초임계 이산화탄소를 이용한 은행잎에서의 flavonoids의 추출

김영구, 유연우, 김  철

아주대학교 화학생물 공학부

Extraction of flavonoids from ginkgo biloba by supercritical CO2

Young Gu Kim, Yeon Woo Ryu and  Chul Kim

Division of Chemical Engineering and Biotechnology, Ajou University.

서 론

예로부터 인류는 인간 생활에 필요한 의식주의 대부분을 식물에 의존하여 왔다. 식물은 탄수화물, 단백질, 유지등 일차대사산물 뿐만 아니라 flavonoid, alkaloid, sterio, terpenoid, phenolics compounds와 같은 이차대사산물의 공급원이 되어 왔으며 이차대사산물은 의약품, 식품첨가제, 색소 및 살충제 등으로 널리 사용되고 있다. 이중 은행잎 추출물은 많은 생물 활성 및 약리 작용이 있는 것으로 밝혀졌으며 아직도 새로운 성분 및 약리작용을 밝히기 위한 연구가 진행되고 있는 실정이다.[1] 특히 이들 화합물들 중 flavonoid계 화합물은 은행잎의 엑기스 중 대략 50%정도 함유되고 있으며[2] 주로 quercetin, kaempferol, isorhamnetin 등의 flavonoid계 화합물이라고 알려져 있다.[3] Flavonol glycosides의 종류는 약 100가지 이상인 것으로 알려져 있으나 은행잎 추출물의 경우에 약 20개 이상이 함유되어 있는 것으로 알려져 있으며 이중에서 quercetin, kaempferol, isorhamnetin, myricetin, luteolin의 5종류가 가장 많은 양을 차지하는 것으로 알려져 있다.[4] 이들의 약리 효과로는 quercetin glycoside가 혈관류의 확장, 혈액순환 촉진 등의 효과가 있고 kaempferol glycoside는 노폐물의 용해 및 혈류증가에 효과가 있으며 isorhamnetin glycoside는 노폐물의 흡착 및 혈액의 점도 저하 등에 효과가 있다고 보고되었다.[5]

이들 화합물의 추출은 주로 은행잎을 이용하는데 대개 용매 추출법을 사용하고 있기 때문에 추출 공정이 매우 복잡하고 선택성이 떨어질 뿐만 아니라 추출물에 잔존하는 추출 용매도 문제점으로 지적되고 있다. 이에 따라 천연 식물로부터 직접 추출하는 방법의 개발이 요구되고 있다. 최근 관심을 끌고 있는 초임계유체 추출법이 천연 식물로부터 유효 성분의 추출에 효과적임이 알려져 있다. 본 연구의 목적은  Batch system에서 초임계 이산화탄소에 의한 추출, 초임계 이산화탄소와 modifier에 의한 추출,유기용매에 의한 추출등 다양한 방법으로 회분식 반응을 통한 공정의 최적화(추출조의 압력,온도의 최적화)를 도출해 내는 연구를 하고자 한다.

실  험

1. 시약 및 장치

Standard 시약은 SIGMA사(U.S.A)의 순도95%의 kaempferol , quercetin과  Roth사의  isorhamnetin을 사용하였으며 은행잎은 98년 9월 경기도 용인에서 채집한 은행잎을 자연 건조한후 사용하였다. 실험 장치는 Figure 1에 나타낸 바와 같이 이산화탄소 주입부, 교반 반응기 및 시료 채취부로 구성되어 있다. 온도 조절기가 달린 교반 항온조를 이용하여 반응기의 온도를 조절하였으며, 반응기 내부에 삽입된 thermocouple로 온도를 측정, ±0.5℃ 이내의 오차범위에서 온도를 일정하게 유지시켜 주었다.

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3	8	11

2	4

8

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6	9

1

10

9

Fig. 1 Schematic diagram of experimental apparatus.

1. CO2 bomb	7. Pressure indicator

2. Liquid pump	8. Thermocouple

3. CO2 input line	9. Temperature indicator

4. Back pressure regulator	10. Digital stirring bath

5. Reactor	11. Sampling valve

6. Magnetic bar	12. Purge valve

2. 분석방법

Water 510 HPLC pump, UV detector를 이용하여 분석하였고 Column은 Akzo Nobel, Kromasil column (100-5  C18)15cm×4.6mm를 사용하였으며 전개용매로는 methanol과 1% 인산이 함유된 물, Flow rate는 1.2 ml/min으로 하였고 UV흡광도는 365nm에서 측정하였다.

3. 실험방법

50ml의 methanol에 용해시킨 400mg의 은행잎을 2000PSI , 70℃에서 초임계이산화탄소를 이용하여 1시간동안 반응후 추출하였으며 같은 양의 은행잎과 methanol을 동일 조건에서 1시간씩 더 반응시켜 반응후 추출하였다. 또한 동일 조건에서 초임계이산화탄소만을 1시간동안 반응후 methanol에 희석시킨 후 HPLC를 이용하여 분석하였다.

결과 및 토론

400mg의 은행잎을 50ml의 메탄올에 용해 시킨후 초임계 이산화탄소를 이용하여 반응한 결과 시간이 경과함에 따라 추출농도가 증가함을 알수 있었다. 그러나 반응시간이 3시간이 지나면서 Fig 3.과 같이 서서히 추출농도가 줄어 들었다. 또한 메타올을 첨가하지 않은 상태에서의 은행잎을 초임계 추출후 메탄올로 희석시킨 추출물을 비교한 결과 상온,상압하에서의 반응한 경우 보다는 추출농도가 높았으나 메탄올과 함께 초임계 추출한 경우보다는 추출농도가 작게 나왔다.

초임계 이산화탄소를 이용한 추출을 한 결과 아주 낮은 농도지만 추출이 가능하다는 것을 알았다. 다만 유기용매를 첨가하지 않은 상태에서의 초임계 추출이 유기용매를 첨가했을때의 초임계 추출보다는 추출농도가 낮은 점이 있지만 좀더 유기용매의 양을 줄이면서 최적의 온도와 압력을 알아야 겠고 최적의 조업조건을 도출하고자 한다.

참고 문헌

1. J. D. Keys, Charles, E., Tuttle CO., Tokyo. P.30 (1976)

2. A. Agnoli, J. R. Rapin, V. Scapagnini and W. V. Weitbrecht, John Libbey      & Company    Ltd. London pp. 1 (1984)

3. J. Harbone and C. A. Williams, Part 1. Academic Press, New York. pp. 376     (1975)

4. Auguet, M. F., V. Defudis, F. Closte and R. Deghenghi "Effect of an          extract of Gingko biloba on rabbit isolated aroa " , Gen. Phamac., 13, 225     (1982)

5. W. K. Lee, Y. W. Ryu, S. Y. Byum and H. G. Chung, Kor. J. Biotechnol.      bioeng. 8, 55 (1993)

1. atmospheric pressure ( 25℃)

(400mg 은행잎/ 50ml methanol)

2. SFE (2000 PSI, 70℃)

(400mg 은행잎/ 50ml methanol)

3. SFE (2000 PSI, 70℃)

(400mg 은행잎)

Fig 2. Concentration profile at

various condition

Fig 3. Effect of Reaction time