후추에서 피페린의 초음파 추출
- 피페린은 후추 열매에 함유된 생리활성 물질로, 약리학적 특성으로 인해 높은 평가를 받습니다.
- 초음파는 고품질 피페린을 분리하는 효율적이고 간단하며 빠른 추출 기법입니다.
- 초음파 추출은 신뢰할 수 있고 검증된 방법으로, 이미 제약 및 식품 산업에서 널리 사용되고 있습니다.
고성능 초음파를 이용한 피페린 추출
피페린은 커큐민, 셀레늄, 비타민 B12, 베타카로틴 및 기타 화합물의 흡수를 높일 가능성이 있는 것으로 알려진, 가치 있는 생리활성 화합물입니다. 따라서 제약 및 영양 산업에서는 고품질 피페린을 빠르고 간단하게 추출하는 데 큰 관심을 보이고 있습니다.
기존의 피페린 및 피페리딘 추출은 독성 DMC(디클로로메탄)를 사용하는, 시간이 많이 소요되는 용매 추출 방식으로 수행됩니다. 초음파 추출은 더 높은 수율, 무독성 용매(예: 에탄올)의 사용 및 빠른 추출 공정 측면에서 기존 용매 추출보다 우수합니다. 고성능 초음파는 액체 내에 캐비테이션을 생성합니다. 음향 캐비테이션 또는 초음파 캐비테이션은 초고온과 극심한 압력 차, 액체 제트 및 전단력과 같은 극한 조건을 국소적으로 생성합니다. 이러한 초음파에 의한 힘은 세포벽을 파괴하고 세포 내부와 주변 용매 사이의 물질 전달을 증가시켜 생리활성 물질이 방출되도록 합니다. 초음파 추출은 분쇄한 후추에서 피페린과 같은 표적 화합물을 분리하는 검증된 기법입니다(piper nigrum, piper longum).
UIP1000hdT 초음파 유동 반응기가 장착된 모델
초음파 처리를 이용한 최적의 추출 조건
초음파 분리의 가장 중요한 장점 중 하나는 모든 공정 매개변수를 정밀하게 제어할 수 있다는 점입니다. 고품질 피페린을 최고 수율로 얻기 위해 초음파 강도(진폭, 출력, 듀티 사이클), 추출 시간, 용매, 고체 대 용매 비율 및 온도를 최적 조건으로 조절할 수 있습니다.
초음파 피페린 추출 프로토콜 예시
소규모 비커 장치에서 피페린의 최대 수율(5.8 mg/g)은 분쇄한 Piper longum으로부터 최적화된 초음파 추출 조건에서 얻어지며, 해당 조건은 다음과 같이 확인되었습니다:
초음파 처리기 UP200St 또는 UP200Ht (200W, 26kHz)
초음파 매개변수: 진폭 100%, 듀티 사이클 80%
초음파 처리 시간: 약 18 min.
용매: 에탄올
고체 대 용매 비율: 1:10
온도: 50°C
우수한 결과
초음파 추출은 기존의 배치 추출 및 용매 추출에 비해 상당한 장점이 있습니다. Rathod (2014)는 배치 용매 추출에서 8h, 속슬렛 추출에서 4h가 소요되던 추출 시간이 초음파 추출에서는 18 min.으로 단축됨을 보여줍니다. 또한 초음파 추출은 더 높은 피페린 추출 수율을 제공합니다. 속슬렛 추출과 배치 추출 방법으로 얻은 피페린 추출 수율은 각각 1.67 mg/g 및 0.98 mg/g으로 확인되었으며, 이는 초음파로 얻은 수율인 5.8mg/g보다 훨씬 낮았습니다. Rathod (2014)는 피페린과 같은 천연 식물 성분의 초음파 보조 추출이 기존 방법에 비해 낮은 추출성과 긴 추출 시간의 문제를 줄인다고 결론지었습니다.
초음파는 흑후추에서 에센셜 오일을 추출하는 데도 성공적으로 사용되고 있습니다. 에센셜 오일의 초음파 수증류에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!
피페린 추출에 가장 적합한 초음파 처리기 찾기
Hielscher Ultrasonics는 고성능 초음파 추출 시스템 제조 분야에서 오랜 경험을 보유하고 있습니다. 당사의 제품군은 작지만 강력한 실험실용 초음파 장치부터 견고한 벤치탑 및 산업용 시스템까지 아우르며, 이들 장치는 고강도 초음파를 제공하여 생리활성 물질을 효율적으로 추출하고 분리합니다(예: 피페린, 커큐민 등).
200W부터 16,000W까지의 모든 초음파 장치에는 디지털 제어용 컬러 디스플레이, 자동 데이터 기록용 내장 SD 카드, 브라우저 원격 제어 기능을 비롯한 다양한 사용자 편의 기능이 탑재되어 있습니다. 소노트로드와 플로우 셀(매질과 접촉하는 부품)은 고압증기멸균이 가능하며 세척하기 쉽습니다.
당사의 모든 초음파 처리기는 24/7 연속 운전용으로 제작되었으며, 유지보수가 적게 필요하고 쉽고 안전하게 작동할 수 있습니다.
아래 표는 당사 초음파 처리기의 대략적인 처리 용량을 보여줍니다:
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 0.5–1.5mL | n.a. | VialTweeter |
| 1–500mL | 10–200mL/min | UP100H |
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| n.a. | 10–100L/min | UIP16000 |
| n.a. | 더 큰 유량 | 클러스터로 결합한 UIP16000 |
문헌/참고문헌
- Leonardo Cristian Favre, Guido Rolandelli, Ndumiso Mshicileli, Lusani Norah Vhangani, Cristina dos Santos Ferreira, Jessy van Wyk, María del Pilar Buera (2020): 녹색 후추(Piper nigrum)의 항산화 및 항당화 잠재력: 반응표면법을 이용한 β-사이클로덱스트린 기반 추출의 최적화. Food Chemistry, Volume 316, 2020.
- Cao X.; Ye X.; Lu Y.; Mo W. (2009): 이온성 액체 기반 초음파 보조 추출을 통한 백후추의 피페린 추출. Analytica Chimica Acta 640, 2009. 47–51.
- Rathod S.S.; Rathod V.K. (2014): 초음파를 이용한 Piper longum의 피페린 추출. Industrial Crops and Products Vol. 58, 2014. 259–264.
- Fooladi, Hamed; Mortazavi, Seyyed Ali; Rajaei, Ahmad; Elhami Rad, Amir Hossein; Salar Bashi, Davoud; Savabi Sani Kargar, Samira (2013): 초음파 보조 추출법을 이용한 대추(Ziziphus Jujube)의 페놀 화합물 추출 최적화.
- Sitthiya, K.; Devkota, L.; Sadiq, M.B.; Anal A.K. (2018): 바나나(Musa Sapientum L) 꽃의 단백질 추출 및 특성 분석과 항균 활성 평가. J Food Sci Technol (February 2018) 55(2):658–666.
- Ayyildiz, Sena Saklar; Karadeniz, Bulent; Sagcanb, Nihan; Bahara, Banu; Us, Ahmet Abdullah; Alasalvar, Cesarettin (2018): 기존 열수 추출법과 초음파 보조 추출법을 이용한 녹차의 에피갈로카테킨 갈레이트 추출 매개변수 최적화. 식품 및 바이오 제품 가공 111 (2018). 37–44.
알아두면 좋은 사실
초음파 추출
식물 원료에서 생리활성 물질을 추출하는 초음파 추출은 음향 캐비테이션의 원리에 기반합니다. 음향 캐비테이션은 매우 강한 초음파(예: 20–26kHz 초음파로 생성되는 100µm의 높은 진폭)가 액체에 전달될 때 발생합니다. 캐비테이션에 의한 전단력은 식물 원료의 세포벽에 구멍을 내고 파열시키며, 주변 용매를 세포 안팎으로 밀어 넣고 끌어냅니다. 추출 공정 후 용매에는 표적 분자가 포함되어 있으며, 이후 이를 분리할 수 있습니다(예: 원심분리). 초음파 추출은 손상되지 않은 식물 추출물을 높은 수율로 얻을 수 있는 것으로 잘 알려져 있습니다.
세포로부터의 초음파 추출: 민트(Mentha piperita) 줄기 정단부의 현미경 횡단면(TS)은 세포로부터의 초음파 추출 중 작용 기전을 보여줍니다(배율 2000x) [출처: Vilkhu et al. 2011]
피페린
피페린(1-piperyol-piperidine)은 후추(piper nigrum / piper longum, Piperaceae)의 주요 매운맛 성분입니다. 후추의 풍미와 매운맛, 따라서 품질은 피페린 함량과 상관관계가 있습니다. 이러한 품질 특성은 피페린을 가수분해하여 피페리딘 고리가 절단되도록 함으로써 바꿀 수 있습니다.
피페린은 항진균, 지사, 항염증 작용과 5-리폭시게나아제 및 사이클로옥시게나아제-1 억제 활성 등 다양한 약리 효과로 알려져 있습니다. 또한 피페린은 커큐민의 생체이용률을 2000% 증가시킵니다. 따라서 피페린은 보충제 제형(예: BioPerine®)에 널리 사용되는 물질입니다.
피페린은 Piper nigrum 및 Piper longum에서 추출할 수 있습니다.
피페리딘은 고리형 이차 아민으로, 많은 식물 알칼로이드에서 발견되는 분자 구조입니다. 피페리딘은 피페린의 가수분해로 생성됩니다. 피페리딘과 그 유도체는 의약품 및 정밀화학제품의 합성에 널리 사용되는 기본 구성 요소입니다.
후추
Piper nigrum(흑후추)는 Piperaceae과에 속하는 꽃이 피는 덩굴식물입니다. 보통 건조하여 향신료와 조미료로 사용하는 후추 열매를 얻기 위해 재배됩니다. 흑후추, 녹후추, 백후추는 모두 흑후추 식물에서 얻습니다. 이러한 색상 차이는 후추 열매의 처리 및 가공 방식에 따라 나타납니다. 흑후추는 덜 익은 핵과를 뜨거운 물에 삶은 후 건조하여 얻습니다. 백후추는 후추 식물의 완전히 익은 열매를 수확한 다음, 익은 열매의 검은 껍질을 침지 처리로 제거하여 얻습니다. 녹후추는 덜 익은 핵과의 녹색 색소를 유지하기 위해 이산화황 처리, 통조림 가공 또는 동결 건조를 통해 만듭니다.
Piper longum Linn은 인도 장후추(pipli)라고도 하며, Piper nigrum의 근연종으로, 맛은 Piper nigrum과 비슷하지만 더 맵습니다.
Piper longum의 열매에는 약 1%의 휘발성 오일, 수지, 알칼로이드인 피페린과 피페르롱구미닌, 왁스성 알칼로이드인 Nisobutyldeca-trans-2-trans-4-dienamide 및 테르페노이드 물질이 함유되어 있습니다. 피페리딘 알칼로이드인 피페린은 후추 열매의 맵고 톡 쏘는 맛을 내는 성분입니다. 피페르롱구민은 전립선암, 유방암, 폐암, 대장암, 림프종, 백혈병, 원발성 뇌종양 및 위암을 비롯한 여러 암에 대해 활성을 나타내는 약리 활성 물질입니다.
또한 후추 열매에는 칼슘 1230mg/100g, 인 190mg/100g, 철 62.1mg/100g의 미네랄이 함유되어 있습니다. 뿌리에는 피페린, 피페르롱구민 또는 피플라르틴, 디하이드로스티그마스테롤이 함유되어 있습니다.
