KR100350427B1 - 공역 리놀레인산 유도체 및 그의 합성방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고기능성 물질인 공역 리놀레인산(conjugated linoleic acid, CLA)의 유도체 및 그의 합성 방법에 관한 것으로, 본 발명에 따른 CLA의 트리글리세리드 유도체, 아스코르브산 유도체, D-글루코스 유도체, 시클로덱스트린 미세캡슐, 인지질 유도체 및 CLA 함유 동, 식물성 유지들은 CLA 자체의 기능성에 부가된 관능기의 기능성이 결합되어 더욱 기능성이 높은 물질을 제공할 수 있을 뿐 아니라, CLA 말단의 카르복실기에서 오는 독성을 줄이게 되므로, 식품 첨가제로서의 CLA의 효용성을 높일 수 있다.

Description

공역 리놀레인산 유도체 및 그의 합성방법{DERIVATIVES OF CONJUGATED LINOLEIC ACID AND METHOD FOR SYNTHESIZING THEREOF}

본 발명은 공역 리놀레인산(conjugated linoleic acid, CLA) 유도체 및 이의 합성 방법에 관한 것이다.

반추위를 갖는 동물에서 유래되는 공역 리놀레인산은 천연의 다기능성 지방산으로서 항암성, 면역증강성, 항산화성, 항콜레스테롤성, 항곰팡이성, 동물 체지방 감소 효과 및 동물 생장 촉진 등의 효용성을 갖는다.

공역 리놀레인산은 유리지방산이기 때문에 동, 식물성 유지에 첨가할 경우 이들 유지의 품질저하가 우려되는데, 이러한 문제는 공역 리놀레인산의 중성지방 유도체를 합성하여 식품에 첨가함으로써 해결할 수 있다. 공역 리놀레인산의 중성지방 유도체는 유리 공역 리놀레인산 보다 체내 흡수율이 좋으며, 카르복실기가 제거되기 때문에 카르복실기에서 나타나는 독성을 없앨 수 있다는 추가적인 효과도 있다.

또한, 공역 리놀레인산은 지용성이므로 수용성 식품에 첨가하는 방법이라든가 첨가할 수 있는 양에는 한계가 있다. 이 문제를 극복하기 위해서는 공역 리놀레인산의 당지질 유도체, 인지질 유도체를 합성하여 식품에 첨가하는 방법을 생각할 수 있다. 이와 같이 합성된 공역 리놀레인산 유도체는 기능성 물질인 아스코르브산, 글루코스, 인지질 등과 결합되어 있기 때문에 공역 리놀레인산 보다 기능성이 높아지는 효과도 있다.

이상과 같은 점을 고려하여 본 발명의 목적은, 공역 리놀레인산의 중성지방 유도체 및 이의 합성방법을 제공함으로써 공역 리놀레인산을 보다 효과적으로 유지에 첨가할 수 있도록 하는 것이다.

본 발명의 다른 목적은 공역 리놀레인산의 인지질 유도체 및 당지질 유도체, 그리고 이들의 합성방법을 제공함으로써 공역 리놀레인산을 식품에 용이하게 첨가할 수 있게 하는 동시에 그 기능성을 더욱 높이고자 하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명에서는, 공역 리놀레인산의 트리글리세리드 유도체, 아스코르브산 유도체, 글루코스 유도체, 사이클로덱스트린 미세캡슐, 인지질 유도체 및 공역 리놀레인산을 함유하는 동, 식물성 유지와 그 합성방법을 제공한다.

공역 리놀레인산(이하 CLA라 함)은 아래 반응식 1에서 보듯이 리놀레인산으로부터 알카리 이성화법(alkaline isormerization)에 의해 합성될 수 있으며, c9,t11-CLA와 t10,c12-CLA의 두 종류가 얻어진다.

또한, 본 발명에서는 CLA의 기능성을 높이기 위하여 CLA의 말단 카르복실기에 여러 관능기를 부착하는 방법에 의해 얻어지는 CLA 유도체 및 이러한 CLA 유도체를 합성하는 방법을 제공한다.

CLA의 중성지질 유도체를 합성하는 방법으로는, CLA가 부가된 트리글리세리드를 합성하는 방법과 기존의 면실유, 옥수수유, 대두유, 참깨유, 들깨유, 어유, 우유지방, 라드 등의 중성지질에 포함된 일부 지방산을 CLA로 치환함으로써 이들 중성지질에 CLA를 포함시키는 방법이 있다.

본 발명에서는 먼저 글리세롤의 히드록실기가 CLA 말단의 카르복실기와 에스테르 결합된 공역 리놀레인산의 트리글리세리드 유도체(이하 CLA-TG라 칭함)를 합성하는 방법을 제공한다. 이와 같은 CLA-TG의 합성방법에는 화학적 방법과 효소적 방법, 생물학적 방법이 있다.

화학적 방법에 의해 CLA-TG를 합성하는 방법은 다음과 같다.

먼저 CLA 2.8 중량부를 둥근 바닥 플라스크 등의 반응기에 투입하여 건조시킨 다음, 건조된 벤젠 35.2 중량부를 첨가하고 N₂하에서 교반하여 CLA를 용해시킨다. 이 반응기의 온도를 0 ℃로 낮춘 후 건조된 피리딘(pyridine) 1.3 중량부와 염화옥살일(oxalyl chloride) 1.8 중량부를 첨가하고 2∼4 시간 동안 교반시켜 CLA 말단 카르복실기의 수소가 염소로 치환된 공역 리놀레인산 클로라이드(이하 CLA-Cl이라 함)을 합성한다. 이때 합성된 CLA-Cl의 rf치는 헥산:에틸아세테이트(5:1) 시스템에서 0.8 정도이다. 이러한 CLA-Cl은 이미 공지된 물질로 다른 방법에 의해 합성된 CLA-Cl을 사용할 수도 있다.

다음 단계에서는, CLA-Cl 3 중량부에 건조 글리세롤 0.2∼0.5 중량부와 피리딘 0.5∼1.5 중량부를 첨가하고 상온에서 8∼15 시간 반응시킨 다음 포화 탄산나트륨을 첨가하여 반응을 정지시킨다. 에스테르화된 화합물들을 에테르로 추출하고 용매를 제거하여 농축한 후, 실리카겔 칼럼(헥산:에틸아세테이트=24:1 부피비)을 이용하거나 약 20 mmHg의 압력에서 CLA-TG를 공역 리놀레인산의 모노글리세리드(CLA-MG) 및 공역 리놀레인산의 디글리세리드(CLA-DG)로부터 분리할 수 있다.

생성된 물질은 글리세롤의 히드록실기가 CLA의 카르복실기와 에스테르 결합하여 글리세롤에 CLA가 부가된 것으로, 글리세롤에 존재하는 히드록실기가 모두 CLA와 반응한 경우 CLA-TG가 생성되며, 그 중 일부만이 반응한 경우 CLA-DG 또는 CLA-MG가 생성된다. 생성물 중 CLA-TG를 분리하여 CLA-TG를 얻는다.

효소적 방법을 사용하여 CLA-TG를 합성하는 방법은 다음과 같다.

삼각 플라스크 등의 반응기에 글리세롤 3 중량부 및 CLA 1 중량부, 그리고글리세롤양의 1∼10 중량%의 혼합용매(증류수:이소옥탄을 1:1 부피비로 혼합)와 글리세롤 양의 5∼30 중량%의 리포자임(lipozyme)을 첨가하여 질소분위기 중에서 50 ℃, 250 rpm의 조건으로 1∼10 시간 반응시킨다. 다음에 아세톤과 에탄올을 1:1 부피비로 섞은 용매 7.9 중량부를 첨가하여 반응을 중지시킨 다음, 용매를 제거하고 농축 후 실리카겔 칼럼(헥산:에틸아세테이트=24:1)을 이용하여 공역 리놀레인산, 공역 리놀레인산의 모노글리세리드, 공역 리놀레인산의 디글리세리드로부터 CLA-TG를 분리할 수 있다.

생물학적 방법에 의해 CLA-TG를 생산하는 방법은 다음과 같다.

공역 리놀레인산 또는 공역 리놀레인산 메틸에스테르(이하 CLA-Me라 함)를 잉어사료에 0.1∼10 중량% 첨가하여 잉어를 1∼10 주간 양식한다. 양식된 잉어에서 근육을 채취하여 클로로포름과 메탄올의 혼합용매(2:1의 부피비로 혼합)로 지질을 분리한 후, 이 지질 성분을 5∼8 배의 아세톤에 녹여 상등액과 침전액을 분리한다. 이중 상등액에는 CLA 함유 중성지질이 포함되어 있으며, 침전액에는 CLA 함유 인지질이 포함되어 있다. 상등액을 농축한 다음 규산과 셀라이트(celite)의 혼합 용매 (1:1의 중량비로 혼합)를 사용하여 중성지질을 순수 분리할 수 있다. 분리된 중성지질에서 실리카겔 칼럼 기타의 방법으로 CLA-TG를 분리할 수 있다.

이 방법으로 분리하는 CLA-TG의 순도는 96 %, 중성지질 중 CLA의 함량은 5∼30 %가 된다.

또한, 본 발명에 따라 기존의 면실유, 옥수수유, 대두유, 참깨유, 들깨유, 어유, 우유지방, 라드 등의 중성지질에 포함된 일부 지방산을 CLA로 치환하여 이들중성지질에 CLA를 포함시킴으로써, CLA의 기능성을 높이고 CLA의 체내 흡수율을 높일 수 있다. 이와 같이, CLA를 함유하는 동, 식물성 유지를 합성하는 방법으로는 주로 전환 에스테르화 방법이 사용되는데, 화학적 방법과 효소적 방법이 있다.

화학적 방법에 의해 CLA 함유 동, 식물성 유지를 합성하는 방법은 다음과 같다.

첫 번째 단계로, 공역 리놀레인산 메틸에스테르(이하 CLA-Me)를 합성한다. 즉, 0.05 N 농도로 염산이 용해된 메탄올 300 ㎖와 CLA 5 g을 반응기에 투입하여 30 초간 혼합하고, 이 반응기에 환류냉각기를 연결하여 끓는 수조에서 120 분간 환류한 다음 실온으로 냉각한다. 여기에 증류수 50 ㎖와 헥산 30 ㎖를 가하여 CLA-Me를 헥산층으로 추출한 다음 헥산층을 분리한다. 분리한 헥산층을 증류수 20 ㎖로 수회 세척하고 무수 황산나트륨 등으로 건조시킨 후 여과하여 헥산층을 회수하고, 이를 농축하여 CLA-Me를 합성할 수 있다. 이러한 CLA-Me은 이미 공지된 물질로 다른 방법에 의해 합성된 CLA-Me을 사용할 수도 있다.

이어서, CLA-Me에 면실유, 대두유, 옥수수유 등의 식물성 유지나 라드, 우유지방 등의 동물성 유지를 2:1∼6:1의 중량비로 첨가한다. 감압(20 mmHg), 90 ℃ 조건에서 소듐메톡사이드를 유지 몰수의 1∼2 배수 몰(유지 1 몰은 840으로 계산함)로 첨가하여 1∼10 시간 동안 반응시킨다. 이어서, 반응물을 물로 세척하고 무수 황산나트륨 등으로 물을 제거한 다음 농축하고, 이어서 실리카겔 칼럼(헥산:에틸아세테이트 =24:1)을 이용하여 CLA 함유 동, 식물성 유지를 분리한다.

이러한 방법으로 합성된 CLA 함유 동, 식물성 유지 중의 CLA의 함량을 GC로측정한 결과, 그 양은 약 10∼70 %로 지질의 종류에 따라 상이하게 된다.

효소적 방법에 의해 CLA 함유 동, 식물성 유지를 합성하는 방법은 다음과 같다.

CLA-Me와 중성지질(동, 식물성 유지)을 1:1∼6:1 중량비로 혼합한 후, 리포자임을 지질 전체 중량의 10 중량%로 첨가한다. 여기에 이소옥탄, 헥산, 펜탄과 같은 유기용매를 전체 중량의 200 중량%로 첨가하여 40∼70 ℃에서 24 시간 동안 진탕 반응시킨다. 이어서, 반응물에 헥산을 전체 중량의 10 배 정도 가하여 지질을 용해한 다음 여과하고, 여액을 농축한 후 실리카겔 칼럼(헥산:에틸아세테이트=24:1 부피비)이나 진공법을 이용하여 CLA 함유 중성지질을 분리할 수 있다.

이 방법에 의해 합성된 CLA 함유 동, 식물성 유지 중의 CLA의 함량은 10∼70 % 정도로 된다. CLA의 함량은 GC로 측정할 수 있다.

본 발명의 다른 양상에 따라 CLA의 당지질 유도체와 그의 합성 방법을 제공한다. CLA의 당지질 유도체에는 CLA의 아스코르브산 유도체(이하 CLA-Asc라 함), CLA의 D-글루코스 유도체(이하 CLA-Glc라 함), CLA의 시클로덱스트린 미세캡슐(이하 CLA-CD라 함)이 있다. 본 발명에 따른 CLA의 당지질 유도체는 CLA 자체의 기능성과 더불어 부가되는 물질의 기능성이 더해져서 높은 기능성을 갖는 물질이다.

이하, 본 발명에 따른 CLA의 당지질 유도체의 합성 방법을 살펴본다.

CLA-Asc는 다음 화학식 1의 구조를 갖는 아스코르브 산의 히드록실기에 CLA가 에스테르 결합된 물질로서 그 합성 방법은 다음과 같다. 이때 CLA는 아스코르브 산에 존재하는 모든 히드록실기의 위치에 부가될 수 있다.

먼저, CLA-TG의 화학적 합성에 사용된 것과 같은 방법으로 CLA-Cl을 먼저 합성한다. CLA-Cl은 이미 공지된 물질이므로 다른 방법에 의해 합성된 CLA-Cl도 사용될 수 있다.

다음에, L-아스코르브산 2 중량부를 아세톤 31.5 중량부에 녹이고, 여기에 CLA-Cl 1∼3 중량부와 피리딘 1.6 중량부를 첨가한 후 25 ℃에서 2∼3 시간 동안 교반한다. 이어서, 반응물에 메탄올 39 중량부를 첨가하여 10∼20 분 교반한 후 용매를 증발시키고 남은 잔사를 에테르로 추출한다. 에테르층을 물로 세척한 후 무수 황산나트륨으로 수분을 제거하고 진공으로 에테르를 제거하여 CLA-Asc를 얻는다. 합성된 CLA-Asc는 위치이성체의 혼합물이다.

본 발명에 따른 CLA-Glc는 CLA 말단의 카르복실기에 다음 화학식 2와 같은 구조를 갖는 알데히드형 D-글루코스가 에스테르 결합된 것이다. D-글루코스에 존재하는 각각의 히드록실기 중 표시된 1, 2, 3의 어느 곳에나 CLA가 결합될 수 있으나 주로 3의 위치에 결합된다.

본 발명에 따라 제공되는 CLA-Glc의 합성 방법은 다음과 같다.

1,2-이소프로필리딘-D-글루코피라노스(1,2-isopropylidine-D-glucofuranos) 220 중량부와 건조된 피리딘 20 중량부를 반응기에 첨가하여 1/2 부피가 되도록 농축한다. 여기에 CLA-C1 372 중량부를 첨가하여 상온에서 6 시간 반응시킨 후 포화탄산나트륨으로 반응을 정지시킨다. 이 혼합물을 에틸에테르와 클로로포름을 이용하여 추출하고 농축한 후, 피리딘을 공비 증류법(azeotropic distillation)으로 제거하고 남은 잔사를 헥산과 에틸아세테이트의 혼합용매(2:1 부피비)로 분리한다. 순수 분리한 1,2-이소프로필리딘-D-글루코피라노스 CLA(1,2-isopropylidine-D-glucofuranose-CLA) 240 중량부에 70 % 아세트산 10.7 중량부를 첨가하고 60∼80 ℃에서 60∼90 시간 교반하여 CLA-Glc를 합성할 수 있다.

또한, 본 발명에 따라 제공되는 CLA-CD는 CLA가 α-시클로덱스트린, β-시클로덱스트린 또는 γ-시클로덱스트린에 의해 미세캡슐화된 것으로 CLA의 산화를 억제하는데 탁월한 효과가 있다.

본 발명에 따른 CLA-CD의 합성 방법은 다음과 같다.

CLA 1.4 중량부를 에탄올 40 중량부에 녹이고 여기에 증류수 10∼40 중량부를 가한다. 여기에 α-시클로덱스트린 1∼4 중량부를 가하고 60∼80 ℃ 항온조에서 1∼10 분간 교반하여 반응시킨 후, 계속하여 교반하면서 0.5∼5 시간에 걸쳐 4∼20 ℃로 냉각시킨다. 이 반응물을 진공 냉동 건조, 또는 분무 건조하여 용매를 날려보내 CLA의 α-CD 미세 캡슐을 얻는다.

β-시클로덱스트린 및 γ-시클로덱스트린에 대해서도, CLA의 α-CD 미세캡슐 제조와 동일한 방법으로 하여, CLA의 β-CD 미세캡슐 및 γ-CD 미세캡슐을 합성할 수 있다.

본 발명에 따라 제공되는 CLA-Pl는 인지질에 결합된 지방산이 CLA로 치환된 것으로 다음 화학식 3과 같은 구조를 갖는다.

본 발명에 따라 제공되는 CLA-Pl는 화학적 방법과 효소적 방법, 그리고 생물학적 방법에 의해 제조될 수 있다.

먼저, CLA-Pl의 화학적 합성 방법은 다음과 같다.

레시틴 5 중량부에 CLA-Me 5 중량부를 가하여 20 mmHg, 실온 조건에서 1∼3 시간 동안 교반한 후, 온도를 60 ℃로 높여 소디움메톡사이드를 전체 중량의 0.2∼1 % 양으로 첨가하고 계속해서 2∼5 시간 동안 교반시킨다. 다음에, Na-CLA를 제거하기 위하여 수 회에 걸쳐 뜨거운 물로 세척, 원심분리한다. 원심분리 후 180 ℃, 20 mmHg 조건에서 30 분 가량 증기 증류하여 CLA-Pl를 얻는다.

다음에, CLA-Pl의 효소적 합성 방법은 다음과 같다.

레시틴 2 중량부에 CLA-Me 2 중량부를 가하여 상온, 20 mmHg 감압 조건하에서 1∼3 시간 가량 교반시킨다. 그 후 반응 온도를 60 ℃로 높여 리포자임을 전체 중량의 5∼30 % 양으로 첨가하여 3∼10 시간 동안 반응시킨다. 다음에, Na-CLA를 제거하기 위하여 수 회에 걸쳐 뜨거운 물로 세척, 원심분리한다. 원심분리 후 180 ℃, 20 mmHg 조건에서 30 분 가량 증기 증류하여 CLA-Pl를 얻는다.

이어서, CLA-Pl의 생물학적 합성 방법은 다음과 같다.

CLA 또는 CLA-Me를 0.1∼10 중량% 혼합한 잉어 사료를 급여하여 잉어를 1∼10 주간 양식한다. 양식한 잉어에서 근육 중의 총 지질을 클로로포름과 메탄올의 혼합용매(2:1 부피비)로 분리하고, 이 지질을 5∼8 배 부피의 아세톤에 녹여 CLA 함유 중성지질을 포함하는 상등액과 CLA 함유 인지질을 포함하는 침전액을 분리한다. 분리된 침전액에서 규산과 셀라이트 혼합용액(1:1 중량비)를 사용하여 인지질을 순수 분리하여 CLA-Pl를 얻을 수 있다.

이와 같이 얻어진 CLA의 인지질 유도체 중 CLA의 함량은 4∼28 %가 된다.

이상에서 살펴 본 바와 같이, 본 발명에 따라 제공되는 CLA의 트리글리세리드 유도체, 아스코르브산 유도체, 글루코스 유도체, 사이클로덱스트린 미세캡슐 및 인지질 유도체들은, CLA 자체의 기능성에 부가된 관능기의 기능성이 결합되어 더욱 기능성이 높은 물질을 제공할 수 있을 뿐 아니라, CLA 말단의 카르복실기에서 오는 독성을 줄이게 되므로, 식품 첨가제로서의 CLA의 효용성을 높일 수 있다. 더우기, CLA의 사이클로덱스트린 미세캡슐의 경우는 CLA를 미세캡슐화하여 CLA의 산화를 방지하는 데에도 탁월한 효과가 있다.

Claims (3)

1. 동, 식물성 유지에 결합된 지방산의 일부가 공역 리놀레인산(conjugated linoleic acid, CLA)으로 치환된 것을 특징으로 하는 공역 리놀레인산 함유 동, 식물성 유지.
2. 제 1 항의 공역 리놀레인산(conjugated linoleic acid, CLA) 함유 동, 식물성 유지를 합성하는 방법에 있어서,

   공역 리놀레인산 메틸에스테르(CLA-Me)에 동, 식물성 유지를 2:1 내지 6:1의 중량비로 첨가하여 감압, 90 ℃ 조건에서, 유지 1 몰을 840 g으로 볼 때 계산된 유지 몰수의 1∼2 배수 몰의 소듐메톡사이드를 첨가하여 1∼10 시간 동안 반응시키고;

   반응물을 물로 세척한 후 수분을 제거하고 실리카겔 칼럼을 이용하여 CLA 함유 동, 식물성 유지를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CLA 함유 동, 식물성 유지의 화학적 합성 방법.
3. 제 1 항의 공역 리놀레인산(conjugated linoleic acid, CLA) 함유 동, 식물성 유지를 합성하는 방법에 있어서,

   공역 리놀레인산 메틸에스테르(CLA-Me)와 동, 식물성 유지를 1:1 내지 6:1의 중량비로 혼합한 후, 리포자임을 지질 전체 중량의 10 중량%로 첨가하고 유기용매를 전체 중량의 200 중량%로 첨가하여 40∼70 ℃에서 24 시간 동안 진탕 반응시키고;

   반응물에 헥산을 첨가하여 반응물의 지질을 용해, 추출하고 CLA 함유 동, 식물성 유지를 분리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 CLA 함유 동, 식물성 유지의 효소적 합성 방법.