KR20230115735A - 냉각 공정을 이용한 오일 회수율이 향상된 바이오오일 추출 방법 - Google Patents

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KR20230115735A
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Abstract

본 발명은 냉각 공정을 이용하여 오일 회수율이 향상된 바이오오일 추출 방법에 관한 것으로, 본 발명의 미세조류를 포함한 배양액의 세포를 파쇄한 현탁액을 냉각하는 공정을 추가한 바이오오일 추출 방법은 높은 오일 회수율을 나타내고, 오일 회수율을 상승시키기 위해 다른 첨가물을 투입하지 않아 오일을 회수하고 남은 부산물을 사료화할 수 있어 지속가능한 생산이 가능하며, 회수한 오일은 사료용 조성물 또는 식품용 조성물 등으로 유용하게 활용될 수 있다.

Description

냉각 공정을 이용한 오일 회수율이 향상된 바이오오일 추출 방법{Method for bio-oil extraction with improved oil recovery using cooling process}
본 발명은 냉각 공정을 이용한 바이오오일을 추출하는 방법에 관한 것으로, 상기 방법을 통해, 미세조류로부터 높은 오일 회수율로 바이오오일을 추출할 수 있다.
고혈압·협심증·심근경색 등 심장 혈관 질환을 예방하는 여러 이점을 가지는 오메가-3 계열의 고도 불포화 지방산인 도코사헥사엔산(DHA, docosahexaenoic acid)은 일반적으로 사람의 체내에서는 합성이 되지 않고, 인간이 섭취해야 하기 때문에 필수지방산으로 간주되고 있다. 이러한 DHA는 주로 어류의 기름에 다량 함유되어 있다. 일반적으로 연어, 정어리, 참치 등에서 많이 발견되어 어류의 간에서 많이 추출했으며, 대구의 간에서 추출한 원료가 전 세계적으로 가장 많이 사용되어 왔다. 그러나, 이러한 어유로부터의 DHA 오일 생산은 여러 문제점을 야기한다. 어류 남획으로 인한 해양 생태계 파괴와 해양 환경오염 물질인 수은, 중금속, 다이옥신 등 유기 오염물질이 어유에 다량 포함되어 있어 인체에 유해한 물질에 노출될 수 있다는 위험성이 꾸준히 제기되어 왔다.
미세조류에서 추출한 오메가-3인 DHA는 어유 기원의 오메가-3 DHA의 문제점들을 해결하고 있다. 해양 미세조류의 일종인 트라우스토키트리움(Thraustochytrium) 속 및 스키조키트리움(Schizochytrium) 속 미생물은 다중불포화지방산을 생산할 수 있다. 미세조류에 의한 오메가-3 다중불포화지방산(PUFA)의 제조방법은 Ellenbogen(Ellenbogen B. B et al, Comparative Biochemistry and Physiology, 29:805-811 (1969))에 의해 알려진 바 있다. 이러한 미세조류를 통한 DHA 오일 생산은 100% 청정 조건에서 순수 미세조류만을 배양하는 방식을 택해 해양 생태계를 파괴할 위험성이 전혀 없다. 또한, 배양 방식에 따른 대량 생산이 가능해 안정적인 품질로 공급이 가능하다. 나아가, 어유보다 불포화지방산 함량이 높고, 중금속 등 불순물 추출의 위험성이 낮아 각광받고 있으며, 그 시장 또한 증가하는 추세이다.
미세조류로부터 다중불포화지방산(PUFA)을 포함하는 오일을 제조하는 일반적인 방법은 목적 물질을 포함하는 미세조류를 반응기에 발효하여 배양하여 회수 및 건조, 용매를 이용한 추출 과정을 거친다. 그러나 유기용매를 이용한 추출은 방폭 설비가 필요하며, 용매 회수 공정에 따라 추출의 제조 비용 상승에 원인이 된다. 또한, 오일 내 잔류 용매의 위험성이 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위해 유기 용매를 사용하지 않고 세포로부터 오일을 추출하는 방법에 대한 요구가 존재한다. 무용매 추출의 경우 헥산과 같은 유기용매를 사용하지 않거나 최소화하여 오일을 얻는 방법으로 효소분해반응, 열처리 등과 같은 방법이 무용매 추출의 한 방법이라 할 수 있다. 무용매 추출의 경우 통상 오일과 다른 극성의 물질의 비중 차이를 이용하여 원심분리나 자연침지와 같은 방법으로 오일을 수득할 수 있으며, 인체에 유해할 수 있는 유기용매의 사용을 배제시킴으로써 갖는 장점이 있다. 그러나 미세조류로부터 오일을 분리하는데 방해하는 미생물의 외벽으로부터 유래되는 인지질이 유화제 역할을 하여 오일 회수율을 감소시키는 문제점이 있다.
이러한 문제점을 해결하는 방법으로 pH 조정을 위한 산 및 염기류의 화학물질 첨가 또는 염화나트륨과 같은 다량의 염의 물질을 투입하는 방법이 있다(US 16/473805). 그러나, 이러한 방법은 오일을 추출하고 남은 부생산물을 사료화하지 못하며 장비의 빠른 부식화를 초래한다.
미국 공개특허 US 2019/0323043 A
본 출원의 일 예는
1) 미세조류 배양액으로부터 세포 파쇄액을 수득하는 단계;
2) 상기 세포 파쇄액을 원심분리하여 상등액을 회수하는 단계;
3) 상기 상등액을 냉각하는 단계;
4) 상기 냉각한 상등액을 가열하는 단계; 및
5) 상기 가열한 상등액을 원심분리하여 오일을 회수하는 단계; 를 포함하는 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법을 제공한다.
본 출원에서 개시되는 각각의 설명 및 실시 형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다. 또한, 당해 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 통상의 실험만을 사용하여 본 출원에 기재된 본 출원의 특정 양태에 대한 다수의 등가물을 인지하거나 확인할 수 있다. 또한, 이러한 등가물은 본 출원에 포함되는 것으로 의도된다.
본 출원의 일 예는
1) 미세조류 배양액으로부터 세포 파쇄액을 수득하는 단계;
2) 상기 세포 파쇄액을 원심분리하여 상등액을 회수하는 단계;
3) 상기 상등액을 냉각하는 단계;
4) 상기 냉각한 상등액을 가열하는 단계; 및
5) 상기 가열한 상등액을 원심분리하여 오일을 회수하는 단계; 를 포함하는 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법을 제공한다.
본 명세서에서 사용된 용어, “미세조류(microalgae)”는 육안으로 볼 수 없어 현미경을 통해서만 볼 수 있는 수준의 작은 조류를 의미하고, 미세조류에는 다양한 종류가 포함되며, 광합성이 불가능하여 종속영양으로만 생장하는 균주까지 포함된다. 이러한 미세조류는 이산화탄소를 고정화시킬 수 있고 단백질 및 지질 함량이 높으므로 식품, 사료 또는 연료 생산용 바이오매스(biomass)로 활용될 수 있다. 구체적으로, 미세조류에 함유된 지질 성분은 액체 연료로 사용되는 바이오디젤 오일 생산의 원료로 사용될 수 있다.
본 명세서에서, 상기 미세조류는 스키조키트리움(Schizochytrium) 속, 트라우스토키트리움(Thraustochytrium) 속, 자포노키트리움(Japonochytrium) 속, 울케니아(UIkenia) 속, 크립테코디니움(Crypthecodinium) 속 또는 할리프토로스 (Haliphthoros) 속 균주이며, 보다 바람직하는 스키조키트리움(Schizochytrium) 속 또는 트라우스토키트리움(Thraustochytrium) 속 균주이며, 가장 바람직하게는 스키조키트리움(Schizochytrium) 속 균주일 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, “배양액”은 상기 미세조류를 배양하여 생성된 산물을 포함하는 것으로, 용어 “발효액”과 혼용되어 사용될 수 있으며, 구체적으로 미세조류를 포함하는 배양액 또는 상기 배양액에서 미세조류가 제거된 배양여액일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 미세조류 배양액은 미세조류 배양 배지에 상기 미세조류를 접종하고, 당업계에 공지된 배양 방법에 따라 제조될 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, “파쇄액”은 파쇄된 세포의 내용물을 함유하는 용액을 지칭하는 것으로, 상기 미세조류 배양액에 효소를 처리하여 파쇄하거나 물리적인 방법으로 파쇄하여 얻을 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, “상등액”은 원심분리한 액체에서 윗부분에 자리한 액체를 의미할 수 있으며, “상층액”과 혼용되어 사용될 수 있다. 또한, 본 명세서에 있어서, 미세조류를 배양액에 효소를 처리하거나 물리적 방법으로 파쇄한 세포 파쇄액을 원심분리한 단계에서의 “상등액”은 “유화층” 또는 “유화액” 또는 “파쇄된 현탁액”과 혼용되어 사용될 수 있다. 또한, 상등액 회수 후 냉각 및/또는 열처리 진행 후 원심분리한 단계에서의 상등액은 “오일”이 포함된 것일 수 있다.
본 발명에서 상기 단계 1)에 있어서, 세포 파쇄액은 미세조류 배양액에 효소를 처리하여 파쇄한 것일 수 있다.
상기 미세조류 배양액의 파쇄에 사용된 효소는 알칼라아제(Alcalase), 프로테아제(protease), 셀룰라아제(cellulase), 펙티나아제(pectinase), 키티나아제(chitinase), 리파아제(lipase), 베타-글루카나아제(beta-glucanase), 자일라나아제(xylanase), 만나나아제(mannanase), 아밀라아제(amylase), 또는 이들의 조합일 수 있고, 바람직하게는 알칼라아제(Alcalase)일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명에서 상기 단계 1)에 있어서, 세포 파쇄액은 물리적 방법으로 파쇄한 것일 수 있다.
상기 “물리적 방법”은 미세조류의 세포벽을 파괴할 수 있는 장비(즉, 파쇄기)를 이용하여 미세조류를 파쇄시키는 방법을 의미하고, 비드밀(bead mill), 프렌치 프레서(French pressure), 호모게나이저(Braun homogenizer) 또는 균질기(Microfluidizer)를 이용할 수 있고, 바람직하게는 비드밀 또는 호모게나이저를 이용할 수 있고, 보다 바람직하게는 비드밀을 이용할 수 있다.
본 발명에 있어서, 상기 2) 단계의 원심분리는 3000g 내지 4600g, 3200g 내지 4400g, 3400g 내지 4200g, 또는 3600g 내지 4000g에서 1분 내지 10분, 3분 내지 8분, 또는 4분 내지 6분 동안 수행하는 것일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 냉각 처리 전 원심분리 과정 유무에 따른 오일 회수율을 비교한 결과, 미세조류 배양액에 원심분리 과정이 없이 냉각 처리와 열처리의 온도 조절 공정을 거친 경우의 오일 회수율은 낮고, 미세조류 배양액을 원심분리하여 회수한 상등액을 냉각 처리와 열처리 과정을 거쳤을 때, 오일 회수율이 크게 상승함을 확인하였다.
본 발명에 있어서, 상기 3)의 냉각하는 단계는 45℃ 이하, 40℃ 이하, 35℃ 이하, 30℃ 이하, 5℃ 내지 45℃, 5℃ 내지 40℃, 또는 5℃ 내지 35℃의 온도로 수행될 수 있다.
상기 3)의 냉각하는 단계는 30분 이상 수행하는 것일 수 있고, 40분 이상 수행하는 것일 수 있고, 50분 이상 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 4시간 동안 수행하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
상기 3)의 냉각하는 단계를 수행하는 시간은 상기 단계 1)의 세포 파쇄액을 수득하는 방법에 따라 달라질 수 있다. 구체적으로, 상기 1) 단계의 세포 파쇄액을 효소를 처리하여 얻은 경우, 상기 3)의 냉각하는 단계는 1시간 내지 5시간 동안 수행하는 것일 수 있고, 1시간 30분 내지 4시간 30분 동안 수행하는 것일 수 있고, 2시간 내지 4시간 동안 수행하는 것일 수 있고, 2시간 30분 내지 3시간 30분 동안 수행하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다. 상기 1) 단계의 세포 파쇄액을 물리적 방법을 이용하여 얻은 경우, 상기 3)의 냉각하는 단계는 30분 내지 3시간 30분 동안 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 3시간 동안 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 2시간 30분 동안 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 2시간 동안 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 1시간 30분 동안 수행하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 있어서, 상기 4)의 가열하는 단계는 50℃ 이상, 55℃ 이상, 60℃ 이상, 50℃ 내지 75℃, 50℃ 내지 70℃, 50℃ 내지 65℃, 55℃ 내지 75℃, 55℃ 내지 70℃, 또는 55℃ 내지 65℃의 온도로 수행될 수 있다.
상기 4)의 가열하는 단계는 30분 이상 수행하는 것일 수 있고, 40분 이상 수행하는 것일 수 있고, 50분 이상 수행하는 것일 수 있고, 30분 내지 4시간 동안 수행하는 것일 수 있으나, 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법은 오일 회수율을 향상시킬 수 있다.
본 명세서에 있어서 “오일(oil)”은 “바이오오일(bio-oil)”과 혼용되고, 미세조류에 포함된 모든 종류의 오일을 의미하며, 예컨대, 다중불포화지방 산(예컨대, 오메가-3 불포화지방산 및 오메가-6 불포화지방산), 라우릭 산(Lauric acid), 미리스틱 산(Myristic acid), 팔미트 산(Palmitic acid), 스테아릭 산(Stearic acid) 및 아라키딕 산(Arachidic acid)과 같은 포화지방산, 인지질(Phospholipid) 및 스테로이드(Steroid) 계열의 화합물을 포함한다.
본 명세서에 있어서, 용어 “오일 회수율”은 세포 내 오일 함유량, 즉 조지방 함량 중, 실험을 통해 오일을 추출하였을 때 추출 가능한 오일의 양을 의미한다.
본 발명의 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법으로 오일을 추출하는 경우, 미세조류 내 조지방 총 중량을 기준으로 오일 회수율 70% 이상, 75% 이상, 80% 이상, 85% 이상, 또는 90% 이상일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 미세조류 세포 파쇄액에 원심분리한 후, 냉각 처리하고, 다시 열처리를 하면 오일 회수율이 크게 상승함을 확인하였는 바, 미세조류 배양액으로부터 수득한 세포 파쇄액을 원심분리하는 단계, 냉각하는 단계 및 가열하는 단계를 포함하는 본 발명의 오일을 추출하는 방법은 오일 회수율을 높이고, 다른 첨가물을 투입하지 않아 오일을 회수하고 남은 부산물을 사료화할 수 있어 지속가능한 생산이 가능한 방법으로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 미세조류를 포함한 배양액의 세포를 파쇄한 현탁액을 냉각하는 공정을 추가한 바이오오일 추출 방법은 높은 오일 회수율을 나타내고, 오일 회수율을 상승시키기 위해 다른 첨가물을 투입하지 않아 오일을 회수하고 남은 부산물을 사료화할 수 있어 지속가능한 생산이 가능하며, 회수한 오일은 사료용 조성물 또는 식품용 조성물 등으로 유용하게 활용될 수 있다.
이하 본 발명을 실시예를 통하여 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 하나 이상의 구체예를 예시적으로 설명하기 위한 것으로 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 효소 처리를 이용한 세포 파쇄액의 바이오오일 추출
실시예 1-1. 효소 처리로 세포벽을 파쇄한 미세조류 세포 파쇄액 수득
미세조류 스키조키트리움(Schizochytrium) sp. 균주를 5L 발효조에서 총 배양액 대비 35%의 글루코오스(Glucose) 탄소원을 공급하여 60시간 배양을 진행하였다.
종균 배양(Seed culture) 목적으로 멸균된 MJW02 배지를 이용하여 500 mL 플라스크에서 30℃, 150 rpm 조건으로 약 20시간 배양을 진행하였다.
종균 배양된 플라스크는 5L 배양기(fermenter)로 분주 및 접종되어 멸균된 MJW02 배지 및 배양환경 30℃, 500 rpm, 1.5 vvm 조건에서 배양을 진행하여 배양액을 얻었다.
상기 배양액을 60℃로 가온한 후, 배양액의 무게에 대비하여 Alcalase (Alcalase 2.4FG, Novozymes)를 0.2%(w/w) 투입하여 60℃에서 3시간 동안 교반 반응시켜 세포외벽이 파쇄된 세포 파쇄액을 준비하였다.
실시예 1-2. 냉각 공정 유무에 따른 오일 회수율 비교
실시예 1-1에서 수득한 세포 파쇄액을 3800 g에서 5분 동안 원심분리 후 상등액을 스포이드 또는 피펫을 이용하여 회수하고 이로부터 냉각 처리 유무에 따른 오일 회수율의 향상 여부를 확인하였다.
구체적으로, 실시예 1-1의 미세조류 배양을 을 하기 표 1에 나타낸 1-A, 1-B, 1-C, 1-D, 1-E 및 1-F의 공정 순서와 공정 조건으로 각각 처리한 후, 오일 회수율을 비교하였다. 가온 및 냉각 속도는 ± 0.5 ℃/min으로 조절하여 설정온도에 도달 후에 공정 조건에서의 시간만큼 가온 및 냉각하였다. 오일 회수율은 투입한 배양액에서의 지방 무게 대비 회수한 오일의 비를 측정하여 하기 수식을 이용하여 계산하였다. 회수한 오일의 무게는 최종 원심분리 단계 후 상등액을 스포이드 또는 피펫을 활용하여 회수한 후 측정하였다.
오일 회수율(%)=회수 오일 무게/(배양액 무게*고형분%) X 100
Case 공정 순서 공정 조건 오일 회수율 (%)
1-A 1 효소 반응 60℃, 3hr 0
2 원심 분리 3800g. 5min
1-B 1 효소 반응 60℃, 3hr 20
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 열처리 60℃, 1hr
4 원심 분리 3800g. 5min
1-C 1 효소 반응 60℃, 3hr 22
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 열처리 75℃, 1hr
4 원심 분리 3800g. 5min
1-D 1 효소 반응 60℃, 3hr 88
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 30℃, 3hr
4 열처리 60℃, 1hr
5 원심 분리 3800g. 5min
1-E 1 효소 반응 60℃, 3hr 88
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 25℃, 3hr
4 열처리 60℃, 1hr
5 원심 분리 3800g. 5min
1-F 1 효소 반응 60℃, 3hr 8
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 30℃, 3hr
4 원심 분리 3800g. 5min
그 결과, 표 1에 나타낸 바와 같이, 상등액에 열처리나 냉각 처리하지 않은 경우(Case 1-A)는 오일 회수율이 0%로 나타났고, 60℃에서 약 1시간동안 열처리 후 바로 원심분리한 경우(Case 1-B) 오일 회수율이 20%로 나타났다. 더 높은 온도인 75℃에서 1시간 동안 열처리한 경우(Case 1-C) 오일 회수율이 22%로 오일 회수율이 향상되지 않음을 확인하였다.
반면, 상등액에 30℃에서 3시간 동안 냉각 처리를 한 후, 60℃에서 1시간 동안 열 처리를 한 경우(Case 1-D)와 25℃에서 3시간 동안 냉각 처리를 한 후, 60℃에서 1시간 동안 열 처리를 한 경우(Case 1-E)는 88%의 높은 오일 회수율을 나타내어, 냉각 처리한 후 다시 열처리를 하면 오일 회수율이 크게 상승함을 확인하였다.
그러나 열처리 없이 냉각공정만 거친 Case 1-F 같은 경우엔 오히려 오일 회수율이 8%로 낮았다. 그 이유로는 미세조류로부터 추출한 오일에 포함된 상온에서는 고체인 포화지방산이 원심분리로 회수하기 어려워 추출 수율이 낮은 것으로 판단된다.
실시예 1-3. 냉각 처리 전 원심분리 과정 유무에 따른 오일 회수율의 비교
효소 처리를 통해 세포가 파쇄된 미세조류 세포 파쇄액의 냉각 처리 전 원심분리 과정 유무에 따른 오일 회수율을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, 실시예 1-1의 미세조류 세포 파쇄액을 하기 표 1에 나타낸 2-A 및 2-B의 공정 순서와 공정 조건으로 각각 처리한 후, 오일 회수율을 비교하였다. 가온 및 냉각 속도는 ± 0.5 ℃/min으로 조절하여 설정온도에 도달 후에 공정 조건에서의 시간만큼 가온 및 냉각하였다. 오일 회수율은 실시예 1-2와 동일한 방법으로 측정하였다.
Case 공정 순서 공정 조건 회수율 (%)
2-A 1 효소 반응 60℃, 3hr 9
2 상등액 회수 후 냉각처리 20℃, 3hr
3 열 처리 60℃, 3hr
4 원심 분리 3800g. 5min
2-B 1 효소 반응 60℃, 3hr 92
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 20℃, 3hr
4 열처리 60℃, 3hr
5 원심 분리 3800g. 5min
그 결과, 표 2에 나타낸 바와 같이, 효소 처리된 미세조류 세포 파쇄액에 원심분리 과정이 없이 냉각 처리와 열처리의 온도 조절 공정을 거친 경우의 오일 회수율은 9%로 낮았다(Case 2-A). 반면, 원심분리하여 회수한 상등액을 Case 2-A와 동일한 온도 조절 공정을 거쳤을 때, 오일 회수율이 92%로 크게 상승함을 확인하였다(Case 2-B). 이를 통해, 효소 처리된 미세조류 세포 파쇄액을 원심분리 과정 없이 그대로 이용하는 경우 온도 조절 공정을 거치더라도 오일 회수가 어려웠으나, 원심분리 과정을 통해 미세조류 세포 외벽과 오일이 혼재된 상등액을 이용하는 경우 냉각 처리와 열 처리의 온도 조절 공정을 거치면 눈에 띄게 오일 회수율이 상승함을 확인하였다.
실시예 2. 물리적 처리를 이용한 세포 파쇄액의 바이오오일 추출
실시예 2-1. 물리적 처리로 세포벽을 파쇄한 미세조류 세포 파쇄액 수득
미세조류 스키조키트리움(Schizochytrium) sp. 균주를 5L 발효조에서 총 배양액 대비 35%의 글루코오스(Glucose) 탄소원을 공급하여 60시간 배양을 진행하였다.
종균 배양(Seed culture) 목적으로 멸균된 MJW02 배지를 이용하여 500 mL 플라스크에서 30℃, 150 rpm 조건으로 약 20시간 배양을 진행하였다.
종균 배양된 플라스크는 5L 배양기(fermenter)로 분주 및 접종되어 멸균된 MJW02 배지 및 배양환경 30℃, 500 rpm, 1.5 vvm 조건에서 배양을 진행하여 배양액을 얻었다.
배양이 끝난 미세조류 배양액을 bead mill 장비(Dyno-mill ECM-MULTI LAB)를 이용, Bead size가 0.8 mm인 것을 반응기의 65%정도 채우고 30℃로 유지하여 회전속도는 3600 rpm, 배양액의 주입속도는 0.15 kg/min으로 1 pass 진행하여 세포 파쇄율이 90% 이상인 바이오매스 농도가 100 g/L 이상이고, pH는 7, 온도는 30℃인 세포 파쇄액을 얻었다.
실시예 2-2. 냉각 공정 유무에 따른 오일 회수율 비교
실시예 2-1에서 수득한 물리적 처리에 의한 미세조류 세포 파쇄액을 이용하여 냉각 처리에 따른 오일 회수율의 향상 여부를 확인하였다.
구체적으로, 실시예 2-1에서 수득한 물리적 처리에 의한 미세조류 세포 파쇄액을 이용하여 하기 표 3에 나타낸 3-A, 3-B, 3-C, 3-D, 3-E 및 3-F의 공정 순서와 공정 조건으로 각각 처리한 후, 오일 회수율을 비교하였다. 서큘레이터 (Julabo FP50-HE)에 500ml 이중자켓을 연결하여 온도를 조절하였고 그 이중자켓 안에 공정액을 투입하여 실험을 진행하였다. 승온 및 냉각 속도는 ± 1 ℃/min로 조절하여 설정온도에 도달 후에 아래 표의 공정 조건에서의 시간만큼 가온 및 냉각하였다. 오일 회수율은 실시예 1-2와 동일한 방법으로 측정하였다.
Case 공정 순서 공정 조건 오일 회수율 (%)
3-A 1 Bead mill 처리 30℃ 1.5
2 원심 분리 3800g. 5min
3-B 1 Bead mill 처리 30℃ 33.7
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 열처리 60℃, 1hr
4 원심 분리 3800g. 5min
3-C 1 Bead mill 처리 30℃ 32.3
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 열처리 75℃, 1hr
4 원심 분리 3800g. 5min
3-D 1 Bead mill 처리 30℃ 76
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 25℃, 1hr
4 열처리 60℃, 1hr
5 원심 분리 3800g. 5min
3-E 1 Bead mill 처리 30℃ 75.8
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 15℃, 1hr
4 열처리 60℃, 1hr
5 원심 분리 3800g. 5min
3-F 1 Bead mill 처리 30℃ 78.4
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 5℃, 1hr
4 열처리 60℃, 1hr
5 원심 분리 3800g. 5min
그 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이, 미세조류 세포 파쇄액에 열처리나 냉각 처리하지 않은 경우(Case 3-A)는 오일 회수율이 1.5%로 낮았고, 60℃에서 약 1시간 동안 열처리 후 바로 원심분리한 경우(Case 3-B) 오일 회수율이 33.7%로 나타났다. 더 높은 온도인 75℃에서 1시간 동안 열처리한 경우(Case 3-C) 오일 회수율이 32.3%로 오일 회수율이 향상되지 않음을 확인하였다.
반면, 미세조류 세포 파쇄액에 25℃에서 1시간 동안 냉각 처리를 한 후, 60℃에서 1시간 동안 열 처리를 한 경우(Case 3-D)와 미세조류 세포 파쇄액에 15℃에서 1시간 동안 냉각 처리를 한 후, 60℃에서 1시간 동안 열 처리를 한 경우(Case 3-E)는 각각 76%, 75.8%의 높은 오일 회수율을 나타내고, 5℃에서 1시간 동안 냉각 처리한 경우(Case 3-F)도 78.4%의 높은 오일 회수율을 나타낸 것을 확인하여, 물리적 처리에 의한 미세조류 세포 파쇄액에 냉각 처리를 한 후 다시 열처리를 하면 오일 회수율이 크게 상승함을 확인하였다.
실시예 2-3. 냉각 처리 전 원심분리 과정 유무에 따른 오일 회수율의 비교
물리적 처리를 통해 세포가 파쇄된 미세조류 세포 파쇄액의 냉각 처리 전 원심분리 과정 유무에 따른 오일 회수율을 비교하기 위하여 하기와 같은 실험을 수행하였다.
구체적으로, bead mill 장비(Dyno-mill ECM-MULTI LAB) 조건으로 회전속도 2400 rpm, 배양액의 주입속도 0.15 kg/min으로 2 pass로 진행하는 것을 제외하고, 실시예 2-1과 동일한 방법으로 물리적 처리를 이용하여 세포벽을 파쇄한 미세조류 세포 파쇄 공정액을 얻었다. 상기 얻은 세포 파쇄 공정액을 50 ml falcon에 담아 Thermomix에서 온도 조절하고, 600 rpm으로 교반하여 실험을 진행하였다. 원심분리하기 전인 물리적 처리에 의해 세포가 파쇄된 미세조류 현탁액을 이용하여 하기 표 1에 나타낸 4-A 및 4-B의 공정 순서와 공정 조건으로 각각 처리한 후, 오일 회수율을 비교하였다. 승온 및 냉각 속도는 ± 1 ℃/min로 조절하여 설정온도에 도달 후에 아래 표의 공정 조건에서의 시간만큼 가온 및 냉각하였다. 오일 회수율은 실시예 1-2와 동일한 방법으로 측정하였다.
Case 공정 순서 공정 조건 회수율 (%)
4-A 1 Bead mill 처리 30℃, 2400rpm 48.3
2 상등액 회수 후 냉각처리 20℃, 3hr
3 열 처리 60℃, 3hr
4 원심 분리 3800g. 5min
4-B 1 Bead mill 처리 30℃, 2400rpm 95.4
2 원심 분리 3800g. 5min
3 상등액 회수 후 냉각처리 20℃, 3hr
4 열처리 60℃, 3hr
5 원심 분리 3800g. 5min
그 결과, 표 4에 나타낸 바와 같이, bead mill 처리를 거친 미세조류 세포 파쇄액에 원심분리 과정이 없이 냉각 처리와 열처리의 온도 조절 공정을 거친 경우의 오일 회수율은 48.3%로 낮았다(Case 4-A). 반면, bead mill 처리를 거친 미세조류 세포 파쇄액에 3800 g로 5분 동안 원심분리하여 회수한 세포 외벽 물질과 오일이 혼재된 상등액이 Case 4-A와 동일한 냉각 및 열처리를 거치면 오일 회수율이 95.4%로 상승함을 확인하였다(Case 4-B).

Claims (11)

1) 미세조류 배양액으로부터 세포 파쇄액을 수득하는 단계;
2) 상기 세포 파쇄액을 원심분리하여 상등액을 회수하는 단계;
3) 상기 상등액을 냉각하는 단계;
4) 상기 냉각한 상등액을 가열하는 단계; 및
5) 상기 가열한 상등액을 원심분리하여 오일을 회수하는 단계; 를 포함하는 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 1) 단계의 미세조류는 스키조키트리움(Schizochytrium) 속 균주인 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 1) 단계의 세포 파쇄액은 효소 처리 또는 물리적 처리로 파쇄한 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제3항에 있어서, 상기 물리적 처리는 미세조류 배양액을 비드밀(bead mill), 프렌치 프레서, 호모게나이저 또는 균질기를 이용하여 물리적으로 파쇄시키는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 2) 단계의 원심분리는 3000g 내지 4600g에서 수행하는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 3)의 냉각하는 단계는 35℃ 이하의 온도로 수행하는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제6항에 있어서, 상기 3)의 냉각하는 단계는 30분 내지 4시간 동안 수행하는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 4)의 가열하는 단계는 55℃ 이상의 온도로 수행하는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제8항에 있어서, 상기 4)의 가열하는 단계는 30분 내지 4시간 동안 수행하는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제1항에 있어서, 상기 방법은 추출된 오일의 오일 회수율을 향상시키는 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
제10항에 있어서, 상기 오일 회수율은 75% 이상인 것인, 미세조류 배양액으로부터 오일을 추출하는 방법.
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