1. 트리아실글리세롤
글리세린에 포함된 3개의 히드록시기에 지방산 3분자가 에스테르 결합한 것이다. 식용유지의 대부분(보통 99% 이상)이 트리아실글리세롤로 구성되어 있다. 음식물로서 섭취하는 지방질의 95% 이상은 트리아실글리세롤이다. 결합하고 있는 지방산의 수에 따라 mono, di, triacylglycerol이라고 부른다. 따라서 트리아실글리세롤 1분자는 glycerol에 3분자의 지방산이 ester 결합한 것으로 중성지방질이다.
트리아실글리세롤에는 구성 지방산의 종류나 이들의 결합위치에 따라 많은 분자 종이 있고, 다른 물리화학적 성질을 나타낸다. Glycerol의 탄소는 위에서 1, 2, 3 또는 α, β, α' 위치라 이름이 붙여진다. Acyl기 R1, R2 및 R3이 동일한 경우도 있지만 여러 가지 혼합된 경우도 있으며, 각각 단순 트리아실글리세롤, 혼합 트리아실글리세롤이라고 부른다.
그러나 천연 유지에서는 단순 트리아실글리세롤의 함량은 비교적 적고 대부분이 혼합형이다. 트리아실글리세롤은 저온에서는 결정화되기 쉽고, 그 때의 구조는 glycerol 2번 탄소에 붙은 R2가 R1, R3와 반대측에 위치한다고 생각되고 있다. 동식물계에 널리 분포하며, 동물에서는 주로 지방세포에 축적되고 식물에서는 종자나 과육에 축적한다. 미생물에 축적되는 것도 있다. 동물지의 구성 지방산은 포화지방산이 많고 소위 고형지이지만, 식물유에서는 불포화지방산이 풍부한 것이 많다. 카카오기름, 야자기름 등을 제외하고 대부분 상온에서 액체이다. 동식물기원에 관계하지 않고 트리아실글리세롤은 중요한 식품성분이고 췌장 lipase에 의해 소화, 흡수된다. 모노아실글리세롤과 디아실글리세롤은 대사중간산물로서 정상적인 경우 소량으로 존재한다.
트리아실글리세롤은 전하를 띄지 않아 중성지방(neutral fat)으로 불리며, 대부분의 분자는 다양한 길이를 가진 불포화지방산이나 포화지방산 또는 이들의 복합체를 포함한다. 실온에서 고체인 것을 지방(fat)이라 하며, 이것은 많은 양의 포화지방산을 함유하고 있다. 포화지방산은 이중결합을 가지지 않는다. 기름(oil)은 불포화지방산의 함량이 높아 실온에서 액체이며, 불포화지방산은 이중결합을 가진다. 동물에서 트리아실글리세롤은 몇 가지 역할을 하는데, 지방산을 저장하고 운반하는 역할이 첫 번째이다. 트리아실글리세롤은 글리코겐보다 더 효율적인 에너지원이다.
그 이유는 다음과 같다. 트리아실글리세롤은 소수성이기 때문에 치밀하게 뭉치고 세포 안에서 무수과립을 형성한다. 지방조직에 있는 특수한 형태의 세포인 지방세포는 트리아실글리세롤을 저장한다. 글리코겐은 상당한 양의 물과 결합하기 때문에 동등한 에너지를 내는데 트리아실글리세롤의 18배에 해당하는 용적이 저장되어야 한다. 이것은 트리아실글리세롤이 글리코겐에 비해 훨씬 효율적인 에너지원임을 가리킨다. 또한 트리아실글리세롤 분자는 탄수화물보다 덜 산화된다.
2. 트리아실글리세롤 구성성분
1) 글리세롤 [glycerol]
C3H5(OH)3의 분자식을 가진 지방족 3가 알코올의 하나로서 무색, 무취이며 단맛이 나고 끈기가 있다. 건조방지제, 용제, 감미료로 사용되거나 음식물의 보존에 사용되기도 한다. 지방산과의 에스터로서 유지(油脂)나 지질(脂質) 등의 형태로 동·식물계에 널리 분포한다.
2) 지방산 [Fatty Acid]
1개의 카복시기(-COOH)를 가지는 탄화수소 사슬의 카복실산으로 사슬 모양의 1가의 카복실산을 말한다. 지방을 가수분해하면 생기기 때문에 이러한 이름이 붙었다. 보통 생체 내에서는 글리세롤이나 고급 알코올과 결합하여 에스터(ester)를 만들고 있으며, 유리된 지방산으로서 존재하는 양은 극히 적다. 글리세롤과 결합하여 만든 에스터를 지방(fats)이라 하며 하나의 글리세롤에 세 개의 지방산이 결합한다. 고급 알코올과 결합하여 만든 에스터는 왁스(wax)라고 한다.
지방산 분자는 탄화수소 사슬로 이루어져 있는데, 탄화수소는 탄소의 기본 골격에 곁가지로 수소가 연결되어 있고 한쪽 끝에 카복시기가 붙어 있다. 생체 내에서 지방산은 지방산회로에 의해서 분해되거나 합성되거나 한다. 이 회로는 탄소 2개씩의 단위로 지방산을 합성하거나 분해하므로, 자연계에 존재하는 지방산은 거의 대부분이 짝수인 탄소수로 되어 있다.
① 지방산의 성질
지방산은 물에 잘 녹지 않으나 알칼리성 용액에서는 지방산의 카복시기가 이온화되어 강한 극성을 띠므로 수용성이 된다. 지방산에 나트륨과 칼륨염이 첨가되면 '비누'가 되며 물에 잘 녹는다. 따라서 기름과 수산화칼륨 또는 수산화나트륨을 쓰면 쉽게 비누를 만들 수 있다.
② 지방산의 구성 (포화지방산과 불포화지방산)
지방산의 탄화수소 사슬을 이루는 탄소 골격은 주로 탄소-탄소 간의 단일결합(계속 이어지는 탄소 간에 한 쌍의 전자를 공유함. C-C-C-C 등)으로 이루어져 있다. 그러나 어떤 지방산은 탄소 간에 한 개 이상의 이중결합(C=C-C-C-C=C 등)을 가지므로 단일결합만으로 이루어진 경우에 비하여 수소의 수가 적다. 전자의 경우처럼 탄소 간의 이중결합이 없는 지방산을 포화지방산이라 하며 이 경우 지방산이 가지는 수소원자의 개수가 최대가 된다. 후자의 경우는 불포화지방산이라 하는데, 탄소-탄소 간 이중결합을 한 개 이상 가지며 이중결합이 파괴되는 경우 수소가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 불포화지방에 수소를 첨가함으로써 수소화된 식물성 기름을 만들 수 있다.
③ 대표적 포화지방산과 불포화지방산
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화학명 |
탄소수 |
이중결합수 |
화학명 |
탄소수 |
이중결합수 |
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카프르산 (Capric Acid) |
10 |
0 |
미리스톨레인산 (Myristoleic Acid) |
14 |
1 |
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라우르산 (Lauric Acid) |
12 |
0 |
팔미톨레인산 (Palmitoleic Acid) |
16 |
1 |
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미리스틴산 (Myristic ACid) |
14 |
0 |
올레인산 (Oleic Acid) |
18 |
1 |
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팔미틴산 (Palmitic Acid) |
16 |
0 |
리놀레산 (Linoleic Acid) |
18 |
2 |
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스테아린산 (Stearic Acid) |
18 |
0 |
곤도익산 (Gondoic Acid) |
20 |
1 |
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아라키딘산 (Arachidic Acid) |
20 |
0 |
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3. 인체 내에서의 트리아실
글리세롤일상적인 식사에서 사람이 취하는 열량 중 25～50%는 지방과 기름이 그 공급원이 된다. 이러한 물질은 우리의 음식물에 잇는 에너지 중 가장 농축된 형태이며 지방이 몸 속에서 대사(metabolize)가 이루어지면 gram당 약 9.4 Kcal 정도의 에너지를 낸다. 따라서 동물들은 필요이상의 에너지가 몸 속에 들어오면 에너지 저장을 목적으로 지방을 몸속에 쌓아 나가는 경향이 있고 또한 굶었을 대는 이 저장된 지방을 대사시켜 에너지로 쓴다. 지방이나 기름은 glyceride 즉 acylglycerol이라 불리는 glycerol과 지방산으로 된 ester이며, 거의 대부분이 트리아실글리세롤이다.
1) 중성지방
중성지방(Neutral Lipid)은 Monoacylglycerol, Diacylglycerol, Triacylglycerol의 총칭이나, 혈청 중에는 90～95%가 트리아실글리세롤로 존재하기 때문에 통상 트리아실글리세롤과 중성지방은 같은 의미로 사용된다. 섭취한 음식의 축적된 에너지에 비해 사용되는 에너지가 적을 경우 트리아실글리세롤 수치가 높게 되어, 몸에 해로운 콜레스테롤인 저밀도콜레스테롤(LDL Cholesterol)을 많이 만들게 해 각종 성인병 등을 유발하고, 트리아실글리세롤의 혈중 농도가 높은 사람은 흔히 Total 콜레스테롤 혈중 검사에서 저밀도지단백질(LDL)이 높고 고밀도지단백질(HDL) 수치는 낮은 경향이 있다.
혈액 중에 트리아실글리세롤이 높은 경우를 고지혈증이라고 말한다. 혈중 트리아실글리세롤은 단독으로 운반이 불가능하다. 그래서 신체에 필요한 곳으로 이동하기 위해서는 혈중에 녹아 apo-proteim(아포단백)과 결합하여 지단백을 형성해야 운반이 가능하다. 그러므로 혈중지질은 체내에서 운반이 가능한 지단백 형태로 존재하게 된다. 정확한 메카니즘은 아직 규명이 되지 않았으나, 중성지방이 높을 경우 동맥이 굳어지는 동맥경화나 동맥벽을 두껍게 하는 침전 현상을 일으키는 것으로 보고, 이는 중풍, 심장마비, 비만의 원인으로 보고 있다.
① 중성지방(Triacylglycerol)의 대사경로
트리아실글리세롤(중성지방)의 대사경로는 크게 외인성과 내인성으로 나눌 수 있다. 외인성 트리아실글리세롤(중성지방)의 경우 주로 카일로마이크로(Chylomycron)중에 포함되어 운반된다. 음식물을 섭취하면 장관에서 소화, 흡수하여 림프관을 통해 혈중 Chylomicron(외인성 TG)는 간과 지방조직에 저장되었다가, 에너지원이 부족할 때 Free Fatty Acid와 Glycerol로 분해하여 혈중으로 다시 내 보낸다. 내인성 트리아실글리세롤(중성지방)의 경우는 주로 초밀도지단백질(VLDL)에 포함되어 운반된다. 트리아실글리세롤(중성지방)이 합성되면 지방단백질(내인성 TG의 형태로 혈중으로 내보내 진다. 내인성 TG의 이상은 주로 포도당 대사이상에 의해 발생한다.
② 중성지방(Triacylglycerol)의 측정
트리아실글리세롤의 혈중농도 검사 시 남(50～155㎎/㎗), 여(40～115㎎/㎗)를 정상 수치로 본다. 우리나라 1/3 가량 이상이 혈중농도 150㎎/㎗가 될 정도로 트리아실글리세롤(중성지방) 문제는 생각보다 심각하다. 트리아실글리세롤(중성지방)의 혈중 농도가 높아지는 것은 과체중/비만, 운동부족, 흡연, 과도한 음주, 탄수화물이 많은 식습관 등이다.
2) 화학적 측정법
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반응명 |
Hantzsch’s 반응 |
Eegriwe’s 반응 |
Schryver′s 반응 |
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인명 |
Fletcher 법(표준법) |
Van Handel 법 |
Randrup-Galletti 법 |
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원리 |
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시약 |
Isoprophyl alcohol : 추출제 Zeolite : 흡착제(당, 인지질제거) KOH : 검화제 NAIO4(Sodium iodate) : 산화제 Acetyl acetone : 발색시약 |
Chloroform : 추출제 Zeolite : 흡착제(당, 인지질제거) KOH : 검화제 NAIO4(Sodium iodate) : 산화제 Chromic acid : 발색시약 |
Chloroform : 추출제 Zeolite : 흡착제(당, 인지질제거) KOH : 검화제 NAIO4(Sodium iodate) : 산화제 Phenylhydrazine : 발색시약 |
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Color |
Yellow |
Purple |
Yellow |
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파장 |
410㎚ |
570㎚ |
410㎚ |
3) 효소적 측정법
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측정법 |
비색 법 |
UV 법 |
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원리 |
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시약 |
Lipase Glycerol Kinase(GK) G-3-P Oxidase Peroxidase 4-AAP(4-Amino Anti Pyrine) Phenol |
Lipase Glycerol Kinase(GK) NAD |
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Color |
Red |
Colorless |
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파장 |
550㎚ |
340㎚ |
4. 지방/기름에서의 트리아실글리세롤
여러 가지 지방이나 기름의 구별은 glycerol과 화합하는 지방산의 차이로 인한 것으로 흔히 잇는 지방산은 탄소의 수가 12, 14, 16 또는 18개로 되어 있다. 어떤 지방이나 기름에는 위의 탄소수보다 많거나 적게 포함된 지방산으로 된 것도 있다. 이들 지방산은 포화되어 있거나 또는 불포화된 것인데, 대체로 포화지방산은 고체인 경우가 많으며, 불포화지방산은 액체 상태로 있는 것이 많다.
이러한 경향이 지방과 기름에도 적용되어 지방은 대부분 포화지방산의 ester로 되어 있고, 기름은 비교적 많은 수의 이중결합이 있는 지방산의 ester로 되어있다. 지방(고체)이 주로 동물로부터 얻어지는데 반해 기름(액체)은 보통 식물로부터 얻는다. 지방이나 기름을 구성하는 지방산의 종류는 20～30가지 정도이며, 한 가지 기름이나 지방은 보통 10～12(또는 그 이상)의 지방산으로 되어 있다.
식물성 지방이나 기름은 보통 열매나 씨에 들어 있는데 다음과 같은 세 가지 방법으로 뽑아낼 수 있다. 첫째는 냉각압축으로서 건조된 식물을 압축기로 압축하여 기름을 짜내는 방법이며, 둘째 방법은 고온압축으로서 고온에서 압축하여 짜내는 것이다. 마지막 방법은 용매에 의한 추출법인데 지방의 회수율이 좋아 질이 좋은 기름이나 지방을 얻을 수 있다. 동물의 지방은 굽거나 물속에서 끓여주면 녹아 나온다. 우리가 흔히 먹는 식용유는 식물성으로서 수소화(Hydrogenation)시켜 주면 고체로 된다. 식품가공업자들은 이러한 식물성 기름을 어느정도 수소화하여 용도에 맞게 적당히 점도를 높여 준다.
1) 식물 유지 [Vegetable fats and oils]
식물의 과실, 종자 등으로부터 얻어지는 유지를 일컫는 말이다. 식물유지를 구성하는 지방산의 조성에 의해서 일반적으로 건성유(요오드가 130 이상), 반건성유(요오드가 100～130), 불건성유(요오드가 100 이하) 및 상온에서 고체의 식물지로 대별된다.
건성유에는 아마인유, 동유 등이 있고, linolenic acid, linoleic acid를 포함하여, 도료, 인쇄잉크 등에 이용된다. 반건성유는 linoleic acid, oleic acid가 주성분으로 linolenic acid를 거의 포함하지 않는다. 식용의 튀김유, 샐러드유 등으로 이용하는 것은 이 군의 것이 대부분으로, 참기름, 면실유, 옥수수유, 유채유, 쌀겨기름 등 많은 종류의 것이 있다. 불건성유는 oleic acid를 주로 하여, 올리브유, 동백유 등이 이에 속하며, 화장품용, 의약품용 등에 이용된다. 가격 면에서 식용으로 하는 것은 적다.
식물지는 야자유, 팜핵유 등의 lauric acid계 유지가 중심이고, 식용, 공업용에 쓰인다. 동유, 피마자기름 등은 식물 원료로부터 얻어지지만 전자는 oleostearic acid, 후자는 hyroxystearic acid 등 인체에 부적당한 지방산을 다량 포함하기 때문에 식용으로는 되지 않는다. 식물유지는 불검화물로서 상당한 양의 식물 sterol을 포함하기 때문에 이 점에서 동물유지와 식별된다.
① 올리브유 [Olive oil]
올리브나무(감람나무)의 열매에 함유된 30∼70 %의 기름으로 압착법(壓搾法) ·추출법(抽出法)으로 채유한다. 올리브유는 구약성서에도 기록이 있을 만큼 오래 전부터 이용되었던 식용유로서 용도가 다양하다. 생산 지역은 지중해 연안과 미국이며, 한국에서는 전혀 생산되지 않아 전부를 수입에 의존하고 있다. 지방산의 주성분은 불포화산인 올레산(oleic acid)으로, 함량은 65∼85%정도이며, 포화지방산으로는 팔미트산이 주성분이다. 비누화물질은 0.5∼1.3%로서 피토스테롤을 함유하고 있다. 비중은 0.909∼0.915, 산값은 0.2∼6, 비누화값은 187∼196이며 10 ℃에서 혼탁해지고 0 ℃에서 연고상태로 된다.
담황색이며 냄새가 없고 담백한 맛이 난다. 공업용으로는 비누 ·섬유윤활용 ·머릿기름 ·포마드용, 의약용으로는 도찰제(塗擦劑) ·관장제 ·연고 ·주사용 용제로 이용된다. 식용유로는 샐러드유나 기름절임용에 주로 쓰이고, 요리에는 마요네즈 ·샐러드용 드레싱 ·튀김용 ·볶음용으로 널리 이용된다. 식용유 중에서 최고급품으로 세계적으로 귀중하게 사용되는데, 특히 그리스 ·에스파냐 ·이탈리아에서 요리에 가장 널리 사용되고 있다.
올리브유는 각종 요리 외에 치료에도 뛰어난 효과가 있다. 좌골신경통 관절염 등 통증을 완화 시키는 마사지에, 치질로 인한 열상에 이용되며, 보리차와 10대 1로 섞어서 음복하면 만성 변비를 치료한다. 영양분이 풍부하여 질소 섭취가 제한되는 신장 질환자에게 좋은 영양식으로 제공되며, 소화기관내의 감염이나 암 발생을 억제하기도 하고, 담석을 제거함으로써 간 청소에 쓰이기도 한다.
② 피마자유 [Castor oil]
피마자유는 브라질, 인도, 중국에서 약 80%이상 생산되며, 전 세계적으로 약 37만톤이 생산된다고 한다. 피마자의 종자를 압착하여 얻는 지방유로, 아주까리기름이라고도 하며, 다른 지방유와 달리 알코올에 녹는 성질이 있다.
종자 속에 약 45% 함유되어있다. 종자에는 독성이 있는데, 압착하여 얻은 기름에는 없으며, 독성은 짜고 남은 찌꺼기에 남는다. 담황색으로 약간 점성이 있고, 간유(肝油)처럼 특이한 냄새가 강하다. 피마자유에 존재하는 글리세라이드인 리시놀레산(Ricinoleic acid)이 특유의 끈적끈적한 점도를 만들어 낸다.
피마자유(CAS:8001-79-4)는 비중 0.961, 끓는점 313℃인 무색, 옅은 황색의 액체이며, 함유 지방산의 90% 이상이 Ricinoleic acid이다. 분자식은 12-hydroxy-9-Octadecenoic Acid의 Glyceride이다. Ricinoleic acid(mono-unsaturated, 18-carbon fatty acid)는 12번째 탄소자리에 수산기(-OH)를 가지고 있어서 이를 이용한 여러 유도체의 생산이 가능해 주요한 화학원재료로 쓰이며, 실제로 castor oil이나 그 유도제품은 윤활류, 브레이크액, 페인트와 염료, 잉크, 내한 플라스틱, 나이론 11, 제약, 화장품 등의 용도로 많이 사용되어 진다.
③ 콩기름 [Soybean oil]
콩기름은 대두(함유량 18～20%)를 원료로 추출법으로 채유된다. 콩기름은 우리나라에서도 소비량이 늘어나고 있다. 콩기름은 linoleic acid를 53%, linolenic acid를 8% 정도 함유한 반건성유의 하나이다. 건성유에 넣는 경우도 있다. 콩기름은 단독 혹은 다른 기름과 조합하여 샐러드기름이나 튀김기름으로 가정에서 사용되고 있다.
참기름과 옥수수기름, 면실유 등으로 조합되는 것이 많다. 정제된 면실유와 조합하여 식당, 부식업, 급식조리용 등의 업소용에도 넓게 사용된다. 기름 소비량의 약 70%가 식용유의 형태로 사용되고 15%가 마요네즈, 드레싱, 통조림용 기름, 9%가 마가린이나 쇼트닝, 기타는 공업용으로 도료, 수지, 가소제 등에 쓰인다.
④ 참기름 [sesame oil]
참깨종자로부터 주로 압착법에 의해 얻어지고 예로부터 항산화성이 뛰어난 기름으로서 식용에 주로 이용되고 있다. 지방산 조성은 주로 oleic acid(약 40%), linoleic acid(약 45%)로, 그 외에 palmitic acid(9%), stearic acid(5%)가 있고 linolenic acid는 적고 요오드가는 110 정도이다. 리그난인 sesamin(0.5～1%), sesamolin(0.1～0.6%)을 많이 포함한다. 참기름은 착유 전에 참깨를 200℃ 정도로 배전한 것(배전유)과, 하지 않은 것(생교유)이 있다.
전자는 갈색으로 특유한 향이 나고 특히 항산화성이 우수하다. 동양 제국에서 선호되고 고급의 튀김유이고 또한 조미료로도 사용된다. 특유의 향기성분으로서 pyrazine, furan, thiophene, thiazole류의 화합물이 함유되어 있다. 후자(생교유)는 정제되고 무색 무취로 샐러드유, 드레싱용에, 또한 튀김용에도 쓰이고 항산화성이 강하다. 항산화성의 원인물질은 배전유에서는 sesamolin의 분해생성물 sesamol과 tocopherol, 갈변물질 등에 의해, 생교유에서는 탈색공정에서 세사모린으로부터 생성되는 sesaminol에 의한 것이다. 참기름은 예로부터 인도, 중국, 한국, 일본 등에서 약용으로 되어 있지만 최근 리그난류에 여러 가지생리활성이 인정되고 있다.
⑤ 들기름 [Perilla seed oil]
들기름은 1년생 초본인 들깨(Perilla frutescens Britton var. japonica Hara)를 착유한 기름이다. 식품공전에서는 처음에는 볶은 후에 압착하여 얻은 기름으로 정의하다가 2000년 9월부터는 압착유 외에 용매추출을 한 원유를 상법으로 정제한 정제들깨유도 들기름에 포함시키고 있다. 들깨는 인도 ·중국 등이 원산지로 현재는 한국 ·일본 그 밖의 여러 나라에서 재배된다. 들깨는 독특한 향기를 가지고 있으므로 들기름에서도 그 향기가 난다. 들깨에는 40∼45 %의 기름이 들어 있는데, 기름을 구성하는 지방산 중 리놀렌산이 49 % 정도로 가장 많고, 리놀레산 33 %, 올레산 11 %의 비율로 함유되어 있다.
특징은 지방산 조성에 있어서, 포화지방산이 약 10%고 나머지 90%는 불포화지방산이라는 점이며 n-3계열 고도불포화지방산에 속하는 α-리놀렌산(C18:3)이 50% 전후를 차지하고 있는 점이다. α-리놀렌산의 함량이 높은 들기름의 생리적 기능에 대해서는 많은 연구결과가 발표되고 있다.
인위적으로 유발시킨 대장암과 유방암의 증식 억제, 학습능력의 향상, 혈소판의 응집능력을 저하시키는데 따른 심장질환과 혈전의 예방, 알레르기성 체질의 개선 등이 주목을 받고 있으며, 사람이 섭취하는 기름의 지방산 밸런스를 유지하는데 중요한 역할을 담당하는 기름이다. 들기름은 α-리놀렌산이 많아 산화안정성을 떨어뜨리게 되어, 식물성 유지 중에서는 가장 산패가 빨리 일어나는 기름이다.
5. 트리아실글리세롤의 분석
흔히 사용하는 지방이나 기름의 평균지방산 성분비는 실험을 통해서 구할 수 있다. 지방 또는 기름 한 분자에는 세 지방산이 결합되어 있기 때문에 이 지방산이 같을 수도, 다를 수도 있다. 또한 특정한 지방이나 기름은 10가지 이상이나 되는 지방산이 포함되어 있기도 하다. 이렇게 매우 다양한 트리아실글리세롤은 분석하기 어려우므로, 한 분자를 분해하여 지방산과 글리세롤로 바꾼 후 지방산의 함량을 분석하는 것이 쉽다.
지방으로부터 지방산을 얻는 방법은 트리아실글리세롤을 염기로 가수분해하여 지방산의 염과 글리세롤로 만드는 비누화(Saponification)과정을 시키는 것이다. 형성된 비누를 다시 산성화시켜 주면 지방산을 얻을 수 있지만, 상온에서는 이 비누화 과정이 매우 느릴 뿐 아니라 생성되어 나온 지방산을 분석하기에는 그 끓는점이 너무 높다. 또한 비누화과정을 촉진하기위해 열을 가해주면 이성질화(isomerization)이 일어나 이중결합의 위치가 바뀔 수 있다.
1) 트리아실글리세롤의 비누화 (Saponification)
비누화(Saponification)는 에스테르가 가수분해 되어 알코올과 카르복실산염을 형성하는 것을 말한다. 비누화는 보통 알칼리금속(염기)와 지방 또는 유지의 반응에 따라 비누를 만들기 위해서 사용된다. 식물성 기름 및 동물성 지방은 알칼리(NaOH 등)을 첨가하면, 에스테르 결합을 파괴하고 지방산 염과 글리세롤을 방출한다. 비누화를 촉진시키기 위해서는 산 또는 알칼리를 첨가하는데, 산보다도 알칼리를 첨가하는 편이 효과가 더 크다.
∴ 비누화가 (Saponification value) : 시료 1g을 완전히 비누화시키는 데에 필요한 KOH의 ㎎수를 말한다. 비누화가는 유지 중의 비누로 변할 수 있는 물질의 량 및 그 유지를 구성하고 있는 지방산의 분자량의 대소를 표시한다. 곧 저급지방산함량이 많은 유지는 비누화가 높고 (야자유 250～264), 고급지방산함량이 많은 유지는 낮다(채종유 170～180). 그러나 산가가 높은 시료는 KOH의 일부가 유리지방산을 중화하는데 쓰이므로, 실제로는 비누화에 쓰이는 KOH양 보다 더 많은 양이 소요된다. 그러므로 순전히 ester의 분해에만 소요되는 KOH양은 비누화가에 서 산가를 뺀 양인데, 이것을 특히 ester가 (ester value)라고 하여 구별하는 경우도 있다.
2) 트리아실글리세롤로부터의 유리지방산(Free Fatty Acid)
트리아실글리세롤을 비누화한 후, 염산 수용액으로 산성화시켜 주면 Free fatty acid를 얻을 수 있다. 이 때 생성된 Free fatty acid는 헥산을 첨가하면 추출이 가능하다.
∴ 유리지방산(Free fatty acid) : 지방산은 대부분이 지방질성분으로서 ester형으로 존재하지만 그 중에는 유리 상태로 존재하는 것도 있다. 식품에 있어서는 유지를 구성하는 glyceride의 지방산이 가수분해 되어 생기는 것을 말한다.
3) 트리아실글리세롤의 Methyl ester화
비누화 대신 ester의 한 alcohol기가 다른 alcohol로 바뀌는 ester교환반응이 있다. 이 방법을 이용하면 트리아실글리세롤을 단순한 methyl ester로 만들어 gas chromatography를 통해 쉽게 분석이 가능하다. 보통 메탄올을 이용해 트리아실글리세롤로부터 글리세롤을 분리한 다음, 지방산에스터를 만들어 내는 에스테르 교환방법이 사용되며, 이때 만들어진 지방산 메틸에스테르(FAME)은 바이오디젤로도 사용된다. 메탄올을 이용하는 에스테르 교환방법에는 알칼리를 촉매로 이용하는 방법, 리파아제 지방분해효소 또는 초임계 메탄올을 이용하는 방법 등 여러 가지가 있다. 바이오디젤(FAME)에는 알칼리 촉매법이 가장 일반화되어 있다.
∴ BF3(Boron trifluoride)에 의한 지방산의 methyl ester화 : 메탄올에 BF3을 용해한 것을 지방산에 가하고 가열하여 ester화 한다. 생성된 지방산 ester는 헥산을 가하여 추출하고 분석을 행한다.
∴ 황산에 의한 지방산의 methyl ester화 : BF3 대신 황산(H2SO4)를 촉매로 하여 유리지방산의 Carboxyl기를 methyl ester화 한다. 잔존하는 황산은 물로 세척하여 제거한다. 이 과정으로 얻게 된 지방산의 methyl ester는 가스 크로마토그래피에 의하여 각 지방산으로 분리된다. 지방산을 탄소수가 적은 것일수록 빨리 용출하고, 같은 탄소수인 것은 2중 결합이 있는 것이 느리게 용출된다. 예를 들면 C16=0, C16=1, C16=2, C18=0, C18=1, C18=2, C18=3의 순서로 용출한다. 그런데 다음의 C18=4는 C20=0과 겹쳐서 나타난다. 일반적으로 지방산 시료에서는 이와 같은 고도의 불포화지방산은 포함되어 있지 않으므로 C20=0로 동정하여도 좋지만, 탄소수를 확인하고 싶을 때는 지방산시료를 수소 첨가하여 모두 포화지방산으로 하여 분석한다. 각 지방산의 동정은 표준물질을 같은 조건으로 주입하고 그 유지시간(retention time)에서 동정 분리한다. 정량은 각 피크의 면적을 기록계(intergrator)에서 구하고 피크면적의 총합계에 대한 각 피크면적의 백분율을 가지고 지방산 조성으로 한다. 이와 같은 과정을 통해, 식용 유지를 포함한 다양한 종류의 지방이나 기름 내 지방산 조성 분석이 가능하다. 지방산 조성 분석은 지방이나 기름 안에 어떤 종류의 지방산이 얼마나 존재하는지를 알 수 있기에, 각각의 특성과 효능, 혹은 이용, 발전분야를 연구하는 기반이 된다.
[Biology/일반생물학] - 생물학개론 | Lipids (지질)
[Biology/일반생물학] - 생물학개론 | 생체 내에 있는 lipids의 종류 및 기능
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