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가설 설정
- 이상의 초임계 유체의 용해력 특성을 정리하면 다음과 같다. (1) 용해도는 압력이 높아지면 증가한다. 특히 임계점 근처에서는 초임계유체의 밀도가 급격하게 증가하므로 용해도가 급격하게 증대한다.
제안 방법
- 일반적인 건조 방법으로는 건조과정에서 capiUary force가 작용하여 본래의 구조를 잃어버리게 된다. 따라서 초임계 이산화탄소를 이용한 건조 방법으로 체액을 제거한 뒤 SEM를 이용하여 내부의 구조를 관찰할 수 있었다. 고고학 분야에서는 고유물 보존을 보다 향상시키기 위해서 저온 초임계 건조공정을 이용하고 있다.
- 미국의 Polaron Co.에서는 모기나 진드기 등의 체액을 제거하기 위하여 초임계건조공정을 제안하였다. 일반적인 건조 방법으로는 건조과정에서 capiUary force가 작용하여 본래의 구조를 잃어버리게 된다.
대상 데이터
- 2003년 1월 현재 특허 출원 건수는 200건으로 이 중 70 건이 등록되었다(Fig. 1). 아이템별로 보면 Taxol 관련 특허 30%, EPA/DHA관련 16%, 항생제관련 6%, 알칼로이드, 페릴알콜, 글루칸, 난황, 리코펜 슈크로즈에스테르, 글리세리 드 관련 각각 3%씩 출원되었고 그외 27%가 출원되어 있다.
성능/효과
- 특히 임계점 근처에서는 초임계유체의 밀도가 급격하게 증가하므로 용해도가 급격하게 증대한다.(2) 초임계 유체의 용해력은 밀도가 액체의 밀도에 접근함에 따라 액체 용매의 용해력과 같아진다. 초임계유체는 온도가 높을 때 용질의 증기압이 커지므로 초임계유체의 용해력이 액체 용매의 용해력보다 큰 경우도 있다.
- 초임계유체는 온도가 높을 때 용질의 증기압이 커지므로 초임계유체의 용해력이 액체 용매의 용해력보다 큰 경우도 있다. (3) 용해 도는 온도 상승에 따라 용질의 증기압과 초임계 유체의 밀도의 영향을 받아서 증대하거나 감소한다. 초임계 유체의 밀도가 일정할 때 용해도는 온도가 상승하면 증가한다.
- 초임계 유체의 밀도가 일정할 때 용해도는 온도가 상승하면 증가한다.(4) 용해도는 용매의 밀도가 커지면 증가하지만 용해도의 차이는 초임계 유체의한 가지 물성만으로 설명할 수는 없다. 초임계유체 용매와 용질의 성질이 유사하면 용해도가 커진다(11, 13, 14)
- 이와 같이 최근의 식품 공정의 개정고시와 발맞추어 환경 친화적인 Green Solvent 를 사용하는 무공해 청정기술이며, 고순도.고품질의 제품 공정에 응용할 수 있는 첨단기술인 초임계 추출법을 이용하여 참깨가 갖고 있는 고기능 성분을 손실없이 추출할 뿐 아니라 전통적 생산방법에서 지적되고 있는 수율감소, 쓴맛, 향기성분의 손실 그리고 open loop 공정으로 인한 이물 혼입을 원천적으로 개선하여 고품질, 고기능성 참기름 제조가 가능케 되었다. 전통적인 생산방법과 SFE를 비교 한 결과 *tocopherol의 추출 농도는 1.
- 또한 초임계 유체의 특성상 금속에 대한 용해성이 거의 없어 참기름 내 인함량이 기존 제품보다 거의 1/50만큼 존재함을 확인할 수 있었다. 그리고 관능성에 있어 기존 전통적인 공정에서 가장 문제시 되는 open-loop 공정은 이물의 혼입 및 고온의 참기름이 공기 중에 노출되면서 휘발성 향기 성분이 손실되게 되는데 초임계 유체를 이용한 참기름의 생산의 경우 closed-loop 공정에 의해 병입까지 거의 제품이 공기 중에 노출되지 않으므로 이물, 향기성분의 손실 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있어 볶음정도나 원료에 따라 다소 차이는 있을 수 있으나 기존제품보다 140% 고소한 향을 느낄 수 있었다.
- 그리고 식물성 스테롤의 경우 기존 제품 대비 123니30% 증가하였다. 또한 초임계 유체의 특성상 금속에 대한 용해성이 거의 없어 참기름 내 인함량이 기존 제품보다 거의 1/50만큼 존재함을 확인할 수 있었다. 그리고 관능성에 있어 기존 전통적인 공정에서 가장 문제시 되는 open-loop 공정은 이물의 혼입 및 고온의 참기름이 공기 중에 노출되면서 휘발성 향기 성분이 손실되게 되는데 초임계 유체를 이용한 참기름의 생산의 경우 closed-loop 공정에 의해 병입까지 거의 제품이 공기 중에 노출되지 않으므로 이물, 향기성분의 손실 등의 문제점을 근본적으로 해결할 수 있어 볶음정도나 원료에 따라 다소 차이는 있을 수 있으나 기존제품보다 140% 고소한 향을 느낄 수 있었다.
- 1). 아이템별로 보면 Taxol 관련 특허 30%, EPA/DHA관련 16%, 항생제관련 6%, 알칼로이드, 페릴알콜, 글루칸, 난황, 리코펜 슈크로즈에스테르, 글리세리 드 관련 각각 3%씩 출원되었고 그외 27%가 출원되어 있다. 기술분야를 보면 추출관련 24건과 입자제조/에어로겔 14건, 환경/폐수처리분야 8건, 반응 5건, 페인트분무, 에너지/냉각, 장치/공정 각각 4건씩, 세정, 발포 각각 3건, 고분자 공정 1건 등이 등록되었다(Fig.
- 이러한 결과로서 초임계 참기름은 전통적인 참기름 생산방법의 문제점인 (1) 수율감소 문제를 해결할 수 있었고,(2) 배전도에 상관없이 수율을 확보할 수 있으므로 소비자의 Needs에 맞는 다양한 제품을 제조할 수 있으므로 쓴맛이 없는 제품을 만들 수 있었고, (3) closed-loop 공정에 의해 만들어지므로 향기성분의 손실이 없을 뿐 아니라 (4) 이물의 혼입 가능성을 근본적으로 해결할 수 있었고 (5) 불완전한 기능성 성분 추출 등의 문제점 역시 온도, 압력 변화에 따라 초임계 유체의 밀도를 다양하게 바꿀 수 있어 기능성 물질의 손실 없는 추출이 가능하였다. 이것으로 당초 목표로 했던 기존 공정의 문제점을 해결했을 뿐만 아니라 상당히 경제적인 공정을 개발할 수 있었다.
- 고품질의 제품 공정에 응용할 수 있는 첨단기술인 초임계 추출법을 이용하여 참깨가 갖고 있는 고기능 성분을 손실없이 추출할 뿐 아니라 전통적 생산방법에서 지적되고 있는 수율감소, 쓴맛, 향기성분의 손실 그리고 open loop 공정으로 인한 이물 혼입을 원천적으로 개선하여 고품질, 고기능성 참기름 제조가 가능케 되었다. 전통적인 생산방법과 SFE를 비교 한 결과 *tocopherol의 추출 농도는 1.3~1.6배 증가하였으며, sesamol의 추출농도는 초임계 추출법이 6.6배, 보조용매 사용 시 11.5배까지 증가함을 확인할 수 있었다.
후속연구
- 이것으로 당초 목표로 했던 기존 공정의 문제점을 해결했을 뿐만 아니라 상당히 경제적인 공정을 개발할 수 있었다. 이상에서 얻어진 초임계 추출기술은 단지 참기름 뿐 아니라 환경오염 규제와 핵산 사용이 규제되는 현실로 볼 때 식용 유지 전반에 사용할 수 있을 것이다(31).
- 2). 이와 같은 특허 상황은 앞서 살펴본 추출과 정제쪽에 집중되어 있는 상용화 현황과 상당히 긴밀한 관계가 있으며, 또한 향후 상용화는 추출 정제 이외의 분야로 확대될 것임을 시사하는 바가 있다.
- 일반적으로 초임계 추출에 의해 기능성 물질이 99% 이상 추출된다고 하나, 원료의 원산지에 따른 원료내 리그난 의 함량이 많게는 300%까지 차이가 있으므로 이에 대한 각별한 연구가 요구된다. 그리고 식물성 스테롤의 경우 기존 제품 대비 123니30% 증가하였다.
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