프로폴리스에서 플라보노이드의 초음파 추출

프로폴리스에서 플라보노이드의 초음파 추출

프로폴리스는 벌이 수집한 수지와 벌샘의 분비물로 형성된 끈적끈적한 젤라틴 모양의 고체 물질입니다. 꿀벌은 침입하는 적으로부터 방어하고 벌통 내 미생물의 성장을 억제하기 위해 벌통을 수리하는 데 이를 사용합니다. 프로폴리스의 구성은 주로 플라보노이드, 페놀산, 테르펜, 에스테르, 스테로이드, 아미노산 및 비타민을 포함하여 20가지 주요 범주로 식별된 300개 이상의 구성 요소로 매우 복잡합니다. 프로폴리스의 구성은 고정되어 있지 않습니다. 이는 지리적 지역, 수집 계절, 식물 종 및 꿀벌 개체수와 같은 요인에 의해 결정됩니다. 프로폴리스는 항균, 항진균, 항염증, 항바이러스, 항종양, 항산화, 면역조절 효과 등 광범위한 약리활성을 가지고 있습니다. 

최근 몇 년 동안 프로폴리스는 식품, 화장품, 제약 산업에서 널리 사용되고 있습니다. 플라보노이드는 프로폴리스에 함유된 중요한 활성물질로 항산화, 항균, 항암, 면역조절 효과 등 다양한 생물학적 활성을 나타냅니다. 따라서 프로폴리스 플라보노이드 추출 공정을 최적화하고 프로폴리스 플라보노이드 수율을 향상시키는 것은 프로폴리스 개발 및 연구에 큰 참고 가치가 있으며 산업 및 사회 발전에 큰 의미가 있습니다. 

현재 프로폴리스 플라보노이드를 추출하는 방법에는 주로 침용법, 가열 환류법, 마이크로파 추출법, 초음파 추출법, 초고압 추출법, 초임계 CO2 추출법 등 여러 가지 방법이 있습니다. 침용법은 조작이 간단하지만 시간이 오래 걸리고 많은 양의 용매가 필요합니다. 가열 환류법은 용매를 적게 사용하지만 조작이 번거롭고 추출 시간이 오래 걸리며 추출 온도가 높아 활성 성분이 쉽게 파괴될 수 있습니다. 마이크로파 추출법은 조작이 간단하고 추출 시간이 짧지만 추출 온도가 높으면 활성 성분이 쉽게 파괴될 수 있습니다. 초고압 추출 방식과 초임계 CO2 추출 방식은 작동 시간이 짧고 에너지 소모가 적으며 무공해이지만 장비 비용이 비싸다. 위의 추출 방법에 비해 초음파 추출 방법은 장비가 간단하고 조작이 간단하며 시간이 짧고 효율이 높으며 에너지 소비가 적고 용매량이 적습니다. 초음파는 기계적 작용과 캐비테이션 효과를 통해 원료의 입자 크기를 줄이고 세포 구조를 효과적으로 파괴하며 용해된 물질의 질량 전달 속도를 향상시켜 수율을 향상시킵니다[4].

Design Expert 8.0.6 소프트웨어를 이용한 분석 결과, 최적 추출 조건은 초음파 출력 163.38W, 초음파 추출 시간 15.89분, 에탄올 농도 85.67%로 나타났다. 이러한 조건에서 예상 추출수율은 21.11%였다. 회귀모델의 신뢰성과 정확성을 더욱 검증하기 위해 앞서 언급한 최적 조건을 이용하여 검증 실험을 진행하였다. 실용적인 조작성을 고려하여 최적 조건을 초음파 출력 150W, 초음파 추출 시간 16분, 에탄올 농도 86%로 수정했습니다. 이러한 조건에서 프로폴리스 플라보노이드의 추출수율은 21.10% ± 0.075%(n=3 시험)로 모델의 예측값에 근접하여 모델의 정확성과 신뢰성을 확인하였다.

초음파 추출 방법의 비교 분석

일반적으로 프로폴리스의 품질은 플라보노이드 함량에 따라 판단됩니다. 5% 이상의 함량은 적격한 것으로 간주되며, 15% 이상의 함량은 우수한 것으로 간주됩니다. 본 실험에서 프로폴리스의 플라보노이드 추출 수율은 최적의 초음파 추출 조건에서 21.10%에 달하므로 본 실험에 사용된 호북성 샤오간산 프로폴리스는 품질이 우수합니다. 프로폴리스의 플라보노이드 함량은 프로폴리스의 지리적 기원과 직접적인 관련이 있으며, 지역마다 상당한 차이가 있습니다. 본 실험에 사용된 프로폴리스는 기존 문헌에 보고된 바가 없으며, 그 출처도 기존 문헌과 다르다. 따라서 플라보노이드 수율에만 기초하여 초음파 공정의 품질을 판단하는 것은 부적절합니다. 추출 조건만 비교했습니다. Cao Xiaoyanet al. 초음파를 사용하여 산시성 프로폴리스에서 플라보노이드를 추출한 결과 다음과 같은 최적의 추출 공정을 얻었습니다: 초음파 시간 20분, 추출 온도 50℃, 물질-액체 비율 1:30, 에탄올 농도 80%, 플라보노이드 수율 9.60%; Li Shuai [6]는 반응 표면 방법론을 사용하여 길림성 프로폴리스 플라보노이드의 초음파 추출 공정을 최적화하고 다음과 같은 최적의 추출 조건을 얻었습니다: 초음파 시간 27분, 추출 온도 66℃, 초음파 전력 220W, 에탄올 농도 73%, 플라보노이드 수율 23.38%; An Yanboet al. 초음파 시간 25분, 에탄올 농도 72%, 초음파 출력 82%, 실제 플라보노이드 수율 13.07%의 실험을 통해 산동 프로폴리스 플라보노이드의 최적 초음파 추출 공정 매개변수를 얻었습니다. 기존에 보고된 프로폴리스 플라보노이드의 초음파 추출 공정과 비교하여, 본 실험의 초음파 추출 방법은 추출 온도가 낮고 추출 시간이 짧은 장점이 있다. 

결론

이 논문은 반응 표면 방법론을 사용하여 프로폴리스 플라보노이드의 초음파 추출 과정을 최적화하고 다음과 같은 결론을 도출합니다.

(1) 프로폴리스 플라보노이드의 추출 수율은 초음파 출력과 초음파 추출 시간이 증가함에 따라 처음에는 증가했다가 감소하며, 에탄올 농도가 증가함에 따라 처음에는 증가한 다음 일정하게 유지됩니다.

(2) 회귀식의 분산분석을 통해 프로폴리스 플라보노이드의 추출수율에 영향을 미치는 주요 요인과 2차 요인은 초음파 추출시간, 에탄올 농도, 초음파 출력 순으로 나타났다.

(3) 반응표면법을 이용한 분석과 실제 운전의 타당성을 고려한 결과, 최적 추출 조건은 초음파 출력 150W, 초음파 추출 시간 16분, 에탄올 농도 86%이다. 이러한 조건에서 프로폴리스 플라보노이드의 예상 추출수율은 21.11%입니다. 위의 추출조건에 대한 검증실험에서 프로폴리스 플라보노이드의 추출수율은 21.10%±0.075%(n=3)로 모델의 예측값에 근접하여 모델의 정확성과 신뢰성을 확인하였다.

본 발명의 효과: 기존의 에탄올 추출방법은 시간이 오래 걸리고 추출속도도 낮다. 속슬렛 추출은 추출 온도가 지나치게 높기 때문에 다른 성분도 추출되므로 추출 과정에 영향을 미치고 상당한 장비 투자가 필요합니다. 초음파 추출은 기존 두 가지 방법에 비해 추출 시간과 효율이 크게 향상되어 단 25분 만에 프로폴리스에서 대부분의 알코올 용해성 물질을 추출할 수 있어 프로폴리스에서 기능성 성분을 추출하는 효과적인 방법을 제공합니다.

초음파가 추출 시간과 효율성 면에서 상당한 이점을 제공하여 프로폴리스 추출을 가속화하는 데 매우 효과적이라는 것은 분명합니다. 이는 초음파 추출의 큰 잠재력과 산업 응용 분야에 대한 적합성을 보여줍니다.

초음파는 물질 전달을 가속화하여 더 낮은 온도에서 좋은 결과를 달성하고 원료의 천연 향미, 색상 및 열에 민감한 물질을 효과적으로 보존합니다. 더욱이, 프로폴리스에 대한 초음파의 강화 효과는 지속적입니다. 초음파 치료가 중단된 후에도 일정 기간 동안 가속 추출 과정이 계속됩니다. 그러므로 식품산업에 있어서 광활한 발전전망을 가지고 있다.