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문제 정의
- Crude canola oil을 바이오디젤의 원료 유로 사용하기 위해 수용성탈검과 효소 탈 검 공정을 비교하는 실험을 수행하고 분석 결과를 바탕으로 공정의 최적 조건을 도출해 보았다.
- 본 연구에서는 PLA2를 사용한 효소 탈 검이 바이오디젤 원료유 확보에 적합한 공정인지 알아보기 위해 반응 온도, 효소 투입량, pH의 조건을 달리하여 실험을 수행하였고 또한, 수용성 탈검에서의 반응온도, 증류수 투입량, 교반 속도를 달리하여 그 효과를 알아보았다. 최종적으로 화학적 탈 검 공정의 첫 단계인 수용성 탈 검과의 탈검 효율에 관한 비교를 하였다.
제안 방법
- Phospholipase A2 투입량에 따른 탈 검 효율을 알아보기 위하여 효소 탈검제의 양을 oil 대비 30, 60, 90 ppm으로 조절하고 50 oC, 600 rpm 에서 2시간 동안 탈 검 반응을 진행하였다. 반응 시작 후, 15, 30, 45, 60, 120분에서 시료를 취하고 인 함량과 산가 분석을 해본 결과, 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 3~4 ppm대로 떨어져서 전체적 司 탈 검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다.
- Phospholipase A2를 사용하는 효소 탈 검 공정에서 반응온도에 따른 탈검 효율을 알아보기 위하여 반응온도를 40, 50, 60 oC으로 조절하고 600 rpm 에서 2시간 동안 탈 검 공정을 진행하였다. 인 함량과산가 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군 에서 인 함량이 0~3 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈 검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다.
- 교반 속도에 따른 탈 검 효율을 알아보기 위하여 교반 속도를 300, 600, 900 rpm으로 조절하고 증류수 투입량(2 wt%/oil), 50 oC 에서 2 시간 동안 탈 검 공정을 진행하였다. 인 함량 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 5~8 ppm대로 떨어졌다.
- 반응 온도에 따른 탈 검 효율을 알아보기 위하여 반응온도를 30, 50, 70 oC로 조절하고 증류수 투입량(2 wt%/oil), 600 rpm 에서 2시간 동안 탈검 공정을 진행하였다. 인 함량 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 5~7 ppm대로 떨어졌다.
- 5으로 맞추었다. 완충용액이 첨가된 crude canola oil 혼합물을 상온에서 식힌 후, 증류수 2 ml을 이용하여 phospholipase A2 5 μl(50 ppm/oil)을 희석시켜 crude canola oil 혼합물에 첨가하고 균질기를 이용하여 효소와 oil을 10000 rpm, 1분간 완벽히 혼합 시킨 후, 교반 속도를 600 rpm에 맞춘 후 50 oC에서 2시간 동안 탈 검 반응을 진행하였다.
- 원료유 및 반응물 중에 포함된 인 함량 분석은 oil 3 g을 산화아연 0.5 g과 반응 시켜 용광로를 이용하여 650 oC 에서 3시간 동안 태워 재를 만든 후, AOCS Official Method Ca 12~55에 따라 분석하였고 ppm 단위로 나타내었다 [14].
- 5에서 가장 탈 검 효율이 높은 효소라고 알려져 있다[3]. 이에 사용하는 완충용액의 pH에 따른 탈검 효율을 알아보기 위하여 1.0 M citrate buffere pH를 4, 5, 6으로 조절하고 50 oC, 600 rpm에서 2시간 동안 탈 검 공정을 진행하였다. 인 함량과 산가 분석을 해본 결과, 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서 인 함량이 2~4 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다.
- 증류수 투입량에 따른 수용성 탈 검 효율을 알아보기 위하여 증류수의 양을 oil 대비 0.5, 1, 2%으로 조절하고 50 oC, 600 rpm에서 2시간 동안 탈 검 반응을 진행하였다. 반응 시작 후, 15분 만에 모든 실험 군에서 인 함량이 5~8 ppm대로 떨어져서 초기 탈검율이 70%를상위하였다.
- 최종적으로 화학적 탈 검 공정의 첫 단계인 수용성 탈 검과의 탈검 효율에 관한 비교를 하였다.
대상 데이터
- 다른 시약은 모두 GR grade로 구입하여사용하였다. 탈검 반응에는 반응기 내부의 온도와 반응 물질의 혼합을 일정하게 유지할 수 있는 핫플레이트와 마그네틱 바를 사용하} 였다.
이론/모형
- Crude canola oil 속에 포함되어 있는 유리지방산 함량을 측정하기 위해 적정에 의한 산가분석으로 EN ISO 661(Animal and vegetable fats and oils - Preparation of test sample) 의 분석 방법에 의해 측정하였으며 산가와 유리지방산 함량을 결정하는 계산식은 다음과 같다 [16, 17].
- 수분 분석은 Karl-Fisher 적정법 [15] 에 의해 Mettler Toledo DL31 Titrator를 이용하여 측정하였고 % 단위로 나타내었다.
- 원료 유에 포함된 고형물 함량에 대한 분석은 oil 350 g을 헵탄과 여과막을 이용하여 AOCS Official Method Ca 3a -46에 따라 분석하였고 % 단위로 나타내었다 [13].
성능/효과
- 인 함량 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 5~7 ppm대로 떨어졌다. 120분에서 시료의 인 함량을 측정해본 결과, 30 oC에서의 탈검율이 85%로 가장 우수했다. 반응온도에 따른 수용성 탈검의 영향을 [Table 1]과 [Fig.
- 인 함량 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 5~8 ppm대로 떨어졌다. 120분에서 시료의 인 함량을 측정해본 결과, 900 rpm 에서의탈검율이 85%로 가장 우수했다. 교반 속도에 따른 수용성 탈검의 영향을 [Table 1]과 [Fig.
- 반응 시작 후, 15분 만에 모든 실험 군에서 인 함량이 5~8 ppm대로 떨어져서 초기 탈검율이 70%를상위하였다. 120분에서 시료의 인 함량을 측정해본 결과, oil 대비 2%의 증류수를 사용했을 때의 탈검율이 80%로 가장 우수했다. 증류수 투입량에 따른 수용성 탈 검의 영향과 그 결과를 [Table 1]과 [Fig.
- 1]에 나타내었다 [18]. 120분에서 시료의 최종산가를 측정해본 결과, oil 대비 90 ppm의 효소를 사용했을 때, 산가가 0.64 에서 0.97 mgKOH/g로 증가하여 유리지방산의 증가율이 가장 높았다. 효소 투입량에 따른 탈 검의 영향과 그 결과를 [Table 2]와 [Fig.
- Phospholipase A2를 탈 검 제로 사용하는 효소 탈검의 경우에는 인 함량 결과를 보면 모든 조건에서 비슷한 탈 검 효율을 나타내었다. 그리하여 산가 분석을 실시한 결과, 효소 투입량 oil 대비 90 ppm, pH 5, 반응 온도 50 oC에서의 탈 검 효율이 다른 조건에 비하여 우수하였다.
- 두 가지 공정을 비교해 보면, 바이오디젤의 원료 유를 생산하는 목적의 경우에는 반응시간, 공정의 경제성 등을 고려했을 때 수용성 탈 검을 선택하는 것이 타당하다고 사료된다.
- Phospholipase A2는 인지질을 Lysophospholipid와 유리지방산으로 분해하기 때문에 oil 속의 유리지방산 함량에 의하여 탈 검의 효율을 측정 할 수 있다. 따라서, 산가 분석을 실시하여 탈 검 효율을 따져본 결과, 효소 투입량 90 ppm/oil, pH 5, 반응 온도 50 oC에서의 탈 검 효율이 다른 조건에 비하여 우수하였다. 효소 탈 검 반응에서는 15분 만에 90%의 탈검율을 나타냈고 반응이 진행될수록 탈검율이 증가하였다.
- 에서 2시간 동안 탈 검 반응을 진행하였다. 반응 시작 후, 15, 30, 45, 60, 120분에서 시료를 취하고 인 함량과 산가 분석을 해본 결과, 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서인 함량이 3~4 ppm대로 떨어져서 전체적 司 탈 검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다. Phospholipase A2를 탈 검 제로 사용하는 효소 탈 검 반응의 경우, 인지질이 가수분해되면서 유리지방산이 생성되기 때문에 산가측정을 하여 탈 검 효율을 측정할 수 있는데 탈 검 반응에 관한 반응기작을 [Fig.
- 수용성 탈 검의 경우에는 증류수 사용량 2 wt%/oil, 반응온도 30 oC, 교반 속도 900 rpm에서 탈 검 효율이 다른 조건에 비하여 우수하였으며 반응시간의 경우 30부을 넘기지 않는 것이 유리하다고 판단되었다. Phospholipase A2를 탈 검 제로 사용하는 효소 탈검의 경우에는 인 함량 결과를 보면 모든 조건에서 비슷한 탈 검 효율을 나타내었다.
- [20]. 식용 오일의 생산이 아니라, 바이오디젤의 원료유를 생산하는 목적의 경우에는 반응시간, 공정의 경제성을 고려했을 때 수용성 탈 검을 선택하는 것이 유리하다고 판단된다.
- 0 M citrate buffere pH를 4, 5, 6으로 조절하고 50 oC, 600 rpm에서 2시간 동안 탈 검 공정을 진행하였다. 인 함량과 산가 분석을 해본 결과, 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서 인 함량이 2~4 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다. 최종적으로 산가 측정을 했을 때, pH 5의 완충용액을 사용했을 때의 산가가 0.
- 600 rpm 에서 2시간 동안 탈 검 공정을 진행하였다. 인 함량과산가 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군 에서 인 함량이 0~3 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈 검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다. 최종적으로 산가 측정을 했을 때, 반응 온도가 50 oC일 때의 산가가 0.
- 인 함량과 산가 분석을 해본 결과, 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군에서 인 함량이 2~4 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다. 최종적으로 산가 측정을 했을 때, pH 5의 완충용액을 사용했을 때의 산가가 0.64 에서 1.07 mgKOH/ g로 증가하여 가장 높은 탈 검 효율을 나타냈다. 완충용액의 pH 에 따른 탈검의 영향을 [Table 2]와 [Fig.
- 인 함량과산가 분석을 해본 결과 반응이 시작되고 15분 만에 모든 실험군 에서 인 함량이 0~3 ppm대로 떨어져서 전체적으로 탈 검 효율이 매우 높다는 것을 알아낼 수 있었다. 최종적으로 산가 측정을 했을 때, 반응 온도가 50 oC일 때의 산가가 0.64에서 1.07 mgKOH/g로 증가하여 가장 높은 탈 검 효율을 나타냈다. 반응온도에 따른 탈검의 영향을 [Table 2]와 [Fig.
- 따라서, 산가 분석을 실시하여 탈 검 효율을 따져본 결과, 효소 투입량 90 ppm/oil, pH 5, 반응 온도 50 oC에서의 탈 검 효율이 다른 조건에 비하여 우수하였다. 효소 탈 검 반응에서는 15분 만에 90%의 탈검율을 나타냈고 반응이 진행될수록 탈검율이 증가하였다.
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