KR100834518B1 - 효소분해법을 이용한 미각이 개선된 글루코사민유기산의제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효소분해법을 이용하여 다양한 종류의 고순도 글루코사민유기산을 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것으로서,

(1) 유기산으로 pH를 조정하여 키토산을 물에 용해시키는 단계;

(2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 키토산 수용액에 키토산아제(chitosanase)를 첨가하여 키토산을 분해시켜 글루코사민을 생성시키는 단계; 및

(3) 상기 단계 (2)의 효소반응액으로부터 분리, 정제 공정을 거쳐 글루코사민유기산 분말을 얻는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하며, 이러한 본 발명의 방법에 의하면, 종래의 글루코사민염산염과 글루코사민황산염에 비해 미각이 개선된 글루코사민유기산을 환경 친화적이고, 경제적이며, 순수한 형태로 제조할 수 있다.

Description

효소분해법을 이용한 미각이 개선된 글루코사민유기산의 제조방법 {METHOD FOR PREPARING GLUCOSAMINE ORGANIC ACID WITH IMPROVED TASTE BY AN ENZYMATIC PROCESS}

본 발명은 효소분해법을 이용하여 다양한 종류의 고순도 글루코사민유기산을 효율적으로 제조하는 방법에 관한 것이다.

글루코사민은 게나 새우 등 갑각류의 껍질에 존재하는 키틴(chitin)을 가수분해하여 얻은 단당류로서, 사람이나 동물의 결합조직 등에도 다량 분포되어 있으며 인체 내에서도 천연적으로 만들어지는 아미노당이다. 글루코사민은 관절 연골의 구성성분 일 뿐만 아니라 글리코사미노글리칸(glycosaminoglycan)과 프로테오글리칸(proteoglycan)의 생성을 자극하여 연골의 정상적인 생성을 촉진시키는 역할도 한다. 또한 연골의 신진대사에 도움을 주고, 관절기능을 향상시키며, 통증을 완화시켜 준다. 글루코사민은 골관절염 등을 포함한 관절 질환의 치료 및 예방에 탁월한 효과가 있는 것으로 알려져 있어 건강기능식품, 의약품 등에 광범위하게 이용되고 있다.

현재 글루코사민은 글루코사민염산염 또는 글루코사민황산염의 형태로 가장 널리 사용되고 있다. 이들 글루코사민염산염 및 글루코사민황산염은 글루코사민에 결합되어 있는 염류, 즉 염산염과 황산염의 영향으로 미각적으로 떫은맛과 쓴맛을 가지고 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 이들을 그대로 식품에 첨가하여 사용하거나 건강기능식품의 분말, 과립, 액상 등의 형태로 섭취하기에는 매우 불편한 실정이다.

일본특허 공개공보 제 2000-139408호는 글루코사민염산염의 미각을 개선하기 위해 글루코사민염산염에 유기산, 과즙 등의 다른 성분들을 첨가하여 함께 섞는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 이것은 단지 글루코사민염산염의 미각을 다른 성분들을 첨가하여 마스킹하는 방법에 지나지 않으며 근본적으로 글루코사민염산염 자체의 미각을 개선하는 방법은 아니다.

한편, 일본특허 공개공보 제 2005-29519호는 글루코사민염산염 혹은 글루코사민황산염에 결합되어 있는 염류를 이온교환수지나 이온교환막을 이용하여 탈염시킨 후 이것을 일부 유기산으로 치환함으로써, 글루코사민염산염 또는 글루코사민황산염과 글루코사민유기산이 혼합되어 미각이 개선된 글루코사민 조성물을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 하지만, 상기 방법은 제조 공정이 복잡하여 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 상기 공정을 통해 얻어지는 산물 또한 글루코사민염산염 혹은 글루코사민황산염과 글루코사민유기산이 혼합되어 있는 형태이어서, 상기 방법에 의해서는 순수한 글루코사민유기산만을 얻을 수는 없다는 단점을 갖는다.

[문헌 1] JP 2005-029519 A (KOYO CHEMICAL KK) 2005. 2. 3.

[문헌 2] JP 2000-139408 A (YAIZU SUISANKAGAKU INDUSTRY CO LTD) 2005. 5. 23.

따라서, 본 발명의 목적은 효소분해법을 이용하여 종래의 글루코사민염산염과 글루코사민황산염에 비해 미각이 개선된 글루코사민유기산을 환경 친화적이고, 경제적이며, 순수한 형태로 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

(1) 유기산으로 pH를 조정하여 키토산을 물에 용해시키는 단계;

(2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 키토산 수용액에 키토산아제(chitosanase)를 첨가하여 키토산을 분해시켜 글루코사민을 생성시키는 단계; 및

(3) 상기 단계 (2)의 효소반응액으로부터 분리, 정제 공정을 거쳐 글루코사민 유기산 분말을 얻는 단계

를 포함하는, 글루코사민유기산의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 글루코사민유기산 제조방법은, 종래의 키토산을 염산이나 황산으 로 가수분해하여 얻은 글루코사민염산염이나 글루코사민황산염을 출발물질로 이용하여 글루코사민유기산을 제조하는 공정이 아니라, 키토산으로부터 키토산 분해효소를 이용하여 직접 글루코사민유기산을 제조하는 공정으로서, 염산이나 황산과 같은 강산을 이용하지 않아 환경 친화적이며, 글루코사민에 결합된 염을 유기산으로 치환하는 방식이 아니기 때문에 이온교환수지나 이온교환막과 같이 염류 치환공정이 필요하지 않아 간편하고 경제적이며, 글루코사민염산염이나 글루코사민황산염과 섞이지 않은 순수한 글루코사민유기산만을 얻을 수 있는 등 종래의 제조방법보다 훨씬 진보한 것이다.

본 발명에 따른 글루코사민유기산 제법을 단계별로 나누어 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

<단계 (1)>

단계 (1)에서는, 유기산으로 pH를 조정하여 키토산을 물에 용해시킨다. 이때, 키토산을 1 내지 10%, 바람직하게는 2 내지 7%의 농도가 되도록 먼저 물에 넣은 후, 상기 키토산 용액에 유기산을 첨가하면서 키토산을 물에 용해시킬 수 있다. 유기산 첨가시 키토산 용액을 교반하여 키토산의 용해를 가속화시키는 것이 바람직하다.

본 발명에 사용되는 유기산의 대표적인 예로는 아스코르브산(ascorbic acid), 구연산(citric acid), 젖산(lactic acid) 및 이들의 혼합물을 들 수 있고, 상기 유기산은 그 종류에 따라 농도를 달리할 수 있다. 바람직하게는, 아스코르브 산의 경우 키토산과 아스코르브산의 중량비가 1:0.5 내지 1:2가 되도록, 구연산의 경우 키토산과 구연산의 중량비가 1:0.3 내지 1:1이 되도록, 젖산의 경우 젖산과 키토산의 중량비가 1:0.5 내지 1:1이 되도록 첨가할 수 있다. 더욱 바람직하게는, 키토산 수용액의 pH가 3 내지 6 범위가 되도록 유기산을 첨가할 수 있다.

<단계 (2)>

단계 (2)에서는, 상기 단계 (1)에서 얻어진 키토산 수용액에 키토산아제를 첨가하여 키토산을 분해시켜 글루코사민을 생성한다.

본 발명에서 사용되는 키토산아제는 키토산 분해효소로서, 두 종류의 키토산아제, 즉 엑소-키토산아제(exo-chitosanase)와 엔도-키토산아제(endo-chitosanase)를 포함한다. 엑소-키토산아제는 키토산 혹은 키토산 올리고당을 말단으로부터 순차적으로 절단하여 글루코사민을 생성시키는 기능을 하며, 엔도-키토산아제는 키토산을 키토산 올리고당으로 분해함으로써 엑소-키토산아제의 키토산 효소분해 효율을 더욱 높이는 기능을 한다.

단계 (2)의 효소반응에 엑소-키토산아제만 단독으로 첨가해도 키토산으로부터 글루코사민을 생성할 수 있지만, 키토산 분해효율을 고려할 때 엑소-키토산아제와 엔도-키토산아제를 함께 효소반응에 이용하는 것이 본 발명에 바람직하다.

상기의 엑소-키토산아제와 엔도-키토산아제를 모두 포함하는 키토산아제는 어느 생물에서 유래된 것이든 키토산을 효율적으로 가수분해하여 글루코사민을 생성시킬 수 있는 효소라면 사용이 가능하다. 바람직하게는 두 종류의 효소를 모두 생산하며 pH 3.0 내지 6.0의 산성조건에서 효소의 반응활성이 좋은 트리코더마 비리데 (Trichoderma viridae), 트리코더마 레제이 (Trichoderma reesei), 아스퍼질러스 오리제 (Aspergillus oryzae), 에어로모나스 속 (Aeromonas sp.), 바실러스 속 (Bacillus sp.) 등의 생물에서 유래된 키토산아제를 사용할 수 있다. 물론 상기 미생물 유래의 키토산아제들은 발명을 예시하기 위해서 열거한 것일 뿐 본 발명을 한정하는 것은 아니다.

본 발명의 단계 (2)에 따른 키토산의 효소분해 반응의 반응조건 및 효소 첨가량 등은 사용되는 효소의 종류, 효소의 역가, 기질의 농도 등에 따라 달라질 수 있다. 예를 들어, 분해효소 10∼100 unit/g 키토산, 바람직하게는 20∼60 unit/g 키토산을 첨가하여 30∼55℃에서 24∼72 시간 동안 분해반응을 수행할 수 있다.

상기의 효소분해 반응에서 효소의 역가는 기질인 키토산으로부터 단위시간당 단위량의 글루코사민을 생성시키는데 필요한 효소의 양으로 표현할 수 있는데, 당업계에서는 통상적으로 한국 식품첨가물 공전에 예시되어 있는 키토산아제의 정량법에 의거하여 분당 1 ㎛ol의 글루코사민을 생성시키는데 필요한 키토산아제의 양을 1 unit으로 표현할 수 있다. 본 발명의 효소반응에는 엑소-키토산아제와 엔도-키토산아제가 함께 첨가되므로 상기의 방법으로 표현된 키토산아제 역가는 결국 두 종류 효소의 활성이 모두 포함되어 나타난 것으로 볼 수 있다.

<단계 (3)>

단계 (3)에서는, 상기 단계 (2)의 효소반응액으로부터 분리, 정제 공정을 거쳐 글루코사민유기산 분말을 얻는다.

단계 (3)에서, 목적하는 글루코사민유기산 분말은 통상적인 공정을 거쳐 단계 (2)의 효소반응물로부터 분리될 수 있다. 구체적으로는 우선, 단계 (2)에서 얻어진 글루코사민유기산 함유 효소반응액을 여과하여 미반응 키토산을 제거하는데, 바람직하게는 필터를 이용하거나 드럼여과장치를 이용하여 여과한다. 이 후, 미반응 키토산을 제거한 여과액으로부터 효소와 반응산물을 분리하기 위하여 한외여과막을 사용할 수 있다. 예를 들어, MWCO 10,000 수준의 한외 여과막을 이용할 경우 효소반응액으로부터 효소를 용이하게 제거할 수 있다. 단, 한외여과막이 이에 특별히 한정되는 것은 아니다.

이어서, 반응하지 않은 키토산과, 효소가 제거된 여액을 농축시킨 후 건조하여 목적하는 글루코사민유기산을 분말의 형태로 얻을 수 있다.

농축은 다양한 방법으로 달성될 수 있으며, 한 가지 예로 진공감압농축기를 이용하여 약 20∼80 BX 정도로 농축할 수 있다.

필요에 따라, 상기 농축액을 탈색하는 공정을 추가로 수행하여 농축액의 색도를 개선할 수도 있다. 탈색을 하는 경우 농축액 대비 약 2∼10%의 활성탄소를 투입하여 교반하면서 농축액의 탈색과정을 수행할 수 있다. 또한, 필요에 따라 상기 농축액을 정밀여과하여 농축액의 제균공정을 추가로 수행할 수 있다.

이와 같이 얻어진 농축액을 동결건조 또는 분무건조하여 글루코사민유기산 분말을 제조할 수 있는데, 바람직하게는 동결건조는 10 내지 100 mmHg의 압력과 20 내지 60℃의 온도에서, 분무건조는 건조기 입구온도 180 내지 190℃와 출구온도 95 내지 100℃의 조건에서 분무건조장치를 이용하여 수행할 수 있다.

이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 상세히 설명하고자 한다. 단 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 권리범위 및 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

실시예 1 : 글루코사민아스코르브산의 제조

키토산 100 g을 물 2 L에 넣어 교반하면서 아스코르브산을 첨가하여 키토산을 완전히 물에 용해시켰다. 키토산 수용액의 pH가 4.0이 될 때까지 추가로 아스코르브산을 첨가하였으며 키토산 수용액에 첨가된 총 아스코르브산의 양은 88.8 g이었다. 상기의 과정에서 얻어진 아스코르브산으로 용해된 키토산 약 5% (w/v) 수용액에 엑소-키토산아제와 엔도-키토산아제가 모두 함유된 Trichoderma viridae 유래 키토산아제를 그람(g) 키토산량에 대하여 30 unit를 첨가하여 40℃에서 48시간동안 분해반응 시켰다. 분해액을 드럼여과장치를 통과시켜 미반응 키토산을 제거하고, 다시 한외여과막(MWCO 10,000)으로 한외여과하여 효소를 제거하였다. 얻어진 여액을 진공감압농축기를 이용하여 고형분의 농도가 약 50% 정도가 되도록 감압농축하고, 농축액에 활성탄소를 액량 대비 5.0% (w/v) 투입하여 50℃에서 30분간 교반하면서 탈색을 수행하였다. 이 후, 활성탄소 처리액을 필터프레스 (통과직경, 0.6 ㎛)와 막여과장치 (통과직경, 0.45 ㎛)로 구성된 2단계 여과과정을 통과시켜 활성탄소, 오염 미생물 등의 입상물질을 제거하였다. 정제된 액을 온도 40∼60℃ 의 트랩(trap) 및 10∼100 mmHg의 압력 및 20∼40℃의 온도로 유지되는 챔버를 포함하는 동결건조기에서 동결건조하여 목적하는 글루코사민아스코르브산 분말 90 g을 제조하였다(글루코사민 함량 43.5%).

한편, 정제된 액을 건조기 입구온도 180∼190℃, 출구온도 95∼100℃의 조건으로 분무건조하여 목적하는 글루코사민아스코르브산 분말 85 g을 제조하였다(글루코사민 함량 43.2%).

제조된 글루코사민아스코르브산은 아스코르브산 특유의 상쾌한 신맛을 띠었다.

실시예 2 : 글루코사민구연산의 제조

아스코르브산 88.8 g 대신에 구연산 36.5 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 글루코사민구연산을 제조하였다. 동결건조시켜 얻은 글루코사민구연산 분말의 양은 70 g(글루코사민 함량 45.5%)이었고, 분무건조시켜 얻은 글루코사민구연산 분말의 양은 65 g(글루코사민 함량 45.8%)이었다.

제조된 글루코사민구연산은 구연산 특유의 레몬맛과 같은 새콤한 신맛을 띠었다.

실시예 3 : 글루코사민젖산의 제조

아스코르브산 88.8 g 대신에 젖산 64.0 g을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 글루코사민젖산을 제조하였다. 동결건조시켜 얻은 글루코사 민젖산 분말의 양은 90 g(글루코사민 함량 49.2%)이었고, 분무건조시켜 얻은 글루코사민젖산 분말의 양은 85 g(글루코사민 함량 48.6%)이었다.

제조된 글루코사민젖산은 젖산 특유의 새콤한 신맛을 띠었다.

Claims (11)

1. (1) 유기산으로 pH를 조정하여 키토산을 물에 용해시키는 단계;

   (2) 상기 단계 (1)에서 얻어진 키토산 수용액에 엑소-키토산아제(exo-chitosanase)와 엔도-키토산아제(endo-chitosanase)를 포함하는 키토산아제를 키토산 1 g 당 10 내지 100 unit 첨가하여 키토산을 분해시켜 글루코사민을 생성시키는 단계; 및

   (3) 상기 단계 (2)의 효소반응액으로부터 분리, 정제 공정을 거쳐 글루코사민유기산 분말을 얻는 단계

   를 포함하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 (1)의 유기산이 아스코르브산, 구연산, 젖산 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 것임을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 (1)에서, 키토산을 물에 1 내지 10% (w/v)의 농도로 용해시키는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 (1)에서, 유기산을 키토산 수용액의 pH가 3 내지 6 범위가 되게 하는 양으로 첨가하는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
5. 삭제
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 키토산아제가 트리코더마 비리데 (Trichoderma viridae), 트리코더마 레제이 (Trichoderma reesei), 아스퍼질러스 오리제 (Aspergillus oryzae), 에어로모나스 속 (Aeromonas sp.) 또는 바실러스 속 (Bacillus sp.)의 생물에서 유래된 것임을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
7. 삭제
8. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 (2)를 30∼55℃에서 24∼72시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
9. 제 1 항에 있어서,

   상기 단계 (3)에서, 단계 (2)의 효소반응액을 여과, 농축 및 건조하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
10. 제 9 항에 있어서,

    건조공정에 앞서서, 농축공정을 거친 생성물을 탈색하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.
11. 제 9 항에 있어서,

    건조공정에 앞서서, 농축공정을 거친 생성물을 제균하는 공정을 추가로 수행하는 것을 특징으로 하는, 글루코사민유기산의 제조방법.