해조류를 위해 초음파 동화기를 사용해 본 적 있나요?

해조류에 초음파 균질기를 사용해 본 적이 있으십니까?

초음파 해조류 추출 기술 소개

I. 소개

바다는 인류에게 준 귀중한 자원인 해조류는 다당류, 단백질, 지방산, 알칼로이드, 폴리페놀 및 색소와 같은 다양한 생리 활성 성분이 풍부합니다. 이러한 성분들은 의약품, 식품, 화장품, 환경 보호 등 다양한 분야에서 큰 응용 가능성을 보여주었습니다. 예를 들어, 다시마 황산염 다당류는 의약품, 건강 식품 및 항바이러스 사료 첨가제로 사용될 수 있으며, 이는 사람들의 건강을 보호하고 가축 및 가금류 사육 안전을 증진하는 데 매우 중요합니다. 그러나 이러한 생리 활성 성분을 효율적이고 환경 친화적으로 추출하는 방법은 항상 과학 연구자들과 관련 산업의 초점이었습니다. 용매 추출 및 산-염기 추출과 같은 전통적인 추출 방법은 낮은 추출 효율, 긴 시간, 높은 에너지 소비, 활성 성분에 대한 큰 손상과 같은 문제점을 가지고 있습니다. 과학 기술의 지속적인 발전과 함께 초음파 보조 추출 기술이 등장하여 해조류 활성 성분 추출 분야에서 점차 부상하고 있습니다.

II. 초음파 보조 추출의 원리

초음파는 20kHz 이상의 주파수를 가진 음파입니다. 액체 매질에 작용하면 일련의 독특한 물리적 효과를 생성하며, 이는 효율적인 해조류 추출을 달성하는 핵심입니다.

1. 캐비테이션 효과: 초음파가 액체에서 전파될 때 주기적인 압력 변화가 형성됩니다. 음압 단계에서 액체 내의 작은 기포(캐비테이션 핵)가 빠르게 팽창합니다. 양압 단계에서 기포가 급격하게 붕괴됩니다. 이러한 순간적인 기포 붕괴는 극도로 높은 온도(최대 5000K)와 압력(100MPa 이상)을 생성하여 강력한 충격파와 마이크로 제트를 형성합니다. 이러한 극한 조건은 해조류의 세포벽과 세포막 구조를 효과적으로 파괴하여 세포 내 생물학적 활성 성분이 추출 용매로 쉽게 방출되도록 합니다. 예를 들어, 해조류에서 다당류를 추출할 때 캐비테이션 효과에 의해 생성된 충격력은 세포벽의 제약을 깨뜨리고 다당류가 빠르게 용해되도록 합니다.

2. 기계적 진동 효과: 초음파의 고주파 진동은 액체 매질과 해조류 입자의 강력한 기계적 진동을 유발할 수 있습니다. 이 진동은 추출 용매와 해조류 입자 사이의 상대적 움직임을 가속화하고, 용매의 해조류 침투율을 증가시켜 활성 성분이 해조류에서 용매로 확산되는 것을 촉진합니다. 해조류에서 단백질을 추출하는 것을 예로 들면, 기계적 진동은 단백질 주변의 용매를 빠르게 갱신하여 단백질의 용해 속도를 가속화합니다.

3. 열 효과: 초음파가 전파되는 동안 에너지의 일부는 매질에 흡수되어 열 에너지로 변환되어 시스템의 온도가 상승합니다. 적절한 온도 상승은 추출 용매의 점도를 낮추고 분자의 확산 계수를 증가시켜 추출 효율을 더욱 향상시킬 수 있습니다. 그러나 과도하게 높은 온도는 일부 열에 민감한 생리 활성 성분을 손상시킬 수 있으므로 실제 적용 시 초음파 조건을 합리적으로 제어해야 합니다. 해조류에서 일부 항산화 성분을 추출할 때 적절한 열 효과는 산화 및 비활성화를 유발하지 않고 용해를 촉진할 수 있습니다.

III. 해조류에서 활성 성분 추출 시 초음파 보조 추출의 장점

전통적인 추출 방법과 비교하여 초음파 보조 추출 기술은 해조류에서 활성 성분 추출 시 많은 중요한 장점을 가지고 있습니다.

1. 효율적이고 빠름: 많은 연구에서 초음파 보조 추출이 추출 시간을 크게 단축할 수 있음을 보여주었습니다. 예를 들어, 다시마 황산염 다당류를 추출할 때 순환 초음파 추출을 사용하면 추출 시간을 전통적인 방법에서 몇 시간 또는 그 이상에서 30분으로 단축할 수 있습니다. 이는 생산 효율성을 크게 향상시킬 뿐만 아니라 장기간 추출로 인해 발생할 수 있는 활성 성분의 분해를 줄입니다. 갈조류에서 푸코이단을 추출할 때 초음파 보조 추출은 95% 이상의 단일 단계 추출률을 달성하여 목표 성분의 추출률을 크게 향상시킬 수 있습니다.

2. 에너지 절약 및 환경 보호: 초음파 보조 추출 과정에서 추출 시간이 단축되어 해당 에너지 소비가 크게 줄어듭니다. 동시에 이 기술은 유기 용매의 사용을 줄일 수 있으며, 심지어 어떤 경우에는 물 기반 천연 심층 공융 용매와 같은 더 환경 친화적인 용매를 사용할 수 있습니다. 예를 들어, 상업적으로 재배된 푸코이단 다시마에서 폴리페놀을 추출할 때, 초음파 보조 추출과 결합된 수분 함량이 높은 천연 심층 공융 용매(WRNADES)를 사용하면 추출 효율을 향상시킬 뿐만 아니라 유기 용매가 환경에 미치는 해를 줄이고 해조류 바이오리파이닝에서 환경 친화적인 생산 공정의 개발을 촉진합니다.

3. 제품 품질 향상: 초음파의 효과는 비교적 온화하며, 생리 활성 성분을 효과적으로 추출하는 동시에 구조와 활성을 더 잘 유지할 수 있습니다. 피코빌리솜 추출을 예로 들면, 화학적 및 기계적 파쇄 방법으로는 드라세나에서 이상적인 피코빌리솜을 얻기 어렵지만, 20-50kHz의 주파수와 60V의 전압으로 10분 동안 초음파 처리를 하면 완전한 피코빌리솜을 얻을 수 있습니다. 해조류에서 일부 약용 성분을 추출할 때 초음파 보조 추출은 성분의 활성을 보장하고 약용 가치를 향상시킬 수 있습니다.

4. 광범위한 응용 분야: 초음파 보조 추출 기술은 다양한 종류의 해조류와 다양한 생리 활성 성분 추출에 적합합니다. 녹조류, 갈조류 또는 홍조류에 관계없이, 다당류, 단백질, 폴리페놀 또는 색소에 관계없이 초음파 조건을 최적화하여 효율적인 추출을 달성할 수 있습니다. 예를 들어, 소금 조류에서 β-카로틴 추출 및 스피루리나에서 단백질 추출은 좋은 결과를 보여주었습니다.