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탈지미세조류로부터 초음파추출을 이용한 항산화 물질 생산 공정 최적화
Process Development for Production of Antioxidants from Lipid Extracted Microalgae Using Ultrasonic-assisted Extraction 원문보기

Korean chemical engineering research = 화학공학, v.55 no.4, 2017년, pp.542 - 547  

조재민 (선문대학교 식품과학과) ,  신슬기 (선문대학교 식품과학과) ,  정현진 (선문대학교 식품과학과) ,  민보라 (선문대학교 식품과학과) ,  김승기 (선문대학교 식품과학과) ,  김진우 (선문대학교 식품과학과)

초록
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초음파 추출법(Ultrasonic-assisted extraction, UAE)은 기존의 추출법 대비 높은 추출 효율과 짧은 추출시간으로 식물 세포벽으로부터 생리활성물질 추출 또는 분리에 효과적인 방법으로 인식되어 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 탈지미세조류(Tetraselmis KCTC 12236BP)에서 폴리페놀 추출을 위해 UAE를 적용하여 총 폴리페놀(TPC) 생산에 미치는 주요 추출변수의 영향을 평가하였다. 추출변수의 최적화를 위해 입자크기, 고액비(L/S ratio), 에탄올 농도, 추출 온도 및 추출 시간을 요인으로 하여 순차적인 최적화를 진행하였다. 실험에 적용 된 모든 변수는 TPC 추출에 유의한 효과를 보였으며 추출 온도가 TPC생산에 가장 큰 영향을 미침을 확인 할 수 있었다. 최적 추출조건은 혼합 입자 사용 시, 10% 고액비, 60% 에탄올, 추출온도 $100^{\circ}C$와 추출시간 30 분을 적용한 추출에서 8.7 mg GAE/g DW를 얻을 수 있었다. 동일한 추출조건에서 열수추출과 UAE를 비교하였을 때 UAE에서 TPC 추출이 1.8배 증가함을 확인하였다. 본 연구를 통해 저온 및 짧은 추출시간을 적용한UAE가 기존의 열수추출 공정에 비해 LEA를 이용한 생리활성물질 생산에 보다 효과적임을 확인하였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Ultrasound-assisted extraction (UAE) has attracted growing interest, as it is an effective method for the rapid extraction of bioactive compounds from plants with a high extraction efficiency comparable to the conventional extraction. In this study, UAE was used for the extraction of polyphenols fro...

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

  • 본 연구에서는 미세조류를 이용한 바이오디젤 생산의 부산물인 탈지미세조류 세포벽 성분 중 리그닌으로부터 고부가가치 산물인 폴리페놀 추출에 있어 상업화에 적합한 공정개발을 위해 저온에서보다 빠른 폴리페놀 추출이 가능한 초음파추출 공정을 도입하고 공정변수를 최적화하였다. 탈지미세조류에 초음파추출공정 최적조건을 적용하여 폴리페놀추출 시 기존의 열수추출에 비해 1.
  • 본 연구에서는 친환경용매인 물을 이용한 탈지미세조류의 초음파추출을 통해 폴리페놀 생산 가능성을 확인하고 추출의 주요 영향 인자인 파쇄 크기, 고액비, 에탄올 농도, 추출온도 및 추출시간의 최적화를 통해 추출시간이 감소되고 에너지 비용 절감이 가능한 상업화 적합형 폴리페놀 생산 공정을 제안하고자 한다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
생리활성물질의 기능 저하의 원인은 무엇인가? 리그닌에포함된폴리페놀을 적절히 분리하였을 때 천연항산화제로 활용이 가능하여 고부가가치 식품, 화장품 및 의약품의 항산화 및 노화방지 기능성 소재로서 높은 가치가 있다고 하겠다[4]. 기존의 고온고압 처리에 의한 생리활성물질 추출은 높은 온도에서 산화가 촉진됨에 따라 생리활성 물질의 물리/화학적 성질을 빠르게 변형시켜 기능 저하의 원인이 되었다. 생리활성물질의 기능 저하를 방지하기 위한 기술들에 대한 연구가 끊임없이 시도되었으며, 여러 가지 추출 기술 중에 초음파추출이 낮은 온도와 압력하에서 생리활성물질의 손실을 최소화할 수 있는 기술로 주목을 받고 있다[5,6].
초음파 추출법은 어떤 방법인가? 초음파 추출법(Ultrasonic-assisted extraction, UAE)은 기존의 추출법 대비 높은 추출 효율과 짧은 추출시간으로 식물 세포벽으로부터 생리활성물질 추출 또는 분리에 효과적인 방법으로 인식되어 관심이 증대되고 있다. 본 연구에서는 탈지미세조류(Tetraselmis KCTC 12236BP)에서 폴리페놀 추출을 위해 UAE를 적용하여 총 폴리페놀(TPC) 생산에 미치는 주요 추출변수의 영향을 평가하였다.
탈지미세조류는 어떤 형태를 지니는가? 미세조류 유래 바이오디젤 생산가를 낮추기 위해서는 지질 추출 후 버려지는 부산물인 탈지미세조류 활용을 통한 부산물 credit을 확보하는 것이 하나의 방안으로 고려되고있다. 탈지미세조류는 잔류지질 외에 대부분 세포벽으로 이루어져있으며세포벽은글루코오스의다량체인 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 구성하는xyloglucan과arabinoxylan에 의해 그물망을 형성하고 있으며, 다양한 페놀성 물질의결합체인리그닌이외부를감싸보호하고있는형태를지닌다[3].따라서, Phenolic compound는 식물의 세포벽을 형성하는 리그닌의 전구체로서 gallic acid, coumaric acid, caffeic acid, cinnamic acid,ferulic acid의 형태로 다가의 OH−를 가진 폴리페놀로 존재하여 천연항산화제로활용도가높다고하겠다.
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참고문헌 (19)

  1. Park, J. Y., LEE, G. A., Kim, K. Y., Choi, S. A., Jung, M. J. and Oh, Y. K., "Microalgal Oil Recovery by Solvent Extraction from Nannochloropsis oceanica," Korean Chem. Eng. Res., 52(1), 88-91(2014). 

  2. Jo, B. H. and Cha, H. J., "Biodiesel Production Using Microalgal Marine Biomass," Korean Soc. Biotechnol, Bioeng. J., 25, 109-115(2010). 

  3. Kang, Y. H., "Phenolic Compounds and Antioxidant Activity in Cell Wall Materials from Deodeok (Codonopsis lanceolata)," Korean J. Food Sci. Technol. Res., 41, 345-349(2009). 

  4. Kang, C. D., Park, T. H. and Sim, S. J., "Biological $CO_2$ Fixation to Antioxidant Carotenoids by Photosynthesis Using the Green Microalga Haematococcus pluvialis," Korean Chem. Eng. Res., 44(1), 46-51(2006). 

  5. Shin, S. L. and Lee, C. H., "Antioxidant Activities of Ostrich Fern by Different Extraction Methods and Solvents," J. Life Sci., 21, 56-61(2011). 

  6. Park, Y. C. and Kim, J. S., "Pretreatment of Helianthus tuberosus Residue by Two-Stage Flow Through Process," Korean Chem. Eng. Res., 53(4), 417-424(2015). 

  7. National Renewable Energy Laboratory, Standard Biomass Analytical Procedures, http://www.nrel.gov/biomass/analytical_procedures.html. 

  8. Jo, J. M., Choi, K. H., Shin, S. G., Lee, J. H. and Kim, J. W., "Optimization of Extraction Conditions of Polyphenolic Compounds from Amaranth Leaf using Statistically-based Optimization," Korean Chem. Eng. Res., 54(3), 315-319(2016). 

  9. Kim, T. H. and Lee, Y. Y., "Fractionation of Corn Stover by Hot Water and Aqueous Ammonia Treatment," Bioresour. Technol., 97, 224-232(2005). 

  10. Kim, Y. S. and Lee, K. J., "Extraction of Genistein and Formononetin from Sophoraflavescens Aiton using Ultrasonic wave," Korean Chem. Eng. Res., 47(2), 258-261(2009). 

  11. Park, Y. K. and Cho, C. H., "Effects of Additives on the Mechanical and Thermal Properties of Epoxy-based Nanocomposites Produced Using Sonication," Korean J. Chem. Eng., 33(6), 1938-1941(2016). 

  12. Chemat, F. and Khan, M. K., "Application of Ultrasound in Food Technology," Ultrasonics Sonochem., 18, 813-835(2011). 

  13. Jin, L., Ha, J. H., Choi, Y. Y., Seo, Y. C. and Lee, H, Y., "Enhancement of Cosmeceutical Activities of Berberis koreana Bark by High Pressure and Ultrasonification Extraction Processes," Korean Soc.Med. Crop Sci., 19, 54-65(2011). 

  14. Bilek, S. E., "The Effects of Time, Temperature, Solvent:solid Ratio and Solvent Composition on Extraction of Total Phenolic Compound from Dried Olive (Olea europaea L.) Leaves," J. Food., 35, 411-416(2010). 

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  16. Alonso, E., Bourzeix, M. and Revilla, E., "Suitabilitiy of Water-ethanol Mixtures for the Extraction of catechins and proanthocyanidins from Vitis vinifera seeds contained in a winery by-product," Seed Sci. Technol., 19, 545-552(1991). 

  17. Yilmaz, Y. and Toledo, R. T., "Oxygen Radical Absorbance Capacities of Grape/wine Industry Byproducts and Effect of Solvent Type on extraction of grape seed polyphenols," J. Food Compos. Anal., 19, 41-48(2006). 

  18. Vergara-Salinas, J. R., Perez-Jimenez, J., Torres, J. L., Agosin, E. and Perez-Correa, J. R., "Effects of Temperature and Time on Polyphenolic Content and Antioxidant Activity in the Pressurized Hot Water Extraction of Deodorized Thyme (Thymus vulgaris)," J. Agric. Food Chem., 60, 10920-10929(2012). 

  19. Choi, W. Y., Lee, H. Y., Lee, C. G., Song, C. H., Seo, Y. C., Kim, J. S., Kim, B. H. and Lim, H. W., "Comparison of Low Molecular Ginsenoside Contents and $CO_2$ Emission from Low Quality Fresh Ginseng by Low $CO_2$ Emission Processes," Food Eng. Prog., 16, 325-332(2012). 

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