식물 성분을 추출하는 방법은 무엇인가요?

1 초음파 강화 추출 기술

초음파는 탄성 매질에서 전파되는 기계적 파동으로 주파수가 20kHz보다 크며 사람의 귀에 들리지 않습니다. 초음파의 응용은 주로 두 가지 측면에서 반영됩니다. 하나는 에너지 초음파의 응용, 즉 전력 초음파의 응용이고 다른 하나는 신호 초음파의 응용입니다. 전력초음파 응용기술 분야에서 최근 활발하게 활동하고 있는 분야는 초음파를 이용한 추출 강화 용매 추출 기술이다. 이와 관련하여 수행된 연구 및 응용 분야는 다음과 같습니다. 초음파를 사용하여 특징적인 식물에서 식물성 기름, 색소 및 향신료, 한약의 활성 성분, 홉의 쓴 맛, 기름, 독소 및 동물 조직의 잔류 농약을 추출합니다. 등.

1.1 초음파 강화 추출 원리 초음파는 파동과 에너지의 이중성을 갖고 있으며, 초음파 진동 에너지를 이용하면 물질의 구조, 상태, 기능이 변화될 수 있습니다. 또는 이러한 변화의 과정을 가속화합니다. 매체에 대한 초음파의 효과는 열 효과와 비열 효과로 나눌 수 있습니다[1]. 열 효과는 진동 중에 매체의 기계적 에너지가 열 에너지로 변환되는 것을 말합니다. 계산된 열 에너지의 양은 다음과 관련됩니다. 매체의 소리 강도 흡수 계수, 초음파 소리 강도 및 초음파 작용 시간에 비례합니다. 특정 소리 강도에서 발생하는 열과 가열 효과는 매우 제한적이므로 추출에 큰 의미가 없습니다. 향상된 추출에 주도적인 역할을 하는 것은 초음파의 비열 효과입니다. 비열 효과에는 기계적 작용과 캐비테이션이라는 두 가지 주요 형태가 있습니다. 전자는 매체의 전파 과정에서 초음파에 의해 발생하는 매체 입자의 교대로 압축 및 팽창을 나타냅니다. 입자의 진동 변위와 속도는 크게 변하지 않지만 가속도는 특히 큰 크기에 도달할 수 있습니다. 이러한 대규모 가속은 추출 세포에 대한 용매의 투과성을 크게 증가시키고 물질 전달 과정을 강화하여 추출 과정을 강화할 수 있습니다. 대조적으로, 초음파의 캐비테이션 효과는 추출 강화의 주요 원인입니다. 초음파 캐비테이션은 음파의 작용에 따라 액체 내 작은 기포 핵이 활성화되는 것을 말하며, 이는 기포 핵의 진동, 성장, 수축, 심지어 붕괴와 같은 일련의 동적 과정으로 나타납니다. 다양한 표현에 따르면 캐비테이션은 정상 상태 캐비테이션과 과도 캐비테이션의 두 가지 형태를 가질 수 있습니다. 정상 상태 캐비테이션은 낮은 소리 강도의 작용으로 발생하며 캐비테이션 기포는 여러 기간 동안 비선형 방식으로 매체에서 진동합니다. 진동 과정에서 캐비테이션 기포 주변의 미세 흐름은 용액의 다른 입자에 큰 접선력을 생성하여 용매가 세포에 침투하는 데 도움이 됩니다. 또한 저강도 초음파는 세포 주위에 미세흐름을 형성할 수 있을 뿐만 아니라 동식물 세포의 세포내 순환을 만들어 세포막을 손상시키거나 온도를 높여 물질 전달 과정을 증가시키지 않으면서도 세포막과 세포벽의 투과성을 향상시킨다. 매체의. 초음파의 일시적인 캐비테이션은 강한 음파의 작용으로 발생하며, 붕괴되는 동안 최대 5000K의 국부적 핫스팟이 형성됩니다. 압력은 수백 또는 수천 기압에 도달할 수 있습니다. 고압이 방출되면 강력한 충격파(균질) 또는 고속 제트(이종)가 액체에 형성됩니다. 추출 시, 이 강력한 충돌 흐름은 용매와 수상 사이의 차단층을 효과적으로 감소 및 제거하여 물질 전달 속도를 증가시킬 수 있습니다. 동시에 충격 흐름은 동물 및 식물 세포 조직에 물리적 전단력을 생성하여 변형, 파열 및 내용물 방출을 유발하여 추출 과정을 크게 가속화합니다.

1.2 초음파 강화 추출의 특징 초음파에 의해 생성되는 강한 진동 및 캐비테이션 효과를 사용하면 추출 효율을 높이고 추출물의 품질을 향상시키며 수율을 높이고 비용을 절감할 수 있다는 많은 연구 결과가 있습니다. 고온 추출 공정은 일부 열에 민감한 구성 요소에 부정적인 영향을 미칩니다. 이는 한의학의 추출에 있어 매우 중요한 의미를 지닌다.

기존의 끓이는 방식이나 알코올 추출 방식은 다양한 성분의 추출 과정에서 긴 침출 시간, 고온, 유효성분의 긴 가열 과정, 불순물의 과도한 침출, 에너지 소모 등 다양한 문제를 안고 있다. , 낮은 원료 활용도 및 기타 문제로 인해 초음파 강화 추출 기술을 사용하면 위의 단점을 극복할 수 있으며 경제적 이점이 높습니다.

1.3 초음파 강화 추출의 적용 한약재 성분 추출에 초음파를 적용하는 방법은 주로 다음과 같습니다[1, 2]. ① 식물에서 알칼로이드 추출. 기존 방법을 사용하여 식물에서 알칼로이드를 추출하는 것은 일반적으로 시간이 많이 걸리고 노동 집약적이며 비효율적이지만 초음파 기술의 도움으로 상당한 결과를 얻을 수 있습니다. 예를 들어 흰독말풀 잎에서 흰독말풀 알칼로이드를 추출하고, 벨라도나에서 익모초의 총알칼로이드를 추출하고, 양귀비에서 모르핀을 추출하는 실습에서는 냉침침법과 가용화법에 비해 초음파법이 더 우수하다는 것이 입증됐다. 이 방법은 공정이 간단하고 추출률이 높으며 속도가 빠르고 효과가 좋다. ②식물에서 배당체를 추출합니다. 한약의 정량 분석에서는 한약의 유효성분을 측정해야 하고, 검체를 측정해야 하는데, 기존의 달임법이나 환류법에 따라 준비하는 것은 시간이 많이 걸리고 비효율적이다. 초음파 방법을 적용하면 시간과 효율성 문제를 해결할 수 있습니다. 예를 들어, 냉침침법, 에탄올용액 환류법(속슬렛 추출법) 또는 가열조리법 및 열알칼리 추출에 관계없이 Acanthopanax senticosus에서 시린고시드 시료 추출, Sophora japonica에서 방향족 배당체 추출, Gastrodia elata에서 가스트로딘 및 가스트로딘 아글리콘 추출 - 물을 용매로 하는 산침전법으로 추출속도를 크게 향상시킬 수 있으며 공정이 간단하고 빠르다. ③기타 약용성분의 추출. 추출에 대한 초음파의 영향은 조직 세포의 파괴와 관련이 있으며, 이는 세포의 용해성 성분을 더 잘 방출하고 용매 분자가 조직 세포에 침투할 수 있도록 합니다.

초음파의 파괴효과는 세포벽이 강한 일부 식물세포에 적용되어 1000분의 1초도 안 되는 매우 짧은 순간에 세포가 파열되게 하는 효과가 있으며, 세포가 파열되면 효소, 호르몬, 비타민 등 신선한 생물학적 활성물질이 추출되었습니다. 초음파는 로진, 커피, 차, 은행잎에 함유된 플라보노이드, 차 폴리페놀, 동식물 단백질 등 성분의 추출을 강화하는 데에도 사용할 수 있습니다. 또한, 초음파는 방향성 식물로부터 천연 향미를 추출하는데 특별한 역할을 하는데, 즉 추출 과정에서 추출물 고유의 향미를 ​​유지하고 이들 물질의 휘발을 최소화할 수 있다. 마지막으로, 오일 추출에 있어서 초음파 추출의 연구 및 적용이 매우 활발하며, 스타 아니스 오일, 아몬드 오일, 정향 오일, 들깨 오일, 달맞이꽃 오일 등의 추출과 관련된 실험 및 응용이 매우 활발합니다.

2 마이크로파 강화 추출 기술

마이크로파는 전파 중 가장 짧은 파장 대역(파장 30MHz~300GHz)이다. 열전도, 열복사 등을 통해 외부에서 내부로 진행되는 기존 열추출과 달리, 마이크로웨이브 강화 추출은 쌍극자 회전과 이온 전도를 이용해 내부와 외부를 동시에 가열해 추출 속도를 높인다. 전자레인지 추출은 한약재에서 유효성분을 추출하는 신기술이다.

2.1 마이크로파 강화 추출 원리 물질이 흡수하는 마이크로파 에너지의 양은 물질 자체의 유전 상수에 따라 달라집니다. 유전 상수가 28보다 크면 분자 내 순 분자 커플 모멘트는 다음과 같습니다. 더 크고, 마이크로파장에서는 균일한 순간을 생성하는 그룹이 마이크로파와 동일한 주파수로 진동하여 많은 양의 열을 발생시킵니다. 이러한 물질을 "마이크로파 자체 발열 물질"이라고 하며, 유전율이 28 미만인 물질은 마이크로파 장에서 열을 거의 발생하지 않으며 "마이크로파 투명 물질"이라고 합니다. 전자레인지 추출 기술은 추출된 한약 성분이 전자레인지 자체 발열 물질이고, 추출 용매는 전자레인지 투명 물질이어야 합니다. 이러한 방식으로, 마이크로파 흡수 능력의 차이로 인해 추출 시스템의 매트릭스 재료 또는 특정 구성 요소의 특정 영역이 선택적으로 가열되어 추출된 재료가 매트릭스 또는 시스템에서 분리되어 마이크로파 제어 환경으로 들어가게 됩니다. 유전 상수가 상대적으로 낮은 추출 용매에서.

마이크로파 강화 추출 메커니즘은 마이크로파 에너지의 작용에서 비롯됩니다[3]. 한편, 마이크로파 방사 과정은 고주파 전자기파가 추출 매체를 관통하여 내부 혈관 다발에 도달한다는 것입니다. 그리고 물질의 선세포 시스템. 재료의 혈관 다발과 선세포 시스템은 수분 함량이 높고 물은 마이크로파 작용에 특히 민감한 극성 분자이기 때문에 마이크로파 에너지를 흡수하고 빠르게 가열되어 내부 압력이 증가합니다. 세포의 세포벽 확장 능력을 초과하여 세포가 파열됩니다. 낮은 온도 조건에서 세포 속 활성 성분이 빠져나오고 특정 성분의 추출이 완료됩니다. 반면, 마이크로파에 의해 생성된 전자기장은 추출된 성분이 추출 용매 계면으로 확산되는 속도를 가속화합니다. 물을 용매로 사용하면 마이크로파 장 하에서 물 분자가 들뜬 상태가 되어 24억 5천만 회/초의 속도로, 물 분자가 기화하여 추출된 성분의 추진력을 강화하거나 물 분자 자체가 에너지를 방출하여 바닥 상태로 돌아가는 교환 운동입니다. 방출된 에너지는 다른 물질 분자로 전달되어 열 운동을 가속화하고 추출 성분의 분자가 물질 내부에서 추출 용매의 계면으로 확산되는 시간을 단축하여 추출 속도를 크게 높이는 동시에 감소시킵니다. 추출 온도 및 추출 품질을 최대한 보장합니다.

2.2 마이크로웨이브 강화 추출의 특징 마이크로웨이브 강화 추출은 선택적 추출, 짧은 작업 시간, 낮은 용매 소비, 높은 활성 성분 획득률, 용이한 생산 관리, 환경 보호, 간단한 생산 라인 구성, 투자 절약 등 일련의 장점. 특히 한약 추출의 경우 서로 다른 극성의 용매를 사용하여 선택적으로 추출하면 성분을 쉽게 스크리닝하고 결정할 수 있습니다. 전자레인지 급속 용매 추출은 완전 자동이며 높은 반복성을 가지며 보다 빠르게 발견, 개발 및 분석할 수 있습니다. 한약재를 활용해보세요. 동시에 마이크로파 추출은 추출 전 시료를 건조할 필요가 없으므로 강력한 극성 활성화 기술, 내장된 극성 가열 및 극성 비극성 시약 기술을 개선 및 채택하여 다른 추출 기술보다 매트릭스에 미치는 영향이 적습니다. , 비극성 극성 시약은 마이크로파 장 하에서 빠르게 가열 및 분극화될 수 있으므로 마이크로파 급속 용매 추출 기술을 극성 및 비극성 시약을 포함한 다양한 시약에 널리 적용할 수 있습니다. 마이크로파 추출은 용매 친화력에 의해 제한되지 않으므로 선택할 수 있는 용매가 많이 있습니다. 현재 성숙한 용매 추출 방법은 마이크로파 급속 용매 추출을 통해 수행할 수 있습니다. 일반적으로 극성 시료는 메탄올, 물과 같은 극성 용매와 비극성 용매를 사용합니다. 용매 극성 시료에는 n-헥산과 같은 비극성 용매를 사용하십시오.

선택적 추출 - 추출 시스템의 다양한 구성 요소를 선택적으로 가열하는 특성으로 인해 마이크로파 추출은 매트릭스에서 대상 구성 요소를 직접 분리할 수 있는 유일한 추출 프로세스입니다. 화학용매추출법은 에너지 소모가 많고, 소모품 소모가 많고, 시간이 오래 걸리고, 추출 효율이 낮고, 산업 오염의 원인이 크다. 초임계 유체 추출법은 추출 효율을 크게 향상시켰으나, 이 방법은 복잡한 장비가 필요하고, 용매 선택의 폭이 좁으며, 고압용기와 고압펌프가 필요하므로 투자비용이 상대적으로 높다. 이에 비해 마이크로파 추출 방법은 명백하고 포괄적인 장점을 가지고 있습니다.

2.3 전자레인지 강화 추출 적용 현재 우리나라에서는 칡뿌리, 차, 은행나무 등 많은 한약재의 추출 생산 라인에 전자레인지 추출이 사용되고 있습니다. 한의학 연구 기관의 과학 연구원들은 정향 오일, 아르테미시닌, 에페드린, 페퍼민트 및 마늘 오일의 추출을 포함하여 수백 가지 한약을 처리하기 위해 마이크로파 추출 방법을 사용했습니다.

알파인 살리드로사이드 추출에 있어서 침투된 홍경천 뿌리 줄기를 먼저 마이크로파로 처리한 후 물이나 유기용매를 첨가하여 살리드로사이드 추출물을 추출하는 방법과 에탄올용액 환류법(코드)의 결과는 마이크로웨이브 방법이 추출 시간을 크게 단축시키는 것으로 나타났다. 동일한 양의 물질을 추출하는 데 시간이 걸리고 추출 품질이 가장 좋습니다. 마이크로파 기술을 이용한 마황의 에페드린 침출량에 대한 실험적 연구에서도 마이크로파 기술을 이용한 마황의 에페드린 침출량이 기존 달임법에 비해 월등히 우수한 것으로 나타났습니다.

마이크로파는 식물 세포나 조직에 따라 효과가 다르기 때문에 세포 내 제품의 방출에는 특정 선택성이 있으므로 제품의 특성과 세포 내 위치에 따라 적용을 다르게 해야 합니다. 처리 방법. 문헌[4]에서는 대황과 계피의 서로 다른 극성의 안트라퀴논, 인동덩굴의 클로로겐산, 해골의 바이칼린을 지표 성분으로 사용하고, 직교 실험 설계 방법을 사용하여 분석을 통해 마이크로파 추출이 추출율을 조사한 것으로 생각됩니다. 형태학적 구조가 다른 한약재의 추출은 선택적이지만 극성 성분이 다른 한약재의 추출 선택성은 크지 않습니다.

3 초임계 추출 기술

초임계 추출 기술은 최근 몇 년간 급속히 발전한 새로운 추출 기술로, 한의학 연구 분야에서도 응용이 급속히 증가하고 있다. 1990년대. 초임계 추출은 초임계 조건의 유체를 용매로 사용하여 액체나 고체에서 특정 성분을 추출하고 분리하는 기술입니다. 초임계유체(超임계유체)는 임계온도, 임계압력 이상에서 유체 형태로 존재하는 물질로, 흔히 사용되는 초임계유체는 이산화탄소이다.

3.1 초임계 추출(SFE) 원리 SFE는 초임계 유체의 특수한 성질을 이용하여 화학물질을 분리하는 기술입니다. 초임계 유체(SCF)는 가스의 점도와 확산 계수가 낮고 액체의 밀도가 높기 때문에 열 전달, 물질 전달 및 투과성이 좋으며 많은 물질에 대한 용해력이 강합니다. SCF의 물리적, 화학적 특성은 임계점 근처의 온도 및 압력 변화에 매우 민감합니다. 즉, 압력과 온도를 사용하여 소량과 같은 소량의 유기 용매의 특성을 지속적으로 조정할 수 있습니다. 동행자의 변화는 SCF의 특성을 크게 변화시킬 수도 있습니다[6,7]. 따라서 우수한 투과성과 강력한 용해력을 이용하여 초임계 유체를 피처리 물질과 접촉시켜 특정 성분을 선택적으로 용해시키며, 폐쇄계의 압력에 따라 초임계 유체의 밀도와 유전율이 증가하게 됩니다. 증가하면 극성이 증가하며 프로그램 부스트를 사용하여 서로 다른 극성의 구성 요소를 부분적으로 추출할 수 있습니다. 추출이 완료된 후 시스템의 온도 또는 압력을 변경하여 초임계 유체를 일반 가스로 전환하고 물질에서 추출된 성분을 완전히 또는 기본적으로 완전히 침전시켜 추출 및 분리 목적을 달성할 수 있습니다.

3.2 초임계 추출의 특징 전통적인 약학 방법과 비교하여 한약의 개발 및 생산에 초임계 추출 기술을 사용하면 다음과 같은 독특한 장점이 있습니다[8]: ① 강력한 추출 능력, 높은 추출 속도 활성 성분의 함량이 높아 제품 수율과 자원 활용도가 크게 향상됩니다. ② 추출된 물질에는 특정 선택성이 있는데 이는 주로 물질의 극성, 끓는점 및 분자량과 관련이 있습니다. 선택적 추출은 한의학의 다양한 물질의 분리에 유리하고, 불순물을 감소시키며, 한의학의 유효성분을 고농도로 풍부하게 하며, 품질관리에도 유리합니다. ③ 상온에서 작동이 가능하며 특히 휘발성 및 열에 민감한 물질의 추출에 적합합니다. 추출물의 "순수한 자연성"을 보장하고 열에 민감한 성분의 산화 및 분산을 효과적으로 방지할 수 있습니다. ④추출 속도가 빠르고 추출 시간이 짧습니다. 초임계 유체 추출 장치는 추출과 분리를 통합하여 빠른 추출 속도, 고효율 및 간단한 작동으로 공정 흐름을 크게 단축합니다. ⑤작동 매개 변수는 제어하기 쉽고 활성 성분 및 제품의 품질을 보장할 수 있습니다. 용매 잔류물이 없는 고순도 제품을 얻을 수 있습니다. ⑥ 전통적인 방법으로는 추출할 수 없는 많은 물질을 추출할 수 있으며, 한의학에서 새로운 성분의 발굴이 용이하여 새로운 약리효과를 발굴하고 신약을 개발할 수 있습니다. ⑦ 한약재의 품질분석을 위한 효율적인 분석방법으로 활용될 수 있다. ⑧공정이 간단하고 에너지 소비를 절약하며 오염을 억제합니다.

3.3 초임계 추출 적용 지난 10년 동안 SFE-CO2 기술은 한약 생산 분야에서 널리 사용되었습니다. CO2 유체는 비극성이므로 휘발성 성분을 추출하는 데 특히 적합합니다. 온도, 압력을 조정하고 적절한 변형제를 첨가하면 휘발성 오일, 알칼로이드, 페닐프로파노이드, 플라보노이드, 유기 페놀산, 배당체 및 천연 색소를 한약에서 추출할 수 있습니다. 이 기술은 추출 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 열적으로 불안정하고 쉽게 산화되는 성분과 추출 함량이 낮은 성분을 다수 보존합니다. 한약의 추출 및 분리에 대한 적용은 여러 측면에 반영됩니다. 단일 성분 또는 유사한 극성을 가진 여러 성분의 추출 및 분리를 포함하여 단일 한약의 활성 성분의 추출 및 분리; 약초 제조 추출물 및 기타 단위 작업 필요한 활성 성분을 추출하고 분리하는 응용 프로그램과 스펙트럼 및 크로마토그래피 분석 방법을 결합하면 전통 한약의 활성 성분에 대한 보다 정확하고 효과적인 정량 분석을 수행할 수 있습니다. 초임계 추출은 은행잎, 인동덩굴, 백작약 뿌리, 노란 꽃대, 생강, 당귀 뿌리, 코스투스, 마늘, 산자나무, 샐비어, 벨벳 잔디 등

특히 제약산업의 다음 분야에서 초임계 추출이 더욱 빠르게 발전할 것이라는 점은 주목할 만하다.

의약품 화합물에서 활성 성분을 추출하고, 한약재, 나무껍질 및 뿌리줄기에서 활성 성분 또는 중간 원료를 추출하고, 천연 의약품에서 알칼로이드를 추출합니다.

요약하자면, 초임계 추출 기술은 고유한 장점으로 인해 열에 의해 본래의 색, 향, 맛이 파괴되지 않고 열 민감도도 보장할 수 있습니다. 쉽게 산화되는 물질은 파괴되지 않으며, 추출 과정에서 추출물을 동시에 분리하고 정제할 수 있으므로 현대 한의학 침출에서 초임계 추출 기술의 중요성과 역할은 더욱 커질 것입니다.