WO2016144016A1 - 양파껍질을 이용한 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법 - Google Patents

양파껍질을 이용한 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법 Download PDF

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WO2016144016A1
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terpyridine
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zinc
silica
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배현종
신한기
위승곤
최인성
조은진
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전남대학교산학협력단
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    • C12P19/00—Preparation of compounds containing saccharide radicals
    • C12P19/02—Monosaccharides

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing bio-sugars and quercetin using onion peels, and more specifically, to extract bio-sugars from hydrolyzate produced by hydrolyzing onion-shells, and to extracting the hydro-sugar residues of the bio-sugars.
  • the present invention relates to a biosugar and a method for producing quercetin, which extracts quercetin from.
  • Onions are one of the most widely used foods and flavorings. They contain antioxidants, including flavonoids such as quercetin and rutin, and are known to have various physiological functions. .
  • onions are reported to have the highest flavonoid content among 62 tropical plants.
  • quercetin which is present in onions, is a powerful antioxidant that prevents oxidative damage of cells and rancidity of fat, and is also recognized as a preventive effect of hypertension. Quercetin has this effect because it is highly reactive in vivo, eliminating free radicals that damage various components of the cell, and the low-density lipoprotein oxidation that causes arteriosclerosis and heart disease. It is known to reduce lipoprotein oxidation, to protect and regenerate the body's antioxidant vitamin E (vitamin E), and to inactivate the harmful actions of metal ions.
  • vitamin E vitamin E
  • Onion skin discarded as waste contains flavonoids that are about 10 to 100 times higher than the onion flesh used as food, and the main ingredient is quercetin.
  • Korean Patent Publication No. 2013-0095121 discloses a method of extracting a high content of quercetin from onion solid by-products.
  • the 2013-0095121 is a method of preparing onion extracts by dipping onions in a solvent mixed with alcohol and water, and ultrasonically by heating, and has the advantage of producing onion extracts in a relatively simple process.
  • Korean Patent No. 1584175 discloses a method for separating and purifying quercetin from onion by-products.
  • the 1584175 is a hot water extraction of onion by-products to produce onion extracts, the onion extract 60% methanol, the flow rate of the solvent is 10 ⁇ 180mL / min, the detector using a UV detector of 284nm or 375nm It is a technology for producing quercetin through the steps of separating and fractionating the Prep-LC equipped with a column of 2 cm or 10 cm.
  • the conventional techniques have a problem that the high value-added bio-sugar, such as glucose, galactose, xylose, mannose, rhamnose, arabinose, etc. contained in onion peels, cannot be separated and discarded as waste. .
  • an object of the present invention is to extract the bio sugar from the hydrolyzate produced by hydrolyzing the onion peel, and extract the quercetin from the hydrolysis residues remaining after the bio sugar is extracted
  • a method for producing a bio sugar and quercetin extract capable of producing bio sugar and quercetin, which are high value added resources contained in the onion peel
  • Another object of the present invention is to provide a method for producing a bio sugar and quercetin extract that can dramatically increase the extraction efficiency of quercetin by hydrolyzing the onion peel using the enzyme, after extracting the quercetin will be.
  • another object of the present invention is a biosugar and quercetin extract which can separate quercetin from the quercetin extract by using zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles so that the quercetin can be contained so as not to contain impurities. It is to provide a manufacturing method.
  • the present invention to prepare the onion peel to achieve the above object; Hydrolyzing the onion skin with an enzyme to produce a hydrolyzate; Separating the bio sugar from the hydrolyzate; And extracting a quercetin extract by using an organic solvent from the hydrolyzed residue from which the bio sugar is separated, and preparing a bio sugar and quercetin extract.
  • the enzyme comprises cellulase, xylanase and pectinase.
  • the enzyme is contained per 100 parts by weight of the onion peel, 0.002 to 0.400 parts by weight of the cellulase, 0.010 to 0.100 parts by weight of the xylanase and 0.002 to 0.320 parts by weight of the pectinase.
  • separating the quercetin contained in the quercetin extract It includes more.
  • the step of separating the quercetin comprises the steps of preparing the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles; Adding the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles to the quercetin extract to bind the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles with the quercetin; Separating the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bound to quercetin from the quercetin extract; And adding ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) to the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bonded to the quercetin, to obtain and separate the quercetin from the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • a zinc ion fixed on the surface of the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles and a hydroxyl group of the quercetin are formed.
  • the step of separating the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bound to quercetin is separated by magnetism using the magnetism of the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bound to the quercetin. Do it.
  • preparing the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles may include preparing magnetic nanoparticles; Coating silica on the magnetic nanoparticles; Introducing a terpyridine derivative to the surface of the silica magnetic nanoparticles coated with silica; And immobilizing zinc on the surface of the terpyridine-silica magnetic nanoparticles into which the terpyridine derivative is introduced.
  • the terpyridine derivative is represented by the following formula.
  • the precursor of the terpyridine derivative is 4-chloro-2,2: 6,2-terpyridine.
  • the preparing of the magnetic nanoparticles may include mixing iron aqueous solution of dichloride and iron trichloride solution; Reacting the mixed solution by adding ammonium hydroxide solution; And obtaining by separating the magnetic nanoparticles obtained by the reaction.
  • the step of coating the silica is the step of ultrasonically dispersing the magnetic nanoparticles in a solvent; Reacting by adding TEOS (tetrathyl orthosilicate) to the solvent in which the magnetic nanoparticles are dispersed; And separating and obtaining the silica magnetic nanoparticles obtained by the reaction.
  • TEOS tetrathyl orthosilicate
  • the step of introducing the terpyridine derivative comprises the steps of preparing a terpyridine derivative; Dissolving the prepared terpyridine derivative in toluene under a stream of nitrogen; Reacting by adding the silica magnetic nanoparticles to a solution in which the terpyridine derivative is dissolved; And separating and obtaining the terpyridine-silica magnetic nanoparticles into which the terpyridine derivative is introduced by reaction.
  • the step of preparing a terpyridine derivative is 4-chloro-2,2: 6,2-terpyridine added to dimethyl sulfoxide (DMSO) dissolved potassium hydroxide (KOH) and heated to react Producing a first compound; Dissolving the first compound in chloroform (CHCl 3 ); Reacting by adding 3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate to chloroform in which the first compound is dissolved; And obtaining by separating the terpyridine derivative obtained by the reaction.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • KOH potassium hydroxide
  • the step of immobilizing zinc comprises the steps of reacting by adding zinc chloride solution to the terpyridine-silica magnetic nanoparticles; And separating and obtaining zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles having zinc bound to the surface thereof.
  • the present invention also provides a bio sugar and quercetin prepared by the method of the present invention.
  • the present invention has the following excellent effects.
  • the manufacturing method of the biosugar and the quercetin extract of the present invention by extracting the biosugar from the hydrolyzate produced by hydrolyzing the onion peel, and extracting the quercetin from the remaining hydrolyzed residue
  • the extraction efficiency of the quercetin can be dramatically increased by extracting the quercetin.
  • the quercetin may be separated from the quercetin extract using zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles to thereby separate the quercetin from impurities. It can have the effect.
  • FIG. 1 is a step diagram showing a method for producing a biosugar and quercetin extract according to the present invention.
  • FIG. 2 is a graph showing a reducing sugar converted according to the amount of enzyme used (FIG. 2A is a cellulase, FIG. 2B is a xylanase, and FIG. 2C is a pectinase)
  • Figure 3 is a graph showing the synergy generated by using the cellulase, xylanase and pectinase as a hydrolase.
  • Figure 4a is a view observing the onion peel before the hydrolysis reaction by SEM (X100).
  • Figure 4b is a diagram observing the onion peel before the hydrolysis reaction by SEM (X5000).
  • Figure 4c is a view of the onion peel after the hydrolysis reaction by SEM (X100).
  • Figure 4d is a view of the onion peel after the hydrolysis reaction by SEM (X5000).
  • Figure 5 is a schematic diagram showing the step of separating the quercetin contained in the quercetin extract according to the present invention.
  • FIG. 6 is a view showing the synthesis of terpyridine derivatives according to the present invention.
  • FIG. 7 is a photograph showing the results of analyzing the quercetin extracted without performing the hydrolysis reaction and the quercetin extracted after performing the hydrolysis reaction by TLC.
  • FIG. 8 is a graph showing the results of hydrolysis reaction with quercetin extracted without performing hydrolysis, and analysis of HPLC of quercetin separated into nanoparticles.
  • FIG. 9 is a graph comparing the content of quercetin extracted without performing hydrolysis and the content of quercetin extracted after performing hydrolysis.
  • the manufacturing method of the bio-sugar and quercetin extract according to an embodiment of the present invention is to recycle the onion peel to be discarded as waste, to produce bio-sugar and quercetin extract, which is a high value-added resource, First prepare onion peel (S1000).
  • the onion peel is preferably used to be prepared in a powder form, it is not specifically limited.
  • the enzyme is a hydrolase for hydrolyzing the onion skin.
  • the enzyme is preferably a combination enzyme including cellulase, xylanase, pectinase.
  • the onion peel when the onion peel is hydrolyzed by a combination enzyme consisting of cellulase and xylanase 20g of reducing sugar was prepared, the onion peel is cellulase, xylanase, and pectinase When hydrolyzed with a combination enzyme consisting of (using the same parts by weight of the cellulase, xylanase), 40g of reducing sugar was prepared with a saccharification efficiency of 98.5%.
  • the hydrolyzate may be easily separated into the supernatant and the hydrolyzed residue by centrifugation, membrane separation, and the like, and the means for separating the supernatant and the hydrolyzed residue is not particularly limited.
  • the separated supernatant contains various bio sugars such as glucose, xylose, arabinose, arabinose, rhamnose, galactose, mannose, and the like. It is possible to easily obtain a biosugar, a high value-added product from the shell.
  • the enzyme is used per 100 parts by weight of the onion peel, 0.002 to 0.400 parts by weight of the cellulase, 0.010 to 0.100 parts by weight of the xylanase and 0.002 to 0.320 parts by weight of the pectinase.
  • the cellulase is less than 0.002 parts by weight, the xylanase is less than 0.010 parts by weight, and the pectinase is used at less than 0.002 parts by weight, the saccharification reaction rate is very slow, the glycosylation efficiency is lowered, and the cellulase 0.4 weight is used.
  • the saccharification efficiency is higher than 98%, but an enzyme that is not involved in the reaction of hydrolysis is unnecessary. This is because expensive enzymes are wasted.
  • the quercetin extract is extracted by using an organic solvent from the hydrolyzed residue, and the organic solvent is not limited as long as it is a solvent capable of extracting the quercetin extract.
  • the method for producing the biosugar and quercetin extract according to the present invention further comprises the step of separating the quercetin contained in the quercetin extract after the step of extracting the quercetin extract (S5000). Can be performed.
  • the step of separating the quercetin is a step of separating the quercetin present in the quercetin extract, by using the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles having the following structural formula, the quercetin Isolate.
  • a step of preparing the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles is performed (S5100).
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles are silica coated on magnetic nanoparticles, a terpyridine derivative is introduced on the surface of the silica, and zinc ions are immobilized on the surface of the terpyridine derivative.
  • a step of preparing magnetic nanoparticles is first performed.
  • the magnetic nanoparticles are prepared by mixing an aqueous solution of iron dichloride and an aqueous solution of iron trichloride, and adding an ammonium hydroxide solution to the mixed solution for reaction (S5110).
  • the magnetic nanoparticles are reacted by adding TEOS (tetrathyl orthosilicate) to the solvent in which the magnetic nanoparticles are dispersed by ultrasonic waves, thereby coating silica on the magnetic nanoparticles.
  • TEOS tetrathyl orthosilicate
  • a terpyridine derivative is introduced on the surface of the silica magnetic nanoparticles coated with silica (S5130).
  • the terpyridine derivative is prepared, and the prepared terpyridine derivative is dissolved in toluene under a nitrogen stream, and then the silica magnetic nanoparticles are added to the dissolved solution to react with the terpyridine derivative. Is introduced.
  • the terpyridine derivative is 4-chloro-2,2: 6,2-terpyridine added to dimethyl sulfoxide (DMSO) dissolved potassium hydroxide (KOH) and heated to react After the first compound was produced and the first compound was dissolved in chloroform (CHCl 3 ), 3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate (3- (triethoxysilyl) propyl isocyanate was dissolved in chloroform in which the first compound was dissolved. isocyanate) is added to the reaction to prepare a teripidine derivative.
  • DMSO dimethyl sulfoxide
  • KOH potassium hydroxide
  • terpyridine derivative is represented by the following formula.
  • the precursor of the terpyridine derivative is 4-chloro-2,2: 6,2-terpyridine.
  • zinc ions are bonded to the surface by adding zinc chloride solution to the terpyridine-silica magnetic nanoparticles and reacting.
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles are added to the quercetin extract to bind the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles and the quercetin (S5200).
  • the zinc ions fixed on the surface of the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles and the hydroxyl group of the quercetin are bonded, so that the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles and the quercetin are bonded.
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bound to the quercetin are separated from the quercetin extract.
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles combined with the quercetin can be easily separated into magnets by using the magnetic properties of the magnetic nanoparticles.
  • EDTA ethylenediaminetetraacetic acid
  • the EDTA since the binding force to which the EDTA and the zinc ion are bound is stronger than that of the quercetin and the zinc ion, the EDTA binds to the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles, and the quercetin is separated. It will be.
  • the present invention also provides a bio sugar and quercetin prepared by the method of the present invention.
  • the enzymes are Trichoderma reesei RUT-C30 , Trichoderma Cellulase, xylanase, and pectinase produced by longibrachiatum and Aspergillus aculeatus, respectively, were used.
  • the saccharification efficiency of the hydrolysis reaction was about 98.5%.
  • the hydrolyzate produced through the hydrolysis reaction was centrifuged and separated into a supernatant and a hydrolysis residue.
  • the supernatant contained glucose (Glucose), xylose (xylose), arabinose (Arabinose), rhamnose (Rhamnose), galactose (Galactose), mannose (Mannose), etc.
  • glucose Glucose
  • xylose xylose
  • arabinose Arabinose
  • rhamnose Rhamnose
  • galactose Galactose
  • Mannose mannose
  • Biosugar and quercetin extract 1 were prepared in the same manner as in Example 1.
  • the first compound (0.60 g, 1.96 mmol) was dissolved in 30 mL of chloroform (CHCl 3 ) solution, and 0.58 g (2.34 mmol) of 3- (triethoxysilyl) propylisocyanate was added to the solution and refluxed under nitrogen stream for 12 hours. .
  • reaction is then removed from the solvent under vacuum and 30 mL of water is added thereto.
  • the black product obtained after the reaction was centrifuged, washed with water and ethanol and dried in vacuo to obtain magnetic nanoparticles.
  • the magnetic nanoparticles are added to ethanol and dispersed for about 30 minutes with an ultrasonic disperser.
  • 20 mM tetraethylolsosilicate (TEOS) was added thereto and stirred, while 0.7 M ammonium hydroxide solution was slowly added to maintain pH at 12.
  • the mixture was refluxed at 100 ° C. for 24 hours, washed three times with ethanol, and dried in vacuo to coat silica on the magnetic nanoparticles.
  • 0.5 g of terpyridine prepared on the surface of the magnetic silica nanoparticles is dissolved in 50 ml of toluene under a nitrogen stream.
  • terpyridine-silica magnetic nanoparticles into which a terpyridine derivative was introduced.
  • the lithium pyridine-silica magnetic nanoparticles bound with zinc ions were separated using a magnet, and ZnCl 2 remained unreacted using 30 mL of water. By removing the solution, zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles were obtained.
  • the quercetin extract 1 (5 mL) is added to 50 mg of the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles to bind the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles with the quercetin.
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles bound to the quercetin are separated from the quercetin extract.
  • 4A and 4B are onion skin powders before hydrolysis treatment, and are photographs observed at magnifications of 100 times and 5000 times, respectively.
  • 4C and 4D are hydrolysis residues after the hydrolysis treatment, and are photographs observed at magnifications of 100 times and 5000 times, respectively.
  • TLC analysis was performed using the quercetin extract according to the comparative example and the quercetin extract 1 according to Example 1, and the results are shown in FIG. 7.
  • Quecetin in the market is a line, Quecetin extract prepared according to a comparative example b line, Quecetin extract 1 prepared according to Example 1 was analyzed by loading in line c.
  • a is a quercetin extract prepared according to a comparative example
  • b is a quercetin extract 1 prepared according to Example 1.
  • Quercetin Extract 1 was found to have a quercetin content of about 160% higher as compared to Quercetin extract according to the comparative example.
  • the production method of the bio sugar and the quercetin extract according to the present invention can recycle the onion peel discarded as waste, to produce a bio sugar and quercetin extract, which is a high value-added resource, the extraction efficiency of quercetin Can improve.
  • the zinc-terpyridine-silica magnetic nanoparticles may be used to separate pure quercetin containing no impurities from the quercetin extract.
  • the present invention can be used in the biochemical industry by extracting and using biosugars, which are high value-added resources such as glucose, galactose, xylose, mannose, rhamnose and arabinose, from onion peels discarded as waste.
  • biosugars which are high value-added resources such as glucose, galactose, xylose, mannose, rhamnose and arabinose
  • quercetin quercetin

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Abstract

본 발명은 양파껍질을 이용한 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양파껍질을 가수분해시켜 생성되는 가수분해물로부터 바이오슈가를 추출하고, 상기 바이오슈가가 추출되고 남은 가수분해 잔유물로부터 퀘세틴을 추출하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법에 관한 것이다.

Description

양파껍질을 이용한 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법
본 발명은 양파껍질을 이용한 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 양파껍질을 가수분해시켜 생성되는 가수분해물로부터 바이오슈가를 추출하고, 상기 바이오슈가가 추출되고 남은 가수분해 잔유물로부터 퀘세틴을 추출하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법에 관한 것이다.
양파는 식재료 및 향신 조미료로 가장 많이 사용되는 식품 중 하나로서, 쿼세틴(quercetin), 루틴(rutin)과 같은 플라보노이드(flavonoid)물질을 포함하는 항산화물질이 함유되어 있으며, 다양한 생리적 기능성을 지니는 것으로 알려져 있다.
특히, 양파는 62가지 열대 식물 중 플라보노이드의 함량이 가장 높다고 보고되어 있다.
또한, 양파에 존재하는 쿼세틴(quercetin)은 강력한 항산화제로서 세포의 산화적 손상 및 지방의 산패를 막아주며 이를 통해 고혈압의 예방효과도 인정되고 있다. 쿼세틴(quercetin)이 이와 같은 효과를 나타내는 이유는 생체내에서 반응성이 강해 세포의 여러 성분을 손상시키는 자유 라디칼(free radical)을 제거하고, 동맥경화와 심장병의 원인인 저밀도 리포단백질 산화(low-density lipoprotein oxidation)를 줄이며, 체내 항산화제인 비타민 E(vitamin E)를 보호함과 동시에 재생시키며, 금속이온의 유해작용을 불활성화 시키는 역할을 하기 때문인 것으로 알려져 있다.
한편, 양파는 식재료 또는 향신 조미료등으로 사용하기 위하여, 가공 시 약 10%가 껍질 부분으로 폐기되거나 퇴비로 사용되고 있는 실정이다.
폐기물로 버려지는 양파껍질은 식재료로 사용되는 양파육질 보다 약 10배에서 100배 정도 높은 플라보노이드를 함유하고 있으며, 이중 주성분은 퀘세틴인 것으로 알려져 있다.
따라서, 폐기물로 버려지는 양파껍질을 이용하여, 퀘세틴 추출물을 제조하기 위한 기술들이 개발되고 있는 실정이다.
한국공개특허,제2013-0095121호에는 양파 고체 부산물로부터 고함량의 퀘세틴을 추출하는 방법이 개시되어 있다.
상기 제 2013-0095121호는 알코올 및 물이 혼합된 용매에 양파를 침지시키고, 가열하여 초음파 추출함으로써, 양파 추출물을 제조하는 방법으로, 비교적 간단한 공정으로 양파추출물을 제조할 수 있는 장점을 지니고 있다.
하지만, 종래의 기술로 양파 추출물을 제조하게 되면, 양파 껍질에 포함되어 있는 불순물을 함유되어 퀘르세틴이 추출되게 되는 문제점이 있다.
이와 같은 문제점을 개선하여, 한국등록특허 1584175호에는 양파 부산물로부터 퀘세틴을 분리 정제하는 방법이 개시되어 있다.
상기 1584175호는 양파 부산물을 열수추출하여 양파추출물을 제조하고, 상기 양파추출물을 60% 메탄올, 용매의 흐름속도는 10~180㎖/min, 검출기는 284㎚ 또는 375㎚의 자외선 검출기를 사용하는 직경이 2㎝ 또는 10㎝인 컬럼이 장착된 Prep-LC를 통과시켜 분리 및 분획하는 단계를 거쳐 퀘세틴을 제조하는 기술이다.
이는 고순도의 퀘세틴을 추출할 수 있는 장점을 지니고 있으나, 주기적으로 교체해야 하는 컬럼의 비용이 고가인 문제점이 있다.
또한, 종래의 기술들은 양파껍질에 함유되어 있는 글루코스, 갈락토스, 자일로스, 만노스, 람노스, 아라비노스등의 고부가가치 자원인 바이오슈가는 분리해낼 수 없을 뿐만 아니라, 폐기물로 버려지게 되는 문제점이 있다.
본 발명은 이러한 문제점들을 해결하기 위해 안출된 것으로, 본 발명의 목적은 양파껍질을 가수분해시켜 생성되는 가수분해물로부터 바이오슈가를 추출해내고, 상기 바이오슈가가 추출되고 남은 가수분해 잔유물로부터 퀘세틴을 추출해냄으로써, 상기 양파껍질에 함유되어 있는 고부가가치 자원인 바이오슈가 및 퀘세틴을 생산할 수 있는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 효소를 이용하여 양파껍질을 가수분해시킨 이후에, 퀘세틴을 추출함으로써 퀘세틴의 추출효율을 획기적으로 증가시킬 수 있는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 또 다른 목적은 퀘세틴 추출물로로부터 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 이용하여 퀘세틴을 분리시킴으로써, 불순물이 함유되지 않도록 퀘세틴을 분리시킬 수 있는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 목적들은 이상에서 언급한 목적들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 목적들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기의 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 양파껍질을 준비하는 단계; 상기 양파껍질을 효소로 가수분해시켜, 가수분해물을 생성하는 단계; 상기 가수분해물로부터 바이오슈가를 분리해내는 단계; 및 상기 바이오슈가가 분리된 가수분해 잔유물로부터 유기용매를 사용하여, 퀘세틴(quercetin) 추출을 추출하는 단계;를 포함하는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법을 제공한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 효소는 셀룰라아제(cellulase), 자일라나아제(xylanse) 및 펙티나아제(pectinase)를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 효소는 상기 양파껍질 100 중량부 당, 상기 셀룰라아제 0.002 내지 0.400 중량부, 상기 자일라나아제 0.010 내지 0.100 중량부 및 상기 펙티나아제 0.002 내지 0.320 중량부가 포함된다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 퀘세틴 추출물을 추출하는 단계 이후에, 하기 구조식을 가지는 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 이용하여, 상기 퀘세틴 추출물에 함유되어 있는 퀘세틴을 분리해내는 단계를 더 포함한다.
(구조식)
Figure PCTKR2016001592-appb-I000001
바람직한 실시예에 있어서, 상기 퀘세틴을 분리해내는 단계는 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 준비하는 단계; 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 상기 퀘세틴 추출물에 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자와 상기 퀘세틴을 결합시키는 단계; 상기 퀘세틴 추출물로부터 퀘세틴과 결합된 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 분리시키는 단계; 및 상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자에 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자로부터 퀘세틴을 분리하여 수득하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자의 표면에 고정된 아연이온과 상기 퀘세틴의 수산화기가 결합되어 이루어진다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 분리시키는 단계는 상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자의 자성을 이용하여, 자석으로 분리해낸다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 준비하는 단계는 자성 나노입자를 준비하는 단계; 상기 자성 나노입자에 실리카를 코팅시키는 단계; 상기 실리카가 코팅된 실리카 자성나노입자의 표면에 터피리딘 유도체를 도입시키는 단계; 및 상기 터피리딘 유도체가 도입된 터리피딘-실리카 자성 나노입자의 표면에 아연을 고정화시키는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 터피리딘 유도체는 하기 화학식으로 표시된다.
(화학식)
Figure PCTKR2016001592-appb-I000002
바람직한 실시예에 있어서, 상기 터피리딘 유도체의 전구체는 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine이다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 자성 나노입자를 준비하는 단계는 이염화철 수용액과 삼염화철 수용액을 혼합하는 단계; 혼합용액에 수산화암모늄용액을 첨가하여 반응시키는 단계; 및 반응에 의해 얻어진 자성 나노입자 분리시켜 수득하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 실리카를 코팅시키는 단계는 상기 자성 나노입자를 용매에 넣고 초음파 분산시키는 단계; 상기 자성 나노입자가 분산된 용매에 TEOS(tetrathyl orthosilicate)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및 반응에 의해 얻어진 실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 터피리딘 유도체를 도입시키는 단계는 터피리딘 유도체를 준비하는 단계; 준비된 상기 터피리딘 유도체를 질소 기류하에서 톨루엔에 용해시키는 단계; 상기 터피리딘 유도체가 용해된 용액에 상기 실리카 자성 나노입자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및 반응에 의해 터피리딘 유도체가 도입된 터피리딘-실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 터피리딘 유도체를 준비하는 단계는 수산화칼륨(KOH)이 용해된 다이메틸설폭사이드(DMSO)에 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine를 첨가하고 가열반응하여, 제1 화합물을 생성하는 단계; 상기 제1 화합물을 클로로포름(CHCl3)에 용해시키는 단계; 상기 제1 화합물이 용해된 클로로포름에 3-(트리에톡시실릴)프로필 이소시아네이트(3-(triethoxysilyl)propyl isocyanate)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및 반응에 의해 얻어진 터피리딘 유도체를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함한다.
바람직한 실시예에 있어서, 상기 아연을 고정화시키는 단계는 상기 터피리딘-실리카 자성 나노입자에 염화아연용액을 첨가하여 반응시키는 단계; 및 표면에 아연이 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함한다.
또한, 본 발명은 본 발명의 제조방법으로 제조되는 바이오슈가 및 퀘세틴을 제공한다.
본 발명은 다음과 같은 우수한 효과를 갖는다.
먼저, 본 발명의 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법에 의하면, 양파껍질을 가수분해시켜 생성되는 가수분해물로부터 바이오슈가를 추출해내고, 상기 바이오슈가가 추출되고 남은 가수분해 잔유물로부터 퀘세틴을 추출해냄으로써, 폐기물로 버려지는 자원인 양파껍질을 재활용 할 수 있을 뿐만 아니라, 양파껍질에 함유되어 있는 고부가가치 자원인 바이오슈가 및 퀘세틴을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명의 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법에 의하면, 효소를 이용하여 양파껍질을 가수분해 시킨 이후에, 퀘세틴을 추출함으로써 퀘세틴의 추출효율을 획기적으로 증가시킬 수 있다.
또한, 본 발명의 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법에 의하면, 퀘세틴 추출물로로부터 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 이용하여 퀘세틴을 분리시킴으로써, 불순물이 함유되지 않도록 퀘세틴을 분리시킬 수 있는 효과를 지닌다.
도 1은 본 발명에 따른 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법을 보여주는 단계도이다.
도 2는 효소의 사용량에 따라 전환된 환원당을 보여주는 그래프이다(도 2a는 셀룰라아제, 도 2b는 자일라나아제, 도 2c은 펙티나아제)
도 3은 셀룰라아제, 자일라나아제 및 펙티나아제를 가수분해 효소로 사용함으로써 발생되는 시너지효과를 보여주는 그래프이다.
도 4a는 가수분해 반응 전의 양파껍질을 SEM(X100)으로 관찰한 도면이다.
도 4b는 가수분해 반응 전의 양파껍질을 SEM(X5000)으로 관찰한 도면이다.
도 4c는 가수분해 반응 후의 양파껍질을 SEM(X100)으로 관찰한 도면이다.
도 4d는 가수분해 반응 후의 양파껍질을 SEM(X5000)으로 관찰한 도면이다.
도 5는 본 발명에 따른 퀘세틴 추출물에 함유되어 있는 퀘세틴을 분리해내는 단계를 보여주는 모식도이다.
도 6은 본 발명에 따른 터피리딘 유도체의 합성과정을 보여주는 도면이다.
도 7은 가수분해반응을 수행하지 않고 추출한 퀘세틴과 가수분해반응을 수행한 이후에 추출한 퀘세틴을 TLC로 분석한 결과를 보여주는 사진이다.
도 8은 가수분해반응을 수행하지 않고 추출한 퀘세틴과 가수분해반응을 수행하고, 나노입자로 분리된 퀘세틴을 HPLC로 분석한 결과를 보여주는 그래프이다.
도 9는 가수분해반응을 수행하지 않고 추출한 퀘세틴의 함량과 가수분해반응을 수행한 이후에 추출한 퀘세틴의 함량을 비교한 그래프이다.
본 발명에서 사용되는 용어는 가능한 현재 널리 사용되는 일반적인 용어를 선택하였으나, 특정한 경우는 출원인이 임의로 선정한 용어도 있는데 이 경우에는 단순한 용어의 명칭이 아닌 발명의 상세한 설명 부분에 기재되거나 사용된 의미를 고려하여 그 의미가 파악되어야 할 것이다.
이하, 첨부한 도면에 도시된 바람직한 실시예들을 참조하여 본 발명의 기술적 구성을 상세하게 설명한다.
그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화 될 수도 있다. 명세서 전체에 걸쳐 동일한 참조번호는 동일한 구성요소를 나타낸다.
도 1을 참조하면, 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법은 폐기물로 버려지는 양파껍질을 재활용하여, 고부가가치 자원인 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물을 제조하기 위한 것으로, 먼저 양파껍질을 준비한다(S1000).
여기서, 상기 양파껍질은 분말형태로 준비되어 사용되는 것이 바람직하며, 구체적으로 제한되진 않는다.
다음, 상기 양파껍질을 효소로 가수분해시키는 단계가 수행된다(S2000).
여기서, 상기 효소는 양파껍질을 가수분해시키기 위한 가수분해효소가 사용된다.
이때, 상기 효소는 셀룰라아제, 자일라나아제, 펙티나아제가 포함되는 조합효소가 사용되는 것이 바람직하다.
도 2a에 도시된 바와 같이, 셀룰라아제만 사용하여, 상기 양파껍질을 가수분해 시킬 경우에는 상기 셀룰라아제의 사용량을 증가시키더라도, 가수분해되어 환원되는 환원당이 일정수준(13g) 이상으로 증가하지 않는다.
또한, 도 2b 및 도 2c에 도시된 바와 같이, 자일라나아제 또는 펙티나아제만을 사용하여, 상기 양파껍질을 가수분해 시킬경우, 상기 효소의 사용량을 각각 증가시키더라도 환원당이 일정수준(자일라나아제 사용할 경우: 7.0g, 펙티나아제 사용할 경우 : 16.0g)이상으로 증가되지 않는다.
하지만, 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 양파껍질이 셀룰라아제 및 자일라나아제로 이루어진 조합효소로 가수분해 될 경우에는 20g의 환원당이 제조되었으며, 상기 양파껍질이 셀룰라아제, 자일라나아제, 및 펙티나아제로 이루어진 조합효소(상기 셀룰라아제, 자일라나아제의 중량부 합과 동일 중량부사용)로 가수분해 될 경우에는 98.5%의 당화효율로 40g의 환원당이 제조되었다.
따라서, 셀룰라아제, 자일라나아제 및 펙티나아제가 조합된 조합효소가 사용되게 되면, 셀룰라아제, 자일라나아제 또는 펙티나아제가 각각 사용되는 경우, 상기 셀룰라아제 및 자일라나아제의 조합효소로 사용되는 경우보다 획기적으로 높은 당화효율로 당화반응이 진행되는 시너지효과를 지닌다.
다음, 상기 가수분해물로부터 바이오슈가를 분리해낸다(S3000).
여기서, 상기 가수분해물은 원심분리, 막분리 등이 이용되어 상등액과 가수분해 잔유물로 용이하게 분리시킬 수 있으며, 상등액과 가수분해 잔유물의 분리수단은 구체적으로 제한되는 바가 아니다.
이때, 분리된 상등액에는 글루코오스(Glucose), 자일로스(xylose), 아라비노스(Arabinose), 람노스(Rhamnose), 갈락토스(Galactose), 만노스(Mannose)등의 다양한 바이오슈가가 함유되어 있으므로, 상기 양파껍질로부터 고부가가치 산물인 바이오슈가를 용이하게 수득할 수 있게 되는 것이다.
보다 바람직하게는, 상기 효소는 상기 양파껍질 100 중량부 당, 상기 셀룰라아제 0.002 내지 0.400 중량부, 상기 자일라나아제 0.010 내지 0.100 중량부 및 상기 펙티나아제 0.002 내지 0.320 중량부가 사용된다.
그 이유는 상기 셀룰라아제 0.002 중량부 미만, 상기 자일라나아제 0.010 중량부 미만, 상기 펙티나아제가 0.002 중량부 미만으로 사용되게 되면, 당화 반응속도가 매우 느리고, 당화효율이 떨어지게되며, 상기 셀룰라아제 0.4 중량부 초과, 상기 자일라나아제 0.1중량부 초과, 상기 펙티나아제가 0.32 중량부를 초과하여 사용되면, 당화효율은 98%이상으로 높은 수준이나, 가수분해반응에 반응에 관여하지 않는 효소가 불필요하게 사용되므로, 고가인 효소가 낭비되기 때문이다.
다음, 상기 바이오슈가가 분리된 가수분해 잔유물로부터 퀘세틴 추출물을 추출하는 단계가 수행된다(S4000).
이때, 상기 퀘세틴 추출물은 상기 가수분해 잔유물로부터 유기용매가 사용되어 추출되며, 상기 유기용매는 상기 퀘세틴 추출물을 추출해낼 수 있는 용매이면 제한되지 않는다.
또한, 본 발명에 따른 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법은 상기 퀘세틴 추출물을 추출하는 단계(S4000) 이후에, 상기 퀘세틴 추출물에 함유되어 있는 퀘세틴을 분리해내는 단계(S5000)가 더 수행될 수 있다.
여기서, 상기 퀘세틴을 분리해내는 단계(S5000)는 상기 퀘세틴 추출물에 존재하는 퀘세틴을 분리해내는 단계이며, 하기 구조식을 가지는 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 이용하여, 상기 퀘세틴을 분리해낸다.
구조식
Figure PCTKR2016001592-appb-I000003
도 5를 참조하면, 상기 퀘세틴 추출물로부터 퀘세틴을 분리해내기 위하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 준비하는 단계가 수행된다(S5100).
여기서, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자는 자성 나노입자에 실리카가 코팅되고, 상기 실리카의 표면에 터피리딘 유도체가 도입되며, 상기 터피리딘 유도체의 표면에는 아연이온이 고정화된 나노입자이다.
따라서, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 준비하기 위해서는 먼저, 자성 나노입자를 준비하는 단계가 수행된다.
여기서, 상기 자성 나노입자는 이염화철 수용액과 삼염화철 수용액을 혼합하고, 혼합용액에 수산화암모늄용액을 첨가하여 반응시킴으로써 제조된다(S5110)
다음, 상기 자성 나노입자의 표면을 실리카로 코팅시킨다(S5120).
이때, 초음파에 의해 상기 자성나노입자가 분산된 용매에 TEOS(tetrathyl orthosilicate)를 첨가하여 반응시킴으로써, 상기 자성 나노입자에 실리카를 코팅시키게 된다.
다음, 상기 실리카가 코팅된 실리카 자성나노입자의 표면에 터피리딘 유도체를 도입시킨다(S5130).
이때, 상기 터리피딘 유도체를 준비하고, 준비된 터피리딘 유도체를 질소 기류하에서 톨루엔에 용해시킨 이후, 용해된 용액에 상기 실리카 자성 나노입자를 첨가하여 반응시킴으로써, 실리카 자성 나노입자의 표면에 터피리딘 유도체가 도입된다.
또한, 도 6에 도시된 바와 같이, 상기 터피리딘 유도체는 수산화칼륨(KOH)이 용해된 다이메틸설폭사이드(DMSO)에 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine를 첨가하고 가열반응하여, 제1 화합물을 생성하고, 상기 제1 화합물을 클로로포름(CHCl3)에 용해시킨 이후에, 상기 제1 화합물이 용해된 클로로포름에 3-(트리에톡시실릴)프로필 이소시아네이트(3-(triethoxysilyl)propyl isocyanate)를 첨가하여 반응시킴으로써, 터리피딘 유도체를 제조한다.
여기서, 상기 터피리딘 유도체는 하기의 화학식으로 표시된다.
(화학식)
Figure PCTKR2016001592-appb-I000004
또한, 상기 터피리딘 유도체의 전구체는 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine이다.
다음, 상기 터피리딘 유도체가 도입된 터피리딘-실리카 자성 나노입자의 표면에 아연을 고정화시킴으로써, 표면에 아연이 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 제조한다(S5140).
여기서, 상기 터피리딘-실리카 자성 나노입자에 염화아연용액을 첨가하여, 반응시킴으로써 표면에 아연이온이 결합된다.
다음, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 상기 퀘세틴 추출물에 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자와 상기 퀘세틴을 결합시킨다(S5200).
여기서, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자의 표면에 고정된 아연이온과 상기 퀘세틴의 수산화기가 결합되게 됨으로써, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자와 상기 퀘세틴이 결합되게 되는 것이다.
다음, 상기 퀘세틴과 결합된 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 상기 퀘세틴 추출물로부터 분리시킨다.
여기서, 상기 퀘세틴과 결합된 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자는 자성 나노입자가 가지는 자성을 이용하여 자석으로 쉽게 분리될 수 있다.
다음, 상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자에 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자로부터 퀘세틴을 분리하여 수득한다(S5300).
여기서, 상기 EDTA와 상기 아연이온이 결합하고자 하는 결합력이 상기 퀘세틴과 상기 아연이온의 결합력 보다 강하기 때문에, 상기 EDTA가 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자와 결합하게 되고, 상기 퀘세틴은 분리되게 되는 것이다.
또한, 본 발명은 본 발명의 제조방법으로 제조되는 바이오슈가 및 퀘세틴을 제공한다.
비교예
퀘세틴 추출물 제조
상기 양파껍질 분말에 MeOH 50 mL를 가하여 용해 한 다음 원심 분리(3500 rpm, 4℃, 10 min)하였다.
다음, 상등액을 취해 감압 농축하여 MeOH을 완전 제거한 후, H2O 20 mL를 가하여 용해한 용액을 ethyl acetate 20 mL로 추출하였다. 얻어진 ethyl acetate층은 감압 농축하여 제거하고 이를 MeOH 5 mL를 가하여 용해함으로써 퀘세틴 추출물을 제조하였다.
실시예 1
바이오슈가 제조
pH 4.8의 Citrate phosphate 버퍼에 전건기준 100g 양파껍질 분말을 첨가하고, 상기 양파껍질 100 중량부 당 셀룰라아제 0.072 중량부, 자일라나제 0.015 중량부 및 펙티나아제 0.016중량부를 사용하여 48시간동안 45℃에서 가수분해반응을 수행하였다.
여기서, 상기 효소들은 Trichoderma reesei RUT-C30, Trichoderma longibrachiatum, Aspergillus aculeatus에서 각각 생산된 셀룰라아제, 자일라나제, 펙티나아제를 사용하였다.
또한, 상기 가수분해반응의 당화효율을 약 98.5%를 나타내었다.
상기 가수분해반응을 통해 생성된 가수분해물을 원심분리하여, 상등액과 가수분해 잔유물로 분리하였다.
여기서, 상기 상등액에는 글루코오스(Glucose), 자일로스(xylose), 아라비노스(Arabinose), 람노스(Rhamnose), 갈락토스(Galactose), 만노스(Mannose)등이 함유되어 있었으며, 상기 상등액을 분리해 내어 바이오슈가를 수득하였다.
퀘세틴 추출물1 제조
상기 바이오슈가가 분리된 가수분해 잔유물에 MeOH 50 mL를 가하여 용해 한 다음 원심 분리(3500 rpm, 4℃, 10 min)하였다.
다음, 상등액을 취해 감압 농축하여 MeOH을 완전 제거한 후, H2O 20 mL를 가하여 용해한 용액을 ethyl acetate 20 mL로 추출하였다. 얻어진 ethyl acetate층은 감압 농축하여 제거하고 이를 MeOH 5 mL를 가하여 용해함으로써 퀘세틴 추출물1을 제조하였다.
실시예 2
바이오 슈가 제조 및 퀘세틴 추출물1 제조
상기 실시예1과 동일한 방법으로 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물1을 제조하였다.
터피리딘 유도체 준비
DMSO 10 mL에 KOH 1.05g (18.7 mmol)을 녹인 후 3-amino-1-propanol 0.28 g (3.74 mmol)을 첨가 후 80도에서 30분간 반응한다.
다음, 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine 1.00 g (3.74 mmol)을 넣고 80도에서 4시간 동안 반응 시킨다.
다음, 실온으로 식힌 후 물 200mL를 첨가하고 수용액 층을 다이클로로메탄(CH2Cl2) 200mL로 3번 추출한다.
다음, 유기층의 용액을 Na2SO4를 이용하여 수분을 제거하고 진공 감압하에 용매를 제거한다.
다음, 에틸아세테이트를 이용하여 재결정화 시켜 0.68g (59 %)의 제1 화합물을 수득하였다.
상기 제1 화합물(0.60 g, 1.96 mmol)을 30 mL의 클로로포름(CHCl3) 용액에 녹이고 이 용액에 0.58g (2.34mmol)의 3-(triethoxysilyl)propylisocyanate을 첨가하고 질소 기류하에서 12시간 동안 환류시킨다.
다음, 반응물을 진공감압하에 용매를 제거하고 여기에 물 30 mL를 첨가한다.
다음, 수용액 층을 다이클로로메탄(CH2Cl2) 200mL로 3번 추출한다.
다음, 유기층의 용액을 Na2SO4를 이용하여 수분을 제거하고 진공 감압하에 용매를 제거하여 0.82g의 터피리딘 유도체를 수득하였다.
실리카 자성 나노입자 제조
2M FeCl24H2O(이염화철) 수용액 80 mL와 과 1 M의 FeCl36H2O(삼염화철) 수용액 320 mL를 함께 섞는다.
다음, 혼합된 용액을 빠르게 교반하면서 0.7 M NH4OH (수산화암모늄) 용액 4L를 한방울씩 떨어뜨린다.
다음, 반응 후 생긴 검정색의 생성물을 원심 분리해 내고, 물과 에탄올로 세척한 다음 진공 건조시켜 자성 나노입자를 수득하였다.
다음, 상기 자성 나노입자를 에탄올에 넣고 초음파 분산기로 30분 정도 분산 시킨다. 여기에 20 mM의 테트라에틸올쏘실리케이트(TEOS, tetrathyl orthosilicate)를 첨가하여 교반하면서, 0.7 M 수산화암모늄 용액을 천천히 가하여 pH를 12로 유지 한다.
다음, 100℃에서 24시간 동안 환류 시킨 후 에탄올로 3번 정도 세척 후 진공 건조 시켜, 상기 자성 나노입자에 실리카를 코팅시킨다.
아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자 제조
상기 실리카 자성 나노입자의 표면에 준비된 터피리딘 0.5g을 질소기류하에서 톨루엔 50ml에 녹인다.
다음, 상기 실리카 자성 나노입자 1.0g을 첨가하고, 24시간 동안 100℃에서 환류시켜, 터피리딘 유도체가 도입된 터리피딘-실리카 자성 나노입자를 수득하였다.
다음, 상기 터피리딘-실리카 자성 나노입자를 100mg에 ZnCl2 용액 0.1 M, 5 mL를 첨가하고 1시간 동안 잘 저어준다.
다음, 아연이온이 결합된 상기 터리피리딘-실리카 자성 나노입자를 자석을 이용하여 분리해내고, 물 30 mL를 이용하여 반응하지 않고 남아있는 ZnCl2 용액을 제거함으로써, 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 수득하였다.
퀘세틴 추출물1로부터 퀘세틴 분리
상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자 50 mg에 상기 퀘세틴 추출물1(5 mL)을 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자와 상기 퀘세틴을 결합시킨다.
다음, 상기 퀘세틴과 결합된 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노입자를 상기 퀘세틴 추출물로부터 분리시킨다.
다음, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노 입자에 결합된 퀘세틴을 분리하기 위해 100 mM EDTA (in MeOH : H2O=1:1,v/v)를 처리하여 나노 입자와 퀘세틴을 분리시킴으로써, 퀘세틴을 수득하였다.
실험예1
가수분해 처리 이전의 양파껍질 분말과, 가수분해 처리 이후의 가수분해 잔유물의 변화를 확인하기 위하여, SEM으로 관찰하였고, 그 결과를 도 4에 도시하였다.
여기서, 도 4a 및 도 4b는 가수분해 처리 이전의 양파껍질 분말이며, 각각 100배, 5000배의 배율로 관찰한 사진이다.
또한, 도 4c 및 도 4d는 가수분해 처리 이후의 가수분해 잔유물이며, 각각 100배, 5000배의 배율로 관찰한 사진이다.
도 4c 및 도 4d에 도시된 바와 같이, 가수분해가 수행됨으로써, 양파껍질 분말이 분해됨을 확인 할 수 있다.
실험예 2
비교예에 따른 퀘세틴 추출물과 실시예 1에 따른 퀘세틴 추출물 1을 이용하여, TLC 분석을 수행하였으며, 그 결과를 도 7에 도시하였다.
시중에 유통되고 있는 퀘세틴은 a라인, 비교예에 따라 제조된 퀘세틴 추출물은 b라인, 실시예1에 따라 제조된 퀘세틴 추출물1은 c라인에 로딩시켜 분석하였다.
그 결과, 시중에서 유통되고 있는 퀘세틴의 밴드 형성 위치로부터 퀘세틴 추출물1에는 퀘세틴이 함유되어 있는 것을 확인할 수 있으며, 비교예 보다 높은 농도로 퀘세틴이 함유되어 있음을 알 수 있다.
실험예 3
비교예에 따른 퀘세틴 추출물과 실시예 2에 따라 제조된 퀘세틴을 HPLC로 분석하였으며, 그 결과를 도 8에 도시하였다.
도 8에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 아연-터피리딘-실리카 자성 나노 입자는 퀘세틴을 용이하게 분리할 수 있음을 확인하였다.
실험예 4
비교예에 따라 제조된 퀘세틴 추출물과 실시예 1에 따라 제조된 퀘세틴 추출물1을 이용하여, 각각 TLC 및 HPLC로 분석하였으며, 그 결과를 도 9에 도시하였다.
여기서 a는 비교예에 따라 제조된 퀘세틴 추출물이며, b는 실시예 1에 따른 제조된 퀘세틴 추출물1이다.
TLC 및 HPLC 분석 모두에서, 퀘세틴 추출물1은 비교예에 따른 퀘세틴 추출물과 비교하여, 퀘세틴 함량이 약 160% 높은 것으로 확인되었다.
이는 양파껍질을 가수분해수행한 이후에, 퀘세틴추출물을 추출함으로써, 퀘세틴의 추출효율이 획기적으로 증가함을 의미한다.
상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법은 폐기물로 버려지는 양파껍질을 재활용하여, 고부가가치 자원인 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물을 제조할 수 있고, 퀘세틴의 추출효율을 향상시킬 수 있다.
더욱이, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성 나노 입자를 이용하여, 상기 퀘세틴 추출물로부터 불순물이 포함되지 않은 순수한 퀘세틴을 분리해낼 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이 본 발명은 바람직한 실시예를 들어 도시하고 설명하였으나, 상기한 실시예에 한정되지 아니하며 본 발명의 정신을 벗어나지 않는 범위 내에서 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 다양한 변경과 수정이 가능할 것이다.
본 발명은 폐기물로 버려지는 양파껍질로부터 글루코스, 갈락토스, 자일로스, 만노스, 람노스, 아라비노스 등의 고부가가치 자원인 바이오슈가를 추출하여 이용함으로써, 바이오 화학 산업 분야에 이용 가능하다.
또한, 양파껍질로부터 항산화물질인 퀘세틴(quercetin)을 추출하여 이용함으로써, 식품첨가물 분야, 의약 분야 등에 이용 가능하다.

Claims (16)

  1. 양파껍질을 준비하는 단계;
    상기 양파껍질을 효소로 가수분해시켜, 가수분해물을 생성하는 단계;
    상기 가수분해물로부터 바이오슈가를 분리해내는 단계; 및
    상기 바이오슈가가 분리된 가수분해 잔유물로부터 유기용매를 사용하여, 퀘세틴(quercetin) 추출물을 추출하는 단계;를 포함하는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 효소는 셀룰라아제(cellulase), 자일라나아제(xylanse) 및 펙티나아제(pectinase)를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서,
    상기 효소는 상기 양파껍질 100 중량부 당, 상기 셀룰라아제 0.002 내지 0.400 중량부, 상기 자일라나아제 0.010 내지 0.100 중량부 및 상기 펙티나아제 0.002 내지 0.320 중량부가 포함되는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴 추출물의 제조방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 퀘세틴 추출물을 추출하는 단계 이후에,
    하기 구조식을 가지는 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 이용하여, 상기 퀘세틴 추출물에 함유되어 있는 퀘세틴을 분리해내는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
    (구조식)
    Figure PCTKR2016001592-appb-I000005
  5. 제 4항에 있어서,
    상기 퀘세틴을 분리해내는 단계는,
    상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 준비하는 단계;
    상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 상기 퀘세틴 추출물에 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자와 상기 퀘세틴을 결합시키는 단계;
    상기 퀘세틴 추출물로부터 퀘세틴과 결합된 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 분리시키는 단계; 및
    상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자에 EDTA(ethylenediaminetetraacetic acid)를 첨가하여, 상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자로부터 퀘세틴을 분리하여 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  6. 제 5항에 있어서,
    상기 퀘세틴을 결합시키는 단계는
    상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자의 표면에 고정된 아연이온과 상기 퀘세틴의 수산화기가 결합되어 이루어지는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 분리시키는 단계는
    상기 퀘세틴과 결합된 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자의 자성을 이용하여, 자석으로 분리해내는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  8. 제 5항에 있어서,
    상기 아연-터피리딘-실리카 자성나노입자를 준비하는 단계는,
    자성 나노입자를 준비하는 단계;
    상기 자성 나노입자에 실리카를 코팅시키는 단계;
    상기 실리카가 코팅된 실리카 자성나노입자의 표면에 터피리딘 유도체를 도입시키는 단계; 및
    상기 터피리딘 유도체가 도입된 터리피딘-실리카 자성 나노입자의 표면에 아연을 고정화시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서,
    상기 터피리딘 유도체는 하기 화학식으로 표시되는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
    (화학식)
    Figure PCTKR2016001592-appb-I000006
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 터피리딘 유도체의 전구체는 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine인 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  11. 제 8항에 있어서,
    상기 자성 나노입자를 준비하는 단계는
    이염화철 수용액과 삼염화철 수용액을 혼합하는 단계;
    혼합용액에 수산화암모늄용액을 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    반응에 의해 얻어진 자성 나노입자 분리시켜 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  12. 제 8항에 있어서,
    상기 실리카를 코팅시키는 단계는
    상기 자성 나노입자를 용매에 넣고 초음파 분산시키는 단계;
    상기 자성 나노입자가 분산된 용매에 TEOS(tetrathyl orthosilicate)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    반응에 의해 얻어진 실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  13. 제 8항에 있어서,
    상기 터피리딘 유도체를 도입시키는 단계는
    터피리딘 유도체를 준비하는 단계;
    준비된 상기 터피리딘 유도체를 질소 기류하에서 톨루엔에 용해시키는 단계;
    상기 터피리딘 유도체가 용해된 용액에 상기 실리카 자성 나노입자를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    반응에 의해 터피리딘 유도체가 도입된 터피리딘-실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 터피리딘 유도체를 준비하는 단계는
    수산화칼륨(KOH)이 용해된 다이메틸설폭사이드(DMSO)에 4-chloro-2,2:6,2-terpyridine를 첨가하고 가열반응하여, 제1 화합물을 생성하는 단계;
    상기 제1 화합물을 클로로포름(CHCl3)에 용해시키는 단계;
    상기 제1 화합물이 용해된 클로로포름에 3-(트리에톡시실릴)프로필 이소시아네이트(3-(triethoxysilyl)propyl isocyanate)를 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    반응에 의해 얻어진 터피리딘 유도체를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  15. 제 8항에 있어서,
    상기 아연을 고정화시키는 단계는
    상기 터피리딘딘-실리카 자성 나노입자에 염화아연용액을 첨가하여 반응시키는 단계; 및
    표면에 아연이 결합된 아연-터피리딘딘-실리카 자성 나노입자를 분리시켜 수득하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 및 퀘세틴의 제조방법.
  16. 제 1항 내지 제 15항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조되는 바이오슈가 및 퀘세틴.
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