초음파를 이용한 테르펜 추출
초음파 테르펜 추출은 대마와 홉 등에서 테르펜인 카리오필렌 옥사이드를 높은 수율로 추출하는 것으로 입증되었습니다. 카리오필렌 옥사이드는 대마, 홉, 후추, 바질 및 로즈메리에서 발견되는 테르펜입니다. 추출된 테르펜인 카리오필렌 옥사이드는 활성 화합물로서 향미 첨가제와 건강 보충제로 사용됩니다.
추출된 카리오필렌 옥사이드의 용도
카리오필렌 옥사이드는 특유의 방향성 냄새와 맛(즉, 허브 향미)이 특징입니다. 강렬한 방향성 냄새와 맛 때문에 식품의 향미 첨가제와 향료 성분으로 자주 사용됩니다. 또한 인체의 내분비 CB2 수용체에 결합할 수 있어 흥미로운 의약품 성분이기도 합니다.
카리오필렌 옥사이드의 초음파 추출
테르펜인 카리오필렌 옥사이드의 초음파 추출은 높은 수율을 얻는 데 탁월한 기술로, 원료의 예로는 대마 및 홉이 있습니다. 초음파 추출의 작동 원리인 음향 캐비테이션에 대해 자세히 알아보세요!
예를 들어, β-카리오필렌 옥사이드는 초음파 장치 UP100H (100W, 30kHz) 사용을 통해 건조한 홉 꽃봉오리에서 초음파로 추출했습니다.
GC 분석 데이터는 Hielscher의 UP100H 사용을 통해 홉에서 추출한 β-카리오필렌 옥사이드의 추출 수율을 보여줍니다.
UP400St – 교반기를 갖춘 테르펜 추출용 강력한 400W 초음파 프로세서
초음파 홉 추출물의 가스 크로마토그래피 분석: β-카리오필렌 옥사이드, α-카리오필렌, α-피넨, mycrene, 리모넨, α-caryophylene, 카리오필렌 옥사이드 등.
β-카리오필렌 옥사이드 외에도 α-카리오필렌, α-피넨, mycrene, 리모넨 및 α-caryophylene 등 다른 테르펜도 성공적으로 추출되었습니다.
프로브형 초음파 처리를 사용하여 식물에서 테르펜을 어떻게 추출할까요? 단계별 안내!
- 먼저 식물 재료를 분쇄하거나 작은 조각으로 잘라 추출을 위한 표면적을 늘립니다.
- 그런 다음 식물 재료를 용매(예: 에탄올 또는 물)와 혼합하여 테르펜을 추출합니다.
- 이어서 슬러리에 약 20kHz의 고강도 저주파 초음파를 가하는 프로브형 초음파 처리를 사용하여 추출 과정을 돕습니다. 이로 인해 음향 캐비테이션과 용매의 빠른 진동이 발생하여 식물 세포의 파쇄와 붕괴 및 테르펜 방출이 촉진됩니다.
- 그런 다음 혼합물을 여과하여 고체 식물 재료를 추출된 테르펜이 포함된 액체와 분리합니다.
- 이어서 액체를 증발시키거나 추가로 처리하여 용매를 제거하고 테르펜을 농축합니다.
- 최종 제품은 테르펜이 풍부한 추출물로, 식이 보충제, 기능성 식품 및 화장품 등 다양한 용도로 사용할 수 있습니다.
초음파 테르펜 추출 프로토콜
홉 시료의 입자 크기를 더 균일하게 만들기 위해 일반 커피 분쇄기로 홉을 분쇄했습니다.
홉 4.5mg을 바이알에 넣은 다음 에탄올 5mL를 첨가했습니다. 열을 방출하기 위해 바이알을 얼음물이 담긴 비커에 넣었습니다. 그런 다음 시료를 UP100H로 초음파 처리했습니다. 이 장치에는 소노트로드 MS7을 장착했으며, 진폭을 50%로 설정하여 90sec 동안 처리했습니다.
초음파 홉 추출물의 가스 크로마토그래피 분석:
초음파 처리는 세포 기질과 용매 사이의 높은 물질 전달을 보장하여 결과적으로 고품질 추출물을 매우 높은 수율로 얻을 수 있게 합니다.
- 고품질 테르펜 추출물(열분해 없음)
- 높은 수율
- 빠른 절차
- 빠른 투자 회수
- 더 온화한 용매
- 더 적은 용매 사용량
- 안전하고 간편한 작동
- 적은 유지보수
- 친환경적인 테르펜 추출
초음파 테르펜 추출은 다른 기존 추출 방법(즉, 초임계 CO2, 속슬레 등)보다 적은 에너지를 필요로 하면서 테르펜 추출 절차를 크게 가속할 수 있는 친환경 추출 방법으로 돋보입니다. 테르펜의 초음파 추출에 수반되는 다른 장점으로는 초음파 추출기의 간편한 취급, 빠른 공정, 화학 폐기물 없음, 높은 수율, 친환경성, 온화한 처리 조건에 따른 품질 향상 및 열분해 방지가 있습니다.
테르펜용 초음파 추출기
아래 표는 테르펜 추출 요구 사항에 가장 적합할 수 있는 초음파 장치를 파악하는 데 도움이 됩니다.
| 배치 부피 | 유량 | 권장 장치 |
|---|---|---|
| 10–2000mL | 20–400mL/min | UP200Ht, UP400St |
| 0.1–20L | 0.2–4L/min | UIP2000hdT |
| 10–100L | 2–10L/min | UIP4000 |
| 해당 없음 | 10–100L/min | UIP16000 |
| 해당 없음 | 더 높은 유량 | 다음 장치로 구성된 클러스터: UIP16000 |
실험실부터 산업 규모까지 적용되는 고출력 초음파 균질기.
문헌/참고 자료
- Selvamuthukumaran, M.; Shi, J. (2017): Recent advances in extraction of antioxidants from plant by-products processing industries. Food Quality and Safety, 2017, 1, 61–81.
- Suslick, K.S. (1990): Sonochemistry. Science 23 Mar 1990: Vol. 247, Issue 4949, pp. 1439-1445
알아두면 유용한 정보
카리오필렌
카리오필렌 또는 (−)-β-카리오필렌은 여러 에센셜 오일에서 발견되는 천연 이환식 세스퀴테르펜입니다. 다음 허브는 카리오필렌의 좋은 공급원으로 알려져 있습니다: 대마, 헴프(Cannabis sativa), 블랙 캐러웨이(Carum nigrum), 정향(Syzygium aromaticum), 홉(Humulus lupulus), 바질(Ocimum spp.), 오레가노(Origanum vulgare), 흑후추(Piper nigrum), 라벤더(Lavandula angustifolia), 로즈메리(Rosmarinus officinali), 코파이바 오일(Copaifera spp.). β-카리오필렌은 칸나비노이드 수용체 제2형(CB 2)에 강한 친화성을 보이지만 칸나비노이드 수용체 제1형(CB 1)에는 그렇지 않은 식물성 칸나비노이드입니다.
카리오필렌 옥사이드
카리오필렌 옥사이드(β-카리오필렌 옥사이드라고도 함)는 β-카리오필렌의 산화 유도체이며, 녹는점이 약 62°C인 백색 결정성 고체 분말입니다.
항염증, 국소 마취 및 항산화 효과로 높이 평가됩니다. 초기 연구에서는 카리오필렌 옥사이드가 암 치료를 위한 잠재적 약물일 수도 있음을 시사합니다. 카리오필렌 옥사이드는 사이클로부테인 고리의 일부이며, 이 고리는 널리 사용되는 화학요법 약물인 카보플라틴을 합성하기 위해 이미 의학 연구에 사용되고 있습니다.
카리오필렌의 올레핀이 에폭사이드로 변환된 카리오필렌 옥사이드는 식품 향미용으로 승인된 성분입니다.
β-카리오필렌과 β-카리오필렌 옥사이드는 모두 수용성이 낮아 세포로의 흡수가 저해됩니다. 이러한 세스퀴테르펜을 의약품이나 영양 보충제로 사용하기 위한 리포솜 내 캡슐화는 수성 유체에서 이러한 세스퀴테르펜의 낮은 용해도를 극복하고 생체이용률과 생물학적 활성을 보장합니다. 생리활성 화합물의 초음파 캡슐화에 대해 자세히 알아보려면 여기를 클릭하세요!
대마의 카리오필렌 옥사이드
칸나비스 사티바 식물에서 카리오필렌 옥사이드는 세 개의 이소프렌 단위로 구성된 세스퀴테르펜으로 발견됩니다. 카리오필렌 옥사이드는 대마 식물에서 가장 크고 가장 풍부한 테르펜 중 하나이며, 대마 특유의 향과 냄새를 만들어 냅니다. 초음파 추출은 풀 스펙트럼 칸나비디올 오일을 생산하는 데 성공적으로 적용되어 다양한 화합물의 앙투라지 효과가 나타나도록 합니다.
추출을 위한 초음파 캐비테이션
고출력 초음파가 액체에 유입되면 유체 내에서 압축과 팽창(희박화) 주기가 발생합니다. 희박화 중에는 액체 내에 공동, 즉 소위 캐비테이션 기포가 생성됩니다. 작은 진공 기포인 이러한 캐비테이션 기포는 음압이 작용하여 액체의 국소 인장 강도를 초과할 때 발생합니다. 진공 기포는 여러 차례의 압축 / 희박화 주기에 걸쳐 성장하다가 더 이상 에너지를 흡수할 수 없게 되면 내파적으로 붕괴합니다. 이러한 현상을 캐비테이션이라고 합니다. Suslick 교수의 연구(1990)에 따르면 캐비테이션 기포 내부에는 최대 5000 K의 온도, 1000기압의 압력, 1010 K/s를 초과하는 가열–냉각 속도 및 최대 280m/s 속도의 액체 제트라는 극한 조건이 형성되며, 이는 캐비테이션 영역에서 매우 높은 전단력과 난류로 나타납니다. 이러한 요인(압력, 열, 전단 및 난류)의 조합은 추출 공정에서 물질 전달을 가속하는 데 사용됩니다. 또한 이러한 국소적으로 발생하는 조건은 균질화, 유화 또는 분산과 같은 초음파 공정에도 사용됩니다.
초음파 추출은 음향 캐비테이션과 그에 따른 유체역학적 전단력을 기반으로 합니다
테르펜의 초음파 추출
초음파 추출의 원리는 고출력 초음파 에너지가 액체나 슬러리에 전달될 때 발생하는 두 가지 효과를 기반으로 합니다:
첫째, 용매(주변 액체 매질)가 세포 기질 안으로 밀려 들어갑니다. 캐비테이션의 진폭과 강도에 따라 액체 압력으로 세포벽에 구멍이 생기거나 세포벽이 파쇄됩니다.
둘째, 희박화 주기 중에 세포 내용물(즉, 세포 내 물질)이 세포 내부에서 씻겨 나옵니다. 초음파 추출 후에는 대상 화합물이 용매에 존재하며, 이를 용매에서 분리하면(예: 용매 증발을 통해) 최종적으로 순수한 추출물을 얻을 수 있습니다.
원료의 조성(예: 수분 함량, 침용 / 분쇄 정도 및 입자 크기)과 선택한 용매는 효율적이고 효과적인 초음파 추출 공정을 구현하는 데 매우 중요한 요인입니다. 초음파 공정 매개변수도 필수적입니다. 최상의 결과를 얻으려면 진폭, 압력, 온도 및 초음파 처리 시간을 설정하고 최적화해야 합니다.