초록 ▼

III. 연구개발결과

잣기름으로부터 피놀레닌산을 농축하기 위한 방법으로 효소를 이용한 에타놀리시스 반응을 사용하였고, 회분식 반응과 연속식 반응 두 가지 형태로 연구되었다. 먼저 잣 이외의 견과류에서 피놀레닌산을 얻을 수 가능성을 확인하여 잣을 포함하여 다섯 종류의 견과류에서 지방산 조성을 조사해 보았다. 그 결과 잣에서만 피놀레닌산이 검출되어 잣기름만이 최종 시료로 확정 되었다. 에타놀리시스 반응은 효소 선정에서부터 반응 온도, 기질의 몰비율, 효소량, 수분 함량 등의 다양한 변수에서 연구되었으며, 각 변수들에서 피놀

III. 연구개발결과

잣기름으로부터 피놀레닌산을 농축하기 위한 방법으로 효소를 이용한 에타놀리시스 반응을 사용하였고, 회분식 반응과 연속식 반응 두 가지 형태로 연구되었다. 먼저 잣 이외의 견과류에서 피놀레닌산을 얻을 수 가능성을 확인하여 잣을 포함하여 다섯 종류의 견과류에서 지방산 조성을 조사해 보았다. 그 결과 잣에서만 피놀레닌산이 검출되어 잣기름만이 최종 시료로 확정 되었다. 에타놀리시스 반응은 효소 선정에서부터 반응 온도, 기질의 몰비율, 효소량, 수분 함량 등의 다양한 변수에서 연구되었으며, 각 변수들에서 피놀레닌산을 농축하기 위한 최적 조건을 찾고자 하였다. 효소를 선정하기 위해서는 3종의 고정화 효소가 실험 대상이 되었으며, 그 중 Candida antartica에서 추출된 Novozpi 435가 선정되었다. 회분식 반응 시스템에서 피놀레닌산을 농축하는 것은 잣기름과 에탄올을 1:80의 몰비율로 사용하면서 35℃에서 기질량 대비 10%의 효소를 첨가하고 반응물의 수분함량이 250 ppm로 맞춰졌을 때가 최적 조건이었다. 연속식 반응 시스템인 Packed bed reactor (PBR)에서의 최적 조건은 잣기름과 에탄올이 1:75의 몰비율이고, 반응온도 45℃, 반응기에 체류하는 시간이 3분일 때이었다. 연속식 반응의 결과와 회분식 반응의 결과가 유의적 차이를 보이지도 않고 연속식 반응 중에서도 소규모와 대규모 사이에 결과의 유의적 차이가 없었으므로 산업화 측면을 고려하였을 때 연속식 반응 시스템인 Packed bed reactor (PBR)가 보다 효과적인 것으로 판단되었다.
농축된 피놀레닌산을 이용하여 기존의 모노글리세라이드 합성 방법으로 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드를 합성하였고, 대조구로는 올레산을 함유한 모노글리세라이드를 합성하였다. 분별증류기를 이용하여 각 모노글리세라이드를 농축시킨 후 분석 실험을 통하여 두 모노글리세라이드간의 특징들을 비교하였다. 그 결과 유화력은 올레산 함유 모노글리세라이드가 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드에 비하여 높게 나타났지만 유화 안정성 면에서는 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드가 유화제로서의 기능성이 인정되었다.
기존의 모노글리세라이드 합성방법은 240℃ 의 고온에서 이루어지는 반응이므로 효소를 이용하는 반응 시스템을 이용하여 낮은 온도에서 불포화도가 높은 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드를 합성하고자 하였다. 효소를 이용한 합성은 무용매 반응 시스템에서 이루어졌으며, 기질로서 트리글리세라이드 (triglyceride)형태를 이용하는 것 (글리세롤리시스 (glycerolysis) 반응)과 지방산 (fatty acid)의 형태를 이용 (에스테르 (esterification) 반응)하는 두 가지가 시도되었다. 두 유형 중 글리세롤과 지방산을 기질로 사용하는 에스레르 반응이 보다 효과적인 방법인 것을 확인되었다. 효소 선정에 있어서는 두 종류의 고정화 효소와 두 종류의 파우더 형태의 효소들로 평가한 결과 Pemcilliuni cammembertii에서 추출된 Lipase G로 결정되었다. 온도, 지방산과 글리세롤의 몰비율, 수분 함량 및 효소량에 대한 실험도 실시되었다. 그 결과 지방산과 글리세롤은 1:5의 몰비율에서, 20℃의 반응 온도, 600 U/g의 효소 활성, 2%의 수분함량의 조건에서 반응시켰을 때가 최적인 것으로 나타났다. 모노글리세로이드의 함량 및 순도를 높이기 위한 방법으로 진공 시스템을 이용하여 반응물로부터 수분을 조절해 보기로 했다. 총 24시간의 반응시간 중에 초기 4시간 이후부터 1 torr의 진공을 적용하는 것이 고순도 모노글리세라이드 생산을 위한 최적 조건으로 나타났다. 초 고순도 모노글리세라이드 생산을 위하여 저온 저장 실험이 실시되었다. 조사된 온도 범위는 10℃ 부터 -20℃ 까지의 범위였으며, -10℃에서 6일간 저장하는 조건이 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드가 초 고순도로 생산되는 최적 조건인 것으로 나타났다. 이 반응은 기존 모노글리세라이드 생산 공정 중 증류 공정을 생략할 수 있는 획기적인 방법이다.
효소를 이용하는 방법으로 생산된 피놀레닌산을 함유한 초 고순도의 모노글리세라이드를 실제 제품에 적용해 보았다. 대상 가공식품은 마요네즈와 두유이었으며, 유화 안정성에 있어서 기존 상용화 되어 있는 모노글리세라이드와 비교하여 차이를 나타내지 않았다. 상업화된 모노글리세라이드와 본 연구에서 생산한 모노글리세라이드를 혼합하여 사용하였을 경우 마요네즈의 점도와 안정성이 더욱 상승하는 효과를 나타내었다. 한편 두유 역시 기능적 차이뿐 만 아니라 관능적인 측면에 있어서도 우수한 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 생산된 모노글리세라이드는 생리적 기능성뿐 만 아니라 유화기능 역시 우수한 것으로 나타났다.

(출처 : 요약문 6p)

Abstract ▼

IV. Results

Pinolenic acid (PLA) was enriched via lipase-catalyzed ethanolysis from pine nut oil in a batch reaction system and a continuous reaction system (packed bed reactor: PBR) using a commercial immobilized lipase. Fatty acid composition of five edible nuts such as pine nut, walnut, ca

IV. Results

Pinolenic acid (PLA) was enriched via lipase-catalyzed ethanolysis from pine nut oil in a batch reaction system and a continuous reaction system (packed bed reactor: PBR) using a commercial immobilized lipase. Fatty acid composition of five edible nuts such as pine nut, walnut, casunut, almond, and pistachio was investigated. PLA in all nuts except pine nut was not detected. Three immobilized lipases were screened for their abilities to enrich pinolenic acid by ethanolysis. Novozym 435 from Candida antartica was selected for enrichment of pinolenic acid from pine nut oil. Effect of several parameters such as molar ratio (pine nut oil to ethanol), temperature, enzyme loading, and moisture content in a batch reaction system was investigated. Optimal conditions for enrichment of pinolenic acid in a batch reaction system were molar ratio of 1:80 (pine nut oil: ethanol), temperature of 35°C, enzyme loading of 10 wt% (wt% on substrate weight), and moisture content of 250 ppm, respectively. The same type of experiments in a recycling packed bed reactor (PBR) as a continuous reaction system was investigated. Effect of several parameters such as molar ratio (pine nut oil to ethanol), temperature, and residence time in reactor was investigated. Optimal conditions for enrichment of pinolenic acid in PBR system were molar ratio of 1:75 (pine nut oil: ethanol), temperature of 45°C, and 3 min of residence time, respectively. Consequently, pinolenic acid was effectively enriched from pine nut oil by lipase-catalyzed ethanolysis. Moreover, PBR system was more effective than a batch reaction system when recovery yield, saving energy, and industrial aspect were considered.
High purity monoglyceride was produced in a solvent free system from pine nut oil by enzymatic reaction. To synthesize monoglyceride, two different enzymatic reactions namely glycerolysis, and esterification were tested and esterification was more suitable reaction than glycerolysis. Two immobilized lipases and two free type lipase were screened for their ability to produce monoglyceride using glycerol and fatty acids (derived from pine nut oil) as substrates. Lipase G from Penicilliam camembertii, which is a nonspecific lipase, gave the highest activity. Hence, in subsequent trials, Lipase G was employed to catalyze the production of monoglyceride containing PLA residues. Effect of several parameters such as temperature, molar ratio (fatty acid to glycerol), moisture, and enzyme loading was investigated. Optimal conditions for production of monoglyceride in batch reaction system were molar ratio of 1:5 (fatty acid to glycerol), temperature of 20°C, and enzyme loading of 600 U/g (by weight of total substrates), and moisture content of 2%, respectively. Vacuum was applied to control moisture content in reaction mixture. Trials for starting time of vacuum was carried out and optimal condition was after reaction time of 4 h. Effect of degree of vacuum on the esterification between fatty acid and glycerol for production of monoglyceride was investigated. Optimal degree of vacuum was 1 torn Incubation trials for production of high purity monoglyceride were carried out at low temperatures. The temperature ranges tested was between 10 and -20 °C. Optimal incubation conditions were incubation temperature of -10°C, and incubation time of 6 days. Consequently, high purity monoglyceride from pine nut oil was successfully produced by esterification of fatty acids derived from pine nut oil with glycerol using a free type lipase from Penicillium camembertii (Lipase G). The concentration and purity of monoglyceride produced at optimal condition was 88%, and 91%, respectively. In particular, distillation step can be omitted by utilization of technology developed in this study.
The monoglyceride containing PLA was applied to produce two processed foods namely mayonnaise, and soy milk. There was no difference in the emulsion stability between commercial monoglyceride (containing stearic acid) and monoglyceride containing PLA produced from this study. Moreover, synergistic effect in the emulsion stability of mayonnaise was showed when mixed monoglyceride of commercial monoglyceride, and monoglyceride containing PLA was used. There was no significant difference in the sensory evaluation between two soy milks prepared with commercial monoglyceride, and monoglyceride containing PLA. Consequently, monoglyceride containing PLA produced from this study was useful emulsifier to produce emulsion foods namely mayonnaise, and soy milk.

(출처 : SUMMARY 12p)

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 10
• CONTENTS ... 14
• 목차 ... 19
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 24
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 27
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 29
• 제1절 재료 및 방법 ... 29
• 1. 에타놀리시스 (Ethanolysis)를 이용하여 잣기름으로부터 피놀레닌산 (Pinolenic acid) 농축 ... 29
• 가. 에타놀리시스의 회분식 반응 시스템 최적화 ... 29
• (1) 잣을 비롯한 견과류로부터 유지 추출 ... 29
• (2) 회분식 반응기에서의 에타놀리시스 ... 29
• (3) 회분식 에타놀리시스에서의 최적화 조건 조사 ... 30
• 나. 에타놀리시스의 연속식 반응 시스템 최적화 ... 31
• (1) 연속식 반응 시스템 구축 ... 31
• (2) 연속식 반응 시스템 운전 및 연속식 에타놀리시스에서의 최적화 조건 조사 ... 31
• 다. 분석조건 ... 33
• (1) 지방산 분석 ... 33
• (2) 피놀레닌산 에틸에스터 분석 ... 34
• (3) 잣기름 트리글리세라이드 (triglyceride; TAG)의 sn-2 위치에 있는 지방산 조성분석 ... 34
• (4) 잣기름 트리글리세라이드의 sn-1, 2, 3, 위치에 있는 지방산 조성 분석 ... 35
• 2. 모노글리세라이드 (Monoglyceride) 합성 ... 36
• 가. 기존의 방법을 이용한 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 합성 ... 36
• (1)재료 ... 36
• (2) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 제조 및 농축 ... 36
• (가) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 제조 ... 36
• (나) 분자증류기 (Short-Path Distillator)를 사용한 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 농축 ... 37
• (3) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 일반 분석 실험 ... 38
• (가) 산가 측정 ... 38
• (나) 비누화가 (검화가) 측정 ... 38
• (다) 과산화물가 측정 ... 38
• (라) 지방산 분석 ... 39
• (마) 모노글리세라이드 함량 분석 ... 39
• (바) 표면장력과 유화안정성 측정 ... 39
• 나. 잣기름으로부터 효소적 공법을 이용한 고순도 모노글리세라이드 합성 ... 41
• (1) 지방산 제조 ... 41
• (2) 효소를 이용한 모노글리세라이드 합성 ... 42
• (가) 실험실 규모(Lab scale)에서의 모노글리세라이드 합성 ... 42
• (나) 모노글리세라이드의 대량 생산 (Bulk scale) ... 43
• (3) 지방산과 모노글리세라이드, 디글리세라이드의 조성 분석 ... 44
• 3. 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드를 유화제로 이용한 시제품 생산 ... 44
• 가. 마요네즈 시제품 생산 ... 44
• (1) 실험재료 ... 45
• (2) 제조 배합비 및 제조 방법 ... 45
• (3) 유화 안정성 측정 ... 48
• (가) 동결법 ... 48
• (나) 물성평가 ... 48
• 나. 두유 시제품 생산 ... 48
• (1) 실험재료 ... 48
• (2) 제조 배합비 및 제조 방법 ... 49
• (3) 시제품 평가 ... 50
• (가) 차이식별평가 ... 50
• (나) 만족도평가 ... 50
• 제2절 연구결과 ... 51
• 1. 에타놀리시스를 이용하여 잣기름으로부터 피놀레닌산 농축 ... 51
• 가. 에타놀리시스의 회분식 반응 시스템 최적화 ... 51
• (1) 견과류 내 피놀레닌산 함량 비교 ... 51
• (2) 피놀레닌산 농축을 위한 효소 스크리닝 (screening) ... 53
• (3) 피놀레닌산 농축을 위한 잣기름과 에탄올의 몰비율 효과에 대한 조사 ... 55
• (4) 피놀레닌산 농축을 위한 효소량 효과에 대한 조사 ... 58
• (5) 피놀레닌산 농축을 위한 반응온도 효과에 대한 조사 ... 60
• (6) 피놀레닌산 농축을 위한 수분함량 효과에 대한 조사 ... 62
• 나. 에타놀리시스의 연속식 반응 시스템 최적화 ... 64
• (1) 피놀레닌산 농축을 위한 반응온도 효과에 대한 조사 ... 64
• (2) 피놀레닌산 농축을 위한 잣기름과 에탄올의 몰비율 효과에 대한 조사 ... 70
• (3) 피놀레닌산 농축을 위한 기질 정체시간 (기질 주입속도) 효과에 대한 조사 ... 76
• (4) 대용량 (Bulk scale)에서 피놀레닌산 농축의 효율 평가 ... 80
• 2. 모노글리세라이드 합성 ... 81
• 가. 기존의 방법을 이용한 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 합성 ... 81
• (1) 기존의 방법에 의한 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 제조 및 농축 ... 81
• (가) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 제조 ... 81
• (나) 분자증류기 (short-path distillator)를 이용한 모노글리세라이드의 농축 ... 81
• (2) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드의 일반 분석 ... 84
• (가) 표면장력 비교 실험 ... 85
• (나) 유화안정성 비교 실험 ... 86
• 나. 잣기름으로부터 효소적 공법을 이용한 고순도 모노글리세라이드 합성 ... 90
• (1) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 생산을 위한 효소 스크리닝 ... 90
• (2) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 생산을 위한 온도 효과에 대한 조사 ... 95
• (3) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 생산을 위한 기질의 몰비율 효과에 대한 조사 ... 97
• (4) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 생산을 위한 수분함량 효과에 대한 조사 ... 99
• (5) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 생산을 위한 효소량 효과에 대한 조사 ... 101
• (6) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 합성율 증대를 위한 진공 효과에 대한 조사 ... 103
• (가) 진공 적용 시점에 대한 설정 ... 103
• (나) 진공도에 따른 효과 ... 105
• (7) 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드 합성율 증대를 위한 저온 저장 효과에 대한 조사 ... 108
• 3. 피놀레닌산 함유 모노글리세라이드를 유화제로 이용한 시제품 생산 ... 113
• 가. 마요네즈 시제품 생산 ... 113
• (1) 유화 안정성 ... 113
• 나. 두유 시제품 생산 ... 117
• (1) 차이식별 평가 ... 117
• (2) 만족도 평가 ... 118
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 119
• 제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 120
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 122
• 제7장 참고문헌 ... 123
• 끝페이지 ... 127