KR100678588B1 - 아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물 및 이로부터제조된 안정한 겔 - Google Patents

아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물 및 이로부터제조된 안정한 겔 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물 및 이로부터 제조된 안정한 겔에 관한 것으로서, 9 내지 16 범위의 친수성-친유성 균형(HLB) 값을 갖는 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제 및 아스코르브산을 포함하는 본 발명의 겔 형성 조성물은 유연하면서도 코팅성이 우수한 겔을 용이하게 형성할 수 있어, 다양한 생리 활성물질들을 안정화시키는데 유용하게 사용될 수 있다.

Description

아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물 및 이로부터 제조된 안정한 겔 {GEL-FORMING COMPOSITION COMPRISING ASCORBIC ACID AND STABLE GEL PREPARED THEREFROM}
도 1은 본 발명에 따라 제조된 아스코르브산-함유 겔로 피복된 유산균의 저온 저장 안정성을 나타낸 것이며,
도 2는 본 발명에 따라 제조된 아스코르브산-함유 겔로 피복된 유산균을 우유에 첨가했을 때의 저장 안정성을 나타낸 것이다.
본 발명은 생리 활성물질의 안정화에 적합한, 아스코르브산-함유 겔 형성 조성물에 관한 것이다.
유산균, 유당분해효소 등을 비롯한 다양한 생리 활성물질들은 체내에서 위의 산성조건, 장내균의 영향 등에 의해 변질되어 설사, 경련과 같은 증상을 나타낼 수 있다. 따라서, 체내에서 생리 활성물질들의 기능을 적절히 유지하기 위해서는 생 리 활성물질의 안정화가 필요하며, 안정화 방법 중의 하나로 유화제를 이용한 코팅 기술이 사용되고 있다.
예컨대, 한국 특허 제260592호에서는 우유의 체내 흡수를 돕기 위해 사용되는 유당분해효소를 미세캡슐화하는 기술을 개시하였다. 구체적으로, 상기 특허에서는 유당분해효소를 중쇄 트리글리세리드 및 폴리글리세린 지방산 에스터와 혼합하고, 이 혼합액을 스프레이 건으로 트윈-60 함유 분산액에 분무한 다음, 원심분리를 통해 미세캡슐 형태의 유당분해효소를 얻은 후 이를 우유 가공시에 첨가사용하였다. 그러나, 이러한 유당분해효소의 미세캡슐화는 효소의 코팅을 위해 스프레이 건을 이용한 분무 공정 및 원심분리 공정 등을 거쳐야 하는 불편이 있다.
한편, 일본 특허공개 평1-228456호에서는 유산균-함유 수성상을 친유성 유화제가 첨가된 유지와 혼합하여 유산균-함유 W/O형 에멀션을 생성하고, 상기 에멀션을 다가 금속염 용액에 분산시켜 얻은 분산액을 피막형성용액과 접촉반응시켜 겔상 피막을 형성하는 것을 특징으로 하는, 유산균 캡슐 제조방법을 개시하고 있다. 상기 특허에서는 친유성 유화제로서 친수성-친유성 균형(hydrophilic lipophilic balance: HLB)이 3.5 이하인 것을 사용하였으며, 이러한 기술은 에멀션의 응집현상을 유도하기 위해 유산칼슘, 염화칼슘 등의 다가 금속염을 사용하면서, 별도의 피막형성용액을 사용해야 하는 번거로움이 있다.
이에, 본 발명자들은 예의연구한 결과, 일종의 겔화촉진제로서 아스코르브산을 사용하여 특정 HLB 값을 갖는 유화제와 적정 함량으로 혼합하는 경우, 별도의 수단 없이 직접 안정한 겔을 형성할 수 있으며 그러한 겔 형성 방법을 통해 유산 균, 유당분해효소 등의 생리 활성물질들을 효율적으로 안정화시킬 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 생리 활성물질을 효율적으로 안정화시킬 수 있는, 아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물 및 이를 이용하여 수득한 안정한 겔을 제공하는 것이다.
상기의 목적에 따라, 본 발명에서는 9 내지 16 범위의 친수성-친유성 균형(HLB) 값을 갖는 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제, 및 아스코르브산을 포함하는 겔 형성 조성물을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 겔 형성 조성물은 유화제로서 특정 범위의 HLB를 갖는 폴리글리세린 지방산 에스터 및 겔화 촉진제로서 아스코르브산을 수중에서 혼합하여 사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에서는 유화제로서 HLB 값이 9 내지 16, 바람직하게는 12 내지 16인 폴리글리세린 지방산 에스터를 사용한다. 일반적으로 폴리글리세린 지방산 에스터는 유제품을 포함한 식품, 화장품, 의약품 사료 등의 다양한 제품에서 향기, 맛, 기능성 물질 등의 안정화를 이루는데 널리 사용되고 있는데, HLB 값이 9 미만의 폴리글리세린 지방산 에스터는 수중에서 소수성을 나타내어 수중 겔 형성에 바람직하지 않으며, HLB 값이 16을 초과하는 경우에는 수중에서 중성화되어 알칼리성으로 유지되기 어려우므로 산성 아스코르브산과의 겔화 형성 반응이 어려울 수 있다.
본 발명에서 사용가능한 폴리글리세린 지방산 에스터의 대표적인 예로는 다이글리세린 지방산 에스터, 트라이글리세린 지방산 에스터 및 데카글리세린 지방산 에스터가 있다. 특히, 데카글리세린 지방산 에스터, 예컨대 HLB가 12 내지 14인 데카글리세린 모노스테아레이트(DEGMS), HLB가 13 내지 15인 데카글리세린 모노올레이트(DEGMO) 및 HLB가 14 내지 16인 데카글리세린 모노라우레이트(DEGML)가 바람직하며, 이중에서도 DEGMS가 포화지방산인 모노스테아레이트가 결합되어 있어 산화가 일어나지 않고 무미무취한 특성으로 인해 가장 바람직하다.
상술한 바와 같은, HLB 값이 9 내지 16인 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제는 조성물 100 중량%를 기준으로 하여 11 내지 30 중량%의 함량으로 사용되는 것이 바람직하며, 11 내지 24 중량%로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
상기 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제는 원말 또는 수용액의 형태로 사용될 수 있으며, 수용액으로 사용시에는 온도가 높아지면 겔이 형성되지 않기 때문에 10 내지 25℃의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 겔화 촉진제로 사용되는 아스코르브산은 자체가 산성을 띠므로 알칼리성의 폴리글리세린 지방산 에스터와 결합하여 직접 겔을 형성할 수 있으며, 산화력이 강한 화학구조를 가져 산소 제거능이 뛰어나 생리 활성성분의 안정화를 촉진할 수 있다. 이러한 아스코르브산은 조성물 100 중량%를 기준으로 하여 2 내지 9 중량%의 함량으로 사용되는 것이 바람직하며, 2 내지 4 중량%로 사용되는 것이 더욱 바람직하다.
상술한 바와 같은 특성의 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제 및 아스코르브산은 적정량으로 나머지 양의 물에 용해될 경우, 생성 용액의 pH가 약 3 내지 5 범위로 되면서, 수중에서 알칼리성 유화제와 산성 아스코르브산이 pH 작용 및 다가의 이온 작용에 의해 물리적으로 결합함으로써 별도 수단의 도움 없이도 직접 안정한 겔을 형성할 수 있다.
또한, 본 발명의 겔 형성 조성물은 필요에 따라 만니톨, 베타글루칸 및 트윈 80 (폴리소베이트 80)의 첨가제를 포함할 수 있으며, 이들 첨가제는 조성물 100 중량%를 기준으로 각각 4 내지 10 중량%, 0.2 내지 1 중량% 및 0.2 내지 1 중량%의 함량으로 사용되는 것이 바람직하다.
본 발명의 겔 형성 조성물로부터 수득된 겔은 그 자체로 제품으로서 사용가능할 뿐만 아니라, 우유 및 발효유 등의 유제품을 비롯한 식품, 의약품, 화장품, 사료 등에 첨가제로서도 사용될 수 있다. 즉, 본 발명에 따른 겔 형성 조성물은 단백질, 당 단백질, 영양물질, 생균 등을 안정화시키기 위한 겔 형성 물질로서 작용가능하다.
상기 생리 활성성분으로는 단백질, 당단백질, 유당분해효소를 비롯한 다양한 종류의 효소, 프로바이오틱스(probiotics), 기타 영양물질 등이 하나 이상 사용될 수 있으며, 그 함량은 형성된 겔의 전체 중량으로 기준으로 2 내지 50 중량%가 바 람직하다.
예컨대, 본 발명에 따르면, 유산균, 아스코르브산 및 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제가 각각 37 내지 43 중량%, 2 내지 4 중량%, 및 11 내지 30 중량%의 범위로 사용되어 형성된 겔; 유당분해효소, 아스코르브산 및 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제가 각각 2 내지 8 중량%, 2 내지 4 중량%, 및 11 내지 30 중량%의 범위로 사용되어 형성된 겔; 유산균, 유당분해효소, 아스코르브산 및 폴리글리세린 지방산 에스터 유화제가 각각 35 내지 39 중량%, 2 내지 4 중량%, 2 내지 4 중량%, 및 11 내지 30 중량%의 범위로 사용되어 형성된 겔이 제공될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 겔 형성 조성물의 제조
유화제로서 데카글리세린 모노스테아레이트(DEGMS) 및 아스코르브산을 각각 하기 표 1에 제시된 함량으로 증류수에 용해시켜 혼합하였다. 이어서, 내경 1cm 및 높이 3.9cm의 플라스틱 원통 튜브내에 상기 혼합용액을 충전시킨 후, 지름 0.5cm 및 중량 0.86g의 둥근 철볼을 튜브내 용액에 통과시켜 통과시간을 측정함으로써 혼합용액의 겔 형성여부를 평가하였으며, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
Figure 112006043802355-pat00001
Figure 112006043802355-pat00002
상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 아스코르브산이 사용되지 않은 경우에는 겔이 형성되지 않아 튜브내의 철볼이 수초만에 통과한 반면, 유화제로서의 DEGMS를 아스코르브산과 함께 사용하는 경우 최종 용액의 pH가 약 3 내지 5의 범위로 조절되면서 철볼의 통과시간이 140초 이상으로 증가하므로 유체의 유동성이 적은 겔이 형성되었으며, 또한 DEGMS 함량이 26 중량% 이상인 경우에는 철볼이 튜브내의 상단에 정치되어 있는 강한 겔이 형성되었음을 확인할 수 있다.
실시예 2: 아스코르브산 겔의 제조
단계 1 : DEGMS 유화제 수용액의 준비
DEGMS, 증류수, 베타글루칸, 만니톨 및 트윈 80을 각각 20, 69, 1, 9 및 1의 중량%의 함량으로 용기에 넣어, 70 내지 80℃에서 완전히 균질화될 때까지 혼합한 후 온도를 25℃로 낮추어, 20% 농도의 DEGMS 유화제 수용액을 수득하였다.
단계 2 : 아스코르브산 겔의 제조
상기 단계 1에서 수득된 DEGMS 유화제 수용액과 아스코르브산을 각각 97.6 중량% 및 2.4 중량%의 양으로 혼합하여 pH 4로 조절함으로써 겔을 형성하였다.
실시예 3: 아스코르브산-유산균 겔의 제조
단계 1 : 유산균의 준비
락토바실러스 퍼멘텀(Lactobacillus fermentum) ET 균주 (KCTC 10955BP)를 MRS 배지를 이용해 18시간 동안 배양하여 평균 균총이 약 109 CFU/g의 농도가 되게 한 후, 배양액을 6,000 rpm/5℃/20분의 조건에서 원심분리하여 상층액을 제거하고, 고농도의 유산균만을 회수하였다.
단계 2 : 아스코르브산-유산균 겔의 제조
상기 단계 1에서 얻은 회수 유산균, 아스코르브산 및 실시예 2의 단계 1에서 수득한 DEGMS 유화제 수용액을 각각 41 중량%, 2 중량% 및 57 중량%의 양으로 혼합하여, 아스코르브산-유산균 겔을 형성하였다.
실시예 4: 아스코르브산-유당분해효소 겔의 제조
유당분해효소로서 일본의 아마노사에서 생산하는 진균 락테아제(Fungal lactase) 10mg, 아스코르브산 및 실시예 2의 단계 1에서 수득한 DEGMS 유화제 수용액을 각각 4 중량%, 3 중량% 및 93 중량%의 양으로 혼합하여, 아스코르브산-유당분해효소 겔을 형성하였다.
실시예 5: 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔의 제조
실시예 3의 단계 1에서 얻은 회수 유산균, 유당분해효소(일본 아미노사의 진균 락테아제), 아스코르브산 및 실시예 2의 단계 1에서 수득한 DEGMS 유화제 수용액을 각각 37 중량%, 2 중량%, 2 중량% 및 59 중량%의 양으로 혼합하여, 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔을 형성하였다.
실험예 1: 저온 저장된 유산균 겔의 안정성 시험
실시예 3에서 제조된 아스코르브산-유산균 겔 및 실시예 5에서 제조된 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔의 저장 안정성을 평가하기 위해, 시간 경과에 따른 균수 변화정도를 측정하여, 대조군으로서 실시예 3의 단계 1에서와 같이 회수된, 겔로 코팅되지 않은 유산균("원액 유산균")과 비교하였다.
구체적으로, 각각의 시험군을 10℃ 이하의 저온 냉장조건에서 보관하면서 30일간에 걸쳐 시험군내에 함유된 균수(CFU log/ml)를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 2 및 도 1에 나타내었다.
Figure 112006043802355-pat00003
상기 표 2 및 도 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 원액 유산균의 경우에는 시간이 경과할수록 균수가 감소하고 있는 반면, 본 발명에 따라 제조된 겔내의 유산균은 균수가 거의 변화하지 않아 균의 생존율이 높았으며, 이는 유산균이 아스코르브산 함유 겔에 의해 피복이 잘 이루어져 공기와 완전히 차단된 것을 의미하는 것이다.
실험예 2: 우유에 첨가된 유산균 겔의 안정성 시험
우유내에 함유된 유산균은 우유의 통상적인 유통기간인 최소 12일 동안 생존하여야 한다. 따라서, 실시예 3에서 제조된 아스코르브산-유산균 겔 및 실시예 5에서 제조된 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔의 우유 첨가시 저장 안정성을 평가하기 위해, 상기 겔들을 우유에 0.1g/100㎖의 양으로 첨가한 후 상기 실험예 1과 같은 방법으로 시간 경과에 따른 균수(CFU log/ml) 변화정도를 측정하였으며, 그 결과를 하기 표 3 및 도 2에 나타내었다.
Figure 112006043802355-pat00004
상기 표 3 및 도 2로부터, 본 발명에 따라 제조된 겔내의 유산균은 30일 동안 생존율에 거의 변동이 없어, 매우 안정함을 확인할 수 있다.
실험예 3: 인공위액 및 담즙액내에서의 유산균 겔의 안정성 시험
사람의 순수한 위액의 pH는 1.4 내지 2.0 정도로 거의 대부분의 미생물은 사멸될 가능성이 높으며, 일부의 유산균이나 프로바오틱스의 기능을 갖고 있는 균들은 체내 담즙에서도 사멸될 수 있다. 따라서, 실시예 3에서 제조된 아스코르브산-유산균 겔 및 실시예 5에서 제조된 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔의 인공위액 및 담즙액에서 생존율을 시험관내(in vitro) 조건하에서 평가하였다. 이때, 균의 배지로서 유산균에 대해 통상적으로 사용하는 MRS 배지를 사용하였으며, 인공위액 및 담즙액은 논문 [Shin-Ho, Lee et al., Kor. J. Appl. Microbiol. Vol. 25, No.6, 617-622(1997)]에 개시된 방법으로 제조하여 사용하였다.
구체적으로, 인공위액에 대한 시험을 위해서는 HCl를 처리한 pH 2의 적정한 MRS 액체 배지에 각각의 시험군 겔을 0.1g/100㎖로 접종한 후, 37℃ 배양기에서 24시간 동안 정치하면서 유산균의 생존수를 측정하였다. 또한, 위를 통과한 후의 담즙액에 대한 시험을 위해서는 pH 2의 MRS 액체 배지에 각각의 시험군 겔을 0.1g/100㎖로 접종한 후, 상기 배지를 제거하고 다시 0.3% Oxgall이 포함된 pH 6.5의 MRS 액체 배지를 첨가하여 37℃ 배양기에서 24시간 동안 정치 배양하면서 유산균의 생존 균수(CFU log/ml)를 측정하였다. 측정된 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
Figure 112006043802355-pat00005
상기 표 4로부터, 본 발명에 따라 제조된 겔내의 유산균은 인공위액과 담즙액에서 생존율이 거의 변화없이 유지되고 있음을 확인할 수 있다. 이러한 결과는 본 발명에 따른 겔 형성에 의해 피복된 유산균이 인공위액과 담즙액에 거의 영향을 받지 않고 장에서 프로바이오틱스(probiotics)와 프레바이오틱스(prebiotics)의 기능을 할 수 있음을 의미하는 것이다.
실험예 4: 유산균-유당분해효소 겔의 유당불내성에 대한 유효성 시험
실시예 5에서 제조된 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔에 대해서 유당분해효소의 안정화를 평가하기 위해 유당불내성에 대한 유효성을 시험하였다. 유당불내성이란 유당분해효소가 거의 분비되지 못하여 우유 섭취시 속의 불편함, 설사 등의 증상을 보이는 것이며, 우유의 대체 유제품, 예컨대 발효우유인 요구르트의 경우에는 섭취시에 거의 유당불내성의 증후를 보이지 않는데, 그 이유는 요구르트에 유당과 함께 다량의 유산균과 소량의 유산 및 유당분해효소가 들어 있어 장내에서 유산균에 의한 유당의 이용, 유당분해효소의 작용, 유산 작용에 의한 pH 저하 등으로 인해 장이 안정화되기 때문인 것으로 알려져 있다 (Int. Dairy J. 7, pp 31-41, 1999, 및 American J. of Clinical Nutrition, 73-2, pp 421S-429S, 2001).
구체적으로, 유당불내증이 있는 피검자 8명을 선발하여, 실시예 5에 따라 제조된 아스코르브산-유산균-유당분해효소 겔이 0.1g/100㎖의 양으로 첨가된 500ml의 시유 및 대조군으로서 시판되는 500ml 시유를 마시게 한 후, 피검자에게서 나타나는 증상을 하기 표 5에 제시한 유당불내성 평가용 5점 채점표에 따라 조사한 후, 그 결과를 하기 표 6에 나타내었다.
Figure 112006043802355-pat00006
Figure 112006043802355-pat00007
상기 표 6으로부터 볼 수 있는 바와 같이, 일반적인 시유를 마신 경우에는 피검자 대부분이 방귀, 속 불편 등의 심한 유당불내증 증상들을 나타낸 반면, 본 발명에 따라 제조된 유산균-효소 겔이 첨가된 500ml의 시유를 마신 경우 피검자 8명 중 7명이 장내 상태가 편한 상태이고 1명만이 불편한 증상을 나타내었으며, 이는 본 발명에 따른 유산균-효소 겔이 위액 및 담즙에서 사멸 또는 파괴되지 않고 안정한 상태를 유지하면서 각자의 기능을 하고 있다는 것을 보여주는 것이다.
상기에서 살펴본 바와 같이, 본 발명에 따른 아스코르브산 함유 겔 형성 조성물 및 이를 이용하여 제조된 유산균, 유당분해효소 등의 활성성분 함유 겔은 장기간 저장시 뿐만 아니라 우유 등의 식품, 위액 및 담즙내에서 활성성분의 안정한 상태를 유지할 수 있어, 그 자체로서 제품으로 사용되거나, 우유 및 발효유 등의 유제품을 포함한 다양한 식품 및 동물의 프로바이오틱스 제품의 첨가제로서 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (15)

  1. 9 내지 16 범위의 친수성-친유성 균형(HLB) 값을 갖는 폴리글리세린 지방산 에스터 11 내지 30 중량%, 아스코르브산 2 내지 9 중량% 및 나머지 양의 물을 포함하는 겔 형성 조성물.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 제 1 항에 있어서,
    조성물이 3 내지 5의 pH 범위를 갖는 것을 특징으로 하는 겔 형성 조성물.
  5. 제 1 항에 있어서,
    폴리글리세린 지방산 에스터가 다이글리세린 지방산 에스터, 트라이글리세린 지방산 에스터, 데카글리세린 지방산 에스터 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 겔 형성 조성물.
  6. 제 5 항에 있어서,
    데카글리세린 지방산 에스터가 데카글리세린 모노스테아레이트(DEGMS), 데카글리세린 모노올레이트(DEGMO), 데카글리세린 모노라우레이트(DEGML) 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 겔 형성 조성물.
  7. 제 1 항에 있어서,
    만니톨, 베타글루칸 및 트윈 80을 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 겔 형성 조성물.
  8. 제 7 항에 있어서,
    만니톨, 베타글루칸 및 트윈 80이 각각 4 내지 10 중량%, 0.2 내지 1 중량% 및 0.2 내지 1 중량%의 함량으로 사용되는 것을 특징으로 하는 겔 형성 조성물.
  9. 제 1 항 및 제 4 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항의 겔 형성 조성물로부터 수득된 겔.
  10. 제 9 항에 있어서,
    2 내지 50 중량%의 생리 활성물질을 포함하는 것을 특징으로 하는 겔.
  11. 삭제
  12. 제 10 항에 있어서,
    생리 활성물질이 유산균, 유당분해효소 또는 이들의 혼합물인 것을 특징으로 하는 겔.
  13. 제 10 항에 있어서,
    폴리글리세린 지방산 에스터 11 내지 30 중량%, 아스코르브산 2 내지 4 중량%, 및 유산균 37 내지 43 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 겔.
  14. 제 10 항에 있어서,
    폴리글리세린 지방산 에스터 11 내지 30 중량%, 아스코르브산 2 내지 4 중량%, 및 유당분해효소 2 내지 8 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 겔.
  15. 제 10 항에 있어서,
    폴리글리세린 지방산 에스터 11 내지 30 중량%, 아스코르브산 2 내지 4 중량%, 유산균 2 내지 4 중량% 및 유당분해효소 35 내지 39 중량%를 포함하는 것을 특징으로 하는 겔.
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