스테비오사이드를 추출하는 방법?

스테비오사이드 (stevioside)는 Asteraceae 과에 속하는 스테비아 식물의 잎에서 추출되는 글리코사이드의 일종이다.일반적으로 맛이 없지만 스테비올 글리코사이드는 자당보다 250~300배 더 달콤하다.열량이 낮고 단맛이 높은 특징을 가지고 있으며, 천연 감미료로 사용할 수 있다.

연구에 따르면 스테비오사이드는 감미료 외에도 혈압 저하, 항암, 항균 [1] 등의 효과도 있다.피플 &의 개선으로#39;s 생활수준, 소비자의 인체건강에 대한 관심이 높아지고 있으며 스테비오사이드는 기능성 글리코사이드로서 시장전망이 밝다.본 논문은 stevioside의 특성, 추출, 분리 및 구조 규명에 관한 연구 진행 상황을 개관하고, stevioside의 합성과 식품 산업에 응용할 수 있는 이론적 기초를 제공하면서 향후 연구의 방향을 전망한다.

스테비오사이드의 화학구조 및 물리적, 화학적 성질 1

스테비오사이드는 테트라사이클리디 테르페노이드의 종류에 속하며 스테비오사이드를 포함하며,

리보디오사이드 A (Reb A), 리보디오사이드 B (Reb B), 리보디오사이드 C (Reb C), 리보디오사이드 F (Reb F), 스테비오사이드, 듀로사이드, 리보디오사이드 등.이들 감미료 성분은 동일한 아글리콘, 스테비올을 가지고 있다 (그림 1). 탄소-13 소포로스 그룹은 주요 기능성 그룹이고, 탄소-19에스터 그룹은 보조 맛 그룹이다.이 두 위치에 같지 않은 수의 포도당, 람코 또는 자일로스 그룹이 붙어 맛과 물리적, 화학적 특성이 다른 스테비오사이드를 형성한다.

순수한 스테비오사이드는 분자식이 C38H60O18 이고 녹는점이 198 °C인 백색 결정 분말이다.물에 쉽게 녹고 메탄올, 에탄올, 테트라하이드로퓨란 등에도 녹지만 벤젠, 에테르, 클로로포름 등의 유기용매에는 녹지 않는다.내열성과 안정성이 우수하며, 빛에 쉽게 분해되지 않는다 [2].스테비오사이드는 내염성이 좋고 마야르 갈색이 없으며 미생물에 동화되거나 발효되지 않아 제품의 유통기한을 연장할 수 있다.

스테비오사이드의 추출 및 분리 2

스테비오사이드 추출 2.1

스테비오사이드를 추출하는 전통적인 방법으로는 마테레이션과 용매추출법이 있다.현대과학기술이 발전함에 따라 연구자들은 전통적인 추출방법을 개선, 최적화하고 초음파추출, 마이크로파보조추출 등 새로운 추출방법을 개발했다.

2.1.1 용매 추출

 스테비오사이드는 물에 녹는다그리고 알코올이다.용매추출법을 사용할 때 추출제는 대부분 물이나 에탄올이다.그 구체적인 방법으로는 맥적법 (maceration method)과 탈지법 (decoction method)이 있다.maceration 방법은 생산 주기가 길고 공정이 비교적 복잡합니다;decoction 방법은 생산 주기가 짧고 공정이 간단하며 제품 품질이 우수합니다.사회 과학 기술의 진보와 함께 연구자들은 스테비올 글리코사이드의 용매 추출 공정을 최적화했습니다.천후 등 3명은 스테비오사이드를 누르고 추출해 추출시간이 짧고 추출효율이 높은 특징을 가지고 있다.유지안 [4]은 가압 용매 추출에 의해 스테비오사이드를 추출했는데, 이는 효율이 높고, 장비의 조작이 간편하며, 오염이 적은 장점이 있으며, 현재 현대 스테비아 추출물 생산 기술의 개발 방향과 부합한다.

새로운 추출 방법 2.1.2

과학기술의 발전에 따라 스테비오사이드의 새로운 추출법이 점차 발견되였는데 그중 초음파추출법과 마이크로파보조추출법이 있다.그중 초음파는 식물세포벽을 깨뜨려 추출을 위한 생리활성물질을 방출할수 있다.추출율이 높고 조작이 간단하며 시간이 짧고 활성 성분의 피해가 적은 장점이 있다.그것은 좋은 발전 전망을 가지고 있다.종리예 등 5)은 초음파를 이용한 스테비오사이드에 대한 최적의 추출공정 조건을 직교실험으로 연구하였고, anthrone colorimetric method를 이용하여 정량분석을 수행하였다.그 결과 사료 액비 1:60의 조건에서 (g :mL), 초음파 시간 60분, 초음파 파워 150 W, 초음파 온도 55 ℃, 3회 추출, 스테비오사이드 추출율은 27.32% 였고, 추출율이 높고, 비용이 저렴하다.

마이크로파 보조 추출법은 고주파 마이크로파 에너지를 이용하여 시료와 용매에 있는 이극성 분자를 추출하는 추출법이다.이 방법은 짧은 시간, 높은 추출률, 간단한 장비, 넓은 응용 범위 및 낮은 오염의 장점을 가지고 있습니다.유지안 등 6명은 반응표면 방법론을 이용하여 스테비오사이드의 마이크로파 보조 추출을 위한 실험을 설계하고 최적의 공정 조건을 연구하였다.그 결과 추출액 대 물질 비율의 선택 외에도 추출시간과 마이크로웨이브 파워도 스테비오사이드의 마이크로웨이브 보조 추출에 결정적이라는 것을 알 수 있었다.추출 시간이 너무 길면 스테비아에서 수용성 물질 및 기타 불순물의 용해를 증가시키고 마이크로파 장비의 유지 비용 또한 증가시킵니다.추출력이 너무 높으면 높은 에너지에 의해 발생되는 순간적인 고온이 글리코사이드의 분해 또는 부분적인 분해를 유발한다.

스테비올 글리코사이드의 분리 및 정제2.2

스테비올 글리코사이드 분리 및 검출 기술의 발달로 이소 스테비올과 그 이성질체의 당화 생성물, 골격은 유사하지만 부위별로 첨가되는 당군의 수와 종류가 다른 스테비올 등 총 35개의 구조가 다른 스테비올 글리코사이드가 발견되었다.설탕 집단의 수와 종류의 차이는 당질에 따라 맛과 단맛이 달라지는 주요 원인이다.스테비오사이드의 분리 및 정제방법에는 재결정법, 크로마토그래피법, 이온교환수지법 등이 있으며, 스테비오사이드 추출공정에서는 이러한 방법들이 혼용되어 사용되는 경우가 많다.예를 들어 자오콘민 등 7명은 스테비오사이드를 분리하는 목적을 달성하기 위해 중압 크로마토그래피와 재결정을 결합해 스테비아 모술의 개발과 활용에 새로운 아이디어를 제공했다.류종린 등 8명은 이온교환수지법과 재결정법을 결합하여 스테비오사이드를 분리, 정제하여 산업발전 가능성이 있는 스테비오사이드 정제공정을 확립하였다.

2.2.1 재결정 방법

재결정법의 주된 원리는 메탄올과 물의 혼합물에서의 용해도의 차이에 따라 stevioside, rebaudioside A, rebaudioside C와 같은 스테비올 글리코사이드를 분리하는 것이다.혼합물에서 메탄올과 물의 비율을 조정하거나 다른 용매를 첨가하여 스테비올 글리코사이드의 주성분을 정제하고 분리한다.

박층 크로마토그래피 2.2.2

박층 크로마토그래피는 지지판 위에 코팅된 지지체를 고정상으로, 적절한 용매를 이동상으로 사용하여 혼합 시료를 분리, 식별 및 정량하는 크로마토그래피 분리 기술이다.이 기술은 스테비아에서 다양한 글리코사이드의 함량을 분리, 식별, 결정하는데 널리 사용되고 있다.예를 들어, Zhou 등 9)은 혁신적으로 이상적인 박층 크로마토그래피 개발제 [(클로로포름:메탄올:물 = 65:35:10 하층 액체, 포름산 1 mL) 및 (n-butanol:아세트산:물 = 4:1:5 상층), 4개의 스테비올 글리코사이드를 효과적으로 분리하고 식별할 수 있는 2차원 수직 개발법이 확립되었다.

2.2.3 고성능 액체 크로마토그래피

고성능 액체 크로마토그래피는 이동상으로 액체를 사용한다.극성이 다른 단일용매 또는 비율이 다른 혼합용매, 완충용액 등으로 구성된 이동상을 고정상이 포함된 컬럼으로 펌핑하는 고압 주입 시스템이다.열에 있는 성분이 분리된 후 검출을 위해 검출기에 들어가서 시료를 분석할 수 있습니다.쑨루이 등 (10)은 검출을 위해 UV-Vis 검출기를 이용하여 성분을 분리하는 고성능 친수성 액체 크로마토그래피를 연구하였다.시험 결과의 정확성과 컬럼의 수명을 보장하면서 스테비오사이드의 함량을 대량으로 확인할 수 있습니다.시료 전처리가 간단하고 경제적이며, 휴대성이 좋다.

2.2.4 이온교환수지법

이온교환수지법은 분리를 위해 용액에서 이온을 교환하기 위해 교환제를 사용하는 방법이다.이 방법은 분리효율이 높고 응용범위가 넓으며 재생처리가 편리한 장점이 있어 스테비올 글리코사이드의 정제 및 분리에 널리 사용되고 있다.

steviol glycosides의 구조 확인 3

스테비올 글리코사이드의 구조 규명을 위해서는 크로마토그래피, 질량분석법, 핵자기공명법 등의 다양한 방법을 복합적으로 사용해야 한다.시료를 분리, 정제한 후, 다양한 종류의 스테비올 글리코사이드에 대하여 박층 크로마토그래피, 고성능 액체 크로마토그래피 등의 다양한 컬럼 크로마토그래피 방법을 이용하여 성분을 분리, 확인한 후, 얻어진 성분의 구조를 알아보기 위해 질량분석법, 핵자기공명법 등의 방법을 이용할 수 있다.

3.1 질량분석법

질량분석기는 움직이는 이온을 전기장과 자기장을 이용하여 질량 대 전하 비율에 따라 분리한 후 이를 검출한다.이온의 정확한 질량을 측정하여 화학적 조성을 알아낸다.액체 크로마토그래피는 일반적으로 다른 스테비올 글리코사이드를 잘 분리할 수 있지만, 자외선 검출 장비는 흡수광이 200-300 nm 에서만 있어 일부 스테비올 글리코사이드의 검출에 덜 민감하다.그러나 질량분석기는 감지 감도가 더 높아이 문제를 해결할 수 있다.주정원 등 11명은 액체크로마토그래피-질량분석기를 이용하여 다양한 스테비오사이드 표준과"신풍 3호"스테비아 잎 원액 추출물을 분석 및 결정하였으며, 다양한 스테비오사이드 peak time 및 서열의 peak time 및 sequences를 확인하였고, 더 많은 종류의 스테비오사이드 자외선 검출 스펙트럼을 얻었으며, 스테비아와 스테비오사이드 판정에 대한 연구를 개선하였으며, 스테비아와 스테비오사이드 연구에 대한 이론적 기초를 제공하였다.

루보 등은 전기 분무 질량 분석기를 이용하여 스테비아에서 스테비오사이드 구조를 확인하는 방법을 확립하였다.액체 크로마토그래피 질량 분석기와는 달리이 방법은 다양한 혼합물에서 글리코사이드 성분을 빠르게 검출하고보다 완전한 구조 정보를 얻을 수 있다.이 정보는 복잡한 시료 전처리 없이도 신속하게 글리코사이드 구조를 확인할 수 있습니다.이 방법은 stevioside와 그 파생물의 구조 변형 및 대사 반응을 연구하는 데 귀중한 정보를 제공합니다.

핵자기공명법 3.2

핵자기공명법은 10~100 nm 파장의 전자기파를 이용하여 시료를 조사하며, 원자핵에 의한 고주파 복사의 흡수를 강한 자기장에서 연구하여 화합물의 분자구조에 대한 정보를 얻는다.이 방법은 보통 박층 크로마토그래피 (thin layer chromatography)와 질량 분석법 (mass spectrometry)과 같은 방법과 결합된다.양콴파 [13]는 다양한 스테비오사이드를 분리하고, 박층 크로마토그래피를 이용한 화합물의 순도 결정, 질량분석기를 이용한 분자량 결정, 핵자기공명을 이용한 화학구조 결정 등을 통해 스테비오사이드의 구조를 성공적으로 규명하였다.주앙 Haoru [14] 사용 AuCl3-tert-butyronitrile 촉매 시스템을 구성하는 β-glycosidic 채권의 높은 천연 제품을 준비 할 stereoselectivity steviol glycosides rebaudioside에서 한 가족이다.생성물의 화학구조를 핵자기공명을 이용하여 규명하였으며, 스테비올 글리코사이드 합성의 기초를 제공하였다.

4 전망

최근에는 저당분, 건강식이라는 개념이 널리 각광을 받고 있다.때문에 단맛이 높고 열량이 낮은 스테비올글리코사이드는 그 응용가치가 크고 발전전망이 넓어 점차 연구열점으로 되였다.

추출, 분리 및에 관해서steviol glycosides의 정제, 연구 추세는 추출율 향상 및 비용 절감이라는 목적을 달성하기 위해 추출 및 분리 방법을 지속적으로 개선하는 것입니다.예를 들어, 천후 등 [3]은 전통적인 용매 추출 방법을 개선;종리예 등 5명은 새로운 초음파 추출법을 개발했다;자오콩민 등 7명은 다양한 개선된 추출법을 조합해 가장 적합한 추출 조건을 탐색했다.구조 식별 측면에서도 질량분석기와 같은 다양한 방법이 사용되어 식별 방법을 지속적으로 최적화하고 있다.예를 들어, 루보 등 [12]은 질량 분석법을 개선하여 스테비오사이드의 구조 규명을 위한 전기 분무 질량 분석법을 확립하였다.그러나 식물로부터 천연 스테비오사이드를 추출하는 것은 작물의 생장주기, 스테비오사이드의 함량 및 추출율에 따라 한계가 있다.구조에 대한 연구가 진행되면서 스테비오사이드의 생합성이 점차 연구의 중심이 되고 있으며, 수율 향상 또한 미래의 연구 방향이 되고 있다.

또한 스테비올 글리코사이드가 식품산업에서 널리 사용됨에 따라 이들의 감미성분에 대한 연구도 앞으로의 연구방향이 될 수 있을 것이다.steviol glycoside 화합물 중에서 stevioside와 rebaudioside A의 함량이 높고 단맛이 높지만 rebaudioside C는 일정한 뒷맛이 있어 steviol glycoside의 미각 품질에 영향을 미친다.최근 연구에서 하오지린 등 [15]은 유리아미노산과 5'-steviol glycosides의 단맛에 대한 인식을 높이기 위한 가당 효모 추출물의 nucleotides;Xing Linlin et al. [16]은 콩 단백질 분리-콩 다당류 시스템이 steviol glycosides의 쓴 맛에 미치는 영향을 연구하였다.향후 연구자들은 스테비오사이드의 감각 품질을 더욱 향상시키기 위해 다양한 생화학적 방법을 연구하여 이를 수정할 것입니다.

참조

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