아임계 및 초임계유체를 이용한 갈조류 (모자반)으로부터 생리활성 물질 회수 및 특성

Abstract

해조류 는 해양 환경에 잠재적인 신 재생 자원 이다. 그것은 인간의 건강 기능식품으로 활용되어질 수 있는 잠재성이 높은 밝혀지지 않은 생리활성 화합물 중의 하나 이다. 해조류 는 카로티노이드 카로티노이드, 식이 섬유, 단백질, 비타민, 필수 지방산, 미네랄 등 생리 활성 화합물 을 함유한 우수한 바이오 소재 를 제공한다. 또한, 해조류 는 항산화 및 항균 특성을 갖는 생리 활성 물질 이 풍부한 자원이므로 , 해조류 의 기능적 효과 중, 영양 및 건강 관련 이점은 널리 연구되고있다. 대부분 의 해조류 는은 항 암, 항 곰팡이, 항 염증, 항산화 및 넓은 범위의 생물학적 생물학적 활성을 갖는다. 일반적으로 유용물질이 함유된 화합물을 얻기 위해서는 핵산, 메탄올 , 에탄올 등과 같은 유기용매 사용법 을 적용하고 적용하고 있다. 그러나 최근에는, 유기 용매 사용법에서 발생하는 문제점들을 문제점들을 해결하기 위해 친환경적인 방법을 사용하고 있다 . 해조류 (모자반)에 존재하는 유용물질을 유용물질을 회수하기 위하여 다양한 용매 (아세톤, 헥산, 메탄올, 에탄올, 헥산의 혼합 에탄올 및 아세톤의 혼합 메탄올)와 환경 친화적 용매 인 초임계 이산화탄소 이산화탄소 (SC-CO2)를 사용하여 추출 하였다. SC-CO2 추출 실험은 온도 45oC와 압력 250bar조건 에서 실험 하였다. CO2 (26.81g / 분)의 유량은 2 시간의 추출기간 동안 일정하 게 유지시켰으며, 에탄올을 보조 용매로 사용하였다. 유기용매 추출은 5가지 상이한 용매 (아세톤, 헥산, 메탄올, 에탄올, 헥산의 혼합 에탄올 및 아세톤의 혼합 메탄올)를 시료 와 혼합 (10:1 W/V) 시켜 수행 하였고, 25°C 의 빛이 차단된 장소 에서 200ml 플라스크에 마그네틱바로 24 시간 교반하였다. Fucoxanthin 및 오일 의 지방산 조성 은 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC) 와 가스크로마토그래피 (GC)를 이용하여 분석 하였다. SC-CO2와 에탄올 을 보조용매로 사용하 추출한 모자반의 항산화 특성은 서로 다른 유기용매를 사용하여 추출한 것 보다 높은 활성을 보였다. SC-CO2 와 에탄올 을 사용한 추출 오일 의 DPPH 항산화 활성은 68.38 ± 1.21% 를 나타내었고, TFC함량은5.571 ± 0.015mg/g 을 보였다 보였다. ABTS 항산화 활성은 헥산 추출물에서 92.39 ± 1.25% 를 보였고, 메탄올 추출물의 TPC는0.639 ± 0.023mg/g 의 함량을 보였다. 항 고혈압제 활성은SC-CO2 와 에탄올 추출물에서 크게 나타내었다 나타내었다. SC-CO2 추출 후 회수된 잔여물 은 아임계 수를 사용하여 짧은 반응 시간에서 전환시켜 분해된 생성물을 생성물을 회수하였다. 실험은 15-220bar의 압력 과 180-260℃ 의 반응온도 조건에서 수행 하였다. 시료와 물의 비율은 1:25 이고 각 조건의 반응 시간은 3분으로 유지하였다. 실고압 펌프는 초기 압력 1 막대를 얻기 위해 반응기에 물 탱크로부터 흐르도록 도포 하였다 하였다. 각 조건에서 수행된 가수 분해 물을 수득하 였고, 전홤 물질을 분석 하였다. 포름산과 중탄산 나트륨 1% 를 촉매로 사용하였다. 가수 분해 수율은 높은 온도 와 촉매를 첨가하였을 때 높게나타내었다 게나타내었다. 260oC / 200bar 에서 촉매 를 첨가한 모자반의 항산화 특성은 DPPH, ABTS, TPC 와 TFC 가 각각20.05 ± 0.031%, 94.02 ± 0.058%, 200.84 ± 0.024ug/L 와552.87 ± 0.018ug/L로 다른 조건보다 조건보다 가장 좋은 활성을 보였다. 촉매 를 첨가하였을 때, 낮은 온도에서 온도에서 총 환원당의 함량이 높게 왔다. 180°C / 15 bar 조건에서 촉매 를 첨가하여 가수분해 하였을 때 총 유기탄소 함량이 높았다 . 항 고혈압 활성은 180°C / 15 bar 조건 의 가수분해 반응 에서 높게 나타내었다 나타내었다. 가수분해물에서 8개의 필수 아미노산을 포함한 21 가지의 가지의 아미노산이 검출 되었다. 또한 색상 및 pH 는 조건에 따라 상이한 상이한 값을 나타내었다. 아임계수를 이용한 가수분해법은 복잡하고 분자량이 큰 탄수화물 결합을 간단 하게 분해하는데 효과적이었다. 아임계 수를 사용하여 생산된 가수분해물질은 유용한 바이오 화합물을 함유하고 있으므로 식품산업과 바이오산업에 적용될 수 있다.

Seaweed is a potential renewable resource in the marine environment. It has unexplored bioactive compounds, which could be potentially utlized as functional food for human health. Seaweed provides for an excellent source of bioactive compounds such as carotenoid, dietary fiber, protein, vitamins, essential fatty acid, and minerals. Interestingly, seaweeds are a rich source of phytochemicals having antioxidant and antimicrobial properties. Among the functional effects of the seaweed, nutritional and health-related benefits have been widely studied. Most of seaweed has the anti-tumor, antifungal, anti-inflammatory, antioxidant and a wide range of biological activities. Generally, depolymerization methods have been done by traditional methods, e.g. organic solvents, using hexane, methanol or ethanol. Nowadays, many researchers have been competed to find new green technology methods which prevent the usage of harsh chemical solvents. Sub- and supercritical fluid extractions are environment-friendly technique which uses water as main solvent. Seaweed (Sargassum honeri) was extracted using different solvents (acetone, hexane, methanol, ethanol, hexane mix ethanol and acetone mix methanol) and an environment-friendly solvent supercritical carbon dioxide (SC-CO2). The SC-CO2 was maintained at a temperature of 45 oC under the pressure of 250 bar. The flow rate of CO2 (26.81 g/min) was constant during the entire 2 h extraction period, ethanol (96%) was used as a co-solvent. Five different solvents (acetone, hexane, methanol, ethanol, hexane mix ethanol and acetone mix methanol) were used to extract and been run in a 200 mL flask with magnetic stirring overnight under the dark at 25 ºC and the ratio of material to solvent was 1:10 (w/v). Fucoxanthin and the factty acid composition of the oil were analyzed using high performance liquid chromatography and gas chromatography. Antioxidant properties of S. honeri extracted using SC-CO2 with ethanol and different solvents were showed the different activities. The highest activity belongs to the SC-CO2 with ethanol extracted oil with DPPH and TFC were 68.38 ± 1.21 % and 5.571 ± 0.015 mg/g, respectively. The ABTS and TPC were shown the highest activity belongs to the hexane extracted oil (92.39 ± 1.25 %) and methanol extracted oil (0.639 ± 0.023 mg/g). Antihypertensive activity was found in different solvents extraction oil. Depolymerization experiments using subcritical water hydrolysis were conducted on the SC-CO2 extracted resduies at short residence times to evaluate decomposition products. The experiment conditions were performed between 180 oC to 260 oC for the reaction temperatures and 15 bar to 220 bar for the pressures. The ratio of material and water was 1:25 (w/v) and the reaction time of each condition was maintained for 3 min. High pressure pump was applied for flow water from tank to reactor for getting 1 bar initial pressure. An aqueous solution was obtained after hydrolysis process and was prepared for further analysis. The mixture of 1% formic acid and 1% sodium bicarbonate was used as catalyst. The hydrolysis yield was found higher on the treatment with catalyst addition at higher temperature. Antioxidant properties of S. honeri at 260 oC / 200 bar with catalyst addition was showed the best activity than other conditions, with the value of DPPH, ABTS, TPC and TFC of 20.05 ± 0.031 %, 94.02 ± 0.058 %, 200.84 ± 0.024 ug/L and 552.87 ± 0.018 ug/L, respectively. The recoveries of total sugar and reducing sugar at low temperature with catalyst addition were higher than those of other conditions. Hydrolysis treatment at 180 oC/ 15 bar with catalyst addition was the optimum condition to get high recovery of total organic carbon. Antihypertensive activity was found higher at 180 °C/ 15 bar condition. Twenty-one indentified amino acids were found in hydrolyzates in cluding eight essential amino acids. Color and pH also found different value in different condition. Subcritical water hydrolysis has been proved to decompose complex carbohydrate bonds to simpler bonds. Hydrolysate produced by subcritical water can produce bio-potential compounds which can be applied into food and bio industries.