마이크로웨이브를 활용한 새우 껍질로부터 키틴 추출:면 중심 합성 설계 기반 단백질 제거 최적화

초록

새우껍질 내 키틴(chitin)을 추출하기 위하여 마이크로웨이브(microwave)가열 방법으로 미네랄과 단백질을 제거하고자 한다. 미네랄 제거 후 반응표면법을 이용하여 단백질 제거를 위한 최적 인자조건을 제시하고자 하였다. 비연속적 조건에서 조사 시간(1~5분), 온도(90~130℃), 조사 강도(400~1,600 W) 등에 따른 미네랄 제거에 관한 실험을 하였다. 미네랄 제거 과정을 거친 후 단백질 제거 실험은 비연속적 조건에서 조사 시간(1~10분), 온도(40~100℃), 조사 강도(400~1,600 W) 등에 따른 실험을 진행하였다. 연속적인 스케일에서 단백질 제거를 위한 인자 간의 최적점과 상호작용을 확인하기 위해 반응표면분석법(response surface analysis) 중 면 중심 합성 설계(central composite face-centered design)를 사용하였다. 독립인자는 온도(40~100℃), 조사 강도(600~1,600 W)로 설정하였다. 비연속적 조건에서 미네랄 제거 실험 결과, 조사 시간 3분, 온도 100℃, 조사 강도 1,600 W에서 99.9% 이상의 미네랄 제거율을 달성하였다. 또한 단백질 제거 실험의 경우 조사 시간 3분, 온도 40℃, 조사 강도 1,600 W에서 최대 94.9%의 단백질 제거율을 보였다. 온도는 낮을수록 단백질 제거율이 높았다. 조사 강도가 증가할수록 단백질 제거율은 높았다. 연속적인 스케일에서 단백질 제거의 최적 조건은 온도 40℃, 조사 강도 1,600 W로 나타났다. 이때의 제거율은 95.0%이다. 모든 독립 변수가 p<0.05으로 마이크로웨이브 가열방식의 제거에 유의미한 영향을 주었다. 본 실험에서 추출한 키틴은 α-키틴 구조를 가지며, 결정화도(crystallinity)가 84.5%로 상업용 키틴(82.1%)보다 높았다. 키틴 표면을 관찰한 결과, 다공성이 증가하고 미네랄과 단백질이 제거됨을 확인하였다. 미네랄 제거는 조사 시간 3분, 온도 100℃, 조사 강도 1,600 W에서 99.9% 이상의 높은 미네랄 제거율을 달성하였다. 새우껍질에서 키틴을 추출하기 위한 최적 단백질 제거 조건은 온도 40℃, 조사 강도 1,600 W이다. 추출된 키틴은 α-키틴 구조를 가지며, 결정화도가 84.5%로 나타났다. 따라서 마이크로웨이브 가열은 갑각류로부터 키틴 추출 시 미네랄 제거와 단백질 제거 등을 위한 효과적인 전처리 방법으로 사용할 수 있다.

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