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천연 식물고체지와 팜스테아린 분별유 혼합물의 Solid Fat Index 및 Triacylglycerol 조성 비교
Comparison of Solid Fat Index and Triacylglycerol Composition of the Blends from Natural Vegetable Fats and Palm Stearin Fraction 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.40 no.10, 2011년, pp.1438 - 1446  

성민혜 (충남대학교 식품공학과) ,  홍순택 (충남대학교 식품공학과) ,  이기택 (충남대학교 식품공학과)

초록
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팜 스테아린을 아세톤을 이용한 분별을 하여 POO와 POP가 많이 함유된 분별유지(PSL)를 얻었다. 분별을 위한 조건으로는 분별온도 $29.3^{\circ}C$, 아세톤과의 비율 1:5.7(w/v), 분별시간은 24시간이었다. 이후 천연 식물고체지들(sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter)과 PSL을 다양한 비율(50:50, 60:40, 65:35, 70:30)로 혼합하여 상용화되고 있는 CBE와 SFI를 비교하였으며, 총 지방산 조성 및 위치별 지방산 조성 분석과 TAG 분자들의 조성과 함량을 알아보았다. GC에 의한 지방산 조성 분석 결과, PSL의 경우 palmitic, oleic 그리고 linoleic acid 순으로 함량이 높았으며, 천연 식물고체지의 경우 대부분 stearic, oleic 그리고 palmitic acid의 순으로 높은 함량을 나타내었다. 또한, sal fat, illipe fat 및 kokum fat의 경우 sn-2 위치에 불포화지방산인 oleic acid가 90% 이상 존재하는 것을 알 수 있었다. TAG 분자들의 PN값은 46~54 사이에 존재하였다. PSL의 경우 PN 48에서 86.53 area%로 가장 높게 나타났으나, 천연 식물고체지들의 경우 대부분 PN 50과 52에서 주로 TAG 분자들이 존재하였다. 천연 식물고체지와 PSL을 다양한 비율로 혼합하였을 때, 대부분의 경우 PSL의 함량이 감소할수록 SFI는 증가하는 경향을 보였다. 특히, sal fat과 혼합하였을 때, CBE와 유사한 SFI를 나타내었다. Sal fat과 PSL의 blending 혼합물의 경우 oleic acid의 함량이 가장 많았고, PSL의 함량이 낮아질수록 palmitic acid의 함량은 감소하였고, stearic acid는 점차 높아지는 경향을 보였다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Palmitoyl-oleoyl-oleoyl (POO) and palmitoyl-oleoyl-palmitoyl triacylglycerol rich fraction (PSL) was obtained from the acetone fractionation of palm stearin. The fatty acid composition (total and positional), tri-acylglycerol species, and solid fat index (SFI) were compared among the blends of natur...

주제어

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제안 방법

  • Injector 온도는 225℃, detector 온도는 285℃로 각각 설정하였으며, split ratio는 200:1로 하였고, 운반 기체는 헬륨을 사용하여 0.7 mL/min으로 유지시켰으며, 1 μL의 시료를 주입하여 지방산 메틸에스테르 분석을 실행하였다.
  • Solid fat index(SFI)를 알아보기 위하여 DSC(model DSC 2010, TA Instruments, New Castle, PA, USA) 분석기기를 사용하였다. PSL과 천연 식물고체지(sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter)를 각각 50:50, 60:40, 65:35, 70:30(천연 식물고체지 : PSL, w/w, total 1 g)의 비율로 1시간 동안 40℃에서 마그네틱 바를 사용하여 충분히 blending 하였다. 이러한 blending oil을 약 6~8 mg을 취하여 분석하였고, calibration을 위한 baseline은 공 시료의 reference cell이었다.
  • Solid fat index(SFI)를 알아보기 위하여 DSC(model DSC 2010, TA Instruments, New Castle, PA, USA) 분석기기를 사용하였다. PSL과 천연 식물고체지(sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter)를 각각 50:50, 60:40, 65:35, 70:30(천연 식물고체지 : PSL, w/w, total 1 g)의 비율로 1시간 동안 40℃에서 마그네틱 바를 사용하여 충분히 blending 하였다.
  • TAG 분자 조성을 알아보기 위하여 RP-HPLC(reversed-phase high performance liquid chromatography) 분석을 실시하였다. 분석에 사용된 검출기는 Yonglin SP 930D dual pump가 장착된 evaporative light scattering detector(ELSD, SEDEX Model 75, Sedere, Alfortvill, France)로 ODS 4 μm(Nova-Pak C18, 150×3.
  • 분석이 시작되면 초기 A와 B의 용매 비율은 80:20(v/v)으로 45분까지 54:46(v/v)으로 변화시킨 뒤 15분간 흘려준 후, 다시 A와 B용매를 65분까지 80:20으로 변화시킨 뒤 70분까지 유지함으로써 분석을 마쳤다. TAG의 분자 형태는 retention time(RT)과 partition number(PN) 사이의 관계식을 통하여 분석하였다(14). ODS 칼럼은 TAG molecule을 탄소 길이와 이중결합 수에 따라 분리하는 특징이 있다(13).
  • 2% CaCl2 용액, sn-1,3 위치에 특이적으로 작용하는 pancreatic lipase를 넣어 준 후 37℃로 설정한 항온수조에 3분간 반응 및 진탕을 2회 수행하고, 2분간 다시 반응 및 진탕을 하였다. 그 후 diethyl ether를 4 mL을 가하여 위층만 분리하여 sodium sulfate를 이용하여 수분을 제거한 후 hexane : diethyl ether : acetic acid(50:50:1, v/v/v)로 전개하는 TLC plate에서 Rf 값이 0.03인 2-monoacylglycerol 부위만 취하여 위에 제시된 방법으로 GC 분석을 수행하였다.
  • 본 실험은 팜 스테아린으로부터 분별되어진 POO와 POP가 많이 함유된 분별유지(palm stearin fractionated liquid part; PSL)와 sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin, shea butter와 같은 천연 식물 고체지를 여러 비율로 혼합하여 초콜릿 가공업계에 널리 사용되는 대표적 CBE와 solid fat index(SFI)를 비교하였으며, 총 지방산 조성 및 위치별 지방산 조성 분석과 TAG분자들의 조성과 함량을 알아보았다.
  • 7 In/min으로 설정하였고, 용매 A(acetonitrile)와 B(iso-propanol : hexane=2:1, v/v)를 사용하여 유속 1 mL/min으로 흘려주었다. 분석이 시작되면 초기 A와 B의 용매 비율은 80:20(v/v)으로 45분까지 54:46(v/v)으로 변화시킨 뒤 15분간 흘려준 후, 다시 A와 B용매를 65분까지 80:20으로 변화시킨 뒤 70분까지 유지함으로써 분석을 마쳤다. TAG의 분자 형태는 retention time(RT)과 partition number(PN) 사이의 관계식을 통하여 분석하였다(14).
  • 실험에 사용된 CBE, PSL, sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat 및 shea butter의 총 지방산 조성을 살펴보았다(Table 1). CBE의 경우 palmitic acid(C16:0)가 35.
  • 위치별(sn-2 및 sn-1,3 위치) 지방산 조성 분석을 위하여 pancreatic lipase에 의한 가수분해를 실시하였다. 시료 7 mg에 7 mL의 1 M Tris-HCl buffer(pH 7.
  • 5 N NaOH 메탄올용액을 넣고 항온수조 100℃에서 5분간 반응시키고 냉각하여 준 후에 2 mL의 10% BF3-메탄올을 넣고 다시 가열시킨 후 냉각하여 주었다. 이에 2 mL의 iso-octane과 1 mL의 포화 NaCl을 넣고 정치한 후, 상층부를 취하여 sodium sulfate를 이용하여 수분을 제거한 후 GC 분석을 하였다. 분석 장치는 gas chromatograph(Hewlett-Packard 6890 series, Avondale, PA, USA)와 flame ionized detector(FID)를 사용하였다.
  • 7(w/v), 분별시간은 24시간이었다. 이후 천연 식물고체지들(sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter)과 PSL을 다양한 비율(50:50, 60:40, 65:35, 70:30)로 혼합하여 상용화되고 있는 CBE와 SFI를 비교하였으며, 총 지방산 조성 및 위치별 지방산 조성 분석과 TAG 분자들의 조성과 함량을 알아보았다. GC에 의한 지방산 조성 분석 결과, PSL의 경우 palmitic, oleic 그리고 linoleic acid 순으로 함량이 높았으며, 천연 식물고체지의 경우 대부분 stearic, oleic 그리고 palmitic acid의 순으로 높은 함량을 나타내었다.
  • 지방산 조성 분석을 위해서 methylation을 한 후 gas chromatography(GC)를 이용하여 분석을 실시하였다. Methylation 방법은 시료 약 25 mg에 1.
  • 칼럼은 SPTM-2560(biscyanopropyl polysiloxane, 100 m×0.25 mm×0.2 μm, film thickness, Bellefonte, PA, USA)을 이용하여 분석하였으며, 온도는 100℃에서 4분간 유지한 후 3℃/min의 비율로 240℃까지 온도를 상승시키고 이후 15분간 유지하였다.
  • 코코아 버터의 TAG 분자들은 특이적으로 75% 이상의 포화-불포화-포화 지방산으로 이루어진 대칭형 구조를 가지고 있으므로, 이러한 TAG를 실험에 사용된 시료들과 비교하기 위하여 RP-HPLC를 이용하여 TAG 분석을 하였다. Fig.
  • 혼합 비율에 따라 다른 경향의 SFI를 나타내었는데 대부분의 경우에 있어서 PSL의 함량이 감소할수록 SFI는 증가하는 경향을 보였다. 특히, Table 4에서 보인 것과 같이 여러 비율로 혼합되어진 팜 스테아린으로부터 분별하여 얻어진 PSL와 sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter의 blending 혼합물들과 기존에 널리 초콜릿 가공에 사용되는 대표적 CBE와 SFI를 비교하였다. CBE의 경우 0℃와 5℃에서 각각 98.
  • 한편, PSL 및 다양한 천연 식물고체지들의 녹는점 온도와 결정화 온도를 DSC로부터 구해진 thermogram으로 살펴보았다(Fig. 2 a와 b). PSL의 융점구간은 -14.

대상 데이터

  • 비교에 사용되는 CBE는 Karlshamm Corp.(Malmo, Sweden) 제품을 사용하였다. TAG의 sn-2위치 지방산 조성을 분석하기 위해 사용된 pancreatic lipase(Type Ⅱ, crude)는 Sigma-Aldrich Chemical Co.
  • 팜스테아린, sal fat, illipe fat, kokum fat, shea stearin fat, shea butter는 CJ Corp.(Seoul, Korea)으로부터 제공받았다. 비교에 사용되는 CBE는 Karlshamm Corp.
  • POO와 POP가 많이 함유된 분별유지(PSL; palm stearin liquid)를 얻기 위하여 팜스테아린으로부터 분별을 하였으며, 분별할 때에 아세톤을 분별용매로 사용하였다. 아세톤 분별법은 전의 실험에서와 같이, 팜스테아린과 아세톤의 비율은 1:5.
  • 분리된 상층의 용매(acetone)는 질소와 60℃의 heating block을 이용하여 완전히 제거하였고, 이때 얻어진 상층의 주된 triacylglycerol(TAG) 조성은 POO와 POP이었다. 따라서 획득된 POO와 POP가 많이 함유된 분별유지(palm stearin fractionated liquid part; PSL)를 이후의 모든 실험에 사용하였다.
  • 이에 2 mL의 iso-octane과 1 mL의 포화 NaCl을 넣고 정치한 후, 상층부를 취하여 sodium sulfate를 이용하여 수분을 제거한 후 GC 분석을 하였다. 분석 장치는 gas chromatograph(Hewlett-Packard 6890 series, Avondale, PA, USA)와 flame ionized detector(FID)를 사용하였다. 칼럼은 SPTM-2560(biscyanopropyl polysiloxane, 100 m×0.
  • 이러한 blending oil을 약 6~8 mg을 취하여 분석하였고, calibration을 위한 baseline은 공 시료의 reference cell이었다. 분석에 사용된 cell은 모두 aluminum pan을 사용하였다. 분석 조건은 80℃에서 10분간 유지한 후 분당 10℃의 비율로 -60까지 냉각하여 10분간 유지시킨 후, 다시 분당 5℃의 비율로 80℃까지 승온하여 thermogram을 얻었다.
  • 분석에 사용된 검출기는 Yonglin SP 930D dual pump가 장착된 evaporative light scattering detector(ELSD, SEDEX Model 75, Sedere, Alfortvill, France)로 ODS 4 μm(Nova-Pak C18, 150×3.9 mm I.d., Waters, Milford, MA) 칼럼이 장착되어 분석이 이루어졌다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
코코아버터란 무엇인가? 코코아버터는 카카오콩에서 얻어지는 천연 유지로써 주로 palmitic acid(C16:0), stearic acid(C18:0) 그리고 oleic acid(C18:1)로 이루어져 있으며, 주요 구성 triacylglycerol(TAG) 분자들은 종과 지역에 따라 차이는 있으나 약 21%의 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol(POP), 약 40%의 1(3)-palmitoyl-3(1)-stearoyl-2-oleoyl glycerol(POS) 그리고 약 27%의 1,3-distearoyl-2-oleoyl glycerol(SOS)로 구성되어져 있다고 알려져 있다(1,2). 이들 TAG 분자들은 특이적으로 포화-불포화-포화 지방산으로 이루어진 대칭형 구조(SUS, saturated-unsaturated-saturated)를 가지고 있으며, 이와 같은 대칭형 구조가 75% 이상 함유되어 있다는 점은 코코아버터가 가지고 있는 특이한 물리적, 화학적 성질과 관련이 깊다고 생각되어진다.
코코아버터를 대체할 수 있는 대체지의 개발이 진행되고 있는 이유는 무엇인가? 코코아버터는 실온 이하에서는 조직감이 단단하지만 좁은 온도 범위(인체온도인 약 35℃ 내외)에서 급속히 융해되는 특징을 갖고 있으며, 산화에 대해 안정하여 초콜릿처럼 장기간 보존되는 식품에 적합하게 이용될 수 있다. 그러나 천연물인 코코아버터는 비교적 고가이고 가격 변동도 크며, 공급에 한계가 있어서 초콜릿 시장의 수요에 충분히 못 미칠 수 있기 때문에 코코아버터를 대체할 수 있는 대체지의 개발이 진행되고 있다(3-5).
triacylglycerol 분자들은 특이적으로 어떤 구조를 가지고 있는가? 코코아버터는 카카오콩에서 얻어지는 천연 유지로써 주로 palmitic acid(C16:0), stearic acid(C18:0) 그리고 oleic acid(C18:1)로 이루어져 있으며, 주요 구성 triacylglycerol(TAG) 분자들은 종과 지역에 따라 차이는 있으나 약 21%의 1,3-dipalmitoyl-2-oleoyl glycerol(POP), 약 40%의 1(3)-palmitoyl-3(1)-stearoyl-2-oleoyl glycerol(POS) 그리고 약 27%의 1,3-distearoyl-2-oleoyl glycerol(SOS)로 구성되어져 있다고 알려져 있다(1,2). 이들 TAG 분자들은 특이적으로 포화-불포화-포화 지방산으로 이루어진 대칭형 구조(SUS, saturated-unsaturated-saturated)를 가지고 있으며, 이와 같은 대칭형 구조가 75% 이상 함유되어 있다는 점은 코코아버터가 가지고 있는 특이한 물리적, 화학적 성질과 관련이 깊다고 생각되어진다. 코코아버터는 실온 이하에서는 조직감이 단단하지만 좁은 온도 범위(인체온도인 약 35℃ 내외)에서 급속히 융해되는 특징을 갖고 있으며, 산화에 대해 안정하여 초콜릿처럼 장기간 보존되는 식품에 적합하게 이용될 수 있다.
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참고문헌 (18)

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  3. Segalla SD, Artzb WE, Raslana DS, Ferraza VP, Takahashia JA. 2005. Analysis of triacylglycerol isomers in malaysian cocoa butter using HPLC-mass spectrometry. Food Res Int 38: 167-174. 

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  5. Lipp M, Simoneau C, Ulberth F, Anklam E, Crews C, Brereton P, Greyt WD, Schwack W, Wiedmaier C. 2001. Composition of genuine cocoa butter and cocoa butter equivalents. J Food Compos Anal 14: 399-408. 

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  7. Chong CL. 1993. Chemical and physical properties of palm oil and palm kernel oil. In Selected Readings on Palm Oil and I ts Uses for Palm Oil Familiarization Programme (POFP) . Organizing Committee of POFP, ed. Palm Oil Research Institute of Malaysia, Kuala Lumpur, Malaysia. p 12-31. 

  8. Undurragaa D, Markovits A, Erazo S. 2001. Cocoa butter equivalent through enzymatic interesterification of palm oil midfraction. Process Biochem 36: 933-939. 

  9. Wang HX, Wu H, Ho CT, Weng XC. 2006. Cocoa butter equivalent from enzymatic interesterification of tea seed oil and fatty acid methyl esters. Food Chem 97: 661-665. 

  10. Sridhar R, Lakshminarayana G, Kaimal TNB. 1991. Modification of selected Indian vegetable fats into cocoa butter substitutes by lipase-catalyzed ester interchange. J Am Oil Chem Soc 68: 726-730. 

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  12. Smith KW. 2001. Cocoa butter and cocoa butter equivalents. In Structured and Modified Lipids. Gunstone FD, ed. Marcel Dekker Ink, New York, NY, USA. p 401-422. 

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  14. Lee KT, Foglia TA. 2001. Fractionation of menhaden oil and partially hydrogenated menhaden oil: characterization of triacylglycerol fractions. J Am Oil Chem Soc 78: 297-303. 

  15. Taguchi H, Watanabe H, Onizawa K, Nagano T, Gotoh N, Yasukawa T, Tsushima R, Shimasaki H, Itakura H. 2000. Double-blind controlled study on the effects of dietary diacylglycerol on postprandial serum and shylomicron triacylglycerol responses in healthy humans. J Am Coll Nutr 19: 789-796. 

  16. White DA, Benet AJ, Billett MA, Salter AM. 1998. The assembly of triacylglycerol-rich lipoproteins: an assential role for the microsomal triacylglycerol tranfer protein. Br J Nutr 80: 219-220. 

  17. Konda H, Hase T, Tokimitsu I. 2003. Digestion and assimilation features of dietary DAG in the rat small intestine. Lipid 38: 25-30. 

  18. Criado M, Hernandez-Martin E, Lopez-Hernandez A, Otero C. 2007. Enzymatic interesterification of extra virgin olive oil with a fully hydrogenated fat: characterization of the reaction and its products. J Am Oil Chem Soc 84: 717-726. 

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