KR100699047B1 - 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 동물성 골(骨)조직(특히 어골 프레임)으로부터 아미노산 결합체인 펩티드(peptide)와 천연 무기질인 칼슘(Ca)과 인(P)을 동시에 추출하여, 펩티드의 인산화(phosphorylation)를 유도하고, 이로 인하여 생성된 인산화된 펩티드와 추출된 칼슘을 결합시키는 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 온도와 pH 제어기 및 교반기로 구성된 생물반응기 내에 어골 프레임과 유기산 및 단백질 가수분해효소를 투입하여, 35~45℃에서 4~10시간동안 교반시켜 반응시키는 반응공정과; 한외여과시스템(Ultra-Filtering System)을 이용하여 일정한 분자량 이하의 것만 여과시켜 분리시키는 분리공정; 및 건조공정으로 이루어지며, 상기 반응공정에서 칼슘과 인의 추출 및 단백질의 가수분해가 동시에 수행되면서, 펩티드의 인산화를 수행함과 동시에 칼슘을 결합시키는 과정이 이루어져 인체내 흡수력이 우수한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법의 경제적인 효율성을 달성하였다.

어골 프레임, 칼슘, 인, 인산화, 펩티드

Description

칼슘이 결합된 펩티드 제조방법{Manufacturing method of calcium binding peptide}

도 1은 본 발명에 따른 칼슘이 결합된 펩티드의 제조를 위한 개략적인 공정도이다.

도 2는 여과시스템에 의한 칼슘이 결합된 펩티드의 분리회수율 비교도이다.

본 발명은 동물성 골조직 특히 어골 프레임으로부터 수용성 천연칼슘결합체인 칼슘이 결합된 펩티드의 제조방법에 관한 것이다.

칼슘은 인체에 가장 많이 존재하는 무기질 원소로써 일반 성인의 경우 체중의 약 2%인 1000~1200g정도를 체내에 보유하고 있다. 체내 칼슘의 99%는 골격과 치아를 형성하고 있으며 나머지 1% 정도만이 근육의 수축과 이완, 규칙적 심장박동, 혈액응고, 효소의 활성화, 세포내의 자극과 흥분의 전달과 같은 생리활성 조정기능을 담당하고 있다.

특히, 칼슘은 골다공증을 비롯하여 고콜레스테롤증, 동맥경화, 고지혈증, 고혈압 등의 만성질환의 발생을 감소시키는 중요한 역할을 하므로, 적절한 칼슘 영양상태가 항상 유지되어야 한다. 칼슘의 일일권장량은 700mg 정도로 음식물을 통한 칼슘의 섭취가 매우 중요하나 실질적으로는 칼슘을 함유하는 음식을 섭취하여도 체내에서의 칼슘의 흡수율이 매우 낮기 때문에 성인의 경우 권장량의 평균 30% 이하, 최대45% 정도만을 섭취하고 있는 실정이다.

칼슘이 체내에서 흡수되기 위해서는 칼슘이 흡수되는 부위인 소장에서 점막세포를 통과할 때 반드시 가용성 형태로 존재하여야하며 이온의 상태로 존재해야 흡수될 수 있다는 것이 일반적인 학설이다. 그러나 소장 내는 약알칼리성이므로 필수 무기질인 칼슘이 이온상태로 존재한다는 것은 불가능한 일이다. 따라서 칼슘은 특수한 구조물에 의존하지 않고서는 점막에서 이온의 상태를 유지할 수 없다.

즉 위장에서 생성된 수용성 미네랄 이온은 특수한 구조를 가진 화합물의 보호를 받지 못하면 십이지장을 통과하는 동안 과량의 인산과 결합함으로써 비흡수성 무기질인 인산칼슘으로 되어 분으로 배출되어 버리고 만다.

한편, 당해기술과 관련하여 상용칼슘제의 인체내 흡수율을 개선시키려는 노력이 진행되어온 바, 단백질을 특정 효소로 분해하여 얻은 올리고펩티드(oligo-peptide)와, 특정 단백질이나 펩티드를 화학적으로 수식한 인산화 단백질 혹은 펩티드를 이용하려는 시도가 행해지고 있다. 이중 가장 널리 알려진 기술은 우유에 들어있는 카제인 단백질을 효소인 트립신으로 가수분해시켜 만든 C.P.P(casein phospho peptide)로 카제인의 serine잔기가 인산화되어 있어 소장내 가용성 칼슘과 결합하여 체내흡수를 용이하게 해주는 물질로 알려져 있다(Naito 등 : Agricultural and Biological chemistry, 36 : 409-, 1972).

또한 우유단백질인 카제인의 트립신 분해에 의해 분해물이 칼슘, 철 등의 금속이온과 결합하고 가용성 복합체를 형성하며 체외로 배설되는 인산칼슘 등 불용성 물질의 형성을 방지하는 효과가 있음이 밝혀져 있다(Reeves 등 : Science, 128 : 474-. 1958).

상기의 선행 특허기술로서 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 가수분해효소로 분해하고, 세정 제거한 다음 처리된 중골을 진공가열 증발법으로 건조한 후 분쇄하여 어골분을 제조하는 방법(일본 특개 평 제 2-231059호)이 공지되어 있지만 , 이렇게 제조된 제품의 칼슘함량이 낮은게 단점이다. 한편 상가한 문제점을 해결하기 위해 일본 특개 평 제 6-319487호에는 어류의 뼈를 초산에 침적시킴으로써 연화시키는 방법에 의해 수용성 칼슘을 제조하는 방법을 제시하고 있지만, 공정이 복잡하고, 액체형태의 음료 이외에는 사용할 수 없으므로 용도가 한정되어 있어 널리 이용되지 않고 있다.

국내의 관련 선행 특허기술 로서는 특허 제 10-0403284호 및 특허 제 10-0399722호 등에서 어류의 뼈로부터 어골분, 수용성칼슘, 및 칼슘흡수촉진 펩티드를 제조하는 방법 등을 제시하고 있지만, 특정 가수분해효소를 참치 내장으로부터 추출하는 공정이 복잡하고, 수용성 칼슘의 경우 상품수율이 낮아 경제적인 관점에서 널리 이용되기 어려운 문제점이 있다.

또한, 전세계적으로 널리 상용되고 있는 칼슘흡수촉진제인 C.P.P.(casein phospho peptide)를 제조하는 선행기술로서는 미국특허 제 4,358,465(1982)호 및 일본특허공보(평 2-7616, 1990) 등이 있으며, 상기 기술은 카제인나트륨의 분해시에 이용되는 효소의 종류 및 분리, 정제방법 등에서만 미세한 차이가 있을 뿐 원리와 공정은 동일하여, 가수분해공정과 분리정제공정, 그리고 화학합성품인 칼슘을 인위적으로 첨가하여 C.P.P와 결합시킨 후 건조하는 일련의 공정으로 구성되며, 제 공정은 별도의 독립 시스템으로 설계되어 있다.

상기한 문제점을 해결하기 위해 본 발명의 목적은, 회유성 어종을 대상으로 안전성이 확보된 신선한 어골프레임에 유기산과 가수분해효소를 동시에 넣어서 반응시켜, 천연의 무기질 성분인 칼슘(Ca)과 인(P), 그리고 펩티드를 분해 추출하고, 분해된 펩티드를 인산화시킴과 동시에 추출된 칼슘을 결합시킴으로써, 수용성이며 상품의 안전성과 인체 내 흡수율이 우수한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법을 제공하는 데 있다.

또한, 각 유효성분의 추출과 인산화 및 칼슘 결합공정을 단일공정하에서 실시가능하게 하였고, 가수분해 및 추출단계에서 원재료비의 상당한 부분을 차지하는 가수분해효소의 재활용을 위한 재순환공정으로 구성하여, 연속생산 및 원가 절감효과를 통한 제조공정상의 경제적 효율성이 높은 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법을 제공하는 데 있다.

본 발명은 어골 프레임(어뼈에 근육단백질이 부착된 것)으로부터 ⅰ)무기질인 칼슘, 인과 펩티드의 추출, ⅱ)펩티드의 인산화(phosphorylation), ⅲ)인산화된 펩티드와 칼슘의 결합에 의한 칼슘이 결합된 펩티드를 함유하는 조성물을 형성하는 반응공정, ⅳ)칼슘이 결합된 펩티드의 분리공정, ⅴ)칼슘이 결합된 펩티드의 건조 등을 수행하는 건조공정이 그 중심이 된다.

특히, ⅰ)ⅱ)ⅲ)ⅳ)의 제 공정을 단일공정(단일시스템)하에서 진행되도록 함으로써, 제조방법 상의 경제적 효율성을 달성하였다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법은, 온도와 pH 제어기 및 교반기로 구성된 생물반응기 내에 어골 프레임(Fish Bone Frame; 어뼈에 근육단백질이 결합되어 있는 것)과 유기산 및 단백질 가수분해효소를 투입하여, 35~45℃에서 4~10시간동안 교반시켜 반응시키면 어골프레임은, ⅰ)칼슘과 인 및 펩티드로 분해되고, ⅱ) 분해된 상기 펩티드는 인산과 결합하여 인산화되며, ⅲ) 인산화된 펩티드는 칼슘과 결합하는 반응이 일어나는 반응공정과; 상기 반응공정을 거친 반응물을 분리하기 위해 한외여과시스템을 이용하여 일정한 분자량 이하의 것만 여과시켜 분리시키는 분리공정; 및 상기 분리된 반응물을 탈취 및 건조시키기 위해 분무건조시키는 건조공정으로 이루어진 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 유기산 1~10%용액을 기준으로 상기 어골프레임이 1%(건조중량 기준) 투입된 것이 바람직하다.

또한, 상기 분리공정에서 분자량이 5,000 Da 이하만 여과되도록 한 것이 바람직하다.

또한, 상기 분리공정 후에 여과되지 않은 반응물은 상기 반응공정부터 재순환시키며, 이때 분자량이 큰 단백질 가수분해효소는 여과되지 않아 재활용되는 것이 바람직하다.

또한, 상기 건조공정은 분무건조기(Spray Drier)를 이용하여 이루어지며, 주입온도 200~230℃, 배기온도 150~180℃의 고온에서 분무건조시키는 것이 바람직하다.

이하, 실시예를 들어 본 발명을 상세히 설명하지만, 본 발명이 하기에 설명되어질 실시예로만 한정되는 것은 아니다.

본 발명에 따른 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법은 어골프레임과 유기산 및 단백질 가수분해효소를 생물반응기에 넣어 반응시키는 반응공정(100), 분리공정(200) 및 건조공정(300)으로 구성된다.

* 생물반응기(Bio-Reactor)를 이용한 유기산과 단백질 가수분해효소의 동시 처리에 의한 칼슘(Ca),인(P)과 펩티드의 추출 및 펩티드의 인산화 및 인산화된 펩티드의 칼슘 결합에 의한 칼슘이 결합된 펩티드의 반응공정(100)

온도와 pH 제어기 및 교반기가 부착된 생물반응기(Bio-Reactor)내에식용가능한 유기산 중에서 10% 초산용액(pH:2.0-2.2)을 기준으로 습식분쇄한 어골 프레임(Fish Bone Frame; 어뼈에 근육단백질이 결합되어 있는 것) 1%(건조중량 기준)와 효소(pepsin) 1%(어골프레임 기준)를 투입하였다.

완만한 교반으로, 40℃, 4-10시간 반응시킨 후 생물반응기와 부착된 여과기를 통과한 상층액을 취하는 방법으로 칼슘이 결합된 펩티드를 얻었다.

생물반응기 내에서는 유기산과 단백질 가수분해효소의 작용에 의한 칼슘(Ca), 인(P)과 펩티드가 추출되며, 추출된 인(P)과 분해된 펩티드의 작용으로 인산화된 펩티드가 형성됨과 동시에 칼슘을 흡착함으로써 칼슘이 결합된 펩티드가 형성되었다.

* 생물반응기와 한외여과시스템의 조합에 의한 칼슘이 결합된 펩티드의 연속적 순환생산과 분리공정(200)

생물반응기와 한외여과시스템의 조합은, 어골프레임의 분해, 추출 및 칼슘이 결합된 펩티드의 분리, 회수의 전과정을 단일 공정 시스템으로 구성되게 하는데, 이 과정에서 분해반응이 미종료되어 한외여과막(Membrane Filter: cutoff-5000 Da)을 통과하지 못하는 반응물은, 단백질 가수분해효소(분자량 20,000-30,000 Da)와 함께 생물반응기내로 재투입되어 목적하는 분해 종결 시점까지 반응시간을 연장하게 된다.

이 과정에서 최초에 투입된 가수분해효소는 재순환 과정을 거치게 되며, 생물반응기에 새롭게 투입되는 어골프레임과의 반응에 참여함으로써 생산비를 절감할 수 있게 된다.

생물반응기 내에서의 반응결과로 생성된 칼슘이 결합된 펩티드는 이송펌프에 의하여 한외여과시스템을 거치게 되는데 이 과정에서 도 2에 나타난 바와 같이, 칼슘이 결합된 펩티드는 분자량 5000Da 이하의 분획물에서 85% 이상이 회수된다.

* 분리된 칼슘이 결합된 펩티드의 탈취 및 건조를 위한 분무건조(Spray Dry)공정(300)

분리된 칼슘이 결합된 펩티드의 탈취 및 건조는 분무건조기(Spray Drier)를 이용하여 수행하는데, 주입온도를 200℃이상, 바람직하게는 200~230℃, 그리고 배기온도를 150℃이상, 바람직하게는 150~180℃로 비교적 고온으로 설정하고, 이로써 과잉으로 잔존하는 식용 가능한 유기산(특히 초산)이 증발 제거됨과 동시에 칼슘이 결합된 펩티드의 어취(비린내)가 반감되고, 상기 분무조건하에서의 배전효과에 의하여 칼슘이 결합된 펩티드에 바람직한 방향이 부여되어 기호성이 증대된다.

상기와 같이, 건조공정을 거쳐서 생산된 칼슘이 결합된 펩티드를 장시간 보관하기 위해 적당한 분량씩 포장하면 된다.

상술한 바와 같이, 본 발명에 따른 칼슘이 결합된 펩티드는 동물성 골조직, 특히 어골로부터 무기질의 추출과 단백질의 가수분해를 동시에 수행하면서, 추출된 유용물질간의 상호작용을 유도하여, 펩티드의 인산화를 수행함과 동시에 칼슘을 결합시키는 것을 단일공정으로 구성함으로써 경제적인 효율성이 있다.

또한, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 칼슘이 결합된 펩티드는 칼슘흡수촉진제의 병용이 불필요하며, 그 자체로써 인체내 흡수율이 매우 높고, 상품의 품질안정성과, 안전성이 확보된다.

또한, 본 발명에 따른 제조방법은 생물반응기와 한외여과시스템을 조합한 공정으로 가수분해 및 추출단계에서 원재료비의 상당한 부분을 차지하는 가수분해효소의 재활용을 위한 순환시스템을 구성하여, 연속생산 및 원가 절감효과를 가져오게 된다.

Claims (6)

1. 온도와 pH 제어기 및 교반기로 구성된 생물반응기(Bio-Reactor) 내에 어골 프레임(어뼈에 근육단백질이 결합된 것)과 유기산 및 단백질 가수분해효소를 투입하여, 35~45℃에서 4~10시간동안 교반시키면 상기 어골프레임은, ⅰ)칼슘과 인 및 펩티드로 분해되고, ⅱ) 분해된 상기 펩티드는 인산과 결합하여 인산화되며, ⅲ) 인산화된 펩티드는 칼슘과 결합하는 반응이 일어나는 반응공정과;

   상기 반응공정을 거친 반응물을 분리하기 위해 한외 여과시스템(Ultra-Filtering System)을 이용하여 일정한 분자량 이하의 것만 여과시켜 분리시키는 분리공정; 및

   상기 분리된 반응물을 탈취 및 건조시키기 위해 분무건조시키는 건조공정으로 이루어진 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법.
2. 제 1항에 있어서,

   상기 유기산 1~10%용액을 기준으로 상기 어골프레임이 1%(건조중량 기준) 투입된 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법.
3. 삭제
4. 제 1항에 있어서,

   상기 분리공정에서 분자량이 5,000 Da 이하만 여과되도록 한 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법.
5. 제 4항에 있어서, 상기 분리공정 후에 여과되지 않은 반응물은 상기 반응공정부터 재순환시키며, 이때 분자량이 큰 단백질 가수분해효소는 여과되지 않아 재활용되는 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 건조공정은 분무건조기(Spray Drier)를 이용하여 이루어지며, 주입온도 200~230℃, 배기온도 150~180℃의 고온에서 분무건조시키는 것을 특징으로 한 칼슘이 결합된 펩티드 제조방법.

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