초임계 이산화탄소를 이용한 은행잎에서의 flavonoids 추출(Ⅳ)

김영동, 유연우, 김  철

아주대학교  화학·생물 공학부

Extraction of flavonoids from ginkgo biloba by

supercritical carbon dioxide(Ⅳ)

Young-Dong Kim, Yeon-Woo Ryu and  Chul Kim

Division of Chemical Engineering and Biotechnology, Ajou University.

서 론

식물체로부터 유용한 생리 활성 물질인 천연물의 분리가 시도된 것은 18세기  말부터이며, 스웨덴의 약사 Scheele가 포도에서 tartatic acid, 레몬에서 citric acid, 사과에서 malic acid, 우유에서 lactic acid를 분리한 것이 근대 과학적 연구의 시초라고 볼 수 있다. 19세기 morphine이 분리된 이래 많은 alkaloid, terpenoid, steroid, flavonoid, 배당체 등이 분리되고 그 화학 구조가 밝혀졌다, 특히 flavonoid류는 노년기의 말초 및 대뇌동맥의 혈류 장애 치료에 널리 사용되고 있다[1]. 은행잎은 심장의 기능을 돕고 폐에 효험이 있으며 설사를 멎게 하고 심장 질환, 가래 천식, 수양성하리 등의 치료에 예로부터 한방에서 널리 이용되었는데 1990년대 초부터 시작된 은행잎의 성분 및 약효 연구로 수많은 종류의 화합물들이 밝혀졌고, 순환계 질병 예방, 노화방지제, 악취제거제, 경피흡수 촉진제, 해독제, 빈혈치료제 등에서 많은 국내외 특허가 출원 중이다.

은행잎의 성분으로는 flavonoid, deterpene, sesquiterpene, polyprenol, 유기산 및 polysaccharide 등이 보고되고 있다. 이중에서 flavonoid 성분은 은행잎 엑기스의 주성분으로 이를 대별하면 biflavone류, flavonol glycoside류, catechin류로 나눌 수 있고, 이들 flavonoid 성분의 함량은 은행잎 엑기스의 약 50%를 차지한다고 보고되고 있다[2]. Flavonoid 성분 중에서 우리의 관심 대상 물질은 flavonol로서 quercetin, kaempferol, isorhamnetin 등이 포함되며[3], 혈류의 확장과 증가, 노폐물의 흡착, 모세 혈관 강화 작용 등의 효과가 있다고 보고되고 있다[4].

은행잎으로부터 이들 화합물의 추출은 대개 용매 추출법을 사용하고 있다. 그러나 유기 용매 추출법은 추출 공정이 매우 복잡하고 선택성이 떨어질 뿐만 아니라 추출물에 잔존하는 추출 용매도 문제점으로 지적되고 있다. 이에 따라 천연 식물로부터 직접 추출하는 방법의 개발이 요구되고 있다. 최근 관심을 끌고 있는 초임계유체 추출법은 천연 식물로부터 유효 성분의 추출에 효과적임이 알려져 있다. 특히 은행잎으로부터 flavonoids 성분의 추출은 유기 용매 추출법보다 우수하다는 것이 입증되었으며, 본 연구에서는 보조 용매의 영향과 보조 용매의 양에 따른  은행잎에 함유된 flavonoids(quercetin, kaempferol, isorhamnetin)의 추출 효과를 검토하였다. 아울러 그에 따른 공정 개발의 기초연구로써 초임계 이산화탄소에 대한 flavonoids의 평형 용해도를 측정하고 용해도와 초임계 이산화탄소 밀도의 상관관계를 도출하고자 하였다.

실  험

1. 시약 및 장치

Standard 시약은 SIGMA사(U.S.A)의 순도95%의 kaempferol, quercetin과 Roth사의 isorhamnetin을 사용하였으며 은행잎은 2000년 9월 경기도 용인에서 채집한 은행잎을 자연 건조한 후 사용하였다. 실험 장치는 이산화탄소 주입부, 교반반응기 및 시료 채취부로 구성되어 있다. 온도 조절기가 달린 교반 항온조를 이용하여 반응기의 온도를 조절하였으며, 반응기 내부에 삽입된 thermocouple로 온도를 측정, ±0.5℃ 이내의 오차범위에서 온도를 일정하게 유지시켜 주었다.

2. 분석방법

Waters 510 HPLC pump와 UV detector를 이용하여 분석하였고 Column은 Akzo Nobel, Kromasil column (100-5 C18) 15cm×4.6mm를 사용하였다. Methanol과 1% 인산이 함유된 물을 이동상으로 하여, 초기 methanol의 부피가 35%에서 20분 후에는 70%인 gradient system으로 분석하였다. Flow rate는 1.2 ml/min으로 하였고 UV흡광도 365nm에서 측정하였다.

3. 실험방법

1) 건조 분쇄한 은행잎 1g을 methanol 20ml에  30분간 soaking한 후, 온도를      35℃∼70℃, 압력을 100∼250atm으로 변화시키면서 초임계 이산화탄소를      이용하여 Flavonoids를 추출하였다..

2) 보조 용매로 water를 사용하여 전체 부피의 0.4%, 0.8%, 1.2%가 되도록 첨가     하여 추출하였고,  ketone류로 acetone을 0.4%, 0.8% 첨가하여 methanol과     혼합 용매를 사용하여 추출하였다. 추출 반응 시간은 2시간으로 하였으며,       Sampling valve를 열어 초임계상에서 시료를 채취한 후 이산화탄소는 wet       test meter로 정량하여 방출하였다.

결과 및 토론

본 실험에서 초임계 이산화탄소를 사용하여 은행잎으로부터 Flavonoids를 추출하였다.  온도와 압력의 영향을 검토한 결과 flavonoids(kaempferol, quercetin)는 온도와 압력이 증가할수록 이산화탄소의 밀도와 확산도가 높아져 추출양이 증가하는 것이 확인되었다.  Fig. 1은 보조 용매로 water를 사용한 결과이다.  water의 양이 증가할수록 추출량이 급격히 감소하는 것이 관찰되었다. 이런 결과로부터  pH의 영향을 예측할 수 있었다. Fig. 2는 Acetone의 양을 증가시키며 실험한 결과이다.   초임계 이산화탄소에서 flavonoids의 평형용해도에 대한 압력 및 온도와의 상관관계는 Modified Chrastil Model과 Jun-Shun Yau의 Density-Dependent Correlation[6]을 사용하여 예측된 결과와 실측치를 비교 검토하였다. Fig 3과 Fig 4는 압력에 따른 Flavonoids의 용해도를 비교한 결과이다.  압력과 온도가 증가함에 따라 용해도는 증가하는 경향을 보여주고 있다.

참고 문헌

1. Krleglstein, J., Beck, T., "Influence of an extract of Ginkgo biloba on          cerebral blood flow and Betabolism", Life Ssience, 39, 2327-2334 (1986)

2. Agnoli, A., Rapin, J. R., Scapagnini, V. and Weitbrecht, W. V., "Effect of      Ginkgo biloba Extract on Organic Cerebral Impairment", John Libbey &       Company Ltd., London, 1-106 (1984)

3. Auguet, M. F., V. Defudis, F. Colste,  "Effect of an extract of Ginkgo         biloba on rabbit isolated aroa", Gen. Phamac., 13, 225 (1982)

4. Peter, V. R., J. Fisel and W. Wiesser, "Pharmacological study of the active     substance of Ginkgo biloba", Arzenimittel-Forsch, 16, 719 (1966)

5. Alessnadro Vetere, "A short-cut method to predict the solubilities of solids     in supercritical     carbon dioxide",  Fluid Phase Equilibria 148, 83-93,        (1998)

6. Jun-Shun Yau, Fuan-Nan Tsai, "Solubilities of Heavy n-Paraffins in          Supercritical CO2", J. Chem. Eng.. Data, 38. 171-174 (1993)