Subcritical solvent extraction of curcuminoids from Curcuma longa L.

Abstract

Turmeric contains numerous bioactivity compounds, of which especially curcuminoids are known for their biological functionalities such as prevention of diseases and antioxidant activities. Curcuminoids consisted curcumin, demethoxycurcumin and bisdemethoxycurcumin, were extracted using subcritical solvent. Lab-scale (100 ml scale) experiments were used to determine conditions for the pilot-scale (8 L scale) extraction. The maximum yield of curcuminoids in the pilot-scale system was 13.58% (curcumin 4.94%, demethoxycurcumin 4.73%, and bisdemethoxycurcumin 3.91% in dried extracts) at 135°C/5 min with water/ethanol mixture (50:50) as a solvent. On the other hand, the extraction yields of curcuminoids were obtained as 10.49%, 13.71% and 13.96% using the 50%, 95% and 100% ethanol, respectively, at 60°C for 120 min. Overall results showed that the subcritical extraction at high pressure is much faster and economical extraction method and has a potential to develop a commercial process for the extraction of curcuminoids.;울금의 curcuminoids (curcumin, demethocxycurcumin, bisdemethoxycurcumin)은 간 기능성 성분으로 알려진 물질로서 강력한 항산화 및 항균효과를 나타내는 물질이다. 본 연구에서는 curcuminoids와 같은 비극성 물질 추출에 있어 용매, 추출온도, 추출시간 등을 변화해가며 선택적으로 추출이 가능하고, 추출 시간을 단축하여 경제적인 추출로 각광 받고 있는 아임계 용매 추출 밥법을 이용하여 울금의 curcuminoids를 추출하고자 하였다. 특히, 산업화 과정의 기반이 되는 pilot-scale과 lab-scale 아임계 추출법, 유기용매 추출법을 비교 분석함으로써 추출적용가능성을 확인하여 상업적으로 응용할 수 있는 기반을 마련하였다. Pilot-scale 아임계 추출을 실행하기 앞서 최적추출 조건 설정을 위해 lab-scale 아임계 추출을 수행하였다. 시료 1 g과 규조토 2 g을 혼합한 후 아임계수 추출장치 (DIONEX, Accelerated Solvent Extractor, ASE350)를 이용하여 추출하였고, 추출 조건은 온도 (110-150°C), 시간 (1-10 분), 용매 내 에탄올 함량 (20-50 %), 및 pH (3-11)로 설정하였다. 최적 추출 조건은 에탄올 50%를 이용한 용매에 135°C/5 분 (15.80%/ 고형물)에 가장 많은 curcuminoids가 추출되었다. Pilot-scale 아임계 추출은 시료 250 g을 이용하였으며, 추출 조건은 에탄올 50% 용매로 온도 (125-145°C), 시간 (3-7 분), 용매 대비 용질 비율 (5-20%), 및 압력 (5-35 기압)를 변화시켜 최적 추출 조건을 설정하였다. 그 결과, 에탄올 50%를 이용한 용매 대비 용질 비율 20%에 135°C/5 분, 압력 35 기압 (13.58%/고형물) 에 가장 많은 curcuminoids가 추출되었다. Pilot-scale 아임계 추출법은 Lab-scale 아임계 추출법보단 다소 낮은 값은 나타냈는데, 규조토의 혼합 여부, scale-up에 따른 용질/용매 접촉면접 차이, 두 시스템의 가열 과정 차이로 인한 것으로 보인다. 60°C/120 분에서 에탄올 함량 50% 추출한 기존 유기용매 추출법과 비교했을 때, pilot-scale 아임계 추출을 이용한 결과값이 훨씬 높은 효율을 나타내며, 이는 기존 유기용매 추출의 대체기술로서 빠른 추출시간을 가진 아임계 추출법의 우수성 및 산업화 가능성을 보여준 결과라 할 수 있다.