Conjugated Linoleic Acid 합성 및 정제에 관한 연구

홍준기, 김지성, 이성권 최청송

서강대학교 화학공학과

A study on the synthesis and purification

of Conjugated Linoleic Acid

Jun-Kee Hong, Ji-Seong Kim, Seong-Kweon Lee, Cheong-Song Choi

Department of Chemical Engineering, Sogang University

서론

사각형 격자구조를 갖는 요소 분자가 직쇄상 유기화합물과 반응하여 육각형 격자구조를 갖는 요소포접화합물을 형성한다는 사실이 확인된 후 요소의 구조특성 및 형성 메카니즘과 속도론적 연구가 진행되어져 왔다.[1,2] 이러한 요소포접화합물 형성을 이용하여 여러 가지 지방산 혼합물로부터 지방산을 분리하기 위한 연구는 1950년대부터 본격적으로 계속되어져 왔는데, Schlenk는 지방산 혼합물로부터 불포화 지방산을 분리하는 연구를 하였으며 냉각과정에서 너무 낮은 온도까지 낮추거나 또는 매우 빠른 냉각속도를 가질 때 요소포접화합물과 함께 요소가 동시에 결정됨을 지적하였다. 그러나 이에 대한 정량적인 해석을 하지는 못하였다. 1971년 Koori는 종자유로부터 □-linoleic acid의 분리를 수행하였으나 요소포접 화합물을 순환시키는 복잡한 과정을 선택, 공정상의 어려운 점을 가지고 있었다. 그 이후 1982년 Haagsma는 대구간유로부터 전구체의 분리, 농축을 수행하였으나 메탄올에 요소와 시료지방산을 모두 용해시킨 후 높은 온도에서부터 냉각 후 장시간의 요소포접화합물 형성시간을 요하는 단점으로 인해 분리공정의 효율을 증대시킬 수 없었다.[1,2,4] 그러나 본 연구에서는 이러한 기존의 단점을 크게 보완하고 분자수준에서 분자군 거동을 임의로 제어할 수 있는 새로운 요소포접화합물 형성 메카니즘을 제시할 수 있었고 이를 통한 리놀산의 99% 정제를 보다 빠른 시간내에 분리할 수 있는 새로운 공정을 개발하였다. Conjugated Linoleic acid (CLA)는 리놀산의 이중결합 공액체로서 많은 자연식품 중에 존재하며 인체에 매우 유익한 것으로 알려져 있는 지방산이다. 특히 암과 동맥경화 당뇨를 억제하고 체지방을 감소시키는 등의 효과가 있어 미국과 일본 등에서는 이미 분말 형태로 판매되고 있으며 특히 항암효과는 DHA 보다 10배 이상 많은 것으로 발표된 바 있다. 리놀산은 두 개의 이중결합(C9-C10, C12-C13)을 가지는 18개의 탄소로 이루어진 직쇄상 유기화합물이다. CLA는 리놀산의 이중결합 공액 이성체들(conjugated dienoic derivatives)의 혼합물을 뜻하는 acronym이며, 이는 Linoleic acid의 알칼리 이성화에 의하여 화학적으로도 8개의 기하이성질체들 cis9-cis11, cis9-trans11, trans9-cis11, trans9-trans11, cis10-cis12, cis10-trans12, trans12-cis10, trans10-trans12의 octadecadienoic acid를 생성할 수 있다.[1,2,3]

보통 CLA는 불포화지방산인 리놀산이 함유된 홍화씨기름이나 해바라기씨기름을 수산화칼륨과 반응시켜 CLA성분을 만든다. 이과정에서 리놀산의 고순도 분리정제는 CLA의 순도를 보다 높이기 위해서 필요하다. 따라서  본연구에서는 CLA합성법과 그를 위한 고순도의 리놀산 정제에 대해서 언급하겠다.

고순도 Linoleic Acid 정제

옥수수유에는 대략 58%의 리놀산을 포함하고 있고 또한 값도 싸 고순도 리놀산의 분리정제에 적합하다. 옥수수유의 조성은 다음과 같다.

Chart 1. Composition of corn oil

fatty acid	composition
Palmitic acid	9.5
Stearic acid	2.1
Oleic acid	27.0
Linoleic acid	58.4
Linolenic acid	1.14

본연구에서는 고순도의 리놀산을 분리해 내기 위해 리놀산의 지방산 전환과 두차례의 요소포접을 수행하였으며 이를 통해 99%의 리놀산을 분리할 수 있었다.

요소포접을 이용해서 지방산을 분리해 내는 방법에는 요소수용액이나 요소-알코올 용액와 지방산의 혼합용액을 냉각하여 요소가 결정화 되면서 지방산을 포접하는 방법을 이용하였다.

이러한 요소포접화합물법의 첫공정에서는 탄소 수가 적고 이중결합이 없거나 하나인 팔미트산(palmitic acid)과 스테아린산(stearic acid)등을 먼저 포접해 분리해내고 두 번째에는 리놀산 보다 포접이 어려운 리놀렌산(linolenic acid)을 리놀산과 분리하였다. 이렇게 분리정제된 리놀산의 분석은 gas chromatography (HP5890)로 하였으며 그 결과는 그림1에 나타나 있다.

CLA의 합성

CLA합성에는 크게 에칠렌글리콜(ethylene glycol)과 수산화 칼륨(KOH) 그리고 리놀산이 이용된다. 합성에 있어서는 온도의 조절이 중요한데 180℃정도를 유지하는게 중요하다. 그 이하일 경우 반응이 시간내에 완전히 이루어지지 않으며 그 이상일 경우 반응물질이 타 버릴 수 있다. 2□(3-neck)-flask에 1□의 에칠렌 글리콜을 넣고 hot plate에서 가열하기 시작한다. 어느정도 가열되면 250g의 수산화 칼륨을 넣는다. 수산화 칼륨이 에칠렌 글리콜에 다 녹으면 리놀산 500□를 넣는다. 수산화 칼륨이나 리놀산을 주입 할 때 한꺼번에 많이 넣으면 넘칠 염려가 있으므로 조금씩 주입한다. 플라스크에는 mechanical stirrer, themometer, reflux condenser를 부착하고 질소를 주입한다. 혼합물에 질소가 계속 주입되는 환경에서 180 ℃로 1시간 30분 반응 시킨다. 반응이 끝나면 메탄올(MeOH)과 염산(HCl)을 넣어가며 pH를 4에 맞춘다. 그 후 헥산(hexane)과 물을 넣어 투툴시킨 후 5% 염화나트륨(NaCl)수용액으로 washing한 후 3-A molecular sieve 로 헥산층에 남아있는 수분을 제거한다. CLA에 혼합 되어있는 헥산은 증류기에서 날린 후 -20℃에서 보관한다.[2]

결과

연구결과 각 시료(linoleic acid와 CLA)의 조성은 다음과 같다.

chart 2. Composition of linoleic acid

and conjugated linoleic acid

linoleic acid(>99%)		CLA(>99%)
fatty acid	composition	fatty acid	composition
oleic acid	0.3465	oleic acid	0.2095
linoleic acid	98.4576	linoleic acid	0.4790
linoleic acid isomer	1.1959	linoleic acid isomer	0.1386
		c-9,t-11/t-9,t-11	46.6422
		t-10,c-12/c-10,t-12	47.5215
		c-9,t-11/c-10.t-12	1.7521
		t-9,t-11/t-10,t-12	1.3127
		unkown	1.9445

참고문헌

1. Pariza. M. W. and Hargraves. W. A., A beef derived mutagenesis         modulator inhabit initiation of mouse epidermal tumors by               7,12-dimethylbenzanthracene, Carcinogenesis, 6, 591(1985)

2. Ip. C., Chin. S. F., Scimeca. J. A. and Pariza. M. W., Mammary          cancer prevention by conjugated dienoic derivative of linoleic acid,        Cancer Res., 51, 6118(1991)

3. Benzamin. H., Strokson. J. M., Albright. K., and Pariza. M. W.,           TPA mediated introduction of ornithine decarboxylasc activity in        mouse forestomach and its inhibition by conjugated dienoic              derivatives of linoleic acid, FASEB J., 4, 140(1990)

4. Haagsma, N., Van Gent, C. M., de Jong, R. W. and van Doorn, E.,        JAOCS, 99,117 (1982)

5. Bengen, F., German Patent Appl. oz 12438 (1940)

Fig. 1  Gas Chromatography of

Linoleic Acid

Fig. 2  Gas Chromatography of

Conjugated Linoleic Acid