아마인유로부터 고순도 □-linolenic acid 의 분리정제에 관한 연구

한유리, 홍준기, 이성권, 최청송

서강대학교 화학공학과

A study on the separation and purification of high purity □-linolenic acid from flaxseed oil

Yu-Ri Han, Jun-Kee Hong, 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 □-linolenic acid의 분리를 수행하였으나 요소포접 화합물을 순환시키는 복잡한 과정을 선택, 공정상의 어려운 점을 갖고 있었다. 그 이후 1982년 Haagsma는 대구간 유로부터 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. 본 연구는 아마인유로부터 결정화 방법 및 Ag-complex 방법을 이용하여 □-linolenic acid를 함유하고 있어 고순도의 □-linolenic acid를 대량생산하는 데에는 적합한 원료이다. 먼저 메탄올에 요소를 70℃ 정도에서 완전 용해시킨 후 아마인유 지방산을 상온까지 냉각시키는데 3-4회정도 분할 주입을 수행한다. 이와 같이 지방산들을 분할 주입하는 것은 메탄올 내의 요소분자군의 거동을 제어하여 요소의 자기 조립화를 최대한 억제하여 주므로써 요소의 결정 석출을 방지하게 하였다. 따라서 이러한 방법은 상온까지 냉각과정에서 불필요한 요소의 사용량을 감소시킴으로써 기존의 방법에서의 과다한 요소사용 및 고온에서의 장시간 체류시간으로 인한 산화 안정성 저하를 크게 개선하였다. 또한 기존의 연구에서 불포화지방산 등을 분리정제하는 방법은 사이크로덱스트린(cyclodextrine)을 이용하는 방법[3] 요소포접화합물 방법[4,5,6] 고온으로 증류하는 분자증류법 및 HPLC 방법등이 알려져 있다. 그러나 이러한 방법들은 고가의 장치비를 요구하거나 고온 열처리로 인한 산화 안정성 감소의 문제점이 지적되고 있다.그러므로 본 연구에서는 이러한 요소 분자군 거동을 제어함으로써 palmitic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid 등 원하지 않는 지방산들을 완전하게 제거시킬 수 있을 뿐 아니라, □-linolenic acid의 손실을 최소화시킬 수 있었다. 또한 Ag-complex 방법을 사용하여 보다 고순도의 □-linolenic acid를 분리정제할 수 있었다. 아마인유는 여러 가지 지방산을 함유하고 있는데 그 중에서도 고도불포화지방산을 70%이상 함유하고 있다. □-linolenic acid는 필수 지방산의 일종이며 오메가-3지방산의 parent fatty acid로서 인체에 매우 유익한 지방산이다. □-linolenic acid는 인체에서 효소 반응에 의해 EPA와 DHA의 두 개의 long-chain fatty acid로 전환된다. 유아의 건강한 발달을 위해 섭취가 요구된다는 연구가 보고된 바 있다. 이는 전형적인 서양의 음식에는 linoleic acid의 농도가 높은 반면 오메가-3 계통의 지방산은 낮기 때문에 여러 전문가들은 오메가-6 계통의 지방산을 오메가-3 지방산으로 대체할 것을 요구하고 있다. linoleic acid나 ALA는 모두 필수 지방산으로 인체에 필요한 지방산이나 체내에서 직접 합성될 수 없어 외부로부터 섭취하여야하는 지방산이다. 따라서 이번 연구의 목적은 linoleic acid와 □-linolenic acid를 아마인유로부터 분리 정제해내는 것이다. 그러나 이 두 지방산의 물리화학적 성질이 비슷하여 현재의 냉각결정화 방법에 의하여 고순도와 고수율의 □-linolenic acid를 얻는 것은 어려운 일이다. 이번 연구에서는 빠른 냉각속도로 냉각하여도 지방산의 수회 분할주입에 의해 요소 포접 화합물 형성으로 인하여 요소의 결정 석출 없이 원하는 □-linolenic acid 만을 고순도로 분리정제 할 수 있었다.

고순도 □-linolenic acid

아마인유에는 대략 55% 의 □-linolenic acid를 함유하고 있으며 값도 싸서 고순도 □-linolenic acid의 분리정제에 적합한 원료이다. 이러한 아마인유의 조성은다음과 같다.

fatty acid	composition
Palmitic acid	7.8
Stearic acid	1.2
Oleic acid	18
Linoleic acid	16.5
Linolenic acid	56.5

chart 1. Composition of flaxseed oil

본 연구에서는 고순도의 □-linolenic acid를 분리해 내기 위해 메탄올에 적당량의 요소를 넣고 완전 용해한 후 전환된 아마인유 지방산을 0.2℃/min 의 냉각속도로 상온까지 냉각한다. 그 과정에서 1-4회 분할 주입을 수행한 후 이 혼합액을 여과한다. 혼합액의 용매를 증발시킨 후 물과 헥산을 넣고 소량의 진한 염산을 추가하여 교반 후 하층액을 제거시킨다. 다시 상층액의 용매를 진공 회전 증발기를 이용하여 제거한 후 2차 요소 포접 화합물 형성을 준비한다. 이 때 농축분의 조성은 93.5%를 얻을 수 있다. 메탄올과 요소를 넣고 완전 용해 후 ALA 와 linoleic acid를 분할 주입하여 요소포접 화합물을 형성시킨다. 전과정과 동일한 방법으로 여과후 처리하여 상층부의 기름층을 얻는다. 이 때의 농축분의 조성은 97.3%를 얻을 수 있다. 또한 이렇게 얻어진 고순도 ALA의 순도를 더욱 높이기 위하여 Ag-complex 방법을 이용하였다. 은으로 코팅하여 제조된 100g의 실리카겔을 50g 의 규조토와 혼합하여 컬럼에 충진한 후 30g 의 혼합지방산액( LA : 6.5%, ALA : 93.4% )을 채운다. 그 다음으로 2차 요소포접화합물에 의해 준비된 지방산액을 에테르에 녹인 후 컬럼에 충진한 후 컬럼은 ether에 의해 용출시킨다.

결과

각각의 용출액을 Gas Chromatography로 분석한 결과 99%의 ALA를 얻을 수 있었다.

지방산	분할횟수
	0	1	2	3	4
palmitic	1.0	0.3	-	-	-
stearic	-	-	-	-	-
oleic	5.2	0.3	-	-	-
linoleic	21.5	14.7	9.8	6.5	6.3
linolenic	72.3	83.7	90.2	93.5	93.7

Table 1. 농축 지방산 조성 비교

Figure 1. Struture of urea and UIC

Figure 2. GC data of 99% ALA

참고문헌

1. Schlenk, H. and Holman, R. T., J. Am. Chem. Soc. 72, 5001 (1950)

2. McAdie H.G., Canadian Journal of Chemistry 40, 2195 (1962)

3. Gunstone F., MacLaughlan J., Scromgeour C., Watson A.,  Improved	procedure for the isolation of pure oleic, linoleic and linolenic acid or          their methyl esters form natural sources, J. Sci. Food Agrc., 27,              675-680 (1976)

4. Haagsma, N. van Gent, C. M., Luten J. B  De Jong R.W, Preparation of        an □3 fatty acid concentrate from Cod Liver Oil,  J. Am. Oil. Chem.         Soc., 59, 1214-1216 (1982)

5. Hiromi Hijiya, Masakazu Mitsuhashi, Toshi Miyake, Inclusion compound        of eicosapentaenoic acid and food prcoduct containing the same, US           patent 4831022  (1989)

6. Hulan H.W., Ackman, R. G., Ratnayake, W.M.N., Proudfoot F.G.,                Omega-3 fatty acid levels and performance of boiler chickens fed             redfish meal or redfish oil, Food sci. Technol. Abstract  20, 181, 11S174        (1988)