KR100900030B1 - 고순도 불포화 지방산의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고순도의 불포화지방산의 제조방법에 관한 것으로서, 본 발명은 포화지방산을 선택적으로 포접하여 제거하기 위한 요소의 활성을 증대시키기 위하여, 기존 인체에 유해한 유기용매를 사용하는 대신에, 고온 및 감압 조건하에서 진공 분무건조기를 이용하여 건조한 반응성이 극대화된 기활성화 요소를 사용한다. 이에, 유리지방산으로부터 포화지방산을 효과적으로 제거할 수 있어, 함량이 최대화된 고순도 불포화지방산을 제조할 수 있다. 특히, 공역리놀레산(conjugated linoleic acid)의 생리활성을 위해 공역화된 특정 이성체의 함량이 중요한데, 본 발명에 의해 제조되는 공역리놀레산은 생리활성을 나타내는 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 두 이성체의 함량을 최대화하고, 상기 두 이성체의 함량비를 일정하기 유지함으로써, 본 발명은 기능성 및 안전성을 극대화한 공역리놀레산을 제조 할 수 있다. 또한, 본 발명은 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 고순도 불포화지방산을 대량생산할 수 있다.

불포화 지방산, 리놀레산, 감마-리놀렌산, 공역리놀레산, 분무건조기

Description

고순도 불포화 지방산의 제조방법{Method for Preparing High-Purified Unsaturated Fatty Acids}

본 발명은 고순도 불포화 지방산의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 인체에 유해한 유기용매를 사용하지 않고 진공 분무건조기(vacuum spray dryer)로 건조 제조하여 반응성을 극대화한 기(旣)활성-요소만을 사용하고, 포화지방산을 효과적으로 제거하며, 생리활성성분의 함량을 최대한 증가시키고, 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 대량생산할 수 있는 고순도 불포화지방산의 제조방법에 관한 것이다.

공역리놀레산(conjugated linoleic acid, CLA)은 체지방 감소, 면역력 증대, 항암, 제2형 항당뇨, 콜레스테롤 저하, 항동맥경화 또는 혈액순환 증대 등의 우수한 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 현재 국내는 물론 전 세계적으로 다이어트 기능성식품으로 각광받고 있는 소재이다. 이러한 공역리놀레산은 여러 이성체가 존재하는데, 특히 시스-9, 트랜스-11 C18:2(c9,t11 C18:2) 공역리놀레산 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2(t10,c12 C18:2) 공역리놀레산이 공역리놀레산의 이성체 중 생체활성 효과가 가장 크다는 것이 밝혀졌다.

따라서 c9,t11 C18:2 공역리놀레산 및 t10,c12 C18:2 공역리놀레산의 함량이 공역리놀레산 조성물의 기능성에 절대적인 영향을 미치게 되므로, 상기 두 이성체의 함량을 높이는 것이 매우 바람직하다. 보다 바람직한 것은, c9,t11 C18:2 공역리놀레산 및 t10,c12 C18:2 공역리놀레산의 함량을 높이되, 두 이성체의 비가 50:50 정도로 거의 동일한 함량으로 함유되어 있어야만, 인체에 안전한 것으로 보고 되고 있다. 특히, t10,c12 C18:2 공역리놀레산의 함량이 상대적으로 높을 경우, 체지방 감소와 같은 기능성 효과는 보다 우수한 것으로 밝혀졌으나, 체내 중성지질 및 당수치 등이 정상 기준치보다 증가하는 부작용이 발생할 수도 있다는 임상결과가 최근 보고 되었다.

따라서 c9,t11 C18:2 공역리놀레산 및 t10,c12 C18:2 공역리놀레산의 함량을 최대한 높임과 동시에 두 이성체의 함량 비가 50:50에서 벗어나지 않는 범위, 바람직하게는 0.95-1.05의 비로 공존하는 공역리놀레산 조성물을 제공하는 것이 보다 바람직하다.

감마-리놀렌산(γ-linoleic acid)은 아토피성 피부염 또는 류마티스성 관절염 등과 같은 염증성 면역질환에 뛰어난 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 감마-리놀렌산은 프로스타글란딘과 15-하이드록시에이코사트리에노산(15-hydroxyeicosa trienoic acid)과 같은 인체 항염물질의 전구체이며, 특히 감마-리놀렌산의 순도가 60% 이상이 되어야 염증인자인 류코트리엔 B4(leukotrien B4, LTB4)를 효과적으로 억제하는 것으로 밝혀졌다.(Prostaglandins , Leukotrienes and Essential Fatty Acids ,65(4):205-210(2001))

기존 공역리놀레산 조성물과 감마-리놀렌산 조성물인 보라지유, 달맞이종자유, 블랙커런트유의 경우, 팔미트산 및 스테아르산 등의 포화지방산이 다량 존재하는데, 건강을 위해 제공되는 공역리놀레산 및 감마-리놀렌산 조성물 중에 동맥경화 또는 혈전생성 등의 부작용을 일으킬 수 있는 포화지방산을 가급적 최소화시키는 것이 보다 바람직하다.

고순도 공역리놀레산 제조방법과 관련하여 미국특허 제 6,762,313호 및 미국특허 제7,067,684호는 분자량이 작은 포화지방산을 분자증류를 통하여 공역리놀레산의 함량을 높이는 방법을 개시하고 있으나, 상기 방법은 공역리놀레산과 분자량 차이가 큰 포화지방산만 제거 가능하다는 문제점이 있다.

식물성 유지에 함유된 대표 지방산	분자량
팔미트산(palmitic acid)(16:0) 스테아르산(stearic acid)(18:0) 올레산(oleic acid)(18:1) 리놀레산(linoleic acid)(18:2)	256.42 284.48 282.46 280.44

즉, 분자증류법만을 통해서는 상기 표 1에 열거한 지방산 중 식물성 유지에 함유되어 있는 포화지방산인 팔미트산(palmitic acid, 16:0)만 유의성 있게 제거가 가능하며, 스테아르산(stearic acid)은 거의 제거하지 못한다. 예컨대, 공역리놀레산의 제조 원료로 일반적으로 사용되는 홍화유(safflower oil)의 경우, 팔미트산(palmitic acid)이 대략 5-7% 가량 함유되어 있으며, 스테아르산은 1-3% 가량 함유되어 있다.

미국특허 제6,762,313호에, 공역리놀레산의 원료로 사용하기 위하여 홍화유 지방산을 분자 증류하여 포화지방산을 제거한 예가 표 1에 개시되어 있다. 팔미트산(palmitic acid, 16:0)은 6.01%에서 0.99%로 큰 폭으로 감소된 반면, 스테아르산(stearic acid, 18:0)은 2.80%에서 3.10%로 오히려 증가하였음을 확인할 수 있다. 또한, 미국특허 제7,067,684호에 분자증류를 통해 포화지방산을 제거한 후, 합성한 공역리놀레산 중 포화지방산 함량이 표 3c에 개시되어진 바에 의하면, 팔미트산(palmitic acid, 16:0)은 1.3%으로 감소한 반면, 스테아르산(stearic acid, 18:0)은 2.7%로 제거되지 않고 남아있다.

따라서 기존의 분자증류법은 팔미트산(palmitic acid)을 효과적으로 제거 할 수 있지만, 스테아르산(stearic acid)은 거의 제거하지 못하는 단점이 있다. 공역리놀레산 함량 역시 팔미트산이 제거되는 함량인 3∼5% 정도의 함량 상승만 가능하다.

상기 방법의 또 다른 단점은 유지 지방산을 메틸에스테르 또는 에틸에스테르로 전환한 후, 분자증류 공정을 수행하여야 한다는 것이다. 메틸에스테르 또는 에틸에스테르화 공정에는 메탄올 또는 에탄올 등의 유기용매가 필수적으로 사용되어져야 하며, 촉매 또한 소듐에톡사이드(sodium ethoxide), 포타슘에톡사이드(potassium ethoxide), 소듐메톡사이드(sodium methoxide) 또는 포타슘메톡사이드(potassium methoxide) 등과 같은 식품첨가물로 사용할 수 없는 촉매를 사용하여야 하므로, 상기 제조방법에 따라 제조된 공역리놀레산 조성물의 인체 안전성에 문제가 있을 수 있으며, 기능성 식품에 적용되는 공역리놀레산 조성물로서 바람직하지 못하다.

또한, 대한민국 특허 제10-0539357호는 에탄올-수용액 요소 부가법 및 대한민국 출원 제10-2000-0008927호는 메탄올-요소 부가법에 의한 고함량 공역리놀레산의 제조방법을 개시하고 있다.

대한민국 특허 제10-0539357호에 개시된 에탄올-수용액 요소 부가법(2차 핵 생성 메커니즘)은 공역리놀레산을 합성한 이후, 공역리놀레산을 정제하기 위하여 에탄올-수용액에 요소(urea)를 부가하여 공역리놀레산과의 포접화합물을 생성시켜 분리 정제하는 방법이다. 상기 방법의 단점은 최종 생산품인 공역리놀레산의 이성체 중, c9,t11 공역리놀레산과 t10,c12 공역리놀레산의 함량비가 50:50으로 제조되기 어렵다는 점이다. 즉, c9,t11 공역리놀레산과 t10,c12 공역리놀레산이 요소포접화합물을 형성하는 반응도가 다르기 때문에, 특히 t10,c12 공역리놀레산의 함량이 많이 감소되는 결과를 가져온다.

대한민국 특허 제10-0539357호는, 공역리놀레산 제조 결과에 대한 c9,t11 공역리놀레산 및 t10,c12 공역리놀레산 등 각각의 이성체에 대한 명확한 함량을 제시하고 있지 않고, 수율이 93.0%라는 결과만 밝히고 있다. 상기 특허 방법에 따라 실제로 공역리놀레산을 제조 시, 각각의 이성체 함량은 다음과 같으며, GC(가스크로마토그래피) 그래프를 도 3에 나타내었다.

공역 리놀레산(CLA) 이성체 함량	%
c9,t11 공역리놀레산(CLA)	38.49
t10,c12 공역리놀레산(CLA)	32.32

즉, 상기 특허 방법에 따라 공역리놀레산 제조 시 c9,t11 공역리놀레산과 t10,c12 공역리놀레산의 함량비가 대략 1.2:1 정도로 불균형을 이룸을 알 수 있다. 이는 공역리놀레산의 이성체 중 t10,c12 공역리놀레산 보다 c9,t11 공역리놀레산이 요소에 보다 수월하게 포접 되기 때문이다. 상기 특허에서 밝힌 수율 93.0% 이외 나머지 손실 부분인 7.0%의 공역리놀레산 조성물 중에는 t10,c12 공역리놀레산이 상당량 잔존하는 문제가 발생한다.

공역리놀레산에 대한 임상과 관련한 많은 학술논문에 의하면, 공역리놀레산은 c9,t11 공역리놀레산과 t10,c12 공역리놀레산의 함량비가 50:50 일 때가 기능성과 인체 안전성 면에서 가장 바람직한 것으로 보고 되고 있다.

따라서 상기 특허 방법에 의해 공역리놀레산 제조 시, 공역리놀레산 이성체의 함량 불균형이 생김에 따라 바람직한 고함량의 공역리놀레산을 제조하기 어렵다는 단점이 발생한다.

한편, 두 단계에 걸친 공역리놀레산-요소포접화합물 공정을 수행해야 하고 요소포접화합물을 장시간 건조시켜야 하는 공정을 수행해야 하므로, 공정시간이 매우 길어진다는 단점이 있으며, 공역리놀레산 1 kg에 에탄올수용액을 공역리놀레산의 9배가 되는 양을 첨가해야한다는 것은 수십 톤의 제품을 대량생산해야 한다는 점에서 생산성 차원의 막대한 문제점을 야기한다. 한편, 상기 제조방법 역시 요소부가법을 적용하고자 에탄올이라는 유기용매를 사용하고 있음을 알 수 있다.

또한, 상기 대한민국 출원 제10-2000-0008927호에 개시된 메탄올-요소 부가법은 메탄올 : 요소 : 리놀레산을 고농도로 함유한 식물유(홍화유 또는 해바라기유 등)의 원료를 3-4 : 1.5-2.0 : 1 비율로 혼합시킨 혼합물을 60-70℃로 승온시켜 완전용해 시킨 후, 냉각하여 최종온도를 20∼30℃로 조절하고, 수득된 혼합물을 여과하여 액상분을 회수하고 메탄올을 증발시킨 후, 이때 수득된 결정체에서 요소와 헥산을 제거하여 제조된 순도 99% 이상 리놀레산을 고온 염 형성 이성질화방법(AOAC 방법에 준함)에 의하여 공역리놀레산을 제조하는 방법을 제공한다.

상기 제조방법은 요소부가법을 적용하기 위해 인체에 매우 유해한 메탄올이라는 유기용매를 사용하고 있으며, 메탄올을 제거한 후, 공역리놀레산을 합성해야 하는 공정상의 번거로움을 야기 하므로, 안전성 면에서 기능성 식품에 적용되는 공역리놀레산 조성물 제조방법으로 바람직하지 못하며, 생산성 면에서도 매우 비효율적이다.

또한, 대한민국특허 제10-0256827호는 고순도 불포화지방산을 요소부가법으로 제조하는 또 다른 방법으로 헥산-요소-올레산을 함유한 어유 계에서 불포화지방산을 분리 정제하는 방법을 개시하고 있다. 상기 제조방법은 올레산의 상전이 현상을 이용하여, 활성화되지 않은 일반 요소의 활성도를 증대시키는 방법을 제공한다. 즉, 올레산을 고체요소에 포접 시킨 이후, 4℃ 이하의 저온으로 냉각시켰을 때, 올레산이 상전이 현상을 일으켜 고체요소 표면에 균열(crack) 현상을 발생시키고, 고체요소의 활성도를 높여 불포화지방산을 분리 정제하는 방법이다. 이 방법의 최대 단점은 바로 반응계(系)를 4℃ 이하로 냉각시켜야 한다는 점이다. 즉, 저온으로 냉각시키기 위해서 헥산과 같은 유기용매를 필수적으로 사용하여야 하며, 그 이유는 어유나 식물유 등에는 포화지방산이 상당량 존재하고 있으므로, 유기용매를 사용하지 않은 채 4℃이하로 냉각시켰을 때, 반응계(系) 전체가 굳어버리므로, 유기용매를 사용하지 않고 이 방법을 수행한다는 것은 거의 불가능하기 때문이다.

또한, 상기 방법은 고체 요소 표면에 균열 현상이 생김에 따라, 분리하고자 하는 불포화지방산인 감마-리놀렌산, DHA 및 EPA 역시 고체요소에 포접하게 되므로, 생산과정에 따른 수율 감소에 막대한 문제점을 초래하고, 대량생산 시 거대한 반응계를 4℃ 이하까지 냉각시켜야 하므로, 설비비용 및 공정시간에 막대한 영향을 미친다. 상기 방법에 의한 대량생산 시, 야기되는 또 다른 문제점은 상기 방법으로 단 한번의 공정으로 불포화지방산의 순도를 목표 순도까지 도달하기 어렵다는 것이며, 반복 공정을 수행할 경우 올레산을 계속적으로 추가 투입해야한다는 단점이 있다.

따라서 상기 제조방법은 대량생산에 적합하지 않은 제조방법이라 할 수 있으며, 상기 방법에서도 헥산이라는 유기용매를 사용해야 하므로, 건강기능식품으로 사용되는 공역리놀레산 및 감마-리놀렌산 조성물을 제공하는 방법으로 바람직하지 못하다.

또한, 대한민국 특허 제10-0387941호는 고순도 공역리놀레산을 제조하는 또 다른 방법으로 유기용매에 의한 부분 결정화법(Fractional crystallizaion)을 개시하고 있는데, 상기 방법은 공역리놀레산을 메틸 에스테르화하여, 유기용매(아세톤) 하에서 어는점에 따른 부분결정화 방법을 통해 고순도 공역리놀레산을 제조한다. 상기 특허의 가장 큰 단점은 부분결정화 공정이 영하 68℃에서 수행하여야 한다는 것이며, 이는 실제 대량생산 시 공정시간 및 설비에 치명적인 문제점들을 야기할 수 있다. 또한, 상기 특허의 실시예에 기재되어 있듯이, c9,t11 공역리놀레산과 t10,c12 공역리놀레산의 함량비가 침전물과 상등액에 따라 그 함량비가 크게 달라진다는 단점이 있으며, 상기 제조방법에도 인체에 매우 유해한 유기용매를 사용하고 있음을 알 수 있다.

따라서 상기 제조방법에 따라 제조된 고 순도 공역리놀레산 역시 기능성 식품에 적용되는 공역리놀레산 조성물로서 바람직하지 못하다.

요컨대, 상기의 종래 제조방법들은 모두 유기용매를 사용하고 있으며, 두 이성체의 조성비가 50:50 정도의 균형을 이루고 있지 않고 있으며, 포화지방산을 완벽히 제거하지 못하고 있으므로, 기능성 식품에 적용되는 공역리놀레산 조성물로서 매우 바람직하지 못하다.

종래의 고순도 감마리놀렌산 제조방법 역시 상기 고순도 공역리놀레산의 제조방법과 다르지 않으며, 유기용매를 사용하지 않고 제조하는 방법을 제공한 사례가 아직 없다.

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.

본 발명자들은 기존의 고순도 불포화 지방산의 제조방법과는 달리 인체에 유해한 유기용매를 사용하지 않고 고순도의 불포화지방산을 대량생산할 수 있는 제조방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 유기용매를 사용하지 않고 진공 분무건조기(vacuum spray dryer)로 건조 제조하여 반응성을 극대화한 기(旣)활성-요소만을 사용하고, 포화지방산을 효과적으로 제거하며, 생리활성성분의 함량을 최대한 증가시키고, 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 대량생산할 수 있음을 확인 함으로써, 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 고순도 불포화 지방산의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 요소 수용액을 진공 분무건조기(spray dryer)로 건조시켜 활성화 요소를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 고순도 불포화 지방산의 제조 방법을 제공한다:

(a) 요소 수용액을 진공 분무건조기(spray dryer)로 건조시켜 기활성화된 요소를 준비하는 단계;

(b) 식물성 유지를 가수분해하여 얻은 유리지방산을 반응기에 투입하는 단계;

(c) 상기 (a)단계에서 준비한 기활성화된 요소를 상기 (b)단계의 반응기에 투입 및 혼합하는 단계;

(d) 상기 (c)단계의 혼합물을 여과하여 포화지방산을 제거하는 단계; 및

(e) 상기 (d)단계에서 여과된 유리 지방산을 증류 정제하는 단계.

본 발명자들은 기존의 고순도 불포화 지방산의 제조방법과는 달리 인체에 유해한 유기용매를 사용하지 않고 고순도의 불포화지방산을 대량생산할 수 있는 제조방법을 개발하고자 노력하였다. 그 결과, 유기용매를 사용하지 않고 진공 분무건조기(vacuum spray dryer)로 건조 제조하여 반응성을 극대화한 기(旣)활성-요소만을 사용하고, 포화지방산을 효과적으로 제거하며, 생리활성성분의 함량을 최대한 증가시키고, 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 대량생산할 수 있는 고순도 불포화지방산의 제조방법을 개발하였다.

본 발명은 고순도 불포화 지방산을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의해 제조되는 불포화 지방산은 탄소수 10 내지 30이고, 이중결합수가 1 내지 6개인 불포화 지방산이고, 바람직하게는 미리스톨레산(mystoleic acid), 팔미톨레 산(palmitoleic acid), 리놀레산(linoleic acid), 공역리놀레산, 알파-리놀렌산(α-linolenic acid), 감마-리놀렌산(γ-linolenic acid), 올레산(oleic acid), DHA(docosahexaenoic acid) 또는 EPA(eicosapentaenoic acid)이며, 보다 바람직하게는 리놀레산(linoleic acid), 공역리놀레산(conjugated linoleic acid), 감마-리놀렌산(γ-linolenic acid), 알파-리놀렌산(α-linolenic acid) 또는 올레산(oleic acid)이고, 가장 바람직하게는 리놀레산(linoleic acid), 공역리놀레산(conjugated linoleic acid) 또는 감마-리놀렌산(γ-linolenic acid)이다.

고순도 불포화지방산을 제조하기 위한 본 발명의 방법을 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다:

(a) 기활성화 요소의 제조

본 발명에 이용되는 기활성화 요소는 요소(urea)를 물에 교반 용해하여 요소 수용액을 제조하고, 상기 요소수용액을 진공 분무건조기(spray dryer)를 이용하여 순간(瞬間) 건조하여 제조된다. 상기 건조는 고온 및 감압 조건 하에서 실시하는 것이 바람직하며, 온도는 보다 바람직하게는 50-150℃, 가장 바람직하게는 80-100℃에서 실시하고, 압력은 보다 바람직하게는 10^-1-10^-3 torr, 가장 바람직하게는 10^-2 torr에서 실시한다. 이러한 고온 및 감압 조건 하에서의 진공 분무건조기를 이용한 순간 건조에 의해, 요소의 표면과 요소 내부 공극(空隙)에 잔존하는 수분을 완벽히 제거하고 재결정함으로써 요소의 반응성을 극대화 시킬 수 있으며, 이러한 반응성이 극대화된 기활성 요소만의 사용으로 유기 용매와 습윤제를 사용하지 않고서 도 유리지방산으로부터 불포화지방산을 제거할 수 있다.

이러한 재결정과정에 의해 제조된 기활성화 요소는 미세한 요소 분말이고, 상기 요소 분말은 밀봉 포장하여 항온 항습하여 보관한다.

(b) 식물성 유지를 가수분해하여 얻은 유리지방산을 반응기에 투입

본 발명에 이용되는 유리지방산은 식물성 종자에서 추출 및 정제한 식물성 유지를 가수분해하여 얻은 것으로서, 바람직하게는 액상의 유리지방산이다. 상기 식물성 유지는 바람직하게는, 홍화유, 보라지유, 해바라기유, 대두유, 옥배유, 달맞이꽃 종자유 또는 블랙커런트유이며, 제조하려는 불포화 지방산의 종류에 따라 가수분해되는 식물성 유지는 달라진다. 예컨대, 고순도 리놀레산을 제조하는 경우, 상기 식물성 유지는 홍화유, 해바라기유, 대두유 또는 옥배유, 보다 바람직하게는 홍화유이고, 고순도 감마-리놀렌산을 제조하는 경우, 상기 식물성 유지는 보라지유, 달맞이꽃 종자유 또는 블랙커런트유, 보다 바람직하게는 보라지유 이다.

일반적으로 식물체에서 유지를 분리하면, 트리글리세라이드 형태로 얻게 된다. 이러한 트리글리세라이드를 가수분해하여 유리지방산을 얻을 수 있다. 가수분해는 트리글리세라이드 형태의 식물성유지로부터 지방산을 유리하기 위한 것으로서, 효소 또는 화학적 처리로 가능하다. 상기 화학적 처리는 산 또는 염기 수용액을 처리하는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 염산 또는 수산화나트륨 수용액이다.

트리글리세라이드의 가수분해는 다양한 방법을 통해 실시할 수 있다. 예를 들어, 고압 및 고온(예컨대, 700 psi 및 250℃)의 조건 하에서 물과 트리글리세라이드를 반응시켜 가수분해 시킬 수 있다. 또한, Twitchell 프로세스를 통하여 트리글리세라이드로부터 유리 지방산을 얻을 수 있다. 상세하게는, 트리글리세라이드를 물 및 페트로리움-알킬 벤젠 술폰산과 혼합하고, 오픈 스팀으로 36-48시간 동안 가열하여 트리글리세라이드를 가수분해 할 수 있다. Journal of The American Oil Chemists' Society 39:1-6(1962)에는 트리글리세라이드의 가수분해 방법이 개시되어 있고, 이 방법에 따르면 강산 촉매의 존재 하에서 트리글리세라이드를 아세트산과 반응시켜 가수분해한다. 미국 특허 제4218386호는 치환 산 촉매의 존재 하에서 트리글리세라이드를 물과 반응시켜 유리 지방산을 얻는 공정이 개시되어 있다.

또한, 다양한 소스로부터 얻은 리파아제 효소를 이용하여 트리글리세라이드를 가수분해 할 수 있다. 예를 들어, Rhizopus arrhizus 리파아제(U.S. Pat. No. 3,759,793) 및 Pseudomonas fluorescens 리파아제(Chimica Chimica Acta, 81 (1977) 125:130) 등을 이용하여 효소적으로 트리글리세라이드를 가수분해 할 수 있다.

가수분해에 의해 제조된 유리지방산은 반응기에 투입된다.

(c) 기활성 요소 및 유리지방산의 혼합

이어, 기활성화된 요소 분말만을 액상의 유리지방산이 투입된 반응기에 투입하고 교반하여 기활성화 요소가 포화지방산을 선택적으로 포접하게 한다. 유리지 방산에서 포화지방산을 제거하는데 있어, 본 발명은 진공 분무건조기를 이용하여 반응성이 극대화된 요소를 제조하여 이용함으로써 유기용매 및 습윤제를 사용하지 않는다. 반면, 종래 요소의 재결정화 과정 이후 열풍건조 및 오븐건조 등의 일반적인 건조과정을 통해 생산된 요소의 경우, 건조시간이 오래 걸리고 건조 과정에서 요소 표면 및 요소 내부 공극(空隙)에 잔존하는 수분에 의해 요소 표면이 재결정되어 활성도가 감소하고, 이에 포화지방산과의 반응성도 감소함으로써 포화지방산을 효과적으로 제거할 수 없다.

이러한 문제점 때문에 요소와 지질의 반응 유도를 위해 지질의 점도를 낮추거나, 요소의 활성을 상승시키기 위해 헥산, 에탄올 및 메탄올 등과 같은 유기용매, 또는 극성용매 등의 습윤제를 추가적으로 사용하여야 한다.

(d) 혼합물의 여과 및 포화지방산의 제거

다음, 요소슬러지와 포화지방산을 분리한다. 바람직하게는, 필터프레스(filter press)를 이용하여 요소슬러지와 포화지방산을 분리한다. 분리되고 남은 액체를 반응기에 재투입한 후, 동일한 양의 기(旣)활성-요소를 투입하는 반복공정을 추가 실시하는 것이 바람직하고, 보다 바람직하게는 리놀레산 제조의 경우 2 차례, 감마-리놀레산 제조의 경우 4 차례 반복공정을 추가 실시한다.

기활성화된 요소에 의해 유리지방산으로부터 제거되는 포화지방산은 바람직하게는 팔미트산 및 스테아르산이며, 그 외 불필요한 기타 지질성분도 제거된다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 포화지방산의 제거에 의해 제조되는 단계 (d)의 산물에서 포화지방산의 함량은 1.0% 이하, 보다 바람직하게는 팔미트산 및 스테아르산의 총 함량은 1.0% 이하가 된다.

(e) 여과된 유리 지방산의 증류 정제

여과된 유리 지방산을 증류 정제하여 고순도의 불포화 지방산을 얻는다. 유리 지방산의 증류는 당업계에 공지된 통상의 방법에 따라 실시될 수 있다. 통상적으로, 감압 및 고온의 조건 하에서 유리 지방산을 증류한다. 예를 들어, 단축 증류(short path distillation) 또는 박막 증류기(thin film evaporator)를 이용한 증류에 따라 유리 지방산을 증류할 수 있다. 바람직하게는, 유리 지방산의 증류는 박막 증류기를 이용하여 실시된다. 박막 증류기를 이용하여 증류하는 경우, 바람직하게는 압력은 10^-1-10^-3 torr, 보다 바람직하게는 10^-2 torr에서, 온도는 170-190℃이다.

최종적으로 여과된 유리지방산을 증류 정제하여 얻은 유리지방산을 메틸에스테르화 시킨 후, 가스크로마토그래피로 분석을 하면, 포화지방산, 예컨대 팔미트산 및 스테아르산이 거의 또는 완전히 제거된 고순도의 불포화 지방산, 예컨대 고순도의 리놀레산(linoleic acid) 또는 감마-리놀렌산을 제조하였음을 확인 할 수 있다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 의해서 제조되는 고순도 리놀레산은 상기 단계 (e)의 결과물에서 그 함량이 90% 이상, 보다 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 97% 이상이다.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 본 발명에 의해서 제조되는 고순도 감마-리놀렌산은 상기 단계 (e)의 결과물에서 그 함량이 60% 이상이다.

본 발명의 또 다른 바람직한 구현예에 따르면, 다음과 같은 추가적인 단계를 포함하여 고순도 공역리놀레산을 제조할 수 있다.

(f) 리놀레산의 알칼리 반응

상기 (e)단계에서 제조한 유리지방산을 알칼리 반응, 바람직하게는 비누화 반응 시킨다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 알칼리 반응은 글리콜 또는 글리세롤에 용해된 염기를 이용하여 실시한다.

본 발명의 다른 바람직한 구현예에 따르면, 상기 글리콜은 에틸렌글리콜, 디에틸렌글리콜, 트리에틸렌글리콜, 메틸렌글리콜, 디메틸렌글리콜, 트리메틸렌글리콜, 프로필렌글리콜, 디프로필렌글리콜, 부틸렌글리콜 또는 이들의 혼합물, 보다 바람직하게는, 에틸렌글리콜 또는 프로필렌글리콜, 가장 바람직하게는 프로필렌글리콜 이다.

상기 글리콜에 용해되는 염기는 수산화나트륨 또는 수산화칼륨이 바람직하며, 보다 바람직하게는 수산화나트륨이다.

상기 알칼리반응은 120-250℃에서 실시되는 것이 바람직하며, 보다 바람직하게는 170-200℃에서 실시한다. 이러한 고온에서 알칼리반응을 실시하는 것은 글리콜의 비점이 높은 점을 이용하여 상기 염기를 글리콜에 충분히 용해시키기 위한 것이다.

(g) 고순도의 공역리놀레산의 제조

상기 (f) 단계의 결과물에 산 용액을 첨가 및 교반한다. 상기 산 용액의 첨가는 상기 염 형태의 결과물을 공역리놀레산으로 전환하기 위함이다. 이용되는 산으로는, 통상적인 어떠한 산도 가능하며, 예를 들어, 염산, 황산, 아세트산, 카르복실산 및 인산 등이 이용될 수 있다. 가장 바람직하게는, 상기 산 용액은 염산 수용액이다.

이러한 추가적인 공정을 통해 고순도의 공역리놀레산을 제조할 수 있으며, 상기 고순도의 공역리놀레산은 그 함량이 90% 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 95% 이상, 가장 바람직하게는 97% 이상이다.

본 발명에 의해 제조되는 공역리놀레산은 시스-9, 트랜스-11 C18:2, 트랜스-10, 시스-12 C18:2, 시스-9, 시스-11 C18:2, 시스-10, 시스-12 C18:2 및 트랜스-9, 트랜스-11 C18:2 + 트랜스-10, 트랜스-12 C18:2 이성체가 공역화 되어 있으며, 바람직하게는 총 공역리놀레산에 대하여 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 함량이 92-98%, 보다 바람직하게는 94-97%, 가장 바람직하게는 95-96% 이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 이성체인 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 함량비는 0.95-1:1, 보다 바람직하게는 0.97-0.99:1, 가장 바람직하게는 0.98-0.99:1 이다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 요소 수용액을 진공 분무건조기(spray dryer)로 건조시켜 활성화 요소를 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법은 상술한 본 발명의 고순도 불포화지방산을 제조하기 위한 기활성화 요소를 제조하는 방법이기 때문에, 이 둘 사이에 공통된 내용은 반복 기재에 따른 명세서의 과도한 복잡성을 피하기 위하여, 그 기재를 생략한다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 활성화 요소는 식물성 유지에서 포화 지방산의 분리를 위한 용도를 갖는다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르며, 상기 건조는 요소 수용액을 고온 및 감압 조건 하에서 건조하는 것이 바람직하며, 온도는 보다 바람직하게는 50-150℃, 가장 바람직하게는 80-100℃에서, 압력은 보다 바람직하게는 10^-1-10^-3 torr, 가장 바람직하게는 10^-2 torr에서 진공 분무 건조기로 건조하여 실시된다.
본 명세서에서 ‘함량’ 또는 ‘함량비’는 중량에 관한 함량 또는 함량비를 말한다. 또한 본 명세서에서‘순도’는 전체 화합물 중량 중 당해 성분의 중량의 백분율을 말한다. 또한 본 명세서에서 ‘조성비’란 전체 화합물 중에서 두 가지 이상의 물질의 중량의 비를 말한다. 또한 본 명세서에서 ‘%’란 중량의 백분율을 말한다. 또한 본 명세서에서 ‘수율’이란 사용된 반응물에 의한 이론상 생성물의 최대 중량에 대한 실제 얻어진 생성물의 질량의 백분율을 말한다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(ⅰ) 본 발명은 고순도의 불포화지방산의 제조방법을 제공한다.

(ⅱ) 이에, 포화지방산을 선택적으로 포접하여 제거하기 위한 요소의 활성을 증대시키기 위하여, 기존 인체에 유해한 유기용매를 사용하는 대신에, 고온 및 감압 조건하에서 진공 분무건조기를 이용하여 건조한 반응성이 극대화된 기활성화 요소를 사용한다.

(ⅲ) 상기 반응성이 극대화된 기활성화 요소에 의해 유리지방산으로부터 포화지방산을 효과적으로 제거할 수 있어, 함량이 90% 이상인 고순도 리놀레산 및 공역리놀레산, 또는 60% 이상인 고순도 감마-리놀렌산을 제조할 수 있다.

(ⅳ) 특히, 공역리놀레산의 생리활성을 위해 공역화된 특정 이성체의 함량이 중요한데, 본 발명에 의해 제조되는 공역리놀레산은 생리활성을 나타내는 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 두 이성체의 함량이 95-96%이고, 상기 두 이성체의 함량비는 0.95-1:1 으로써, 본 발명은 기능성 및 안전성을 극대화한 공역리놀레산을 제조 할 수 있다.

(ⅴ) 또한, 본 발명은 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 고순도 불포화지방산을 대량생산할 수 있다.

이상에서 상세히 설명한 바와 같이, 본 발명은 고순도의 불포화지방산의 제조방법을 제공한다. 본 발명은 포화지방산을 선택적으로 포접하여 제거하기 위한 요소의 활성을 증대시키기 위하여, 기존 인체에 유해한 유기용매를 사용하는 대신에, 고온 및 감압 조건하에서 진공 분무건조기를 이용하여 건조한 반응성이 극대화된 기활성화 요소를 사용한다. 이에, 유리지방산으로부터 포화지방산을 효과적으로 제거할 수 있어, 함량이 최대화된 고순도 불포화지방산을 제조할 수 있다.

특히, 공역리놀레산의 생리활성을 위해 공역화된 특정 이성체의 함량이 중요한데, 본 발명에 의해 제조되는 공역리놀레산은 생리활성을 나타내는 시스-9, 트랜 스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 두 이성체의 함량을 최대화하고, 상기 두 이성체의 함량비를 일정하기 유지함으로써, 본 발명은 기능성 및 안전성을 극대화한 공역리놀레산을 제조 할 수 있다. 또한, 본 발명은 보다 간단하고 효율적인 공정으로 저렴하게 고순도 불포화지방산을 대량생산할 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명 하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1

요소 2 kg을 100℃의 물 3 L에 교반 용해시켰다. 상기 요소수용액을 150℃, 10^-2 torr 조건 하에서 진공 분무건조기(spray dryer)(DR101, B&D Engineering Co., LTD)를 이용하여 순간(瞬間) 건조하였다. 본 공정에서 수획한 요소는 밀봉 포장하여 항온 항습하여 보관하였다.

실시예 2

홍화유(safflower oil) 50,000 g을 가수분해하여 얻은 유리지방산 47,000 g 을 300 L 반응기에 투입하였고, 실시예 1에서 준비한 기(旣)활성-요소 분말 15,000 g을 홍화유 유리지방산에 투입한 후, 상온에서 1시간 교반하였다. 그 다음, 필터프레스(filter press)(IWF-42, 일웅산업)를 이용하여 요소슬러지와 포화지방산을 분리하였고, 분리되고 남은 액체를 반응기에 재투입한 후, 동일한 양의 기(旣)활성-요소를 투입하는 반복공정을 2차례 추가 실시하였다. 최종적으로 여과된 유리지방산을 증류 정제하였다. 유리 지방산의 증류 정제는 박막 증류기를 이용하여 실시되며, 압력은 10^-2 torr에서, 온도는 190℃에서 실시하였다.

증류 정제된 유리지방산(24,500 g) 중 0.3 g의 샘플을 취하여 메틸에스테르화 시킨 후, 가스크로마토그래피(Agilent 6890N)로 분석한 결과, 팔미트산 및 스테아르산은 완전히 제거되었으며, 홍화유의 주성분인 리놀레산 함량은 98.9%이었다.

실시예 3

100 g의 수산화나트륨을 60℃ 프로필렌글리콜 1 kg에 용해한 후, 180℃까지 온도를 서서히 올렸다. 실시예 2에서 수득한 리놀레산 98.9%의 400 g을 상기 용액에 천천히 투입하였고, 180℃에서 2시간 30분 교반하였다. 그 다음, 80℃까지 서서히 냉각한 후, 18% 염산 수용액 500 g을 투입하며 교반하였다. 그런 다음, 교반을 중지하였고, 상분리를 하여 상등액을 취하였다. 상등액을 가스크로마토그래피(Agilent 6890N)로 분석한 결과, 도 1과 같이 c9,t11 C18:2(46.7%), t10,c12 C18:2(47.5%), c9,c11 C18:2(1.3%), c10,c12 C18:2(1.2%), t9,t11 C18:2 + t10,t12 C18:2(1.5%) 및 총 공역리놀레산(98.2%)을 395 g을 얻었다.

실시예 4

보라지유(Borage oil) 25,000 g을 가수분해하여 얻은 유리지방산 23,000 g을 300L 반응기에 투입하였고, 실시예 1에서 준비한 기(旣)활성-요소 6,900 g을 보라지유 유리지방산에 투입한 후, 상온에서 1시간 교반하였다. 그 다음, 필터프레스(filter press)를 이용하여 요소슬러지와 포화지방산을 분리하였고, 분리된 용액을 반응기에 재투입한 후, 동일한 양의 기(旣)활성-요소를 투입하는 반복공정을 4차례 추가 실시하였다. 최종적으로 여과된 유리지방산을 증류 정제하여, 얻은 유리지방산(13,400 g) 중 0.3 g의 샘플을 취하여 메틸에스테르화 시킨 후, 가스크로마토그래피(Agilent 6890N)로 분석한 결과, 팔미트산 및 스테아르산은 완전히 제거되었으며, 도 2와 같이 유리지방산 중 감마-리놀렌산 함량은 61.85%이었다.

이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술 하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구 항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예 3에 의해 유기용매를 사용하지 않고, 제조된 순도 90% 이상의 공역리놀렌산을 GC(가스크로마토그래피)로 분석한 그래프이다. CLA는 공역리놀레산(conjugated linoleic acid)을 나타낸다. 본 발명에 의해 제조한 공역리놀레산의 이성체의 종류 및 그 함량은 c9,t11 C18:2(46.7%), t10,c12 C18:2(47.5%), c9,c11 C18:2(1.3%), c10,c12 C18:2(1.2%) 및 t9,t11 C18:2 + t10,t12 C18:2(1.4%)이고, 총 공역리놀레산의 함량은 98.2%이다.

도 2는 본 발명의 실시예 4에 의해 유기용매를 사용하지 않고, 제조된 순도 60% 이상의 감마-리놀렌산을 GC로 분석한 그래프이다. 본 발명에 의해 제조한 감마-리놀렌산의 함량은 61.85%이다.

도 3은 대한민국 특허 제0539357호의 에탄올 수용액 요소 부가법에 의해 제조한 공역리놀레산을 GC로 분석한 그래프이다. CLA는 공역리놀레산(conjugated linoleic acid)을 나타낸다. 상기 발명에 의해 제조한 경우, 포화지방산인 팔미트산(7.6%) 및 스테아르산(3.2%)이 존재하고, 공역리놀레산의 이성체의 종류 및 그 함량은 c9,t11 C18:2(38.5%), t10,c12 C18:2(32.3%), c9,c11 C18:2 + c10,c12 C18:2(2.8%) 및 t9,t11 C18:2 + t10,t12 C18:2(1.0%)이고, 총 공역리놀레산의 함량은 73.6%이다.

도 4는 본 발명에 의해 식물성 유지로부터 불포화 지방산을 고순도로 제조하는 방법을 나타낸 공정도이다. CLA는 공역리놀레산(conjugated linoleic acid)을 나타낸다.

Claims (17)

1. 다음의 단계를 포함하는 고순도 불포화 지방산의 제조 방법:

   (a) 요소 수용액을 진공 분무건조기(spray dryer)로 건조시켜 기활성화된 요소를 준비하는 단계;

   (b) 식물성 유지를 가수분해하여 얻은 유리지방산을 반응기에 투입하는 단계;

   (c) 상기 (a)단계에서 준비한 기활성화된 요소를 상기 (b)단계의 반응기에 투입 및 혼합하는 단계;

   (d) 상기 (c)단계의 혼합물을 여과하여 포화지방산을 제거하는 단계; 및

   (e) 상기 (d)단계에서 여과된 유리 지방산을 증류 정제하는 단계.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 불포화 지방산은 리놀레산 또는 감마리놀렌산인 것을 특징으로 하는 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 기활성화 요소는 요소 수용액을 50-150℃의 온도 및 10^-1-10^-3 torr의 압력하에서 진공 분무 건조기로 건조하여 제조된 것을 특징으로 하는 방법.
4. 제 1 항에 있어서, 상기 식물성 유지는 홍화유, 보라지유, 해바라기유, 대두유, 옥배유, 달맞이꽃 종자유 및 블랙커런트유로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 특징으로 하는 방법.
5. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)에서 제거되는 포화지방산은 팔미트산 및 스테아르산인 것을 특징으로 하는 방법.
6. 제 1 항에 있어서, 상기 단계 (d)의 산물은 0-1.0 중량 % 의 포화 지방산을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
7. 제 1 항에 있어서, 상기 방법은 단계 (f) 상기 (e)단계에서 얻은 유리지방산을 알칼리 반응시키는 단계; 및 단계 (g) 산 용액을 단계 (f)의 결과물에 첨가 및 교반하여 공역리놀레산을 제조하는 단계를 추가적으로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 단계 (f)의 알칼리 반응은 글리콜 또는 글리세롤에 용해된 염기를 이용하여 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
9. 제 7 항에 있어서, 상기 알칼리 반응은 120-250℃에서 실시되는 것을 특징으로 하는 방법.
10. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 결과물에서 리놀레산의 중량 함량은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
11. 제 2 항에 있어서, 상기 단계 (e)의 결과물에서 감마-리놀렌산의 중량 함량은 60% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
12. 제 7 항에 있어서, 상기 단계 (g)의 결과물에서 공역리놀레산의 중량 함량은 90% 이상인 것을 특징으로 하는 방법.
13. 제 7 항에 있어서, 상기 공역리놀레산은 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 이성체의 중량 함량이 95-96%인 것을 특징으로 하는 방법.
14. 제 13 항에 있어서, 상기 이성체인 시스-9, 트랜스-11 C18:2 및 트랜스-10, 시스-12 C18:2의 중량 함량비는 0.95-1:1인 것을 특징으로 하는 방법.
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