KR100406870B1 - 침전법을 이용한 계란 난황에서의 유용 수용성 성분의분리방법 및 침전 부산물의 이용 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 계란 난황에 존재하는 항체(IgY), 수용성 단백질(livetin), 저분자의 펩타이드류로 이루어진 면역인자 등의 유용 수용성 성분들을 난황의 지질(lipid)성분으로부터 분리 정제하는 방법에 관한 것으로, 한편으로는 규조토의 난황 지질 흡착성을 이용한 탈 지질화 분리 정제방법과 이 방법에 적합한 침전조의 개발 및 공정 후 부산물로 수득되는 침전물의 활용방법을 제공하는 것이다.

Description

침전법을 이용한 계란 난황에서의 유용 수용성 성분의 분리방법 및 침전 부산물의 이용 방법{Process for purifying water soluble components from egg yolk using precipitation and the use of precipitated by-product}

본 발명은 계란 난황에 존재하는 항체(IgY), 수용성 단백질(livetin), 저분자의 펩타이드류로 이루어진 면역 및 영양인자등의 유용 수용성 성분을 난황의 지질성분으로부터 분리 정제하는 방법과 상기 분리 정제를 위한 침전조의 개발에 관한 것이다. 또한 본 발명은 유용 수용성 성분 분리 정제 후 생성되는 침전 부산물의 이용 방법을 포함하는 것이다.

계란 난황은 수분 40∼60%, 지질 30∼40%, 단백질 12∼20%가 주성분이며 크게 지용성 성분과 수용성 성분으로 나눌 수 있다.

계란 난황으로부터 얻어지는 유용성분 중 수용성 성분은 항체 및 기타 수용성 단백질(livetin류 포함), 펩타이드류 등이 있고 지용성 성분은 레시틴 및 기타 유용 인 지질 등이 있다. 최근 난황으로부터 이러한 유용성분들을 생산하는 방법에 대한 관심이 높아지고 있다.

난황 수용성 성분의 예를 들면 암탉의 면역 시스템을 이용하여 각종 항원에 대한 특이적 항체를 생산하는 방법에 관한 연구가 많이 행하여지고 있고 이에 관한 특허도 다수 출원되고 있다. 항체 외에 영양인자 혹은 면역인자로 알려진 분자량 10,000이하의 미지의 저분자 물질들도 각종 식품 및 사료용 첨가물, 화장품소재, 의약용 소재 등으로 응용 가능하여 이들에 대한 연구도 진행 중이다.

이러한 항체를 포함한 수용성 단백질 및 펩타이드류들을 난황의 대부분을 차지하고 있는 지질성분 및 기타 불용성 단백질(water insoluble protein)로부터 분리하기 위해서 몇 가지 방법들이 고안되어 있으나, 대량 분리 정제 방법으로는 부적합하거나 경제적이지 못한 경우가 대부분이다. 또한 부산물로 얻어지는 지질성분의 재활용이 어렵다.

반대로 지질성분이 목적 산물인 지질 추출 공정에서는 수용성 성분의 대부분인 단백질이 변성되어 부산물인 수용성성분을 따로 분리하기가 힘들다. 따라서 지질성분과 수용성 성분을 일관된 공정으로 모두 추출 할 수 있는 생산 공정이 요구되어 진다.

난황에서 수용성 성분 분리의 첫 단계인 탈 지질 방법 중 공지된 방법들을 살펴보면 첫째, 클로로포름, 알코올류 등의 유기용매로 탈지하는 방법이 있다. 이 방법은 탈지 후 단백질이 변성(denaturation)되고 항체의 경우에는 활성이 감소되며 탈지 후 침전된 단백질을 다시 물에 녹여야 하는 번거로움이 있다.

둘째, 난황에 동량의 물을 가하고 다시 동량의 0.1∼0.15%의 카라기난(carrageenan)용액을 가한 후 고속 원심분리하여 상층액을 얻는 방법(대한민국 특허등록 제267,746호)이 있다. 이 방법은 비교적 순수하게 수용성 단백질을 얻을 수 있으나 카라기난이 잔여물로 남게되고 원심분리를 연속식으로 할 수가 없어 대량의 시료를 처리하기에는 경제성이 떨어진다.

셋째, 난황의 부피에 약 3배정도의 4.7% 폴리에틸렌 글리콜(PEG) 8,000을 혼합하여 고속 원심분리하는 방법(대한민국 특허등록 제171,540호)이 있으며 이 역시 연속식 원심분리가 불가능하고 대량공정에는 부적합하다.

넷째, 난황 부피의 10배이상의 물을 가하여 고속 원심 분리하는 방법(대한민국 특허공개 제1998-81323호)이 있다. 이 방법 역시 대량공정에 적용하기에는 가수된 물의 양이 너무 많아 농축시간이 많이 소요되고 고속 원심분리 과정을 거쳐야 하며 완전하게 탈지되지 않는 단점이 있다.

위에서 살펴본 난황으로부터 탈지 후 수용성 물질들을 얻는 기존의 방법들은 대부분 대량으로 시료를 처리하기에는 기술적으로나 경제적으로 상당한 문제점들이 많다. 특히 기존의 난황 지질 결합 침전 물질인 카라기난 및 폴리에틸렌 글리콜등은 가격이 비싸 공정 가격에 부담을 주며 탈지 후 침전물을 재사용할 수 없다는 문제점이 있다. 이에 기존의 방법들 보다 경제성이나 기술적으로 우수하고 대량 생산에도 적용할 수 있는 난황 탈지 및 불용성 단백질과의 분리방법이 요구되어진다.

한편 위에서 언급했던 유기용매로 탈지하는 첫 번째 방법에서는 추출한 지질에서 난황 레시틴등 유용물질을 얻는데 이용 될 수 있으나 여타 방법에서는 부산물이 쓸모 없이 버려지게 되어 비경제적이다. 이에 수용성 성분을 분리 후 남은 난황 지질 부산물을 효율적으로 활용 할 수 있는 방법도 아울러 요구된다.

본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제는 난황 수용성 성분의 경제적 대량 분리 공정을 개발하기 위한 것으로, 이에 적합한 규조토를 이용하여 탈 지질화 침전법으로 계란 난황에서의 유용 수용성 성분(항체, 수용성 단백질, 펩타이드류 등)의 분리 정제방법을 개발한 것이다. 또한 이에 적합한 탈 지질 침전조의 설계 및 공정 중 생긴 부산물인 지질 침전물을 효과적으로 재활용할 수 있는 방법을 제공한다.

도 1은 본 발명의 탈 지질화 침전법에 적합하게 고안된 분리 깔대기가 설치된 침전조의 단면도이다.

도 2는 본 발명의 침전조의 입체 개념도이다.

도 3은 본 발명의 침전조 내부의 분리 깔대기 및 결합부의 개략도이다.

본 발명은 난황에 난황부피의 7∼10배 정도의 물을 가하고 염과 산을 가하여 pH를 5.0∼5.5로 조정시킨 난황 수용액을 수득한 후, 규조토를 난황 수용액의 2∼40(w/v)%로 첨가하고 교반, 일정시간 정치시켜 난황 지질-규조토 복합침전물을 형성시킨 후, 상등액을 회수하여 난황 수용성 성분을 분리 정제시킴을 특징으로 하는 탈 지질화 침전법을 이용한 난황에서의 유용 수용성 성분의 분리 정제방법을 제공하는 것이다. 이 때 분리된 유용 수용성 성분은 난황 항체, 기타 수용성 단백질(livetin류 포함) 및 펩타이드류 등이 포함됨을 특징으로 한다.

한편, 상기 방법 중 부산물로 생성된 난황 지질-규조토의 복합침전물을 사용한 머드팩의 원료, 닭의 사료 또는 천연비료를 제공하며 또한 부산물로 생성된 난황 지질-규조토의 복합침전물에 침전물 부피의 3배 이상 되는 유기용매를 가한 후 압착 여과하여 난황 지용성 성분을 분리함을 특징으로 한다.

한편, 탈 지질 침전법을 효율적으로 수행하기 위하여 침전 공정 후 상등액을 드레인(Drain)할 때 상등액인 난황 수용성분 청정액에 침전물 또는 혼탁액의 재혼입을 방지하며 교반기의 역할을 동시에 수행하는 분리 깔대기 및 그 결합부로 구성된 것을 특징으로 하는 탈지질 침전조를 제공한다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명에서 고안된 탈 지질화 침전법의 기본원리는 규조토(Diatomaceous Earth)의 난황 지질 흡착성을 이용한 것이다.

본 발명에 사용되는 규조토는 천연규조토를 사용하는 것이 제일 좋으나 가공소성된 제품(예; 셀라이트(Celite))을 사용하여도 무방하다. 규조토는 담수나 해수에서 번식하는 미생물인 규조(Diatom)의 유해가 퇴적된 지층에서의 흙으로 이산화규소(SiO₂)가 주성분이며 그 외 산화알루미늄, 산화철, 산화나트륨, 산화칼륨, 산화 마그네슘 등의 무기질들로 이루어져 있으며 입자의 크기는 5∼수백 ㎛ 정도로 다양하게 분포되어 있다. 현재 규조토의 주 용도는 수분 및 가스흡착제, 여과 보조제, 건축원료, 머드팩 원료 등으로 사용되어 지고 있다.

본 발명에서는 이러한 규조토가 적당한 농도의 난황 수용액에서 난황 지질 성분을 비교적 선택적으로 흡착하고 일정시간 후에 침전물을 형성하는 것을 발견하게 되었고 이를 응용하여 난황 탈 지질화 침전조를 발명하게 되었다.

규조토의 난황 지질 흡착원리는 다음과 같다.

규조토내에는 수많은 공극(Pore)이 있고 이 공극들은 모세관역할을 하여 모세관응축(capillary condensation)을 통해 흡습을 하며 이 흡습으로 인해 규조토 입자상호간의 결속력이 생긴다. 규조토가 흡습 후 끈적해지는 원인인 이 입자 상호간의 결속력은 수용액상의 난황의 지질성분의 흡착력에 관여하는 것으로 보인다. 흡습력 및 지질 흡착력은 규조토 입자의 분포가 5∼수십 ㎛의 크기가 많을수록 강한 반면 지질 응집후 침전의 속도는 입자의 크기가 클수록 빨라진다. 따라서 효과적인 난황 지질 흡착 침전을 위해서는 규조토 입자 크기의 최적화가 필요하다.

난황 지질의 규조토를 이용한 침전 공정은 대략 다음과 같은 단계를 거친다.

침전조에 담긴 난황에 난황 부피의 7∼10배정도의 물과 0.85%의 염(NaCl)을 가하고 약 10분 간 교반한다. 여기에 수용액 부피의 약 2∼5%(w/v)의 규조토를 가하고 염산 1N을 이용 pH를 5.0∼5.5로 조정한다. 약 1시간 동안 교반 후 4∼6시간 정체시키면 규조토-난황의 복합침전물이 형성된다. 침전물이 형성되면 상등액을 따로 모아 농축하면 수용성 성분을 분리해 낼 수 있다.

이와 같은 침전공정을 기존의 다양한 침전조에서 행하여 본 결과 대부분의 침전조에서 목적하는 바를 이룰 수 가 있었으나 좀 더 효율적인 상등 청정액 회수를 위해 침전물이 상등액에 재혼입되는 것을 방지 할 수 있는 도 1과 같은 벳치(batch)식 침전조를 발명하게 되었다.

이 침전조의 특징은 침전 후 침전물 및 완전히 침전되지 않은 하단부의 혼탁액과 상부의 청정액을 완전 분리할 수 있다는 점이다. 침전 후 청정액을 침전조로부터 드레인(Drain)할 때 일반적 침전조에서는 완전히 침전되지 않지 않은 혼탁액이 재혼입되어 빠져 나올 염려가 있으나 도 2에서와 같이 특별히 고안된 분리 깔대기를 이용하면 청정액 부분이 완전히 분리되어 이러한 현상을 방지 할 수 있다.

분리 깔대기는 분리하고자 하는 혼탁액, 즉 여기서는 규조토가 첨가된 난황 수용액을 침전조에 넣을 때는 침전조 하단부 결합부에서 약 10cm 정도 위에 있다가 침전이 끝나면 결합부로 서서히 내리고 나사조임 방식을 이용하여 결합부에 결합되어 상등액과 혼탁액의 분리막 역할을 할 수 있게 되어 있다. 이 분리 깔대기는 침전과정 중 깔대기 하단 분리부에 침전물이 쌓이는 것을 방지하기 위하여 경사져 있으며 침전조 하단부의 결합부도 같은 이유로 아래로 경사져 있다.

분리 깔대기의 막대 모양의 중심 바(Bar)는 관 형태로 뚫어져 있어 깔대기를 침전조 하단부 결합부로 하강하더라도 침전조내의 액 유동이 없어 혼탁액이 위로 유동하는 것을 막을 수 있다. 한편, 이 중심바에는 임펠러(Impeller)를 부착하여 교반기의 역할을 할 수 있게 했다. 난황 수용액 및 규조토 혼합액을 침전조에 담은 후 중심바의 상부를 회전 모터와 연결하여 교반한 후 교반을 멈추고 침전하였다가 다시 중심바를 모터와 분리하여 하단부로 내릴 수 있게 되어 있다.

즉 교반봉과 분리막 역할을 동시에 수행할 수 있게 설계되어 있는 분리 깔대기 봉이 이 침전조의 중요한 부분인 것이다.

(실시예 1) 난황으로부터 수용성 유용물질의 분리

난백이 분리된 난황 10L가 담긴 침전조에 물 약 70L를 가했다. 10분간 교반한 후 규조토 3kg을 첨가하고 염산 1N을 이용 pH를 5.5로 조정했다. 1시간 동안 교반한 후 약 4시간이상 정체시켜 침전을 형성 시켰다. 침전이 형성되면 분리막 깔대기로 침전물과 상등액을 분리시킨다. 상등액은 배출구를 통해 받아내었으며 부피는 약 60L 정도였다. 모아진 상등액은 분자량 3만의 UF(Ultra Filtration)로 X12배 농축하여 약 5L의 수용성 단백질 농축액을 얻고 투과물(permeate)은 따로 모아 RO로 농축하여 약 2L의 저분자 펩타이드 용액을 얻었다. 얻어진 수용성 단백질 농축액은 동결 건조하여 항체 및 수용성 단백질을 포함한 백색의 단백질 분말 약 25g을 얻을 수 있었다.

(실시예 2) 부산물의 활용방법

실시예 1에서 생성된 침전물은 탈수후 약 15kg을 얻을 수 있었으며 따로 모아 열풍건조 시키면 약 7kg의 침전건조물을 만들 수 있다.

기존의 다른 난황 탈지방법에서는 탈지 후 지질 부산물을 활용할 수 있는 방법이 거의 없으나 본 발명에서는 상기한 탈지방법 후 얻어지는 침전 부산물을 유용하게 사용할 수 있다. 침전물의 세척 및 보존이 필요한 경우에는 난황 지질과 규조토의 복합 침전물 형성 후 이를 여과백(Filter bag)에 담고 침전물 부피의 2배정도 되는 15% 염수를 가해 세척하고 수분을 자연 여과 혹은 압착 여과하여 침전물을얻는다.

본 발명에 따른 난황 지질과 규조토의 복합침전물의 이용방법은 다음과 같다.

첫째, 침전물을 머드팩의 원료로 사용하는 것이다. 침전물은 난황지질, 항체등을 포함하는 잔여 수용성 단백질, 규조토등이 주성분이며 이는 머드팩(Mud Pack)의 좋은 원료가 될 수 있다. 특히 난황이 여드름 원인균, 무좀균, 기타 피부 질환균을 항원으로 면역된 닭에서 얻어졌다면 이들 병원균에 특이한 항체 및 면역인자를 포함하게 되므로 언급한 피부질환들에 효능이 있는 머드팩을 만들 수 있다. 침전물을 15%의 염수로 세척하고 머드팩에 적합한 함수량으로 탈수한 후 보존제 및 기타 안정제, 첨가제를 가한 후 머드팩을 만들고 이를 냉장보관 하였다가 사용하면 좋은 머드팩이 될 수 있다.

둘째, 침전물을 열풍 건조한 후 닭의 사료로 재이용하는 방법이다. 닭의 경우 먹이 외에 일정량의 흙이나 모래를 섭취해야 하므로 이는 좋은 영양원이 될 수 있다. 경우에 따라서는 열풍 건조하지 않은 채로 사료로 이용 할 수 있으나 이는 보존성에 문제가 있을 수 있으므로 건조 침전물이 유리하다.

셋째, 염수로 세척하지 않고 탈수만 하거나 건조 상태로 유기농법에 이용 될수 있는 좋은 천연 비료로 사용될 수 있다. 난황에는 다양한 종류의 영양원 및 기타 많은 미네랄이 포함되어 있어 천연비료로 이용되기에 적당하고 규조토 역시 복토 및 토양력 회복에 도움이 된다.

넷째, 침전물을 회수하여 침전물 부피의 3배 이상의 알코올류 등의 유기용매와 함께 교반하고 이를 압착 여과하면 난황 레시틴 혹은 기타 유용 인지질 성분을 추출 할 수 있다. 유기용매로 난황의 유용성분을 미리 추출할 경우는 수용성 단백질의 불활성으로 수용성 성분들은 얻지 못하는 반면 물과 규조토를 이용 먼저 수용성 성분을 추출하고 부산물로 얻어지는 침전물을 유기용매로 추출하면 잔여 유용 지질성분을 얻을 수 있어 계란 난황의 모든 성분을 일관 공정으로 회수 할 수 있는 장점이 있다.

본 발명의 효과는 난황의 수용성 성분을 난황의 지질 성분으로부터 분리 정제하는 것으로, 경제적이면서도 대량생산 공정에 적합한 탈 지질 방법을 제공하여 준다. 아울러 공정 부산물인 탈지질 침전물을 이용하여 지용성 성분을 추출할 수 있는 일관공정을 제공하며 그 외 침전물을 이용한 머드팩, 사료원료 및 유기농법의 토양 원료 등의 재활용 방법을 제공해 준다.

Claims (5)

1. 난황에 난황부피의 7∼10배 정도의 물을 가하고 염과 산을 가하여 pH를 5.0∼5.5로 조정시킨 난황 수용액을 수득한 후, 규조토를 난황 수용액의 2∼40(w/v)%로 첨가하고 교반, 일정시간 정치시켜 난황 지질-규조토 복합침전물을 형성시킨 후, 상등액을 회수하여 난황 수용성 성분을 분리 정제시킴을 특징으로 하는 탈 지질화 침전법을 이용한 난황에서의 유용 수용성 성분의 분리 정제방법
2. 제 1항에 있어서, 분리된 유용 수용성 성분은 난황 항체, 수용성 단백질 및 펩타이드류 등이 포함됨을 특징으로 하는 방법
3. 제 1항의 방법 중 부산물로 생성된 난황 지질-규조토의 복합침전물을 사용한 머드팩의 원료
4. 제 1항의 방법 중 부산물로 생성된 난황 지질-규조토의 복합침전물에 침전물 부피의 3배 이상 되는 유기용매를 가한 후 압착 여과하여 난황 지용성 성분을 분리함을 특징으로 하는 난황 지용성 성분의 분리 방법
5. 제 1항의 탈 지질 침전법을 효율적으로 수행하기 위하여 침전 공정 후 상등액을 드레인(Drain)할 때 상등액인 난황 수용성분 청정액에 침전물 또는 혼탁액의 재혼입을 방지하며 교반기의 역할을 동시에 수행하는 분리 깔대기 및 그 결합부로 구성된 것을 특징으로 하는 탈지질 침전조