천연색소 추출공정의 추출용매조성에 의한 색차 효과 = Analysis of Color Difference by Mixed SolventComposition in Natural Dyes Extraction Process

국문 초록 (Abstract)

우리의 전통색은 색의 아름다움은 물론 인류와의 친화성, 환경 친화성 등이 현대에 생성되는 어떠한 염료나 색보다 우수한 것으로 밝혀지고 있다. 그러나 색의 재현성이나 정량적인 색의 표현방법이 부족한 실정이다. 홍화 적색소를 대상 제조하여 색소의 추출방법과 색의 정량적 표현법을 제시한다.
홍화(Carthamus tinctorius L.)는 가장 오래 전부터 이용되어 온 적색계통의 대표적인 염료원이다. 홍화에는 황색과 적색의 색소가 있으며, 황색소인 safflower yellow는 수용성이지만 carthamin의 precursor인 precarthamin은 알칼리 상태에서는 홍색을 띄나 이를 산성화시키면 적색소인 carthamin으로 변하여 본래의 색이 나타난다. 그러나 홍화의 주요 적색소인 carthamin은 수용액과 공기 중에서 불안정하며, 그 분해속도 또한 상당히 빠르다. 홍화로부터 적색소를 얻기 위하여 사용되어 온 전통적인 추출방법은 그 과정이 복잡하고 다루기가 번거로우며 carthamin의 추출 및 분리에 대한 체계적인 특성 데이터 구축이 매우 부족한 실정이다.
본 연구에서는 carthamin의 추출공정을 체계화하기 위하여 추출용매 및 용매에서의 pH를 변화시켜 각 공정을 검토하였다. 기존의 추출공정에서 다량의 용매 사용을 피하며 최적 용매를 결정하기 위해 여러 종류의 용매를 혼합함으로써 알칼리 및 산성 용매의 최적혼합비율과 최적추출조건을 확인하였으며, 용매의 solubility parameter에 따른 carthamin의 추출능을 알아보았다. 또한 수용액과 공기 중에서 불안정하며, 분해 속도가 상당히 빠르다는 carthamin의 특성을 확인하기 위하여 질소와 공기 분위기에서 산화정도를 알아보았다. UV-visible spec-trophotometer에 의해 최적조건에서 추출된 precarthamin과 carthamin의 흡광도를 측정하여 상대 추출량을 비교하였으며, 천연염료의 안정화와 염색의 재현성을 위하여 색차계를 이용하여 색도좌표 데이터를 분석하였다.
그 결과, carthamin 추출공정에서의 알칼리 및 산성 용매의 추출 최적조건은 pH 11.5의 탄산나트륨 용액, pH 4의 40% 아세트산 용액임을 확인할 수 있었다. Carthamin 추출용매의 최적혼합비율로는 탄산나트륨과 수산화칼륨의 8 : 2 비율과 아세트산 용액과 염산 용액의 6 : 4 비율임을 알 수 있었으며, 단일 추출용매를 사용했을 경우보다 혼합 추출용매를 사용했을 경우에 carthamin의 산화정도가 약하다는 것을 알 수 있었다. 최적추출조건 및 혼합비율의 좌표값은 CIE 색도도상에서 적색 방향으로 분포되어 있는 것을 확인할 수 있었다.

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Our traditional colors are superior to the other modern dyes and colors with the human and environmental affinity. But now, the reproducibility and quantitative representation of colors are insufficient. The extraction methods of dyes and quantitative representation of colors are proposed.
Safflower(Carthamus tinctorius L.) contains two color pigments. Yellow pigment is the safflower yellow which is water-soluble, and red pigment is the carthamin which is water-insoluble, however, carthamin is soluble in alcohol or alkalic solution. Carthamin is unstable in aqueous solution and air. The decomposition velocity of carthamin is too fast. The traditional extraction procedure of safflower was complex and difficult to reproduce. The systematical characteristic data for the extraction and seperation of carthamin are insufficient.
In this study, we have investigated the applicable extraction method and the various methods to establish the optimum extraction process of carthamin. The extraction solvents and pH were varied in order to explore the optimum condition of alkaline and acidic solvent on the each extraction processes. The extractability of carthamin was confirmed by solubility parameter of various extraction solvents. Also, the oxidation of carthamin with air and N2 purge conditions. The absorbance of the extracted precarthamin and carthamin were also studied to identify the amount of each relative extraction with a UV-visible spectrophotometer. The scientific chromaticity coordinate was analyzed to stabilize and reproduce the natural dyes.
It has been found that the optimum condition of alkaline and acidic solvent is pH 11.5 of sodium carbonate and pH 4.0 of 40% acetic acid. The optimum mixed solvent was sodium carbonate and potassium hydroxide of 8 : 2 in volume ratio and acetic acid and hydrochloric acid of 6 : 4 in volume ratio. The coordinate data of optimum condition was distributed red region on CIE chromaticity diagram.

목차 (Table of Contents)

• 국문요약 = i
• 감사의 글 = iii
• 목차 = iv
• I. 서론 = 1
• II. 이론 = 6
• 1. 천연염료(Natural Dyes)의 구조와 광학적 특성 = 6
• 2. 용해도 파라미터(Solubility Parameter) = 19
• 3. 색의 정량적 표현(CIE System) = 21
• III. 실험 = 30
• 1. 시료의 전처리 및 추출용매 선정 = 30
• 2. 추출 방법 = 31
• 3. 최적용매 결정 = 32
• 4. Carthamin의 산화 정도 = 33
• 5. 추출액의 흡광도 및 색도좌표의 측정 = 34
• IV. 결과 및 고찰 = 36
• 1. Carthamin 추출 용매 선정 = 36
• 2. 추출용매에 의한 carthamin 추출조건 추적 = 40
• 3. Carthamin 추출공정의 최적추출용매 혼합비율 = 46
• 4. Solubility parameter에 의한 carthamin의 추출능 평가 = 54
• 5. 최적조건에서 추출한 carthamin의 산화 정도 및 안정성 확인 = 57
• 6. 각 추출조건에서의 CIE 색도도 분석 = 59
• V. 결론 = 66
• Nomenclature = 69
• References = 71
• List of Tables = 75
• List of Fifgures = 76
• Abstract = 79