KR101519632B1 - 미세조류를 이용한 펙틴의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미세조류 재료를 준비하는 단계; 상기 미세조류 재료를 용매와 혼합하는 단계;및 상기 혼합물을 열 추출하는 단계를 포함하는 펙틴의 추출, 제조 방법에 대한 것이다.

Description

미세조류를 이용한 펙틴의 제조 방법{PRODUCTION METHOD OF PECTIN USING MICROALGAE}

본 발명은 미세조류로부터 펙틴을 추출, 제조하는 방법에 대한 것이다.

최근 식품학적인 측면과 생리기능적인 측면에서 다양한 이용 가능성이 기대되고 있는 소재 중 하나가 바로 다당체 고분자 물질이다.

다당류는 점증제, 안정제, 겔화제, 지방대체제 등의 다양한 기능 특성을 제공하므로 각종 가공식품의 생산에 광범위하게 사용되고 있으며, 식품 이외에도 제지, 섬유 등 각종 관련 산업에 활용성이 매우 높은 생물소재이다.

이러한 광범위한 적용성으로 인해 국내에서도 다당류의 수요가 매년 급격히 증가하고 있으나, 국내의 다당류 생산기반은 매우 미약한 실정이며, 현재 국내에서 생산되고 있는 다당류는 카라기난과 한천 등 몇 종에 불과하고 대부분의 다당류 소재가 외국으로부터 수입되고 있다.

펙틴은 식물 세포벽을 구성하는 다당류의 하나로 α-1,4 폴리갈락투론산 골격에 람노즈, 갈락토즈, 아라비노즈 등의 중성 당들이 연결된 고분자 물질이며, galA의 carboxyl기가 methylester화 되어있거나 염형태, 혹은 free radical 형태를 가지고 있다고 알려져 있다. 그러나 실제로 자연계에 존재하는 펙틴은 이보다 훨씬 복잡한 구조를 가지고 있으며 펙틴분자의 대부분은 homogalacturonan으로 구성되어 있지만 여기에 다양한 oligo- 및 polysaccharide로 분지된 rhamnogalacturonan류가 공유결합 되어있는 것으로 보고되고 있다.

식물 세포벽에 존재하는 펙틴은 분자량과 곁가지의 종류 및 펙틴 추출 방법에 의한 펙틴 구조의 변화에 따라 생리활성에 많은 차이가 나타나는데, 일반적으로 물, EDTA, CDTA, ammonium oxalate와 같은 킬레이트제나 산 혹은 알카리 용액의 처리에 의해 단계적으로 추출할 수 있으며, 육상과실 중에서 생리활성기능이 높은 것으로 보고된 사과 펙틴의 경우 갈락투론산의 측쇄에 아라비노스를 약 40% 함유하고 있다. 또한 현재 우리나라에서는 감귤박을 이용하여 펙틴을 생산하는데 이러한 감귤박 유래의 펙틴과는 조성이 상이하여, 생리활성이 상이한 펙틴에 대한 구체적인 연구 필요성이 있다.

미세조류(microalgae) 중 스피룰리나 및 클로렐라는 광합성 능력을 가지고 태어난 생물로 생태계 내에서 기초생산자로서 중요한 역할을 담당하며 기초과학/기후변화 연구재료, 대체에너지, 먹이생물로 활용 될 뿐만 아니라(한국공개특허 2014-0113769호, 한국공개특허 2014-0085950호 등) 식약청에 등록된 미세조류 종으로 식품 및 의약품의 원료, 건강보조식품 등의 분야에서도 활발히 이용되고 있다.

미세조류는 세포분열 및 세포성장 속도가 매우 빨라 단위면적당 생산량이 육상작물에 비해 훨씬 높고, 육상작물의 생육이 거의 불가능한 척박한 사막 지역에서도 배양이 가능하며 대량배양 후 원료 수거가 용이하여 큰 활용 잠재력을 가지고 있는 생물자원이다.

본 발명자들은 생산 속도 및 생산량이 우수한 미세조류를 이용하여 펙틴을 생산하는 방법을 연구하던 중, 미세조류로부터 갈락투론산이 함유된 펙틴을 고수율로 생산하는 방법을 개발하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 미세조류로부터 펙틴을 고수율로 분리하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은,

미세조류 재료를 준비하는 단계;

상기 미세조류 재료를 용매와 혼합하는 단계;및

상기 혼합물을 열 추출하는 단계를 포함하는 펙틴의 제조 방법을 제공한다.

본 발명의 제조 방법을 이용하여 미세조류로부터 갈락투론산이 함유된 펙틴을 높은 수율로 얻을 수 있다. 특히 본 발명의 제조 방법을 이용 시 미세조류로부터 갈락투론산이 특정 함량 범위로 함유된 펙틴을 높은 수율로 얻을 수 있다.

도 1은 용매의 종류에 따른 펙틴 수율을 나타낸다.
도 2는 HCl의 pH에 따른 펙틴 수율을 나타낸다.
도 3은 추출 온도에 따른 펙틴 수율을 나타낸다.
도 4는 미세조류 유래 펙틴의 갈락투론산 함량을 나타낸다.

본 발명은,

미세조류 재료를 준비하는 단계;

상기 미세조류 재료를 용매와 혼합하는 단계;및

상기 혼합물을 열 추출하는 단계를 포함하는 펙틴의 제조 방법에 대한 것이다.

본 발명은 또한 본 발명의 제조 방법으로 제조한 펙틴에 대한 것이다.

또한 본 발명은 본 발명의 제조 방법으로 제조한 미세조류 유래 펙틴을 포함하는 식품 조성물/식품 첨가제, 기능성 화장품 원료 및 의료용 원료의 잠재성에 대한 것이다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

미세조류

본 발명의 미세조류는 세포벽에 펙틴을 함유하고 있는 미세조류이다. 바람직하게는 상기 미세조류는 남세균(남조류)과 녹조미세조류를 포함하며, 더욱 바람직하게는 스피룰리나 또는 클로렐라이다.

미세조류 재료

본 발명의 미세조류 재료는 펙틴 추출을 위하여 미세조류에 전처리를 가한 것을 가리킨다. 바람직하게는 본 발명의 미세조류 재료는 미세조류를 건조시킨 후 분쇄하여 제조한 분말이다.

용매

본 발명의 용매는 유기용매로, 바람직하게는 중성의 물(예컨대 일반적인 증류수) 또는 산성 유기용매이다. 더욱 바람직하게는 본 발명의 용매는 pH 1 내지 pH 4.5의 산성 유기용매이고, 더더욱 바람직하게는 본 발명의 용매는 pH 3.0 내지 pH 4.0의 산성 유기용매이고, 가장 바람직하게는 본 발명의 용매는 pH 3.0 내지 pH 4.0의 염산(HCl)이다.

본 발명의 미세조류 재료와 용매는 1: 5 내지 1:15의 중량비로 혼합하여 혼합물의 상태로 이용하며, 바람직하게는 1: 7 내지 1:13의 중량비로 혼합한다.

열 추출

상기 열 추출은 50 ℃ 내지 120 ℃에서 수행되며, 바람직하게는 70 ℃ 내지 80 ℃, 또는 90 ℃ 내지 100 ℃에서 수행된다. 상기 70 ℃ 내지 80 ℃, 또는 90 ℃ 내지 100 ℃의 온도 범위에서 추출 시 펙틴의 수율이 훨씬 높아지게 된다.

펙틴

본 발명의 펙틴은 미세조류 유래의 펙틴으로, 산업적으로 널리 이용되는 감귤박 유래 펙틴에 비하여 갈락투론산 함량이 낮은 것을 특징으로 한다. 예컨대, 본 발명의 펙틴은 총 다당류 중 갈락투론산 함량이 50 중량% 미만이며, 바람직하게는 총 다당류 중 갈락투론산 함량이 30 중량% 미만이고, 더욱 바람직하게는 총 다당류 중 갈락투론산 함량이 20 중량% 미만이다.

식품 조성물

본 발명은 본 발명의 제조 방법으로 제조된 펙틴을 포함하는 식품 조성물에 대한 것이다.

상기 식품 조성물은 일반 식품, 건강보조식품, 건강기능식품, 기능성 식품, 운동 보조제 등이나 이에 제한되는 것은 아니며, 천연식품, 가공식품, 일반적인 식자재 등에 본 발명의 펙틴을 첨가한 것도 포함된다.

본 발명의 펙틴을 포함하는 식품 조성물은, 상기 펙틴을 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 조성물과 함께 사용될 수 있으며, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다. 유효 성분의 혼합양은 그의 사용 목적(예방 또는 건강 유지 목적)에 따라 적합하게 결정될 수 있다. 일반적으로, 본 발명의 펙틴을 식품 또는 음료의 제조시에 원료에 대하여 0.01 내지 70.00 중량%, 바람직하게는 0.01 내지 30.00 중량%의 양으로 첨가할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 0.01 내지 10.00 중량%의 양으로 첨가할 수 있다.

상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 본 발명의 펙틴을 포함하는 식품 조성물은 정제, 경질 또는 연질 캅셀제, 액제, 현탁제 등과 같은 경구투여용 제제의 형태로 이용될 수 있으며, 이들 제제는 허용 가능한 통상의 담체, 예를 들어 경구투여용 제제의 경우에는 부형제, 결합제, 붕해제, 활택제, 가용화제, 현탁화제, 보존제 또는 증량제 등을 사용하여 조제할 수 있다.

상기 펙틴을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료, 파우더 제제 및 비타민 복합제 등을 들 수 있으나 이들 종류의 식품으로 제한되는 것은 아니다.

식품 첨가제

본 발명은 본 발명의 펙틴을 포함하는 식품 첨가제에 대한 것이다. 상기 식품 첨가제는 식품에 일반적으로 사용되는 식품 첨가제를 가리키며, 특별히 그 종류나 용도가 제한되는 것은 아니다.

화장료 조성물

본 발명은 본 발명의 펙틴을 포함하는 화장료 조성물에 대한 것이다. 본 발명의 화장료 조성물은, 당업계의 통상적으로 제조되는 어떠한 제형에도 제조될 수 있으며 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 젤, 크림, 로션, 파우더, 비누, 계면활성제-함유 클렌징, 오일, 분말 파운데이션, 유탁액 파운데이션, 왁스 파운데이션 및 스프레이 등으로 제형화될 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 또한 본 발명의 화장료 조성물은 유연화장수, 영양화장수, 영양크림, 마사지크림, 에센스, 아이크림, 클렌징크림, 클렌징폼, 클렌징워터, 팩, 스프레이 또는 파우더 제형으로 제조될 수도 있다.

기능성 화장품 원료

본 발명은 본 발명의 펙틴을 포함하는 기능성 화장품 원료에 대한 것이다. 상기 기능성 화장품 원료는 미백, 주름 완화, 피부 보습 등의 기능성을 갖는 화장품 원료로, 화장료 조성물에 사용되는 원료를 의미하며 특별히 제한되는 것은 아니다.

의료품

본 발명은 본 발명의 펙틴을 포함하는 의료품에 대한 것이다. 상기 의료품은 의약, 약학적 조성물, 의료용 부자재 등을 포함하며 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.

의료용 원료

본 발명은 본 발명의 펙틴을 포함하는 의료용 원료에 대한 것이다. 상기 의료용 원료는 의약, 약학적 조성물, 의료용 부자재 등에 사용되는 재료를 포함하며 그 종류가 특별히 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

<재료 및 방법>

스피룰리나, 클로렐라 및 감귤박은 시중에 유통되는 것을 구입하여 사용하였다. 구입한 스피룰리나, 클로렐라 및 감귤박을 각각 건조한 후 분쇄하여, 분말을 수득하고 이를 이용하여 하기 실험들을 수행하였다.

갈락투론산 함량은 Sulfamate/3-Phenylphenol Colorimetric Method (Fillisetti-Cozzi & Carpita, 1991) 방법에 따라 측정하였고, 0.001~0.010% 갈락투론산(Sigma, USA)을 표준물질로 사용하였다. 측정한 갈락투론산 함량은 펙틴 내 총 다당류 함량 100%에 대한 갈락투론산 함량의 중량%로 나타내었다.

한편, 펙틴 수율은 펙틴을 추출하기 전 초기 재료(스피룰리나, 클로렐라 및 감귤박)의 건조 분말 무게에 대한 추출 후 생산된 펙틴의 무게를 백분율(%)로 나타내었다.

<실험예 1> 용매에 따른 수율 평가

스피룰리나 건조분말, 클로렐라 건조분말, 감귤박 건조분말을 이용하여 추출 용매에 따른 펙틴 수율을 평가하였다.

구체적인 평가 방법은 하기와 같다. 먼저, 물, HCl (pH2.5), 구연산(pH2.5)을 상기 건조 분말들과 각각 1:10의 중량비로 혼합한 후, 30분간 Ultrabath sonicator 처리를 하였다. 그 후 1시간 동안 85 ℃의 waterbath에서 1 시간 동안 열추출하였다. 그리고 15분 동안 원심분리(16,000 g)하고 여과하였다. 그 후 10N NaOH를 이용하여 pH를 pH 3.5로 조정하고, 4 ℃에서 95% 에탄올(3 배 부피)로 1시간 동안 정제하고, 역시 95% 에탄올을 이용하여 3회 세척하였다. 그 후 50 ℃에서 열건조하여 펙틴을 수득하였다.

그 결과, 스피룰리나를 HCl과 물을 사용하여 추출 하였을 때 펙틴 수율이 14.7% 내외로 가장 높게 나타났고, 클로렐라의 경우 감귤박과 유사한 4~5% 펙틴 수율을 확인하였다(도 1).

<실험예 2> 용매의 pH에 따른 수율 평가

상기 실험예 1의 결과에 따라, 스피룰리나 건조분말, 클로렐라 건조분말, 감귤박 건조분말을 이용하여 HCl로 추출 시 HCl의 pH에 따른 펙틴 수율을 평가하였다.

구체적인 평가 방법은 하기와 같다. 먼저, 물, HCL (pH1.5, pH2.5, pH3.5)을 상기 건조 분말들과 각각 1:10의 중량비로 혼합한 후, 30분간 Ultrabath sonicator 처리를 하였다. 그 후 1시간 동안 85 ℃의 waterbath에서 1 시간 동안 열 추출하였다. 그리고 15분 동안 원심분리(16,000 g)하고 여과하였다. 그 후 10N NaOH를 이용하여 pH를 pH 3.5로 조정하고, 4 ℃에서 95% 에탄올(3 배 부피)로 1시간 동안 정제하고, 역시 95% 에탄올을 이용하여 3회 세척하였다. 그 후 50 ℃에서 열건조하여 펙틴을 수득하였다.

그 결과, pH3.5의 HCl을 사용하여 스피룰리나 건조분말로부터 펙틴을 분리 시 수율이 가장 높은 것을 알 수 있었다(도 2).

<실험예 3> 온도에 따른 수율 평가

상기 실험예 1 및 실험예 2 의 결과에 따라, 스피룰리나 건조분말, 클로렐라 건조분말, 감귤박 건조분말을 이용하여 pH3.5의 HCl로 추출 시 추출 온도에 따른 펙틴 수율을 평가하였다.

구체적인 평가 방법은 하기와 같다. 먼저, HCL (pH3.5)을 상기 건조 분말들과 각각 1:10의 중량비로 혼합한 후, 30분간 Ultrabath sonicator 처리를 하였다. 그 후 1시간 동안 waterbath에서 1 시간 동안 열 추출하였는데, 이 때 온도를 65 ℃, 75 ℃, 85 ℃ 및 95 ℃로 다양하게 하여 열 추출하였다. 그리고 15분 동안 원심분리(16,000 g)하고 여과하였다. 그 후 10N NaOH를 이용하여 pH를 pH 3.5로 조정하고, 4 ℃에서 95% 에탄올(3 배 부피)로 1시간 동안 정제하고, 역시 95% 에탄올을 이용하여 3회 세척하였다. 그 후 50 ℃에서 열건조하여 펙틴을 수득하였다.

그 결과, pH3.5의 HCl을 용매로 사용하여 95 °C에 열 추출한 경우 스피룰리나의 펙틴 수율은 25.1 %로 확인되었는데(도 3), 이와 같은 결과는 상기 도 1에서 확인된 스피룰리나 펙틴 수율 결과에 비하여 10.4% 향상된 결과이다.

그러므로 펙틴 생산에 산업적으로 널리 사용되는 감귤박에 비교할 때, 클로렐라와 스피룰리나, 특히 스피룰리나는 펙틴의 제조 시 산업적으로 이용 가치가 상당히 높은 것을 알 수 있었다.

<실험예 4> 펙틴 내 갈락투론산 함량 평가

스피룰리나 건조분말, 클로렐라 건조분말, 감귤박 건조분말을 이용하여 상기 실험예 3의 95 ℃에서의 열 추출로 수득한 펙틴들의 성분을 조사하였다. 또한 스피룰리나 건조분말, 클로렐라 건조분말, 감귤박 건조분말을 이용하여 상기 실험예 2에서 증류수 추출로 수득한 펙틴들의 성분을 조사하였다.

구체적으로는 상기 펙틴들의 갈락투론산 함량을 측정하였다. 추출된 각각의 펙틴 시료(100 ug/mL) 0.4 mL에 4 M sulfamate solution 40 uL를 첨가한 후, 75 mM sodium tetraborate를 함유한 sulfuric acid 2.5 mL를 첨가하고 water bath를 이용하여 100 ℃로 15분간 가열한 후 다시 ice water bath 로 상온까지 식혔다. 그리고 0.15% 3-phenylphenol를 함유한 0.5% NaOH 80 uL를 가하여 30초 동안 혼합하고, 그리고 반응 후 5 분 후에 525 nm에서 흡광도를 측정하였다.

그 결과, 스피룰리나 및 클로렐라의 갈락투론산 함량이 감귤박의 갈락투론산 함량에 비하여 낮은 것으로 확인되었다(도 4).

Claims (16)

1. 미세조류 재료를 준비하는 단계;
   상기 미세조류 재료를 pH 1 내지 pH 4.5의 산성 유기용매와 혼합하는 단계;및
   상기 혼합물을 50 ℃ 내지 120 ℃에서 열 추출하는 단계를 포함하는,
   총 다당류 중 갈락투론산 함량이 50 중량% 미만인 펙틴의 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 미세조류는 스피룰리나인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 미세조류 재료는 미세조류를 건조시킨 후 분쇄하여 제조한 분말인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 미세조류는 클로렐라인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 용매는 pH 3.0 내지 pH 4.0의 HCl인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
6. 삭제
7. 제 1항에 있어서,
   상기 열 추출은 70 ℃ 내지 80 ℃, 또는 90 ℃ 내지 100 ℃ 에서 수행되는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
8. 삭제
9. 제 1항에 있어서,
   상기 펙틴은 총 다당류 중 갈락투론산 함량이 30 중량% 미만인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
10. 제 1항 내지 제 5항, 제 7항 및 제 9항 중 어느 한 항의 방법으로 제조한,
    총 다당류 중 갈락투론산 함량이 50 중량% 미만인 펙틴.
    
11. 제 10항의 펙틴을 포함하는 식품 조성물.
    
12. 제 10항의 펙틴을 포함하는 식품 첨가제.
    
13. 제 10항의 펙틴을 포함하는 기능성 화장품 원료.
    
14. 제 10항의 펙틴을 포함하는 화장료 조성물.
    
15. 제 10항의 펙틴을 포함하는 의료용 원료.
    
16. 제 10항의 펙틴을 포함하는 의료품.
    

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