연구는 생리활성이 우수한 생물소재를 활용하기 위해, 초음파 추출법을 사용하여 청나래고사리로부터 천연 항산화제를 추출하기 적합한 추출공정을 개발하기 위한 기초자료를 제시하기 위한 연구이다. 초음파 추출법은 빠른 반응시간 동안 높은 효율을 얻을 수 있는 장점이 있지만, 장비 설치비가 비싸고 동시에 추출할 수 있는 양이 적어 산업화에 적용하기 어려운 단점이 있다. 여러 추출법 중에서 초음파를 이용한 추출법은 초음파 진동에 의한 공동현상에 의하여 단기간에 큰 에너지가 발생하게 되는데 이는 빠른 반응시간 동안 고효율을 얻을 수 있다.
<h1>서 론</h1> <p>생리활성이 우수한 생물소재를 생물산업적 소재로 활용하기 위해서는 생리활성에 대한 탐색과 별도로 생물자원의 특징을 고려한 제조공정에 관한 검토가 필요하다. 생물소재는 생산에 한계가 있으므로 적은 공간과 비용으로 다량의 생물소재를 생산할 수 있어야 하며, 저렴한 비용으로 동일한 양의 생물소재로부터 가급적 다량의 유용물질을 생산할 수 있는 추출공정이 개발되어야 한다. 열수 추출법은 일반적으로 자주 사용되는 추출방법이지만, 가용성분 위주의 추출로 인한 낮은 추출효율, 높은 에너지소비 및 열에 의한 유용성분의 파괴 등과 같은 단점이 있으므로 천연물의 추출효율을 증가시키기 위하여 마이크로파 추출, 초임계유체 추출 및 초음파추출 등 여러 가지 추출방법이 시도되고 있다. 그러나 장비 설치비가 비싸며 동시에 추출할 수 있는 양이 적으므로 실제로 산업화에 적용하기 어려운 단점이 있다.</p> <p>초음파란 주파수가 약 \( 20 \mathrm { ~kHz } \) 이상인 음파를 뜻하는데, 초음파를 이용한 추출법은 초음파 진동에 의한 공동현상(cavitation)에 의하여 단기간에 큰 에너지가 발생하게 되며, 높은 국부온도로 인하여 주위에 위치한 반응물의 운동에너지를 증가시킬 수 있고 초음파 에너지 충격효과에 의하여 높은 압력을 유도하여 혼합 효과를 증가시킬 수 있으므로, 빠른 반응시간 동안 높은 효율을 얻을 수 있는 장점이 있다. 특히 식물을 추출할 때 초음파를 적용할 경우에는 초음파가 식물의 세포벽을 파괴하여 식물 세포 내 유용물질의 용매로의 전달 효율이 향상되기 때문에 생물 활성률과 추출효율이 증가된다고 한다.</p> <p>본 연구에서 사용된 청나래고사리(Matteuccia struthiopteris)는 우리나라와 일본에서는 어린 잎을 식용하며, 근경은 한방에서는 협과궐이라 하여 청열해독과 양혈지형에 사용하는 약용식물이다. 최근에는 청나래고사리 전초의 우수한 항산화활성이 보고되었으며, chlorogenic acid, L-O-caf-feolylhomoserine 및 dolicholes 등의 유용 생리활성 물질이 풍부하게 함유되어 있는 것으로 밝혀져 기능성 식물소재로 부각되고 있다.</p> <p>따라서 본 연구는 메탄올, \( 80 \% \) 에탄올 및 물 등을 용매로 하여 범용적으로 사용되고 있는 초음파수조에서 청나래고사리를 추출한 다음 기존의 추출방법인 열, 침지 및 교반추출법과의 효율성을 비교하여 저렴한 방법으로 짧은 시간에 청나래고사리로부터 천연 항산화제를 추출하기 적합한 추출공정을 개발하기 위한 기초자료를 제시하기 위하여 수행하였다.</p> <h1>재료 및 방법</h1> <h2>재료수집 및 추출</h2> <p>2007년 7월 31일에 수확한 청나래고사리의 성엽은 수세하여 동결건조한 다음 분쇄하여 사용하였다. 물(deionized wa-ter; nano pure grade), \( 80 \% \) 에탄올(Ethanol, Jin chemical pharmaceutical Co., LTD, Siheung, Korea), \(100 \% \) 메탄올(Methanol, Merck, Darmstadt, Germany)을 용매로 사용하였다. 각 용매와 분쇄시료를 혼합하여 \( 25 \pm 2 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 의 실온에서 6시간(상온침지추출), 용매와 분쇄시료를 넣은 용기에 냉각관을 부착하여 \( 60 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 의 항온수조에서 6 시간(환류냉각추출), 분쇄시료와 용매를 삼각플라스크에 담은 후 magnetic bar \( (4.0 \times 0.7 \mathrm { ~cm } ) \)를 넣어 \( 25 \pm 2 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 의 실온에서 magnetic stirrer (Wise stir MSH-200, Daihan Scientific, Seoul, Korea)로 \( 200 \mathrm { ~rpm } \) (상온교반추출)으로 6시간 동안 추출하였다. 초음파 추출은 \( 30 \times 24 \times \) \( 14.5 \mathrm { ~cm } \) 크기의 ultrasonic cleaner (5510-DTH, Bransonic, Danbury, USA)를 이용하였으며, 초음파 수조와 같은 크기의 아크릴판에 유리병 뚜껑을 부착하여 유리병이 초음파 수조의 하단에 직접 닿지 않도록 하였다(Fig. 1). 건조시료와 용매를 \( 200 \mathrm { ml } \) 의 유리병에 넣은 후 혼합하여 아크릴판에 부착하였으며 초음파수조에 5 l의 물을 채운 후 15, 30, 45분 동안 추출하였다. 추출 전 초음파 수조의 수온은 \( 20 \pm 2 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 였으며, 추출 15 분 후에는 \( 1.0 \pm 0.5 ^ {\circ } \mathrm { C } , 30 \) 분 후에는 \( 2.5 \pm 0.8 ^ {\circ } \mathrm { C } , 45 \) 분 후에는 \( 3.6 \pm \) \( 0.7 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 가 상승하였다. 추출물은 여과지(Advantec No. 2, Toyo Roshi Kaisha Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 감압여과 하였으며, 여과된 추출물의 일부를 증발접시에 담아 \( 60 \pm 2 ^ {\circ } \mathrm { C } \) 의 dry oven에 2일 이상 건조시킨 후 데시케이터에서 수분을 제거하여 각 추출물의 가용성 고형분 \( \left ( \mathrm { g } \cdot \mathrm { g } ^ { -1 } \mathrm { db } \right ) \) 함량을 구하였다. 모든 추출물은 잔사를 재추출하지 않고 1회 추출하였으며, 분쇄 시료를 동일한 방법으로 2회 이상 추출하였다.</p>