흑미 추출물의 추출 방법은 무엇인가요?

흑미는 중요한 식량 작물이다다.고농도의 단백질, 필수 아미노산, 비타민, 필수 미네랄 등 영양소가 다량 함유되어 있다.뿐만아니라 흑미에는 중요한 생리활성성분인 흑미 안토시아닌도 들어있다.많은 연구에 따르면 흑미 추출물은 폴리페놀의 일종인 안토시아닌 색소다.분석 결과 흑미 안토시아닌은 주로 paeoniflorin-3-glucoside와 cornflower-3-glucoside [1-5]로 나타났다.최근년간 국내외 많은 학자들은 흑미추출물에 대해 대량의 연구를 진행했다.본 논문은 흑미 추출물의 추출과정과 생리활성능 연구에 관한 것이다.

흑미 추출물 추출공정 연구 진행 1

흑미 안토시아닌의 용매 추출 1.1

The general process flow of 용매extraction of black rice anthocyanin is as follows: black rice → impurity removal, crushing → 흑미 가루 → solvent extraction → suction filtration → extraction solution → distillation → black rice pigment concentrate → drying → crude black rice anthocyanin.

연구결과 용매법에 의한 흑미 안토시아닌의 추출에는 추출용매의 선택, 용매농도, 추출온도, 추출시간, 액상 대 물질비, pH 값, 흑미 분쇄 정도 등 많은 요인들이 영향을 미치는 것으로 나타났다.용매에 따라 흑미로부터 안토시아닌 추출에 미치는 영향이 매우 다르다.종얀 등은 흑미로부터 추출한 안토시아닌이 물, 아세톤, 메탄올, 에탄올, 에테르, n-butanol, isopentanol 및 기타 용매에 잘 녹으며 메탄올과 에탄올에서 얻어진 추출결과가 가장 우수하였다.흑미 색소는 에틸아세테이트와 클로로포름 [6]에 녹지 않는다는 실험도 나왔다.

Niu Juanjuan et al. showed that the yield of the solvent ethanol extraction method is not significantly different from that of the solvent water extraction method, 그리고that the extraction temperature is lowered and the extraction time is reduced [7]. Therefore, ethanol is generally selected as the extraction solvent for black rice anthocyanin extraction. The process parameters for the extraction of black rice 색소 using solvents vary among different researchers, mainly because of the inconsistency in the raw materials used and the experimental design parameters. For example, Zhang Fudi et al. found that the highest extraction rate of black rice melanin was achieved when the extraction temperature was 80 °C, the extraction time was 30 min, the liquid-to-material ratio was 1:10, and the solvent was 50% ethanol (by volume) [8].

Wu Suling's research concluded that the optimal process parameters for black rice anthocyanin are: 50% ethanol (by volume), black rice powder fineness 50 mesh, temperature 80°C, pH 3, liquid-to-material ratio 1:5, extraction time 30 min [9]. Ji Yunqi et al. used an alcohol-soluble method 을extract black rice anthocyanin. The optimal extraction process parameters are: 95% ethanol (volume fraction), liquid-to-material ratio 1:50, temperature 60 °C, time 90 min, pH 1.8. At this time, the extraction rate of black rice pigment is as high as 2. 71% [10]. Guo Mei et al. showed that the optimal extraction process parameters for black rice anthocyanin are: 95% ethanol (volume fraction), liquid-to-material ratio 1:45, pH 3.0, extraction temperature 80°C, extraction time 90min [11]. Alessandra et al. used response surface analysis to obtain the process parameters for the solvent extraction of black rice anthocyanin: acidified ethanol (ethanol: 1 mol/L citric acid 1:80), extraction temperature 34.7°C, time 81 min, liquid-to-material ratio 1:30. Under these conditions, the anthocyanin extraction yield of black rice was 116.58 mg/100 g [12]. The solvent method of extracting black rice pigment requires less investment, but the black rice pigment product has disadvantages such as solvent residue and low product purity.

흑미 안토시아닌 1.2 마이크로파 보조 추출

흑미 안토시아닌의 마이크로파 보조 추출의 일반적인 공정 흐름은 흑미 → 불순물 제거, 분쇄 → 흑미 분말 → 추출제 첨가 → 마이크로파 보조 추출 → 흡입 여과 → 추출액 → 증류 → 흑미 안토시아닌 농축 → 건조 → 조미 흑미 안토시아닌이다.

연구결과, 유기용매법과 비교하여 전자파를 이용한 추출기술을 이용할 경우 흑미 추출물의 추출율 향상, 추출시간 단축 및 흑미 안토시아닌 제품의 품질 향상에 도움을 줄 수 있는 것으로 나타났다.흑미 안토시아닌의 마이크로파 보조 추출에 영향을 미치는 인자로는 주로 마이크로파 파워, 마이크로파 시간, 물질-액체 비율, 추출 용매 농도 및 pH 등이 있다.Zhang Jixiang 등은 전자파를 이용한 흑미 색소 추출을 위한 공정변수를 연구하였다.그 결과 전자파를 이용한 흑미 안토시아닌의 추출에 가장 결정적인 영향을 미치는 요인은 추출제 에탄올의 농도였다.전자파를 이용한 흑미 안토시아닌의 추출을 위한 최적 공정변수는 80% ethanol (부피농도), microwave power 480 W, microwave time 120 s, 액체 대 고체비 1:20 이었다.이러한 조건에서 흑미의 안토시아닌 추출율은 무려 3.2% [13]나 된다.원보 등은 흑미 안토시아닌 추출을 위한 회귀통계모형을 구축하였다.연구결과 흑미 안토시아닌의 추출율에는 마이크로파 시간이 유의하거나 작은 영향을 미치지 않았으며, 이는 실험을 설계할 때 마이크로파 시간 선택 범위가 작기 때문인 것으로 보인다 [14, 15].

마평 등은 흑미에서 안토시아닌을 추출하기 위한 다중회귀통계모델을 확립하고 흑미에서 안토시아닌을 추출하기 위한 최적의 조합은 80% 에탄올 (부피분율), 액상 대 재료 비율이 1:18, 마이크로파 시간이 9s인 것으로 분석하였다.이때 흑미 추출물의 안토시아닌 추출률은 4.97% [16]이다.왕신제 등은 추출용매로 증류수를 사용하였고, 흑미의 안토시아닌의 수율을 지수로 사용하였다.직교실험을 이용하여 흑미로부터 안토시아닌을 전자렌지로 보조추출하기 위한 최적의 조합은 전자렌지 파워 600 W, 전자렌지 시간 7.5분, pH 5, 액체 대 고체 비율 1:4 임을 발견하였다.이 때 흑미로부터 안토시아닌의 수율은 1.28% [17].위의 연구는 전자파를 이용한 추출이 흑미에서 안토시아닌을 추출하는 데 더 나은 방법임을 보여준다.

1.3초음파를 이용한 흑미 안토시아닌 추출

흑미 안토시아닌의 초음파 보조 추출의 일반적인 공정 흐름은 흑미 → 불순물 제거 및 분쇄 → 흑미 분말 → 추출제 첨가 → 초음파 보조 추출 → 흡입 여과 → 추출액 → 증류 → 흑미 색소 농축 → 건조 → 조미 흑미 안토시아닌과 같다.

Ultrasonic-assisted extraction is also a good method for extracting natural active substances. It is energy-saving, environmentally friendly and highly efficient. Ultrasonic-assisted extraction technology can be used for the extraction of black rice anthocyanin. The main factors affecting the ultrasonic-assisted extraction of black rice anthocyanin are ultrasonic power, ultrasonic extraction time, extraction temperature, material-liquid ratio, solvent concentration and pH. Chen Xiaoquan et al. compared the differences between the solvent method and ultrasonic-assisted extraction of anthocyanin from black rice, and found that the ultrasonic-assisted extraction method has the characteristics of high extraction efficiency, energy saving, and does not affect the basic properties of black rice pigments. The optimal combination process for ultrasonic-assisted extraction of anthocyanin from black rice is: ultrasonic extraction time 5 min, ultrasonic power 70 W, temperature 60 °C, and liquid-to-solid ratio 1:8 [18]. Sun Xiaoxia et al. used black rice husks as raw material to study the ultrasonic-assisted extraction process of black rice husk extract, and determined the ultrasonic-assisted extraction process conditions of black rice husk extract: 80% ethanol (volume fraction), pH 1.5, liquid-to-material ratio 1:40, extraction temperature 50°C, ultrasonic extraction time 60 min, and ultrasonic power 128 W [19]. Ultrasonic-assisted extraction of black rice anthocyanins is a convenient and fast process, and is a good method for extracting black rice extracts [20].

1.4 효소를 이용한 흑미 안토시아닌의 추출

흑미 안토시아닌의 효소보조추출의 일반적인 공정흐름은 흑미 → 불순물제거, 분쇄 → 흑미분말 → 효소첨가 및 가수분해 → 용매추출 → 흡입 여과 → 추출물 → 증류 → 흑미 색소농축 → 건조 → 조제흑미 안토시아닌이다.

The advantage of enzymatic extraction is that the reaction conditions are relatively mild. Pretreatment of black rice powder with biological enzymes (usually cellulase or complex biological enzymes) can break down the cell walls of black rice and quickly dissolve black rice anthocyanins, thereby increasing the extraction rate of black rice anthocyanins. During the enzymatic hydrolysis of black rice powder, the type of enzyme, the amount of enzyme, the temperature, the duration and the pH value are important factors affecting the extraction of black rice anthocyanin by enzymatic methods. Liu Yongji et al. used black rice husks as raw material and found that the optimal combination of process parameters for the extraction of black rice anthocyanin with cellulase as an aid is: The optimal process parameters for the extraction of black rice anthocyanin with cellulase-assisted solvent extraction are: 2.0% cellulase, 128.8 min enzymatic hydrolysis time, 38.7 ℃ enzymatic hydrolysis temperature, 80% ethanol (volume fraction), 1:10 liquid to solid ratio, 50 ℃ extraction temperature, 40 min extraction time. At this time, the extraction yield of black rice anthocyanin was 21.9 mg/g [21].

흑미 안토시아닌의 초임계 CO2 추출 1.5

흑미 안토시아닌의 초임계 CO2 추출의 일반적인 공정 흐름은 흑미 → 불순물 제거, 분쇄 → 흑미 분말 → 추출용기에 시료 로팅 → 초임계 CO2 추출 → 에탄올을 첨가하여 추출물을 수집 → 흡입 여과 → 추출물 → 증류 → 흑미 색소 농축 → 건조 → 원액 흑미 안토시아닌.

Supercritical CO2 extraction of black rice anthocyanin has the advantages of high product purity and simple process, but the initial investment is relatively large. In the supercritical CO2 extraction process, the extraction temperature, flow rate, pressure, and time are the main factors affecting the extraction of black rice anthocyanin by supercritical CO2 extraction. Liu Yan's 연구결과 초임계 CO2 추출에 의한 흑미 안토시아닌을 추출하기 위한 최적의 공정변수는 추출온도 38 ° C, 추출압력 45 MPa, 추출시간 3h, 유체유량 20kg/h로 결론내렸다.이러한 조건에서 흑미 안토시아닌 육수용액의 함량은 86.8% [22]에 달한다.

흑미 안토시아닌을 추출하기 위한 시너지 추출공정 1.6

초음파 시너지 마이크로파 기술 추출은 추출 시간을 단축하고 추출 속도를 향상시킬 수 있습니다.흑미 안토시아닌을 추출하기 위한 시너지 추출공정에 영향을 미치는 인자로는 초음파파워, 초음파시간, 마이크로파파워, 마이크로파시간, 용매농도 등이 있다.류정춘 등은 초음파 마이크로파 기술을 이용하여 흑미 프로안토시아니딘을 추출하였고, 연구결과 초음파 마이크로파 기술을 이용하여 흑미 프로안토시아니딘 추출을 위한 공정변수를 구하였다:82% 아세톤 (부피분율), 초음파 작용시간 54분, 마이크로파 작용력 480 W,이 때의 흑미 프로안토시아니딘 추출율은 2.411% [23]이다.

2. 흑미 추출물의 주요 생리활성 기능 연구 진행

In recent years, research on the main bioactive functions of black rice extract has mainly focused on antioxidant activity, free radical scavenging, blood lipid lowering, liver and kidney protection, cancer prevention, and anticancer activity.

2.1. 항산화 활성과 자유 라디칼 소거 능력을 보유하고 있습니다

The development of natural active substances with antioxidant activity and free radical scavenging ability has always been one of the research hotspots in the field of natural product chemistry. Sun Ling et al. obtained in vitro simulation that black rice anthocyanin has a strong scavenging ability against the free radical O2 - · and the greater the concentration, the better the scavenging effect [24]. Zhang Mingwei, Shi Juan, Zhu Xiaoli and others confirmed through in vivo experiments that ingesting a certain amount of black rice anthocyanin can improve the total antioxidant capacity of the liver, glutathione peroxidase 활성 and superoxide dismutase activity, and can significantly reduce malondialdehyde levels [25-27]. Li Xinhua et al. showed that black rice anthocyanins have a very good scavenging effect on ·OH and DPPH free radicals, and also have a certain scavenging effect on O2 · [28]. Wang Qiao'e 등이 정제 흑미의 부위별로 안토시아닌의 항산화 활성을 비교한 결과, 수용성 부분이 가장 강한 항산화 활성을 보였다 [29].또한 Huang 등은 흑미에서 항산화 역할을 하는 물질은 주로 흑미 안토시아닌이라고 믿고 있다 [30].이러한 연구는 흑미 추출물이 항산화제의 이상적인 천연 원료로 사용될 수 있음을 보여줍니다.

혈중 지질을 낮추는 능력 2.2

In recent years, the number of people with high blood lipids has been increasing, which has seriously affected people's health. There is an urgent need to develop and research natural, side-effect-free substances that lower blood lipids. Many studies have shown that black rice anthocyanins have a good ability to lower blood lipids. Zhang Mingwei et al. showed that ingesting a certain amount of black rice anthocyanins can significantly lower the blood lipid levels of rats with hyperlipidemia, and the atherosclerosis index also decreased significantly. Qin Yu et al. found that patients taking black rice anthocyanins can lower total cholesterol and triglyceride levels, and that it has a good ability to lower blood lipids [31]. Liu Mingda et al. showed through animal experiments that black rice anthocyanins can significantly lower animal blood lipids, with decreases in the main serum indicators total cholesterol, triglycerides, and low-density lipoprotein cholesterol, and an increase in high-density lipoprotein cholesterol [32]. Jang et al. found that ingestion of a certain amount of black rice extract can significantly lower the total cholesterol and triglyceride levels in mouse serum [33]. Therefore, black rice pigments can be used as an ideal natural hypolipidemic substance.

간과 신장 보호 2.3

Some studies have reported that black rice extract has liver and kidney protection functions. For example, Hou Fangli et al. found that after consuming a certain amount of black rice skin anthocyanin, liver damage caused by carbon tetrachloride was significantly improved. The mechanism may be that black rice melanin has better antioxidant activity and free radical scavenging ability [34]. Hou Zhaohua' s 연구 검은 쌀 안 토시아 닌은 알코올 간 손상을 완화 할 수 있 다는 것을 발견, 그리고 그들은 크게 줄 일 수 있는 혈청 glutamic들의 활동 oxaloacetic transaminase, alanine aminotransferase와 γ-glutamyl transpeptidase [35].Niu Juanjuan's의 연구에서도 흑미 안토시아닌은 일정한 간보호기능이 있어 혈청중의 글루타밀아미노전달효소와 알라닌아미노전달효소의 활동을 현저히 감소시킬수 있다.장씨 등은 일정량의 흑미 추출물을 섭취하면 쥐의 지방간 변성 증상을 현저히 줄일 수 있다는 것을 발견했다.Hao Jie's 연구는 흑미 안토시아닌 추출물이 활성산소를 제거함으로써 산화 스트레스로 유발된 신독성 및 간 독성에 대한 보호 역할을 할 수 있음을 보여준다 [36].이러한 연구는 흑미 추출물이 간 및 신장 보호 제품 개발에도 사용될 수 있음을 보여줍니다.

2.4기타 생물학적 활동

일부 연구에서는 흑미 안토시아닌도 항천식 효과가 있다고 보고한 바 있다.뉴하이펑과 왕톈유 등은 흑미 안토시아닌이 천식 생쥐의 폐 내 염증 세포의 침윤을 효과적으로 억제할 수 있으므로 흑미 안토시아닌은 확실한 항천식 효과가 있다는 것을 발견하였다 [37, 38].또한, 일부 연구에서는 흑미 추출물이 여러 종류의 암세포의 성장과 증식을 효과적으로 억제하고, 항암 및 항암 기능이 있다고 보고하였다 [39, 40].동보 등은 흑미옥수수꽃 색소가 당뇨병에도 예방 및 치료 효과가 있다고 믿고 있다 [41].

3 전망

China is rich in black rice resources, and the deep processing and comprehensive utilization of black rice has broad prospects. Black rice extract has good physiological activity and is an ideal natural pigment. Therefore, the food and pharmaceutical industries have an increasing demand for black rice anthocyanins. However, research and application of black rice extract still requires further efforts from relevant scientific researchers. For example, research and development of better extraction, separation and purification techniques for black rice anthocyanin, improving the quality of black rice pigments through physical, chemical and biological techniques, further research on the biological activity, structure-activity relationship and mechanism of action of black rice extract, and development of high-quality black rice extract functional foods and medicines.

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