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영어

In this study, two supercritical extraction systems of different scale, analytical-scale and lab-scale, were employed to investigate the extraction efficiency of canola oil from canola seeds using supercritical carbon dioxide (SCCO2) as an extraction solvent. The effects of various parameters such as extraction temperature (40~80℃), pressure (200~500 bar), particle size, and SCCO2 flow direction on the extraction rate and yield were examined in detail. Triglycerides and fatty acids in the extracted canola oil were analyzed quantitatively by high-performance liquid chromatography and gas chromatography. The solubility values of canola oil in SCCO2 could be calculated from the experimental results. Similar extraction yields were obtained from both analytical-scale and lab-scale extraction systems. The extraction rates obtained under solvent (SCCO2) upflow conditions were found to be higher than those of solvent downflow extraction. However, the effect of SCCO2 flow direction on the extraction yield was observed to be relatively insignificant.

한국어

채종 또는 평지로도 불리는 유채 (rape)는 십자화과 (Cruciferae) 배추속 (Brassica)에 속하는 2년생 초본이다. 재래종 유채유에는 과량으로 섭취하는 경우 갑상선종을 유발하며 쓴맛이 나게 하는 성분인 글루코시놀레이트 (glucosinolate)가 존재하며, 유채유의 전체 지방산 중 심장 병이나 심장골격근염의 원인이 되는 에루크산 (erucic acid) 이 약 58% 정도로 매우 과량으로 함유되어 있다. 이러한 유채유의 단점을 보완하기 위하여 1978년 캐나다에서 최초 로 에루크산과 글루코시놀레이트의 함량을 식용 기준치 이하 로 낮춘 LEAR (low erucic acid rapeseed) 품종을 개발하여 캐놀라 (Canadian oil, low acid; canola)라는 이름으로 명명 하였다. 현재 캐나다, 미국, 유럽에서는 저에루크산 유채인 캐놀라가 재배되고 있으며, 고에루크산의 유채는 특수한 경우 공업용으로만 이용되고 있다(1, 2). 캐놀라 씨앗의 경우 오일 함량이 약 41～48%로 콩이나 해바라기의 오일 함량에 비해 더 높고, 대부분 불포화지방 산인 올레인산 (oleic acid, 60%)과 리놀레인산 (linoleic acid, 20%)으로 구성되어 있으며, 혈중 콜레스테롤 수치를 높이 는 포화지방산의 함량은 약 7% 정도로 모든 식용유 가운 데 가장 낮은 것으로 알려져 있다(1-3). 캐놀라 오일은 낮 은 온도에서 잘 응결되지 않고 빛의 영향을 적게 받으며, 산화안정성 및 가열안정성이 매우 우수하다. 또한, 미량의 토코페롤을 함유하고 있으며 이 중 생리활성이 강한 알파 토코페롤의 성분 함량이 많아서 노화방지에 좋고 비누화가 느리며 거품이 풍부하다. 캐놀라 오일은 담백한 풍미를 가지 고 있어 샐러드유로 많이 사용되고 있으며, 튀김, 부침, 마가 린, 마요네즈 샐러드드레싱 제조에 많이 이용되고 있다. 또한 공업용 도료, 윤활제, 등화용유로 쓰이기도 하며 기름을 짜고 남은 캐놀라박은 고단백의 가축사료로 이용되고 있다(1-3). 오일종자에서 오일을 추출하는 일반적인 방법으로는 압착법, 휘발성 유기용매 추출법 등이 사용되고 있으며, 일반 적으로 오일 함량이 높은 씨앗의 경우 압착법을 이용하여 오일을 추출한 후 남은 찌꺼기에 포함된 오일을 휘발성 유기용매로 추출한다(4-7). 유기용매 추출의 경우 독성이 강한 석유 에테르, 공업용 헥산, 헵탄 등의 유기용매가 다량 으로 사용되므로 추출 후 유기용매의 처리와 환경오염의 문제가 있으며, 잔류용매에 의한 독성 문제가 발생할 수 있 다. 또한 추출 시간이 오래 걸리고 고온을 필요로 하기 때문 에 과량의 에너지 소비와 추출물의 변성이 일어날 수 있는 단점을 갖고 있다. 최근에는 이런 문제점을 해결할 수 있 는 환경 친화적인 대체기술로서 초임계 유체 추출공정에 대한 연구가 활발히 이루어지고 있으며, 호호바 오일(8, 9), 팜유(10, 11), 대두유(12), 아마란스 오일(13), 에센셜 오 일(14-16) 등의 오일뿐만 아니라 비타민(17, 18), 카페인(19) 등의 유효성분 회수를 위한 초임계 유체 추출 연구가 심도 있게 진행되고 있다. 초임계 유체 (supercritical fluid)란 어떤 물질의 임계점 (critical point) 이상의 온도와 압력 조건에서 존재하는 유체로 액체와 기체의 중간 특성을 나타내며 밀도를 연속적으로 변화시킬 수 있기 때문에 용해도, 점도, 확산계수 등의 상태 를 쉽게 조절할 수 있다(20). 또한, 낮은 점도와 표면장력 및 높은 확산계수의 특성을 나타내어 고체 물질 내부로의 효과적인 침투가 가능하기 때문에 유효 성분의 효율적 추출 에 적합하다. 이런 장점들로 인하여 초임계 유체 추출은 유기용매 추출에 비하여 짧은 시간 내에 높은 추출 수율 을 얻을 수 있는 매우 효과적인 공정기술이라 할 수 있다. 초임계 유체 중 이산화탄소의 경우 임계점 (73.8 bar, 31℃) 이 비교적 낮고 불연성, 무독성이며 재활용이 용이한 천연 용매라고 할 수 있으며, 추출물과의 반응성 및 부식성이 거의 없고 가격이 비교적 저렴하다는 장점을 가지고 있어 초임 계 유체 추출공정에서 가장 널리 이용되고 있다(14, 19-21). 기존의 캐놀라 오일에 대한 초임계 유체 추출 연구의 경우 전처리 과정의 영향, 용해도 및 상평형, 공정변수 등에 관한 연구가 주로 진행되어 왔다(6, 22-26). 본 연구에서는 바이오디젤 생산의 주요 원료인 캐놀라 오일의 초임계 이산 화탄소 추출기술의 scale-up공정에 대한 기초연구로서 추출 용량이 다른 두 종류의 초임계 추출장치를 사용하여 추출 기 용량, 초임계 이산화탄소의 흐름방향, 캐놀라 씨앗 입자 의 크기, 온도, 압력 등의 공정변수가 캐놀라 오일의 추출 속도와 수율에 미치는 영향을 검토하여 최적 추출 공정조건 을 분석하고자 하였다. 또한 추출된 캐놀라 오일의 분석을 위해 증기화 광산란 검출기 (evaporative light scattering detector, ELSD)가 장착된 HPLC를 이용하여 트리글리세 라이드 (triglyceride)의 성분을 정량분석 하였으며, 추출된 오일을 전이에스테르화 (transesterification) 반응을 시킨 후 이를 GC/FID로 분석하여 지방산의 조성을 확인하였다.