KR20060037257A - 낮은 트랜스-지방산 함량을 가진 지방산의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산 제조를 위한 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물, 예컨대 지방 및/또는 오일의 가수분해 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 생성하는 조건 하의 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물의 가수분해 방법에 관한 것이다.

Description

낮은 트랜스-지방산 함량을 가진 지방산의 제조 방법 {METHOD FOR THE PRODUCTION OF FATTY ACIDS HAVING A LOW TRANS-FATTY ACID CONTENT}
본 발명은 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산 생성을 위한 지방 및 오일의 가수 분해 방법에 관한 것이다. 특히, 본 발명은 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 생성하는 조건 하에서 지방 및 오일의 가수분해 방법에 관한 것이다.
용어 "지방산"은 보통 동물성 지방, 식물성 및 해양 오일에 존재하는 천연 카르복실산을 의미하는 것으로 이해된다. 이는 통산 한 말단에 카르복실기를 가진 12 ~ 22 개의 탄소 원자를 가진 장쇄, 직쇄형 탄화수소 사슬로 이루어진다. 대부분의 천연 지방산은 짝수의 탄소 원자를 갖는다. 지방산은 탄소-탄소 이중 결합을 포함하거나 포함하지 않을 수 있다. 이중 결합이 없는 것들은 포화 지방산으로 알려져 있고, 1 이상의 이중 결합을 가진 것들은 불포화 지방산으로 알려져 있다. 가장 일반적인 포화 지방산은 팔미트산 (16 개의 탄소) 및 스테아르산 (18 개의 탄소)이다. 올레산 및 리놀레산 (모두 18 개의 탄소)이 가장 일반적인 불포화 지방산이다.
트랜스 지방산은 트랜스 이성체 구조로 1 이상의 이중 결합을 포함하는 불포화 지방산이다. 트랜스 이중 결합 구조는 시스 형태보다 더 큰 결합각을 갖는다. 이것은 지방산을 포함하는 시스 불포화 이중 결합보다 포화 지방산과 좀더 유사한 좀더 확장된 지방산 탄소 사슬을 산출한다. 이중 결합(들)의 구조는 지방산의 물리적 특성에 영향을 미친다. 이러한 트랜스 이중 결합을 포함한 지방산은 아실 사슬의 근접 패킹 또는 정렬 가능성을 가지므로, 이동성이 감소되며; 따라서 유동성은 시스 이중 결합을 포함한 지방산에 비해 감소된다. 트랜스 지방산은 통상 식물성 오일의 부분 수소첨가에 의해 제조된다.
포화 지방산의 높은 식이 수준은 증가된 총 및 저밀도 지방단백질 (LDL) 콜레스테롤 농도와 관련이 있다. 그러나, 최근 다수의 연구에 의하면 트랜스-이성체 지방산이 풍부한 식이 요법이 LDL 농도의 증가뿐 아니라 고밀도 지방단백질 (HDL) 콜레스테롤 농도의 감소로, 총 콜레스테롤/HDL 콜레스테롤의 전체 비에 유리하지 않은 결과를 나타내는 것으로 보고하였다 (Aro 등, Am. J. Clin. Nutr., 65: 1419-1426 (1997); Judd 등, Am. J. Clin. Nutr., 59: 861-868 (1994); Judd 등, Am. J. Clin. Nutr., 68: 768-777 (1998); Louheranta 등, Metabolism 48: 870-875 (1999); Mensik 및 Katan, N. Engl. J. Med. 323: 439-445 (1990); Muller 등, Br. J. Nutr. 80: 243-251(1998); Sundram 등, J. Nutr. 127: 514S-520S (1997)). 최근 데이타는 추가로 트랜스-이성체 지방산 섭취와 LDL:HDL 비 사이에는 복용량 의존 관계가 있으며, 이 효과의 중요성은 실제로 포화 지방산에 비해 트랜스-이성체 지방산이 큰 것으로 입증되었다 (Ascherio 등, N. Engl. J Med. 340: 1994-1998 (1999)).
천연 지방 및 오일은 글리세롤과 3 개의 지방산의 트리에스테르를 포함한다. 따라서, 이들은 화학적으로는 트리아실글리세롤 또는, 좀더 일반적으로는, 트리글 리세라이드로 지칭한다. 소정의 천연 공급원으로부터의 지방 또는 오일은 다수의 상이한 트리아실글리세롤의 복잡한 혼합물이다. 식물성 오일은 대부분 불포화 지방산으로 이루어져 있는 반면, 동물성 지방은 많은 비율의 포화 지방산을 함유한다. 지방 및 오일은 매우 다양한 물품, 예컨대 비누 및 계면활성제, 윤활제, 및 다양한 기타의 식품, 농업, 산업, 및 기타 개인 용품에 사용된다.
에스테르와 같은, 트리아실글리세롤을 가수분해하여 카르복실산 및 알콜을 얻을 수 있다. 지방 또는 오일 분자의 가수분해에 의해 생성되는 반응 생성물은 1 분자의 글리세롤과 3 분자의 지방산이다. 이 반응은 글리세라이드의 아실기의 단계적 가수분해에 의해 진행되어, 주어진 시간 동안 반응 혼합물은 트리글리세라이드, 물, 글리세롤 및 지방산뿐 아니라 디글리세라이드 및 모노글리세라이드를 포함한다.
최근, 지방 및 오일의 가수분해에 사용되는 가장 일반적인 방법은 Colgate-Emery 증기 가수분해 방법으로 공지된 고온 증기 처리 방법이다 (Brady, C., L. Metcalfek, D. Slaboszewski, 및 D. Frank, JAOCS, 65: 917-921 (1988)). 이 방법, 및 이의 개조된 방법은 240 ~ 315℃의 고온 및 700 ~ 750 PSIG의 고압 하에 물과 지방의 역류 반응을 사용한다. 즉, Colgate-Emery 방법은 지방 및 오일로부터 포화 지방산의 대량 제조를 위한 가장 효과적이며 저렴한 방법이다. 이 방법에서, 탑 (tower)을 사용하여 지방과 물을 혼합하여 가수분해 반응의 효율을 증가시킨다. 지방을 고압 공급 펌프를 가진 탑 하부로부터 도입한다. 물은 지방의 40 ~ 50 중량% 비로 탑의 상부 근처로부터 도입한다. 물의 하향에 의한 지방의 상승에 따라, 연속 적인 오일-물 경계면이 생성된다. 이 경계면에서 가수분해 반응이 일어난다. 고압 증기의 직접적 주입은 온도를 약 260℃까지 상승시키고 압력을 700 ~ 715 PSIG로 유지시킨다. 증가된 압력은 물의 끓는점 증가의 원인이며, 고온의 사용이 가능하고, 지방에서 물의 용해도 증가를 초래한다. 증가된 물의 용해도는 좀더 효과적인 가수분해 반응을 제공한다. 이 연속적인, 역류, 고압 방법으로 2 ~ 3 시간 동안 98 ~ 99% 효율의 분할 수율 (split yield)이 가능하다 (Sonntag, JAOCS 56: 729A-732A (1979)). 더하여 이 방법으로 얻어진 지방산 생성물의 정제는 종종 증류와 같은 방법에 의해 달성된다.
그러나, 극단적인 반응 조건 때문에, 이 방법은 종종 생성된 지방산의 광범위한 분해를 초래한다. 예를 들면, Colgate-Emery 방법은 부산물, 예컨대 트랜스-이성체 지방산의 형성 및 고온에서 불포화 지방산의 분해로 인하여 불포화 지방이 높은 대두유, 다중불포화 산을 포함한 어유, 피마자유 같은 히드록시 함유 지방 및 오일, 공액된 이중 결합을 포함하는 감열성 트리글리세라이드의 분열에 효과적인 것으로 나타나지 않았다 (Sonntag, JAOCS 56: 729A-732A (1979)). 따라서, 일반적으로 불포화 지방이 많은 식물성 오일 (예를 들면, 대두, 옥수수 및 땅콩)로부터의 지방산 제조에는 이 방법을 추천하지 않는다.
다른 산업 분야는 불포화 지방 및 오일의 고압-고온 가수분해와 관련된 부산물의 형성 및 불포화 지방 분해를 피하기 위해 다른 가수분해 방법을 사용한다. 염기를 사용한 불포화 오일의 분할에 의한 가수분해 후 산성화 또는 효소 가수분해를 포함한다. 그러나, 이 방법중 어느 것도 유사 시간 조건 하에 Colgate-Emery 방법 에 필적하는 분할 수율을 나타내지는 않는다.
불포화 지방 및 오일의 가수분해에 사용되는 통상의 방법의 제한점을 고려하여, 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산 생성물을 제조하는 불포화 지방 및 오일에 적절한 비접촉 가수분해의 효과적인 방법에 대한 당업계의 수요가 존재하고 있다.
더하여, 미국 식품의약청 식품 라벨이 식품의 트랜스-이성체 지방산 함량을 포함할 것을 요구하는 절차를 개시하였다. 따라서, 식품 제조업자들은 이들의 제품의 트랜스-이성체 지방산 함량을 감소시켜야만 한다. 그래서, 식품에 사용되기 위한 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산의 제조에 제공되는 불포화 지방 및 오일의 가수분해에 대한 수요가 개발되고 있다.
본 발명은 불포화 지방의 높은 지방 및 오일의 가수분해 방법을 제공하여 지방산 생성물은 식품 산업에 사용되기 적절한 낮은 트랜스-이성체 지방산을 지님으로써 이러한 수요에 대처하였다.
발명의 요약
본 발명은 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산 생성물의 제조를 야기하는 반응 조건 하에서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물, 예컨대 지방 및/또는 오일의 가수분해에 의한 지방산 제조 방법을 제공한다.
낮은 트랜스-이성체 지방산 생성물은 통상 우선 수성상에서 오일상을 분리하고 오일상에서 지방산의 제거, 예를 들면 증류에 의해 처리한다. 그 후 낮은 트랜스-이성체 지방산 생성물은 1,3-디아실글리세라이드의 제조를 위한 기질로서 사용될 수 있다.
오일상에서 지방산의 제거는 후속 가수분해 반응을 위한 출발 물질로서 사용하기 위해 재생될 수 있는 글리세롤 지방산 에스테르-함유 잔류물을 남기며, 통상 이러한 잔류물 상을 추가의 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물과 혼합한다.
또한 불포화 지방이 높은 지방 및/또는 오일의 가수분해에 의해 생성되는 낮은 트랜스-이성체 지방산을 제공한다.
한가지 구체예로, 낮은 트랜스-이성체 지방산은 식품, 예컨대 식용유의 제조에 사용된다.
상세한 설명
신규한 방법은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물, 예컨대 지방 및/또는 오일의 가수분해를 통해 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 갖는 지방산의 제조를 제공한다.
본 명세서에서, 용어 "가수분해"는 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물, 예컨대 지방 또는 오일 출발 물질을 물과 반응시켜 이를 지방산과 글리세린 성분으로 분리시키는 것을 의미한다. 바람직한 구체예로, 이 반응은 비촉매성이다.
가수분해 반응은 사용자의 필요에 따라 회분식, 연속식 또는 반연속식 방법으로 수행될 수 있다.
회분식 가수분해 방법은 가수분해 반응의 시작시 모든 반응물을 넣고 소정의 반응 경로 중에 물질을 회분 반응기에 공급하지 않거나 또는 제거되지 않는 방법을 의미한다 (Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4-25 쪽, 6 판 (1984)).
연속식 가수분해 방법은 연속적인 방법으로 반응물이 반응에 도입되고 생성물이 반응으로부터 동시에 회수되는 방법을 의미한다. 이 방법은 통상 대량 생산 설비에서 사용된다 (Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4-25 쪽, 6 판 (1984)).
반연속식 가수분해 방법은 사실상 회분식도 아니고 연속식도 아닌 방법을 의미한다. 한가지 구체예로, 일부의 반응물은 시작시 변하고, 남아있는 반응물이 도입되고, 반응이 진행된다. 다른 구체예로, 반응 생성물은 반응기로부터 계속 배출된다 (Perry's Chemical Engineers' Handbook, 4-25 쪽, 6 판 (1984)).
가수분해 반응은 반응의 효율을 증가시키기 위해 교반 또는 역류 방법을 추가할 수 있다. 이것은 기계적 방법 또는 Colgate-Emery 방법에 기술된 역류 방법에 의해 실행될 수 있다.
가수분해 반응에서 사용된 물의 양은 출발 물질의 중량에 기준한다. 본 발명의 한가지 구체예로 출발 물질 1 ㏖당 최소 3 ㏖의 물을 사용한다. 바람직한 구체예로, 물 : 출발 물질의 비는 1.5 g 물 : 1 g 출발 물질이다.
가수분해 반응은 약 200℃ ~ 약 300℃의 온도에서 수행될 수 있다. 가수분해를 위한 바람직한 온도는 약 220℃ ~ 약 250℃이다. 가수분해를 위한 좀더 바람직한 온도는 약 225℃ ~ 약 235℃이다. 가수분해를 위한 특히 바람직한 온도는 약 230℃이다.
가수분해 반응은 약 0 시간 ~ 약 6 시간 동안 회분식 방법에서 수행될 수 있다. 회분식 가수분해를 위한 바람직한 시간 범위는 약 2 시간 ~ 약 4 시간이다. 회분식 가수분해를 위한 좀더 바람직한 시간 범위는 약 3 시간이다. 그러나, 반연속식 및 연속식 방법은 반응에 출발 물질 및 물의 연속적인 도입으로 인해 계속적인 공정이 가능하다.
용어 "분할 수율" 및 "분할비"는 교환가능하게 사용되며 가수분해 반응에 의해 제조된 유리 지방산의 비율을 의미한다. 본 명세서에서, 용어는 오일상의 지방산 함량을 의미한다.
"고분할 수율" 또는 "효과적인 가수분해"는 서로 교환가능하며, 80% 이상의 분할 수율로 정의된다. 본 발명의 방법에 의해 제조되는 분할 수열은 90% 이상, 좀더 바람직하게는 91% 이상, 좀더 바람직하게는 92% 이상, 좀더 바람직하게는 93% 이상, 좀더 바람직하게는 94%, 좀더 바람직하게는 95% 이상, 좀더 바람직하게는 96% 이상, 좀더 바람직하게는 97% 이상, 좀더 바람직하게는 98% 이상, 좀더 바람직하게는 99% 이상이 바람직하다.
낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산은 낮은 분할 수율을 얻을 수 있다. 예를 들면, 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산은 80% 미만의 분할 수율, 70% 미만의 분할 수율, 60% 미만의 분할 수율, 40% 미만의 분할 수율 또는 20% 미만의 분할 수율을 갖는 가수분해 반응에 의해 제조된다.
본 발명에 사용될 수 있는 출발 물질은 매우 다양하다. 본 명세서에서, 출발 물질은 1 이상의 정제 또는 비정제된, 표백 또는 비표백된 및/또는 탈취 또는 비탈취된 지방 또는 오일을 포함한다. 지방 또는 오일은 단일 지방 또는 오일이나 1 이상의 지방 또는 오일의 혼합물을 포함할 수 있다. 이처럼, 지방 또는 오일 모두 포화, 단일-불포화 또는 다중-불포화 또는 이의 임의의 조합일 수 있다. 용어 "포화된"은 탄화수소 사슬 내에 탄소-탄소 이중 결합이 존재함을 의미한다. 바람직한 구체예로, 출발 물질은 단일-불포화 또는 다중-불포화 식물성 오일이다. 특히 바람직한 구체예로, 출발 물질은 다중 불포화 식물성 오일이다.
1 이상의 비정제 및/또는 비표백 지방 또는 오일은 유지방, 코코아 버터, 코코아 버터 대용품, 일리프 지방, 코쿰 버터, 우유 지방, 모라 지방, 푸와라 버터, 사라수 지방, 셔 지방, 보르네오 우지, 라드, 라놀린, 소 우지, 양 우지, 기타 동물성 지방, 캐놀라 오일, 피마자유, 코코넛 오일, 고수풀 오일, 옥수수 오일, 면실유, 헤이즐넛 오일, 대마유, 아마인유, 망고 열매 오일, 미도우폼 오일, 축우 발 오일, 올리브 오일, 야자유, 야자 열매 오일, 야자 올레인, 야자 스테아린, 야자 열매 올레인, 야자 열매 스테아린, 땅콩 기름, 평지씨 오일, 쌀겨 오일, 홍화유, 사산쿠아 오일, 대두유, 해바라기씨 오일, 톨유, 츠바키 오일, 식물성 오일, 멘하덴과 같은 합성 또는 고형 지방으로 전환 가능한 해양 오일, 바다빙어유, 간유, 오렌지 루피 오일, 파일 허드, 정어리 오일, 고래 및 청어 오일, 또는 이의 조합을 포함할 수 있다.
"불포화 지방에서 높은"은 Wijs 방법에 의해 측정된 바와 같이 110 이상의 요오드 수치를 가진 지방 및 오일, 또는 이의 혼합물을 포함한다. 용어 "요오드 수치"는 지방 또는 오일에 존재하는 불포화 이중 결합의 총 갯수를 측정하는 것으로 정의된다. 바람직한 구체예로, 본 발명에 의한 가수분해된 지방 또는 오일은 120 이상, 바람직하게는 130 이상, 좀더 바람직하게는 135 이상, 및 특히 바람직하게는 140 이상의 요오드 수치를 갖는다.
여기에 사용된 용어 "지방산"은 대체로 동물성 지방, 식물성 및 해양 오일에 기초한 카르복실산이 적용된다. 이것들은 보통 포화, 단일-불포화 또는 다중-불포화 형태로 존재할 수 있다. 지방산의 자연 기하학적 형태는 시스-이성체 형태이다. 시스-이성체 형태는 산의 유동성에 상당히 기여한다.
용어 "트랜스-이성체 지방산"은 트랜스 이성체 형태로 1 이상의 이중 결합을 포함하는 불포화 지방산으로 정의된다. 본 명세서에서 사용된, "저비율의 트랜스-이성체 지방산" 또는 "낮은 트랜스-이성체 지방산 함량"은 본 발명의 가수분해 반응의 지방산 생성물에 존재하는 트랜스-이성체 지방산의 비율이 지방산 생성물의 총 지방산 조성의 6% 미만임을 의미한다. 바람직한 구체예로, 본 발명의 가수분해에 의해 생성된 지방산의 트랜스-이성체 지방산 함량은 총 지방산 생성물의 5% 미만, 좀더 바람직하게는 4% 미만, 좀더 바람직하게는 3% 미만, 좀더 바람직하게는 2% 미만, 좀더 바람직하게는 1.5% 미만이다.
본 명세서에서 사용된 용어 "지방산 생성물"은 출발 물질의 유리 지방산 성분을 포함하는 가수분해 반응 생성물을 의미한다. 바람직한 구체예로, 본 발명의 방법으로 출발 물질의 트랜스-이성체 지방산 함량에 비해 트랜스-이성체 지방산 함량이 3% 미만의 증가, 좀더 바람직하게는 2.5% 미만의 증가, 좀더 바람직하게는 2% 미만의 증가, 좀더 바람직하게는 1.5% 미만의 증가, 좀더 바람직하게는 1% 미만의 증가를 가진 지방산 생성물이 얻어질 수 있다.
다른 구체예로, 본 발명의 방법은 반응 혼합물 (수성상)로부터 유리 지방산 (오일상에 함유된)의 분리를 추가로 포함한다. 본 명세서에 사용된, 용어 "오일상"은 가수분해 반응 생성물의 비수성상을 의미한다. 초기에, 오일상은 수성상으로부터 분리되어야 한다. 통상의 분리 방법은 원심분리, 증류 또는 침전을 포함한다. 오일상과 수성상의 분리시, 유리 지방산은 오일상의 다른 성분으로부터 추가로 분리된다. 이것은 오일상의 증류에 의해 달성되며, 그리하여 증류액 상 (유리 지방산 포함) 및 잔류물 상을 생성한다.
다른 구체예로, 주로 모노-아실글리세라이드, 디-아실글리세라이드 및 트리-아실글리세라이드를 포함하는, 증류 공정의 잔류물은 추가의 지방산 추출을 위해 추가로 진행할 수 있다. 이 추가 공정은 가수분해 공정을 통해 잔여 생성물의 재활용을 포함한다.
다른 구체예로, 본 발명의 지방산 생성물은 낮은 포화, 낮은 트랜스-이성체 지방산 제조를 위해 추가로 진행될 수 있다. 이 추가 공정은 본 명세서에 기술된 가수분해 방법과 저온 결정화를 통한 포화 지방산 제거 방법의 결합을 포함한다. 특히, 공정은 지방산 생성물과 폴리글리세롤 에스테르 결정 개질제를 혼합하고, 혼합물을 방한 처리하여 불포화 지방산으로부터 포화 지방산의 분리하는 것을 포함한다. 본 명세서에서, 용어 "방한 처리"는 높은 녹는점 분자가 여과되기에 충분히 큰 고형 입자로 형성될 때까지 저온으로 오일을 냉각하는 과정을 의미한다. 방한 처리는 부분 결정화의 전공정의 특수화된 형태이다.
특히 바람직한 구체예로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 지방산은 1,3-디아실글리세롤을 만드는데 사용된다. 특히, 본 발명의 가수분해 반응에 의한 지방산 생성물은 효소, 예컨대 리파아제로 처리하며, 글리세라이드의 1 번 및 3 번 위치의 말단 에스테르의 에스테르화 또는 트랜스에스테르화를 촉진한다. 에스테르화 또는 트랜스에스테르화 생성물은 식품의 제조에 추가로 사용될 수 있다.
대안적 구체예로, 본 발명의 방법에 의해 제조된 지방산은 추가로 수소첨가로 처리된다. 본 명세서에서, 수소첨가는 불포화 지방산의 이중 결합에 수소를 첨가하는 것을 의미한다. 이 반응은 고온 및 고압에서 지방산 생성물과 기체 수소의 반응에 의해 수행된다.
추가 구체예로, 본 발명은 본 발명의 방법에 의해 제조된 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산 조성물에 관한 것이다.
다른 구체예로, 본 발명은 본 발명의 낮은 트랜스-이성체 지방산 조성물을 포함한 요리용 오일에 관한 것이다.
또다른 구체예로, 본 발명은 본 발명의 낮은 트랜스-이성체 지방산 조성물을 포함한 식품에 관한 것이다.
도 1은 다양한 온도 및 다양한 시간에서 트랜스-이성체 지방산 형성의 증가를 나타내는 그래프이다. 280 g의 RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8%의 트랜스-이성체 함량)을 420 g의 물과 220℃ (검정색 별), 225℃ (회색 별), 230℃ (흰색 삼각형), 235℃ (회색 사각형) 및 250℃ (검정색 다이아몬드)에서 0 ~ 6 시간 동안 반응시켰다. 트랜스-이성체 형성은 기체 크로마토그래피에 의해 측정하였다. 이 데이타는 트랜스-이성체 형성이 반응 온도 및 시간에 의존한다는 것을 보여준다.
도 2는 다양한 온도 및 다양한 시간에서의 분할비 (형성된 지방산 %)를 나타내는 그래프이다. 280 g의 RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8%의 트랜스-이성체 함량)를 420 g의 물과 225℃ (회색 별), 230℃ (흰색 삼각형), 235℃ (회색 사각형) 및 250℃ (검정색 다이아몬드)에서 0 ~ 6 시간 동안 반응시켰다. 가수분해 정도 (분할비)는 수산화칼륨 (KOH)을 사용하여 지방산의 적정으로 측정하였다. 이 데이타는 효과적인 가수분해 반응이 적당한 반응 시간, 300℃ 이하의 온도에서 달성될 수 있다는 것을 보여준다.
하기 기술된 실시예는 불포화 지방이 높은 출발 물질이 비촉매적 가수분해되어 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산 생성물을 제조할 수 있음을 예시한다. 하기 실시예는 예시를 위한 것이며 첨부하는 청구 범위에서 정의된 바와 같이 본 발명의 범위를 제한하는 것은 아니다.
실시예 1
280 g의 RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8% 트랜스-이성체 함량) 및 420 g의 물을 소정의 온도와 시간 동안 1050 rpm으로 교반하는 1 ℓ 고압 반응기에서 반응시켰다. 트랜스-이성체 지방산 함량은 기체 크로마토그래피 분석에 의해 측정하였다.
도 1의 결과를 요약하였다. 250℃에서 6 시간 후, 트랜스-이성체 지방산 함 량은 6% (검정색 다이아몬드)였다. 235℃에서 6 시간 후, 트랜스-이성체 지방산 함량은 2.3% (회색 사각형)였다. 230℃에서 6 시간 후, 트랜스-이성체 지방산 함량은 2.1 % (흰색 삼각형)였다. 225℃에서 6 시간 후, 트랜스-이성체 지방산 함량은 1.8% (회색 별)였다. 이 실시예의 결과로 가수분해 반응의 온도 및 시간의 조절에 의해, 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산 생성물을 얻을 수 있음이 입증되었다.
실시예 2
280 g의 RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8% 트랜스-이성체 함량) 및 420 g의 물을 소정의 온도와 시간 동안 1050 rpm으로 교반하는 1 ℓ 고압 반응기에서 반응시켰다. 분할 수율은 수산화칼륨을 사용한 지방산 적정으로 측정하였다.
도 2의 결과를 요약하였다. 250℃에서 3 시간 후, 분할 수율은 95% (검정색 다이아몬드)였다. 235℃에서 3 시간 후, 분할 수율은 95% (회색 사각형)였다. 230℃에서 3 시간 후, 분할 수율은 93% (흰색 삼각형)였다. 225℃에서 3 시간 후, 분할 수율은 90% (회색 별)였다. 결과는 효과적인 가수분해는 300℃ 이하 온도에서 발생할 수 있다는 것을 입증하였다.
실시예 3
하기 실시예는 증발에 의한 정제 후 지방산 생성물의 잔여 부분 재순환에 의한 본 발명의 가수분해 반응의 지방산 생성물의 추가 처리 능력을 입증한다. 1 ℓ 고압 반응기에서 280 g의 RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8% 트랜스-이성체 함량)과 420 g의 물을 반응시켰다. 230℃에서 3 시간 반응 후, 분할비 및 트랜스- 이성체 수준은 각각 92% 및 2.1%로 측정되었다. 가수분해 반응의 상층 (지방산 부분)을 분리하고 증류에 의해 정제하였다. 증류액 및 잔여물은 각각 87 부 및 13 부였다. 증류액은 99% 순도의 지방산이었다. 잔여액은 5 회동안 지방 분할 단계로 재순환시켰다. 5 회 재순환 단계 동안, 평균 분할비는 92%였다. 5 회 재순환 동안, 트랜스-이성체 형성을 포함하여 지방산 조성은 거의 변하지 않았다
실시예 4
RBD (정제된/표백한/탈취한) 대두유 (0.8% 트랜스-이성체 함량)과 물을 230℃에서 1-Gal 고압 반응기에 반응시키고 샘플을 매 15 분마다 오일에서 꺼내고 물을 30 시간 동안 계속해서 반응기에 공급하였다. 회수된 샘플의 상부상을 분리하고 지방산 생성물의 회수를 위해 증류하였다. 잔여 부분을 오일 공급물 일부로서 반응기에 재순환시켰다. 최종 지방산 생성물의 분할비 및 트랜스-이성체 지방산 함량을 측정하였는데, 평균 분할비는 약 80%였고 트랜스-이성체 함량은 1.8%였다.
전술한 모든 문헌은 전체를 참조 문헌으로서 본 명세서에서 인용하였다.
상기 발명은 명확성 및 이해를 목적으로 어느 정도 자세히 기술하였으며, 당업자라면 본 발명의 범위 및 첨부한 청구 범위로부터 벗어남 없이 형태 및 세부사항의 다양한 변화가 이루어질 수 있음을 본 개시 내용의 숙독에 의하여 이해될 수 있을 것이다.

Claims (82)

  1. 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산을 생성하는 반응 조건 하의 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물의 가수분해를 포함하는 지방산의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 반응 조건은 가수분해 시간 및 가수분해 온도인 것인 방법.
  3. 제2항에 있어서, 온도의 반응 조건은 상기 방법 동안 온도가 300℃를 초과하지 않도록 유지되는 것인 방법.
  4. 제2항에 있어서, 온도는 가수분해 동안 220℃ ~ 250℃로 유지되는 것인 방법.
  5. 제2항에 있어서, 온도는 가수분해 동안 약 230℃인 것인 방법.
  6. 제2항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 1 ~ 6 시간 동안 가수분해되는 것인 방법.
  7. 제2항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 2 ~ 4 시간 동안 가수분해되는 것인 방법.
  8. 제2항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 약 3 시간 동안 가수분해되는 것인 방법.
  9. 제1항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 포화 및 불포화 지방 또는 오일의 혼합물을 포함하는 것인 방법.
  10. 제9항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 식물성 오일을 포함하는 것인 방법.
  11. 제10항에 있어서, 식물성 오일은 캐놀라 오일, 피마자유, 코코넛 오일, 고수풀 오일, 옥수수 오일, 면실유, 헤이즐넛 오일, 올리브 오일, 야자유, 땅콩 기름, 평지씨 오일, 쌀겨 오일, 홍화유, 대두유 및 해바라기씨 오일로 구성된 군에서 선택되는 것이 방법.
  12. 제10항에 있어서, 식물성 오일은 대두유인 것인 방법.
  13. 제1항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 불포화 지방 혼합물을 포함하는 것인 방법.
  14. 제13항에 있어서, 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물은 식물성 오일을 포함하는 것인 방법.
  15. 제14항에 있어서, 식물성 오일은 캐놀라 오일, 피마자유, 야자유, 고수풀 오일, 옥수수 오일, 면실유, 헤이즐넛 오일, 올리브 오일, 야자유, 땅콩 기름, 평지씨 오일, 쌀겨 오일, 홍화유, 대두유 및 해바라기씨 오일로 구성된 군에서 선택되는 것이 방법.
  16. 제14항에 있어서, 식물성 오일은 대두유인 것인 방법.
  17. 제1항에 있어서, 지방산 생성물은 6% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  18. 제17항에 있어서, 지방산 생성물은 5% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  19. 제17항에 있어서, 지방산 생성물은 4% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  20. 제17항에 있어서, 지방산 생성물은 3% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  21. 제17항에 있어서, 지방산 생성물은 2% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  22. 제17항에 있어서, 지방산 생성물은 1.5% 미만의 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 것인 방법.
  23. 제1항에 있어서, 높은 분할 수율로 생성되는 것인 방법.
  24. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 80% 이상인 것인 방법.
  25. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 90% 이상인 것인 방법.
  26. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 91% 이상인 것인 방법.
  27. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 92% 이상인 것인 방법.
  28. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 93% 이상인 것인 방법.
  29. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 94% 이상인 것인 방법.
  30. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 95% 이상인 것인 방법.
  31. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 96% 이상인 것인 방법.
  32. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 97% 이상인 것인 방법.
  33. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 98% 이상인 것인 방법.
  34. 제23항에 있어서, 높은 분할 수율은 99% 이상인 것인 방법.
  35. 제1항에 있어서, 지방산 생성물은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물에 비하여 트랜스-이성체 지방산 함량이 3% 미만의 증가를 가지는 것인 방법.
  36. 제35항에 있어서, 지방산 생성물은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물에 비하여 트랜스-이성체 지방산 함량이 2.5% 미만의 증가를 가지는 것인 방법.
  37. 제35항에 있어서, 지방산 생성물은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물에 비하여 트랜스-이성체 지방산 함량이 2% 미만의 증가를 가지는 것인 방법.
  38. 제35항에 있어서, 지방산 생성물은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물에 비하여 트랜스-이성체 지방산 함량이 1.5% 미만의 증가를 가지는 것인 방법.
  39. 제35항에 있어서, 지방산 생성물은 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물에 비하여 트랜스-이성체 지방산 함량이 1% 미만의 증가를 가지는 것인 방법.
  40. 제1항에 있어서, 반응 조건을 조절하여 지방 및 오일 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물의 열 분해를 감소시키는 것인 방법.
  41. 제1항에 있어서, 가수분해는 회분식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  42. 제1항에 있어서, 가수분해는 반연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  43. 제1항에 있어서, 가수분해는 연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  44. 제1항에 있어서, 교반은 가수분해 반응의 효율을 증가시키기 위해 사용되는 것인 방법.
  45. 제44항에 있어서, 교반은 기계적 수단에 의한 것인 방법.
  46. 제44항에 있어서, 교반은 역류에 의한 것인 방법.
  47. 제1항에 있어서, 지방산 생성물을 오일상과 수성상으로 분리하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  48. 제47항에 있어서, 오일상은 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산을 포함하는 것이 방법.
  49. 제47항에 있어서, 분리는 증류에 의한 것인 방법.
  50. 제49항에 있어서, 증류는 진공 하에서 실행되는 것인 방법.
  51. 제47항에 있어서, 분리는 원심분리에 의한 것인 방법.
  52. 제47항에 있어서, 분리는 침전에 의한 것인 방법.
  53. 제47항에 있어서, 오일상을 증류하여 유리 지방산을 포함하는 증류물 및, 유리 지방산, 모노-아실글리세라이드, 디-아실글리세라이드 및 트리-아실글리세라이 드를 포함하는 잔류물을 산출하는 것을 더 포함하는 것인 방법.
  54. 제53항에 있어서, 공정은 회분식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  55. 제53항에 있어서, 공정은 연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  56. 제53항에 있어서, 공정은 반연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  57. 제53항에 있어서, 저비율의 트랜스-이성체 지방산을 가진 지방산을 생성하는 반응 조건 하에서 잔류물의 가수분해를 더 포함하는 것인 방법.
  58. 제57항에 있어서, 잔류물의 가수분해 이전에, 잔류물을 추가의 글리세롤 지방산 에스테르-함유 조성물과 혼합하는 것인 방법.
  59. 제57항에 있어서, 가수분해는 회분식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  60. 제57항에 있어서, 가수분해는 연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  61. 제57항에 있어서, 가수분해는 반연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  62. 제1항에 있어서, 낮은 트랜스-이성체 함량을 갖는 불포화 지방산 생성물을 제조하기 위한 가수분해된 지방산 생성물의 방한 처리를 더 포함하는 것인 방법.
  63. 제62항에 있어서, 방한 처리는
    (a) 지방산 생성물과 폴리글리세롤 에스테르 결정 개질제를 혼합하고;
    (b) 포화 유리 지방산이 고형 입자를 형성할 때까지 혼합물을 냉각하며; 및
    (c) 혼합물로부터 고형 입자를 제거하는 것
    을 포함하는 것인 방법.
  64. 제62항에 있어서, 방한 처리는 회분식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  65. 제62항에 있어서, 방한 처리는 연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  66. 제62항에 있어서, 방한 처리는 반연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  67. 제1항에 있어서, 글리세롤 및 모노-아실글리세라이드 중 하나를 지방산 생성물로 에스테르화하여 1,3-디아실글리세라이드를 제조하는 것을 포함하는 것인 방법.
  68. 제67항에 있어서, 에스테르화는 효소에 의한 것인 방법.
  69. 제67항에 있어서, 리파아제는 효소성 에스테르화에 사용되는 것인 방법.
  70. 제67항에 있어서, 에스테르화는 회분식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  71. 제67항에 있어서, 에스테르화는 연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  72. 제67항에 있어서, 에스테르화는 반연속식 반응기에서 수행되는 것인 방법.
  73. 제1항의 방법에 의해 제조된 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산 조성물.
  74. 제73항에 있어서, 낮은 트랜스-이성체 지방산 조성물은 식품의 제조에 사용되는 것인 지방산 조성물.
  75. 제53항의 방법에 의해 제조된 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산 조성물.
  76. 제75항에 있어서, 낮은 트랜스-이성체 지방산 조성물은 식품의 제조에 사용되는 것인 지방산 조성물.
  77. 제61항의 방법에 의해 제조된 낮은 트랜스-이성체 지방산 함량을 가진 지방산 조성물.
  78. 제77에 있어서, 낮은 트랜스-이성체 지방산 조성물은 식품의 제조에 사용되는 것인 지방산 조성물.
  79. 제67항의 방법에 의해 제조된 1,3-디아실글리세라이드 조성물.
  80. 제79항에 있어서, 1,3-디아실글리세라이드 조성물은 식품의 제조에 사용되는 것인 1,3-디아실글리세라이드 조성물.
  81. 제1항의 방법에 의해 제조된 낮은 트랜스-이성체 지방산을 포함하는 식용유.
  82. 제1항의 방법에 의해 제조된 낮은 트랜스-이성체 지방산을 포함하는 식품.
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