KR20030061118A - 초임계 유체를 사용하여 수산가공부산물의 색소를추출하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수산가공부산물을 초임계 및 아임계 반응기에 투입한 후 추출용매인 초임계 또는 아임계 이산화탄소를 통과시키면서 보조용매를 사용하여 수산가공부산물의 색소성분을 추출하는 것에 관한 것으로서, 본 발명에 의하면 해조류 및 갑각류(게, 새우), 극피동물(유령멍게, 불가사리, 성게 등)의 천연 색소를 효율적으로 추출하는 것이 가능하며, 추출된 천연색소는 유해성분이 없어 화장품 또는 기타 제품에 첨가제로 사용하거나 식품에 천연색소를 첨가하여 그 제품의 상품성을 높일 수가 있을 것으로 예상되며, 또한 색소가 추출된 수산가공부산물(추잔물)이 원형을 유지하고 해취 또는 악취가 제거되어 이 또한 유용한 첨가제로의 활용이 기대된다.

Description

초임계 유체를 사용하여 수산가공부산물의 색소를 추출하는 방법{METHOD EXTRACTING PIGMENT FROM SEAWOOD,CRUSTACEA AND ECHINODERM USING SUPERCRITICAL AND SUBCRITICAL FLUID}

본 발명은 수산물에 함유되어 있는 색소를 추출하는 방법에 관한 것으로서,보다 구체적으로는 초임계 또는 아임계 유체와 보조용매를 사용하여 해조류 및 갑각류(게, 새우), 극피동물(유령멍게, 불가사리, 성게 등) 등의 가공부산물로부터 클로로필, 카로티노이드 등의 색소를 추출함과 동시에 해취 또는 악취를 제거하는 방법에 관한 것이다.

물질이 그의 임계점보다 높은 온도와 압력하에 있을 때, 즉 초임계점 이상의 상태에 있을 때 이 물질의 상태를 초임계 유체라 하며, 초임계 유체를 용매로 사용하여 물질을 분리하는 기술을 초임계 유체 추출기술이라 한다.

초임계 유체를 이용한 추출 및 분리 기술은 임계점이상의 영역에서 초임계 유체의 물리적 특성에 의한 혼합성분 중 특정물질을 선택적으로 추출되는 즉, 다시 말해 압력 또는 온도변화에 의하여 밀도가 크게 변하여 용질의 추출 효율 및 성분이 다르기 때문에 중소형 플랜트(plant)의 간단한 공정과 처리량이 작은 특수한 유지 등의 물질을 선택적으로 분리할 수 있기 때문에 새로운 분리공정으로써 화학, 의약품, 생화학 분야 등에서 널리 이용되어지고 있다.

일반적으로 수산가공부산물이라 함은 해조류, 갑각류, 극피동물을 채취하여 자연건조, 열풍건조, 냉풍건조 등의 방법을 통하여 가식부분을 상품화하고 남은 잔사물질 즉 폐기되는 부분을 일컫는다.

그러나 이와 같이 폐기되는 수산가공부산물에는 알긴산, 토코페롤, 지방산, 색소, 키토산 등의 활용 가능한 성분이 다량 함유되어 있어서 활용에 따라서는 매우 다양하게 이용될 수 있다. 그럼에도 불구하고 해조류 및 수산가공부산물은 다른 식품소재 또는 기타 산업에 소재로서 사용이 활발하지 못하다. 그 이유는 해조류및 수산가공부산물의 활용 가능한 성분에 대한 인식도의 저하와 해조류 및 수산가공품의 이용 범위의 제한성, 생산시기의 제한성 때문이다.

한편 기존에 알려진 추출 방법인 유기용매 추출법을 이용하여 유용성분들을 추출할 경우 불순물의 혼입이 많고, 유해물질인 용매의 회수가 불가능함으로 제품의 품질에 대한 문제가 야기되고 있으며 몇 단계의 공정을 거치므로 공정이 복잡할 뿐만 아니라 유용한 성분도 유실될 수 있으며 화학약품에 의한 이물질의 혼입도 있을 수 있고, 추출물의 순도가 낮고, 해취 또는 악취가 잘 제거되지 않는 등의 단점이 있다. 또한, 열수 추출법과 중성염 추출법도 상기한 바와 같은 단점이 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 상기한 바와 같은 선행기술의 제반문제점을 감안하여 수산가공부산물로부터 고순도의 색소추출이 가능하고 해취 또는 악취를 제거할 수 있는 새로운 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기한 과제를 해결하기 위하여, 본 발명자는 초임계 또는 아임계 유체와 보조용매를 이용하여 수산가공물로부터 클로로필, 카로티노이드 등의 천연색소 성분을 추출한 결과, 간단한 공정으로 고순도의 색소를 효과적으로 추출할 수 있으며, 추잔물에서 해취 또는 악취가 전혀 발생하지 않는 다는 사실을 알게 되어 본 발명을 완성하게 된 것이다.

도 1은 보조용매의 유량 및 추출시간에 따른 클로로필 색소의 추출량을 나타낸 그래프,

도 2는 색소추출에 미치는 반응기 압력 및 원료 입자 크기의 영향을 나타낸 그래프,

도 3은 색소추출에 미치는 반응기 온도 및 원료 입자 크기의 영향을 나타낸 그래프,

도 4는 기존의 용매추출방법에 의한 클로로필 색소 추출량과 본 발명의 추출방법에 의한 클로로필 색소 추출량을 비교한 그래프.

그러므로 본 발명에 의하면, 수산가공부산물을 초임계 및 아임계 반응기에 투입한 후 추출용매인 초임계 또는 아임계 유체를 통과시키면서 보조용매를 사용하여 수산가공부산물의 색소성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법이 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기한 방법으로 추출된 색소가 제공된다.

또한 본 발명에 의하면 상기한 방법으로 색소가 추출된 추잔물이 제공된다.

이하, 본 발명을 보다 상세하게 설명하기로 한다.

본 발명은 해조류 및 갑각류(게, 새우), 극피동물(유령멍게, 불가사리, 성게 등)과 같은 수산물의 가공에서 가식부분을 상품화하고 남은 잔사물질 즉 폐기되는 부분인, 액상 및 분말상의 수산 가공 부산물을 초임계 및 아임계 유체 반응기에 넣고 압력, 온도 및 이산화탄소와 보조용매의 유량을 조절하여 수산가공부산물에 함유되어 있는 클로로필, 카로티노이드 등의 천연색소를 추출하는 것을 주된 요지로 한다.

본 발명에 따르는 초임계 및 아임계 추출법은 여러 단계의 공정을 거치지 않을 뿐 아니라, 원료의 상태를 유지하면서 효과적으로 색소를 추출하는 공정이기에 유용성분의 유실을 막을 수가 있는 장점을 가지고 있다. 초임계 및 아임계 유체를 이용한 분리공정은 천연물질로부터 유용한 성분을 선택적으로 추출함으로서 기존의 재래식 추출방법에서 야기되어 어려움을 해결할 수 있으므로 해조류 및 갑각류(게, 새우), 극피동물(유령멍게, 불가사리, 성게 등)로부터 색소성분을 회수하여 식품 및 첨가물 산업분야에 적극 활용할 수 있을 것으로 예상된다.

본 발명의 색소추출방법은 추출용매로서 초임계 또는 아임계 유체와 보조용매를 사용한다.

초임계 또는 아임계 유체로는 이산화탄소, 에틸렌(Ethylene), 에탄(Ethane), 프로판(Propane), 아세틸렌(Acethylene), 암모니아(Ammonia) 등이 바람직하며, 이 중에서도 특히 이산화탄소가 바람직하다.

보조용매로는 에탄올, 이소-프로판올, 메탄올 및 노르말헥산, 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상의 혼합물을 사용할 수 있다. 상기한 보조용매 중에서 특히 바람직한 것은 에탄올만을 사용하는 것이다.

이산화탄소는 추출 종료후 곧 바로 휘발되기 때문에 제품 중에 잔존하지 않는 것이 용매로서의 큰 장점이며, 에탄올은 추출효율이 높고 일반적인 방법으로 쉽게 제거할 수 있다는 장점이 있다.

바람직하게, 보조 용매의 유량은 전체 용매 유량의 1∼70%(v/v)가 적당하다.

본 발명에 따라 수산가공부산물을 초임계 및 아임계 반응기에 투입한 후 일정한 압력으로 초임계 또는 아임계 유체를 통과시키면서 보조용매를 일정량사용하면 수산가공부산물에 함유되어 있는 클로로필(Chlorophyll), 카로티노이드(Carotenoid) 등의 천연색소 성분이 추출되고 해취 또는 악취가 제거된다.

이때, 추출 효율을 보다 높게 하기 위해서는 추출시 반응기의 온도를 10∼80℃, 압력을 50∼500 bar로 설정하는 것이 바람직하다.

이하 실시 예를 통하여 본 발명을 구체적으로 설명하고자 하나, 다음의 실시 예에 의하여 본 발명이 한정되는 것은 아니다.

[실시예]

기장 소재 해조류 가공회사로부터 제공받은 해조류 가공부산물을 수분함량 10%이하로 건조하여 초임계 추출기(국내제작, 일신엔지니어링) 반응기내에 30g을 넣고 해조류 가공부산물 중에 잔존하는 클로로필 색소를 추출하였다.

클로로필 색소의 추출 조건은 반응기내의 온도 30∼45℃, 압력 10.2∼17.2 MPa로 설정하였으며, 추출용매로서는 이산화탄소를 보조용매로서는 에탄올을 사용하였다. 또한, 클로로필 색소의 추출 및 이취 성분을 효과적으로 신속하게 제거하기 위하여 보조용매를 1∼5ml/min의 유량으로 공급하였다.

추출결과 추잔물은 원료로서 공급된 해조류 가공 부산물의 원형 그대로를 유지하였으며, 냄새가 전혀 나지 않았다.

클로로필 색소 추출결과는 자외선분광광도계(UV-spectrophotometer)로 분석하였다. 사용된 UV 분석조건은 사용기기 유비콘(UVIKON: 독일), 파장 665nm, 샘플 1㎖이었다.

추출결과는 도 1 내지 도 4에 제시된다.

도 1은 입자크기 500㎛의 원료 30g을 일정온도(35℃) 및 일정압력(12,4 MPa)의 반응기에서 메탄올 유량 변화 및 추출시간에 따른 클로로필 색소 추출량(㎖/ℓ)을 나타낸 것이다. 도 1의 추출곡선으로부터, 에탄올 유량이 5㎖/분인 경우가3㎖/분인 경우에 비해 클로로필 색소 추출속도가 보다 빠름을 알 수 있다.

도 2는 일정한 에탄올 유량(3㎖/분), 일정한 반응기내 온도(35℃), 일정한 추출시간(60분)에서 색소추출에 미치는 압력 및 원료 입자크기의 영향을 나타낸 것이다. 도 2의 추출곡선으로부터, 압력 12.4MPa에서 최대 추출이 일어나며, 입자크기가 500㎛ 경우가 710㎛인 경우보다 추출효율이 높음을 알 수 있다.

도 3은 일정한 유량(15㎖/분), 일정한 압력(12.4Mpa) 및 일정한 추출시간(60분)에서 색소추출에 미치는 온도 및 입자크기의 영향을 나타낸 것이다. 도 3의 추출곡선으로부터, 35℃에서 최대 추출이 일어나며, 입자크기가 작을수록 추출효율이 높음을 알 수 있다.

도 4는 입자크기 500㎛의 시료 30g을 60분간 용매추출과 초임계 이산화탄소 추출 결과를 나타낸 것으로, 용매추출(유량 15㎖/분)하여 얻은 클로로필 색소의 추출량(comtrol: 대조구)과 본 발명에 따라 네가지 조건, 즉 압력 12.4 MPa-온도 35℃-유량 2㎖, 압력 12.4 MPa-온도 35℃-유량 3㎖, 압력 12.4 MPa-온도 35℃-유량 4㎖, 압력 12.4 MPa-온도 35℃-유량 5㎖에서 얻는 클로로필 색소의 추출량을 나타낸 것이다. 도 4의 그래프로부터 본 발명의 추출방법이 대조구에 비해 추출효율이 높다는 것과, 용매유량이 증가할수록 추출효율이 증가한다는 것을 알 수 있다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 의하면 해조류 및 갑각류(게, 새우), 극피동물(유령멍게, 불가사리, 성게 등)의 천연 색소를 효율적으로 추출하는 것이 가능하며, 추출된 천연색소는 원료 고유의 색소를 띠고 유해성분이 없어 화장품 또는 기타 제품에 첨가제로 사용하거나 식품에 천연색소를 첨가하여 그 제품의 상품성을 높일 수가 있을 것으로 예상되며, 또한 색소가 추출된 수산가공부산물(추잔물)이 원형을 유지하고 해취 또는 악취가 제거되어 이 또한 유용한 첨가제로의 활용이 기대된다.

Claims (7)

1. 수산가공부산물을 초임계 및 아임계 반응기에 투입한 후 추출용매인 초임계 또는 아임계 유체를 통과시키면서 보조용매를 사용하여 수산가공부산물의 색소성분을 추출하는 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법.
2. 제 1 항에 있어서, 추출시 반응기의 온도를 10-80℃, 압력을 50-500 bar로 하는 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 보조용매가 에탄올, 이소-프로판올, 메탄올 및 노르말헥산, 물로 이루어진 군에서 선택되는 1종 또는 2종 이상과의 혼합물인 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 보조용매의 유량이 전체 용매 유량의 1∼70%(v/v)인 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 추출용매가 초임계 또는 아임계 이산화탄소인 것을 특징으로 하는 수산가공부산물의 색소추출방법.
6. 청구항 1 기재의 방법으로 추출한 색소.
7. 청구항 1 기재의 방법으로 색소가 추출된 추잔물.