초음파 퀘르세틴 추출

퀘르세틴은 가장 널리 연구된 식물 폴리페놀 중 하나로, 항산화 활성과 식이 보충제, 기능성 식품 및 뉴트라슈티컬에서의 역할로 높이 평가됩니다. 퀘르세틴과 그 배당체(예: 루틴, 이소퀘르세틴)는 열과 산화에 민감하므로, 고순도 추출물을 생산하려면 효율적이면서도 온화한 비열 추출 기법이 필요합니다. 바로 이러한 점에서 초음파 퀘르세틴 추출이 탁월한 성능을 발휘합니다.

고품질 퀘르세틴 추출물을 위한 고성능 초음파 기술

초음파 보조 추출(UAE)은 고출력 저주파 초음파를 사용하여 식물 세포벽을 기계적으로 파괴하고 물질 전달을 크게 증가시켜, 수 시간이 아닌 수 분 이내에 퀘르세틴을 용매로 방출합니다. 침용, 속슬레 추출 또는 열 기반 침출과 비교할 때, 초음파 추출은 더 높은 수율, 더 짧은 처리 시간, 더 적은 용매 사용량 및 더 잘 보존된 생물학적 활성을 제공합니다. 따라서 실험실, 파일럿 플랜트 및 산업 규모의 식물 추출물과 폴리페놀 추출물 생산에 매력적인 선택입니다.

초음파 처리가 세포 구조에 미치는 영향: 초음파에 의해 세포벽이 파괴되면 Euonymus alatus에서 퀘르세틴과 루틴이 방출될 수 있습니다.
사진 및 연구: ©Yang and Zhang, 2008.

퀘르세틴에 온화한 추출 방법이 필요한 이유

퀘르세틴은 사과, 양파, 베리류, 차, 포도 및 녹색 잎채소를 비롯한 여러 과일, 채소 및 허브에 존재합니다. 폴리페놀/플라보놀인 퀘르세틴은 장시간의 가열, 강한 알칼리 조건 또는 장시간의 용매 접촉으로 분해될 수 있으며, 이는 수율을 낮추고 최종 추출물의 품질을 저하시킵니다. 따라서 온화한 단시간 비열 추출 방법은 추출된 퀘르세틴의 양과 기능적 품질(항산화 능력)을 모두 보존하는 데 도움이 됩니다.

퀘르세틴 초음파 추출의 작동 원리

음향 캐비테이션의 역할
고강도 초음파는 액체 내에 미세한 캐비테이션 기포를 생성합니다. 이 기포가 내파하면서 붕괴할 때 국소적인 고온 영역, 전단력 및 마이크로제트가 발생하여 식물 세포벽을 파열시키고 조직 매트릭스를 분해합니다. 이로써 퀘르세틴이 저장된 세포 내 구획이 열리고 주변 용매로의 확산이 촉진되어, 활성 화합물이 더 빠르고 더 완전하게 방출됩니다.

초음파 퀘르세틴 추출의 일반적인 공정 흐름

1. 준비: 표면적을 늘리기 위해 식물 원료(예: 잎, 껍질, 씨앗)를 분쇄하거나 절단하거나 동결 건조합니다.
2. 용매 선택: 물, 에탄올 또는 물–에탄올 혼합물과 같은 친환경 식품 등급 용매를 선택합니다.
3. 초음파 처리: 배치 모드(교반 병행) 또는 연속 플로우 셀 모드로 5–30분 동안 추출합니다.
4. 분리: 추출물을 여과하거나 원심분리하여 퀘르세틴이 풍부한 액체를 회수합니다.
5. 농축 / 정제: 필요에 따라 선택적으로 건조, 침전 또는 정제합니다.

참고: 구체적인 시간, 진폭 및 용매 비율은 식물 종과 대상 매트릭스에 따라 달라집니다 – 당사의 공정 전문가가 귀사의 원료에 맞게 공정 매개변수를 최적화하도록 도와드릴 수 있습니다.

사례 연구: 초음파 보조 퀘르세틴 추출

Sharifi et al. (2017)은 초음파 추출이 약용 식물에서 퀘르세틴과 같은 플라보노이드를 추출하는 데 효과적이고 실용적인 방법임을 입증했습니다. 이들은 Hielscher UP400St(400W, 왼쪽 사진 참조)를 진폭 50% 설정으로 사용했습니다. 무(Raphanus Sativus) 잎을 메탄올에 넣고 10분 동안 초음파 처리한 결과, 퀘르세틴 수율은 11.8%의 수율이었습니다. 침용, 속슬렛 추출, 가열 침출과 같은 기존 기법과 비교한 초음파 보조 추출의 우수성. 초음파 추출은 더 높은 수율, 현저히 짧은 추출 시간, 더 적은 용매 사용량이라는 장점이 있습니다. 초음파를 가하면 캐비테이션이 발생하여 식물 원료의 세포벽을 파괴하고 물질 전달을 촉진합니다. 따라서 초음파 추출은 기존 방법보다 효과적이며 유기 매트릭스에서 퀘르세틴을 추출하는 데 탁월합니다. 침용은 24시간, 가열 침출은 60분, 속슬렛 추출은 24시간이 걸리는 데 비해 초음파 추출에는 단 10분만 필요했으며, 초음파로 추출한 퀘르세틴의 양은 가열 침출, 침용 및 속슬렛 추출로 얻은 양보다 많았습니다.

초음파 추출(UAE)은 기존 추출 방법에 비해 더 짧은 추출 시간에 현저히 높은 퀘르세틴 수율을 제공합니다.
출처: Sharifi at al., 2017

초음파 추출 장비

Hielscher Ultrasonics는 식물에서 고품질 추출물을 생산하기 위한 고성능 초음파 프로세서 제조를 전문으로 합니다.
Hielscher는 작고 강력한 실험실용 초음파 처리기부터 견고한 벤치탑 시스템과 본격적인 산업용 시스템까지 폭넓은 제품군을 제공합니다. 이러한 장비는 생리활성 물질(예: 폴리페놀, 진저롤, 피페린, 커큐민 등)을 효율적으로 추출하고 분리하기 위한 고강도 초음파를 제공합니다. 200 와트부터 16,000 와트까지의 모든 초음파 장비에는 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 운전이 가능하도록 제작되었으며, 유지보수 요구가 적고 쉽고 안전하게 작동할 수 있습니다.
디지털 컬러 디스플레이를 통해 초음파 처리기를 편리하게 제어하고 공정을 정밀하게 조정할 수 있습니다. 당사의 시스템은 낮은 진폭부터 매우 높은 진폭까지 제공할 수 있습니다. 퀘르세틴과 같은 폴리페놀의 추출을 위해, 고품질 활성 물질을 섬세하게 분리하는 데 최적화된 특수 초음파 소노트로드(초음파 프로브 또는 혼이라고도 함)를 제공합니다. Hielscher 초음파 처리기는 견고하여 고부하 조건과 까다로운 환경에서도 24/7 운전이 가능합니다.
초음파 공정 매개변수를 정밀하게 제어하여 재현성과 공정 표준화를 보장합니다.