KR100318194B1 - 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 키토 올리고당의 제조방법에 관한 것으로, 최종적으로 제조된 올리고당의 갈변현상을 방지하여 장기간 보전성과 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 순도 높은 키토 올리고당을 제조할 수 있도록 한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있으며, 상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반응용기에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 교반한 다음, 산용액을 첨가한 후 효소를 넣고 교반시켜 키토산을 분해하고, 상기 분해 혼합물 마이크로필터를 통해 냉각기로 이송하여 냉각시킨 다음 다시 울트라필터 등의 여과장치를 거치도록 하여 저분자량의 올리고당을 분리해 내는 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법에 있어서, 상기 필터 등의 여과장치를 거친 저분자량의 올리고당을 다시 10내지 20m/h의 유속으로 음이온교환수지 통과시켜 산성분을 제거하는 것에 의한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
Description
본 발명은 키토 올리고당의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 최종적으로 제조된 올리고당 제품의 갈변현상을 방지하여 장기간의 보전성과 안정성이 우수할 뿐만 아니라 순도 높은 키토산 올리고당을 제조할 수 있도록 한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법에 관한 것이다.
일반적으로 키틴은 셀룰로우스를 구성하는 기본 단당류인 글루코피라노우스 (glucopyranose) 2번 탄소의 수산화기(-OH) 대신에 N-아세틸기(-N-acetyl)가 결합한 N-아세틸글루코피라노우스(N-acetylglucopyranose)가 연속적으로 β-1,4 결합된 구조를 가지며, 게나 새우 등의 갑각류등에 다량으로 포함되어 있다.
상기한 구조의 키틴을 강알칼리로 처리하여 탈아세틸화(deacetylation)시키면 아세틸기가 아민기로 바뀌게 되어 키토산을 얻을 수 있는데, 이 키토산과 키틴은 공업용 재료로서 폐수처리제 혹은 중금속흡착제, 생물공학적 재료로서 효소고정화용 담체, 크로마토그래피용 수지 및 기능성막, 농업용 재료로서 병충해 예방제, 의료용 재료로서 인공피부 등 다양한 용도로 이용되면서 그 관심이 매우 높아지고 있다.
근래에는 키틴과 키토산 및 그 유도체가 면역증강 및 부활작용에 의한 항암활성, 항균활성, 체내 콜레스테롤 개선작용 및 고혈압 억제작용 등 여러 가지 생리활성을 가지고 있다는 사실이 밝혀져 생리기능성 신소재로서 그에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다.
그러나 키틴과 키토산 그 자체는 고분자 물질로 셀룰로우스와 마찬가지로 인체 내에서 소화흡수되지 못하고 그대로 배출된다는 문제점을 가지고 있어, 현재에는 상기 키틴과 키토산을 분해시켜 저분자량의 올리고당 형태로 제조한 키토 올리고당을 이용하여 인체내에서 소화흡수가 가능하도록 하고 있다.
상기한 키토 올리고당의 제조방법은 크게 산가수분해에 의한 제조방법과 효소분해에 의한 제조방법으로 나눌 수 있다.
먼저 산가수분해에 의한 키토 올리고당의 일반적인 제조방법은 키토산에 진한 염산이나 황산등을 첨가하여 고온에서 가수분해한 다음 저분자량의 올리고당을분리하는 것이다.
그러나 상기한 방법은 생리활성이 뛰어난 5탄당 이상의 올리고당 함량이 매우 낮고, 생리활성이 적은 5탄당 미만의 저분자 올리고당이 다량 생산된다는 문제점과, 제조된 올리고당에 인체에 유해한 물질(산성분)이 다량 함유될 수 있다는 문제점을 가지고 있다.
따라서 5탄당 이상의 올리고당 함량을 높이기 위하여 효소분해에 의한 키토 올리고당의 제조방법이 제시되었으며, 상기 효소분해에 의한 일반적인 제조방법은 키토산을 산용액에 용해시켜 적정의 pH를 유지시킨 다음, 이용액에 효소를 첨가하여 일정시간 동안 반응시켜 키토산을 분해시킨 후 분리과정을 통해 올리고당을 제조하는 방법이다.
상기한 제조방법을 첨부한 도면을 참조하여 보다 상세하게 설명하면, 도 2는 종래 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조 공정도로 상기 도 2에서 보는 바와 같이 교반팬(12)이 장치된 반응용기(11)에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 항온조(13)를 이용하여 온도를 30℃ 내지 40℃로 유지하면서 30분간 교반한 다음, 산을 첨가하여 pH4.2 내지 pH5.3으로 조절한 후 효소를 넣고 20시간 내지 24시간 동안 교반시켜 키토산을 분해하고, 상기 분해 혼합물을 마이크로필터(14)를 통과시켜 냉각기(15)로 보내어 15℃ 내지 20℃로 냉각시킨 다음, 다시 울트라필터(16)와 나노필터(17)를 거쳐 저분자량의 올리고당을 분리해 내는 것이다.
상기에서 교반팬(12)이 장치된 반응용기(11)에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 항온조(13)를 이용하여 온도를 30℃ 내지 40℃로 유지하면서 30분간 교반한다음, 염산과 같은 무기산이나 아세트산과 같은 유기산 등의 산을 첨가하여 pH4.2 내지 pH5.3으로 조절하게 된다.
이때 반응온도와 pH는 첨가되는 효소가 최적의 조건에서 키토산을 분해시킬 수 있도록 한 일반적인 조건이며, 또한 산은 불용성인 키토산을 용해시키기 위해 통상적으로 첨가하게 된다.
상기와 같이 키토산과 산을 혼합한 다음, 키토산아제 등과 같은 효소를 첨가하고 20시간 내지 24시간 동안 교반시켜 키토산 분해혼합물을 얻게 되는데, 이때 고분자량의 키토산은 효소에 의해 저분자량의 키토 올리고당으로 분해되게 된다.
상기 분해 혼합물을 마이크로필터(14)를 통과시켜 냉각기(15)로 보내어 15℃ 내지 20℃로 냉각시키게 되는데, 특히 분해 혼합물이 마이크로필터(14)를 거치게 되면 1㎛ 이상의 비교적 크기가 큰 불순물이 제거되게 되며, 또한 냉각기(15)로 이송되어 15℃ 내지 20℃로 냉각되면 효소의 활동이 저하되므로 크게 분해가 일어나지 않게 되는 것이다.
이렇게 냉각된 혼합물은 다시 울트라필터(16)와 나노필터(17)를 통과함으로써 저분자량의 올리고당이 분리되게 되는데, 이때 울트라필터(16)는 20,000미만의 분자량을 갖는 키토 올리고당을 분리해내게 되고, 다시 나노필터(17)를 거치게 되면 최종 제품인 저분자량의 키토 올리고당을 얻게 되는 것이다.
그러나 상기한 종래의 제조방법에 의해 제조된 키토 올리고당은 효소의 활동을 완전하게 정지시키거나 제거하지 못하여 제품 내부에 효소가 함유되어 있으며, 또한 원료를 용해하기 위하여 첨가된 산성분이 완전히 제거되지 못한 상태이므로최종제품은 pH4 내지 pH6 정도를 나타내게 된다.
상기한 최종제품의 pH는 효소가 활동하기 위한 조건을 만족하므로, 최종 제조된 제품내의 제거되지 못한 효소에 의하여 키토 올리고당이 계속해서 분해 될뿐만 아니라 산성화되었으므로 경시현상이 일어나게 되고, 따라서 키토 올리고당의 분해로 인해 생체활성이 적은 5탄당 미만의 올리고당이 다량 생성되고 또한 최종 제품의 갈변이 발생할 뿐만 아니라, 최종제품의 순도를 저하시킨다는 문제점을 가지고 있다.
이에 본 발명은 상기한 종래의 문제점을 해소하기 위한 것으로, 최종적으로 제조된 올리고당의 갈변현상을 방지하여 장기간 보전성과 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 순도 높은 키토 올리고당을 제조할 수 있도록 한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.
도 1은 본 발명의 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조 공정도.
도 2는 종래의 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조 공정도.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1 : 반응용기 2 : 교반팬 3 : 항온조
4 : 마이크로필터 5 : 냉각기 6 : 울트라필터
7 : 음이온교환수지
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 반응용기에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 교반한 다음, 산용액을 첨가한 후 효소를 넣고 교반시켜 키토산을 분해하고, 상기 분해 혼합물 마이크로필터를 통해 냉각기로 이송하여 냉각시킨 다음 다시 울트라필터 등의 여과장치를 거치도록 하여 저분자량의 올리고당을 분리해 내는 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법에 있어서, 상기 필터 등의 여과장치를 거친 저분자량의 올리고당을 다시 10내지 20m/h의 유속으로 음이온교환수지 통과시켜 산성분을 제거하는 것에 의한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법을 제공함으로써 달성할 수 있다.
이하 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 상세하게 설명하면, 도 1는 본 발명의 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조 공정도이다.
도 1에서 보는 바와 같이 본 발명은 교반팬(2)이 장치된 반응용기(1)에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 항온조(3)를 이용하여 온도를 30℃ 내지 40℃로 유지하면서 30분간 교반한 다음, 산을 첨가하여 pH4.2 내지 pH5.3으로 조절한 후 효소를 넣고 20시간 내지 24시간 동안 교반시켜 키토산을 분해하고, 상기 분해 혼합물을 마이크로필터(4)를 통과시켜 냉각기(5)로 보내어 15℃ 내지 20℃로 냉각시킨 다음, 다시 울트라필터(6)와 음이온교환수지(7)를 거쳐 저분자량의 올리고당을 분리해 내게 된다.
상기에서 교반팬(2)이 장치된 반응용기(1)에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 항온조(3)를 이용하여 온도를 30℃ 내지 40℃로 유지하면서 30분간 교반한 다음, 염산과 같은 무기산이나 아세트산과 같은 유기산 등의 산을 첨가하여 pH4.2 내지 pH5.3으로 조절하여 첨가되는 효소가 최적의 조건에서 키토산을 분해시킬 수 있도록 한다.
상기와 같이 키토산과 산을 혼합한 다음 키토산아제 등과 같은 효소를 첨가하여 20시간 내지 24시간 동안 교반시켜 고분자량인 키토산이 저분자량인 키토 올리고당으로 분해되도록 한다.
저분자량으로 분해된 분해 혼합물은 마이크로필터(4)를 거치도록 하여 1㎛이상의 비교적 크기가 큰 불순물을 제거한 다음, 냉각기(5)로 이송하여 15℃ 내지 20℃로 냉각시켜 효소에 의한 키토산의 분해를 저하시키도록 한다.
이렇게 냉각된 혼합물은 다시 울트라필터(6) 등의 여과장치를 거쳐 20,000미만의 분자량을 갖는 키토 올리고당을 분리하여 효소를 제거시키게 된다.
울트라필터(6) 등의 여과장치를 거친 저분자량의 키토 올리고당은 다시 10m/h 내지 20m/h의 유속으로 음이온교환수지(7)를 통과하게 되는데, 이때 저분자량의 키토 올리고당이 음이온교환수지(7)를 통과할 경우 올리고당 내에 함유되어 있는 음이온성 불순물질들이 음이온교환수지(7)에 부착되고 순수한 키토 올리고당만이 통과되어 최종제품의 순도를 높일 수 있게 되는 것이다.
또한 음이온교환수지(7)에 의해 음이온성 물질이 제거됨으로써 종래의 제조방법의 경우 최종 제품이 pH4 내지 pH6의 산성을 나타내는 반면 본 발명의 경우 최종 제품은 pH6.8 내지 pH7.5로 중성에 가깝게 된다.
따라서 본 발명에 의한 최종제품의 pH는 중성에 가깝고, 효소를 제거하므로 키토 올리고당의 분해를 방지하여 제품의 갈변현상이 더 이상 발생하지 않게 되어 장기간의 보전성과 안정성이 가능하게 되는 것이다.
상기와 같이 순도가 높고 pH7의 중성에 가까운 제품을 분리해 내기 위해서는 음이온교환수지(7)의 통과 유속이 10m/h 내지 20m/h가 되도록 하는 것이 바람직한데, 이때 유속이 10m/h 미만일 경우 순도가 높고 pH가 중성에 가깝다는 이점은 있으나 분리에 많은 시간이 소요되므로 비효율적이며, 유속이 20m/h를 초과할 경우 음이온성 불순물질들이 음이온교환수지(7)에 부착되지 못하고 많은 량의 불순물질이 이온교환수지를 통과하게 되므로 순도가 떨어지고, 또한 분리된 제품이 pH 7 미만의 산성을 나타낸다는 문제가 발생한다.
이하 본 발명을 하기한 실시예 및 비교예를 통하여 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기한 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
교반팬이 장치된 반응용기에 물 100중량부에 대하여 키토산 분말원료 6중량부를 함께 넣고 35℃에서 30분간 교반하고, 아세트산 및 젓산을 각각 2중량부 첨가하여 pH 4.5로 조절하고 키토산아제 효소 0.01중량부 첨가하여 24시간 동안 교반시킨 다음, 상기 혼합물을 마이크로필터를 통과시켜 냉각기로 보내어 15℃로 냉각시키고 울트라필터를 통과시킨 후 하기한 표 1에 나타낸 유속으로 음이온교환수지를 통과시켜 저분자량의 올리고당을 분리한 다음, 상기 분리된 올리고당을 이용하여 하기한 방법으로 갈변현상 여부와 pH를 측정하여 표 1에 나타내었다.
- pH 측정방법 -
덴버 인스트러먼트(Denver instrument) 사의 pH 측정기로 pH를 측정하였다.
- 갈변현상 여부 -
분리된 올리고당 수용액 20㎖를 비이커에 넣고 밀봉한 다음 35℃로 유지되는 항온조에 넣고 갈변현상이 일어나는데 까지 걸리는 시간을 측정하였다.
<비교예 1>
교반팬이 장치된 반응용기에 물 100중량부에 대하여 키토산 분말원료 6중량부를 함께 넣고 35℃에서 30분간 교반하고, 아세트산 및 젓산을 각각 2중량부 첨가하여 pH 4.5로 조절하고 키토산아제 효소 0.01중량부 첨가하여 24시간 동안 교반시킨 다음, 상기 혼합물을 마이크로필터를 통과시켜 냉각기로 보내어 15℃로 냉각시키고 울트라필터 및 나노필터를 통과시켜 저분자량의 올리고당을 분리한 다음, 실시예 1과 동일한 방법으로 갈변현상 여부와 pH를 측정하여 표 1에 나타내었다.
| 구분 | pH | 갈변현상(시간) | |
| 실시예 1 | 이온교환수지의 유속(m/h) | - | - |
| 25 | 6.0 | 24 | |
| 20 | 6.7 | 96 | |
| 15 | 7.2 | 168 | |
| 10 | 7.3 | 172 | |
| 비교예 1 | 4.5 | 14 |
상기 표 1에서 보는 바와 같이 이온교환수지의 유속을 변화시켜 가면서 실시한 실시예 1에서 이온교환수지의 유속이 25m/h인 경우 pH가 6.0으로 나타났으며 갈변현상은 24시간 후 발생하였고, 이온교환수지의 유속이 20m/h인 경우 pH가 6.7로 나타났으며 갈변현상은 96시간 후 발생하였고, 이온교환수지의 유속이 15m/h인 경우 pH가 7.2로 나타났으며 갈변현상은 168시간 후 발생하였고, 이온교환수지의 유속이 10m/h인 경우 pH가 7.3으로 나타났으며 갈변현상은 172시간 후 발생한 것을 상기 표 1을 통해 확인할 수 있다.
특히 유속이 20m/h 이하인 경우 pH가 중성에 가까운 수치를 나타내며, 유속이 20m/h을 초과할 경우 pH가 7 미만의 산성을 나타낸는 것을 확인 할 수 있는데, 이것은 유속이 20m/h를 초과할 경우 음이온성 불순물질들이 음이온교환수지에 부착되지 못하고 많은 량의 불순물질이 그대로 이온교환수지를 통과 하기 때문에 pH 7 미만의 산성을 나타내며, 유속이 20m/h 미만일 경우 이온교환수지가 불순물질과 접촉하는 시간이 길어져 충분히 음이온성 불순물질을 제거하기 때문에 pH가 7에 가까운 중성을 나타내게 되는 것이다.
또한 pH에 따른 갈변현상이 나타나는데 걸리는 시간을 보면 pH가 강한 산성쪽을 나타낼 때 갈변현상이 나타나는데 걸리는 시간이 짧은 것을 알 수 있으며, pH가 중성쪽으로 이동할 수록 갈변현상이 나타나는데 걸리는 시간이 길어지는 것을 확인할 수 있다.
이것은 pH가 중성쪽으로 이동할수록 최종제품에 함유되어 있는 효소의 활동이 억제됨으로써 효소에 의한 키토 올리고당의 분해가 방지되어 갈변현상이 느리게 진행되기 때문이다.
그러나 이온교환수지를 사용하지 않은 비교예 1의 경우 pH가 4.5로 나타났으며, 갈변현상이 나타나는 데 걸리는 시간이 14시간 후로 나타나 아주 빠르게 키토 올리고당이 분해된다는 것을 확인할 수 있다.
이때 비교예 1의 경우와 실시예 1의 유속이 15m/h일때를 비교해 보면 pH차이가 매우 큰 것을 알 수 있는데 이것은 비교예 1의 경우 음이온성 물질을 포함하는 불순물질이 많이 함유되어 있다는 것을 의미하며, 실시예 1의 경우 음이온성 물질을 포함하는 불순물질이 거의 함유되어 있지 않다는 것을 의미하므로 본 발명에 의한 경우 순도가 높다는 것을 예측할 수 있다.
상기에서 설명한 바와 같이 본 발명은 최종적으로 제조된 올리고당은 효소의 완전제거와 이온교환으로 인한 갈변현상을 방지하여 장기간의 보전성과 안정성이 우수할 뿐만 아니라, 순도 높은 키토 올리고당을 제조할 수 있도록 한 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법을 제공하는 유용한 발명인 것이다.
Claims (1)
- 반응용기에 키토산 분말원료를 물과 함께 넣고 교반한 다음, 산용액을 첨가한 후 효소를 넣고 교반시켜 키토산을 분해하고, 상기 분해 혼합물 마이크로필터를 통해 냉각기로 이송하여 냉각시킨 다음 다시 울트라필터 등의 여과장치를 거치도록 하여 저분자량의 올리고당을 분리해 내는 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법에 있어서, 상기 필터 등의 여과장치를 거친 저분자량의 올리고당을 다시 10내지 20m/h의 유속으로 음이온교환수지 통과시켜 산성분을 제거하는 것을 특징으로 하는 효소를 이용한 키토 올리고당의 제조방법.
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