KR101152316B1

KR101152316B1 - 효소적 에스테르 교환반응을 통한 초콜릿 및 제과용 유지 제조 방법

Info

Publication number: KR101152316B1
Application number: KR1020090119846A
Authority: KR
Inventors: 이윤정; 이상범; 김윤식; 김미정; 박승원; 이강표
Original assignee: 씨제이제일제당 (주)
Priority date: 2009-12-04
Filing date: 2009-12-04
Publication date: 2012-06-11
Also published as: SG181492A1; EP2508078A4; KR20110062952A; WO2011068275A1; JP2013507118A; EP2508078A1

Abstract

본 발명은 식물성 유지와 지방산 또는 지방산 유도체를 혼합하여 원료 유지를 제조하는 단계; 상기 원료 유지를 효소적 에스테르 교환 반응시키는 단계; 상기 효소적 에스테르 교환 반응시킨 유지로부터 지방산 또는 지방산 유도체를 제거하는 단계; 상기 지방산 또는 지방산 유도체가 제거된 유지를 용매 분별 또는 건조 분별하여 결정화된 분획을 제거하는 단계로 이루어진 POS 고함량 유지의 제조 방법에 관한 것으로, 이를 통해 기존의 코코아 버터 대체지에 반해 POS 비율을 증가시켜 물성 개선 효과 및 초콜릿의 블룸 내성을 부여 할 수 있을 뿐만 아니라, 상업적 가치를 높일 수 있고, 저급으로 인식되었던 천연 코코아 버터의 가치를 상승시킬 수 있으며, 부드러운 식감을 나타내는 충전용 크림으로 사용 가능한 동시에 영양적 가치가 우수한 유지 조성물을 개발할 수 있다.

효소 에스테르 교환 반응, 초콜릿, 코코아 버터, POS

Description

효소적 에스테르 교환반응을 통한 초콜릿 및 제과용 유지 제조 방법 {Process for production of chocolate and confectionery fat and oil by the Enzymatic Interesterification}

본 발명은 효소적 에스테르 교환반응을 통한 초콜릿 및 제과용 유지 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 분획화된 식물성 유지와 지방산 또는 지방산 유도체를 혼합하여 원료 유지를 제조하는 단계; 상기 원료 유지를 효소적 에스테르 교환 반응시키는 단계; 상기 효소적 에스테르 교환 반응시킨 유지로부터 지방산 또는 지방산 유도체를 제거하는 단계; 상기 지방산 또는 지방산 유도체가 제거된 유지를 용매 분별 또는 건조 분별하여 결정화된 분획을 제거하는 단계로 이루어진 POS 고함량 유지의 제조 방법 및 이로부터 제조된 초콜릿 및 제과용 유지에 관한 것이다.

1. 코코아 버터

초콜릿의 일반적인 구성은 설탕 50% 이하, 코코아매스가 30~50%, 유지(乳脂)를 포함한 지방분이 약 30% 이다. 초콜릿 지방분 중 코코아 버터가 차지하는 함량은 초콜릿의 종류에 따라 다르나, 통상 60% 정도이다.

코코아 버터(cocoa butter, cacao butter)는 카카오(Theobraoma cacao)의 과 실 속의 종자(카카오콩, 유지 48~49% 함유)의 유지 성분이다. 코코아 버터는 트리글리세라이드 98%, 유리지방산 1%, 모노·디글리세라이드 0.5%, 스테롤 0.2%, 토코페롤 150~250ppm 로 구성되어 있다. 코코아 버터의 트리글리세라이드에는 sn-2 위치에 올레인산(Oleic acid)이 위치하고, sn-1, 3 위치에 각각 팔미틴산(Palmitic acid) 및 스테아린산(Stearic acid)이 위치하는 대칭형 구조가 75 % 이상이다. POS 34 ~ 49 %, SOS 23 ~ 30 %, POP 13 ~ 17 %로, 이들이 주요 대칭형 유지로 되어 있다.

코코아 버터의 융점은 32 ~ 35℃ 이며, 실온인 20℃ 부근에서 71 ~ 88 %의 고체지 함량을 갖고, 30 ~ 32℃에서 녹기 시작하여 32 ~ 35℃에서 거의 융해된다. 이러한 30℃ 부근에서의 가파른 용융 특성으로 실온에서 견고하나 입안에서는 빠르게 녹아 상쾌하고 깔끔한 느낌의 구융성을 갖게 된다. 코코아 버터의 이러한 용융 특성은 대칭형 유지에서 기인한다고 알려져 있다.

코코아 버터는 원산지에 따라 트리글리세라이드 조성 및 함량이 각기 다르고, 그에 따라 굳기, 고화 속도 등의 물성에 차이가 생긴다. 예를 들어 sn-2 위치가 올레인산인 대칭형 유지의 조성에 있어, 말레이지아산 코코아 버터의 POS 함량은 47 %, SOS 는 30 %이고, 브라질산은 각각 40 % 및 22 %, 가나산은 43 % 및 26 %의 함량을 나타낸다. POP 함량은 13~15%로 서로 유사한 수준이다. 코코아 버터의 굳기는 말레이지아산이 가장 견고하고 브라질산은 가장 부드러우며 가나산은 중간이다. 또한, 고화속도에도 차이를 보여 말레이지아산 78±10 분, 브라질산 300±51 분, 가나산 95±14 분으로 굳기와 같은 순서를 나타내었다.

2. 코코아 버터 대용 유지

코코아 버터는 천연 작물에서 얻기 때문에 기후의 변화에 따라 공급에 변동이 있고, 가격이 높기 때문에 이를 대체하기 위하여 식물성 유지가 초콜릿에 코코아 버터 대용 유지로서 사용되고 있다. 이러한 대용 유지는 팜핵유 및 야자유를 경화한 것이 사용되었는데 코코아 버터와의 상용성이 없었다. 코코아 버터의 대용 유지는 제조 방법 및 구성 성분에 따라 코코아 버터 유사지 (cocoa butter equivalent and extender, CBE), 코코아 버터 대체지 (cocoa butter replacer, CBR), 코코아 버터 대용지 (cocoa butter substitute, CBS)의 세 종류로 분류된다.

코코아 버터 유사지 (CBE)는 코코아 버터와 상용성이 가능하고, 트리글리세라이드 조성이 코코아 버터와 유사하며 템퍼링이 필요한 것을 말한다. 팜 중부유 (Palm middle fraction, PMF), 살지 (Sal fat), 일리페지(Borneo tallow), 코쿰지 (Kokum), 쉬아지 (Shea butter) 및 이들의 분별 유지가 있다. 코코아 버터에 팜 중부유와 SOS 함량이 높은 유지를 혼합하면 코코아 버터와 유사한 유지를 얻을 수 있다고 알려져 있다.

코코아 버터 대체지 (CBR)는 상온에서 액상 및 액상과 고체상이 혼합된 상태의 대두유, 카놀라유, 팜유 등을 경화하여 고체화한 유지로 코코아 버터를 어느 정도는 대체할 수 있고 템퍼링이 필요 없는 유지이다. 융점과 고체지 함량이 증가하여 SFC 곡선의 기울기가 급하고 산화안정성이 높은 장점이 있지만, 제조 방법에 부분 경화가 사용되기 때문에 트랜스산 함량이 높아 영양적 결함이 있어 사용이 어렵 다.

코코아 버터 대용지 (CBS)는 일부 식물성 유지를 경화하여 얻은 유지로 코코아 버터와 상용성이 없으며, 라우릭계 지방산 함량이 높고, 템퍼링이 필요없는 유지이다. 제과 분야에서 코팅용으로 주로 사용되고 있으며 일반적으로 팜핵유 및 야자유를 경화 또는 에스테르 교환하여 제조하며 필요에 따라 다른 식물성 경화유를 혼합하여 제조한다. 그러나, 라우린계 지방산 함량이 높은 유지는 수분이 존재할 경우 곰팡이로 인해 가수분해가 일어나고 이상취를 발생시키며 라우린산 자체의 영양적 결함 등의 단점이 있다.

CBR과 CBS의 영양적 결함 및 입에서 빠르게 녹는 등의 식감과 관련한 관능의 저하 등으로 인하여 CBE의 사용이 증가하고 있다. CBE는 효소 에스테르 교환 반응으로 SOS 풍부 지방(rich fat)을 합성하고, 팜유를 분별하여 얻은 팜 중부유(Palm mid-fraction, PMF)를 약 1:1로 혼합하여 사용한 것이 대부분이다. 일반적인 CBE 의 트리글리세라이드 조성은 POP 30 ~ 35 %, POS 10 ~ 15 %, SOS 30 ~ 35 % 이다. 이 수치는 코코아 버터의 트리글리세리이드 조성 (가나산 POP 17 %, POS 43 %, SOS 26 %)에 비하여 높은 POP, SOS 함량, 낮은 POS 함량으로 차이를 확인할 수 있다.

유지의 물성은 각 온도에서의 고체지 함량 (Solid Fat Content, SFC)을 통하여 확인이 가능하다. 20 ~ 25℃ 사이의 고체지 함량은 유지의 견고성 (Hardness)를 의미하며 25 ~ 30℃ 사이의 고체지 함량은 열 내성 (Heat Resistance)을 의미하고, 35℃ 이상의 고체지 함량은 왁시니스 (Waxiness)로 입안에서 빠르게 녹지 않고 남아 있는 정도를 의미한다. 초콜릿에 사용하는 코코아 버터 혹은 코코아 버터 대용 지의 경우, 30℃ 이상의 온도에서 높은 고체지 함량을 갖고, 30℃ 이하의 온도에서 급격히 떨어져 35℃ 이하에서는 미량의 고체지 함량을 보이는 것, 즉 고체지 함량 곡선이 가파른 특징을 보이는 것이 품질이 좋다고 여겨진다.

코코아 버터와 CBE의 고체지 함량을 비교하면, SOS 함량이 높은 CBE의 경우, 30℃ 이상의 온도에서 고체지 함량이 코코아 버터의 고체지 함량보다 낮은 반면, 30℃ 이하의 온도에서는 코코아 버터의 고체지 함량 보다 높은 특성을 보여 다소 견고한 느낌을 주며 입안에 남는 정도가 많다. 코코아버터와 CBE의 고체지 함량의 차이, 즉 물성의 차이는 상기에서 서술하였듯이 코코아 버터와 CBE의 트리글리세라이드 조성의 차이에서 기인한다고 볼 수 있다. CBE는 POP와 SOS 함량이 높고 코코아 버터는 POS 함량이 높다. POS, POP의 융점은 35℃ 부근인 반면, SOS의 융점은 41℃로 SOS 함량이 많은 유지는 30℃ 이상의 온도에서 비교적 견고한 특성을 나타낸다고 할 수 있다. (Aleksandra Torbica etc., Eur Food Res Technol, 2006, 222:385-391)

최근 초콜릿의 특성에 있어, 견고하기 보다는 부드러우며 입안에서 빠르게 녹아 남는 느낌 없이 깔끔한 것을 선호하는 경향이 있다. 이에 SOS 함량을 감소시키고 PMF의 함량을 증가시킴으로써 무른 느낌의 연질(soft) CBE가 개발되었다. 연질 CBE는 POP 40 ~ 45%, POS 10 ~ 15%, SOS 30 ~ 35%의 트리글리세라이드 조성을 갖는다. 연질 CBE 는 20 ~ 35℃의 온도 범위에서 전반적으로 낮은 고체지 함량을 보이는데, 이는 부드러운 느낌의 초콜릿을 제공할 수는 있으나 상온에서 결정이 견고하지 못하여 블룸 현상이 발생할 가능성이 높다.

현재 상용되는 대부분의 CBE는 합성 혹은 분별을 통해 얻은 SOS와 POP 함량이 높은 PMF 의 배합 비율을 조절하여 견고하거나 부드러운 물성을 갖도록 한다. 하지만 천연의 코코아 버터와 같이 가파른 기울기의 고체지 함량 곡선을 나타내지는 못하고 있다.

미국특허 제4,705,692호에서는 코코아 버터 대용지로 SOS, POS 및 POP를 포함하는 유지에서 스테아린산(Stearic acid)과 팔미트산(Palmitic acid)의 비율이 1.5:1 ~ 6.0:1로 SOS 함량이 높은 유지 조성을 제공하였다.

일본 특허공개 제1999-243982호에서는 POS 함량이 높은 트리글리세라이드 조성을 갖는 유지를 에스테르 교환 반응하여 제조한 바 있으며, POS 함량이 18 wt% 이상으로 낮은 수준이었으며, 이에 비하여 POP 함량은 10 ~ 55 wt% 이며 SOS 함량은 10 ~ 50 wt%로 더 높은 수준으로 POS 보다 SOS 합성에 중점을 둔 것이라 볼 수 있다.

일본 특허공개 제2008-154555호에서는 내열성 및 구융성이 양호한 초콜릿의 제조에 SOS 40 ~ 60 wt% 이상, POP 1 ~ 10% 이하, SOS 함량이 POS와 SOA의 합에 대한 함량 대비 1.1 ~ 1.8 배인 유지를 제공하였으며, SOS 함량이 POS 와 SOA 함량을 더한 값보다 많아 이 또한 SOS 함량이 높은 조성임을 확인할 수 있다.

상기 종래의 기술에서는 부드럽고 입안에서 빠르게 녹아 잔여감이 없는 초콜릿 제품을 제조하기 위하여, SOS 함량이 높은 조성의 초콜릿용 유지에 초점을 두고 연구해왔고, 천연 코코아 버터에 많이 함유된 POS에 대하여 중점적으로 논의된 바는 없었다.

이에 본 발명자들은 부드럽고 입안에서 빠르게 녹아 잔여감이 없는 초콜릿 제품을 제조하는데 있어 종래기술의 문제점을 극복하기 위해 예의 연구를 거듭한 결과 천연 코코아 버터에 많이 함유된 POS의 함량이 높은 유지를 제조하고 이를 초콜릿 및 제과용 유지로 사용할 수 있음을 확인하고 본 발명에 이르게 되었다.

따라서 본 발명의 목적은 식물성 유지를 효소적 에스테르 교환반응시켜 POS 고함량의 유지를 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것이다.

또한 본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 이용하여 제조된 POS 고함량의 초콜릿 및 제과용 유지를 제공하는 것이다.

상기와 같은 본 발명의 목적은 식물성 유지를 효소적 에스테르 교환반응을 통해 POS 고함량의 유지를 제조하고, 제조된 유지의 트리글리세라이드 구조 및 융점을 분석하여 고융점 분획이 제거되고 POS 함량이 50% 이상인 유지를 제조할 수 있음을 확인함으로써 달성되었다.

본 발명은 효소적 에스테르 교환 반응을 이용한 초콜릿 및 제과용 유지의 제조 방법을 제공한다.

본 발명에 따른 방법은, 식물성 유지와 지방산 또는 지방산 유도체를 혼합하여 원료 유지를 제조하는 단계; 상기 원료 유지를 효소적 에스테르 교환 반응시키는 단계; 상기 효소적 에스테르 교환 반응시킨 유지로부터 지방산 또는 지방산 유도체를 제거하는 단계; 상기 지방산 또는 지방산 유도체가 제거된 유지를 용매 분별 또는 건조 분별하여 결정화된 분획을 제거하는 단계로 이루어진다.

본 발명에 있어서, 상기 식물성 유지는 POP를 함유한 식물성 유지 혹은 그의 분획분을 함유하는 유지로서, 야자유 (coconut oil), 팜핵유 (palm kernel oil), 팜유 (palm oil), 채종유 (canola oil), 해바라기유 (sun flower oil), 대두유 (soy bean oil), 면실유 (cotton seed oil), 미강유, 옥배유, 올리브유, 시아지 (shea fat), 망고핵지 (mango kernel fat), 보르네오 탈로우 (Borneo tallow, Shorea stenoptera or Pentadema butyracea), 살지 (sal, Sherea robusta), 코쿰지 (kokum, Garcinia indica) 및 이들의 분획물, 바람직하게는, 팜유 및 팜 분획물을 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 당업계에서 사용되는 임의의 식물성유지를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 식물성 유지 분획 공정은 식물성 유지 원료에서 포화지방산과 불포화지방산의 함량에 차이가 있는 POP 함유 유지를 얻기 위한 것이며, 식물성 유지 원료의 특징에 따라 건식 분별 (dry fractionation)과 용제 분별 (solvent fractionation)을 선택적으로 이용할 수 있다. 용제 분별의 경우 헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에탄올 등 원료 유지를 용해시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용이 가능하다.

본 발명에 있어서, 상기 지방산 또는 지방산 유도체로는, 팔미틱산 (Palmitic acid), 스테아린산 (Stearic acid), 아라키돈산 (Arachidonic acid), 베헤닌산 (Behenic acid), 및 이들의 지방산 유도체인 팔미틱산 에틸 에스테르 (Palmitic acid ethyl ester), 스테아린산 에틸 에스테르 (stearic acid ethyl ester), 아라키돈산 에틸 에스테르 (Arachidonic acid ethyl ester) 및 베헤닌산 에틸 에스테르 (Behenic acid ethyl ester), 또는 팔미틱산 메틸 에스테르 (Palmitic acid methyl ester), 스테아린산 메틸 에스테르 (stearic acid methyl ester), 아라키돈산 메틸 에스테르 (Arachidonic acid methyl ester) 및 베헤닌산 메틸 에스테르 (Behenic acid methyl ester), 바람직하게는, 스테아린산, 스테아린산 에틸 에스테르, 스테아린산 메틸 에스테르를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 당업계에서 사용되는 임의의 지방산 또는 지방산 유도체를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 원료 유지는 식물성 유지와 지방산 또는 지방산 유도체를 1: 0.5 내지 1: 10의 몰 비율로 혼합되는 것이 바람직하다.

본 발명에 있어서, 상기 효소 에스테르 교환반응은 sn-1,3 위치에 포화지방산, sn-2 위치에 불포화지방산을 포함하는 대칭형 트리글리세라이드를 제조하는 데 사용되며, sn-1, 3 위치에 특이성을 가지는 효소를 이용하여 30 내지 60 ℃에서 1 내지 30 시간 반응시킨다.

sn-1,3 위치에 특이성을 지닌 효소는 리조푸스 델레마(Rhizopus delemar), 뮤코 미에헤이(Mucor miehei), 아스퍼질러스 미거(Aspergillus miger), 리조푸스 아르히주스(Rhizopus arrhizus), 리조푸스 니베우스(Rhizopus niveus), 뮤코 자바 니쿠스(Mucor javanicus), 리조푸스 자베니쿠스(Rhizopus javenicus), 리조푸스 옥시자에(Rhizopus oxyzae), 써모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginosus) 등에서 분리한 효소, 바람직하게는, 뮤코 미에헤이(Mucor miehei) 또는 써모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginosus) 분리한 효소를 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니고, 당업계에서 사용되는 임의의 sn-1,3 위치 특이성 효소를 사용할 수 있다.

상기 효소 에스테르 교환반응을 통해 얻어진 생성물은 0.001 내지 30 mbar, 100 내지 300℃, 바람직하게는, 0.001 내지 10mbar, 150 내지 250℃에서 증류하여 지방산 또는 지방산 유도체를 제거할 수 있다. 에스테르 교환 반응 후 지방산 또는 지방산 유도체를 제거하는 과정을 통해 98% 함량의 트리글리세라이드를 얻을 수 있고, 이는 천연 유지에서 분획을 통해 얻은 POS 유지와 비교 시 일관성 있는 제품을 얻을 수 있다는 장점이 있다. 또한, 효소 에스테르 교환 반응 중 생성된 부산물을 효소 에스테르 교환반응의 기질로 재사용할 수 있어 경제적으로 유리하다.

효소 에스테르 교환반응을 통해 얻어진 생성물은 건식 분별 (dry fractionation)과 용제 분별 (solvent fractionation)을 선택적으로 이용할 수 있다. 상기 용제는 헥산, 아세톤, 메틸에틸케톤, 에탄올 등 원료 유지를 용해시킬 수 있는 것이면 어느 것이든 사용이 가능하다. 용제 분별 시, 유지를 용제에 용해시킨 유지 용액의 농도에 따라 제조 효율을 조절 할 수 있다. 용제의 사용량은 유지 대비 1 내지 20 배, 바람직하게는 1내지 10 배 사용이 가능하다. 건식 분별 및 용제 분별을 통해 유지 용액을 0 내지 35℃에서, 약 1-10 시간 동안 결정화가 이루어질 때까지 방치한다. 결정화가 충분히 이루어지면, 고체상을 액체상으로부터 분리하여 결정화된 분획을 필터로 제거할 수 있다. 이러한 분별과정은 1회 혹은 2회 반복 수행할 수 있다. 본 발명에서는 분별과정 1회를 통해 POS가 50% 이상인 고함량 유지를 얻을 수 있었다.

본 발명의 방법에 따라 수득된 POS 고함량 유지는 식물성 유지 혹은 그의 분별유지, 예를 들면 하드 팜 중부유(Hard Palm Middle Fraction, HPMF) 및 살지(Sal fat)과 혼합하여 사용함으로써 코코아 버터와 유사한 물성을 나타내는 유지로 사용될 수 있다.

이를 통해, 기존의 코코아 버터 대체지에 반해 POS 비율을 증가시켜 물성 개선 효과 및 초콜릿의 블룸 내성을 부여 할 수 있을 뿐만 아니라, 상업적 가치를 높일 수 있다. 또한, 저급으로 인식되었던 천연 코코아 버터의 가치를 상승시킬 수 있으며, 부드러운 식감을 나타내는 충전용 크림으로 사용 가능한 동시에 영양적 가치가 우수한 유지 조성물을 개발할 수 있는 효과를 제공할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기 실시예에 의해 더욱 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들 실시예는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 어떤 의미로든 본 발명의 범위가 이들에 의해 제한되는 것은 아니다.

실시예 1: 원료 유지 분별

본 실시예에서는 식물성 유지를 원료로 사용하여 POP 함유 유지를 얻기 위해 용제 분별 (solvent fractionation) 및 건식 분별 (dry fractionation)을 행하였다(도 2 참조).

우선 용제 분별은, 팜유 1kg를 60℃에서 완전히 용해 후 아세톤(acetone) 10kg와 혼합하여 아세톤이 휘발되지 않게 마개로 막은 후, 교반을 통해 유지가 아세톤에 완전히 용해되도록 하였다. 상기 혼합액은 0℃에서 3시간 동안 30rpm 교반을 수반한 상태에서 결정화하였으며, 이를 감압 여과하여 고체상인 팜스테아린 (Palm stearin)과 액체상인 팜올레인 (Palm olein)으로 분리하였다. 이때 팜올레인의 수율은 60 % 이상이었으며, 요오드가(Iodine value) 60 이하의 특성을 지녔음을 확인할 수 있었다.

상기 분별에서 얻어진, 아세톤을 제거하지 않은 팜스테아린을 40℃에서 완전히 용해 후, 추가적으로 아세톤을 첨가하여 30℃에서 30rpm로 교반을 수반한 상태에서 결정화하였으며, 이를 감압 여과하여 결정화된 획분과 팜 중부유(PMF)로 분리하였다. 이때의 팜 중부유의 수율은 30% 이상었으며, POP 55% 함유, 요오드가 40을 특징으로 하는 POP 함유 유지를 얻을 수 있었다.

건식 분별은, 팜유 1kg를 60℃에서 완전히 용해하여, 25℃에서 30시간 동안 30rpm 교반을 수반한 상태에서 결정화하였다. 이를 감압 여과하여 고체상인 팜스테아린과 액체상인 팜올레인으로 분리하였다. 이때의 팜올레인의 수율은 75% 이 었으며, 요오드가 60 이하임을 확인 할 수 있었다.

상기 분별과정에서 얻은 팜올레인은 60℃에서 완전히 용해하여, 15℃에서 25시간 동안 30rpm 교반을 수반하여 결정화를 행하였다. 이를 감압 여과하여 고체상인 팜 중부유와 액체상인 슈퍼올레인 (Super Olein)으로 분리하였다. 이때의 팜 중부유의 수율은 55% 이었으며, 요오드가 50을 특징으로 하는 POP 함유 유지를 얻을 수 있었다.

실시예 2 : 효소 에스테르 교환 반응

본 실시예에서는 상기 실시예 1에서 제조한 POP 함유 유지와, 스테아린산 또는 스테아린산 유도체를 1:5의 몰 비율로 혼합하였다.

상기 혼합물에 뮤코 미에헤이(Mucor miehei) 및 써모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginosus)에서 분리된 효소를 혼합한 후, 교반기가 설치된 반응기에서 에스테르 교환 반응시켰다(교반식 에스테르 교환반응). 한편 이와는 별도로 유리형태(double jacket type)의 컬럼에 효소를 충진하여 이에 원료 혼합물을 연속적으로 통과시킴으로써 에스테르 교환반응을 행하였다(연속식 에스테르 교환반응). 이때 반응 온도는 50℃로 일정 온도를 유지하였다. 이를 통해, POS 함량 50% 이상의 유지를 수득할 수 있었다.

실험예 1: 트리글리세라이드 구조 분석

본 실험예에서는 상기 실시예 2에서 각각 교반식 에스테르 교환 반응 및 연속식 에스테르 교환반응을 통해 얻어진 유지의 트리글리세라이드 조성과 함량을 분석하였다(도 3, 표 2참조).

트리글리세라이드 조성 및 함량을 분석하기 위하여 HPLC(high performance liquid chromatography)를 이용하였다. 분석 조건은 하기 표 1과 같은 조건으로 수행하였다. 역상 고분해능 액체크로마토그래피-증기화광산란검출기 시스템을 이용하여 분별 전후 유지의 트리글리세라이드 구조를 분석하였다. 시료 30㎕와 헥산 10㎖ 를 넣고 PTFE 시린지 필터(syringe filter)(25㎜, 0.2㎛)를 이용하여 여과시킨 후 2㎖ 바이알에 넣어 오토 샘플러를 이용하여 기기에 시료를 20 ㎕ 주입하였다. 용매는 아세토나이트릴(용매 A), 헥산/이소프로필알콜(용매 B)를 사용하였으며, 유속은 1㎖/min 이었다. 용매의 기울기 용리(A:B, v:v) 진행과정은 45분간 80:20으로 유지하였고, 60분까지 54:46으로 변화 후 60분부터 70분까지 80:20으로 유지시켜 총 진행시간은 70 분으로 하였다.

기기명	애질런트(Agilent), 1200 HPLC Chemstation
칼럼	NOVA-pack C18 60Å 4㎛ (3.9 x 150mm, Waters)
검출기	알텍(Alltech), ELSD(Evaporative Light Scattering Detector)
샘플 양	20 ㎕
용매	아세토나이트릴 : 헥산/이소프로필알콜 기울기 용매 시스템 사용
검출기 gain	1
검출기 오븐온도	80℃
운반기체	N₂(1.5L/min)

상기 실시예 2에서 수득된 유지 중 트리글리세라이드 조성은 표 2와 같다.

POP: 1,3-디팔미토일-2-올레오일글리세롤 (1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol)

POS: 1-팔미토일-2-올레오일-3-스테아로일글리세롤 (I-palmitoyl-2-oleyl-3-stearoylglycerol)

SOS: 1,3-디스테아로일-2-올레오일글리세롤 (1,3-distearoyl-2-oleoylglycerol)

	POP	POS	SOS
반응 기질	86.2	8.2	0.3
교반식 에스테르 교환 반응	27.6	51.1	15.6
연속식 에스테르 교환 반응	29.4	50.8	14.7

반응 전 기질의 POS 함량은 8.2%로, 이를 이용하여 교반식 에스테르 교환 반응한 결과 POS 함량은 49.7%, SOS 함량은 17.6%로 확인되었다. 또한 연속식 에스테르 교환 반응 후 수득된 유지는 POS 50.8%, SOS 14.7%으로 교반식 반응 결과와 유사함을 확인 할 수 있었다.

실시예 3 : 지방산 또는 지방산 유도체 제거

본 실시예에서는 상기 실시예 2에서 에스테르 교환반응을 통해 수득된 유지를 0.001mbar, 250℃에서 증류하여 스테아린산 또는 스테아린산 유도체를 제거하였다.

실험예 2: 트리글리세라이드 함량 분석

본 실험예에서는 상기 실시예 3에서 스테아린산 또는 스테아린산 유도체를 제거한 유지의 트리글리세라이드 함량을 분석하기 위하여 TLC-FID 분석을 행하였다.

TLC-FID는 박층크로마토그래피(Thin Layer Chromatography, TLC) 상에 분리된 유기 혼합물질의 정량, 정성 분석이 가능하다. 분석 시 용매는 시그마 (SIGMA)사의 특급시약을 사용한다. 샘플을 용매에 녹인 후 약 1㎕만큼, TLC-FID를 위해 특별히 고안된 크로마로드(시료가 분리 전개되도록 실리카 또는 알루미나를 얇게 고온 고착한 석영 막대)에 스팟팅한다. 전개용매를 넣은 전개조에서 20분 동안 전개한 후 드라이 오븐에서 완전히 용매를 건조시켜, TLC-FID를 이용하여 분석한다. TLC-FID 에 의한 분석 조건은 하기 표 3와 같다.

TLC-FID 기기명	IATRON IATROSCAN MK-5
검출기	FID(Flame Ionization Detect) FPD(Frame Photometric Detect)
샘플 양	1 ㎕
수소가스 유속	160 ml/min
공기 유속	2 ml/min
스캔스피드	30 sec

위와 같은 조건의 분석을 상기 실시예 3에서 얻어진 유지 중 트리글리세라이드의 함량은 98% 이상임을 확인 할 수 있었다.

실시예 4 : 결정화 분획 및 제거

상기 실시예 3에서 지방산 또는 지방산 유도체가 제거된 유지를 결정화시켜 결정화 분획을 제거하기 위해, 용제 분별 (solvent fractionation) 및 건식 분별(dry fractionation)을 행하였다.

용제 분별은, 상기 실시예 3에서 수득된 유지 1kg은 아세톤 (acetone) 10kg와 혼합하여 아세톤이 휘발되지 않게 마개로 막은 후, 교반을 통해 유지가 아세톤에 완전히 용해되도록 하였다. 상기 혼합액은 0℃에서 3시간 동안 30rpm 교반하여 결정화시켰으며, 이를 감압 여과 과정을 거쳐 고체상과 액체상을 분리하였다.

분리된 고체상과 액체상 중 함유되어 있는 아세톤은 감압 증류를 통해 제거하였다. 이때 여과한 액체상의 유지 수율은 80 % 이상이었으며, 결정화된 유지가 제거된 POS 함량 50% 이상의 유지를 수득하였다.

결정화 분획이 제거된 유지의 특성은 융점 (melting point) 분석을 통해 확인 할 수 있었다(표 6 참조).

건식 분별은, 상기 실시예 3에서 수득된 유지 1kg를 60℃에서 교반을 통해 완전히 용해시킨 후 20℃까지 감온하였으며, 20℃에서 30rpm으로 20시간 동안 교반하여 결정화를 수행하고, 이를 감압 여과 과정을 거쳐 고체상과 액체상을 분리하였다.

여과한 액체상의 유지 수율은 60 % 이었으며, 결정화된 유지가 제거된 POS 함량 50% 이상의 유지를 수득하였다. 결정화된 분획이 제거된 유지의 특성은 융점 (melting point) 분석을 통해 확인 할 수 있었다(표 7 참조).

실험예 3: 트리글리세라이드 구조 분석 및 융점 분석

본 실험예에서는 상기 실시예 4에서 용제 분별 및 건식 분별을 통해 수득된 유지의 트리글리세라이드의 조성과 함량을 분석하였다.

트리글리세라이드 조성 및 함량을 분석하기 위하여 HPLC(high performance liquid chromatography)를 이용하였다. 분석 조건은 하기 표 1과 같은 조건으로 수행하였다. 역상 고분해능 액체크로마토그래피-증기화광산란검출기 시스템을 이용하여 분별 전후 유지의 트리글리세라이드 구조를 분석하였다. 시료 30㎕와 헥산 10㎖ 를 넣고 PEFE 시린지 필터(syringe filter)(25㎜, 0.2㎛)를 이용하여 여과시킨 후 2㎖ 바이알에 넣어 오토 샘플러를 이용하여 기기에 시료를 20 ㎕ 주입하였다. 용매는 아세토나이트릴(용매 A), 헥산/이소프로필알콜(용매 B)를 사용하였으며, 유속은 1㎖/min 이었다. 용매의 기울기 용리(A:B, v:v) 진행과정은 45분간 80:20으로 유지하였고, 60분까지 54:46으로 변화 후 60분부터 70분까지 80:20으로 유지시켜 총 진행시간은 70 분으로 하였다.

상기 실시예 4에서 용제 분별 및 건식 분별을 통해 수득된 유지 중 트리글리세라이드의 융점을 EX-871 자동상승 융점측정기를 이용하여 측정하였다. 시료를 완전히 녹인 다음 모세관에 약 1cm 정도 채워 모세관 지지대에 꽂은 후 냉동고에서 10분 정도 방치하였다. 이어서 시료를　센서에 꽂아 고정한 후, 미리 준비해둔 10℃ 증류수를 채운 수조에 넣어 융점을 측정하였다. 처음 10 내지 25℃에서는 2℃/min, 25℃ 이후에는 0.5℃/min씩 온도를 상승시켰다. 자동상승 융점측정기를 이용한 융점측정 분석 조건은 하기 표 5과 같다.

기기명	EX-871 자동상승융점측정기
승온 온도	0.5℃/min
샘플 개수	8개
전처리 조건	-5℃ (10분)
검출기구	특수 광전 센서 검출방식
가열장치	특수 코일형 가열히타 400 W
교반장치	가변속형 전동기

	트리글리세라이드 조성(area %)			융점(℃)
	POP	POS	SOS	-
결정화 분획 및 제거 전	29.4	50.8	14.7	40.2
결정화 분획 및 제거 후	28.1	51.3	14.9	34.4

용제 분별을 통해 얻은 유지의 트리글리세라이드 조성 및 융점 분석 결과는 표 6과 같다. 트리글리세라이드 분석 결과, 주요한 조성인 POP, POS, SOS는 큰 차이를 보이지 않았다. 반면, 융점 확인 결과 분별 전 유지의 융점은 40.2℃인 것에 반해, 분별 후 유지의 융점은 35.5℃로 확인되어 고융점 분획이 결정화되어 제거되었음을 확인 할 수 있었다.

	트리글리세라이드 조성(area %)			융점(℃)
	POP	POS	SOS	-
결정화 분획 및 제거 전	29.4	50.8	14.7	40.2
결정화 분획 및 제거 후	29.3	51.2	15.3	34.6

건식 분별을 통해 얻은 유지의 트리글리세라이드 조성 및 융점 분석 결과는 표 7과 같다. 트리글리세라이드 분석 결과, 주요한 조성인 POP, POS, SOS는 큰 차이를 보이지 않는다. 반면, 융점 확인 결과 분별 전 유지의 융점은 40.4℃인 것에 반해, 분별 후 유지의 융점은 31.6℃로 확인되어 고융점 분획이 결정화되어 제거됨을 확인 할 수 있었다.

위와 같은 과정을 통해 POS(50% 이상) 고함량 유지를 제조 할 수 있었다.

도 1은 본 발명의 제조방법에 있어서 전체 공정을 나타낸 순서도이다.

도 2은 본 발명의, 원료 유지 분별에 있어서 팜유의 분별을 나타낸 순서도이다.

도 3은 본 발명의, 효소 에스테르 교환 반응을 통해 수득된 반응물의 트리글리세라이드 조성을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.

Claims

POP 함유 식물성 유지, 및 지방산 또는 지방산 유도체를, 뮤코 미에헤이(Mucor miehei) 또는 써모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginosus)에서 유래된 효소를 사용하여 효소적 에스테르 교환 반응시키는 단계;

상기 효소적 에스테르 교환 반응시킨 유지로부터 지방산 또는 지방산 유도체를 0.001 내지 10mbar, 150 내지 250℃에서 증류하여 제거하는 단계; 및

상기 지방산 또는 지방산 유도체가 제거된 유지를 0 내지 35℃에서 1 내지 10시간 동안 유지시키는 분별 과정을 통하여 결정화된 분획을 제거하는 단계;를 포함하는, POS 함량이 50 중량% 이상인 유지의 제조 방법.
삭제
제1항에 있어서, 상기 POP 함유 식물성 유지, 및 지방산 또는 지방산 유도체가 1: 0.5 내지 1: 10의 몰 비율로 혼합된 것인 방법.
제1항에 있어서, 상기 효소적 에스테르 교환반응이 30 내지 60℃에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
삭제
삭제
제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 하나의 항에 따라 제조된 유지를 포함하는 코코아버터 유사지.