KR100403284B1 - 어류의 뼈로부터 수용성 칼슘을 추출하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 수용성 칼슘의 추출 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 어류의 뼈로부터 수용성 칼슘을 추출하는 방법으로, (i) 어류의 뼈를 효소로 처리하는 단계; 및 (ii) 상기 (i)을 유기산으로 처리하는 단계로 이루어지며, 상기 (ii) 단계의 전 또는 후에 압력처리 단계를 더 포함할 수 있다. 본 발명의 추출방법에 의해 수용성의 칼슘을 높은 수율로 추출할 수 있다.

Description

어류의 뼈로부터 수용성 칼슘을 추출하는 방법{A method for extracting water-soluble calcium from fish bone}

본 발명은 수용성 칼슘의 추출방법에 관한 것으로, 어류의 뼈로부터 수용성 칼슘을 고수율로 추출하는 방법에 관한 것이다.

칼슘은 생체 내에 많이 함유되어 있는 무기질 원소로 오래 전부터 그 중요성이 널리 알려져 있다(J. J. Anderson 및 S. C. Garner, "Calcium and phosphorus in health and diseasy", CRC Press, 1996). 서구 사회와 달리 동양권 국가들의식생활패턴 상 우유나 유제품의 섭취량이 절대적으로 적어서 칼슘을 생체 내에 효율적으로 공급하는 것이 어렵다.

이에 칼슘을 체내에 공급하기 위해 다양한 방법이 사용되고 있는데, 가장 널리 사용되고 있는 방법이 소뼈 분말 또는 난각 분말을 식품, 음료 또는 가공식품에 첨가하여 시판하는 것이다. 그러나, 이러한 방법을 이용한 칼슘의 공급시 체내 흡수성이 감소하는 문제점이 있어서, 이 문제점을 해결하기 위해 경구 섭취시 칼슘과 인 섭취량을 2 : 1∼1 : 2로 유지하거나, 비타민 D, 갑상선 호르몬, 여성 호르몬 등의 호르몬성 물질을 투여하거나, 또는 유당, 구연산, 지방 및 아미노산류와 같은 식품을 첨가하는 방법을 함께 사용한다.

이미 선진 외국에서는 오래 전부터 칼슘의 중요성을 인식하여 많은 연구를 수행하여 왔지만, 국내에서는 식품 및 의약품용의 칼슘을 제대로 생산하지 못하고 전량 외국으로부터 수입에 의존하는 형편이다. 그나마 현재까지 시판되고 있는 칼슘은 우골분말, 어골분말, 난각분말, 패각분말, 산호칼슘 등 대부분이 물에 잘 녹지 않으며, 체내에서도 제대로 흡수가 되지 않아 이용 효율이 매우 낮은 편이다.

한편, 칼슘 제조에 관한 공지기술로는 예를 들면, 어류로부터 뼈를 분리하여 건조시킨 어골분을 제조하는 방법(일본 특개 평 제 2-231059호, 일본 특개 평 제 4-121166호)이 공지되어 있지만, 수분의 건조에 많은 에너지가 필요하다. 또한, 어류의 중골을 고압수에서 세정한 후, 잔존하는 단백질을 단백질 가수분해효소로 분해하고, 세정 제거한 다음 처리된 중골을 진공 가열 증발법으로 건조한 후 분쇄하여 어골분을 제조하는 방법(일본 특개 평 제 2-231059호)이 공지되어 있지만, 이렇게 제조된 제품의 칼슘함량이 낮은 단점이 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 일본 특개 평 제 6-319487호에는 어류의 뼈를 초산에 침적시킴으로써 연화(軟化)시키는 방법에 의해 수용성 칼슘을 제조하는 방법을 개시하고 있지만, 공정이 복잡하고, 액체 형태의 음료 이외에는 사용할 수 없으므로 용도가 한정되어 있어 널리 이용되지 않고 있다.

이에 본 발명자들은 상기한 문제점을 해결하기 위한 칼슘의 제조방법을 연구한 결과, 어류의 뼈를 물리적, 화학적 및 효소적 방법을 병용하여 처리함으로써 가용화된 수용성 칼슘을 고수율로 추출할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 수용성 칼슘을 고수율로 추출하는 방법을 제공하는 것이다.

도 1은 발효식초와 반응시킨 어류의 뼈로부터 반응시간 경과에 따라 추출되는 칼슘 및 가용성 획분의 양을 나타낸 그래프이다.

도 2는 어류의 뼈와 발효식초의 무게/부피비에 따른 수용성 획분의 칼슘 함량(%)와 칼슘 회수율(%)을 나타낸 그래프이다.

도 3은 물리적 방법, 화학적 방법 및 효소적 방법을 순서를 바꾸어가며 병용하여 어류의 뼈를 처리하였을 경우 각각의 병용 처리 방법에서 회수되는 수용성 칼슘 함량의 양을 나타내는 그래프이다.

상기한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 추출방법은 (a) 어류의 뼈를 효소로 처리하는 단계; 및 (ii) 상기 (i)을 유기산으로 처리하는 단계로 이루어진다. 또한, 수용성 칼슘의 추출율을 높이기 위해 상기 (ii) 단계의 전 또는 후에 압력처리하는 단계를 더 포함할 수 있다.

이하, 본 발명을 보다 상세히 설명한다.

본 발명의 수용성 칼슘 제조의 원료인 어류의 뼈는 수산 가공 공장에서 어류 필렛(fillet) 처리 후의 잔사를 -30℃의 동결고에 보관하여 둔 것을 사용하였다.

본 발명에서 어류의 뼈를 분해하기 위해 사용되는 효소는 김 등(Kim et al., Fisheries Science, 63(3), p. 421-427, 1997)의 방법에 의해 제조된 참치 내장 유래의 조효소(tuna intestine crude enzyme, TICE)를 사용하였다. 어류 뼈 잔사에서 조효소를 이용하여 뼈만을 분리해내기 위해 어류 뼈 잔사를 무게비로 10배 중량의 0.1M 아세트산 나트륨 완충용액(pH 10.0)에 넣은 후, 효소 대 기질비를 1 : 100(w/w)으로 하여, 참치내장 유래의 조효소(TICE)를 첨가한 후, TICE의 최적 조건인 40℃의 온도, pH 7.0에서 6시간 동안 반응시켰다.

본 발명에 사용된 유기산으로는 발효식초를 사용하였으며, 어류 뼈를 발효 식초에 대해 무게/부피비로 1:300이 되도록 집어넣어 4시간 동안 반응시켰는데, 4시간 이후에는 칼슘의 추출이 거의 종결되는 것으로 나타났고, 또한, 어류의 뼈와 발효식초의 무게/부피비가 증가할수록 칼슘의 추출효율이 증가하지만, 1 : 300을 초과해서는 최대 추출효율의 차이가 없기 때문이다.

본 발명의 압력처리는 가압 추출기 내에서 2기압의 압력으로, 12시간 동안 충분한 추출이 이루어지도록 하였는데, 압력이 커질수록 수용성 칼슘의 추출효율이 증가하기는 하지만, 2기압을 초과하는 압력처리는 비용적인 측면에서 불리하므로 바람직하지 못하다.

이하 실시예를 들어 본 발명을 구체화시키고자 한다. 그러나, 본 발명이 하기 예에만 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 압력변화에 따른 칼슘 및 단백질의 추출

가압 추출기 내에 어류의 뼈 20g과 증류수 200㎖를 넣고, 각각 1기압, 1.5기압 및 2기압에서 12시간 동안 반응시키고 상온에서 냉각시킨 후 10㎖을 취하여 단백질 및 칼슘 함량을 측정하고 그 값을 어뼈 100g 당으로 환산하여 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

기 압	단백질(g)	칼슘(%)*
1.0	1.154	2.18
1.5	1.475	5.54
2.0	2.413	8.77
(주) * 어뼈에 포함된 전체 칼슘량에 대한 칼슘 비율

상기 표 1에서 알 수 있는 바와 같이, 압력이 높을수록 어류의 뼈로부터 회수되는 칼슘 및 단백질의 양이 증가함을 알 수 있다.

<실시예 2> 발효식초에 의한 칼슘의 추출

발효식초 용액에 대한 어류 뼈의 최적 추출 시간을 알아내기 위해, 발효식초 용액 25㎖에 어류 뼈를 무게비로 10%가 되도록 집어넣고, 24시간 동안 반응시켰다. 이때 각각의 시간에서 반응 상층액을 0.1㎖씩 취한 후, 상층액 중의 칼슘 농도를 유도결합플라즈마(ICP) 분광광도계로 측정하여, 시간의 경과에 따른 칼슘의 수용화를 측정하였다(도 1). 도 1에서와 같이 10분만에 약 60% 이상의 칼슘이 추출되어 나왔으며, 4시간 후에는 반응이 거의 종결되는 것으로 나타났다.

또한, 발효식초와 기질로 사용된 어류 뼈의 기질농도에 따른 칼슘의 추출율을 알아보기 위해서, 어류 뼈를 발효식초에 무게/부피비로 1 : 25, 1 : 50, 1 : 100, 1 : 200, 1 : 300 및 1 : 400이 되도록 집어넣어 4시간 동안 반응시켰다. 그 반응 상층액 중의 가용화된 칼슘 농도를 측정한 결과, 도 2에서 알 수 있는 바와 같이 유기산의 양이 증가할수록 칼슘의 회수율이 높아졌으며, 특히 1 : 300으로 반응시킨 경우에는 87.75%의 칼슘이 수용화된 것으로 나타났으며, 1 : 300을 초과해서는 최대 회수율의 차이가 없기 때문이다.

<실시예 3> 가수분해효소에 의한 칼슘의 추출

어류 뼈 5g을 무게비로 10배 중량의 0.1M 아세트산 나트륨 완충용액(pH 10.0)에 넣은 후, 효소 대 기질 비가 1 : 100(w/w)이 되도록 첨가하고, 각 효소의 최적 조건에서 12시간 동안 충분히 반응시킨 후, 100℃에서 10분간 가열하여 반응을 종결시켰고, 각각의 추출액을 원심분리하여 상등액을 동결건조하였다. 그 결과를 표 2에 나타내었다.

효 소*	가용성 획분(g)	칼슘(%)**
참치내장 유래의 조효소(tuna intenstine crude enzyme, TICE)	17.4	25.83
알카라아제	13.2	9.95
α-키모트립신	12.2	18.50
뉴트라아제	12.8	19.94
파파인	18.4	8.99
펩신	11.6	8.11
프로나아제 E	11.8	15.66
(주) * 모든 효소 반응은 각 효소의 최적 조건에서 실시하였음.** 어뼈에 포함된 전체 칼슘량에 대한 칼슘 비율

상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 어류의 뼈로부터 분해되어 나온 칼슘의양은 참치내장 유래의 조효소인 TICE에서 가장 많음을 알 수 있다.

<실시예 4> 물리적, 화학적 및 효소적 방법을 병용하여 어류의 뼈로부터 칼슘의 추출

어류의 뼈로부터 칼슘을 고수율로 추출해내기 위하여 효소적 방법으로는 어류내장 유래의 조효소를 최적 조건하(40℃, pH 7.0, 효소 : 기질의 무게비=1 : 100, 6시간 동안)에서 반응시키는 방법을 사용하였고, 물리적 방법으로는 가압 추출기로 2.0기압에서 12시간 동안 반응시켰으며, 화학적 방법으로는 어류 뼈에 대해 발효식초를 무게/부피비로 1 : 300의 비율로, 4시간 동안 실시하는 방법을 병용하여 실험하였다. 효소적 방법, 화학적 방법 및 물리적 방법의 반응순서를 바꾸어 가면서 각각의 수용성 칼슘의 회수율을 조사하고, 그 결과를 도 3에 나타내었다.

도 3의 I 및 II는 각각 발효식초처리-효소처리-압력처리 및 발효식초처리-압력처리-효소처리를 한 경우를 나타낸 것으로, 발효식초처리를 먼저 하였을 경우, 약 40-60% 정도의 칼슘이 수용화 되었다.

또한, 도 3의 III 및 IV는 각각 압력처리-발효식초처리-효소처리 및 압력처리-효소처리-발효식초처리를 한 경우를 나타낸 것으로 압력처리를 먼저 하였을 경우, 약 50-80%의 칼슘이 수용화 되었음을 알 수 있다.

도 3의 V 및 VI은 각각 효소처리-유기산처리-압력처리 및 효소처리-압력처리-유기산처리를 한 경우를 나타낸 것으로 효소처리를 먼저 하였을 경우 약 90% 이상의 칼슘이 수용화 되었음을 알 수 있다.

즉, 유기산을 먼저 처리하는 것보다는 효소를 먼저 처리하는 것에서 가장 우수한 결과가 나타났다. 또한, 압력을 이용한 물리적 처리법은 여러 가지 방법을 병행하여 처리하였을 경우에는 칼슘의 회수율을 소폭 상승시키는 것으로 나타났다. 그러나, 압력단계를 첫 단계에 실시하면 그 상승폭은 감소함을 보였다. 그러므로, 어류의 뼈에 효소를 먼저 처리한 후 유기산으로 처리한다면 아주 높은 수율로 수용성 칼슘을 회수할 수 있으며, 이때 압력처리를 하게 되면 더 높은 수율로 칼슘을 회수하는 것이 가능함을 알 수 있다.

이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 수용성 칼슘의 추출 방법을 사용하면 고수율로 칼슘을 회수할 수 있음을 알 수 있다.

Claims (8)

1. (i) 어류의 뼈에 참치 내장 유래의 조효소(TICE)를 첨가하고, 40 ℃, pH 7.0에서 6시간동안 처리하는 단계; 및

   (ii) 상기 (i)에 발효식초를 어류의 뼈의 무게/발효식초의 부피비로 1 : 300의 비율로 첨가하고, 4시간동안 처리하는 단계;

   를 포함함을 특징으로 하는 어류의 뼈를 이용한 수용성 칼슘의 추출방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 (ii) 단계 전에 압력처리하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 수용성 칼슘의 추출방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 (ii) 단계 후에 압력처리하는 단계를 더 포함함을 특징으로 하는 수용성 칼슘의 추출방법.
4. 삭제
5. 삭제
6. 삭제
7. 삭제
8. 제 2항 또는 제 3항에 있어서, 상기 압력처리를 가압추출기 내에서 2기압으로 처리함을 특징으로 하는 수용성 칼슘의 추출방법.