KR20130014961A

KR20130014961A - 초임계 추출을 이용한 편백나무 유래 에센셜 오일의 고효율 추출 방법

Info

Publication number: KR20130014961A
Application number: KR1020110076743A
Authority: KR
Inventors: 김귀철; 윤제정; 조선호; 조영익; 박정훈; 오성화
Original assignee: 재단법인 전라남도생물산업진흥재단
Priority date: 2011-08-01
Filing date: 2011-08-01
Publication date: 2013-02-12
Also published as: KR101304537B1

Abstract

본 발명은 초임계 추출을 이용한 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 편백나무를 냉풍 건조한 후 상기 편백나무 건조물을 0.2 ㎜ 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄한 다음 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출한 후, 상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출함으로써 편백나무로부터 특히 사비넨, 피넨 등의 기능성 성분이 다량 함유되어 있는 에센셜 오일을 고효율로 추출하는 방법에 관한 것이다.

Description

초임계 추출을 이용한 편백나무 유래 에센셜 오일의 고효율 추출 방법{A method for high yield extration of essential oil from hinoki cypress using supercritical fluid extraction}

편백(扁柏)은 일본 원산의 상록교목이다. 회목(檜木), 히노끼, 노송나무라고도 한다. 높이 30~40m, 폭 1~2m 가량이며, 나무껍질은 적갈색이고, 작은 바늘 모양의 잎이 가지에 밀생한다. 봄에 가지 위에 작은 꽃이 피며, 10월에 녹색의 구과가 붉은색으로 익는다. 구과는 지름 1㎝로 7~9개의 방패 모양인 비늘조각으로 되어 있다. 잎과 목재에는 1%의 정유가 포함되어 있으며, 약용으로 이용되고 있다.

특히, 편백은 포름알데히드와 같은 공기중 유해물질을 제거하고, 항균 효과, 면역기능증대 효과는 물론 아토피, 알레르기 예방에도 탁월한 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이는 편백의 잎이나 목재에 함유되어 있는 정유 성분으로 인한 것으로 특히, 상기 편백 내에 함유되어 있는 정유 성분 중 휘발성이 크고 항균 활성이 큰 물질을 '피톤치드'라 한다.

피톤치드(Phytoncide)란 수목이 해충이나 미생물로부터 자기를 방어하기 위해 공기중에 발신하는 천연의 향균물질을 말한다. '식물'(Phyton)과 '죽이다'(Cide)를 뜻하는 그리스어의 합성어로서 식물이 내뿜는 살균성 물질을 총칭한다. 피톤치드의 주성분은 휘발성이 강한 테르펜류가 주를 이루며, 향기 이외의 성분도 다수 함유되어 있다.

상기에서 언급한 다양한 효과를 이용하기 위하여 피톤치드 성분을 포함하는 정유 성분을 편백으로부터 추출 정제하여 에센셜 오일의 형태로 제품화하고 있다.

편백 에센셜 오일의 주요성분으로는 사비넨(sabinene), 알파 피넨(α-pinene), 베타 피넨(β-pinene), 미르센(myrcene), 리모넨(limonene), 감마 터피넨(γ-terpinene), (-)-트랜스 카리오필렌((-)-trans caryophyllene), 세드롤(cedrol) 등이 있다. 상기 사비넨(sabinene)은 천식을 야기하는 식물병원균인 알터나리아 알터나타(Alternaria alternata)에 대해 항균효과가 있어 천식 치료 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다. 또한, 알파 피넨, 베타 피넨 및 리모넨 등은 항균 효과는 물론 진통억제 효과도 가지는 것으로 알려져 있다.

상기 편백 에센셜 오일의 주요성분들은 휘발성이 큰 물질이 주를 이루고 있어 공기 중에 용이하게 휘발될 수 있어 주로 아로마 테라피에 이용된다.

종래 편백 유래의 에센셜 오일의 추출은 대부분 열수와 증류추출법이나 용매추출법을 통해 수행되어 왔다. 이와 같이 이루어진 종래 추출방법은 열을 가하는 방법으로 편백 에센셜 오일은 휘발성이 큰 물질이 주를 이루고 있어 추출 후 활성물질과 용매(물 또는 유기용매)를 분리하는 과정에서 유효성분이 휘발되어 추출량과 유효성분이 줄어드는 단점이 있다. 또한 분리하는 과정에서 잔존 폐기물과 유기용매가 잔류하는 문제점이 있고 오일 향과 유효성분이 파괴되는 단점이 있다. 이에 따라 편백나무를 열수추출할 경우 피톤치드 성분의 함량이 적었다.

이러한 배경 하에서, 본 발명자들은 편백나무를 냉풍 건조한 후 상기 편백나무 건조물을 0.2 ㎜ 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄한 다음 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출한 후, 상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출함으로써 편백나무로부터 특히 사비넨, 피넨 등의 기능성 성분이 다량 함유되어 있는 에센셜 오일을 고효율로 추출할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 초임계 추출을 이용한 편백나무 유래 에센셜 오일 추출 방법을 제공하는 것이다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 하기 단계를 포함하는 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법을 제공한다.

1) 편백나무를 냉풍 건조하는 단계;

2) 상기 편백나무 건조물을 0.2 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄하는 단계;

3) 상기 편백나무 분쇄물을 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출하는 단계; 및

4) 상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출하는 단계.

상기 단계 1은, 편백나무를 냉풍 건조하는 단계로서, 편백나무의 추출 효율 증가를 위한 전처리로서 편백나무를 냉풍으로 건조시키는 단계이다.

본 발명에서는 편백나무의 건조를 냉풍으로 수행함으로써 고온에서 쉽게 휘발 가능한 편백나무 내 기능성 성분들의 휘발을 방지할 수 있다.

본 발명에서 사용하는 용어 '편백나무 또는 편백(hinoki cypress)'은 측백나무과(側柏―科 Cupressaceae)에 속하는 상록비늘잎교목을 의미한다.

본 발명에서 편백은 기능성 성분들이 주로 잎 부위에 다량 함유되어 있기 때문에 잎 부위를 사용하는 것이 바람직하나, 목재 부위도 사용이 가능하다.

본 발명에서 사용하는 용어 '냉풍 건조'는 상온의 냉풍으로 건조시키는 건조방식을 의미한다. 상기 냉풍 건조시 온도는 30 내지 40℃의 온도 범위인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 냉풍 건조는 수일 동안, 바람직하기로 1 내지 5일 동안 수행할 수 있다. 상기 냉풍 건조 시간은 편백의 수분 함량에 따라 적절히 조절될 수 있다.

상기 단계 2는, 상기 편백나무 건조물을 0.2 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄하는 단계로서, 편백의 추출 효율 증가를 위한 전처리로서 편백 건조물을 일정 크기로 분쇄시키는 단계이다.

상기 분쇄는 0.2 내지 2 ㎜의 크기의 입자로 분쇄하는 것이 바람직하다. 특히, 본 발명에서 상기 분쇄는 0.2 내지 0.5 ㎜ 크기의 입자로 미분쇄하는 것이 더욱 바람직하다. 만일 상기 분쇄 시 입자 크기가 상기 범위 밖일 경우, 편백의 추출 효율이 떨어지는 단점이 있다. 특히, 0.2 ㎜ 미만의 입자 크기에서는 초임계 추출 시 압력 부하로 인하여 추출 효율이 떨어지게 되고 또한 휘발성 유효 성분이 분쇄 과정 중에 휘발되는 단점이 있다. 한편, 2 ㎜ 이상의 큰 입자 크기에서는 입자 속에 포함되어 있는 기능성 성분이 초임계 유체에 의해 외부로 추출되기 어려워 결과적으로 에센셜 오일 내 기능성 성분의 추출 효율이 떨어지는 단점이 있다.

이와 관련하여 본 발명의 실시예에서는 동일한 온도 및 압력 조건에서, 편백 건조물을 0.2 내지 0.5 ㎜의 입자 크기 범위로 분쇄할 경우 2 내지 3 ㎜의 입자 크기로 분쇄하는 경우보다 편백 에센셜 오일의 추출 수율이 현저히 증가함을 볼 수 있었다.

상기 단계 3은, 상기 편백나무 분쇄물을 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출하는 단계로서, 전처리된 편백나무를 일정 추출 조건 하에서 초임계 추출하여 편백나무 유래 에센셜 오일을 추출하는 단계이다.

상기 단계 3의 초임계 추출은 특히 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 수행하는 것이 기능성 성분 추출 효율면에서 바람직하다.

이와 관련하여 본 발명의 실시예에서는, 단계 2)에서 얻은 미분쇄(0.2 내지 0.5 ㎜) 또는 중분쇄(2 내지 3 ㎜) 편백 분말을 이용하여, 초임계 추출 조건으로 온도를 40 ℃로 조절하고, 상기 온도 조건에서 압력을 100, 150, 200, 250, 300, 400 및 500 bar로 조절하여 각 추출 조건에서 편백 유래 초임계 추출물을 얻고 상기 각 추출물 중 사비넨, 피넨 등의 기능성 성분의 함량을 조사하였다. 그 결과, 미분쇄된 편백 분말의 경우 40 ℃, 150 bar의 추출조건에서 얻어진 편백 초임계 추출물 중의 사비넨, 피넨 등의 기능성 성분 함량이 가장 높음을 확인할 수 있었다(표 3). 이로써 추출시 추출 압력을 200 bar 이하의 낮은 압력으로 설정하는 것이 기능성 성분의 추출 효율면에서 적합함을 알 수 있었다.

상기 단계 4는, 상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출하는 단계로서, 1차 초임계 추출로 얻은 편백나무 추출물을 1차에 비해 더욱 높은 온도 조건으로 재차 초임계 추출함으로써 1차 추출물 내 분자량이 큰 왁시한 성분을 제거하여 점도가 낮은 에센셜 오일로 정제하는 단계이다.

상기 단계 4의 초임계 추출은 특히 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 수행하는 것이 왁시한 성분의 제거 효율면에서 바람직하다.

이와 관련하여 본 발명의 실시예에서는, 단계 3)에서 얻은 1차 초임계 추출물을 이용하여, 초임계 추출 조건으로 온도를 50 ℃로 조절하고, 압력을 150 bar로 조절하여 편백 유래 1차 초임계 추출물을 다시 2차 초임계 추출하여 점도가 낮은 에센셜 오일을 얻을 수 있음을 확인하였다.

본 발명은 미분쇄된 편백나무 분말을 낮은 온도에서 초임계유체를 이용하여 추출함으로써 종래 열수추출에 비해 기능성 유효성분인 사비넨과 피넨을 고효율로 추출할 수 있다는 장점을 갖는다. 그러나, 초임계유체 추출 방법은 정유성분과 왁시한 성분이 함께 추출됨으로써 에션설 오일의 응용범위가 제한적이라는 단점을 갖는다. 본 발명에서는 이러한 단점을 극복하기 위해 초임계유체 추출 단계를 2차에 걸쳐 실시하는 것을 특징으로 한다. 먼저, 1차 초임계 추출 단계에서 사비넨과 피넨이 다량 추출되는 압력 조건을 확립하고, 이를 토대로 2차 초임계 추출 단계의 조건은 설정하였다.

실제로, 본 발명의 실시예에서 편백나무를 다양한 추출 조건 하에 1차 초임계 추출한 후 GC/MS 분석을 수행한 결과, 200 bar 이하의 낮은 압력에서 사비넨 및 피넨 등의 기능성 성분의 함량이 높음을 확인하였고, 이후 2차 초임계 추출을 수행하여 얻은 초임계유체 2차 추출물질에서 상대적으로 사비넨과 피넨 함량이 증가함을 확인하였다. 이러한 결과를 토대로, 본 발명은 미분쇄된 편백나무 분말을 55 ℃ 이하의 낮은 온도 및 200 bar 이하의 낮은 압력 하에서 2차에 걸쳐 초임계 추출하는 단계를 수행함으로써, 항균력이 뛰어난 사비넨 및 피넨 등의 활성물질을 고효율로 추출할 수 있는 방법을 제공할 수 있음을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법은 오일 향과 유효성분을 파괴하지 않고 잔류용매가 거의 남아있지 않았다.

본 발명은 편백나무를 냉풍 건조한 후 상기 편백나무 건조물을 0.2 ㎜ 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄한 다음 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서, 특히 0.2 내지 0.5 ㎜의 입자 크기, 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출한 후, 상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서, 특히 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출함으로써 편백나무로부터 특히 사비넨, 피넨 등의 기능성 성분이 다량 함유되어 있으며 점도가 낮은 에센셜 오일을 고효율로 추출하는 방법을 제공할 수 있는 효과가 있다.

도 1은 초임계 추출에 사용된 편백나무 잎의 모습을 보여주는 사진도이다. 이때 a는 편백나무 잎을 분쇄하기 전의 모습이고, b는 편백나무 잎을 2mm로 분쇄한 후의 모습이며, c는 편백나무 잎을 0.2 ~ 0.5mm로 분쇄한 후의 모습이며, d는 분말 c를 초임계 추출한 후의 모습이다.
도 2는 실시예 1 내지 7에서 얻어진 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 모습을 보여주는 사진도이다. 이때 a는 실시예 1, b는 실시예 2, c는 실시예 3, d는 실시예 4, e는 실시예 5, f는 실시예 6, g는 실시예 6의 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 모습이다.
도 3은 압력 조건에 따른 편백나무 잎의 1차 초임계 추출수율 변화를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실시예 11, 15 및 16을 통해 얻은 초임계 추출물의 형상을 보여주는 사진도이다. 이때 a는 실시예 11에 따라 1차 초임계 추출만을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이며, b는 실시예 15에 따라 2차 초임계 추출을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이고, c는 실시예 16에 따라 2차 초임계 추출을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이다.
도 5는 실시예 11, 15 및 16의 1차 초임계 추출물과 2차 초임계 추출물에 대한 활성물질 변화 비교를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실시예 11에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출함으로써 얻은 1차 추출물의 GC/MS 결과이다.
도 7은 실시예 12에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 2 ㎜로 중분쇄하여 초임계유체 1차 추출함으로써 얻은 1차 추출물의 GC/MS 결과이다.
도 8은 실시예 15에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출한 후, 다시 30분 동안 2차 추출함으로써 얻은 2차 추출물의 GC/MS 결과이다.
도 9는 실시예 16에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출한 후, 다시 120분 동안 2차 추출함으로써 얻은 2차 추출물의 GC/MS 결과이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1-10: 편백나무 잎 초임계 추출

장성산 편백나무 잎을 30℃에서 1일 동안 냉풍 건조한 후, 분쇄기를 이용하여 각각 0.2 내지 0.5 mm의 입자 크기로 미분쇄하거나, 2 내지 3 mm의 입자 크기로 중분쇄함으로써 전처리하였다.

하기 표 1과 같이 초임계 추출 조건으로 온도를 40 ℃로 조절하고, 상기 온도 조건에서 압력을 100, 150, 200, 250, 300, 400 및 500 bar로 조절하여 각 추출 조건에서 초임계 추출 장치(ISA-SCFE-0050-0100-080-re, 일신오토클레이브, 한국)를 이용하여 하기 표 1과 같은 입자 크기를 갖는 상기 전처리된 편백나무 잎 분말을 100 g의 양으로 주입하고 각 시료 당 240 분 동안 초임계 추출을 실시하였다. 초임계 추출 시 유량은 분당 75 ml로 하였다.

실시예 번호	온도(℃)	압력(bar)	입자사이즈(mm)
1	40	100	0.2~0.5
2	40	150	0.2~0.5
3	40	200	0.2~0.5
4	40	250	0.2~0.5
5	40	300	0.2~0.5
6	40	400	0.2~0.5
7	40	500	0.2~0.5
8	40	100	2~3
9	40	150	2~3
10	40	200	2~3

1차 초임계 추출이 완료되면, 초임계 추출 장치의 추출조 압력을 낮춰 초임계유체 상태를 해제하여 추출물을 회수하였다.

도 1에 초임계 추출에 사용된 편백나무 잎의 모습을 나타내었다. 이때 a는 편백나무 잎을 분쇄하기 전의 모습이고, b는 편백나무 잎을 2mm로 분쇄한 후의 모습이며, c는 편백나무 잎을 0.2 ~ 0.5mm로 분쇄한 후의 모습이며, d는 분말 c를 초임계 추출한 후의 모습이었다.

또한, 도 2에 상기 실시예 1 내지 7에서 얻어진 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 모습을 나타내었다. 이때 a는 실시예 1, b는 실시예 2, c는 실시예 3, d는 실시예 4, e는 실시예 5, f는 실시예 6, g는 실시예 6의 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 모습이다.

그 다음, 상기 각각의 1차 초임계 추출물에 대하여 초임계 추출 조건으로 온도를 50 ℃로 조절하고, 상기 온도 조건에서 압력을 150 bar로 조절하여 초임계 추출 장치(ISA-SCFE-0050-0100-080-re, 일신오토클레이브, 한국)를 이용하여 240 분 동안 2차 초임계 추출을 실시하여 최종적으로 에센셜 오일을 얻었다. 초임계 추출 시 유량은 분당 75 ml로 하였다.

실험예 1: 압력 조건에 따른 편백나무 잎의 1차 초임계 추출수율 조사

상기 실시예 1 내지 10에서 얻어진 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 추출수율을 조사하고, 그 결과를 하기 표 2 및 도 3에 나타내었다.

실시예 번호	주입 시료량 (g)	추출량 (g)	추출수율 (％)
실시예 1	100	6.3	6.3
실시예 2	100	7.2	7.2
실시예 3	100	7.6	7.6
실시예 4	100	8.2	8.2
실시예 5	100	8.9	8.9
실시예 6	100	9.3	9.3
실시예 7	100	9.7	9.7
실시예 8	100	2.4	2.4
실시예 9	100	3.3	3.3
실시예 10	100	3.8	3.8

상기 표 2 및 도 3에서 확인할 수 있듯이, 1차 초임계 추출물의 추출 수율은 압력에 따라서 2~10% 정도 추출이 되며, 압력이 높을 때 추출 효율이 높음을 알 수 있다. 이는 추출압력이 높을수록 추출반응물질이 많다는 것을 의미한다. 특히 왁시한 성분이 많이 나올 수 있어 추출 효율이 증가하게 되는 것으로 보였다.

또한, 편백나무 잎 분말의 입자 크기가 작아짐에 따라 동일한 추출 온도 및 추출 압력에서 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 추출수율이 현저히 높음을 알 수 있었다.

실험예 2: 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물 성분 조사

상기 실시예 1 내지 10에서 얻은 편백나무 잎의 1차 초임계 추출물의 활성성분에 대한 GC/MS 분석 결과를 하기 표 3에 나타내었다.

GC/MS 분석은 하기와 같이 수행하였다.

먼저 추출된 시료는 핵산(MERCK)에 충분히 교반하여 원심분리기를 이용하여 부유물을 제거하고 마이크로 필터(0.45 ㎛)를 사용하여 준비하였다. 시료 분석은 GC/MS 장비(240-MS, Varian)를 이용하여 다음과 같은 조건으로 진행하였다. 컬럼은 VF-5ms(30 mm×0.25 mm×0.25 mm), 이동 기체로는 He (1mL/min), 주입 온도는 250 ℃, 오븐 온도는 50 ~ 300 ℃/ 3 ℃ 승온, 주입 부피는 1 ㎕, 주입 모드는 스플릿 비율(Split ratio) 10:1 조건에서 성분분석을 하였으며 MDS(Mass Selective Detector)에서 질량 범위 28 ~ 550, 수집 모드(acqusition mode)는 스캔 모드(scan mode) 조건으로 성분들을 정량하였다.

물질명	실시예 번호
물질명	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
사비넨	105.4	118.1	106.2	79.1	61.9	44.0	38.4	102.1	110.1	91.2
피넨	105.4	118.1	106.2	79.1	61.9	44.0	38.4	101.9	103.1	100.2
미르센	36.9	38.9	33.4	24.4	18.0	12.6	12.2	33.0	35.4	27.4
리모넨	116.6	-	-	0.0	0.0	48.7	0.0	83.7	20.5	25.3
감마-터피넨	32.2	39.8	37.0	29.6	28.4	19.6	20.0	25.2	33.8	33.0
트랜스-카리오필렌	13.2	13.7	13.1	10.2	11.9	5.8	8.4	10.2	9.8	11.1
세드롤	18.6	19.0	19.8	16.5	19.3	10.9	14.6	14.7	14.0	16.8

상기 표 3을 통해, 기능성 성분에 대한 추출 효율은 항균성이 강한 사비넨의 경우 200 bar 이하의 압력에서 많이 추출됨을 알 수 있다. 이를 통해, 편백 나무에서 얻을 수 있는 기능성 또는 활성물질은 낮은 압력에서 즉, 200 bar 이하의 압력에서 초임계 추출하는 것이 바람직함을 확인할 수 있었다.

실시예 11-16: 편백나무 잎 초임계 추출

상기 실험예 1 및 2를 통해 편백나무 잎의 기능성 성분을 초임계 추출할 경우 200 bar 이하의 낮은 압력이 바람직함을 확인하였기에, 실시예 11 내지 16에서는 압력을 150 및 200 bar로 조절하여 수행하였다.

구체적으로, 하기 표 4와 같은 초임계 추출 조건으로 온도를 50 ℃로 조절하고, 상기 온도 조건에서 압력을 150 및 200 bar로 조절하여 각 추출 조건에서 초임계 추출 장치(ISA-SCFE-0050-0100-080-re, 일신오토클레이브, 한국)를 이용하여 하기 표 4와 같은 입자 크기를 갖는 상기 전처리된 편백나무 잎 분말을 100 g의 양으로 주입하고 각 시료 당 하기 표 4에 기재된 시간 동안 초임계 추출을 실시하였다. 초임계 추출 시 유량은 분당 75 ml로 하였다. 추출 단계가 1차인 경우의 실시예 11 내지 14는 해당 초임계 조건 하에서 1차 초임계 추출을 수행한 경우이며, 추출 단계가 2차인 실시예 15 및 16은 실시예 11과 같은 조건으로 1차 초임계 추출을 수행한 후, 동일한 온도 및 압력 조건 하에서 추출 시간만을 달리하여 2차로 초임계 추출을 수행한 경우이었다.

실시예 번호	온도(℃)	압력(bar)	추출단계	추출시간(min)	입자사이즈(mm)
11	50	150	1차	120	0.5
12	50	150	1차	120	2
13	50	200	1차	120	0.5
14	50	200	1차	120	2
15	50	150	2차	30	0.5
16	50	150	2차	120	0.5

상기 실시예 11, 15 및 16을 통해 얻은 초임계 추출물의 형상을 도 4에 나타내었다. 이때 a는 실시예 11에 따라 1차 초임계 추출만을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이며, b는 실시예 15에 따라 2차 초임계 추출을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이고, c는 실시예 16에 따라 2차 초임계 추출을 실시하여 얻은 초임계 추출물의 모습이었다.

도 4를 통해, 1차 초임계 추출의 경우 오일과 왁시한 성분이 혼재함을 알 수 있으며, 이에 반해 30분 정도의 단시간 동안 2차 초임계 추출을 수행한 경우 보다 점도가 낮고 투명한 형상의 에센셜 오일을 얻을 수 있음을 확인할 수 있었다. 다만, 120분 정도의 장시간 동안 2차 초임계 추출을 수행한 경우에는 휘발성 성분의 오일보다는 왁시한 형상의 추출물을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.

실험예 3: 2차 초임계 추출에 따른 성분 변화 조사

2차 초임계 추출에 따른 성분 변화를 조사하기 위하여, 상기 실시예 11 내지 16에서 얻은 편백나무 잎의 1차 또는 2차 초임계 추출물의 활성성분에 대한 GC/MS 분석을 수행하고, 그 결과를 하기 표 5에 나타내었다.

GC/MS 분석은 하기와 같이 수행하였다.

물질명	실시예 번호
물질명	11	12	13	14	15	16
사비넨	118.1	79.9	116.4	115.5	421.6	103.7
피넨	118.1	102.7	0.0	68.6	546.1	152.3
미르센	38.9	26.0	36.6	33.3	149.0	29.7
리모넨	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
감마-터피넨	39.8	28.0	37.8	28.9	116.9	31.9
트랜스-카리오필렌	13.7	11.7	13.1	9.6	31.8	19.8
네릴 이소부틸레이트	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0	0.0
세드롤	19.0	32.3	19.0	29.0	34.7	41.7

상기 표 5를 통하여, 1차 초임계 추출만을 수행한 실시예 11 내지 14에 비하여 1차 초임계 후 30분 동안 2차 초임계 추출을 수행한 실시예 15에서 사비넨 및 피넨 등의 기능성 성분의 추출수율이 거의 4배 정도 증가함을 알 수 있었다. 그러나, 1차 초임계 후 120분 동안 2차 초임계 추출을 수행한 실시예 16에서는 사비넨 및 피넨 등의 기능성 성분의 추출수율이 30분 동안 2차 초임계 추출을 수행한 실시예 15에 비해 현저히 낮고, 더 나아가 1차 초임계만을 수행한 실시예 11 내지 14와 유사하거나 오히려 낮았다. 이는 휘발성이 강한 사비넨 및 피넨 등의 기능성 성분이 추출 시간이 짧은 영역에서 추출이 되어짐으로 시간이 길어지는 경우에는 남아있지 않기 때문인 것으로 보였다. 따라서, 상기 결과를 통해 2차 초임계 추출시 사비넨 및 피넨 등의 기능성 성분의 추출수율이 현저히 높으며, 2차 초임계 추출시 추출시간은 30분 정도로 단 시간 내에 수행하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

또한, 상기 표 5를 통하여 편백나무 잎 분말의 입자 크기에 따라 활성성분 변화가 있음을 확인할 수 있었다. 이는 동일 조건에서 입자크기가 0.5mm 인 경우에 추출된 활성성분의 양이 많음을 통해 알 수 있었다.

한편, 상기 실시예 11, 15 및 16의 1차 초임계 추출물과 2차 초임계 추출물에 대한 활성물질 변화 비교를 도 5에 나타내었다.

도 5를 통해, 2차 초임계 추출물의 경우 1차 초임계 추출물을 다시 한번 초임계 추출함으로써 사피넨 및 피넨 등의 기능성 성분의 농도가 높아짐을 알 수 있다.

더 나아가, 상기 실시예 11, 12, 15 및 16의 1차 초임계 추출물과 2차 초임계 추출물에 대한 GC/MS 분석 결과를 도 6 내지 도 9에 나타내었다.

도 6은 실시예 11에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출함으로써 얻은 1차 추출물의 GC/MS 결과이다. 도 6을 통해, 편백나무 잎에서 추출하고자하는 사비넨과 피넨과 같은 유효 활성 성분들은 휘발성이 강한 물질로 주로 머무름 시간대가 30분 이내에 나타난 반면 식물세포의 지질과 같은 고분자량을 갖는 왁시한 성분(네릴 이소부틸레이트 등)은 주로 머무름 시간대가 40 이상에서 나타남을 알 수 있었다. 상기 결과를 통해 40분 이상에서는 휘발 성분보다 왁시한 성분들이 더 많이 있음을 알 수 있었다. 또한, 추출물질이 너무 왁시하여 활용에 제한이 있을 것으로 보였다.

도 7은 실시예 12에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 2 ㎜로 중분쇄하여 초임계유체 1차 추출함으로써 얻은 1차 추출물의 GC/MS 결과이다. 도 7을 통해, 편백나무 잎 분말의 크기가 0.5mm 인 실시예 11에 비해 사비넨과 피넨 성분이 감소하고 왁시한 성분이 더 증가한 것을 알 수 있었다.

도 8은 실시예 15에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출한 후, 다시 30분 동안 2차 추출함으로써 얻은 2차 추출물의 GC/MS 결과이다. 도 8을 통해, 항균성이 강한 물질인 사비넨 피크의 크기가 1차 추출물보다 강하게 나타남을 알 수 있었다. 또한, 지속적으로 나타나는 모노테르페인 테르피닐 아세테이트는 머무름 시간 약 30분에서 가장 강한 피이크를 보이며, 머무름 시간대가 50 이상인 왁시한 성분은 1차 초임계유체 추출물질보다 낮은 피크 강도를 보임을 확인할 수 있었다. 이를 통해, 초임계 이산화탄소를 이용한 2차 추출물을 얻기 위한 시간은 30분 이내로 하는 것이 바람직함을 알 수 있었다.

도 9는 실시예 16에서 편백나무 잎 분말의 입자 크기를 0.5 ㎜로 미분쇄하여 초임계유체 1차 추출한 후, 다시 120분 동안 2차 추출함으로써 얻은 2차 추출물의 GC/MS 결과이다. 도 9를 통해, 휘발성이 강하면서 항균력이 있는 활성 성분인 사비넨은 추출 시간이 30분 이내의 짧은 시간에 추출되고 있음을 확인할 수 있었으며 또한 추출 시간이 길어질수록 왁시한 성분들이 많이 추출됨을 알 수 있었다.

Claims

하기 단계를 포함하는 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법:
편백나무를 냉풍 건조하는 단계(단계 1);
상기 편백나무 건조물을 0.2 내지 2 ㎜의 입자 크기로 분쇄하는 단계(단계 2);
상기 편백나무 분쇄물을 40 내지 50 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 1차 초임계 추출하는 단계(단계 3); 및
상기 편백나무의 1차 초임계 추출물을 45 내지 55 ℃의 온도 및 100 내지 200 bar의 압력 하에서 초임계 이산화탄소로 2차 초임계 추출하는 단계(단계 4).
제1항에 있어서, 상기 단계 2의 분쇄는 0.2 내지 0.5 ㎜의 크기로 분쇄하는, 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 3의 1차 초임계 추출은 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 수행하는, 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 4의 2차 초임계 추출은 50 ℃의 온도 및 150 bar의 압력 하에서 수행하는, 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 1은 30 내지 40℃에서 수행하는, 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법.
제1항에 있어서, 상기 단계 1은 1 내지 5일 동안 수행하는, 편백나무 유래 에센셜 오일의 추출 방법.