식물 원료를 위한 가장 효율적인 추출 방법

고품질 식물 추출물을 생산할 수 있는 강력하고 신뢰할 수 있는 추출 장비 구성을 찾고 계십니까? 여기에서는 초음파 추출, 초임계 CO2 추출, 에탄올 추출, 침지 추출 등을 포함한 일반적인 추출 기법과 각 기법의 장단점을 비교해 볼 수 있습니다.

초음파를 이용한 식물 추출과 대체 기법 비교

식물 원료는 다양한 기법으로 추출할 수 있습니다. 그러나 추출 효율, 추출물 수율 및 품질은 사용하는 추출 방법과 프로토콜에 크게 좌우됩니다. 침지 추출, 초임계 CO2 추출, 퍼콜레이션 추출 및 속슬렛 추출은 일반적인 추출 방법이지만, 추출 결과가 불충분한 경우가 많습니다.
초음파 기반 추출은 여러 측면에서 기존 추출 방법보다 뛰어난 정교한 분리 기법입니다.
초음파 프로브를 사용하는 초음파 기반 추출은 식물과 기타 재료에서 화합물을 추출하는 데 매우 효과적인 방법입니다. 침지 추출, CO2 추출, 퍼콜레이션 추출 및 마이크로파 추출과 같은 다른 방법과 비교할 때, 프로브형 초음파 추출은 다음과 같은 여러 장점으로 인해 뛰어난 성능을 발휘합니다.

• 더 빠른 추출: 프로브형 초음파 추출은 침지 추출 및 퍼콜레이션 추출보다 훨씬 빠르게 화합물을 추출할 수 있습니다. 이는 초음파가 용매 내에 캐비테이션 기포를 형성하고, 이 기포가 미세 충격을 일으켜 세포벽을 파괴하고 화합물을 더 빠르게 방출하도록 돕기 때문입니다.
• 더 높은 수율: 프로브형 초음파 추출은 침지 추출, CO2 추출 및 퍼콜레이션 추출보다 더 높은 수율로 화합물을 추출할 수 있습니다. 이는 초음파가 추출 대상 재료에서 더 많은 표적 화합물이 방출되도록 돕기 때문입니다.
• 더 높은 효율: 프로브형 초음파 추출은 동일한 양의 화합물을 추출하는 데 필요한 용매가 더 적으므로 침지 추출, CO2 추출, 퍼콜레이션 추출 및 속슬렛 추출기보다 효율적입니다. 이는 초음파가 용매 내 표적 화합물의 용해도를 높이는 데 도움을 주기 때문입니다.
• 다용도성: 프로브형 초음파 추출은 다양한 재료에서 친수성 및 소수성 화합물을 모두 포함한 광범위한 화합물을 추출하는 데 사용할 수 있습니다. 이는 초음파가 풀 스펙트럼 추출물 생산에도 탁월하다는 것을 의미합니다.
• 낮은 비용: 프로브형 초음파 추출은 고압 장비나 시간이 많이 드는 노동 작업이 필요하지 않으므로 일반적으로 CO2 추출, 퍼콜레이션 추출, 침지 추출 및 속슬렛 추출보다 비용이 적게 듭니다.
• 친환경성: 초음파 프로브는 다른 방법에 비해 용매와 에너지가 적게 필요하고 폐기물도 적게 발생하므로 친환경적인 추출을 가능하게 합니다. 초음파 처리는 어떤 용매와도 호환되지만, 초음파 처리의 높은 효율 덕분에 독성 용매의 사용을 대부분 피할 수 있습니다. 에탄올, 에탄올 수용액 및 물은 초음파 식물 추출에 탁월한 용매입니다.

프로브형 초음파 추출은 기존 식물 추출 기법에 비해 상당한 이점을 제공하며, 이러한 이유로 식물에서 수많은 생리활성 화합물을 추출하는 데 초음파 추출이 널리 사용됩니다.

식물 원료에서 고품질 추출물 추출

고품질 식물 추출물을 얻으려면 원료(식물 재료)뿐 아니라 적용하는 추출 기법도 매우 중요합니다. 식물 추출물은 온도에 민감하며, 이는 열에 의해 분해된다는 뜻입니다. 따라서 비열적 추출 방법을 선택하는 것이 매우 중요합니다.
추출 용매의 선택은 추출물의 품질에 영향을 미치는 또 다른 중요한 요소입니다. 헥산, 메탄올, 부탄 및 기타 강한 화학물질과 같은 용매는 추출물을 오염시킬 수 있습니다. 추출 후 용매를 제거하더라도 최종 추출물에서 미량의 독성 용매가 검출될 수 있습니다. 물, 알코올, 에탄올, 글리세린 또는 식물성 오일은 안전한 무독성 용매이며, FDA가 섭취용으로 승인한 물질입니다.

초음파 프로브를 이용한 식물 추출의 단계별 절차

프로브형 초음파 처리를 이용하면 식물에서 생리활성 화합물을 어떻게 추출할 수 있을까요? 아래에서 잎, 꽃잎, 자실체, 줄기, 뿌리 또는 뿌리줄기와 같은 식물 재료로부터 식물화학물질과 생리활성 화합물을 추출하는 단계별 지침을 확인할 수 있습니다!

1. 먼저, 추출을 위한 표면적을 늘리기 위해 식물 재료를 분쇄하거나 작은 조각으로 잘게 자릅니다.
2. 그런 다음 폴리페놀을 추출하기 위해 식물 재료를 용매(예: 에탄올 또는 물)와 혼합합니다.
3. 그런 다음 프로브형 초음파 처리를 통해 혼합물에 약 20kHz의 고강도 저주파 초음파를 가하여 추출 과정을 돕습니다. 이로 인해 음향 캐비테이션과 용매의 빠른 진동이 발생하여 식물 세포의 붕괴 및 파쇄와 폴리페놀, 플라보노이드, 비타민과 같은 생리활성 물질의 방출을 촉진합니다.
4. 그런 다음 혼합물을 여과하여 고체 식물 원료와 추출된 생리활성 화합물이 함유된 액체를 분리합니다.
5. 그런 다음 액체를 증발시키거나 추가로 가공하여 용매를 제거하고 생리활성 분자를 농축합니다.
6. 최종 제품은 생리활성 물질이 풍부한 추출물로, 식이 보충제, 기능성 식품, 화장품 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.

참고: 이는 공정의 개요이며, 구체적인 조건(용매, 식물 원료와 용매의 비율, 추출 시간, 초음파 처리 출력 등)은 원료 식물과 원하는 생리활성 물질 함량에 따라 달라질 수 있습니다.

초음파 추출은 어떻게 작동할까요?

초음파 추출은 초음파 음향 캐비테이션의 작동 원리에 기반한 순수한 기계적 처리입니다. 고전단 믹서와 마찬가지로 초음파 처리기는 공정 매질에 기계적 전단력만을 생성합니다. 초음파 추출 자체는 열과 화학물질을 사용하지 않는 추출 기법입니다.
음향 캐비테이션이란 무엇일까요? – 음향 캐비테이션 또는 초음파 캐비테이션은 액체(용매)에 식물 원료가 들어 있는 슬러리에 고출력 저주파 초음파가 전달될 때 발생합니다. 고출력 초음파는 프로브형 초음파 프로세서를 통해 식물 슬러리에 전달됩니다. 에너지가 높은 초음파는 액체를 통과하면서 고압 / 저압 주기를 교대로 형성하며, 이로 인해 음향 캐비테이션 현상이 발생합니다. 음향 캐비테이션 또는 초음파 캐비테이션은 국소적으로 매우 큰 압력 차이와 높은 전단력 같은 극한 조건을 형성합니다. 캐비테이션 기포가 고체(입자, 식물 세포, 조직 등)의 표면에서 내파하면 미세 제트와 입자 간 충돌로 인해 입자 파쇄, 초음파 천공(세포벽과 세포막에 구멍이 생기는 현상), 세포 파쇄 등의 효과가 발생합니다. 또한 액체 매질에서 캐비테이션 기포가 내파하면 난류와 교반이 발생하여 세포 내부와 주변 용매 사이의 물질 전달이 촉진됩니다. 초음파 처리는 캐비테이션과 더불어 액체 제트에 의한 미세 운동, 원료 내부의 압축과 감압 및 그에 따른 세포벽 파쇄와 같은 관련 메커니즘을 유발하므로, 초음파 조사는 물질 전달 과정을 향상시키는 매우 효율적인 방법입니다.
원료에 따라 초음파 추출 공정에는 높은 강도가 필요할 수 있습니다. 예를 들어 단단한 식물 세포나 셀룰로오스 함량이 높은 원료를 파쇄하는 경우가 이에 해당합니다. 프로브형 초음파 처리기는 매우 높은 진폭을 생성할 수 있으며, 이는 강력한 캐비테이션을 생성하는 데 필요합니다. Hielscher Ultrasonic은 연속 24/7 운전에서 200µm의 진폭을 손쉽게 생성할 수 있는 고성능 초음파 추출기를 제조합니다. 더 높은 진폭을 위해 Hielscher는 특수 고진폭 소노트로드(프로브)를 제공합니다.
캐비테이션을 강화하기 위해 가압 가능한 초음파 반응기와 플로우 셀이 사용됩니다. 압력이 증가하면 캐비테이션과 캐비테이션에 의한 전단력의 파괴력이 더욱 커지며, 이에 따라 초음파 추출 효과가 향상됩니다.

초음파 처리로 식물화학물질과 생리활성 화합물 추출

초음파 추출은 식물에서 다양한 생리활성 화합물(이른바 식물화학물질)을 방출하고 분리하는 데 사용됩니다.
아래 목록은 초음파로 추출되는 식물화학물질의 몇 가지 예를 보여 줍니다.

• 대마초와 헴프에서 추출한 CBD 및 기타 칸나비노이드
• 테르펜
• 생강
• 로즈메리
• 고추에서 추출한 캡사이신
• 커피 원두에서 추출한 카페인
• 조류에서 추출한 아스타잔틴
• 마늘에서 추출한 알리신
• 차에서 추출한 카테킨(EGEC)
• 프로폴리스
• 석류에서 추출한 엘라지탄닌
• 아유르베다 약초 추출물
• 담배에서 추출한 니코틴
• 에센셜 오일
• 쐐기풀에서 추출한 식물화학물질
• 감귤류 과일 껍질에서 추출한 펙틴
• 망고 껍질에서 추출한 폴리페놀
• 민들레에서 추출한 타락사신과 타락사스테롤

초음파 추출용 용매

초음파 추출은 거의 모든 용매와 호환됩니다. 식물 원료에서 생리활성 화합물을 추출할 때는 에탄올, 물, 에탄올/물 혼합물, 글리세린 및 식물성 오일이 가장 일반적으로 사용됩니다. 이러한 용매는 섭취하기에 안전한 것으로 간주되며 사용하기 쉽기 때문입니다.
초음파 추출에 사용되는 용매에 대해 자세히 알아보세요!

초음파 에탄올 추출의 장점

에탄올은 안전성(FDA에서 섭취용으로 승인), 효율성 및 폭넓은 용해 능력 덕분에 초음파 추출에서 가장 널리 사용되는 용매 중 하나입니다. 초음파 에탄올 추출은 비용 효율성, 선형 확장성, 단순성 및 안전성 면에서 다른 용매와 다른 추출 기술보다 뛰어납니다.
용매로서 에탄올의 우수한 효율성은 탄화수소 꼬리와 하나의 하이드록실기로 이루어진 화학 구조와 관련이 있습니다. 이러한 화학 구조 덕분에 에탄올은 폴리페놀, 플라보노이드, 테르펜, 칸나비노이드 및 지질(오일)을 포함하는 매우 광범위한 물질을 용해하고 추출할 수 있습니다.
예를 들어, 칸나비노이드의 초음파 에탄올 추출에는 윈터라이제이션(탈왁스) 공정이 필요하지 않습니다. 이 공정은 CO2 추출과 같은 다른 추출 방법에서 왁스를 제거하기 위해 필요한 단계입니다.

에탄올 추출은 에탄올 온도에 따라 서로 다른 효과를 나타냅니다. 가열한 에탄올은 앙투라지 효과로 높은 평가를 받는 풀 스펙트럼 추출물을 생산하는 데 자주 사용됩니다. 반면, 얼음처럼 차가운 에탄올은 허브 또는 대마 증류물을 생산하는 데 선호됩니다. 얼음처럼 차가운 에탄올을 이용한 추출에는 후속 여과가 필요하지 않습니다. 초음파 추출은 비열 처리이므로 뜨겁거나 따뜻한 에탄올 또는 냉각되었거나 얼음처럼 차가운 에탄올과 함께 사용할 수 있습니다. 재킷형 초음파 반응기는 처리 중 원하는 공정 온도를 유지하는 데 도움이 됩니다. 초음파 장치의 디지털 제어 시스템과 지능형 소프트웨어는 탈부착식 온도 센서를 통해 공정 온도를 모니터링하며, 매질의 온도가 특정 범위를 벗어나면 추출 처리를 중지하거나 일시 정지하도록 프로그래밍할 수 있습니다.

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Hielscher Ultrasonics의 고성능 추출 시스템은 소규모 실험실 규모부터 중간 규모의 파일럿 설비, 시간당 수 톤을 생산하는 본격적인 산업 생산에 이르기까지 모든 규모로 제공됩니다. 처리량에 따라 Hielscher 초음파 추출기는 배치 모드 또는 연속 인라인 모드로 사용할 수 있습니다. Hielscher 초음파 장치는 어떤 용매와도 함께 사용할 수 있으므로 용매를 자유롭게 선택할 수 있습니다. 모든 초음파 추출 장치는 조작이 간단하고 안전합니다. Hielscher는 원료, 공정 용량 및 생산 목표에 따라 가장 적합한 초음파 장치를 제공합니다.
초음파 추출 공정은 원료, 용매 및 처리량의 영향을 받습니다. 다양한 크기와 형태의 소노트로드(프로브), 부스터 혼, 다양한 용적과 형상의 플로우 셀, 탈부착식 온도 및 압력 센서를 비롯한 여러 부속 장치를 이용하여 추출 공정에 이상적인 초음파 시스템을 구성할 수 있습니다.
재현성 있는 결과를 얻으려면 공정 제어가 매우 중요합니다. 따라서 모든 디지털 모델에는 추출 매개변수를 조정, 모니터링 및 수정할 수 있는 지능형 소프트웨어가 탑재되어 있습니다. 진폭, 초음파 처리 시간 및 듀티 사이클을 정밀하게 제어하여 우수한 수율과 최고의 추출물 품질 등 최적의 공정 결과를 얻을 수 있습니다. 초음파 처리 공정의 자동 데이터 기록은 우수 제조 관리 기준(GMP)에서 요구하는 공정 표준화와 재현성 / 반복성의 기반이 됩니다.

아래 표는 당사 초음파 장치의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다.