KR101185411B1 - 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고분자 다당인 키틴을 저분자 다당인 키틴올리고당으로 분해하여 물에 대한 용해성을 향상시키기 위한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법에 관한 것으로서, 제1차 용해공정, 가수분해공정, 콜로이달 생성공정, 여과ㆍ중화공정, 제2차 용해공정, 효소분해공정, 활성탄 처리공정 및 농축공정을 포함하도록 구성하여, 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 저분자 키틴을 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법에 관한 것이다.
또한 본 발명은 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 저분자 키틴을 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능함으로써, 물 또는 약산용액에 대한 용해성과 유분에 대한 분산성이 우수한 키틴올리고당을 경제적이고 생산성 있게 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
또한 본 발명은 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 저분자 키틴을 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능함으로써, 물 또는 약산용액에 대한 용해성과 유분에 대한 분산성이 우수한 키틴올리고당을 경제적이고 생산성 있게 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
Description
본 발명은 고분자 다당인 키틴을 저분자 다당인 키틴올리고당으로 분해하여 물에 대한 용해성을 향상시키기 위한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법에 관한 것으로서, 거시적으로 제1차 용해공정, 가수분해공정, 콜로이달 생성공정, 여과ㆍ중화공정, 제2차 용해공정, 효소분해공정, 활성탄 처리공정 및 농축공정을 포함하도록 구성하여, 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 저분자 키틴을 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법에 관한 분야이다.
키틴은 천연고분자 다당이기 때문에 물 또는 약산과 같은 용매에 대한 용해성이 매우 떨어져 자연상태 그대로 섭취하는 것은 인체에 대한 키틴의 기능성 효과를 제대로 발휘할 수 없는 단점을 갖기 때문에, 종래에는 키틴에 일정의 알칼리성 용액을 가하여 키틴이 탈아세틸화된 키토산을 제조하여, 약산에 대한 용해성이 우수한 키토산을 섭취하는 방법으로 이용되어 왔다. 하지만 키틴은 키토산보다 자연상태에 더 가까운 물질이기 때문에 키틴을 그대로 섭취할 수 있도록 저분자화하여 물 또는 약산에 용해가능하도록 제조하여 저분자화된 키틴올리고당(천연고분자의 기본단위인 N-acetyl-glucosamine (NAG)분자가 2-10개 정도로 아미노당)으로 섭취되는 것이 인체에 더욱 유익하다.
아울러 항당료 기능을 갖는 천연물 소재로서 키틴 및 키토산은 글리코겐과 함께 몇 안 되는 동물성 식이섬유이나 고분자의 키틴이나 키토산을 먹는다고 해서 인체에 흡수되는 양은 극미량에 불과해서, 이를 저분자화한다면 높은 항당뇨 특성을 보여줄 수 있을 것으로 기대된다. 특히, 키틴은 천연 다당으로써 저분자화 할 경우 면역응답성, 항바이러스, 고요산증 개선효과와 더불어 항당료 특성이 기대되며 더욱이 키토산과는 다르게 단맛이 있어 일반 식품, 건강기능식품, 식품첨가제, 음료 등 응용성이 클 것이다.
다음은 키틴을 저분자화시키거나, 키틴올리고당으로 만드는 종래의 대표적인 기술이다.
국내등록특허 제10-0486042호는 효소 처리에 의한 키틴 저분자당 및 올리고당의 제조방법에 관한 것으로서, 탈아세틸화도가 92.0～99%인 키토산에 묽은 유기산 또는 무기산을 첨가하여 균일화된 키토산 용액을 얻는 단계; 상기 키토산 용액에 알카리성 물질을 첨가하여 키토산을 침출시켜 분리시키는 단계; 상기 분리된 키토산의 아세틸화를 방지하기 위해 메탄올 또는 아세톤에서 현탁시키는 단계; 상기 현탁액에 무수 초산을 첨가시켜 섬유질상의 아세틸화된 키틴을 얻는 단계; 및 상기 키틴질에 키틴아제를 첨가시켜 가수분해시키는 단계;를 포함하도록 구성되어, 효소의 활성을 높일 수 있는 효과가 있으나, 제조방법이 복잡하고 생산성이 미흡하여 경제성이 미흡한 문제가 발생하여 이를 해결하기 위한 지속적인 연구개발이 요구된다.
본 발명은 키틴올리고당의 제조방법의 종래기술에 따른 문제점들을 개선하고자 안출된 기술로서, 키틴은 키틴에 일정의 알칼리성 용액을 가하여 키틴을 탈아세틸화한 키토산보다 자연상태에 더 가까운 물질이지만, 고분자 다당이기 때문에 직접 섭취하여도 인체에 유익한 기능성을 발휘하기 어려운 문제가 발생하여, 종래에는 키토산, 수용성키토산, 키토산올리고당 또는 글루코사민 등과 같은 기능성 물질로 변형시켜 섭취하는 실정이었다. 또한 종래에는 키틴을 산성 물질 또는 효소로서 저분자 다당화하여 상기 기능성 물질보다 인체에 유익한 상태인 키틴올리고당을 제조하더라도 순도가 매우 낮아 경제성 및 생산성이 매우 떨어지는 문제가 발생하여, 이에 대한 해결점을 제공하는 것을 주된 목적으로 하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 소기의 목적을 실현하고자,
키틴 20~40중량%와 일정의 농도를 갖는 다가산용액 60~80중량%를 혼합하여 일정온도에서 키틴을 용해시켜 제1차 키틴용액을 만드는 제1차 용해공정과; 상기 제1차 용해공정처리된 제1차 키틴용액에 일정량의 물을 가하여 가수분해처리하는 가수분해공정과; 상기 가수분해공정 처리된 제1차 키틴용액을 일정시간 동안 정치시켜 키틴 콜로이달을 생성하는 콜로이달 생성공정; 상기 키틴 콜로이달을 여과하고, 여과된 키틴 콜로이달에 일정량의 물을 가하여 키틴 콜로이달을 중화시키는 여과ㆍ중화공정과; 상기 여과ㆍ중화공정처리된 키틴 콜로이달을 70~90℃의 온도에서 일정량의 물에 용해시키고, 소정량의 침전방지 첨가제를 혼합하여 제2차 키틴용액을 만드는 제2차 용해공정과; 상기 제2차 용해공정처리되고, 소정온도를 갖는 제2차 키틴용액에 일정량의 키틴분해효소를 가하여 제2차 키틴용액에 포함된 키틴을 키틴올리고당으로 일정시간 분해하여 키틴올리고당 용액을 만드는 효소분해공정과; 상기 키틴올리고당 용액을 활성탄에 통과시켜 키틴올리고당 용액에 포함된 미분해된 키틴을 분리하는 활성탄 처리공정과; 상기 활성탄 처리공정처리된 키틴올리고당 용액을 농축하는 농축공정;을 포함하여 구성되는 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법을 제시한다.
상기와 같이 제시된 본 발명에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법은 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 저분자 키틴을 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능함으로써, 물 또는 약산용액에 대한 용해성과 유분에 대한 분산성이 우수한 키틴올리고당을 경제적이고 생산성 있게 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법을 나타내는 공정 블럭도.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법의 효소분해공정 시, 처리 온도를 변화시킨 경우의 키틴분해효소의 활성화도를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법의 효소분해공정 시, 처리 pH를 변화시킨 경우의 키틴분해효소의 활성화도를 나타내는 그래프.
도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법의 효소분해공정 시, 처리 온도를 변화시킨 경우의 키틴분해효소의 활성화도를 나타내는 그래프.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법의 효소분해공정 시, 처리 pH를 변화시킨 경우의 키틴분해효소의 활성화도를 나타내는 그래프.
본 발명은 고분자 다당인 키틴을 저분자 다당인 키틴올리고당으로 분해하여 물에 대한 용해성을 향상시키기 위한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법에 관한 것이다.
이하 본 발명의 실시예를 도시한 도면 1내지 3을 참고하여 본 발명을 구체적으로 설명하면 다음과 같다.
구체적으로, 본 발명의 제1차 용해공정은 갑각류, 곤충 또는 균류의 외골격 등과 같은 천연물에서 수득한 일정량의 키틴을 일정의 농도를 갖는 다가산용액 일정량과 혼합하여 일정온도에서 용해시켜 제1차 키틴용액을 만드는 공정으로서, 상기 키틴은 종래 어떠한 종류의 피수득물에서 수득된 것을 이용하여도 무방하고, 당업자의 판단에 따라 다가산용액에 대한 분산성을 저해하지 않을 정도의 작은 입자크기를 갖도록 분쇄된 것을 이용하는 것이 더욱 바람직하다. 아울러 다가산 역시 2가 이상의 어떠한 종류의 것을 이용하여도 무방하나, 황산 또는 인산 중 어느 하나 이상의 다가산을 이용하는 것이 경제성을 위하여 바람직하다.
또한 제1차 키틴용액은 20~40중량%의 키틴과 60~70중량%의 농도를 갖는 다가산용액 60~80중량%의 조성비를 갖는 것이 바람직한데, 이때, 다가산용액에 포함되는 다가산의 농도가 60중량% 미만이면 다가산 농도가 지나치게 낮아 키틴의 용해도가 떨어지고, 하기의 가수분해공정 시에 가수분해율이 낮아지는 문제가 발생하고, 다가산의 농도가 70중량%를 초과하면 키틴의 용해도는 일정하게 유지되는 것에 반하여, 하기의 가수분해가 지나치게 진행되어 최종 생성된 키틴올리고당의 분자량이 지나치게 낮아지거나, 다가산을 중화시키는 하기의 여과ㆍ중화공정처리 시간이 길어지는 문제가 발생하기 때문에 상기 범위 내의 다가산 농도를 갖는 다가산용액을 이용하는 것이 바람직하다.
더불어 제1차 키틴용액의 용매로 이용되는 다가산용액이 제1차 키틴용액에 60중량% 미만으로 포함되면 다가산용액의 조성비가 미미하여 키틴이 제1차 키틴용액 내에 완전하게 용해되지 못하는 문제가 발생하고, 80중량%를 초과하여 포함되면 다가산용액이 과다하게 제1차 용액에 포함되어 하기의 여과ㆍ중화공정 처리 시간이 길어지는 문제가 발생하여 제1차 키틴용액 내의 다가산용액은 60~80중량% 범위 내로 포함되는 것이 바람직하다.
상기와 연관하여, 본 발명의 제1차 용해공정은 당업자의 판단에 따라 자유로운 온도범위 내에서 처리가능하나, 본 발명은 제1차 용해공정을 25~40℃의 온도 범위가 될 수 있도록 제1차 키틴용액을 서서히 가열처리하여 상기 온도범위 내로 제1차 용해공정을 일정시간 유지시킴으로써, 다가산용액에 포함된 다가산을 더욱 활성화시켜 다가산용액에 대한 키틴의 용해도를 더욱 높일 수 있다. 이때, 용해공정의 온도가 25℃ 미만이면 가열에너지에 의한 다가산의 활성화도 증가 효과가 미미하고, 40℃를 초과하면 가해진 열에너지에 비하여 증가한 활성화도의 효과는 미미해지기 때문에 상기 범위 내의 온도를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 가수분해공정은 상기 제1차 용해공정처리된 제1차 키틴용액에 일정량의 물을 가하여 제1차 키틴용액에 용해된 고분자의 키틴을 가수분해처리하는 공정으로서, 분자가 길게 이어져 있는 고분자인 키틴의 분자쇄들 일부를 절단시켜 저분자를 갖는 키틴(키틴과 키틴올리고당 사이 정도의 분자량을 갖는 키틴)으로 분해시키는 공정이다. 본 공정은 일반적인 가수분해 방법을 이용하여 수행가능하나, 제1차 키틴용액에 가해지는 물의 양은 제1차 용해공정 시에 키틴과 혼합된 다가산용액에 포함된 산 중량의 10배 이상의 중량을 갖도록 구성하는 것이 바람직하다. 이때, 가해진 물의 양이 다가산용액에 포함된 산 중량의 10배 미만이면 가해진 물의 양이 부족하여 가수분해가 원활하게 진행되지 못하게 되어 저분자화된 키틴의 수득율이 떨어지기 때문이다.
또한 상기 가수분해공정 처리된 제1차 키틴용액을 일정시간 동안 정치시켜 키틴 콜로이달을 생성하는 콜로이달 생성공정은 본 발명의 주안점으로서, 가수분해공정 처리되어 저분자화된 일정량의 키틴이 백탁된 제1차 키틴용액의 저분자화된 키틴을 콜로이드 상태로 만들어, 하기 효소분해공정 처리 시의 키틴분해효소에 의한 키틴의 키틴올리고당화의 분해율을 증가시키기 위한 공정이다.
구체적으로, 종래기술에 의한 이론상으로는 고농도의 산으로 처리된 고분자 상태의 키틴을 가수분해공정으로 분해하면 직접 저분자 상태의 키틴올리고당으로 분해가능하나, 실제 제조상으로는 가수분해된 키틴올리고당이 포함된 용액 내에 포함된 고농도 산을 키틴올리고당으로부터 완전하게 여과 또는 중화처리하기 어려운 문제가 발생하였다. 이에 본 발명은 제1차 용해공정 시에 이용되는 다가산용액의 농도를 키틴에서 직접 키틴올리고당으로 분해될 수 있을 정도의 고농도가 아닌 정도로 낮추어 고분자 키틴을 저분자 키틴으로 우선 분해하고, 하기의 효소분해공정을 통하여 재차 저분자 키틴을 키틴올리고당으로 분해할 수 있는 방법을 제시하는 것이다. 이때, 가수분해공정과 효소분해공정 사이에 포함되는 콜로이달 생성공정은 저분자 키틴을 콜로이드 상태로 만들어 효소분해공정 시에 가해지는 키틴분해효소와 저분자 키틴 간의 접촉빈도를 높여, 도 2와 같이 키틴 콜로이달이 콜로이드 상태가 아닌 상태(분말)의 저분자 키틴보다 우수한 효소활성을 갖도록 하는 효과를 실현하고, 상기 가수분해공정 처리된 제1차 키틴용액을 16~24시간 동안 정치시킴으로서 콜로이달 생성공정을 수행가능하다.
아울러 여과ㆍ중화공정은 상기 콜로이달 생성공정으로 생성된 키틴 콜로이달을 여과하고, 여과된 키틴 콜로이달에 일정량의 물을 가하여 키틴 콜로이달을 중화시키는 공정으로서, 여과처리 방법에 있어서는 자연여과 또는 흡입여과와 같은 일반적인 방법을 모두 이용가능하고, 다가산용액이 여과된 키틴 콜로이달에 일정량의 물을 가하여 키틴 콜로이달에 존재하는 다가산을 중화시키는 중화처리 역시, 물을 이용하여 키틴 콜로이달에서 다가산이 모두 중화될 때까지 복수 번 세척하는 일반적인 방법을 이용가능하다. 상기와 같이 여과ㆍ중화공정 처리된 키틴 콜로이달은 고분자 키틴이 불용성인 것에 반하여, 저분자화된 상태이기 때문에 일정으로 가열된 물에는 수용성을 갖는다.
또한 제2차 용해공정은 상기 여과ㆍ중화공정처리된 키틴 콜로이달을 70~90℃의 온도에서 일정량의 물에 용해시키고, 소정량의 침전방지 첨가제를 혼합하여 제2차 키틴용액을 만드는 공정으로서, 키틴 콜로이달을 일정량의 물에 용해시키는 처리는 저분자화된 상태의 키틴 콜로이달을 하기 효소분해공정 시에 키틴분해효소를 키틴 콜로이달에 가하기 위하여 용해시키기 위한 공정이다. 이때, 상기 제1차 키틴용액에 포함되는 키틴은 고분자 상태이기 때문에 불용성을 갖으나, 본 공정의 키틴 콜로이달은 고분자 키틴이 저분자화된 상태이기 때문에 물에 대하여 일정의 용해성을 갖고, 본 발명은 키틴 콜로이달의 용해도를 향상시키기 위하여 제2차 키틴용액을 70~90℃로 유지하며 수행하는 것이 바람직하다. 이때, 유지 온도가 70℃ 미만이면 물에 대한 키틴 콜로이달의 용해도가 떨어져 최종 생산되는 키틴올리고당의 수득률이 낮아지는 문제가 발생하고, 90℃를 초과하면 가해진 열에너지에 대한 경제성이 떨어지는 문제가 발생하므로 상기 온도 범위 내를 유지하는 것이 바람직하다.
아울러 본 발명은 제2차 용해공정 시, 제2차 키틴용액에 소정량의 침전방지 첨가제를 혼합하는 것이 바람직한데, 이는 제2차 용해공정 완료된 제2차 키틴용액이 일정의 온도(본 발명은 대략 40~55℃ 정도를 기준함. 구체적인 이유는 하기에서 언급하겠음.) 이하로 냉각되면 제2차 키틴용액에 현탁된 상태로 용해되어 있던 키틴 콜로이달의 일부가 침전되는 것을 방지하기 위함이다. 이때, 상기 침전방지 첨가제는 덱스트란, 이눌린 또는 당알콜 중 어느 하나 이상을 이용하는 것이 바람직하고, 침전방지 첨가제가 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5중량부 미만이면 키틴 콜로이달의 침전방지 효과가 미미하여 제2차 용해공정보다 낮은 온도에서 수행되는 하기의 효소분해공정 시에 키틴 콜로이달이 침전되는 문제가 발생하고, 5중량부를 초과하면 최종생산된 키틴올리고당의 순도가 떨어질 우려가 있으므로, 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5~5중량부의 침전방지 첨가제를 혼합하는 것이 바람직하다.
또한 효소분해공정은 상기 제2차 용해공정처리되고, 소정온도를 갖는 제2차 키틴용액에 일정량의 키틴분해효소를 가하여 제2차 키틴용액에 포함된 키틴(키틴 콜로이달)을 키틴올리고당으로 분해하여 키틴올리고당 용액을 만드는 공정으로서, 콜로이드 상태의 저분자 키틴의 분자쇄를 키틴분해효소로서 절단하여 키틴올리고당을 만들기 위한 공정이다.
구체적으로, 상기 키틴분해효소는 저분자 상태 키틴의 일부 분자쇄를 절단하는 구성으로서, 생명력을 갖는 효소의 특성상 일정온도 이상의 상태에서는 생명력을 다하여 키틴분해능력을 상실하고, 일정온도 이하에서는 활성이 떨어지기 때문에, 당업자는 이용되는 키틴분해효소의 종류에 따라 효소분해공정의 처리온도를 차별하여 설정하는 것이 바람직하다. 또한 본 발명은 키틴콜로이달을 키틴올리고당으로 분해할 수 있는 어떠한 종류의 키틴분해효소를 이용하여도 무방하나, 제2차 키틴용액 내의 키틴이 침전되지 않을 정도의 온도범위 내에서 우수한 활성능력을 갖고 경제성이 우수한 키틴아제 또는 셀룰라제 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되는 키틴분해효소를 이용하는 것이 바람직하다.
이때, 키틴분해효소는 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5중량부 미만으로 제2차 키틴용액에 포함되면 키틴분해효소의 조성이 미미하여 효소분해공정 처리시간이 길어지는 문제가 발생하고, 10중량부를 초과하면 경제성이 떨어지는 문제가 발생하므로 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5~10중량부의 일정량으로 제2차 키틴용액에 가해지는 것이 바람직하다. 또한 본 발명은 상기 바람직한 종류의 키틴분해효소가 상기 바람직한 범위 내의 조성비로 제2차 키틴용액에 가해지는 경우에는 효소분해공정을 16~24시간 동안 수행함으로써 제2차 키틴용액에 포함된 키틴을 키틴올리고당으로 원활하게 분해하여 키틴올리고당 용액으로 만들 수 있다.
아울러 본 발명은 키틴아제 또는 셀룰라제 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되는 키틴분해효소를 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5~10중량부의 조성비로 제2차 키틴용액에 가하여, 16~24시간 동안 효소분해공정을 수행하는 경우에, 효소분해공정을 40~55℃ 범위의 소정온도로 유지되며 처리되도록 구성하고, 제2차 키틴용액을 pH 6.5~8의 범위 내의 값을 갖도록 구성하여 키틴분해효소의 활성화를 향상시킬 수 있는 효과를 얻을 수 있다. 구체적으로, 효소분해공정 시의 온도가 40℃ 미만인 때에는 온도가 증가함에 따라 키틴분해효소의 활성화도가 지속적으로 증가되어 일정의 키틴 콜로이달에 대한 키틴분해효소의 활성화를 실현가능하나, 활성화도가 다소 낮아지는 어려움이 있고, 온도가 55℃를 초과하면 온도가 지나치게 높아져 키틴분해효소의 활성화도가 급격하게 낮아지는 문제가 발생하여 40~55℃의 온도 범위에서 효소분해공정을 처리하는 것이 바람직하다. (키틴 콜로이달이 아닌 분말 상태의 키틴(종래)은 효소분해공정의 처리 온도에 따른 키틴분해효소의 활성화도 변화는 극히 미미함.) 상기와 연관하여, 본 발명은 상기 제2차 용해공정에 대한 설명에서 언급한 바와 제2차 용해공정 처리되는 제2차 키틴용액에 침전방지 첨가제를 혼합함으로써, 제2차 키틴용액이 제2차 용해공정 처리 시보다 낮아져도 키틴 콜로이달이 침전되지 않도록 유지시킬 수 있고, 효소분해공정 시에 제2차 키틴용액에 가해지는 키틴분해효소의 활성화를 극대화시킬 수 있는 효과를 실현하였다.
더불어 효소분해공정 처리되는 제2차 키틴용액은 상기 종류의 키틴분해효소가 안정적으로 활성화할 수 있는 pH를 갖는 것이 바람직한데, 이는 생명력을 갖는 키틴분해효소가 그 생명력을 유지할 수 있는 안정적인 활성화 환경을 유도해주기 위한 것이고, 도 3에 나타난 바와 같이 pH 6.5~8의 범위 내에서 키틴분해효소가 원활한 활성화를 갖는 것을 알 수 있다. 이때, pH가 6.5 미만이면 키틴분해효소의 활성화도가 다소 낮아는 어려움이 있고, pH가 8을 초과하면 키틴분해효소의 활성화도가 서서히 낮아지기 때문에 효소분해공정 처리되는 제2차 키틴용액은 상기 범위의 pH를 갖는 것을 이용하는 것이 바람직하다.(키틴 콜로이달이 아닌 분말 상태의 키틴(종래)은 효소분해공정의 처리 pH에 따른 키틴분해효소의 활성화도 변화는 극히 미미함.)
상기 효소분해공정 처리되어 만들어진 키틴올리고당 용액을 활성탄에 통과시켜 키틴올리고당 용액에 포함된 미분해된 키틴을 분리하는 활성탄 처리공정은 키틴올리고당 용액에 존재할 수 있는 고분자 또는 저분자 상태의 키틴을 키틴올리고당 용액에서 분리하여 고순도의 키틴올리고당 용액을 만들기 위한 공정으로서, 일반적으로 이용되는 활성탄을 이용한 고분자 분리방법과 동일한 방법으로 처리가능하고, 그에 대한 구체적인 설명은 생략하겠다.
또한 상기 활성탄 처리공정처리된 키틴올리고당 용액을 농축하는 농축공정 역시, 키틴올리고당 용액에 포함된 물을 제거하여 일정의 농도를 갖는 키틴올리고당을 제조완료하기 위한 공정으로서, 당업자의 판단에 따라 일정의 수분을 포함하는 액상의 키틴올리고당을 제조하려면 키틴올리고당 용액을 자연건조, 동결건조, 분무건조 또는 가열건조하여 키틴올리고당 내의 물을 덜 제거하고, 분말 상태의 키틴올리고당을 제조하려면 물을 완전히 제거하는 농축공정 처리를 수행가능함은 자명할 것이다.
다음은 본 발명의 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법으로 키틴올리고당을 제조하는 바람직한 실시예 1이다.
1. 제1차 용해공정
키틴 30g을 60중량%황산(약 5℃로 냉각한 상태임.) 70g에 혼합하여 균일하게 분산시킨 후, 서서히 가열하여 30℃로 유지하여 제1차 키틴용액을 만든다.
2. 가수분해공정
상기 제1차 키틴용액에 1,000g의 이온교환수를 가하고, 교반하여 백탁시킨다.
3. 콜로이달 생성공정
상기 가수분해공정 처리된 제1차 키틴용액을 상온에서 24시간 방치하여 정치시켜 키틴 콜로이달을 생성시킨다.
4. 여과ㆍ중화공정
상기 키틴 콜로이달이 생성된 제1차 키틴용액을 흡입여과하여 키틴 콜로이달을 여과하고, 여과된 키틴 콜로이달에 이온교환수를 수회 가하여 키틴 콜로이달을 중화시킨다.(중성이 될 때까지 중화시킴.)
5. 제2차 용해공정
상기 중화된 키틴 콜로이달 100g을 80℃의 이온교환수 1000g에 혼합하여 균일하게 분산하여 현탁시켜 제2차 키틴용액을 만든다.
6. 효소분해공정
상기 제2차 키틴용액을 45℃로 유지시키고, 제2차 키틴용액에 키틴아제(일본) 0.7g을 가한다. 이때, 제2차 키틴용액의 pH는 7로 유지시키며 24시간 동안 반응시켜 키틴올리고당 용액을 만든다.
7. 활성탄 처리공정
상기 키틴올리고당 용액을 활성탄에 통과시킨다.
8. 농축공정
상기 활성탄 처리된 키틴올리고당 용액을 동결건조하여 수분을 증발시킨 후, 분말 상태의 키틴올리고당을 제조한다.
[테스트]
1. 효소분해공정 시의 처리 시간에 따른 제조완료된 키틴올리고당의 분자량 테스트.
- 효소분해공정 시의 처리 시간 변화에 따라서 최종 제조완료된 키틴올리고당의 분자량 변화를 시험하기 위하여, 실시예 1에 의하여 제2차 용해공정 처리된 제2차 키틴용액을 시험예 1 내지 4로 균등분할한 후, 제2차 키틴용액의 처리온도를 45℃로 유지시키고, pH를 7로 일정하게 유지시킨 후, 각각 효소분해공정 내지 농축공정 처리한다. 또한 농축공정 처리된 키틴올리고당은 일정량의 물에 용해시킨 후, 겔투과크로마토그래피(GPC) 및 HPLC를 이용하여 분자량을 측정한다. 이때, 효소분해공정 처리시에 가해지는 키틴분해효소는 키틴아제로 동일하고, 처리 시간만 5시간, 12시간, 24시간 및 36시간으로 달리하여 시험예 1 내지 4를 각각 처리한다.
2. 효소분해공정 시의 처리 온도에 따른 키틴분해효소의 활성화도 테스트.
- 효소분해공정 시의 처리 온도 변화에 따라서 제2차 키틴용액에 가해진 키틴분해효소의 활성화를 시험하기 위하여, 실시예 1에 의하여 제2차 용해공정 처리된 제2차 키틴용액을 시험예 5 내지 10으로 균등분할한 후, 제2차 키틴용액의 pH를 7로 일정하게 유지시킨 후, 각각 효소분해공정 내지 농축공정 처리한다. 또한 시험예 5 내지 10에 대한 대조군 1 내지 6(실시예 1의 제1차 용해공정, 가수분해공정, 제2차 용해공정 및 여과ㆍ중화공정 처리만으로 제조된 키틴 분말임.)을 시험예 5 내지 10과 동일하게 각각 효소분해공정 처리한다. 이때, 효소분해공정 처리시에 가해지는 키틴분해효소는 키틴아제로 동일하고, 처리 온도만 20℃, 30℃, 40℃, 45℃, 55℃ 및 65℃로 달리하여 시험예 5 내지 10과 대조군 1 내지 6을 각각 처리한다.
3. 효소분해공정 시의 pH에 따른 키틴분해효소의 활성화도 테스트.
- 효소분해공정 시의 처리 pH 변화에 따라서 제2차 키틴용액에 가해진 키틴분해효소의 활성화를 시험하기 위하여, 실시예 1에 의하여 제2차 용해공정 처리된 제2차 키틴용액을 시험예 11 내지 17로 균등분할한 후, 처리 온도를 45℃로 유지시키며 각각 효소분해공정 내지 농축공정 처리한다. 또한 시험예 11 내지 17에 대한 대조군 7 내지 13(실시예 1의 제1차 용해공정, 가수분해공정, 제2차 용해공정 및 여과ㆍ중화공정 처리만으로 제조된 키틴 분말임.)을 시험예 11 내지 17과 동일하게 각각 효소분해공정 처리한다. 이때, 효소분해공정 처리시에 가해지는 키틴분해효소는 키틴아제로 동일하고, 처리 pH만 4, 5, 6, 7, 8, 9 및 10으로 달리하여 시험예 11 내지 17과 대조군 7 내지 13을 각각 처리한다.
[결과]
1. 효소분해공정 시의 처리 시간에 따른 제조완료된 키틴올리고당의 분자량 테스트에 의한 결과를 나타내는 하기의 표 1에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법은 효소분해공정의 처리 시간을 5~36시간 처리함으로써, 제2차 키틴용액에 포함된 키틴을 키틴분해효소에 의하여 성상이 백색을 갖으며 5,000~550의 분자량을 갖는 키틴올리고당을 제조할 수 있음을 확인할 수 있다. 이때, 효소분해공정 처리 시간이 36시간을 초과하면 키틴올리고당의 분자량은 더욱 낮아질 수 있는 효과가 있으나, 제조완료된 키틴올리고당의 성상(색깔)이 갈변될 수 있는 우려가 있다. 즉, 상기 범위의 분자량을 갖는 키틴올리고당은 물 또는 약산에 용이하게 분산될 수 있기 때문에 제조완료된 키틴올리고당은 액상, 분말 또는 소프트 캡슐 등과 같은 상태로 용이하게 섭취가능하고, 다른 식품과도 용이하게 배합하여 섭취가능한 효과를 얻을 수 있다.
| 구분 | 처리 시간(h) | 평균 분자량(g/mol) | 성상 |
| 시험예 1 | 5 | 4,980 | 백색 |
| 시험예 2 | 12 | 1,100 | 백색 |
| 시험예 3 | 24 | 820 | 백색 |
| 시험예 4 | 36 | 550 | 백색 |
2. 효소분해공정 시의 처리 온도에 따른 키틴분해효소의 활성화도 테스트에 의한 결과를 나타내는 도 2에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법은 효소분해공정의 처리 온도를 시험예 5 내지 10과 대조군 1 내지 6 같이(그래프 상으로는 좌측에서 우측으로 시험예 5 내지 10 및 대조군 1 내지 6의 결과값을 갖음.) 40~55℃로 처리함으로써, 키틴분해효소의 활성화를 최대화할 수 있는 효과를 실현하였다. 이때, 제2차 용해공정 시에 제2차 키틴용액에 혼합된 침전방지 첨가제는 상기 범위의 온도로 효소분해공정을 처리 시에도 키틴 콜로이달이 침전되는 것을 방지할 수 있고, 콜로이드 상태로 만들어진 저분자 키틴은 비콜로이드 상태의 키틴보다 온도에 따른 키틴분해효소의 활성화도 향상을 실현가능한 효과도 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
3. 효소분해공정 시의 처리 pH에 따른 키틴분해효소의 활성화도 테스트에 의한 결과를 나타내는 도 3에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법은 효소분해공정의 처리 pH를 시험예 11 내지 17과 대조군 7 내지 13 같이(그래프 상으로는 좌측에서 우측으로 시험예 11 내지 17 및 대조군 7 내지 13의 결과값을 갖음.) 6.5~8의 범위 내로 처리함으로써, 키틴분해효소가 안정적으로 활동할 수 있는 환경을 조성시켜줄 수 있는 효과를 실현하였다. 이때, 콜로이드 상태로 만들어진 저분자 키틴은 비콜로이드 상태의 키틴보다 pH에 따른 키틴분해효소의 활성화도 향상을 실현가능한 효과도 얻을 수 있음을 확인할 수 있다.
즉, 상기와 같은 본 발명은 다가산과 물을 이용하여 가수분해 처리함으로써 고분자 키틴을 1차적으로 저분자 키틴으로 분해하고, 상기 저분자 키틴을 키틴분해효소로써 2차적으로 키틴올리고당으로 분해가능함으로써, 물 또는 약산용액에 대한 용해성과 유분에 대한 분산성이 우수한 키틴올리고당을 경제적이고 생산성 있게 제조할 수 있는 효과를 얻을 수 있다.
상기는 본 발명의 바람직한 실시예를 참고로 설명하였으며, 상기의 실시예에 한정되지 아니하고, 상기의 실시예를 통해 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위에서 다양한 변경으로 실시할 수 있는 것이다.
Claims (7)
- 키틴 20~40중량%와 60~70중량%의 농도를 갖는 황산 또는 인산 중 어느 하나 이상의 다가산을 포함하는 다가산용액 60~80중량%를 혼합하여 25~35℃ 범위의 온도에서 키틴을 용해시켜 제1차 키틴용액을 만드는 제1차 용해공정과;
상기 제1차 용해공정처리된 제1차 키틴용액에 제1차 용해공정시 키틴과 혼합된 다가산용액에 포함된 산 중량의 10배 중량의 물을 가하여 가수분해처리하는 가수분해공정과;
상기 가수분해공정 처리된 제1차 키틴용액을 16~24시간 동안 정치시켜 키틴 콜로이달을 생성하는 콜로이달 생성공정;
상기 키틴 콜로이달을 여과하고, 여과된 키틴 콜로이달에 물을 가하여 키틴 콜로이달을 중화시키는 여과ㆍ중화공정과;
상기 여과ㆍ중화공정처리된 키틴 콜로이달을 70~90℃의 온도에서 물에 용해시키고, 침전방지 첨가제를 혼합하여 제2차 키틴용액을 만드는 제2차 용해공정과;
상기 제2차 용해공정처리된 제2차 키틴용액에, 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5~10중량부의 키틴분해효소를 가하여 제2차 키틴용액에 포함된 키틴을 키틴올리고당으로 16~24시간 동안 분해하여 키틴올리고당 용액을 만드는 효소분해공정과;
상기 키틴올리고당 용액을 활성탄에 통과시켜 키틴올리고당 용액에 포함된 미분해된 키틴을 분리하는 활성탄 처리공정과;
상기 활성탄 처리공정처리된 키틴올리고당 용액을 농축하는 농축공정;을 포함하여 구성되고,
상기 제2차 용해공정의 침전방지 첨가제는, 덱스트란, 이눌란 또는 당알콜 중 어느 하나 이상의 것으로 구성되고, 제2차 키틴용액에 혼합되는 키틴 콜로이달 100중량부에 대하여, 0.5~5중량부로 혼합되도록 구성되며,
상기 효소분해공정은, 40~55℃ 범위로 유지되며 처리되도록 구성되고, 제2차 키틴용액은 pH 6.5~8의 범위 내의 값을 갖도록 구성되는 것을 특징으로 하는 산과 효소를 이용한 고순도 키틴올리고당의 제조방법. - 삭제
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