Abstract 초음파 강화 기술을 이용한 해조류 추출 과정을 연구하였다. 해조류 오일(EPA를 지표로)의 초음파 추출에 대한 추출 용매 투여량, 추출 온도, 추출 시간, 초음파 작용 모드, 초음파 출력 및 주파수의 영향을 논의했습니다. 산업 생산과 초음파 강화 기술의 촉진 및 적용을 위한 이론적 기초를 제공하기 위해 적절한 공정 조건이 최적화되었습니다.
해조류는 많은 중요한 약리학적 기능을 가진 해양 미세 식물성 플랑크톤이며 식품 및 의학 분야에서 광범위한 개발 전망을 가지고 있습니다. 해초기름인 다중불포화지방산은 고등동물 세포의 중요한 구성성분일 뿐만 아니라 심혈관 질환에 대한 특별한 예방 및 치료 효과를 가지고 있습니다. 항동맥경화증, 혈중 지질 저하, 혈소판 응집 억제, 혈압 저하, 항염증, 면역 기능 조절, 항알레르기 반응, 항종양 및 항암 효과가 있으며, 그 중 에이코사펜타엔산(EPA)과 도코사헥사엔산(DHA)이 특히 두드러집니다.
현재 초음파 강화 기술을 이용한 해조류 오일 추출 공정은 많은 관심과 연구를 받고 있습니다. 초음파는 2×10⁴~2×10°Hz의 주파수를 갖는 음파로 열효과, 기계적 효과, 캐비테이션 효과가 있습니다. 초음파는 용매 추출 공정을 향상시키고 추출 시간을 단축하며 용매 용량을 줄이고 추출 속도를 향상시킬 수 있습니다. 외부 힘장을 이용하여 추출성을 향상시키는 개발 가능성이 있는 신기술이다(4). 본 논문에서는 해조유 추출 공정의 발전과 초음파 강화 기술 개발을 촉진하기 위해 해조유의 초음파 강화 추출 공정을 연구한다.
1 실험부분
1.1 재료 및 도구
클로렐라 sp.: 해양 생물학 연구소에서 구입, n-헥산: Shanghai Lingfeng Chemical Reagent Co., Ltd.
초음파 송신기 PTS-300: 광저우 동방 초음파 장비 공장, 전기 항온 수조 HSG-IIB-6: 상하이 기기 공급 및 마케팅 회사, 회전 증발기: 상하이 유리 기기 공장, 진공 건조 오븐 DZ-80: 상하이 Nanhui Laogang 도구 공장, GC-112 가스 크로마토그래프: 상하이 분석 기기 공장. 1.2 프로세스 흐름
조류 오일 추출의 공정 흐름은 다음과 같습니다.
용매 필터 잔류물 용매 회수
↓ ↑
해조류 → 초음파 추출 → 여과 → 농축 → 건조 → 해조유 → EPA 함량 검출
1.3 EPA 결정
GC-112 가스 크로마토그래프를 측정에 사용했습니다. 매개변수는 크로마토그래피 컬럼(HP-WAX, 30m×0.25m×0.25μm), 컬럼 온도 195℃, 검출 온도 250℃, 순수 질소 담체, 유속 37mL/min이었다. EPA 함량은 정규화 방법으로 계산되었습니다.
2 결과 및 논의
2.1 해조류 추출율과 추출 온도의 관계
원료의 양이 일정할 때 물질:액체의 비율은 1:1로 하였고, 추출은 25kHz, 300W 초음파 조건에서 20분간 진행하였다. 실험을 위해 추출온도를 변경하였고 그 결과는 Figure 1에 나타내었다. 그림에서 알 수 있듯이 추출온도가 증가함에 따라 해조유 추출율도 증가하였으나 온도가 50℃ 이상에서는 기본적으로 추출율이 증가하지 않았다.
2.2 해조류 추출율과 용매 사용량(재료-액비)의 관계
(50℃), 25 kHz, 300W 초음파 조건에서 용매 주입량(재료:액체)을 변경하여 실험하였으며 결과는 그림 2와 같습니다. 곡선 1은 초음파 작용을 받는 상태입니다. 곡선 2에는 초음파 작용이 없습니다. 그림에서 볼 수 있듯이 초음파 강화 추출을 사용하면 용매의 활용률을 크게 향상시켜 용매의 양을 줄일 수 있습니다. 해조류 오일 추출 속도는 용매 투여량의 증가에 따라 증가합니다. 용매 투입량이 원료량의 3배(재료:액체 = 1:3)에 도달하면 추출 속도가 천천히 증가하며 용매 n-헥산의 양을 늘리는 것은 뚜렷한 의미가 없습니다.
2.3 해조류 추출율과 추출시간의 관계
(50℃) 및 25 kHz, 300 W에서 서로 다른 추출 시간을 사용하여 실험을 수행했으며 결과는 그림 3에 나와 있습니다. 곡선 1은 초음파 작용을 받고 있습니다. 곡선 2에는 초음파 작용이 없습니다. 초음파 작용이 있는 경우의 추출 속도는 초음파 작용이 없는 경우보다 높으며 추출 시간은 현저히 단축됩니다. 시간이 40분으로 증가하면 추출 속도가 천천히 증가합니다.
2.4 초음파 작동 모드가 해조류 추출율에 미치는 영향
다른 조건이 일정할 때(50℃, 재료:액체=1:3, 20분, 25kHz300W) 초음파 동작 모드를 연속 동작, 먼저 정지한 후 동작, 먼저 동작한 후 정지, 펄스 동작으로 변경하여 실험을 진행한다. 결과는 그림 4에 나와 있습니다. 그림에서 알 수 있듯이 연속적인 동작이 가장 적합합니다.
2.5 초음파의 출력과 주파수가 해조류 추출율에 미치는 영향
다른 조건은 일정할 때(50℃, 재료:액체=1:3, 20분, 연속 초음파 작용) 초음파 조건을 25kHz 300W, 40kHz 100W, 40kHz50W, 19kHz50W로 변경하여 실험을 진행한다. 결과는 그림 5와 같다. 그림에서 알 수 있듯이 25kHz 300W가 가장 적합하다.
3 결론
3.1 실험 결과, 해조류 오일의 초음파 추출을 강화하기 위해 n-헥산을 사용할 경우 추출 용매의 양과 추출 온도가 해조류 오일 추출 수율에 중요한 영향을 미치는 것으로 나타났습니다. 실험 결과에 따르면 용매 투입량은 1:3(재료:액체)이고 온도는 50℃입니다. 추출시간은 40분 정도가 바람직하다.
3.2 초음파 동작 모드, 초음파 출력 및 주파수는 해조류 추출 속도에 중요한 영향을 미칩니다. 실험결과에 따르면 연속동작은 25kHz 300W가 적당하다.
3.3 실험적 비교를 통해 초음파를 사용하여 용매 추출 공정을 향상시키면 추출 시간을 단축하고, 용매 활용률을 향상시키며, 용매량을 줄이고 추출 속도를 향상시킬 수 있음을 보여줍니다. 초음파는 외력을 이용하여 추출 능력을 향상시키는 개발 가능성이 있는 신기술이므로 활용을 촉진하는 것이 좋습니다.
