KR100785621B1 - 효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유동층코팅기를 이용하여 유동화중인 부형제에 고형분 함량이 20% 정도인 단백질 분해효소를 비롯한 효소 추출액을 직접 분무하여 효소가 균일하게 1차 피복된 혼합물을 제조한 다음, 핫-멜팅(hot-melting) 유동층 코팅시스템을 이용하여 상기 1차 피복혼합물을 경화유로 2차 피복하여 사료용 장용성 제제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 사료용 장용성 제제는 가격이 아주 싼 경화유로 2차 피복하여 제조비용이 저렴하고 위산 저항성을 가져, 단백질 분해효소를 비롯한 다양한 효소에 높은 효과를 기대할 수 있어, 사료 효율 개선에 유용하게 이용될 수 있다.

단백질 분해효소, 아라자임, 효소, 사료용 장용성 제제, 경화유

Description

효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법{Process for the preparation of enteric-coated feed containing enzyme}

본 발명은 효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 유동층코팅기를 이용하여 유동화중인 부형제에 고형분 함량이 20% 정도인 단백질 분해효소를 비롯한 효소 추출액을 직접 분무하여 효소가 부형제에 균일하게 1차 피복된 혼합물을 제조한 다음, 핫-멜팅(hot-melting) 유동층 코팅시스템을 이용하여 상기 1차 피복혼합물을 경화유로 2차 피복하여 사료용 장용성 제제를 제조하는 방법에 관한 것이다.

단백질 분해효소는 단백질 또는 펩타이드에서 펩타이드 결합의 가수분해를 촉매하는 효소로서 모든 생명체 내에서 존재하며 다양한 생리학적인 기능을 수행하는 효소이다. 미생물에 의해 생산되는 단백질 분해효소는 대부분이 세포외로 분비되며 여러 종류의 탄소원과 질소원에 의해서 활성이 민감하게 조절되고, 온도, 최적 pH, 활성부위 잔기 등의 특성에 따라 다양하게 구분되며, 그에 따른 산업적 용도도 달 라진다.

축산 사료 산업에 있어, 각종 곡물 및 대두 단백을 비롯한 땅콩, 완두콩, 사탕무우, 펄프, 곡물 부산물, 동물 내장 가루 및 어분 가루 등과 같은 사료 원료에 존재하는 고형 단백질을 분해하여 가축의 소화율 개선, 성장 효과 및 축산 분뇨로 인한 환경문제해결 등의 이유로 사료 첨가용 효소제가 연구 개발되고 있으며, 여러 효소제제들이 사용되고 있지만, 사료첨가제에 사용되는 효소제제는 가축의 위에서 대부분 파괴되기 때문에, 가축의 장까지 그 효능을 최대한 많이 전달시킬 수 있는 장용성 제제 기술 개발이 필요하다.

효소의 장용성 제제는 일반적으로 유동층 코팅기를 이용하여 효소가 함유된 혼합물을 위액에는 안정하면서 장액에서 분해될 수 있는 특수 합성된 코팅물질로 코팅하여 만들어지는데, 이때 사용되는 장용성 코팅기제로는 프탈산히드록시프로필메칠셀룰로오스, 미카아크릴폴리머, 아크릴 폴리머, 폴리비닐아세테이트, 프탈레이트 등으로 염화메틸렌, 에탄올, 이소프로판올 등과 같은 유기용매에 현탁하여 코팅액으로 사용한다.

그러나, 상기와 같은 장용성 코팅기제는 위산에서는 안정하면서 장액에서 녹을 수 있도록 특수 합성된 코팅기제로서 가격이 상당히 비쌀 뿐만 아니라, 이들 코팅기제는 유기용매를 사용하여 코팅액을 만든 후 코팅공정에서 증발시키기 때문에 제조비 용 또한 상당히 높아 제약분야의 장용성 효소제제의 제조에 적용 가능한 기술로서, 사료분야에 적용하기에는 많은 문제점이 있다.

한편, (주)인섹트바이오텍에서 개발한 국제공개번호 WO 2001/57222(대한민국 국내특허 10-0220091호)는 한국산 토종 무당거미에서 분리한 미생물로부터 생산되는 고효율 단백질분해효소로서, 세제, 식품, 사료, 피혁, 화장품 및 의약품 등에 이용되고 있으며, 특히 가축의 체세포 감소, 유방염 예방, 면역력 증진, 사료효율 개선 및 각종 염증 예방 등의 효능이 탁월하여 파워셀, 원큐 양돈, 원큐 양계, 원큐 PMWS 등 가축사료용 제품에 많이 활용되고 있다.

상기의 단백질 분해효소를 첨가한 사료용 제품의 제조공정을 살펴보면, 미생물추출액을 한외여과방법으로 2차례 농축한 후, 농축추출액을 동결 건조하여 효소분말로 제조한 다음, 효소분말의 함유량이 제품의 5-40%가 되도록 무수포도당 등의 부형제와 혼합하여 사료첨가제 제품으로 제조하고 있다.

그러나, 상기와 같이 제조된 첨가제품(효소분말 및 부형제가 첨가된 혼합물)을 종래의 기술인 유동층코팅기를 활용하여 사료용 장용성 코팅제품을 제조할 경우, 동결 건조된 효소분말의 분진에 의한 건강상 문제를 야기할 수 있으며, 특히 동결 건조된 효소분말과 무수포도당 같은 부형제의 비중은 큰 차이를 보여, 유동층 코팅중 균일한 유동화가 일어나지 않아 효소역가가 동일한 장용성 코팅제품을 제조하는 데 한계가 있다.

따라서, 본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 효소제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법을 제공하는데 있다. 또한 본 발명은 효소제제를 함유하는 사료용 장용성 제제를 제공하는데 있다.

본 발명은

(a) 유동층코팅기를 이용하여 유동화중인 부형제에 효소 추출액을 직접 분무하는 단계;

(b) 효소가 부형제에 균일하게 1차 피복된 혼합물을 제조하는 단계; 및

(c) 핫 멜팅(hot-melting) 유동층 코팅시스템을 이용하여 상기(b)단계의 1차 피복 혼합물을 경화유를 사용하여 2차 피복하는 단계를 포함하는 효소를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서, 효소제제는 옥수수, 대두박, 소맥, 미강, 채종박 등의 곡물 및 대두 단백을 비롯한 땅콩, 완두콩, 사탕무우, 펄프, 곡물 부산물, 동물 내장 가루 및 어분 가루등과 같은 사료 원료에 존재하는 고형 단백질을 분해하는 단백질 분해 효소 및 동물 사료용으로 사용되는 효소인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 효소제제는 한국산 토종 무당거미에서 분리한 미생물(수탁번호 KCTC 0268BP)로부터 생산되는 고효율 단백질분해효소인 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에서 부형제는 식품 및 사료용으로 사용될 수 있으면서 유동화가 쉽게 될 수 있는 무수포도당, 유당, 덱스트린, 슈크로스, 말토스에서 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용함을 특징으로 한다.

또한, 본 발명은 효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제를 제공한다.

본 발명에서 “ 아라자임(Arazyme)”은 한국산 토종 무당거미에서 분리한 미생물로부터 생산되는 고효율 단백질분해효소를 의미하는 것이다.

본 발명의 제조방법을 공정별로 구체적인 설명을 하면 다음과 같다.

제1공정(부형제 유동화)

본 발명에 사용되는 부형제는 식품 및 사료용으로 사용될 수 있으면서 유동화가 쉽게 될 수 있는 무수포도당, 유당, 덱스트린, 슈크로스, 말토스에서 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 피복되는 효소량의 1~20배(w/w)가 되도록 유동층 코팅기에 투입하 여 흡입공기온도 40~50℃에서 벤틸레이션 에어 플랩 포지션(Ventilation Air Flap Position)을 조정하면서 유동화시킨다.

흡입공기온도가 40℃ 이하에서는 건조시간이 길어져 경제적이지 못하며, 50℃ 이상에서는 효소역가가 감소하는 문제점이 있다.

제2공정(효소추출액 분무)

고형분 농도가 10~25%(w/w)인 아라자임 효소추출액을 분무공기압력 1-3bar,투입속도 5~20g/min 조건하에서 바텀 스프레이(bottom spray) 방식으로 분무하여 유동화중인 부형제에 효소를 균일하게 피복시킨다.

본 발명에 사용된 효소의 고형분 농도가 10% 미만일 경우 분무시간이 길어져 경제적이지 못하며, 고형분 농도가 25% 이상일 경우, 효소추출액의 점도가 높아 분무가 어려울 뿐만 아니라 균일한 코팅제조에 어려움이 있다. 그리고, 본 발명에서 이용 가능한 효소추출액은 단백질 분해효소인 아라자임에 한정되는 것은 아니며 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적으로 적용될 수 있는 모든 효소제에 사용이 가능하다

제3공정(과립형 단백질 분해효소 제조)

공정1 및 공정2의 조건으로 전체중량 5~50%의 단백질분해효소가 부형제에 균일하게 피복될 수 있도록 시료를 제조하며, 제조된 시료중 60 메쉬 체(mesh sieve)를 통과하지 않은 것을 과립형 아라자임 시료로 규정한다.

제4공정 (경화유 분무)

핫-멜팅(hot-melting)시스템을 가진 유동층 코팅기내에서 20~40℃ 흡입공기온도로 과립형 아라자임 분말을 유동화하면서, 분무공기온도 100~200℃, 분무공기압력 1~3 bar, 경화유 투입관온도 60~90℃, 경화유 투입속도 5~20g/min의 조건으로 코팅기제인 경화유를 분무하여 과립형 아라자임 분말을 피복시킨다.

본 발명에 사용된 코팅기제인 경화유는 융점온도범위가 50~80℃이면서, 지방분해효소(lipase)에 의해 분해 가능한 식물성 경화유 및 동물성 경화유 등을 모두 포함할 수 있는데, 야자경화유, 우지경화유, 대두경화유 등 식품용 및 사료용으로 사용이 인정되는 범위내에서 어떠한 것이라도 사용이 가능하다.

그리고, 본 발명의 핫-멜팅 시스템을 이용한 경화유 분무시 사용된 분무공기온도는 100~200℃가 바람직하며, 100℃ 이하의 온도에서는 작업 중 분무노즐이 막힐 우려가 있으며, 200℃ 이상에서는 고온작업에 따른 화상의 위험이 있다.

제5공정 (장용성 단백질 분해효소 제조)

공정4 조건으로 전체중량 30~70% 범위에 해당하는 경화유를 분무하여 과립형 아라자임이 균일하게 피복될 수 있도록 시료를 제조하며, 제조된 시료중 60 메쉬 체를 통과하지 않은 것을 장용성 아라자임 시료로 규정한다.

경화유로 피복된 단백분해효소는 가축의 위산으로부터 보호를 받을 수 있을 뿐만 아니라 장에서 분비되는 지방분해효소에 의해 경화유가 분해되어 위산저항성이 있는 단백분해효소를 함유하는 장용성 제제가 된다.

본 발명에서 장용성 코팅기제인 경화유의 사용량은 전체중량의 30~70% 가 바람직하며, 30% 중량 미만일 경우에는 장용성이 부족한 단점이 있고 70% 중량을 초과할 경우에는 경제적이지 못하다.

이하, 실시 예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 이들 실시예에 의하여 본 발명의 범위가 국한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술분야 및 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예1: 우지경화유 30% 코팅 장용성 제제 제조

공정 1

무수포도당 1,000g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 40℃에서 벤틸레이션 에어 플랩(Ventilation Air Flap)을 조정하면서 유동화시켰다.

공정 2

바텀 스프레이(Bottom spray) 방식으로 고형분 농도가 20% 인 아라자임 효소추출액 685g 을 분무공기압력 2bar 및 투입속도 13.7g/min으로 분무하여, 유동화중인 무수포도당에 효소액을 균일하게 피복시켰다.

공정 3

공정1 및 공정2의 조건으로 제조된 시료중 60 메쉬 체(mesh sieve)를 통과하지 않은 것을 과립형 아라자임 시료로 규정하였으며, 이 때 회수된 과립형 아라자임량은 1,079g 으로 94.9%가 회수되었다.

공정 4

공정 3에서 제조된 과립형 아라자임 700g 을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기 온도 30℃에서 유동화시키며, 액상상태인 우지경화유 300g을 분무공기온도 200℃, 분무공기압력 2bar, 경화유 투입관 온도 80℃, 경화유 투입속도 5.7g/mim의 공정조건하에서 바텀 스프레이 방식으로 분무하여 과립형 아라자임을 피복하였다.

공정 5

공정 4에서 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 우지경화유 30% 코팅 장용성 아라자임 시료로 규정하였으며, 30% 코팅 장용성 아라자임의 회수율은 91.9% 였다.

실시예 2: 우지경화유 50% 코팅 장용성 제제 제조

상기 실시예 1에서 제조된 우지경화유 30%코팅 장용성 아라자임 700g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 30℃에서 유동화시키며, 액상상태인 우지경화유 280g 을 분무공기온도 200℃, 분무공기압력 2bar, 경화유 투입관온도 80℃, 경화유 투입 속도 8.2g/mim의 공정조건하에서 바텀 스프레이 방식으로 분무하여 우지경화유 30% 코팅 장용성 아라자임을 피복하였다.

그리고, 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 우지경화유 50%코팅 장용성 아라자임 시료로 규정하였으며, 50% 코팅 장용성 아라자임의 회수율은 96.5% 였 다.

실시예 3: 우지경화유 70% 코팅 장용성 제제 제조

상기 실시예 2에서 제조된 우지경화유 50% 코팅 장용성 아라자임 600g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 30℃에서 유동화시키며, 액상상태인 우지경화유 400g을 분무공기온도 200℃, 분무공기압력 1bar, 경화유 투입관온도 80℃, 경화유 투입 속도 5.9g/mim의 공정조건하에서 바텀 스프레이 방식으로 분무하여 우지경화유 50%코팅 장용성 아라자임을 피복하였다.

그리고, 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 우지경화유 70%코팅 장용성 아라자임 시료로 규정하였으며, 70% 코팅 장용성 아라자임의 회수율은 93.0% 였다.

실시예 4: 우지경화유 85% 코팅 장용성 제제 제조

상기 실시예 3에서 제조된 우지경화유 70% 코팅 장용성 아라자임 500g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 30℃에서 유동화시키며, 액상상태인 우지경화유 500g을 분무공기온도 200℃, 분무공기압력 2bar, 경화유 투입관온도 80℃, 경화유 투입 속도 5.8g/mim의 공정조건하에서 바텀 스프레이 방식으로 분무하여 우지경화유 70%코팅 장용성 아라자임을 피복하였다.

그리고, 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 우지경화유 85% 코팅 장용성 아라자임 시료로 규정하였으며, 85% 코팅 장용성 아라자임의 회수율은 90.0%였다.

실시예5: 야자경화유 50% 코팅 장용성 제제 제조

공정 1

유당 1,000g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 50℃에서 벤틸레이션 에어 플랩을 조정하면서 유동화시켰다.

공정 2

바텀 스프레이 방식으로 고형분 농도가 10% 인 아라자임 효소추출액 1,370g 을 분무공기압력 2bar 및 투입속도 9.5g/min으로 분무하여, 유동화중인 유당에 효소액을 균일하게 피복시켰다.

공정 3

공정1 및 2의 조건으로 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 과립형 아라자임 시료로 규정하였으며, 이 때 회수된 과립형 아라자임은 985g 으로 86.6%가 회수되었다.

공정 4

공정 3에서 제조된 과립형 아라자임 500g을 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기온도 20℃에서 유동화시키며, 액상상태인 야자경화유 500g을 분무공기온도 100℃, 분무공기압력 3bar, 경화유 투입관온도 60℃, 경화유 투입속도 5.9g/min의 공정조건하에서 바텀 스프레이 방식으로 분무하여 과립형 아라자임을 피복하였다.

공정 5

공정 4에서 제조된 시료중 60메쉬 체를 통과하지 않은 것을 야자경화유 50% 코팅 장용성 아라자임 시료로 규정하였으며, 50% 코팅 장용성 아라자임의 회수율은 89.5%였다.

<시험예 : 산저항성 시험 및 잔존활성도 측정>

시험예 1 : 산저항성 시험

과립형 아라자임과 장용성 아라자임을 각각 3g 을 취하여 위액조건(pH1.3)에서 온도를 35℃로 유지시키고 100 rpm으로 2시간 용출시켰다. 즉시 시험액을 장액조건(pH 6.8~7.4)에서 온도를 35℃로 유지시키고 100 rpm으로 1시간 용출시킨 후 잔존활성도를 측정하였다.

시험예 2 : 잔존활성도 측정시험

아라자임을 카제인(casein) 용액에 작용시킨 후 단백질 제거제를 가하여 미분해의 단백질을 침전시켜 제거한 용액에 포린 시약을 가하여 660nm 파장 영역에서 흡광도를 측정하고 1분간에 생성되는 티로신(tyrosine)의 수로서 환산하여, 대조구(과립형 아라자임) 및 상기 실시예의 장용성 아라자임의 산저항성 시험 후 검체의 잔존활성도로 나타내었다.

상기 실시예에서 제조된 장용성 아라자임과 과립형 아라자임을 인공 위액에 대한 산저항성 시험을 실시하고, 각각의 잔존활성도를 표1에 나타내었다. 표1에서 보는 바와 같이, 코팅하지 않은 과립형 아라자임에 비해 경화유로 코팅한 효소는 산저항성이 크게 향상되었으며, 특히 우지경화유 50% 코팅된 아라자임의 효소역가는 대조구(과립형 아라자임)에 비해 7배 이상의 장용성 효과를 보여주었다.

[표1] 잔존활성도(Unit/mL)

대조구 (과립형 아라자임)	실시예1 (우지경화유 30%코팅)	실시예2 (우지경화유 50%코팅)	실시예3 (우지경화유 70%코팅)	실시예4 (우지경화유 85%코팅)	실시예5 (야자경화유 50%코팅)
2,000	7,000	15,000	9,000	4,000	13,000

이상 살펴본 바와 같이, 핫-멜팅 시스템을 이용한 본 발명은 특수 합성된 고가의 코팅기제 대신 가격이 아주 저렴한 경화유를 사용하였을 뿐만 아니라, 코팅기제를 유기용제에 녹인 후 분무가 용이하도록 희석하여 사용한 기존의 코팅방법과는 달리 경화유 원액을 직접 분무함으로써 코팅시간 단축에 따른 비용 절감으로, 사료용 효소를 함유하는 사료용 장용성 제제 제조에 효과적인 기술임을 알 수 있다.

또한, 본 발명은 부형제에 효소추출액(Fermentation broth)을 직접 분무하는 방법으로 비중이 일정하면서 효소역가가 균일하게 피복됨으로써, 한외여과방법으로 효소추출액을 50% 까지 농축한 다음 동결건조방법으로 효소분말을 제조하는 기존방법과 비교할 때, 농축과정의 일부 및 동결건조과정을 생략할 수 있을 뿐만 아니라 동결건조 효소분말의 분진문제도 동시에 해결할 수 있다. 또한, 기존의 사료첨가제 제품(아라자임 효소분말과 부형제가 일정비율로 혼합된 제품)으로 장용성 코팅시 효소분말과 부형제의 비중차이 때문에 발생했던 효소역가가 불균일한 장용성 코팅 문제도 해결할 수 있다.

또한, 효소분말과 부형제가 혼합된 기존의 사료첨가제 제품은 장기 유통시 흡습 및 덩어리짐 등의 현상이 발생하여 제품의 품질을 저하시키고 있는 반면, 본 발명의 경화유로 피복된 단백질 분해효소 함유 사료용 장용성 제품은 저장 중 공기중의 수분흡수를 상당부분 차단할 수 있어 장기보존이 가능한 장점이 있다.

Claims (9)

1. 다음 단계를 포함하는 효소 제제를 함유하는 사료용 장용성 제제의 제조방법:

   ⒜ 부형제를 유동층 코팅기에 투입하여 흡입공기 온도 40~50℃에서 유동화시키는 단계;

   ⒝ 유동화중인 상기 부형제에 고형분 농도가 10~25%(w/w)인 아라자임(Arazyme) 효소 추출액을 직접 분무하여 피복하는 단계;

   ⒞ 상기 ⒝단계를 거쳐 효소가 부형제에 1차 피복된 혼합물을 메쉬 체를 이용하여 선별하는 단계;

   ⒟ 핫 멜팅(hot-melting) 유동층코팅시스템이 구비된 유동층 코팅기내에서 상기 ⒞단계를 거친 1차 피복 혼합물을 유동화하면서 최종제품인 장용성 제제 전체 중량의 30~70%(w/w) 범위의 경화유를 분무하여 2차 피복하는 단계;

   ⒠ 상기 ⒟단계를 거쳐 2차 피복된 혼합물을 메쉬 체를 이용하여 선별하는 단계.
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1항에 있어서, 상기 ⒜단계에서의 부형제는 식품 및 사료용으로 사용될 수 있으면서 유동화가 쉽게 될 수 있는 무수포도당, 유당, 덱스트린, 슈크로스 및 말토스 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제 1항에 있어서, 상기 ⒝단계에서의 효소추출액의 분무는 분무공기압력 1~3bar, 투입속도 5~20g/min 조건하에서 바텀 스프레이(bottom spray) 방식으로 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제 1항에 있어서, 상기 ⒟단계에서의 경화유의 분무는 분무공기온도 100~200℃, 분무공기압력 1~3bar, 경화유 투입관온도 60~90℃, 경화유 투입속도 5~20g/min의 조건하에서 수행됨을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제 1항에 있어서, 상기 ⒟단계에서의 코팅기제인 경화유는 융점온도범위가 50~80℃이면서, 지방분해효소(lipase)에 의해 분해 가능한 식물성 경화유 및 동물성 경화유 중에서 선택된 하나 또는 둘 이상을 혼합하여 사용함을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제 1항 및 제5항 내지 제8항 중 어느 한 항의 방법에 의하여 제조된 것을 특징으로 하는 사료용 장용성 제제.