KR20140141593A

KR20140141593A - 침엽수 목재 종으로부터 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 단리하기 위한 방법

Info

Publication number: KR20140141593A
Application number: KR1020147026015A
Authority: KR
Inventors: 세르게이 필립포브; 이고르 보고로도브
Original assignee: 플라비트퓨어, 인크.
Priority date: 2012-03-12
Filing date: 2012-09-28
Publication date: 2014-12-10
Also published as: US20130237712A1; JP2015509979A; RU2014140943A; CN104203226A; WO2013137844A1; EP2825163A1; CA2865894A1

Abstract

원목, 나무껍질과 뿌리로서 지칭되는 나무 몸통의 아래쪽 부분을 비롯한 목재 일부로부터 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 단리하기 위한 방법. 상기 방법은 원목과 뿌리를 잘게 부수거나 칩으로 소분함으로써 획득된 입자-축소된 칩 분획물, 또는 기계적 목재 산물의 마무리에서 잔류물로서 획득된 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물을 극성 용매로 추출하는 것을 포함한다. 상기 방법은 추출물을 회수하는 것을 더욱 포함한다. 상기 방법에 이용되는 목재는 견목, 또는 잎갈나무 (Larix) 속의 목재, 가문비나무 (Picea) 속의 가문비나무 목재, 아비에스 (Abies) 속의 전나무 목재, 피누스 (Pinus) 속의 소나무 목재, 그리고 미송 (Pseudotsuga) 속의 목재에서 선택되는 침엽성 목재이다. 상기 모든 속으로부터 단리된 근본 물질은 플라보노이드, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이다.

Description

침엽수 목재 종으로부터 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 단리하기 위한 방법{METHOD FOR ISOLATING FLAVONOID DIHYDROQUERCETIN (TAXIFOLIN) FROM CONIFER WOOD SPECIES}

참고문헌

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발명의 분야

본 발명은 목재 추출성분, 다시 말하면, 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 원목, 나무껍질과 뿌리를 포함하는 침엽수 목재 종으로부터 단리하기 위한 방법에 관계한다.

발명의 배경

삼림 생물군은 지구상에서 가장 중요한 바이오매스 (biomass)이고, 그리고 목재 산업은 엄청난 양의 잔류물을 생산하고, 이들은 다소간 친수성인, 추출을 통한 생리활성 플라보노이드 분자의 추가 가공과 물가 안정 (valorization)을 위한 중요한 식물성 자원으로서 이용가능한 것으로 알려져 있다. 삼림 생물군의 용매 추출에 의해 획득가능한 추출가능 플라보노이드가 특히 관심되는데, 그 이유는 이들이 상이한 유형의 삼림과 목재 변환 잔류물로부터 쉽게 가용하기 때문이다. 이들 플라보노이드가 풍부한 식품은 동일한 부류의 분자의 삼림 공급원과 함께 재검토된다. 목재 변환 (wood transformation)의 잔류물, 예를 들면, 나무껍질, 원목 뿌리와 마디풀 (knotwood)가 강조되는데, 그 이유는 이들 재료가 플라보노이드, 특히 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)에 대한 특히 풍부한 자원을 대표하기 때문이다. 플라보노이드의 가장 유명한 생리활성 성질 중에서 한 가지는 그들의 항산화 활성이다. 임목 추출물의 항산화 용량에 대한 가장 중요한 결과가 제공되고, 그리고 생리활성 플라보노이드 분자가 풍부한 건강식품으로부터 추출물에 대해 획득된 것들과 비교된다. [1] 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 가장 효과적인 자연 항산화제와 항-염증 화합물 중에 하나이다. [1a,b]

이들 플라보노이드는 페닐프로파노이드 대사의 유도체이다. 이들의 구조는 C6-C3-C6 골격에 기초되는데, 플라보노이드 구조의 A 고리는 아세트산염 유래되고 (3 x C2), 그리고 C와 B 고리는 신남산 유도체로부터 기원한다 (페닐프로파노이드 경로). 이들 플라보노이드는 지금까지 확인된 6000개 이상 [2]의 상이한 화합물을 포함하는 자연 폴리페놀의 방대한 부류를 구성하고, 안토시아니딘 (이들의 글리코시드 유도체인 안토시아닌의 형태로 더욱 흔히 존재한다), 플라본과 플라보놀 (및 이들의 글리코시드), 플라바논, 디히드로플라보놀, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린), 플라반-3-올, 플라반-3,4-디올 (류코안토시아니딘), 그리고 중합성 프로안토시아니딘에 속한다. 플라보노이드는 특히, 잎, 꽃 조직, 그리고 목질 부분, 예를 들면, 줄기, 나무껍질과 뿌리에서 흔하다. 이들은 식물의 정상적인 성장, 식물의 발달, 그리고 감염과 손상으로부터 식물의 방어에 중요하다.

침엽수 목재 종, 특히 소나무과 (Pinaceae)로부터 종은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 풍부한 공급원인 것으로 간주되는데, 이것은 플라보노이드 패밀리의 디히드로플라보놀 하위부류에 관계한다. [3,4,5,6,7,8,9,10] 디히드로플라보놀은 플라보노이드 생합성에서 중심적인 중간물질이다. 산업용 목재 종의 마디풀 내에 존재하는 주요 플라보노이드는 디히드로플라보놀 (일명, 플라바논-올)에 속하는 것으로 결정되었다. 디히드로미리세틴과 디히드로캠페롤이 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)과 함께, 상이한 포플러 종 (Populus spp)으로부터 마디풀에서 발견되었는데, 여기서 이들 모두 디히드로플라보놀에 속한다. [11] 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 또한, 나무껍질의 주요 플라보노이드 요소인 것으로 결정되었다. 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 사시나무의 마디풀에서 검출되었다. [12] Antonova et al. (1980)은 낙엽송의 심재로부터 유기 가용성 추출성분을 연구하였다. 발견된 우세한 플라보노이드는 퀘르세틴 (총량 플라보노이드의 11%), 디히드로퀘르세틴 (69%) 및 디히드로캠페롤이었다. [13] 아메리카 낙엽송의 심재의 용매-가용성 요소 역시 조사되었다. 플라바노놀 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)과 디히드로캠페롤 (아로마덴드린)은 0.30과 0.05% 수율에서 단리되고, 그리고 미량의 퀘르세틴이 획득되었다. [14] 콘톨타 소나무 (shore pine)의 나무껍질은 디히드로플라보놀 디히드로미리세틴과 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 높은 함량을 갖는다. [15]

본 발명 이전에, 침엽수 목재 종의 상이한 부분의 추출물은 다양한 화합물을 내포하는 것으로 알려져 있는데, 이들 중에서 한 가지는 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이다. 이러한 생리활성 물질은 용매 추출에 가용한데, 그 이유는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이 자유 분자의 형태에서 목재의 다공성 구조 내에 존재하기 때문인데, 이것은 분자가 구조적 목재 성분인 세포 벽의 중합체: 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌에 화학적으로 결합되지 않는다는 것을 의미한다. 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 저에너지 분자간 상호작용 (low-energy intermolecular interaction)을 통해 이들 구조적 중합체에 상당히 결합되거나, 또는 세포 내강 (cell lumen) 또는 다른 유형의 공동 내에 단순히 놓인다. 리그노셀룰로오스 재료의 다공성 시스템 내에 자유롭게 배치되어 있는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린) 분자는 물리화학적 특징에 따라 상이한 용매에 의해 가용화될 수 있다. 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)과 같은 물질은 상이한 용매 시스템에서 그들의 공통 용해성 (solubility)을 지칭하기 위해 추출성분으로 총칭되지만, 실제로 이들은 무수한 화학적 구조를 포함한다.

비록 기존 문헌 [3-15]에서 일정한 플라보노이드, 특히 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이 줄기, 나무껍질과 뿌리를 비롯한 목재에서 발생하는 것으로 언급되긴 했지만, 현재까지, 침엽수 목재 종의 이들 목재 일부로부터 이런 화합물을 단리하기 위한 실질적으로 유용한 통일된 방법은 제시된 바가 없다.

발명의 요약

전반적인 양상에서, 본 발명은 목재로부터 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 단리 공정을 다양한 기계적 목재 산물의 제조에서 목재의 이용 공정과 합동하는 것에 관계한다. 따라서 본 발명의 목적은 i) 이러한 유용한 플라보노이드 물질을 위한 실질적으로 유용한 공급원을 제공하고, 그리고 ii) 지금까지 에너지 생산과 기타 비-추출 공정에만 이용되었던 부산물에 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 위한 공급원으로서 새로운 용도를 제공한다는 점에서, 기계적 목재 산물의 제조 공정에 대한 경제를 향상시키는 것이다.

따라서 본 발명은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 원목, 나무껍질과 뿌리로 지칭되는 나무 몸통의 아래쪽 부분을 비롯한 목재 일부로부터 단리하기 위한 방법에 관계하고, 상기 방법은 하기 단계를 포함한다:

a)

i) 상기 원목과 뿌리를 잘게 부수거나 칩으로 소분함으로써 획득된 입자-축소된 칩 분획물, 또는

ii) 기계적 목재 산물의 마무리에서 잔류물로서 획득된 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물을 극성 용매로 추출하는 단계; 그리고

b) 추출물을 회수하는 단계,

여기서 목재는

- 잎갈나무 (Larix) 속의 목재;

- 가문비나무 (Picea) 속의 가문비나무 목재;

- 아비에스 (Abies) 속의 전나무 목재;

- 피누스 (Pinus) 속의 소나무 목재;

- 미송 (Pseudotsuga) 속의 목재로 구성된 군에서 선택되는 침엽성 목재 또는 견목이고,

그리고 여기서 모든 언급된 속으로부터 단리된 근본 물질은 플라보노이드, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이다.

상기 양상, 이점과 특질은 단지 대표적인 구체예이다. 이들은 청구항에 의해 정의되는 바와 같은 발명에 대한 제한으로서 간주되지 않는 것으로 이해되어야 한다. 본 발명의 추가적인 특질과 이점은 하기 상세한 설명, 도면, 그리고 청구항으로부터 명백해질 것이다.

도면의 간단한 설명
본 발명은 제한이 아닌 실례 및 첨부된 도면에 의해 설명되는데, 여기서 유사한 참조 표시는 유사하거나 상응하는 부분을 표시한다:
도 1은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 단리하기 위한 가장 적절한 목재 원재료를 도시한다.
도 2는 목재 재료를 개략적으로 도시한다.
도 3은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 단리 공정에서 이용되는 시스템의 계통도 (schematic diagram)를 도시한다.

발명의 상세한 설명

용어 "플라보노이드"는 안토시아니딘, 플라본과 플라보놀, 플라바논, 디히드로플라보놀, 플라반-3-올, 플라반-3,4-디올 (류코안토시아니딘) 및 중합성 프로안토시아니딘을 포괄하는 것으로 이해되어야 한다.

이들 모든 그룹은 극성, 다시 말하면, 친수성 용매로 추출될 수 있는 주로 친수성 물질이다.

도 1에서 참조 번호 12로 지정된 용어 "원목"은 "통나무", 다시 말하면, 토양 표면 13으로부터 최대 1 미터 높이까지의 줄기인 나무 몸통의 아래쪽 부분을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에서 참조 번호 14로 지정된 용어 "뿌리" 또는 "뿌리 볼"은 "나무의 기관", 다시 말하면, 전형적으로 토양 표면 13 아래에 있는 나무의 부분을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 1에서 참조 번호 15로 지정된 용어 "껍질"은 관다발 형성층 (vascular cambium) 외부의 조직, 다시 말하면, 목본의 줄기와 뿌리의 최외각 층을 포함하는 것으로 이해되어야 한다.

도 2는 목재 재료 10에 관하여 이용된 상이한 용어를 도해하는데, 여기서 참조 번호 1은 피스 (pith)를 지정하고; 참조 번호 2는 연륜 (annual ring)을 지정하고; 참조 번호 3은 일차 방사 조직 (pith ray)을 지정하고; 참조 번호 4는 이차 방사 조직 (바깥쪽으로부터 안쪽으로)을 지정하고; 참조 번호 5는 형성층을 지정하고; 참조 번호 6은 안쪽 나무껍질을 지정하고; 참조 번호 7은 바깥쪽 나무껍질을 지정하고; 섹션 11은 수평 섹션을 지칭하고; 섹션 9는 방사상 섹션을 지칭하고; 그리고 섹션 8은 접선 섹션을 지칭한다. 플라보노이드 성격의 추출성분, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 함량은 밀도와 함께 증가하고, 그리고 심재의 더욱 집중적인 형성이 더욱 내구성 나무를 만드는 것처럼, 더욱 내구성 목재를 만드는 것으로 결정되었다. 최고 강도 성질 및 최고 내구성은 성장이 느린 곳에서 발견되는데, 이것은 더욱 넓은 연륜이 더욱 낮은 기본 밀도로 인하여 더욱 낮은 내구성을 제공한다는 것을 의미한다. 줄기의 아래쪽 부분으로부터 심재는 일반적으로, 내구성이 피스로부터 바깥쪽으로 증가하는 것처럼, 줄기에서 더욱 위쪽보다 더욱 내구성일 것이다. 더욱 구체적으로, 플라보노이드 성격의 에탄올 추출성분, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 100개 연륜 증분마다 1.2% 내지 2.2% 증가하는데, 이것은 각각, 추출 농도가 배증하는 104와 175개 연륜에 동등하다. 배증 농도 (double concentration)는 200개 연륜을 훨씬 초과한 기간 내에 도달되었다. 에탄올-가용성 추출성분인 플라보노이드는 10 cm 또는 그 이하의 방사 거리마다 배증하였다.

"입자 축소된 칩 분획물"은 기계적 목재 산물의 제조 공정을 위해 목적되는 칩의 원하는 치수까지 크기 선정 (sizing) 또는 분쇄 (grinding)에 의해 획득된 폐기 분획물을 의미한다. 이러한 칩 분획물은 원목과 뿌리 이외에, 상당한 양의 "정상적인 목재", 다시 말하면, 기계적 목재 산물의 제조 공정에서 이용가능한 목재를 포함하고, 그리고 재료로서 이용된다. 목재는 칩, 바람직하게는 약 5 mm 내지 약 20 mm의 평균 길이 (average length) 및 약 3 mm 내지 10 mm의 평균 너비 (average width)를 갖는 칩으로 소분되어야 한다. 입자 축소된 나무껍질 분획물은 기계적 목재 산물의 제조 공정에서 이용가능한 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물을 포함한다.

비록 플라보노이드 물질, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 추출을 위해 이와 같은 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 입자 축소된 칩 분획물과 마른 코르크 분획물을 이용하는 것이 가능하긴 하지만, 상기 재료를 원목 분획물, 뿌리 분획물과 나무껍질 분획물로 먼저 분리하고 이들 분획물을 각 분획물 추출을 위해 이용하는 것이 바람직할 수도 있다. "원목 분획물"과 "뿌리 분획물" 둘 모두 기계적 목재 산물을 획득하는 공정에 이를 수 있는 "정상적인 목재"를 의미한다. "나무껍질의 마른 코르크 분획물" 또는 "분말화된 나무껍질"은 기계적 목재 산물의 제조 공정에서 이용가능한 재료를 의미한다. 분획물의 이러한 분리는 재료로부터 직접적으로 이루어질 수 있고, 그리고 칩 또는 분말화된 단계로 소분하기에 앞서 먼저 개선될 수 있다.

원목, 뿌리와 나무껍질은 뿌리, 나무껍질, 가지와 꼭대기를 비롯한 나무 전체의 이용으로, 절단 (cutting), 집재 (skidding), 현장 가공 (on-site processing)을 포함하는 통나무가공 공정 (logging process)의 폐기물 재료 또는 부산물로서 획득될 수도 있다. 이용된 재료는 더욱 잘게 부서지거나 또는 분말화되고, 그리고 깨끗한 전기 또는 열기의 생산에 이용될 수 있다.

"극성 용매"는 단일 극성 작용제, 또는 2가지 또는 그 이상의 극성 작용제의 혼합물인데, 여기서 상기 극성 작용제 또는 작용제들은 25℃에서 측정될 때, 3 이상의 유전율 (dielectric constant)을 갖는다. 극성 용매의 실례로서, 순수한 물 단독, 그리고 물과 알코올, 예를 들면, 물과 에탄올의 혼합물이 언급될 수 있다.

추출을 위해, 건조된 목재 또는 미가공 목재 재료가 이용될 수 있다.

비록 추출이 기계적 목재 산물을 제조하는 동안 목재의 이용과 물리적으로 통합될 수 있긴 하지만, 추출은 대안으로, 별개의 과정으로서 수행될 수 있는데, 그 이유는 원목, 뿌리와 나무껍질, 특히 원목과 뿌리의 입자 축소된 칩 분획물 및 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물이 차후 가공을 위해 쉽게 수송되고 보관될 수 있기 때문이다.

원목, 뿌리와 나무껍질 내에 플라보노이드 물질의 양은 매우 상이하고, 그리고 문제되는 각 적격 목재 재료 및 이용된 목재 종에 좌우된다. 이런 이유로, 추출 단계로부터 유래된 추출물은 상당한 농도의 플라보노이드 물질을 내포할 수 있고, 그리고 이런 이유로, 목적에 따라 미가공 플라보노이드 산출을 달성하기 위해 추가 정제 없이 이와 같이 이용될 수 있다.

추가 정제가 필요한 경우에, 이용되는 방법은 그 중에서도 특히, 물질의 순도의 원하는 정도에 좌우된다. 유용한 정제 방법의 실례로서, 크로마토그래피 및/또는 결정화가 언급될 수 있다.

중요한 플라보노이드 물질로서, 본 발명의 방법에 의해 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이 단리된다. 하지만, 용어 "플라보노이드 물질"은 상기 화합물에 국한되지 않는다.

"디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)"은 C2-C3 이중 결합의 부재에서 3개 탄소 링크에 의해 연결된 2개의 방향족 고리로 구성되는 C6-C3-C6 골격에 기초된 분자 구조를 갖는 화합물이고, 그리고 위치 2와 3에서 2개의 키랄 탄소 원자 (chiral carbon atom)를 갖는다. 플라보노이드 구조의 A 고리는 아세트산염 유래되고 (3 x C2), 그리고 C와 B 고리는 신남산 유도체로부터 기원한다 (페닐프로파노이드 경로). 결과적으로, B-고리는 (2S)- 또는 (2R)-배열일 수 있다. 디히드로플라보놀 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 C-3 원자는 수소 원자와 히드록실 기 둘 모두를 보유하고, 그리고 이런 이유로, 비대칭의 추가 중심이다. 따라서 각 디히드로플라보놀 구조에 대해 4가지 입체이성질체, (2R,3R), (2R,3S), (2S,3R), 그리고 (2S,3S)가 가능하다. 4가지 배열 모두 자연적으로 발생하는 디히드로플라보놀에서 발견되지만, (2R,3R)-배열이 가장 흔하다.

원목, 뿌리와 나무껍질로부터 플라보노이드 물질 또는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 단리는 다른 공급원의 이용에 비하여 매우 유리하다. 이들 "원목 분획물", "뿌리 분획물"과 "나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물" 공급원에서, 플라보노이드 물질의 농도는 정상적인 목재에서보다 2 내지 20배 높다. 이들 화합물 중에서 다수는 정상적인 목재 내에서 정확한 위치를 찾아낼 수 없다. 결과적으로, 이러한 방법에 따라 획득된 추출물 중에서 약 20-70%가 플라보노이드 작용제 또는 작용제들일 수 있다. 다른 특질은 일정한 화합물이 물질의 유래된 플라보노이드 그룹 중에서 지배적인 화합물로서 존재할 수 있다는 것이다. 가령, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 낙엽송 목재 원목으로부터 유래된 플라보노이드 중에서 약 65-85%일 수 있다.

따라서 본 발명은 원하는 플라보노이드 화합물 또는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 추출물에서 높은 농도로 끌어내기 위한 독특한 방법을 제공한다. 이러한 이점과 함께, 추출에 이용되는 목재 재료는 지금까지 에너지 공급원으로서만 유용한 목재 분획물로서 간주되었던 재료이다.

단리 방법

예시의 목적으로, 낙엽송 나무의 목재로부터 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 단리가 본원에서 실례로서 설명되지만, 이들 방법은 다른 섬유성 식물 재료, 예를 들면, 다른 유형의 침엽수 나무로부터 화합물의 단리를 위해 용이하게 적합될 수 있다. 가공에 앞서, 섬유성 식물 재료, 예를 들면, 예로서 잎갈나무 (Larix) 속의 나무로부터 유래된 목재, 뿌리 또는 나무껍질은 선택적으로, 당분야에서 가용한 방법을 이용하여 원하는 치수까지 크기 선정될 수 있다. 전형적인 시스템에서, 목재 재료 원목 12, 뿌리 14 및 나무껍질 15는 미가공 목재 재료를 목재 입자로 분쇄하기 위해, 당분야에 공지된 기계에 의해 절단되고 분쇄되거나 가공되어야 한다. 낙엽송 목재 입자의 원하는 크기는 목재 입자를 가공하는데 이용된 장비의 유형에 좌우된다. 미가공 목재 입자는 이후, 목재 입자가 다음 단계를 위해 필요할 때까지, 보관을 위해 흡입구 호퍼 (inlet hopper)에 공급된다.

도 3에 도시된 바와 같이, 적절하게 크기 선정되고 분쇄된 목재 입자는 가공을 위해 준비되고, 흡입구 호포로부터 슈트 (chute) 16을 통해 추출기 단위 20으로 수송된다. 추출기 단위는 당분야에 널리 알려져 있고, 그리고 전형적으로, 흡입구와 배출구, 수위 제어를 위한 수위 탐지기, 그리고 제조된 용매 혼합물을 목재 입자와 선택적으로 혼합하기 위한 용매 전처리 흡입구를 포함한다. 용매 혼합물 전처리는 차후 가공 단계에서 목재 입자로부터 삼출물을 획득하기 위해 요구되는 에너지가 감소하도록, 목재 입자를 해동하거나 부드럽게 하는데 이용된다.

원하는 플라보노이드 화합물 또는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 끌어내기 위한 방법에서, 추출은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 목재 입자로부터 추출하기 위해 목재 입자와 접촉하는 용매 혼합물, 2가지 또는 그 이상의 극성 작용제의 혼합물을 가열하는데 에너지가 이용되는 진공 시스템에서 수행하는 것이 바람직하다. 추출 조건에는 고체/액체 비율, 추출 시간, 추출 온도 및 최적화되는 진공의 정도가 포함된다. 최적화된 조건은 고체/액체 비율 1:4과 1:6, 38℃-40℃의 온도에서 추출, 그리고 20 내지 40%의 에탄올과 80 내지 60%의 물 (v/v) 에탄올/물 비율을 갖는 혼합물에서 식품 등급 용매로서 에탄올 이용인 것으로 간주된다.

진공에서 추출 용매 혼합물의 끓는점 (boiling point)는 정상적인 기압에서보다 낮다. 따라서 추출은 25℃ 내지 최대 40℃의 더욱 낮은 온도에서 수행된다. 이것은 감열성 화합물 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 분해를 예방하는데 유익하다. 또한, 용매 혼합물은 끓는 상태로 유지되고 더욱 낮은 온도에서, 예를 들면, 30℃ - 38℃의 최적 범위에서 환류될 수 있다. 이것은 목재 재료를 용매 혼합물과 혼합하고 화합물을 목재 재료로부터 추출하는데 바람직하다. 게다가, 추출 시스템 내에 공기는 추출 과정에서 산소가 거의 없음으로 인해 감열성 화합물의 산화가 회피되거나 축소되도록, 거의 배출된다.

진공의 정도 및 추출 온도는 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 추출 수율에 대한 명백한 영향을 주었다. 진공의 정도는 용매 혼합물이 30℃ - 38℃에서 더욱 높은 용량을 갖도록 유발하고, 그리고 용매가 지속적으로 환류하도록 유발할 만큼 충분하도록, 이런 추출 온도에 따라 조정될 수 있다. 게다가, 전-추출 단계에서 용매와 목재 입자의 혼합은 상기 화합물의 더욱 높은 추출 수율을 결과한다.

진공 시스템에서 고체-액체 추출의 원리는 고형 재료가 용매 혼합물과 접촉할 때, 고형 목재 입자 내에 혼합물 성분에서 가용성 물질, 예를 들면, 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)이 용매로 이동한다는 것이다. 따라서 목재 재료의 진공 하에 용매 추출은 가용성 활성 성분 (디히드로퀘르세틴 또는 탁시폴린)의 용매로의 물질 전달 (mass transfer)을 유발하고, 그리고 이것은 농도 구배 (concentration gradient)에서 일어난다. 활성 성분 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 물질 전달이 또한, 용매 혼합물에서 이의 용해성에 좌우되기 때문에, 용매 혼합물을 가열하는 것은 물질 전달을 증진할 수 있다.

추출을 위해, 용매 또는 용매 혼합물은 필요한 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 유형의 함수로서 선택된다. 극성은 여기에서 중요한 고려 사항이다. 더욱 극성 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)은 에탄올 또는 에탄올/물 혼합물로 추출된다. 플라보노이드-내포 재료의 추출의 대부분은 여전히, 진공 시스템에서 단순한 직접 용매 추출에 의해 수행된다.

획득된 물-에탄올 삼출물 또는 추출물은 종종, 다양한 물질, 예를 들면, 당과 수지, 지방, 테르펜, 리그난 등을 내포한다. 결과적으로, 정제 단계가 필요하다. 이렇게 획득된 추출물은 필터 천 (filter cloth) 18으로 덮인, 추출기의 빌트-인 이중 바닥 (built-in false bottom)을 통해 추출물이 보류 탱크 (holding tank) 22 내로 흘러가도록 함으로써 마크 (폐목재 재료)로부터 분리된다. 마크는 이중 바닥에서 유지되고, 그리고 추출물은 보류 탱크에서 수용된다. 보류 탱크로부터, 추출물은 미세한 또는 콜로이드성 입자를 추출물로부터 제거하기 위해 스파클러 필터 (sparkler filter) 24 내로 펌핑된다.

미셀라 (miscella)로 알려져 있는, 추출기로부터 농축된 추출물은 와이프 필름 진공 증발기 (wiped film vacuum evaporator) 26 내로 공급되고, 여기서 이것은 진공 하에 농축되어 진한 농축된 추출물이 생산된다. 농축된 추출물은 진공 챔버 건조기 (vacuum chamber dryer) 28 내로 더욱 공급되어 용매가 없는 고체 페이스트 덩어리가 생산된다. 와이프 필름 증발기 26 및 진공 챔버 건조기 28로부터 회수된 용매는 목재 재료의 차기 배치 (batch)를 위해 추출기로 재순환된다. 이렇게 획득된 농축 추출물은 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 단리를 위한 추가 가공에 직접 이용된다.

최신 기술은 신중 진공 증발 (cautious vacuum evaporation)인데, 여기서 증발 온도가 45℃를 초과하지 않는다. 증발 시간에 관련하여 온도는 특히, 추출물이 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)과 같은 열분안정성 요소를 내포하면, 이러한 단계의 품질을 위해 매우 중요하다.

수성 농축된 추출물은 이후, 예로서 Gulf 결정화기를 이용하여 동결함으로써, 2 단계에서 농축된다. 첫 번째 단계 후, 추출물은 펌프로 퍼낼 수 있는 슬러리의 형태이고, 이것은 원심분리되어 약 40% 총 고체를 내포하는 농축된 액체가 제공되고, 이것은 두 번째 단계에서 약 50% 총 고체까지 더욱 농축된다. 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린) 추출물은 이후, 하기에 설명된 바와 같이 동결된다. 동결된 산물은 파괴되고 0.1 mm 내지 0.2 mm의 입자 크기까지 분쇄된다. 동결 건조 후, 분말은 적절한 집괴 챔버에서 집괴된다. 0.5g/cm³까지의 밀도를 갖는 집괴된 분말은 불활성 공기에서 밀폐 용기에 포장될 수 있다.

농축된 추출물의 건조는 바람직하게는, 마무리된 산물이 적절한 밀도와 색깔을 갖도록, 제어된 조건 하에 수행되어야 한다. 페이스트 덩어리 추출물은 플레이트 또는 덩어리의 형태에서 고체 덩어리로 동결된다. 첫 번째 단계에서, 추출물의 페이스트 덩어리는 -12℃ 내지 -29℃의 온도까지 냉각되고, 반면 두 번째 단계에서, 냉각은 더욱 낮은 온도, 예를 들면, -40℃ 내지 -70℃에서 수행될 수 있다. 일반적으로, 냉각 볼륨 (cooling volume)에서 페이스트 덩어리 추출물의 체류 시간 (residence time)은 최소한 약 7분, 그리고 길게는 25분인 것이 바람직하다.

동결 건조의 종결 시점에서, 추출물은 연속 강성 시트 (continuous rigid sheet)로서 이전되는데, 이것은 이후, 분쇄에 적합한 단편으로 파괴될 수 있다. 이들 단편은 예로서, 가급적 범위 내에 입자 크기로 분쇄될 수 있다. 분쇄된 입자는 이후, 관례적인 캐비닛에서 동결 건조되고, 이들은 트레이 상에 예로서 0.1 mm까지의 층 두께로 적하된다. 약 150 내지 175 마이크론의 얼음 결정의 승화 (sublimation)는 높은 진공 하에 수행되고, 그리고 일반적으로, 약 7시간 동안 지속된다. 0.2 내지 0.5g/cm³의 밀도를 갖는 집괴된 분말은 불활성 공기에서 밀폐 용기에 포장되거나 또는 원하는 대로 포장될 수 있다.

바람직한 생물학적 활성을 보이는 자연 산물의 상이한 순도 추출물은 활성 성분이 단리되고 확인될 때까지, 활성-인도된 분별에 종속된다. 분별의 이러한 탐구적 과정은 전형적으로, 부최적 크로마토그래피 조건을 수반한다; 따라서, 잠재적으로 불안정한 성분 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)의 파괴를 회피하기 위해, 단리의 전체 과정 동안 최대한의 주의가 요구된다.

고성능 액체 크로마토그래피 (HPLC)는 예비 규모와 분석 규모 둘 모두에서, 플라보노이드의 분리를 위한 가장 대중적인 기술이 되고 있다. 분석 방법과 예비 방법 사이에 차이점은 분석 HPLC는 시료의 회수에 의존하지 않는 반면, 예비 HPLC는 정제 과정이고 혼합물로부터 순수한 물질의 단리를 목적으로 한다는 것이다. 공정-규모 HPLC가 상업화를 위한 원하는 순도를 갖는 귀중한 분자, 예를 들면, 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 단리하기 위해 선택된다. 전세계적으로 플라보노이드 산물, 기능 식품, 그리고 건강관리를 위한 자연 산물에 대한 수요가 증가함에 따라서, 플라보노이드 추출물 제조업체는 배치 (batch) 간에 변동을 최소화하면서 규정된 품질의 추출물을 생산하기 위해, 가장 최적의 추출 기술을 이용하기 시작했다.

전술한 명세서에서, 본 발명은 이의 특정한 예시적인 구체예에 관하여 설명되었다. 하지만, 하기의 청구항에서 진술된 바와 같은 발명의 더욱 넓은 기술적 사상과 범위를 벗어나지 않으면서 다양한 개변이 만들어질 수 있음은 명백할 것이다. 따라서 명세서와 도면은 제한의 의미보다는 예시적인 방식으로 간주되어야 한다.

Claims

원목, 나무껍질과 뿌리를 비롯한 목재로부터 플라보노이드를 단리하기 위한 방법에 있어서, 상기 방법은 하기 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
a)
i) 상기 원목과 뿌리를 칩으로 소분함으로써 획득된 입자-축소된 칩 분획물, 그리고
ii) 기계적 목재 산물의 마무리에서 잔류물로서 획득된 나무껍질 또는 분말화된 나무껍질의 마른 코르크 분획물 중에서 최소한 한 가지를 포함하는 목재 입자와 극성 용매의 조합으로부터 추출물을 추출하는 단계; 그리고
b) 추출 단계의 결과로서 획득된 추출물을 회수하는 단계,
여기서 목재는 잎갈나무 (Larix) 속의 목재, 가문비나무 (Picea) 속의 가문비나무 목재, 아비에스 (Abies) 속의 전나무 목재, 피누스 (Pinus) 속의 소나무 목재, 그리고 미송 (Pseudotsuga) 속의 목재로 구성된 군에서 선택되는 침엽성 목재이고, 그리고 여기서 모든 언급된 속으로부터 단리된 근본 물질은 플라보노이드이고, 또는 목재는 견목이다.
청구항 1에 있어서, 극성 용매는 단일 극성 작용제, 또는 2가지 또는 그 이상의 극성 작용제의 혼합물인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 2에 있어서, 혼합물 내에 2가지 극성 작용제는 20% 내지 40%의 에탄올 및 80% 내지 60%의 물 (v/v)을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서, 추출 단계는 진공 시스템에서 수행되고, 여기서 플라보노이드 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)을 목재 입자로부터 추출하기 위해 상기 목재 입자와 접촉하는 극성 용매의 조합을 가열하는데 에너지가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 3에 있어서, 추출 단계는 진공 시스템에서 수행되고, 여기서 플라보노이드를 목재 입자로부터 추출하기 위해 상기 목재 입자와 접촉하는 혼합물을 가열하는데 에너지가 이용되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서, 추출물은 원하는 플라보노이드 물질을 방출하기 위해 더욱 정제되는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6에 있어서, 원하는 플라보노이드 물질은 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)인 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 6에 있어서, 정제된 추출물을 동결 건조하는 것을 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
청구항 1에 있어서, 견목은 낙엽송이고, 그리고 단리된 플라보노이드는 디히드로퀘르세틴 (탁시폴린)인 것을 특징으로 하는 방법.