KR20080056154A

KR20080056154A - 고정화 리파아제를 사용하는 효소가수분해법 공정 및고온고압가수분해법 공정을 포함하는 유지로부터의지방산류 제조를 위한 2-단계 과정

Info

Publication number: KR20080056154A
Application number: KR1020087005502A
Authority: KR
Inventors: 미노루 가세; 도시테루 고마츠
Original assignee: 카오카부시키가이샤
Priority date: 2005-10-06
Filing date: 2006-10-06
Publication date: 2008-06-20
Also published as: US8323934B2; KR101297957B1; WO2007043631A2; DE602006014845D1; WO2007043631A9; WO2007043631A3; EP1931794B1; EP1931794A2; US20100184168A1

Abstract

하기를 포함하는, 유지의 가수분해에 의한 지방산류 제조방법: 하기의 방법 (a) 또는 (b) 중 하나에 의해 유지를 부분적으로 가수분해하는 제 1 공정, 및 다른 하나의 방법에 의해 가수분해하는 제 2 공정: (a) 효소를 담체에 고정한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법 및 (b) 고온고압가수분해법에 관한 것이다. 지방산의 성분 중 트랜스-불포화 지방산의 함량을 줄이고, 유지의 가수분해에 의해 색을 저감시켜 양호한 외관을 가진 지방산류를 효율적으로 제조하는 방법을 제공한다.

지방산, 가수분해, 유지

Description

고정화 리파아제를 사용하는 효소가수분해법 공정 및 고온고압가수분해법 공정을 포함하는 유지로부터의 지방산류 제조를 위한 2-단계 과정{TWO-STAGED PROCESS FOR THE PREPARATION OF FATTY ACIDS FROM FAT OR OIL COMPRISING ONE STEP OF ENZYMATIC HYDROLYSIS EMPLOYING AN IMMOBILIZED LIPASE AND AN OTHER STEP OF HIGH TEMPERATURE AND PRESSURE HYDROLYSIS}

본 발명은 유지의 가수분해에 의해 지방산류를 제조하는 방법과 관련된다.

지방산류의 제조는 유지의 가수분해에 의해 실행된다. 고온고압가수분해법 (일본 특허 공개 공보 제 2003-113395) 또는 효소가수분해법 (일본 특허 공개 공보 제 2000-160188) 이 유지를 가수분해하는 방법으로 사용된다. 전자의 방법은 물의 존재 하에 고온 고압 조건에서 실행하고 고수율이라는 장점이 있었다. 그러나, 이러한 방법에서 원료에 불포화 지방산이 많이 함유된 것을 사용하면, 조건에 따라서는 트랜스-불포화 지방산이 많이 생산되는 경우가 있다. 한편, 후자의 방법은 촉매로서 리파아제와 같은 효소의 존재 하에 0 내지 70 ℃ 의 저온 반응 조건 하에서 실행하기 때문에, 트랜스-불포화 지방은 생산되지 않지만 고온고압가수분해법에 비해 저수율이다.

추가로, 고온고압가수분해법은 반응 초기 분해가 시작되기 전에 유도기를 갖 는다. 유도시간을 피하거나 짧게 하기 위해서, 우선 글리세리드를 1,3-위치 특이적 리파아제를 사용하여 효소가수분해법에 의해 부분적으로 가수분해하여, 부분적으로 가수분해된 글리세리드를 제조하고, 이어서 고온고압가수분해법을 실행하는 기술이 있다 (일본 특허 공개 공보 제 8-507917호).

[발명의 개시]

본 발명은 하기의 방법 (a) 또는 (b) 중 하나에 의해 유지를 부분적으로 가수분해하는 제 1 공정, 및 다른 하나의 방법에 의해 가수분해하는 제 2 공정을 포함하는, 유지의 가수분해에 의한 지방산류 제조방법에 관한 발명이다:

(a) 효소를 담체에 고정한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법 및

(b) 고온고압가수분해법.

[발명의 상세한 설명]

최근, 건강 측면에서 식용유에 대한 관심이 고조되고 있다. 과학적 연구는 포화 지방산 및 콜레스테롤뿐 아니라 트랜스-불포화 지방산 또한 LDL (저밀도 지단백)콜레스테롤 수준을 증가시켜 관상동맥성 심장 질환의 위험을 증가시킨다는 것을 증명하였다. 따라서, 식용유에서 트랜스-불포화 지방산의 함량을 줄이는 것이 요구된다.

탈취 공정을 생략한 미정제의 원료 유지는 구성 지방산 중 1.5 중량% 이하의 트랜스-불포화 지방산을 함유한다. 원료 유지를 효소가수분해법에 의해 가수분해 하면, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 증가하지는 않는다. 그러나, 이러한 경우, 원료의 색이 그대로 남아 있기 때문에, 수득된 지방산은 외관이 불량하다. 다른 한편으로, 고온고압가수분해법에 의해서만 가수분해된 미정제 원료 유지에 의해 수득되는 지방산은 색 성분이 분해되기 때문에 양호한 외관을 갖지만, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 높다.

일본 특허 공개 공보 제 8-507917 호에 기재된 방법을 행하면, 고온고압가수분해법에 의한 유지의 가수분해 반응 시간을 줄여서 지방산을 효율적으로 생산할 수 있고, 결과적으로, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 줄어든 지방산을 생산할 수 있다는 것이 밝혀졌다. 그러나, 효소가수분해법에 의한 부분적 가수분해 후에 고온고압가수분해법을 실행한다면 필연적으로 양호한 색상을 갖는 지방산은 생산될 수 없다는 것이 판명되었다. 그리고, 그 원인은 사용된 효소의 형태에 있다는 것이 밝혀졌다.

그러므로, 본 발명자들은 유지의 가수분해에 의해, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 낮고 지방산을 효율적으로 제조할 수 있는, 저감된 색으로 양호한 외관을 갖는 지방산류의 제조 방법을 제공한다.

이러한 환경 하에서, 본 발명은 유지의 가수분해 반응에 있어서, 효소가수분해법 및 고온고압가수분해법의 조합에 대한 연구를 행하여, 우선 유지를 (a) 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법으로 부분적으로 가수분해하고 (제 1 공정) 이어서 (b) 고온고압가수분해법에 의해 가수분해 하면 (제 2 공정), 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 저감되고 양호한 외관의 지방산을 효율적으로 제조할 수 있다는 것을 밝혀냈다.

또한 본 발명자들은 우선 유지를 (b) 고온고압가수분해법으로 부분적으로 가수분해하고 (제 1 공정) 이어서 (a) 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법에 의해 또한 가수분해 하면 (제 2 공정), 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산 및 모노아실글리세롤의 함량이 낮고 양호한 외관을 가진 지방산류를 제조할 수 있다는 것을 또한 밝혀냈다. 제조 과정을 반대 순서로 실행하는 경우, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량은 저감되지만 모노아실글리세롤의 함량은 저감되지 않는다는 것 또한 밝혀냈다.

본 발명에 따라, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 저감되고 양호한 외관을 갖는 지방산류가 유지의 가수분해에 의해 효율적으로 제조될 수 있다.

본 발명에서 "(a) 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법" (이후 간단하게 "효소가수분해법" 이라 함)은 원료 유지에 물을 첨가하고, 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소, 예를 들어 리파아제를 촉매로 사용하여, 혼합물을 저온의 조건에서 반응 시키는 것을 포함하는 지방산 및 글리세롤의 제조 방법을 말한다. 본 발명에서 "(b) 고온고압가수분해법" 은 원료 유지에 물을 첨가하고 혼합물을 고온 고압 조건에서 반응시키는 것을 포함하는 지방산 및 글리세롤의 제조 방법을 말한다. 본 발명에서 "지방산" 은 지방산뿐만 아니라 글리세롤, 모노아실글리세롤, 디아실글리세롤 및/또는 트리아실글리세롤이 존재하는 것을 포함한다.

본 발명에서, 가수분해의 대상이 되는 원료 유지는 식물성 유지 및 동물성 유지일 수 있다. 원료의 구체적인 예로는, 채종유, 해바라기유, 옥수수유, 대두유, 아마인유, 미강유, 홍화유, 면실유, 우지 및 어유 등을 들 수 있다. 또 이들 유지를 분별, 혼합하여 수득한 것 및 수소 첨가나 에스테르 교환 반응에 의해 지방산 조성을 조정한 것도 원료로서 이용할 수 있다. 그러나, 수소 첨가하고 있지 않은 것이, 원료 유지의 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량을 저감시킨다는 점에서 바람직하다.

본 발명의 양태에 있어서, 각각의 원료가 되는 식물, 동물로부터 착유(搾油) 후, 유분 이외의 고형분을 여과나 원심 분리 등에 의해 제거하는 것이 바람직하다. 이어서, 원료 유지는 물, 경우에 따라서는 추가로 산을 첨가 혼합한 후, 고무질 성분을 원심 분리 등에 의해 분리하여 정련하는 것이 바람직하다. 추가로, 알칼리를 첨가 혼합한 후, 원료유지를 수세 및 탈수함으로써 탈산(脫酸)하는 것이 바람직하다. 추가로, 원료 유지는, 활성 백토 등의 흡착제와 접촉시킨 후, 흡착제를 여과 등에 의해 분리함으로써 탈색하는 것이 바람직하다. 이들 처리는, 이상의 순서로 행하는 것이 바람직하지만, 순서를 변경해도 된다. 또, 이 밖에, 원료 유지는, 왁스분의 제거를 위하여, 저온에서 고형분을 분리하는 공정인 윈터링(wintering)을 행해도 된다. 필요에 따라, 원료 유지는, 감압 하에서 수증기와 접촉시킴으로써 탈취하는 것이 바람직하다. 이 때, 열이력(熱履歷)을 최대한 낮게 하는 것이 유지의 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산을 저감시키는 점에서 바람직하다. 탈취 공정의 조건에 대해서는, 상기와 동일한 이유로, 온도는 바람직하게는 300℃ 이하, 보다 바람직하게는 270℃ 이하로 조정하는 것이 바람직하고, 또, 시간은 바람직하게는 10 시간 이하, 보다 바람직하게는 5 시간 이하로 한다.

본 발명에서, 원료 유지는, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 바람직하게는 1.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 1 중량% 이하, 더욱 보다 바람직하게는 0.5 중량% 이하인 것을 사용하는 것이, 가수분해 후 지방산의 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량을 저감시킨다는 점에서 바람직하다. 예를 들어, 미탈취 유지를 원료 유지의 일부 또는 전부로 사용하는 것이 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산이 저감될 수 있다는 점에서 바람직하다. 본원에서, 유지를 2 종 이상 사용하는 경우에는, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량은 2 종 이상의 유지에 있는 트랜스-불포화 지방산의 총량을 의미한다.

고온고압가수분해법에서, 원료 유지의 구성 지방산의 불포화도가 높을수록, 가열에 의해 트랜스-불포화 지방산이 보다 용이하게 형성된다. 특히, 불포화도 1 을 갖는 올레산의 경우 가열에 의해 트랜스-불포화 지방산이 견고하게 형성되고, 2 이상의 불포화도를 갖는 지방산, 예를 들어 리놀레산 및 리놀렌산의 경우 트랜스-불포화 지방산의 형성이 현저하다.

본 발명의 과정에 사용되는 원료 유지는 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 바람직하게는 1.5 중량% 이하, 보다 바람직하게는 0.01 내지 1 중량%, 더욱 바람직하게는 0.1 내지 1 중량% 인 것이, 생리효과면에서 바람직하다. 원료유지는 색상 C 가 바람직하게는 20 이상, 보다 바람직하게는 35 이상인 것이, 본 발명에 따른 외관의 향상 효과가 현저하다는 점에서 바람직하다.

본 발명에서 "구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량" 및 "지방산 조성" 은 일본유화학협회(Japan Oil Chemists' Society) 가 발간한 "기준유지분석시험법(Standard Methods for the Analysis of Fats, Oils and Related Materials)" 중 "지방산 메틸 에스테르의 제조법 (2.4.1.2-1996)" 에 따라서 지방산 메틸 에스테르를 제조하고, 수득된 샘플을, American Oil Chemists' Society Official Method Ce 1f-96 (GLC 법)에 따라, 측정한 값이다. 또한, 원료 유지 또는 지방산류의 "색상 C" 는 American Oil Chemists' Society Official Method Ca 13e-92 (Lovibond 법)에 따라서 5.25 인치 세포로 측정하고 하기 식 (1) 에 의해 계산하였다.

색상 C = 10R + Y (1)

(식 중, R= Red 값, Y= Yellow 값임)

본 발명에서, 유지의 효소가수분해법 중, 효소를 담체에 고정화하는 고정화 효소를 사용하는 것이 필요하다. 본 발명의 양태에 있어서, 효소가수분해법에 사용되는 유지 분해용 효소로는 리파아제가 바람직하다. 리파아제는 동물 유래, 식물 유래의 것은 물론 미생물 유래의 시판 리파아제를 사용할 수도 있다. 유지 분해용 효소의 예는 미생물 유래의 리파아제, 예를 들어 리조푸스 (Rhizopus) 속, 아스페르길루스 (Aspergillus) 속, 크로모박테리움 (Chromobacterium) 속, 무코 (Mucor) 속, 슈도모나스 (Pseudomonas) 속, 지오트리켐 (Geotrichum) 속, 페니실리움 (Penicillium) 속 및 칸디다 (Candida) 속 및 동물 유래 리파아제, 예를 들어 췌장 리파아제를 포함한다. 고가수분해율을 위해, 위치특이성이 없는(불특정형) 리파아제가 바람직하고, 미생물 유래의 리파아제, 예를 들어 슈도모나스 속 및 칸디다 속이 바람직하다.

고정화용 담체의 예는 무기 담체, 예를 들어 셀라이트, 규조토, 카올리나이트, 실리카겔, 몰레큘러 시브스 (molecular sieves), 다공질 유리, 활성탄, 탄산칼슘 및 세라믹스, 세라믹스 가루, 및 유기 중합체, 예를 들어 폴리비닐 알콜, 폴리프로필렌, 키토산, 이온 교환 수지, 소수 흡착 수지, 킬레이트 수지 및 합성 흡착 수지를 포함한다. 보수력 면에서, 이온 교환 수지가 바람직하다. 이온 교환 수지로는, 다공질의 이온 교환 수지가 큰 표면적으로 많은 양의 리파아제를 흡착할 수 있기 때문에 바람직하다.

고정화 담체로 사용되는 수지의 입자 직경은 바람직하게는 100 내지 1000 ㎛, 보다 바람직하게는 250 내지 750 ㎛ 이다. 바람직하게는, 수지가 10 내지 150 ㎚ 의 세공 직경을 갖는다. 이러한 수지 재질로는 페놀 포름알데히드, 폴리스티렌, 아크릴아미드 및 디비닐벤젠 수지가 있고, 그 중, 페놀 포름알데히드 수지 (예를 들면, Rohm and Hass 사 제조 Duolite A-568) 가 바람직하다.

효소를 고정화할 때, 효소를 담체에 바로 흡착시킬 수도 있으나, 고활성을 발현하는 흡착 상태로 하기 위해, 효소 흡착 전에 미리 담체를 지용성 지방산 또는 그 유도체로 처리하여 사용해도 된다. 사용하는 지용성 지방산으로는 탄소수 8 내지 18 의 포화 또는 불포화의, 직쇄 또는 분지쇄의, 수산기가 치환되어 있어도 되는 지방산을 들 수 있다. 구체적으로는, 카프르산, 라우르산, 미리스트산, 올레산, 리놀레산, α-리놀렌산, 레시노레산 및 이소스테아르산 등을 들 수 있다. 또한, 그 유도체로는 이들 지방산 및 1가 또는 다가 알콜과의 에스테르, 인지질 및 이들 에스테르에 에틸렌옥사이드를 부가하여 수득한 유도체를 들 수 있다. 구체적으로는, 상기 지방산의 메틸에스테르 및 에틸에스테르, 모노글리세리드, 디글리세리드, 그의 에틸렌옥사이드 부가체, 그의 폴리글리세롤 에스테르, 소르비탄 에스테르, 자당 에스테르 등을 들 수 있다. 이들 지용성 지방산 또는 그 유도체는 2 종 이상을 병용해도 된다.

이들 지용성 지방산 또는 그 유도체와 담체의 접촉법으로는, 물 또는 유기용제 중에 지용성 지방산 또는 그 유도체를 직접 첨가해도 된다. 그러나, 분산성을 좋게 하기 위해서는, 유기용제에 지용성 지방산 또는 그 유도체를 일단 분산, 용해시킨 후, 물에 분산시킨 담체에 첨가해도 된다. 이 유기용제로는 클로로포름, 헥산 및 에탄올을 들 수 있다. 지용성 지방산 또는 그 유도체의 사용량은 담체 100 중량부에 대하여 바람직하게는 1 내지 500 중량부, 보다 바람직하게는 10 내지 200 중량부이다. 접촉온도는 0 내지 100 ℃, 특히 20 내지 60 ℃ 가 바람직하다. 접촉시간은 약 5분 내지 5시간이다. 이 처리를 마친 담체는 여과하여 회수하는데, 건조시켜도 된다. 건조온도는 실온 내지 100 ℃ 가 바람직하다. 감압건조를 실시해도 된다.

효소를 담체에 고정화하는 온도는 효소의 특성에 따라 결정할 수 있다. 효소의 실활(deactivated)이 일어나지 않는 0 내지 60 ℃, 특히 5 내지 40 ℃ 가 바람직하다. 또한, 고정화시에 사용하는 효소 용액의 pH 는 효소의 변성이 일어나지 않는 범위이면 되며, 온도에서처럼 효소의 특성에 따라 결정할 수 있다. pH 3 내지 9 가 바람직하다. 이 pH 를 유지하려면 완충액을 사용하는데, 완충액으로는 아세트산 완충액, 인산 완충액 및 트리스염산 완충액을 들 수 있다. 상기 효소 용액 중의 효소 농도는 고정화 효율 관점에서 효소의 포화 용해도 이하이면서도 충분한 농도인 것이 바람직하다. 또한, 효소 용액은 필요에 따라 불용부를 원심분리로 제거한 상청액이나 한외 여과 등에 의하여 정제한 것을 사용할 수도 있다. 사용하는 효소량은 효소 활성에 따라 다양한데, 담체 100 중량부에 대하여 5 내지 1000 중량부, 특히 10 내지 500 중량부가 바람직하다.

효소의 고정화 이후, 가수분해 반응을 위한 적절한 상태를 만들기 위해, 여과하여 효소 용액으로부터 고정화 효소를 회수하고, 여분의 수분을 제거하며, 이어서 건조 없이, 고정화 효소를 반응 기질인 유지, 예를 들어 대두유와 접촉시키는 것이 바람직하다. 접촉 이후 고정화 효소 내 수분 함량은 사용하는 담체의 유형에 따라 다양한데, 고정화 담체 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.1 내지 100 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 50 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 5 내지 50 중량부이다. 본원에서, 고정화 효소를 컬럼과 같은 충진용기에 봉입(封入)하고, 펌프가 구비된 컬럼에 의해 유지를 순환시키거나, 또는 고정화 효소를 유지 중에 분산시킬수 있다. 접촉 온도는 바람직하게는 20℃ 내지 60℃이고, 효소의 특성에 따라 선택될 수 있다. 접촉 시간은 약 1 내지 48 시간이다. 산업적 생산성 면에서, 고정화 효소는 접촉의 완결로 여과에 의해 회수하는게 바람직하다.

고정화 효소의 가수분해 활성 범위는 바람직하게는 20 U/g 이상, 보다 바람직하게는 100 내지 10000 U/g, 더욱 보다 바람직하게는 500 내지 5000 U/g 이다. 본원에서, 효소 1U 는, 40 ℃ 에서 유지: 물= 100: 25 (중량비) 혼합물을 교반혼합하면서 30 분간 가수분해시킬 때, 1 분 당 유리 지방산 1 μmol 을 생산하는 효소의 가수분해능을 의미한다.

본 발명에서, 제 1 공정에서 행하는 효소가수분해법 또는 고온고압가수분해법에 의한 유지의 부분 가수분해 및 제 2 공정에서 행하는 고온고압가수분해법 또는 효소가수분해법에 의한 유지의 가수분해는, 회분식, 연속식 또는 반-연속식으로 실행할 수 있다. 고정화 효소는 충진탑에 충진된 상태에서 사용될 수 있고 또는 교반 탱크에서도 사용될 수 있는데, 고정화 효소의 응집을 막는다는 점에서 충진탑에 충진된 고정화 효소를 사용하는 것이 바람직하다. 부분적으로 가수분해된 지방산류 및 물의 반응기 내로의 공급은 순류식 또는 역류식일 수 있다. 바람직하게는, 가수분해 반응기에 공급되는 원료 유지 및 물은, 우선 탈기 또는 탈산소를 행하는 것이 지방산류의 산화억제 면에서 바람직하다.

효소가수분해법 반응에 사용되는 고정화 효소의 양은 효소 활성에 기초하여 결정될 수 있다. 사용되는 고정화 효소의 양은 분해되는 원료 유지의 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 20 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 1 내지 10 중량부이다. 추가로, 사용되는 물의 양은 분해되는 지방산류 100 중량부에 대하여 바람직하게는 10 내지 200 중량부, 보다 바람직하게는 20 내지 100 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 30 내지 80 중량부이다. 상기 물은 증류수, 이온교환수, 탈기수, 수돗물 또는 우물물일 수 있다. 상기 물은 기타 수용해성 성분, 예를 들어 글리세롤을 함유할 수 있다. 필요한 경우, 효소의 안정성을 유지하기 위해 pH 3 내지 9 의 완충액이 사용될 수 있다.

반응 온도는 효소 활성을 효율적으로 발현시키고, 분해에 의해 생산된 유리 지방산이 결정화되지 않는, 바람직하게는 0 내지 70 ℃, 보다 바람직하게는 20 내지 50 ℃ 로 적용된다. 바람직하게는, 가능한한 공기와의 접촉을 피하기 위해 반응을 불활성 기체의 존재 하에 실행한다.

효소가수분해법 또는 고온고압가수분해법에 의한 유지의 가수분해 반응은 지방산 농도에 기초하여 조절가능하고, 기설정된 지방산 농도에 이르면 종결된다. 본 발명에서 "지방산 농도" 는 지방산류의 산가 및 조성을 측정하고, "유지제품의 지식(Yushi Seihin no Chishiki)" (사이와이쇼보 사(Saiwaishobo Ltd.)) 에 따라서, 하기 식 (2) 에서 구한 값을 말한다. 산가는 American Oil Chemists' Society Official Method Ca 5a-40 에 의해 측정한다.

지방산 농도 (중량%) = x X y/ 56.1/10 (2)

(x= 산가 [mg KOH/g], y= 지방산 조성으로부터 구한 평균분자량)

고온고압가수분해법를 위해 사용되는 반응기의 바람직한 예로는 7 내지 40 m³ 용량의 가수분해 반응 용기를 구비한 역류식의 고온고압법 (Colgate-Emery process) 유지분해탑 (예를 들어, IHI 사)을 들 수 있다. 소량의 분해에는, 실험실 규모의 시판 오토클레이브 장치(예를 들어, 닛토 교와츄(주)(Nitto Kouatsu Co., LTD))을 가수분해 반응 용기로 사용할 수 있다.

본 발명의 과정 중, 제 1 공정에 있어서 (a) 효소가수분해법에 의한 부분 가수분해를 실행하는 방법에 대해 설명한다.

유지는, 산업적 생산성, 양호한 외관, 및 트랜스-불포화 지방산의 발생을 억제하는 점에서, 지방산 농도가 바람직하게는 20 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 25 내지 85 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 30 내지 80 중량% 이 될때까지 효소가수분해법에 의해 부분적으로 가수분해된다. 부분적 가수분해 결과, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량은 바람직하게는 0 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하게는 0 내지 1 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 0 내지 0.7 중량% 인 것이 바람직하다. 고온고압가수분해법에 사용하는 부분적으로 가수분해된 지방산류 중의 전질소량은, 고온고압가수분해법에서 가수분해된 지방산류의 색상을 보다 양호하게 한다는 점에서, 낮은 것이 바람직하다. 전질소량은 바람직하게는 2 ppm 이하, 보다 바람직하게는 1.5 ppm 이하, 더욱 보다 바람직하게는 0.1 내지 1.5 ppm 이다. 동일한 관점에서, 효소가수분해원료 중 전질소량에 대한 효소가수분해유 중 전질소량의 증가량은 바람직하게는 50 중량% 이하, 보다 바람직하게는 20 중량% 이하, 더욱 보다 바람직하게는 0 내지 15 중량% 이다.

본 발명의 과정에서, 제 1 공정에서 유지를 효소가수분해법에 의해 가수분해한 경우에는, 이어서 고온고압가수분해법에 의해 가수분해를 실행하는 것이 필요하다 (제 2 공정). 본 발명에서, 고온고압가수분해법에 의한 가수분해는 하기 반응 조건 하에 실행한다.

제 2 공정인 고온고압가수분해법에 의한 가수분해에서는, 부분적으로 가수분해된 지방산 100 중량부에 대하여 물을 바람직하게는 10 내지 250 중량부 첨가하고, 온도 200 내지 270 ℃ 및 압력 2 내지 8 MPa 의 조건 하에서 0.1 내지 6 시간에 걸쳐 가수분해를 실행하는 것이 바람직하다. 지방산류의 산업적 생산성, 탈색 및 트랜스-불포화 지방산의 발생을 억제하는 점으로부터, 온도는 바람직하게는 210 내지 265 ℃, 보다 바람직하게는 215 내지 260 ℃ 인 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 부분적으로 가수분해된 지방산 100 중량부에 첨가되는 물의 양은 보다 바람직하게는 15 내지 150 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 20 내지 120 중량부인 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 압력은 보다 바람직하게는 2 내지 7 MPa, 더욱 보다 바람직하게는 2.5 내지 6 MPa 인것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 반응 시간은 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 시간, 더욱 보다 바람직하게는 0.3 내지 4 시간인 것이 바람직하다.

제 2 공정인, 유지의 고온고압가수분해법에 사용하는 부분적으로 가수분해된 지방산류는, 바로 사용될 수도 있지만, 필요에 따라서는 고정(standing)분리 또는 원심분리와 같은 방법에 의해 지방산류와 수성상을 분리할 수 있다. 추가로, 필요에 따라 유상 중에 분배된 글리세롤은 원심분리 또는 수세에 의해 제거하여 정제할 수 있다.

제 2 공정인, 고온고압가수분해법에 의한 유지의 가수분해 반응은 앞서 언급한 식 (2) 에 의한 지방산 농도에 기초하여 조절가능하고, 기설정된 지방산 농도에 도달하면 종결될 수 있다. 가수분해 반응의 완결 이후, 바람직하게는 지방산류와 수성상을 고정분리 또는 원심분리와 같은 방법으로 분리하는 것이 바람직하다. 필요에 따라 유상 중에 분배한 글리세롤은 원심분리, 수세등에 의해 제거하여 정제할 수 있다.

본 발명의 과정 중, 상기 기재된바와 같이, 유지의 가수분해 반응에 있어서, (제 1 공정) 원료 유지 100 중량부에 대하여 고정화 효소량 0.01 내지 30 중량부, 물 10 내지 200 중량부를 각각 첨가하여, 온도 0 내지 70 ℃ 에서 효소가수분해법에 의해 부분적으로 가수분해한 후, 제 2 공정에서 부분적으로 가수분해된 지방산류 100 중량부에 대하여 10 내지 250 중량부의 물을 첨가하고, 온도 200 내지 270 ℃ 및 압력 2 내지 8 MPa 의 조건 하에서 0.1 내지 6 시간에 걸쳐 가수분해를 실행한다. 따라서, 양호한 외관, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 함유량이 저감된 지방산류를 증가된 산업적 생산성으로 수득할 수 있다.

본 발명의 과정에서, 제 1 공정에 있어 (b) 고온고압가수분해법에 의한 부분적 가수분해를 실행하는 방법에 대하여 설명한다.

제 1 공정인 고온고압가수분해법에 의한 가수분해에서, 유지 100 중량부에 대하여 물을 바람직하게는 10 내지 250 중량부 첨가하고, 온도 200 내지 270 ℃ 및 압력 2 내지 8 MPa 조건 하에서 0.1 내지 6 시간에 걸쳐 가수분해를 실행한다. 지방산류의 산업적 생산성, 탈색 및 트랜스-불포화 지방산의 발생을 억제한다는 점에서 온도는 바람직하게는 210 내지 265 ℃, 보다 바람직하게는 215 내지 260 ℃ 인 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 유지 100 중량부에 대해 첨가되는 물의 양은 보다 바람직하게는 15 내지 150 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 20 내지 120 중량부인 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 압력은 보다 바람직하게는 2 내지 7 MPa, 더욱 보다 바람직하게는 2.5 내지 6 MPa 인 것이 바람직하다. 동일한 관점에서, 반응 시간은 보다 바람직하게는 0.2 내지 5 시간, 더욱 보다 바람직하게는 0.3 내지 4 시간인 것이 바람직하다.

유지의 고온 고압 상태 하의 가수분해 반응은 지방산 농도에 기초하여 조절가능하고, 기설정된 지방산 농도에 도달하면 종결될 수 있다. 본원에서, "지방산 농도" 는 앞서 언급한 식 (2) 에 의해 구한 값이다.

제 1 공정에서, 유지는 산업적 생산성, 양호한 외관, 트랜스-불포화 지방산 및 모노글리세리드의 발생을 억제한다는 점에서, 지방산농도가 바람직하게는 0.5 내지 90 중량%, 보다 바람직하게는 1.5 내지 85 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 20 내지 70 중량% 가 될때까지 고온고압가수분해법에 의해 부분적으로 가수분해한다. 부분적 가수분해 결과, 부분적으로 가수분해된 지방산은 색상 C 가 바람직하게는 35 이하, 보다 바람직하게는 1 내지 30, 더욱 보다 바람직하게는 5 내지 25 이고, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량이 바람직하게는 0 내지 1.5 중량%, 보다 바람직하게는 0.1 내지 1.2 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 0.2 내지 0.7 중량% 인 것이 바람직하다. 추가로, 모노글리세리드의 함량은 바람직하게는 1 내지 20 중량%, 보다 바람직하게는 1 내지 15 중량%, 더욱 보다 바람직하게는 3 내지 10 중량% 인것이 바람직하다.

본 발명의 과정에 있어서, 제 1 공정에서 유지를 고온고압가수분해법에 의해 부분적으로 가수분해 하는 경우에는, 이어서 제 2 공정에서 효소가수분해법에 의해 가수분해를 실행하는 것이 필요하다.

본 발명의 양태에 있어서, 제 2 공정 중 유지를 효소가수분해법에 의해 가수분해하는 경우에는, 분말효소를 사용할 수도 있지만, 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소를 사용하는 것이 효소 활성을 효율적으로 이용한다는 점에서 바람직하다. 고정화 효소는, 고정화 담체에 리파아제가 지지된 것을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명에서, 제 2 공정 중 유지의 효소가수분해법에 의한 가수분해는 하기 반응 조건 하에 실행한다.

효소가수분해법 반응에 사용되는 고정화 효소량은 효소 활성에 기초하여 각각 결정할 수 있다. 사용되는 고정화 효소량은 분해되는 지방산류 100 중량부에 대하여 바람직하게는 0.01 내지 30 중량부, 보다 바람직하게는 0.1 내지 15 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 0.2 내지 10 중량부인 것이 바람직하다. 추가로, 사용되는 물의 양은 분해되는 지방산류 100 중량부에 대하여 바람직하게는 10 내지 200 중량부, 보다 바람직하게는 20 내지 100 중량부, 더욱 보다 바람직하게는 30 내지 80 중량부인 것이 바람직하다. 상기 물은 증류수, 이온교환수, 수돗물 또는 우물물일 수 있다. 상기 물은 기타 수용해성 성분, 예를 들어 글리세롤을 함유할 수 있다. 필요한 경우, 효소의 안정성을 유지하기 위해 pH 3 내지 9 의 완충액을 사용할 수 있다.

제 2 공정인, 유지의 효소가수분해법 반응에 사용하는, 부분적으로 가수분해된 지방산류는, 바로 사용될 수도 있지만, 필요에 따라서는 고정분리 또는 원심분리와 같은 방법으로 지방산류와 수성상을 분리할 수 있다. 추가로, 필요에 따라 유상 중에 분배된 글리세롤은, 원심분리, 수세등에 의해 제거하여 정제할 수 있다.

제 2 공정인, 효소가수분해법 반응에 의한 유지의 가수분해 반응은 앞서 언급한 식 (2) 에 의한 지방산 농도에 기초하여 조절가능하고 기설정된 지방산 농도에 도달하면 종결될 수 있다. 가수분해 반응의 완결 이후, 바람직하게는 고정분리 또는 원심분리와 같은 방법으로 지방산류와 수성상을 분리할 수 있다. 필요에 따라 유상 중에 분배된 글리세롤은, 원심분리, 수세등에 의해 제거하여 정제할 수 있다.

본 발명의 과정은, 상기 기재된 바와 같이, (제 1 공정) 유지의 가수분해 반응에 있어서, 유지 100 중량부에 대하여 10 내지 250 질량부의 물을 첨가하고, 온도 200 내지 270 ℃ 및 압력 2 내지 8 MPa 의 조건 하에서 0.1 내지 6 시간에 걸쳐서 부분적으로 가수분해하고, 이어서 부분적으로 가수분해된 지방산류 100 중량부에 대하여, 고정화 효소 0.01 내지 30 중량부 및 물 10 내지 200 중량부를 각각 첨가하여, 0 내지 70 ℃ 에서 가수분해 하는 것이 바람직하다. 따라서, 양호한 외관, 트랜스-불포화 지방산 및 모노글리세롤 함량이 저감된 지방산류를 증가된 산업적 생산성으로 수득할 수 있다.

제1 공정에서 (a) 법을, 제 2 공정에서 (b) 법을 가지는 방법의 검토

[고정화 효소 제조방법]

Duolite A-568 (Rohm and Hass 사 제조) 50 g 을 0.1 N 수성 수산화나트륨 용액 500 mL 에서 1 시간 교반하였다. 이어서, 500 mL 증류수로 1 시간동안 세정하고, 500 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 500 mL 로 2시간 동안 pH 를 평형화시켰다. 그 후 500 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 500 mL 로 2 시간씩 2 회 pH 평형화를 실시하였다. 이어서, 여과하여 담체를 회수한 후, 에탄올 250 mL 로 30 분간 에탄올 치환을 실시하였다. 여과 후, 레시놀레산을 50 g 함유하는 에탄올 250 mL 를 첨가하여 레시놀레산을 담체에 30 분간 흡착시켰다. 그 이후, 여과하여 담체를 회수하고 50 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 250 mL 로 4 회 세정하여 에탄올을 제거하고, 여과하여 담체를 회수하였다. 이어서, 유지에 작용하는 시판 리파아제 (리파아제 AY "Amano" 30G, 아마노 엔자임사)의 10 % 용액 1000 mL 와 4 시간 접촉시켜, 담체에 효소를 고정화하였다. 이어서 여과하여 고정화 효소를 회수하고 50 mM 아세트산 완충액 (pH 7) 250 mL 로 세정하여 고정화되지 않은 효소 또는 단백질을 제거하였다. 이상의 조작은 모두 20 ℃ 에서 실행하였다. 고정화 이후 효소액의 잔존활성 및 고정화 전 효소액의 활성 사이의 차이로부터 고정화율을 구하니, 95% 였다. 이어서, 200 g 의 탈취 대두유를 첨가하고, 혼합물을 40 ℃ 에서 2 시간 동안 교반하고, 여과하여 탈취 대두유를 분리하여 고정화 효소를 제공하였다. 이렇게 해서 수득된 고정화 효소를 반응에 실제로 사용되는 기질인 미탈취 대두유로 3 번 세정하고 사용 전 여과하였다.

[원료 유지]

표 1 에 나타낸 미탈취 대두유를 원료 유지로 사용하였다. 글리세리드 조성은 하기 나타낸 방법으로 측정하였다.

[글리세리드 조성 측정 방법]

10 mg 의 샘플 및 0.5 mL 의 트리메틸실릴화제 ("실릴화제 TH" 칸토 화학사제) 를 샘플병에 봉입하였다. 병을 밀봉하고 70 ℃ 에서 15 분 동안 가열하였다. 1.0 mL 증류수 및 2.0 mL 헥산을 첨가하고, 혼합 후, 가스크로마토그래피 (GLC) 로 헥산층을 분석하였다.

기구: Hewlett Packard 제 6890 형

컬럼: DB-1HT (J&W Scientific 제) 7 m

컬럼 온도: 초기(inital) = 80 ℃, 마지막 (final)= 340 ℃

온도 증가율: 10 ℃/분, 340 ℃ 에서 20분간 유지

검출기: FID, 온도 = 350 ℃

주입부: 스플릿트 비율 (split ratio) = 50: 1, 온도 = 320 ℃

샘플 주입량: 1 μL

운반 가스: 헬륨, 유량 = 1.0 ml/분

[전질소량의 측정]

미탈취 대두유 및 부분적으로 가수분해된 지방산류를 10 mL 부피플라스크에서 5 g 측량하고, 톨루엔을 적용한 샘플의 총 질소 질량을 미량전질소분석장치에서 측정하였다.

다양한 농도의 피리딘/톨루엔 용액을 표준 용액으로 사용하였다.

장치: 미츠비시 화학사제 미량전질소분석장치 모델 TN-05 형

온도: INLET 800 ℃/ CATALYST 900 ℃

사용된 가스 및 유량: 산소 600 mL/ 분

헬륨/ 산소 서브 (Sub) 100/100 mL/ 분

시간: 헬륨 30 초/ 산소 120 초

샘플 주입량 및 주입 속도: 50 μL, 1.0 μL/ 초

MAG: 모노아실글리세롤

DAG: 디아실글리세롤

TAG: 트리아실글리세롤

[고정화 효소를 사용한 효소가수분해법에 의한 가수분해]

표 1 에 나타낸 미탈취 대두유에 대하여, 고정화 효소를 사용한 효소가수분해법에 의한 가수분해를 실행하였다. 가수분해 반응은, 고정화 효소를 충진한 효소 컬럼과 기질 순환 용기 (substrate circulating vessel) 사이에서 반응액을 순환시키는 방법으로 실행하였다.

미탈취 대두유로 세정한 고정화 효소 (가수분해 활성 2960 U/g) 를, 덮개(jacket)가 구비된 스테인레스 스틸 효소 컬럼 (내경 22 mm, 높이 145 mm) 에 건조기준으로 20.0 g 충진하였다. 고정화 효소의 본래의 건조기준 중량은, 아세톤 및 헥산을 사용하여, 덮개가 구비된 스테인레스 스틸 효소 컬럼에 회분식 충진한 고정화 효소에 부착된 오일을 제거하고, 감압 하에 탈수하여 구하였다.

900 g 의 미탈취 대두유 및 540 g 의 증류수를 내경 150 mm, 용량 3 L 의 덮개가 구비된 기질 순환 용기에 봉입하고, 교반 (반원형 블레이드(blade) φ 90 mm x H 25 mm, 600 r/ 분) 하면서, 혼합물을 혼합하고 40 ℃ 에서 가열하였다. 상기 기간 동안, 덮개가 구비된 기질 순환 용기 내의 기상부는 질소로 치환하여 질소 대기를 형성하였다.

기질을 40 ℃ 로 가열 후, 덮개가 구비된 기질 순환 용기 내의 기질을, 송액펌프를 사용하여 55 mL/분 의 유량으로 상부로부터 덮개가 구비된 스테인레스 스틸 효소 컬럼에 공급하였다. 덮개가 구비된 스테인레스 스틸 효소 컬럼의 하부로부터 수득된 반응액을 덮개가 구비된 기질 순환 용기에 반송하여 회분식 순환 반응을 개시하였다. 반응 시작 1 시간 후, 모든 반응액을 덮개가 구비된 기질 순환 용기로부터 3 L 비이커로 옮겼다. 질소 대기 하에 40 ℃ 에서 120 분간 고정분리하여 수성상을 제거하고 샘플 A 를 수득하였다. 샘플 A 는 일부분을 표본 추출하고 원심분리 (5,000 x g, 10 분) 하여 수성상을 제거하였다. 이어서, 부분적으로 가수분해된 지방산류를 진공도 400 Pa 하에, 70 ℃ 에서 10 분간 감압에서 완전 탈수시켜, 분석하였다.

추가로, 샘플 A 제조에 사용한 고정화 효소 충진된, 덮개가 구비된 스테인레스 스틸 효소 컬럼을 미탈취 대두유로 세정하였다. 이어서, 샘플 A 의 경우에서와 동일한 조건 하에 회분식 순환 반응을 개시 하였다. 반응 시작 3 시간 후, 모든 반응액을 덮개가 구비된 기질 순환 용기로부터 3 L 비이커로 옮기고, 질소 대기 하에 40 ℃ 에서 120 분간 고정분리하여 수성상을 제거하고 샘플 B 를 제공하였다. 샘플 A 의 경우에서와 동일한 처리 후 샘플 B 를 분석하였다. 부분적으로 가수분해된 지방산류의 분석 결과, 전질소량은 미탈취 대두유에서와 동일하였고 고정화 효소로부터 효소의 분리는 일어나지 않았다.

[분말 리파아제를 사용한 효소가수분해법에 의한 가수분해]

표 1 에 나타낸 미탈취 대두유에 있어서, 분말 리파아제(리파아제 AY "Amano" 30G, 아마노 엔자임 사)를 사용한 효소가수분해법에 의해 가수분해를 실행하였다. 1300 g 의 미탈취 대두유 및 750 g 의 증류수를 3000 mL 용량의 사구 플라스크에 봉입하였다. 교반 (반원형 블레이드 φ 90 mm x H 25 mm, 300 r/ 분) 하면서, 혼합물을 혼합하고 40 ℃ 에서 가열하였다. 상기 기간 동안, 3000 mL 용량 사구 플라스크 내의 기상부는 질소로 치환하여 질소 대기를 형성하였다. 밀폐 상태의 질소 대기 하 40 ℃ 에서 교반 (반원형 블레이드 φ 90 mm x H 25 mm, 300 r/ 분) 하면서, 거기에 3.9 g 분말 리파아제 (리파아제 AY "Amano" 30G,아마노 엔자임사) 를 증류수 30 g 에 용해 후 전량 투입하고, 회분식 교반 반응을 개시하였다. 반응 시작 0.6 시간 후, 모든 반응액을 3000 mL 용량 사구 플라스크로부터 3 L 비이커로 옮겼다. 질소 대기 하에 40 ℃ 에서 120 분간 고정분리하여 수성상을 제거하고 샘플 C 를 제공하였다. 샘플 A 의 경우에서와 동일한 처리 후 샘플 C 를 분석하였다.

[과립 리파아제를 사용한 효소가수분해법]

표 1 에 나타낸 미탈취 대두유를 과립 리파아제 (리포라제(Lipolase) 100T, 노보자임(Novozymes) A/S 사)를 사용하여 효소가수분해법에 의해 가수분해 하였다. 1300 g 의 미탈취 대두유 및 750 g 의 증류수를 3000 mL 용량 사구 플라스크에 봉입하였다. 교반 (반원형 블레이드 φ 90 mm x H 25 mm, 300 r/ 분) 하면서, 혼합물을 혼합하고 45 ℃ 에서 가열하였다. 상기 기간 동안, 3000 mL 용량 사구 플라스크 내의 기상부는 질소로 치환하여 질소 대기를 형성하였다. 밀봉 상태의 질소 대기 하 45 ℃ 에서 교반 (반원형 블레이드 φ 90 mm x H 25 mm, 300 r/ 분) 하면서, 거기에 2.0 g 과립 리파아제(리포라제 100T, 노보자임 A/S 사) 를 증류수 30 g 에 용해 후 전량 투입하고, 회분식 교반 반응을 개시하였다. 반응 시작 43 시간 후, 모든 반응액을 3000 mL 용량 사구 플라스크로부터 3 L 비이커로 옮겼다. 질소 대기 하에 40 ℃ 에서 120 분간 고정분리하여 수성상을 제거하고 샘플 D 를 제공하였다. 샘플 A 의 경우에서와 동일한 처리 후 샘플 D 를 분석하였다.

[부분적으로 가수분해된 지방산류 및 미탈취 대두유의 고온고압가수분해법]

원료로, 표 1 에 나타낸 부분적으로 가수분해된 지방산류인 샘플 A 내지 D 및 미탈취 대두유를 사용하여 닛토코와츄사의 회분식 오토클레이브 장치 (용량 2.2 L, 설계 압력 10 MPa, 설계 온도 300 ℃, 재질 TB480H) 에서 고온고압가수분해법을 실행하였다. 700 g 의 각 원료 및 350 g 의 증류수를 오토클레이브 장치에 봉입하고, 밀폐시켰다. 이어서, 수소를 사용하여 5.0 MPa 압력에서 기밀 테스트를 하여, 오토클레이브 장치내에 누출이 없는지 확인한 후, 질소치환하였다. 그 이후, 600 r/ 분 으로 교반하면서, 온도를 반응 온도인 240 ℃ 까지 승온시켰다. 240 ℃ 까지 승온시키는데 걸리는 시간은 40 분이고 최종 압력은 3.2 MPa 였다. 240 ℃ 도달 후, 샘플링 주입구 (sampling port) 로부터 반응액을 적정회수하고, 질소밀봉하고, 단광상태에서 25 ℃ 까지 급냉하였다. 이어서 반응액을 원심분리 (5,000 g, 5분) 하여 수성상을 제거 후, 지방산상을 온도 70 ℃, 진공도 400 Pa 에서 5 분간 감압탈수 하였다. 산가를 측정하고 지방산 농도를 계산하였다. 지방산 농도가 85 중량% 에 도달한 시점에서 반응을 종결시키고, 반응용액을 50 ℃ 로 냉각시켰다. 50 ℃ 로 냉각시키는데 걸리는 시간은 50 분이었다. 가수분해된 지방산류를 오토클레이브 장치로부터 2 L 비이커로 전량 옮기고, 질소 대기 하에 40 ℃ 에서 120 분간 고정시켜 수성상을 제거하였다. 추가로, 원심분리(5,000 g, 5분)에 의해 수성상을 제거 후에, 2000 mL 용량 사구 플라스크에 봉입하여, 교반 (반원형 블레이드 φ 90 mm x H 25 mm, 300 r/ 분) 하면서, 지방산류를 온도 70 ℃, 진공도 400 Pa 에서 30 분간 감압 하에 완전탈수시킨 후에 분석하였다. 표 2 에 나타낸 지방산류 샘플 E 내지 I 가 수득되었다.

표 2 로부터 명확한 바와 같이, 원료 유지를, 고정화 효소를 사용하여 효소가수분해법으로 부분적으로 가수분해하여, 지방산 농도가 20 내지 90 중량% 이고 그 이후, 고온 고압의 조건 하에서 가수분해 하는 경우, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 함량이 낮을뿐 아니라, 양호한 외관의 지방산류 (샘플 F, G) 을 제조할 수 있다. 반대로, 원료 유지를 분말 리파아제 또는 과립 리파아제를 사용하여 효소가수분해법으로 부분적으로 가수분해하고, 그 이후, 고온 고압의 조건 하에서 가수분해 하여 수득되는 지방산류 (샘플 H, I) 는, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 함량이 낮지만, 외관이 불량하다는 것을 밝혔다. 또한, 원료 유지를, 고온 고압의 조건 하에 가수분해하여서만 수득되는 지방산류 (샘플 E) 는, 양호한 외관을 갖지만, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 함량이 높다는 것을 밝혔다. 추가로, 표 1 및 표 2 로부터 명확한 바와 같이, 효소가수분해법에서 부분적으로 가수분해된 지방산류의 전질소량이 낮으면, 고온 고압의 조건 하에서 가수분해한 지방산류의 색상 C 가 낮다는 것을 밝혔다.

B. 제1 공정에서 (b) 법을, 제 2 공정에서 (a) 법을 포함하는 방법의 검토

[고정화 효소 제조방법]

Duolite A-568 (Rohm and Hass 사 제조) 50 g 을 0.1 N 수성 수산화나트륨 용액 500 mL 에서 1 시간 교반하였다. 이어서, 500 mL 증류수로 1 시간동안 세정하고, 500 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 500 mL 로 2 시간 pH 를 평형화시켰다. 그 후 500 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 500 mL 로 2 시간씩 2 회 pH 평형화를 실시하였다. 이어서, 여과하여 담체를 회수한 후, 에탄올 250 mL 로 30 분간 에탄올 치환을 실시하였다. 여과 후, 레시놀레산을 50 g 함유하는 에탄올 250 mL 를 첨가하여 레시놀레산을 담체에 30 분간 흡착시켰다. 그 이후, 여과하여 담체를 회수하고 50 mM 의 인산 완충액 (pH 7) 250 mL 로 4 회 세정하여 에탄올을 제거하고, 여과하여 담체를 회수하였다. 이어서, 유지에 작용하는 시판 리파아제 (리파아제 AY "Amano" 30G, 아마노 엔자임사)의 10 % 용액 1000 mL 와 4 시간 접촉시켜, 담체에 효소를 고정화하였다. 이어서 여과하여 고정화 효소를 회수하고 50 mM 아세트산 완충액 (pH 7) 250 mL 로 세정하여 고정화되지 않은 효소 또는 단백질을 제거하였다. 이상의 조작은 모두 20 ℃ 에서 실행하였다. 고정화 이후 효소액의 잔존활성 및 고정화 전 효소액의 활성 사이의 차이로부터 고정화율을 구하니, 95% 였다. 이어서, 200 g 의 대두유를 첨가하고, 혼합물을 40 ℃ 에서 2 시간 동안 교반하고, 여과하여 대두유를 분리하여 고정화 효소를 제공하였다. 이렇게 해서 수득된 고정화 효소를 반응에 실제로 사용되는 기질인 부분적으로 가수분해된 지방산류로 세정하고 사용전 여과하였다.

[원료 유지]

표 3 에 나타낸 미탈취 대두유를 원료 유지로 사용하였다. 글리세리드 조성은 상기 기재된 방법으로 측정하였다.

MAG: 모노아실글리세롤

DAG: 디아실글리세롤

TAG: 트리아실글리세롤

[고온고압가수분해법에 의한 가수분해]

유수 역류식의 고압열수형 분해장치에서, 원료 유지를 장치의 하측으로부터, 물을 장치의 상측으로부터 각각 연속적으로 공급하였다. 송액량은 원료 유지 100 중량부에 대하여 물 50 중량부였다. 이 때. 분해탑 내의 평균 체류 시간 (hr)(탑용량 (m³)/(원료유지의 유량 (m³/ 시간) + 물의 유량 (m³/ 시간)) 은 약 4 시간이었다. 장치 내에서 원료 유지는 고압열수 (5.0 MPa, 240 ℃) 로 가열시켰다. 유수 역류식의 고압열수형 분해장치를 따라 위치한 샘플링 주입구로부터 반응액을 적정 회수하고, 질소 밀봉하여, 단광상태에서 25 ℃ 까지 급냉하였다. 이어서 반응액을 원심분리 (5,000 g, 30분) 하여 수성상을 제거 후, 지방산상을 온도 70 ℃, 진공도 400 Pa 에서 30 분간 감압탈수 하여 샘플 J 내지 N 을 제공하였다. 각 지방산류의 분석치를 표 4 에 나타내었다.

[효소가수분해법에 의한 가수분해 (1)]

부분적으로 가수분해된 지방산류인 샘플 J 내지 M 및 표 3 에 나타낸 미탈취 대두유를 고정화 효소를 사용하여 효소가수분해법으로 가수분해 하였다.

샘플 J 내지 M 또는 미탈취 대두유로 세정한 각 고정화 효소 (가수분해 활성 2700 U/g) 5 g (건조중량) 을 300 mL 용량 사구 플라스크에서 측량하였다. 거기에 100 g 의 대응 샘플 J 내지 M 또는 미탈취 대두유 및 60 g 의 증류수를 첨가하였다. 40 ℃ 질소 대기 하에 밀폐 상태에서, 교반 (반원형 블레이드 φ 60 mm x H 15 mm, 250 r/ 분) 하면서, 지방산류 농도가 93 중량% 이상 될때까지 반응을 계속하였다. 반응액을 원심분리 (5,000 x g, 30 분) 하여 수성상 및 고정화 효소를 제거 후, 이어서 지방산상을 70 ℃, 진공도 400 Pa 에서 30분간, 감압탈수하여 지방산류 (샘플 O 내지 S) 을 제공하였다. 표 5 에 각 지방산류의 분석치 (고정화 효소 사용)을 나타내었다. 여기에서, 각 샘플은, O 는 J 를, P 는 K 을, Q 는 L 을, R 은 M 을, S 는 미탈취 대두유를 각각 가수분해하여 수득하였다.

[효소가수분해법에 의한 가수분해 (2)]

부분적으로 가수분해된 지방산류 샘플 J 내지 M 및 표 1 에 나타낸 미탈취 대두유를 분말 효소를 사용하여 효소가수분해법으로 가수분해 하였다. 300 mL 용량 사구 플라스크에서 샘플 J 내지 M 또는 미탈취 대두유 100 g 및 증류수 55 g 을 측량하였다. 거기에 리파아제 OF (기원: 칸디다 실리드라세아(Candida cylindracea), 메이토 상요(Meito Sangyo)사 제조) 0.1 g 을 증류수 5 g 에 용해 후, 혼합물을 전량 첨가하였다. 40 ℃ 질소 대기 하에 밀폐 상태에서, 교반 (반원형 블레이드 φ 60 mm x H 15 mm, 250 r/ 분) 하면서, 지방산 농도가 93 중량% 이상 될때까지 반응을 계속하였다. 반응액을 원심분리 (5,000 x g, 30 분) 하여 수성상 및 분말 리파아제가 존재하는 중간층을 제거한 후, 지방산상을 온도 70 ℃, 진공도 400 Pa 에서 30분간, 감압탈수하여 지방산류 (샘플 T 내지 X) 를 제공하였다. 표 6 에 각 지방산류의 분석치 (분말 리파아제를 사용한 경우)를 나타내었다. 각 샘플은, T 는 J 를, U 는 K 을, V 는 L 을, W 는 M 을, X 는 미탈취 대두유를 각각 가수분해하여 수득하였다.

표 3 내지 표 6 으로부터 명확한 바와 같이, 원료 유지를 고온 고압 조건 하에서 부분적으로 가수분해하여, 지방산류의 지방산 농도가 0.5 내지 90 중량% 이고, 이어서 리파아제에 의해 가수분해되는 경우, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 및 모노글리세롤 함량이 낮을뿐 아니라, 양호한 외관의 지방산류 (샘플 P, Q, R, U, V, W) 를 제조할 수 있다.

반대로, 원료 유지를, 고온 고압의 조건 하에 가수분해하여서만 수득하는 지방산류 (샘플 N) 는 양호한 외관을 갖지만, 구성 지방산 중의 트랜스-불포화 지방산 및 모노글리세롤 함량은 높다는 것을 밝혔다. 또한, 원료 유지를, 고온 고압의 조건 하에 부분적으로 가수분해하여 지방산 농도가 90 중량% 이상이고, 이어서 리파아제에 의해 가수분해하여 수득한 지방산류 (샘플 O, T) 는 외관이 양호하고 모노글리세롤 함량이 낮지만, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산의 함량은 높다는 것을 밝혔다.

추가로, 원료 유지를, 효소가수분해법 반응에 의해서만 수득하는 지방산류 (샘플 S, X) 는, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산 및 모노글리세롤 함량이 낮으나, 외관은 불량하다는 것을 밝혔다.

Claims

하기를 포함하는, 유지의 가수분해에 의한 지방산류 제조방법:

하기의 방법 (a) 또는 (b) 중 하나에 의해 유지를 부분적으로 가수분해하는 제 1 공정,

및 다른 하나의 방법에 의해 가수분해하는 제 2 공정:

(a) 효소를 담체에 고정화한 고정화 효소를 사용하는 효소가수분해법 및

(b) 고온고압가수분해법.
제 1 항에 있어서, 제 1 공정에서 (a) 의 효소가수분해법을 실행하는 경우, 지방산 농도가 20 내지 90 중량% 가 될 때까지 효소가수분해법을 실행하는 지방산류 제조방법.
제 1 항에 있어서, 제 1 공정에서 (b) 의 고온고압가수분해법을 실행하는 경우, 지방산 농도가 0.5 내지 90 중량% 가 될 때까지 고온고압가수분해법을 실행하는 지방산류 제조방법.
제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서, 제 1 공정에서 부분적 가수분해 반응에 제공된 유지가, 구성 지방산 중 트랜스-불포화 지방산을 1.5 중량% 이하로 함유하는, 지방산류 제조방법.