Recovery of Useful Materials from Kelp (Laminaria japonica) using Sub- and Supercritical Fluids

Abstract

아임계 및 초임계 유체를 이용한 다시마 (Laminaria japonica) 유래 유용물질 회수

박정남

부 경 대 학 교 대 학 원 식 품 공 학 과

요 약

다시마는 수산자원 중 가장 풍부한 해조류 중 하나로, 최근 다시마의 다양한 생리활성 효과가 보고되면서 다시마의 생리활성 기능을 활용하고자 건강식품 개발 소재로서 다양하게 시도되고 있다. 그러나 실제로 1차 가공제품 개발에 그치는 실정이며, 그 이용 가치 또한 높지 않다. 수산가공 산업에 있어 다시마에 함유되어 있는 유용 물질들의 이용은 경제적으로나 환경적 측면으로 볼 때 많은 이익을 창출하게 해줄 것이다. 그러므로 본 연구에서는 다시마로부터 fucoxanthin, fatty acids, phenolic compounds, 환원당 및 아미노산과 같은 유용 물질들을 회수하기 위하여 친환경 공정인 초임계 이산화탄소 추출법과 아임계수 가수분해법을 적용하였다. 초임계 이산화탄소 추출은 온도 범위 30-50℃, 압력 15–25 MPa 범위에서 수행되었으며, CO2 유량은 23 g/min으로서 총 추출 시간인 2시간 동안 지속적으로 흐르게 하여 오일과 같은 비극성 물질을 추출하였다. 또한 에탄올을 보조용매로 이용하여 초임계 이산화탄소 만으로 추출할 수 없는 극성 물질을 추출하였다. 초임계 이산화탄소를 이용하여 추출한 오일의 최대 추출 수율은 25 MPa, 30℃에서 나타났으며, 압력이 높고 온도가 낮을수록 추출 수율이 높아지는 경향을 보여주었다. 추출된 오일에 함유되어 있는 fucoxanthin을 high performance liquid chromatography (HPLC)를 이용하여 정량 분석하였고, 각 추출 조건에 따른 추출물 내 fucoxanthin 함량을 비교하였다. 그 결과, 25 MPa, 40 oC의 압력, 온도 조건에서 에탄올을 보조용매를 이용한 조건에서 추출물 내 fucoxanthin의 수율이 가장 높음이 확인되었고, 아세톤, 에탄올 및 메탄올을 이용한 전통적 용매 추출 방법과 비교한 결과, 초임계 이산화탄소와 보조용매로서 에탄올을 이용한 추출법의 추출 수율이 더 높음을 확인할 수 있었다. 한편, 초임계 이산화탄소와 에탄올을 보조용매로 이용하여 추출한 fucoxanthin의 순도가 60.82%로 매우 낮았으나, 정제 과정을 통하여 79.86%로 순도를 높일 수 있었다. 또한 gas chromatography (GC)를 이용하여 다시마 오일에 함유되어 있는 지방산을 분석하였으며, 그 결과 SCO2를 이용하여 추출한 오일에 palmitic acid, arachidonic acid, EPA, oleic acid, linoleic acid 및 myristic acid가 다시마의 주요 지방산들임을 확인할 수 있었다. 아임계수 가수분해는 수산가공 산업에서 활용도가 낮은 다시마를 고부가가치 소재로 이용하기 위한 공정으로서, 열풍 건조 및 SCO2로 처리된 된 다시마 원료를 1:50의 샘플:물 비율로 고정시킨 후, 실험 온도 조건 (200 oC-280 oC) 및 촉매제 (1% acetic acid)의 첨가 유무를 달리하여 각각 수행하였다. 먼저, 아임계수 가수분해에 의해 생성된 가수분해물 내 phenolic compounds 및 그 항산화능을 평가해본 결과, 에탄올과 물의 혼합 비율을 달리한 에탄올 농도에 따른 추출법에 비하여 모든 실험 조건에서 phenolic compounds의 추출 수율 및 항산화능이 현저히 높은 것이 확인되었으며, 이 결과들을 종합적으로 고려해본 결과 240 oC를 phenolic compounds의 추출 수율 및 항산화능을 위한 최적 온도 조건으로 설정할 수 있었다. 다음으로 아임계수 가수분해에 의해 생성된 가수분해물 내 환원당 및 아미노산의 함량을 분석하였다. 환원당 및 아미노산 수율 모두 온도의 증가에 따라 감소하는 경향을 보였지만, 환원당 수율의 경우 열풍 건조된 다시마 원료가 SCO2로 처리된 다시마보다 높았고, 아미노산의 수율은 반대의 결과를 보여주었다. 한편, 촉매로서 사용된 1% acetic acid 첨가의 효과는 환원당 수율의 경우 촉매제의 의하여 수율이 증가하였으나, 아미노산 수율은 반대로 감소되는 것을 확인할 수 있었다.