KR20130084302A - 오메가 3의 농축물 - Google Patents

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Abstract

ω-3 지방산의 에스테르 또는 유리 ω-3 지방산을 포함하는 물질의 조성물에 기반하여 80중량% 초과의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 농축물을 얻기 위한 효율적이고 간단한 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
a) 상기 물질의 조성물을 적어도 96중량%의 에탄올 및 알칼리 금속의 하이드록시드와 60 내지 200℃의 온도에서 접촉시켜서 지방산의 알칼리 염을 포함하는 액체 혼합물을 형성하는 단계;
b) 상기 액체 혼합물을 50 내지 -20℃의 온도로 냉각시켜서 고체상 및 액체성을 형성하고, 액체상을 고체상으로부터 분리하는 단계;
c) 상기 b)단계의 분리된 액체상을 산과 접촉시켜서 물의 함량이 10% 미만인 산성화된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물은 산의 알칼리 금속 염을 포함하는 고체상 및 ω-3 지방산을 포함하는 액체상으로 구성되는 단계;
d) 상기 c) 단계의 혼합물을 에스테르화 촉매의 존재하에서 50 내지 150℃로 가열하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계;
e) 상기 d) 단계의 혼합물을 알칼리와 접촉시켜서 중화된 혼합물을 형성하는 단계;
f) 상기 중화된 혼합물을 증류하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르 80중량% 초과를 포함하는 증류물을 얻는 단계.

Description

오메가 3의 농축물{OMEGA-3 CONCENTRATE}
본 발명은 에스테르 또는 유리 지방산의 형태로 ω-3 지방산을 함유하는 물질의 조성물로부터 80% 초과의 ω-3 지방산을 함유하는 ω-3 지방산의 농축물을 얻기 위한 효율적이고 간단한 방법에 관한 것이다.
동맥경화증 및 심혈관 질환의 예방, 염증 상태의 완화 및 종양 성장의 지연에서 옥타데카트리엔산 (ALA; α-리놀렌산), 에이코사펜타엔산 (EPA) 및 도코사헥사엔산 (DHA)과 같은 ω-3 타입의 장쇄 다중불포화 지방산의 유용성은 현재 잘 알려져 있고 기록되어 있다. 이들 ω-3 지방산의 자연 이성질체는 모든 cis 배열을 갖고 그들의 이중 결합은 메틸렌 단위에 의해 하나가 다른 하나로부터 분리된다. 이중 결합이 둘 이상의 단일 결합에 의해 하나가 다른 하나로부터 분리된 경우, 이들은 고립 이중 결합이라고 한다. 전문가들은 하루에 0.5 내지 10 g의 용량으로 ω-3 지방산을 섭취하는 것을 권장한다. 그러므로 식료품, 건강기능식품 및 의약품으로의 조합을 위해서 ω-3 지방산의 농축물을 얻는 것에 관심이 증가하고 있다.
ω-3 지방산, 주로 EPA 및 DHA가 풍부한 원료 중 하나는 정어리, 전갱이, 안초비, 연어, 대구 및 크릴과 같은 다른 종류의 어류 오일, Phaeodactylum tricornotum, Nannochloropsis sp.와 같은 해양 미세조류와 같은 해양 기원의 오일, 및 아마인, 헴프 및 기타 ALA가 풍부한 식물의 종자와 같은 식물성 오일이다. 해양 기원의 오일에서 EPA 및 DHA의 조합된 함량은 통상적으로 10 내지 35중량%이다. 정제된 어류 오일은 현재 정제된 ω-3 지방산의 원료로서 식료품 및 건강기능식품 산업에서 사용되고 있다. 일반적으로, 어류 오일의 정제 공정은 식물성 오일의 전통적인 정제 공정의 적합화(adaptations)이고 어류 오일의 불쾌한 냄새 및 향을 감소시켜서 그들을 식료품 및 건강기능식품 용도로 가능하게 한다. 이들 공정 중 일부는 특히 미국 특허 4915876, 4874629, 4804555, 4599143 및 4838997 등에 기재되어 있다. 공지된 어류 오일 정제 공정의 한가지 장점은 이들 오일을 사람 소비에 적합하게 하는 것에 더하여, 이러한 오일 중의 ω-3 지방산의 최초 농도의 현저한 손실이 이들 공정에서는 발생하지 않는다는 것이다.
그럼에도 불구하고, 특수한 건강기능식품 및 의약품의 제조는 60중량% 초과, 적어도 70중량%, 바람직하게는 80중량% 초과의 ω-3 지방산 함량을 갖는 제품을 요하고, 이것은 명백히 전통적인 오일 정제 공정을 사용하여 달성할 수 없다.
해양 기원의 오일에 기반하여 60중량% 초과의 ω-3 지방산 함유량을 갖는 농축물의 제조를 위하여 많은 방법이 기술분야에 존재한다. EPA 및 DHA는 크릴의 경우 주로 트리글리세라이드 및/또는 포스포리피드의 형태로 해양 오일에서 발견되므로, 농축 방법의 대부분은 알콜, 보통 에탄올로 오일의 화학적 또는 효소적 에스테르 교환으로 시작하거나, 또는 오일을 수성 알칼리 용액으로 가수분해하여 지방산의 염을 형성하고 이들 염으로부터 유리산을 형성한다. 에스테르 교환 또는 가수분해의 산물은 그 다음 분별(fractioning) 과정으로 보내져서 원하는 산물에 이른다. 보통 단일 분별 기술로 높은 함량의 ω-3 지방산을 갖는 농축물을 얻는 것은 불가능하므로 기술의 조합이 사용된다.
요소(Urea)와의 복합체의 형성은 높은 함량의 EPA 및/또는 DHA을 갖는 농축물의 회수를 위해서 가장 일반적으로 사용되는 분별 기술 중 하나이다.
요소는 포화 지방족 유기 화합물과 고체 복합체 또는 부가체를 형성하는 특성을 갖는다. 요소의 용액을 1가 알코올과 함께 유리 지방산 또는 그들의 에스테르를 함유하는 오일로부터 유래한 조성물에 첨가하는 경우, 산의 가장 포화된 분획을 함유하는 결정 복합체 또는 부가체가 형성된다. 그 다음 복합체를 제거할 수 있고, 더욱 불포화된 산의 라피네이트(raffinate)가 남는다. 복합화 과정은 유리산 뿐만 아니라 그들의 메틸 또는 에틸 에스테르 둘다 함께 사용된다.
US 5,945,318에서 Breivik et al에 의해 개시된 바와 같이, 상기 라피네이트는 그 다음 다른 분별 단계, 예컨대 하나 이상의 단계의 분자 증류로 보내질 수 있고, 이로 인하여 80중량% 초과의 ω-3 지방산을 갖는 산물을 얻을 수 있게 된다.
사용되어 온 요소를 사용하는 라피네이트의 다른 정제 기술은, 특허 US 4,792,418에서 Rubin et al에 의해 개시된 아세톤과 같은 유기 용제의 존재하에서 라피네이트의 분별 결정화; 특허 US 6,664,405에서 Lee에 의해 개시된 Ag-실리카 또는 Ag-알루미나로 충진된 컬럼에서 라피네이트의 고압 액체 크로마토그래피 및 특허 US 5,679,809에서 Wang에 의해 개시된 활성 탄소 및 헥산으로 라피네이트의 처리를 포함한다.
그럼에도 불구하고, 요소의 이용을 수반하는 방법은 여러가지 단점 및 불편함이 있다. 그 중 첫번째는, ω-3 지방산의 낮은 회수율에 더하여, 요소의 부가체로서 보통 약 30%가 상당량의 ω-3 지방산을 포함하고, 현재 요소의 부가체로부터 불포화 지방산의 회수를 위한 경제적으로 효율적인 방법이 존재하지 않아, 공정에 많은 비용이 들고 생산과 관련하여 복잡한 장비 및 대형 설비의 사용을 필요로 한다. 예컨대, 어류 오일의 톤 당, 최종 산물의 60 내지 80 킬로, 즉 8% 미만이 회수된다. (Breivik, Harald [2007], "Long Chain Omega-3 Specialty Oils", The Oily Press).
추가적으로, 해양 오일의 톤 당 1 내지 3톤의 요소가 사용되기 때문에, 형성된 다량의 요소 부가체는 그것의 환경적 처리를 위해서 상당한 도전을 제시하고; 또한 두가지 강한 발암물질, 에틸 또는 메틸 카르바메이트의 생성 또한 이 방법에서 보고되었다. (Canas Bl, Yurawecz MP [1999] "Ethyl carbamate formation during urea complexation for fractionation of fatty acids". J. Am Oil Chem Soc 76:537).
요소를 사용하는 ω-3 지방산의 정제 공정의 단점 및 복잡성에도 불구하고, 이들 공정은 80% 초과의 ω-3 지방산 함량을 갖는 농축물의 세계 현재 생산의 85% 초과를 차지한다.
요소를 사용한 분별 단계를 사용하지 않는 농축 ω-3 지방산의 생산에 대하여 몇가지 방법이 개시되었다. 이들 중 하나는 Kokubu et al에 의해 일본 특허 출원 JP 1982000131654에 개시되었으며, 여기서 어류 오일은 알칼리 가수분해 후 25 내지 5 ℃로 냉각되어 포화 지방산의 비누(soap)를 침전시킨다. 상청액을 분리하고 물을 첨가하고, 헥산, 석유 에테르, 벤젠 등의 유기 용제 추출이 행해진다. 추출된 수성 상은 무기산으로 산성화하여 수성상 및 형성된 지방산을 함유하는 유기상을 형성하고, 이들은 헥산, 석유 에테르, 벤젠 등과 같은 유기 용제로 다시 한번 추출되고, 추출된 유기상은 흡착 및 스팀 증류 또는 분자 증류에 의한 색 및 냄새 제거 공정이 행해진다.
개시된 방법은 단지 60 내지 70%의 EPA 및 DHA 함량을 갖는 농축물을 생산할 수 있고, 이는 여전히 약제학적 및 건강기능식품 용도의 특수한 산물의 형성을 위해서는 불충분하다. 부가적으로, 이것은 사람 소비를 위한 산물의 최대 허용 농도가 매우 제한된 탄화수소 또는 탄화수소화된 용제를 사용하여 한번 이상의 추출 단계를 사용한다. 건강기능적 또는 약제학적 성분의 생성을 위한 방법에서 사람 소비를 위한 산물에서 최대 허용 농도가 매우 낮은, 1 mg/kg 미만인 (헥산의 경우) 유기 용제의 사용은 편리하지 않은데, 이는 기술적 경제적 불편함 중에서도 규제에 부합할 수 있도록 이들 용제를 제거하는 것이 ω-3 지방산의 품질에 영향을 미칠 수 있기 때문이다.
Morgan, 특허공개 WO 2009/20406 A1에서는, 저온에서 가수분해를 이용한 어류 오일로부터 ω-3 지방산의 농축 방법을 제시하였고, 여기서 사람 소비를 위한 산물에서 최대 허용 농도가 매우 낮은, 1 mg/kg 미만인 유기 용제는 사용하지 않는다. 개시된 방법에서 이를 수 있는 ω-3 지방산의 농도는 명세서에 명시되지 않았지만, 실시예는 개시된 방법의 직접 산물의 농도가 46 내지 65%라는 것을 나타낸다. 자명하지만, 발명자는 본 발명의 방법을 사용하여 얻은 다중불포화 지방산이 풍부한 지방산은 증류, 분별 결정화 또는 요소 복합체의 형성과 같은 공지된 기술을 사용하여 더욱 정제할 수 있다는 것을 개시한다. 실시예 2에서, 상기 발명의 방법을 사용하여 직접 얻은 산물의 ω-3 지방산 농도는 65%이었다. 재결정화 단계로 보내진 산물(실시예 3)은 75%의 ω-3 지방산 함량을 가졌으며, 특수한 건강기능적 및 약제학적 용도에 사용하기에는 여전히 불충분하다.
Cornieri et al에 의한 특허 US 5,130,061에서 다른 방법이 개시되었는데, 여기에서 어류 오일의 화학적 에스테르 교환 후 에스테르는 헥산과 같은 유기 용제로 추출되고, 용제 제거 후 산물을 실리카겔 크로마토그래피를 행하고, 그 다음 분자 증류하여 EPA 및 DHA의 농축물을 얻지만 함량이 70중량% 미만이다. 농도를 개선하기 위해서, 실리카겔 크로마토그래피된 산물을 아세톤에 용해하고, -40℃에서 결정화하고, 얻어진 분리된 잔류물을 2단 분자 증류하는데, 이것으로 85-95% DHA의 에스테르의 농도에 이를 수 있게 된다. 이 방법은 또한 언급한 어려움이 있는 헥산을 사용하는 단계를 갖는다. 크로마토그래피 정제 단계는 방법을 경제적으로 좋지 않게 만들고, 그것의 산업적 수행 또한 복잡하다. 또한, ω-3 지방산의 회수율이 낮고, 30% 미만이다.
1986년까지, Norwegian company Jahres Fabrikker는 어류 오일로부터 EPA 및 DHA의 농축물을 제조하였다. 공정은 어류 오일을 수산화나트륨의 수용액으로 비누화하여 고체 비누를 형성하고 나중에 용제, 일반적으로 메탄올로 추출하는 것으로 이루어졌다. 메탄올 추출물을 산성화(acidulate)하고 EPA 및 DHA 함량이 50%인 유리 지방산을 분리하였다. (Breivik, Harald [2007] "Long Chain Omega-3 Specialty Oils" The Oily Press). 상기 지방산을 분자 증류하여 65%의 최대 농도에 이르렀다.
사람 소비를 위한 산물에서 최대 허용 농도가 제한된 유기 용제 또는 요소를 사용한 분별을 사용하지 않는 80% 초과의 ω-3 지방산 함량을 갖는 ω-3 지방산의 농축물을 얻기 위한 효과적인 방법은 기술분야에서 공지되어 있지 않다.
특수한 약제학적 및 건강기능적 용도를 위해서, ω-3 지방산의 농축물에서 그들의 지방산은 모든 cis 구조 및 메틸기에 의해 하나가 다른 하나로부터 분리된 고립 이중 결합의 시스템으로 배열된 이중 결합을 갖는 자연 이성질체에 대응하는 것이 중요하다.
그럼에도 불구하고, ω-3 지방산의 농축물의 제조를 위한 방법에서, trans 타입 이성질체 및 또한 컨주게이트 이성질체가 형성되고, 여기서 둘 이상의 이중 결합이 하나의 단일 결합에 의해 분리된다.
이들 산의 자연 구조의 변형이 발생하지 않는 ω-3 지방산의 농축물의 제조를 위한 방법이 개시되어 있지만, 이중 결합의 이성질화의 문제에 대하여 어떤 문헌도 개시되어 있지 않다. 놀랍게도, 본 발명의 방법에 의해 얻어진 산물에서 trans 타입 이성질체도, 컨주게이트 이중 결합을 갖는 이성질체도 검출되지 않는다는 것을 발견하였다.
결론적으로, 본 발명의 목적은, 사람 소비 및 약제학적 품질에 적합한, 에스테르 또는 유리 지방산의 형태로 지방산을 함유하는 물질의 조성물에 기반하여 80% 초과의 ω-3 지방산을 함유하는 ω-3 지방산의 농축물의 제조를 위해서, 사람 소비를 위한 산물에서 최대 허용 농도가 제한되는 유기 용제 또는 요소 사용의 분별을 사용하지 않는 효과적이고 간단한 방법을 제공하는 것이다.
이 목적은 다음 단계를 포함하는 방법을 통해 얻어진다:
a) 에스테르 또는 유리 지방산의 형태로 지방산을 함유하는 물질의 조성물을 적어도 96중량%의 에탄올 및 알칼리 금속의 하이드록시드와 60 내지 200℃의 온도에서 접촉시켜서 지방산의 알칼리 염을 포함하는 액체 혼합물을 형성하는 단계;
b) 상기 액체 혼합물을 50 내지 -20℃의 온도로 냉각시켜서 고체상 및 액체성을 형성하고, 액체상을 고체상으로부터 분리하는 단계;
c) 상기 b)단계에서 분리된 액체상을 산과 접촉시켜서 물의 함량이 10% 미만인 산성화된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물은 산의 금속 알칼리 염을 포함하는 고체상 및 ω-3 지방산을 포함하는 액체상으로 구성되고 두개의 상을 분리하는 단계;
d) 상기 c) 단계의 액체상을 에스테르화 촉매의 존재하에서 50 내지 150℃로 가열하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계;
e) 상기 d) 단계의 혼합물을 알칼리와 접촉시켜서 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 중화된 혼합물을 형성하고 중화된 혼합물의 에틸 에스테르를 분리하는 단계;
f) 상기 e) 단계의 에틸 에스테르를 증류하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르 80중량% 초과를 포함하는 증류물을 얻는 단계.
본 특허 출원에 기재된 방법을 위해서, 사용되는 원료는 에스테르화된 ω-3 지방산을 트리글리세라이드, 포스포리피드 또는 다른 형태로 함유하는 물질, 예컨대 정어리, 전갱이, 안초비, 연어, 대구, 크릴, Phaeodactylum tricornotum , Nannochloropsis sp와 같은 해양 미세조류와 같은 여러 종의 미정제 또는 정제된 어류 오일과 같은 동물 기원, 아마인, 헴프씨의 식물성 오일과 같은 식물 기원, 해양 기원의 오일 또는 지방과 식물성 오일의 혼합물, 또는 모노에스테르 또는 유리 지방산의 형태로 함유하는 물질, 여러 원료 또는 상업적 방법의 산물이다. 통상적으로, 어류 오일에서 ω-3 지방산 (EPA 및 DHA)의 조합된 함량은 10 내지 35중량%인 반면, 식물성 오일 (ALA)에서는 매우 다양하고 아마인으로부터의 오일에서 50%까지 이를 수 있다. 본 발명에서 워드 오일(word oil) 또한 ω-3 지방산을 함유하는 지방을 포함한다. 오일과 지방의 차이점은 전자는 실온에서 액체이지만 후자는 고체라는 것이다. 다양한 해양 미세조류로부터 추출된 지질은 실온에서 고체이고 5 내지 30% ω-3 지방산을 함유할 수 있다. 또한, 본 발명을 위해서 유용한 원료는 곤충, 곤충 유충 및 장쇄 ω-3 지방산의 제조를 위해서 유전학적으로 변형된 식물로부터 추출된 지질이다.
본 발명을 행하기 위해서, ω-3 지방산을 함유하는 원료는 먼저 알칼리 금속의 하이드록시드로의 비누화 또는 중화 단계를 행하여 지방산의 알칼리 금속염을 포함하는 반응 혼합물을 형성한다. 이를 위해서, 원료는 에탄올 바람직하게는 4중량% 이하, 바람직하게는 1% 이하의 물 함량을 갖는 무수물, 및 알칼리 금속의 하이드록시드, 바람직하게는 소듐 하이드록시드, 또는 알칼리 금속의 하이드록시드 용액, 바람직하게는 소듐 하이드록시드와 60 내지 200℃, 바람직하게는 120℃의 온도 및 저압에서 접촉시킨다. 만약 소듐 하이드록시드의 용액을 사용한다면, 소듐 하이드록시드의 용액은 40중량% 초과의 소듐 하이드록시드의 수용액 및 50중량% 미만의 소듐 하이드록시드의 에탄올 중의 용액으로 이루어진 그룹으로부터 선택된다. 이 온도에서 원료의 비누화 또는 중화를 위한 반응 시간은 단지 몇분이고, 이는 추가적으로 간단하고 연속적인 방법으로 반응을 행할 수 있다는 장점을 갖는다. 반응에 사용되는 에탄올의 양은 원료의 킬로 당 0.5 내지 10 kg, 바람직하게는 원료의 킬로 당 1 내지 6 킬로로 다양할 수 있고, 반응에 사용되는 알칼리 금속의 하이드록시드의 양은 비누화 인덱스에 의해 표시되는 수치의 90몰랄% 이상, 바람직하게는 100% 이상이고, 소듐 하이드록시드를 사용하는 경우 원료의 비누화 인덱스에 의해 곱해지는 원료의 킬로 당 적어도 0.712 g 소듐 하이드록시드를 나타낸다. 반응은 쉐이크(shaken) 용기 또는 튜브형 용기 또는 오일 및 지방의 비누화에 일반적으로 사용되는 다른 종류의 용기에서 배치식 또는 연속식으로 행할 수 있다. 본 특허 출원에 사용되는 원료가 단독으로 또는 식물성 오일과 조합하여 미정제 또는 정제된 어류 오일인 경우, 이 원료 또는 미정제 또는 정제된 어류 오일은 선택적으로 정제하여 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 존재할 수 있는 가능한 잔류성 유기 오염물질(Persistent Organic Contaminants, POCs)를 제거할 수 있다. POCs는 생명체의 지방 조직에 축적하는 독성 화학적 산물이다. 비교적 높은 수준의 POCs가 상이한 어류종에서 그 결과 이들 종으로부터 제조된 식품 및 오일에서 발견되었다. POCs는 농약, 폴리염화비페닐과 같은 산업 화학 산물, 디옥신 및 푸란과 같은 산업 공정의 부산물을 포함한다. 유사하게 POC-제거 단계가 본 발명의 산물에 적용될 수 있다.
이 단계의 마지막에, 반응 혼합물을 50 내지 -20℃, 바람직하게는 50 내지 0℃의 온도로 냉각시키고, 이는 반응 동안 형성된 알칼리 금속 또는 소듐 염의 부분의 침전물을 생성하고 포화 지방산의 염을 포함한다. 반응 혼합물의 냉각은 배치식 또는 연속식으로 플랫-블레이드 터빈 또는 앵커-타입 아지테이터 등과 같은 임의의 기계적 쉐이커, 냉벽 및/또는 증발에 의한 쉐이크 용기 또는 바람직하게는 표면 스크래핑 스티어에 의한 교반 튜브형 용기, 또는 오일 및 지방의 결정화에 통상적으로 사용되는 다른 타입으로 행할 수 있다. 그 다음 얻어진 냉각된 혼합물의 침전된 금속 알칼리 염을 포함하는 고체상 및 액체상을 원심분리 또는 여과와 같은 기계적 수단, 바람직하게는 진공 또는 압력 여과를 사용하여 분리한다. 선택적으로, 액체상 또는 증발에 의해 미리 농축된 액체상을 고체가 더욱 침전될 때까지 다시 냉각시킨 후 설명한 바와 같이 침전된 고체로부터 액체상을 분리시킨 다음 액체상을 다음 산성화 단계로 보낼 수 있다.
분리된 액체상을 산, 또는 에탄올과 산의 혼합물, 바람직하게는 황산으로의 산성화 단계로 보내서 유리 ω-3 지방산을 포함하는 액체상 및 산의 알칼리 금속 또는 소듐 염을 포함하는 고체상을 포함하는 산성화된 혼합물을 얻는다. 산성화된 혼합물은 10중량% 미만의 물, 바람직하게는 5중량% 미만의 물을 포함하고, 이는 액체상 및 상기 액체 상에 부유된 고체의 발생을 가능하게 한다. 산과 에탄올의 혼합물에서 산의 백분율은 50중량% 미만이다. 황산을 사용한다면 에탄올 중의 용액을 바람직하게는 20% 미만으로 20℃ 미만의 온도에서, 바람직하게는 10℃ 미만의 온도에서 제조하여 에탄올 설페이트의 형성을 방지하는 것을 권고할 수 있다. 사용하는 산 또는 에탄올과 혼합된 산의 양은 냉각 단계 후 분리되는 액체상의 총 알칼리도에 의존할 것이며, 총 알칼리도의 화학양론적 수치에 대하여 1 내지 10%의 약간 과량을 사용한다. 바람직하게는 산성화된 혼합물에 사실상 불용성인 산성화 단계 동안 형성되는 금속 또는 소듐 알칼리 염은 원심분리, 여과 또는 디캔테이션에 의해 산성화된 혼합물로부터 분리하여 ω-3 지방산을 포함하는 정화된 액체를 얻는다.
산성화된 혼합물 또는 정화된 액체는 50 내지 150℃로 가열하여 존재하는 에탄올과 지방산이 반응하여 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 에스테르화된 혼합물을 형성하도록 한다. 에스테르화 동안, 산성화 단계가 황산으로 행해지는 경우 존재하는 동일한 황산 또한 에스테르화 반응의 촉매로서 작용한다. 그럼에도 불구하고, 필요하다면 그 이상의 황산 또는 p-톨루엔 술폰산과 같은 다른 에스테르화 촉매를 그 가열 전에 또는 동안에 산성화된 혼합물 또는 정화된 액체에 첨가할 수 있다. 마찬가지로, 산성화 단계를 염산과 같은 황산 이외의 산으로 행하는 경우 에스테르화 촉매를 그것의 가열 전에 또는 도중에 산성화된 혼합물 또는 정화된 액체에 첨가하여야 한다. 이것은 지방산의 에스테르화 교환에 영향을 미치므로 이전 단계에서 물의 사용을 최소화하는데 편리하다.
그 다음 에스테르화된 혼합물을 알칼리의 수성 또는 에탄올 용액과 접촉시켜 중화된 또는 알칼리 혼합물을 형성하고, 여기서 알칼리는 알칼리 금속의 옥사이드, 하이드록시드 및 카보네이트, 암모니아 및 암모늄 하이드록시드, 바람직하게는 소듐 하이드록시드로 이루어진 군으로부터 선택된다. 그 다음, ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 당업자에게 자명하고 실시예에 기재된 기술을 사용하여 중화된 혼합물로부터 회수한다. 중화된 또는 알칼리 혼합물의 에틸 에스테르의 회수를 위한 한가지 대안은, 소듐 하이드록시드의 에탄올 용액을 에스테르화된 혼합물과 접촉시켜서 중화된 또는 알칼리 혼합물을 형성하고, 중화된 또는 알칼리 혼합물의 용제를 증발시켜서 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 경질상 및 무기 염 또는 글리세린을 포함하는 중질상에 의해 형성된 잔류물을 형성하고, 두개의 상을 디캔테이션 또는 원심분리에 의해 분리하여 행할 수 있다. 선택적으로, 경질상은 물 또는 염의 수용액으로 세정한다.
다른 대안은 에스테르화된 혼합물을 소듐 하이드록시드의 수용액과 접촉시켜서 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 경질상 및 무기 염, 물, 에탄올 또는 글리세린을 포함하는 중질상을 함유하는 중화된 혼합물을 형성하는 것으로 이루어진다. 이들 상은 디캔테이션 또는 원심분리에 의해 분리된다. 선택적으로 경질상은 물 또는 염의 수용액으로 세정한다.
그 다음, ω-3 지방산 또는 에틸 에스테르를 포함하는 중화된 혼합물로부터 분리된 경질상을 하나 이상 단계의 진공 증류로 보내어 80% 초과, 보통 90% 초과의 함유량을 갖는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물을 얻는다. 증류 단계는 바람직하게는 분자증류 또는 단증류에서 100 내지 250℃의 온도에서 1 mbar 미만의 압력에서 행한다. 원료가 어류 오일로 구성된 경우, 본 발명의 방법은 일반적으로 80% 초과의 ω-3 지방산 EPA 플러스 DHA의 농축물을 얻도록 한다.
본 발명의 방법은 어류 오일을 원료로서 사용하는 경우 30% 초과, 일반적으로 40% 초과의 ω-3 지방산의 높은 회수율의 추가적 장점을 갖고, 이는 기술분야의 방법과 비교하여 매우 높은 수치이다. 추가적으로, 본 발명의 방법은 방법의 높은 효율을 손상시키지 않고 낮은 함량의 ω-3 지방산을 갖는 원료의 처리를 가능하게 한다. 한편, 요소 및 분자 증류를 사용하는 ω-3 지방산의 농축물의 제조를 위한 산업적 방법은 높은 함량의 ω-3 지방산, 일반적으로 28% 초과의 원료를 요한다. 또한, 본 발명의 방법의 단계의 모든 부산물은 재생가능한 원료의 효과적인 활용으로 전환하는 직접 산업 용도를 갖는다.
놀랍게도, 트랜스 지방산 또는 디에틸 술페이트와 같은 에탄올의 술페이팅의 산물과 같은 원하지 않는 화합물은 실시예로부터 명백하듯이 개시된 방법에서 검출되지 않았으며, 추가적으로, ω-3 지방산의 에틸 에스테르는 컨주게이트 결합이 존재하지 않는다.
실시예
원료 및 산물에서 ω-3 지방산의 함량 및 프로파일의 분석은 "Official methods and recommended practices of the AOCS", 6th edition에 개시된 절차를 사용하여 행하였다.
실시예 1
정어리 오일로 시작하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물을 획득.
276 g 소듐 하이드록시드, 6 kg 99.2% 에탄올 및 2 kg 정어리 오일 (SouthPacific Korp, ω-3 지방산의 함량 32.9%; EPA 16.8% 및 DHA 11.3%)을 교반기가 있는 Parr 20-리터 압력 반응기에서 혼합하였다. 혼합물을 120℃에서 5분 동안 250 rpm의 교반하에서 가열한 다음 35℃로 100 rpm에서 냉각하였다.
냉각된 혼합물을 Buchner & Kitasato 깔때기에서 폴리에스테르 섬유를 통하여 진공 여과하고 제1 여과액을 얻었다. 필터에서 수집한 케이크를 6,000 g 에탄올로 세정하고 제2 여과액을 회수하고 제1 여과액과 혼합하였다.
여과액을 0℃에서 에탄올 중의 10% 황산의 용액 1,700 g과 혼합하고, 분산된 불용성 고체와 함께 산성화된 혼합물을 형성하였다. 원심분리에 의해 고체를 분리하고 정화된 용액을 얻었다.
정화된 용액을 교반기, 외부 응축기 및 진공 커넥터가 부가된 반응기에 로딩하였다. 로딩의 70%를 실온에서 증류하였다. 그 다음 에탄올 중의 20% 황산 25g을 로딩하고, 76℃로 30분 동안 가열하고 20℃로 냉각하였다. 이어서 에탄올 중의 8% 소듐 하이드록시드의 용액 150 g을 첨가하고 존재하는 에탄올 전체를 10 mbar의 압력까지 증발시켰다. 마지막 잔류물을 5분 동안 디캔트하여 약 205 g의 중질상을 분리하였다. 경질상을 물로 세정하고 1,056 g의 미정제 에틸 에스테르를 회수하였다.
미정제 에틸 에스테르를 단증류기, UIC brand, model KDL 5에 투입하고 두개의 단계에서 증류하였다. 제1 단계에서 투입물을 85℃의 자켓 온도, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.02 mbar에서 증류하였다. 잔류물을 수집하고 자켓 온도 110℃, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.01 mbar에서 제2 단계에서 증류하고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 97.1%; EPA의 에틸 에스테르 45.2% 및 DHA의 에틸 에스테르 37.3%의 함량을 갖는 증류물 451 g을 수집하였다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 60%이었다.
실시예 2
전갱이 오일로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
281 g 소듐 하이드록시드, 11 kg 99.2% 에탄올 및 2 kg 전갱이 오일 (SouthPacific Korp, ω-3 지방산의 함량 38.5%; EPA 12.5% 및 DHA 20.4%)을 교반기가 있는 Parr 20-리터 압력 반응기에서 혼합하였다. 혼합물을 120℃에서 5분 동안 250 rpm의 교반하에서 가열한 다음 5℃로 100 rpm에서 냉각하였다.
냉각된 혼합물을 Buchner & Kitasato 깔때기에서 폴리에스테르 섬유를 통해 진공 여과하고 제1 여과액을 얻었다. 필터에서 수집한 케이크를 3,000 g 에탄올로 세정하고 제2 여과액을 회수하고 제1 여과액과 혼합하였다.
여과액을 370 g 에탄올에 미리 용해한 36% HCl 370 g과 혼합하고 분산된 불용성 고체와 함께 산성화된 혼합물을 형성하였다. 원심분리에 의해 고체를 분리하고 정화된 용액을 얻었다.
정화된 용액을 교반기, 외부 응축기 및 진공 커넥터가 부가된 반응기에서 6g의 p-톨루엔 술폰산과 함께 혼합하였다. 로딩의 70%를 실온에서 증류하였다. 그 다음 50% 소듐 하이드록시드의 용액 20g을 첨가하고, 존재하는 에탄올 전체를 10 mbar의 압력까지 증발시켰다. 잔류물을 디캔트하여 중질상을 분리하였다. 경질상을 2중량% 소듐 술페이트의 수용액으로 세정하고 977 g의 미정제 에틸 에스테르를 회수하였다.
미정제 에틸 에스테르를 단증류기, UIC brand, model KDL 5에 투입하고 두개의 단계에서 증류하였다. 제1 단계에서 투입물을 84℃의 자켓 온도, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.02 mbar에서 증류하였다. 잔류물을 수집하고 자켓 온도 114℃, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.01 mbar에서 제2 단계에서 증류하고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 92.6%; EPA의 에틸 에스테르 30.2% 및 DHA의 에틸 에스테르 52.3%의 함량을 갖는 증류물 508 g을 수집하였다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 56%이었다.
실시예 3
아마인 오일로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물을 획득.
560 g의 50% 소듐 하이드록시드, 10 kg의 99.2% 에탄올 및 2 kg 아마인 오일 (Terrasol, ω-3 지방산의 함량 51.7%; ALA 51.7%)을 교반기가 있는 Parr 20-리터 압력 반응기에서 혼합하였다. 혼합물을 80℃에서 25분 동안 250 rpm의 교반하에서 가열한 다음 0℃로 100 rpm에서 냉각하였다.
냉각된 혼합물을 Buchner & Kitasato 깔때기에서 폴리에스테르 섬유를 통하여 진공 여과하고 제1 여과액을 얻었다. 필터에서 수집한 케이크를 2,000 g 에탄올로 세정하고 제2 여과액을 회수하고, 제1 여과액과 혼합하였다.
여과액을 180 g 농축 황산과 혼합하고 분산된 불용성 고체와 함께 산성화된 혼합물을 형성하였다.
정화된 용액을 교반기, 외부 응축기 및 진공 커넥터가 부가된 반응기에서 7g의 p-톨루엔 술폰산과 함께 혼합하였다. 로딩의 70%를 실온에서 증류하였다. 그 다음 농축된 혼합물을 압력하에서 여과하여 정화된 산물을 얻고 여기에 50% 소듐 하이드록시드의 용액 20g을 첨가하고, 존재하는 에탄올 전체를 10 mbar의 압력까지 증발시켰다. 잔류물을 디캔트하여 중질상을 분리하였다. 경질상을 물로 세정하고 871 g의 미정제 에틸 에스테르를 회수하였다.
미정제 에틸 에스테르를 단증류기, UIC brand, model KDL 5에 투입하고 두개의 단계에서 증류하였다. 제1 단계에서 투입물을 72℃의 자켓 온도, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.02 mbar에서 증류하였다. 잔류물을 수집하고 자켓 온도 95℃, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.01 mbar에서 제2 단계에서 증류하고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 89.6%; ALA의 에틸 에스테르 89.6%의 함량을 갖는 증류물 580 g을 수집하였다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 45%이었다.
실시예 4
크릴 오일로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
ω-3 지방산 27.5%; EPA 9.5% 및 DHA 15.4% 함량을 갖는 크릴 오일을 사용하여 실시예 1의 테스트를 반복하였다.
354 g의 최종 증류물을 얻었고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 92.3%; EPA의 에틸 에스테르 28.3% 및 DHA의 에틸 에스테르 56.6% 함량이었다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 54%이었다.
실시예 5
아마인 오일 및 정어리 오일의 혼합물로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
실시예 3의 아마인 오일 500 g 및 실시예 1의 정어리 오일 1,500 g을 사용하여 실시예 1의 테스트를 반복하였다.
514 g의 최종 증류물을 얻었고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 함량 88.9%; ALA의 에틸 에스테르 29.8%; EPA의 에틸 에스테르 26.3% 및 DHA의 에틸 에스테르 17.1%이었다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 47%이었다.
실시예 6
어류의 지방산으로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
280 g의 소듐 하이드록시드, 10 kg의 99.2% 에탄올 및 2 kg의 어류(SourthPacific Korp, ω-3 지방산의 함량 26.8%; EPA 13.6% 및 DHA 9.2%)의 유리 지방산을 교반기가 있는 Parr 20-리터 압력 반응기에서 혼합하였다. 혼합물을 60℃에서 15분 동안 250 rpm의 교반하에서 가열한 다음 25℃로 100 rpm에서 냉각하였다.
냉각된 혼합물을 Buchner & Kitasato 깔때기에서 폴리에스테르 섬유를 통하여 진공 여과하고 제1 여과액을 얻었다. 필터에서 수집한 케이크를 3,000 g 에탄올로 세정하고 제2 여과액을 회수하고 제1 여과액과 혼합하였다.
여과액을 400 g 에탄올에 미리 용해한 36% HCl 400 g과 혼합하고 분산된 불용성 고체와 함께 산성화된 혼합물을 형성하였다. 압력 여과에 의해 고체를 분리하고 정화된 용액을 얻었다.
정화된 용액을 교반기, 외부 응축기 및 진공 커넥터가 부가된 반응기에서 5g의 p-톨루엔 술폰산과 함께 혼합하였다. 로딩의 70%를 실온에서 증류하였다. 그 다음 에탄올 중의 8% 소듐 하이드록시드의 용액 100g을 첨가하고, 존재하는 에탄올 전체를 10 mbar의 압력까지 증발시켰다. 증류물의 잔류물을 물로 세정하고 820 g의 미정제 에틸 에스테르를 회수하였다.
미정제 에틸 에스테르를 단증류기, UIC brand, model KDL 5에 투입하고 두개의 단계에서 증류하였다. 제1 단계에서 투입물을 77℃의 자켓 온도, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.02 mbar에서 증류하였다. 잔류물을 수집하고 자켓 온도 114℃, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.01 mbar에서 제2 단계에서 증류하고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 87.0%; EPA의 에틸 에스테르 40.5% 및 DHA의 에틸 에스테르 33.5%의 함량을 갖는 증류물 409 g을 수집하였다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 60%이었다.
실시예 7
ω-3 지방산 함량이 낮은 어류 오일로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
ω-3 지방산 함량 23.5%; EPA 12.5% 및 DHA 8.4%이고 산가가 19 mg KOH/g 샘플인 미정제, 저품질 어류 오일을 사용하여 실시예 1의 테스트를 반복하였다.
235 g의 최종 증류물을 얻었고, ω-3 지방산의 에틸 에스테르 함량 90.3%; EPA의 에틸 에스테르 55.1% 및 DHA의 에틸 에스테르 27.5%이었다.
ω-3 지방산의 전체 회수율은 42%이었다.
실시예 8
정어리 오일로부터 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 획득.
280 g 소듐 하이드록시드, 6 kg 99.2% 에탄올 및 2 kg 정어리 오일 (SouthPacific Korp, ω-3 지방산의 함량 32.9%; EPA 16.8% 및 DHA 11.3%)을 교반기가 있는 Parr 20-리터 압력 반응기에서 혼합하였다. 혼합물을 120℃에서 5분 동안 250 rpm의 교반하에서 가열한 다음 48℃로 100 rpm에서 냉각하였다.
냉각된 혼합물을 Buchner & Kitasato 깔때기에서 폴리에스테르 섬유를 통하여 진공 여과하고 제1 여과액을 얻었다. 필터에서 수집한 케이크를 2,000 g 에탄올로 세정하고 제2 여과액을 회수하고 제1 여과액과 혼합하였다. 여과액의 혼합물을 로딩의 50%까지 증발에 의해 농축시켜서 잔류물을 얻고 0℃로 냉각하였다. 잔류물을 여과하고 제3 여과액을 얻었다.
제3 여과액을 에탄올 중의 10% 황산의 용액 1,200 g과 0℃에서 혼합하고 분산된 불용성 고체와 함께 산성화된 혼합물을 형성하였다. 원심분리에 의해 고체를 분리하고 정화된 용액을 얻었다.
정화된 용액을 교반기, 외부 응축기 및 진공 커넥터가 부가된 반응기에 로딩하였다. 로딩의 50%를 실온에서 증류하였다. 그 다음 에탄올 중의 20% 황산 25 g을 로딩하고, 78℃에서 30분 동안 가열하고 20℃로 냉각하였다. 이어서, 에탄올 중의 8% 소듐 하이드록시드의 용액을 첨가하고, 존재하는 에탄올 전체를 10 mbar의 압력까지 증발시켰다. 최종 잔류물을 디캔트하여 중질상을 분리하였다. 경질상을 물로 세정하고 556 g의 미정제 에틸 에스테르를 회수하였다.
미정제 에틸 에스테르를 단증류기, UIC brand, model KDL 5에 투입하고 두개의 단계에서 증류하였다. 제1 단계에서 투입물을 88℃의 자켓 온도, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.02 mbar에서 증류하였다. 잔류물을 수집하고 자켓 온도 115℃, 내부 응축기 온도 5℃ 및 진공 수준 0.01 mbar에서 제2 단계에서 증류하였다. ω-3 지방산의 에틸 에스테르 99.7% 농축물을 얻었다.
실시예 9
ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중 트랜스 지방산의 분석.
실시예 1 내지 8의 테스트에서 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중의 트랜스 지방산의 함량을 가스상 크로마토그래피를 사용하여 분석하였다.
본 발명의 실시예의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 샘플에서 트랜스 지방산이 검출되지 않았다.
실시예 10
ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중 컨주게이트 지방산의 분석.
실시예 1 내지 8의 테스트의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중 컨주게이트 지방산의 함량을 UV 흡수 분광법을 사용하여 분석하였다.
본 발명의 실시예의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 샘플에서 컨주게이트 지방산이 검출되지 않았다.
실시예 11
ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중의 디에틸 술페이트(DES)의 분석.
실시예 1 내지 8의 테스트의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 중 DES 함량의 분석을 질량 분석법과 함께 가스 크로마토그래피를 사용하여 행하였다.
본 발명의 실시예에서 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 샘플에서 DES는 검출되지 않았다.
실시예 12
유리 산도(Free Acidity), 과산화물 지수(Peroxide Index) 및 아니시딘 지수(Anisidine Index)의 측정.
실시예 1 내지 8의 테스트의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물의 유리 산도(Free Acidity), 과산화물 지수(Peroxide Index) 및 아니시딘 지수(Anisidine Index)의 수치를 AOCS에 개시된 국제적 과정을 사용하여 측정하였다.
유리 산도는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 모두에 대하여 1 mg KOH/g 샘플 미만이었다.
과산화물 지수는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 모두에 대하여 3 meq/kg 샘플 미만이었다.
아니시딘의 수치는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물 모두에 대하여 15 미만이었다.

Claims (7)

  1. ω-3 지방산의 에스테르 또는 유리 ω-3 지방산을 포함하는 물질의 조성물에 기반하여 80중량% 초과의 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 농축물을 얻기 위한 효율적이고 간단한 방법으로서, 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 방법:
    a) 상기 물질의 조성물을 적어도 96중량%의 에탄올 및 알칼리 금속의 하이드록시드와 60 내지 200℃의 온도에서 접촉시켜서 지방산의 알칼리 염을 포함하는 액체 혼합물을 형성하는 단계;
    b) 상기 액체 혼합물을 50 내지 -20℃의 온도로 냉각시켜서 고체상 및 액체성을 형성하고, 상기 액체상을 상기 고체상으로부터 분리하는 단계;
    c) 상기 b)단계의 분리된 액체상을 산과 접촉시켜서 물의 함량이 10% 미만인 산성화된 혼합물을 형성하고, 상기 혼합물은 산의 알칼리 금속 염을 포함하는 고체상 및 ω-3 지방산을 포함하는 액체상으로 구성되는 단계;
    d) 상기 c) 단계의 혼합물을 에스테르화 촉매의 존재하에서 50 내지 150℃로 가열하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르를 포함하는 혼합물을 형성하는 단계;
    e) 상기 d) 단계의 혼합물을 알칼리와 접촉시켜서 중화된 혼합물을 형성하는 단계;
    f) 상기 중화된 혼합물을 증류하여 ω-3 지방산의 에틸 에스테르 80중량% 초과를 포함하는 증류물을 얻는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 a) 단계에서의 온도는 90 내지 150 ℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 a) 단계에서의 온도는 120℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 b) 단계에서의 온도는 50 내지 0℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 c) 단계에서의 산은 황산 및 염산으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 에틸 에스테르의 ω-3 지방산은 모든 시스(cis) 구조를 가지고 그들의 이중 결합은 메틸렌 단위에 의해 하나가 다른 하나로부터 분리된 것을 특징으로 하는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르 80중량% 초과를 포함하는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물.
  7. 에틸 에스테르의 ω-3 지방산은 모든 cis 구조를 가지고 모든 그들의 이중 결합은 메틸렌 단위에 의해 하나가 다른 하나로부터 분리된 것을 특징으로 하는 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따라 제조된 ω-3 지방산의 에틸 에스테르 80중량% 초과를 포함하는 ω-3 지방산의 에틸 에스테르의 농축물.
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