KR20160121870A - 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법 - Google Patents

환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법 Download PDF

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    • C12N9/20Triglyceride splitting, e.g. by means of lipase

Abstract

본 발명은, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및 상기 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공도와 200 내지 250℃ 온도 하에서 증류하는 단계; 를 포함하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 제공한다.

Description

환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법{Process for Preparing Triglycerides Containing High Concentrations of Polyunsaturated Fatty Acids without Environmentally Hazardous Substance}
본 발명은 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에서 특정 조건으로 증류함으로써 잔류 에틸에스테르 및 환경유해물질을 저감시킨 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법에 관한 것이다.
현대인은 식습관 변화에 따라 식이섭취의 불균형에 의해 오메가 6 지방산의 섭취는 과다하고 EPA(Eicosapentaenoic Acid) 및 DHA(Docosa Hexaenoic Acid)와 같은 고도 불포화 오메가 3 지방산(Highly unsaturated omega 3 fatty acids)의 섭취가 부족하다.
이에 식품, 식품첨가제 또는 건강기능식품 등의 형태로 상기 EPA 및 DHA와 같은 고도 불포화 오메가 3 지방산의 추가 섭취가 요구된다.
또한, EPA 및 DHA와 같은 고도 불포화 오메가 3 지방산을 의약품으로 사용하기 위해서는 고농도로 농축하는 것이 필요하다.
그리고, 식용유와 같은 식물유(植物油)와 소기름 및 돼지기름과 같은 육상 동물유(動物油)에는 EPA와 DHA 같은 고도 불포화 오메가 3 지방산이 존재하지 않는다.
따라서, EPA와 DHA 같은 고도 불포화 오메가 3 지방산이 존재하는 어유(漁油)를 이용하여 고도 불포화 오메가 3 지방산의 섭취를 할 필요가 있다.
그런데, 천연 형태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 어유에는 EPA와 DHA가 저농도로 함유되어 있기 때문에 EPA와 DHA를 보충하기 위해서는 많은 양의 어유를 섭취해야 할 뿐만 아니라 이미 충분한 다른 지방산들도 같이 더 섭취하게 되는 문제가 있다.
위와 같이, 현재 EPA나 DHA와 같은 고도 불포화 오메가3 지방산의 주공급원은 어유인데, 육상에서 산업화 등으로 인해 PCBs(Polychlorinated biphenyls), 다이옥신(Dioxins)과 푸란(Furans) 및 Dioxin-like PCBs와 같은 환경유해물질이 비로 인해 강으로 흘러들어가 최종적으로 바다에 도달하게 되고, 이런 환경유해물질이 바다에 있는 물고기에 축적되며, 특히 이런 환경유해물질은 지용성이기 때문에 물고기의 유지(油脂) 부분에 많이 농축된다.
즉, 현대인들에게는 식습관의 변화로 인해 고도 불포화 오메가 3 지방산의 섭취가 필요하나, 위와 같이 고도 불포화 지방산을 추출하는 재료인 어류에 환경오염물질이 많이 농축되어 있어서, 고도 불포화 오메가 3 지방산의 섭취와 함께 환경유해물질의 섭취 가능성도 커지는바 환경유해물질이 제거된 EPA와 DHA를 포함하는 트리글리세라이드의 개발이 요구되는 실정이다.
이에 대해서, Age Oterhals[Eur. J. Lipid Sci. Technol. 109(2007) 691-705]는 어유 내에 있는 환경유해물질을 활성탄을 이용하여 제거한 연구 결과를 개시하고 있다.
이 경우, Dioxins의 경우 99%까지 제거가 가능하였으나, non-ortho PCBs는 46~80%, mono-ortho PCBs는 6~20%만 제거가 가능하였다.
즉, 활성탄을 이용한 정제처리 방법으로는 어유 내에 있는 Dioxins는 일부 제거 가능했으나 PCBs는 국제 기준에 맞는 허용 기준까지 제거할 수 없었다.
또한, 미국등록특허 7,718,698호에 트리글리세라이드 형태의 어유 내 환경유해물질을 제거하는 방법이 개시되어 있다.
이 특허에서는 트리글리세라이드 형태의 어유에 환경유해물질과 동일하거나 낮은 휘발성을 갖는 물질을 보조물질로 첨가 후 증류를 하여 보조물질과 함께 환경유해물질을 증류물(Distillate)로 제거한다.
이 선행특허를 통하여 PCBs와 Dioxins는 국제 기준에 맞는 허용 기준까지 제거할 수 있었고 여러 농약(Pesticides)들도 10ppb 이하로 낮출 수 있으나, 선행특허의 공정은 EPA and/or DHA 농도가 낮은 천연 상태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 어유 내에 있는 환경유해물질을 제거하는 방법만을 제시하고 있고 EPA and/or DHA가 고농도로 농축된 트리글리세라이드 형태의 어유를 제조하는 방법과 이렇게 제조된 어유 내의 환경유해물질은 제거하는 방법은 개시하지 않는다.
미국등록특허 7,718,698호 한국등록특허 제10-1204748호
본 발명의 목적은 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 제공하는데 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 고도 불포화 지방산 내에 잔류하는 에틸에스테르의 함량을 낮출 수 있는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및 상기 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공도와 200 내지 250℃ 온도 하에서 증류하는 단계를 포함하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 다른 측면은, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및 상기 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015torr 미만의 진공도와 130 내지 200℃ 온도 하에서 증류하는 단계; 를 포함하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계는, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지 100중량%에 대해 20 내지 100중량%의 에탄올과 0.5 내지 2중량%의 가성소다를 가하고 40 내지 70℃에서 반응시켜 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계; 상기 지방산 에틸에스테르 유지를, 분자증류장치를 이용하여 0.1torr 이하 100 내지 150℃에서 1차 증류한 후, 분자증류장치를 이용하여 0.1torr 이하 120 내지 200℃에서 2차 증류한 후, 진공분별증류장치를 이용하여 0.5torr 이하 120 내지 210℃에서 증류하여, 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계; 및 상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시키는 단계; 를 포함할 수 있다.
또한, 상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시키는 단계는, 상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지 100중량%에 대해 5 내지 13중량%의 글리세롤을 혼합한 후 탈기하고, 1 내지 7중량%의 효소를 혼합한 후 10 내지 0.05torr의 진공 하에 50 내지 70℃에서 반응하는 것을 특징으로 한다.
이때, 상기 효소는, 리조푸스속(Rhizopus sp.) 미생물, 아스퍼질러스속(Aspergillus sp.) 미생물, 뮤커속(Mucor sp.) 미생물, 칸디다 실린드라세아(Candida cylindracea) 및 칸디다 안타르티카(Candida antaritica)로 구성된 군으로부터 선택된 미생물에서 유래한 리파아제일 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 천연 유래의 트리글리세라이드 유지는 어류로부터 추출한 것을 이용할 수 있다.
이때, 상기 어류는 멸치, 정어리, 청어, 멘헤덴(menheden) 및 참치로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 증류 후 상기 트리글리세라이드 유지의 잔류 에틸에스테르의 함량이 1중량% 이하일 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 Dioxins(다이옥신) 및 Furans(푸란) 함량이 증류 이전 보다 50중량% 이상 감소하고 0.2ppt WHO-TEQ 이하가 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 PCBs(폴리클로리네이티드비페닐)의 함량이 증류 이전 보다 90중량% 이상 감소하고 10ppb 이하가 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 Dioxin like PCBs의 함량이 증류 이전 보다 90중량% 이상 감소하고 0.1ppt WHO-TEQ 이하가 될 수 있다.
본 발명의 바람직한 특징에 의하면, 상기 고도 불포화 지방산은 리놀산(linoleic acid:LA), α-리놀렌산(α-linolenic acid: ALA), γ-리놀렌산(γ-linolenic acid: GLA), 디호모-γ-리놀렌산(dihomo-γ-linolenic acid: DGLA), 미드산(mead acid: MA), 아라키돈산(arachidonic acid: AA), 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA) 및 도코사헥사엔산(docosa hexaenoic acid: DHA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있다.
본 발명의 일 실시 예에 따르면, 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 환경유해물질을 효과적으로 제거할 수 있다.
또한, 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지에서 잔류 에틸에스테르 함량을 효과적으로 줄일 수 있다.
본 발명의 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법은, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공도와 200 내지 250℃ 온도 하에서 증류하는 단계; 를 포함한다.
이하, 실시예에 의해 본 발명을 보다 구체적으로 설명하고자 한다. 다만, 이들 실시예는 오직 본 발명을 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업자에게 있어서 자명하다.
고도 불포화 지방산(polyunsaturated fatty acids: PUFA)은 탄소수가 18개 이상이고 이중 결합이 2개 이상인 지방산을 의미한다.
트리글리세라이드 형태 유지(Triglyceride Form Fat)는 식품에 사용되는 식용유 또는 어유(fish oil) 등에 자연적으로 존재하는 분자이며, 글리세롤(glycerol)에 EPA(Eicosapentaenoic Acid) 및 DHA(Docosa Hexaenoic Acid)와 같은 지방산(Fatty Acid)이 3개씩 에스테르결합(Ester bond)된 구조를 가진다.
또한, 트리글리세라이드 형태의 어유는 섭취시 소장에서 담즙산염(bile salts) 및 췌장효소(pancreatic lipase)에 의해 소화되는데, 1개의 트리글리세라이드 분자가 가수분해(hydrolysis)되면 2개의 지방산과 1개의 모노글리세라이드(monoglyceride)를 만들게 된다.
이때, 이 대사산물들은 소장세포(intestinal enterocytes)에서 흡수된 후 다시 트리글리세라이드 형태로 재결합된다.
그러나, 천연 형태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 어유에는 EPA와 DHA가 저농도로 함유되어 있어서 EPA와 DHA를 충분히 보충하기 위해서는 많은 양의 어유를 섭취해야 하며, 이러한 과정에서 EPA 및 DHA 뿐만 아니라 이미 충분한 다른 지방산도 같이 섭취하게 된다.
또한, 천연 형태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 어유에는 대체로 여러 가지 지방산이 무작위로 3개씩 결합되어 분자량이 높기 때문에 증류기술 등을 통해 EPA 및/또는 DHA가 많은 트리글리세라이드 분자를 따로 선별하기 어려운 문제가 있다.
이에 대해서, 트리글리세라이드 형태 유지를 에탄올과 화학반응시켜 얻어진 분자로서 에틸에스테르 형태 유지(Ethyl Ester Form Fat)가 있다.
에틸에스테르 형태의 어유는 에스테르 반응을 통하여 각 지방산이 독립적으로 존재하기 때문에 각 지방산들의 증기압 차이를 이용한 증류기술 및 불포화 차이를 이용한 결정화(crystallization)기술 등을 이용하여 EPA 및/또는 DHA와 같은 지방산을 선별적으로 분별하여 고농도로 농축할 수 있다.
예컨대, 천연 형태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 멸치유, 정어리유 및 청어유 등에는 EPA가 10~22% 정도 포함되는데, 이를 에틸에스테르 형태로 변환하면 증류와 HPLC(High Performance Liquid Chromatography) 등의 기술을 통하여 EPA를 98%까지 농축하여 상용화 생산할 수 있다.
또한, 천연 형태로 존재하는 트리글리세라이드 형태의 참치유에는 DHA가 20~27% 정도 포함되는데, 이를 에틸에스테르 형태로 변환하면 DHA를 98%까지 농축하여 상용화 생산할 수 있다.
그러나, 에틸에스테르 형태 유지는 섭취시 소장에서 췌장효소에 의해 지방산과 에탄올로 가수분해되는데 트리글리세라이드 형태 유지에 비해 50배 정도 가수분해가 잘 이루어지지 않는다.
특히, 대사산물들은 소장세포에서 흡수된 후 트리글리세라이드 형태로 재결합되어야 혈관으로 운송이 되는데, 에틸에스테르 형태 유지의 대사산물에는 글리세롤 또는 모노글리세라이드가 없기 때문에 다른 음식물의 섭취로 글리세롤 또는 모노글리세라이드가 소장세포에 흡수될 때까지 트리글리세라이드 형태로 재결합되는 것이 지연되기 때문에, 섭취가 어렵다는 문제가 있다.
또한, 에틸에스테르 형태 어유는, 트리글리세라이드 형태 어유 보다 섭취시 혈장 내 EPA 및 DHA 함량이 낮고, 트리글리세라이드 형태 어유에 비해 불안정하고 쉽게 산화되며, 특히 에틸에스테르 형태의 DHA는 트리글리세라이드에 결합되어 있는 DHA에 비해 반응성이 강하고 더 쉽게 산화되어 해로운 산화물을 생성할 수 있는 문제가 있다.
고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법
본 실시예의 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지는, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지를 에탄올과 반응시켜 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계, 지방산 에틸에스테르 유지를 분리 정제하여 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계 및 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
이하, 각 단계를 구체적으로 살펴보도록 한다.
먼저, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지를 에탄올과 반응시켜 지방산 에틸에스테르 유지를 수득한다.
천연 유래의 트리글리세라이드 유지는 일례로 어류로부터 추출한 것을 이용할 수 있다.
이때, 사용되는 어류는 멸치, 정어리, 청어, 멘헤덴(menheden) 및 참치로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나일 수 있으며, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
또한, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지와 에탄올의 반응공정은, 일례로서, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지 100중량%에 대해 20 내지 100중량%의 에탄올과 0.5 내지 2중량%의 가성소다를 가하고 40 내지 70℃에서 반응시킴으로써 수행될 수 있다.
이때, 에탄올의 함량이 20중량% 미만이면 에틸에스테르 반응이 잘 진행되지 않는 문제가 있고 100중량%를 초과하면 에틸에스테르 반응에 참여하지 않는 에탄올 손실이 많고 반응기가 커지는 문제가 있다.
또한, 가성소다의 함량이 0.5중량% 미만이면 에틸에스테르 반응이 잘 진행되지 않는 문제가 있고 2중량%를 초과하면 과량의 가성소다를 제거하기 위해 수세과정에서 많은 물이 소모되는 문제가 있다.
또한, 반응온도가 40℃ 미만이면 에틸에스테르 반응이 잘 진행되지 않는 문 문제가 있고 70℃를 초과하면 열변성물이 발생하는 문제가 있다.
다음으로, 지방산 에틸에스테르 유지를 분리 정제하여 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 수득한다.
본 단계에서는 다양한 종류의 지방산 에틸에스테르가 혼합되어 있는 지방산 에틸에스테르 유지를 분리 정제하여 특정 고도 불포화 지방산 에틸에스테르가 고농도, 바람직하게는 70% 이상 함유된 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 수득한다.
이때, 분리정제는 분자증류(Molecular distillation), 진공분별 증류 및 재결정화와 같은 방법 중 하나로 수행될 수 있다.
또한, 분리정제는 필요시 분자증류, 진공분별 증류 및 재결정화 방법을 순차적으로 실시하여 수행될 수 있다.
어유에는 약 50여종의 분자량이 다른 지방산들이 있는데, 분자증류는 분자량 차이가 작은 분자들은 분리를 못하고 진공분별 증류는 분자량 차이가 작은 분자들도 분리할 수 있다는 장점이 있다.
다만, 분자증류 설비는 분자량 차이가 작은 분자들의 분리는 잘 못하는 반면 분별증류 설비에 비해 일반적으로 용량이 크다는 장점이 있다.
따라서, 분자증류의 경우에는 전체 공정 중에서 EPA 및/또는 DHA가 저농도인 선행 공정에서 사용하고 분별 증류는 중간 또는 후행 공정에서 사용하는 것이 바람직하다.
재결정화 공정은 분자량에 따른 분리가 아니라 불포화도에 따른 분리이기 때문에 보통 후행 공정에서 사용될 수 있다.
분자증류는, 일례로서, 지방산 에틸에스테르 유지를 0.1torr 이하 100 내지 150℃에서 1차 증류하고, 0.1torr 이하 120 내지 200℃에서 2차 증류하여 수행될 수 있다.
이때, 사용되는 고도 불포화 지방산은 리놀산(linoleic acid:LA), α-리놀렌산(α-linolenic acid: ALA), γ-리놀렌산(γ-linolenic acid: GLA), 디호모-γ-리놀렌산(dihomo-γ-linolenic acid: DGLA), 미드산(mead acid: MA), 아라키돈산(arachidonic acid: AA), 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA) 및 도코사헥사엔산(docosa hexaenoic acid: DHA)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나 이상일 수 있으나, 본 발명이 이에 제한되는 것은 아니다.
다음으로, 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 에 반응시켜 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득한다.
본 단계는 전 단계에서 분리 정제된 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시킴으로써, 고도 불포화 지방산이 에스테르 교환반응에 의해 글리세롤에 결합되어 트리글리세라이드 유지가 되도록 하는 것이다.
이렇게 제조된 트리글리세라이드 유지 중 고도 불포화 지방산의 함량은 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지의 분리정제 정도에 따라 달라질 수 있으며, 본 실시예에서는 70% 이상의 고농도가 될 수 있다.
또한, 본 단계에 사용되는 효소는, 예컨대, 리조푸스속(Rhizopus sp.) 미생물, 아스퍼질러스속(Aspergillus sp.) 미생물, 뮤커속(Mucor sp.) 미생물과 같은 미생물 유래의 리파아제, 비위치 특이성 리파아제인 또는 칸디다 실린드라세아(Candida cylindracea) 및 칸디다 안타르티카(Candida antaritica)에서 유래한 리파아제 등이 사용될 수 있다. 바람직하게는 효소로 칸디다 안타르티카에서 유래한 노보자임(Novozyme) 435 또는 (유사)리파아제를 사용할 수 있다.
트리글리세라이드에는 글리세롤의 1,2,3 위치에 지방산이 3개 결합하는데 효소에 따라 지방산을 잘 결합시키는 위치가 달라진다. 칸디다 안타르티카에서 유래한 노보자임(Novozyme) 435 또는 (유사)리파아제는 글리세롤의 1,2,3, 위치에 모두 결합시킨다는 장점이 있다.
본 단계는 일례로서, 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지 100중량%에 대해 5 내지 13중량%의 글리세롤을 혼합한 후 탈기하고, 1 내지 7중량%의 효소를 혼합한 후 10 내지 0.05torr의 진공 하에 50 내지 70 ℃에서 반응시킴으로써, 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득한다.
이때, 효소의 투입량이 1중량% 미만이면 반응이 제대로 진행되지 않게 되고, 효소의 투입량이 7중량%를 초과하면 이후 반응속도가 더 이상 빨라지지 않으므로 경제성이 떨어지게 된다.
또한, 효소에 따라 최적의 반응 온도가 있는데 효소의 재사용을 고려하여 효소의 활성이 유지되는 온도에서 사용하는 것이 바람직하다. 반응온도가 50℃ 미만이면 반응이 진행되지 않는 부분이 발생하게 되고, 반응온도가 70℃를 초과하면 효소의 활성도가 떨어져 재사용이 곤란한 문제가 발생한다.
위와 같은 방법으로 수득한 트리글리세라이드 유지는 고도 불포화 지방산의 함량이 높다는 장점이 있으나, 환경유해물질이 여전히 높게 포함되고, 잔류 에틸에스테르 및 지방산이 2개의 글리세롤에 결합된 다이글리세라이드(diglyceride)이 존재하는 문제가 있다.
예컨대, 위의 실시예에 따라 수득한 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지는, 트리글리세라이드 함량이 60 내지 90%, 지방산이 2개 글리세롤에 결합된 다이글리세라이드 함량이 6 내지 22%, 미반응 에틸에스테르함량이 4 내지 16%, 지방산이 1개 글리세롤에 결합된 모노글리세라이드의 함량이 1% 내외이며, 환경유해물질 함유량은 에틸에스테르 형태로 EPA 및/또는 DHA를 농축할 때 일부 제거되어 각 국가 및 국제기구에서 정하는 환경유해물질 기준은 만족하지만 여전히 상당량이 존재한다.
환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법
육상에서 산업화 등으로 인해 발생한 PCBs(Polychlorinated biphenyls), 다이옥신(Dioxins)과 푸란(Furans) 및 Dioxin-like PCBs와 같은 환경유해물질이 비로 인해 강으로 흘러들어가 최종적으로 바다에 도달하게 됨으로써 환경유해물질이 물고기에 축적되므로, 천연 유래의 트리글리세라이드 유지를 어류에서 추출한 것을 이용하는 경우 이러한 환경유해물질의 섭취가 함께 이루어진다는 문제가 있다.
이에 본 실시예에서는 앞서 제조된 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입하고 하기 두 조건 중 하나에서 증류하여 잔류 에틸에스테르 및 유해물질을 제거한다.
일례로서, 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공 하에 200 내지 250℃에서 증류하여 미반응 에틸에스테르과 잔존 환경유해물질을 제거한다.
이때, 환경유해물질의 제거율을 높이기 위해서 진공도는 가능한 낮은 것이 바람직하다.
다만, 본 실시예에서, 진공도가 0.015torr 미만이면 고가의 설비를 필요로 하게 되어 경제성이 떨어지게 되고, 진공도가 0.15torr를 초과하면 유해 물질의 제거율이 크게 떨어지는 문제가 있다.
또한, 분자증류장치의 진공도가 0.015 내지 0.15torr에서 분자증류 온도가 200℃ 미만이면 환경유해물질과 에틸에스테르가 증류되어 제거되지 못하는 문제가 있고, 분자증류 온도가 250℃를 초과하면 지방산이 열변성될 수 있다.
현재 각 국가 및 국제기구의 환경유해물질 섭취허용기준은 다음과 같다.
어유 내 Dioxins and Furans 함량 허용 기준은 EU(European Union)경우 1.75ppt WHO TEQ 이하, WHO경우 2.00ppt WHO TEQ 이하, GOED(Global Organization for EPA and DHA Omega-3s)경우 2.00ppt WHO TEQ 이하이다.
또한, 어유 내 PCBs 함량 허용 기준은 US FDA경우 2,000ppb 이하, GOED경우 90ppb 이하이다.
또한, 어유 내 Dioxins, Furans and Dioxin-like PCBs 함량 허용 기준은 WHO경우 3 ppt WHO TEQ 이하이다.
EPA 및/또는 DHA를 함유하는 오메가 3 의약품의 경우 US FDA는 Dioxins and Furans 함량 허용 기준을 1ppt WHO TEQ 이하, PCBs(IUPAC 7 congeners) 함량 허용 기준을 0.5ppm이하로 하며, EU는 Dioxins and Furans 함량 허용 기준을 1ppt WHO TEQ 이하, Dioxins, Furans and Dioxin-like PCBs 함량 허용 기준을 5ppt WHO TEQ 이하, PCBs(IUPAC 7 congeners) 함량 허용 기준을 0.015ppm이하로 한다.
본 실시예에 따라 환경유해물질 제거공정을 수행하면, 트리글리세라이드 유지에 잔류하는 에틸에스테르의 함량은 1% 이하로 거의 제거된다.
또한, Dioxins & Furans는 50% 이상이 제거되어 0.2ppt WHO TEQ 이하가 되며, PCBs는 90% 이상 제거되어 10ppb 이하가 되고, Dioxin-like PCBs는 90% 이상 제거되어 0.1ppt WHO TEQ 이하가 된다.
따라서, 각 국가 및 국제기구에서 정하는 환경유해물질 기준을 만족하고 더 나아가 환경유해물질이 거의 제거된 EPA 및/또는 DHA가 함유된 제품을 생산할 수 있는 것이다.
한편, 다른 예로서, 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015torr 이하의 진공 하에 130 내지 200℃에서 증류하여 에틸에스테르와 환경유해물질 제거율을 더 높일 수 있다.
분자증류장치의 진공도가 0.015torr 이하에서 분자증류 온도가 130℃ 미만이면 환경유해물질과 에틸에스테르가 증류되어 제거되지 못하는 문제가 있고, 분자증류 온도가 200℃를 초과하면 지방산이 열변성될 수 있다.
이에 따르면 전술한 방법, 즉 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공 하에 200 내지 250℃에서 증류하는 것에 비해 제거율이 더 우수함을 알 수 있다.
나아가 전술한 방법에 비해 낮은 진공 하에서 증류를 수행하기 때문에 지방산의 열변성을 감소시킬 수 있다는 장점이 있다.
제조예 1: 에이코사펜타엔산(EPA)을 75% 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조
멸치유 유래의 트리글리세라이드 형태 어유 100중량%에 대해 29중량%의 에탄올과 1중량%의 가성소다를 첨가하고 1시간 동안 60℃를 유지하며 교반하였다. 그런 다음, 물로 4회 반응액을 수세한 후 탈기하여 지방산 에틸에스테르 유지를 수득한다.
그리고, 이 지방산 에틸에스테르 유지를 분자증류장치를 이용하여 0.003torr, 115℃에서 1차 증류하고 0.003torr, 160℃에서 2차 증류한 다음 진공분별증류장치(Fractional distillator)를 이용하여 0.8torr, 185℃에서 1차 증류하고 0.05torr, 202℃에서 2차 증류하여 에이코사펜타엔산을 75% 이상 함유하는 에틸에스테르 유지를 만든다.
그리고, 위에서 만든 에이코사펜타엔산을 75% 이상 함유하는 에틸에스테르 유지에 우레아 및 에탄올을 첨가하여 결정화 공정을 거치도록 하여 EPA를 90%까지 함유하는 에틸에스테르 유지를 만든다.
이때, EPA를 98%까지 함유하도록 하기 위해서, 위에서 만든 에이코사펜타엔산을 75% 이상 함유하는 에틸에스테르 유지에 메탄올 또는 에탄올을 용매로 하는 HPLC(high-performance liquid chromatography) 공정을 거치게 할 수 있다.
그리고, 위에서 만든 에이코사펜타엔산을 75% 이상 함유하는 에틸에스테르 유지 100 중량%에 대해 중량%의 글리세롤을 혼합한 후 탈기하고, 5중량%의 효소를 혼합한 후 10 내지 0.05torr의 진공하에 50 내지 70℃에서 반응시켜 에이코사펜타엔산(EPA) 75% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 제조한다.
실시예 1: 유해물질이 제거된 에이코사펜타엔산 (EPA) 75% 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조 1
제조예 1에서 수득한 에이코사펜타엔산(EPA) 75% 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 약 0.075torr 진공 및 238℃ 내지 240℃에서 증류하였다.
증류 전 트리글리세라이드, 다이글리세라이드, 모노글리세라이드 및 에틸에스테르 함량은 각각 71%, 20%, 1% 및 8%였고, 증류 후 트리글리세라이드, 다이글리세라이드, 모노글리세라이드 및 에틸에스테르 함량은 각각 80.4%, 19.3%, 0.2% 및 0.1%이었다. 수율은 88%이었다.
이때, 증류 후 환경유해물질은 아래 표 1과 같이 감소하였다.
환경유해물질명 단위 증류 전 증류 후
Dioxins & Furans ppt WHO-TEQ 0.388 0.161
Total PCBs ppb 69.3 2.03
IUPAC 7 PCBs1 ) ppb 40.1 1.09
Dioxins-like PCBs2 ) ppt WHO-TEQ 0.198 0.0087
표 1에서, 1)은 7 Congener PCBs: Sum of #28, #52, #101, #118, #153, #138 and #180 PCB이고, 2)는 Dioxin-like PCBs: Sum of #81, #77, #123, #118, #114, #105, #126, #167, #156, #157, #169 and #189 PCB임.
또한, 환경유해물질 중 유기 염소계 살충제(Organochlorine pesticides)는 증류 후 아래 표 2와 같이 제거되었다.
살충제 성분명 증류 전(ppb) 증류 후(ppb)
HXCB ND(1) ND(1)
a-BHC ND(1) ND(1)
g-BHC(LINDANE) ND(1) ND(1)
HEPACHLOR ND(1) ND(1)
b-BHC ND(1) ND(1)
d-BHC ND(1) ND(1)
OXYCHLODANE ND(1) ND(1)
o,p` DDE ND(1) ND(1)
g-CHLODANE ND(1) ND(1)
a-CHLODANE ND(1) ND(1)
t-NONACHLOR ND(1) ND(1)
p,p` DDE 14 ND(1)
o,p DDD 2 ND(1)
o,p` DDT ND(1) ND(1)
p,p` DDD 18 ND(1)
c-NONACHLOR ND(1) ND(1)
p,p` DDT ND(1) ND(1)
MIREX ND(1) ND(1)
여기서, ND(1)은 검출한계 1ppb에서 해당 살충제성분이 불검출된 것을 의미함.
위의 표 1 및 2에서 알 수 있듯이, 본 발명의 실시예 1에 따른 트리글리세라이드 유지의 제조방법을 이용하면 환경유해물질 및 살충제 성분 중 상당수가 제거되는 것을 알 수 있다.
실시예 2: 유해물질이 제거된 에이코사펜타엔산 (EPA) 75% 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조 2
제조예 1에서 수득한 에이코사펜타엔산(EPA) 75% 함유하는 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015torr 미만의 진공(약 0.003torr 진공)하, 온도는 155℃에서 증류하였다.
증류 전 트리글리세라이드, 다이글리세라이드, 모노글리세라이드 및 에틸에스테르 함량은 각각 71%, 20%, 1% 및 8%였고, 증류 후 트리글리세라이드, 다이글리세라이드, 모노글리세라이드 및 에틸에스테르 함량은 각각 78.1%, 20.9%, 0.2% 및 0.4%이었다. 수율은 90%이었다.
이때, 증류 후 환경유해물질은 아래 표 3과 같이 감소하였다.
환경유해물질명 단위 증류 전 증류 후
Dioxins & Furans ppt WHO-TEQ 0.388 0.153
Total PCBs ppb 69.3 2.4
IUPAC 7 PCBs1 ) ppb 40.1 1.5
Dioxins-like PCBs2 ) ppt WHO-TEQ 0.198 0.012
표 3에서, 1) 7 Congener PCBs: Sum of #28, #52, #101, #118, #153, #138 and #180 PCB이고, 2)는 Dioxin-like PCBs: Sum of #81, #77, #123, #118, #114, #105, #126, #167, #156, #157, #169 and #189 PCB임.
또한, 환경유해물질 중 유기 염소계 살충제(Organochlorine pesticides)는 증류 후 아래 표 4와 같이 제거되었다.
살충제 성분명 증류 전(ppb) 증류 후(ppb)
HXCB ND(1) ND(1)
a-BHC ND(1) ND(1)
g-BHC(LINDANE) ND(1) ND(1)
HEPACHLOR ND(1) ND(1)
b-BHC ND(1) ND(1)
d-BHC ND(1) ND(1)
OXYCHLODANE ND(1) ND(1)
o,p` DDE ND(1) ND(1)
g-CHLODANE ND(1) ND(1)
a-CHLODANE ND(1) ND(1)
t-NONACHLOR ND(1) ND(1)
p,p` DDE 14 ND(1)
o,p DDD 2 ND(1)
o,p` DDT ND(1) ND(1)
p,p` DDD 18 ND(1)
c-NONACHLOR ND(1) ND(1)
p,p` DDT ND(1) ND(1)
MIREX ND(1) ND(1)
여기서, ND(1)은 검출한계 1ppb에서 해당 살충제 성분이 불검출된 것을 의미함.
이상에서 본 발명의 실시예에 대하여 상세하게 설명하였지만 본 발명의 권리 범위는 이에 한정되는 것은 아니고, 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사항을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능 하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (12)

  1. 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및
    상기 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015 내지 0.15torr의 진공도와 200 내지 250℃ 온도 하에서 증류하는 단계; 를 포함하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  2. 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계; 및
    상기 트리글리세라이드 유지를 분자증류장치에 투입한 후 0.015torr 미만의 진공도와 130 내지 200℃ 온도 하에서 증류하는 단계; 를 포함하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 천연 유래의 트리글리세라이드 유지로부터 고도 불포화 지방산을 70% 이상 함유하는 트리글리세라이드 유지를 수득하는 단계는,
    천연 유래의 트리글리세라이드 유지 100중량%에 대해 20 내지 100중량%의 에탄올과 0.5 내지 2중량%의 가성소다를 가하고 40 내지 70℃에서 반응시켜 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계;
    상기 지방산 에틸에스테르 유지를, 분자증류장치를 이용하여 0.1torr 이하 100 내지 150℃에서 1차 증류한 후, 분자증류장치를 이용하여 0.1torr 이하 120 내지 200℃에서 2차 증류한 후, 진공분별증류장치를 이용하여 0.5torr 이하 120 내지 210℃에서 증류하여, 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 수득하는 단계; 및
    상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시키는 단계; 를 포함하는 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지를 글리세롤과 효소의 존재 하에 반응시키는 단계는,
    상기 고도 불포화 지방산 에틸에스테르 유지 100중량%에 대해 5 내지 13중량%의 글리세롤을 혼합한 후 탈기하고, 1 내지 7중량%의 효소를 혼합한 후 10 내지 0.05torr의 진공 하에 50 내지 70℃에서 반응하는 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 효소는,
    리조푸스속(Rhizopus sp.) 미생물, 아스퍼질러스속(Aspergillus sp.) 미생물, 뮤커속(Mucor sp.) 미생물, 칸디다 실린드라세아(Candida cylindracea) 및 칸디다 안타르티카(Candida antaritica)로 구성된 군으로부터 선택된 미생물에서 유래한 리파아제인 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  6. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 천연 유래의 트리글리세라이드 유지가 어류로부터 추출한 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  7. 제6항에 있어서, 상기 어류가 멸치, 정어리, 청어, 멘헤덴(menheden) 및 참치로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  8. 제1항 또는 제2항에 있어서, 증류 후 상기 트리글리세라이드 유지의 잔류 에틸에스테르의 함량이 1중량% 이하인 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  9. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 Dioxins(다이옥신) 및 Furans(푸란) 함량이 증류 이전 보다 50중량% 이상 감소하고 0.2ppt WHO-TEQ 이하가 되는 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 PCBs(폴리클로리네이티드비페닐)의 함량이 증류 이전 보다 90중량% 이상 감소하고 10ppb 이하가 되는 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  11. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 증류 단계 이후에 상기 트리글리세라이드 유지의 Dioxin like PCBs의 함량이 증류 이전 보다 90중량% 이상 감소하고 0.1ppt WHO-TEQ 이하가 되는 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
  12. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 고도 불포화 지방산이,
    리놀산(linoleic acid: LA), α-리놀렌산(α-linolenic acid: ALA), γ-리놀렌산(γ-linolenic acid: GLA), 디호모-γ-리놀렌산(dihomo-γ-linolenic acid: DGLA), 미드산(mead acid: MA), 아라키돈산(arachidonic acid: AA), 에이코사펜타엔산(eicosapentaenoic acid: EPA) 및 도코사헥사엔산(docosa hexaenoic acid: DHA)으로 이루어진 군으로부터 선택된 적어도 하나 이상인 것을 특징으로 하는 환경유해물질이 제거된 고도 불포화 지방산을 고농도로 함유하는 트리글리세라이드 유지의 제조방법.
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