KR100679712B1 - Process for preparing collagen from starfish - Google Patents
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Abstract
본 발명은 수산 양식장의 해적생물이며 해양생태계 파괴의 주범으로 알려진 불가사리로부터 아텔로콜라겐(atelocollagen), 수용성 저분자 콜라겐펩티드(collagen peptide) 및 산가용성 저분자 콜라겐 펩티드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 불가사리 껍질에 알칼리를 처리하여 비 콜라겐 성분을 제거하는 방법으로 콜라겐섬유를 제조하고 주석산 또는 구연산을 이용하여 pH를 산성으로 조절한 다음 저온에서 산성프로테아제로 가수분해한 후 염석, 투석, 살균 과정을 거쳐서 아텔로콜라겐을 제조하는 방법과 저온에서 중성프로테아제를 이용하여 상기 아텔로콜라겐으로부터 수용성 저분자 콜라겐펩티드를 제조하는 방법 및 불가사리 콜라겐 섬유로부터 산가용성 콜라겐펩티드를 생산하는 방법으로 구성되어 있다.The present invention relates to a method for producing atelocollagen, water soluble low molecular collagen peptide and acid soluble low molecular collagen peptide from starfish known as a marine organism of aquaculture farms and a major culprit of marine ecosystem destruction. More specifically, the collagen fiber is prepared by treating the starfish shell with alkali to remove non-collagen components, adjusting the pH to acidic using tartaric acid or citric acid, and then hydrolyzing with acidic protease at low temperature, followed by salting, dialysis, A method for producing atelocollagen through sterilization, a method for producing water-soluble low molecular collagen peptide from the atelocollagen using a neutral protease at low temperature, and a method for producing acid-soluble collagen peptide from starfish collagen fibers.
불가사리, 아텔로콜라겐, 콜라겐펩티드, 단백질분해효소 Starfish, Atelocollagen, Collagen Peptides, Proteases
Description
도 1은 알카리물질 종류에 따른 불가사리 효소 가수분해물의 콜라겐 함량을 보여주는 것이다.Figure 1 shows the collagen content of the starfish enzyme hydrolyzate according to the type of alkaline material.
도 2는 수산화칼슘의 처리시간에 따른 불가사리 효소 가수분해물의 콜라겐 함량을 보여주는 것이다.Figure 2 shows the collagen content of the starfish enzyme hydrolyzate according to the treatment time of calcium hydroxide.
도 3은 수산화칼슘의 처리온도에 따른 불가사리 효소 가수분해물의 콜라겐 함량을 보여주는 것이다.Figure 3 shows the collagen content of the starfish enzyme hydrolyzate according to the treatment temperature of calcium hydroxide.
도 4는 5중량% SDS-polyacrylamide gel 전기영동에 의한 콜라겐의 분자량 측정 결과로서 (a)는 소 아텔로콜라겐, (b)는 불가사리 아텔로콜라겐을 나타낸다.Figure 4 is a molecular weight measurement of collagen by 5% by weight SDS-polyacrylamide gel electrophoresis (a) is bovine atecollagen, (b) shows the starfish atelocollagen.
본 발명은 불가사리로부터 열에 의해 변성되지 않고 텔로펩티드가 제거되어 항원성이 없으므로 인체에 활용도가 높은 아텔로콜라겐을 제조하고, 이것으로부터 수용성이며 분자량이 작아 피부흡수가 용이하므로 화장품 소재로 적합한 콜라겐펩티드를 제조하는 방법 및 불가사리 콜라겐 섬유로부터 산가용성 콜라겐펩티드를 생 산하는 방법에 관한 것이다.In the present invention, since the telopeptide is removed from the starfish and the telopeptide is removed, there is no antigen. Thus, the present invention produces atelocollagen, which is highly useful to the human body. It relates to a method of preparation and a method of producing acid-soluble collagen peptides from starfish collagen fibers.
불가사리는 극피동물문에 속하는 해양저서생물로써 별불가사리(Asterina pectinifera), 아무르불가사리(Asterias amurensis), 가시단풍불가사리(Astropecten polyacanthus) 등 전 세계에 1,700여종이 있는 것으로 학계에 보고되어 있으며 우리나라 근해에도 200여종이 서식하고 있다. 특히, 아무르불가사리 및 별불가사리(이하 불가사리로 표기)는 육식성으로 피조개, 전복, 바지락, 가리비 등 유용패류를 그 먹이로 하고 있어 수산양식 산업에서는 아주 큰 해적생물로 분류되어 있으며 최근, 우리나라는 불가사리의 대량 번식으로 인하여 해양생태계가 파괴될 위험에 처해있다. 불가사리는 옛날부터 어촌에서 퇴비로 이용해왔으며 이에 관련된 공지된 특허기술로는 불가사리 비료(대한민국특허 10-0088787호, 10-0346927호, 10-0387936호, 10-0420978호), 건강보조용 칼슘제(대한민국특허 10-048086호), 항혈전 조성물(대한민국특허 10-0408087호), 항콜레스테롤 조성물(대한민국특허 10-0408089호), 항균 조성물(대한민국특허 10-0449910호) 등이 있으나 불가사리로부터 콜라겐을 제조하는 방법에 대한 특허는 공지된바 없다.Starfish starfish (Asterina pectinifera) stars as marine benthic belonging to the echinoderms dongmulmun, Amur starfish (Asterias amurensis), prickly leaves Starfish (Astropecten polyacanthus), etc., and that the 1,700 species around the world are looking to academia than 200 in the country offshore This is inhabiting. In particular, the Amur Buddha Starfish and Starfish Starfish (hereinafter referred to as starfish) are carnivorous and have useful shellfish such as shellfish, abalone, clams, and scallops, and are classified as very large pirates in the aquaculture industry. Mass reproduction poses the risk of destroying marine ecosystems. Starfish have been used as a compost in fishing villages since ancient times, and known patent technologies related to this are starfish fertilizers (Korea Patent 10-0088787, 10-0346927, 10-0387936, 10-0420978), calcium supplements for health supplements (Korea) Patent 10-048086), anti-thrombotic composition (Korean Patent No. 10-0408087), anti-cholesterol composition (Korean Patent No. 10-0408089), antimicrobial composition (Korean Patent No. 10-0449910), etc., but to prepare collagen from starfish There is no known patent for the method.
콜라겐은 인간을 비롯한 동물의 체내에서 세포와 세포사이를 메우고 있는 아주 중요한 섬유상의 경단백질(Albuminoid)이다. 세포가 다수 집합되어 있는 부위에는 반드시 콜라겐이 존재하고 있으며 특히 피부, 뼈, 연골, 혈관, 치아, 근육 등에는 콜라겐이 다량 함유되어 있다. 콜라겐은 가용성 콜라겐과 불용성 콜라겐으로 분류할 수 있으며 산가용성 또는 염가용성 콜라겐은 미숙한 동물의 조직으로부터 변성되지 않은 상태로 추출이 가능하나 그 수율이 매우 낮아 경제성이 떨어진다. 이 에 비하여 조직중의 불용성 콜라겐을 가용화하여 추출하는 방법은 실용적이다. 조직 중에 콜라겐이 존재하는 경우에 콜라겐 분자는 fibril, fiver 등의 고차구조를 형성하고 있으며 그 구조 중에 콜라겐 분자는 분자간에 가교를 형성, 불용화 되어 조직의 강도를 높인다. 이 가교는 콜라겐 분자의 양 끝에 비 나선부분인 telopeptide가 존재하며 이 telopeptide 부분을 제거하여 가교를 해제함으로써 콜라겐을 가용화 하는 것이 가능하다. 이 가용화에는 단백질분해효소, 예를 들면 펩신을 사용하는 것이 가능하다. 펩신은 telopeptide 만을 분해하고 나선부분에는 작용하지 못하며 이 방법에 의해 조제한 가용화 콜라겐은 telopeptide를 제거하였다는 의미로 아텔로콜라겐(atelocollagen)이라 칭한다. 아텔로콜라겐은 단백질분해효소에 의해 telopeptide와 비 콜라겐 단백질이 제거되기 때문에 다른 콜라겐에 비하여 순도가 높으며 천연의 콜라겐과 거의 동일한 물성을 가지므로 인체 적용에 있어서 바람직하다. 또한 아텔로콜라겐은 순도가 높을 뿐만 아니라 콜라겐의 주된 항원부위인 telopeptide가 제거된 항원성이 낮은 단백질로서 체내에 삽입하여도 아무런 문제가 발생하지 않는다. 이 저항원성은 콜라겐을 바이오물질로써 이용하는 데에 중요한 요건이 되며, 아텔로콜라겐은 인공피부, 지혈제, 세포배양용 기질 등으로 활용되고 있다.Collagen is a very important fibrous light protein (Albuminoid) that fills cells between cells in humans and animals. Collagen is always present at the site where a large number of cells are collected, and especially collagen is contained in skin, bone, cartilage, blood vessels, teeth, and muscles. Collagen can be classified into soluble collagen and insoluble collagen, and acid-soluble or salt-soluble collagen can be extracted without degeneration from the tissues of immature animals, but the yield is very low and economic efficiency is low. On the other hand, the method of solubilizing and extracting insoluble collagen in tissues is practical. When collagen is present in the tissue, the collagen molecule forms a higher order structure such as fibril and fiver, and the collagen molecule in the structure increases the strength of the tissue by forming crosslinks and insolubilization between molecules. In the crosslinking, non-helix telopeptide exists at both ends of the collagen molecule, and it is possible to solubilize collagen by removing the telopeptide moiety to release the crosslinking. For this solubilization, it is possible to use proteases such as pepsin. Pepsin decomposes only telopeptide and does not act on the helix. Solubilized collagen prepared by this method is called atelocollagen, meaning that telopeptide has been removed. Atelocollagen is preferred for human application because telopeptide and non-collagen proteins are removed by proteolytic enzymes and thus have higher purity than other collagen and have almost the same physical properties as natural collagen. In addition, atelocollagen is not only high purity but also low antigenic protein from which telopeptide, a major antigenic site of collagen, has been removed. This resistance is an important requirement for using collagen as a biomaterial, and atelocollagen is used for artificial skin, hemostatic agents, and cell culture substrates.
콜라겐의 생산 재료는 현재까지 주로 소, 돼지 등 축산동물로부터 공급되었으나 최근 광우병 파동으로 인한 유해성 문제가 대두되어 광우병과 관련이 없는 해양생물을 소재로 하는 연구가 활발하게 시도되고 있다.Collagen production materials have been mainly supplied from livestock animals such as cows and pigs, but recently, research has been actively conducted on marine organisms that are not related to mad cow disease because of the harmful problem caused by the mad cow disease wave.
불가사리의 근육조직은 자기 팔의 1.5배 크기 조개를 포식하는 신축성을 지니고 있으며 손상된 팔이 자라나는 조직 재생 능력이 있는 등 다양한 생리적 기능을 지니고 있다. 그리고 이러한 특성은 콜라겐과 밀접한 관련이 있을 것으로 추정된다. 그러나 불가사리 체벽은 골편(탄산칼슘)과 단백질, 색소, 냄새성분 등으로 복잡하게 구성되어 있어 육상동물의 콜라겐 추출재료와는 많은 차이점이 있다. 따라서 이미 공지된 비 콜라겐 물질 제거법과 콜라겐 추출법인 초산추출법, 펩신추출법 등을 직접 적용할 경우에 효과적인 추출이 곤란하다. 즉, 불가사리의 체벽에는 다량(20-30중량%)의 골편(탄산칼슘)이 존재하고 있어 비 콜라겐 물질 제거조건 규명이 필요하며, 이미 공지된 초산 추출법이나, 산성프로테아제 추출법으로 콜라겐을 추출할 경우 체벽에 존재하는 탄산칼슘과 초산이 반응하여 중화반응을 일으키므로 최적 추출조건을 유지하기 곤란하며, pH를 맞추기 위해 과잉의 산을 사용할 경우에는 중화반응의 결과로 발생한 다량의 초산칼슘에 의해 용액의 이온강도가 증가하여 콜라겐이 침전되어 효소반응 잔사에 혼입되기 때문에 콜라겐의 손실이 커서 경제성이 떨어진다는 문제점이 있다. 또한 열에 의한 콜라겐의 변성온도가 온혈동물이 약 35-40℃인 데에 비하여 불가사리 콜라겐은 25℃로 비교적 낮아 열 변성을 피하기 위해서는 저온에서 처리해야만 한다.The starfish's muscle tissue stretches 1.5 times the size of its arms, and has a variety of physiological functions, including the ability to regenerate tissues in which the damaged arm grows. These characteristics are thought to be closely related to collagen. However, the starfish body wall is composed of bone fragments (calcium carbonate), protein, pigments, odors and so on, there are many differences from the collagen extract of terrestrial animals. Therefore, it is difficult to extract effectively when the non-collagen substance removal method, collagen extraction method, acetic acid extraction method, pepsin extraction method and the like already known directly applied. That is, a large amount (20-30% by weight) of bone fragments (calcium carbonate) is present on the body wall of the starfish, and it is necessary to identify the conditions for removing non-collagen substances, and when collagen is extracted by a known acetic acid extraction method or an acidic protease extraction method. It is difficult to maintain optimum extraction conditions because calcium carbonate and acetic acid in the body wall react to cause a neutralization reaction.If excess acid is used to adjust the pH, the solution is formed by a large amount of calcium acetate as a result of the neutralization reaction. Since the ionic strength is increased and collagen is precipitated and mixed in the residue of the enzyme reaction, there is a problem in that the loss of collagen is large and economic efficiency is reduced. In addition, while the temperature of denaturation of collagen by heat is about 35-40 ° C. in warm-blooded animals, starfish collagen is relatively low at 25 ° C. and must be treated at low temperature to avoid heat denaturation.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 알칼리성 물질을 이용하여 비 콜라겐 물질의 제거조건을 제시하였고, 주석산 또는 구연산을 이용하여 용액의 pH를 산성으로 조정하면 용액의 이온강도에는 영향을 미치지 않아 콜라겐이 침전되지 않음에 착안하여 수율의 저하 없이 아텔로콜라겐을 제조하는 방법을 고안하고자 하였으며, 콜라겐이 변성되지 않는 저온에서 중성 프로테아제를 이용하여 아텔로콜라겐으로부터 콜라겐펩티드로 제조하는 방법을 제공하였다. 그리고 불가사리 체벽으로부터 산가용성 콜라겐펩티드를 공지된 기술인 투석과정을 거치지 않고 제조하는 것을 기술적 과제로 하였다.The present invention provides a condition for removing non-collagen substances using an alkaline substance to solve the above problems, and adjusting the pH of the solution to acidic using tartaric acid or citric acid does not affect the ionic strength of the solution collagen The inventors of the present invention have devised a method for preparing atelocollagen without deterioration in yield, and provided a method for preparing collagen peptide from atelocollagen using a neutral protease at low temperature where collagen is not denatured. In addition, the production of acid-soluble collagen peptide from the starfish body wall without a known dialysis process as a technical problem.
본 발명의 구성은 크게 ① 알칼리물질을 이용하여 불가사리 체벽에 존재하는 비 콜라겐 물질을 제거하여 콜라겐섬유를 제조하는 공정, ② 산성프로테아제를 이용하여 콜라겐섬유로부터 아텔로콜라겐을 제조하는 공정, ③ 중성프로테아제를 이용하여 아텔로콜라겐으로부터 미변성 저분자 콜라겐펩티드를 제조하는 공정, ④ 불가사리 콜라겐 섬유로부터 산가용성 콜라겐펩티드를 제조하는 공정으로 이루어진다.The composition of the present invention is largely ① process for producing collagen fiber by removing non-collagen material present in starfish body wall using alkali material, ② process for producing atelocollagen from collagen fiber using acidic protease, ③ neutral protease It comprises a step of producing an unmodified low molecular collagen peptide from atelocollagen, ④ the step of producing an acid-soluble collagen peptide from starfish collagen fibers.
본 발명에 사용되는 불가사리재료로는 아무르불가사리 또는 별불가사리를 사용하였다.As a starfish material used in the present invention, an amur starfish or a star starfish was used.
① 비콜라겐 물질의 제거① removal of non-collagen substances
불가사리의 체벽에는 콜라겐 이외의 단백질, 피하지방, 냄새성분(아민류, 지방산, 카르보닐화합물, 황화합물), 무기물(탄산칼슘) 등 이물질이 상당량 존재하므로 콜라겐의 순도를 높이기 위해서는 비 콜라겐 물질의 제거가 필수적이다. 비 콜라겐 물질의 제거방법으로는 알칼리, 산, 효소 등이 이용되고 있으나 어피, 비늘 등 수산물에서 일반적으로 사용되고 있는 방법은 알칼리 처리법이다. 따라서 본 발명에서도 알칼리 처리법을 선택하여 수산화나트륨, 수산화칼슘, 탄산나트륨에 의한 전처리 조건을 검토하였으며 그중 효과가 가장 우수한 수산화칼슘을 이용하여 적정처리 온도 및 시간을 규명하였다. 먼저 적정 전처리 물질을 찾기 위하여 24시간동안 알칼리 처리한 시료의 콜라겐 함량을 측정하였다(도 1).The body wall of starfish contains proteins, subcutaneous fat, odors (amines, fatty acids, carbonyl compounds, sulfur compounds) and inorganic substances (calcium carbonate) other than collagen. Therefore, removal of non-collagen substances is essential to increase the purity of collagen. to be. Alkaline, acids, enzymes and the like are used as a method of removing non-collagen substances, but a method generally used in aquatic products such as fish and scales is an alkali treatment method. Therefore, in the present invention, the alkaline treatment method was selected to examine the pretreatment conditions with sodium hydroxide, calcium hydroxide and sodium carbonate, and the optimum treatment temperature and time were identified by using the calcium hydroxide having the best effect. First, the collagen content of an alkali treated sample was measured for 24 hours to find a suitable pretreatment material (FIG. 1).
알칼리의 종류 및 농도에 따른 콜라겐 함량은 수산화칼슘이 농도1.5중량%에서 85.3중량%, 수산화나트륨이 농도 2.5중량%에서 83.6중량%, 탄산나트륨이 농도 3.0중량%에서 81.5중량%로 최고치를 나타내었으며, 그 이상의 농도에서는 콜라겐 함량이 감소하였다. 이는 고농도의 알칼리 처리로 인하여 비 콜라겐 물질과 함께 콜라겐도 용출되어 소실되는 것으로 추정된다. 이상의 결과를 종합해 보면 불가사리로부터 콜라겐을 추출하기 위한 전처리 물질은 1.5중량% 수산화칼슘이 가장 적합하다.Collagen content according to the type and concentration of alkali showed the highest value from 1.5% to 85.3% by weight of calcium hydroxide, 2.5% to 83.6% by weight of sodium hydroxide, and 3.0% to 81.5% by weight of sodium carbonate. At the above concentrations, the collagen content decreased. It is estimated that collagen also elutes and disappears along with non-collagen substance due to high concentration of alkali treatment. In conclusion, 1.5 wt% calcium hydroxide is most suitable as a pretreatment material for extracting collagen from starfish.
적정 전처리 시간을 알아보기 위하여 1.5중량% 수산화칼슘용액에 불가사리 체벽을 침지시킨 후에 시간별로 효소 가수분해물의 콜라겐 함량을 측정하였다(도 2). 1.5중량% 수산화칼슘 처리시간별 콜라겐 함량은 1시간이 73중량%, 3시간이 78%중량, 5시간이 80중량%, 12-48시간이 84-85중량%를 나타내었다. 따라서 장시간처리에 따른 콜라겐의 변성 등을 고려하면 1.5중량% 수산화칼슘으로 12시간 동안 처리하는 것이 적당하다.In order to determine the proper pretreatment time, the collagen content of the enzymatic hydrolyzate was measured after immersion of the starfish body wall in 1.5 wt% calcium hydroxide solution (FIG. 2). The collagen content according to 1.5 wt% calcium hydroxide treatment time was 73% by weight for 1 hour, 78% by weight for 3 hours, 80% by weight for 5 hours, and 84-85% by weight for 12-48 hours. Therefore, in consideration of degeneration of collagen due to long time treatment, it is appropriate to treat with 1.5% by weight calcium hydroxide for 12 hours.
적정 전처리 온도를 알아보기 위하여 5, 10, 20, 30, 40℃에서 각각 1.5중량% 수산화칼슘용액에 12시간 동안 전처리한 다음 온도별로 효소 가수분해물의 콜라겐 함량을 측정하였다(도 3). 처리 온도별 콜라겐 함량은 84-85중량%로 큰 차이를 보이지 않았으나 불가사리 콜라겐의 열변성 및 미생물 발육 억제 등을 고려하면 5℃에서 처리하는 것이 바람직하다.In order to determine the appropriate pretreatment temperature, the collagen content of enzyme hydrolyzate was measured for 12 hours after pretreatment in 1.5 wt% calcium hydroxide solution at 5, 10, 20, 30, and 40 ° C., respectively (FIG. 3). Collagen content by treatment temperature was 84-85% by weight did not show a big difference, but considering the thermal denaturation and microbial growth inhibition of starfish collagen, it is preferable to treat at 5 ℃.
② 아텔로콜라겐의 제조 ② Preparation of Atelocollagen
공지된 아텔로콜라겐의 제조방법은 불용성 콜라겐섬유를 증류수에 현탁시킨 다음 염산 또는 초산으로 pH를 3.0으로 조정하여 1-5중량% 산성프로테아제로 5-20℃에서 추출한 다음 NaCl로 염석하여 콜라겐을 침전시킨 후 투석하는 방법으로 콜라겐을 생산한다. 그러나 불가사리의 경우에는 공지된 방법인 산처리를 위하여 염산이나 초산을 사용하게 되면 조직 내에 존재하는 골편(탄산칼슘)과 반응하여 다량의 염화칼슘이나 초산칼슘이 생성된다(화학식 1). 그리고 이 반응에서 생산되는 염화칼슘이나 초산칼슘은 물에 용해되어 이온강도가 높아지고 효소에 의해 추출된 콜라겐의 침전을 유발하여 수율을 저하시키는 요인이 된다.Known methods for producing atelocollagen are insoluble collagen fibers suspended in distilled water, adjusted to pH 3.0 with hydrochloric acid or acetic acid, extracted at 5-20 ° C. with 1-5% by weight acidic protease, and then salted with NaCl to precipitate collagen. Collagen is produced by dialysis and then dialysis. However, in case of starfish, when hydrochloric acid or acetic acid is used for acid treatment, which is a known method, a large amount of calcium chloride or calcium acetate is produced by reaction with bone fragments (calcium carbonate) present in the tissue (Formula 1). In addition, calcium chloride or calcium acetate produced in this reaction is dissolved in water to increase the ionic strength, causing precipitation of collagen extracted by the enzyme, thereby lowering the yield.
따라서 본 발명에서는 불가사리 조직 내에 존재하는 탄산칼슘과 반응하여 용해되지 않고 침전물을 형성함으로써 용액의 이온강도에 영향을 주지 않으면서 산성(pH 3.0)을 유지하고 인체에도 해롭지 않은 물질을 찾기 위하여 실험을 실시하였다. 즉 불가사리 골편 10g을 증류수 200ml에 넣고 용액의 pH가 3.0이 될 때 까지 산을 서서히 가한 후 원심분리하여 침전물의 중량을 측정한 결과는 표 1과 같다.Therefore, in the present invention, an experiment is conducted to find a substance that does not dissolve and reacts with calcium carbonate present in the starfish tissue to maintain acidity (pH 3.0) without affecting the ionic strength of the solution and not harmful to the human body. It was. That is, 10g of starfish bone fragments were added to 200ml of distilled water, and the acid was slowly added until the pH of the solution reached 3.0. Then, the weight of the precipitate was measured as shown in Table 1 below.
이상의 실험결과로부터 주석산, 구연산, 인산, 사과산이 불가사리 골편에 함유되어 있는 탄산칼슘과 반응하여 칼슘염이 생성되며, 이들 칼슘염은 침전을 일으켜 용액의 이온강도에도 크게 영향을 주지 않으므로 본 발명에서 pH 조절을 위해 사용될 수 있으며, 주석산과 구연산의 경우 탄산칼슘과 반응하여 생성되는 칼슘염의 10℃ 물에 대한 용해도가 각각 0.040g/100ml, 0.065g/100ml으로 매우 낮아 대부분의 양이 녹지 않고 침전되므로 보다 바람직합니다.(화학식 2).From the above experimental results, calcium salt is produced by the reaction of calcium carbonate contained in the starfish bone fragment with tartaric acid, citric acid, phosphoric acid, and malic acid, and these calcium salts precipitate and do not significantly affect the ionic strength of the solution. In case of tartaric acid and citric acid, the solubility of calcium salt produced by reacting with calcium carbonate in water at 10 ℃ is 0.040g / 100ml and 0.065g / 100ml, respectively. Preferred (Formula 2).
즉, 주석산칼슘 및 구연산칼슘은 물에 난용성이기 때문에 반응액의 이온강도에 영향을 미치지 않아 용액 중에 존재하는 콜라겐이 침전되지 않습니다. 이상의 원리에 착안한 본 발명은 불용성 콜라겐섬유를 증류수에 현탁시킨 다음 주석산 또는 구연산으로 pH를 3.0으로 조정하여 1-5중량% 산성프로테아제로 5-20℃에서 콜라겐을 추출한 다음 NaCl로 염석하여 콜라겐을 침전시킨 후 투석하는 방법으로 아텔로콜라겐을 생산하는 기술을 고안하였다.In other words, calcium stannate and calcium citrate are poorly soluble in water, which does not affect the ionic strength of the reaction solution, so that the collagen present in the solution does not precipitate. Focusing on the above principle, the present invention suspended the insoluble collagen fibers in distilled water and adjusted the pH to 3.0 with tartaric acid or citric acid to extract collagen at 5-20 ° C. with 1-5% by weight acidic protease, followed by salting with A technique for producing atelocollagen was devised by precipitation and dialysis.
③ 미변성 콜라겐펩티드의 생산③ Production of Unmodified Collagen Peptides
산성프로테아제에 의해서 추출된 아텔로콜라겐은 화장품의 적용 pH범위(pH5-6)에서 침전 및 응집되기 때문에 화장품에 적용성이 떨어지는 단점이 있으며 분자량이 약10만으로 피부에 흡수되지 못한다. 이러한 문제점을 해결하기 위해서는 아텔로콜라겐을 중성에서 분자량 3,000Da 이하의 저분자 펩티드로 분해할 필요가 있다. 따라서 중성프로테아제인 Trypsin, Alcalase, Neutrase, Protamex, Protease NP, Arazyme을 이용하여 불가사리 콜라겐의 열 변성온도인 24℃이하에서 아텔로콜라겐을 저분자화 하는 방법을 검토하였다. 각 효소를 아텔로콜라겐 양의 1중량%를 첨가하여 반응온도 20℃에서 1시간동안 반응시킨 후에 효소별로 가수분해율을 측정하였다(표 2).Atelocollagen extracted by acid protease has a disadvantage in that it is not applicable to cosmetics because it is precipitated and aggregated in the pH range of the cosmetic application (pH5-6) and molecular weight of about 100,000 is not absorbed by the skin. In order to solve this problem, it is necessary to decompose atelocollagen into a low molecular weight peptide having a molecular weight of 3,000 Da or less. Therefore, the method of low molecular weight of atelocollagen using the neutral protease Trypsin, Alcalase, Neutrase, Protamex, Protease NP, and Arazyme under 24 ℃, the heat denaturation temperature of starfish collagen, was investigated. After adding 1% by weight of atelocollagen to each enzyme for 1 hour at a reaction temperature of 20 ° C., the hydrolysis rate was measured for each enzyme (Table 2).
효소별 가수분해율은 무당거미 유래 단백질 분해효소인 Arazyme이 78.1%로 가장 우수한 분해력을 나타내었으며 Trypsin 67.2%, Alcalase 59.0%, Protease NP 46.5%, Neutrase 40.2%, Protamex 37.0%순 이었다. 그리고 가수분해율을 높이기 위한 실험으로 Arazyme을 이용하여 반응시간별 가수분해율을 측정하였다(표 3).The highest hydrolysis rate was 78.1% with Arazyme, a sugar-free spider protease, and Trypsin 67.2%, Alcalase 59.0%, Protease NP 46.5%, Neutrase 40.2%, and Protamex 37.0%. And as an experiment to increase the hydrolysis rate, the hydrolysis rate was measured by reaction time using Arazyme (Table 3).
Arazyme의 콜라겐 가수분해율은 12시간까지 증가하였으나 그 이후부터는 증가율이 미미하여 효소반응시간은 12시간이 적당한 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합하면 불가사리 유래 아텔로콜라겐을 이용한 콜라겐펩티드의 제조조건은 1중량%의 Arazyme으로 온도 20℃에서 12시간동안 가수분해하는 것이 바람직하다.The collagen hydrolysis rate of arazyme increased up to 12 hours, but from then on, the increase was minimal and the enzyme reaction time was 12 hours. In summary, the production conditions of the collagen peptide using starfish-derived atelocollagen are preferably hydrolyzed at 20 ° C. for 12 hours with 1 wt% Arazyme.
④ 산가용성 콜라겐펩티드의 생산④ Production of Acid Soluble Collagen Peptides
본 방법은 불가사리 효소 가수분해물로부터 주석산칼슘의 침전 원리를 이용하여 별도의 투석과정 없이 손쉽게 산가용성 콜라겐펩티드를 생산하는 기술에 관한 것이다. 즉, 불가사리 체벽을 알칼리 처리하여 비 콜라겐물질을 제거하고 프로테아제로 가수분해한 다음 골편을 제거한 용액을 주석산을 이용하여 pH 3.0으로 조절하면 콜라겐펩티드는 용액에 녹고 비 콜라겐 성분은 침전하게 된다. 이것을 원심분리하여 비 콜라겐 성분을 제거하고 여기에 탄산칼슘을 첨가하여 중화시키면 주석산칼슘이 생성되어 침전되므로 용액 내에 존재하는 주석산을 별도의 투석과정이 없이 원심분리만으로 제거할 수 있어 순수한 산가용성 콜라겐펩티드의 생산이 가능하다.This method relates to a technique for easily producing acid-soluble collagen peptides without separate dialysis using the principle of precipitation of calcium stannate from starfish enzyme hydrolyzate. That is, if the starfish body wall is treated with alkali to remove non-collagen material, hydrolyzed with protease, and then the solution from which bone fragments are removed is adjusted to pH 3.0 using tartaric acid, the collagen peptide is dissolved in the solution and the non-collagen component is precipitated. Centrifugation removes the non-collagen components and neutralizes it by adding calcium carbonate. Calcium stannate is produced and precipitated. Therefore, tartaric acid present in the solution can be removed by centrifugation only without separate dialysis process. Production is possible.
다음은 실시예 및 비교예를 이용하여 본 발명의 내용을 좀더 구체적으로 설명하였으나, 본 내용이 발명의 청구범위를 제한하지는 않는다.The following describes the content of the present invention in more detail using examples and comparative examples, but the present invention does not limit the scope of the claims.
비교예Comparative example
① 내장을 제거한 불가사리의 체벽 100g을 크기 2-5cm3로 절단하여 1리터의 1.5중량% 수산화칼슘 용액에 침지하여 5℃에서 12시간동안 처리한 다음, 수도수로 비 콜라겐 성분을 세척하여 콜라겐섬유 90g을 제조한다.① Cut 100 g of the body wall of the removed starfish into 2-5cm 3 , immerse it in 1 liter of 1.5 wt% calcium hydroxide solution, treat it for 5 hours at 5 ° C, and wash non-collagen components with tap water. To prepare.
② ①에서 생산된 콜라겐섬유 90g에 0.9리터의 증류수를 가하고 호모게나이저(Ultra-Turrax T50)로 파쇄한 다음 초산을 이용하여 pH 3.0으로 조절한 후 펩신 0.9g을 가하여 10℃에서 콜라겐을 추출한 다음 5중량% NaCl로 2-3회 염석하여 콜라겐을 침전시키는 방법으로 정제한 후 12-24시간 동안 투석한 다음 동결건조하여 아텔로콜라겐 1.5g을 얻었다.② Add 0.9 liter of distilled water to 90 g of collagen fiber produced in ①, crush it with homogenizer (Ultra-Turrax T50), adjust pH to 3.0 using acetic acid, and add 0.9 g of pepsin to extract collagen at 10 ℃. After purification by the method of precipitating collagen by salting 2-3 times with 5% by weight of NaCl, it was dialyzed for 12-24 hours and lyophilized to obtain 1.5 g of atelocollagen.
실시예 1Example 1
① 내장을 제거한 불가사리의 체벽 100g을 크기 2-5cm3로 절단하여 1리터의 1.5중량% 수산화칼슘 용액에 침지하여 5℃에서 12시간동안 처리한 다음, 수도수로 비 콜라겐 성분을 세척하여 콜라겐섬유 90g을 제조한다.① Cut 100 g of the body wall of the removed starfish into 2-5cm 3 , immerse it in 1 liter of 1.5 wt% calcium hydroxide solution, treat it for 5 hours at 5 ° C, and wash non-collagen components with tap water. To prepare.
② ①에서 생산된 콜라겐섬유 90g에 0.9리터의 증류수를 가하고 호모게나이저(Ultra-Turrax T50)로 파쇄한 다음 주석산을 이용하여 pH 3.0으로 조절한 후 펩신 0.9g을 가하여 10℃에서 콜라겐을 추출한 다음 5중량% NaCl로 2-3회 염석하여 콜라겐을 침전시키는 방법으로 정제한 후 12-24시간 동안 투석한 다음 동결건조하여 아텔로콜라겐 4.5g을 얻었다.② Add 0.9 liter of distilled water to 90 g of collagen fiber produced in ①, crush it with homogenizer (Ultra-Turrax T50), adjust pH to 3.0 using tartaric acid, and add 0.9 g of pepsin to extract collagen at 10 ℃. Purification by precipitation of collagen by salting 2-3 times with 5% by weight of NaCl was dialyzed for 12-24 hours and then lyophilized to obtain 4.5 g of atelocollagen.
이상의 결과에서 아텔로콜라겐의 수득한 양을 살펴보면, 비교예(초산 사용)가 1.5g이었으나 실시예(주석산 사용)는 4.5g으로 초산 대신 본 발명의 주석산을 사용할 경우가 수득율이 약 3배 가량 더 높다.Looking at the obtained amount of atelocollagen from the above results, the comparative example (using acetic acid) was 1.5g, but the example (using dibasic acid) was 4.5g, and the yield was about 3 times higher when the tartaric acid of the present invention was used instead of acetic acid. high.
상기의 방법에 의해 생산된 아텔로콜라겐의 분자량을 측정한 결과는 도 4와 같다. 즉 불가사리로부터 분리한 아텔로콜라겐은 α1 및 α2사슬로 이루어져 있으며 분자량은 약 10만Da으로 소 콜라겐과 비슷하였다.As a result of measuring the molecular weight of the atelocollagen produced by the above method is as shown in FIG. The atelocollagen isolated from starfish was composed of α1 and α2 chains and had a molecular weight of about 100,000 Da, similar to bovine collagen.
실시예 2Example 2
실시예 1에서 제조한 아텔로콜라겐 300g에 증류수 10리터를 가하고 Arazyme 1mg으로 20℃에서 12시간동안 가수분해한 것을 한외여과막을 이용하여 분자량 1000-3000Da의 물질만을 분획하고, 그 이상의 분자량을 가진 것은 상기와 동일한 방법으로 재차 가수분해하는 방법으로 농도 3중량% 수용성 저분자 콜라겐펩티드 10리터를 제조하였다.10 liters of distilled water was added to 300 g of atelocollagen prepared in Example 1, and hydrolyzed at 20 ° C. with 1 mg of Arazyme for 12 hours using an ultrafiltration membrane to fractionate only a substance having a molecular weight of 1000-3000 Da, and having a molecular weight higher than that. In the same manner as above, 10 liters of water-soluble low molecular weight collagen peptide having a concentration of 3% by weight was prepared.
실시예 3Example 3
① 내장을 제거한 불가사리의 체벽 100g을 크기 2-5cm3로 절단하여 1리터의 1.5중량% 수산화칼슘 용액에 침지하여 5℃에서 12시간동안 처리한 다음, 수도수로 비 콜라겐 성분을 세척하여 콜라겐섬유 90g을 제조한다.① Cut 100 g of the body wall of the removed starfish into 2-5cm 3 , immerse it in 1 liter of 1.5 wt% calcium hydroxide solution, treat it for 5 hours at 5 ° C, and wash non-collagen components with tap water. To prepare.
② ①에서 생산된 콜라겐섬유 90g에 0.9리터의 증류수를 가한 후 Protease NP 0.9g을 가하여 55℃에서 가수분해한 다음 원심분리하여 골편을 제거한 용액을 주석산을 이용하여 pH 3.0으로 조절하여 24시간동안 방치한 후 원심분리하여 용액을 분리한다.② After adding 0.9 liter of distilled water to 90 g of the collagen fiber produced in ①, hydrolyzed at 55 ° C by adding 0.9 g of Protease NP, and centrifuging to remove the bone fragments by adjusting the solution to pH 3.0 using tartaric acid and leaving it for 24 hours. After centrifugation, the solution is separated.
③ ②에서 분리한 용액에 탄산칼슘을 pH 7.0이 될 때까지 서서히 가한 다음 원심분리하여 3.6중량% 산가용성 콜라겐펩티드용액 0.9리터를 얻었다.Calcium carbonate was slowly added to the solution separated from ② until pH 7.0 and then centrifuged to obtain 0.9 liter of 3.6 wt% acid-soluble collagen peptide solution.
본 발명은 수산양식장의 해적생물인 불가사리의 수요를 개발하여 경제적 가치를 향상시킴으로서 불가사리 퇴치에 큰 역할을 할 것으로 예상되며, 아텔로콜라겐은 지혈용 스폰지, 인공피부 및 인체공학을 위한 세포배양 지지체로 활용이 가능하며, 이를 재차 가수분해한 수용성 저분자 콜라겐 펩티드는 화장품 및 식품 소재 로 이용될 수 있어 고부가가치 해양생명공학산업의 활성화에 크게 기여할 것으로 전망된다.The present invention is expected to play a big role in combating starfish by developing demand for starfish, which is a pirate of aquaculture farms, and improving economic value. The water-soluble low molecular collagen peptide, which has been hydrolyzed again, can be used as a cosmetic and food material, and it is expected to contribute greatly to the activation of high value-added marine biotechnology industry.
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