알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제의 추출: CCD-RSM을 이용한 최적화

홍세흠,이승범 한국공업화학회 2022 공업화학 Vol.33 No.3

본 연구에서는 알팔파 및 무환자나무열매로부터 천연유화제를 추출하여 CCD-RSM을 이용한 추출수율 및 추출물의거품안정도에 관한 추출공정을 최적화하였으며, 95% 신뢰구간에서 최적화 결과의 통계학적 합리성을 확인하였다. 독립변수로는 주정/초순수의 부피비와 추출온도, 반응치로는 추출수율과 추출물의 거품안정도로 설정하였다. 주정/초순수 부피비 53.5 vol%, 추출온도 70.9 °C인 최적조건 하에서 알팔파 추출공정의 최대 추출수율은 26.2 wt%, 추출물의최대 거품안정도는 44.5%로 예측되었다. 무환자나무열매 추출공정의 경우, 최적조건인 주정/초순수 부피비 60.4 vol%, 추출온도 72.4 °C에서 최대 추출수율은 31.9 wt%, 추출물의 최대 거품안정도는 47.5%로 예측되었다. 이러한 최적화결과의 정확성을 확인하기 위해 실제 실험을 수행한 결과, 알팔파 및 무환자나무열매 추출공정에 대한 각각의 평균오차율은 3.4(± 0.3)% 및 5.0(± 0.04)%로 나타났다.

CCD-RSM을 이용한 알팔파 추출물인 천연계면활성제가 포함된 O/W 유화액의 최적화

홍세흠,호우지아천,이승범,Seheum Hong,Jiachen Hou,Seung Bum Lee 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.2

In this study, natural surfactants were extracted from Medicago sativa L. The O/W emulsification processes with the extracted natural surfactants were optimized using central composite design model-response surface methodology (CCD-RSM) and a 95% confidence interval was used to confirm the reasonableness of the optimization. Herein, independent parameters were the ratio of saponins to total surfactant (P), amount of surfactant (W), and emulsification speed (R), whereas the reaction parameters were the emulsion stability index (ESI), mean droplet size (MDS), and viscosity (V). Using the multiple reaction, the optimal conditions for the ratio of saponins to total surfactant, amount of surfactant, and emulsification speed for O/W emulsification were 49.5%, 9.1 wt%, and 6559.5 rpm, respectively. Under these optimal conditions, the expected values of ESI, MDS, and V as the reaction parameters were 89.9%, 1058.4 nm, and 1522.5 cP, respectively. The values of ESI, MDS, and V from these expected values were 88.7%, 1026.4 nm, and 1486.5 cP, respectively, and the average experimental error for validating the accuracy was about 2.3 (± 0.4)%. Therefore, it was possible to design an optimization process for evaluating the O/W emulsion process with Medicago sativa L. using CCD-RSM.

Tween-Span계 비이온성 혼합계면활성제를 이용한 Coconut Oil 원료 유화액의 유화안정성 평가

홍세흠,주카이양,줘청량,이승범 한국공업화학회 2019 공업화학 Vol.30 No.4

본 연구에서는 coconut oil과 Tween-Span계 비이온성 혼합계면활성제를 사용하여 제조한 O/W (oil in water) 유화액의안정성에 영향을 끼치는 인자를 평가하였다. 이를 위해 비이온성 혼합계면활성제의 HLB value와 첨가량, 균질화 속도를 변수로 설정하여 제조한 O/W 유화액의 평균액적크기, 제타포텐셜, 유화안정도지수(ESI), 열적 불안정도지수(TII) 등으로부터 유화액의 안정성을 평가하였다. 제조한 O/W 유화액의 평균액적크기는 100~200 nm의 나노에멀젼으로서비이온성 혼합계면활성제의 첨가량 및 균질화 속도가 증가함에 따라 평균액적크기는 감소하였으며, 제타포텐셜은 증가하였다. 비이온성 혼합계면활성제의 HLB value가 6.0, 10.0, 8.0 순으로 우수하게 나타났으며, HLB value가 8.0에서제조한 유화액의 평균액적크기는 120 nm으로 가장 작고, 제타포텐셜은 40~60 mV로 가장 크게 나타났다. ESI 및 TII를통한 안정성 평가는 HLB value가 6.0, 10.0, 8.0 순으로 안정성이 증가하였으며, HLB value가 8.0에서의 ESI 및 TII는각각 80% 이상과 20% 이하로 가장 우수하게 나타났다.

닥나무 추출물이 함유된 Cosmeceuticals의 제조: 중심합성계획모델을 이용한 최적화

홍세흠,박보라,이승범 한국공업화학회 2018 공업화학 Vol.29 No.6

본 연구에서는 중심합성계획모델을 사용하여 닥나무 추출물을 함유한 cosmeceuticals 유화액의 안정성 조건을 설정하였다. 중심합성계획모델을 이용한 유화 최적화 조건으로 계량인자는 유화제와 유화안정제의 농도로, 반응치는 ESI와PDI로 설정하였으며 ESI의 목표값은 60% 이상, PDI의 목표값은 최소값으로 하였다. 유화 최적화 결과 유화제와 유화안정제의 농도는 각각 3.73, 3.07 wt%이었으며, 이때 예상 반응치 ESI는 60%, PDI는 0.585로 산출되었다. 유화제와유화안정제의 농도가 증가할수록 제조한 유화액의 안정성은 증가하는 경향을 보였으며, 두 가지의 계량인자 중 ESI에가장 큰 영향을 미치는 인자는 유화제였으며, PDI에 대한 두 인자의 영향은 유사하게 나타났다. 중심합성계획모델의실험조건으로 제조한 cosmeceuticals 유화액의 ESI는 적어도 약 45% 이상의 안정성을 보였으나 제조 후 4주 뒤에는모두 분리되었다. 유화제의 농도가 3.72 wt% 이상일 때 ESI의 값은 60% 이상으로 나타났으며, 유화안정제의 농도가증가할수록 층 분리 속도는 감소하였다.

연구논문 - 유기 / 정밀 : 알코올류가 Soybean lecithin 을 이용한 microemulsion 에 미치는 영향

홍세흠,조춘구 한국공업화학회 1996 한국공업화학회 연구논문 초록집 Vol.1994 No.1

천연 혼합유화제를 이용한 O/W 유화액의 제조 : 중심합성계획모델을 이용한 유화안정성 최적화

홍세흠 ( Seheum Hong ),천추이웨이 ( Cuiwei Chen ),이승범 ( Seung Bum Lee ) 한국공업화학회 2023 공업화학 Vol.34 No.3

In this study, the O/W emulsification processes with the natural surfactants that were extracted from Medicago sativa L. and Sapindus saponaria L. as emulsifiers were optimized using the central composite design-response surface methodology (CCD-RSM). Herein, independent parameters were the amounts of mixed emulsifiers, the mixing ratio of natural emulsifiers (soapberry saponin/alfalfa saponin), and the emulsification time, whereas the reaction parameters were the emulsion stability index (ESI), mean droplet size (MDS), and antioxidant activity (DPPH radical scanvenging activity). Through basic experiments, the ranges of operation variables for the amount of mixed emulsifiers, the mixing ratio of natural emulsifiers, and the emulsification time were 12~14 wt%, 30~70%, and 20~30 min, respectively. The optimum operation variables deduced from CCD-RSM for the amount of mixed emulsifiers, the mixing ratio of natural emulsifiers, and the emulsification time were 13.2 wt%, 44.2%, and 25.8 min, respectively. Under these optimal conditions, the expected values of the ESI, MDS, and antioxidant activity were 88.7%, 815.5 nm, and 38.7%, respectively. And, the measured values of the ESI, MDS, and antioxidant activity were 90.6%, 830.2 nm, and 39.6%, respectively, and the average experimental error for validating the accuracy was about 2.1%. Therefore, it was possible to design an optimization process for evaluating the O/W emulsion process using CCD-RSM.

당류계 계면활성제로 제조된 o/w 에멀젼의 구조

홍세흠 ( Se Heum Hong ),한창규 ( Chang Giu Han ),조춘구 ( Choon Koo Zhoh ) 대한화장품학회 2000 대한화장품학회지 Vol.26 No.1

당류계 계면활성제인 sucrose distearate(SllO), sucrose monostearate(S160), POE(20) methyl glucose stearate(SSE20)과 오일성분인 알칸 계열의 탄화수소 hexane(C6), decane(Cio), tetradecane(Ci4), octadecane(Cis)과 squalane(SQ), liquid paraffin(LP), octylpalminate(OP), octylstearate(OS), alkylbenzoate(AB), isostearylbenzoate(ISB)를 사용하여 에멀젼을 제조 하였으며 에멀젼 입자의 구조 형태는 광산란법을 이용하여 fractal 차원으로 나타내었다. 에멀젼 입자의 fractal 차원은 오일의 농도 및 탄소수와 오일의 비극성이 증가함에 따라 크게 나타났다. fractal 차원은 대부분 1.7~2.8으로 입자의 구조 형태는 fractal 구조를 이루고 있으나, S110계와 S160계의 C18) SQ, 내의 fractal 차원은 3.0-3.2으로 내부 구조가 비교적 조밀한 회합체 구조를 형성하였다. S160계와 S110계의 fractal 차원은 2.1-2.6으로 서로 비슷한 fractal 구조를 형성하며, SSE20의 fractal 차원는 1.5-2.1으로 S160계 및 S110계 보다 덜 조밀한 회합체 구조를 이루는 것으로 나타났다. 입자의 구조 형태는 오일과 계면활성제의 종류에 영향을 받으며 계면활성제의 친수부가 동일하면 비슷한 구조를 형성하였으며 S160의 친수부 구조인 sucrose보다 SSE20의 polyoxye仕iylene group에 의한 장애효과가 더욱 크게 나타났다. The o/w emulsions were prepared with saccharide surfactants which were sucrose monostearate(S 160), sucrose distearate(S110), and POE(20) methyl glucose stearate(SSE20). And for emulsion the oils used were n-hydocarbon, squalane(SQ), liquid paraffin(LP), octylpa!mitate(OP), octylstearate(OS), alkyl benzoate(AB)5 isostearyl benzoate(ISB). The structures of o/w emulsion droplet were investigated by laser light scattering and the fractal dimensions were calculated from light intensity curves. Increasing of concentration, chain length, and nonpolarity of oils, fractal dimensions of emulsion droplets were found greater. In general fractal dimensions were varied from 1.7 to 2.8 and its structures were fractal. But the fractal dimensions of octadecane(Cis), SQ, and LP emulsified with SI 10 and SI60 were varied from 3.0 to 3.2 and its structures were more dense. The overall fractal dimensions of S110 and S】60 were varied from 2.1 to 2.6,that of SSE20 were varied from 1.5 to 2,1. So it was found that the structures of SSE20 system were less compact than that of SI 10 and SI60 system, because the hindrance effect of polyoxyehtylene group of SSE20 was stronger than that of sucrose of SI60. The strucures of emulsion droplets changed according to the nature of emulsifiers and to compositions of oil substances which they contained, and the structures were found similar when the hydophilic moiety of emulsifiers was same.

중심합성계획모델을 이용한 폐식용유 원료 바이오디젤 제조공정의 최적화

홍세흠 ( Seheum Hong ),이원재 ( Won Jae Lee ),이승범 ( Seung Bum Lee ) 한국공업화학회 2017 공업화학 Vol.28 No.5

본 연구에서는 폐식용유를 이용한 바이오디젤 제조공정에 반응표면분석법 중 중심합성계획모델을 이용하여 최적화 과정을 수행하였다. 공정변수로는 폐식용유의 산가, 반응시간, 반응온도, 메탄올/유지 몰비, 촉매량 등을 선택하였고, 반응치로는 FAME 함량(96.5% 이상) 및 동점도(1.9~5.5 cSt)를 설정하였다. 기초실험을 통해 계량인자범위를 반응시간(45~60 min), 반응온도(50~60 ℃), 메탄올/유지 몰비(8~12)로 정하고, 중심합성계획모델을 이용한 최적화 결과 바이오디젤의 제조공정의 최적조건은 반응시간 55.2 min, 반응온도 57.5 ℃, 메탄올/유지 몰비 10으로 나타났다. 이 조건에서 바이오디젤의 예측 FAME 함량은 97.5%, 동점도는 2.40 cSt이었으며, 실제 실험을 통해 확인한 결과 FAME 함량(97.7%), 동점도(2.41 cSt)로 측정되어 오차율은 각각 0.23, 0.29%로 나타났다. 따라서 폐식용유 원료 바이오디젤 제조공정 최적화 과정에 반응표면분석법 중 중심합성계획모델을 적용할 경우 매우 낮은 오차율을 얻을 수 있었다. In this study, the optimization process was carried out by using the central composite model of the response surface methodology in waste cooking oil based biodiesel production process. The acid value, reaction time, reaction temperature, methanol/ oil molar ratio, and catalyst amount were selected process variables. The response was evaluated by measuring the FAME content (more than 96.5%) and kinematic viscosity (1.9~5.5 cSt). Through basic experiments, the range of optimum operation variables for the central composite model, such as reaction time, reaction temperature and methanol/oil molar ratio, were set as between 45 and 60 min, between 50 and 60 ℃, and between 8 and 12, respectively. The optimum operation variables, such as biodiesel production reaction time, temperature, and methanol/oil molar ratio deduced from the central composite model were 55.2 min, 57.5 ℃, and 10, respectively. With those conditions the results deduced from modeling were as followings: the predicted FAME content of the biodiesel and the kinematic viscosity of 97.5% and 2.40 cSt, respectively. We obtained experimental results with deduced operating variables mentioned above as followings: the FAME content and kinematic viscosity of 97.7% and 2.41 cSt, respectively. Error rates for the FAME content and kinematic viscosity were 0.23 and 0.29%, respectively. Therefore, the low error rate could be obtained when the central composite model among surface reaction methods was applied to the optimized production process of waste cooking oil raw material biodiesel.

CCD-RSM을 이용한 시벅턴 오일의 탈색공정 최적화 및 자외선 흡수능력 평가

홍세흠 ( Seheum Hong ),정윈페이 ( Yunfei Zheng ),이승범 ( Seung Bum Lee ) 한국공업화학회 2021 공업화학 Vol.32 No.1

본 연구에서는 천연 오일인 시벅턴 오일의 천연 자외선 흡수제로의 사용 가능성을 알아보기 위하여 시벅턴 원유에 대한 흡착 탈색공정을 수행하고, 이를 CCD-RSM (central composite design model-response surface methodology)을 이용하여 최적화하였다. CCD-RSM의 반응치로는 탈색과정의 탈색효과, 탈색 후 정제유의 산가 및 290 nm에서의 자외선흡광도로 설정하였으며, 독립변수로는 탈색제의 첨가량, 탈색온도, 탈색시간으로 설정하였다. CCD-RSM에 의한 통계학적 최적화 결과와 수학적 최적화 결과를 비교한 결과 3가지 반응치를 동시에 만족하는 최적조건으로 탈색제의 첨가량(4.32 wt.%), 탈색온도(134.9 ℃) 및 탈색시간(19.8 min)으로 나타났다. 이 최적 조건하에서 예측된 반응치 중 탈색과정의 탈색효과는 94.78%, 탈색 후 정제유의 산가는 2.08 mg/g KOH, 그리고 290 nm에서의 자외선 흡광도는 2.91로 나타났으며, 오차율은 2% 이하로 낮게 나타났다. 따라서 CCD-RSM을 시벅턴 원유의 흡착 탈색공정에 적용할 경우 매우 높은 수준의 만족하는 결과를 얻을 수 있음을 확인하였으며 천연 식물성 오일인 시벅턴 오일을 천연 자외선 흡수제로서 사용 가능함을 확인하였다. In this study, the adsorption decolorization process of sea buckthorn oil was carried out to verify the possibility of the sea buckthorn oil as a natural UV absorber. The optimization was carried out by using the central composite design model-response surface methodology (CCD-RSM). The response values of CCD-RSM were selected as the decolorization effect through the process, acid value after decolorization, and UV absorbance of the decolored oil at 290nm. The amount of adsorbent, temperature and time were selected as the process variables for the experiments. According to the results of CCD-RSM, the results of optimization were all consistent. The optimal conditions, which satisfy CCD-RSM statically and mathematically, were 4.32 wt.%, 134.90 ℃, and 19.8 min for the amount of adsorbent, temperature and time, respectively. The estimated response values expected under these optimal conditions values were 94.78%, 2.08 mg/g KOH, and 2.91 for the decolorization effect, acid value and UV absorbance at 290 nm, respectively. Also the average error from actual experiment for verifying the conclusions was smaller than 2%. Therefore, it was confirmed that the application of CCD-RSM to the adsorption decolorization process of sea buckthorn oil showed a very high level of acceptable results and that the sea buckthorn oil has high possibility to be used as a natural UV absorber.

연구발표논문초록 ( 에너지 , 환경 (5) ) : C . W . M ( Coal - Water Mixture ) 의 유동 특성에 관한 연구

홍세흠 (학),조춘구 (학),윤홍식 (정) ( Seh Heum Hong,Choon Koo Cho,Hong Sik Yoon ) 한국화학공학회 1987 추계학술발표회 Vol.- No.-