[논문]반응표면분석법에 의한 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Oleoyl Glycerol과 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Palmitoyl Glycerol의 아세톤 분별 공정 최적화

신정아; 성민혜; 이선모; 손정매; 이정희; 홍순택; 이기택

doi:10.3746/jkfn.2011.40.7.975

반응표면분석법에 의한 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Oleoyl Glycerol과 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Palmitoyl Glycerol의 아세톤 분별 공정 최적화
Optimization of Acetone-Fractionation for 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Oleoyl Glycerol and 1-Palmitoyl-2-Oleoyl-3-Palmitoyl Glycerol by Response Surface Methodology 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.40 no.7, 2011년, pp.975 - 980

신정아 (충남대학교 식품공학과) , 성민혜 (충남대학교 식품공학과) , 이선모 (충남대학교 식품공학과) , 손정매 (충남대학교 식품공학과) , 이정희 (충남대학교 식품공학과) , 홍순택 (충남대학교 식품공학과) , 이기택 (충남대학교 식품공학과)

초록
AI-Helper

팜 스테아린으로부터 분별온도($X_1$=25, 30, $35^{\circ}C$)와 팜 스테아린에 대한 아세톤의 비율($X_2$=1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 요인 변수로 하여 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 이용하여 최적화한 POP purity($Y_1$, %), POO purity($Y_2$, %), POO+POP의 content($Y_3$, g)의 조건을 살펴보았다. $Y_1$, $Y_2$, $Y_3$의 종속요인들을 모두 최대화하면서 순도를 가장 높일 수 있는 분별조건을 예측한 결과, 분별온도 $29.3^{\circ}C$에서 팜 스테아린에 대한 사용 아세톤의 비율이 1:5.7일 경우 60.9%의 POP와 23.8%의 POO를 함유한 POO와 POP 분별유를 4 g의 팜 스테아린에서 3.0 g(75% 수율)의 획득을 예측할 수 있었다. POO와 POP의 순도를 높이면서 함량을 높이는 최적화 조건의 검증을 위하여 반복실험을 수행한 결과, POP purity와 POO purity, POO+POP의 content는 각각 60.18%, 24.10%, 74.38%(2.97 g)로, 반복 실험 간에 유의적인 차이가 없음을 확인하였다. 이렇게 얻어진 POO와 POP 함량 및 순도가 높은 유지는 앞으로 CBE의 주된 대칭형 TAG(POS와 SOS) 합성에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

1-Palmitoyl-2-oleoyl-3-oleoyl glycerol (POO) and 1-palmitoyl-2-oleoyl-3-palmitoyl glycerol (POP) were enriched from palm stearin using an acetone fractionation process. Response surface methodology was employed to optimize the purity of POO ($Y_1$, %) and POP ($Y_2$, %) along with POO+POP content ($Y_3$, g) based on independent variables such as fractionation temperature ($X_1$, 25, 30, and $35^{\circ}C$) and the ratio of palm stearin to acetone ($X_2$, 1:3, 1:6 and 1:9, w/v). Fractionation conditions were optimized to maximize $Y_1$, $Y_2$, and $Y_3$, in which fractionation temperature was $29.3^{\circ}C$ with a 1:5.7 acetone ratio. With such parameters, 60.9% of POP and 23.8% of POO purity were expected with a 75% yield (3.0 g) of POO and POP.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

본 실험은 POO와 POP의 TAG 함량이 비교적 높은 팜스테아린을 이용하여 POO와 POP의 순도(purity, %) 및 POO와 POP의 함량(POO＋POP content, g)을 최대로 높일 수 있는 분별조건을 최적화하고자 하였다. 이렇게 얻어진 POO와 POP 함량이 높은 유지는 앞으로 CBE의 주된 대칭형 TAG(POS와 SOS) 합성에 이용될 수 있다.

제안 방법

TAG species들의 분리(POP purity, POO purity)를 위하여 ODS 4 μm(Nova-Pak C18, 150×3.9 mm i.d., Waters, Milford, MA, USA) 칼럼을 사용하였다.
시료는 20 μL loop가 장착된 injector에서 1 mg/mL의 농도가 되도록 chloroform에 녹여 20 μL를 주입하였다. TAG의 species는 retention time(RT)과 partition number(PN) 사이의 관계식을 통하여 분석하였다(16,17).
독립변수에 따른 종속변수인 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)에 대한 실험설계는 10개의 설정된 실험을 통하여 수행하였다. 각 실험을 수행한 후, 반응 요인인 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)는 Table 2에 나타내었다.
코코아버터 대용지를 합성하기 위하여 팜 스테아린에서 PPP(tripalmitin)의 함량을 줄이고 POO와 POP의 순도 및 함량을 높여야 sn-2 위치에 oleic acid(O, C18:1)의 함량이 높은 대칭형 TAG의 합성이 수월하다. 따라서 POO와 POP의 순도 및 함량을 최대화하기 위한 분별온도와 아세톤 비율을 반응표면분석법을 이용하여 최적화 하였다. 최적화 조건을 검증하기 위하여 최적화 조건인 분별온도 29.
분별온도와 아세톤 비율에 따른 POP purity(Y₁), POO purity(Y₂) 및 POO＋POP content(Y₃)에 대한 prediction plot을 살펴보았다(Fig. 1). 분별온도에 따른 Y₁과 Y₂의 경우, 30^oC 내외에서 순도가 증가하다가 35^oC로 온도가 증가할수록 점차로 낮아지는 경향을 보였다.
이렇게 얻어진 POO와 POP 함량이 높은 유지는 앞으로 CBE의 주된 대칭형 TAG(POS와 SOS) 합성에 이용될 수 있다. 분별은 아세톤을 이용하였고, 이때 분별온도(25, 30, 35℃)와 팜 스테아린에 대한 아세톤의 사용비율(1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 요인변수로 하여 중심합성계획에 의한 반응표면분석법을 이용하여 POO와 POP의 순도 및 함량을 최적화하였다.
스테아린의 분별에 따른 TAG species 변화를 분석하기 위하여 ODS(Octadecyl, C18) 칼럼이 장착된 RP-HPLC분석을 실시하였다. 일반적으로 ODS 칼럼은 TAG molecule을 탄소 길이와 이중결합 수에 따라 분리하는 특징이 있다(16).
팜 스테아린으로부터 POO＋POP의 함량을 최적화하기 위하여, 반응표면 분석법을 사용하여 최적의 분별온도와 용매 비율(팜 스테아린:아세톤, w/v)을 선정하였다. 실험계획은 중심합성계획(central composite design)을 통하여 독립변수(independent variables)가 종속변수(dependent variables)에 영향력을 미치는 구간을 설정하여 3단계로 부호화하였다. 중심합성실험계획으로 독립변수에 분별 온도(X1=25, 30, 35℃), 팜 스테아린에 대한 아세톤의 비율(X₂=1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 설정하였고, 이러한 독립변수들을 -1, 0, 1로 부호화하여 10개의 실험점을 설정하여 실험을 수행하였다(Table 1).
이때 얻어진 액상 분획물(아세톤을 날린 유지)의 무게를 측정하여 POO＋POP의 함량(g)을 구하였다. 얻어진 두 분획물은 reversed-phase HPLC 분석을 통하여 각 분별조건에 따른 TAG 조성 변화를 분석하여 POP purity(%)와 POO purity(%)를 구하였다.
팜 스테아린(4 g)을 각 아세톤의 비율별(1:3, 1:6, 1:9, w/v)로 혼합하여 50 mL vial에 취하였다. 유지를 아세톤에 완전히 녹인 후, 각 분획온도(25, 30, 35℃)가 설정된 incubator에서 24시간 동안 방치하였다. 다음 여과지를 이용한 분별깔대기를 사용하여 결정이 된 고체지와 아세톤에 녹아져 있는 유지들을 분리한 후, 질소(N₂)로 용매를 각각 완전히 제거하였다.
중심합성실험계획으로 독립변수에 분별 온도(X1=25, 30, 35℃), 팜 스테아린에 대한 아세톤의 비율(X₂=1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 설정하였고, 이러한 독립변수들을 -1, 0, 1로 부호화하여 10개의 실험점을 설정하여 실험을 수행하였다(Table 1). 이때 각각의 반응 요인들은 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)를 종속변수로 하여 실험을 설계하였다. 이 종속변수를 만족시키는 최적조건 및 반응표면 그래프를 그리기 위하여 Modde Software(Modde version 5.
다음 여과지를 이용한 분별깔대기를 사용하여 결정이 된 고체지와 아세톤에 녹아져 있는 유지들을 분리한 후, 질소(N₂)로 용매를 각각 완전히 제거하였다. 이때 얻어진 액상 분획물(아세톤을 날린 유지)의 무게를 측정하여 POO＋POP의 함량(g)을 구하였다. 얻어진 두 분획물은 reversed-phase HPLC 분석을 통하여 각 분별조건에 따른 TAG 조성 변화를 분석하여 POP purity(%)와 POO purity(%)를 구하였다.
실험계획은 중심합성계획(central composite design)을 통하여 독립변수(independent variables)가 종속변수(dependent variables)에 영향력을 미치는 구간을 설정하여 3단계로 부호화하였다. 중심합성실험계획으로 독립변수에 분별 온도(X1=25, 30, 35℃), 팜 스테아린에 대한 아세톤의 비율(X₂=1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 설정하였고, 이러한 독립변수들을 -1, 0, 1로 부호화하여 10개의 실험점을 설정하여 실험을 수행하였다(Table 1). 이때 각각의 반응 요인들은 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)를 종속변수로 하여 실험을 설계하였다.
팜 스테아린으로부터 POO＋POP의 함량을 최적화하기 위하여, 반응표면 분석법을 사용하여 최적의 분별온도와 용매 비율(팜 스테아린:아세톤, w/v)을 선정하였다. 실험계획은 중심합성계획(central composite design)을 통하여 독립변수(independent variables)가 종속변수(dependent variables)에 영향력을 미치는 구간을 설정하여 3단계로 부호화하였다.
팜 스테아린으로부터 분별온도(X₁=25, 30, 35^oC)와 팜 스테아린에 대한 아세톤의 비율(X₂=1:3, 1:6, 1:9, w/v)을 요인 변수로 하여 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 이용하여 최적화한 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)의 조건을 살펴보았다. Y₁, Y₂, Y₃의 종속요인들을 모두 최대화하면서 순도를 가장 높일 수 있는 분별조건을 예측한 결과, 분별온도 29.
팜 스테아린을 기질로 하여 온도(X₁=25, 30, 35^oC)와 팜 스테아린에 아세톤의 비율(X₂=1:3, 1:6, 1:9)을 요인변수로하여 중심합성계획에 의한 반응표면분석을 이용하여 최적화 된 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)의 조건을 살펴보았다. 우선, Y₁을 최대화하기 위한 조건의 경우 온도는 28.

대상 데이터

POO와 POP의 함량을 최적화하기 위하여 사용된 팜 스테아린(palm stearin)은 CJ Corp.(Seoul, Korea)으로부터 제공받았다. 분별과정에 사용된 아세톤은 고순도이었으며, HPLC분석에 사용된 용매들은 HPLC grade로써 분석용 특급 시약이었다.
, Waters, Milford, MA, USA) 칼럼을 사용하였다. 분석에 사용된 검출기는 dual pump(SP 930D, Young-Lin Instrument Co., Ltd., Anyang, Korea)가 장착된 evaporative light scattering detector(ZAM 3000 ELSD, Young-Lin Instrument Co., Ltd.)이었다. 분석을 위한 ELSD의 설정 온도는 55℃이었으며, 분무는 N₂ 가스에 의해 이루어지며 1.

데이터처리

는 교호작용의 계수를 의미하여, ε는 나머지를 나타낸다. 독립변수에 의해 영향 받는 종속변수(Y_n)는 Modde Software(Modde version 5.0, Umetrics)를 이용하여 자료를 분석하였다. 최적화 반응의 유의성 검증을 위하여 Student's t-test를 SAS Statistics Software(Version 8.
최적화 반응의 유의성 검증을 위하여 Student's t-test를 SAS Statistics Software(Version 8.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 자료를 분석하였다(18).

이론/모형

이때 각각의 반응 요인들은 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)를 종속변수로 하여 실험을 설계하였다. 이 종속변수를 만족시키는 최적조건 및 반응표면 그래프를 그리기 위하여 Modde Software(Modde version 5.0, Umetrics, Umea, Sweden)를 사용하였다.

성능/효과

0 g(75% 수율)의 획득을 예측할 수 있었다. POO와 POP의 순도를 높이면서 함량을 높이는 최적화 조건의 검증을 위하여 반복실험을 수행한 결과, POP purity와 POO purity, POO＋POP의 content는 각각 60.18%, 24.10%, 74.38%(2.97 g)로, 반복 실험 간에 유의적인 차이가 없음을 확인하였다. 이렇게 얻어진 POO와 POP 함량 및 순도가 높은 유지는 앞으로 CBE의 주된 대칭형 TAG(POS와 SOS) 합성에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
2에서는 분별에 사용되는 아세톤 비율과 분별온도에 따른 POO purity, POP purity와 POO＋POP content 관계를 contour plot으로 나타내었다. POP purity는 1:5.5～1:6.3의 아세톤 비율이 29～30^oC의 분별온도에서 최대값을 보였고, POO purity의 경우 아세톤 비율과 분별온도가 감소할수록 순도가 증가하였다. 한편, 아세톤 비율과 분별온도가 증가할수록 POO＋POP content는 증가하였다(Fig.
97 g)이었다. POP purity와 POO purity, POO＋POP의 content의 예측된 최적화 조건에서의 결과와 반복 실험 간에 t-test 검정을 수행한 결과 유의적인 차이가 없음을 확인함으로써 최적화 조건을 검증하였다. 또한, 최적화한 후 얻어진 POO＋POP rich fraction과 기질인 팜 스테아린의 TAG profile을 분석한 결과를 Fig.
, g)의 조건을 살펴보았다. Y₁, Y₂, Y₃의 종속요인들을 모두 최대화하면서 순도를 가장 높일 수 있는 분별조건을 예측한 결과, 분별온도 29.3^oC에서 팜 스테아린에 대한 사용 아세톤의 비율이 1:5.7일 경우 60.9%의 POP와 23.8%의 POO를 함유한 POO와 POP 분별유를 4 g의 팜 스테아린에서 3.0 g(75% 수율)의 획득을 예측할 수 있었다. POO와 POP의 순도를 높이면서 함량을 높이는 최적화 조건의 검증을 위하여 반복실험을 수행한 결과, POP purity와 POO purity, POO＋POP의 content는 각각 60.
947로 5% 이내의 유의수준에서 인정되었다(Table 4). Y₂의 경우, lack of fit의 p값이 0.462이므로 모형이 적합한 것을 알 수 있었으며, Y₂에 대한 회귀식의 R²도 0.961로써 5% 이내의 유의수준에서 인정되는 적합한 모형임을 확인하였다. Y₃의 경우, lack of fit의 p값이 0.
6 g이었으며, 수율(POO＋ POP content)은 약 90%로 예측되었다. 따라서 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)의 종속요인들을 모두 최대화하고 POP purity(Y₁, %)의 순도를 가장 높일 수 있는 분별조건을 예측한 결과, 분별온도 29.3^oC에서 팜 스테아린에 대한 사용 아세톤의 비율이 1:5.7일 경우 60.9%의 POP와 23.8%의 POO를 함유한 POO와 POP 분별유를 4 g의 팜 스테아린에서 3.0 g(75% 수율)의 획득을 예측할 수 있었다.
27% 의 범위를 가지고 있었으며, 이중에서 25℃의 분별온도와 1:3의 아세톤 비율에서 POO의 순도가 가장 높았다. 실제 얻어지는 POO와 POP의 무게수율인 Y₃은 2.82～3.56 g의 범위이었으며, 약 70.5～89.0 wt%의 수율을 나타내었다. 그중에서 35^oC의 분별온도와 1:9의 아세톤 비율에서 높은 수율을 나타내었다.
따라서 분별온도가 높아짐에 따라 POO와 POP의 아세톤에 대한 용해도가 높아져서 순도는 낮아지고 수율은 높아지는 결과를 초래한 것으로 사료되었다(20). 아세톤 비율에 따른 Y₁과 Y₂의 경우, 아세톤 비율이 증가할수록 크게 영향을 받지 않는 것으로 확인되어 분별에 사용되는 아세톤의 비율은 POP 및 POO의 순도에 크게 영향을 주지 않는 것으로 나타났다(Fig. 1). 반면에 Y₃의 경우 아세톤의 비율이 증가할수록 다소 증가하는 경향을 보였다.
이 들의 순도뿐만 아니라 수율도 고려할 경우 Y₃을 최대화하기 위한 조건은 온도는 35^oC이었고, 팜 스테아린에 대한 아세톤의 사용비율은 1:9이었다. 이때의 POO와 POP의 예측 회수양은 팜 스테아린 4 g으로부터 3.6 g이었으며, 수율(POO＋ POP content)은 약 90%로 예측되었다. 따라서 POP purity(Y₁, %), POO purity(Y₂, %), POO＋POP의 content(Y₃, g)의 종속요인들을 모두 최대화하고 POP purity(Y₁, %)의 순도를 가장 높일 수 있는 분별조건을 예측한 결과, 분별온도 29.
반면에, Y₃은 온도가 높아질수록 점차로 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 분별온도가 증가할수록 점차로 낮아지는 경향을 보이는 POP purity와 POO purity와는 상반된 결과를 나타내었다. 따라서 분별온도가 높아짐에 따라 POO와 POP의 아세톤에 대한 용해도가 높아져서 순도는 낮아지고 수율은 높아지는 결과를 초래한 것으로 사료되었다(20).
1%)들의 TAG 조성이 분별 후에 PPP가 제거되었음을 확인하였다. 이렇게 합성된 POO＋POP rich fraction은 코코아버터 대용지 합성을 위한 기질로 적합할 것으로 사료되었다.
Y₃(POO＋POP content, g)의 경우, X₁은 5% 이내에서 유의적인 영향을 미치는 것으로 나타났으나, 이를 제외한 X₁의 이차항과 X₂, X₂의 이차항, 상호항은 유의하지 않은 것으로 나타났다. 이로서, POP purity와 POO purity, POO＋POP content에 대하여 분별온도(X₁)가 분별 용매인 아세톤의 비율(X₂)보다 더 유의적으로 영향을 줌을 확인하였다.
따라서 POO와 POP의 순도 및 함량을 최대화하기 위한 분별온도와 아세톤 비율을 반응표면분석법을 이용하여 최적화 하였다. 최적화 조건을 검증하기 위하여 최적화 조건인 분별온도 29.3^oC와 팜스테아린과 아세톤의 비율이 1:5.7이 되도록 반복 실험을 수행한 결과, POP purity와 POO purity, POO＋POP의 content는 각각 60.18%, 24.10%, 74.38%(2.97 g)이었다. POP purity와 POO purity, POO＋POP의 content의 예측된 최적화 조건에서의 결과와 반복 실험 간에 t-test 검정을 수행한 결과 유의적인 차이가 없음을 확인함으로써 최적화 조건을 검증하였다.
3에 제시하였다. 팜 스테아린에 존재하는 POO(15.6%)와 POP(50.0%), PPP(22.1%), PLP(4.3%), PLO(2.9%), POS(3.0%), PPS(2.1%)들의 TAG 조성이 분별 후에 PPP가 제거되었음을 확인하였다. 이렇게 합성된 POO＋POP rich fraction은 코코아버터 대용지 합성을 위한 기질로 적합할 것으로 사료되었다.

후속연구

97 g)로, 반복 실험 간에 유의적인 차이가 없음을 확인하였다. 이렇게 얻어진 POO와 POP 함량 및 순도가 높은 유지는 앞으로 CBE의 주된 대칭형 TAG(POS와 SOS) 합성에 이용될 수 있을 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	코코아 버터는 어디에서 얻어지는가?	코코아 버터(cocoa butter, CB)는 카카오(Theobroma cacao)의 과실 속 종자(카카오콩)에서 얻어지며, 초콜릿류, 화장품류, 제과류 등에서 주원료로 사용되고 있는 고가의 유용한 유지자원이다(1,2). 기계적인 압착에 의해 얻어지는 코코아버터는 20oC 이하에서는 고체상태로 존재하다가, 20～30oC에서 녹기 시작하여 35oC 이상에서는 급격히 용해되는 특성 때문에, 입안에서 부드럽게 녹는 느낌과 더불어 시원한 청량감을 주어 고가의 초콜릿 제조에 이용되고 있다(3).
	코코아 버터가 급격히 용해되는 특성을 가진 이유는?	기계적인 압착에 의해 얻어지는 코코아버터는 20oC 이하에서는 고체상태로 존재하다가, 20～30oC에서 녹기 시작하여 35oC 이상에서는 급격히 용해되는 특성 때문에, 입안에서 부드럽게 녹는 느낌과 더불어 시원한 청량감을 주어 고가의 초콜릿 제조에 이용되고 있다(3). 이러한 용해 특성은 코코아버터를 구성하고 있는 주요 triacylglycerol(TAG)이 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol(POP), 1(3)-palmitoyl-3(1)-stearoyl-2-oleoyl glycerol(POS), 1,3-distearoyl-2-oleoyl glycerol(SOS)과 같은 포화-불포화-포화 형태의 대칭형 TAG를 70% 이상 함유하고 있기 때문이다(4). 유지는 사용목적에 따라 원래의 구성 TAG 조성과는 다르게 재조합하여 상업적인 용도로 이용할 수 있다.
	코코아 버터는 어떻게 쓰이고 있는가?	코코아 버터(cocoa butter, CB)는 카카오(Theobroma cacao)의 과실 속 종자(카카오콩)에서 얻어지며, 초콜릿류, 화장품류, 제과류 등에서 주원료로 사용되고 있는 고가의 유용한 유지자원이다(1,2). 기계적인 압착에 의해 얻어지는 코코아버터는 20oC 이하에서는 고체상태로 존재하다가, 20～30oC에서 녹기 시작하여 35oC 이상에서는 급격히 용해되는 특성 때문에, 입안에서 부드럽게 녹는 느낌과 더불어 시원한 청량감을 주어 고가의 초콜릿 제조에 이용되고 있다(3).

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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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