본 연구에서는 두 가지 온도수준 ( \( 30^{\circ} \mathrm{C} \) 와 \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) )에서 다양한 용매들의 베타-카로틴 추출 효율을 분석하였다. 용매의 종류와 상관없이, \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) 에서의 추출 수율이 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \) 에서의 수율보다 크게 높았으며, 아세톤을 사용한 경우 가장 낮은 반면, IBA 사용 시 가장 높은 수율을 보였다. 그러나 \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) 이상의 높은 온도에서는 베타-카로틴의 분해가 촉진될 수 있으므로, 추출에 가장 적절한 온도는 \( 50^{\circ} \mathrm{C}-60^{\circ} \mathrm{C} \) 로 판단되었다. 두 가지 극성 용매와 비극성 용매인 n-헵탄을 비교 대상으로 선정하였다.
<p>두 온도수준 \( \left(30^{\circ} \mathrm{C}\right. \) 와 \( \left.50^{\circ} \mathrm{C}\right) \) 에서 용매들의 추출 성능을 비교하였다. 상온에서 추출하는 경우롤 예상하여 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \) 를 하한온도로 설정하고 검토 용매 중 끓는점이 가장 낮은 아세톤의 끓는점 \( \left(56^{\circ} \mathrm{C}\right) \) 을 고려하여 \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) 를 상한온도로 설정하였다. 미국FDA에서는 식품용 물질 추출에 사용가능한 용매를 발표하였는데, 아세톤, IBA, n-헵탄이 여기에 포함된다. 본 연구에서는 이들 세 가지 용매들의 추출성능을 비교하였다. 아세톤은 핵산을 대신하여 카로테노이드 추출용매로 많이 사용하고 있고, 최근에는 IBA를 베타-카로틴 추출에 이용하려는 시도가 있다. 한편 두 용매가 극성인 케톤기를 갖고 있는 반면, 극성기가 없는 n-헵탄도 비표대상으 로 선정하였다. Fig. 3에 나타내었듯이, 용매의 종류에 관계 없이 \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 추출되는 베타-카로틴의 수율은 \( 30^{\circ} \mathrm{C} \) 에서의 값보다 월등히 높았다. 이는 높은 온도에서 추출용매가 세포내부로 침투하기가 더욱 용이하고, 특히 추출용매에 대한 베타-카로틴의 용해도가 중가하기 때문인 것으로 여겨진다.</p> <p>한편 추출온도에 관계없이 베타-카로틴 추출수율은 아세톤을 사용한 경우 제일 낮은 반면, IBA를 사용한 경우에 제일 높았다. 즉, \( 50^{\circ} \mathrm{C} \) 에서 \( \mathrm{n} \)-헵탄과 \( \mathrm{IBA} \) 에 의해 추출된 베타-카로틴 수율은 각각 \( 18.5 \) 와 \( 30.3 \mathrm{mg}-\beta \)-carotene/g-dry cells로서 아세톤에 의해 추출된 것에 비해 각각 \( 4.3 \) 배 와 \( 7.6 \) 배 높았다. Fig. 4는 \( \mathrm{IBA} \) 와 아세톤의 추출성능을 명확히 보여준다. 이와 같은 결과는 베타-카로틴 추출에 널리 사용되는 아세톤의 추출 성능은 높지 않은 반면, IBA가 이를 대체할 우수한 성능을 갖는 추출용매로 사용될 수 있음을 나타낸다. 또한 추출온도를 높게 유지하는 것이 베타-카로틴 추출에 효과적임을 알 수 있다. 그러나 너무 높은 온도의 사용은 추출되는 베타-카로틴의 분해를 촉진시킬 가능성이 있으므로, \( 50^{\circ} \mathrm{C}-60^{\circ} \mathrm{C} \) 가 추출에 적당한 온도로 여겨진다.</p> <p>유기용매를 이용한 베타-카로틴 추출은 세포로부터 베타-카로틴을 추출하는 단계와 추출된 베타-카로틴을 용액 안에 가두어두는 단계(용해)를 포함한 총 2 단계로 구성될 수 있다. 따라서 베타-카로틴 추출용매는 추출뿐만 아니라 용해시키는 능력이 우수해야한다. IBA, 아세톤, 올리브유, 및 이들의 혼합액을 이용한 추출실험을 수행함으로써 IBA 또는 아세톤을 이용한 베타-카로틴 추출에 있어서의 율속단계를 규명하였다. Fig. 5에 나타내었듯이, 수수한 용매를 이용한 추출에서 수율은 \( \mathrm{IBA} \) 가 가장 높았고, 오일이 중간이었으며, 아세톤이 가장 낮았다. \( \mathrm{IBA} \) 와 아세톤을 동일부피비로 혼합한 용액에서 추출수율은 예상치인 15.7보다 작은 \( 9.8 \mathrm{mg}-\beta \) -carotene/g-cells인 반면, 아세톤과 올리브유를 동일부피비로 혼합한 용액에서의 추출수율은 예상치인 10.7보다 훨씬 높으며 올리브유만을 사용한 경우보다도 높은 \( 27.1 \mathrm{mg}-\beta \) -carotene/g-cells였다. 한편 IBA와 올리브유를 동일비율로 혼합한 용액에서의 추출 수율은 예상치와 비슷한 \( 26.6 \mathrm{mg}-\beta \) -carotene/g-cells였다. 이와 같은 결과로부터 아세톤의 베타-카로틴에 대한 용해도가 높지 않아 추출되어 나올 수 있는 베타-카로틴의 양에 한계가 있으나 용해도가 높은 오일을 보조적으로 사용 시, 추출수율이 월등히 향상된 것으로 보아 아세톤의 추출능력은 높은 것을 알 수 있다. 따라서 아세톤에 의한 추출과정에서 율속단계는 추출된 베타-카로틴을 용해시키는 과정이라고 여겨진다. 오일은 베타-카로틴에 대한 용해도는 우수하나, 추출능력은 그다지 높지 않은 것으로 여겨지며 이를 이용한 추출에서 추출단계가 율속단계라고 여겨진다. 한편 IBA는 추출성능 뿐만 아니라 베타-카로틴 용해도도 우수하다고 여겨진다. 결론적으로 미국 FDA가 제시하는 가이드라인과 추출성능을 고려하여 재조합 대장균으로부터 베타-카로틴 추출에 IBA가 가장 적합한 용매로 사용될 수 있다고 판단된다.</p>