[논문]초임계 이산화탄소 및 유기용매를 이용하여 추출된 붕장어(Conger myriaster) 오일의 품질특성

박진석; 조연진; 정유린; 전병수

doi:10.7464/ksct.2019.25.4.273

초임계 이산화탄소 및 유기용매를 이용하여 추출된 붕장어(Conger myriaster) 오일의 품질특성
Quality Properties of Conger Eel (Conger myriaster) Oils Extracted by Supercritical Carbon Dioxide and Conventional Methods 원문보기

청정기술 = Clean technology, v.25 no.4, 2019년, pp.275 - 282

박진석 (부경대학교 식품공학과) , 조연진 (부경대학교 식품공학과) , 정유린 (부경대학교 식품공학과) , 전병수 (부경대학교 식품공학과)

초록
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본 연구는 초임계 이산화탄소 및 유기용매를 이용하여 동결건조된 붕장어로부터 초임계 이산화탄소 및 유기용매를 이용하여 오일을 추출하고 그 특성을 파악하였다. 초임계 이산화탄소의 경우 압력(25, 30 MPa) 및 온도(45, 55 ℃) 조건을 변화시켜 실험을 수행하였으며, 초임계 이산화탄소의 유량(27 g min^-1)은 실험 중 일정하게 유지되었다. 유기용매로는 헥산(hexane)을 사용하였다. 오일 추출 수율의 경우 55 ℃, 30 MPa에서 추출한 오일이 37.73 ± 0.14%로 가장 높은 수율을 나타내었다. 추출된 오일의 지방산 조성은 가스 크로마토그래피를 이용하여 분석하였으며, mystric acid, palmitic acid, palmitoleic acid, oleic acid, eicosapentaenoic acid (EPA), docosahexaenoic acid (DHA)가 붕장어 오일의 주요 지방산으로 확인되었다. 산가, 과산화물가 및 유리지방산을 측정함으로써 추출된 붕장어 오일의 산화 안정성을 평가하였으며, 55 ℃, 30 MPa에서 추출한 오일로 부터 최상의 산화 안정성을 확인하였다. 소비자들의 선호도에 직접적인 영향을 끼치는 색도의 경우는 초임계 이산화탄소를 통해 추출된 오일이 유기용매를 이용하여 추출된 오일보다 뛰어난 색도를 나타냄을 확인할 수 있었다. 붕장어로부터 초임계 이산화탄소를 이용하여 오일을 추출하게 되면 유기용매를 사용한 방법보다 더 나은 경제적 이익을 가져올 수 있으며, 초임계 이산화탄소를 이용할 경우 후처리 공정이 없기 때문에 더 친환경적인 오일의 추출법임을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, the extraction of Conger myriaster oil by using supercritical carbon dioxide (SC-CO2) and organic solvent was investigated. The extraction conditions conducted for SC-CO2 varied for pressure (25, 30 MPa) and temperature (45, 55 ℃), while the SC-CO2 flow rate was kept constant during the experiment (27 g min-1) and hexane was used as a conventional organic solvent. The extraction yield indicated that the best extraction condition would be SC-CO2 at 55 ℃ and 30 MPa, resulting in the highest yield of 37.73 ± 0.14%. The oils were characterized for their fatty acid (FAs) composition using gas chromatography, while it was revealed that the major FAs were mystric acid, palmitoleic acid, oleic acid, electroosapentaenoic acid (EPA), and docosahexaenoic acid (DHA). The oxidation stability of the extracted C. myriaster oil was evaluated by measuring the acid value, peroxide value, and free fatty acid. The best oxidative stability was obtained from SC-CO2 extracted oil at 30 MPa and 55 ℃. There was a significant difference in the color properties of the SC-CO2 and hexane extracted oils, with the SC-CO2 extracted oil showing better chromaticity than the oil extracted using hexane. Extracting oils from C. myriaster with SC-CO2 could bring better economic benefits than using organic solvents. When supercritical carbon dioxide was used, there was no post-treatment process; thus, it was confirmed that this is a more environmentally friendly oil extraction method.

주제어

표/그림 (8)

그림 Figure 1. A schematic diagram of SC-CO₂ extraction process.
표 Table 1. Gas chromatography operate conditions for fatty acid analysis of C. myriaster oil
그림 Figure 2. C. myriaster oil extraction curves by each condition of SC-CO₂.
표 Table 2. The percentage of oil yield from C. myriaster by different methods
표 Table 3. General composition of C. myriaster before and after SC-CO₂ extraction
표 Table 4. Fatty acids composition C. myriaster oil obtained by SC-CO₂ extraction and organic solvent extraction
표 Table 5. Comparison of oil oxidation values C. myriaster oil obtained by SC-CO₂ extraction and organic solvent extraction
표 Table 6. Color properties C. myriaster oil obtained by SC-CO₂ extraction and organic solvent extraction

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 논문에서는 청정기술인 초임계 이산화탄소 공정을 활용하여 이용가치가 높은 수산자원인 붕장어로부터 오일 을 추출하고 수율의 비교, 화학적･물리학적 특성을 비교 및 분석하였다. 또한 유기용매 추출 오일과의 비교실험을 수행함으로써, 식품산업에서 해당 소재와 기술의 활용 가능성에 대하여 연구하였다.

제안 방법

동결건조 및 초임계 이산화탄소 추출 후 회수된 시료 각각의 일반성분을 비교하였다. 일반성분의 측정은 AOAC (2000) 법에 준하여 변형 후 측정하였다[21].
따라서 본 논문에서는 청정기술인 초임계 이산화탄소 공정을 활용하여 이용가치가 높은 수산자원인 붕장어로부터 오일 을 추출하고 수율의 비교, 화학적･물리학적 특성을 비교 및 분석하였다. 또한 유기용매 추출 오일과의 비교실험을 수행함으로써, 식품산업에서 해당 소재와 기술의 활용 가능성에 대하여 연구하였다.
본 연구에서는 우수한 수산물의 공급원인 붕장어(Conger myriaster)에 초임계 이산화탄소의 다양한 조건(온도 45, 55℃, 압력 25, 30 MPa) 및 유기용매(헥산)를 이용하여 추출을 수행하였다. 그 결과 초임계 이산화탄소의 경우는 55 ℃, 30 MPa에서 37.
붕장어의 지질을 추출하기 위하여 유기용매 추출을 수행하였다. 비커에 동결 건조된 시료 100 g과 1 L의 노말헥산(n-hexane)을 채운 후 자력교반기(MS-20D, Daihan Scientific Co.

대상 데이터

본 실험에 사용된 붕장어 시료는 부산광역시 중구 자갈치 시장에 위치한 (주)대강수산에서 머리와 뼈, 내장이 모두 제거된 냉동필렛상태의 냉동 붕장어를 구입하였다. 구입한 붕장어는 동결건조하기 위하여 잘게 자르고 동결건조기(EYELA FDV-2100, Rikakikai Co.
, Korea)를 이용하여 분쇄한 후 밀봉하여 -40 ℃ 암소에 보관하여 실험에 사용하였다. 초임계 이산화탄소 추출에 사용된 이산화탄소는 순도 99.9%의 것을 KOSEM (Yangsan, Korea)에서 구입하였고, 그 외 분석 및 보조용매로 사용된 시약은 특급시약 및 HPLC grade를 사용하였다.

데이터처리

실험결과의 통계처리는 SPSS (Version 25.0 software, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 결과에 대한 분산분석 후 평균 및 표준편차를 구하고, 항목들 간의 유의성 검정은 Post-hoc Duncan의 다중비교로 p < 0.05 유의수준에서 유의차 검정을 실시하였다.

이론/모형

일반성분의 측정은 AOAC (2000) 법에 준하여 변형 후 측정하였다[21]. 수분은 상압가열건조법, 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet법 및 조회분은 건식회화법으로 측정하였다. 탄수화물은 100-(수분+회분+조단백질+조지방)으로 나타내었으며 3번 측정한 뒤 평균 내었다.
추출된 오일의 산가는 AOCS, Official Method Cd 3d-63, 1999의 방법을 이용하여 측정하였다[23]. 250 mL 삼각플라스크에 오일을 각 0.

성능/효과

초임계 이산화탄소 추출 조건의 변화에 따라서는 온도와 압력 변화에 따라 오일의 추출 수율에 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 25 MPa의 조건에서는 온도가 증가함에 따라서 추출 수율이 감소하고 30 MPa의 조건에서는 온도가 증가함에 따라서 추출 수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 용매의 밀도와 용질의 휘발성 사이의 경쟁적 관계에 기인한다고 알려져 있는데, 용매 밀도의 감소는 추출상의 용질분자가 용매분자와 작용할 확률을 감소시켜 용해도를 감소시킨다.
본 연구에서는 우수한 수산물의 공급원인 붕장어(Conger myriaster)에 초임계 이산화탄소의 다양한 조건(온도 45, 55℃, 압력 25, 30 MPa) 및 유기용매(헥산)를 이용하여 추출을 수행하였다. 그 결과 초임계 이산화탄소의 경우는 55 ℃, 30 MPa에서 37.73 ± 0.14%로 가장 높은 수율을 나타냈으며 유기용매의 경우 35.84 ± 1.31%의 수율을 확인하였다. 추출된 오일의 지방산 조성을 확인한 결과 초임계 이산화탄소 및 유기용매 추출 오일 간 지방산 조성의 큰 차이는 없었으나 불포화 지방산의 함량이 풍부한 것을 확인할 수 있었다.
본 연구에서 붕장어로부터 추출된 오일의 수율은 Table 2에 나타내었다. 기존의 추출법인 유기용매를 이용한 추출의 경우는 35.84 ± 1.31%, 초임계 이산화탄소 추출은 55 ℃, 30 MPa에서 37.73 ± 0.14%로 최고수율을, 55 ℃, 25 MPa에서 27.36 ± 0.09%로 최저 수율을 나타내어 추출 압력 조건의 변화에 따라서 유의적으로 차이를 나타낸 것을 확인하였다. 유기용매와 초임계 이산화탄소를 사용한 추출은 수율에 있어서는 큰 차이가 나지는 않지만 추출 시간에 있어서 초임계 이산화탄소 추출이 유기용매에 비해서 12배 정도 단축됨을 확인할 수 있었고, 독성물질인 용매 제거와 같은 후처리 공정이 없다는 점에서 초임계 이산화탄소를 이용한 붕장어 오일의 추출이 유기용매를 이용한 방법보다 뛰어난 공정임을 확인할 수 있었다.
이를 통해 추출 조건을 변화시키면 오일의 산화 안정성을 선택적으로 조절할 수 있음을 알 수 있다. 따라서 초임계 이산화탄소를 이용하면 소비자의 기호도가 높은 붕장어 오일을 회수할 수 있으며, 기존의 재래식 유기용매법으로 야기되는 공정의 어려움, 제품품질 저하, 유기용매에 의한 환경오염 등을 보완할 수 있는 청정기술로써 효과적인 공정으로 이용될 수 있다.
추출 조건에 따른 과산화 물가는 Table 4에 나타내었다. 실험결과 유기용매로 추출한 오일에서 과산화물가는 2.40 ± 0.09 meq kg^-1로 산가에서와 마찬가지로 30 MPa의 압력에서 추출한 오일(45, 55 ℃에서각 2.64 ± 0.06, 2.38 ± 0.19 meq kg^-1)과는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 25 MPa에서 추출한 오일(45, 55 ℃에서 각 2.
추출 조건에 따른 산가는 Table 5에 나타내었다. 실험결과, 유기용매로 추출한 오일에서 산가는 2.75 ± 0.07 mg KOH g^-1으로 30 MPa의 압력에서 추출한 오일과 비교하였을 때 유의한 차이는 없는 것으로 나타났으며(45, 55 ℃에서 각 2.93 ± 0.29, 2.36 ± 0.32 mg KOH g^-1), 25 MPa에서 추출한 오일(45, 55 ℃에서 각 4.92 ± 0.07, 5.86 ± 0.73 mg KOH g^-1)과는 유의한 차이를 나타내어 압력에 따라 오일의 산가에 차이가 있는 것을 확인할 수 있었다. 이는 추출 조건에 따라 이산화탄소에 녹는 glyceride와 유리지방산의 용해도에 차이가 있다는 것을 의미하며, 추출 조건을 변화시켜 오일의 산가를 선택적으로 조절할 수 있다[26].
09%로 최저 수율을 나타내어 추출 압력 조건의 변화에 따라서 유의적으로 차이를 나타낸 것을 확인하였다. 유기용매와 초임계 이산화탄소를 사용한 추출은 수율에 있어서는 큰 차이가 나지는 않지만 추출 시간에 있어서 초임계 이산화탄소 추출이 유기용매에 비해서 12배 정도 단축됨을 확인할 수 있었고, 독성물질인 용매 제거와 같은 후처리 공정이 없다는 점에서 초임계 이산화탄소를 이용한 붕장어 오일의 추출이 유기용매를 이용한 방법보다 뛰어난 공정임을 확인할 수 있었다. 초임계 이산화탄소 추출 조건의 변화에 따라서는 온도와 압력 변화에 따라 오일의 추출 수율에 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다.
반면에 용질의 휘발성의 증가는 용질이 응축상 으로부터 탈출하려는 경향을 증가시켜 용해도를 증가시킨다 [26]. 즉, 이번 연구결과를 보게 되면 25 MPa의 압력에서는 온도가 증가함에 따라 일정 압력에서 용매의 밀도가 급격하게 감소하여 용해도를 감소시키며, 30 MPa의 압력에서는 밀도에 미치는 압력의 영향이 적어지게 되는 반면에 용질의 휘발성의 증가로 용해도가 증가하는 것을 확인할 수 있다. 이는 이전의 달맞이꽃씨유를 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출한 결과와 같이[26], 초임계 이산화탄소의 온도가 증가함에 따라 붕장어 오일의 용해도에 대한 압력 의존성이 더 큰 것으로 나타났다.
유기용매와 초임계 이산화탄소를 사용한 추출은 수율에 있어서는 큰 차이가 나지는 않지만 추출 시간에 있어서 초임계 이산화탄소 추출이 유기용매에 비해서 12배 정도 단축됨을 확인할 수 있었고, 독성물질인 용매 제거와 같은 후처리 공정이 없다는 점에서 초임계 이산화탄소를 이용한 붕장어 오일의 추출이 유기용매를 이용한 방법보다 뛰어난 공정임을 확인할 수 있었다. 초임계 이산화탄소 추출 조건의 변화에 따라서는 온도와 압력 변화에 따라 오일의 추출 수율에 차이가 나타나는 것을 확인할 수 있다. 25 MPa의 조건에서는 온도가 증가함에 따라서 추출 수율이 감소하고 30 MPa의 조건에서는 온도가 증가함에 따라서 추출 수율이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
02로 상대적으로 가장 붉은색을 나타냄을 알 수 있었다. 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출된 오일의 경우는 압력보다는 온도에 의존하여 다른 a값을 나타내는 것을 알 수 있었다. 황색도 b값의 경우도 적색도와 비슷하게 압력보다는 온도에 따라 유의적인 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었으며 45 ℃에서 추출한 오일이 유기용매를 사용하여 추출한 오일보다 상대적으로 노란색을 나타냄을 알 수 있었다.
31%의 수율을 확인하였다. 추출된 오일의 지방산 조성을 확인한 결과 초임계 이산화탄소 및 유기용매 추출 오일 간 지방산 조성의 큰 차이는 없었으나 불포화 지방산의 함량이 풍부한 것을 확인할 수 있었다. 한편, 추출 오일의 산화 안정성을 산가, 과산화물가, 유리지방산을 통해 비교하였을 때 25 MPa에서 추출한 오일보다 30 MPa에서 추출한 오일이 전반적으로 뛰어난 산화 안정성을 보이는 것을 확인하였다.
19 meq kg^-1)과는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 하지만 25 MPa에서 추출한 오일(45, 55 ℃에서 각 2.92 ± 0.06, 3.45 ± 0.11 meq kg^-1)과는 유의한 차이를 나타내는 것을 확인할 수 있어 초임계 이산화탄소의 압력 조건에 따른 오일의 산화를 방지하는 물질 또한 높은 압력에서 많이 추출됨을 유추할 수 있다.
초임계 이산화탄소를 이용하여 추출된 오일의 경우는 압력보다는 온도에 의존하여 다른 a값을 나타내는 것을 알 수 있었다. 황색도 b값의 경우도 적색도와 비슷하게 압력보다는 온도에 따라 유의적인 차이를 보이는 것을 확인할 수 있었으며 45 ℃에서 추출한 오일이 유기용매를 사용하여 추출한 오일보다 상대적으로 노란색을 나타냄을 알 수 있었다. 또한 추출된 오일을 제품화하기 위하여서는 정제과정이 필수인데, 오일의 색상과 밝기 등은 정제 비용을 결정함에 있어서 중요한 역할을 한다[36].

후속연구

또한 추출된 오일을 제품화하기 위하여서는 정제과정이 필수인데, 오일의 색상과 밝기 등은 정제 비용을 결정함에 있어서 중요한 역할을 한다[36]. 어두운 색상의 오일은 소비자에게 판매하기 위해 높은 비용의 가공이 필요하므로 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출된 오일이 유기용매를 통해 추출된 오일보다 더 밝은 값을 나타내는 것으로 보아 추후 정제과정에 있어서 드는 비용에 있어서 초임계 이산화탄소를 통해 추출된 오일이 이점을 가질 것으로 여겨진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	수산물 추출에 유기용매, 증류법을 이용한 추출의 단점은?	지금까지 이런 수산물의 추출에는 유기용매, 증류법을 이용한 추출이 많이 이용되어 왔으나, 이는 잔존용매의 위험성이 있고 열을 가하는 공정이 추가되므로 성분 변성 등의 위험뿐 아니라 산화로 인한 문제점이 있어 경쟁력의 한계성을 나타내고 있다. 반면 초임계 유체 추출법은 유체의 임계점 근방 또는 그 이상의 온도와 압력 하에 유체의 특이적 성질을 이용 하여 유용물질을 추출하는 방법으로 비교적 낮은 온도(40 ~ 60 ℃)에서 수행되므로 열에 민감한 천연물질의 분리･정제에 많이 이용되고 있으며, 초임계 유체 추출법은 유기용매 사용으로 인해 야기되는 여러 환경문제를 해결하는데 적합한 추출법이다[10-11].
	초임계 유체 추출법은 무엇인가?	지금까지 이런 수산물의 추출에는 유기용매, 증류법을 이용한 추출이 많이 이용되어 왔으나, 이는 잔존용매의 위험성이 있고 열을 가하는 공정이 추가되므로 성분 변성 등의 위험뿐 아니라 산화로 인한 문제점이 있어 경쟁력의 한계성을 나타내고 있다. 반면 초임계 유체 추출법은 유체의 임계점 근방 또는 그 이상의 온도와 압력 하에 유체의 특이적 성질을 이용 하여 유용물질을 추출하는 방법으로 비교적 낮은 온도(40 ~ 60 ℃)에서 수행되므로 열에 민감한 천연물질의 분리･정제에 많이 이용되고 있으며, 초임계 유체 추출법은 유기용매 사용으로 인해 야기되는 여러 환경문제를 해결하는데 적합한 추출법이다[10-11].
	붕장어의 효능은 무엇인가?	붕장어는 경남 통영 수산업의 주 어획 대상어종으로 일본 및 동중국해 등에서 연중 어획되고 있고[1], 뱀장어, 검은점 곰치, 날붕장어 등과 함께 어체가 뱀 모양을 하고 있어 뱀장어 목으로 분류되어 있다[2]. 일반적으로 장어류는 단백질, 비타민, 무기질 및 고도 불포화 지방산을 많이 함유하고 있어 수산 자원으로서 이용가치가 매우 높고, 이 중 고도 불포화 지방산은 혈중 콜레스테롤의 농도를 저하시키고 두뇌성장을 촉진하며, 심장질환, 동맥경화, 고혈압 등을 예방하는 중요한 생리적 기능을 지니고 있어 건강 회복용 식품 소재로 널리 이용되고 있다[3]. 식품으로 우리나라에서는 주로 구이, 회, 탕 등으로, 일본에서는 뱀장어보다 산뜻한 맛이 있다고 하여 초밥, 튀김, 또는 굽거나 찜으로 많이 이용한다.

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저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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