카모마일 에센셜 오일의 초임계 CO2 추출이란?

캐모마일(Chamomile)은한steraceae에속하는캐모마일속(Chamomile)으로유럽,중국,신장등이원산지이며또한많이재배되고있다.카모마일의진정효과때문에허브티등에많이쓰인다.또한,카모마일추출물은화장품산업에서도관리제품을위한향수로일반적으로사용됩니다.카모마일에는테르펜,플라보노이드,콜린,쿠마린,말산,단백질,당,기름,미네랄등이함유되어있다.카모마일에센셜오일에는116종류의화학물질이발견되었[1-2],유형의28명을포함한terpenes(가장중요한것은α-sweet몰약terpene술,기름azulene난초,α-sweet몰약terpene알코올산화물,등),5236종류의플라보노이드와다른유형의물질을포함한유기산,coumarins,콜린등이있다.

현재캐모마일에센셜오일의추출공정및관련제품에대한국내외보고는많지않으며,그중주동량등[3]은수증기증류및동시증류추출법을이용하여신장에서생산된로마캐모마일오일을제조하고조성을비교;[4]카이저etal와초임계이산화탄소추출의카모마일꽃과안정된곤β-cyclodextrin;LanWeietal[5]은반응표면법을이용하여독일카모마일의총플라보노이드추출공정을최적화하였으며,추출율은최대34.5%, 추출율은 최대 34.4%에 도달할 수 있었다.Lan Wei 등 5)은 반응표면법을 이용하여 독일 카모마일로부터 총 플라보노이드의 추출과정을 최적화하였으며, 추출율은 34.792mg/g에 이를 수 있었다.792 명의 mg/g;천리천 등 6명은 반응표면분석법을 이용하여 유기용매를 이용한 역류법으로 카모마일로부터 아피제닌의 추출을 최적화하였으며, 최적조건에서 아피제닌의 추출율은2.14%;최적화 푸 Chunxue et al. [7]를 사용 하여에서 apigenin의 카 모 마일 추출 β-cyclodextrin 안정을 도모하다.14%;푸춘수 등 7명은 헤이룽장 (黑江省)과 신장 (新疆)의 로마 카모마일 (Roman 카 모 마일)의 휘발성 기름에 대해 GC-MS 분석을 실시한 결과 카모마일의 휘발성 기름은 유사하나, 성분의 함량은 매우 다양했다;Wang Jinbiao 등 [8]은 캐모마일 추출물의 초임계 이산화탄소추출을 제공하였고, 에탄올을 entraining 제로 사용하여 2.8%의 추출율을 보였다.

카모마일의 휘발성 성분 중 초임계 CO2 추출법을 사용하면 제품 내에 용매 잔류 성분이 없고, 아로마 강도가 높으며, [9-10] 현실적인 향이 난다는 장점이 있으나, 제품 내의 왁스 때문에 에센셜 오일과 왁스의 분리가 어렵고, 양질의 에센셜 오일을 얻기 어렵다.분자 증류는 고진공에서의 분자가 없는 다른 공정을 이용하여 물질을 분리하는데, 증류 온도가 낮고, 물질의 산화가 적으며, 열전달 효율이 높고, 오염, 잔류물이 없고, 순수하고 안전한 제품 [11-13] 이라는 장점이 있으며, 기존의 증류로는 분리하기 어려운 물질을 분리할 수 있기 때문에 에센서오일의 정제에 널리 사용된다.

예를 들어, 송왕디 등 [14]은 라벤더 에센셜 오일을 정제하기 위해 분자증류를 이용하였고, 아릴 아세테이트, 장뇌용 알코올, 라벤더 아세테이트의 정수는 최적 조건에서 각각 45.11%,25.3%, 25.3%, 25.3% 이었다.11%, 25.52%,14.27%;후 등 27%;후안푸 등은 Buddha&의 에센셜 오일의 분리 및 정제를 위한 분자증류 기술을 조사하였다#39; s 손, 그리고 α의 콘 텐 츠-pinene과 주요 lim에ene 득표에서 최적의 조건에서 75.3%까지 증가 했다.후슈팡 등 [16]은 초임계 결합분자 증류를 이용하여 쿠민 에센셜 오일을 추출 및 정제하였고, 쿠민 에센셜 오일의 주성분인 쿠민 알데히드 함량이 정제 전 11.48%에서30.4%로 증가하였다.쿠민 에센셜오일의 주성분인 쿠민알데히드 함량은 정제 전 11.48%에서 30.30%로 증가했다.쿠민 에센셜 오일의 주성분인 쿠민 알데히드를 정제 전 11.48%에서 30.30%로 증가시켰으며, 정제 결과는 만족스러웠다.사용 후 주석 Xuefang et al. [17] 초임 계 이산화탄소 추출 및 분자를 정화 할 증류 에센 셜 오일의 기본 유 칼 립 투 스 megacephalus 잎, 1의 대량 분수, 8-eucalyptol 및 α-pinene 77.62%과 56.72%에 의해 증가 되었다.

본 연구에서는 카모마일의 초임계 CO2 추출법을 사용하였으며, 분자증류를 통해 카모마일의 에센셜 오일을 분리 및 정제하였다.추출 압력, 추출 온도, 추출 시간 및 기타 주요 인자가 에센셜 오일의 추출율에 미치는 영향을 연구를 위해 선정하였으며, 1-요인 검정을 바탕으로 3 요인 3 수준 직교검정을 설계하여 추출공정의 파라미터를 최적화하였다.투입제를 첨가할 경우 이후 용매 분리의 난이도가 높아지기 때문에이 과정에서 투입제를 첨가하지 않았다.

재료 및 방법 1

1.1재료 및 기구

카모마일은 Yili, Xinjiang, Zhejiang Tiancao Bio-technology Co. CO2가스, 식품 등급, 순도 99.5% 이상 항주 Jin G에g gas Co., Ltd;초임계 유체 추출 장치 SFE130-50-02C, Jiangsu Nantong Huaxing Petroleum Co.

1.2시험방법

1.2.1 프로세스 흐름

반연속 (semi-continuous)의 과정카모마일의 초임계 CO2 추출에센셜 오일은 유체 압축, 추출, 감압, 분리 등을 포함하며, 분리기 3의 CO2를 정제 후 압축한 후 다시 CO2 압축기로 돌아와 재활용을 실현하며 장치의 흐름을 그림 1과 같습니다.본 시험에서의 CO2 유량은 24L/h 이며, 분리기 1의 압력은 8 MPa로 설정하고 온도는 30 ℃;분리기 2의 압력은 6 MPa로 설정되고 온도는 25 ℃;분리 제3의 압력은 4.5 MPa 이하로 설정하고 온도는 15 ℃;분리기 3의 압력은 4.5 MPa로 설정하고 온도는 15 ℃이다.분리막 3의 압력은 4.5 MPa 이하, 온도는 15 ℃이다.

Fig.1   다이어 그램 의 semi-continuous 초임 계 CO2    추출 단위 을 카 모 마일 필수적인 기름

카모마일 전처리 1.2.2

카모마일의 마른 헤드를 오븐에 넣어 24시간 동안 건조시키고, 분쇄하여 40 메쉬 체를 거쳐, 분말의 무게를 정확하게 잰 후, 여분이 됩니다.

1.2.3 카모마일 추출물 초임계 CO2 추출

상기 건조된 캐모마일 분말500 g을 추출기에 밀봉하고, 추출 압력, 온도, 시간 및 시험에 영향을 미칠 수 있는 기타 요인의 무게를 잰다.

1.2.4분자증류에 의한 카모마일 추출물의 정제

1.2.4.1 카모마일 추출물의 왁스 제거

녹에서 얻은 추출 초임 계 추출 무수 에탄올의 볼륨을 10배에서 50 ℃, 다음 필터를 통해 걸러 1 μ m 합니다 냉각 한 후 대부분의 밀랍을 제거 합니다.

1.2.4.2 농도

70 ℃에서 진공 증류하여 에탄올 농축액을 얻는다.

용매 제거 1.2.4.3

1 mL/min의 고정 피드 유량, 150r/min의 스크래핑 필름 속도, 80 ℃의 증발 온도 및 100Pa의 증류 압력, 5 ℃의 응축 표면 온도, 농축액의 에탄올과 물의 분자 증발이 완전히 제거됩니다.

에센셜 오일의 정제1.2.4.4

증류 온도 120 ℃, 진공도 3에 대한 분리 공정 변수인 재료 병의 분자 증류에 농축된 후 에탄올과 물을 제거합니다.0Pa, 회전 속도350r/min, 공급 유량 1mL/min, 응축된 표면 온도 5 ℃, 에센셜 오일을 얻습니다.

결과 및 분석 2

2.1초임계 CO2 추출 카모마일 에센셜 오일 단일인자 효과

2.1.1 추출 압력

추출 온도 40 ℃, CO2 유량 24L/h, 추출 시간 120min의 조건에서 추출 압력이 에센셜 오일의 추출 속도에 미치는 영향을 살펴보기 위해 15, 20, 25, 30, 35, 40MPa의 추출 압력을 선택하였다 (그림 2). 추출 압력이 증가할수록 CO2의 밀도는 증가하였고, 용해도는 증가하였다.그러나 압력이 어느 정도 증가하면 이산화탄소의 밀도가 서서히 증가하였고, 용해도의 증가도 느려졌다.게다가 압력이 35 MPa 이상으로 증가하면 카모마일 내 왁스 용해가 크게 증가하였고, 이후 분리는 더욱 어려웠다.one-way test를 통해 25, 30, 35 MPa의 추출 압력이 더 적합한 것으로 나타났다.

Fig.2   효과 의 추출 압력 on 추출 속도 의 카 모 마일 필수적인 기름

2.1.2 추출온도

CO2 유량 24 L/h, 추출시간 120분, 추출압력 25 MPa의 조건에서 35, 40, 45, 50, 55, 60 ℃의 온도를 선택하여 에센셜 오일의 추출속도에 미치는 추출온도의 영향을 검토하였다 (그림 3) 초임계 이산화탄소 압력이 낮을수록 추출온도가 증가하면 유체 밀도가 낮아지고 용해도가 약해지지만, 제품에는 waxes 가 적게 함유되어 후처리가 간단해진다.초임계 이산화탄소 압력이 높을수록 추출온도가 증가하면 추출제의 확산계수가 증가하여 약극성 유기물질의 용해도가 크게 증가함과 동시에 추출부산물이 크게 증가하여 왁스 함량이 크게 증가한다.온도가 35 ℃에서 45 ℃로 상승하면 에센셜 오일의 추출율은 점차 증가합니다;그러나 45 ℃를 초과한 후에는 추출율이 감소하는 경향이 있다.따라서 추출 온도는 40, 45 및 50 ℃ 범위에서 선택하는 것이보다 적절하다.

Fig.3    효과 의 추출 온도 on 추출 속도 의 chamomile 필수적인 기름

2.1.3 추출 시간

CO2 유량 24 L/h, 추출압력 25 MPa, 추출온도 40 ℃의 조건에서 추출시간이 캐모마일 에센셜 오일의 추출속도에 미치는 영향을 살펴본 결과 (그림 4), 추출 초기단계에서는 시간이 증가함에 따라 캐모마일 추출물의 수율이 급격히 증가하였으며,이 조건에서는 추출 120분 이후에는 추출물의 추출속도가 느려지고,그리고 추출 시간이 길어지면 운영 비용이 증가할 것입니다.더욱이 추출 초기 단계에서 추출된 제품의 품질은 감각적으로 더 잘 판단되었고, 추출된 제품의 색상은 강한 향을 지닌 짙은 청색이었다;후추출단계에서는 추출물의 색이 약간 노란빛을 띠며 유동성이 상대적으로 부족하였는데, 이는 추출시간이 길어져 제품 내 왁스 함량이 상대적으로 증가하고, 최초 추출물의 질감이 감소하였기 때문으로 추정된다.따라서 추출시간90, 120, 150분을 적절한 범위로 선택하였다.

Fig.4   추출시간이 카모마일 에센셜 오일의 추출율에 미치는 영향

직교검정 설계 및 분석 2.2

2.2.1 직교검정설계

일원검정을 통해 각 인자의 수준의 범위를 구하고, 에센셜 오일의 추출률을 주요 지수로 하여 L9 (3 3) 직교검정표를 설계하고 실험을 수행하였으며, 인자와 수준은 표 1에 표시되어 있다.

테이블 1     수평 테이블 의 직교 실험적 요인

직교검정 결과 및 분석 2.2.2

다양한 조건에서 캐모마일 에센셜 오일의 추출율을 구하기 위해 표 1의 인자 및 수준에 따라 직교검정을 실시하였고, 극한편차로 검정결과를 분석하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

테이블 2    결과 그리고 분석 의 직교 실험

분산분석 결과, 다음과 같은 순으로 캐모마일 에센셜 오일의 추출율에 미치는 인자들의 영향을 알 수 있다:추출압력>추출 시간>추출 온도, 추출 압력 30 MPa, 추출 시간 120min, 추출 온도 50 ℃, 캐모마일 에센셜 오일 추출율이 가장 높습니다.이러한 조건에서 카모마일 에센셜 오일의 추출율은 4.13%였다.

3 결론

초임계 CO2 추출로 카모마일을 추출하였고, 에센셜 오일은 분자 증류를 통해 분리 및 정제하였다.캐모마일 에센셜 오일의 추출률을 지수로 하여 추출압력, 시간, 온도 및 기타 요인의 효과를 살펴보고, 3 요인 3 수준 직교검정을 통하여 최적의 공정변수를 도출하였다.그 결과 최적의 공정변수는 추출압력 30MPa, 추출시간 120min, 추출온도 50 ℃, 분자증류로 분리 후 캐모마일 에센셜 오일의 추출율은 4.13%로 나타났다.13%다.얻어진 캐모마일 에센셜 오일은 용제 잔류물이 없고, 높은 아로마 강도와 현실적인 향이라는 장점을 가지고 있으며, 응용 가능성이 유망하다.

참조:

[1] 정한천, 천하현.부제:Compositional analysis of the essential oil of Chrysanthemum officinale[J.제2 군의대학논문집, 1990, 11(2):123.

[2] 양연성, 범랑현.카모마일 내 플라보노이드의 분리 및 구조 결정 (J.응용화학공학, 2008, 37(6):697.

[3] 주동량, 장샤오위, 류페이 등.수증기 증류와 동시 증류 추출에 의한 신장으로부터 Roman chamomile oil의 제조 및 성분 비교 (J.맛과 향기 화장품, 2016(3):25.

[4] 카이저 C S ROMPP H, 슈미트 P. C.의 초임 계 이산화탄소 추출 카 모 마일 꽃:추출 효율성, 안정성, 및 줄-lineinclusionofchamomilecarbondioxideextractin β-cyclodextrin다 [J다] Phytochemical Analysis, 2004, 15(4):249.

[5] 란위, 왕잉, 후장란 등.독일 카모마일 (chamomile)의 총 플라보노이드 추출공정의 최적화를 위한 반응표면법 (Response surface method).시젠 국립의학 National Medicine, 2018, 28(5):1086.[6] 천리쿤, 마오잔웨이, 궁진옌.카모마일로부터 아피제닌의 추출과정에 관한 연구 (J.Natural Products Research and Development, 2013, 25(7):986.

[7] 푸춘수, 우동메이, 왕원경 외.다른 기원의 로마 카모마일의 휘발성 오일의 GC-MS 분석 [J.Anhui Agricultural Science, 2018, 46(21):172.[8] 왕진뱌오, 정강.초임계 이산화탄소를 이용한 카모마일 추출물 추출방법:201310311685.7[P].2013-11-27.

[9] 골드만 S, 그레이 C G,리 W 외.초임계 유체에서의 용해도 예측 [J]. 한국물리화학학회지 1996, 100(17):7246.

[10] MUKHOPADHYAY M. 초임계유체를 이용한 추출 및 처리 [J. Journal of Chemical Technology and Biotechnology, 2009, 84(CD):6.

[11] 왕준우, 서송린, 서시민.분자 증류 기술의 응용 [J.화학공학진보, 2002, 21(7):499.

[12] 주순진, 탄풍.분자증류 기술의 천연물 분리에의 응용 (J.정밀화학공업, 2004, 21(1):46.

[13] 리안진화, 손고송, 레이후우.분자증류기술과 그 응용 [J.화학기술과 개발, 2010, 39(7):32.

[14] 송왕디, 류판판, 천원.분자증류에 의해 정제한 라벤더 에센셜 오일의 주성분 HS-SPME-GC 분석 [J.외식산업경영연구, 2018, 39(2):196.

[15] 후안후, 리자화, 양준장 외.부제:Process study on the separation and purification of essential oil of Buddha', 분자증류 (J)에 의한 s 손.식품공학, 2016, 41(3):229.

후슈팡, 다이윈칭, 리수옌 등 [16].cumin essential oil의 조성 분석 및 분자증류를 결합한 초임계 추출의 정제 효과 [J.식품과학, 2010, 31(6):230.

[17] 후슈팡, 티안지칭, 페이하이성 등.단거리 분자 증류에 의한 유칼립투스 메가세팔루스 잎의 에센셜 오일 정제 공정의 최적화 (J.한국농공학회 학술발표논문집 2018년, 제2018권 34(2):299.