KR101451971B1 - 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드 대량생산방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 기존의 공정을 개선하여 대량생산 공정에 적합하면서도 품질이 우수한 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 어류껍질 원료를 전처리하는 제 1공정; 상기 전처리한 원료에 물을 가하고 가압열처리한 후, 여과 및 냉각하여 젤라틴을 추출하는 제 2공정; 상기 추출된 젤라틴에 효소를 첨가하여 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정; 상기 제조된 콜라겐 펩타이드를 탈색 및 탈취하고, 여과 및 농축시키는 제 4공정; 및 상기 농축된 콜라겐 펩타이드를 살균처리하고 급속동결시킨 다음, 분무 건조하여 분말화시키는 제 5공정;을 포함하는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법과 상기에서 제조된 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 이용하여 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

Description

어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드 대량생산방법{MASS PRODUCTION METHOD OF COLLAGEN PEPTIDE DERIVED FROM FISHSKIN}

본 발명은 대량생산 공정에 최적화되면서 품질이 향상된 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법과, 상기 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드를 이용하여 다양한 활용이 가능한, 유용성(油溶性) 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 콜라겐은 인체, 동물의 체내에서 세포 사이를 연결하는 섬유상 경단백질로써 신체의 결합 조직, 연골 조직에 많이 분포하고 있으며, 글리신, 프롤린, 하이드록시프롤린 3개의 아미노산 잔기(殘基)가 서로 꼬여있는 헬릭스 구조로 이루어져 있다. 이러한 구조를 갖는 콜라겐은 세포 간 연결, 세포기능의 활성화, 세포증식작용, 지혈, 면역력 등의 기능이 있으며, 신체를 유지·형성하기 위해서 반드시 요구되는 단백질이다.

현재 콜라겐은 미용, 건강 음료, 건강식품, 의약품 및 화장품 등 다양한 분야에서 원료 내지 첨가제로 사용되고 있으며, 적용되는 산업 분야는 점점 늘어가고 있는 실정이다.

어류 껍질로부터 유래한 콜라겐은 지방성 물질 또는 단백질 변성 온도 등으로 인하여 투명도가 떨어지는 등 품질이 저하되어 식품, 화장품 또는 의약품 소재 분야에서 사용하기 어려운 문제점이 있다. 더욱이 원료로 사용되는 어류껍질은 부패를 유발하는 세균이나 곰팡이 등이 다량 존재하고 있기 때문에 미생물의 자가소화로 인한 부패 또는 산패가 용이하다. 그 과정에서 저분자의 암모늄계 휘발성 성분인 부패취가 발생하고, 이에 따라 콜라겐 펩타이드의 제조시 제품에 대한 안전성 내지 품질 저하를 초래하고 있다. 더욱이 실험실이나 스케일-업에서와 같이 소규모 상태에서의 소량생산과 달리 대량 생산시에는, 원료의 전처리나 보관 및 작업공정에서 원료의 변질이 발생할 수 있고 공정의 실패로 인한 많은 손실을 야기된다는 문제점이 있다.

이에, 본 발명에서는 기존의 공정을 개선하여 대량생산 공정에 적합하면서도 품질이 향상된, 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

또한 본 발명은 상기 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드를 이용하여 다양한 활용이 가능한, 유용성(油溶性) 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법을 제공하는 것을 그 해결과제로 한다.

상기의 과제를 해결하기 위한 본 발명은,

일 양태로서 어류껍질 원료를 전처리하는 제 1공정; 상기 전처리한 원료에 물을 가하고 가압열처리한 후, 여과 및 냉각하여 젤라틴을 추출하는 제 2공정; 상기 추출된 젤라틴에 효소를 첨가하여 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정; 상기 제조된 콜라겐 펩타이드를 탈색 및 탈취하고, 여과 및 농축시키는 제 4공정; 및 상기 농축된 콜라겐 펩타이드를 살균처리하고 급속동결시킨 다음, 분무 건조하여 분말화시키는 제 5공정;을 포함하는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

다른 양태로서 본 발명은,

어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 물에 용해시켜 콜라겐 펩타이드 수용액을 제조하는 제 1공정; 상기 제조된 콜라겐 펩타이드 수용액에 식용 유지와 유화제를 첨가하여 3000~3500rpm으로 1차 교반함으로써 균질화하여 배합액을 제조하는 제 2공정; 및 상기 배합액에 상기 콜라겐 펩타이드 수용액을 첨가하면서 3000~3500rpm으로 2차 교반한 후, 1000~1200rpm으로 3차 교반하여 균질화함으로써 액상의 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정;을 포함하는 유용성(油溶性) 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상술한 본 발명의 방법에 따르면, 어류껍질을 가압열처리 후 효소에 의한 분해에 의하여 콜라겐 펩타이드를 제조함으로써 작업시간을 1/3이상 단축하면서도 제품화 수율을 2배 이상 향상시킴으로써, 대량생산시의 작업 및 보관상의 문제점을 해결하고 공정을 단순화 및 최적화하는 효과가 있다. 또한 본 발명에 따르면 어류가공중에 부산물로 발생되는 어류껍질을 원료료 함으로써 콜라겐 펩타이드의 원료를 다양화하여 대량생산 공정에 보다 적합하도록 하여 경제성을 높이는 효과가 있다.

또한 수용성인 어류껍질 유래의 콜라겐 펩타이드를 이용하여 유용성인 콜라겐 펩타이드를 제조함으로써 콜라겐 펩타이드를 보다 다양한 분야에 활용할 수 있도록 하는 효과가 있다.

도 1은 종래 콜라겐 펩타이드 제조공정을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명에 따른 콜라겐 펩타이드의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명에 따른 유용성 콜라겐 펩타이드의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 4는 어류껍질 가수분해물의 가수분해효소에 따른 가수분해도를 나타낸 것이다.
도 5는 알칼라제(Alclalase)로 가수분해한 콜라겐 펩타이드의 리놀레산 자동산화 저해능을 나타낸 것이다.
도 6은 프로타맥스(Protamax)로 가수분해한 콜라겐 펩타이드의 리놀레산 자동산화 저해능을 나타낸 것이다.
도 7은 뉴트라제(Neutrase)로 가수분해한 콜라겐 펩타이드의 리놀레산 자동산화 저해능을 나타낸 것이다.
도 8은 플라보자임(Flavorzyme)으로 가수분해한 콜라겐 펩타이드의 리놀레산 자동산화 저해능을 나타낸 것이다.
도 9는 가수분해효소에 따른 콜라겐 펩타이드의 전자공여능을 나타낸 것이다.
도 10은 가수분해효소에 따른 콜라겐 펩타이드의 금속이온봉쇄능을 나타낸 것이다.
도 11은 가수분해효소에 따른 콜라겐 펩타이드의 활성산소저해능을 나타낸 것이다.
도 12는 가수분해효소에 따른 콜라겐 펩타이드의 하이드록시 라디칼 저해능을 나타낸 것이다.
도 13은 참치 콜라겐 펩타이드의 평균 분자량을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드의 평균 분자량을 확인한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 활성탄(CA-50) 처리 농도 및 시간에 따른 콜라겐 펩타이드의 탈색 효과를 나타낸 것이다.
도 16은 활성탄(CA-1500) 처리 농도 및 시간에 따른 콜라겐 펩타이드의 탈색 효과를 나타낸 것이다.
도 17은 처리 온도에 따른 콜라겐 펩타이드의 탈색 효과를 나타낸 것이다.

도 1은 어류껍질로부터 콜라겐 펩타이드를 제조하는 기존의 대량생산 공정을 나타낸 것으로, 종래 생산공정에서는 어류껍질에 부착된 어육과 수산물 특유의 어취를 제거하기 위하여 약 48시간동안 알칼리 처리를 하도록 하고 있다. 이러한 알칼리 처리를 거친 원료는 시험생산이나 실험실적인 소규모로 생산된 제품에서는 효과를 나타내었으나, 원료처리를 최소 1톤 이상 하여야 하는 대량 생산을 위한 공정에서는 큰 효과를 나타내지 않았으며, 특히 하절기에는 48시간동안의 침지 시간 동안 원료가 일부 부패되는 등 큰 문제점을 나타내게 된다.

또한 종래 생산공정에서는 알칼리 처리 후 가수분해한 후에 원심분리공정을 거치게 되는데, 대량생산시에서는 여과막이 쉽게 막히는 등의 작업시간이 오래 걸리는 문제점을 나타나게 된다.

이에, 본 발명은 기존의 공정을 개선하여 대량생산 공정에 적합하면서도 품질이 우수한 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것으로, 실험실이나 스케일-업에서와 같이 소규모 상태에서의 소량생산과 달리 대량처리시 원료의 전처리나 보관 및 작업공정에서 원료의 변질이 발생할 수 있고 공정의 실패로 인한 많은 손실을 야기할 수 있으므로, 본 발명에서는 어류껍질을 고온에 의하여 젤라틴화되도록 가압열처리를 한 후, 다시 효소로 가수분해하여 콜라겐 펩타이드를 제조하도록 공정을 단순화하면서도 최적화하는 콜라겐 펩타이드의 대량생산 공정을 확립하였다.

이에, 본 발명은 어류껍질 원료를 전처리하는 제 1공정; 상기 전처리한 원료에 물을 가하고 가압열처리한 후, 여과 및 냉각하여 젤라틴을 추출하는 제 2공정; 상기 추출된 젤라틴에 효소를 첨가하여 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정; 상기 제조된 콜라겐 펩타이드를 탈색 및 탈취하고, 여과 및 농축시키는 제 4공정; 및 상기 농축된 콜라겐 펩타이드를 살균처리하고 급속동결시킨 다음, 분무 건조하여 분말화시키는 제 5공정;을 포함하는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다.

이하, 도 2를 참고하여 본 발명의 공정을 자세히 설명하기로 한다.

제 1공정은 어류껍질을 전처리하는 공정으로, 어류껍질에 함유되어 있는 불순물을 제거하는 공정이다. 본 발명에 있어서 상기 어류껍질 원료는 어류가공 중에 부산물로 발생되는 어류껍질로서, 종래 횟감용 참치의 부산물인 참치껍질과, 참치껍질과 비교해서 콜라겐 함량이 떨어지지 않고 원료공급이 원활하게 이루어질 수 있는 홍어껍질 및 넙치껍질 중에서 1종 이상 선택하는 것이 바람직하다. 상기와 같이 콜라겐 펩타이드의 원료를 다양화함으로써 대량생산 공정에 보다 적합하게 된다.

다음으로 제 2공정은, 상기 전처리한 원료에 물을 가하고 가압열처리한 후, 여과 및 냉각하여 젤라틴을 추출하는 공정으로, 어류껍질 원료에 가압열처리 함으로써 어육 등을 제거하고 어류껍질 중에 비가용성으로 함유되어 있는 콜라겐을 젤라틴화한 다음 이를 여과 및 냉각시켜 젤라틴을 추출하는 공정이다. 이 때 바람직하게는 상기 전처리한 원료에 1.5배 이상의 물을 가한 후, 120~200℃, 1.5~2.0 kgf/cm²에서 1~2시간동안 가압열처리를 수행하는 것이 바람직하다. 종래의 공정과 달리 알칼리 처리없이 열처리만으로 어육을 제거하면서도 젤라틴화를 시킬 수 있어, 장시간 알칼리 침지에 의한 부패 등을 방지하고, 작업시간을 현저하게 단축시켜 대량생산에 최적화할 수 있게 된다.

다음으로 제 3공정은, 상기 추출된 젤라틴에 효소를 첨가하여 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 공정으로, 바람직하게는 상기 추출된 젤라틴에 알칼라제를 첨가하여 0.5~6시간동안 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 효소의 함량은 원료 중량 대비 0.5 내지 5 중량%이고, 바람직하게는 원료 중량 대비 2 내지 2.5 중량%이다. 상기 효소의 함량은, 특별히 제한되는 것은 아니나 가수분해 효율을 향상시키기 위한 것이다.

또한 바람직하게는 상기 효소에 의한 가수분해 후 교반 및 가열하는 당업계에 알려진 방법으로, 효소를 실활시키는 공정을 더 거치도록 한다.

다음으로 제 4공정은, 상기 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 탈색 및 탈취하고, 여과 및 농축시키는 공정으로, 상기 콜라겐 펩타이드의 탈색 및 탈취는, 활성탄을 상기 어류껍질 원료 중량 대비 3~5중량%를 투입하여, 70~100℃에서 1~2시간 처리하여 수행하는 것이 바람직하고, 이 때 상기 활성탄은 그 입자가 미세한 것일수록 탈색 및 탈취의 효율을 높일 수 있게 된다. 본 발명의 일 실시예에서는 CA-1500 활성탄을 이용하여 탈색 및 탈취처리를 하였다.

다음으로 제 5공정은 상기 농축된 콜라겐 펩타이드를 살균처리하고 급속동결시킨 다음, 건조 및 분말화시키는 공정으로, 콜라겐 펩타이드의 변질을 방지하고 제품화하는 공정이다.

바람직하게는 상술한 일련의 공정에 의하여 제조되는 본 발명의 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드는 평균 분자량이 800~2000인 것을 특징으로 한다. 따라서 본 발명에 의하여 제조되는 콜라겐 펩타이드는 충분히 저분자화되어 생물기능성과 함께, 식품용으로 사용시 높은 소화흡수성을 나타내게 되고, 화장품용 원료로 사용될 경우 그 흡수효율을 향상시키게 되는 것이다.

또한 상술한 본 발명의 방법에 의하여 제조되는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드는 수용성 콜라겐 펩타이드이므로 유지 등에는 용해되지 않는 특징이 있으므로, 콜라겐 펩타이드를 다양한 분야에 활용할 수 있도록, 본 발명에서는 상기에서 제조된 콜라겐 펩타이드를 수용액으로 제조하고 이를 유지에 유화시킨 후 다시 콜라겐 펩타이드 수용액을 소량씩 첨가하면서 균질화시켜 액상의 유화제품인 유용성(油溶性) 콜라겐 펩타이드를 제조하였다.

따라서 본 발명은 다른 양태로서, 상기의 방법으로 제조되는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 물에 용해시켜 콜라겐 펩타이드 수용액을 제조하는 제 1공정; 상기 제조된 콜라겐 펩타이드 수용액에 식용 유지와 유화제를 첨가하여 3000~3500rpm으로 1차 교반함으로써 균질화하여 배합액을 제조하는 제 2공정; 및 상기 배합액에 상기 콜라겐 펩타이드 수용액을 첨가하면서 3000~3500rpm으로 2차 교반한 후, 1000~1200rpm으로 3차 교반하여 균질화함으로써 액상의 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정;을 포함하는 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하는 방법에 관한 것이다. 이 때, 바람직하게는 상기 제 1공정에서 제조된 콜라겐 펩타이드 수용액은 40~60% 농도의 수용액인 것을 특징으로 하며, 제 3공정에서 콜라겐 펩타이드 수용액의 투입속도가 너무 빠를 경우 유용성으로 상전환이 이루어지지 않으므로 적당한 속도로 투입하여야 하며, 완성된 유용성 콜라겐 펩타이드 유화액은 정제수에 견본을 일정량 가한 후 90℃이상으로 가온하여 유화 파괴 여부를 확인한 후, 제품화하는 것이 필요하다.

본 발명에서 사용되는 식용 유지에는 DHA, 아스타산친 뿐만 아니라 대부분의 유지류의 적용이 가능한데, 상기 식용 유지류에는 콩기름, 참기름, 유채유, 옥수수기름, 땅콩기름, 쌀겨기름, 현미유, 목화씨기름, 고추씨기름, 야자유, 팜유, 올리브유, 카카오유와 같은 식물성 유지, 돼지기름, 쇠기름, 버터와 같은 동물성 유지, 고래기름, 참치기름, 고등어기름, 청어기름, 다랑어기름, 대구 간유 등의 어유, 크릴 새우 등의 새우기름, 클로렐라, 헤마토코커스(Haematococcus pluvialis)등의 미세조류(microalgae) 유래 기름, 파피아(Phaffia rhodozyma) 등의 효모 유래 기름, 및 이들을 정제 또는 농축한 것, 그리고 상기 유지에 수소를 첨가한 유지가 포함된다.

또한 본 발명에서 사용되는 유화제로는 폴리 솔베이트류, 유기산 모노글리세라이드류, 폴리 글리세린 지방산 에스테르류, 솔비탄 지방산 에스테르류, 레시틴, 효소분해 레시틴 등 일반적인 유화제를 사용할 수 있다.

이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나, 본 발명의 권리범위가 이에 한정되는 것은 아니다.

< 실시예 1> 저분자화된 콜라겐 펩타이드의 제조

1-1 콜라겐 펩타이드 가수분해 시간

전처리한 어류 껍질 원료를 가압열처리(121℃, 1.5기압)하여 젤라틴화하고, 젤라틴화된 원료를 1차 여과한 후, 여러가지 효소를 투입하여 가수분해하여 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하였다. 이 때, 각 효소는 어류껍질 원료중량 대비 0.2 중량%를 투입하고, 50℃에서 각 효소별로 가수분해를 시킨 후, 시간에 따른 가수분해도를 도 4에 나타내었다.

도 4를 참고하면, 알칼라제(Alcalase)로 가수분해시켰을 때, 가수분해도가 최초 30분에서 80%를 나타내었고 최종 6시간일 때 82%로 가장 높았다. 시간에 따른 큰 차이는 나타나지 않았다. 프로타맥스(Protamax)를 이용하여 가수분해한 경우에는, 최초 79%에서 최종 82%로 시간에 따라 조금씩 가수분해도가 높아짐을 알 수 있었다. 뉴트라제(Neutrase)는 효소 중 가장 낮은 가수분해도를 나타냈으며, 최초 30분 가수분해시 76%의 값을 나타내었고, 6시간 가수분해시켰을 경우 79%의 가수분해도를 나타내었다. 플라보자임(Flavourzyme)의 경우에는, 최초 80%였으며 최종 81%로 시간에 따라 큰 차이를 나타내지 않았다.

즉, 전반적으로 효소의 종류에 관계없이 가수분해도는 30분까지 급속히 증가하다가 그 이상에서 큰 유의차를 나타내지 않았다.

1-2 콜라겐 펩타이드 가수분해 효소

(1) 콜라겐 펩타이드의 리놀레산(Linoleic acid) 자동산화 저해능

전처리한 어류 껍질 원료를 가압열처리(121℃, 1.5기압)하여 젤라틴화하고, 젤라틴화된 원료를 1차 여과한 후, 여러가지 효소를 투입하여 가수분해하여 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하였다. 이 때, 각 효소는 어류껍질 원료중량 대비 0.2 중량%를 투입하고, 50℃에서 각 효소별로 가수분해를 시킨 후, 효소가수분해물을 리놀레산 용액에 7일동안 저장하여 항산화능을 측정하였다. 그 결과는 도 5 내지 도 8에 나타내었다.

도 5 내지 도 8을 참고하면, 대조군(Control)과 비교하였을 때 저분자화된 콜라겐 펩타이드인 효소가수분해물이 리놀레산의 자동산화 저해능을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 구체적으로 도 5는 알칼라제를 이용하여 가수분해한 경우를 나타낸 것으로, 가수분해 시간에 따라 저해능이 크게 다르지는 않으나, 3시간 동안 가수분해 시켰을 때 가장 높은 저해능을 나타내었다. 도 6은 프로타맥스를 이용하여 가수분해한 경우의 자동산화 저해능을 나타낸 것으로, 가수분해 시간에 따라 저해능이 크게 달라지는 모습을 나타내었다. 30분 가수분해시킨 시료를 제외한 나머지 시료에서 3일 동안 자동산화 저해능이 특히 효과적으로 나타나는 것으로 확인되었고, 3일 이후에 3시간과 6시간 가수분해시킨 시료에서 자동산화 저해능이 아주 높게 나타남을 확인할 수 있었다. 도 7은 뉴트라제를 이용한 경우를 나타낸 것으로, 가수분해 시간에 따른 저해능이 다르지 않았으나 전 시료에서 자동산화저해능을 나타내었다. 도 8은 플라보자임을 이용한 경우를 나타낸 것으로, 다른 시료와 마찬가지로 자동산화 저해능이 가수분해 시간에 따라 큰 차이는 없었고, 전 시료에서 자동산화 저해능을 보였다.

(2) 콜라겐 펩타이드의 ACE 저해능

전처리한 어류 껍질 원료를 가압열처리(121℃, 1.5기압)하여 젤라틴화하고, 젤라틴화된 원료를 1차 여과한 후, 여러가지 효소를 투입하여 가수분해하여 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하였다. 이 때, 각 효소는 어류껍질 원료중량 대비 0.2 중량%를 투입하고, 50℃에서 각 효소별로 가수분해를 시킨 후, 효소가수분해물의 ACE 저해능을 측정하였다. 그 결과는 하기 표 1에 나타내었다.

효소	가수분해 시간 (시간)	단백질 농도 (mg/mL)	ACE 저해능 (%)
알칼라제 (Alcalase)	0.5	2.089	59.0
	1	2.104	69.3
	2	2.117	70.9
	3	2.112	72.9
	6	2.126	72.8
프로타맥스 (Protamax)	0.5	2.056	59.9
	1	2.099	62.5
	2	2.102	65.8
	3	2.132	64.1
	6	2.139	66.3
뉴트라제 ( Neutrase )	0.5	1.970	38.1
	1	1.979	42.3
	2	2.015	48.1
	3	2.030	50.3
	6	2.043	54.4
플라보자임 ( Flavorozyme )	0.5	2.070	29.4
	1	2.045	37.6
	2	2.053	46.5
	3	2.090	48.7
	6	2.107	46.7

상기 표 1에 나타난 바와 같이, 효소별로 비교해 보았을 때 알칼라제로 가수분해한 시료에서 ACE 저해능이 가장 높은 것으로 나타났으며, 프로타맥스의 경우에 6시간 가수분해 했을 경우 66.3%의 저해능을 나타내었다. 뉴트라제를 이용한 경우에 6시간 가수분해물에서 54.4%의 ACE 저해능을 나타내었다. 반면, 플라보자임의 경우 6시간 가수분해 하였을 때 46.7%의 저해능을 보였는 바, 이는 다른 효소 가수분해물에 비해 20~25%정도 낮은 효과를 나타내었다. 뉴트라제를 이용한 경우에 6시간 가수분해물에서 54.4%의 ACE 저해능을 나타내었다.

이러한 상기 결과로부터 알칼라제를 이용하여 가수분해시킬 경우 그 항산화능이 가장 우수한 것으로 판단되었다.

1-3 콜라겐 펩타이드의 기능

전처리한 어류 껍질 원료를 가압열처리(121℃, 1.5기압)하여 젤라틴화하고, 젤라틴화된 원료를 1차 여과한 후, 여러가지 효소를 투입하여 가수분해하여 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하였다. 이 때, 각 효소는 어류껍질 원료중량 대비 0.2 중량%를 투입하고, 50℃에서 각 효소별로 가수분해를 시킨 후, 효소가수분해물의 특성을 확인하였다.

(1) 콜라겐 펩타이드의 전자 공여능(DPPH)

도 9는 효소 가수분해물 즉, 콜라겐 펩타이드의 전자공여능을 나타낸 것으로, 효소마다 조금씩 차이를 보였고, 알칼라제의 경우에는 1시간 가수분해한 시료에서는 37%로 가장 높은 효과를 나타내었다. 프로타맥스의 경우에는 전 구간에서 33~35% 정도로 비슷한 값을 나타내어 가수분해 시간에 따른 효과는 없었고, 플라보자임은 시간경과에 따라 점점 DPPH의 효과가 높아져 최종 6 시간 가수분해 시킨 시료에서 44%의 효과를 나타내었다. 뉴트라제로 가수분해 시킨 시료에서는 시간경과에 따라 저해능이 점점 높아져, 6시간 가수분해 시킨 시료에서는 51%의 저해능을 나타내었다. 즉, 뉴트라제를 이용할 경우 가수분해시간에 관계없이 가장 높은 저해효과를 나타내었고, 알칼라제, 프로타맥스의 가수분해물은 비슷한 DPPH 저해능을 가짐을 확인할 수 있었다.

(2) 콜라겐 펩타이드의 금속 이온 봉쇄능

도 10은 콜라겐 펩타이드의 금속 이온 봉쇄능을 나타낸 것으로, 금속 이온 봉쇄효과가 높은 EDTA와 비교하여 나타내었다. EDTA의 경우 98%의 높은 효과를 나타내는 반면, 알칼라제는 3시간 가수분해시킨 경우에 86%로 가장 높은 금속이온 봉쇄능을 나타내었고, 나머지 구간에서 82%의 효과를 나타내었다. 프로타맥스의 경우에는 1시간 가수분해시킨 시료가 47%로 가장 높은 효과를 나타내었다. 뉴트라제의 경우에는 2시간 가수분해시킨 시료에서 47%로 가장 높은 금속 이온 봉쇄능을 나타내었다. 플라보자임의 경우 가수분해시간이 길어짐에 따라 금속이온봉쇄능이 높아지다가 2시간 가수분해시킨 시료에서 43%로 가장 높은 봉쇄능을 나타내었고, 가수분해시간에 따라 금속 봉쇄능이 조금씩 낮아져 6시간 가수분해시킨 시료는 38%의 효과를 나타내었다.

(3) 활성 산소 저해능

도 11은 콜라겐 펩타이드의 활성 산소 저해능을 나타낸 것으로, 활성 산소 저해능이 높은 α-Tocopherol과 비교하였다. α-Tocopherol의 경우 57% 정도의 활성 산소 저해능을 나타낸 반면(도면 미도시) 효소가수분해물의 경우 알칼라제로 1시간 가수분해 시킨 시료가 39%로 가장 높은 값을 나타내었고, 다른 시료의 경우에는 30% 정도의 저해효과를 나타내었다. 프로타맥스의 경우 3시간 가수분해시킨 시료에서 26%로 가장 높은 값을 나타내었으며, 다른 시료의 경우에는 25~19% 정도의 저해효과를 나타내었다. 뉴트라제의 경우 2시간 가수분해시킨 시료가 11%로 가장 높았으며 다른 시료의 경우에는 10% 미만의 낮은 저해능을 나타내었다. 플라보자임의 경우 3시간 가수분해시킨 시료가 17%로 가장 높은 저해능을 나타내었으며, 다른 시료에서는 15~9%의 저해능을 나타내었다. 상기 결과로부터 알칼라제로 가수분해시킨 시료에서 전 구간이 30% 이상의 저해효과가 있었으며 다른 효소에 비해 저해효과가 큰 것으로 확인되었다.

(4) 하이드록시 라디칼 저해능

도 12는 콜라겐 펩타이드의 하이드록시 라디칼 저해능을 나타낸 것으로, 알칼라제의 경우 처음 30분 가수분해시킨 시료에서는 36% 정도의 저해능을 나타내었고, 가수분해 시간이 길어질수록 저해능이 점점 높아졌으며 3시간 가수분해시킨 시료에서 43%로 가장 높은 저해능을 나타내었다. 프로타맥스의 경우 알칼라제와 비슷한 저해능을 나타내었으며, 3시간 가수분해시킨 시료가 37%로 저해능이 가장 높았다. 뉴트라제의 경우 2시간 가수분해시킨 시료가 37%로 가장 높았으나 가수분해시간에 따른 효과가 그렇게 크게 나타나지는 않았다. 플라보자임의 경우 다른 효소에 비해 가장 낮은 저해능을 보였고, 가수분해시간이 늘어남에 따라 점점 높은 저해능을 나타내어 6시간 가수분해시킨 시료에서 34%로 가장 높은 값을 나타내었다.

실시예 1-2의 결과와 마찬가지로 상기 결과로부터 어류 껍질 콜라겐 펩타이드 생산을 위한 가수분해 효소로 알칼라제를 이용할 때 그 항산화능이 가장 우수할 것으로 판단된다.

< 실시예 2> 콜라겐 펩타이드의 분자량 측정

도 13은 참치껍질을 원료로 하여 본 발명의 방법에 의하여 제조한 콜라겐 펩타이드의 평균 분자량을, 도 14는 홍어껍질을 원료로 한 콜라겐 펩타이드의 평균 분자량을 GPC로 측정한 결과를 나타낸 것으로, 각각 874, 2000정도로 측정되었다. 이는 시판되고 있는 콜라겐 펩타이드의 평균 분자량이 약 3000정도임을 감안할 때 충분히 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조할 수 있음을 의미하는 것이다.

< 실시예 3> 제조된 어류껍질 콜라겐 펩타이드의 탈색 및 탈취

전처리한 어류 껍질 원료를 가압열처리(121℃, 1.5기압)하여 젤라틴화하고, 젤라틴화된 원료를 1차 여과한 후, 알칼라제를 투입하여 가수분해하여 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조한 다음, 활성탄을 이용하여 탈취를 실시하였다. 이 때 사용한 활성탄은 입자크기에 따라 2가지 종류(CA-50, CA-1500, 카보니아 (주))를 사용하였고, 활성탄을 원료 중량 대비 1~5%까지 투입하여 처리시간, 온도에 따른 색차 등을 분석하여 그 결과를 도 15, 16에 나타내었다.

도 15, 도 16을 참고하면, 활성탄 첨가 농도가 증가함에 따라 현저하게 탈색 효과가 나타났으며, 동일 농도에 있어서는 처리 시간에 비례하여 탈색 효과가 우수한 것으로 나타났고, 탈취 효과가 있는 것으로 확인되었다(결과 미도시). 또한, 도 15와 도 16을 비교하면, CA-50을 이용한 경우(도 15)보다 더 미세한 입자인 CA-1500 활성탄을 이용한 경우(도 16)가 탈색효과가 더 우수한 것으로 확인되었다.

상기 결과와 생산단가 및 생산성을 고려하면, 농도는 활성탄 첨가 농도는 최소 3% 이상, 그리고 처리시간은 최소 1시간이 바람직한 것으로 판단된다. 활성탄의 종류는 그 입자가 미세한 것일수록 효과가 좋을 것으로 판단된다.

도 16은 상기 판단에 따라 활성탄을 원료의 중량 대비 3%첨가하고 처리시간을 1시간으로 하였을 경우 처리 온도에 따른 탈색효과를 살펴본 결과를 나타낸 것으로, 처리온도가 70℃ 이상에서는 큰 차이를 나타내지 않음을 확인할 수 있었다. 따라서 활성탄 처리온도는 70℃로 결정하는 것이 바람직한 것으로 판단되었다.

< 실시예 4> 탈색 및 탈취처리된 어류껍질 콜라겐 펩타이드의 저장

상기 실시예 3에 따라 탈취처리된 어류껍질 콜라겐 펩타이드는 여과 및 농축을 거친 후, 변질을 방지하기 위하여 -50℃이하에서 급속동결하여 저장하였으며, 이를 다시 급속해동하여 분무건조를 통하여 분말화하였다.

< 실시예 5> 어류껍질 콜라겐 펩타이드의 대량생산

상기 실시예 1 내지 4를 토대로 하여 어류껍질 콜라겐 펩타이드의 대량생산 공정을 확립하여 제조하였다. 어류껍질 원료를 전처리하여 어육 등을 제거하고, 이를 120℃ 이상에서 1시간동안 1.5기압으로 가압 열처리하여 원료를 젤라틴화 한을 개량 된 방법에서는 알칼리 처리를 배제 시키고 원료를 열처리를 통하여 살을 제거하였고, 살이 제거된 원료는 120℃ 이상에서 1시간동안 가압 열처리한 다음, 이를 여과하고 냉각시켜 젤라틴을 추출하였다. 상기 젤라틴에 어류껍질 원료 대비 0.2 중량%의 알칼라제를 투입하고 1시간동안 가수분해하여 콜라겐 펩타이드를 제조하였다. 이렇게 하여 제조된 콜라겐 펩타이드는 원료 대비 3중량%의 활성탄을 투입하여 70℃에서 1시간동안 처리하여 탈색 및 탈취한 후, 여과 및 농축을 거친 후 변질을 방지하기 위한 보존 처리를 하였다. 보존 처리를 위해 먼저 교반탱크에 내에서 교반하면서 95℃에서 30분이상 살균처리 후 -50℃이하에서 급속동결하여 저장하였으며, 이를 다시 급속해동하여 분무건조를 통하여 분말화하여 제품화하였다.

이러한 본 실시예에 따른 제조공정은 도 2에 나타내었다.

< 실시예 6> 유용성 콜라겐 펩타이드의 제조

본 실시예에서는 수용성인 어류껍질 콜라겐 펩타이드를 유화과정을 거쳐 유지에 혼합할 수 있도록 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하였다.

먼저 상기 실시예 5에 기재된 방법에 의하여 제조되는 어류껍질 콜라겐 펩타이드를 50% 수용액으로 제조하고, 상기 수용액에 현미유와 유화제로서 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(Polyglycerol Polyricinoleate)를 더 넣고 균질기에서 3,000rpm으로 교반하면서 배합하였다. 이 때, 배합비율(중량비)은 수용액, 유지 및 유화제가 40:40:20이 되도록 하였다. 이 배합액에 상기 50% 콜라겐 펩타이드 수용액을 소량씩 투입하면서 1,000rpm으로 교반하여 상기 배합액과 수용액이 1:1의 비율로 혼합되도록 하고, 투입 완료 후 3,000rpm에서 30분간 균질화하였다. 다시 이를 1,000rpm에서 10분간 균질화하여 유화액상의 유용성 콜라겐 펩타이드를 제조하였다.

이때 50% 콜라겐 펩타이드 수용액의 투입속도가 너무 빠를 경우 유용성으로 상전환이 이루어지지 않으므로 적당한 속도로 투입하여야 하며, 완성된 유용성 콜라겐 펩타이드 유화액은 정제수에 견본을 일정량 가한 후 90℃이상으로 가온하여 유화 파괴 여부를 확인하여야 한다.

본 실시예에 따른 제조공정은 도 3에 나타내었다.

상기 본 발명에 의하여 제조되는 콜라겐 펩타이드는 항산화능이 우수하여 탁월한 생물기능성을 나타낼 수 있고, 수용성 또는 유용성으로도 제조될 수 있어 식품, 화장품, 의약품 등 다양한 분야에 보다 폭넓게 활용될 수 있어 산업상 이용가능성이 매우 높다.

Claims (10)

1. 어류껍질 원료를 전처리하는 제 1공정;
   상기 전처리한 원료에 물을 가하고 가압열처리하여 여과 및 냉각하여, 어육을 제거하고 젤라틴을 추출하는 제 2공정;
   상기 추출된 젤라틴에 알칼라제를 첨가하여 0.5~6시간동안 가수분해시킴으로써 저분자화된 콜라겐 펩타이드를 제조하는 제 3공정;
   상기 제조된 콜라겐 펩타이드를 탈색 및 탈취하고, 여과 및 농축시키는 제 4공정; 및
   상기 농축된 콜라겐 펩타이드를 살균처리하고 급속동결시킨 다음, 건조 및 분말화시키는 제 5공정;을 포함하고,
   상기 제 2공정의 가압 열처리는 120~200℃, 1.5~2.0 kgf/cm²에서 1~2시간동안 수행하고,
   평균분자량이 800~2000인 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 제조하는 것을 특징으로 하는, 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드의 대량생산방법.
2. 제 1 항에 있어서,
   상기 어류껍질은 참치껍질, 홍어껍질 및 넙치껍질 중에서 선택된 1종 이상의 어류껍질인 것을 특징으로 하는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드의 대량생산방법.
3. 삭제
4. 삭제
5. 제 1 항에 있어서,
   상기 제 4공정에서 상기 제조된 콜라겐 펩타이드의 탈색 및 탈취는, 활성탄을 상기 어류껍질 원료중량 대비 3~5중량%를 투입하여, 70~100℃에서 1~2시간 처리하여 수행되는 것을 특징으로 하는 어류껍질 유래 콜라겐 펩타이드의 대량생산방법.
   
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