KR101122176B1 - 홍조류 유래 당화액으로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 제조 및 수율 측정 방법 - Google Patents

홍조류 유래 당화액으로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 제조 및 수율 측정 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홍조류로부터 3,6-안하이드로갈락토오스를 효율적으로 제조하는 방법 및 이의 수율을 측정하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 의하면 홍조류로부터 3,6-안하이드로갈락토오스를 높은 수율로 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 홍조류 유래 다당류 물질의 당화 공정시 산에 불안정하여 정량 및 수율 측정에 어려움이 많았던 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 당화 시간 및 당화 온도 등의 간단한 변수에 의해 용이하게 측정할 수 있다.
홍조류, 당화, 3,6-안하이드로갈락토오스, 제조 및 정량

Description

홍조류 유래 당화액으로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 제조 및 수율 측정 방법{Method for preparation and quantification of 3,6-anhydrogalactose from hydrolyzate derived from red algae}
본 발명은 홍조류로부터 3,6-안하이드로갈락토오스 (이하 "AG"라 약칭하기도 함)를 효율적으로 제조하는 방법 및 이의 수율을 측정하는 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 홍조류를 원료로 이용한 당화반응에서 촉매 및 당화 조건을 적절하게 선택?조절함으로써 3,6-안하이드로갈락토오스를 효과적으로 제조하는 방법 및 홍조류 유래 당화액으로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 간단하고 정확하게 측정하는 방법에 관한 것이다.
바이오연료는 바이오매스 (biomass)를 원료로 하여 얻어지는 에너지를 통칭하는 것으로서, 직접 연소, 알코올 발효, 메탄 발효 등을 통해 얻어진다. 바이오연료의 원료가 되는 물질인 바이오매스는 크게 당질계 (사탕수수, 사탕무 등), 전분질계 (옥수수, 감자, 고구마 등), 목질계 (나무, 볏짚, 폐지 등)로 나누어지는데, 당질계의 경우 원료를 비교적 간단한 전처리 과정 후 이어지는 발효 공정을 통해 곧바로 바이오연료로 전환이 가능하지만, 전분질계와 목질계의 경우에는 적절한 전처리 과정과 당화 공정을 거친 당화액을 이용한 발효 공정을 통해 바이오연료를 제조할 수 있다. 목질계는 도시 폐기물 형태의 폐목재나 삼림 곳곳에 흩어져 있는 임산 부산물을 원료로 이용할 수 있으며, 식량으로서 활용 가치가 없어 원료 수급의 안정성은 확보될 수 있으나, 공정상 반드시 수반되어야 하는 리그닌 제거 전처리 공정으로 인한 공정비 상승과 함께, 목질계 셀룰로오스 기질의 특징인 수소결합으로 이루어진 결정체 (crystalline) 구조로 인해 당화 수율이 낮아 경제성이 낮은 단점이 있다.
목질계를 제외하고는 현재 상용화된 바이오연료 생산 기술은 인간이 식량으로 사용할 수 있는 당질계 또는 전분질계 원료를 사용하므로 식량을 에너지원으로 사용한다는 문제뿐만 아니라, 앞으로 식량 수요가 늘어날 경우 원료 수급 문제가 발생할 수 있으며, 경제적인 측면에서도 곡물을 사용하는 것은 원료비용 측면에서 문제가 된다. 또한, 옥수수 재배는 상당량의 농약과 질소비료를 필요로 할 뿐 아니라 다른 작물에 비해 토양을 심하게 부식시키는 환경적인 단점도 존재한다.
한편, 해조류는 크게 대형조류 (macroalgae)와 미세조류 (microalgae)로 나누어지며 대형조류에는 홍조류, 갈조류, 녹조류, 미세조류에는 클로렐라, 스피루리나 등이 있다. 해조류의 생산량은 전 세계적으로 연간 약 1,400만 톤에 달하며 2020년에는 약 2,200만 톤 이상으로 증가될 것으로 예측되고 있다. 이러한 생산량은 전체 양식 생산량의 약 23%에 해당하는 것으로서, 이 중 90% 이상이 미역, 다시마 등의 갈조류와 우뭇가사리, 꼬시래기 등의 홍조류로 이루어져 있다. 우리나라의 해조류 양식 생산량은 현재 약 50만 톤으로 90년대 중반의 약 70만 톤 보다는 다소 줄어들었으나, 양식 어장의 총 면적은 약 7만 ha로 90년대 중반의 약 6만 ha보다 증가하였다.
해조류는 여타 바이오매스에 비해 생장성이 훨씬 우수하고 (아열대 지방의 경우 연 4~6회 수확 가능), 드넓은 바다를 이용할 수 있으므로 가용재배 면적이 넓으며, 담수, 토지, 비료 등 원가가 높은 자원의 사용이 적다는 장점이 있다. 또한, 목질계의 경우 반드시 제거해야 하는 리그닌 성분이 없으므로 바이오연료의 제조 공정이 간단하고, 총에너지 전환 수율도 높다. 뿐만 아니라 해조류는 이산화탄소 연간 흡수량이 ha당 36.7톤으로서 목질계보다 5~7배 높은 장점이 있으며, E20 (20% 에탄올이 첨가된 휘발유)을 사용한다고 가정할 때 연간 온실가스 저감률은 약 27%로, 이를 금액으로 환산 시 약 3,000억원의 탄소세 절감효과를 거둘 수 있다 (표 1 참조).
[표 1]
육상식물과 해양식물의 특징 비교
구 분 육상식물 해양식물
당?전분질계 (1세대) 목질계 (2세대) 해조류 (3세대)
원료 사탕수수, 옥수수 목재류 우뭇가사리, 꼬시래기, 코토니
원료 생산 주기 1년에 1~2회 최소 8년 이상 1년에 4~6회
단위면적당 원료 생산량
(톤/ha) 		180 9 565
단위면적당 CO2 흡수량
(톤/ha)		 5-10 4.6 36.7
제조 공정 간단 복잡 (리그닌 제거) 간단 (리그닌 부재)
재배환경 태양광, CO2, 담수, 토지, 비료 태양광, CO2, 담수, 토지, 비료 태양광, CO2, 해수
이 중 홍조류는 전 세계적으로 8목, 600속, 5,500여종이 온대와 열대해역에 걸쳐 생육하며 우리나라에서 자생하는 해조류의 절반 이상을 차지한다. 또한, 갈조류나 녹조류보다 서식 범위가 넓고 얕은 수심에서부터 광선이 닿는 깊은 수심에 이르기까지 자생하고 있어 다른 조류보다 종의 수효가 많아 원료 수급 측면에서 매우 우수하며, 타 해조류에 비해 탄수화물, 즉, 미생물이 에탄올로 전환할 수 있는 단당 전환물질을 많이 함유하고 있어 에너지 전환 측면에서도 장점을 지니고 있다 (표 2 참조).
[표 2]
홍조류 및 갈조류, 녹조류의 성분분석 비교
Figure 112009064087761-pat00001
홍조류에 함유되어 있는 탄수화물, 즉, 다당류 중 가장 대표적인 것으로는 갈락탄이 있다. 갈락탄은 가수분해하면 대부분 또는 모두 갈락토오스가 되는 다당류이며, 갈락탄 중에서 가장 유명한 것은 홍조류에 함유된 우무 및 카라기난이다. 우무는 아가로오스 (약 70%)와 아가로펙틴 (약 30%)으로 이루어진 갈락탄의 혼합물이다. 아가로오스는 D-갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스 단위체들로 구성되 어 있는 천연의 다당류이며 D-갈락토오스와 3,6-L-안하이드로갈락토오스가 베타-1,4 결합한 단위체 (아가로바이오스)가 반복하여 알파-1,3 결합으로 연결된 직쇄구조로 되어 있으며, 겔화력이 강하다 (도 1 참조). 아가로펙틴은 아가로오스와 마찬가지로 아가로바이오스 단위로 되어 있으나 황산기 등의 산성기를 함유하며 겔화력이 약하다. 카라기난은 홍조류인 콘드러스 (Chondrus)속, 유키우마 (Eucheuma)속, 기가티나 (Gigartina)속, 히프니아 (Hypnea)속, 이리대아 (Iridaea)속의 해초를 뜨거운 물 또는 뜨거운 알칼리성 수용액으로 추출한 다음, 정제하여 얻어지는 것으로서 그 주성분은 ι (Iota)-카라기난, κ (Kappa)-카라기난, λ (Lambda)-카라기난이다. 카라기난은 분자 중에 황산기를 가지고 있는 황산화 갈락탄으로 황산기의 수나 결합된 위치에 따라 κ, ι, λ로 구분한다. 카라기난은 가수분해하면 D-갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스, 황산 등으로 분해되는데, κ-카라기난은 칼륨과 칼슘으로 겔화되고, ι-카라기난은 칼슘으로 겔화되며 λ-카라기난은 무기질없이 점성액이 된다. 카라기난은 냉수에서는 잘 녹지 않으나 30～60℃의 물에서는 녹으며 에탄올에는 녹지 않는다. 우무 및 카라기난은 식품, 의약품, 원료 비료 등으로 이용되어지고 있으며, 특히, 식품의 점착성 및 점도를 증가시키고 유화 안정성을 증진하며, 식품의 물성 및 촉감을 향상시키기 위한 식품첨가물로서 광범위하게 이용되어지고 있다. 우무 및 카라기난의 점착성 및 점도를 결정하는 성분은 이 두 다당류를 구성하는 대표적 단당류인 3.6-안하이드로갈락토오스이다. 3,6-안하이드로갈락토오스는 우무나 카라기난을 가수분해하거나 알칼리 처리하여 얻을 수 있으며, 3,6-안하이드로갈락토오스의 성분이 증가할수록 우무나 카라기난 의 겔화력이 증진되어, 물리적, 기능적인 성질을 높일 수 있다.
다당류의 단당 성분을 분석하는 대표적인 방법으로는 산을 촉매로 이용한 가수분해가 있다. 그러나 갈락탄을 구성하고 있는 3,6-안하이드로갈락토오스와 같은 단당물질은 산에 불안정하므로, 산을 이용하여 가수분해하게 되면 갈락토오스 잔기나 5-하이드록시메틸푸르푸랄 등으로 깨지게 되어 정확한 정량이 어려운 문제점이 있었다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 1965년 Yaphe가 레조르시놀 시약을 사용, 비색분석법을 이용하여 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석하였으며, 이후 메타놀리시스 (methanolysis)나 머캅토리시스 (mercaptolysis), 환원성 가수분해 (reductive hydrolysis) 등을 통하여 3,6-안하이드로갈락토오스를 머캅탈, 알디톨 등으로 전환시킨 후 가스크로마토그래피 등을 이용하여 분석하는 방법 등이 이용되고 있다 (표 3 참조).
[표 3]
3,6-안하이드로 갈락토오스 분석법
분석법 명 실험과정 분석장비 참고문헌
비색법
(Yaphe method)		 리조르시놀 아세탈시약과 반응 분광광도계
(Spectrophotometer)		 Anal.Biochem.,
W. Yaphe et al.,
1965
메타놀리시스
(Methanolysis)		 연속적 메타놀리시스 역상크로마토그래피
(RPLC)		 Carbohydr.Res.,
B. Quemener et al., 1995
머캅토리시스
(Mercaptolysis)		 머캅토리시스 → 유도체화 가스크로마토그래피
(GLC)		 Anal.Biochem.,
Y. Hama et al.,
1998
아미노화
(Amination)		 1차 아미노화-> 2차 아미노화 가스크로마토그래피
(GLC)		 Carbohydr.Res.,
D. A. Navarro et al., 2003
환원성 가수분해-1
(Reductive hydrolysis-1)		 1차 환원성 가수분해 →
2차 환원성 가수분해
→ 유도체화 → 아세틸화		 가스크로마토그래피
(GLC)		 Carbohydr.Res.,
T. T. Stevenson et al., 1991
환원성 가수분해-2
(Reductive hydrolysis-2)		 1차 환원성 가수분해 →
2차 환원성 가수분해		 고성능음이온교환수지
크로마토그래피
(HPAEC-PAD)		 Anal.Biochem.,
C. N. Jol et al.,
1998
그러나 상기의 분석방법들은 전환된 물질을 반드시 유도체화 시켜야 하므로 시간이 오래 걸리고 정확성이 떨어지는 단점이 있다. 기존의 환원성 가수분해를 보완한 분석법 (고성능 음이온교환수지 크로마토그래피 (HPAEC-PAD)로 분석하는 방법)은 별도의 유도체화 없이 알디톨로 전환된 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석할 수 있다는 장점이 있으나, 원료의 성분분석 용도 이외에 당화공정에서 반드시 평가되어야 하는 단당 수율 분석법으로 사용하기에는 실험과정이 복잡하고 당화시마다 적용하기에는 어려움이 따른다.
본 발명은 홍조류로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성을 최대화하고, 종래 3,6-안하이드로갈락토오스 분석법 상의 문제점을 개선하기 위해 안출된 것으로서, 홍조류로부터 당화반응을 통해 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 최대화 하여 제조하는 방법 및 3,6-안하이드로갈락토오스의 분석법으로 사용되던 환원성 가수분해 방법을 개선하여 정량의 정확성을 높이고, 기존 정량 과정의 복잡성을 개선한 홍조류 유래 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 측정 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 우선,
홍조류에서 다당류 물질을 추출하는 단계;
상기 다당류 물질을 0.01~3.0%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 60~200℃ 온도에서 0시간 초과~6시간 동안 당화 처리하여 단당류를 포함하는 당화액을 생성하는 단계; 및
상기 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스를 분리하는 단계를 포함하는 3,6-안하이드로갈락토오스의 제조방법을 제공한다.
상기 당화 처리는 0.03~0.07%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 100~130℃ 온도에서 10~20분 동안 당화하는 것이 바람직하다.
본 발명은 또한,
홍조류 원초, 또는 홍조류에서 추출한 다당류 물질을 당화 처리하여 단당류를 포함하는 당화액을 생성하는 단계;
상기 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스를 크로마토그래피를 이용하여 정량하는 단계;
하기 수학식 1에 의해 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 보정하는 단계를 포함하는 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 측정하는 방법을 제공한다:
[수학식 1]
AG 수율 = CF × AG 예비 수율
상기 수학식 1에서,
AG는 3,6-안하이드로갈락토오스를 의미하고,
AG 예비 수율은 원료 중 포함되어 있는 AG 건조 총 중량 대비 생성된 AG의 수율로서 하기 수학식 2로 계산되며,
[수학식 2]
Figure 112009064087761-pat00002
상기 수학식 2에서,
C는 크로마토그래피를 이용하여 얻어진 AG의 농도 (g/ℓ),
V는 당화에 이용된 총 용매량 (ℓ),
S는 당화에 이용된 기질에 포함되어 있는 AG 양 (g)이고,
CF는 AG 예비 수율로부터 AG 수율을 직접 구할 수 있는 환산율 (conversion factor)로서, 하기 수학식 3으로부터 얻을 수 있으며;
[수학식 3]
CF = 0.0009 EXP(4.1221×CSF) + 0.4755
상기 수학식 3에서 CSF는 조합 환산율 (combined severity factor)를 의미하며 하기 수학식 4로부터 구할 수 있고,
[수학식 4]
CSF = logR0 - pH
상기 수학식 4에서 R0는 다음 수학식 5로부터 구할 수 있으며,
[수학식 5]
Figure 112009064087761-pat00003
상기 수학식 5에서,
t = 당화 시간 (분),
Tr = 당화 온도 (℃),
T100 = 100℃를 의미한다.
상기 방법에서, 홍조류에서 추출한 다당류는 우무 또는 카라기난인 것이 바람직하다.
또한, 상기 당화 처리는 0.01~3.0%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 60~200℃ 온도에서 0시간 초과~6시간 동안 당화하는 것이 바람직하고, 0.03~0.07%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 100~130℃ 온도에서 10~20분 동안 당화하는 것이 더욱 바람직하다.
본 발명자들은 홍조류 유래 당화액으로부터 3,6-안하이드로갈락토오스를 제조 및 정량 분석하기 위하여 홍조류 원초, 또는 홍조류에서 추출한 다당류 물질에 산촉매 또는 산성 이온성 액체 촉매를 처리하여 3,6-안하이드로갈락토오스를 생성한 후, 상기 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스 및 이를 환원성 가수분해하여 얻어진 3,6-안하이드로갈락토시톨을 고성능 음이온교환수지 크로마토그래피를 이용하여 분석하고 이들의 상관관계를 도출하였다.
즉, 본 발명자들은 상기 수학식 1 및 수학식 3과 같은 상관관계를 도출해 냄으로써 홍조류 당화시 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 측정할 때마다 3,6-안하이드로갈락토오스를 환원성 가수분해하여 3,6-안하이드로갈락토시톨을 정량해야 하는 번거로움을 해결하였다.
본 발명에 이용될 수 있는 홍조류로는 우뭇가사리, 김, 코토니, 개도박, 둥근돌김, 기우무, 새발, 참풀가사리, 꼬시래기, 진두발, 참도박, 가시우무, 비단풀, 단박, 돌가사리, 석목, 지누아리, 붉은까막살 등이 있으나 이에 한정되는 것은 아니며, 이 중에서도 우뭇가사리를 사용하는 것이 바람직하다. 우뭇가사리는 홍조류 중에서 종의 종류가 가장 다양하고 생장성이 우수하며, 갈락탄이 주성분인 우무가 약 50~70% 정도 차지되며, 이 외에 셀룰로오스 성분인 섬유소가 약 15~25%, 15% 미 만의 단백질과 7% 미만의 지질로 구성되어 있다. 또한, 상기 홍조류 유래 다당류 물질로는 우무, 카라기난 등을 들 수 있다.
상기 홍조류에서 우무, 카라기난 등과 같은 다당류 물질을 추출하기 위한 방법은 특별히 제한되지 않으며, 당해 기술분야에 알려진 어떠한 방법도 사용가능하다. 한 바람직한 구현예에 따르면, 홍조류를 알칼리 수용액에 일정시간 침지시킨 후 물로 세척하고, 상기 세척된 홍조류를 산성 약품으로 이루어진 추출용매에 일정시간 침지시켜 우무, 카라기난 성분을 1차 추출한 후, 잔여 섬유소를 수집하여 최종적으로 우무, 카라기난 등을 얻을 수 있다. 이때, 추출 온도는 특별히 한정되는 것은 아니지만, 80~150℃ 범위인 것이 바람직하다. 상기 알칼리 수용액으로는 수산화칼륨, 수산화나트륨, 수산화칼슘, 암모니아 수용액 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니며, 상기 산성 약품으로는 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4 (perchloric acid), H3PO4 (phosphoric acid), PTSA (para-toluene sulfonic acid) 또는 상용 고체산 등이 있으나, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
우무, 카라기난과 같은 다당류 물질 추출물에 적절한 분해효소 및/또는 가수분해 촉매를 처리하여 당화시킴으로써 단당류를 얻을 수 있다. 상기 주된 단당류로는 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스 등을 들 수 있다.
상기 당화 공정은 크게 간접 당화법과 직접 당화법으로 나눌 수 있으며, 이하 상기 2가지 당화 공정에 대해 설명한다.
먼저, 간접 당화법이란 홍조류 원초로부터 다당류 물질을 추출한 후 이 다당류 물질을 단당류로 만드는 방법이다. 간접 당화법을 이용한 당화 방법의 한 예로서, 우무를 출발 물질로 이용하여 당화하는 방법에 대해 설명한다. 우무는 갈락토오스 폴리머인 갈락탄이 성분의 대부분을 차지하고 있으며, 상기 갈락탄은 적절한 당화 공정 (저분자화 공정)을 통해 발효가능한 단당류인 갈락토오스 또는 3,6-안하이드로갈락토오스로 전환될 수 있다. 이때, 당화 공정에 사용되는 방법으로는 산 촉매 및/또는 산성 이온성 액체 촉매로 하는 가수분해법을 이용하는데, 사용 가능한 촉매로는 H2SO4, HCl, HBr, HNO3, CH3COOH, HCOOH, HClO4, H3PO4, PTSA, [Rmim][HSO4] (1-알킬-3-메틸이미다졸륨 하이드로젠설페이트: 1-alkyl-3-methylimidazolium hydrogenesulfate), [Hmim][HSO4] (1-메틸이미다졸륨 하이드로젠설페이트: 1-methylimidazolium hydrogensulfate), [Rmim][TFA] (1-알킬이미다졸륨 테트라플루오로아세테이트: 1-alkylimidazolium tetrafluoroacetate), [Rmim][H2SO4] (1-알킬-3-메틸이미다졸륨 디하이드로젠설페이트: 1-alkyl-3-methylimidazolium dihydrogensulfate), [Rmim][Al2Cl6] (1-알킬-3-메틸이미다졸륨 클로로알루미네이트: 1-alkyl-3-methylimidazolium chloroaluminate) (R = C1 ~C8) 또는 상용 고체산 등이 있다. 이때, 사용된 산의 농도 및 반응 온도와 반응 시간 등을 잘 설정함으로써 갈락토오스의 당화 수율이 최대가 됨과 동시에 생성된 갈락토오스가 과분해되지 않도록 하는 것이 바람직하다. 본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단당류는 우무에 대해 0.01~3.0%, 바람직하게는 0.03~0.07% 농도의 산촉매 및/또는 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~200℃, 바람직하게는 100~130℃ 온도에서 0시간 초과~6시간, 바람직하게는 10~20분 반응시킴으로써 생성된다.
직접 당화법을 이용한 당화 방법은 홍조류 원초를 출발 물질로 이용하여 별도로 다당류 물질을 추출하지 않고 직접 단당류로 당화하는 방법이다. 이때 산 촉매 및/또는 산성 이온성 액체를 촉매로 이용하는 가수분해법을 이용할 수 있는데 이미 상술한 바와 같이 간접 당화 공정에서 사용되는 산 촉매 및/또는 산성 이온성 액체 촉매계가 사용될 수 있다. 이때 촉매의 농도와 반응 온도 및 반응시간을 적절히 조절함으로써 생성된 갈락토오스의 당화수율이 최대가 되는 조건 및 생성된 단당류가 과분해되지 않도록 하는 반응 조건을 찾는 것이 중요하다. 홍조류 원초를 출발 물질로 하여 당화하는 경우에는 채취된 홍조류를 수세 과정을 통해 불순물 제거와 세척 과정을 수행한 다음, 열풍건조기 또는 자연건조법을 이용해 완전히 건조시키고, 건조된 홍조류를 원료분쇄기를 이용하여 잘게 부수어 입자가 고운 파우더 형태로 변환한 후 이용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 한 바람직한 구현예에 따르면, 상기 단당류는 홍조류 원초에 대해 0.05~50% 농도의 산촉매 및/또는 산성 이온성 액체 촉매를 이용하여 60~300℃ 온도에서 0시간 초과~6시간 반응시킴으로써 생성된다.
상술한 바와 같이 생성된 당화액에는 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스 또는 그 혼합물을 포함하고 있다. 일반적으로 당화액의 단당 정량분석법으로는 박 층크로마토그래피 분석법 및 굴절률 검출기나 저파장 자외선 검출기가 장착된 고성능 액체크로마토그래피 분석법, 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 분석법 등이 있으며, 이들 분석법은 갈락토오스 분석시에 특히 유리하다. 한편, 상기 단당류를 유도체화시킨 후 분석하는 경우 불꽃이온화 검출기가 장착된 가스크로마토그래피 분석법 및 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 분석법 등을 들 수 있는데, 이들 분석법은 3,6-안하이드로갈락토오스 분석에 있어서 보다 바람직하다.
상기의 분석방법 중에서 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 분석법은 별도의 유도체화 없이 알디톨로 전환된 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석할 수 있고 분석결과의 신뢰도가 높다는 장점이 있다.
본 발명의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 측정 방법은 기존의 수율 측정 방법으로 사용되던 환원성 가수분해 방법을 보완, 수정한 것으로서 홍조류 및 홍조류 유래 다당류의 성분분석에서 뿐 아니라 당화공정에서 반드시 평가되어야 하는 단당 수율 분석시 신속하고 정확한 정량 결과를 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
본 실시예에서는 하기와 같은 실험 재료 및 분석 방법을 사용하여 실험을 수행하였다.
1. 실험 재료
1.1. 기질
본 실시예에서는 우뭇가사리로부터 분리/추출된 우무를 기질로 이용하였다. 먼저, 증류수로 세척하여 40℃에서 건조 분쇄한 우뭇가사리를 수산화칼륨 수용액에 일정시간 침지시켰다가 증류수로 세척한 후 반 건조하여 아세트산을 이용하여 우무를 추출하였으며, 추출되어진 우무는 40℃에서 건조하고 분쇄하여 사용하였다.
1.2. 촉매
본 실시예에서는 황산 (Matsunoen chemical, 97%)을 농도별 (0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0%)로 희석한 황산수용액을 당화촉매로서 이용하였다.
2. 분석 방법
2.1. 당 분석
2.1.1. 3,6-안하이드로갈락토오스 분석
3,6-안하이드로갈락토오스가 포함되어 있는 당화액은 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 분석하였으며, 칼럼으로는 Carbopac PA 1 (4× 250 ㎜, Dionex Co., USA), 가드칼럼으로는 Carbopac PA 1 (4× 50 ㎜, Dionex Co., USA)을 사용하였다. 이동상으로 는 16 mM, 2 M의 NaOH 용액을 사용하였고, 흐름 속도는 1 ㎖/분, 칼럼 온도는 30℃로 하였다. 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스의 농도는 표준 물질의 교정 곡선을 이용하여 정량 분석되었으며, 수율은 수학식 6에 따라 원료 중 포함되어있는 3,6-안하이드로갈락토오스 건조 총 중량 대비 생성된 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율로 계산하였다.
[수학식 6]
Figure 112009064087761-pat00004
C = 3,6-안하이드로갈락토오스의 농도 (g/ℓ)
V = 당화에 이용된 총 용매량 (ℓ)
S = 당화에 이용된 기질에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스 양 (g)
2.1.2. 3,6-안하이드로갈락토시톨 분석
환원성 가수분해를 통해 알디톨로 전환되어진 3,6-안하이드로갈락토오스 (3,6-안하이드로갈락토시톨)가 포함되어 있는 당화액은 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 분석하였으며, 칼럼으로는 Carbopac MA 1 (4×250 ㎜, Dionex Co., USA), 가드칼럼으로는 Carbopac MA 1 (4×50 ㎜, Dionex Co., USA)을 사용하였다. 이동상으로 612 mM의 NaOH 용액을 사용하였고, 흐름 속도는 0.4 ㎖/분, 칼럼 온도는 35℃로 하였다. 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토시톨의 농도는 표준물질의 교정 곡선 을 이용하여 정량 분석되었으며, 수율은 상기 수학식 6에 따라 계산하였다. 단, 이 경우 수학식 6에서 C는 3,6-안하이드로갈락토시톨의 농도 (g/ℓ), S는 당화에 이용된 기질에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토시톨의 양 (g)을 의미한다.
상기 수학식 6은 본 실험 2.1.1 및 2.1.2에서는 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율 및 3,6-안하이드로갈락토시톨의 수율의 상관관계를 구할 때 이용되는 것인데, 일단 상관관계를 구한 이후에는 하기 수학식 6은 3,6-안하이드로갈락토오스의 예비 수율을 구하는 상기 수학식 2에 상당한다.
2.2. 단백질 분석 - 세미마이크로 킬달 (Semi-micro Kjeldahl)법
단백질을 분석하기 위해, 시료 0.5 g을 취하여 단백질 분해관에 넣은 후 분해관에 황산 20 ㎖과 분해 촉진제 (K2SO4 : CuSO4?5H20 = 9 : 1) 5 g을 넣어 단백질을 분해하였다. 분해가 끝난 후 증류수 70 ㎖를 가하고, 증류기에 32.0%의 NaOH 75 ㎖을 넣은 후, 단백질 증류장치를 이용하여 증류하였다. 증류에 의해 발생된 암모니아를 3.0% 붕산 100 ㎖로 포집한 다음 0.1N HCl로 적정하여 수학식 7에 따라 총 질소 함량을 계산하였다.
[수학식 7]
Figure 112009064087761-pat00005
V0= 공시료의 0.1 N HCl 소비량 (㎖)
V1 = 본 시료의 0.1 N HCl 소비량 (㎖)
f = 0.1 N HCl 계수 (factor)
N = 질소 계수
s = 시료량 (㎎)
0.0014 : 0.1 N HCl 1 ㎖에 상당하는 질소량 (g)
2.3. 회분 분석 (건식회화법)
도가니를 항량이 될 때까지 550℃ 회화로에서 가열 후, 데시케이터에서 방냉하여 칭량하였다. 칭량한 도가니에 시료 2 g을 넣고 550℃ 회화로에서 백색 또는 회백색 재가 남을 때까지 회화한 후, 회화로 내에서 200℃로 방냉시키고, 데시케이터로 옮겨 실온으로 방냉하였다. 회분함량 (%)은 수학식 8에 따라 계산하였다.
[수학식 8]
Figure 112009064087761-pat00006
W1 = 용기의 항량 (g)
W0 = 회화 후 용기 + 회분량 (g)
S = 시료 중량 (g)
실시예 1. 우무의 성분 분석
우무의 성분분석을 위해 탄수화물 (글루코오스 및 갈락토오스, 3,6-안하이드로갈락토오스), 단백질, 회분분석을 실시하였다. 우무 안의 단백질량은 전술한 세미마이크로 킬달법, 회분량은 건식회화법을 이용하여 분석하였으며, 갈락토오스 및 3,6-안하이드로갈락토오스는 다음의 방법을 이용하여 분석하였다. 우무 0.3 g과 72.0% (글루코오스 및 갈락토오스 분석 시) 황산 수용액 3 ㎖, 1.0% (3,6-안하이드로갈락토오스 분석 시) 황산 수용액 3 ㎖를 유리 튜브에 넣어 30℃에서 2시간 동안 반응시킨 후 (1차 가수분해), 반응액을 250 ㎖ 병에 넣어 증류수 84 ㎖를 첨가하고 고압멸균기 (Woosung Scientific co., Korea)를 이용, 121℃에서 1시간 동안 가수분해하였다 (2차 가수분해). 가수분해가 끝나면 고압반응기 내부 온도가 50℃일 때 병을 꺼내어 실온에서 방치, 냉각하고, 이 중 1 ㎖를 취하여 칼슘카보네이트로 중화한 후 원심분리기 (VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용, 8,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 황산칼슘을 제거한 후 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 정량 분석하였다.
표 4에 나타난 바와 같이, 우무에 포함되어 있던 셀룰로오스로부터 유래된 글루코오스는 3.0%였으며, 갈락탄 중 갈락토오스는 37.5%, 3,6-안하이드로갈락토오스는 51.0%로 총 탄수화물의 함량은 91.5%로 나타났다. 단백질이나 기타함량은 8.5%로 낮은 함량을 나타내어, 우뭇가사리로부터 분리한 우무의 주성분은 탄수화물, 그 중에서도 갈락토오스와 3,6-안하이드로갈락토오스인 것을 확인할 수 있었다.
[표 4]
우무의 화학적 조성
셀룰로오스
(%)		 갈락탄
(%)		 (탄수화물)
(%)		 단백질
(%) 		기타
(지질, 회분)
(%)
3.0 88.5
(갈락토오스: 37.5
3,6-안하이드로갈락토오스: 51.0)		 91.5 0.8 7.7
실시예 2. 우무로부터 3,6-안하이드로갈락토오스 조제
분리된 건조 우무를 기질로 하여 촉매 농도 및 반응시간에 따른 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 확인하였다. 기질 10 g과 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0% 황산수용액 100 ㎖를 250 ㎖ 삼각플라스크에 넣어 고압멸균기 (Woosung Scientific co., Korea)를 이용, 121℃에서 15, 30, 45분 동안 반응을 진행하였으며 반응 종결 후, 상온으로 온도를 낮춘 당화액은 칼슘카보네이트로 중화하여 원심분리기 (VS-150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용, 8,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 황산칼슘을 제거하였다. 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스는 실시예 3.2에 따라 환원성 가수분해 과정을 거친 후, 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 정량 분석하였다.
도 2는 0.05 ~ 1.0%의 황산수용액을 촉매로 이용하여 121℃에서 15분 동안 당화하였을 때의 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율과 생성량을 나타낸 그래프이다. 황산수용액의 농도가 증가할수록 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율은 감소하여 0.05% 황산수용액과 1.0% 황산수용액을 이용한 경우를 비교하였을 때, 수율이 최대 60.2% 감소함을 알 수 있었으며 (0.05% 황산수용액을 촉매로 이용한 경우 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성수율: 88.97%, 1.0% 황산수용액을 촉매로 이용한 경우 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성수율: 28.76%), 0.2% 이상의 황산수용액을 촉매로 이용한 경우에는 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량이 급감함을 확인할 수 있었다.
도 3 및 도 4는 0.05 ~ 1.0%의 황산수용액을 촉매로 이용하여 121℃에서 각각 30분과 45분 동안 당화하였을 때의 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율과 생성량을 각각 나타낸 그래프이다. 반응 15분에서의 경우와 마찬가지로 황산수용액의 농도가 증가할수록 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량은 감소하였으며, 0.2% 이상의 황산수용액을 촉매로 이용한 경우에 급감된 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량을 확인할 수 있었다.
같은 농도의 황산수용액을 촉매로 이용하여 반응시간을 15분, 30분, 45분으로 변화시켰을 경우, 황산수용액의 농도가 0.05%였을 때에는 반응시간 15분, 30분일 때의 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량 및 수율의 차이를 보이지 않았으나 (반응시간 15분이었을 때의 생성수율 88.97%, 반응시간 30분이었을 때의 생성수율 84.17%), 반응시간 30분 이후에는 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량이 감소함을 알 수 있었다. 황산수용액의 농도가 0.1% 이상의 경우에서는 반응시간이 경과함에 따라 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량 및 수율이 감소하였으나, 황산수용액 농도에 따른 수율의 증감률에 비해 그 정도가 작아 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성 에 영향을 미치는 주요 인자는 황산수용액의 농도임을 확인할 수 있었다. 3,6-안하이드로갈락토오스의 가장 높은 수율은 0.05% 황산수용액을 이용하여 15분 당화한 경우였으며, 가장 낮은 수율은 1.0% 황산수용액을 이용하여 45분 당화한 경우로 (0.05% 황산수용액-15분: 88.97%, 1.0% 황산수용액-45분: 10.88%), 3,6-안하이드로갈락토오스는 보다 온화한 당화조건, 즉, 황산수용액의 농도는 낮고 반응시간이 짧을수록 (본 실시예에서의 경우 황산수용액 농도 0.05%, 반응시간 15분) 생성량 및 수율이 증가하였다.
실시예 3. 우무 당화 및 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 분석
분리된 건조 우무 5 g (S/L = 5.0%) 또는 10 g (S/L = 10.0%)과 0.05, 0.1, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0% 황산수용액 100 ㎖를 250 ㎖ 삼각플라스크에 넣어 잘 섞어준 후, 각각의 pH를 확인하여 수학식 4에 따라 가수분해 조건에 따른 조합 환산율 (CSF)을 측정하였으며, 그 결과를 표 5에 나타내었다.
[수학식 4]
CSF = logR0 - pH
상기 수학식 4에서 R0는 다음 수학식 5로부터 구할 수 있다:
[수학식 5]
Figure 112009064087761-pat00007
상기 수학식 5에서,
t = 가수분해 (당화) 시간 (분),
Tr = 가수분해 (당화) 온도 (℃),
T100 = 100℃
[표 5]
우무의 당화조건에 따른 조합 환산율
가수분해 (당화) 조건 조합 환산율
황산 농도 (%) 반응온도 (℃) 반응시간 (min)
0.05 121 15 0.304
0.1 121 15 0.494
0.05 121 30 0.605
0.2 121 15 0.724
0.05 121 45 0.782
0.1 121 30 0.795
0.4 121 15 0.924
0.1 121 45 0.972
0.2 121 30 1.025
0.6 121 15 1.054
0.8 121 15 1.174
0.2 121 45 1.202
0.4 121 30 1.225
1.0 121 15 1.274
0.6 121 30 1.355
0.4 121 45 1.402
0.8 121 30 1.475
0.6 121 45 1.532
1.0 121 30 1.575
0.8 121 45 1.652
1.0 121 45 1.752
조합 환산율을 측정한 시험샘플은 고압멸균기 (Woosung Scientific co., Korea)를 이용하여 121℃에서 15, 30, 45분 동안 반응을 진행하였으며, 반응 종결 후, 상온으로 온도를 낮춘 당화액은 칼슘카보네이트로 중화하여 원심분리기(VS- 150FN, Vision Science Co., LTD., Korea)를 이용, 8,000 rpm에서 10분 동안 원심분리하여 황산칼슘을 제거하였다 [여기서 S/L은 고액비율 (solid/liquid ratio)이다]. 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스는 다음의 두 가지 방법에 따라 전류도 검출기가 장착된 고성능음이온교환수지 크로마토그래피 (ICS-3000, Dionex Co., USA)를 사용하여 정량 분석하였다.
실시예 3.1. PA1 칼럼을 이용한 분석
시험조건에 따라 가수분해한 우무 당화액을 별도의 전처리 과정없이 0.2 ㎛ 필터로 여과한 후 PA1 칼럼을 이용하여 3,6-안하이드로갈락토오스의 양을 정량분석하였다.
도 5는 PA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율을 나타낸 결과이다 (이때 수율은 상기 수학식 2에 의해 계산됨). 도 5에서 알 수 있듯이, 조합 환산율이 증가함에 따라 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율은 감소하는 경향을 보였으나, 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율이 100%가 넘는 경우가 다수 확인되어 3,6-안하이드로갈락토오스의 정확한 정량에 따른 결과로 보기는 어려웠다. 이는 PA1 칼럼을 이용하여 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석시, 이동상의 농도를 16mM에서 2M로 변경하면서 생성되는 농도구배 피크에 3,6-안하이드로갈락토오스 피크가 뭍히면서 3,6-안하이드로갈락토오스의 피크가 3 ~ 4개로 분리되어 검출되기 때문이며, 분리된 3,6-안하이드로갈락토오스의 다른 피크들이 매번 동일한 패턴으로 분리되는 것이 아니므로 3,6-안하이드로갈락토오스 의 주피크를 이용하여 정량분석을 하더라도 정확한 정량결과를 얻을 수 없기 때문으로 판단된다 (도 6 참조).
실시예 3.2. MA1 칼럼을 이용한 분석
PA1 칼럼으로 우무 당화액을 분석할 경우에 발생하는 3,6-안하이드로갈락토오스 정량분석의 정확성 문제를 보완하기 위하여 각 당화조건에 따른 우무 당화액을 환원성 가수분해하였으며, 그 과정은 아래와 같았다.
당화액 100 ㎕와 메틸모르폴린-붕소 착물 (methylmorpholine-borane complex) (80 mg/㎖) 50 ㎕, 6M의 트리플루오로아세트산 (trifloroacetic acid) 100 ㎕를 스크류 캡 튜브에 넣은 후, 가열된 오일배스에 넣어 80℃에서 30분간 반응시켰다 (1차 환원성 가수분해). 반응 샘플은 상온에서 식힌 후, 메틸모르폴린-붕소 착물 (80 mg/㎖) 50 ㎕를 넣고 50 ~ 55℃의 워터배스에 넣어 질소 분위기에서 건조시켰다. 시험샘플이 완전히 건조가 되면 2M의 트리플루오로아세트산 200 ㎕를 넣어 120℃로 가열된 오일배스에서 1시간 동안 반응시킨 후 (2차 환원성 가수분해), 실온에서 방냉하였다. 여기에 메틸모르폴린-붕소 착물 (80 mg/㎖) 50 ㎕를 넣은 후, 50 ~ 55℃의 워터배스에 넣어 질소 분위기에서 건조시켰다. 건조된 최종 시험샘플은 2 ㎖의 증류수를 가한 후, 0.2 ㎛ 필터로 여과하여 MA1 칼럼을 이용하여 알디톨로 전환된 3,6-안하이드로갈락토오스 양을 정량분석하였으며, 정량분석하는데 이용되는 표준물질도 당화액과 같은 과정을 통하여 분석하였다.
도 7은 MA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이 드로갈락토오스 수율을 나타낸 결과이다. 도 7에서 알 수 있듯이, MA1 칼럼으로 분석한 결과는 PA1 칼럼으로 분석하였을 때와 동일한 패턴을 나타내어 조합 환산율이 증가함에 따라 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율은 감소하는 경향을 보였으나, 전처리 없이 PA1 칼럼으로 분석한 결과인 도 5와는 달리, 수율이 100% 이하로 양호한 정량 분석결과를 도출할 수 있었다.
실시예 3.3. PA1 칼럼과 MA1 칼럼 분석 정량값 비교 및 상관관계 도출
앞에서 언급하였듯이, 환원성 가수분해 과정을 거친 후 MA1 칼럼이 장착된 고성능 음이온교환수지크로마토그래피로 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석하는 방법은 다른 분석법들에 비해 별도의 유도체화 없이 알디톨로 전환된 3,6-안하이드로갈락토오스를 분석할 수 있고, 정확한 정량결과를 얻을 수 있으나, 당화 과정에서 반드시 평가되어야 하는 단당 수율 분석법으로 사용하기에는 실험과정이 복잡하고 당화시마다 적용하기에 어려움이 따른다. 본 실시예 3.3에서는 PA1 칼럼을 이용하여 분석한 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 정량값 (수율로 전환)과, 환원성 가수분해 후에 MA1 칼럼을 이용하여 분석한 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 (3,6-안하이드로갈락토시톨로 전환됨) 정량값 (수율로 전환)을 비교하여 각 정량값들 간의 상관관계를 도출, 3,6-안하이드로갈락토오스의 정량을 정확하고 신속하게 파악할 수 있는 방법을 모색하였다.
도 8은 PA1 및 MA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율을 한 그래프 상에 나타낸 것이다. PA1 칼럼으로 분석한 경우, 조합 환산율이 1.0 내외인 경우에서의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율은 모두 100%를 초과하였으며, 조합 환산율이 1.0 이상의 범위에서는 MA1 칼럼으로 분석한 정량값과 유사한 값들을 나타내었다. 이는 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율이 100%에 가까운 우무 당화액을 PA1 칼럼을 이용하여 분석하면, 표준물질의 피크들과 비교하였을 때 농도구배 피크에 뭍혀지는 3,6-안하이드로갈락토오스의 피크들은 상대적으로 작게, 정량에 이용되는 3,6-안하이드로갈락토오스의 주피크는 상대적으로 크게 검출되어 실제 우무 당화액 안의 3,6-안하이드로갈락토오스량보다 과정량되기 때문으로 판단된다.
도 9는 PA1 및 MA1 칼럼으로 분석했을 때의 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 값들을 교정곡선을 통하여 재정립한 후, PA1 칼럼 분석시와 MA1 칼럼 분석시의 수율 비율 (conversion factor)을 계산하여 이들 수율 비율과 조합 환산율과의 관계를 나타낸 그래프로서, 이로부터 수학식 3의 상관관계를 도출할 수 있다. 수율 비율은 [MA1 칼럼으로부터 분석된 수율/PA1 칼럼으로부터 분석된 수율]로서 하기 수학식 3으로부터 구할 수 있다.
[수학식 3]
수율 비율 (CF) = 0.0009 EXP(4.1221×CSF) + 0.4755 (결정계수 = 0.998)
이때 상관계수의 제곱인 결정계수 (R-squared)가 0.998로 거의 1에 가까우므로 도 9에서 얻어진 모든 표본 관측값이 추정된 회귀선 상에만 있다는 것을 의미한다.
상기 수학식 3을 통하여 계산된 수율 비율과 PA1 칼럼을 이용하여 계산된 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율만으로 3,6-안하이드로갈락토오스의 정량분석이 가능할 수 있다. 즉, 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 = 수율 비율 × PA1 칼럼으로부터 분석된 수율 (상기 수학식 1에 해당)이므로, 환원성 가수분해 과정을 거쳐 MA1 칼럼으로 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 평가를 하지 않더라도 상기 수학식 3의 얻어지는 수율 비율과 PA1 칼럼 분석결과로 정확한 3,6-안하이드로갈락토오스의 정량 및 수율 평가가 가능하다.
도 1은 아가로스의 결합구조를 보여주는 화학 구조식이다.
도 2는 0.05 ~ 1.0%의 황산수용액을 촉매로 이용하여 121℃에서 15분 동안 당화하였을 때의 우무로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량과 수율을 나타낸다.
도 3은 0.05 ~ 1.0%의 황산수용액을 촉매로 이용하여 121℃에서 30분 동안 당화하였을 때의 우무로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량과 수율을 나타낸다.
도 4는 0.05 ~ 1.0%의 황산수용액을 촉매로 이용하여 121℃에서 45분 동안 당화하였을 때의 우무로부터 3,6-안하이드로갈락토오스의 생성량과 수율을 나타낸다.
도 5는 PA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율을 나타낸다.
도 6은 PA1 칼럼으로 분석한 3,6-안하이드로갈락토오스 표준물질의 크로마토그램을 나타낸다.
도 7은 MA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율을 나타낸 결과이다.
도 8은 PA1 및 MA1 칼럼으로 분석한 조합 환산율에 따른 우무 당화액의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율을 한 그래프 상에 나타낸 것이다.
도 9는 PA1 및 MA1 칼럼으로 분석했을 때의 조합 환산율에 따른 우무 당화액 의 3,6-안하이드로갈락토오스 수율 값들을 교정곡선을 통하여 재정립한 후, PA1 칼럼 분석시와 MA1 칼럼 분석시의 환산율 (conversion factor)을 계산하여 이들 수율 비율과 조합 환산율과의 관계를 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 홍조류에서 다당류 물질을 추출하는 단계;
    상기 다당류 물질을 0.03~0.07%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 100~130℃ 온도에서 10~20분 동안 당화 처리하여 단당류를 포함하는 당화액을 생성하는 단계; 및
    상기 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스를 분리하는 단계를 포함하는 3,6-안하이드로갈락토오스의 제조방법.
  2. 삭제
  3. 청구항 1에 있어서,
    상기 다당류는 우무 또는 카라기난인 방법.
  4. 홍조류 원초, 또는 홍조류에서 추출한 다당류 물질을 당화 처리하여 단당류를 포함하는 당화액을 생성하는 단계;
    상기 당화액에 포함되어 있는 3,6-안하이드로갈락토오스를 크로마토그래피를 이용하여 정량하는 단계;
    하기 수학식 1에 의해 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 보정하는 단계를 포함하는 3,6-안하이드로갈락토오스의 수율을 측정하는 방법:
    [수학식 1]
    AG 수율 = CF × AG 예비 수율
    상기 수학식 1에서,
    AG는 3,6-안하이드로갈락토오스를 의미하고,
    AG 예비 수율은 원료 중 포함되어 있는 AG 건조 총 중량 대비 생성된 AG의 수율로서 하기 수학식 2로 계산되며,
    [수학식 2]
    Figure 112009064087761-pat00008
    상기 수학식 2에서,
    C는 크로마토그래피를 이용하여 얻어진 AG의 농도 (g/ℓ),
    V는 당화에 이용된 총 용매량 (ℓ),
    S는 당화에 이용된 기질에 포함되어 있는 AG 양 (g)이고,
    CF는 AG 예비 수율로부터 AG 수율을 직접 구할 수 있는 환산율 (conversion factor)로서, 하기 수학식 3으로부터 얻을 수 있으며;
    [수학식 3]
    CF = 0.0009 EXP(4.1221×CSF) + 0.4755
    상기 수학식 3에서 CSF는 조합 환산율 (combined severity factor)를 의미하 며 하기 수학식 4로부터 구할 수 있고,
    [수학식 4]
    CSF = logR0 - pH
    상기 수학식 4에서 R0는 다음 수학식 5로부터 구할 수 있으며,
    [수학식 5]
    Figure 112009064087761-pat00009
    상기 수학식 5에서,
    t = 당화 시간 (분),
    Tr = 당화 온도 (℃),
    T100 = 100℃를 의미한다.
  5. 청구항 4에 있어서,
    홍조류에서 추출한 다당류는 우무 또는 카라기난 종류의 갈락탄인 방법.
  6. 청구항 4 또는 청구항 5에 있어서,
    상기 당화 처리는 0.01~3.0%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 60~200℃ 온도에서 0시간 초과~6시간 동안 당화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 청구항 6에 있어서,
    상기 당화 처리는 0.03~0.07%의 황산 수용액을 촉매로 이용하여 100~130℃ 온도에서 10~20분 동안 당화하는 것을 특징으로 하는 방법.
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