를 나타내었고, 20분 추출한 것에 비해서도 높은 농도를 나타내었다. 상기 결과로부터 퀘르세틴 함량은 반드시 추출시간에 비례 하여 증가하는 것이 아니고, 최적 조건이 존재함을 확인할 수 있었다. 이는 특정 온도 및 특정 시간 이상의 조건에서는 추출되는 퀘르세틴에 비하여 파괴되는 퀘르세틴의 량이 더 많기 때문인 것으로 추측되었으며, 본 발명의 추출조건을 도출하기 위해서는 이를 감안한 조건설정이 이루어져야 할 것으로 평가되었다.

실시예 3-3 온도 및 시간에 따른 추출수율의 비교

추출온도에 따른 퀘르세틴 추출효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1의 실험예에서 다른 조건을 동일하게 하고, 추출온도 및 추출시간을 온도조건의 경우 100 내지 190℃의 온도구간에서 10℃씩 상승시키고, 시간조건의 경우 5분 내지 30분의 온도구간에서 5분씩 상승시키면서 수득한 추출물에 대해 실시예 2의 방법으로 퀘르세틴 함량을 3회 반복하여 측정하였으며, 그 결과를 표 1에 나타내었다.

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 상기 최적 조건은 165℃에서 15분을 추출과정을 수행하는 것으로, 상기 조건에서 16290 ppm/onion skin 1g의 추출량을 나타내는 것으로 확인되었다. 상기 표 1에 기재된 결과 중, 전체적인 경향과 상이한 140℃의 결과를 제외하면, 최적 온도인 165℃ 및 이로부터 5℃ 범위 내인 160 내지 170℃의 범위에서는 기존 온도 범위에서 상승되는 퀘르세틴 수득 효율에 비하여, 총 수득율이 120% 즉 약 20%가 증가하는 것으로 확인되어, 상기 160 내지 170℃의 범위도 이를 벗어난 범위에 비하여 우수한 퀘르세틴 수득 수율이 있는 것으로 확인되었고, 165℃의 범위에서는 150℃ 또는 180℃에 비하여 약 60% 이상의 효율 향상이 확인되어 현저하게 우수한 효과가 있는 것으로 확인되었다.

또한, 상기 결과로부터 양파로부터 아임계 수를 이용하여 아임계 추출법을 수행하는 경우, 추출수율은 온도 및 시간조건과 관련하여 의존적으로 비례하여 상승하는 것이 아니라, 특정 온도(165℃) 및 특정 시간(15분) 이상 진행하는 경우 퀘르세틴 함량이 현저하게 감소하므로, 상기 조건이 최적조건임이 확인되었다. 상기 조건은 고온 및 고압의 조건에서 지나치게 장시간 추출을 실시하여 기계에 무리가 가거나 시간 및 비용면에서 경제적이지 못할 수 있는 문제점도 발생되지 아니한다는 점에서 매우 효율적인 것으로 평가되었다.

실시예 4: 양파분말과 규조토 배합비에 따른 추출 수율의 비교

양파분말과 규조토 배합비에 따른 퀘르세틴 추출효율을 측정하기 위하여, 상기 실시예 1의 실험예에서 다른 조건을 동일하게 하고, 추출온도 및 추출시간을 최적 조건인 165℃ 및 15분으로 고정하고, 양파분말 및 규조토의 함량의 총합을 4g으로 한정한 채, 양파분말과 규조토의 배합비를 중량을 기준으로 0.5:3.5, 1:3, 1.5:2.5 및 2:2(양파:규조토)로 조절하여 시료를 제조한 후, 수득한 추출물에 대해 실시예 2의 방법으로 퀘르세틴 함량을 측정하였으며, 그 결과를 도 6에 나타내었다.

상기 도 6에 나타낸 바와 같이, 상기 시간 구간에서 1:7의 조건으로 수행한 경우에 비하여 양파와 규조토의 혼합비를 1:1 내지 1:3(양파:규조토)로 수행한 경우에 현저하게 우수한 효과가 있는 것으로 확인되었다. 또한, 양파와 규조토의 혼합비를 1.5:2.5로 혼합한 경우를 기준으로 상기 결과를 검토하면, 단순히 혼합비의 양파분말의 중량의존적으로 증가하는 것이 아니라, 추출대상 시료인 양파분말이 증가한 경우에도 퀘르세틴 함량이 감소되는 것이 확인되어, 양파와 규조토의 혼합비가 1.5:2.5가 가장 바람직한 것으로 확인되었다.

실시예 5: 추출방법에 따른 추출 수율의 비교

본 발명인 아임계 수를 이용한 아임계 추출법의 최적조건 즉, 최적 온도인 165℃, 최적시간인 15분으로 고정하고, 상기 시료도 양파와 규조토의 혼합비가 1.5:2.5로 혼합한 경우와 실시예 1에 기재된 종래 추출법인 유기용매 추출법(에탄올 추출법 및 메탄올 추출법)과 열수추출법에 의한 퀘르세틴 추출수율을 실시예 2의 방법으로 퀘르세틴 함량을 측정하여 비교하였으며, 그 결과를 도 7에 나타내었다.

상기 도 7에 나타낸 바와 같이, 본 발명의 추출법에 의한 경우, 에탄올 추출법에 비하여 약 8배, 메탄올 추출법에 비하여 약 6배, 종래 방법 중 가장 우수한 방법인 열수 추출법에 비해서도 약 4배 이상의 추출효율이 있는 것으로 확인되었다. 본 발명은 종래 유기용매 추출법 또는 열수추출법에서 가장 우수한 조건에 비하여 현저하게 우수한 추출효율을 가질 뿐만 아니라, 추출시간의 경우에도 종래 방법이 2시간 또는 3시간 동안 추출과정을 수행하여야 함에도 불구하고, 본 발명은 이에 비하여 12.5% 또는 8% 정도에 불과한 15분간 추출과정을 수행함으로, 경제적인 면에서도 매우 우수한 것으로 확인되었다.

상기한 바와 같이, 본 발명인 아임계 수를 이용한 아임계 추출법을 특정 조건에서 수행하는 경우, 우수한 퀘르세틴 추출수율이 현저하게 우수할 뿐만 아니라, 기계에 무리가 가거나, 비용 및 기간이 과도하게 드는 문제점도 발생되지 아니하고, 친환경 및 무독성 용매를 사용하므로 용매 제거를 위한 추가공정이 발생되지 아니하고, 환경문제도 발생되지 아니하여 경제적으로도 효과적인 것으로 확인되었다. 또한, 상기 본 발명의 방법은 우리나라 전역에 분포되어 있는 양파로부터 수득한 양파 껍질을 이용하여 항산화 활성을 비롯한 여러 기능성이 우수한 물질인 퀘르세틴을 효율적으로 수득할 수 있는 방법이므로, 양파를 이용한 기능성 식품의 개발, 식품 소재의 개발, 화장품 소재의 개발 등 다양한 산업분야에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

도 1은 본 발명의 퀘르세틴의 화학구조를 나타낸 그림이다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출물의 본 발명의 추출공정을 수행할 추출기기를 나타낸 도면이다.

도 3은 본 발명의 퀘르세틴의 HPLC 분석결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출 온도에 따른 추출수율을 비교한 그래프이다.

도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 추출 시간에 따른 추출수율을 비교한 그래프이다.

도 6은 본 발명의 일 실시예에 따른 양파 건조 분말과 규조토의 배율에 따른 추출수율을 비교한 그래프이다.

도 7은 본 발명의 일 실시예에 따른 추출 방법에 따른 추출수율을 비교한 그래프이다.

Claims

아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제1항에 있어서,

상기 아임계 추출법은 아임계 수의 온도가 163 내지 167℃인 온도조건에서 10분 내지 20분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 것인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 퀘르세틴 추출방법.
양파 시료를 제조하는 단계; 및

아임계 수를 이용하여 아임계 추출법으로 상기 양파 시료로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계

를 포함하는 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제3항에 있어서,

상기 양파 시료를 제조하는 단계는 양파 및 규조토를 혼합하는 과정을 포함하는 것인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제4항에 있어서,

상기 양파는 양파 분말이고, 상기 양파 및 상기 규조토의 혼합비율은 중량을 기준으로 1:3 내지 2:2(양파:규조토)인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제3항에 있어서,

상기 아임계 수를 이용하여 상기 양파 시료로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계는 800 내지 1800 psi의 압력 조건 및 140 내지 180℃의 온도 조건에서 아임계 추출법을 수행하는 것인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제6항에 있어서,

상기 아임계 수를 이용하여 상기 양파 시료로부터 퀘르세틴을 추출하는 단계는 10분 내지 20분 동안 아임계 추출법을 수행하는 것인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 추출방법.
제6항에 있어서,

상기 온도 조건은 160 내지 170℃이고, 상기 단계는 아임계 추출법 10분 내지 20분 동안 수행하는 것인 양파로부터 퀘르세틴을 추출하는 퀘르세틴 추출방법.