KR102605643B1 - 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법 - Google Patents

어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 어류의 조직 및 부산물로부터 오일을 친환경적으로 추출하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계와, 상기 준비된 조직 및 부산물을 초음파 추출하는 단계와, 상기 추출된 추출물을 원심분리하여 오일을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다. 본 발명에 의하면, 용매의 사용 없이 어류의 부산물로부터 오메가-3 지방산 등을 포함하는 기능성 오일을 효율적, 환경친화적으로 추출하는 것은 물론, 추출과정 중 오일이 산화되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 아울러, 버려질 수 있는 폐기물을 역으로 자원화함으로써, 부가가치를 높일 수 있다는 장점이 있다.

Description

어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법{Eco-friendly extraction of oil from fish tissues and by-products}
본 발명은 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유기용매를 사용하지 않고 오일을 추출한 후, 이를 효과적으로 정제하는 방법에 관한 것이다.
어류, 특히 연어의 오일에는 생리 활성 물질인 EPA(eicosapentaenoic acid), DHA(docosahexaenoic acid) 등과 같은 오메가-3 지방산의 트라이글리세라이드(triglycerides, TG)는 물론, 각종 지용성의 유효성분이 풍부하다.
이 중에서 오메가-3 불포화 지방산에 속하는 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid, EPA, 20:5 n-3)과 도코사헥사엔산(docosahexaenoic acid, DHA, 22:6 n-3)은 심근 경색, 뇌졸중 및 심혈관계 질환에 의한 사망을 감소시키는 등 생리적인 활성을 갖는 것으로 알려져 있다.
이러한 오메가-3 지방산은 아직도 수요에 비해 공급이 부족하므로, 더 많은 공급원과 효율적인 추출 방법이 요구되고 있다.
한편, 최근 우리나라에서는 연어의 소비가 확대되면서 연어의 수입량이 늘어나고 있으며, 수입된 연어는 횟감, 선어, 냉동 및 가공식품 등으로 다양한 소비가 이루어지고 있다.
이에 따라 우리나라 강원도에서는 대서양연어의 양식 사업이 추진 중이다. 대서양연어의 양식이 본격화되면, 이에 따라 그 부산물이 다량 발생할 것으로 예상되므로, 부산물 처리의 해결 방안이 요구되고 있다.
종래 연어를 포함하는 어류의 부산물은 그대로 폐기되거나, 이를 발효하여 비료 또는 사료로 이용하여 왔다. 그러나 이러한 방법만으로는 그 처리에 한계가 있었다.
이에 따라, 어류의 부산물로부터 지질을 추출하는 방법 역시 다수 시행되었다. 그러나 이러한 방법은 헥세인(hexane), 헥세인-아이소프로판올(isopropanol) 혼합물, 클로로폼(chloroform), 클로로폼-메탄올(methanol) 혼합물, 메틸 3차-뷰틸 에터(methyl t-butyl ether, MTBE) 등과 같은 유기용매가 사용되었는바, 이러한 용매들은 신경독성, 발암성, 시력 상실 등과 같은 독성을 나타내거나 강한 냄새 때문에, 사람이 섭취하고자 하는 목적에 사용하는 것은 바람직하지 못하였으며, 폐 유기용매의 처리에도 어려움이 있었다.
상기한 문제점 해소를 위하여, 초임계 또는 아임계의 이산화탄소를 이용하여 어류의 오일을 추출하는 방법 등이 제안되었으나, 그 추출 효율이 높지 못한 문제가 있었다.
또한, 최근에는 어류를 동결 건조한 후 고압으로 압착하여 추출하는 방법이 많이 사용되고 있으나, 이 방법은 어류를 완전히 건조하는 과정에 많은 시간과 에너지가 소비된다는 단점이 있다.
따라서, 유기용매의 사용 없이 효율적으로 어류의 부산물에서 친환경 오일을 추출한 후, 정제하는 방법이 요구되고 있다.
KR 10-2013-0040397 A KR 10-1484656 B1 KR 10-0408977 B1
본 발명의 목적은 유기용매의 사용 없이 어류의 조직 및 부산물로부터 오일을 효율적으로 추출하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 오일의 추출 효율을 개선하고, 추출 중 오일의 산화를 방지하며, 효율적으로 정제할 수 있는 방법을 제공하는 데 있다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명의 어류의 조직 및 부산물로부터 오일을 친환경적으로 추출하는 방법은, 어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계와, 상기 준비된 조직 및 부산물을 초음파 추출하는 단계와, 상기 추출된 추출물을 원심분리하여 오일을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 어류는, 연어(Oncorhynchus keta), 대서양연어(Salmo salar), 송어, 참치, 참다랑어, 방어, 멸치, 고등어, 정어리 및 빙어로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 한다.
상기 조직 및 부산물은, 근육, 알, 지라, 내장, 쓸개, 심장, 유문수, 간, 두부(머리), 식도, 위, 껍질, 신장, 지느러미, 아가미, 정소 및 난소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 한다.
상기 조직 및 부산물을 분쇄하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 추출하는 단계는, 60~70℃에서 30~45분 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 추출하는 단계는, 60℃에서 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 한다.
상기 오일을 수득하는 단계 후, 상기 수득된 오일을 정제하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 정제는 흡착물질로 과산화물을 흡착하는 것으로, 상기 흡착물질은 실리카겔, 알루미나 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 한다.
상기 흡착물질은 실리카겔이고, 상기 흡착 시간은 30~120분인 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 추출하는 단계에서, 상기 준비된 조직 및 부산물에 염화나트륨을 첨가한 후, 초음파 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 염화나트륨은, 상기 준비된 조직 및 부산물과 염화나트륨이 10:2 중량비가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 초음파 추출하는 단계에서, 상기 준비된 조직 및 부산물에 항산화제를 첨가한 후, 초음파 추출하는 것을 특징으로 한다.
상기 항산화제는 tannic acid, gallic acid 및 아로니아 분말로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것을 특징으로 한다.
상기 항산화제는, 상기 준비된 조직 및 부산물과 항산화제가 10:0.04 중량비가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 한다.
상기 정제된 오일은, 팔미트산, 팔미톨레산, 시스-9-올레산, 리놀레산, 에이코사펜타엔산 및 도코사헥사엔산을 포함하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 어류의 조직 및 부산물로부터 오일을 친환경적으로 추출하는 방법에 의하면, 용매의 사용 및 시료의 건조 없이 어류의 부산물로부터 오메가-3 지방산 등을 포함하는 기능성 오일을 효율적으로 추출하는 것은 물론, 추출과정 중 오일이 산화되는 것을 방지할 수 있다는 장점이 있다. 아울러, 버려질 수 있는 폐기물을 역으로 자원화함으로써, 부가가치를 높일 수 있다는 장점이 있다.
도 1은 본 발명에 의한 친환경 오일의 무용매 추출 방법의 바람직한 순서를 나타낸 도면.
도 2는 본 발명에 의한 물의 양에 따른 오일의 추출 수율을 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 추출 온도에 따른 오일의 추출 수율을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 추출 시간에 따른 오일의 추출 수율을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 NaCl 첨가량에 따른 오일의 추출 수율을 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 항산화제 사용에 따른 정제 오일의 과산화물값(POV)을 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 의한 흡착물질에 따른 정제 오일의 과산화물값(POV)을 나타낸 그래프.
도 8은 본 발명에 의한 흡착 시간에 따른 정제 오일의 색상 차이를 나타낸 사진.
도 9는 본 발명에 의한 흡착 시간이 정제 효율에 미치는 영향을 나타낸 그래프.
도 10은 본 발명에 의한 정제된 오일의 지방산 함량을 나타낸 그래프.
도 11은 본 발명에 의한 추출 후 정제된 오일 중 지방산의 오버레이 크로마토그램.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 가장 큰 특징은 어류의 조직 및 부산물로부터 용매의 사용 없이 오메가-3를 포함한 지방산의 TG는 물론, 이외 지용성 물질이 포함된 기능성의 오일을 효율적으로 추출한다는 데 있다. 또한, 추출과정 중 오일의 산화를 방지한다는 데에도 특징이 있다.
보다 구체적으로, 본 발명에 의한 어류의 조직 및 부산물로부터 친환경 오일을 무용매로 추출하는 방법은, 어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계와, 상기 준비된 조직 및 부산물을 초음파 추출하는 단계와, 상기 추출된 추출물을 원심분리하여 오일을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이하, 도 1을 참조하여 단계별로 본 발명을 상세히 설명한다.
어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계
먼저, 어류의 조직 및 부산물을 준비한다.
본 발명에서 상기 어류는 연어(Oncorhynchus keta), 대서양연어(Salmo salar), 송어는 물론, 참치, 참다랑어, 방어, 멸치, 고등어, 정어리와 같은 등 푸른 생선 및 빙어 중 어느 것이라도 적용할 수 있다. 즉 상기한 어류 중 1종 이상을 사용할 수 있는 것이다.
또한, 상기 어류의 조직 및 부산물이란, 어류의 근육, 알, 지라, 내장, 쓸개, 심장, 유문수, 간, 두부(머리), 식도, 위, 껍질, 신장, 지느러미, 아가미, 정소 및 난소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 의미한다.
이때, 상기 조직 및 부산물은 세척 후 그대로 사용될 수도 있으며, 분쇄하여 사용될 수도 있는 것으로, 그 실시를 제한하지 않으나, 추출의 효율을 위하여 분쇄하여 사용함이 바람직하다. 다만, 본 발명은 용매의 사용 없이 그대로 오일을 추출하는 방법이므로, 상기한 부산물을 별도로 건조하여 사용할 필요성이 없어, 더욱 경제적인 추출이 가능하다.
상기 준비된 조직 및 부산물을 초음파 추출하는 단계
다음으로, 상기 준비된 조직 및 부산물을 초음파 추출한다.
본 발명에서는 상기 초음파 추출 시, 유기용매는 물론 다른 어떠한 용매도 사용하지 않고 부산물만을 사용하는 것으로, 용매를 사용하지 않더라도 그 추출 조건을 제한할 경우 초음파 추출만으로 충분한 오일의 추출이 가능한 것이다. 다만, 추출할 시료의 양이 상대적으로 적을 경우, 소량의 물을 첨가할 수도 있는 것으로, 이를 제한하지 않는다.
이때, 상기 초음파 추출은 60~70℃에서 30~45분, 가장 바람직하게는 60℃에서 30분 동안 수행하는 것인데, 상기 추출 온도가 60℃ 미만이거나 70℃를 초과하면 오히려 오일의 추출 수율이 감소하고, 상기 추출 시간이 30분 미만이면 충분한 추출이 이루어지지 않고, 45분을 초과하더라도 더 이상의 증진된 효과가 나타나지 않아 경제성이 떨어지기 때문이다.
즉, 본 발명은 용매를 사용하지 않는 추출 방법으로, 친환경성이 우수하다는 장점이 있다.
상기 추출된 추출물을 원심분리하여 오일을 수득하는 단계
그리고 상기 추출된 추출물을 원심분리하여 상층액인 오일만을 수득한다. 이때, 상기 원심분리 방법은 공지된 방법에 따른다.
상기 수득된 오일은, 팔미트산, 팔미톨레산, 시스-9-올레산, 리놀레산, 에이코사펜타엔산 및 도코사헥사엔산 등의 지방산을 다량 포함하여, 생물학적 활성이 우수하므로, 화장품, 건강기능식품, 의약 등 다양한 분야에의 적용이 가능하다.
상기와 같은 방법에 따르면, 유기용매의 사용이 없어 친환경적이면서도, 그 수율이 우수하고, 추출 방법이 간단하다는 장점이 있다. 또한, 시료를 건조할 필요성이 없으므로, 경제성도 우수하다는 장점이 있다.
한편, 상기 오일을 수득하는 단계 후, 상기 수득된 오일을 정제하는 단계를 더 포함하는 것이 바람직하다. 이는 정제를 통해 추출된 오일 내 과산화물의 제거를 위한 것이다.
이때, 상기 정제 방법은 제한하지 않으나, 실리카겔, 알루미나 또는 이들의 혼합물, 가장 바람직하게는 실리카겔을 흡착물질로 사용하여 과산화물을 흡착 제거하는 것이다.
그리고 상기 흡착 시간은 제한하지 않으나, 30~120분, 가장 바람직하게는 60분 동안 흡착하는 것이다.
상기와 같이 정제의 과정을 거치게 되면 상기 정제된 오일은 팔미트산, 팔미톨레산, 시스-9-올레산, 리놀레산, 에이코사펜타엔산 및 도코사헥사엔산을 다량으로 포함하게 된다.
한편, 상기 초음파 추출 단계에서, 염화나트륨(NaCl)을 더 첨가하여 초음파 추출할 수도 있다.
이는 그 추출 수율을 더욱 높이기 위한 것으로, 상기 준비된 조직 및 부산물에 염화나트륨을 첨가한 후, 초음파 추출하는 것이다. 이때, 그 혼합량은 준비된 조직 및 부산물과 염화나트륨이 10:2 중량비가 되도록 함이 바람직한바, 염화나트륨의 양을 늘릴 경우 오히려 수율이 감소할 수 있기 때문이다. 그렇다고 반드시 염화나트륨을 첨가하는 것으로 제한하지는 않는다.
아울러, 추출과정에서 오일이 산화되는 것을 방지하기 위하여, 상기 준비된 조직 및 부산물에 항산화제를 첨가한 후, 초음파 추출하는 것이 바람직하다.
이때, 상기 항산화제로는 tannic acid, gallic acid은 물론, 아로니아 분말 중 1종 이상을 사용할 수 있으며, 그 사용량은 준비된 조직 및 부산물과 상기 항산화제가 10:0.04 중량비인 것이 바람직하나, 이를 제한하는 것은 아니다.
또한, 상기 항산화제는 상기 염화나트륨과 동시에 사용될 수도 있는 것으로 그 실시를 제한하지 않는다.
이하, 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.
(실시예 1)_초음파 추출을 위한 물의 양 최적화
분쇄한 5g의 대서양연어 내장 시료를 40mL의 유리 용기에 넣은 후, 이에 초순수를 0, 2.5, 5, 7.5, 10mL의 양으로 각각의 유리 용기에 가하고, 볼텍스 믹서(vortex mixer)를 이용하여 1분 동안 혼합하였다.
다음으로, 이 유리 용기를 70℃의 물이 들어있는 초음파 추출기(주파수 40kHz)의 수조에 담근 후, 30분 동안 초음파 추출하고 상온으로 냉각하였다. 층 분리를 위하여, 15mL의 원심분리관으로 옮기고, 9,000rpm에서 5분 동안 원심분리하였다.
그리고 상층액을 수득한 후, 수득된 오일의 수율을 계산하고, 그 결과를 도 2에 나타내었다.
추출 수율은 다음과 같이 계산하였다.
추출 수율(%)=(추출 오일의 중량/분쇄 시료의 중량We) × 100
도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 추출과정에서 물을 첨가하지 않은 시료는 47.9%의 수율을 얻을 수 있었다. 그러나 물의 첨가량이 증가할수록 초음파 추출 공정에서 오일 수율이 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 이를 통해 추출 시 물의 첨가는 불필요하다는 것을 확인할 수 있었다.
따라서, 이후 실험에서는 물을 사용하지 않고 오일을 추출하는 것으로 결정하였다. 그렇지만 오일의 양이 상대적으로 적은 부산물의 경우에는 물을 첨가할 수도 있다.
(실시예 2)_초음파 추출을 위한 온도 최적화
분쇄한 5g의 송어 내장 시료를 40mL의 유리 용기에 넣었다.
다음으로, 이 유리 용기를 50, 60, 70, 80℃의 물이 들어있는 초음파 세척기(주파수 40kHz)의 수조에 담근 후, 30분 동안 초음파 추출하고 상온으로 냉각하였다. 층 분리를 위하여, 15mL의 원심분리관으로 옮기고, 9,000rpm에서 5분 동안 원심분리하였다.
그리고 상층액을 수득한 후, 수득된 오일의 수율을 실시예 1과 같이 계산하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.
도 3에서 확인할 수 있는 바와 같이, 50℃에서 추출시 수율이 49.6%이었으나, 온도가 50~60℃로 증가함에 따라 수율이 54.7%로 증가한 것을 확인할 수 있었다. 그러나 온도를 더 높여 70~80℃로 추출한 결과 수율이 감소함을 확인할 수 있었다.
따라서, 가장 높은 오일 수율을 보이는 온도인 60℃에서 다음 실험을 진행하는 것을 결정하였다.
(실시예 3)_초음파 추출을 위한 시간 최적화
분쇄한 5g의 송어 내장 시료를 40mL의 유리 용기에 넣었다.
다음으로, 이 유리 용기를 60℃의 물이 들어있는 초음파 세척기(주파수 40kHz)의 수조에 담근 후, 5, 15, 30, 45, 60분 동안 초음파 추출하고 상온으로 냉각하였다. 층 분리를 위하여, 15mL의 원심분리관으로 옮기고, 9,000rpm에서 5분 동안 원심분리하였다.
그리고 상층액을 수득한 후, 수득된 오일의 수율을 실시예 1과 같이 계산하고, 그 결과를 도 4에 나타내었다.
도 4에서 확인할 수 있는 바와 같이, 5분 동안 추출을 진행한 결과 추출 수율은 43.5%이었으며, 30분에서는 46.5%를 나타내었다. 따라서 초음파 추출과정에서 발생하는 진공 현상(cavitation process)의 지속 시간을 증가시키면 오일의 추출 수율을 높일 수 있을 것으로 판단되었으며, 45분, 60분 동안 추출한 결과 각각 46.4% 및 46.1%로 거의 안정된 수율을 나타내었다.
따라서, 이후 실험에서는 추출 시간이 짧고 오일의 수율이 좋은 30분으로 고정하여 추출 공정의 효율을 증가시키도록 하였다.
(실시예 4)_초음파 추출을 위한 NaCl의 양 최적화
분쇄한 5g의 송어 내장 시료를 40mL의 유리 용기에 넣은 후, 이에 0, 1, 2, 3g의 NaCl을 각각의 유리 용기에 가하고, 볼텍스 믹서(vortex mixer)를 이용하여 1분 동안 혼합하였다.
다음으로, 용기를 60℃의 물이 들어있는 초음파 세척기(주파수 40kHz)의 수조에 담근 후, 30분 동안 초음파 추출하고 상온으로 냉각하였다. 층 분리를 위하여, 15mL의 원심분리관으로 옮기고, 9,000rpm에서 5분 동안 원심분리하였다.
그리고 상층액을 수득한 후, 수득된 오일의 수율을 실시예 1과 같이 계산하고, 그 결과를 도 5에 나타내었다.
도 5에서 확인할 수 있는 바와 같이, NaCl을 첨가하지 않은 오일의 수율은 50.5%로 나타났고, 1g의 NaCl을 첨가한 오일의 수율은 53.8%로 증가하였다. 반면, NaCl의 양을 2g과 3g으로 진행한 결과 각각 49.7%와 47.3%로 수율이 감소하는 것이 관찰되었는바, 이후 실험에서는 추출 공정에서 1g의 NaCl을 첨가하여 진행하였다. 또한, 통계적으로는 큰 차이가 없어 염을 첨가하지 않는 방법도 고려할 수 있음을 확인하였다.
(실시예 5)_초음파 추출을 위한 항산화제 최적화
분쇄한 5g의 송어 내장 시료를 40mL의 유리 용기에 넣고, 1g의 NaCl을 가하였다. 이에 항산화제로 tannic acid, gallic acid 및 아로니아 분말을 각각 20mg 가한 후, 텍스 믹서(vortex mixer)를 이용하여 1분 동안 혼합하였다. without에는 항산화제를 첨가하지 않았다.
다음으로, 용기를 60℃의 물이 들어있는 초음파 세척기(주파수 40kHz)의 수조에 담근 후, 30분 동안 초음파 추출하고 상온으로 냉각하였다. 층 분리를 위하여, 15mL의 원심분리관으로 옮기고, 9,000rpm에서 5분 동안 원심분리하였다.
그리고 상층액을 수득한 후, 수득된 오일의 수율의 과산화물값을 측정하고, 정제 후 다시 과산화물값을 측정한 후, 그 결과를 도 6에 나타내었다.
이때, 상기 정제는 SPE 카트리지 튜브(6mL, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, USA)에 실리카겔 0.8g을 첨가하고, 추출한 오일 4mL를 수직으로 세운 SPE 카트리지 튜브 상부에 가하여 진공을 사용해 0.045mL/min의 유속으로 실시하였다.
상기 과산화물값은 오일 1mL에 10mL의 클로로폼:빙초산 용액(2:3, mL/mL)을 가하고, 이 혼합물을 1mL의 포화 요오드화 포타슘 용액으로 희석한 후, 1mL의 전분 용액을 첨가하고 어두운 곳에서 1분 동안 방치한 후, 0.01N Na2S2O3로 적정하여 과산화물값을 측정하였다. 과산화물값(POV)은 AOAC 표준 방법 965.33에 기술된 아래 방정식을 사용하여 계산하였다.
POV(meq/kg)= (sodium thiosulfate의 부피 × sodium thiosulfate의 노말농도 × 1000) / 시료의 중량(g)
도 6에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정제 후, 추출 공정에서 항산화제를 첨가하지 않은 오일의 과산화물값은 8.33(0.85)meq/kg이었고, 추출과정에서 gallic acid, tannic acid 및 아로니아와 같은 항산화제를 첨가한 후 흡착물질로 추출한 오일의 과산화물값은 유의하게 감소하였다(측정된 과산화물값은 각각 2.67(0.58), 4.33(2.52) 및 2.33(2.31)).
이를 통해 오일의 정제 전 항산화제를 첨가하면 과산화물값이 어유 품질(활성산소의 5meq/kg Oil; Codex Fish Oil Standards in 2017)에 대한 과산화물값의 표준 한계보다 낮다는 것을 확인할 수 있었다.
(실시예 6)_추출한 오일의 정제를 위한 흡착물질 최적화
SPE 카트리지 튜브(6mL, Sigma-Aldrich Co., St. Louis, USA)를 준비하고, 각 SPE 카트리지 튜브에 0.8g의 실리카겔, 알루미나 또는 알루미나와 실리카겔의 혼합물(0.4g:0.4g 비율)을 첨가하였다.
실시예 3을 통해 추출한 오일 4mL를 수직으로 세운 SPE 카트리지 튜브 상부에 가하여 진공을 사용해 0.045mL/min의 유속으로 정제하였다. 정제과정은 각 흡착물질에 대해 3회 수행하였다.
그리고 정제된 오일의 과산화물값을 실시예 5와 동일한 방법으로 측정한 후, 그 결과를 도 7에 나타내었다.
도 7에서 확인할 수 있는 바와 같이, 정제하기 전 측정된 과산화물값은 29.0(7.21)meq/kg인 반면에, 실리카겔, 알루미나 및 혼합물(1:1 비율)로 정제한 후 측정한 과산화물값은 각각 12.0(2.65), 14.3(4.16) 및 13.3(4.93)meq/kg이었다. 따라서, 실리카겔은 정제 전과 비교했을 때 오일의 과산화물값을 58.6% 감소시킬 수 있는 반면에, 알루미나와 혼합물은 각각 50.6%와 54.0% 감소시킬 수 있었는바, 실리카겔이 최적의 흡착물질임을 확인하였다.
표면적은 흡착물질의 흡착력에 영향을 미치는 중요한 특성 중 하나로, 실리카겔의 표면적(m2 g-1) 및 평균 공극 직경(Å)은 각각 412.0 및 29.12이며, 알루미나의 표면적(m2 g-1) 및 평균 공극 직경(Å)은 각각 0.1 및 75.71이다. 이에 따라 넓은 표면적을 갖는 흡착물질인 실리카겔이 더 높은 흡착 능력을 갖는 것으로 판단되었다.
(실시예 7)_추출한 오일의 정제를 위한 흡착 시간 최적화
실시예 3을 통해 추출한 오일 3g을 5mL 바이알에 넣은 후, 각 바이알에 실리카겔 0.6g을 첨가하였다. 바이알을 800rpm에서 10, 30, 60, 120분 동안 수평 진탕기(Thermolyne, Maxi-Mix III, 유형 65800)에서 흔들어 주었다. 그리고 바이알을 수평 진탕기에서 꺼낸 후, 흡착물질이 침전되기를 기다리고, 0.45μm 주사기 필터를 사용하여 여과한 다음 새로운 5mL 바이알로 옮겼다. 색상을 관찰하고 실시예 5와 동일한 방법으로 과산화물값(POV)을 측정하여 비교 평가하였다. 그리고 그 결과를 도 8 및 도 9에 나타내었다.
도 8에서와 같이, 정제 전, 추출된 오일의 색은 진한 주황색이고 10분, 30분 정제한 오일의 색은 밝고 옅은 주황색으로 나타났다. 흡착 시간을 늘려 60분, 120분 진행한 결과 오일의 색은 밝은 노란 색으로 관찰되었는바, 흡착 시간이 증가하면 흡착물질의 흡착능이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
또한, 도 9에서와 같이, 흡착 10분 후 오일의 과산화물값은 36.7meq/kg에서 33.3meq/kg으로 약간 감소(제거 효율은 9.09 %에 불과)하였으나, 흡착 시간을 30분으로 늘린 후의 과산화물값은 20.0meq/kg으로 제거 효율이 45.5%로 감소되었다.
최적의 과산화물 제거 효율은 흡착 시간을 60분으로 증가시켜 측정된 과산화물값으로 10meq/kg에서 72.7%이었다. 이 경우 흡착 시간을 늘리면 실리카겔을 흡착물질로 사용하는 정제에 의해 오일에서 과산화물의 제거율을 높일 수 있다고 설명할 수 있다. 그러나 과산화물값의 감소는 60분 후에 더 적었다. 따라서, 추가 실험을 위해 60분의 흡착이 선택되었다. 흡착 시간이 증가한 후 과산화물값이 크게 감소했지만 과산화물값은 2017년 코덱스 어유 표준에 따라 어유 품질에 대한 과산화물값의 표준 한계(활성산소의5 meq/kg oil)보다 높았다.
따라서, 흡착물질을 제한하는 것만으로는 코덱스의 기준을 충족할 수 없었으며, 도 6과 같이, 항산화제의 사용 후, 정제과정을 시행해야만 코덱스의 기준을 충족할 수 있음을 확인할 수 있었다.
(실시예 8)_추출한 오일의 지방산(fatty acids, FAs) 측정
실시예 5를 통해 추출 및 정제한 오일 0.2mL을 15mL 유리 원심분리관으로 옮기고, 1.5mL의 10% H2SO4 in methanol을 첨가하고 60℃의 물이 들어있는 수조에서 2시간 동안 메틸화 반응을 진행하였다.
그리고 20% 염화나트륨 수용액 3mL, 중탄산나트륨 20mg 및 MTBE 2mL를 첨가하고, 볼텍스 믹서(vortex mixer)를 이용하여 3분 동안 진탕한 다음, 3,500rpm에서 5분 동안 원심분리하였다. 다음으로, 기기 분석을 위해 상층의 유기상을 유리 파스퇴르 피펫을 이용해 취한 후 2mL 바이알에 옮긴 후, 지방산을 측정하였다.
그리고 그 결과를 하기 표 1 및 도 10에 나타내었다.
하기 표 1에서와 같이, 팔미트산(C16:0), 팔미톨레산(C16:1 ω-7), 시스-9-올레산(C18:1 ω-9), 리놀레산(C18:2 ω-6), 에이코사펜타엔산(EPA, C20:5 ω-3) 및 도코사헥사엔산(DHA, C22:6 ω-3)이 비교적 높은 농도로 존재하며, 추출된 시료에서 지방산의 약 75%를 차지하는 것으로 나타났다.
추출 후 정제된 오일의 지방산 농도(단위: mg/g)
머무름
시간		 지방산 기호 항산화제
무첨가		 Tannic acid 첨가 Gallic acid 첨가 아로니아
분말 첨가
16.626 Myristic acid C14:0 10.2 (1.17) 9.80 (0.87) 10.6 (0.41) 10.3 (0.29)
18.574 Pentadecanoic acid C15:0 2.05 (0.23) 2.00 (0.25) 2.14 (0.08) 2.08 (0.07)
20.718 Palmitic acid C16:0 24.9 (2.51) 25.1 (1.64) 26.6 (1.28) 25.8 (0.34)
22.757 Margaric acid C17:0 2.26 (0.30) 2.32 (0.19) 2.41 (0.13) 2.36 (0.05)
24.977 Stearic acid C18:0 10.0 (1.04) 10.0 (0.85) 10.8 (0.38) 10.5 (0.21)
ΣSFA(포화 지방산) 49.4 (5.25) 49.2 (3.80) 52.6 (2.28) 51.0 (0.95)
21.852 Palmitoleic acid C16:1 ω-7 42.5 (3.80) 49.3 (2.45) 50.1 (3.07) 49.1 (1.42)
26.049 cis-9-Oleic acid C18:1 ω-9 75.9 (5.79) 90.2 (5.47) 94.2 (1.77) 92.8 (1.57)
30.433 11-Eicosenoic acid C20:1 ω-9 32.0 (3.06) 40.7 (1.56) 42.2 (0.76) 39.6 (1.10)
34.56 Erucic acid C22:1 ω-9 13.5 (1.66) 16.3 (0.91) 16.5 (0.32) 15.5 (0.17)
ΣMUFA(단일 불포화 지방산) 164 (14.3) 197 (10.4) 203 (5.93) 197 (4.26)
27.649 Linoleic acid C18:2 ω-6 52.5 (4.25) 65.2 (2.82) 66.2 (2.77) 65.0 (0.72)
28.867 γ-Linolenic acid C18:3 ω-6 1.28 (0.09) 1.57 (0.06) 1.57 (0.01) 1.52 (0.02)
29.716 α-Linolenic acid C18:3 ω-3 12.1 (1.05) 15.5 (0.56) 15.9 (0.20) 15.4 (0.09)
32.117 8,11-Eicosadienoic acid C20:2 ω-9 3.66 (0.40) 4.97 (0.24) 5.25 (0.19) 4.82 (0.35)
33.182 8,11,14-Eicosatrienoic acid C20:3 ω-6 1.90 (0.13) 2.36 (0.25) 2.46 (0.13) 2.41 (0.06)
33.968 Arachidonic acid C20:4 ω-6 7.23 (0.61) 9.13 (0.23) 9.06 (0.21) 8.72 (0.30)
35.805 Eicosapentaenoic acid C20:5 ω-3 33.6 (1.83) 42.3 (1.84) 41.9 (2.92) 41.3 (2.24)
40.399 Docosahexaenoic acid C22:6 ω-3 58.8 (4.42) 80.7 (3.12) 81.6 (3.20) 81.1 (1.87)
ΣPUFA(다중 불포화 지방산) 171 (12.8) 222 (9.12) 224 (9.62) 220 (5.65)
총 384 (32.3) 467 (23.3) 480 (17.8) 468 (10.9)
상기 표 1 및 도 10에서와 같이, 추출 전 시료에 항산화제를 첨가하여도 포화 지방산(saturated fatty acids, SFA)의 함량에 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 항산화제를 첨가하지 않은 시료에서 얻은 추출물 중 SFA의 함량은 49.4(5.25)mg/g인 반면에, 탄닌산(tannic acid), 갈산(gallic acid) 및 아로니아 분말을 첨가한 시료에서 추출한 오일 중 SFA의 함량은 각각 49.2(3.80), 52.6(2.28), 51.0(0.95)mg/g이었다. 그렇지만, 항산화제를 추가할 경우 단일 불포화 지방산(monounsaturated fatty acids, MUFA)과 다중 불포화 지방산(polyunsaturated fatty acids, PUFA)의 함량은 크게 증가하였다. 특히, 추출된 오일의 PUFA는 탄닌산 첨가시 171(12.8)mg/g에서 222(9.12)mg/g으로, 갈산 첨가 시 224(9.62)mg/g으로, 아로니아를 첨가시 220(5.65)mg/g으로 증가하였다.
도 11에서 보여주는 추출 오일의 지방산 오버레이 크로마토그램을 기반으로 탄닌산 등 항산화제를 첨가한 후, 추출된 오일 중 EPA 및 DHA 함량이 항산화제를 첨가하지 않은 시료의 함량보다 높다는 것을 알 수 있었다.
따라서, 항산화제 첨가는 오일 추출 중 지질의 과산화를 억제하여 불포화 지방산의 함량을 더 높게 유지할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 사용하여 상세히 설명하였으나, 본 발명의 범위는 특정 실시예에 한정되는 것은 아니며, 첨부된 특허청구범위에 의하여 해석되어야 할 것이다. 또한, 이 기술분야에서 통상의 지식을 습득한 자라면, 본 발명의 범위에서 벗어나지 않으면서도 많은 수정과 변형이 가능함을 이해하여야 할 것이다.

Claims (15)

  1. 어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계와,
    상기 준비된 조직 및 부산물에 염화나트륨과 항산화제를 첨가한 후, 초음파 추출하는 단계와,
    상기 추출된 추출물을 원심분리하여 오일을 수득하는 단계와,
    상기 수득된 오일을 정제하는 단계를 포함하되,
    상기 정제는 흡착물질로 과산화물을 흡착하는 것으로,
    상기 흡착물질은 실리카겔이고,
    상기 흡착 시간은 30~120분이며,
    상기 항산화제는 tannic acid, gallic acid 및 아로니아 분말로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 어류는,
    연어(Oncorhynchus keta), 대서양연어(Salmo salar), 송어, 참치, 참다랑어, 방어, 멸치, 고등어, 정어리 및 빙어로 이루어진 군 중 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 조직 및 부산물은,
    근육, 알, 지라, 내장, 쓸개, 심장, 유문수, 간, 두부(머리), 식도, 위, 껍질, 신장, 지느러미, 아가미, 정소 및 난소로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상의 것임을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 어류의 조직 및 부산물을 준비하는 단계는,
    상기 조직 및 부산물을 분쇄하는 과정을 포함하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 초음파 추출하는 단계는,
    60~70℃에서 30~45분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 초음파 추출하는 단계는,
    60℃에서 30분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 삭제
  10. 삭제
  11. 제1항에 있어서,
    상기 염화나트륨은,
    상기 준비된 조직 및 부산물과 염화나트륨이 10:2 중량비가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  12. 삭제
  13. 삭제
  14. 제1항에 있어서,
    상기 항산화제는,
    상기 준비된 조직 및 부산물과 항산화제가 10:0.04 중량비가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 정제된 오일은,
    팔미트산, 팔미톨레산, 시스-9-올레산, 리놀레산, 에이코사펜타엔산 및 도코사헥사엔산을 포함하는 것을 특징으로 하는 어류의 조직 및 부산물로부터 오일의 친환경 추출 방법.
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