[논문]팜유와 아보카도유로부터 효소적 interesterification을 통한 trans free margarine stock 제조 및 이화학적 특성 연구

이윤정; 이기택

[국내논문] 팜유와 아보카도유로부터 효소적 interesterification을 통한 trans free margarine stock 제조 및 이화학적 특성 연구
Development and Characterization of Trans Free Margarine Stock from Lipase-Catalyzed Interesterification of Avocado and Palm Oils 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.41 no.3 = no.205, 2009년, pp.231 - 237

초록
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팜유와 아보카도유를 이용하여 효소적 방법을 통해 trans free margarine stock(TFMS)을 제조하였다. 회분식 반응기(stirred batch type reactor)를 통한 본 반응은 sn-1,3 위치 특이성을 가진 lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei)을 사용하였다. 반응기질 대두극도경화유와 아보카도유 및 팜유는 30:150:120(g)의 비율로 230 rpm, $65^{\circ}C$에서 합성하였으며 이를 통해 이화학적 특성을 분석하였다. 재구성 지질의 DSC 분석 결과 TFMS의 solid fat content(SFC)는 $5^{\circ}C$에서 58.6%, $35^{\circ}C$에서의 약 8.5%로 확인 되었으며 7.3, 23.6, $35.3^{\circ}C$의 DSC 상의 melting point 특성을 나타내었다. TFMS는 C16:0(약 29%)과 C18:1(약 45%)이 주요 지방산으로 확인되었고 ${\Sigma}SFA$는 40.7%이었으며 trans 지방산은 검출되지 않았다. Sn-2 위치에는 주요적으로 C16:0(21.6%)과 C18:1(50.2%)의 지방산 조성이 확인되었다. RP-HPLC를 통해 TFMS를 이루고 있는 TAG의 PN을 확인 하였다. 주요적으로 PN=48이 대부분을 차지하였고 PN=46, PN=50으로 분리되었으며 TFMS의 반응 전과 비교 시 차별적인 TAG peak를 확인할 수 있었다. 한편, ${\alpha}-$, ${\gamma}-$ 및 ${\delta}$-tocopherol이 각각 5.7, 2.1, 1.7 mg/100 g을 나타냈으며 산가, 요오드가, 비누화가를 통해 TFMS의 이화학적 특성을 확인 할 수 있었다. TFMS를 통해 마가린 제조 시 물성 변화를 고려하여 마가린의 적합한 물성을 지닐 수 있을 것이라 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Trans free margarine stock (TFMS) was produced by lipase-catalyzed synthesis of fully hydrogenated soybean oil (FHSBO), avocado oil (AO) and palm oil (PO). A blend of FHSBO, AO, and PO with a 1:5:4 (30:150:120 g, respectively) ratio was interesterified with lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei) in a 1 L-batch type reactor at 65 for 12 hr, and the physicochemical and melting properties of TFMS were compared with commercial margarine. The solid fat content (%) of the TFMS was analyzed at 25, 30, and $35^{\circ}C$, respectively, while its melting point was $37.8^{\circ}C$. The trans fatty acid content of the TFMS was below 0.1%. It also had acid, saponification, and iodine values of 0.4, 173.9, and 58.6, respectively. In HPLC chromatograms of the TFMS, newly synthesized peaks of triacylglycerol molecules were observed by using reverse-phase HPLC with evaporative light-scattering detection. Normal-phase HPLC with UV detection was used to quantify tocopherols in the TFMS, indicating that its ${\alpha}-$, ${\gamma}-$ and ${\delta}$-tocopherol contents were 5.7, 2.1, and 1.7 mg/100 g, respectively.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

α-, γ-, δ-tocopherol 표준물질 분석을 통해 시료의 tocopherol의 정량 분석이 이루어졌다.
Column은 Supelcowax TM-10(100 m×0.25 mm, 0.2 µm film thickness, Supelco Inc., Bellefonte, PA, USA)를 통하여 분석하였으며 column oven 온도는 100℃에서 5분 동안 유지 후 4℃/ min씩 증가시켜 220℃에 도달하여 20분간 유지하였다.
DSC(TA Instruments, Model DSC 2010, New Castle, DE, USA)를 이용하여 유지의 결정화 온도(crystallization point)와 융 점을 측정하였다. 분석 시 calibration을 위한 baseline은 빈 cell을 통한 분석결과를 이용하였고, 각 분석시료는 약 5-10 mg을 취하여 분석하였다.
HPLC를 이용하여 TFMS 및 반응에 사용된 기질의 α-, γ-, δtocopherol 함량을 분석하였다(Table 5).
Inject port 온도는 250℃, split ratio는 50:1로써 시료 10 µL 주입하여 지방산 분석을 실행하였다.
Nova-Pak(R)C18 60Å 4 µm (3.9×150 mm I.d., Waters, Milford, Ireland) column을 통해 분석을 시행하였다.
2%) 의 지방산 조성이 확인되었다. RP-HPLC를 통해 TFMS를 이루고 있는 TAG의 PN을 확인 하였다. 주요적으로 PN=48이 대부분을 차지하였고 PN=46, PN=50으로 분리되었으며 TFMS의 반응 전과 비교 시 차별적인 TAG peak를 확인할 수 있었다.
Tributyrin(C4:0), tricaprylin(C8:0), trilaurin(C12:0), trimyristin(C14:0), tripalmitin(C16:0), triolein(C18:1), trilinolein (C18:2)은 외부 표준물질로써 이를 이용하여 TAG의 retention time (RT)과 partition number(PN) 간의 계산식[PN=total carbon number (CN)-2×total number of double bonds(ND)]을 통해 결과를 얻었다.
Young-Lin SP930D dual pump(Anyang, Korea)와 Sedex 75 evaporative light scattering detector(ELSD, Sedere, Alfortvill, France)는 40℃, 2.2 bar로 설정하였고 20 µL injection loop가 부착된 auto sampler(Marathon, Spark Holland, Emmen, Netherlands)를 이용하였다.
기질로 사용된 팜유 및 아보카도유와 TFMS의 융점과 결정화 곡선을 분석하였다(Fig. 3). 팜유의 융점 피크는 4.
기질로 사용된 팜유와 아보카도유 및 TFMS를 구성하는 지방 산들의 길이, 불포화도에 의해 분리되는 partition number(PN)를 분석하였다. 팜유와 아보카도유의 PN은 44-50의 범위에 속했으나 다소 차별적인 지방산 조성을 나타내었다.
다양한 반응 조건에서 합성된 재구성 지질의 각각의 온도 (−10-50℃)에 해당하는 solid fat content(SFC)를 측정하였다.
대두극도경화유(Fully hydrogenated soybean oil: FHSBO)와 아보카도유(avocado oil: AO), 팜유(palm oil: PO)를 이용하여 다양한 기질 비율(FHSBO:AO:PO=1:5:4, 1:4:5, 1:2:7)을 통해 예비 실험을 시행하였다. 이에 근거하여 마가린 stock으로 가장 적합한 것으로 사료된 1:5:4(30:150:120 g) 비율을 이용하여 1 L-stirred batch type reactor에서 12시간 반응하였다.
회분식 반응기(stirred batch type reactor)를 통한 본 반응은 sn-1,3 위치 특이성을 가진 lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei)을 사용하였다. 반응 기질 대두극도경화유와 아보카도유 및 팜유는 30:150:120(g)의 비율로 230 rpm, 65℃에서 합성하였으며 이를 통해 이화학적 특성을 분석하였다. 재구성 지질의 DSC 분석 결과 TFMS의 solid fat content(SFC)는 5℃에서 58.
본 연구에서 lipozyme RM IM을 사용하여 interesterification 반응으로 다목적용 마가린 stock으로 적합한 재구성 지질을 합성 후 이화학적 특성을 살펴보았다.
또한 내부표준물질인 1 mL의 heptadecanoic acid methylester를 넣은 후 충분히 진탕하여 15분 동안 방치하였다. 분리된 hexane층을 얻어 sodium sulfate anhydrous를 통과하여 수분을 제거한 후 gas chromatograph(GC) 분석에 사용되었다. 분석 시 GC(Hewlett-Packard 6890 series, Avondale, PA, USA)에 flame ionized detector(FID)가 장착된 기기를 사용하였다.
5℃/min으로 승온하여 전체적으로 균일한 열전도가 이루어지도록 하였다. 시료가 담긴 tube는 온도계 하단에 부착하였고 cupric sulfate(CuSO4) 용액이 든 column에 이를 넣어 증류수에서 중탕하여 분석을 실행하였다. 온도 상승에 따른 시료의 melting 진행에 따라 시각적인 관찰 후 시료가 완전히 용해되는 지점을 melting point로 지정하였다.
시료가 담긴 tube는 온도계 하단에 부착하였고 cupric sulfate(CuSO4) 용액이 든 column에 이를 넣어 증류수에서 중탕하여 분석을 실행하였다. 온도 상승에 따른 시료의 melting 진행에 따라 시각적인 관찰 후 시료가 완전히 용해되는 지점을 melting point로 지정하였다.
이에 1 mL hexane과 2 mL ethanol을 첨가하여 시료가 완전히 분리될 수 있도록 충분히 정치시킨 후 상층액인 hexane 층만 분리하여 sodium sulfate를 이용하여 수분과 불순물을 제거 하였다. 이를 N₂(g)를 사용하여 hexane을 완전히 제거 후 이화학적 분석을 통해 재구성 지질의 특성을 살펴보았다.
2 µm, Whatman, Florham Park, NJ, USA)를 이용하여 여과 후 20 µL를 inject한다. 이를 SP930D dual pump와 UV730 검출기(Young-Lin Instrument Co.)가 장착되어 있는 HPLC로 295 nm에서 분석하였다. Column은 LiChrosorb Diol 5 µm(3×100 mm, Chrompack, Raritan, NJ, USA)를 사용하였고 100:0.
이를 n-hexane, diethyl ether, acetic acid의 50:50:1(v/v/v) 전개용매를 사용하여 TLC(20×20 cm, Merck, Darmstadt, Germany)를 통해 분석하였으며 Rf값이 0.03인 2-monoacylglycerol(MAG)을 분리하였다.
5 N KOH의 ethanol 용액을 이용하여 적정하였다. 이에 1 mL hexane과 2 mL ethanol을 첨가하여 시료가 완전히 분리될 수 있도록 충분히 정치시킨 후 상층액인 hexane 층만 분리하여 sodium sulfate를 이용하여 수분과 불순물을 제거 하였다. 이를 N₂(g)를 사용하여 hexane을 완전히 제거 후 이화학적 분석을 통해 재구성 지질의 특성을 살펴보았다.
대두극도경화유(Fully hydrogenated soybean oil: FHSBO)와 아보카도유(avocado oil: AO), 팜유(palm oil: PO)를 이용하여 다양한 기질 비율(FHSBO:AO:PO=1:5:4, 1:4:5, 1:2:7)을 통해 예비 실험을 시행하였다. 이에 근거하여 마가린 stock으로 가장 적합한 것으로 사료된 1:5:4(30:150:120 g) 비율을 이용하여 1 L-stirred batch type reactor에서 12시간 반응하였다. 이때 lipozyme RM IM (Aw≤0.
재구성 지질 내 생성된 TAG와 반응기질과의 비교를 위하여 reversed-phase high performance liquid chromatography(RP-HPLC)분석을 시행하였다. Young-Lin SP930D dual pump(Anyang, Korea)와 Sedex 75 evaporative light scattering detector(ELSD, Sedere, Alfortvill, France)는 40℃, 2.
재구성 지질 및 팜유, 아보카도유의 화학적 특성 분석을 위하여 산가, 요오드가, 비누화가 및 capillary를 통한 melting point를 측정하였다. Table 6에서와 같이 TFMS의 melting point는 팜유의 37.
재구성 지질의 α-, γ-, δ-tocopherol을 HPLC를 통하여 정량 분석하였다.
재구성 지질의 sn-2 및 sn-1,3 위치의 지방산 조성 분석을 위하여 pancreatic lipase(from hog pancreas, Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)에 의한 가수분해 분석을 실행하였다. 약 7 mg의 시료에 1 M Tris-HCl buffer(pH 7.
팜유와 아보카도유를 이용하여 효소적 방법을 통해 trans free margarine stock(TFMS)을 제조하였다. 회분식 반응기(stirred batch type reactor)를 통한 본 반응은 sn-1,3 위치 특이성을 가진 lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei)을 사용하였다.
효소적 반응을 통해 얻은 재구성 지질과 반응 기질의 화학적 특성을 알아보기 위하여 산가, 요오드가 및 비누화가를 AOCS의 방법에 준하여 2회 분석을 통해 결과를 얻었다(18). 한편 유지의 melting point를 측정하기 위하여 AOCS 방법에 준하여 분석을 시행하였다(19).

대상 데이터

North America Inc.(Franklinton, NC, USA)에서 구입 사용하였으며 기기 분석 시 HPLC grade 용매를 사용하였다.
길이 9 cm, 폭 3 cm인 impeller를 장착하여 stirrer motor(MS-3060D, Mtops, Yangju, Gyeonggi, Korea)에 의해 230 rpm으로 유지함으로써 충분히 기질과 효소를 교반하였으며 합성된 재구성 지질은 filter paper를 이용하여 진공 상태에서 효소를 걸렀다(17). 또한 탈산 과정을 통하여 합성 과정 중 발생 가능한 유리 지방산을 제거 후 실험에 사용될 재구성 지질을 획득하였다. 재구성 지질 1g에 1 N phenolphtalein 용액을 지시약으로 2-3 drop을 첨가한 후 0.
본 실험에서는 시중에 유통되고 있는 Q사(Incheon, Korea)의 팜유, M사(Seoul, Korea)의 아보카도유 제품 및 O사(Kyunggi, Korea)의 마가린 제품을 구입하여 사용하였다. 또한 tributyrin(C4:0), tricaprylin(C8:0), trilaurin(C12:0), trimyristin(C14:0), tripalmitin (C16:0), triolein(C18:1), trilinolein(C18:2) 표준 시약은 Sigma-Aldrich Chemical Co.
분리된 hexane층을 얻어 sodium sulfate anhydrous를 통과하여 수분을 제거한 후 gas chromatograph(GC) 분석에 사용되었다. 분석 시 GC(Hewlett-Packard 6890 series, Avondale, PA, USA)에 flame ionized detector(FID)가 장착된 기기를 사용하였다. Carrier gar는 N₂로써 52.
팜유와 아보카도유를 이용하여 효소적 방법을 통해 trans free margarine stock(TFMS)을 제조하였다. 회분식 반응기(stirred batch type reactor)를 통한 본 반응은 sn-1,3 위치 특이성을 가진 lipozyme RM IM(from Rhizomucor miehei)을 사용하였다. 반응 기질 대두극도경화유와 아보카도유 및 팜유는 30:150:120(g)의 비율로 230 rpm, 65℃에서 합성하였으며 이를 통해 이화학적 특성을 분석하였다.

이론/모형

효소적 반응을 통해 얻은 재구성 지질과 반응 기질의 화학적 특성을 알아보기 위하여 산가, 요오드가 및 비누화가를 AOCS의 방법에 준하여 2회 분석을 통해 결과를 얻었다(18). 한편 유지의 melting point를 측정하기 위하여 AOCS 방법에 준하여 분석을 시행하였다(19). 완전히 용해된 시료는 capillary tube(75 mm×1.

성능/효과

γtocopherol이 검출되지 않은 팜유, 아보카도유에 비해 TFMS에서γ-tocopherol이 2.1 mg/100 g 확인된 것을 보아 Lee 등(22)이 보고한 바와 같이 FHSBO에 존재하는 298.2 mg/100 g의 γ-tocopherol 이 반응물에 기여했음을 확인할 수 있었다.
TFMS는 C16:0(약 29%)과 C18:1(약 45%)이 주요 지방산으로 확인되었고 ΣSFA는 40.7%이었으며 trans 지방산은 검출되지 않았다.
8℃에서 결정화 피크를 나타내었다. TFMS는 약 40% 포화 지방산을 함유하고 있음에도 불구하고 팜유와 비교 시 다소 낮은 온도에서의 융점 피크를 확인할 수 있었고, 이에 반하여 결정화 피크는 TFMS의 PN=50(Fig. 2)의 함량이 다소 높음에 따라 위와 같은 결과를 나타낸 것으로 사료된다.
2B). TFMS의 interesterification 반응 전 TAG 조성을 살펴본 결과 TFMS에 반해 PN=52-54 범위에서 peak를 확인할 수 있었다(Fig. 2C). 한편, TFMS는 PN=50 peak의 차지 비율이 반응 전보다 증가하였고, PN=52-54에 속하는 peak 는 나타나지 않았다(Fig.
기질로 사용된 팜유의 지방산 조성 중 C16:0가 44.5%, C18:1은 38.8%로 가장 높은 함량을 나타내었고 아보카도유는 C18:1(58.8%)이 주요 지방산으로 확인되었다(Table 1). 한편 Xu 등(20)이 제시한 sn-1,3(%)=(3TAG-sn-2)/2를 통해 sn-1,3의 지방산 조성을 살펴보았다.
또한 아보카도유는 4.8, 3.1 mg/100 g의 α-, δ-tocopherol이 확인되었다.
6%이며 45℃에서 완전히 녹는 것을 확인하였다. 본 연구에서는 Table 2에 따라 기질의 비율 FHSBO:AO:PO=1:5:4로 합성된 재구성 지질이 마가린 stock으로서 가장 적합할 것이라 사료되었다. 사용된 기질과 최종 생산물인 TFMS의 SFC를 측정 결과 35℃에서 TFMS는 8.
본 연구에서는 Table 2에 따라 기질의 비율 FHSBO:AO:PO=1:5:4로 합성된 재구성 지질이 마가린 stock으로서 가장 적합할 것이라 사료되었다. 사용된 기질과 최종 생산물인 TFMS의 SFC를 측정 결과 35℃에서 TFMS는 8.5%, PO는 11.7%로 나타내었다(Table 3). 위의 결과와 같이 전반적으로 PO와 TFMS의 SFC 함량이 유사하게 나온 것을 확인할 수 있었다.
7%로 나타내었다(Table 3). 위의 결과와 같이 전반적으로 PO와 TFMS의 SFC 함량이 유사하게 나온 것을 확인할 수 있었다. 이는 TFMS 제조 시 기질 비율 중 10%에 해당하는 대두 극도경화유를 첨가함에 따라 보다 고체지로서의 물성에 기여한 것으로 판단된다.
이는 TFMS 제조 시 기질 비율 중 10%에 해당하는 대두 극도경화유를 첨가함에 따라 보다 고체지로서의 물성에 기여한 것으로 판단된다. 이에 따라 본 연구에서 제조한 재구성 지질의 SFC 함량을 분석한 결과 시중에 유통되고 있는 마가린에 반해 높은 함량을 나타내었다. 이는 마가린의 제조 과정 중 유화제, 수분상을 갖기 위한 우유 등의 첨가로 인한 물성 변화에 따라 목적에 적합한 마가린의 제조를 기대할 수 있다.
반응 기질 대두극도경화유와 아보카도유 및 팜유는 30:150:120(g)의 비율로 230 rpm, 65℃에서 합성하였으며 이를 통해 이화학적 특성을 분석하였다. 재구성 지질의 DSC 분석 결과 TFMS의 solid fat content(SFC)는 5℃에서 58.6%, 35℃에서의 약 8.5%로 확인 되었 으며 7.3, 23.6, 35.3℃의 DSC 상의 melting point 특성을 나타내 었다. TFMS는 C16:0(약 29%)과 C18:1(약 45%)이 주요 지방산으로 확인되었고 ΣSFA는 40.
RP-HPLC를 통해 TFMS를 이루고 있는 TAG의 PN을 확인 하였다. 주요적으로 PN=48이 대부분을 차지하였고 PN=46, PN=50으로 분리되었으며 TFMS의 반응 전과 비교 시 차별적인 TAG peak를 확인할 수 있었다. 한편, α-, γ- 및 δ-tocopherol이 각각 5.
최종 생성물인 TFMS은 7.3, 23.6, 35.3℃에서 융점 피크를 나타내었고, −1.3, 15.8℃에서 결정화 피크를 나타내었다.
팜유 분석 결과 trans 지방산은 0.1%로 미량 검출되었으며 이때 포화지방산의 함량은 Müller 등(9)의 연구 보고에서 알려진 바와 같이 약 50%임을 확인하였다(Fig. 1).
팜유와 아보카도유의 PN은 44-50의 범위에 속했으나 다소 차별적인 지방산 조성을 나타내었다. 팜유의 TAG 조성중 대부분이 PN=48이 차지하였으며 나머지 peak는 PN=46, PN=50으로 확인되었다(Fig. 2A). 또한 아보카도유는 PN=48과 PN=46으로 분리되었다(Fig.
한편, α-, γ- 및 δ-tocopherol이 각각 5.7, 2.1, 1.7 mg/100 g을 나타냈으며 산가, 요오드가, 비누화가를 통해 TFMS의 이화학적 특성을 확인할 수 있었다.

후속연구

7 mg/100 g을 나타냈으며 산가, 요오드가, 비누화가를 통해 TFMS의 이화학적 특성을 확인할 수 있었다. TFMS를 통해 마가린 제조 시 물성 변화를 고려 하여 마가린의 적합한 물성을 지닐 수 있을 것이라 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	마가린은 무엇인가?	마가린은 버터의 대용지로서 지방 함량과 제조 목적에 따라 다양한 물성으로 제조되어 상용되고 있다. 버터는 포화 지방산의 함량이 높은 동물성 유지를 사용하는 반면 마가린은 주로 식물성 유지를 이용하여 제조되기 때문에 불포화 지방산의 함량이 높아 상온에서 고체지의 물성을 나타내기 어렵다.
	팜유가 식품 산업에 다양한 분야로 사용되고 있는 이유는?	팜유는 다른 식물유에 비해 포화 지방산의 함량이 많아 높은 융점과 우수한 산화 안정성으로 튀김 또는 고체 유지 제조 시 사용된다. 뿐만 아니라 다량의 vitamin E(tocopherol, tocotrienol), sterol, phospholipid 등을 함유하고 있어 식품 산업에 다양한 분야로 사용되고 있다(12).
	버터는 무엇을 사용하나?	마가린은 버터의 대용지로서 지방 함량과 제조 목적에 따라 다양한 물성으로 제조되어 상용되고 있다. 버터는 포화 지방산의 함량이 높은 동물성 유지를 사용하는 반면 마가린은 주로 식물성 유지를 이용하여 제조되기 때문에 불포화 지방산의 함량이 높아 상온에서 고체지의 물성을 나타내기 어렵다. 이러한 문제점을 보완하기 위해 식물성 유지에 hydrogenation과 interesterification, fractionation 등(1)의 방법으로 고체 또는 반고체 상태로 경화시킬수 있다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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