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[국내논문] 미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유를 이용한 저트랜스 유지의 효소적 합성
Enzymatic Synthesis of Low Trans Fats Using Rice Bran Oil, Palm Stearin and High Oleic Sunflower Seed Oil 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.38 no.4, 2009년, pp.470 - 478  

김지영 (충남대학교 식품공학과) ,  이기택 (충남대학교 식품공학과)

초록
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미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유의 효소적 interesterification을 통하여 저트랜스 유지를 합성하였고, 합성 시 Thermomyces lanuginose로부터 획득된 TLIM 효소를 이용하였다. 반응 기질의 비율에 따라 합성된 저트랜스 유지의 solid fat content(SFC)를 살펴본 결과, 전체적으로 고올레인산 해바라기씨유의 비율이 높아질수록 각 온도에 해당하는 SFC는 감소하는 경향을 보인 반면, 팜스테아린의 비율이 높아질수록 SFC는 증가하는 경향을 보였다. DSC를 통한 흡열 및 발열 곡선 분석결과, 팜스테아린의 함량이 높아질수록 피크가 높은 온도 쪽으로 이동하는 것을 확인할 수 있었다. 저트랜스 유지의 지방산 조성을 살펴본 결과, palmitic acid(C16:0), oleic acid(C18:1), linoleic acid(C18:2)가 주요 지방산들로써 전체 지방산 조성의 90% 이상을 차지하고 있었고, 총 트랜스지방산은 비율별로 0.5 area%의 수치를 보이며, 1% 미만의 낮은 함량을 보였다. Triacylglycerol (TAG) 조성을 reverse-phase HPLC를 이용하여 분석한 결과, 주요 TAG 조성은 OOL, PLO, PLP, OOO, POO, POP, POS 등으로 측정되었으며, 그 중 PLO와 POO 및 POP가 전체 조성의 50% 이상을 차지하였다. 한편, 여러 비율별로 합성된 저트랜스 유지의 총 tocopherol은 $6.94{\sim}11.83$ mg/100 g의 함량을 보였고, oryzanol은 $0.18{\sim}0.49$ mg/100 g의 함량을 보였으며, phytosterol 함량은 전체적으로 $182.48{\sim}269.07$ mg/100 g 사이의 다양한 수치를 나타내었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Low trans fats were synthesized by interesterification of rice bran oil (RBO), palm stearin (PS) and high oleic sunflower seed oil (HO) using TLIM from Thermomyces lanuginosa. After 24-h reaction, physicochemical characteristics such as fatty acid and triacylglycerol composition, solid fat content, ...

주제어

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제안 방법

  • α-, γ- 및 δ-tocopherol과 γ-oryzanol 각각의 표준물질 분석을 통해 시료 중의 tocopherol과 γ-oryzanol의 정량 분석이 이루어졌다.
  • Column은 SPTM-2560(100 m×0.25 mm id, 0.2 μm film thickness, Bellefonte, PA, USA)을 통하여 분석하였으며 column oven 온도는 150℃에서 5분 동안 유지 후 4℃/min씩 증가시켜 220℃에 도달하여 30분 간 유지하였다.
  • DSC(TA Instruments, model DSC 2010, New Castle, USA)를 이용하여 유지의 solid fat content(SFC)를 측정하였다. 분석 시 calibration을 위한 base line은 빈 cell을 통한 분석결과를 이용하였고, 각각의 시료는 약 7 mg을 취하여 분석하였다.
  • 33 μm)를 사용하였다. Injector와 detector 온도는 각각 270℃와 290℃로 설정해 주었고, oven program은 220℃에서 0.5분 간, 270℃까지 27분 간 그리고 285℃까지 3.5분 간 유지시켜 주었으며, 온도 상승 비율은 분당 10℃로 설정하여 분석하였다(24).
  • Nova-PakⓇ C18 60Å 4μm(3.9×150 mm I.d., Waters, Milford, Ireland) column을 통해 분석을 시행하였다.
  • 2 μm, Whatman, NJ, USA)를 이용하여 여과 후 tocopherol 분석 시에는 20μL, oryzanol 분석 시에는 10 μL를 주입하였다. SP930D dual pump와 UV730 detector(Young-Lin Instrument Co., Ltd.)가 장착되어 있는 HPLC를 이용하여 tocopherol과 oryzanol을 각각 295 nm와 325 nm에서 분석하였다. Column은 LiChrosorb Diol 5 μm(3×100 mm, Chrompack, Raritan, NJ, USA)을 사용하였다.
  • Screw-cap flask(250 mL)에 미강유(RBO), 팜스테아린(PS) 및 고올레인산 해바라기씨유(HO)를 각각 1:2:0.3, 1:2:0.6, 1:2:0.9, 1:3:0.4, 1:3:0.8, 1:3:1.2, 1:4:0.5, 1:4:1, 1:4:1.5(w/w/w) 비율로 섞고 충분히 교반 후, 전체 기질의 20%에 해당하는 고정화 효소 TLIM을 넣고 유기용매를 사용하지 않은 상태에서 65℃와 180 rpm의 조건으로 항온교반수조에서 24시간 반응하였다. 반응 후 기질은 PTFE syringe로 효소를 필터링하여 보관하였다.
  • Split ratio는 50:1로써 시료1 μL를 주입하여 지방산 분석을 실행하였다.
  • Column은 LiChrosorb Diol 5 μm(3×100 mm, Chrompack, Raritan, NJ, USA)을 사용하였다. Tocopherol 분석 시 유속은 0.5 mL/min, 이동상은 100:0.1(v/v)의 hexane : acetic acid를 등용리로 30분 동안 유지하여 분석을 실시하였다. 한편 γoryzanol 분석의 이동상은 기울기 용리로써 10분까지는 hexane : acetic acid(100:0.
  • 기질 및 저트랜스 유지의 지방산 분석을 위하여 methylation을 한 후 gas chromatography(GC) 분석을 실시하였다. 탈산과정을 거치지 않은 시료를 thin layer chromatography(TLC) 분석을 통해 triacylglycerol(TAG) 부분만 획득한 후 methylation을 실시하였다.
  • 이는 triacylglycerol(TAG)의 sn-1, 3의 위치에 주로 특이적으로 작용하며 triacyglycerol의 ester 결합을 가수분해 하여 glycerol과 지방산으로 분해 후 다시 esterification하는 작용을 가지는 효소이다(17). 기질의 합성비율을 달리하여 24시간 효소적 반응을 통하여 합성된 고체지의 지방산 조성, RP-HPLC를 통한 triacylglycerol 조성 변화, 토코페롤, 오리자놀, phytosterol 함량, slip melting point와 differential scanning calorimetry(DSC)를 통한 solid fat content(SFC) 분석을 실시하였다.
  • 2 mL의 BF3-methanol 용액을 넣고 다시 100℃에서 2분간 반응시키고 30~40℃에서 냉각해준 후, 2 mL의 iso-octane과 1 mL의 포화 NaCl 용액을 가하여 약 1분 동안 진탕 해주었다. 몇 분간 방치 후, 분리된 두 층의 위층을 획득하여 sodium sulfate column을 통과시켜준 다음 지방산 조성 분석에 사용하였다. 분석 시 gas chromatography(Hewlett-Packard 6890 series, PA, USA)와 flame ionized detector(FID)를 사용하였다.
  • 미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유의 효소적 interesterification을 통하여 저트랜스 유지를 합성하였고, 합성 시 Thermomyces lanuginose로부터 획득된 TLIM 효소를 이용하였다. 반응 기질의 비율에 따라 합성된 저트랜스 유지의 solid fat content(SFC)를 살펴본 결과, 전체적으로 고올레인산 해바라기씨유의 비율이 높아질수록 각 온도에 해당하는 SFC는 감소하는 경향을 보인 반면, 팜스테아린의 비율이 높아질수록 SFC는 증가하는 경향을 보였다.
  • , USA)의 약 1 cm정도 양만큼 채취하여 -8℃에서 10 min 동안 보관하여 충분히 응고시킨 후 사용하였다. 시료가 담긴 capillary tube는 온도계 하단에 부착하여 cupric sulfate(CuSO4) 용액이 든 칼럼에 넣은 후, 이를 증류수에서 중탕하여 균일한 열전도가 이루어지도록 하여 분석을 실행 하였다. 온도 상승에 따른 시료가 capillary tube를 타고 상승하기 시작할 때의 온도를 slip melting point로 지정하였다.
  • 유지의 α-, γ- 및 δ-tocopherol과 γ-oryzanol을 HPLC를 통하여 정량 분석하였다(23). 시료의 전처리를 위해 vial(50 mL)에 시료 1 g을 취한 후 산화 방지를 위해 5 mL의 6% pyrogallol 에탄올 용액과 1.25 mL의 60% KOH 용액을 가하여 균질화 하였다. 시료의 산화 방지를 위해 충분한 질소 충전 후 완전히 밀봉하여 70℃로 유지된 항온교반수조에서 30분 간 반응 후 ice bath를 이용하여 냉각하였다.
  • 여러 비율별로 합성된 유지의 triacylglycerol(TAG) 조성을 reverse-phase HPLC를 이용하여 분석하였다. 분석 결과 (Fig.
  • 위 과정을 총 3번 반복추출 하고, 50 μL의 BSTFA+1% TMCS[N,O-bis (trimethylsilyl)trifluoroacetamide]를 가하여 60℃에서 30분간 반응시켜 주었다.
  • 유지의 α-, γ- 및 δ-tocopherol과 γ-oryzanol을 HPLC를 통하여 정량 분석하였다(23).
  • 이를 hexane : diethyl ether : acetic acid=50:50:1(volume ratio)의 전개 용매를 사용한 TLC(20×20 cm, Merck, Darmstadt, Germany) 분석을 통해 2-monoacylglycerol(MAG)를 분리하여 GC 분석을 수행하였다.
  • 이에 헥산과 에탄올을 첨가하여 시료가 수분 층과 완전히 분리될 수 있도록 충분히 정치시킨 후 상징 액인 헥산층만 분리하여 sodium sulfate를 이용하여 수분과 불순물을 제거하였다. 이를 질소가스를 사용하여 헥산을 완전히 제거한 후 이화학적 분석을 통해 합성된 유지의 특성을 살펴보았다.
  • 기질 및 저트랜스 유지의 지방산 분석을 위하여 methylation을 한 후 gas chromatography(GC) 분석을 실시하였다. 탈산과정을 거치지 않은 시료를 thin layer chromatography(TLC) 분석을 통해 triacylglycerol(TAG) 부분만 획득한 후 methylation을 실시하였다. Methylation은 시료(약 25 mg)를 취하여 1.
  • 합성된 저트랜스 유지의 sn-2와 sn-1,3 위치의 지방산 조성 분석을 위해 sn-1,3 위치에 특이적으로 작용하는 pancreatic lipase를 이용하여 가수분해를 실시하였다. Test tube에 7 mg의 시료, 7 mL의 1 M Tris-HCl buffer(pH 7.
  • 합성된 저트랜스 유지의 triacylglycerol(TAG) 조성을 알아보기 위하여 reversed-phase high performance liquid chromatography(RP-HPLC)분석을 시행하였다. Detector 는 ZAM 3000 evaporative light scattering detector(ELSD, Young-Lin Instrument Co.
  • 합성에 사용된 기질과 합성비율에 따른 저트랜스 유지의α, γ 및 δ-tocopherol과 γ-oryzanol 함량을 분석하였다.
  • 합성에 사용된 기질인 미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유와 합성된 저트랜스 유지의 DSC에 의한 발열 곡선과 흡열곡선 분석을 실시하였다. 상온에서 액체 상태인 미강유와 고올레인산 해바라기씨유의 흡열곡선 결과를 살펴보면, 각각 -15.
  • 효소적 합성을 통해 얻어진 각각의 시료(25 mg)에 2 mL의 2 N KOH 에탄올용액과 내부 표준물질로서 50 μL의 5αcholestane(1 mg/mL)을 가한 후, 90℃로 설정된 항온수조에서 15분 간 비누화 반응을 하였다.

대상 데이터

  • α-tocopherol 및 β, γ-tocopherol 표준시약은 각각 Fluka Chemika-Biochemika(Buchs, Switzerland)와 Sigma-Aldrich Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였고, 오리자놀 및 phytosterol 분석을 위한 표준시약은 각각 Wako Pure Chemical Ind, Ltd(Osaka, Japan)와 Fluka Chemika-Biochemika(Buchs, Switzerland)에서 구입하여 사용하였다. 유지의 sn-2 position의 지방산 조성을 분석하기 위한 pancreatic lipase(Type Ⅱ, crude)는 Sigma Chemical Co.
  • Column은 LiChrosorb Diol 5 μm(3×100 mm, Chrompack, Raritan, NJ, USA)을 사용하였다.
  • 본 실험에 사용된 미강유(rice bran oil, RBO)는 주식회사 세림(Serim Co., Daejeon, Korea)에서, 팜스테아린(palm stearin, PS)과 고올레인산 해바라기씨유(high oleic sunflower seed oil, HO)는 C사(Incheon, Korea)에서 제공받은 것을 사용하였다. Interesterification을 통한 재구성 지질의 합성에 사용된 lipase TLIM은 Novo Nordisk Biochem North American Inc.
  • 이와 관련하여 Farmani 등(14)은 채종유와 해바라기유를 이용하여 esterfication 방법을 통한 쇼트닝, 마가린 제조에 관한 연구 결과를 보고하였다(14-16). 본 연구에서는 효소적합성 반응을 통하여 저트랜스 유지를 제조하기 위해 미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유를 기질로 사용하였다. 사용된 lipase는 Thermomyces lanuginosa로부터 획득된 lipase가 silica gel에 고정화된 Thermomyces lanuginosus immobilized lipase(TLIM)을 사용하였다.
  • 본 연구에서는 효소적합성 반응을 통하여 저트랜스 유지를 제조하기 위해 미강유, 팜스테아린 및 고올레인산 해바라기씨유를 기질로 사용하였다. 사용된 lipase는 Thermomyces lanuginosa로부터 획득된 lipase가 silica gel에 고정화된 Thermomyces lanuginosus immobilized lipase(TLIM)을 사용하였다. 이는 triacylglycerol(TAG)의 sn-1, 3의 위치에 주로 특이적으로 작용하며 triacyglycerol의 ester 결합을 가수분해 하여 glycerol과 지방산으로 분해 후 다시 esterification하는 작용을 가지는 효소이다(17).

이론/모형

  • 이를 hexane : diethyl ether : acetic acid=50:50:1(volume ratio)의 전개 용매를 사용한 TLC(20×20 cm, Merck, Darmstadt, Germany) 분석을 통해 2-monoacylglycerol(MAG)를 분리하여 GC 분석을 수행하였다. 한편 sn-1,3 조성 계산은 Fomuso와 Akoh의 계산식(22)을 사용하였다.
  • 효소를 이용한 합성을 통해 생성된 저트랜스 유지와 미강유(RBO), 팜스테아린(PS) 및 고올레인산 해바라기씨유(HO)의 지방산 조성을 gas chromatography 법을 이용하여 분석하였다. 합성에 사용된 기질들의 지방산 조성을 살펴보면, 미강유는 oleic acid(C18:1)와 linoleic acid(C18:2)가 각각 41.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
미강 층에 존재하는 영양소는? 벼의 도정 과정 중에 제거되는 미강 층에는 단백질, 지질, 식이섬유 및 비타민 등 다양한 영양소가 존재한다. 그러나 연간 60만 톤이 생산되는 것으로 추정되는 미강은 우수한 식품영양성에도 불구하고 극히 일부가 미강유 제조에 사용될 뿐 대부분 사료용 혹은 농업폐기물로 처리되고 있는 실정이다.
미강의 연간 생산량은? 벼의 도정 과정 중에 제거되는 미강 층에는 단백질, 지질, 식이섬유 및 비타민 등 다양한 영양소가 존재한다. 그러나 연간 60만 톤이 생산되는 것으로 추정되는 미강은 우수한 식품영양성에도 불구하고 극히 일부가 미강유 제조에 사용될 뿐 대부분 사료용 혹은 농업폐기물로 처리되고 있는 실정이다. 미강에 함유된 tocotrienol 및 tocopherol과 같은 비타민 E는 고지혈증 및 동맥경화 개선, 항암작용, 항산화작용 등 생리활성 효과가 뛰어난 것으로 알려져 있다(1).
재구성 지질은 어떻게 생성되는가? 이에 트랜스지방산 함량이 적은 유지의 연구와 개발이 요구되는데, 주로 사용되는 방법이 화학적 또는 효소적 반응을 이용한 재구성 지질의 합성이다. 재구성지질(structured lipids, SL)은 화학적 또는 효소적 방법에 의해 triacylglycerol(TAG) 분자 안에서 지방산의 조성 및 위치를 무작위 또는 선택적으로 변화시키거나 새로운 기능성 지방산의 결합에 의해 생성될 수 있다(12). 화학적 합성반응의 경우 에너지 소비가 크고, 부반응이 생기는 반면 효소적 합성반응은 효소의 기질 및 반응 특이성을 이용하여 반응을 선택적이고 효율적으로 할 수 있다는 장점이 있다.
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참고문헌 (24)

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  20. Lee KT, Foglia TA. 2000. Synthesis, purification and characterization of structured lipids produced from chicken fat. J Am Oil Chem Soc 77: 1027-1034 

  21. 식품의약품안전청. 2007. 식품 등 기준규격미설정 물질의 시험방법. 식품의약품안전청고시 제2007-10호 

  22. Fomuso LB, Akoh CC. 2003. Lipase-catalyzed acidolysis of olive oil and caprylic acid in a bench-scale packed bed bioreactor. Food Res Int 35: 15-21 

  23. Nam HY, Lee KT. 2008. Enzymatic synthesis of low-trans fats containing conjugated linoleic acids and their physicochemical characteristics. J Korean Soc Food Sci Nutr 37: 752-760 

  24. Park RK, Lee KT. 2003. Optimization for the phytosterol extraction and production of structured lipids from safflower seed. Kor J Food Preserv 10: 219-223 

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