PART 8. 분리및추출
분리농축 식품가공에서는유익한물질을분리 (separation) 또는농축 (concentration) 하여이용하고, 유해한물질은제거하여식품의품질을향상.. 식품물질을분리하는방법 1여과 (filtration) : 필터 (filter) 를사용하여불용성물질을분리 2원심분리 (centrifugation) : 물질의비중에의해분리 3추출 (extraction) : 용매에대한용해도차이를이용 4막분리농축 (membrane concentration) : 막을사용하여미세입자를크기에따라분리
여과 : 다공성여과제 (medium) 를이용하여불용성물질을물리적으로분리하는조작 - 여액 (filtrate) - 여과박 (filter cake) - 여과제 (filter medium) * 여과제의저항 (Rm), 여과박의저항 (Rf, Rc) * 구동력에따라압력강하를극복하는 1 상압여과 2 가압여과 3 감압여과
1) 여과제 1 체, 면직 직조형 3 철판구멍 다공판형 2 섬유조직 ( 솜, 펄프 ) 펄프형 4 모래상형 자갈, 모래, 실리카겔 2) 여과조제 (filter aid) : 여제의구멍이막히지않도록비압축성물질의입자를여제위에별도의층 (precoat) 을형성 ( 규조토, silical gel, 펄프, 숯 ) precoating / premix 3) 여과기 1 고체-액체여과 2 고체-기체여과기 중력여과기 bag filter 원심여과기 가압여과기 감압여과기
침강분리 : 대량의유체중에부유되어있는고체입자를중력에의하여침강시켜고체 - 액체를 분리하는조작. : 전분공업, 유가공업, 과즙가공, 양조공업등에이용 목적 1 청징액을얻을경우 : 과즙및청주 2 현탁물의농축액을얻기위하여 : 녹말침전 3 현탁액의고체입자를크기에따라분획, 분급하기위하여
원심분리 원심분리 : 원심력을이용하면빠른분리가가능, 액체와액체간의분리, 액체와고체간의분리에이용 원심효과 중력과원심력의비 (z) z= 0.001118rN 2 원심력 Fc= 0.011 mrn 2 액체 - 액체원심분리장치 : 원통형보울원심분리기, 디스크보울 고체 - 액체원심분리 : 고체보울원심분리기, 노즐배출형원심분리기
막분리 : 액체에용해되어있거나분산되어있는물질을다공성여과매체에통과시켜크기나입자크기별로선택적으로분리하는방법 특징 1 상변화無 에너지절감 2 열처리無 색소분해갈변無, 영양가손실無 3 증발공정無 휘발성분손실無 막재료및장치 : 막을지탱해주고형태를유지시켜주는모듈 (module) 은 - 넓은면적을제공해주어야한다. - 압력변화와액체의이동에도손상이없어야하며세척이용이해야함 - 평판형 (plate and frame), 관형 (tubular), 중공사형 (hollow fiber), 나선형 (spiral) 형태
막재료및장치 1) 평판형모듈 - 가압여과막과같은구조로양면에여과막을가진평판 (plate) 과속이비어있는스페이서 (spacer) 를샌드위치형태로적층, - 원액이주입되어여과막을통과하면스페이서 (spacer) 를통하여배출 - 일정한공간에더많은막의표면적을갖게하며막의교체가수월 2) 관형모듈 - 원료액이원통형모양의여과막내부로흐르고, 막을통한여과액은판밖으로모이게됨. 12-15mm 의직경에 1.2-3.2m 길이의크기를갖고있는여러개의관형모듈을원통형통에장착하여사용 - 관형형태의모듈은액체의흐름속도가좋고 fouling 이잘일이나지않음 3) 중공사 (hollow fiber) - 매우작은반지름 (1~1.2mm) 을가진 50-1,000 개의 fiber 로구성. 표면적이매우커역삼투에응용. Fouling 이쉽게발생 3) 나선형모듈 - 여과막, 스페이서 (spacer), 그물망 (mesh), 지지체등이여러층 (layer) 들이겹쳐져구멍이뚫린중앙튜브주위를나선형형태로둘러싸고있는형태
막분리종류 1) 마이크로여과 (MF. microfiltration) : 분자량 100,000~500,000 크기가 0.1~2 μm : 콜로이드 (colloid), 지방구 (fat globule), 단백질, 세포분리 2) 한외여과 (UF, ultrafiltration) : 10,000~200,000 범위의분자량크기가이 0.01~0.1 μm : 물질을분리하여농축하는경우와제거하는경우로광범위하게사용 : 유가공에서우유나유청 (whey) 의농축 ( 약 20% 의고형분까지 ) 과유당의제거에이용 : 단백질이나펙틴, 효소를제거, 생맥주등에서세균을여과분리하여농축하는경우는설탕과펙틴, 단백질, 효소등 3) 나노여과 (NF, nanofiltration) : 한외여과보다더작은분자량의물질을분리할수있는방법 : 분자량 300~1,000 까지분리가가능. : 포도당등단당류를분리, 소금과같은저분자량물질도반정도제거이온물질도어느정도제거
막분리종류 4) 역삼투압 (RO, reverse osmosis) : 삼투압보다큰압력을가하여역방향의분리 ( 삼투와반대방향으로용매가저농도쪽으로이동하는현상으로농도가높은것을더높게함 ) 를일으키는것. : 200x l0 3 pa(200 기압 ) 이상의높은압력. : 저분자용질의분리. 소금이나단당류, 향미물질도분리 역삼투 (RO) 의이용 분자량이 300 이하인세균, 유기물의 99.9% 까지제거저알코을맥주제조나청량음료제조시음료수를맑게할때이용폐수에서유용물질 ( 단백질등 ) 을회수분자량의크기에의해서분리가능, 전해질도분리할수있어바닷물로부터소금을제거하여식수를정제하는데에도이용
추출 (extraction) : 성분을용매에용해시켜분리하는방법 : 유용성분을분리하여이용하거나필요없는성분을분리하여제거 1 식용유지의추출 2 향미물질과정유성분의추출 3 커피의추출 4 기능성물질의추출 5 커피나차에서카페인 (caffeine) 제거
추출 (extraction) 용어 : 원료 ( 추재 ), 용질, 용매, 추출액, 잔류물 종류 1 고-액추출 (solid-liquid extraction, leaching) 2 액-액추출 (liquid- liquid extraction, extraction) 추출속도 용매 1 입자표면적-넓을수록 2 용매점도- 낮을수록 3 추출온도- 높을수록 4 용매의유속- 빠를수록유리 : C 5 -C 7 의포화탄화수소류 (hexane)
추출기 1 회분식추출기 3 다단식추출기 5 연속식추출기 2 볼만추출기 4 힐데브란트추출기 6 보노트추출기
초임계유체추출법 (Supercritical fluid Extraction) : 초임계이산화탄소는커피나차에서카페인을제거하기위해서사용되고있으며최근에는맥주제조시첨가하는호프 (hop) 나향신료에서향미물질을추출하는데에도사용 저온에서조작 : 열에민감한물질추출 초임계추출 - 확산계수가높고, 점도가낮아빠른추출과상분리가능 - CO 2 가가장많이사용 - 30, 70기압이상에서사용 * 임계온도 - 그온도이상에서압력에관계없이액상으로존재할수없는온도
초임계유체추출법 (Supercritical fluid Extraction) 초임계유체 : 일정한온도와압력이상이되면액체와기체를구분할수없는상태 특징 1 초임계유체상태에서는액체와비슷한밀도를가지고있어액체용매처럼용질에대한높은용해력과기체상태와같이낮은점도와높은확산도를가지고있어침투력이좋기때문에추출효율이높음. 2 추출후기체상태로쉽게제거할수있어, 용매잔류가없고, 추출중외부산소와차단되어있어산화에의한손실을방지. 3 낮은임계온도의초임계유체는열에불안정한물질추출에도사용 4 식품에서는저렴하고, 취급및제거가쉽고, 임계점이낮으며, 화학적으로안정한이산화탄소를초임계유체로사용 5 초임계이산화탄소는식품에서지방및콜레스테롤제거, 커피에서카페인제거, 무알코올음료제조, 참기름추출등이용
Q&A