KR101467203B1 - 오리를 이용한 고농도 콜라겐 추출물의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 추출된 추출물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 오리 날개와 오리발로부터 화장용 원료 및 식품 원료로 사용할 수 있는 콜라겐 함유량이 높은 콜라겐 추출물을 조제하기 위한 오리 콜라겐 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 상기 날개 및 발의 뼈를 제거한 후, 껍질과 함께 각각 작은 크기로 세절한 후 -20℃이하에 급냉시키는 원료 전처리 단계와, 이를 수산화나트륨을 이용하여 표백 및 과도한 지방을 제거하는 단계와, 산 및 염화나트륨을 이용하여 가용성 콜라겐 추출물을 제조하는 단계와, 추출에 사용한 염을 제거하는 탈염단계와, 이를 농축 건조하여 콜라겐 함유 건조물을 얻는 건조공정으로 구성되는 것을 특징으로 하는 오리의 콜라겐을 효과적으로 제조하는 제조방법에 관한 것이며, 최종 콜라겐 추출물을 활용하여 화장용 원료 및 식품 원료로 사용하기 위한 방법에 관한 것이다.

Description

오리를 이용한 고농도 콜라겐 추출물의 제조방법 및 그 제조방법에 의해 추출된 추출물 {Method of manufacture high concentration collagen extract using duck and extract from thereof}

본 발명은 오리 날개와 오리발로부터 화장용 원료 및 식품 원료로 사용할 수 있는 콜라겐 함유량이 높은 콜라겐 추출물을 생산하기 위한 오리 콜라겐 제조방법에 관한 것으로, 본 발명에 의해 생산된 오리 콜라겐은 내과, 안과, 외과, 이비인후과 등의 의약용 소재는 물론이고, 피부미용과 관련된 화장용 분야, 관절 및 피부미용과 관련된 건강기능식품분야 등의 다양한 분야에 효과적으로 사용될 수 있는 원료를 공급할 수 있는 소재를 공급하기 위한 발명이라 할 수 있다.

콜라겐은 포유동물을 비롯한 수산동물, 설치류와 조류 등의 껍질, 연골, 뼈, 인대, 혈관, 근막 등 생체조직 전반에 걸쳐 분포되어 있는 조직의 구조를 형성하는 근간이 되는 구조 단백질이다. 콜라겐의 생체 내 기능 중 가장 중요한 것은 뮤코다당체로서 콘드로이틴황산과 함께 고분자 매트릭스를 구성하여 각 기관의 특정구조를 유지 구성하는 것인데 다른 뮤코다당과 함께 분자량이나 함량 등에서는 차이가 있지만 포유동물의 동일 조직에서는 동일한 형태 및 비율로 존재한다.

특히 우리 몸속에는 단백질이 약 20% 포함되어 있는데 이중 콜라겐이 30%를 차지하는 물질이다(L.C.Junqueira and J.carneiro1983). 콜라겐은 크게 3가지로 구분될 수 있는데, 조직의 종류에 따라 섬유상 특성을 나타내는 선형 콜라겐(Type I, II, III), 비선형 콜라겐(Type IV), 미세 콜라겐(Type V, VI, VII, IX, X)등으로 구분할 수 있다. 지금까지 알려진 바에 의하면, 도계 부산물의 경우 닭발, 날개끝, 무릎연골, 가슴연골, 껍질 등에는 주로 선형 콜라겐이 많으며, Type I은 피부, 건, 뼈, 혈관 등에, Type II는 연골조직에, Type III 콜라겐은 Type I과 같으나 뼈에는 존재하지 않는 것으로 알려져 있다.

생체의 연령 변화에 따라 콜라겐의 구성비가 변화하는데, 연령이 증가함에 따라 결국 그 함량이 감소한다고 알려져 있다. 즉 사람이 나이가 들면서 겪는 피부의 탄력 저하나 관절의 유연성 감소 등 이른바 노화현상은 피부를 구성하는 세포의 수분대사 감소와 결합조직 중 기초물질로서 보수력이 뛰어난 콜라겐이 감소하기 때문인 것으로 알려져 있다. 고령화에 따른 콜라겐 감소는 세포의 신진대사인 수분대사 조절에 영향을 주어 노화의 진행이 빨라지고, 각 조직 중의 수분함량을 감소시켜 결합조직의 원활함과 피부의 탄력도 없어진다. 이러한 상황에서 콜라겐을 섭취하여 보충해 주면 노화가 저지되고 피부에 윤기와 탄력을 주게 된다.

이런 상황에서 콜라겐을 의약품, 화장품, 건강기능성 식품 등의 형태로 인체 내부로 섭취하거나 또는 신체에 공급해 주면 노화가 억제되고 피부에 윤기와 탄력을 주게 되는 피부미용 효과를 얻을 수 있을 것이다.

본 발명은 매년 증가하고 있는 오리 소비량과 함께 불용자재로 허비되고 있는 오리 부산물, 즉 오리발과 오리날개 중에 함유되어 있는 오리 콜라겐을 생산하는 방법을 발명함으로서 국내 부존자원의 확보는 물론이고 대부분 수입에 의존하는 기능성 소재의 수입대체효과를 거둘 수 있는 높은 산업적 가치를 획득하기 위하여 실시하였다.

이에 본 발명자들은 광우병, 구제역 및 대장균 등의 오염으로부터 안정성이 보장되고 고부가가치를 창출하여 축산농가의 소득 증대에 기여할 수 있는 기능성 소재인 콜라겐을 생산하는 방법을 발명함으로써 매년 막대한 양이 폐기되고 있는 오리 날개와 오리발로부터 콜라겐을 추출하는 것으로 본 발명을 완성하였다. 따라서 본 발명의 목적은 부산물로부터 콜라겐을 추출하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명은 날개 및 발의 뼈를 제거한 후, 껍질과 함께 각각 작은 크기로 세절한 후 -20℃이하에 급냉시키는 원료 전처리 단계와, 이를 수산화나트륨을 이용하여 표백 및 과도한 지방을 제거하는 단계와, 산 및 염화나트륨을 이용하여 가용성 콜라겐 추출물을 제조하는 단계와, 추출에 사용한 염을 제거하는 탈염단계와, 이를 농축 건조하여 콜라겐 함유 건조물을 얻는 건조공정으로 구성되는 것을 특징으로 하고 있다. 구제적으로는 하기와 같다.

1) 원료의 전처리 단계

오리발, 오리날개를 흐르는 물로 깨끗이 수세하는 방법으로 이물질을 제거하였다. 오리발은 피부를 절개한 후, 내부의 발가락뼈 중 단단한 뼈 부분을 모두 제거한 후 이를 원료로 사용하였으며, 날개도 오리발과 동일한 방법으로 분쇄가 되지 않을 굵은 뼈만 제거한 후 이를 사용하였다. 전술한 원료를 세절한 후 -20℃이하의 급냉실에서 동결시켰으며, 완전히 동결된 원료에 4℃이하 냉수를 첨가한 후 원료의 육괘가 보이지 않을 정도로 세절하였고, 이를 원심분리하여 상층액과 지방층 물질들을 아스피레이터로 제거하는 것으로 원료육의 전처리를 완성하였다.

2) 지방 제거단계

상기 1)에서 수득한 침전물에 염기성 용액(수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 소듐하이포클로라이트 등)을 첨가하여 12-48hr 냉장실에서 교반하였다. 교반이 끝난 수산화나트륨 용액을 원심분리하여 비콜라겐 물질인 상등액과 상층부의 지방 등의 부유물을 제거하였다. 이러한 수산화나트륨을 이용한 세척을 2회 반복 실시하였다. 이러한 비 콜라겐 물질의 제거는 콜라겐 제품 순도를 증가시킬 수 있으며 악취나 부패의 원인을 제거하여 안정성이 향상된 제품을 만들 수 있게 된다.

3) 콜라겐 추출단계

상기 2)의 잔사를 잔사 표면의 물기가 없어질 때 까지 감압 건조시킨 후, 4℃로 냉각시켜 둔 0.1~2M 농도의 산성 용액(초산, 포름산, 구연산 등)을 가하여 24~48hr 냉장실(4℃)에서 교반하며 콜라겐을 추출하였다. 콜라겐이 추출된 용액을 원심분리하였으며, 상층액을 분취하여 최종농도 5-20%(v/w)가 되도록 염화나트륨을 첨가한 후 10-120분간 실온에 정치하였다. 이 용액을 원심분리 하였으며, 상등액을 제거하고 침전물을 콜라겐 농축물로 수득하였다.

4) 탈염 및 농축 단계

상기 3)에서 수득한 침전물에 증류수를 첨가하여 잘 분산시킨 후, 셀룰로오스 한외여과막(Cellu sep, 분자량 3,500)에 충진시킨 후, 48시간 이상 증류수를 이용하여 4℃에서 투석하였다. 투석외액은 1일 2회 이상 교환하였으며, 투석이 완료된 콜라겐 용액은 동결건조의 방법으로 콜라겐 분말을 수득하였다.

본 발명에 따르면, 국내 오리 시장에서 폐기되고 있는 오리발 및 오리날개로부터 기능성 소재인 동물성 콜라겐을 효율적으로 생산하여 이를 산업 전반에 활용하고자 하는 것으로, 이는 폐기되고 있는 동물성 소재의 발굴에 따른 부존자원의 개발적 효과, 오리 산업에 고부가가치 원료를 생산할 수 있다는 경제적 효과, 전처리-탈지방-추출-농축이라는 단순한 생산 공정 및 생산 수율의 증가에서 오는 산업적 효과를 기대할 수 있으며, 이를 내과, 외과, 안과, 이비인후과 등의 의약분야 및 화장품산업분야에 범용적으로 사용할 수 있는 안전한 기능성 물질을 공급할 수 있는 기반을 조성해 줄 수 있는 효과를 거둘 수 있으리라 생각한다.

도 1은 실시예 6에 따라 나타나는 전기영동도이다.
도 2는 콜라겐 추출물의 용해도 측정결과이다
도 3은 콜라겐 추출물의 탁도 측정결과이다

이하에서 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명할 것이다. 그러나, 이하의 실시예는 단지 예시를 위한 것이므로, 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어서는 안 될 것이다.

실시예 1) 전처리 단계

오리발(발목주위를 절단하고 남은 발가락 부위), 오리날개(날개의 가장 끝 부분에서 관절부위를 절단한 날개)를 흐르는 물로 깨끗이 수세하는 방법으로 이물질을 제거하였다. 오리발은 피부를 절개한 후, 내부의 발가락뼈 중 단단한 뼈 부분을 모두 제거한 후 이를 원료로 사용하였으며, 날개도 오리발과 동일한 방법으로 분쇄가 되지 않을 굵은 뼈만 제거한 후 이를 사용하였다. 전술한 원료를 2cm 이하의 크기로 세절한 후 -20℃이하의 급냉실에서 동결시켰으며, 완전히 동결된 원료에 10배수(v/v)의 4℃이하 냉수를 첨가한 후 15,000rpm 이상/3min(IKA-T 18 B 균질기)간 원료의 육괘가 보이지 않을 정도로 세절하였으며, 이를 10,000xg/30분(4℃)간 원심분리하여 상층액과 지방층 물질들을 아스피레이터로 제거하는 것으로 원료육의 전처리를 완성하였다.

실시예 2) 지방 제거단계

상기 실시예 1)에서 수득한 침전물에 1~10배(w/v)량의 4℃ 0.01~2M 염기성 용액(수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화칼슘, 수산화마그네슘, 소듐하이포클로라이트 등)을 첨가하여 12-48hr 냉장실에서 교반하였다. 본 발명에서는 발명의 조건을 단순화시키기 위하여 1M수산화나트륨을 10배수(w/v) 첨가하여 24시간 교반하는 것으로 하였다. 교반이 끝난 수산화나트륨 용액을 10,000xg/30분(4℃)간 원심분리하여 비콜라겐 물질인 상등액과 상층부의 지방 등의 부유물을 제거하였다. 이러한 수산화나트륨을 이용한 세척을 2회 반복 실시하였다. 이러한 비 콜라겐 물질의 제거는 콜라겐 제품 순도를 증가시킬 수 있으며 악취나 부패의 원인을 제거하여 안정성이 향상된 제품을 만들 수 있게 된다.

실시예 3) 콜라겐 추출단계

상기 실시예 2)의 잔사를 로타리에바포레이터(HAHNSHIN[HS-2005S], 한국)를 이용하여 잔사 표면의 물기가 없어질 때까지 감압 건조시킨 후, 4℃로 냉각시켜 둔 0.1~2M 농도의 산성 용액(초산, 포름산, 구연산 등)을 1~20배(w/v)량을 가하여 24~48hr 냉장실(4℃)에서 교반하며 콜라겐을 추출하였다. 본 발명에서는 1M 초산용액을 10배수(w/v)첨가하여 24시간 냉장실에서 교반하는 것으로 가용화시켰다. 콜라겐이 추출된 용액을 10,000xg/10분(4℃)간 원심분리하였으며, 상층액을 분취하여 최종농도 5-20%(v/w)가 되도록 염화나트륨을 첨가한 후 10-120분간 실온에 정치하였다. 본 발명에서는 10% 염화나트륨을 첨가한 후 60분간 정치하는 것으로 하였다. 이 용액을 30,000xg/20분(4℃)간 원심분리 하였으며, 상등액을 제거하고 침전물을 콜라겐 농축물로 수득하였다.

실시예 4) 탈염 및 농축 단계

상기 실시예 3)에서 수득한 침전물에 증류수를 첨가하여 잘 분산시킨 후, 셀룰로오스 한외여과막(Cellu sep, 분자량 3,500)에 충진시킨 후, 48시간 이상 증류수를 이용하여 4℃에서 투석하였다. 투석외액은 1일 2회 이상 교환하였으며, 투석이 완료된 콜라겐 용액은 동결건조의 방법으로 콜라겐 분말을 수득하였다.

실시예 5) 부위별 콜라겐의 생산량

콜라겐함량 분석은 Kurt Kolar의 방법(1990, J. Assoc. Off. Anal. Chem.)에 따라 Erlemyer flask에 시료 4g에 300ml H₂SO₄를 첨가하고 뚜껑을 닫은 후 105℃ drying oven에서 16시간 동안 가열하였다. 500ml 플라스크에 넣고 희석한 후 100ml 원심분리 튜브에 용액을 여과하였다. 여과액 5ml를 넣고 100ml로 희석한 후 시험관에 희석액 2ml을 넣고 Oxidant 용액 1ml를 더 첨가하고 교반하여 20분간 상온에서 정치하였다. 각 시험관에 발색시약을 첨가하고 혼합한 다음 60℃의 water bath에서 15분간 침지 후 냉각하였다. 시험관을 건조시킨 후 558nm에서 흡광도를 측정하였다. 오리발 및 오리날개를 상기 실시예 1-4의 방법으로 각각 생산한 결과, 표 1과 같은 회수량을 보였다.

부위별 콜라겐 함량

	오리발	오리날개
콜라겐 함량(g/100g)	3.65	0.98

오리발의 경우 오리 날개에 비해 3.70배 많이 회수되었으며, 이는 오리발에서 수율이 높다는 사실을 알 수 있다.

실시예 6) 부위별 콜라겐의 조성

SDS-PAGE는 Laemmli(1970, Nature)의 방법을 준용하여 실시하였다. 도면 1에서 확인된 바와 같이, 분자량 200, 140, 120 kDa의Type I형의 콜라겐이 대부분이었으며, Type III 콜라겐도 다량으로 함유되어 있는 전형적인 동물성 콜라겐인 것으로 확인되었다(도 1. 표준물질의 분자량(맨 왼쪽) : 위로부터 170, 130, 95, 72, 55, 43, 34, 26 kDa). SDS-PAGE에 의한 오리 부산물의 콜라겐 조성과 닭의 날개 및 연골의 콜라겐 조성은 유사한 경향을 나타내었으며(농림부, GA0350-0225), 주요 콜라겐이 Type I인 것으로 나타났다. 본 발명의 분석 결과, 본 발명에 의한 제조방법은 오리 부산물의 콜라겐을 효율적으로 추출할 수 있는 것이며, 동물성 콜라겐의 주요 성분인 Type I 및 III형 콜라겐을 다량으로 생산하여 산업적으로 활용할 수 있는 발명을 개발하였다고 확신한다.

실시예 7) 콜라겐 용해도 측정

콜라겐 농도를 0-1%가 되도록 조절한 후 상온에서 2시간 교반하여 가용화하였으며, 그 후 10,000xg/30min 원심분리한 후 상층액 중의 단백질 농도를 정량(Markwell 등, Anal. Biochem., 1978)하여 전체 단백질에 대한 상층액 중의 단백질 함량을 백분율로 계산하여 용해도를 산출하였다. 즉, 용해도는 다음과 같이 계산하였다.

용해도(%) = (상층액의 단백질 농도/총 단백질 농도) X 100

콜라겐 용해도의 경우, 콜라겐 농도 0.3% 이상이 될 경우, 서서히 용해도가 감소하기 시작하였으며, 콜라겐 농도 0.4% 이상에서는 용해도가 급격히 감소하는 경향을 나타내었다(도 2). 이러한 경향은 오리발과 오리날개가 유사한 경향을 나타내었으며, 용해도 또한 거의 차이가 없는 것으로 나타났다. 따라서 이후 본 발명의 콜라겐을 이용할 경우 액상 제품을 개발할 경우 콜라겐 농도 0.3-0.5% 사이에서 사용하는 것이 최적일 가능성이 제시되었다. 그러나, 본 발명에서는 순수한 증류수에 대한 용해도를 검증한 것으로서, 기타 용매를 사용하여 용해시킬 경우, 이러한 용해성은 더욱 증가시킬 수 있으리라 생각한다.

실시예 8) 탁도 측정

탁도는 콜라겐 농도를 0-1%가 되도록 조절한 후 상온에서 2 시간동안 교반한 후 흡광도를 260nm에서 측정하였다. 그 결과, 0.2% 이상이 되면서 탁도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 이후 급격한 증가 추세를 보였다(도 3). 이는 도 2의 결과에서 0.2-0.3% 이상에서 용해도가 급격히 감소하는 경향과 유사한 것으로 나타났다.

Claims (2)

1. 오리발 또는 오리날개를 이용하여 콜라겐을 추출, 생산하는 것을 특징으로 하는, 하기 단계를 포함하는 오리 콜라겐 추출물의 제조방법:
   1) 오리발 또는 오리날개의 뼈를 제거한 후, 껍질과 함께 각각 작은 크기로 세절한 후 급냉시키는 원료 전처리 단계;
   2) 상기 단계 1)에서 수득된 것을 1~10배(w/v)의 양의 수산화나트륨 또는 수산화칼륨 수용액 (농도 0.01~2M)에 12~24시간 침지하여 표백 및 과도한 지방을 제거하는 단계;
   3) 산 및 염을 이용하여 가용성 콜라겐 추출물을 제조하는 단계;
   4) 추출에 사용한 염을 제거하는 탈염단계; 및
   5) 농축 건조하여 콜라겐 함유 건조물을 얻는 건조공정.
2. 제 1 항에 따른 제조방법에 의해 제조된 오리 콜라겐 추출물을 0.3~0.5질량% 함유하는 액상제품.
   
   
   
   
   
   
   

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