초음파 커큐민 추출
커큐민은 Curcuma longa의 뿌리줄기에 존재하는 약리학적 및 영양학적 특성을 지닌 식물성 화합물입니다. 높은 커큐민 수율을 얻기 위해 가장 효율적인 추출 기법인 초음파 추출기를 사용합니다. 초음파 추출은 우수한 품질의 커큐민과 매우 높은 수율을 제공합니다. 동시에 초음파 처리는 강황 뿌리줄기의 처리 시간이 짧다는 장점이 있습니다.
초음파를 이용한 커큐민 분리
초음파 추출은 침용, 열용매 추출 또는 속슬렛 추출과 같은 기존 추출 기법을 대체하는 매우 효율적인 방법입니다.
강황속 식물(예: Curcuma longa, Curcuma amada)에서 초음파로 커큐민과 커큐미노이드를 분리하는 것은 효율적이고 빠르며 간편한 공정입니다. 속슬렛 추출 및 기존 배치 추출과 비교하면, 초음파 보조 추출은 더 짧은 추출 시간에 커큐민 수율을 크게 높인다는 점에서 뛰어납니다.
식물 성분의 초음파 추출에는 물, 수성 용매, 에탄올, 메탄올, 글리세린 등 다양한 용매를 사용할 수 있습니다. 커큐민 추출의 경우 물, 에탄올 및 트리아실글리세롤은 효과적이고 안전한 용매이며, 높은 추출물 수율을 제공합니다.
- 높은 수율
- 빠른 추출
- 더 완전한 회수
- 안전한 운전
- 간편한 도입
초음파 처리기 UIP1000hdT – 커큐민 추출용 플로우 셀 장착
초음파 추출 공정
Hielscher의 최첨단 초음파 처리기는 진폭, 온도, 압력 및 에너지 투입량과 같은 공정 매개변수를 완전히 제어할 수 있도록 합니다.
초음파 추출에서는 원료 입자 크기, 용매 종류, 고체 대 용매 비율 및 추출 시간과 같은 주변 매개변수를 쉽게 변경하고 최적화하여 최상의 결과를 얻을 수 있습니다.
초음파 추출은 비열 추출 방법이므로 생리활성 성분의 열분해를 방지합니다.
전반적으로 높은 수율, 짧은 추출 시간, 낮은 추출 온도 및 적은 용매 사용량과 같은 장점 덕분에 초음파 처리는 우수한 추출 방법입니다.
초음파 커큐민 추출에 UP400ST를 사용한 후 회전 증발기로 용매에서 생리활성 성분 분리(용매 회수)
강황에서 커큐민을 초음파로 추출할 때 초음파 플로우 셀을 사용하는 연속 인라인 구성으로 초음파 처리를 수행하면 가장 효율적인 것으로 나타났습니다. 60~80°C 범위의 공정 온도는 추출물 수율을 높이는 데 유리합니다.
우수한 공정 효율: 초음파 추출은 초음파 장비에 적정 수준의 투자만 필요한 지속 가능한 기법으로서 뛰어납니다. 초음파 공정은 산업 생산 규모로 선형적으로 확장할 수 있습니다. 초음파 공정의 용매 및 에너지 비용은 매우 낮습니다. 그 밖의 중요한 장점으로는 쉽고 안전한 운전, 경제적인 비용, 그리고 표준화된 생산에 필수적인 재현성이 있습니다.
초음파를 이용한 리포솜 제형화
커큐민은 소수성이며 지용성인 분자입니다. 따라서 커큐민은 리포솜, 나노에멀젼, 나노구체, 고분자 나노입자 또는 식물 성분–인지질 복합체와 같은 약물 전달체 시스템으로 제형화해야 합니다. 커큐민 수용액은 계면활성제, 지질, 알부민, 사이클로덱스트린, 생체고분자 등을 첨가하여 제조할 수 있습니다. 초음파를 이용한 나노에멀젼 및 균일한 현탁액 제조는 커큐민을 약물 전달체 복합체로 제형화하는 데 매우 효과적인 기법입니다. 약물 전달체는 커큐민의 용해도, 흡수, 약동학적 특성 및 생체이용률을 개선합니다. 커큐민을 나노복합체로 제형화하면 수용해도가 약 98000배 증가합니다(물속의 유리 커큐민 대비). 나노복합체 형성은 커큐민의 생체이용률과 저장 안정성을 크게 개선했습니다.
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초음파 추출 장비
Hielscher Ultrasonics는 식물 원료 추출 공정의 파트너입니다. 연구 및 분석을 위해 소량을 추출하거나 상업적 생산을 위해 대량을 처리하려는 경우 모두에 적합한 초음파 추출기를 제공합니다. 당사의 실험실용 초음파 균질기 및 당사의 벤치탑 및 산업용 초음파 처리기는 견고하고 사용하기 쉬우며, 전부하 상태에서 24/7 가동하도록 제작되었습니다. 다양한 액세서리에는 크기와 형태가 다양한 소노트로드(초음파 프로브 / 혼), 플로우 셀, 반응기 및 부스터가 포함되어 있어, 특정 추출 공정에 최적화된 구성이 가능합니다.
모든 디지털 초음파 장비에는 컬러 터치 디스플레이, 자동 데이터 기록용 내장 SD 카드, 종합적인 공정 모니터링을 위한 브라우저 원격 제어 기능이 탑재되어 있습니다. Hielscher의 정교한 초음파 시스템을 사용하면 높은 수준의 공정 표준화와 품질 관리가 간편해집니다.
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초음파 처리기 UIP4000hdT를 이용한 고품질 커큐민 추출물의 인라인 생산
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산업용 초음파 처리기 UIP16000hdT를 이용한 식물 유래 파이토케미컬의 인라인 추출
프로토콜: 커큐민의 초음파 나노캡슐화
커큐민 함유 나노입자 제조
커큐민 함유 나노입자는 미니에멀션화–증발 기법으로 합성합니다. 절차는 아래에 설명한 바와 같이 사용되는 캡슐화제에 따라 달라집니다. 사용된 배합은 물 22.400g, 레시틴 0.180g, 디클로로메탄 11.500g 및 캡슐화제 0.390g이었습니다(캡슐화제로는 폴리(L-젖산) PLLA, 4,000g/gmol 또는 폴리(메타크릴산-co-메틸 메타크릴레이트) Eudragit S100, 125,000 g/gmol 또는 이들의 혼합물을 사용합니다). 미리 형성된 고분자가 확산에 의한 에멀션 붕괴를 방지하는 데 효과적인 것으로 알려져 있으므로 보조 안정제는 필요하지 않습니다.
PLLA를 캡슐화제로 사용하는 경우, PLLA와 레시틴을 디클로로메탄에 10분 동안 용해한 후 커큐민을 첨가하고 5 min 동안 혼합합니다(총 캡슐화제 질량의 1, 3, 6, 18 wt%). 이 용액을 부드럽게 교반하면서 증류수에 첨가합니다. 형성된 매크로에멀션은 UP100H와 같은 초음파 균질기를 사용하여 펄스 주기(30sec 초음파 처리, 10sec 정지)로 180초 동안 초음파 처리합니다. 그 후 용매를 40°C에서 18시간 동안 증발시킵니다. PLLA와 Eudragit S100을 함께 캡슐화제로 사용하는 경우, Eudragit S100을 60°C에서 20분 동안 디클로로메탄에 용해합니다. 이후 혼합물을 냉각하고 증발한 용매를 다시 첨가합니다.
문헌 / 참고문헌
- M. V. Bagal; Aamir Deshmukh, Nihar Thakur, Anmol Valiyare (2020): Curcumin Extraction using Ultra sonication: A Review. JETIR Volume 7, Issue 6, June 2020.
- Dang, Le Hang; Vu, Minh Thanh; Chen, Jun; Nguyen, Cuu Khoa; Bach, Long Giang; Tran, Ngoc Quyen; Le, Van Thu (2019): Effect of Ultrasonication on Self-Assembled Nanostructures Formed by Amphiphilic Positive-Charged Copolymers and Negative-Charged Drug. ACS Omega 4, 2019. 4540-4552.
- Thorat, Alpana; Dalvi, Sameer (2014): Particle Formation Pathways and Polymorphism of Curcumin Induced by Ultrasound and Additives During Liquid Antisolvent Precipitation. CrystEngComm. 16, 2014.
- Chen, F.-P. et al. (2015): Nanocomplexation between Curcumin and Soy Protein Isolate: Influence on Curcumin Stability/Bioaccessibility and in Vitro Protein Digestibility. J. Agric. Food Chem. 63, 2015. 3559−3569.
- Kimthet, Ch. et al. (2017): Extraction of curcumin from Curcuma longa L. using ultrasound assisted supercritical carbon dioxide. AIP Conference Proceedings 184, 2017.
알아두면 유용한 정보
초음파와 그 추출 효과
초음파 보조 추출은 음향 캐비테이션의 원리에 기반합니다. 고출력 초음파(저주파, 고강도 초음파)가 액체 또는 페이스트 형태의 매질에 전달되면, 초음파는 고압(압축) 주기와 저압(희박) 주기를 번갈아 생성합니다. 이러한 고압 / 저압 주기 동안 진공 기포가 발생하고 여러 주기에 걸쳐 성장합니다. 기포가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면 격렬하게 내파합니다. 이러한 기포의 내파와 그 효과를 음향 캐비테이션이라고 합니다. 캐비테이션은 마이크로제트, 전단력, 충격파 / 높은 압력차, 라디칼 형성, 극한 온도 및 음향 유동을 발생시킵니다. 이러한 강력한 조건은 세포벽을 파괴하고 높은 물질 전달을 유도하여 세포 내 물질이 용매로 이동하게 합니다.
온화한 비독성 용매
의약 및 영양 목적으로 사용되는 식물 추출물은 약리학적 치료제와 영양 보충제(뉴트라슈티컬)로서 관심이 빠르게 높아지고 있습니다. 식물 재료에서 원하는 화합물을 방출하려면 이를 용매에 용해해야 합니다. 목표 추출 성분이 식물 재료의 본체에서 분리되어 용매로 이동하면 추출물을 농축할 수 있습니다. 초음파 추출은 물을 용매로 사용하는 무용매 방법으로 적용할 수 있습니다. 알코올 추출과 글리세린 추출 역시 모두 무독성이며 효과적이고, 식품, 의약품 및 화장품 성분의 추출에 자주 사용됩니다.
효능이 높고 건강에 유익한 무독성 추출물을 생산하려면 물, 트리아실글리세롤 또는 알코올과 같은 순한 무독성 용매를 사용할 수 있는 효율적인 추출 방법을 사용하는 것이 중요합니다.
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커큐민
커큐민은 강황의 뿌리줄기에서 발견되는 강황 올레오레진이자 천연 색소입니다. 그 밖의 중요한 커큐미노이드 화합물로는 데메톡시커큐민(DMC)과 비스데메톡시커큐민(BDMC)이 있습니다.
커큐민(화학식 C21H20O6)은 Curcuma longa, Curcuma amada, Curcuma ochrorhiza Val.에서 추출하거나 화학적으로 합성할 수 있습니다.
커큐민은 강황 내부의 다당류–리그닌 망상 구조에 갇혀 있습니다. 따라서 생리활성 식물화학물질을 방출하려면 초음파 처리와 같은 강력한 추출 기술로 세포벽을 파괴해야 합니다.
연구에 따르면 후추에 함유된 활성 화합물인 피페린은 커큐민의 생체이용률을 2,000% 넘게 증가시킵니다.
강황
강황(Curcuma longa)은 생강과 Zingiberaceae에 속하는 여러해살이 초본 식물입니다. 원산지는 인도와 동남아시아입니다. 강황의 뿌리줄기는 향신료와 의약품으로 사용하기 위해 수확합니다.
강황은 카레에 진한 노란색을 부여하는 향신료로, 인도에서 수천 년 동안 요리용 향신료이자 아유르베다 의약품으로 사용되어 왔습니다. 강황 가루는 따뜻한 느낌의 쌉쌀하고 후추 같은 맛과 흙내음이 특징입니다.
강황 가루나 페이스트는 우유 또는 두유, 아몬드 밀크, 코코넛 밀크와 같은 비유제품 우유 대체 음료로 만드는 인기 있는 따뜻한 음료인 이른바 “강황 라테” 또는 “골든 밀크”를 준비하는 데 사용됩니다.
강황은 항산화, 항염증 및 진통 효과로 높이 평가됩니다.
강황은 요리 및 의약 용도 외에도 천연 염료로 사용됩니다.