KR101477204B1 - Methods for the simultaneous production of astaxanthin and lipid from Haematococcus pluvialis - Google Patents
Methods for the simultaneous production of astaxanthin and lipid from Haematococcus pluvialis Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법에 관한 것으로, 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스를 계면활성제 수용액으로 화학적으로 세포벽을 파괴하고, 처리된 미세조류와 단일 극성유기용매 또는 혼합 극성유기용매를 회분식 추출기에 넣고 교반하면서 초음파를 가하면서 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 유기용매 속으로 추출하고, 추출액에 비극성 유기용매와 초순수를 투입하고 층분리를 통해서 각각 기능성 활성물질인 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 분리하며, 케토카로테노이드(ketocarotenoid)가 농축된 극성 유기용매와 수용액 층을 비극성 고분자 흡착탑에 공급하여 고농축 아스타잔틴을 생산함으로써, 고기능 활성물질인 아스타잔틴과 바이오연료의 원료로 사용될 지질(lipid)을 동시 생산하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis, wherein the microalgae, Hematococcus pluvialis, is chemically treated with an aqueous surfactant solution to destroy the cell wall, A polar organic solvent or a mixed polar organic solvent is put into a batch extractor, and ultrasonic waves are applied while stirring to extract a ketocarotenoid and a lipid as a raw material of a biofuel into an organic solvent. A nonpolar organic solvent and ultrapure water The ketocarotenoid, which is a functional active substance, and the lipid, which is a raw material of the biofuel, are separated from each other through layer separation, and a ketocarotenoid-enriched polar organic solvent and an aqueous solution layer are supplied to the nonpolar polymer adsorption column By producing highly concentrated astaxanthin, the high-performance active substance Asta It relates to a process for simultaneous production of lipids (lipid) used as a raw material for tin and biofuels.
Description
본 발명은 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법에 관한 것으로, 자세하게는 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스를 화학적 처리 및 초음파 지원 유기용매 추출 단계를 거쳐 액-액 추출에 의한 상분리후 분리액으로부터 아스탄잔틴과 바이오 연료의 원료인 지질(lipid)을 동시 생산하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for simultaneously producing astaxanthin and lipid from hematococcus pluvialis, and more particularly, to a method for producing hematococcus pluvialis, which is a microalgae, through chemical treatment and organic solvent- And a method for simultaneously producing astaxanthin and lipid, which are raw materials of biofuel, from a separated liquid after phase separation by a centrifugal separator.
새우나 가재의 갑각류 또는 헤마토코커스(Haematococcus) 등의 조류 등에서 추출되는 천연 아스타잔틴(Astaxanthin)은 조홍색을 띄고 있어서 연어 등의 색상의 증진을 통한 풍미 효과, 토코페롤(비타민 E)보다 500배 이상의 항산화 기능을 지닌 케토카로테노이드(ketocarotenoid)의 일종으로 인체 내의 활성산소 라디칼을 제거를 통한 항암작용, 면역기능 활성화, 비타민 A 전구체 등의 효과를 갖는 것으로 알려져 있다. Natural astaxanthin extracted from crustaceans such as shrimp or lobster or algae such as Haematococcus is rich in color and has a flavor effect through enhancement of color such as salmon and 500 times more than tocopherol (vitamin E) Ketocarotenoid with antioxidant function is known to have effects such as anticancer action, activation of immune function and vitamin A precursor through removal of active oxygen radical in human body.
또한 헤마토코커스(Haematococcus)를 포함하는 미세조류(micro algae)에는 바이오연료의 원료로 전환되는 지질(lipid)을 함유하고 있다.
In addition, microalgae, including Haematococcus, contain lipids that are converted to biofuel feedstocks.
상기 천연 아스타산틴(3,3'-dihydroxy-β, β'-carotene-4,4'-dione)은 유기용매 또는 초임계 이산화탄소를 활용하여 미세조류인 헤마토코커스(Bioresource Technology 99(2008) 5556-5560) 또는 효모 균주인 파피아 로드지마(J Zhejiang Univ. Sci. B, 2008 9(1):51-59)등에서 추출되며, 결정의 색상은 dark violet-brown이다. 녹는 온도는 224℃이고, 분자량은 596.86g/mol (C40H52O4)이며, 수용액에 불용성이지만 실온에서 대부분 유기용매(dichloromethane, chloroform, acetone, dimethylsulfoxide, methanol, ethanol, ethylacetate)에 용해된다. The natural astaxanthin (3,3'-dihydroxy-β, β'-carotene-4,4'-dione) can be produced by using an organic solvent or supercritical carbon dioxide to produce microalgae such as Bioresource Technology 99 (2008) 5556 -5560) or a yeast strain, J Zhejiang Univ. Sci. B, 2008 9 (1): 51-59), and the color of the crystal is dark violet-brown. It has a melting temperature of 224 ° C and a molecular weight of 596.86 g / mol (C 40 H 52 O 4 ). It is insoluble in aqueous solution but soluble in most organic solvents (dichloromethane, chloroform, acetone, dimethylsulfoxide, methanol, ethanol and ethylacetate) .
적색의 케토카로테노이드(ketocarotenoid)인 아스타잔틴(astaxanthin)은 베타-카로틴(β-carotene)과 같은 화학적 구조를 가진 카로티노이드계 색소의 일종으로, 노화나 암의 원인이 되는 유해 활성산소를 없애는 능력을 지닌 항산화 기능성 물질이다. Astaxanthin, a red ketocarotenoid, is a kind of carotenoid pigment with a chemical structure such as β-carotene, which is capable of eliminating harmful free radicals that cause aging and cancer. Is an antioxidant functional substance.
아스타잔틴은 베타-카로틴에 비해 양쪽 말단기에 하이드록실기(-OH)와 케톤기(=O)를 하나씩 더 가지는 독특한 분자 구조적 특성 때문에 기존의 항산화 물질보다 월등히 높은 항산화 활성을 갖는데, 대표적인 항산화제인 비타민 E보다 500배 이상, 베타-카로틴보다 20배 정도 높은 항산화 활성을 지닌다(Fisheries Sci., 62:134, 1996, Crit. Rev. Biotechnol., 11:297, 1991). Astaxanthin has a much higher antioxidant activity than conventional antioxidants because of its unique molecular structure, which has one hydroxyl group (-OH) and one ketone group (═O) at both ends in comparison with beta-carotene. (Fisheries Sci., 62: 134, 1996, Crit. Rev. Biotechnol., 11: 297,1991), which is 500 times more potent than Jane's vitamin E and 20 times more potent than beta-carotene.
이러한 고 항산화성 기능으로 인해 아스타잔틴은 의약품, 식품 첨가제 및 동물과 치어의 사료 첨가제로 널리 사용되고 있고, 그 수요량 및 활용 범위가 급격히 확대될 것으로 예상되는 실정이다.
Due to these antioxidant functions, astaxanthin is widely used as a feed additive for pharmaceuticals, food additives, and animal and poultry, and its demand and application range is expected to increase rapidly.
기존에 상용화된 아스타잔틴은 화학적으로 합성하거나(Pure Appl. Chem., 74:1369-1382, 2002) 갑각류나 미생물에서 추출하여 생산되고 있다. Conventionally commercialized astaxanthin is chemically synthesized (Pure Appl. Chem., 74: 1369-1382, 2002) and is produced from crustaceans and microorganisms.
먼저 화학적으로 합성된 아스타잔틴은 대부분 유리형태(free astaxanthin)로 생체 내에서 활성이 감소되고, 빛이나 온도에 대한 안정성이 낮아 사용에 제한이 있고 유럽의 일부 국가에서만 사용이 허가되어 있다. The chemically synthesized astaxanthin is mostly free astaxanthin, which is inactivated in vivo, has low stability against light or temperature, and is restricted for use in some countries in Europe.
또한 갑각류와 그 추출물, 녹조류인 해마토코커스 플루비아리스 및 적색효모 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous)를 포함하여 아스타잔틴의 다양한 천연 생물학적 재료가 보고되어 있다. 특히 종래의 갑각류 사료는 아스타잔틴의 함량이 비교적 낮고, 습기, 회분 및 키틴의 함량이 높기 때문에, 이들 중 녹조류인 해마토코커스 플루비아리스(Haematococcus pluvialis)와 적색효모 크산토필로마이세스 덴드로로스(Xanthophyllomyces dendrorhous)는 산업적 생산을 위한 아스타잔틴의 재료로서 최근에 중요시 되고 있다. 그 중 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)는 아스타잔틴 함유량이 6-8%로 높은 편이고, 생체 이용율이 높은 3S, 3'S 아이소머(isomer) 형태의 아스타잔틴(astaxanthin)을 생산하는 천연공급원으로 알려져 있다(Trends Biotechnol., 21:210-216 2003; Chemosphere, 54:413-417 2004; J. Chromatogr., 1076:189-192 2005; Biotechnol. Lett., 19:443-446 1997; 한국특허 제 10-2009-0131991호). Various natural biological materials of astaxanthin have also been reported, including crustaceans and their extracts, green algae Haematococcus fluvialis, and red yeast Xanthophyllomyces dendrorhous. Particularly, since the content of astaxanthin is relatively low and the content of moisture, ash and chitin is high in conventional crustacean diets, the green algae Haematococcus pluvialis and the red yeast xanthophylla maescedendroos (Xanthophyllomyces dendrorhous) has recently become an important ingredient in astaxanthin for industrial production. Among them, Haematococcus pluvialis has a high content of astaxanthin (6-8%) and is a natural product that produces 3S, 3'S isomeric form of astaxanthin in high bioavailability (Trends Biotechnol., 21: 210-216 2003; Chemosphere, 54: 413-417 2004; J. Chromatogr., 1076: 189-192 2005; Biotechnol. Lett., 19: 443-446 1997; Patent No. 10-2009-0131991).
상기 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)는 광합성 미생물 중의 하나인 녹색 단세포조류(unicellular green algae)로 휴면 단계에서 세포 내부에 아스타잔틴을 다량 축적한다. The Haematococcus pluvialis is a unicellular green algae, one of the photosynthetic microorganisms, which accumulates a large amount of astaxanthin in the cells in the dormant phase.
따라서, 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴을 추출하기 위해서는 세포벽을 깨고 내부에 있는 색소를 유리시켜야 하기 때문에 오랜 추출 시간을 필요로 하고 추출이 어렵다는 단점이 있다. Therefore, in order to extract astaxanthin from Hematococcus pluvialis, it is necessary to break the cell wall and free the pigment inside, so that it takes a long time for extraction and it is difficult to extract.
이 때문에 세포 내에 축적된 아스타잔틴을 효과적으로 회수하기 위하여 여러 가지 방법들이 개발되어 왔으나, 많은 종류의 유기용매를 이용하는 방법들이 대부분을 차지하고, 또한 유기용매 이용 과정 및 분말형태의 색소를 얻기 위한 동결건조 과정 등이 필수적이며, 고가의 처리비용에 따른 단가 상승으로 상업적 이용에 어려움이 있다. 즉, 고순도의 아스타잔틴 색소 추출물을 얻는 효율적인 방법이 아직 상업적인 수준에 이르지 못하고 있다(한국특허 제 10-2010-0030327). For this reason, various methods have been developed for effectively recovering astaxanthin accumulated in the cells, but most methods using many kinds of organic solvents are dominant. In addition, the use of organic solvents and freeze-drying And the like, and it is difficult to commercialize it due to an increase in the unit price due to expensive processing cost. That is, an efficient method of obtaining a high purity astaxanthin pigment extract has not reached the commercial level (Korean Patent No. 10-2010-0030327).
한편, 종래의 방법 중 기계적인 처리방법으로는, 배양 채집된 균주를 액체 질소로 냉동시킨 후, 임펙트 밀러(high speed impact mill or jet mills)를 이용하여 분말화하고, 균주의 세포벽을 파쇄하여 아스타잔틴을 추출하는 방법(미국특허 제 4871551호, 제 6022701호)과 프렌치 프레슈어(French pressure)나 호모게나이저(homogenizers)와 같은 기계적인 방법을 이용하여 세포벽을 깨뜨린 후 용매로 추출하는 방법이 있다. As a mechanical treatment method of the conventional method, the cultured and collected strains are frozen in liquid nitrogen, pulverized using an impact mill (high speed impact mill or jet mills), and the cell wall of the strain is disrupted, A method of breaking down the cell wall using a mechanical method such as a method of extracting taenzen (US Pat. Nos. 4871551 and 6022701) and a French pressure or homogenizers and then extracting it with a solvent have.
또한 마이크로웨이브를 처리하고, 에탄올, 메탄올, 아세톤 및 이들의 혼합용매를 이용하여 추출하는 방법(한국특허 제 2000-0072136호)이 알려져 있으나, 미세조류로부터 아스타잔틴과 바이오연료의 원료인 지질의 동시 생산에 대한 방법과 이를 달성하기 위한 용매 혼합 비율에 대한 최적화가 필요하다. In addition, a method of treating microwaves and extracting them using ethanol, methanol, acetone, and a mixed solvent thereof (Korean Patent No. 2000-0072136) is known, but a method of extracting astaxanthin and biofuels from microalgae Methods for simultaneous production and optimization of solvent mixing ratios to achieve this are needed.
또한 생물학적 처리방법의 한 예로, 파피아(Phaffia) 효모를 트리코데르마 레에세이(Trichoderma reesei ATCC 13631) 유래 세포벽 분해효소를 이용하는 방법이 알려져 있다(대한민국 특허 제 1995-0005983). As an example of a biological treatment method, a method using a cell wall degrading enzyme derived from Trichoderma reesei ATCC 13631 (Phaffia yeast) is known (Korean Patent No. 1995-0005983).
또한, 산화방지제 및/ 또는 오일을 포함하는 수-불혼화성 유기 용매를 사용함으로써 활성 성분이 미분된 분말상 제제를 제조하는 방법(한국 특허 제 1999-0072792) 등도 알려져 있다.
It is also known that a water-immiscible organic solvent containing an antioxidant and / or an oil is used to prepare a powdery preparation in which the active ingredient is finely divided (Korean Patent No. 1999-0072792).
하지만 상기와 같은 여러 가지 방법을 사용하여 세포벽을 파괴하여 카로티노이드계(carotenoids) 색소를 추출할 경우 낮은 색소 추출률과 높은 색소의 파괴율을 가진다는 단점과 산업분야에 적용시 많은 노동력과 높은 처리비용 그리고 처리시 과도한 유기용매를 사용함에 따른 비용과 환경오염을 초래할 수 있다는 문제점들이 존재한다.
However, when carotenoids are extracted by destroying the cell wall using various methods as described above, there are disadvantages such as low pigment extraction rate and high pigment destruction rate, and labor cost, high processing cost, There is a problem that excessive organic solvent may cause cost and environmental pollution.
한편, 미세조류에는 상기와 같은 아스타잔틴의 생산뿐만 아니라 바이오연료의 원료를 생산하는 용도로도 많이 사용되는데 아직까지 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 바이오연료의 원료를 동시 생산하는 방법이 연구되고 있지 않는 실정이다.
On the other hand, microalgae are widely used not only for the production of astaxanthin as described above but also for the production of raw materials for biofuels. However, there is still a method for simultaneously producing raw materials of astaxanthin and biofuels from Hematococcus pluvialis Is not being studied.
상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 본 발명의 목적은 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)에 대하여 화학적 처리단계, 초음파 지원 유기용매 추출단계, 비극성 유기용매에 투입에 의한 액-액 추출 단계, 분리액으로부터 지질을 생산하는 단계 및 분리액의 비극성 고분자흡착제 처리에 의한 아스타잔틴 생산 단계를 순차적으로 거치도록 함으로써 유기용매 사용량을 줄이면서 아스타잔틴과 지질을 동시 생산하는 방법을 제공하는 데 있다.
It is an object of the present invention to solve the above-mentioned problems, and an object of the present invention is to provide a method for treating microalgae, Haematococcus pluvialis, which comprises a chemical treatment step, an organic solvent-supporting organic solvent extraction step, A step of producing lipid from the separated liquid, and a step of producing astaxanthin by the non-polar polymer adsorbent treatment of the separated liquid in order, thereby providing a method for simultaneously producing astaxanthin and lipid while reducing the amount of organic solvent used There is.
상기한 바와 같은 목적을 달성하고 종래의 결점을 제거하기 위한 과제를 수행하는 본 발명은 황산 도데실 나트륨을 투입하여 헤마토코커스 플루비알리스의 세포벽을 파괴하는 화학적 처리단계와;According to an aspect of the present invention, there is provided a method of treating a hematocookus pluvialis cell, comprising the steps of: (a) treating a cell wall of Hematococcus pluvialis with sodium dodecyl sulfate;
세포벽이 파괴된 헤마토코커스 플루비알리스에 극성 유기용매를 투입 후 초음파 지원 추출에 의해 케토카로테노이드와 지질이 함유된 추출액을 얻는 초음파 지원 유기용매 추출 단계와;An ultrasound-assisted organic solvent extraction step of adding a polar organic solvent to a hematocookus pluvialis with cell walls destroyed and obtaining an extract containing keto-carotenoids and lipids by supersonic wave extraction;
추출액에 비극성 유기용매를 투입하여 지질이 용해된 상부 비극성 유기용매 층과 케토카로테노이드가 농축된 하부 극성 유기용매 층으로 상분리하는 액-액 추출 단계와; Separating the upper nonpolar organic solvent layer in which the lipid is dissolved and the lower polar organic solvent layer into which the ketocarotenoid is concentrated by injecting a nonpolar organic solvent into the extract;
상분리된 비극성 유기용매 층을 증발시켜 지질을 얻는 지질 생산 단계와;A lipid production step of evaporating the phase-separated non-polar organic solvent layer to obtain a lipid;
상분리된 극성 유기용매층을 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 공급하여 아스탄잔틴을 얻는 아스탄잔틴 생산 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법을 제공함으로써 달성된다.
And a step of producing astaxanthin by supplying a phase-separated polar organic solvent layer to an adsorption column filled with a nonpolar polymer adsorbent to produce astaxanthin, and a method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from hematococcus pluvialis ≪ / RTI >
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 화학적 처리단계에서 배출된 상등액에 포함된 케토카로테노이드를 비극성용매로 액-액 추출하여 회수하는 케토카로테노이드 회수 단계를 더 포함하여 구성할 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, the keto-carotenoid recovery step may include recovering the keto-carotenoid contained in the supernatant discharged from the chemical treatment step by liquid-liquid extraction with a nonpolar solvent.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 화학적 처리 단계는 헤마토코커스 플루비알리스를 황산 도데실 나트륨 수용액과 함침 교반시켜 세포벽을 화학적으로 파괴시키는 함침 및 교반 단계와;The present invention is a preferred embodiment, wherein the chemical treatment step comprises: impregnating and stirring the hematocookus pluvialis with a solution of sodium dodecyl sulfate aqueous solution to chemically destroy the cell wall;
이후 헤마토코커스 플루비알리스와 황산 도데실 나트륨 혼합물을 원심분리시켜 상등액과 세포벽이 파괴된 젖은 헤마토코커스 플루비알리스를 얻는 원심분리 단계와;Centrifuging the mixture of Hematococcus pluvialis and sodium dodecylsodium to obtain wet Hematococcus pluvialis with supernatant and cell walls destroyed;
이후 젖은 헤마토코커스 플루비알리스에 잔류한 황산 도데실 나트륨를 초순수로 세정하여 제거하는 세정단계;를 포함할 수 있다.
And then washing the dodecyl sulfate remaining in the wet Hematococcus pluvialis with ultra pure water to remove the dodecyl sulfate.
본 발명은 바람직한 실시예로, 황산 도데실 나트륨 농도 1.0wt%인 수용액을 헤마토코커스 플루비알리스 1g 당 6~9ml를 투입할 수 있다.In a preferred embodiment of the present invention, an aqueous solution having a sodium dodecyl sulfate concentration of 1.0 wt% may be added in an amount of 6 to 9 mL per 1 g of hematococcus pluvialis.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 초음파 지원 유기용매 추출 단계는 화학적 처리 단계를 거친 젖은 헤마토코커스 플루비알리스에 극성 유기용매를 초음파 발생기가 삽입된 추출 반응기에 넣고 일정 시간 동안 초음파를 주사하여 케토카로테노이드와 지질을 유기용매 속으로 추출하는 초음파 지원 추출단계와;In the present invention, the extraction of the supersonic wave organic solvent includes a step of introducing a polar organic solvent into a wet hematocookus pluvialis which has undergone a chemical treatment step into an extraction reactor having an ultrasonic generator inserted therein, injecting ultrasonic waves for a predetermined period of time, An ultrasound assisted extraction step of extracting the carotenoid and lipid into an organic solvent;
이후 헤마토코커스 플루비알리스, 추출된 케토카로테노이드와 지질이 혼합된 유기용매 추출액을 원심분리하여 유기용매에 젖은 헤마토코커스 플루비알리스와 상등액(케토카로테노이드 + 지질 + 유기용매)으로 분리하는 원심분리단계;를 포함할 수 있다.
Then, centrifugation was carried out on Hematococcus pluvialis, an organic solvent extract mixed with the extracted ketocarotenoid and lipid, followed by centrifugation to separate the hematocookus pluvialis wetted with organic solvent into the supernatant (ketocarotenoid + lipid + organic solvent) Step.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 액-액 추출 단계는 초음파 지원 유기용매 추출 단계를 거쳐 원심분리된 상등액에 비극성 유기용매를 혼합한 다음 초순수를 투입하여 지질이 농축된 상부 비극성 유기 용매층과, 케토카로테노이드가 농축된 하부 극성유기용매와 초순수의 혼합물로 상분리하는 단계일 수 있다.
In the liquid-liquid extraction step of the present invention, the non-polar organic solvent is mixed with the supernatant liquid centrifuged through the supersonic wave-assisted organic solvent extraction step, and then the ultrapure water is added to the upper nonpolar organic solvent layer, The keto carotenoid may be phase separated into a mixture of concentrated lower organic solvent and ultrapure water.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 아스탄잔틴 생산 단계는 초순수 수용액과 케토카로테노이드의 혼합물을 증발건조하여 크루드 케토카로테노이드를 얻는 증발건조 단계와;According to a preferred embodiment of the present invention, the step of producing asbestanthine comprises: an evaporation-drying step of evaporating and drying a mixture of an aqueous solution of ultrapure water and a keto-carotenoid to obtain a crude keto-carotenoid;
크루드 케토카로테노이드 분말에 비극성 유기용매를 투입하여 녹이는 용해 단계와;A dissolution step in which a non-polar organic solvent is added to a Crude keto carotenoid powder to dissolve it;
크루드 케토카로테노이드가 용해된 용액을 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 통과시켜 아스타잔틴은 흡착시키고 아스타잔틴보다 극성이 낮은 성분은 배출액으로 배출시키는 흡착 단계와;Adsorption step of passing the solution in which the crude keto carotenoid is dissolved to an adsorption tower filled with a nonpolar polymer adsorbent to adsorb astaxanthin and to discharge a component having a polarity lower than that of astaxanthin to a discharge liquid;
배출액이 빠져나간 아스타잔틴이 흡착된 비극성 고분자 흡착제에 비극성 용매를 공급하여 아스타잔틴을 탈착시키는 탈착 단계와;A desorption step of desorbing astaxanthin by supplying a non-polar solvent to the non-polar polymer adsorbent adsorbed by astaxanthin which is discharged from the discharged liquid;
이후 흡착탑에서 배출된 배출용액을 증발 건조하는 단계를 거쳐 아스타잔틴 분말을 얻을 수 있다.
Then, the effluent discharged from the adsorption tower is evaporated and dried to obtain astaxanthin powder.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 케토카로테노이드 회수 단계는 화학적 처리 단계의 원심분리 단계에서 분리된 상등액을 여과하는 단계와;The present invention is a preferred embodiment, wherein the keto carotenoid recovery step comprises filtering the supernatant separated in the centrifugation step of the chemical treatment step;
여과된 상등액에 비극성 유기용매인 초산에틸, 메탄올의 혼합용액을 투입하여 액-액 추출하는 단계와;Adding a mixed solution of ethyl acetate and methanol, which are non-polar organic solvents, to the filtered supernatant liquid to extract liquid-liquid;
이후 케토카로테노이드와 지질이 용해된 상부 초산에틸 층을 증발 건조하는 단계;를 거쳐 케토카로테노이드와 지질을 회수할 수 있다.
And then the ketocarotenoid and the lipid can be recovered by evaporating and drying the upper ethyl acetate layer in which the ketocarotenoid and the lipid are dissolved.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 상등액 1.0ml 당 초산에틸 : 메탄올의 부피비가 1.7 : 1인 비극성 유기용매를 헤마토코커스 플루비알리스로 1.0g 당 50 ~ 132ml 투입할 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, 50 to 132 ml of a non-polar organic solvent having a volume ratio of ethyl acetate: methanol of 1.7: 1 can be added per 1.0 g of Hematococcus pluvialis.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 극성유기용매는 단일 극성 유기용매 또는 이들이 혼합된 혼합 극성 유기용매를 사용하되, 단일 극성 유기용매는 메탄올, 에탄올, 초산에틸, 아세톤 중에서 선택된 하나일 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, the polar organic solvent is a monopolar organic solvent or a mixed polar organic solvent in which the monopolar organic solvent is mixed, wherein the monopolar organic solvent may be selected from methanol, ethanol, ethyl acetate, and acetone.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 혼합 극성 유기용매는 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올, 아세톤과 초산에틸, 초산에틸과 메탄올, 초산에틸과 에탄올의 조합으로 사용할 수 있다.
The mixed polar organic solvent may be used in combination of acetone and methanol, acetone and ethanol, acetone and ethyl acetate, ethyl acetate and methanol, ethyl acetate and ethanol.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 아세톤과 메탄올은 아세톤의 몰분율이 0.3 ~ 0.9 범위에서 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35~ 45ml 넣어 초음파 추출시킬 수 있다.
In the present invention, the acetone and methanol may be ultrasonically extracted by adding 35 to 45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis after mixing in a molar ratio of acetone in the range of 0.3 to 0.9.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 아세톤과 에탄올은 아세톤의 몰분율이 0.5 ~ 0.95인 범위에서 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35~ 45ml 넣어 초음파 추출시킬 수 있다.
In the present invention, the acetone and ethanol may be ultrasonically extracted by adding 35 to 45 ml per 1 g of hematocookus pluvialis after mixing in a range of 0.5 to 0.95 mole ratio of acetone.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 아세톤과 초산에틸은 아세톤의 몰분율이 0.2 ~ 0.95인 범위에서 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35~ 45ml 넣어 초음파 추출시킬 수 있다.
In the present invention, the acetone and the ethyl acetate can be ultrasonically extracted by adding 35 to 45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis after mixing in the range of 0.2 to 0.95 mole ratio of acetone.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 초산에틸과 메탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.2 ~ 0.8인 범위에서 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35~ 45ml 넣어 초음파 추출시킬 수 있다.
According to a preferred embodiment of the present invention, the ethyl acetate and methanol may be ultrasonically extracted by adding 35 to 45 ml per 1 g of hematocookus pluvialis after mixing in a range of 0.2 to 0.8 mole ratio of ethyl acetate.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 초산에틸과 에탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.35 ~ 0.9인 범위에서 혼합할 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, the ethyl acetate and ethanol may be mixed in a range of the mole ratio of ethyl acetate to the range of 0.35 to 0.9.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 액-액 추출 단계에서 사용되는 비극성 유기용매는 헥산 또는 페트롬륨에테르일 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, the non-polar organic solvent used in the liquid-liquid extraction step may be hexane or petromium ether.
본 발명은 바람직한 실시예로, 상기 비극성 유기용매로 헥산을 사용시 액-액 추출 단계에서 사용한 혼합 극성 유기용매로 아세톤 : 메탄올의 부피비가 3 : 1인 것을 사용하였을 경우 투입되는 헥산과 초순수는 부피비로 0.31 ~ 1.53 : 0.4 ~ 1.54 혼합된 것을 사용할 수 있다.
In a preferred embodiment of the present invention, when hexane is used as the non-polar organic solvent, when the mixed polar organic solvent used in the liquid-liquid extraction step is acetone: methanol having a volume ratio of 3: 1, hexane and ultrapure water 0.31 to 1.53: 0.4 to 1.54.
상기와 같이 본 발명은 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스를 황산 도데실 나트륨(sodium dodecylsulfate)을 이용한 화학적 처리, 초음파 지원 유기용매 추출 처리, 비극성 유기용매에 의한 액-액 추출처리단계 및 비극성 고분자흡착제 처리 단계를 순차적으로 거침으로써 아스탄잔틴과 바이오 연료용 원료인 지질(lipid)을 동시 생산할 수 있다는 장점과,As described above, the present invention relates to a method for producing a microalgae, which comprises the steps of: chemical treatment using hematocookus pluvialis, sodium dodecylsulfate, organic solvent extraction treatment using ultrasonic waves, liquid-liquid extraction treatment with a nonpolar organic solvent, The advantage of being able to simultaneously produce astaxanthin and lipid, which is a raw material for biofuels, by sequentially passing the adsorbent treatment step,
또한 초음파 지원 유기용매 추출 처리단계를 도입함으로써 기능성 활성물질인 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 바이오연료의 원료인 지질(lipid)의 추출 효율을 높였다는 장점과,In addition, the extraction efficiency of ketocarotenoid, which is a functional active substance, and lipid, which is a raw material of biofuels, is enhanced by introducing an organic solvent extraction treatment step for supersonic waves,
또한 비극성 유기용매에 의한 액-액 추출단계에서 얻어진 비극성 유기용매 층을 증발시킴으로써 최종 헤마토코커스 플루비알리스 100g 당 10.0 ~ 11.41g의 지질(lipid)을 생산할 수 있다는 장점과,In addition, the non-polar organic solvent layer obtained in the liquid-liquid extraction step with the nonpolar organic solvent is evaporated to produce lipids of 10.0 to 11.41 g per 100 g of the final hematocookus pluvialis,
또한 비극성 유기용매에 의한 액-액 추출단계에서 얻어진 극성 유기용매층을 비극성 고분자흡착제로 처리함으로써 최종 헤마토코커스 플루비알리스 100g당 3S,3'S-astaxanthin 농도비가 80% 이상인 2.77 ~ 3.9g의 아스탄잔틴을 생산할 수 있다는 장점과,Also, by treating the polar organic solvent layer obtained in the liquid-liquid extraction step with the nonpolar organic solvent with a nonpolar polymer adsorbent, it is possible to obtain an aqueous solution of 2.77 to 3.9 g of astaxanthin having a concentration ratio of 3S, 3'S-astaxanthin per 100g of final hematococcus pluvialis of 80% The advantage of being able to produce xanthine,
또한 극성 혼합용매와 초음파 지원 추출 방법을 이용하여 아스타잔틴에 대한 용해도 상승효과를 구비하여 용매 사용량을 절감하였다는 장점을 가진 유용한 발명으로 산업상 그 이용이 크게 기대되는 발명인 것이다.
In addition, it is a useful invention having advantages of solubility enhancement effect to astaxanthin by using a polar mixed solvent and supersonic wave assisted extraction method to reduce the amount of solvent used.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 생산공정을 보인 예시도이고,
도 2는 실시예 1에 따른 단일 유기 용매와 초음파지원 추출을 통한 헤마토코커스 플루비알리스에서 (3S,3'S)-astaxanthin 추출량 결과 그래프이고,
도 3은 실시예 4에 따른 초산에틸과 메탄올, 초산에틸과 아세톤, 초산에틸과 에탄올의 혼합비에 따라서 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량 결과 그래프이고,
도 4는 실시예 5에 따른 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올, 아세톤과 초산에틸 혼합비에 따른 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량 결과 그래프이고,
도 5는 실시예 6에 따른 최적 혼합극성유기용매 혼합비에서 초음파지원 추출 횟수에 따른 keto-carotenoid의 추출량 결과 그래프이고,
도 6은 실시예 7에 따른 최적 혼합극성유기용매 혼합비에서 SDS(sodiumdodecylsulfate) 수용액 처리된 미세조류의 초음파지원 유기용매 추출량 결과 그래프이고,
도 7은 실시예 7에 따른 3S,3'S-astaxanthin, 초음파지원 유기용매 추출액, 비극성 유기용매를 이용한 액-액추출의 상부와 하부층 시료의 고속 크로마토그라피 분석 결과 그래프이다.1 is an exemplary view showing a production process according to an embodiment of the present invention,
FIG. 2 is a graph showing the (3S, 3'S) -astaxanthin extracting result in Hematococcus pluvialis through a single organic solvent and supersonic wave assisted extraction according to Example 1,
FIG. 3 is a graph showing the extraction yield of (3S, 3'S) -astaxanthin according to the mixing ratio of ethyl acetate, methanol, ethyl acetate, acetone, ethyl acetate and ethanol according to Example 4,
4 is a graph showing the extraction yield of (3S, 3'S) -astaxanthin according to the mixing ratio of acetone, methanol, acetone and ethanol, acetone and ethyl acetate according to Example 5,
FIG. 5 is a graph showing the extraction yield of keto-carotenoid according to the number of times of supersonic wave extraction in the optimum mixing polarity organic solvent mixing ratio according to Example 6. FIG.
FIG. 6 is a graph showing an ultrasonic-assisted organic solvent extraction amount of microalgae treated with SDS (sodium dodecylsulfate) aqueous solution at an optimum mixed polar organic solvent mixing ratio according to Example 7. FIG.
FIG. 7 is a graph showing the results of high-speed chromatography analysis of upper and lower layer samples of liquid-liquid extraction using 3S, 3'S-astaxanthin, supersonic wave organic solvent extract, and nonpolar organic solvent according to Example 7.
이하 본 발명의 실시 예인 구성과 그 작용을 첨부도면에 연계시켜 상세히 설명하면 다음과 같다. 또한 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지기능 혹은 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우 그 상세한 설명은 생략한다.
DETAILED DESCRIPTION OF THE PREFERRED EMBODIMENTS Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. In the following description of the present invention, a detailed description of known functions and configurations incorporated herein will be omitted when it may make the subject matter of the present invention rather unclear.
도 1은 본 발명의 한 실시예에 따른 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 바이오연료의 원료인 지질(lipid)의 동시 생산 방법의 공정 흐름을 보여준다. 1 shows a process flow of a method for simultaneous production of astaxanthin and biofuel raw material lipid from Hematococcus pluvialis according to one embodiment of the present invention.
도시된 바와 같이 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 동시 생산하는 방법은 크게, 황산 도데실 나트륨(sodium dodecylsulfate)을 투입하여 헤마토코커스 플루비알리스의 세포벽을 파괴하는 화학적 처리단계(S100)와;As shown, the simultaneous production of astaxanthin and lipid, which is a raw material of biofuel, from hematococcus pluvialis, a microalgae, is mainly performed by adding sodium dodecylsulfate to hematococcus sp. A chemical treatment step (S100) of destroying the cell wall of ruby alice;
세포벽이 파괴된 헤마토코커스 플루비알리스에 유기용매를 투입 후 초음파 지원 추출에 의해 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 지질(lipid)이 함유된 추출액을 얻는 초음파 지원 유기용매 추출 단계(S200)와;An ultrasound-assisted organic solvent extraction step (S200) for obtaining an extract containing ketocarotenoid and lipid by ultrasound-assisted extraction of an organic solvent into a hematocookus pluvialis with a cell wall destroyed;
추출액에 비극성 유기용매를 투입하여 지질(lipid)이 용해된 상부 비극성 유기용매 층과 케토카로테노이드(ketocarotenoid)가 농축된 하부 극성 유기용매 층으로 상분리하는 액-액 추출 단계(S300)와; Liquid extraction step (S300) of phase-separating the nonpolar organic solvent layer in which the lipid is dissolved and the lower polar organic solvent layer in which the ketocarotenoid is concentrated, by injecting a nonpolar organic solvent into the extract;
상분리(phase separation)된 비극성 유기용매 층을 증발시켜 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 얻는 지질 생산 단계(S400)와;A lipid production step (S400) of evaporating a phase-separated nonpolar organic solvent layer to obtain a lipid as a raw material of the biofuel;
상분리(phase separation)된 극성 유기용매층을 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 공급하여 아스탄잔틴을 얻는 아스탄잔틴 생산 단계(S500);로 이루어진다.
And an asan xanthine production step (S500) of supplying a phase-separated polar organic solvent layer to an adsorption tower filled with a non-polar polymer adsorbent to obtain an isocyanane.
한편, 본 발명은 상기 화학적 처리단계(S100)에서 원심분리 후 계면활성제인 황산 도데실 나트륨(sodium dodecylsulfate)가 용해된 상등액인 혼합물은 비극성 유기용매인 초산에틸과 메탄올로 액-액 추출하여 수용액/알코올층으로 황산 도데실 나트륨(sodium dodecyl sulfate)을 제거하고, 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 초산에틸 층으로 분리하는 케토카로테노이드 회수 단계(S600)를 더 포함하여 구성된다.In the present invention, the mixture of the supernatant solution in which the sodium dodecylsulfate, a surfactant, is centrifuged in the chemical treatment step (S100) is subjected to liquid-liquid extraction with ethyl acetate and methanol, which are nonpolar organic solvents, And a keto carotenoid recovery step (S600) for removing sodium dodecyl sulfate as an alcohol layer and separating the ketocarotenoid into an ethyl acetate layer.
이때 분리된 케토카로테노이드(ketocarotenoid)의 양은 상기 S400단계에서 얻어지는 케토카로테노이드(ketocarotenoid)에 비해 미량이고 순도가 낮은 상태여서 본 발명의 최종 수율에 포함하지 않는다.
At this time, the amount of ketocarotenoid isolated is insufficient in the final yield of the present invention because the amount of the ketocarotenoid is small and the purity is low as compared with the ketocarotenoid obtained in the step S400.
상기 초음파 지원 유기용매 추출 단계(S200)에 사용된 유기용매는 단일 극성 유기용매 또는 이들이 혼합된 혼합 극성 유기용매로 사용되는 극성 유기용매로는 메탄올 또는 에탄올 또는 에틸아세테이트(초산에틸) 또는 아세톤이다. The polar organic solvent used as the monopolar organic solvent or the mixed polar organic solvent in which the supersonic wave supporting organic solvent is extracted (S200) is methanol or ethanol or ethyl acetate (acetyl acetate) or acetone.
또한 상기 초음파 지원 처리는 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스를 단일 극성 유기용매 또는 혼합 극성 유기용매와 함께 회분식(batch) 반응기에 넣고 한 실시예에 따른 정격출력 500와트, 20kHz인 초음파 발생기(probe)를 이용하여 초음파 추출함으로써 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 지질(lipid)을 추출하는 것을 말한다.
In addition, the supersonic wave supporting treatment may be performed by adding a chemically treated hematocookus pluvialis into a batch reactor together with a monopolar organic solvent or a mixed polar organic solvent to prepare an ultrasonic generator (probe) having a rated output of 500 watt and 20 kHz according to an embodiment ) To extract ketocarotenoids and lipids by ultrasonic extraction.
상기 아스탄잔틴을 생산하는 단계(S500)는 상분리(phase separation)된 극성 유기용매층을 증발 건조하여 분말 상태 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 비극성 혼합 유기용매에 용해시킨 다음 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 공급하는 단계로 이때 사용되는 비극성 혼합 유기용매는 헥산(hexane)과 초산에틸 혼합용매이다.
The step of producing astaxanthin (S500) comprises: evaporating and drying a phase-separated polar organic solvent layer to dissolve the powdered ketocarotenoid in a nonpolar mixed organic solvent, and then adding the non-polar polymeric adsorbent to the adsorption tower The nonpolar mixed organic solvent used in this step is a mixed solvent of hexane and ethyl acetate.
이하 보다 구체적으로 상기 화학적 처리 단계(S100), 초음파 지원 유기용매 추출 단계(S200), 액-액 추출 단계(S300), 지질 생산 단계(S400), 아스탄잔틴 생산 단계(S500) 및 케토카로테노이드 회수 단계(S600)에 대하여 설명한다.
More specifically, the chemical treatment step S100, the supersonic wave-assisted organic solvent extraction step S200, the liquid-liquid extraction step S300, the lipid production step S400, the astaxanthin production step S500 and the keto- The step S600 will be described.
상기 화학적 처리 단계(S100)는 먼저 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)를 황산 도데실 나트륨(SDS; sodium dodecylsulfate) 수용액과 함께 함침 교반시켜 세포벽을 화학적으로 파괴시키는 함침 및 교반 단계(S101)를 가진다. 이때 황산 도데실 나트륨 농도 1.0wt%인 수용액을 헤마토코커스 플루비알리스 1g 당 6~9ml를 투입한다. 이와 같은 수치구간 범위일때 최소의 황산 도데실 나트륨 량을 가지고 세포벽을 파괴가 일어난다.
The chemical treatment step (S100) is performed by first mixing microalgae Haematococcus pluvialis with an aqueous solution of sodium dodecylsulfate (SDS) Followed by impregnation and agitation to chemically destroy the cell wall (S101). At this time, an aqueous solution having a sodium dodecylsulfate concentration of 1.0 wt% is added in an amount of 6 to 9 mL per 1 g of hematococcus pluvialis. In the range of such a range, the cell wall is destroyed with a minimum amount of sodium dodecyl sulfate.
이후 함침 및 교반된 상태의 헤마토코커스 플루비알리스와 황산 도데실 나트륨 혼합물을 원심분리시켜 상등액(supernatant)과 세포벽이 충분히 파괴된 젖은 헤마토코커스 플루비알리스를 얻는 원심분리 단계(S102)를 가진다. Centrifuging step (S102) of centrifuging a mixture of hematocookus pluvialis and sodium dodecylsulfate impregnated and agitated to obtain wet hematocococcus pluvialis with supernatant and cell walls sufficiently destroyed .
이후 젖은 헤마토코커스 플루비알리스에 잔류한 황산 도데실 나트륨를 제거하기 위해서 초순수로 세정하는 세정단계(S103)를 가진다. And a cleaning step (S103) for cleaning with dewatered water to remove sodium dodecyl sulfate remaining in the wet Hematococcus pluvialis.
이후 재차 초순수와 헤마토코커스 플루비알리스 혼합물을 원심분리하여 젖은 헤마토코커스 플루비알리스와 황산 도데실 나트륨이 용해된 상등액으로 분리하는 원심분리단계와 세정단계를 반복한다. 세정은 육안으로 거품이 관찰되지 않을 때까지 통상 3 ~ 5회 실행한다.
The centrifugation step and the washing step in which the mixture of the ultrapure water and the hematocookus pluvialis are centrifuged again and separated into the supernatant in which the wet hematococcus pluvialis and the sodium dodecyl sulfate are dissolved is repeated. Washing is usually carried out 3 to 5 times until no bubbles are visually observed.
상기 초음파 지원 유기용매 추출 단계(S200)는 화학적 처리 단계(S100)를 거친 젖은 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)에 단일 극성 유기용매 또는 이들 단일 극성 유기용매가 혼합된 혼합 극성 유기용매를 초음 파발생기가 삽입된 추출 반응기에 넣고 일정 시간(20 ~ 120분) 동안 초음파를 주사하여 세포벽이 파괴된 헤마토코커스 플루비알리스의 세포질에 존재하는 케토카로테노이드와 지질을 파괴된 세포벽을 통해서 유기용매 속으로 추출하는 초음파 지원 추출단계(S201)를 가진다.The extraction step (S200) of supersonic wave supporting organic solvent may be performed by adding a monopolar organic solvent or a mixed polar organic solvent mixed with wet monocotyledonous hematocococcus pluvialis through a chemical treatment step (S100) The keratocarotenoids present in the cytoplasm of the hematocococcus pluvialis cell wall, which has been destroyed by the ultrasonic wave for a certain period of time (20 to 120 minutes), are placed in an extraction reactor equipped with a wave generator, (Step S201).
상기 단일 극성 유기용매는 바람직하게는 메탄올, 에탄올, 에틸아세테이트(초산에틸), 아세톤 중 하나이다.The monopolar organic solvent is preferably one of methanol, ethanol, ethyl acetate (ethyl acetate), and acetone.
상기 혼합 극성 유기용매는 바람직하게는 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올, 아세톤과 초산에틸, 초산에틸과 메탄올, 초산에틸과 에탄올의 조합으로 사용할 수 있다.The mixed polar organic solvent is preferably used in combination of acetone and methanol, acetone and ethanol, acetone and ethyl acetate, ethyl acetate and methanol, ethyl acetate and ethanol.
이 경우 아세톤과 메탄올은 아세톤의 몰분율이 0.3 ~ 0.9 범위, 아세톤과 에탄올은 아세톤의 몰분율이 0.5 ~ 0.95인 범위, 아세톤과 초산에틸은 아세톤의 몰분율이 0.2 ~ 0.95인 범위, 초산에틸과 메탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.2 ~ 0.8인 범위, 초산에틸과 에탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.35 ~ 0.9인 범위로 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35 ~ 45ml를 넣어 초음파 추출한다. 이와 같은 혼합비일 때 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량이 최소 0.6wt% 이상이 나오게 된다.
In this case, the molar fraction of acetone and methanol for acetone and methanol is in the range of 0.3 to 0.9, the mole fraction of acetone and acetone is 0.5 to 0.95 for acetone and ethanol, the mole fraction of acetone and acetone is in the range of 0.2 to 0.95, Ethyl acetate and ethanol are mixed in a molar ratio range of 0.35 to 0.9. Ethyl acetate and ethanol are mixed with 35 ~ 45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis. At such mixing ratio, the extraction amount of (3S, 3'S) -astaxanthin is at least 0.6 wt% or more.
이후 헤마토코커스 플루비알리스 그리고 케토카로테노이드와 지질이 유기용매로 추출된 추출액은 원심분리를 통해서 유기용매에 젖은 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)와 상등액(케토카로테노이드 + 지질이 유기용매로 추출된 액)으로 분리하는 원심분리단계(S202)를 가진다. Hematococcus pluvialis and extracts of keto-carotenoids and lipids extracted with organic solvents were centrifuged to remove the hematocococcus pluvialis and the supernatant (ketocarotenoid + lipid extracted with organic solvent) (Step S202).
또한 육안으로 젖은 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)가 거의 하얀색이 될 때까지 원심분리단계(S202)와 초음파 지원 추출단계(S201)를 반복하는데 횟수는 3 ~ 4회 실행한다.
Also, the number of times to repeat the centrifugation step (S202) and the supersonic wave extraction step (S201) until the naked eye becomes almost white is performed three to four times.
상기 액-액 추출 단계(S300)는 초음파 지원 유기용매 추출 단계(S200)를 거쳐 원심분리된 상등액에 비극성 유기용매를 혼합한 다음 초순수를 투입하여 상분리(phase separation) 하는 단계이다. 이러한 액-액 추출단계를 거치면 지질(lipid)이 농축된 상부 비극성 유기 용매층과, 케토카로테노이드(ketocarotenoid)가 농축된 하부 극성유기용매와 초순수의 혼합물로 상분리 된다. In the liquid-liquid extraction step (S300), the nonpolar organic solvent is mixed with the supernatant liquid centrifuged through the supersonic wave-assisted organic solvent extraction step (S200), and ultrapure water is added to perform phase separation. The liquid-liquid extraction step is phase-separated into a mixture of a lipid-concentrated upper nonpolar organic solvent layer and a lower polar organic solvent concentrated ketocarotenoid and ultrapure water.
여기서 사용되는 비극성 유기용매는 헥산 또는 페트롤륨에테르(petroleum ether)이다.The nonpolar organic solvent used herein is hexane or petroleum ether.
이때 비극성 유기용매로 헥산을 사용시 이전 액-액 추출 단계에서 사용한 혼합 극성 유기용매가 아세톤 : 메탄올의 부피비가 3 : 1일 경우 투입되는 헥산과 초순수는 부피비로 0.31 ~ 1.53 : 0.4 ~ 1.54인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그 이유는 이와 같은 구간 수치비율을 사용할 때 액-액 추출시 상분리 효율이 좋기 때문이다.When hexane is used as the nonpolar organic solvent, hexane and ultrapure water are mixed in a volume ratio of 0.31 to 1.53: 0.4 to 1.54 when the mixed polar organic solvent used in the previous liquid-liquid extraction step has a volume ratio of acetone: methanol of 3: . The reason for this is that the phase separation efficiency is good during the liquid-liquid extraction when the numerical value ratio is used.
상기 지질 생산 단계(S400)는 액-액 추출단계(S300)후 케토카로테노이드가 농축된 하부 극성 유기용매와 초순수의 혼합물 층의 유기용매를 증발시키는 증발건조 단계(S401)를 가진다. The lipid production step (S400) has an evaporation / drying step (S401) for evaporating the organic solvent in the mixture layer of the lower polar organic solvent and the ultrapure water in which the ketocarotenoid is concentrated after the liquid-liquid extraction step (S300).
이후 증발 건조가 끝나면 바이오연료의 원료인 지질 분말을 획득하게 된다.
After evaporation and drying, it will obtain the lipid powder which is the raw material of the biofuel.
상기 아스탄잔틴 생산 단계(S500)는 초순수 수용액과 케토카로테노이드의 혼합물을 증발건조하여 크루드 케토카로테노이드(crude ketocarotenoid)를 얻는 증발건조 단계(S501)를 가진다.The step of producing astaxanthin (S500) includes an evaporation drying step (S501) of evaporating and drying a mixture of the ultrapure water solution and the ketocarotenoid to obtain crude ketocarotenoid.
이후 증발 건조 후 얻어진 크루드 케토카로테노이드(crude ketocarotenoid) 분말에 비극성 용매인 헥산(hexane)과 초산에틸 혼합용매을 투입하여 녹이는 용해 단계(S502)을 가진다.Thereafter, the crude ketocarotenoid powder obtained after evaporation and drying has a dissolution step (S502) in which hexane and ethyl acetate mixed solvent, which is a nonpolar solvent, are added to dissolve the crude ketocarotenoid powder.
이후 크루드 케토카로테노이드가 용해된 용액을 폴리스틸렌-디비닐벤젠 기반 amberlite 계열 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 통과시켜 아스타잔틴은 흡착시키고 아스타잔틴보다 극성이 낮은 성분은 배출액으로 배출시키는 흡착 단계(S503)를 가진다. Thereafter, the solution in which the crude keto-carotenoid is dissolved is passed through an adsorption column filled with a polystyrene-divinylbenzene-based amberlite-based nonpolar polymer adsorbent to adsorb astaxanthin, and an adsorbing step of discharging components with lower polarity than astaxanthin to the discharged liquid (S503).
이후 배출액이 빠져나간 아스타잔틴이 흡착된 비극성 고분자 흡착제에 비극성이 높은 헥산(hexane)과 초산에틸 혼합용매를 공급하여 아스타잔틴을 탈착시키는 탈착 단계(S504)를 가진다.And a desorption step (S504) for desorbing astaxanthin by supplying a nonpolar mixed solvent of hexane and ethyl acetate to the nonpolar polymer adsorbent adsorbed on astaxanthin which is discharged therefrom.
이후 탈착단계를 거쳐 흡착탑에서 배출된 배출용액을 증발 건조하는 단계(S505)를 가진다. 이 증발건조 단계를 거치면 아스타잔틴 분말을 얻게 된다.And thereafter evaporating and drying the discharged solution discharged from the adsorption tower through the desorption step (S505). After this evaporation and drying step, astaxanthin powder is obtained.
한편, 상기 흡착단계(S503)를 거쳐 흡착탑에서 배출된 아스타잔틴보다 극성이 낮은 성분의 배출액은 증발건조 단계(S506)를 거쳐 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 얻게 된다.
On the other hand, the discharged liquid of the component having a lower polarity than the astaxanthin discharged from the adsorption tower through the adsorption step (S503) is obtained as a raw material of the biofuel through the evaporation drying step (S506).
한편, 상기 케토카로테노이드 회수 단계(S600)는 화학적 처리 단계(S100)의 원심분리 단계(S102)에서 분리된 상등액을 여과하는 단계(S601)를 가진다. Meanwhile, the keto carotenoid recovery step (S600) has a step (S601) of filtering the supernatant separated in the centrifugal separation step (S102) of the chemical treatment step (S100).
이후 여과된 상등액에 초산에틸, 메탄올의 혼합용액을 투입하여 액-액 추출하는 단계(S602)를 가진다.Thereafter, a step (S602) of adding a mixed solution of ethyl acetate and methanol to the filtered supernatant liquid to extract liquid-liquid is carried out.
이후 황산 도데실 나트륨(sodium dodecylsulfate)이 용해된 하부 수용액/알코올 혼합물 층은 폐기하고, 케토카로테노이드(ketocarotenoid)가 용해된 상부 초산에틸 층을 증발 건조하는 단계(S603)를 가진다. 증발건조를 거치면 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 회수하게 된다.
Thereafter, the lower aqueous solution / alcohol mixture layer in which sodium dodecylsulfate is dissolved is discarded and the upper ethyl acetate layer in which the ketocarotenoid is dissolved is evaporated and dried (S603). After evaporation drying, the ketocarotenoid is recovered.
이하 본 발명의 바람직한 실시예를 설명한다. Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described.
이하 실시예 및 비교예의 분석방법은 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스로에서 추출되는 violaxanthin, neoxanthin, (3S,3'S)-astaxanthin, lutein, zeaxanthin, echinenone, canthaxanthin, beta carotene, chlorophyll a, chlorophyll b의 표준 시료를 C18 ODS(Octadecylsilane, reverse phase, 5μm, 250mmx4.6mm) 컬럼이 장착된 고속 액체크로마토그래피로 분석하였다. 이동상 A와 이동상 B를 시간에 따라서 혼합하여 공급하는 gradient 방식을 사용하였다. The analytical methods of Examples and Comparative Examples are as follows: violaxanthin, neoxanthin, (3S, 3'S) -astaxanthin, lutein, zeaxanthin, echinenone, canthaxanthin, beta carotene, chlorophyll a, chlorophyll b Were analyzed by high performance liquid chromatography with C 18 ODS (octadecylsilane, reverse phase, 5 μm, 250 mm × 4.6 mm) columns. A gradient method was used in which the mobile phase A and the mobile phase B were mixed according to time and supplied.
이동상 A는 아세토니트릴 : 메탄올 : 초순수 = 78 : 10 : 12 (부피 백분율)이고, 이동상 B는 아세토니트릴 : 메탄올 : 초순수 : 디클로로메탄 = 45.5 : 28 : 4.5 : 22(부피 백분율)이다. The mobile phase A is acetonitrile: methanol: ultrapure water = 78: 10: 12 (volume percentage) and mobile phase B is acetonitrile: methanol: ultrapure water: dichloromethane = 45.5: 28: 4.5: 22 (volume percentage).
Gradient 방식에서 각각 0-10분에는 이동상 A는 100%와 이동상 B는 0%, 10-35분에는 이동상 A는 100%에서 10%, 이동상 B는 0%에서 90%로, 35-40분에는 이동상 A는 10%와 이동상 B는 90%로, 40-45분에는 이동상 A는 10%에서 0%로, 이동상 B는 90%에서 100%로, 45-50분에는 이동상 A는 0%로 이동상 B는 100%로, 50-55분에는 이동상 A는 0%에서 100%로, 이동상 B는 100%에서 0%로, 55-70분에는 이동상 A는 100%로, 이동상 B는 0%로 유지하였으며 모든 시간 대에 유속은 1ml/분이었다. In the gradient method, 100% for mobile phase A and 0% for mobile phase B, 10% for mobile phase A, 10% for mobile phase A, 90% for mobile phase B and 0% The mobile phase A is 10% and the mobile phase B is 90%. In 40-45 minutes, the mobile phase A is changed from 10% to 0%, the mobile phase B is changed from 90% to 100% B is 100%. In 50-55 minutes, mobile phase A is 0% to 100%, mobile phase B is 100% to 0%, 55-70 minutes mobile phase A is 100% and mobile phase B is 0% And the flow rate was 1 ml / min at all times.
시료는 20μl를 주입하여 가시광선검출기로 파장 455nm에서 분석하였다. (3S,3'S)-astaxanthin(DHI, 0.686mg/l), neoxanthin(DHI, 0.745mg/l), violaxanthin(DHI, 0.786mg/l), zeaxanthin(DHI, 0.841mg/l), echinenone(DHI, 1.032mg/l), canthaxanthin(DHI, 0.955mg/l), chlorophyll a(Sigma), chlorophyll b(Sigma), beta-carotene(Sigma), lutein(Sigma)를 표준 시료로 사용하였다. 20 μl of the sample was injected and analyzed with a visible light detector at a wavelength of 455 nm. (DHI, 0.841 mg / l), echinenone (DHI, 0.786 mg / l), neaxanthin (DHI, 0.745 mg / l), violaxanthin (DHI, 0.955 mg / l), chlorophyll a (Sigma), chlorophyll b (Sigma), beta-carotene (Sigma) and lutein (Sigma) were used as standard samples.
표준시료를 농축해서 각 성분의 농도가 0~12mg/l인 용액 20μl를 고속 액체그로마토그라피에 주입하여 얻은 피크의 면적을 농도로 플로팅(plotting)하였고, linear regression을 하여서 얻은 일차함수의 계수를 적용하여 추출액에 함유된 각 성분의 농도를 결정하였다.
The concentration of the standard sample was concentrated, and 20 μl of the solution having the concentration of each component of 0 to 12 mg / l was injected into the high-speed liquid grommatography, and the area of the peak obtained was plotted as a concentration, and the coefficient of linear function obtained by linear regression To determine the concentration of each component contained in the extract.
(실시예 1) 단일 유기 용매를 이용한 초음파 지원 추출 실험 및 결과(Example 1) Ultrasonic assisted extraction experiment and result using a single organic solvent
미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 디클로로메탄(DCM, dichloromethane), 아세톤(acetone), 메탄올(MeOH, methanol), 클로로포름(chloroform), 에틸아세테이트(EtOAc, ethylacetate), 에탄올(EtOH, ethanol), 헥산 등 7가지 유기용매를 각각의 추출기에 넣고, 온도 4℃에서 60분 동안 초음파를 가하고, 초음파 주입을 멈춘 상태에서 60분 동안 단순 교반을 하여 지질(lipid)과 케토카로테노이드(ketocarotenoid) 성분을 유기용매 속으로 추출시킨다. 0.2 g of microalgae Haematococcus pluvialis was dissolved in dichloromethane (DCM), acetone, methanol (MeOH), chloroform, ethyl acetate (EtOAc, ethylacetate) (EtOH, ethanol), and hexane were added to each extractor, ultrasonicated for 60 minutes at a temperature of 4 ° C, and the mixture was stirred for 60 minutes while the ultrasonic injection was stopped. Thus, lipid and keto-carotenoid (ketocarotenoid) component into an organic solvent.
추출액 1ml의 여과액을 질소 분위기에서 완전 증발시킨 다음 1ml 메탄올에 용해한 시료를 고속크로마토그래피(HPLC)로 분석한다.
대표적으로 (3S, 3'S)-astaxanthin 농도로부터 미세조류 100g당 추출된 무게를 도 2에 나타내었다. Typically, the weight extracted from 100 g of microalgae from the (3S, 3'S) -astaxanthin concentration is shown in FIG.
미세조류 100g당 추출된 (3S,3'S)-astaxanthin의 무게는 DCM, Acetone, MeOH, EtOAc, chloroform, EtOH, hexane 순으로 0.772g, 0.59g, 0.521g, 0.479g, 0.474g, 0.339g, 0.034g이며, 고속크로마토그래피(HPLC)로 분석 결과로부터 (3S,3'S)-astaxanthin의 면적비(%)는 DCM, Acetone, MeOH, EtOAc, chloroform, EtOH, hexane 순으로 64.22%, 61.37%, 58.19%, 59.92%, 62.33%, 45.03%, 13.2%이다.
The weight of (3S, 3'S) -astaxanthin extracted per 100g of microalgae was 0.772g, 0.59g, 0.521g, 0.479g, 0.474g, 0.339g, 0.034g in the order of DCM, Acetone, MeOH, EtOAc, (3S, 3'S) -astaxanthin in the order of DCM, Acetone, MeOH, EtOAc, chloroform, EtOH and hexane in the order of 64.22%, 61.37%, 58.19% 59.92%, 62.33%, 45.03%, and 13.2%.
(실시예 2) 디클로로메탄과 메탄올의 혼합 유기용매를 이용한 초음파 지원 추출(Example 2) Ultrasonic assisted extraction using a mixed organic solvent of dichloromethane and methanol
메탄올(MeOH)과 디클로로메탄(DCM)의 부피비가 1:5.7, 1:3, 1:1, 3:1인 용액 20ml이 담긴 4개 추출기에 각각 미세조류 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고(미세조류 1.0g 당 유기용매 사용량 100ml), 여기에 초음파를 가하면서 4℃에서 70분 동안 추출하였다. 추출액 1ml를 0.5μm PTFE membrane으로 여과한 다음 질소 분위기에서 완전 증발시키고 이를 다시 메탄올 1ml에 용해한 시료를 고속크로마토그라피로 분석하였다. A microalgae Haematococcus pluvialis was added to four extractors containing 20 ml of a solution of methanol (MeOH) and dichloromethane (DCM) in a volume ratio of 1: 5.7, 1: 3, 1: (100 ml of an organic solvent per 1.0 g of microalgae) and extracted at 4 캜 for 70 minutes while applying ultrasonic waves thereto. 1 ml of the extract was filtered through a 0.5 μm PTFE membrane and then completely evaporated in a nitrogen atmosphere. The sample was dissolved in 1 ml of methanol and analyzed by high-speed chromatography.
대표적으로 (3S,3'S)-astaxanthin의 최대 추출량은 DCM:MeOH = 3:1 (부피비)에서 0.902wt% (또는 미세조류 100g 당 (3S,3'S)-astaxanthin 0.902g)이었고, HPLC 분석 결과 값으로부터 얻은 추출액 중의 (3S,3'S)-astaxanthin 성분의 면적비는 63.92%이었다.
The maximum extraction of (3S, 3'S) -astaxanthin was 0.902 wt% (or (3S, 3'S) -astaxanthin 0.902 g per 100 g of microalgae) in DCM: MeOH = 3: 1 The area ratio of the (3S, 3'S) -astaxanthin component in the obtained extract was 63.92%.
(실시예 3) 클로로포름과 에탄올의 혼합 유기용매를 이용한 초음파 지원 추출(Example 3) Ultrasonic assisted extraction using mixed organic solvent of chloroform and ethanol
클로로포름과 에탄올의 부피비가 1:1, 1:3, 1:1, 3:1인 용액 20ml이 담긴 4개의 추출기에 각각 미세조류 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고, 여기에 초음파를 가하면서 4℃에서 70분 동안 추출하였다. 추출액 1ml를 0.5μm PTFE membrane으로 여과한 다음 질소 분위기에서 완전 증발시키고 이를 다시 메탄올 1ml에 용해한 시료를 고속크로마토그라피로 분석하였다. 0.2 g of microalgae Haematococcus pluvialis was added to four extractors containing 20 ml of a solution having a volume ratio of chloroform and ethanol of 1: 1, 1: 3, 1: 1 and 3: 1, And extracted with ultrasonic waves at 4 캜 for 70 minutes. 1 ml of the extract was filtered through a 0.5 μm PTFE membrane and then completely evaporated in a nitrogen atmosphere. The sample was dissolved in 1 ml of methanol and analyzed by high-speed chromatography.
대표적으로 (3S,3'S)-astaxanthin의 최대 추출량은 chloroform:EtOH = 7:1(부피비)에서 0.682wt% (또는 미세조류 100g 당 (3S,3'S)-astaxanthin 0.682g)이었고, HPLC 분석 결과 값으로부터 얻은 추출액 중의 (3S,3'S)-astaxanthin 성분의 면적비는 62.91%이었다.
The maximum extraction of (3S, 3'S) -astaxanthin was 0.682wt% (or (3S, 3'S) -astaxanthin 0.682g per 100g of microalgae) in chloroform: EtOH = 7: The area ratio of the (3S, 3'S) -astaxanthin component in the obtained extract was 62.91%.
(실시예 4) 초산에틸(에틸아세테이트)과 아세톤, 초산에틸과 메탄올, 초산에틸과 에탄올의 혼합 유기용매를 이용한 초음파 지원 추출(Example 4) Ultrasonic assisted extraction using a mixed organic solvent of ethyl acetate (ethyl acetate), acetone, ethyl acetate, methanol, ethyl acetate and ethanol
㈎초산에틸과 아세톤의 부피비가 1:9, 1:3, 1:1, 3:1, 9:1인 혼합용매 20ml가 담긴 5개의 추출기에 각각 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고, ㈏초산에틸과 메탄올의 부피비가 1:3, 1:1, 7:3, 4:1, 9:1인 용매 20ml가 담긴 5개 추출기에 각각 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고, ㈐초산에틸과 에탄올의 부피비가 9:1, 3:1, 1:1, 1:3인 용매 20ml가 담긴 4개 추출기에 각각 미세조류(Haematococcus plusvialis) 0.2g을 넣고 초음파를 가하여 4℃에서 70분 동안 추출하였다. To five extractors containing 20 ml of a mixed solvent of ethyl acetate and acetone in a volume ratio of 1: 9, 1: 3, 1: 1, 3: 1 and 9: 1, 0.2 g of Haematococcus pluvialis Were added to five extractors containing 20 ml of a solvent containing ethyl acetate and methanol in a volume ratio of 1: 3, 1: 1, 7: 3, 4: 1, and 9: 1, respectively, to obtain Haematococcus pluvialis. 0.2 g of Haematococcus plusvialis was added to each of four extractors containing 20 ml of a solvent of ethyl acetate and ethanol in a volume ratio of 9: 1, 3: 1, 1: 1 and 1: And extracted at 4 캜 for 70 minutes.
도 3에 초산에틸에 메탄올, 초산에틸에 에탄올, 초산에틸에 아세톤의 혼합비를 달리한 조건에서 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 100g당 추출된 (3S,3'S)-astaxanthin 무게를 나타내었다.FIG. 3 shows the weight of (3S, 3'S) -astaxanthin extracted per 100 g of Haematococcus pluvialis under the condition that the mixing ratio of ethyl acetate to methanol, ethyl acetate to ethanol, and ethyl acetate to acetone were different.
대표적으로 초산에틸:메탄올의 혼합용매에서는 부피비가 4:1일 때 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량이 0.805wt%로 최대, 초산에틸:아세톤의 혼합용매에서는 부피비가 1:3일 때 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량이 0.677wt%로 최대, 초산에틸:에탄올의 혼합용매에서는 부피비가 3:1일 때 (3S,3'S)-astaxanthin의 추출량이 0.74wt%로 최대였고, 각각 최대 추출조건에서는 HPLC 분석결과로부터 (3S,3'S)-astaxanthin 면적비가 59.44%, 61.08%, 56.33%인 추출액을 얻었다.
Typically, in a mixed solvent of ethyl acetate and methanol, the extraction amount of (3S, 3'S) -astaxanthin is maximized to 0.805 wt% when the volume ratio is 4: 1, and when the volume ratio of ethyl acetate to acetone is 1: (3S, 3'S) -astaxanthin was found to be the largest at 0.677 wt% in the mixed solvent of ethyl acetate and ethanol at the volume ratio of 3: 1 and 0.74 wt% (3S, 3'S) -astaxanthin area ratio of 59.44%, 61.08%, and 56.33% was obtained from the HPLC analysis results.
(실시예 5) 아세톤과 초산에틸, 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올의 혼합 유기용매를 이용한 초음파 지원 추출(Example 5) Ultrasonic assisted extraction using a mixed organic solvent of acetone, ethyl acetate, acetone, methanol, acetone, and ethanol
㈎아세톤과 메탄올의 부피비가 1:3, 1:1, 3:1, 9:1인 용매 20ml가 담긴 추출기에 각각 미세조류 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고, ㈏아세톤과 에단올의 부피비가 9:1, 3:1, 1:1, 1:3인 용매 20ml가 담긴 4개 추출기에 각각 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 0.2g을 넣고, ㈐아세톤과 초산에틸의 부피비가 9:1, 3:1, 1:1, 1:3, 1:9인 용매 20ml가 담긴 5개 추출기에 각각 미세조류(Haematococcus plusvialis) 0.2g을 넣고 초음파를 가하여 4℃에서 70분 동안 추출하여서 혼합용매의 부피비에 따른 (3S, 3'S)-astaxanthin의 추출량을 측정하였다. 2. Add 0.2 g of microalgae Haematococcus pluvialis to an extractor containing 20 ml of a solvent having a volume ratio of acetone to methanol of 1: 3, 1: 1, 3: 1 and 9: 1, 0.2 g of Haematococcus pluvialis was added to four extractors containing 20 ml of a solvent having a volume ratio of ethanols of 9: 1, 3: 1, 1: 1 and 1: 3, (Haematococcus plusvialis) was added to each of 5 extractors containing 20 ml of a solvent having a volume ratio of 9: 1, 3: 1, 1: 1, 1: 3, 1: 9, sonicated, (3S, 3'S) -astaxanthin was determined according to the volume ratio of the mixed solvent.
도 4는 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올, 아세톤과 초산에틸의 혼합비를 달리한 조건에서 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 100g당 추출된 (3S, 3'S)-astaxanthin 무게를 보여 준다. (3S,3'S)-astaxanthin의 최대 추출량은 아세톤:메탄올의 부피비가 3:1일 때 0.796wt%, 아세톤:에탄올 부피비가 3:1일 때 0.687wt%, 아세톤:초산에틸 부피비가 3:l일 때 0.677wt%이었고, 이러한 최대 추출 조건의 추출액을 HPLC로 분석한 결과 (3S,3'S)-astaxanthin의 면적비는 각각 60.86%, 58.65%, 61.08%이었다.
Fig. 4 shows the weight of (3S, 3'S) -astaxanthin extracted per 100 g of Haematococcus pluvialis under different conditions of mixing ratio of acetone and methanol, acetone and ethanol, acetone and ethyl acetate. The maximum extraction amount of (3S, 3'S) -astaxanthin was 0.796 wt% when the volume ratio of acetone to methanol was 3: 1, 0.687 wt% when the volume ratio of acetone to ethanol was 3: 1, (3S, 3'S) -astaxanthin were 60.86%, 58.65% and 61.08%, respectively.
(실시예 6) 혼합 극성 유기용매와 초음파지원 추출에서 추출 횟수에 따른 케토카로테노이드(ketocarotenoid)의 추출량(Example 6) Extraction amount of ketocarotenoid according to the number of extraction in mixed polar organic solvent and supersonic wave assisted extraction
case ① 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 2.5g과 아세톤:메탄올(Acetone:MeOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml(미세조류 1.0g 당 유기용매 40ml)를,
case ② 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 2.5g과 아세톤:에탄올(Acetone:EtOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml(미세조류 1.0g 당 유기용매 40ml)를,Case (2) A mixture of 2.5 g of Haematococcus pluvialis and 100 ml of a mixed solvent of acetone: ethanol (EtOH) in a volume ratio of 3: 1 (40 ml of organic solvent per 1.0 g of microalgae)
case ③ 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 2.5g과 아세톤:초산에틸(Acetone:EtOAc)의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml(미세조류 1.0g 당 유기용매 40ml)를,case (3) 100 ml of a mixed solvent (2.5 ml of Haematococcus pluvialis and 3: 1 volume ratio of acetone: Acetone: EtOAc) (40 ml of organic solvent per 1.0 g of microalgae)
case ④ 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 2.5g과 초산에틸:메탄올(EtOAc:MeOH)의 부피비가 4:1인 혼합용매 100ml(미세조류 1.0g 당 유기용매 40ml)를,case ④ A mixture of 2.5 g of Haematococcus pluvialis and 100 ml of a mixed solvent of 4: 1 by volume of ethyl acetate: methanol (EtOAc: MeOH) (40 ml of organic solvent per 1.0 g of microalgae)
case ⑤ 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 2.5g과 초산에틸:에탄올(EtOAc:EtOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml(미세조류 1.0g 당 유기용매 40ml)를 5개의 상이한 추출기에 넣고 4℃에서 초음파를 가하면서 70분 동안 1차 추출을 하였고, 원심 분리하여서 얻은 1차 상등액을 얻었다. 원심 분리 후 미세조류 잔사물에 대해서 2차 추출을 하였는데, 1차 추출과 동일한 방법으로, case ①~⑤ 추출기에 아세톤:메탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 아세톤:에탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 아세톤:초산에틸의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 초산에틸:메탄올의 부피비가 4:1인 혼합용매 100ml, 초산에틸:에탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml를 각각 넣고 4℃에서 70분 동안 초음파를 가하면서 2차 추출을 하였다. 이후 원심 분리하여 얻은 2차 상등액을 얻었다. case ⑤ 2.5 ml of Haematococcus pluvialis and 100 ml of a mixed solvent of 3: 1 by volume of ethyl acetate: ethanol (EtOAc: EtOH) (40 ml of organic solvent per 1.0 g of microalgae) were added to five different extractors And the mixture was subjected to primary extraction for 70 minutes while applying ultrasonic waves at 4 ° C, followed by centrifugation to obtain a first supernatant. After the centrifugal separation, the secondary algae were subjected to the second extraction. In the same manner as the first extraction, 100 ml of a mixed solvent of acetone: methanol having a volume ratio of 3: 1, acetone: ethanol in the volume ratio of 3: , 100 ml of a mixed solvent of acetone: ethyl acetate in a volume ratio of 3: 1, 100 ml of a mixed solvent of ethyl acetate and methanol in a volume ratio of 4: 1, a mixed solvent of ethyl acetate: ethanol in a volume ratio of 3: 1 Were added to each well and subjected to secondary extraction with ultrasonic waves at 4 ° C for 70 minutes. Subsequently, a second supernatant obtained by centrifugation was obtained.
원심 분리 후 미세조류 잔사물에 대해서 3차 추출을 하였는데, 2차 추출과 동일한 방법으로, case ①~⑤ 추출기에 아세톤:메탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 아세톤:에탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 아세톤:초산에틸의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml, 초산에틸:메탄올의 부피비가 4:1인 혼합용매 100ml, 초산에틸:에탄올의 부피비가 3:1인 혼합용매 100ml를 각각 넣고 4℃에서 70분 동안 초음파를 가하면서 3차 추출을 하였다. 원심 분리하여 3차 상등액을 얻었다. case ①~⑤의 각 1차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 2.5ml에 용해시켜 분석용 시료(25배 희석)를 만들었고, case ①~⑤의 2차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 0.5ml에 용해시켜 분석 용 시료(5배 희석)를 만들었으며, case ①~⑤의 3차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 100μl에 용해시켜 분석용 시료를 만들어 고속크로마토그래피로 분석을 하였다. 도 5의 (상)은 case ①~⑤의 1차, 2차, 3차 추출에 얻은 미세조류 100g 당 (3S,3'S)-astaxanthin의 량과 총 추출량을 나타내며, 도 5의 (하)는 case ①~⑤의 1차, 2차, 3차 추출에서 얻은 미세조류 100g 당 neoxanthin(Neo), lutein(Lut), canthaxanthin(Can), echinenone(Ech), beta-carotene(b-Car), chlorophyl a, chlorophyl b의 량을 보여준다. 미세조류 100g당 추출된 (3S,3'S)-astaxanthin, neoxanthin(Neo), lutein(Lut), canthaxanthin(Can), echinenone(Ech), beta-carotene(b-Car)의 총량은 case ① 아세톤:메탄올(Acetone:MeOH)의 부피비가 3:1인 경우 0.91g, case ② 아세톤:에탄올(Acetone:EtOH)의 부피비가 3:1인 경우 0.923g, case ③ 아세톤:초산에틸(Acetone:EtOAc)의 부피비가 3:1인 경우 0.899g case ④ 초산에틸:메탄올(EtOAc:MeOH)의 부피비가 4:1인 경우 0.972g, case ⑤ 초산에틸:에탄올(EtOAc:EtOH)의 부피비가 3:1인 경우 0.892g이었고, (3S,3'S)-astaxanthin의 함량은 88.5~91.7%이었다 (표 1 참조).
After the centrifugation, the residue of the microalgae was subjected to a third extraction. In the same manner as the second extraction, 100 ml of a mixed solvent of acetone: methanol having a volume ratio of 3: 1 and an acetone: ethanol volume ratio of 3 , 100 ml of a mixed solvent of acetone: ethyl acetate in a volume ratio of 3: 1, 100 ml of a mixed solvent of ethyl acetate and methanol in a volume ratio of 4: 1, a mixed solvent of ethyl acetate: ethanol in a volume ratio of 3: 1 Were added to each well and subjected to tertiary extraction with ultrasonic waves at 4 ° C for 70 minutes. Followed by centrifugation to obtain a tertiary supernatant. case (1) to (5) was completely evaporated in a nitrogen atmosphere and dissolved in 2.5 ml of methanol to prepare analytical samples (25-fold dilution). 100 μl of the secondary extracts of cases (1) to (5) The solvent was completely evaporated and dissolved in 0.5 ml of methanol to make analytical sample (5-fold dilution). 100 μl of the third extract of
혼합 극성 유기용매와 초음파지원 추출에서 추출 횟수에 따른 keto-carotenoid의 추출량
Extraction of keto-carotenoid according to extraction frequency in mixed polar organic solvent and supersonic wave extraction
(실시예 7) 황산 도데실 나트륨(sodiumdodecylsulfate, 이하 'SDS'라 칭함) 수용액 처리된 미세조류의 초음파지원 유기용매추출(Example 7) Ultrasonic-assisted organic solvent extraction of micro-algae treated with aqueous sodium dodecylsulfate (SDS) solution
본 발명의 도 1에 상세하게 제시한 방법에 따라서, 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis)로부터 바이오연료의 원료인 지질(lipid)과 고기능성 활성물질인 아스타잔틴의 회수 실험을 하였다. According to the method detailed in Fig. 1 of the present invention, a recovery experiment of astaxanthin, which is a lipid as a raw material of a biofuel and a highly functional active substance, from a microalga, Haematococcus pluvialis, Respectively.
함습율이 5.23%인 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 황산 도데실 나트륨(sodium dodecyl sulfate) 농도가 1.0wt%인 수용액을 반응기에 넣고 20℃에서 60분 동안 합침 및 교반(S101)하면서 미세조류의 세포벽을 화학적으로 파쇄한다. 이때 헤마토코커스 플루비알리스 1g 당 SDS 수용액 8ml를 투입한다. 헤마토코커스 플루비알리스와 SDS의 혼합물을 1차 원심 분리(S102)하여 얻은 상등액은 별도 용기에 보관하고, 화학적 처리된헤마토코커스 플루비알리스를 추출기에 옮긴다. 2.5 g of Hematococcus pluvialis with a moisture content of 5.23% and an aqueous solution having a sodium dodecyl sulfate concentration of 1.0 wt% were placed in a reactor and mixed and stirred at 20 ° C for 60 minutes (S101) Lt; RTI ID = 0.0 > chemically < / RTI > At this time, 8 ml of SDS aqueous solution is added per 1 g of Hematococcus pluvialis. The supernatant obtained by primary centrifugation (S102) of a mixture of Hematococcus pluvialis and SDS is stored in a separate container, and the chemically treated Hematococcus pluvialis is transferred to an extractor.
화학적 처리된 미세조류에 잔류한 SDS를 제거하기 위해 추출기에 초순수를 투입하여 헤마토코커스 플루비알리스를 세정(S103)하는데, 헤마토코커스 플루비알리스 1.0g 당 초순수 16ml를 투입한다. 혼합물을 2차 원심 분리하여 얻은 상등액은 1차 원심분리 상등액과 합한다. 육안으로 거품이 보이지 않을 때까지 초순수로 미세조류를 세정하는데, 통상 2~3회 한다. In order to remove SDS remaining in the chemically treated microalgae, ultrapure water is added to the extractor to wash the hematocookus pluvialis (S103), and 16 ml of ultrapure water per 1.0 g of hematocookus pluvialis is added. The supernatant obtained by secondary centrifugation of the mixture is combined with the primary centrifugation supernatant. The micro-algae are cleaned with ultrapure water until the bubbles can not be seen with the naked eye, usually 2-3 times.
원심분리된 상등액에는 SDS 성분과 화학적 처리과정에서 헤마토코커스 플루비알리스의 세포질에서 수용액 상으로 배출된 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 지질(lipid)이 함께 존재하는데, 액-액추출하여 SDS 성분과 케토카로테노이드를 분리후 여과(S601)한다. 이를 위해서 여과액 1.0ml 당 초산에틸:메탄올의 부피비가 1.7:1인 용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1.0g 당 50~132ml으로 추출반응기에 넣고, 충분히 교반을 시킨 다음 상부 유기용매 층과 하부 수용액 층으로 분리될 때까지 안정시킨다. The centrifuged supernatant contained SDS components and ketocarotenoids and lipids excreted in aqueous solution from the cytoplasm of Hematococcus pluvialis during the chemical treatment. The SDS component and keto The carotenoid is separated and filtered (S601). For this purpose, Per 1.0 ml A solvent having a volume ratio of 1.7: 1 ethyl acetate: methanol was added to the extraction reactor in an amount of 50-132 ml per 1.0 g of hematococcus pluvialis. After thoroughly stirring, the mixture was stabilized until separated into an upper organic solvent layer and a lower aqueous solution layer .
이때 SDS가 용해된 하부 수용액 층은 폐기하고 하부 유기용매 층는 증발건조(S603)를 통해서 케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 지질(lipid)을 얻는다.
At this time, the lower aqueous solution layer in which SDS is dissolved is discarded and the lower organic solvent layer is evaporated to dry (S603) to obtain ketocarotenoid and lipid.
case ① 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 아세톤:메탄올(Acetone:MeOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 40ml를,Case (1) A mixed solvent of 2.5 g of chemically treated hematocookus pluvialis and aceton: methanol (Acetone: MeOH) in a volume ratio of 3: 1 was added to 40 ml per gram of hematococcus pluvialis,
case ② 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 아세톤:에탄올(Acetone:EtOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 40ml를,Case 2) A mixed solvent of 2.5 g of chemically treated hematocookus pluvialis and a 3: 1 volume ratio of acetone: ethanol (Acetone: EtOH) was added to 40 ml per gram of hematococcus pluvialis,
case ③ 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 아세톤:초산에틸(Acetone:EtOAc)의 부피비가 3:1인 혼합용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 40ml를,Case ③ A mixed solvent of 2.5 g of chemically treated hematocookus pluvialis and acetone: Acetone: EtOAc in a volume ratio of 3: 1 was added to 40 ml of 1 g of hematocookus pluvialis,
case ④ 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 초산에틸:메탄올(EtOAc:MeOH)의 부피비가 4:1인 혼합용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 40ml를,Case ④ A mixture of 2.5 g of chemically treated Hematococcus pluvialis and 40 ml of a mixed solvent of 4: 1 by volume of ethyl acetate: methanol (EtOAc: MeOH) was added to 1 g of hematocookus pluvialis,
case ⑤ 화학적 처리된 헤마토코커스 플루비알리스 2.5g과 초산에틸:에탄올(Acetone:EtOH)의 부피비가 3:1인 혼합용매를 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 40ml를 5개 상이한 추출기에 넣고 온도를 4℃로 유지하면서 70분 동안 1차 초음파지원 추출 단계(S201)를 실시한다. 이후 초음파 지원하여 유기용매 추출된 혼합물을 원심분리(S202)하여 얻은 상등액을 원통형 액-액추출기에 보관하는 단계(S300)를 가진다. 원심분리 후의 헤마토코커스 플루비알리스 잔사물은 case ①에서 case ⑤의 같은 조건의 극성 혼합 유기용매를 투입하여 2차 추출과 3차 추출을 하고 원심분리로 얻은 상등액을 원통형 액-액추출기에 합한다. case ⑤ A mixed solvent of 2.5 g of chemically treated hematocookus pluvialis and 3: 1 volume ratio of ethyl acetate: ethanol (Acetone: EtOH) was added to 5 different extractors in an amount of 40 ml per 1 g of hematococcus pluvialis, (Step S201) for 70 minutes while maintaining the temperature at 4 占 폚. Thereafter, the supernatant solution is centrifuged (S202) by supersonic wave support and the organic solvent-extracted mixture is centrifuged (S300). The supernatant solution is stored in a cylindrical liquid-liquid extractor (S300). The hematocookus pluvialis residues after centrifugation are subjected to a secondary extraction and a tertiary extraction by introducing a polar organic solvent having the same conditions as the case (1) to the case (5), and the supernatant obtained by centrifugation is added to a cylindrical liquid-liquid extractor .
case ①~⑤의 각 1차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 2.5ml에 용해시켜 분석용 시료를 만들었고(25배 희석), case ①~⑤의 2차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 0.5ml에 용해시켜서 분석 용 시료를 만들었으며 (5배 희석), case ①~⑤의 3차 추출액 100μl를 질소 분위기에서 용매를 완전 증발시킨 후 메탄올 100μl에 용해시켜서 분석 용 시료를 만들어 고속크로마토그래피로 분석을 하였다. 도 6과 <표 2>에 액-액추출 단계와 초음파지원 유기용매추출 단계에서 얻은 3S,3'S-astaxanthin의 총 추출량을 나타내었다.case (1) to (5) were completely evaporated in a nitrogen atmosphere and dissolved in 2.5 ml of methanol to prepare analytical samples (25-fold dilution). 100 μl of the secondary extracts of cases (1) to (5) After completely evaporating the solvent and dissolving in 0.5 ml of methanol, samples for analysis (5-fold dilution) were prepared and 100 μl of the third extracts of
SDS(sodiumdodecylsulfate) 수용액 처리된 미세조류의 초음파지원 유기용매추출 조건 및 결과
Ultrasonic-assisted organic solvent extraction conditions and results of SDS (sodiumdodecylsulfate) aqueous solution-treated microalgae
헤마토코커스 플루비알리스 100g당 무게(또는 wt%) 당 case ① 아세톤:메탄올(Acetone:MeOH)의 부피비가 3:1인 경우 1.063g, case ② 아세톤:에탄올(Acetone:EtOH)의 부피비가 3:1인 경우 1.07g, case ③ 아세톤:초산에틸(Acetone:EtOAc)의 부피비가 3:1인 경우 1.088g case ④ 초산에틸:메탄올(EtOAc:MeOH)의 부피비가 4:1인 경우 1.062g, case ⑤ 초산에틸:에탄올(EtOAc:EtOH)의 부피비가 3:1인 경우 1.066g인데, 이는 SDS로 화학적 처리하지 않고 혼합유기용매 초음파지원 추출인 실시예 6의 case ①~⑤와 비교하였을 때 수율이 9.3~21.0% 증가하였다. 3S,3'S-astaxanthin의 추출량은 SDS 수용액 처리 과정에서 총 추출량의 4.5~8.4%, 1차추출에서 총 추출량의 77.4~88.0%를 얻는다.
Case (1) per 100 g of hematococcus pluvialis case (1) Case of ① case of 1: 3 volume ratio of acetone: methanol (Acetone: MeOH),
케토카로테노이드(ketocarotenoid)와 지질(lipid)을 분리하기 위해서 case ①과 case ②의 초음파 지원 추출단계(S201)와 원심분리단계(S202)를 거친 1차추출 상등액에 헥산과 초순수를 투입하여 액-액추출 단계(S300)을 수행하여 지질(lipid)을 상부 헥산 층으로 그리고 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 하부 극성유기용매/수용액 층으로 상분리(phase separation) 시킨다. In order to separate the ketocarotenoid and the lipid, hexane and ultrapure water were added to the first extraction supernatant obtained through the ultrasound support extraction step (S201) and the centrifugal separation step (S202) of the cases (1) and (2) The extraction step S300 is performed to phase separate the lipid into the upper hexane layer and the ketocarotenoid into the lower polar organic solvent / aqueous layer.
초산에틸이 함유된 초음파 지원 추출단계(S201)와 원심분리단계(S202)를 거친 case ③, case ④, case ⑤의 상등액의 경우에는 유기용매를 증발시켜 제거한 다음, case ① 또는 ②와 동일한 조성의 혼합 유기용매에 용해시키고, 여기에 헥산과 초순수를 투입하여 액-액추출 단계(S300)을 수행하여 지질(lipid)을 상부 헥산 층으로 그리고 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 하부 극성유기용매/수용액 층으로 상 분리(phase separation) 시킨다. In case of the supernatant of
<표 3>에서와 같이, case ⓐ 1차 추출 상등액 130ml를 액-액 추출기에 넣고 헥산 50ml, 초순수 20ml를 투입하여 아세톤 : 메탄올 : 헥산 : 초순수의 비가 3 : 1 : 1.53 : 0.4 (v/v/v/v), case ⓑ 1차 추출 상등액 130ml를 액-액 추출기에 넣고 헥산 10ml, 초순수 50ml를 투입하여 아세톤 : 메탄올 : 헥산 : 초순수의 비가 3 : 1 : 0.31 : 1.54 (v/v/v/v), case ⓒ 1차 추출 상등액 130ml를 액-액 추출기에 넣고 헥산 30ml, 초순수 30ml를 투입하여 아세톤 : 메탄올 : 헥산 : 초순수의 비가 3 : 1 : 0.92 : 0.92 (v/v/v/v)인 조건에서 지질(lipid)과 케토카로테노이드(ketocarotenoid)를 분리하였다. As shown in Table 3, 130 ml of the first extraction supernatant was put into a liquid-liquid extractor, and 50 ml of hexane and 20 ml of ultrapure water were added thereto. The ratio of acetone: methanol: hexane: ultrapure water was 3: 1: 1.53: 0.4 v / v / v), case ⓑ The first extraction supernatant (130 ml) was put into a liquid-liquid extractor, and 10 ml of hexane and 50 ml of ultrapure water were added thereto. The ratio of acetone: methanol: hexane: ultrapure water was 3: 1: 0.31: 1.54 (v / v / v / v) was prepared by adding 30 ml of hexane and 30 ml of ultrapure water to a mixture of acetone: methanol: hexane: ultrapure water of 3: 1: 0.92: ) And lipid (ketocarotenoid) were separated from each other.
액-액추출 단계(S300) 후 상부 비극성유기용매 층의 헥산을 증발건조(S401)시켜 바이오연료의 원료인 지질(lipid)을 미세조류 100g당 10.0~11.41g을 얻었고, 하부 유기용매/수용액 층을 증발건조(S501)시켜 얻은 3S,3'S-astaxanthin 조추출물인 크루드 케토카로테노이드(crude ketocarotenoid)를 미세조류인 헤마토코커스 플루비알리스(Haematococcus pluvialis) 100g당 2.77~3.9g을 얻었다. After the liquid-liquid extraction step (S300), the hexane of the upper nonpolar organic solvent layer was evaporated to dryness (S401) to obtain 10.0 to 11.41 g of lipid as a raw material of the biofuel per 100 g of microalgae. 2.77 to 3.9 g per 100 g of the microalgae Haematococcus pluvialis was obtained from the crude extract of 3S, 3'S-astaxanthin crude extract obtained by evaporation drying (S501).
상기 비극성 유기용매를 활용한 액-액 추출 단계(S300)는 추출 원액의 3S,3'S-astaxanthin 농도비를 56~58%에서 80.0%까지 높일 수 있는 효과를 준다. 도 7은 3S,3'S-astaxanthin, 초음파지원 유기용매 추출액, 비극성 유기용매를 이용한 액-액추출의 상부와 하부 층 시료의 고속크로마토그라피 분석도이다.The liquid-liquid extraction step (S300) using the above nonpolar organic solvent has the effect of increasing the concentration ratio of 3S, 3'S-astaxanthin in the stock solution from 56% to 58% to 80.0%. FIG. 7 is a high-speed chromatogram analysis of upper and lower layer samples of liquid-liquid extraction using 3S, 3'S-astaxanthin, supersonic wave organic solvent extract, and nonpolar organic solvent.
비극성유기용매를 이용한 미세조류의 초음파지원 유기용매 추출액의 액-액추출 조건 및 결과
Conditions and Results of Liquid - Liquid Extraction of Organic Solvent Extract Supporting Ultrasonic Wave of Microalgae Using Nonpolar Organic Solvent
본 발명은 상술한 특정의 바람직한 실시 예에 한정되지 아니하며, 청구범위에서 청구하는 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 당해 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 누구든지 다양한 변형실시가 가능한 것은 물론이고, 그와 같은 변경은 청구범위 기재의 범위 내에 있게 된다.
It will be understood by those skilled in the art that various changes in form and details may be made therein without departing from the spirit and scope of the invention as defined in the appended claims and their equivalents. Of course, such modifications are within the scope of the claims.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
(S100) : 화학적 처리단계
(S200) : 초음파 지원 유기용매 추출 단계
(S300) : 액-액 추출 단계
(S400) : 지질 생산 단계
(S500) : 아스탄잔틴 생산 단계
(S600) : 케토카로테노이드 회수 단계Description of the Related Art
(S100): chemical treatment step
(S200): extraction step of supersonic wave supporting organic solvent
(S300): liquid-liquid extraction step
(S400): stage of lipid production
(S500): Step of producing astaxanthin
(S600): keto carotenoid recovery step
Claims (18)
세포벽이 파괴된 헤마토코커스 플루비알리스에 극성 유기용매를 투입 후 초음파 지원 추출에 의해 케토카로테노이드와 지질이 함유된 추출액을 얻는 초음파 지원 유기용매 추출 단계와;
추출액에 비극성 유기용매를 투입하여 지질이 용해된 상부 비극성 유기용매 층과 케토카로테노이드가 농축된 하부 극성 유기용매 층으로 상분리하는 액-액 추출 단계와;
상분리된 비극성 유기용매 층을 증발시켜 지질을 얻는 지질 생산 단계와;
상분리된 극성 유기용매층을 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 공급하여 아스탄잔틴을 얻는 아스탄잔틴 생산 단계;로 이루어진 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
A chemical treatment step of injecting sodium dodecyl sulfate to destroy the cell wall of Hematococcus pluvialis;
An ultrasound-assisted organic solvent extraction step of adding a polar organic solvent to a hematocookus pluvialis with cell walls destroyed and obtaining an extract containing keto-carotenoids and lipids by supersonic wave extraction;
Separating the upper nonpolar organic solvent layer in which the lipid is dissolved and the lower polar organic solvent layer into which the ketocarotenoid is concentrated by injecting a nonpolar organic solvent into the extract;
A lipid production step of evaporating the phase-separated non-polar organic solvent layer to obtain a lipid;
And a step of producing astaxanthin by supplying a phase-separated polar organic solvent layer to an adsorption column filled with a nonpolar polymer adsorbent to produce astaxanthin, and a method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from hematococcus pluvialis .
상기 화학적 처리단계에서 배출된 상등액에 포함된 케토카로테노이드와 지질을 비극성용매로 액-액 추출하여 회수하는 케토카로테노이드 회수 단계를 더 포함하여 구성된 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1,
Further comprising the step of recovering keto carotenoid and lipid contained in the supernatant discharged from the chemical treatment step by liquid-liquid extraction with a nonpolar solvent and recovering keto carotenoid from the hematocookus pluvialis. Simultaneous production of lipids.
상기 화학적 처리 단계는 헤마토코커스 플루비알리스를 황산 도데실 나트륨 수용액과 함침 교반시켜 세포벽을 화학적으로 파괴시키는 함침 및 교반 단계와;
이후 헤마토코커스 플루비알리스와 황산 도데실 나트륨 혼합물을 원심분리시켜 상등액과 세포벽이 파괴된 젖은 헤마토코커스 플루비알리스를 얻는 원심분리 단계와;
이후 젖은 헤마토코커스 플루비알리스에 잔류한 황산 도데실 나트륨를 초순수로 세정하여 제거하는 세정단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1,
The chemical treatment step includes: impregnating and stirring the hematocookus pluvialis with a dodecyl sulfate aqueous solution to chemically destroy the cell wall;
Centrifuging the mixture of Hematococcus pluvialis and sodium dodecylsodium to obtain wet Hematococcus pluvialis with supernatant and cell walls destroyed;
And then washing the dodecyl sulfate dodecyl sulfate remaining in the wet Hematococcus pluvialis with ultrapure water and removing the dodecylsodium dodecylsulfate. The method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
황산 도데실 나트륨 농도 1.0wt%인 수용액을 헤마토코커스 플루비알리스 1g 당 6~9ml를 투입하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1 or 3,
A method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis, wherein an aqueous solution having a sodium dodecylsulfate concentration of 1.0 wt% is added in an amount of 6 to 9 mL per 1 g of hematococcus pluvialis.
상기 초음파 지원 유기용매 추출 단계는 화학적 처리 단계를 거친 젖은 헤마토코커스 플루비알리스에 극성 유기용매를 초음파 발생기가 삽입된 추출 반응기에 넣고 일정 시간 동안 초음파를 주사하여 케토카로테노이드와 지질을 유기용매 속으로 추출하는 초음파 지원 추출단계와;
이후 헤마토코커스 플루비알리스, 추출된 케토카로테노이드와 지질이 혼합된 유기용매 추출액을 원심분리하여 유기용매에 젖은 헤마토코커스 플루비알리스와 상등액(케토카로테노이드 + 지질+ 유기용매)으로 분리하는 원심분리단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1,
In the step of extracting supersonic wave supporting organic solvent, a polar organic solvent is introduced into a wet hematocookus pluvialis which has undergone a chemical treatment step into an extraction reactor having an ultrasonic generator inserted therein, and ultrasonic waves are injected for a predetermined period of time to remove keto carotenoids and lipids into organic solvents Extracting ultrasonic support;
Then, centrifugation was carried out on Hematococcus pluvialis, an organic solvent extract mixed with the extracted ketocarotenoid and lipid, followed by centrifugation to separate the hematocookus pluvialis wetted with organic solvent into the supernatant (ketocarotenoid + lipid + organic solvent) A method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
상기 액-액 추출 단계는 초음파 지원 유기용매 추출 단계를 거쳐 원심분리된 상등액에 비극성 유기용매를 혼합한 다음 초순수를 투입하여 지질이 농축된 상부 비극성 유기 용매층과, 케토카로테노이드가 농축된 하부 극성유기용매와 초순수의 혼합물로 상분리하는 단계인 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1,
In the liquid-liquid extraction step, the nonpolar organic solvent is mixed with the supernatant separated by centrifugation through the supersonic wave-assisted organic solvent extraction step, and then the ultrapure water is added to the upper nonpolar organic solvent layer and the lower nonpolar organic solvent layer in which the keto carotenoid is concentrated. Wherein the phase is phase separated by a mixture of a solvent and ultrapure water. 2. The method of producing simultaneously astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
상기 아스탄잔틴 생산 단계는 초순수 수용액과 케토카로테노이드의 혼합물을 증발건조하여 크루드 케토카로테노이드를 얻는 증발건조 단계와;
크루드 케토카로테노이드 분말에 비극성 유기용매를 투입하여 녹이는 용해 단계와;
크루드 케토카로테노이드가 용해된 용액을 비극성 고분자 흡착제가 충전된 흡착탑에 통과시켜 아스타잔틴은 흡착시키고 아스타잔틴보다 극성이 낮은 성분은 배출액으로 배출시키는 흡착 단계와;
배출액이 빠져나간 아스타잔틴이 흡착된 비극성 고분자 흡착제에 비극성 용매를 공급하여 아스타잔틴을 탈착시키는 탈착 단계와;
이후 흡착탑에서 배출된 배출용액을 증발 건조하는 단계를 거쳐 아스타잔틴 분말을 얻는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1,
The step of producing astaxanthin comprises: an evaporation-drying step of evaporating and drying a mixture of an aqueous solution of ultrapure water and a keto-carotenoid to obtain a crude keto-carotenoid;
A dissolution step in which a non-polar organic solvent is added to a Crude keto carotenoid powder to dissolve it;
Adsorption step of passing the solution in which the crude keto carotenoid is dissolved to an adsorption tower filled with a nonpolar polymer adsorbent to adsorb astaxanthin and to discharge a component having a polarity lower than that of astaxanthin to a discharge liquid;
A desorption step of desorbing astaxanthin by supplying a non-polar solvent to the non-polar polymer adsorbent adsorbed by astaxanthin which is discharged from the discharged liquid;
And a step of evaporating and drying the effluent discharged from the adsorption tower to obtain astaxanthin powder. The method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
상기 케토카로테노이드 회수 단계는 화학적 처리 단계의 원심분리 단계에서 분리된 상등액을 여과하는 단계와;
여과된 상등액에 비극성 유기용매인 초산에틸, 메탄올의 혼합용액을 투입하여 액-액 추출하는 단계와;
이후 토카로테노이드와 지질이 용해된 상부 초산에틸 층을 증발 건조하는 단계;를 거쳐 케토카로테노이드와 지질을 회수하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 2,
Wherein the keto carotenoid recovery step comprises filtering the supernatant separated in the centrifugation step of the chemical treatment step;
Adding a mixed solution of ethyl acetate and methanol, which are non-polar organic solvents, to the filtered supernatant liquid to extract liquid-liquid;
And then evaporating the upper ethyl acetate layer in which the tocarotenoid and lipid are dissolved to recover the ketocarotenoid and the lipid. The method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
상기 상등액 1.0ml 당 초산에틸 : 메탄올의 부피비가 1.7 : 1인 비극성 유기용매를 헤마토코커스 플루비알리스로 1.0g 당 50 ~ 132ml 투입하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 8,
Per 1.0 ml of the supernatant A method for simultaneous production of astaxanthin and lipid from hematocookus pluvialis, which comprises adding 50 to 132 ml per 1.0 g of non-polar organic solvent having a volume ratio of ethyl acetate: methanol of 1.7: 1 to hematococcus pluvialis .
상기 극성유기용매는 단일 극성 유기용매 또는 이들이 혼합된 혼합 극성 유기용매를 사용하되, 단일 극성 유기용매는 메탄올, 에탄올, 초산에틸, 아세톤 중에서 선택된 하나인 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1 or 5,
Wherein the polar organic solvent is a monopolar organic solvent or a mixed polar organic solvent in which the monopolar organic solvent is used, and the monopolar organic solvent is one selected from methanol, ethanol, ethyl acetate, and acetone. A method of simultaneous production of taraxin and lipid.
상기 혼합 극성 유기용매는 아세톤과 메탄올, 아세톤과 에탄올, 아세톤과 초산에틸, 초산에틸과 메탄올, 초산에틸과 에탄올의 조합으로 사용하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 10,
Wherein the mixed polar organic solvent is selected from the group consisting of acetone, methanol, acetone and ethanol, acetone, ethyl acetate, ethyl acetate, methanol, ethyl acetate and ethanol. Simultaneous production method.
상기 아세톤과 메탄올은 아세톤의 몰분율이 0.3 ~ 0.9 범위로 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35~ 45ml 넣어 초음파 추출시키는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 11,
The acetone and methanol are mixed with acetone in a molar ratio ranging from 0.3 to 0.9, and 35 to 45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis are added for ultrasonic extraction. Simultaneous production of astaxanthin and lipid from hematococcus pluvialis Way.
상기 아세톤과 에탄올은 아세톤의 몰분율이 0.5 ~ 0.95인 범위로 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35 ~ 45ml 넣어 초음파 추출시키는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 11,
Wherein acetone and ethanol are mixed with acetone in a molar ratio ranging from 0.5 to 0.95, and then 35 to 45 ml per 1 g of hematocookus pluvialis are added to ultrasonically extract the mixture. As a result of the simultaneous extraction of astaxanthin and lipid from hematococcus pluvialis Production method.
상기 아세톤과 초산에틸은 아세톤의 몰분율이 0.2 ~ 0.95인 범위로 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35 ~ 45ml 넣어 초음파 추출시키는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.The method of claim 11,
Wherein acetone and ethyl acetate are mixed with acetone in a molar ratio ranging from 0.2 to 0.95 and then 35 to 45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis are subjected to ultrasonic extraction to remove astaxanthin and lipid from the hematococcus pluvialis. Simultaneous production method.
상기 초산에틸과 메탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.2 ~ 0.8인 범위로 혼합 후 헤마토코커스 플루비알리스 1g당 35 ~ 45ml 넣어 초음파 추출시키는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 11,
The mixture of ethyl acetate and methanol is mixed in the range of 0.2-0.8 of the mole fraction of ethyl acetate and then 35-45 ml per 1 g of hematococcus pluvialis is subjected to ultrasonic extraction to remove astaxanthin and lipid .
상기 초산에틸과 에탄올은 초산에틸의 몰분율이 0.35 ~ 0.9인 범위에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method of claim 11,
Wherein the ethyl acetate and ethanol are mixed in a molar ratio of ethyl acetate in the range of 0.35 to 0.9.
상기 액-액 추출 단계에서 사용되는 비극성 유기용매는 헥산 또는 페트롬륨에테르인 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
The method according to claim 1 or 6,
Wherein the nonpolar organic solvent used in the liquid-liquid extraction step is hexane or a petromellitic ether, wherein the non-polar organic solvent used in the liquid-liquid extraction step is hexane or petromium ether.
비극성 유기용매로 헥산을 사용시 액-액 추출 단계에서 사용한 혼합 극성 유기용매로 아세톤 : 메탄올의 부피비가 3 : 1인 것을 사용하였을 경우 투입되는 헥산과 초순수는 부피비로 0.31 ~ 1.53 : 0.4 ~ 1.54 혼합된 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 헤마토코커스 플루비알리스로부터 아스타잔틴과 지질의 동시 생산방법.
18. The method of claim 17,
When hexane was used as the nonpolar organic solvent, the mixed polar organic solvent used in the liquid-liquid extraction step was mixed with acetone: methanol having a volume ratio of 3: 1, and hexane and ultrapure water were mixed in a volume ratio of 0.31 to 1.53: 0.4 to 1.54 ≪ RTI ID = 0.0 > 1. ≪ / RTI > The method of simultaneous production of astaxanthin and lipid from Hematococcus pluvialis.
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