KR20110059188A - 피토스테롤 에스테르의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
피토스테롤 50 내지 85 중량% 및 탄소수 6 내지 24의 포화 또는 불포화 지방산 15 내지 50 중량%를 촉매 부재 하에 합성하는 단계 및 상기 합성으로 생성된 화합물을 알코올로 추출하는 단계를 포함하는 피토스테롤 에스테르의 제조 방법을 개시한다.
Description
본 발명은 피토스테롤 에스테르의 제조방법에 관한 것으로, 안전성이 확보됨과 동시에 미반응 출발 원료의 회수가 가능한 피토스테롤 에스테르의 제조방법에 관한 것이다.
피토스테롤은 자연에서 얻을 수 있는 식물성 씨앗(예컨대, 콩, 유채, 해바라기씨, 올리브, 참깨 등), 열매 및 식물 자체의 정제 과정을 통하여 얻을 수 있는 식물성 스테롤이다. 피토스테롤은 콜레스테롤 저하 작용이 있는 것으로 특히 알려져 있는데, 콜레스테롤은 생체막의 구성 성분임과 동시에 호르몬 합성의 출발 물질로 쓰이는 등, 인체에 반드시 필요한 영양소이나, 콜레스테롤의 과다 섭취의 경우 혈관 내에 축적하여 심장계 질환을 유발하는 것으로 알려져 있다.
피토스테롤은 고등 식물 중에서 스테로이드 구조를 갖는 알코올 화합물을 통칭하는 것으로, 식물 세포벽의 구성 성분으로 주로 발견되며 콜레스테롤과 화학적 구조가 거의 일치한다. 피토스테롤의 콜레스테롤 저하 작용에 의해, 심장의 관상동맥질환과 같은 병리학적 위험을 저하시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최근 연구에 의하 면 유방암 세포성장의 억제 현상도 관찰되는 것으로 알려져 있다. 그러나, 피토스테롤은 그 자체로는 생명체 흡수가 쉽지 않아 에스테르 화합물로 전환하여 흡수를 유도하고자 하는 연구가 진행되고 있으나, 촉매의 사용과 독성 용제를 이용한 추출법으로 최종 생산물의 공정 및 약리 안정성에 의문이 제기된다.
피토스테롤(Phytosterol)의 생명체 흡수 유도를 위한 에스테르 반응 및 추출 공정에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 피토스테롤의 에스테르 반응 및 추출 공정에 있어서 인체친화적인 신 공정의 개발과 더불어 사용된 원료 중 미반응 출발 물질의 회수 및 재 사용 가능성을 확인하여 현재까지 보고된 여타의 발명조건을 획기적으로 개선하였으며 즉시 사용이 가능한 건강보조 식품 적용을 위한 원재료의 합성에 관한 것이다.
피토스테롤 50 내지 85 중량% 및 탄소수 6 내지 24의 포화 또는 불포화 지방산 15 내지 50 중량%를 촉매 부재 하에 합성하는 단계 및 상기 합성으로 생성된 화합물을 알코올로 추출하는 단계를 포함하는 피토스테롤 에스테르의 제조 방법을 개시한다.
본 발명에 따른 피토스테롤 에스테르의 제조에 사용되는 지방산으로 올레인산(oleic acid), 리놀레산(linoleic acid), 에루신산(erucic acid), 카프릴산(caprylic acid) 및 카프르산(capric acid) 등을 사용할 수 있으며, 합성 단계는 120 내지 280℃의 온도에서 이루어질 수 있고, 알코올 추출에 있어서 알코올로 식용 주정을 사용할 수 있다.
본 발명을 통하여 합성된 피토스테롤-에스테르는 공업용 또는 독성 용제 등의 적용이 근본적으로 배제되어 안전성이 확보되었으며, 사용된 원료의 회수 및 재사용이 가능하다. 또한, 합성 및 세정 등에 필요한 장비 등의 비용을 절감할 수 있어 시간적, 비용적 경제성이 우수한 제조 방법이다.
피토스테롤은 고등 식물 중에서 스테로이드 구조를 갖는 알코올 화합물을 통칭하는 것으로, 식물 세포벽의 구성 성분으로 주로 발견되며 콜레스테롤과 화학적 구조가 거의 일치한다.
콜레스테롤의 화학적 구조를 하기 화학식 1에 도시하였다.
피토스테롤은 스테롤의 복합적인 화합물로, 화학식 2에 피토스테롤의 구조를 도시하였다.
화학식 2를 참조하면, 본원 발명에서 사용된 피토스테롤은 캄페스테롤(campesterol)(a), 베타-시토스테롤(β-sitosterol)(b), 스티그마스테롤(stigmasterol)(c), 브리시카스테롤의 4종의 스테롤의 혼합물로서, 평균 분자량은 420으로 산정할 수 있다. 피토스테롤은 화학적 구조에 알코올 작용기를 가지고 있으며, 이로 인하여 에스테르화(Esterification)가 가능하다.
본 발명에 사용된 피토스테롤은 상기 4종의 스테롤의 혼합물로서, 식물의 씨앗 또는 식물 자체를 추출 및 정제하여 수득할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따른 피토스테롤 에스테르의 제조방법은 피토스테롤 50 내지 85 중량% 및 탄소수 6 내지 24의 포화 또는 불포화 지방산 15 내지 50 중 량%를 촉매 부재 하에 합성하는 단계, 및 상기 합성으로 생성된 혼합물을 알코올로 추출하는 단계를 포함한다.
앞서 살펴본 바와 같이, 본원 발명에서 사용된 피토스테롤은 캄페스테롤(campesterol)(a), 베타-시토스테롤(β-sitosterol)(b), 스티그마스테롤(stigmasterol)(c), 브리시카스테롤의 4종의 스테롤의 혼합물로서, 평균 분자량은 420으로 산정할 수 있다.
상기 지방산은 올레인산(oleic acid), 리놀레산(linoleic acid), 에루신산 (erucic acid), 카프릴산(caprylic acid) 및 카프르산(capric acid) 등을 사용할 수 있다.
피토스테롤과 지방산의 합성은 120 내지 280℃의 온도에서 수행할 수 있다.
피토스테롤과 지방산의 합성에 의해 생성된 화합물을 알코올로 추출하였다. 상기 알코올로서는, 식용으로서의 안정성, 장치 비용 및 회수된 미반응 물질의 재사용 등을 고려하여 식용 주정(에탄올, Ethyl Alchol)이 가장 바람직하다. 주정을 사용한 추출법을 사용함으로써, 미반응 물질을 추출하여 피토스테롤 에스테르의 순도를 높이고 미반응 물질을 전량 회수할 수 있다.
일반적인 에스테르, 특히, 피토스테롤 에스테르는 에탄올 불용성이지만, 피토스테롤 및 지방산은 에탄올 가용성이다. 따라서, 일정 온도에서 반응을 종료시킨 크루드(Crude) 상태의 에스테르를 적당량 혼합하여 교반 후 방치하면 층 분리가 일어난다. 이때 에탄올 층은 쉽게 분리하여 순수한 에스테르를 수득할 수 있으며, 본 발명의 제조 방법에 따를 때 에스테르의 최종 수율은 평균 80% 이상이었다.
이하, 실시예를 통하여 본원 발명을 더욱 상세히 설명하도록 한다.
실시예
피토스레롤의
준비
피토스테롤은 추출과정에 따라 수분, 소량의 지방산 및 소량의 지방유(Fatty Oil)가 혼입될 수도 있으므로 표-1과 같이 준비하여 사용하였다.
| 수분(%) | 전산가* | 피토스테롤 함량(%) | |
| 피토스테롤 A | 0.5 이하 | 1.0 이하 | 95% 이상 |
| 피토스테롤 B | 0.5 내지 5.0 | 2.0 이하 | 90% 이상 |
| 피토스테롤 C | 5.0 내지 10.0 | 5.0 이하 | 85% 이상 |
| 전산가*: KS M 2004 에 규정된 시험법에 따르며, mg KOH/g의 값을 갖는다 | |||
피토스테롤
및 지방산의 혼합
상기와 같이 준비한 피토스테롤과 지방산을 혼합한다.
본 실시예에서 사용된 지방산은 하기 표 2와 같다.
| 요오드가 | 색상* | 참고사항 | ||
| 올레인산 | 동물성 | 80 내지 110 | 3.0 이하 | 올레인산 자체의 순도 50%이상 |
| 식물성 | 80 내지 110 | 3.0 이하 | ||
| 고순도 | 90 내지 105 | 2.5 이하 | 올레인산 자체의 순도 90% 이상 | |
| 리놀레산 | 120 내지 150 | 2.5 이하 | 순도 50% 이상 | |
| 에루신산 | 70 내지 100 | 2.5 이하 | ||
| 카프릴산 | 20 이하 | 2.0 이하 | ||
| 카프르산 | 20 이하 | 2.0 이하 | ||
| 색상*: ASTM D 1500 에서 규정하는 색상 등급을 의미한다 | ||||
표 1의 피토스테롤 A와 표 2의 지방산을 하기 표 3의 비율로 혼합하였다.
| 피토스테롤 A(이하 PS A) | |||
| 반응 1 | 반응 2 | 반응 3 | |
| PS A(%): 지방산(%) | PS A(%): 지방산(%) | PS A(%): 지방산(%) | |
| 올레인산(동물성) | 65.0 : 35.0 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 |
| 올레인산(식물성) | 65.0 : 35.0 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 |
| 올레인산(고순도) | 63.0 : 37.0 | 60.0 : 40.0 | 58.0 : 42.0 |
| 리놀레산 | 63.0 : 37.0 | 60.0 : 40.0 | 58.0 : 42.0 |
| 에루신산 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 | 50.0 : 50.0 |
| 카프릴산 | 80.0 : 20.0 | 75.0 : 25.0 | 70.0 : 30.0 |
| 카프르산 | 75.0 : 25.0 | 70.0 : 30.0 | 65.0 : 35.0 |
상기 표에서 사용된 함량은 중량 %이다.
상기 혼합물의 합성을 140℃, 180℃, 200℃, 230℃ 및 280℃의 온도에서 수행하였으며, 전산가 측정을 통하여 전 단계의 전산가 40% 강하 시에 온도를 상승시켰다. 상기 반응 1은 전산가 5.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였고, 상기 반응 2는 전산가 10.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였으며, 상기 반응 3은 전산가 15.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였다.
표 1의 피토스테롤 B와 표 2의 지방산을 하기 표 4의 비율로 혼합하였다.
| 피토스테롤 B(이하 PS B) | |||
| 반응 4 | 반응 5 | 반응 6 | |
| PS B(%): 지방산(%) | PS B(%): 지방산(%) | PS B(%): 지방산(%) | |
| 올레인산(동물성) | 67.0 : 33.0 | 63.0 : 37.0 | 60.0 : 40.0 |
| 올레인산(식물성) | 67.0 : 33.0 | 63.0 : 37.0 | 60.0 : 40.0 |
| 올레인산(고순도) | 65.0 : 35.0 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 |
| 리놀레산 | 65.0 : 35.0 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 |
| 에루신산 | 62.0 : 38.0 | 57.0 : 43.0 | 52.0 : 48.0 |
| 카프릴산 | 82.0 : 18.0 | 77.0 : 23.0 | 72.0 : 28.0 |
| 카프르산 | 78.0 : 22.0 | 73.0 : 27.0 | 67.0 : 33.0 |
상기 표에서 사용된 함량은 중량 %이다.
상기 혼합물의 합성을 140℃, 180℃, 200℃, 230℃ 및 280℃의 온도에서 수행하였으며, 전산가 측정을 통하여 전 단계의 전산가 40% 강하 시에 온도를 상승시켰다. 상기 반응 4는 전산가 5.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였고, 상기 반응 5는 전산가 10.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였으며, 상기 반응 6은 전산가 15.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였다.
표 1의 피토스테롤 C와 표 2의 지방산을 하기 표 5의 비율로 혼합하였다.
| 피토스테롤 C(이하 PS C) | |||
| 반응 7 | 반응 8 | 반응 9 | |
| PS C(%): 지방산(%) | PS C(%): 지방산(%) | PS C(%): 지방산(%) | |
| 올레인산(동물성) | 70.0 : 30.0 | 65.0 : 35.0 | 62.0 : 38.0 |
| 올레인산(식물성) | 70.0 : 30.0 | 65.0 : 35.0 | 62.0 : 38.0 |
| 올레인산(고순도) | 67.0 : 33.0 | 62.0 : 38.0 | 57.0 : 43.0 |
| 에루신산 | 65.0 : 35.0 | 60.0 : 40.0 | 55.0 : 45.0 |
| 카프릴산 | 85.0 : 15.0 | 80.0 : 20.0 | 75.0 : 25.0 |
| 카프르산 | 80.0 : 20.0 | 75.0 : 25.0 | 70.0 : 30.0 |
상기 표에서 사용된 함량은 중량 %이다.
상기 혼합물의 합성을 140℃, 180℃, 200℃, 230℃ 및 280℃의 온도에서 수행하였으며, 전산가 측정을 통하여 전 단계의 전산가 40% 강하 시에 온도를 상승시켰다. 상기 반응 7은 전산가 5.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였고, 상기 반응 8은 전산가 10.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였으며, 상기 반응 9는 전산가 15.0 이하에서 반응을 종료하여 다음 공정으로 이송하였다.
피토스테롤
에스테르의 추출
피토스테롤 및 지방산의 합성 후에는 피토스테롤 에스테르 및 미반응 물질들이 생성된다. 에스테르 합성 종료 후 반응 용기에는 미반응 피토스테롤과 지방산이 일부 잔류하므로 상품 가치를 높이고 식품 안정성을 극대화하기 위하여 순수 피토스테롤 에스테르의 추출이 필요하다.
추출은 각각 50℃에서 교반 및 80℃이상의 온도에서 환류하였다. 각각의 반응에서의 추출과정은 하기와 같다.
반응 1, 반응 4 및 반응 7
(1) 50℃에서의 교반에 의한 추출
반응 생성물 및 에탄올을 8:2 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 50℃로 가열하여 60분 이상 교반하였으며, 교반 이후 4℃이하에서 2시간 이상 정치한 후 에탄올 층을 제거하였다. 에탄올 층 제거 이후 45±5℃에서 10±5분간 방치하여 여분의 에탄올을 제거하였다.
(2) 80℃ 이상 온도에서의 환류에 의한 추출
반응 생성물 및 에탄올을 8:2 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 80℃ 이상의 온도에서 30분 이상 교반 및 환류하였으며, 환류 이후 4℃이하에서 2시간 이상 정치한 후 에탄올 층을 제거하였다. 에탄올 층 제거 이후 45±5℃에서 10±5분간 방치하여 여분의 에탄올을 제거하였다.
반응 2, 반응 3, 반응 5, 반응 6, 반응 8 및 반응 9
(1) 50℃에서의 교반에 의한 추출
반응 생성물 및 에탄올을 7:3 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 50℃로 가열하여 60분 이상 교반하였으며, 교반 이후 4℃이하에서 2시간 이상 정치한 후 에탄올 층을 제거하였다. 상기와 같은 과정을 2회 반복하였다. 에탄올 층 제거 이후에는 45±5℃에서 10±5분간 방치하여 여분의 에탄올을 제거하였다.
(2) 80℃ 이상 온도에서의 환류에 의한 추출
반응 생성물 및 에탄올을 7:3 의 중량비로 혼합하고, 혼합물을 80℃ 이상의 온도에서 30분 이상 교반 및 환류하였으며, 환류 이후 4℃이하에서 2시간 이상 정치한 후 에탄올 층을 제거하였다. 상기와 같은 과정을 2회 반복하였다. 에탄올 층 제거 이후에는 45±5℃에서 10±5분간 방치하여 여분의 에탄올을 제거하였다.
피토스테롤
에스테르의 품질 확인 시험
상기 방법으로 각 반응에서 75 내지 85% 수율로 피토스테롤 에스테르를 수득하였으며, 색상, 전산가, 냄새에 대한 품질을 확인하였다. 색상과 냄새는 10 명의 연구원을 대상으로 시험하였고, 시험 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
| 50℃에서의 교반에 의한 추출 | 80℃ 이상 온도에서의 환류에 의한 추출 | |||||
| 색상 | 전산가 | 냄새 | 색상 | 전산가 | 냄새 | |
| 반응 1,4,7 | 무색 내지 연미색 | 1.0 이하 | 무취 내지 약한 지방산 냄새 | 무색 내지 연미색 | 1.0 이하 | 무취 내지 약한 지방산 냄새 |
| 반응 2,3,5,6,8,9 | 연미색 | 1.5 이하 | 무취 내지 약한 지방산 냄새 | 연미색 | 1.5 이하 | 무취 내지 약한 지방산 냄새 |
상기와 같이 수득한 피토스테롤 에스테르는 촉매를 전혀 사용하지 않는 무촉매 합성이고, 식용의 용제, 즉 식용 주정을 사용하여 정제함으로써 안전성이 보장된다.
Claims (6)
- 피토스테롤 50 내지 85 중량% 및 탄소수 6 내지 24의 포화 또는 불포화 지방산 15 내지 50 중량%를 촉매 부재 하에 합성하는 단계;상기 합성으로 생성된 화합물을 알코올로 추출하는 단계를 포함하는 피토스테롤 에스테르의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 지방산은 올레인산(oleic acid), 리놀레산(linoleic acid), 에루신산(erucic acid), 카프릴산(caprylic acid) 및 카프르산(capric acid)으로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 피토스테롤 에스테르의 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 합성 단계는 120 내지 280℃의 온도에서 이루어지는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
- 제1항에 있어서,피토스테롤은 캄페스테롤(campesterol), 베타-시토스테롤(β-sitosterol), 스티그마스테롤(stigmasterol), 브리시카스테롤로 이루어진 군으로부터 선택된 하나 이상인 것을 특징으로 하는 피토스테롤 에스테르 제조 방법.
- 제1항에 있어서,상기 알코올은 식용 주정인 것을 특징으로 하는 피토스테롤 에스테르 제조 방법.
- 제1항의 방법으로 제조된 피토스테롤 에스테르를 포함하는 식품 조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090115840A KR20110059188A (ko) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | 피토스테롤 에스테르의 제조 방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020090115840A KR20110059188A (ko) | 2009-11-27 | 2009-11-27 | 피토스테롤 에스테르의 제조 방법 |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN102603845A (zh) * | 2012-01-21 | 2012-07-25 | 西安海斯夫生物科技有限公司 | 合成与分离植物甾醇饱和脂肪酸酯和不饱和脂肪酸酯的方法 |
-
2009
- 2009-11-27 KR KR1020090115840A patent/KR20110059188A/ko not_active Application Discontinuation
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