강황의 추출법은 무엇인가요?

시중에서 판매되는 커큐민은 보통 커큐민 (CUR, 함량 약 77%), 드메톡시커큐민 (DMC, 함량 약 18%), 비드메톡시커큐민 (BDMC, 함량 약 5%)이 혼합되어 있다.

커 (C12H20O6)에는 두 개의 benzenepropanoic 산 반 족 중추 로서, o-hydroxy-methoxy 그룹 벤젠에 부착 되어 반지와 한 β-diketone (enol 형태) 프로필렌 그룹에 붙어 있다.그것은 극히 드문 디케톤 폴리페놀입니다 (그림 1). Curcumin은 생강과 아라과의 무좀의 주요 성분입니다.180-183 °C의 녹는점, 425 nm 파장 근처에서 최대 흡수 피크를 가지며 물에 약간 용해되지만 메탄올, 에탄올, 아세톤, 에틸 아세테이트 및 알칼리 용액에 용해됩니다.그것은 강한 착색력을 가지고 있습니다.커큐민은 이중결합,-OH,-OCH3 등 구조적으로 활성된 그룹을 포함하고 있기 때문에 강산, 알칼리, 빛 또는 고온에 있을 때 매우 불안정하며 쉽게 산화, 변색된다.또한 금속 이온과 킬레이트를 형성하기 쉽다 [1-3].

커큐민은 항산화 [4], 항응고제 [5], 저혈증 [6], 항동맥경화증 [7], 항간섬유증 [8-9], 항종양 [10-12], 항염증 [5,13], 항바이러스 [14-15] 등과 같은 약리학적 활성을 가지고 있으며, 낮은 독성으로 인해 식품 가공 및 의료 산업에 널리 사용된다.커큐민의 생산 및 연구 개발을 위해서는 효율적인 추출 방법이 필요합니다.기존의 방식은 대부분 단순하고 조잡한 추출 방식이며, 추출 공정은 용매 소모가 높고, 처리 시간이 길며, 추출 효율이 낮고, [12] 환경 오염 등의 문제가 있어 현재의 연구 개발 및 시장 수요에 적합하지 않다.현재 일반적인 추출 방법에는 유기용매 추출, 산-염기 추출, 마이크로파 보조 추출, 초음파 보조 추출, 이중상 추출, 효소 보조 추출, 플래시 추출, 초임계 CO2 유체 추출 등이 있다.이 글은 위와 같은 추출 방법을 소개함으로써 커큐민의 개발과 활용에 참고자료를 제공하는 것을 목적으로 한다.

1 화학적 추출기술

1.1 유기용매 추출

유기용매 추출은 원하는 추출물의 용해도를 기준으로 한다.메탄올, 에탄올, 아세톤, 에틸아세테이트 등 유기용제를 선택하여 조직세포내부로 침투하여 화학물질을 추출한다 (고체-액체추출).유기용매 추출법은 커큐민 추출에서 가장 일반적으로 사용되는 수단이다.조작이 간단하고 편리하며, 다른 보조 수단과 결합하여 추출의 주된 단계로 자주 사용됩니다.예를 들어, 류리 등 [17]은 일반적으로 사용되는 9가지 추출용매를 가열 및 환류하여 커큐민을 추출하였다.가장 큰 용매부터 가장 작은 용매까지 각 용매의 추출율은 메탄올 (0.56%), 에틸아세테이트:에탄올 (0.55%), 절대에탄올 (0.53%), 에틸아세테이트 (0.50%), 70% 에탄올 (0.45%), 아세톤 (0.44%), 80% 에탄올 (0.43%), 50% 에탄올 (0.31%), 물 (0.15%) 이었다.채정경 등 (18)은 반응표면최적화를 이용하여 균질화법과 결합된 유기용매를 이용하여 생강으로부터 커큐민을 추출하였다.최적화된 추출공정에 따라 90% 에탄올로 추출한 커큐민 함량은 2.27 mg·g-1로 예측값인 2.34 mg·g-1과 기본적으로 일치하였다.

Zeng Zhiding [19]은 아세톤 추출법의 최적 추출조건은 40 mesh 강황 분말, 추출온도 30 °C, 물질 대 액비 1:10, 교반속도 400 r·min-1, 추출속도 2.69% 임을 확인하였다.장민 등 (20)은 각각 50% 부피분율로 에탄올, 메탄올, 아세톤, 에틸아세테이트, lye를 용매로 사용하여 curcumin을 추출하였다.lye는 curcumin을 추출하기에 불안정하다는 것을 발견했습니다;에틸 아세테이트는 추출 효과가 가장 좋았지만 더 비쌌다;에탄올은 추출효과가 좋을 뿐만 아니라 경제적이고 안전하여 커큐민을 추출하는데 이상적인 용매였다.일반적으로 커큐민 추출에 사용되는 친수성 에탄올 용매는 독성이 있는 메탄올과 아세톤보다 취급이 안전합니다.또한 재사용이 가능하고 가격이 저렴하며 추출된 용액은 곰팡이가 잘 생기고 변질되지 않아 좋은 친환경 용매입니다.

산-염기 추출 1.2

산-염기 추출은 원하는 성분의 용해나 강수를 촉진하기 위해 용액에 적절한 양의 산 또는 알칼리를 첨가하는 것을 말하며, 추출되는 성분의 수용성이 pH와 관련이 있다는 특성을 근거로 하여, 커큐민의 페놀성 히드록실기가 알칼리 용액에 쉽게 용해되기 때문에 NaOH와 HCl 용액을 이용하여 에탄올 용매의 pH를 조절하여 커큐민의 추출률을 높일 수 있다.송창현 등 [21]은 직교검정을 이용하여 커큐민 염기용액 추출법에 대한 공정조건을 최적화하였다.사료 10 g, 추출온도 20 °C, 추출시간 28시간, NaOH용액 질량분율 1.0%의 최적 조건에서 커큐민 추출율은 3.13%, 전체 커큐민 순도는 95.44%로 나타났다.이 방법으로 얻어진 crude curcumin은 건조하기 쉽지만, 용액의 pH를 한 번에 조절하기 어렵다.일단 pH 값이 너무 높으면 커큐민이 쉽게 분해되고, 얻어진 생성물의 특성이 불안정하다.

1. 3 Double-phase 추출

이중상 추출은 불투과성 두 액체상 사이의 물질 분배계수의 차이를 이용하여 추출한다.이중 상 추출 기술은 새로운 환경 친화적인 추출 및 정화 기술입니다.이 방법은 대부분 단백질과 핵산의 추출과 정제에 사용된다 [22-24].현재 커큐민 추출에이 방법을 사용한다는 보고는 많지 않지만, 온화한 조건으로 인해 안료를 추출하는 데 사용할 수 있다.이 방법은 추출물의 성질에 따라 수용액 2 상계 (ATPS)를 선정해야 한다.ATPS에는 고분자/고분자, 고분자/무기염 (황산칼륨, 황산나트륨 등), 저분자 유기/무기염, 계면활성제의 4 종류가 있다.용매의 원료와 비용 때문에 저분자 유기/무기염 ATPS는 일반적으로 식물 추출에 사용된다.

수원빈 등 25)은 양친성 이온성 액체인 1-부틸-3-피리디늄 브로마이드 ([BPy]Br), 인산디칼륨을 이용하여 ATPS를 형성하였고, 이를 마이크로파 보조 추출과 혼합하여 강황으로부터 커큐미노이드를 추출하였다.커큐미노이드 추출율은 4.99%로 기존 열역류법을 이용한 추출율 (0.042%)보다 100배 이상 높았다.왕자징 등 [26]은 탈지된 강황 20 g을 취하여 에탄올 추출물과 60% 황산암모늄 용액을 1:1 비율로 혼합하여 2 상 혼합물을 얻었다.초음파 추출물 50 mL를 황산암모늄 용액과 1:1 비율로 혼합하고, 알코올상을 농축하고 건조하여 조제된 커큐민 생성물을 수득 하였다.액상을 실험한 결과 11%의 커큐민이 함유됐다.가젬자데 등 [27]은 커큐민을 추출하기 위해 탄수화물 (소르비톨, 과당)과 테트라부틸포스포늄브로마이드 (IL)로 구성된 ATPS를 사용하였다.2 상 용매 추출의 추출액은 비교적 안정하나 2 상 용매 시스템은 유화가 되기 쉽고, 추출 효율이 낮다.전자파, 초음파 등의 보조방법을 사용해야 하며, 시료의 초기 조추출에는 적합하지 않다.

1.4 효소를 이용한 추출

효소보조추출이란 식물조직을 분해하기 위하여 용매에 적당한 량의 효소를 첨가하는것을 말하는데 조직내의 활성성분의 신속한 분해를 촉진하고 추출효률을 향상시킨다.흔히 사용되는 효소로는 셀룰라아제, 펙티나제 등이 있는데이 효소는 식물의 세포벽을 분해한다.인리홍 [28]은 효소를 이용한 초음파 방법을 이용하여 커큐민을 추출하였다.21 mg·g-1의 효소량으로 42분간 효소가수분해 후 커큐민 수율은 4.890% 이었다.Ning Na 등 29)은 전자파를 이용한 효소법을 이용하여 강황으로부터 커큐민을 추출하였으며, 커큐민 수율은 21.96 mg·g-1 이었다.이 방법은 기계적 및 물리적 셀 파괴와 비교하여 작동이 더 간단하고 추출 효율이 높습니다.그러나 효소에 적합한 환경을 정확하게 제어하기 어렵고, 잘못 작동하면 쉽게 효소가 불활성화되어 추출 효율에 영향을 미칠 수 있다.

2 물리적 추출 기술

2.1 마이크로파를 이용한 추출

마이크로파란 300 MHz~300 GHz 주파수의 전자파를 말한다.관통력이 좋으며, 액체에 흡수되면 열을 발생시킨다.마이크로파 보조 추출법은 용매를 가열하여 활성 성분을 시료 매트릭스에서 분리하고 추출 과정을 가속화하는 방법입니다.이 방법은 활성 성분의 분해 속도를 높이기 위해 시스템을 가열하는 것을 포함합니다.Hadi 등 30)은 마이크로파 보조 추출법을 이용하여 커큐민 추출을 위한 최적의 공정 조건인 마이크로파 파워 700 W, 입자 크기 0.30-0.60 mm, 추출 시간 3분, 용매 부피 10 mL,시료 2 g, 추출 온도 60 ℃를 확인하였다.Liu Caiqin 등 31)은 curcumin에 대한 최적 공정변수인 물질-액비 1:43.81, 용매 71.21% 에탄올, 540 W의 microwave power, 30초의 추출시간을 구하였다.기존의 열을 이용한 추출로는 온도를 정확하게 조절할 수 없는 반면 마이크로파 상태는 안정적이다.고르지 않은 가열 및 높은 온도는 커큐민을 쉽게 비활성화하고 추출 속도를 줄일 수 있습니다.

초음파 보조 추출 2.2

초음파 보조 추출은 초음파를 이용하여 식물의 세포벽을 깨트려 용매의 세포 내 침투를 용이하게하고 활성 성분의 용매로의 용해를 가속시켜 [20] 활성 성분의 추출률과 추출률을 높인다.초음파 지원 curcumin의 추출은 주로 초음파 시간 수, 초음파 파워, 초음파 시간, 용매 종류 및 양과 같은 요인의 영향을 받습니다.구천수 [32]는 초음파를 이용하여 curcumin을 추출하였으며 (1.22±0.02)%의 추출율;동시에 연속흐름초음파는 커큐민의 추출에 도움을 주었고, 추출율은 (1.232±0.031)%로 증가하였다.수 등 [33]은 강황무좀에서 커큐민을 추출하기 위해 황산암모늄/에탄올 수용액과 결합한 초음파 추출 기술을 사용하였으며, 최대 46.91 mg·g-1의 추출율을 보였다.

마민경 등은 이온성 액체를 추출제로 사용하여 죽 어가wenchowensis의 커함량을 확인하는 방법을 확립하였으며, 초음파보조추출, 고성능 액체크로마토그래피와 병행하였다.최적의 추출 조건에서, 함유 된 콘 텐 츠에 도달 68.53 μ g · g-1다.유기현탁과 무기 또는 유기 음이온으로 이루어진 이온성 액체는 그린화학에서 새롭게 부상하고 있는 연구 분야 중 하나이다.일부 이온성 액체는 셀룰로오스의 훌륭한 용매이다.식물의 세포벽은 주로 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스로 구성되어 있다.전통적인 용매는 농도 차이에만 의존하여 추출을 완료할 수 있습니다.이온성액체는 추출의 목적을 달성하기 위하여 셀룰로오스를 용해시킴으로써 일부 식물세포벽을 용해시킬수 있으므로 추출률을 높이고 추출시간을 단축시킬수 있다.초음파 추출은 제어 가능하고 안정적인 조건으로 조작이 간단합니다.추출물의 구조와 활동에 손상을 주지 않아 속도를 높이고 효율을 높이는 데 도움이 됩니다.'친환경 기술'로 널리 활용될 수 있다.

2.3 플래시 추출

섬광추출은 조직파쇄추출이라고도 하는데 상온에서 고속파쇄, 갈기, 휘젓기, 초분자삼투압 기술을 리용하여 몇분내에 약재의 활성성분을 용해시켜 급속추출의 효과를 얻을수 있다.풍수황 등 [35]은 강황으로부터 커큐미노이드 추출에 역류 추출과 플래시 추출의 영향을 비교하였고, 그 결과 플래시 추출이 더 효율적임을 알 수 있었다.플래시 추출에는 재료를 분쇄하고 동시에 용해시키는 작업이 포함되므로 필요한 시간이 크게 단축됩니다.장기간 추출로 인한 활성 성분의 분해 및 소비를 피하며, 추출율이 높고 에너지 소모가 적습니다.그러나이 방법으로 얻는 추출물의 양은 한정되어 있으며, 대규모 생산이 아닌 실험실에서만 사용하기에 적합하다.또한 너무 끈적거리는 허브는 으깬 후 거르기 힘들어질 수 있기 때문에 [36] 허브와 함께 사용하기에는 적합하지 않다.

초임계 CO2 유체 추출 2.4

초임계 이산화탄소 유체 추출은 분리할 물질과 초임계 유체를 초임계 상태로 접촉시켜 극성, 끓는점, 분자량 순으로 성분을 선택적으로 추출하고 분리한다.초임계 유체의 점도와 확산계수는 기체에 가까운 반면 밀도와 용해능력은 액체에 가깝기 때문에 초임계 유체 추출은 전통적인 용매 추출보다 점도가 낮고 확산이 높으며 용해도가 강하여 유효성분의 추출을 가속화할 수 있다.Luo 등 [37]은 초임계 CO2 액 추출을 이용하여 강황의 활성 성분인 curcumin을 추출하였다.내포제 투여량과 추출압력은 가장 중요한 영향인자이다.최적 추출 조건에서 커큐민 함량은 14.317 mg·g-1 이었다.

Martinez-Correa 등 [38]은 60 °C와 40 MPa에서 초임계 이산화탄소 (SCCO2)와 대기압 및 25 °C에서 에탄올 (또는 물)을 추출 용매로 사용하여 각각 1단계 및 2단계 방법을 사용하여 강황에서 추출된 커큐민의 생산량을 비교하였다.1단계 방법은 SCCO2와 에탄올 (또는 물)의 혼합용매로 동시에 추출하는 방법;2단계 방법은 먼저 SCCO2로 지속적으로 추출하고, 에탄올이나 물로 추출합니다.1단계 방법과 2단계 방법의 해당 수율은 각각 3.3%, 3.9% (강황 100g 당 커큐민 함량)이다.이 방법은 압력, 온도 등의 조건이 제어가 용이하기 때문에 열에 민감하고 쉽게 산화되는 물질의 분리에 적합하다.얻어진 추출물의 순도는 비교적 높지만 원가가 높아 공업생산에는 적합하지 않다.

3기타 추출 방법

위의 방법 외에도 살리실산 나트륨법, 초고압 추출기술, 아임계 추출, 초음파 강화 마이크로에멀전 추출, 가속 용매 추출, 기타 커큐민 추출을 위한 추출법 등이 있으며 모두 좋은 결과를 보이고 있다.

salicylate 나트륨 방법은 일반적으로 다음을 추출하는 것을 포함합니다crude turmeric 분말살리실레이트 나트륨 용액으로.추출물을 물로 희석하여 침전물을 생성하고 이를 건조하여 에탄올에 녹여 여과한 후 다시 건조하여 총커큐민 생성물을 얻는다.류신차오 등 39명은 살리실산나트륨법, 산염기법, 활성탄 및 기타 방법이 커큐민 추출율에 미치는 영향을 비교하였다.살리실산나트륨법은 전체 커큐민 중 최고 93.2%의 순도를 얻었으나 이송율은 10% 이하로 낮았다.살리실산 나트륨 추출법은 제품 순도가 높은 커큐민을 얻으며, 조작이 간단하고, 장비 요구량이 적으며, 재사용 가능성이 높으며, 소규모 생산에 사용할 수 있습니다.추출 공정에 천연 침전을 사용할 경우 추출물에 함유된 총 커큐민이 다량 함유되어 침전되지 않아 이송률이 매우 낮아진다.원심분리를 사용할 경우 다량의 불순물이 총커큐민과 함께 침전되어 순도가 낮은 최종 제품이 되므로 [21] 산업 생산에는 부적합하다.

초고압 추출 기술의 기본 원리는 먼저 상온에서 약초를 분쇄한 후 추출 매질 (추출 매질은 약초의 성질에 따라 선택)과 혼합해 밀봉 용기에 담는 것이다.원료 용액에 100~1000 MPa의 정수압을 가하고, 전체 추출 공정을 완료하기 위해 일정 기간 동안 유지한 후 압력을 빠르게 방출합니다.리샤오펑 [40]은 70% 에탄올로 추출했을 때 4가지 추출법의 총 커큐민 수율을 높은 곳에서 낮은 곳으로 비교했다:초임계 추출 (2.874%) >초음파 (2.421%) >역류 (2.039%) >콜드 주입 (1.585%).시간효율 측면에서 초고압의 3분 추출율은 냉주입 12시간 추출율보다 1.289%, 역류 2시간 추출율보다 0.835%, 초음파 1시간 추출율보다 0.453% 높다.초임계 추출은 압력 차이를 통해 용매 소비를 줄이고, 추출물은 안정적이다.열에 민감하고 휘발성 성분의 추출에 적합하지만 초음파와 비교하면 조건이 더 간단하고 다른 조건을 조정해야 합니다.비샤오단 등 [41]은 가정용 압력밥솥을 이용해 커큐민 추출을 위한 가정비등 방법을 시뮬레이션했다.고압 보조법의 추출율은 0.403%로 높은 반면, 전통적인 비등법의 커큐민 추출율은 0.200%였다.고압 보조 추출은 실험 연구 및 공장 생산에 사용될 뿐만 아니라 가정 추출에도 확장 될 수 있음을 알 수 있습니다.그러나 공장 어플리케이션을 위한 장비는 가격이 비싸고 안전 요건이 극도로 높습니다.

아임계 추출이란 아임계 유체를 용매로 사용하여 유기화합물의 유사한 용해도의 원리를 바탕으로 물질의 지용성 성분을 추출하는 추출기법으로, 산소가 없는 폐쇄형 저압 압력용기에서 추출한다.그 후 추출제는 진공 증류에 의해 목표 생성물로부터 분리됩니다.권 씨는등 [42]은 아임계 용매 추출법을 이용하여 강황으로부터 3가지 커큐미노이드를 추출하였으며, 커큐민의 최대 수율은 13.58% (커큐민 4.94%, 디메톡시 커큐민 4.73%, 비메톡시 커큐민 3.91%) 이었다.아임계 추출은 초임계 CO2 유체 추출보다 생산성이 높고 에너지 절약적이며 운영 비용이 저렴하고 대규모 산업 생산에 사용될 수 있습니다.

육춘화 등 [43]은 마이크로에멀젼을 이용하여 추출공정과 분리공정을 커플링하였다.총 커큐민 추출은 20.12 mg·g-1 이었다.원유제품중의 마이크로에멀젼 추출용액과 유층분리용액은 엑기스를 제거하지 않고 바로 약품으로 만들 수 있다.

가속 용매 추출 또는 가압 액체 추출은 유기 용매를 사용하여 고체 또는 반고체 행렬로부터 더 높은 온도 (50-200 °C)와 압력 (1000-3000 psi)에서 활성 성분을 추출하는 새로운 추출 기술입니다.Yadav 등 45)은 가속용매추출로 커큐미노이드를 추출하고 추출용매로서 에탄올, 에틸아세테이트, 아세톤의 성능을 비교한 결과 커큐미노이드의 수율은 각각 3.8%, 2.8%, 2.9% 이었다.이 방법은 시간을 크게 단축하고 공정을 자동화하며 조작이 간단하고 추출 효율이 높다.각 추출 기법의 장단점을 표 1에 비교한다.

4 전망

커큐민의 특성, 공정 조건, 성분의 대사 기전 등에 대한 연구를 바탕으로 한 추출 방법은 초음파 보조 추출, 초임계 유체 추출, 플래시 추출 등의 새로운 추출 기술을 개발하게 되었다.전통적인 추출 방법과 비교해 이들 새로운 기술은 커큐민 추출에 필요한 시간을 크게 단축하고 소모품과 에너지를 적게 소모하며 추출 효율을 대폭 향상시킨다.그러나 다음과 같은 문제점은 여전히 남아 있다.

첫째, 커큐민 추출에 관한 대부분의 연구는 공정변수의 최적화와 서로 다른 공정간의 비교를 포함하고 있는 반면, 서로 다른 공정간의 조합에 대한 혁신은 아직 상대적으로 미흡한 실정이다.

둘째, 추출 공정이 복잡해지고 표준이 높아짐에 따라 이들 기술의 대중화에 여전히 어려움이 있다.또한 추출 설비에 대한 자본 투자가 증가하여 소규모 기업이 초기 생산에 투자하기에는 부적합하게 되었다.

뿐만 아니라 강황 추출물 기술 및 이에 따른 추출 장비의 최적화는 주로 실험적 연구가 주를 이루고 있으며, 산업적 생산 기술이 부족한 실정이다.실험연구의 결과를 실천에 옮기기 어려워 실험기술과 공업생산사이에 격차가 생기게 되였다.

게다가, 저자&에서#39;s 실험을 to추출 물 함유강황으로부터 강황에는 커큐민 오일이 다량 함유되어 있어 커큐민과 물리적, 화학적 특성이 매우 유사하다는 것을 알 수 있었다.원유 커큐민에서 제거하기 어려우며, 이로 인해 이후의 분리 및 정제가 더욱 어려워집니다.

따라서 향후 커큐민 추출기술에 대한 연구는 먼저 산업생산에 여러 추출기술을 결합하여 추출기술을 단순화하여 해당 장비를 설계해야 한다.둘째, 추출기술은 실험연구와 공업화된 생산응용에 따라 분류되어야 하며, 실험연구는 공업화된 생산과 연계되어 실험적인 시뮬레이션 데이터와 공정이 더 잘 적용되도록 해야 한다.추출 과정 중 커큐민 오일을 제거하여 분리 및 정제의 어려움을 줄이고, 커큐민의 순도를 향상시키며, 커큐민 결정까지 얻을 수 있도록 노력하는 것이 좋습니다.강황 (康黃, 영어:Turmeric)은 약용 및 식용 효능이 있는 약초의 일종이다.주요 활성 성분인 커큐민은 의료 및 식품 가공 산업 및 수요에서 널리 사용됩니다.따라서 효율적인 추출 기술은 강황 연구와 산업 사슬의 발전에 더욱 도움이 될 것입니다.

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