KR20180121718A

KR20180121718A - 효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조하는 개선된 방법

Info

Publication number: KR20180121718A
Application number: KR1020170055114A
Authority: KR
Inventors: 신진섭; 김민영; 강윤창; 김봉찬
Original assignee: 주식회사 삼양사
Priority date: 2017-04-28
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2018-11-08
Also published as: KR101969467B1

Abstract

본 발명은 효소적 알코올리시스(enzymatic alcoholysis)를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는, 효소적 알코올리시스 반응의 출발물질을 열처리한 후에 효소적 알코올리시스 반응을 진행시킴으로써, 이러한 사전 열처리를 하지 않은 경우에 비하여, 반응 속도를 높이고 제조 수율을 향상시킬 수 있는 모노아실글리세롤의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조하는 개선된 방법{Improved method for preparing monoacylglycerol by using enzymatic alcoholysis}

트리아실글리세리드 지방 및 오일은 음식산업에서 매우 광범위하게 사용되고 있는 물질로, 그 중에서 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(1,3-dioleoyl-2-palmitoyl glyceride, OPO)는 모유 지방의 중요한 성분으로 영양학적으로 연구가 많이 진행되었다.

모유 지방을 주로 구성하는 주요 지방산을 함유하는 지방 조성물은 식물 기원의 오일 및 지방에서 많이 발견되지만, 거의 모든 식물 기원 글리세리드가 2-위치에 포화지방산을 갖지 않는다. 이와 대조적으로, 모유 지방 내에서는 상당한 양의 포화지방산인 팔미트산(palmitic acid)이 글리세리드의 2-위치를 차지한다.

최근 유아건강에 대한 사람들의 관심이 높아지면서, 모유와 성분이 유사한 식품에 대한 수요가 증가하고 있다.

Innis(Adv. Nutr., 2:275-283, 2011)은 유아의 식이와 관련하여 트리아실글리세롤의 구조적 역할에 관련하여 기재하고 있다.

하지만, 통상의 분유는 분말우유 및 식물성 기름을 혼합한 형태로서, 분유의 기름성분을 분석하였을 때 2-위치에 팔미트산을 거의 함유하고 있지 않다.

이에 따라, 모유지방과 성분이 유사한, 2-위치에 팔미트산을 함유하고 있는 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(OPO)를 분유에 첨가하기 위한 고품질의 모유지방 대체지의 적용이 증가하고 있다.

따라서, 기존의 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(OPO) 생산 방법보다 고농도로 OPO를 제조할 수 있는 기술이 중요해지고 있다.

모유 지방을 대체하기 위한 트리아실글리세리드로서 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(OPO)를 선택적으로 생산하기 위한 공정이 알려져 왔다.

Mohamad, et al(Lipase-catalyzed interesterification reactions for human milk fat substitutes production, 2013, 115, 270-285)는 리파제(lipase)를 이용하였을 때 트리아실글리세리드의 1,3-위치를 치환함으로써 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드를 합성하는 연구가 주로 진행되어 왔음을 보여주고 있다.

리파제의 트리아실글리세리드의 1,3- 위치 특이적 반응 성질에 의해 트리아실글리세리드 지방의 2-위치에 포화지방산을 포함하는 글리세리드 백본(backbone)의 제공이 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(OPO)를 합성함에 있어서 중요하다.

즉, 트리아실글리세리드 지방의 2-위치에 팔미트산을 많이 함유하고 있을수록 고품질의 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드(OPO)를 합성할 수 있으므로, 2-팔미토일글리세롤(2-palmitoylglycerol)을 고효율로 제조할 수 있는 방법이 개발이 요청되고 있다.

본 발명은, 효소적 알코올리시스(enzymatic alcoholysis)를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조함에 있어서, 기존의 방법에 비하여 높은 반응 속도 및 높은 제조 수율로 모노아실글리세롤, 예컨대, 2-팔미토일글리세롤을 제조할 수 있는 방법을 제공하는 것을 기술적 과제로 한다.

상기 기술적 과제를 달성하기 위하여 본 발명은, 효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조함에 있어서, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 사용하여 효소적 알코올리시스 반응을 진행시키는 것을 특징으로 하는, 모노아실글리세롤의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 일 구체예에 따르면, (1) 트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분 및 용매를 포함하는 반응전 혼합물을 제공하는 단계, (2) 상기 반응전 혼합물을, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리하는 단계, 및 (3) 상기 (2) 단계에서 열처리된 반응전 혼합물에 대하여 효소적 알코올리시스 반응을 수행하는 단계를 포함하는, 모노아실글리세롤의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분의 효소적 알코올리시스 반응의 결과물로서, 모노아실글리세롤 및 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분을 포함하며, 상기 모노아실글리세롤 : 상기 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분의 몰비가 1:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는, 지방 조성물이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, (i) 효소적 알코올리시스를 이용하여 2-모노팔미토일글리세롤을 제조함에 있어서, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 사용하여 효소적 알코올리시스 반응을 진행시키는 단계, 및 (ii) 상기 (i) 단계에서 제조된 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입하는 단계를 포함하는, 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드의 제조 방법이 제공된다.

본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 효소적 알코올리시스 반응시켜 제조된 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입시킨 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드를 포함하는, 분유 조성물이 제공된다.

본 발명에 따르면, 효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조하는 기존의 방법 대비 생성물의 품질에 영향을 주지 않으면서 보다 향상된 수율(예컨대, 20% 이상 높은 수율)로 고품질의 모노아실글리세롤, 예컨대, 2-팔미토일글리세롤을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 비교예에서 사용된, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물(열처리를 거치지 않음)의 현미경 사진이다.
도 2는 본 발명의 실시예 1에서 사용된, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물에 대하여 50℃에서 10분간 열처리를 한 결과물의 현미경 사진이다.
도 3은 본 발명의 실시예 2에서 사용된, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물에 대하여 60℃에서 10분간 열처리를 한 결과물의 현미경 사진이다.

이하, 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명의 모노아실글리세롤 제조 방법에서 원료로 사용되는 지방 성분은 트리아실글리세리드, 또는 디아실글리세리드, 또는 이들 모두를 포함하는 식용 유지일 수 있다.

상기 식용 유지로는, 액체 또는 고체의 식물성 유지 또는 동물성 유지, 상기 유지의 경화유 또는 에스테르 교환유, 상기 유지를 분별하여 얻을 수 있는 액체유, 고체지방 등 식용에 적합한 것이면 모두 사용 가능하다.

상기 식물성 유지의 구체적인 예로는 옥수수기름, 유채기름, 콩기름, 면실유, 팜유, 야자유, 미강유, 참기름, 카카오지방, 올리브유 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 들 수 있고, 상기 동물성 유지의 구체적인 예로는 어유, 돈지, 우지(소기름), 닭의 지방 및 이들의 조합으로부터 선택되는 것을 들 수 있다. 이들 식용 유지는 단독으로 또는 둘 이상을 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서는 상기 지방 성분으로서 식물성 유지 중 팜유의 분별을 시행한 팜 분별유를 사용할 수 있다.

또한 일 구체예에서, 상기 지방 성분에 포함 가능한 트리아실글리세리드 및 디아실글리세리드는 각각 트리팔미토일글리세리드 및 디팔미토일글리세리드일 수 있다.

본 발명의 모노아실글리세롤 제조 방법의 일 구체예에서, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물에 포함되는 용매로는 선형 지방족 알코올을 하나 이상 사용할 수 있다. 일 구체예에서, 상기 선형 지방족 알코올의 탄소수는 1 내지 8, 보다 구체적으로는 1 내지 6일 수 있으며, 예컨대, 메틸알코올, 에틸알코올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥사놀 및 이들의 조합으로부터 선택된 것이 사용 가능하고, 보다 구체적으로는 에틸알코올을 사용할 수 있다.

일 구체예에서, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물에 원료로 사용되는 상기 지방 성분은, 반응전 혼합물 총 100 중량부를 기준으로, 예컨대, 5 중량부 이상 또는 10 중량부 이상일 수 있으며, 또한 50 중량부 이하, 35 중량부 이하, 20 중량부 이하 또는 15 중량부 이하일 수 있다. 또한, 일 구체예에서, 효소적 알코올리시스의 반응전 혼합물에 포함되는 용매의 양은, 반응전 혼합물 총 100 중량부를 기준으로, 예컨대, 95 중량부 이하 또는 90 중량부 이하일 수 있고, 또한 50 중량부 이상, 65 중량부 이상, 80 중량부 이상 또는 85 중량부 이상일 수 있다. 반응전 혼합물 내의 상기 원료 지방 성분 함량이 용매 함량에 비하여 너무 적으면 효소적 알코올리시스 반응이 너무 빨리 일어나거나 반응 효율이 떨어질 수 있고, 반대로 너무 많으면 용매에 충분히 녹지 않아 반응에 부적합할 수 있다.

본 발명의 모노아실글리세롤 제조 방법에서는, 효소적 알코올리시스 반응의 출발물질을, 예컨대, 상기 원료 지방 성분 및 용매를 포함하는 반응전 혼합물을, 효소적 알코올리시스 반응온도보다 높은 온도에서 미리 열처리한 후에, 그 열처리 결과물에 대하여 효소적 알코올리시스 반응을 수행한다.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 반응전 열처리시 온도 조건은, 예컨대, 45℃ 이상 또는 50℃ 이상일 수 있으며, 또한 80℃ 이하, 70℃ 이하 또는 65℃ 이하일 수 있다. 반응 전 열처리시 온도 조건은 가장 바람직하게는 45℃ 내지 65℃일 수 있으며, 효소적 알코올리시스 반응은 통상 25℃ 내지 40℃에서 수행될 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 반응전 열처리 시간은, 예컨대, 1분 이상, 5분 이상 또는 10분 이상일 수 있으며, 또한 1시간 이하, 30분 이하 또는 20분 이하일 수 있다.

상기 반응전 열처리시, 온도가 너무 낮거나 시간이 너무 짧아 열처리가 충분히 이루어지지 않으면 열처리 효과가 발생하지 않아 반응 효율이 낮아지는 문제가 있을 수 있고, 반대로 온도가 너무 높거나 시간이 너무 길어져 열처리가 지나치게 이루어지면 열에너지를 사용함에 있어 공정의 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서, 효소적 알코올리시스 반응전 열처리된 혼합물은 용매 내에 분산된 입자들을 갖는데, 이 입자들의 평균입자크기는 0.01 내지 65μm일 수 있고, 보다 구체적으로는 0.1 내지 65μm일 수 있다.

본 발명의 일 구체예에서는, 상기와 같은 조건 하에 반응전 열처리된 결과물을 효소적 알코올리시스 반응 온도로 낮춘 뒤, 여기에 알코올리시스 효소를 투입하고 혼합하여 효소 반응을 진행시킨다. 이 때 효소로는 알코올리시스 반응에 유용한 것으로 알려진 공지의 효소들을 특별한 제한 없이 사용할 수 있다. 구체적으로는, 칸디다 안탁티카(Candida Antarctica B), 써모마이세스 라누기노서스(Thermomyces lanuginose), 리조퍼스 미에이(Rhizomucour miehei), 리조퍼스 델레마(Rhizopus　delemar), 뮤코 미에이(Mucormiehei), 알칼리제네스(Alcaligenes　sp .), 아스퍼질러스 니거(Aspergillus niger), 칸디다 실린드라세스(Candida cylindraces), 부콜데리아 세파시아(Burkholderia cepacia), 칸디둠(Geotricum candidum) 및 이들의 조합으로 구성된 군에서 선택된 미생물 유래의 알코올리시스 효소(예컨대, 리파제(lipase))인 것이 사용 가능하나, 이에 제한되지는 않는다.

본 발명의 일 구체예에서, 상기 효소의 사용량은, 반응전 혼합물 총 100 중량부를 기준으로, 예컨대, 5 중량부 이상, 10 중량부 이상 또는 15 중량부 이상 일 수 있으며, 또한 40 중량부 이하, 30 중량부 이하 또는 25 중량부 이하일 수 있다. 효소의 사용량이 반응전 혼합물 총량에 비하여 너무 적으면 반응이 일어나지 않아 효율성이 떨어지는 문제가 있을 수 있고, 반대로 너무 많으면 반응이 급격하게 진행되어 반응 조절이 불가능해지며, 적정량의 효소를 사용한 경우에 비하여 효소활성도가 급격히 떨어지는 문제가 있을 수 있다.

본 발명에 따르면, 효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조하는 기존의 방법 대비 반응시간이나 품질에 영향을 주지 않으면서 보다 향상된 수율(예컨대, 20% 이상 높은 수율)로 모노아실글리세롤을 제조할 수 있다.

일 구체예에서, 본 발명에 따라 제조되는 모노아실글리세롤은, 팔미토일글리세롤, 예컨대 2-팔미토일글리세롤일 수 있다.

본 발명의 다른 측면에 따르면, 트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분의 효소적 알코올리시스 반응의 결과물로서, 모노아실글리세롤 및 모노아실글리세롤 이외의 지방성분을 포함하며, 상기 모노아실글리세롤 : 상기 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분의 몰비가 1:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는, 지방 조성물이 제공된다.

본 발명의 지방 조성물은 상기 설명한 본 발명의 모노아실글리세롤 제조 방법에 따라서 얻어질 수 있다.

본 발명의 지방 조성물에 있어서, 모노아실글리세롤 : 상기 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분의 몰비는 1:1 또는 그 이상이며, 보다 구체적으로는 2:1 또는 그 이상, 3:1 또는 그 이상, 4:1 또는 그 이상, 또는 5:1 또는 그 이상일 수 있고, 보다 더 구체적으로는 3:1 내지 10:1, 4:1 내지 9:1, 또는 5:1 내지 8:1일 수 있다.

일 구체예에서, 상기 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분에는 트리아실글리세리드, 디아실글리세리드 또는 이들의 조합이 포함될 수 있다.

상기 (i) 단계에서의 출발물질, 열처리 조건 및 효소 반응 등에 대해서는 앞서 설명한 바와 같다.

상기 (ii) 단계에서 올레오일기의 공급원으로는 올레산 또는 올레산 C1-C4 알킬 에스테르(예컨대, 올레산 에틸 에스테르)와 같은 올레산 유도체, 또는 이들의 조합이 사용될 수 있다.

상기 (ii) 단계에서 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입하는 방법에는 특별한 제한이 없으며, 예컨대, 효소를 이용한 위치 특이적 에스테르화 반응을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

한편, 본 발명의 또 다른 측면에 따르면, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 효소적 알코올리시스 반응시켜 제조된 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입시킨 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드를 포함하는, 분유 조성물이 제공된다.

이하, 실시예, 비교예 및 실험예를 통해 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다. 그러나 이는 본 발명에 대한 이해를 돕기 위해 제공된 것일 뿐, 본 발명의 범위가 이에 의해 제한되는 것은 아니다.

[실시예 1~2 및 비교예 1]

모노아실글리세롤의 제조

하기 표 1에 나타난 원료들을 각 배합량으로 사용하여 모노아실글리세롤을 제조하였다. 먼저 유지인 팜분별유 및 용매를 반응용기에 담아 온도를 40℃로 올린 후, 표 1에 기재한 온도 조건으로 10분간 열처리를 시행하였다. 열처리 후, 결과물의 온도를 40℃로 낮추고, 여기에 효소를 첨가하여 효소적 알코올리시스 반응을 시행하였다.

모노아실글리세롤 함량 평가

각 실시예 및 비교예에서 제조되는 생성물을 시간대 별로 채취하여 가스크로마토그래피를 통해 AOCS Official Method를 이용하여(Ce 5-86) 모노아실글리세롤의 양을 측정하였으며, 그 결과를 표 2에 나타내었다.

[사용된 원료에 대한 설명]

Novozyme 435: Candida antartica B 유래 고정화 리파제(Immobilized lipase)

에틸알코올: 용매

팜분별유: 식물성유지 중 팜유의 분별을 시행한 분별유(IV 17)

반응물의 결정상태 평가

비교예 및 실시예 1, 실시예 2에서, 효소 반응 전 열처리된 혼합물의 용매 내 상태를 현미경을 통하여 본 상태를 사진 촬영하여 각각 도 1 내지 도 3에 나타내었다.

또한, 비교예 및 실시예 1, 실시예 2에서, 열처리된 혼합물의 용매 내에 분산된 입자들의 평균입자크기를 입도분석기(Particle size analyzer)로 측정하여 표 3에 나타내었다.

도 1 내지 도 3으로부터, 열처리 후 실시예 2의 반응물질은 비교예 및 실시예 1 대비 입자의 크기가 작아 표면적이 넓은 것을 알 수 있다. 즉, 효소 반응 전 원료에 대하여 열처리를 시행하면, 원료의 결정 상태에 따른 모노아실글리세롤의 제조 효율의 편차가 적어질 수 있으며, 반응효율이 상승될 수 있다.

Claims

효소적 알코올리시스를 이용하여 모노아실글리세롤을 제조함에 있어서, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 사용하여 효소적 알코올리시스 반응을 진행시키는 것을 특징으로 하는, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제1항에 있어서,
(1) 트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분 및 용매를 포함하는 반응전 혼합물을 제공하는 단계,
(2) 상기 반응전 혼합물을, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리하는 단계, 및
(3) 상기 (2) 단계에서 열처리된 반응전 혼합물에 대하여 효소적 알코올리시스 반응을 수행하는 단계를 포함하는,
모노아실글리세롤의 제조 방법.
제2항에 있어서, 트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분이 식물성 유지, 동물성 유지, 상기 유지의 경화유 또는 에스테르 교환유, 상기 유지를 분별하여 얻을 수 있는 액체유 또는 고체지방, 또는 이들의 조합인, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제3항에 있어서, 식물성 유지가 옥수수기름, 유채기름, 콩기름, 면실유, 팜유, 야자유, 미강유, 참기름, 카카오지방, 올리브유 및 이들의 조합으로부터 선택되고, 동물성 유지가 어유, 돈지, 우지, 닭의 지방 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제2항에 있어서, 용매가 선형 지방족 알코올인, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제5항에 있어서, 선형 지방족 알코올이 메틸알코올, 에틸알코올, 프로판올, 부탄올, 펜탄올, 헥사놀 및 이들의 조합으로부터 선택되는, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도가 45℃ 이상인, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
제1항 또는 제2항에 있어서, 모노아실글리세롤이 팔미토일글리세롤인, 모노아실글리세롤의 제조 방법.
트리아실글리세리드 또는 디아실글리세리드를 포함하는 지방 성분의 효소적 알코올리시스 반응의 결과물로서, 모노아실글리세롤 및 모노아실글리세롤 이외의 지방을 포함하며, 상기 모노아실글리세롤 : 상기 모노아실글리세롤 이외의 지방 또는 성분의 몰비가 1:1 또는 그 이상인 것을 특징으로 하는, 지방 조성물.
제9항에 있어서, 모노아실글리세롤 이외의 지방 성분이 트리아실글리세리드, 디아실글리세리드 또는 이들의 조합을 포함하는, 지방 조성물.
(i) 효소적 알코올리시스를 이용하여 2-모노팔미토일글리세롤을 제조함에 있어서, 효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 사용하여 효소적 알코올리시스 반응을 진행시키는 단계, 및
(ii) 상기 (i) 단계에서 제조된 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입하는 단계를 포함하는,
1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드의 제조 방법.
제11항에 있어서, 올레오일기의 공급원이 올레산, 올레산 유도체, 또는 이들의 조합인, 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드의 제조 방법.
효소적 알코올리시스 반응 온도보다 높은 온도에서 미리 열처리되었던 출발물질을 효소적 알코올리시스 반응시켜 제조된 2-모노팔미토일글리세롤의 1,3-위치에 올레오일기를 도입시킨 1,3-디올레오일-2-팔미토일 글리세리드를 포함하는, 분유 조성물.