[논문]효소를 이용한 식용유지의 탈검 공정

윤석후

doi:10.23093/fsi.2018.51.2.100

효소를 이용한 식용유지의 탈검 공정
Enzymatic degumming of edible fats and oils 원문보기

식품과학과 산업 = Food science and industry, v.51 no.2, 2018년, pp.100 - 113

윤석후 (우석대학교 식품생명공학과)

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To obtain an edible grade oil from crude oil extracted from oil-bearing materials, it is generally necessary to carry out a refining process composed with degumming, deacidification, bleaching, and deodorization, to remove undesirable matters which affect the quality and shelf life of oils. The main purpose of degumming is to remove gum material mainly consisted with phospholipids. Phospholipases convert nonhydratable phospholipids into their hydratable forms which can be removed by centrifugation. In comparison with conventional water and acid degumming processes, enzymatic degumming can result the lower phosphatide content in oil than conventional processes. The enzymatic degumming can be conducted with the reduced amount of acid, and contributes to generate less amount of wastewater, decrease of operating cost, and increase oil recovery yield. The phospholipases used in enzymatic degumming process are phospholipase A1, A2, B, and C.

주제어

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문제 정의

유량종자에서 압착이나 용매 추출로 얻은 원유(또는 조유)에서 식용에 적합한 유지를 얻으려면 탈검, 탈산, 탈색, 탈취 등과 같은 일련의 정제 공정이 필요하다. 정제 공정의 목적은 식용유지의 품질(맛, 냄새, 외관 등) 및 저장성에 영향을 미치는 바람직하지 않은 물질을 제거하는 것이다. 원유에는 다양한 물질로 이루어진 검물질이 함유되어 있다.

가설 설정

1) 반응 생성물의 분석 - 공정 운영 시 필수적인 분석이다. PurifinePLase C를 사용할 때는 생성된 DAG를 HPLC로 측정하고, 원유 및 탈검유의 인산에스테르 함량은 ³¹P-NMR로 측정한다.

제안 방법

콩기름 원유에 30 ppm의 Lecitase Ultra를 사용하고 1단계 원심분리하면인함량은 20 ppm 이하가 되는데, 효소 반응은 각각 4개의 구획이 있는 3개의 CSTR 반응기에서 5시간 동안 이루어진다. QuaraLowP를 70℃, pH 4에서 10-40 ppm 첨가하고 유리지방산 함량, ICP에 의한 인함량, 원심분리시험, 유량계에 의한 수율 등과 NMR로 인지방질의 변환을 분석하였다. 공장에서는 효소량 10 ppm을 투여하기 위해서 낮은 속도를 내는 새로운 펌프를 사용하는 것보다는 효소의 조성을 조절하여 기존에 사용하였던 30 ppm 투여용 펌프를 사용하는 것이 경제적이었다(그림 8).
유채기름을 Dahlke가 제안한 것과 매우 유사한 공정으로 처리하였는데 인함량의 감소를 위하여 공정을 최적화하였으나 유지 수율을 최적화하지는 않았다(Dahlke, 1997; Dahlke, 1998). 공장 규모에서 120.5 ppm의 인을 함유한 유채기름을 탈검하기 위하여 유지의 유량, 구연산의 농도, 유량, 체류시간, 반응액의 pH를 4.6-5.1로 유지하기 위한 알칼리 용액의 양, 유지 유량의 40 ppm에 해당하는 효소 용액의 양, 반응 온도와 시간 등을 실험한 결과를 제공하였다. 탈검유는 이후 탈색과 물리적 정제 공정으로 보내진다.
Chakrabarti 등은 2009년에 쌀겨기름을 산으로 전처리하고 알칼리로 완충액으로 만든 후 Lecitase Novo를 최대 110분의 반응한 결과를 발표하였다. 원심 분리로 얻은 탈검유를 2-4%의 탈색토와 0-1%의 활성탄으로 탈색한 후, 탈납을 거쳐 1-3 ppm의 인함량을 갖는 유지를 얻었다. 원심분리 후의 인함량은 보고되지 않았으나 검물질 내의 인지방질의 조성, 물리적 정제 공정으로 얻어진 추가 수율을 기존 공정과 비교하였다.
원심 분리로 얻은 탈검유를 2-4%의 탈색토와 0-1%의 활성탄으로 탈색한 후, 탈납을 거쳐 1-3 ppm의 인함량을 갖는 유지를 얻었다. 원심분리 후의 인함량은 보고되지 않았으나 검물질 내의 인지방질의 조성, 물리적 정제 공정으로 얻어진 추가 수율을 기존 공정과 비교하였다. 탈백 후 다소 높은 인함량과검물질이 30-40%의 유지를 함유하여 효소 반응이 완전히 종료되지 않았음을 시사하였다(Chakrabarti et al.

대상 데이터

내열성이 좋은 효소 용액을 50-75℃로 예열된 기름에 첨가하여 유화액을 만든 후 3-4 시간 동안 반응시키고 원심분리기를 사용하여 기름을 분리하였다. 공정 후 인의 함량은 3 ppm 정도가 되었는데, 인 함량이 높은 유지는 원료로 사용하지 않았고, 유지 내에 NHP가 많으면서 인 함량은 250 ppm 이하인 경우에만 원료로 사용하였다. 당시에는 상업적으로 이용이 불가능하였던 PLase C나 D의 사용은 고려하지 않았으며, 고가의 제한된 양의 효소만을 사용할 수밖에는 없었기 때문에 검물질의 재활용도 제안되었으니 경제성이 입증되지는 않았다.

성능/효과

3) 재고 손실 - 정확한 방법은 아니지만 추출이나 정제 공장에서는 시간 경과에 따른 지방질의 물질 수지를 알 수 있다.
검물질에 남아 있는 유화능은 잔류하는 PI 때문인데, 반응하지 않은 PC가 들어있는 유지와 비교하면 유화능은 감소한 것으로 나타났다. 결과적으로 반응 후 검물질의 유지 함량은 10-20%로 축소되었다. 검물질에 유지 함량이 높다면 효소의 반응 조건과 원심분리 조건을 최적화하여야 한다.
Münch는 2001년에 췌장 PLase A2인 Lecitase 10L과 검물질과 효소를 재활용하는 공정을 5년간 운용하였으며, 효소의 재활용 없이 Lecitase Novo를 이용한 공정을 1년 동안 운용하여 두 가지 운용 결과를 보고하였다. 두 효소 모두 초기 인함량이 100-280 ppm인 유채기름의 인함량을 10 ppm 미만으로 감소시킬 수 있었다. Lecitase Novo로 3 시간 동안 반응시키면 모든 인지방질을리소 형태로 완전히 전환할 수 있었으나 유지 수율에 대한 자료는 보고되지 않았다(Münch, 2001).
상업적으로 사용이 가능한 여러 가지 효소를 사용하여 다양한 조건에서 탈검 실험을 수행한 결과 효소적 탈검으로 인한 유지의 손실은 원유의 인지방질의 양에 비례하지 않는다는 것으로 나타났다. 실제로 유지의 손실은 원유에 존재하는 인지방질의 초기 함량보다 낮게 나타나는데 특히 PLase C를 사용하는 경우에 낮게 나타났다.
2%로 감소하였기 때문이다. 새로운 공정으로 유리지방산 수율은 0.3%, 유지 수율은 0.4% 증가하였는데, 이는 예전 공정과 비교할 때 유리지방산은 75%, 유지는 25%가 증가되었음을 의미한다. 유리지방산은 LPL로부터 생성되는데, 반응 초기에는 인지방질이 리소인지질로 바뀌고 반응 후기에는 LPL이 가수분해 되어 유리지방산이 생성된다(그림 9).
, 2010). 예로써 동백기름 원유를 유전자 조작된 Bacillus cereus로부터 얻은 PLase C를 사용하여 탈검한 결과 인함량이 15.14 ppm인 유지를 98.2% 회수하였다. Lecitase Ultra와 동시에 사용할 경우 유지 회수율의 증가는 없으나 인함량을 6.
3%가 높은데 이는 인지방질이 보다 효율적으로 가수분해 되기 때문이다(표 7). 이 데이터는 두 효소를 40℃에서 반응시켜 얻었는데 두 효소를 최적 온도인 55℃(Lecitase Ultra)와 70℃(QuaraLowP)에서 반응시키면 두 효소의 반응 속도는 크게 증가할 것으로 예상된다. 또한 QuaraLowP는 LPL을 가수분해하여 지방산을 생성하기도 한다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유지의 탈검 공정 중 물을 사용한 공정의 단점은 무엇인가?	유지의 탈검 공정에는 수화 탈검 이외에도 산 탈검, 슈퍼 탈검, 건식 탈검 등이 있다. 물을 사용하는 공정은 탈검 중에 많은 양의 원유가 손실되고, 탈산 공정에서 다량의 알칼리 용액을 사용하게 되어, 이로 인해서 다량의 폐수가 발생하는 단점이 있다. 이러한 단점들을 극복하기 위하여 물리적 정제(physical refining) 공정이 개발되었는데 물리적 공정에는 낮은 인 함량을 갖는 탐검유만이 사용되어야 하므로 이를 생산하기 위하여 효소를 이용한 탈검 공정이 개발되었다(Kim et al.
	수화 탈검이란 무엇인가?	이들은 유지가 수분을 흡수하여 생성된 수화 인지방질이 비유용성으로 변할 때 같이 혼입된 것이다. 따라서 유지를 저장하기 전에 검물질을 수화시켜 수화된 검물질을 제거하면 원유 저장 시 검물질의 침전을 방지할 수 있는데 이러한 공정을 수화 탈검(water degumming)이라고 한다(Segers, 1990).
	식용유지의 정제 공정이 갖는 목적은 무엇인가?	유량종자에서 압착이나 용매 추출로 얻은 원유(또는 조유)에서 식용에 적합한 유지를 얻으려면 탈검, 탈산, 탈색, 탈취 등과 같은 일련의 정제 공정이 필요하다. 정제 공정의 목적은 식용유지의 품질(맛, 냄새, 외관 등) 및 저장성에 영향을 미치는 바람직하지 않은 물질을 제거하는 것이다. 원유에는 다양한 물질로 이루어진 검물질이 함유되어 있다.

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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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