KR100411481B1 - 정제된 미생물 배지용 한천 및 그 제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 정제된 미생물 배지용 한천 및 그 제조방법에 관한 것으로 우뭇가사리로부터 추출한 한천 또는 식용한천을 미세여과하고 수세 및 알칼리처리하여 제조한 본 발명 한천은 탁도가 낮아 투명도가 높으며 겔강도가 높고 이수율, 황산기 및 점도가 낮아 미생물 배지용으로 사용하기에 적합한 뛰어난 효과가 있다.

Description

정제된 미생물 배지용 한천 및 그 제조방법{Microfiltrated microbiological agar and process for preparation thereof}
본 발명은 정제된 미생물 배지용 한천 및 그 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는 우뭇가사리로부터 추출한 한천 또는 식용한천을 미세여과, 수세 및 알카리 처리하여 겔강도가 높고, 점도, 황산기 함량 및 이수율이 낮은 미생물 배지용 한천 및 그 제조방법에 관한 것이다.
우리 나라에서 한천의 생산에 대표적인 홍조류는 우뭇가사리 (Gelidium)과와 꼬시래기(Gracilaria)과이며 이 두 종의 분류는 상당히 복잡하며, 지속적으로 분류 방법에 대한 논의가 진행 중이다(Jol et al, 1999). 홍조류의 세포벽을 이루는 구성 다당류로서의 한천은 α(1-4)-3,6-언하이드로-D-갈락토스[α(1-4)-3,6- anhydro-D-galactose]와 β(1-3)-D-갈락토스[β(1-3)-D-galactose]가 교차 결합한 골격을 가지며 약 6%의 황산기가 에스테르(ester)결합을 이루고 있다 (Rudolph, 1999; Jol et al, 1999). 그리고 종 및 성장시기에 따라 황산기가 메틸 에테르(methyl ether) 또는 피루베이트 아세틸 그룹(pyruvate acetal group)으로치환된 경우도 보고되고 있다 (Craigie, 1990).
1996년을 기준으로 하여 우리 나라의 우뭇가사리 생산량은 3551 톤이며, 한천 생산량은 563 톤으로 전세계 생산고의 약 13% 수준이다. 그러나 우리 나라에서 생산된 한천은 대부분이 식용 한천으로 60 ~ 70%는 외국으로 수출되고, 나머지 30 ~ 40%는 식품가공용으로 국내에서 소비되고 있으며, 국내에서의 한천 정제법에 관한 연구 현황은 미진하며 한천의 제조에만 국한되어 있는 실정이다(농림수산부, 1998).
미생물 배지용 한천은 종래에는 우뭇가사리로 조제하였으나 근래에 와서 세계적으로 생산량이 많은 꼬시래기과로부터의 공업용 한천의 제조기술이 발달하여 대량 생산되어 현재의 미생물 배지용 한천은 꼬시래기과에서 추출 제조되고 있다. 우뭇가사리와 꼬시래기로부터 제조된 한천들은 그 물성 면에서 차이를 보이는데 꼬시래기 유래 한천으로부터 정제된 미생물배지용 한천은 투명도, 겔(gel) 강도 및 이수율이 일반 한천에 비하여 우수하며, 그 순도 면에서 황산기 및 무기질 함량이 적다. 또한 미생물의 성장이 한천에 존재하는 함질소화합물, 무기질 및 불포화 지방산 등의 불순물의 영향을 많이 받기 때문에 일반 한천을 미생물 배지로 직접 사용하는 것은 불가능하다(林과 岡崎, 1970).
본 발명자들은 국내에서 생산량이 많은 우뭇가사리로부터 한천을 제조하고 이를 미생물용 한천으로 정제하는 과정 중 그 물리화학적 특성을 비교 분석하여 미생물 배지용으로 적용성을 평가하므로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 우뭇가사리로부터 추출한 한천을 미세여과, 수세및 알카리 처리하여 겔강도가 높고, 점도, 황산기 함량 및 이수율이 낮은 미생물 배지용 한천을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 미생물 배지용 한천의 제조방법을 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 우뭇가사리로부터 추출한 한천 또는 식용한천의 일반성분 및 물리화학적 성질을 조사하고 이어서 상기 한천을 미세여과 (microfiltration), 수세 및 알칼리 처리한 후 각각의 물리화학적 성질을 조사하여 본 발명 한천이 겔 강도가 높고 점도, 황산기 함량 및 점도가 낮아 미생물 배지용으로 효과적임을 확인하므로써 달성하였다.
이하, 본 발명의 구성을 설명한다.
본 발명은 담수에 수세하여 건조한 우뭇가사리를 상기 우뭇가사리의 10배 양의 담수에 하룻밤 침지 후, 차아염소산 나트륨을 액량의 0.05% 되도록 첨가하여 표백처리하고 상기 우뭇가사리를 물로써 수세하고 0.2% 황산용액에 처리한 후 중성이 될 때까지 수세하고 상기 우뭇가사리에 상기 우뭇가사리의 10배 양의 0.02% 메타인산나트륨 용액을 첨가하고 pH를 6.0으로 고정시켜 가열 추출한 후 피로인산칼륨을 가하고 pH를 8.0으로 조절하여 규조토를 액량의 2% 되도록 첨가하여 여과하고 상기 여과액을 실온에 방치하여 겔화시키고 5 x 5 x 300 mm의 크기로 잘라서 0.1 % 차아염소산소다에서 표백하여 -80℃에서 동결시킨 후 해동하면서 탈수 건조시킨 후 상기 한천 추출물을 기공이 0.2 ∼ 0.4㎛인 미세여과기에서 여과시켜 제조하는 미생물 배지용 한천의 제조방법이다.본 발명은 우뭇가사리를 차아염소산나트륨으로 표백처리하고 황산용액으로 산처리한 다음 중성이 될 때까지 수세한 후 메타인산나트륨 용액으로 한천을 가열 추출하고 이를 규조토로 여과, 차아염소산소다로 표백한 후 동결, 해동 및 탈수건조시켜 한천으로 제조하는 단계; 상기 제조한 한천의 수분, 회분, 조지방, 조단백질, 황산기와 같은 일반조성과 한천의 점도, 겔강도, 3,6-언하이드로갈락토스(3,6-anhydrogalactose)의 비율과 같은 물리화학적 특성을 각각 조사하는 단계; 제조한 한천을 기공이 5.0, 1.0, 0.4, 0.2㎛인 미세여과기로 여과한 후 겔강도, 점도, 황산기함량, 이수율 및 탁도 즉 투명도를 조사하여 미세여과 처리가 한천의 투명도를 개선시킴을 확인하는 단계; 상기 미세여과하여 얻은 한천을 수세척한 후 탁도, 겔강도, 점도, 황산기 함량 및 이수율을 조사하여 수세처리가 겔강도를 향상시킴을 확인하는 단계 및; 수세과정을 거친 한천을 NaOH 용액으로 처리한 후 탁도, 겔강도, 점도, 황산기 함량 및 이수율을 조사하여 알칼리 처리가 겔강도를 증가시키고 황산기, 이수율 및 점도를 감소시키는 효과가 있음을 확인하는 단계로 구성된다.
본 발명 상기 구성에 따르면 우뭇가사리를 가열 추출하면 한천이 용해되어 점질상의 용액으로 되었고 이에 규조토를 여과보조제로 첨가하여 여과함으로써 불용성의 섬유소, 단백질 및 지질 성분들이 규조토에 흡착됨으로써 비교적 순수한 한천만이 여과되었다. 따라서 규조토 여과에 의하여 해조 중의 대부분의 유기물이 제거됨으로써 해조에 비해 한천의 단백질 및 지질 함량이 낮아졌다.
본 발명에서 우뭇가사리는 1998년 12월에 제주해안에서 수확 건조한 것으로 담수로 수세한 후 60℃에서 24시간 건조하여 한천 추출용 시료로 사용하였다. 그리고 표품으로서의 미생물 배지용 한천은 Difco사 제품, Sigma사 제품, 주식회사 명신에서 제조한 명신한천 및 MSC Korea 제품을 구입하여 분석 비교하였다.
본 발명에서 알카리 처리시 사용한 알칼리 용액의 pH는 9.0 ∼ 14.0 범위이다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예와 실험예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예와 실험예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 우뭇가사리로부터 본 발명 한천 제조
제 1 공정: 한천추출 및 여과처리
한천의 추출은 Pickering 등(1990)과 Levy 등 (1990)의 방법을 실험(pilot)규모에 적합하도록 수정하여 시행하였다. 즉, 담수에 수세하여 건조한 우뭇가사리 10 kg (수분함량 6%)을 10배 양의 담수에 하룻밤 침지 후, 차아염소산 나트륨을 0.05% 되도록 첨가하여 30분간 표백처리하였다. 이것을 물로써 수세하고 0.2% 황산용액에 30분간 처리한 후 중성이 될 때까지 수세하였다. 이것에 10배 양의 0.02% 메타인산나트륨 용액을 첨가하고 pH를 6.0으로 고정시켜 6시간 동안 가열 추출하였다. 추출 후 피로인산칼륨을 100 g 가하고 pH를 8.0으로 조절하여 규조토를 액량의 2% 되도록 첨가하여 여과하였다. 이 여과액을 실온에 방치하여 겔화시키고 5 x 5 x 300 mm의 크기로 잘라서 0.1 % 차아염소산소다에서 5분간 표백하여 -80℃에서 동결시킨 후 해동하면서 탈수 건조시켜 한천을 제조하였다.
제 2 공정: 한천의 일반조성 및 물리화학적 특성
상기 제 1 공정에서 얻은 한천의 수분 및 회분 함량은 상법에 따라 각각 상압 건조법 및 건식회화법으로 결정하였고, 조지방 및 조단백질 함량은 Soxhlet 추출법 및 Kjeldahl 법으로 각각 결정하였다(AOAC, 1990). 황산기 함량은 Dodgson과 Price (1962)법으로 분석하였다. 그리고 한천의 점도는 한천을 1% 농도로 조제하여 65℃에서 B type viscometer (Model DV-III, Brookfield Ltd, USA)로써 측정한 후, 이를 ψ 60 x 30 mm의 용기에 부어 뚜껑을 닫아서 25℃에서 하룻밤 방치하고 4℃에서 2시간 방냉하여 직경 10 mm의 실린더형의 플런저(plunger)를 부착한 Rheometer (Model CR-100D, Sun scientific Co., LTD. Korea)로써 겔강도를 측정하였다. 3,6-언하이드로갈락토오스(3,6-anhydrogalactose)의 비율은 Yaphe (1960)의 방법에 따라 측정하였다. 실험결과, 표 1에 나타낸 바와 같이 추출한 한천의 일반조성은 수분 및 회분이 각각 7.2 및 3.1% 였고 조단백질은 0.8% 였으며, 조지방은 나타나지 않았다. 그러나 우뭇가사리의 일반성분은 수분, 회분, 조단백질 및 조지방이 각각 6.0, 5.3, 20.7 및 0.3%로 추출된 한천과는 수분, 조단백질 및 조지방에서 많은 차이를 보였고, 회분의 경우는 그 변화 폭이 적었다. 그리고 한천의 황화합물의 함량은 1.8%로 해조 중의 3.8% 보다 약간 감소하였다. 황산기의 함량은 1.8%로 나타났다. 한천의 물리화학적 특성은 표 2에 나타낸 바와 같이 수율은 27.5%로 나타났다. 상기 제 1 공정에서 추출한 한천을 1.0% 농도일때 겔 형성시의 파괴강도 (겔 강도)와 용액 상태의 점도를 측정한 결과 겔 강도는 460 g/cm2였으며, 점도는 12 cp였다. 그리고 한천중의 3,6-언하이드로갈락토오스 비율은 40.3%로 나타났다.
결과적으로 한천 제조시 추출, 여과 및 탈수과정 등의 일반적인 공정보다 표백, 산처리, 인산염 첨가와 pH 조정 과정을 더 거치는 공정법을 선택하여 추출한 것이 높은 강도와 저점도 및 3,6-언하이드로갈락토오스의 비율이 높아 제품의 질적 향상을 꾀할 수 있었다.
우뭇가사리로부터 얻은 한천의 일반성분 분석
조성 우뭇가사리 한천
수분 6.0±0.02 7.2±0.02
회분 5.3±0.01 3.1±0.01
조지방 0.3±0.01 -
조단백질 20.7±0.07 0.8±0.03
황산기 3.8±0.01 1.8±0.01
우뭇가사리로부터 얻은 한천의 물리화학적 특성
항목 함량
수율(%) 27.5±0.12
겔강도(g/cm2) 460±2.45
점도(cp)* 12±0.21
3,6-언하이드로갈락토오스 비율(%) 40.3±0.45
[주] *: 65℃에서 1% 용액으로 측정한 점도
제 3 공정: 미세여과(microfiltration)
상기 제 1 공정에서 얻은 한천을 1.0 ~ 5.0% 용액으로 제조한 후 45 ~ 65℃로 온도를 고정시켜 이를 기공 (pore size)이 5.0, 1.0, 0.4 및 0.2㎛인 미세여과기(microfilter)(CSM type, (주)새한)를 부착한 dead-end type cartridge filtration set를 사용하여 순차적으로 4.1 L/min의 유속으로 여과하여 각 획분을 알코올 침전 후, 건조하여 제조하였다. 제조한 한천의 겔강도, 점도 및 황산기 함량은 상기 제 2 공정과 동일한 방법으로 측정하였으며 탁도는 1.0%의 한천 용액을 조제하여 각각 65℃와 20℃로 온도를 고정한 후 파장 600nm에서 분광광도계 (spectrophotometer) (Model UV-160, Shimazu, Japan)로 흡광도를 측정하였다. 이수율의 측정은 1.0% 한천 5 mL을 15 mL의 cap tube에 취하여 밀봉하여 상온에서 지면과 10°정도 경사지게 눕혀 굳힌 후 거꾸로 세워서 4℃에서 하룻밤 방치시킨 다음 무게를 알고있는 여지에 흡착시켜 칭량하여 백분율로써 나타내었다. 실험결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 한천의 투명도는 액상과 겔상의 흡광도와 비례하는 경향을 나타내었으며, 여과막의 기공이 적을수록 확연한 차이를 보였다. 여과막의 기공이 0.4 ㎛ 이하인 경우는 미생물배지보다 양호한 결과를 보였다. 그러나 물성의 변화 및 황산기 함량은 여과막의 기공에 따라 변화하지 않았다. 한천 용액을 380 ∼ 780 nm 사이에서 흡수 스펙트럼을 조사하면 파장이 길수록 빛의 투과도는 높아지며, 한천의 농도가 높아질수록 투과도는 감소하고 이러한 현상은 대부분의 한천에 적용되고 한천의 투명도는 졸 상태일 때는 일정하지만 완전한 겔이 될 때 그 투명도가 급격히 떨어졌다. 이 결과를 미생물 배지용 한천 및 시판 한천과 비교하였다.
미세여과한 우뭇가사리로부터 얻은 한천, 미생물 배지용 한천 및 시판 한천의 물리화학적 성질 비교
한천종류 탁도(OD600) 겔강도(g/cm2) 점도(cp) 황산기(%) 이수율(%)
65℃ 20℃
우뭇가사리로부터얻은 한천 0.049 0.181 460±12 12±0.02 1.80±0.002 10.3±0.01
미세여과(5.0㎛) 0.021 0.210 460±11 12±0.01 1.79±0.001 10.3±0.02
미세여과(1.0㎛) 0.009 0.182 462±12 11±0.01 1.80±0.001 10.0±0.03
미세여과(0.4㎛) 0.004 0.161 458±14 10±0.04 1.78±0.002 9.8±0.04
미세여과(0.2㎛) 0.001 0.141 468±12 11±0.05 1.80±0.001 10.5±0.02
미생물 배지용 한천 A1 0.006 0.159 368±11 8±0.01 2.39±0.001 12.4±0.02
미생물 배지용 한천 B2 0.007 0.171 358±13 8±0.03 2.18±0.002 11.3±0.03
시판 한천 A3 0.061 0.238 392±15 11±0.05 2.54±0.001 12.0±0.05
시판 한천 B4 0.066 0.226 341±22 33±0.06 2.99±0.002 9.8±0.03
[주] 1: Difco 사 제품, 2: Sigma 사 제품, 3: MSC Korea 사 제품 4: 명신한천
제 4 공정: 수세
상기 제 3 공정에서 우뭇가사리로부터 제조된 한천을 미세여과 (microfiltration)시킨 것 중에서 0.4 ㎛ 기공을 가지는 여과막을 사용하여 미세여과한 한천의 경우가 투명도 면에서 상용되는 미생물용 한천보다 우수한 결과를 보였기에 이를 사용하여 정제용 시료로 하였다. 한천분말 500g에 25 L의 물을 첨가하여 20, 50 및 70℃에서 2시간 처리 세척 후 불용성 획분을 알코올 탈수 후 건조하여 각각의 분획을 제조하였다. 한천은 저온에서 용해되지 않으므로 한천 중의 가용성 물질을 녹여 제거하기 위해 한천분말 500g을 각각 20, 50 및 70℃의 온도로 예열된 증류수 25 L에 소량씩 첨가하여 2시간 동안 교반한 후 여과, 건조하였다. 이들의 각각의 특성은 상기 제 2 및 3 공정에서 실시한 성분분석 및 물리화학적 성질측정과 동일하게 실시하였다. 실험결과, 표 4에 나타낸 바와 같이 처리온도가 높을수록 겔의 강도는 458 에서 568 g/cm2로 증가하였고 이와 반대로 황산기의 함량 및 이수율은 각각 1.78 및 9.8에서 0.95와 5.4로 약 절반 정도 감소하여 효과적인 결과를 나타내었다. 그러나 점도의 변화는 약간 감소하는 경향을 나타내었다.
0.4 ㎛ 기공을 가지는 여과막을 사용하여 미세여과한 후 수세한 한천의 물리화학적 특성
탁도(OD600) 겔강도(g/cm2) 점도(cp) 황산기(%) 이수율(%)
65℃ 20℃
대조군* 0.004 0.161 458±12 10±0.02 1.78±0.002 9.8±0.03
20℃ 0.004 0.160 477±21 8.2±0.02 1.03±0.003 6.3±0.01
50℃ 0.004 0.163 545±13 7.5±0.01 0.95±0.001 6.0±0.05
70℃ 0.004 0.155 568±24 8.2±0.04 0.95±0.002 5.4±0.03
[주] 우뭇가사리로부터 얻은 한천을 미세여과 처리함
제 5 공정: 알칼리 처리
상기 제 4 공정에서 50℃ 물로 수세처리를 거친 한천분말 500g씩을 미리 조제한 0.25N NaOH 용액 25 L에 첨가하고 20, 50 및 70℃의 온도에서 2시간 처리하여 알칼리 처리에 대한 영향을 검토하였다. 성분분석 및 물리화학적 특성을 제 2. 3 공정과 동일하게 실시하였다. 실험결과, 표 5에 나타낸 바와 같이 각 온도별로 투명도의 개선 효과는 더 이상 진척되지 않았으나, 겔 강도는 현저하게 증가하였다. 또한 황산기 함량은 1.78%에서 0.4%로 약 4.5배 감소하였고, 이수율은 9.8%에서 5.4%로 낮아졌다. 점도 역시 10 cp에서 4.2cp로 절반 이상 감소하여 알칼리 처리에의한 효과가 현저하게 나타남으로서 제 3 공정에서 조사한 상용의 미생물 배지용 한천의 특성 (표 3)보다 모든 면에서 우수한 결과가 나타났다.
50℃ 물로 수세처리한 한천을 다양한 온도의 알카리로 처리한 후 물리화학적 특성 조사
탁도(OD600) 겔강도(g/cm2) 점도(cp) 황산기(%) 이수율(%)
65℃ 20℃
대조구* 0.004 0.161 458±22 7.5±0.02 1.78±0.002 9.8±0.07
20℃ 0.007 0.150 464±21 5.9±0.04 0.59±0.003 6.3±0.05
50℃ 0.005 0.160 603±13 5.2±0.03 0.40±0.001 6.0±0.09
70℃ 0.004 0.185 738±24 4.2±0.04 0.40±0.002 5.4±0.08
[주] *: 미세여과한 후 50℃에서 수세한 한천
실시예 2: 식용한천으로부터 본 발명 한천 제조
시판 식용한천 (주식회사 명신에서 제조한 명신한천) 500 g을 0.25N NaOH 용액 25 L에 현탁하여 70℃의 온도에서 2시간 처리하였다. 이를 여과포를 사용하여 과량의 NaOH용액을 여과 제거한 후 50배양의 물 (70℃)로써 수세하여 NaOH 제거하였다. 이후 한천의 농도가 2 ∼ 5% 범위가 되도록 물을 첨가하여 가열하여 투명할 때까지 가열하여 한천용액을 얻었다. 이어서 상기 한천 용액을 45 - 65℃로 온도를 고정시켜 이를 기공 (pore size)이 0.4㎛인 미세여과기(microfilter)[CSM type, (주)새한]를 부착한 dead-end type cartridge filtration set를 사용하여 순차적으로 4.0 L/min의 유속으로 여과하여 여액을 알코올 침전 후, 건조하여 제조하였다. 제조한 한천의 겔강도, 점도, 황산기 함량, 탁도 및 이수율은 실시예 1의 제 2공정과 동일한 방법으로 측정하였다. 실험결과, 표 6에 나타낸 바와 같이 한천의 투명도는 사용의 미생물배지보다 우수한 제품으로 나타났다.
시판 식용한천으로부터 제조한 한천, 미생물 배지용 한천 및 시판 한천의 물리화학적 성질 비교
한천종류 탁도(OD600) 겔강도(g/cm2) 점도(cp) 황산기(%) 이수율(%)
65℃ 20℃
시판 식용한천 A1 0.066 0.226 341±22 33±0.06 2.99±0.002 9.8±0.03
식용한천으로부터 제조한 한천 0.004 0.152 740±12 40±0.12 0.30±0.002 4.8±0.08
미생물 배지용 한천 A2 0.006 0.159 368±11 8±0.01 2.39±0.001 12.4±0.02
미생물 배지용 한천 B3 0.007 0.171 358±13 8±0.03 2.18±0.002 11.3±0.03
시판 한천 B4 0.061 0.238 392±15 11±0.05 2.54±0.001 12.0±0.05
[주] 1: 명신한천 2: Difco 사 제품, 3: Sigma 사 제품, 4: MSC Korea 사 제품
이상, 상기 실시예와 실험예를 통하여 설명한 바와 같이 우뭇가사리로부터 추출 한천 또는 식용한천을 다음 미세여과하고 수세 및 알칼리처리하여 제조한 본 발명 한천은 탁도가 낮아 투명도가 높으며 겔강도가 높고 이수율, 황산기 및 점도가 낮아 미생물 배지용으로 사용하기에 적합한 뛰어난 효과가 있으므로 미생물 산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (3)

  1. 담수에 수세하여 건조한 우뭇가사리를 상기 우뭇가사리의 10배 양의 담수에 하룻밤 침지 후, 차아염소산 나트륨을 액량의 0.05% 되도록 첨가하여 표백처리하고 상기 우뭇가사리를 물로써 수세하고 0.2% 황산용액에 처리한 후 중성이 될 때까지 수세하고 상기 우뭇가사리에 상기 우뭇가사리의 10배 양의 0.02% 메타인산나트륨 용액을 첨가하고 pH를 6.0으로 고정시켜 가열 추출한 후 피로인산칼륨을 가하고 pH를 8.0으로 조절하여 규조토를 액량의 2% 되도록 첨가하여 여과하고 상기 여과액을 실온에 방치하여 겔화시키고 5 x 5 x 300 mm의 크기로 잘라서 0.1 % 차아염소산소다에서 표백하여 -80℃에서 동결시킨 후 해동하면서 탈수 건조시킨 후 상기 한천 추출물을 기공이 0.2 ∼ 0.4㎛인 미세여과기에서 여과시켜 제조하는 것을 특징으로 하는 미생물 배지용 한천의 제조방법.
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