KR20180007129A - 당 지방산 에스테르 제조방법 - Google Patents

당 지방산 에스테르 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 생물학적 촉매인 효소로 리파아제를 사용하여 수크로즈로부터 하나 이상의 서로 다른 당 지방산 에스테르를 생산할 수 있는 당 지방산 에스테르 제조 방법에 관한 것이다.

Description

당 지방산 에스테르 제조방법{Method for sugar fatty acid ester}
본 발명은 생물학적 촉매인 효소 중 리파아제를 이용하여 수크로스로부터 수크로스 에스테르, 글루코스 에스테르 및 프럭토스 에스테르를 생성할 수 있는 제조방법 및 이로부터 제조된 조성물에 관한 것이다.
지방산과 당의 에스테르화 반응에 의하여 생성되는 당 지방산 에스테르(sugar fatty acid ester)는 친수성과 소수성 부분이 함께 포함되어 있는 일종의 계면활성제로 독성이 거의 없어 의약, 식품, 화장료 등에 널리 사용되고 있다.
이러한 당 지방산 에스테르는 주로 당을 지방산에 에스테르화시키는 화학적 합성방법으로 생산하게 된다. 당 지방산 에스테르 생산을 위한 화학적 합성 방법은 극성이 서로 다른 당과 지방산의 혼합을 위해유독성의 유기용매가 사용될 수 있고, 반응 후 유기용매의 제거, 잔류 유기용매의 관리 및 당 지방산 에스테르의 정제 등을 위해 복잡하고 고가의 설비가 필요하고, 고압 또는 고온 등 에너지 소비가 높은 반응 조건이 요구되는 문제가 있다. 또한, 화학적 반응에서 촉매를 사용하기는 하나, 당 지방산 에스테르화 반응에서 선택성이 없는 경우가 많아 무작위 에스테르 교환 반응이 일어나고, 목적하는 당 지방산 에스테르를 최종적으로 수득하기 위해 추가 반응이나 복잡한 정제공정이 더 필요하다.
화학적 합성 방법의 문제 해결을 위해 생물학적 촉매인 효소를 이용하여 반응의 선택성을 높이면서 친환경적인 당 지방산 에스테르 생산방법을 사용할 수 있다. 예를 들어, 한국등록특허 제0215170호에서 효소를 이용한 당 지방산 모노에스테르 제조방법을 개시하고 있다. 효소를 이용한 방법은 독성 용매 등을 사용하지 않고 선택성이 높은 반응으로 당 지방산 에스테르가 생성되기 때문에 친환경적이고 공정이 간단하여 경제적일 것으로 기대된다.
한국등록특허 제0215170호
본 발명은 효소를 이용하여 특정 당 지방산 에스테르를 선택적으로 생성할 수 있는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 지방산 및 수크로스를 혼합하여 반응 원료를 준비하는 단계 및 반응 원료에 리파아제를 투입하여 에스테르 교환 반응을 유도하는 단계를 포함하는 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르가 포함된 혼합 지방산 에스테르 제조방법을 제공한다.
본 발명은 지방산 및 수크로스를 기질로하여 리파아제에 의한 에스테르화 반응으로 생성된 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르를 포함하는 조성물, 이를 이용한 식품 유화제 및 세제 등을 제공한다.
본 발명은 수크로스 및 지방산으로부터 수크로스 에스테르, 글루코스 에스테르 및 프럭토스 에스테르를 동시에 고효율로 생산할 수 있고, 효소를 사용한 생물학적 공정으로 친환경적이며 공정이 복잡하지 않아 경제적이다.
이하에서 본 발명에 대하여 구체적으로 설명한다. 본 명세서에서 사용되는 용어는 따로 정의하지 않는 경우 해당 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 일반적으로 이해하는 내용으로 해석되어야 할 것이다. 본 명세서의 도면 및 실시예는 통상의 기술자가 본 발명을 쉽게 이해하고 실시하기 위한 것으로 도면 및 실시예에서 발명의 요지를 흐릴 수 있는 내용은 생략될 수 있으며, 본 발명이 도면 및 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 발명은 당 지방산 에스테르를 제조하는 방법 및 이로부터 제조된 조성물에 관한 것이다.
본 발명의 제조방법은 생물전환공정으로 당 지방산 에스테르를 제조하기 위해 생물학적 촉매인 효소로 리파아제(lipase) 이용하고, 당으로 수크로스(sucrose)를 사용하여 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스(glucose) 지방산 에스테르 및 프럭토스(fructose) 지방산 에스테르에 해당하는 서로 다른 당 지방산 에스테르를 동시에 고효율로 수득할 수 있다. 즉, 하나의 당으로부터 서로 다른 당 지방산 에스테르를 동시에 제조할 수 있다.
당 지방산 에스테르는 식품, 화장품, 세제, 의약품 등 매우 다양한 곳에 이용되는 물질에 해당한다. 당 지방산 에스테르는 사용 분야에 따라 구체적인 종류가 상이하다. 본 발명에 따르면, 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르가 포함된 혼합 당 지방산 에스테르는 특히, 식품, 화장품 및 세제에 사용할 때 식감, 유화정도, 보관성, 안정성 등이 우수하다. 이러한 혼합 당 지방산 에스테르는 본 발명의 제조방법으로 즉시 제조할 수 있고, 혼합 당 지방산 에스테르에 포함된 각각의 당 지방산 에스테르의 함량도 높다.
본 발명의 당 지방산 에스테르 제조방법은 지방산 및 수크로스를 혼합하여 반응 원료를 준비하는 단계 및 반응 원료에 리파아제를 투입하여 에스테르 교환 반응을 유도하는 단계를 포함하는 제조방법이다. 지방산 및 수크로스를 기질로 하여 리파아제를 이용한 에스테르화 반응을 통해 당 지방산 에스테르가 생성되고, 생성되는 당 지방산 에스테르는 수크로스 지방산 에스테르뿐만 아니라 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르도 함께 생성될 수 있다. 즉, 수크로스 단일 당으로부터 수크로스 지방산 에스테르를 포함한 서로 다른 3가지 이상의 당 지방산 에스테르를 동시에 고효율로 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서, 지방산 및 수크로스가 포함된 반응 원료에 지방산 에스테르가 더 추가된 것을 반응 원료로 이용할 수 있다. 지방산 에스테르를 추가하는 경우 당 지방산 에스테르를 보다 더 고효율로 생산할 수 있다. 반응 원료에 추가하는 지방산 에스테르는 최종 생성 에스테르인 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르에서 선택되는 하나 이상의 에스테르가 바람직하나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르에서 선택되는 하나 이상의 에스테를 반응 원료에 첨가할 때 에스테르를 보다 높은 효율로 제조할 수 있다. 본 발명의 다른 일 실시예에 따르면, 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르외에 다른 당 지방산 에스테르를 반응 원료에 첨가하여도, 에스테르를 첨가하지 않은 때보다 에스테르를 더 높은 효율로 제조할 수 있다. 이러한 방법은 생산성을 높이기 위해 추가의 화합물이나, 에너지 소비가 높은 공정 조건, 복잡한 공정 단계 등이 필요하지 않으며, 제조방법을 단순화 시키면서 생산 효율을 획기적으로 상승시킬 수 있다.
지방산 및 수크로스를 혼합하여 준비한 반응 원료에 첨가하는 당 지방산 에스테르의 함량은 수크로스 대비 0.001 내지 0.005(w/w), 0.001 내지 0.010(w/w), 0.001 내지 0.015(w/w), 0.001 내지 0.020(w/w), 0.001 내지 0.025(w/w), 0.001 내지 0.030(w/w), 0.001 내지 0.035(w/w), 0.001 내지 0.040(w/w), 0.001 내지 0.045(w/w), 0.001 내지 0.050(w/w), 0.001 내지 0.055(w/w), 0.001 내지 0.060(w/w), 0.001 내지 0.065(w/w), 0.001 내지 0.070(w/w), 0.001 내지 0.075(w/w), 0.001 내지 0.080(w/w), 0.001 내지 0.085(w/w), 0.001 내지 0.090(w/w), 0.001 내지 0.095(w/w) 바람직하게는 0.001 내지 0.100(w/w)이다. 반응 원료에 첨가하는 당 지방산 에스테르는 아주 소량을 첨가하여도 에스테르의 생산성을 현저히 향상시킬 수 있다. 반응 원료에 첨가하는 당 지방산 에스테르의 함량이 높을 경우 반응시간이 오래 소요될 수 있고, 최종 생성물에 부산물이 증가될 수 있으나 에스테르의 생산성 저하는 발생하지 않는 것으로 보인다.
본 발명에서 지방산은 직쇄 또는 분지일 수 있고, 탄소수 C2 내지 C22, 바람직하게는 C8 내지 C20의 포화 또는 불포화 지방산일 수 있다. 예를들어, 아세트산, 부티르산, 라우르산, 카프릭산, 카프릴릭산, 팔미트산, 미리스트산, 아라키돈산, 스테아린산, 올레인산 및 비헨산 중에서 적어도 하나 이상이 포함될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 지방산이 리파아제에 의해 수크로스 에스테르 반응을 할 때 지방산의 탄소사슬의 길이나 포화 또는 불포화도에 따라 반응성이 크게 변하지 않는다. 그리고, 본 발명은 생물학적 촉매인 리파아제를 사용하여 기질 특이적인 반응을 유도할 수 있어 지방산의 탄소사슬이나 포화 여부에 따른 반응성의 변화가 거의 없다.
본 발명에서 지방산 및 수크로스를 혼합하여 반응 원료를 준비하는 단계는 지방산 및 수크로스를 혼합하고 물을 용매로 하여 고르게 용해시켜 준비할 수 있다. 반응성을 향상시키거나 균일한 반응 원료를 준비하기 위해 지방산 및 수크로스를 혼합한 후 초음파처리(ultra sonification)를 할 수 있나 이에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 반응 원료에서 수크로스 및 지방산의 몰비(수크로스:지방산)는 1:1 내지 5:1, 1:1 내지 4:1, 1:1 내지 3:1, 1:1 내지 2:1, 2: 내지 5:1, 2:1 내지 4:1, 2:1 내지 3:1, 1.5:1 내지 5:1, 1.5:1 내지 4:1, 1.5:1 내지 2:1 바람직하게는 1.5:1 내지 2.5:1이나 이에 제한되는 것은 아니다. 수크로스 및 지방산은 리파아제에 의해 선택적인 에스테르화 반응이 일어나게 되고, 에스테르화 반응은 수크로스 뿐만 아니라 글루코스 및 프럭토스 각각에서도 일어나게 된다. 이 때, 반응 원료에 포함된 수크로스와 지방산의 몰비 기준으로, 수크로스가 지방산보다 적거나 지나치게 많으면 에스테르 생성 효율이 떨어진다. 그리고, 수크로스 에스테르외에 글루코스 에스테르 및 프럭토스 에스테르의 효율을 상승시키기 위해서도 반응 원료에 포함된 수크로스와 지방산의 몰비 조절은 중요할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 수크로스와 지방산 몰비가 2:1일 때 총 에스테르 생산성이 가장 좋고 수크로스 에스테르뿐만 아니라 글루코스 에스테르 및 프럭토스 에스테르의 생산성도 좋다. 몰비 기준으로 지방산이 더 많은 경우 생산성은 현저히 저하될 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 반응 원료를 준비한 후, 반응 원료에 리파아제를 투입하여 에스테르 반응을 유도하게 된다. 리파아제는 생물학적 효소로서, 리조무코르 미이헤이(Rhizomucor miehei), 칸디다 안타르크티카(Candida antarctica), 페니실리움 카멩베르티(Penicillium camembertii) 및 써모마이세스 라누기노수스(thermomyces lanuginosus)에서 유래된 리파아제를 하나 이상 첨가할 수 있다. 본 발명의 일 실시예에 따르면, 칸디다 안타르크티카(Candida antarctica), 페니실리움 카멩베르티(Penicillium camembertii) 또는 이들을 혼합하여 사용한 경우 특히 고효율로 에스테르를 생산할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 반응 원료에 투입하는 리파아제는 반응 기질인 수크로스 대비 1 내지 15%(w/w), 1 내지 14%(w/w), 1 내지 13%(w/w), 1 내지 12%(w/w), 1 내지 11%(w/w), 1 내지 10%(w/w), 5 내지 15%(w/w), 5 내지 14%(w/w), 5 내지 13%(w/w), 5 내지 12%(w/w), 5 내지 11%(w/w), 5 내지 10%(w/w), 바람직하게는 8 내지 12%(w/w), 보다 바람직하게는 9 내지 11%(w/w)이다. 리파아제 투입량이 너무 적으면 반응 소요시간이 지나치게 길어져 생산성이 떨어지고, 투입량을 계속 증가시켜도 반응 소요시간이 크게 단축되지 않으며 오히려 반응 종료 후 생성물 회수시간이 더 오래 걸려 생산성이 나빠질 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 리파아제에 의한 에스테르 반응이 일어나는 동안 온도는 30 ℃ 내지 50℃, 40 ℃ 내지 60℃, 40 내지 55℃, 40 내지 50℃, 40 이상 60℃미만, 바람직하게는 45 내지 55℃, 보다 바람직하게는 45 내지 50℃이다. 반응 온도가 40℃ 보다 떨어지면, 반응 기질인 지방산의 완전 용해가 어려워 반응이 거의 일어나지 않는 경우가 발생할 수 있고, 반응 온도가 60℃보다 높아지면 초기 반응시간당 생산량은 증가하나 효소 단위 무게당 생성물양이 급격히 저하될 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 리파아제에 의한 에스테르 반응에 의해 생성되는 생성물에는 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르가 포함되어 있다. 반응 기질로 당은 수크로스 단일 당만을 사용하였으나, 생성 에스테르는 수크로스 지방산 에스테르뿐만 아니라 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르까지 생성되어 하나의 단일 당으로부터 3가지 이상의 당 지방산 에스테르를 제조할 수 있다. 그리고, 수크로스 지방산 에스테르뿐만 아니라 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르 각각의 함량 중 수크로스 지방산 에스테르 함량이 일반적으로 높으나 본 발명에 따른 제조방법의 적절히 개량하여 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르를 비슷한 함량으로 포함한 생성물을 고효율로 제조할 수 있다.
본 발명의 제조방법에서 에스테르화 반응까지 종료된 후, 공지의 여러 증류 방법 또는 정제방법을 통해 생성물에 포함된 에스테르 순도를 더 높힐 수 있다. 최종 생성물에는 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르를 고순도로 포함하고 있어 이를 그대로 이용할 수 있고, 필요에 따라 각각의 에스테르를 분리할 수도 있다.
이상에서 설명한 본 발명의 당 지방산 에스테르 제조방법은 효소인 리파아제를 사용하여 위치특이성에 따라 선택적인 에스테르화 반응이 일어날 수 있고, 생산된 당 지방산 에스테르의 입체이성체(stereo isomer)가 일정하여 물리, 화학적 특징이 일정한 에스테르를 생성할 수 있다. 특히, 에스테르 생성물 중 모노에스테를 효율적으로 생산할 수 있다. 그리고, 에너지소비가 심한 공정 조건이나 단계가 전혀 필요하지 않으며, 기존의 화학적 반응에 의한 에스테르 생성에서 사용하는 산 또는 알칼리 초개, 유기용매, 유기용매의 제거, 복잡한 정제과정도 필요하지 않다. 따라서, 상용화를 위한 시설 투자비용이 저렴하고 유독성 물질 등에 의한 위험성이 없고, 잔류 유기용매의 처리 등 복잡하고 엄격한 관리도 요구되지 않아 상업적인 가치가 매우 클 수 있다.
이하에서 본 발명을 실시하기 위한 실시예에 대하여 설명한다. 실시예는 본 발명을 실시하기 위한 하나의 예시에 해당하는 것으로서 본 발명이 실시예에 의해 한정 해석되어서는 안된다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 서로 다른 몰비(수크로스 : 라우르산)로 각각 물에 용해하여 반응 원료를 준비하였다(수크로스 : 라우르산 = 5:1 = 448g : 52g, 수크로스 : 라우르산 = 2:1 = 387g : 113g, 수크로스 : 라우르산 = 1:1 = 316g : 184g, 투입 기질 총 중량은 500g, 이하 실시예에서도 동일). 수크로스 대비 Candida antarctica lipase 10%(w/w)를 투입하여 400rpm으로 교반 후 진공(5Torr)에서 72시간 동안 온도를 각각 25℃, 35℃, 40℃, 50℃, 60℃, 65℃로 달리하여 반응시켰다. 반응 결과 생성물에 수크로스 에스테르, 글루코스 에스테르 및 프럭토스 에스테르가 포함된 것을 확인하였다. 그리고, 각각의 에스테르의 함량은 AOCS, Cd 11-57 Method를 통해 확인하였다. 하기 표 1 ~ 표 6은 온도변화에 따라 수크로스 및 라우르산의 몰비 및 그에 따른 당 지방산 에스테르의 생성을 나타낸다.
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
25℃ 수크로스 에스테르 3.5% 20.5% 9.0%
글루코스 에스테르 1.0% 11.0% 3.5%
프럭토스 에스테르 2.0% 10.5% 3.4%
총합 6.5% 42.0% 15.9%
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
35℃ 수크로스 에스테르 4.5% 18.0% 7.0%
글루코스 에스테르 0.5% 13.0% 4.0%
프럭토스 에스테르 1.0% 12.5% 6.2%
총합 6.0% 43.0% 17.2%
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
40℃ 수크로스 에스테르 8.5% 40.5% 23.0%
글루코스 에스테르 6.0% 21.0% 9.5%
프럭토스 에스테르 5.0% 19.5% 10.4%
총합 19.5% 81.0% 42.9%
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
50℃ 수크로스 에스테르 9.5% 40.2% 22.0%
글루코스 에스테르 5.0% 21.5% 10.8%
프럭토스 에스테르 4.0% 20.8% 9.9%
총합 18.5% 82.5% 42.7%
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
60℃ 수크로스 에스테르 8.9% 3.1% 12.3%
글루코스 에스테르 3.3% 10.8% 6.8%
프럭토스 에스테르 2.7% 11.9% 7.5%
총합 14.9% 25.8% 26.6%
몰비
(수크로즈 : 라우르산)		 5 : 1 2 : 1 1 : 1
65℃ 수크로스 에스테르 3.5% 20.5% 9.0%
글루코스 에스테르 1.0% 11.0% 3.5%
프럭토스 에스테르 2.0% 10.5% 3.4%
총합 6.5% 42.0% 15.9%
이상의 결과는 온도가 40℃ 미만이 될 때 에스테르의 생산량이 급격히 감소하였고, 온도가 60℃ 이상이 될 때에도 에스테르의 생산량이 급격히 감소하였다가 증가한 것을 보여준다. 그리고, 온도가 60℃ 이상인 65℃일 때 몰비가 2:1인 경우 에스테르 생산량이 증가하였으나 이는 초기에 순간적으로 증가한 생성물량에 의한 것이고, 반응 시간 동안 지속적으로 에스테르 생성량은 감소한 것으로 나타났다.
각각의 서로 다른 온도에서 수크로즈와 라우르산 몰비가 2:1일 때 가장 에스테르 생산량이 높았고, 5:1 및 1:1에 비해 약 2배이상 높게 나타났다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 2:1 몰비로 물에 용해하여 반응 원료를 준비하고, 반응 원료에 에스테르로 수크로스 라우레이트(sucrose laurate), 글루코스 라우레이트(glucose laurate), 프럭토스 라우레이트(fructose laurate) 또는 이들의 혼합물을 각각 수크로스 대비 0.05%(w/w)로 첨가하였다. 혼합 에스테르는 실시예 1의 생성물을 정제 후 사용하였다. 그리고 수크로스 대비 Candida antarctica lipase 10%(w/w)를 투입하여 400rpm으로 교반 후 진공(5Torr)에서 72시간 동안 50℃에서 반응시켰다. 반응 결과는 아래와 표 7과 같다.
첨가 에스테르
0.05%(w/w)		 수크로스
라우레이트		 글루코스
라우레이트		 프럭토스
라우레이트		 수크로스 라우레이트, 글루코스 라우레이트, 프럭토스 라우레이트 혼합물
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 44.2% 43.2% 42.1% 43.7%
글루코스
에스테르		 23.3% 25.7% 24.6% 24.3%
프럭토스
에스테르		 22.8% 21.9% 23.4% 22.9%
총합 90.3% 90.8% 90.1% 90.9%
반응 결과, 반응 원료에 당 지방산 에스테르를 첨가하는 모든 반응에서 에스테르 생성량이 90%으로 나타나, 당 지방산 에스테르를 반응 원료에 첨가하지 않는 경우보다 약 10% 정도 더 높게 에스테르가 생성되었다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 2:1 몰비로 물에 용해하여 반응 원료를 준비하고, 서로 다른 네 개의 리파아제인 Rhizomucor miehei lipase, Candida antarctica lipase, Penicillium camembertii lipase 또는 thermomyces lanuginosus lipase 각각 10%(w/w)로 투입하여 에스테르를 생산하였다. 교반은 400rpm로 하였고, 진공(5Torr), 50℃로 72시간 동안 반응시켰다. 반응 결과는 아래 표 8과 같다.
투입 리파아제
10%(w/w)		 Rhizomucor miehei lipase Candida antarctica lipase Penicillium camembertii lipase thermomyces lanuginosus lipase
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 9.7% 40.4% 38.7% 11.2%
글루코스
에스테르		 8.3% 21.0% 22.1% 7.0%
프럭토스
에스테르		 4.2% 21.2% 20.4% 6.8%
총합 22.2% 82.6% 81.2% 25.0%
반응 결과, Candida antarctica lipase 및 Penicillium camembertii lipase을 사용하였을 때 모두 80% 이상으로 에스테르가 생성되었으나, Rhizomucor miehei lipase 및 thermomyces lanuginosus lipase는 Candida antarctica lipase 및 Penicillium camembertii lipase을 사용했을 때 에스테르 생성량의 절반에도 미치지 못하였다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 2:1 몰비로 물에 용해하여 반응 원료를 준비하고, 반응 원료에 에스테르로 수크로스 라우레이트(sucrose laurate), 글루코스 라우레이트(glucose laurate) 및 프럭토스 라우레이트(fructose laurate) 혼합물을 각각 수크로스 대비 0.05%(w/w)로 첨가하였다. 그리고 반응 원료에 서로 다른 네 개의 리파아제인 Rhizomucor miehei lipase, Candida antarctica lipase, Penicillium camembertii lipase 또는 thermomyces lanuginosus lipase 각각 10%(w/w)로 투입하여 에스테르를 생산하였다. 교반은 400rpm로 하였고, 진공(5Torr), 50℃로 72시간 동안 반응시켰다. 반응 결과는 아래 표 9와 같다.
첨가 에스테르
0.05%(w/w)		 수크로스 라우레이트, 글루코스 라우레이트, 프럭토스 라우레이트 혼합물
투입 리파아제
10%(w/w)		 Rhizomucor miehei lipase Candida antarctica lipase Penicillium camembertii lipase thermomyces lanuginosus lipase
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 15.8% 42.5% 41.2% 16.0%
글루코스
에스테르		 11.2% 25.0% 24.6% 12.5%
프럭토스
에스테르		 9.5% 23.7% 24.5% 11.8%
총합 36.5% 91.2% 90.3% 40.3%
반응 결과, 서로 다른 모든 리파아제를 사용한 경우에서 에스테스 생성량이 현저히 증가하였다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 물에 용해하여 반응 원료를 준비하고, 수크로스 대비 Candida antarctica lipase 10%(w/w)를 투입하여 400rpm으로 교반 후 진공(5Torr), 50℃에서 72시간 동안 반응시켰다. 수크로스와 라우르산의 몰비를 5:1, 4:1, 3:1, 2:1, 1:1, 1:2로 달리하였다. 반응 결과는 아래 표 10과 같다.
몰비
(수크로스 : 라우르산)		 5:1 4:1 3:1 2:1 1:1 1:2
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 9.0% 10.2% 20.1% 40.0% 20.8% 8.1%
글루코스
에스테르		 6.2% 8.4% 14.5% 20.6% 12.1% 4.2%
프럭토스
에스테르		 4.2% 5.1% 11.6% 19.5% 7.6% 3.5%
총합 19.4% 23.7% 46.2% 80.1% 40.5 15.8%
반응 결과, 몰비가 2:1 일때 가장 생산량이 높았고, 3:1 이상이나 1:1 이하부터 생산량이 급격히 감소하였다.
수크로스 및 지방산으로 라우르산(lauric acid)을 몰비 2:1로 물에 용해하여 반응 원료를 준비하였다. Candida antarctica lipase의 투입 량을 수크로즈 대비 1%(w/w), 3%(w/w), 5%(w/w), 7%(w/w), 9%(w/w), 10%(w/w), 12%(w/w)로 각각 달리 투입하여 400rpm으로 교반 후 진공(5Torr), 50℃에서 72시간 동안 반응시켰다. 반응 결과는 아래 표 11과 같다.
리파아제
투입량 %(w/w)		 1 3 5 7 9 10 12
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 35.6% 38.7% 37.9% 39.0% 39.5% 41.5% 38.0%
글루코스
에스테르		 16.9% 18.5% 19.3% 17.8% 18.7% 19.2% 19.5%
프럭토스
에스테르		 17.9% 17.6% 18.5% 19.5% 19.0% 20.6% 20.5%
총합 70.4% 74.8% 75.7% 76.3% 77.2% 81.3% 78%
반응 결과, 리파아제 투입 량이 1~12%인 범위에서 모두 고효율로 에스테르가 생성되었고, 10%(w/w)일 때 가장 많은 에스테르가 생성되었다.
수크로스 및 지방산을 몰비 2:1로 물에 용해하여 반응 원료를 준비하였다. 반응 원료에 Candida antarctica lipase를 10%(w/w)로 투입하여 400rpm으로 교반 후 진공(5Torr), 50℃에서 72시간 동안 반응시켰다. 지방산은 라우리산 외에 카프릭산, 카프릴릭산, 팔미트산, 미리스트산, 아라키돈산, 스테아린산을 사용하였다. 반응 결과는 아래 표 12와 같다.
지방산 카프릭산 카프릴릭산 팔미트산 미리스트산 아라키돈산 스테아린산
생성
에스테르		 수크로스
에스테르		 37.5% 39.0% 40.1% 38.5% 38.0% 38.6%
글루코스
에스테르		 17.8% 18.5% 18.2% 19.9% 18.5% 22.2%
프럭토스
에스테르		 18.4% 19.2% 18.0% 19.2% 18.0% 19.6%
총합 73.7% 76.7% 76.3% 77.6% 74.5% 80.4%
반응 결과, 카프릭산, 카프릴릭산, 팔미트산, 미리스트산, 아라키돈산, 스테아린산 모두에서 적어도 70% 이상의 에스테르가 생성되었다.

Claims (9)

  1. 지방산 및 수크로스를 혼합하여 반응 원료를 준비하는 단계; 및
    상기 반응 원료에 리파아제를 투입하여 에스테르 반응을 유도하는 단계를 포함하는 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르가 포함된 혼합 지방산 에스테르 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 반응 원료에 당 지방산 에스테르를 추가하는 단계를 더 포함하는 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 당 지방산 에스테르는 수크로스 지방산 에스테르, 글루코스 지방산 에스테르 및 프럭토스 지방산 에스테르 중 적어도 하나 이상을 포함하는 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 당 지방산 에스테르 함량은 수크로스의 0.01 내지 0.10(w/w)인 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 지방산 및 수크로즈의 몰비는 수크로즈 : 지방산 = 1:1 내지 5:1인 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 리파아제는 수크로스 대비 1 내지 12%(w/w)로 투입하는 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 에스테르 교환 반응은 반응 온도 40 내지 55℃인 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 지방산은 상기 지방산은 C2 내지 C22의 포화 또는 불포화 지방산인 제조방법.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 지방산은 아세트산, 부티르산, 라우릭산, 카프릭산, 카프릴릭산, 팔미트산, 미리스트산, 아라키돈산, 스테아린산, 올레인산 및 비헨산으로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상인 제조방법.
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