KR102004418B1 - 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 곤충 유충을 건조시키는 단계; 상기 건조된 곤충 유충을 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 상기 분말화된 곤충 유충에 초임계를 처리하는 단계를 포함하는, 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 제공한다.
본 발명에 따른 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법은 기존 열수추출법 보다 곤충에 포함된 지방의 추출 효율이 월등히 높기 때문에 사료원의 가공공정을 원활히 진행할 수 있는 장점이 있다.

Description

초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법{Extracting method of fat from insect larva using supercritical}

본 발명은 유충의 지방 함량을 5% 이하로 감소시킬 수 있는 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법에 관한 것이다.

다양한 곤충 중에서 동애등에는 절지동물 곤충강 파리목 동애등에과에 속하는 곤충으로서, 몸 길이는 13 ~ 20 mm이며 전체적인 색상은 흑색이다.

동애등에는 한국, 일본, 중국, 타이완 및 전세계에 분포하며 유기성 폐기물인 동물 사체, 식물 잔재물, 음식물 쓰레기, 또는 가축의 분을 먹이로 하여 서식한다.

일반적으로 동애등에 유충은 단백질 40%, 지방 30%를 함유하고 있어 다양한 사료원으로써 활용되고 있으며, 특히 가축들의 중성지방과 콜레스테롤 수치를 낮춰주는 효과가 있는 것으로 알려지면서 고급 사료 및 영양제에 적용하고 있다.

그러나, 동애등에 유충에 포함된 높은 지방 함량(30%)은 사료로 활용하기 위한 가공공정, 특히 분말화 유도과정에서 점도 때문에 사료화 공정에서 문제가 발생된다.

따라서, 분말사료의 제조공정상에 문제점을 해결하기 위해 필수적으로 지질의 제거가 선행되어야 한다.

동애등에 유충으로부터 지방을 추출하기 위해 열탕 추출법, 열수 추출법, 냉침 추출법, 환류 냉각 추출법 또는 초음파 추출법 등이 제안되었다.

그러나, 상기 추출법들의 경우 당초 30%의 지방 함량을 14 ~ 16%까지 감소시킬 수 있으나, 여전히 고함량(14 ~ 16%)의 지방을 포함하고 있어 동애등에 유충을 사료원으로 가공공정을 진행하는데 있어 방해요소로 작용하고 있다.

따라서, 상기 동애등에 유충에 포함된 지방의 함량을 5% 이하까지 감소시켜 가공공정을 원활히 할 수 있는 추출법에 대한 연구 개발이 시급한 실정이다.

한국공개특허 제2013-0111854호 (2013.10.11. 공개)

본 발명의 목적은 상기 문제점을 극복하기 위해, 초임계 처리 압력, 처리 시간, 및 분말화된 곤충 유충의 크기에 따른 최적의 조건을 규명함으로써 곤충 유충에 포함된 지방의 함량을 5% 이하로 감소시켜 곤충에 포함된 높은 지방 함량으로 인하여 사료원으로 활용하기 어려운 문제점을 극복하고 사료원으로 활용하기 위한 가공공정을 원활히 진행할 수 있는 방법을 제공하는 데에 있다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 곤충 유충을 건조시키는 단계; 상기 건조된 곤충 유충을 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 상기 분말화된 곤충 유충에 초임계를 처리하는 단계를 포함하는, 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 제공한다.

본 발명에 따른 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법은 기존 열수추출법 보다 곤충에 포함된 지방의 추출 효율이 월등히 높기 때문에 사료원의 가공공정을 원활히 진행할 수 있는 장점이 있다.

도 1은 본 발명인 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 개략적으로 나타낸 모식도;
도 2는 비교예 1에 따른 열수를 이용한 동애등에 유충의 지방 추출방법을 개략적으로 나타낸 도면;
도 3은 압력 조건에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 4는 압력 조건에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 5는 압력 조건에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 6은 추출 입자 크기에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 7은 추출 입자 크기에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 8은 추출 입자 크기에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 9는 추출 시간에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반 성분 분석결과를 나타낸 도면;
도 10은 추출 시간에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석결과를 나타낸 도면; 및
도 11은 추출 시간에 따른 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석결과를 나타낸 도면이다.

이하, 본 발명인 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명의 발명자들은 곤충 유충을 이용하여 사료원을 효율적으로 제조하는 방법에 대해 연구개발 하던 중, 기존의 열수를 이용하는 방법 대신에 최적의 조건 하에서 초임계 처리할 경우 유충의 지방 함량을 5% 이하로 감소시켜 곤충 유충으로부터 사료를 효율적으로 제조할 수 있음을 밝혀내어 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 곤충 유충을 건조시키는 단계; 상기 건조된 곤충 유충을 분쇄하여 분말화하는 단계; 및 상기 분말화된 곤충 유충에 초임계를 처리하는 단계를 포함하는, 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 제공한다.

상기 곤충 유충은 동애등에 유충일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 건조시키는 단계는 190 내지 200 kW의 마이크로웨이브를 조사하여 곤충 유충을 건조시키는 단계일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 분말화된 곤충 유충은 평균 입경이 10 내지 18 메쉬(mesh)일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

상기 초임계를 처리하는 단계는 150 내지 350 bar에서 1 내지 2시간 동안 30 내지 40℃에서 20 내지 30 ℓ/h의 유량으로 초임계 이산화탄소를 처리하는 단계일 수 있으며, 이에 제한되는 것은 아니다.

이하, 하기 실시예에 의해 본 발명인 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법을 보다 상세하게 설명한다. 다만, 이러한 실시예에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

<비교예 1> 열수를 이용한 동애등에 유충의 지방 추출

190 내지 200 kW의 마이크로웨이브를 조사하여 건조시킨 동애등에 유충을 24 mesh의 양파망에 넣은 후에 121℃에서 15분 동안 유지하여 증자하였다. 증자된 동애등에 유충 유충은 고액을 분리하고, 고체는 60℃에서 열풍건조하여 지방을 추출하였고(도 2 참조), 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다.

표 1을 참조하면, 추출 수율은 25%였고, 수분, 지방, 및 회분 함량은 각각 7.42%, 15.97%, 및 13.26%로 나타났다.

상기 결과를 토대로 건조된 동애등에 유충을 대량으로 열수처리한 후 건조하여 사료화 공정에 투여하였지만, 높은 지방 함량(15.97%)에 의해 사료화 공정에 투입하기에는 미흡한 것으로 나타났다. 따라서 추가적으로 지방 함량을 10% 미만으로 감소시키는 공정이 필요한 것으로 나타났다.

[표 1]

<실시예 1> 최적의 압력조건 규명

1. 실험방법

190 내지 200 kW의 마이크로웨이브를 조사하여 건조시킨 동애등에 유충을 분쇄하여 분말화하였다.

분쇄된 동애등에 유충 분말을 이산화탄소 초임계 용기에 400 g을 각각 투입한 후 150, 250, 및 350 bar 하에서 2시간 동안 35℃를 유지하고 26 ℓ/h의 유량으로 이산화탄소를 유입시켜 초임계 이산화탄소 추출법을 수행하였다(ISA-SCCO-S-1000-500).

[표 2]

2. 결과

(1) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반성분 분석

도 3 및 표 3을 참조하면, 압력이 증가될수록 추출 수율이 16%에서 24.5%까지 증가하는 경향성을 나타냈다. 압력의 증가에 의해 추출물에 기름의 양은 증가되지만, 추출 잔여물에 있어서 기름기가 점점 감소되는 경향성을 나타냈다.

또한, 추출결과 단백질의 함량은 44.4%에서 59.01%로 약 15% 정도 상승되는 반면에, 지질의 함량은 29.64%에서 7.92%로 급격히 감소되는 것으로 나타났다.

[표 3]

(2) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석

도 4 및 표 4를 참조하면, 통계적인 유의성은 있었지만, 추출 압력에 따라 많은 차이는 유발되지 않은 것으로 나타났다. 무기염 중에서 칼슘(Ca)의 함량이 가장 높은 반면에, 나트륨의 함량은 가장 낮은 것으로 나타났다.

[표 4]

(3) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석

도 5 및 표 5를 참조하면, 추출 압력에 따른 지방산 조성의 차이는 팔미트산(palmitic acid, C16:0)에서 가장 높게 나타났지만, 그 차이가 2% 미만으로 나타났기 때문에 추출 조건에 따라 크게 차이가 나는 것으로 볼 수 없었다.

추출물의 지방산 조성은 불포화지방산과 포화지방산의 비율이 66.8:33.2로 불포화지방산의 비율이 2배 높게 나타났다.

오메가-6 계열인 리놀레산(linoleic acid, C18:2)이 평균 33.6%로 가장 높게 추출되었고, 오메가-9 계열인 올레산(oleic acid,; C18:1)이 포화지방산인 팔미트산(oleic acid, C16:0)과 유사한 비율인 28.6%로 각각 분석되었다.

불포화지방산인 오메가-3 계열의 알파-리놀레산(alpha-linolenic acid, C18:3), 오메가-7 계열의 파울린산(paullinic acid, C20:1)과 포화지방산인 스테아르산(stearic acid, C18:0) 및 아라키딘산(arachidic acid, C20:0)은 모두 낮은 농도로 감지되었다.

[표 5]

<실시예 2> 최적의 분쇄된 동애등에 유충 분말 평균입경 규명

1. 실험방법

상기 실시예 1의 결과에 따라, 분쇄된 동애등에 유충 분말을 350 bar 하에서 2시간 동안 35℃를 유지하고 26 ℓ/h의 유량으로 이산화탄소를 유입시켜 초임계 이산화탄소 추출법을 수행하였고, 이때 다양한 평균 입경을 갖는 분쇄된 동애등에 유충 분말을 이용하였고, 추출시간은 경제적인 면을 고려하여 2시간으로 설정하였다.

2. 결과

(1) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반 성분 분석

도 6 및 표 6을 참조하면, 평균 입경이 10 메쉬(mesh) 이하에서는 지방이 8 ~ 8.5%까지 감소되는 것으로 나타났다.

추출 수율은 평균 입경이 5 메쉬(mesh) 이상에서 매우 낮은 0.59%로 나타난 반면, 5 메쉬(mesh) 이하에서는 급격히 증가되는 경향성을 보였고, 평균 입경이 5 내지 18 메쉬(mesh)에서는 41.12 ~ 48.16%를 나타냈다.

다만, 평균 입경이 18 메쉬(mesh) 이하로 감소되는 경우 이산화탄소의 흐름에 따라 추출용매에 같이 이동하는 양상을 보여 추출 잔여물의 감소량이 증가되어 수율이 34.51%로 감소되는 것으로 나타났다.

따라서, 지방의 추출 수율은 상승되지만, 추출 잔여물의 함량 감소에 기인한 경제적 손실이 증가되기 때문에 차후의 실험에서 배제되는 것이 적합한 것으로 판단되었다.

[표 6]

(2) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석

도 7 및 표 7을 참조하면, 단백질, 탄수화물 등의 함량은 지방 함량에 반비례하여 증가되는 경향성을 보였기 때문에 본 추출 방법이 적합하게 형성된 것으로 추정되었다.

무기물의 함량은 압력 조건에서 추출된 양상과 유사하였고, 특이적인 양상을 보이지는 않았다.

[표 7]

(3) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석

도 8 및 표 8을 참조하면, 추출물의 지방산 조성은 압력 조건과는 다르게 매우 특이적인 양상을 보였다.

구체적으로, 팔미트산(palmitic acid, C16:0)은 평균 입경 크기에 반비례하여 추출되는 경향성을 보인 반면, 오메가-9 계열인 올레산(oleic acid,; C18:1)과 오메가-6 계열인 리놀레산(linoleic acid, C18:2)은 평균 입경 크기에 비례하여 추출되는 경향성을 보였다.

도 6에 나타낸 바와 같이, 최적의 압력 조건 규명에서 압력 조건에 무관하게 유사한 양으로 추출된 것과는 매우 대조적인 결과를 나타냈으며, 추가적으로 리놀레산의 추출 함량은 현저히 감소된 반면에, 팔미트산과 올레산의 추출 수율은 상승되는 경향성을 나타냈다.

따라서, 유동성이 강한 불포화지방산은 분쇄된 동애등에 유충 분말의 평균 입경 크기가 클수록 추출이 많이 되는 경향성을 보이는 반면, 분쇄된 동애등에 유충 분말의 평균 입경 크기가 작아질수록 감소되었기 때문에 분말화의 방해 요소로 작용하며 가공적성을 감소시키는 것으로 판단된다.

[표 8]

<실시예 3> 최적의 추출시간 규명

1. 실험방법

상기 실시예 1의 결과에 따라, 분쇄된 동애등에 유충 분말을 350 bar 하에서 35℃를 유지하고 26 ℓ/h의 유량으로 이산화탄소를 유입시켜 초임계 이산화탄소 추출법을 수행하였고, 이때 다양한 추출시간(2시간, 4시간, 및 6시간)을 변수로 하여 추출을 수행하였다.

2. 결과

(1) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 일반 성분 분석

도 9 및 표 9를 참조하면, 4.58 ~ 7.01%까지 지방이 추출되는 것으로 나타났고, 추출 수율은 32 ~ 36%까지 도출되었다.

추출시간이 특이적으로 많은 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났지만, 시간이 많이 소요될수록 약간의 개선 효과가 나타났다.

따라서 6시간까지 추출하는 경우에 5% 미만으로 지방이 감소되는 것을 관찰할 수 있었고, 단백질과 탄수화물은 지방의 추출에 반비례하여 상승되는 경향성을 보였다.

[표 9]

(2) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 무기 성분 분석

도 10 및 표 10을 참조하면, 무기성분의 함량은 압력 조건에서 추출된 양상과 유사한 것으로 나타났다.

[표 10]

(3) 초임계 이산화탄소 추출 잔유물의 지방산 성분 분석

도 11 및 표 11을 참조하면, 지방산 성분중에 팔미트산(palmitic acid, C16:0)은 추출시간에 반비례한 반면, 올레산(oleic acid, C18:1)은 비례하는 양상을 보였다. 리놀레산(Linoleic acid, C18:2)은 2 ~ 4시간에서 유사한 수준을 보였지만, 6시간째 급격히 상승되는 경향성을 보였다.

[표 11]

상기 실시예 1 내지 실시예 3에 따라, 동애등에 유충에 포함된 지방의 추출을 증가시키기 위한 초임계 이산화탄소 추출 조건은 하기와 같다.

- 분쇄된 동애등에 유충 분말의 평균 입경: 10 ~ 18 mesh

- 초임계 이산화탄소 추출 압력: 350 bar

- 초임계 이산화탄소 추출 시간: 6시간

- 초임계 이산화탄소 추출 온도: 35℃

- 초임계 이산화탄소 주입 유량: 26 ℓ/h

이상과 같이, 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 이것에 의해 한정되지 않으며 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술 사상과 아래에 기재될 청구범위의 균등 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

Claims (4)

1. 곤충 유충을 건조시키는 단계;
   상기 건조된 곤충 유충을 분쇄하여 분말화하는 단계; 및
   상기 분말화된 곤충 유충에 초임계를 처리하는 단계
   를 포함하며,
   상기 곤충 유충은 동애등에이며,
   상기 건조시키는 단계는, 190 내지 200 kW의 마이크로웨이브를 조사하여 곤충 유충을 건조시키고, 상기 분말화된 곤충 유충은, 평균 입경이 10 내지 18 메쉬(mesh)이며,
   상기 초임계를 처리하는 단계는,
   350 bar에서 6시간 동안 35℃에서 26 ℓ/h의 유량으로 초임계 이산화탄소를 처리하는 것을 특징으로 하는, 초임계를 이용한 곤충 유충의 지방 추출방법.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제

Images