본 연구에서는 광학적으로 순수한 S-(+)-ketoprofen을 얻기 위한 효소적 분할공정을 개발하는 것을 그 내용으로 하고 있다. 결과에 의하면 Candida rugosa 유래의 lipase는 음이온 교환수지에 의해 두 가지 형태의 효소로 분리되었으며 특히 첫 번째 peak의 lipaserk (S)-enantiomer에 대해 선택성이 매우 높은 것으로 나타났다. 온도 pH, 첨가제의 영향에 대해서 조사한 결과 높은 활성을 유지하면서 광학적으로 순수한 (S)-ketoprofen을 얻는 조건을 찾지는 못하였으나, $37^{\circ}C$의 온도에서 선택성이 높았으며 ethylen glyco과 같은 polyalcohol 종류가 첨가될 경우 선택성이 증가한다는 결과를 얻을 수 있었다.
Camellia oil과 palmitic, 그리고 stearic ethyl ester를 기질로 하고 Lipozyme TLIM을 촉매로 이용하여 interesterification을 통한 POS를 많이 함유한 반응물을 합성하고자 하였다. 반응 조건(반응효소비율, 반응시간, 기질의 비율)을 독립변수로 하여 중심 합성 계획에 의한 반응 표면 분석을 통하여 POS의 함량은 높이고, sn-2 position의 acyl migration을 낮추어 합성하는 최적화 조건을 얻었다. POS를 많이 함유한 반응물의 합성 최적화 조건은 반응 효소양($X_1$)= 5.9%, 반응시간($X_2$)= 60 min, 그리고 기질비율($X_3$)= 1:3(1 mole의 camellia oil: 3 mole의 palmitic ethyl ester + 3 mole의 stearic ethyl ester)이었다. 이와 같은 조건으로 획득된 실재 효소반응 합성물의 TAG-P/O/S(palmitic, stearic과 oleic 지방산을 각각 1 분자씩 어느 위치이던지 함유한 TAG, 즉 POS 및 PSO/OSP/OPS/SPO)의 합성율($Y_1$)은 20.19%이었고, 이때 acyl migration 등에 의하여 sn-2 위치에 결합(이동)한 palmitic과 stearic acid의 양(P/S-sn-2)인 $Y_2$는 12.71% 이었다.
Solid fats were esterified with solid phase of rice bran oil (S-RBO), palm stearin (PS), and conjugated linoleic acid (CLA) at 2 substrate mole ratios (S-RBO:PS:CLA of 1:1:2 and 1:3:4). The major fatty acids were palmitic, oleic, and CLA in 36 hr products. The solid fat content (SFC) of the 1:1:2 product was 12.8% while the SFC of 1:3:4 product was 45.1% at $20^{\circ}C$. The SFCs after $20^{\circ}C$ reduced when the reaction time increased from 1 to 36 hr, suggesting that the change of triacylglycerol species was augmented by extending reaction time.
재구성 지방질의 기질로서 사용될 수 있는 중쇄지방산을 함유한 디글리세리드(DG)를 생산하기 위하여 리파제를 사용하여 중쇄지방산과 모노글리세리드(MG)로부터 DG를 생산하는 유기용매를 사용하지 않는 반응 시스템을 고안하였다. 조사된 리파제 중에 Lipozyme RM IM과 Novozym 435만이 중쇄지방산(carpylic acid, caproic acid, capric acid)과 MG로부터 DG를 효과적으로 생산하였다. 고정화 효소인 Lipozyme RM IM을 사용하여 중쇄지방산인 카프릴산과 MG를 반응시킴으로써 DG 생산을 위하여 molecular sieve 첨가에 의한 반응혼합액 중의 수분 제거, 고정화 효소의 수분함량, 반응온도, MG/카프릴산의 몰비율 등의 생산 조건을 최적화하였다. Molecular sieve를 첨가 하였을 때 약 8%의 DG 함량이 증가되었으며 고정화효소(초기 수분함량: 3.8%(w/w))의 수분을 2.8%(w/w) 이상 감소시킴으로써 44%의 DG를 생산할 수 있었다. 최적의 반응 온도는 $60^{\circ}C$로 확인되었으며 $60^{\circ}C$에서 $25^{\circ}C$로의 온도 변화는 FFA의 함량이 증가하여 DG 생산에 적합하지 아니하였다. 조사된 모든 몰비율에서 반응 24시간 후의 DG의 생산량은 40% 전후로 큰 차이를 나타내지 않았으나 화학양론적인 몰비율 1:1(MG/caprylic acid)에서 가장 많은 DG가 생산되었다. 또한 MG와 카프릴산의 몰비율이 0.3에서 1.8로 높아질수록 반응물 중의 FFA의 함량이 34%에서 13%로 감소하였고 MG 함량은 37%에서 50%로 증가하였다.
DAG 합성율이 가장 높은 몰비율을 선정하기 위하여 GMO와 CLA의 몰비율을 1:1, 2:1 그리고 3:1로 하고 Lipozyme TLIM은 기질 질량의 20%를 사용하여 반응하였다. 그 결과 총 DAG의 함량은 1 hr일 때 높게 나타나 몰비율이 1:1, 2:1, 3:1(GMO:CLA)일 경우 각각 42.6, 54.4 그리고 54.6 area%로 나타났고, DAG 함량이 높은 2:1과 3:1의 기질몰비율 조건 중 MAG와 TAG의 함량이 낮았던 2:1 비율을 가장 적합한 비율로 선정하였다. 적합한 몰비율로 선정된 GMO와 CLA의 몰비율 2:1에 효소량을 2%, 5%, 10% 그리고 20%를 사용하여 효소량에 따른 DAG 합성율을 살펴 본 결과, 효소량을 10% 사용하였을 경우, 반응 6 hr에서 56.2 area%의 가장 높은 DAG 함량을 나타내었다. 이어 Lipozyme TLIM을 10% 사용하여 GMO와 CLA의 몰비율 2:1에 molecular sieves를 전체 기질 질량의 10% 사용하여 molecular sieves 첨가의 유, 무에 따른 DAG 합성율을 알아보았다. 그 결과 효소량을 5%를 사용하여 반응하였을 경우 molecular sieves를 첨가하지 않았을 때보다 총 DAG 함량이 약 30%의 증가율을 보였고, 효소량을 10% 사용하였을 경우 23%의 증가율을 보였다. 이상에서 DAG가 가장 많이 합성된 반응조건은 몰비율이 GMO와 CLA가 2:1이고, Lipozyme TLIM과 molecular sieves의 양이 각각 기질 질량의 10%씩 사용되었을 때이었다. 이 반응 조건으로 6 hr 반응하였을 때 최대의 DAG량이 생성되어 그 함량은 69 area%로 나타났으며, 1,3-DAG과 1,2-DAG의 지방산 조성변화를 살펴 본 결과 1,2-DAG의 지방산 조성 중 CLA의 함량은 반응 시간이 지날수록 증가한 반면, 1,3-DAG의 CLA 함량은 1 hr에서 24 hr까지 증가하였다가 72 hr에서 감소함을 보였다.
리파제는 모노, 디, 트리글리세리드 분자 내의 에스테르 결합을 가수분해 시키는 효소로 잘 알려져 있다. 그런데, 이 효소의 기질인 유지는 물에 용해되지 않아 그 반응이 불균일계에서 일어남으로 리파제 반응의 반응속도론적 해석이 곤란하였다. 이러한 성질은 유지공업에서 리파제를 산업적 촉매로 사용하는데 커다란 장해 요인이 되었었다. 그러나, 최근에 이상계, 역미셀계, 미수계와 같이 반응매질로 유기용매를 도입한 효소반응계가 개발됨에 따라 리파제를 이용한 유지의 전환에 대한 관심이 집중하는 추세에 있다. 리파제를 사용하여 유지를 가수분해시킴으로써 지방간을 생산하고자 할 때 효소반응계로 재래식의 에멀젼보다 이상계 또는 역미셀계를 사용하면 생산성, 굳기름의 가수분해 속도, 생성물 분리등의 측면에서 전체 공정의 효율이 향상될 수 있었다. 한편, 미수계에서 리파제는 에멀젼에서는 불가능한 에스테르 교환반응, 글리세리드 합성, aminolysis, thiotransesterification 및 oximolysis 같은 반응을 촉매 할 수 있는 획기적인 특성을 나타냈다. 공업적 측면에서 이 반응계는 물리적 또는 화학적 특성 (특히 융점)이 변형된 유지를 생산하고자 하는 에스테르 교환반응의 효소반응계로 널리 이용되고 있다. 앞으로 유기용매 내에서 효소의 안정성을 확보할 수 있는 수단 및 연속조작이 가능한 효소반응기의 개발에 관한 연구가 계속된다면 이러한 효소공정이 공업적 제조기술로 발전될 수 있을 것이다.
회분식 반응기를 이용해 GMO와 CLA로부터 Lipozyme RMIM의 반응을 통해 DAG 함유 유지를 합성하였다. 합성된 DAG 함유 유지의 조성은 총 DAG의 함량이 61 area%로 나타났으며, MAG, FFA, 그리고 TAG가 각각 30, 3.4 그리고 5.4 area%로 나타났다. 합성된 DAG 함유 유지는 short path distillation을 이용하여 DAG를 분리하였고, DAG를 포함한 증류결과물인 residue부분(DAG oil)의 수율은 46%였다. DAG oil의 조성은 총 DAG 함량이 87.3 area%, MAG와 TAG는 각각 1.5와 6 area%로 나타났으며, FFA는 검출 되지 않았다. DAG oil의 지방산 조성은 oleic acid와 linoleic acid가 각각 54%, 7%로 나타났으며, 특히 반응 기질인 GMO에서는 볼 수 없었던 CLA함량이 31.1%로 나타났다. 또한 불포화도의 척도인 iodine value가 GMO는 82.5인데 반해 DAG oil은 108.8로 증가되었고, 이러한 결과로 효소적 반응을 통해 GMO에 불포화도가 높은 CLA가 결합된 DAG oil이 합성되었음을 알 수 있었다. Short path distillation을 통해 분리된 DAG oil의 황색도 값은 95.5였으나, 탈색 한 후 16.2로 감소하였다. DAG oil의 탈색 전 acid value와 peroxide value는 각각 0.3, 0 이었지만, 탈색 후에는 각각 1.0, 2.57로 다소 증가함을 보였다. SFI(%) 분석 결과 합성한 DAG oil은 $-50^{\circ}C$에서 고체지의 함량이 감소되기 시작하여 $15^{\circ}C$에서 모두 융해되었다. DAG oil은 세 개의 융점 피크를 $-41.2^{\circ}C$, $-25.9^{\circ}C$, $3.8^{\circ}C$에서 나타내었으며, $-17.8^{\circ}C$에서 하나의 결정화 피크를 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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