KR101713932B1 - Method of preparing alginate having low molecular weight using hydrogen peroxide and ultrasonic wave - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저분자 알긴산염 제조방법에 관한 것으로서, 과산화수소와 초음파를 가해 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시킨 후 효소를 이용하여 과산화수소를 빠르게 제거하여 저분자 알긴산염의 수율을 높이고 항균활성을 향상시킬 수 있는 저분자 알긴산염 제조방법에 관한 것이다.
본 발명의 과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법은 고분자 알긴산염을 용해시키는 용해단계와, 용해단계에서 수득한 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하여 상기 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시키는 분해반응단계와, 분해반응단계에서 수득한 저분자 알긴산염 용액에 카탈라아제 효소를 가하여 상기 저분자 알긴산염 용액에 함유된 과산화수소를 제거하는 후처리단계를 포함한다.
The present invention relates to a process for producing a low molecular weight alginate, which comprises decomposing a polymeric alginate into a low molecular weight alginate by applying hydrogen peroxide and ultrasonic waves, rapidly removing the hydrogen peroxide by using the enzyme to increase the yield of the low molecular weight alginate, And a method for producing a low molecular weight alginate.
The method for producing a low molecular weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic waves according to the present invention comprises a step of dissolving a polymer alginate, a step of adding hydrogen peroxide solution to the high molecular alginate solution obtained in the dissolution step, And a post-treatment step of removing the hydrogen peroxide contained in the low molecular weight alginate solution by adding a catalase enzyme to the low molecular weight alginate solution obtained in the decomposition reaction step.

Description

과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법{Method of preparing alginate having low molecular weight using hydrogen peroxide and ultrasonic wave}[0001] The present invention relates to a method for preparing low molecular weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic waves,

본 발명은 저분자 알긴산염 제조방법에 관한 것으로서, 과산화수소와 초음파를 가해 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시킨 후 효소를 이용하여 과산화수소를 빠르게 제거하여 저분자 알긴산염의 수율을 높이고 항균활성을 향상시킬 수 있는 저분자 알긴산염 제조방법에 관한 것이다. The present invention relates to a process for producing a low molecular weight alginate, which comprises decomposing a polymeric alginate into a low molecular weight alginate by applying hydrogen peroxide and ultrasonic waves, rapidly removing the hydrogen peroxide by using the enzyme to increase the yield of the low molecular weight alginate, And a method for producing a low molecular weight alginate.

알긴산염은 α-L-글루론네이트(α-L-guluronic acid)[G]와 β-D-만루론네이트(β-D-mannuronic aicd)[M]로 구성되어 있으며, MM 블럭, GG 블럭의 호모폴리머 블럭(homopolymer block) 혹은 MG 블럭과 같은 헤테로폴리머 블럭(heteropolymer block)이 번갈아가면서 α-1,4 또는 β-1,4 결합으로 구성된 다당류(polysaccharide)로서, 미역이나 다시마 등의 갈조류에 많이 함유되어 있다. The alginate is composed of? -L-guluronic acid [G] and? -D-mannuronic aicd [M], and an MM block, a GG block A heteropolymer block such as a homopolymer block or a MG block of polysaccharides consisting of an α-1,4 or a β-1,4 bond in turn, is used as a polysaccharide in brown algae such as seaweed or sea tangle It contains a lot.

이러한 알긴산염은 고분자 다당류로 분자량, 결합순서와 방법에 따른 구조의 다양성에 따라 겔 형성능력, 점도 증진능력, 수분 흡수능력, 결착능력, 점착능력, 윤활능력 및 필름 형성능력 등의 광범위한 특성을 가져 식품, 화장품, 제지 및 의약품 등 여러 분야의 산업적 응용에 검토되어 왔다. These alginates are polymeric polysaccharides and have a wide range of properties such as gel forming ability, viscosity increasing ability, water absorbing ability, binding ability, sticking ability, lubricating ability and film forming ability depending on the molecular weight, Food, cosmetics, paper and pharmaceuticals.

또한 최근에는 알긴산염의 난소화성 특성을 부각시켜 식이 섬유로써 변비 치유, 비만 억제, 항암작용 및 인체 내독성 발휘 억제효과도 보고되었다. 이와 같이 천연섬유질 다당류인 알긴산염의 기능성이 밝혀지면서 알긴산염을 식품, 화장품, 의료용 소재 등으로 이용하기 위한 연구가 진행되고 있다. In addition, recently, it has been reported that the defatting properties of alginate are emphasized, and as a dietary fiber, constipation healing, obesity suppression, anticancer action and suppression of toxicity in human body have been reported. As the functional properties of alginate as a natural fiber polysaccharide are revealed, studies are being conducted to use alginate as food, cosmetics, and medical materials.

하지만 통상적으로 사용되는 고분자 알긴산염은 상온에서 용해 시간이 길고, 농도의 증가에는 고점도 특성을 보임에 따라 그 사용에 제약이 있다. 이러한 단점들을 해결하기 위해 저분자 알긴산염의 필요성이 제기되었고, 현재까지 생분해성, 가식성 필름으로서 저분자 알긴산염이 수증기 투과율과 유연성 증대의 이점, 저분자 알긴산염이 콜레스테롤(cholesterol)과 카드뮴(Cd)의 체외 배출효과의 우수와 혈중 글루코스(glucose) 농도 저하의 효과, 어육연제품에 있어서 어묵의 주요 부패균이 Bacillus. sp.의 증식을 억제를 통한 저장성의 증대 등 저분자 알긴산염의 효용에 대한 연구가 계속해서 보고되고 있다. However, conventionally used polymeric alginates have a limited dissolution time at room temperature and have a high viscosity at elevated concentration. In order to solve these drawbacks, the necessity of low molecular weight alginate has been suggested. As a biodegradable and edible film, low molecular weight alginate has been widely used as a biodegradable and edible film in that the water vapor permeability and the flexibility are increased and the low molecular alginate is added to the cholesterol and cadmium (Cd) Effect of Exhaust Emission and Glucose Concentration on Bacillus sp. Studies on the efficacy of low molecular weight alginates such as increasing storage stability by inhibiting the proliferation of sp. have been reported.

현재까지 사용된 고분자 알긴산염의 분해방법으로는 가열 가수분해와 화학적 분해 및 효소분해법 등이 있다. 가열가수분해에 의해 생성된 저분자 알기산염의 점도와 평균 분자량 사이에는 밀접한 상관관계가 있음이 발표되었고(Kim and Cho, 2000), 인산을 이용하여 분해한 뒤 시간에 따른 수율과 분자량을 나타낸 화학적 가수분해 방법(Ikeda et al., 2000)은 효율성을 강조하였다. 그러나 이 모든 방법은 분해시간, pH, 화학약품이나 효소의 투여량 등 공정이 복잡하여 균일한 분자량의 알긴산염을 얻기는 힘들고 산업적 측면에서 이용하기에는 힘들 실정이다. 또한, 감마선을 이용한 일간산염의 저분자화 방법은 감마선 발생 자체가 전원에 의해서 조절이 가능하여 공정제어, 정확성, 에너지 효율성, 소비자 수용성 등의 측면에 장점이 있어 활발한 연구활동이 이루어지고 있지만(Kang et al., 1999; Ikeda et al., 2000), 감마선 조사 시의 공기 조성에 따라 품질변화가 일어날 수 있으며, 대량 생산 측면에서 효율이 떨어지고, 고가의 설비비 및 경제적인 측면에서 효율이 낮다는 문제가 있다. The methods of decomposing the polymer alginates used up to now include heating hydrolysis, chemical decomposition and enzymatic decomposition. It has been reported that there is a close correlation between the viscosity and the average molecular weight of the low molecular alginate produced by hydrolysis (Kim and Cho, 2000), and the chemical yields and molecular weights The decomposition method (Ikeda et al., 2000) emphasizes efficiency. However, all of these methods have difficulties in obtaining an alginate having a uniform molecular weight due to complicated processes such as decomposition time, pH, dosage of chemicals and enzymes, and are difficult to use in industrial aspects. In addition, the low-molecular-weight method of the monatin salt using the gamma ray has been actively carried out since the gamma ray generation itself can be controlled by the power source and has advantages in process control, accuracy, energy efficiency and consumer acceptability (Kang et (1999), Ikeda et al., 2000), there is a problem that the quality may vary depending on the air composition during the irradiation of gamma rays, the efficiency is low in terms of mass production, the efficiency is low in terms of high cost, have.

대한민국 공개특허 제 10-2010-0005806호에는 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염 제조방법이 개시되어 있다. Korean Patent Laid-Open No. 10-2010-0005806 discloses a method for producing low-molecular alginate and low-molecular-weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic waves.

상기 제조방법은 알긴산염 1 중량부에 대하여 10(w/v)% 내지 40(w/v)%의 과산화수소를 40 중량부 내지 60 중량부로 첨가하여 용해시키는 단계 및 상기 혼합액에 초음파를 처리하는 단계를 포함한다.The method comprises: adding 40 to 60 parts by weight of hydrogen peroxide in an amount of 10 (w / v) to 40 (w / v) per 1 part by weight of alginate to dissolve the mixture; and treating the mixture with ultrasonic waves .

상기 제조방법은 고분자 알긴산염을 분해하기 위해 첨가되는 과산화수소를 효과적으로 제거할 수 없는 문제점이 있다. There is a problem in that the hydrogen peroxide added to decompose the polymer alginate can not be effectively removed.

대한민국 공개특허 제 10-2010-0005806호: 과산화수소 및 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 및 저분자 은-알긴산염 제조방법Korean Patent Publication No. 10-2010-0005806: Low-molecular alginate and low-molecular-weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic wave

본 발명은 상술한 문제점을 해결하기 위하여 창안된 것으로, 본 발명은 과산화수소와 초음파를 가해 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시킨 후 효소를 이용하여 과산화수소를 빠르게 제거하여 저분자 알긴산염의 수율을 높이고 항균활성을 향상시킬 수 있는 저분자 알긴산염 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다. Disclosure of Invention Technical Problem [8] Accordingly, the present invention has been made in order to solve the above problems, and it is an object of the present invention to provide a method for preparing a polymeric alginate by decomposing a polymeric alginate into a low molecular weight alginate by adding hydrogen peroxide and ultrasonic waves, The present invention also provides a method for producing a low molecular weight alginate,

상기의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법은 고분자 알긴산염을 용해시키는 용해단계와; 상기 용해단계에서 수득한 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하여 상기 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시키는 분해반응단계와; 상기 분해반응단계에서 수득한 저분자 알긴산염 용액에 카탈라아제 효소를 가하여 상기 저분자 알긴산염 용액에 함유된 과산화수소를 제거하는 후처리단계;를 포함하는 것을 특징으로 한다.In order to accomplish the above object, the present invention provides a method for producing a low molecular weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic waves, comprising: dissolving a polymer alginate; A decomposition reaction step of adding hydrogen peroxide solution to the polymer alginate solution obtained in the dissolution step and then decomposing the polymer alginate into a low molecular weight alginate by irradiation with ultrasonic waves; And a post-treatment step of adding catalase enzyme to the low molecular weight alginate solution obtained in the decomposition reaction step to remove hydrogen peroxide contained in the low molecular weight alginate solution.

상기 분해반응단계는 상기 고분자 알긴산염 용액의 온도를 50 내지 80℃로 유지한 상태에서 상기 초음파를 16 내지 22시간 동안 조사하는 것을 특징으로 한다.The decomposition reaction step is characterized in that the ultrasonic wave is irradiated for 16 to 22 hours while maintaining the temperature of the polymer alginate solution at 50 to 80 캜.

상기 후처리단계는 상기 저분자 알긴산염 용액 중의 상기 카탈라아제 효소 농도가 1 내지 100ppm인 것을 특징으로 한다.The post-treatment step is characterized in that the catalase enzyme concentration in the low molecular weight alginate solution is 1 to 100 ppm.

상기 저분자 알긴산염은 중량평균분자량 4082 내지 14108 Da으로서 대장균(Escherichia coli), 포도상구균(Staphylococcus aureus), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)에 대하여 항균활성을 갖는 것을 특징으로 한다. The low molecular weight alginate has a weight average molecular weight of 4082 to 14108 Da, and Escherichia coli , Staphylococcus aureus , and Pseudomonas aeruginosa .

본 발명은 과산화수소와 초음파를 이용하여 고분자 알긴산염을 분자량 4,082 Da 내지 14,108 Da의 저분자 알긴산염으로 분해할 수 있어 저분자 알긴산염의 수율을 높이고 항균활성을 향상시킬 수 있다. The present invention can decompose a polymeric alginate into a low molecular weight alginate having a molecular weight of 4,082 Da to 14,108 Da using hydrogen peroxide and ultrasonic waves, thereby increasing the yield of the low molecular weight alginate and improving the antimicrobial activity.

또한, 본 발명은 저분자 알긴산염으로 분해시킨 후 카탈라아제 효소를 이용하여 과산화수소를 빠르게 제거함으로써 저분자 알긴산염을 고효율적으로 생산할 수 있다. In addition, the present invention can efficiently produce low molecular weight alginate by decomposing into low molecular alginate and then rapidly removing hydrogen peroxide using catalase enzyme.

도 1은 고분자 알긴산염을 용해시키는 용해부, 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하는 분해반응부, 저분자 알긴산염 용액에 효소를 가하여 과산화수소를 제거하는 후처리부가 하나의 시스템으로 모듈화된 장치를 개략적으로 나타낸 정면도이다.
도 2는 분해반응온도에 의한 저분자화 진행시 잔존하는 과산화수소의 농도와 소모되는 과산화수소의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 분해반응온도에 의한 저분자화 진행시 분해반응시간에 따른 알긴산염의 MALS-GPC(Multi Angle Light Scattering Gel Permeation Chromatography) 그래프이다.
도 4는 카탈라아제 효소의 농도를 달리하여 효소처리시 시간에 따른 잔존 과산화수소의 농도를 나타낸 그래프이다.
도 5는 분해반응온도에 따른 저분자 알긴산염의 FT-IR 결과이다.
도 6은 분해반응온도에 따른 저분자 알긴산염의 H1-NMR 결과이다.
도 7는 중량 평균 분자량이 401,271 Da인 고분자 알긴산염의 농도 1.00%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 8a는 중량 평균 분자량이 14,108 Da인 저분자 알긴산염의 농도 1.00%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 8.b는 중량 평균 분자량이 14,108 Da인 저분자 알긴산염 농도 0.50%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 8.c는 중량 평균 분자량이 14,108 Da인 저분자 알긴산염 0.10%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 9.a는 중량 평균 분자량이 4,082 Da인 저분자 알긴산염 1.00%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 9.b는 중량 평균 분자량이 4,082 Da인 저분자 알긴산염 0.10%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
도 9.c는 중량 평균 분자량이 4,082 Da인 저분자 알긴산염 0.05%에서 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대한 항균실험 결과 사진이다.
FIG. 1 is a schematic view showing a dissolution part for dissolving a polymer alginate, a decomposition part for adding ultrasonic waves after adding hydrogen peroxide solution to a polymer alginate solution, and a post-processing part for removing hydrogen peroxide by adding an enzyme to a low molecular weight alginate solution Figure 2 is a front view schematically illustrating a modularized device.
FIG. 2 is a graph showing the concentration of hydrogen peroxide remaining and the concentration of consumed hydrogen peroxide when the low molecular weight is progressed according to the decomposition reaction temperature.
FIG. 3 is a graph of MALS-GPC (Multi Angle Light Scattering Gel Permeation Chromatography) of alginate according to decomposition reaction time at the time of low molecular weight progress according to decomposition reaction temperature.
FIG. 4 is a graph showing the concentration of residual hydrogen peroxide with time at the time of enzyme treatment by varying the concentration of the catalase enzyme.
FIG. 5 shows the FT-IR results of the low molecular alginate according to the decomposition reaction temperature.
FIG. 6 shows the H 1 -NMR results of the low molecular weight alginate according to the decomposition reaction temperature.
FIG. 7 is a photograph of an antibacterial test result of Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at a concentration of a polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,271 Da at a concentration of 1.00%.
8A is a photograph of an antibacterial test result for Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at a concentration of a low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 14,108 Da at 1.00%.
FIG. 8b is a photograph of the result of antibacterial test against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at a concentration of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 14,108 Da of 0.50%.
FIG. 8c is a photograph of an antibacterial test result of Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at 0.10% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 14,108 Da.
9.9a is a photograph of an antibacterial test result of Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa in 1.00% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da.
FIG. 9.b is a photograph of an antibacterial test result against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at 0.10% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da.
Fig. 9.c is a photograph of an antimicrobial test result of Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa at 0.05% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da.

이하, 본 발명의 바람직한 실시 예에 따른 과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법에 대하여 구체적으로 설명한다. Hereinafter, a method for producing a low molecular weight alginate using hydrogen peroxide and ultrasonic waves according to a preferred embodiment of the present invention will be described in detail.

본 발명의 저분자 알긴산염 제조방법은 크게 고분자 알긴산염을 용해시키는 용해단계와, 용해단계에서 수득한 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하여 상기 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시키는 분해반응단계와, 분해반응단계에서 수득한 저분자 알긴산염 용액에 카탈라아제 효소를 가하여 상기 저분자 알긴산염 용액에 함유된 과산화수소를 제거하는 후처리단계를 포함한다. The method for producing a low molecular weight alginate of the present invention comprises a dissolution step of dissolving a polymer alginate, a step of dissolving the polymer alginate into a low molecular weight alginate by irradiating ultrasonic waves after adding hydrogen peroxide solution to the polymer alginate solution obtained in the dissolution step, And a post-treatment step of removing the hydrogen peroxide contained in the low molecular weight alginate solution by adding a catalase enzyme to the low molecular weight alginate solution obtained in the decomposition reaction step.

1. 용해단계1. Dissolution step

먼저, 용해단계에서 고분자 알긴산염을 용해시킨다. First, the polymer alginate is dissolved in the dissolution step.

고분자 알긴산염(alginate)은 갈조류의 세포벽 또는 세포간질에 함유되어 있는 다당류의 일종으로, α-L-글루론네이트와 β-D-만루론네이트 잔기를 함유하는 선형의 분지되지 않은 화학 중합체이다. 본 발명에서 고분자 알긴산염은 중량평균분자량 400,000Da 또는 그 이상의 것을 의미한다. Polymer alginate is a type of polysaccharide contained in the cell wall or cell epilepsy of brown algae and is a linear unbranched chemical polymer containing α-L-glucuronate and β-D-maleuronate residues. In the present invention, the polymer alginate means a weight average molecular weight of 400,000 Da or more.

본 발명에서 저분자화에 유용한 고분자 알긴산염으로는 알긴산염의 1 가 염, 예를 들어 나트륨 및 칼륨 알긴산염, 은 알긴산염 뿐만 아니라 알긴산염의 에스터화된 형태, 예를 들어 프로필렌 글리콜 알긴산염을 들 수 있다. 상기와 같은 모든 에스터화된 형태들은 본 발명에 사용되는 알긴산염의 정의 내에 포함된다. 본 발명에 사용될 수 있는 알긴산염의 추가적인 예로 마그네슘 알긴산염 및 3-에탄올 아민 알긴산염이 있다. 상기와 같은 알긴산염들은 단독으로 또는 2 이상이 함께 사용될 수 있다. Polymeric alginates useful for lower molecular weight in the present invention include monovalent salts of alginic acid salts such as sodium and potassium alginate, silver alginate as well as the esterified form of alginate, for example, propylene glycol alginate . All such esterified forms are included within the definition of the alginate salt used in the present invention. Further examples of alginates which may be used in the present invention include magnesium alginate and 3-ethanolamine alginate. These alginates may be used singly or in combination of two or more.

고분자 알긴산염은 시중에서 판매되는 제품을 이용하거나, 미역이나 다시마와 같은 갈조류로부터 공지의 방법을 이용하여 추출하여 이용할 수 있다.The polymeric alginate can be extracted from commercially available products or from brown algae such as seaweed or sea tangle using known methods.

준비된 고분자 알긴산염을 증류수에 용해시켜 고분자 알긴산염 용액을 얻는다. 고분자 알긴산염 용액 중의 고분자 알긴산염의 농도는 1 내지 5%(질량백분율, 이하 농도%는 질량백분율을 의미함)일 수 있다. The prepared polymer alginate is dissolved in distilled water to obtain a polymer alginate solution. The concentration of the polymeric alginate in the polymeric alginate solution may be 1 to 5% (mass percentage, hereinafter, concentration% means mass percentage).

2. 분해반응단계2. Decomposition reaction step

상기 용해단계에서 수득한 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하여 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시킨다. Hydrogen peroxide water is added to the polymer alginate solution obtained in the above-mentioned dissolution step, and the polymer alginate is decomposed into low molecular weight alginate by irradiating ultrasonic waves.

고분자 알긴산염 용액 100부피부에 대하여 과산화수소수 10 내지 50부피부를 첨가할 수 있다. 과산화수소수를 고분자 알긴산염 용액에 첨가한 상태에서 고분자 알긴산염 용액 중의 과산화수소의 농도는 1%인 것이 바람직하다. 100 parts of polymeric alginate solution, 10 to 50 parts of hydrogen peroxide solution may be added to the skin. When the hydrogen peroxide solution is added to the polymer alginate solution, the concentration of hydrogen peroxide in the polymer alginate solution is preferably 1%.

과산화수소수를 고분자 알긴산염 용액에 첨가한 후 교반하면서 초음파를 조사하여 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시킨다. Hydrogen peroxide water is added to the polymer alginate solution, and the polymer alginate is decomposed into low molecular weight alginate by irradiation with ultrasonic waves while stirring.

분해반응단계는 고분자 알긴산염 용액의 온도를 50 내지 80℃로 유지한 상태에서 초음파를 16 내지 22시간 동안 조사할 수 있다. 초음파로 48 내지 60kHz를 이용할 수 있다. In the decomposition reaction step, ultrasonic waves can be irradiated for 16 to 22 hours while the temperature of the polymeric alginate solution is maintained at 50 to 80 캜. 48 to 60 kHz can be used as an ultrasonic wave.

분해반응 온도가 50℃ 미만이면 알긴산염 분자의 분자운동이 한정되어 초음파에 의한 구조 변화가 원활하게 이루어지지 않으며, 100 ℃를 초과하면 과산화수소에 의해 생성되는 OH 라디칼에 의한 폭발 위험성이 증가되므로 상기 범위를 유지하는 것이 바람직하다. If the decomposition reaction temperature is less than 50 캜, the molecular motion of the alginate molecule is limited, and the structural change due to the ultrasonic wave is not smoothly performed. If the temperature exceeds 100 캜, the risk of explosion by OH radicals generated by hydrogen peroxide increases, .

이와 같이 본 발명은 과산화수소를 이용하여 하이드록시 라디칼로 분해되는 효율을 높이며, 초음파 조사를 통해 라디칼의 생성량을 높이고, 생성된 라디칼에 의해 간단하고 빠른 시간에 고분자 알긴산염을 분해할 수 있다. As described above, the present invention can increase the efficiency of decomposition into hydroxy radical using hydrogen peroxide, increase the amount of radicals generated by ultrasonic irradiation, and decompose the polymer alginate in a simple and quick manner by the generated radicals.

3. 후처리단계3. Post-processing step

상기 분해반응단계에서 수득한 저분자 알긴산염 용액 중의 과산화수소를 제거하기 위해 저분자 알긴산염 용액에 카탈라아제(catalase) 효소를 가한다.Catalase enzyme is added to the low molecular weight alginate solution to remove the hydrogen peroxide in the low molecular weight alginate solution obtained in the decomposition reaction step.

과산화수소의 효율적 제거를 위해 저분자 알긴산염 용액 중의 카탈라아제 효소 농도는 1 내지 100ppm일 수 있다. 가령, 저분자 알긴산염 용액 1kg 당 카탈라아제 효소 1 내지 100mg를 첨가하는 것이 바람직하다. The catalase enzyme concentration in the low molecular weight alginate solution may be from 1 to 100 ppm for efficient removal of hydrogen peroxide. For example, it is preferable to add 1 to 100 mg of the catalase enzyme per 1 kg of the low molecular weight alginate solution.

효소에 의한 과산화수소의 반응시간은 1 내지 10분이면 충분하다. 이는 차아염소산나트륨(NaOCl)를 가해 과산화수소를 제거하는 방식에 비해 처리시간을 크게 단축시킬 수 있으며 과산화수소의 농도를 0.02% 미만으로 제거할 수 있다. The reaction time of the hydrogen peroxide by the enzyme is preferably 1 to 10 minutes. This can significantly shorten the treatment time and remove the concentration of hydrogen peroxide to less than 0.02% compared to the method of removing hydrogen peroxide by adding sodium hypochlorite (NaOCl).

이와 같이 후처리까지 완료되면 저분자화된 알긴산염이 함유된 저분자 알긴산염 용액을 최종적으로 얻을 수 있다. 저분자 알긴산염 용액은 회전증발농축기로 증발농축시켜 용매인 증류수를 제거한 후 건조시켜서 분말 상태의 저분자 알긴산염을 수득할 수 있음은 물론이다. When the post-treatment is completed as described above, a low molecular weight alginate solution containing a low molecular weight alginate can be finally obtained. It is needless to say that the low molecular weight alginate solution can be obtained by evaporating and concentrating the low molecular weight alginate solution with a rotary evaporator to remove distilled water as a solvent and drying it to obtain a powdered low molecular weight alginate.

상술한 제조과정을 통해 얻은 저분자 알긴산염은 중량평균분자량 4082 내지 14108 Da이다. 이와 같은 저분자 알긴산염은 세균 및 곰팡이뿐만 아니라 바이러스에 대해서도 우수한 항균활성을 갖는다. 특히 대장균(Escherichia coli), 포도상구균(Staphylococcus aureus), 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)에 등의 미생물에 대해서는 보다 뛰어난 항균활성을 갖는다. The low molecular weight alginate obtained through the above-mentioned production process has a weight average molecular weight of 4082 to 14108 Da. Such low molecular weight alginates have excellent antibacterial activity against viruses as well as bacteria and fungi. Especially Escherichia coli , Staphylococcus aureus , Pseudomonas aeruginosa , and the like.

또한, 본 발명에 의해 제조된 저분자 알긴산염은 항균활성이 우수하기 때문에 생활용품(칫솔, 섬유유연제, 세제 등) 및 구강관련용품(치약, 치실, 구강청결제 등) 등에 폭넓게 응용될 수 있다. Further, the low molecular weight alginate prepared by the present invention can be widely applied to daily necessities (toothbrush, fabric softener, detergent, etc.) and oral-related products (toothpaste, dental floss, oral cleanser, etc.) because of its excellent antimicrobial activity.

한편, 상술한 제조과정은 하나의 시스템으로 모듈화된 제조장치를 통해 수행될 수 있다. 도 1에 제조장치를 개략적으로 나타내고 있다. 도 1을 참조하면, 제조장치는 고분자 알긴산염을 용해시키는 용해부(10), 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 초음파를 조사하는 분해반응부(20), 저분자 알긴산염 용액에 효소를 가하여 과산화수소를 제거하는 후처리부(30)를 구비한다.Meanwhile, the above-described manufacturing process can be performed through a manufacturing apparatus that is modularized into one system. Fig. 1 schematically shows a manufacturing apparatus. 1, the production apparatus comprises a dissolution part 10 for dissolving a polymer alginate, a decomposition reaction part 20 for adding ultrasonic waves after addition of hydrogen peroxide solution to the polymer alginate solution, an enzyme for the low molecular weight alginate solution And a post-treatment unit 30 for removing hydrogen peroxide.

용해부(10)는 용해조에 교반기가 설치된 구성을 갖는다. 용해조에 고분자 알긴산염과 용매를 넣어 교반하면서 용해시켜 고분자 알긴산 용액을 얻는다.The dissolution section 10 has a configuration in which a stirrer is installed in a dissolution tank. Polymer alginate and solvent are added to the dissolution tank and dissolved by stirring to obtain a polymer alginate solution.

분해반응부(20)는 반응조에 교반기와 초음파진동자, 히터가 설치된 구성을 갖는다. 용해조에서 배출되는 고분자 알긴산염 용액을 연결튜브를 통해 반응조로 주입시킨 후 반응조에 적당량의 과산화수소수를 투입한 후 히터로 고분자 알긴산염 용액을 가열하여 온도를 조절한다. 그리고 교반기를 작동시키면서 초음파 진동자를 통해 초음파를 고분자 알긴산염 용액에 가하면서 고분자 알긴산염을 분해시킨다.The decomposition reaction section 20 has a structure in which a stirrer, an ultrasonic vibrator, and a heater are installed in a reaction tank. After injecting the polymer alginate solution discharged from the melting tank into the reaction tank through the connecting tube, an appropriate amount of hydrogen peroxide solution is put into the reaction tank, and the temperature is controlled by heating the polymer alginate solution with a heater. Then, the polymer alginate is decomposed while applying the ultrasonic wave to the polymer alginate solution through the ultrasonic vibrator while operating the stirrer.

후처리부(30)는 후처리조로 이루어진다. 반응조에서 배출되는 저분자 알긴산염 용액을 연결튜브를 통해 후처리조로 주입한 다음 적당량의 카탈라아제 효소를 후처리조에 투입하여 잔존하는 과산화수소를 제거한다. The post-processing unit 30 is made up of a post-processing group. The low molecular alginate solution discharged from the reaction tank is injected into the post treatment tank through the connecting tube, and an appropriate amount of catalase enzyme is put into the post treatment tank to remove the remaining hydrogen peroxide.

이하, 실험예를 통하여 본 발명에 대해 설명하고자 한다. 다만, 하기의 실험 예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위를 하기의 실험 예로 한정하는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described with reference to experimental examples. However, the following experimental examples are intended to illustrate the present invention in detail, and the scope of the present invention is not limited to the following experimental examples.

<저분자 알긴산염의 제조>&Lt; Preparation of low molecular weight alginate &

이하의 모든 실험에서 고분자 알긴산염(Sodium alginate, China chemical)으로 중량평균분자량 401,271 Da인 것을 이용하였다.In all the experiments below, a polymer alginate (China alginate, China chemical) having a weight average molecular weight of 401,271 Da was used.

먼저, 고분자 알긴산염을 증류수에 용해시켜 농도 2.0%의 고분자 알긴산염 용액 10ℓ를 준비하였다. 준비된 고분자 알긴산염 용액에 농도 34.5%의 과산화수소수(Samchun Chemical)를 첨가하여 고분자 알긴산염 용액 중의 과산화수소의 농도를 1.0%로 조절하였다.First, the polymer alginate was dissolved in distilled water to prepare 10 L of a polymer alginate solution having a concentration of 2.0%. The concentration of hydrogen peroxide in the polymer alginate solution was adjusted to 1.0% by adding 34.5% of hydrogen peroxide (Samchun Chemical) to the prepared polymer alginate solution.

그리고 고분자 알긴산염 용액의 온도를 50 ~ 80℃로 유지한 후 교반하면서 48kHz 초음파를 가해 고분자 알긴산염을 분해시켜 저분자 알긴산염 용액을 수득하였다.The temperature of the polymer alginate solution was maintained at 50 to 80 ° C, and the polymer alginate was decomposed by applying ultrasonic waves at 48 kHz while stirring to obtain a low molecular weight alginate solution.

각 온도에서 분해반응 시간에 따른 저분자 알긴산염 용액에 잔존하는 과산화수소 농도, 겉보기 점도(25℃ 측정), 중량 평균 분자량을 측정하여 그 결과를 표 1 내지 표 4 및 도 2 내지 도 3에 나타내었다. The hydrogen peroxide concentration, the apparent viscosity (measured at 25 캜) and the weight average molecular weight of the low molecular weight alginate solution were measured at each temperature, and the results are shown in Tables 1 to 4 and Figs. 2 to 3.

하기 표 1은 50 ℃에서 분해반응시킨 결과이다. Table 1 below shows the results of the decomposition reaction at 50 ° C.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 잔존 H2O2 농도(%) Residual H 2 O 2 concentration (%) 1.0001,000 0.9830.983 0.9750.975 0.9670.967 0.9440.944 0.9050.905 0.8900.890 0.8740.874 겉보기 점도(cPs)Apparent Viscosity (cPs) 400400 260260 10.510.5 3.53.5 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 중량평균분자량(Da)Weight average molecular weight (Da) 401,271401,271 375,363375,363 298,512298,512 195,726195,726 100,052100,052 66,31566,315 51,05351,053 45,48745,487

하기 표 2는 60 ℃에서 분해반응시킨 결과이다. Table 2 shows the result of decomposition reaction at 60 占 폚.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 잔존 H2O2 농도(%) Residual H 2 O 2 concentration (%) 1.0001,000 0.9800.980 0.9720.972 0.9600.960 0.9290.929 0.8820.882 0.8670.867 0.8510.851 겉보기 점도(cPs)Apparent Viscosity (cPs) 400400 200200 7.07.0 2.52.5 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 중량평균분자량(Da)Weight average molecular weight (Da) 401,271401,271 307,807307,807 124,681124,681 78,28678,286 42,47342,473 27,74827,748 15,21815,218 14,10814,108

하기 표 3은 70 ℃에서 분해반응시킨 결과이다. Table 3 below shows the results of the decomposition reaction at 70 占 폚.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 잔존 H2O2 농도(%) Residual H 2 O 2 concentration (%) 1.0001,000 0.9780.978 0.9700.970 0.9520.952 0.9130.913 0.8670.867 0.8360.836 0.8200.820 겉보기 점도(cPs)Apparent Viscosity (cPs) 400400 8080 5.55.5 1.01.0 1.001.00 1.01.0 1.01.0 1.01.0 중량평균분자량(Da)Weight average molecular weight (Da) 401,271401,271 301,216301,216 120,263120,263 31,37031,370 14,28714,287 11,26011,260 8,2718,271 7,2257,225

하기 표 4는 80 ℃에서 분해반응시킨 결과이다. Table 4 shows the result of the decomposition reaction at 80 ° C.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 잔존 H2O2 농도(%) Residual H 2 O 2 concentration (%) 1.0001,000 0.9770.977 0.9670.967 0.9440.944 0.8980.898 0.8510.851 0.8050.805 0.7890.789 겉보기 점도(cPs)Apparent Viscosity (cPs) 400400 8.58.5 4.04.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 1.01.0 중량평균분자량(Da)Weight average molecular weight (Da) 401,271401,271 122,968122,968 29,21129,211 19,00919,009 9,0119,011 7,8767,876 6,2486,248 4,0824,082

상기 표 1 내지 표 4 및 도 2 내지 도 3의 결과를 참조하면, 분해반응 온도가 증가함에 따라 저분자 알긴산염 용액의 겉보기 점도는 분해반응시간 4시간일 경우 50 ℃에서 3.5 cPs, 60 ℃에서 2.5 cPs, 70 ℃에서 1.0 cPs, 80 ℃에서 1.0 cP로 감소하는 것으로 나타났다. Referring to the results of Tables 1 to 4 and FIGS. 2 to 3, as the decomposition reaction temperature increases, the apparent viscosity of the low molecular weight alginate solution becomes 3.5 cPs at 50 ° C. and 2.5 cPs, 1.0 cPs at 70 ° C, and 1.0 cP at 80 ° C.

그리고 저분자 알긴산염의 중량 평균 분자량은 분해반응 시간이 길어짐에 따라 일정하게 감소하여, 16시간 이후부터는 중량 평균 분자량의 감소가 완만하게 이뤄짐을 확인할 수 있었다. 가령, 50℃에서 분해반응을 진행할 경우에는 0시간에서 401,271 Da, 1시간에서 375,363 Da, 2시간에서 298,512 Da, 4시간에서 195,726 Da, 8시간에서 100,052 Da, 10시간에서 66,315 Da, 16시간에서 51,053 Da, 22시간에서 45,487 Da으로 감소하였다.The weight average molecular weight of the low molecular weight alginate was decreased with the lapse of the decomposition reaction time, and it was confirmed that the decrease of the weight average molecular weight was gentle after 16 hours. For example, when the decomposition reaction was carried out at 50 ° C, it was measured as 401,271 Da at 0 hours, 375,363 Da at 1 hour, 298,512 Da at 2 hours, 195,726 Da at 4 hours, 100,052 Da at 8 hours, 66,315 Da at 10 hours, 51,053 Da and from 22 hours to 45,487 Da.

그리고 동일한 시간에서 온도가 증가할수록 중량 평균 분자량은 감소하는 것으로 나타났다. 분해반응을 22시간 동안 진행할 경우 50 ℃에서 45,487 Da, 60 ℃에서 14,108 Da, 70 ℃에서 7,225 Da, 80 ℃에서 4,082 Da으로 감소하였다. The weight average molecular weight decreased with increasing temperature at the same time. When the decomposition reaction was conducted for 22 hours, it decreased to 45,487 Da at 50 캜, 14,108 Da at 60 캜, 7,225 Da at 70 캜, and 4,082 Da at 80 캜.

그리고 잔존하는 과산화수소의 농도는 22시간 동안 분해반응을 진행시킨 경우 50 ℃에서 0.874%, 60 ℃에서 0.851%, 70 ℃에서 0.820%, 80 ℃에서 0.789%로 감소하였으며, 소모되는 과산화수소의 농도는 22시간 동안 분해반응을 진행시킨 경우 50 ℃에서 0.126%, 60 ℃에서 0.149%, 70 ℃에서 0.180%, 80 ℃에서 0.211%로 증가한 것으로 나타났다. The concentration of residual hydrogen peroxide decreased by 0.874% at 50 ℃, 0.851% at 60 ℃, 0.820% at 70 ℃, and 0.789% at 80 ℃ after 22 hours of decomposition. The concentration of hydrogen peroxide was 22 0.10% at 50 ℃, 0.149% at 60 ℃, 0.180% at 70 ℃, and 0.211% at 80 ℃, respectively.

상기 실험결과를 통해 분해반응시간은 16시간 내지 22시간이 바람직하며, 이 때 온도는 50 내지 80 ℃이다. According to the experimental results, the decomposition reaction time is preferably from 16 hours to 22 hours, and the temperature is from 50 to 80 ° C.

<저분자 알긴산염 용액의 과산화수소 제거>&Lt; Hydrogen peroxide removal of low molecular weight alginate solution >

저분자 알긴산염 용액에 남아있는 과산화수소를 제거하기 위해 저분자 알긴산염 용액 10ml에 카탈라아제 효소(공업용 Catalase 효소, CAT200)를 첨가하여 카탈라아제 효소의 농도를 10ppm으로 조정한 후 처리시간에 따른 잔존하는 과산화수소의 농도를 측정하였다. 이와 비교하기 위해 화학적 제거 방법으로 저분자 알긴산염 용액 10ml에 NaOCl 용액 2.4ml를 가했다. In order to remove hydrogen peroxide remaining in the low molecular alginate solution, catalase enzyme (CAT200, catalase enzyme) was added to 10 ml of low molecular alginate solution to adjust the concentration of catalase enzyme to 10 ppm, and the concentration of residual hydrogen peroxide Respectively. For comparison, 2.4 ml of NaOCl solution was added to 10 ml of low molecular weight alginate solution by chemical removal method.

실험에 사용한 저분자 알긴산염 용액으로 온도 60℃, 0~22시간 동안 48kHz 초음파를 가해 고분자 알긴산염 용액을 분해반응시킨 것을 이용하였다. The low molecular weight alginate solution used in the experiment was subjected to degradation reaction of the polymer alginate solution by applying 48 kHz ultrasonic wave at a temperature of 60 ° C for 0 to 22 hours.

하기 표 5는 NaOCl 용액을 가한 실험결과이다. Table 5 below shows the results of the addition of NaOCl solution.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 12hr12hr 16hr16hr 22hr22hr NaOCl처리시간(hr)NaOCl treatment time (hr) 88 77 55 44 33 22 22 22 22 잔존H2O2 농도(%)Residual H 2 O 2 concentration (%) <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02

학기 표 6은 카탈라아제 효소를 가한 실험결과이다. Table 6 shows the results of the addition of catalase enzyme.

분해반응시간Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 12hr12hr 16hr16hr 22hr22hr 효소처리 시간(min)Enzyme treatment time (min) 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 1One 잔존H2O2 농도(%)Residual H 2 O 2 concentration (%) 0.200.20 0.180.18 0.150.15 0.080.08 0.050.05 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 효소처리 시간(min)Enzyme treatment time (min) 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 1010 잔존H2O2 농도 (%)Residual H 2 O 2 concentration (%) <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02 <0.02&Lt; 0.02

상기 표 5 및 표 6의 실험결과를 참조하면, 카탈라아제 효소에 의한 과산화수소 제거속도는 화학적인 처리 방법보다 매우 빠르게 진행되었다.Referring to the experimental results shown in Tables 5 and 6 above, the removal rate of hydrogen peroxide by catalase enzyme proceeded much faster than the chemical treatment.

과산화수소를 완전하게 제거하는데 가장 적합한 효소의 농도를 확인하기 위하여 효소의 농도를 달리하여 과산화수소의 농도 변화를 확인하였다. 카탈라아제 효소를 1ppm(×100배 희석구), 10ppm(×1000배 희석구), 100ppm(×10000배 희석구의 농도로 효소처리한 후 과산화수소의 제거율을 확인하였다. In order to confirm the optimum concentration of enzyme to completely remove hydrogen peroxide, the concentration of hydrogen peroxide was determined by varying the concentration of the enzyme. Catalase enzyme was treated with enzyme at a concentration of 1 ppm (× 100 dilution), 10 ppm (× 1000 dilution), 100 ppm (× 10000 dilution), and the removal rate of hydrogen peroxide was confirmed.

도 4를 참조하면, 농도 1.0%의 과산화수소 용액에 효소를 100ppm 농도로 처리하는 경우에도 10분 만에 0.02% 이하로 완전하게 제거되는 것을 확인하였다. Referring to FIG. 4, it was confirmed that even when the enzyme was treated at a concentration of 100 ppm in a hydrogen peroxide solution having a concentration of 1.0%, it was completely removed to 0.02% or less in 10 minutes.

<저분자 알긴산염의 수율 및 생산성 분석>&Lt; Analysis of yield and productivity of low molecular weight alginate &

실험에 사용한 저분자 알긴산염 용액으로 온도 60℃, 0~22시간 동안 48kHz 초음파를 가해 고분자 알긴산염 용액을 분해반응시킨 다음 카탈라아제 효소를 농도 1%로 첨가하여 1분 동안 과산화수소를 제거한 것을 이용하였다. Polymer alginate solution was decomposed by 48kHz ultrasonication at 60 ℃ for 0 ~ 22hours, and catalase enzyme was added at 1% concentration and hydrogen peroxide was removed for 1 min.

과산화수소가 제거된 저분자 알긴산염 용액 100ml를 50℃에서 회전증발농축기로 증발농축시켜 용매인 증류수를 제거한 후 50℃에서 48시간 동안 수분을 제거하여 분말 상태의 저분자 알긴산염을 얻었다. 100 ml of low molecular weight alginate solution from which hydrogen peroxide had been removed was concentrated by evaporation using a rotary evaporator at 50 ° C to remove distilled water as a solvent and then water was removed at 50 ° C for 48 hours to obtain a powdered low molecular weight alginate.

고분자 알긴산염 용액의 분해반응 온도와 시간에 따른 분말 상태의 저분자 알긴산염의 수율을 분석하여 하기 표 7 내지 표 10에 나타내었다. The yields of the low molecular weight alginate in the powder state according to the decomposition reaction temperature and time of the polymer alginate solution were analyzed and shown in Tables 7 to 10 below.

하기 표 7은 분해반응 온도 50℃에서 분해반응시간에 따른 저분자 알긴산염의 수율 분석 결과이다. Table 7 shows the results of the analysis of the yield of the low molecular weight alginate according to the decomposition reaction time at the decomposition reaction temperature of 50 ° C.

분해반응시간 Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 샘플링 량(ml)Sampling Amount (ml) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 300300 저분자 알긴산염 회수량(g)Low molecular weight alginate recovery (g) 1.841.84 1.751.75 1.731.73 1.701.70 1.661.66 1.641.64 1.621.62 20.820.8 수율(%)yield(%) 92.092.0 87.587.5 86.586.5 85.085.0 83.083.0 82.082.0 81.081.0 80.080.0

하기 표 8은 분해반응 온도 60℃에서 분해반응시간에 따른 저분자 알긴산염의 수율 분석 결과이다. Table 8 shows the results of the analysis of the yield of the low molecular weight alginate according to the decomposition reaction time at the decomposition reaction temperature of 60 占 폚.

분해반응시간   Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 샘플링 량(ml)Sampling Amount (ml) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 300300 저분자 알긴산염 회수량(g)Low molecular weight alginate recovery (g) 1.841.84 1.741.74 1.721.72 1.681.68 1.661.66 1.621.62 1.601.60 4.64.6 수율(%)yield(%) 92.092.0 87.087.0 86.086.0 84.084.0 83.083.0 81.081.0 80.080.0 76.776.7

하기 표 9는 분해반응 온도 70℃에서 분해반응시간에 따른 저분자 알긴산염의 수율 분석 결과이다. Table 9 shows the results of the analysis of the yield of the low molecular weight alginate according to the decomposition reaction time at the decomposition reaction temperature of 70 ° C.

분해반응시간   Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 샘플링 량(ml)Sampling Amount (ml) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 300300 저분자 알긴산염 회수량(g)Low molecular weight alginate recovery (g) 1.841.84 1.721.72 1.701.70 1.651.65 1.611.61 1.581.58 1.551.55 4.44.4 수율(%)yield(%) 92.092.0 86.086.0 85.085.0 82.582.5 80.580.5 79.079.0 77.577.5 73.373.3

하기 표 10은 분해반응 온도 80℃에서 분해반응시간에 따른 저분자 알긴산염의 수율 분석 결과이다. Table 10 shows the results of the analysis of the yield of the low molecular weight alginate according to the decomposition reaction time at the decomposition reaction temperature of 80 ° C.

분해반응시간    Decomposition reaction time 0hr0hr 1hr1hr 2hr2 hr 4hr4hr 8hr8hr 10hr10hr 16hr16hr 22hr22hr 샘플링 량(ml)Sampling Amount (ml) 100100 100100 100100 100100 100100 100100 100100 300300 저분자 알긴산염 회수량(g)Low molecular weight alginate recovery (g) 1.841.84 1.711.71 1.691.69 1.641.64 1.601.60 1.571.57 1.541.54 4.34.3 수율(%)yield(%) 92.092.0 85.585.5 84.584.5 82.082.0 80.080.0 78.578.5 77.077.0 71.771.7

상기 표 7 내지 표 10을 참조하면, 분해반응 온도가 증가함에 따라 수율이 감소하는 경향을 보였으며, 50 ℃에서 22시간 반응할 경우 80.0%, 60 ℃에서 22시간 반응할 경우 76.7%, 70 ℃에서 22시간 반응할 경우 73.3%, 80 ℃에서 22시간 반응할 경우 71.7%으로 전체적으로 71.7% 이상의 높은 수율을 보였다. 이는 기존의 상용화된 공정에 비해 생산 효율이 크게 향상되어 대량 생산이 가능할 것을 보인다. Referring to Tables 7 to 10, the yield tended to decrease with increasing decomposition reaction temperature. When the reaction was carried out at 50 ° C for 22 hours, the reaction rate was 80.0%, when the reaction was conducted at 60 ° C for 22 hours, 73.3% for 22 hours reaction and 71.7% for 22 hours reaction at 80 ℃. This shows that mass production is possible because the production efficiency is greatly improved as compared with the existing commercialized process.

기존의 저분자 알긴산염의 제조방법인 가열 가수분해 방법, 화학적 분해 방법, 효소분해법 그리고 감마선을 이용한 방법은 분해 반응 후 회수 공정이 다소 복잡하여 대량 생산 측면에서 효율이 떨어지고, 고가의 설비비 및 경제적인 측면에서 효율이 낮은 단점이 있다. The conventional methods of producing low molecular alginates, such as the hydrolysis method, the chemical decomposition method, the enzymatic decomposition method, and the gamma-ray method, are somewhat complicated in the recovery process after the decomposition reaction, resulting in inefficiency in terms of mass production, There is a drawback that the efficiency is low.

반면, 본 발명은 카탈라아제 효소를 이용하여 수분 내에 잔량의 과산화수소를 완전하게 제거하는 단순공정으로 저분자 알긴산염을 용이하게 회수할 수 있다. On the other hand, the present invention can easily recover the low molecular weight alginate by a simple process of completely removing the remaining amount of hydrogen peroxide in the water by using the catalase enzyme.

<알긴산염의 분자 구조 분석><Analysis of molecular structure of alginate>

고분자 알긴산염이 저분자화 될 경우의 분자 구조 특성을 분석하기 위해 FT-IR (Shidmazu 8601PC)과 H1-NMR를 측정하여 도 5 및 도 6에 각각 나타내었다. NMR 분석에 사용한 시약은 Deuterium Oxide (Aldrich)을 이용하였다. FT-IR (Shidmazu 8601PC) and H 1 -NMR were measured to analyze the molecular structure characteristics when the polymer alginate was made low-molecular-weight, and are shown in FIGS. 5 and 6, respectively. Deuterium Oxide (Aldrich) was used for the NMR analysis.

온도 50~80℃, 22시간 동안 48kHz 초음파를 가해 고분자 알긴산염 용액을 분해반응시킨 다음 카탈라아제 효소를 농도 1%로 첨가하여 1분 동안 과산화수소를 제거한 저분자 알긴산염 용액을 50℃에서 회전증발농축기로 증발농축시켜 용매인 증류수를 제거한 다음 50℃에서 48시간 동안 수분을 제거한 분말 상태의 저분자 알긴산염을 시료로 이용하였다. Polymer alginate solution was decomposed by 48kHz ultrasonic wave at 50 ~ 80 ℃ for 22 hours. Then catalase enzyme was added at 1% concentration and hydrogen peroxide was removed for 1 minute. The low molecular alginate solution was evaporated at 50 ℃ by rotary evaporator The concentrated solution was filtered to remove distilled water, and the water was removed at 50 ° C for 48 hours. The low molecular weight alginate powder was used as a sample.

도 5를 참조하면, 분해반응 온도 변화에 따라 특별하게 생성되거나 사라지는 피크(peak)는 관찰되지 않았지만 1650 cm-1(C=O) 피크가 2개로 갈라짐을 관찰하였는데, 이를 통해 단위체 고리의 사슬이 끊어지면서 새로운 카르보닐 그룹(carbonyl group)이 생성되었음을 알 수 있었다. 도 5에서 'native sodium alginate'는 중량평균분자량 401,281Da인 고분자 알긴산염이다. Referring to FIG. 5, it was observed that a peak generated at 1650 cm -1 (C = O) was split into two peaks, although no peaks were generated or disappearing due to the decomposition reaction temperature. It was found that a new carbonyl group was formed as it was cut off. In FIG. 5, 'native sodium alginate' is a polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,281 Da.

그리고 도 6의 H1-NMR의 결과를 확인하면 8.5 ppm에서 온도의 증가에 따라 peak의 세기(intensity)가 증가하였다. 이는 과산화수소에 의해 생성된 하이드록시 라디칼이 알긴산염의 1,4 글리코시드(1,4-glycosidic) 결합을 끊으면서 생성된 HCOO-(formate)가 증가됨을 의미한다. 도 6에서 'raw-sodium alginate'는 중량평균분자량 401,281Da인 고분자 알긴산염이다. The results of H 1 -NMR in FIG. 6 confirm that the intensity of the peak increases with increasing temperature at 8.5 ppm. This means that the hydroxycarboxylic acid produced by the hydrogen peroxide breaks 1,4-glycosidic bonds of the alginate salt, thereby increasing the formation of HCOO- (formate). 6, 'raw-sodium alginate' is a polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,281 Da.

<저분자 알긴산염의 항균 특성 분석><Analysis of antibacterial properties of low molecular weight alginate>

고분자 알긴산염이 저분자화 될 경우의 항균 특성을 분석하기 위해 대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균에 대해 균감소율로 항균성을 확인한 후, 최소 저해 농도를 한국건설생활환경시험연구원으로부터 측정하였다. In order to analyze the antimicrobial properties of polymer alginate in low molecular weight, the antimicrobial activity of E. coli, Staphylococcus aureus and P. aeruginosa was checked by microbial activity and then the minimum inhibitory concentration was measured by Korea Institute of Construction and Environment.

알긴산염의 항균성 시험방법은 KS J 4206:2008법으로 시험편과 대조편을 공시균(대장균, 포도상 구균 그리고 녹농균)으로 접종 및 배양시킨 후 일정량의 액체속에 진탕시켜 배양된 세균을 추출시키고, 이 액체 속에 존재하는 세균의 수를 측정하여 항균성이 있는 시험편에서의 감소율을 계산하여 측정한다. The antimicrobial activity of alginate is determined by the method of KS J 4206: 2008 by inoculating and culturing the test specimens and control specimens with the isolates (Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa), shaking them in a certain amount of liquid to extract the cultured bacteria, The number of bacteria present is measured and the rate of decrease in the antimicrobial test piece is calculated and measured.

세균감소율[%] = [(B-A)/B] × 100Bacterial reduction rate [%] = [(B-A) / B] 100

(A: 접종 후 일정 접촉시간을 통하여 배양된 시험편으로부터 재생된 세균 수, B: 접종 후 일정 접촉시간을 통하여 배양된 대조편으로부터 재생된 세균 수)(A: the number of bacteria recovered from a test piece cultured through a certain contact time after inoculation, and B: the number of bacteria recovered from a control piece cultured through a certain contact time after inoculation)

알긴산염의 항균성 평가의 보다 구체적인 방법은, 멸균된 100㎖ tube에 제조된 알긴산염을 각각 1.00g ~ 0.05g를 취한 후 100㎖의 배지를 혼합한 후 최적 배양된 균(1.3 × 106 ~ 1.8 × 106 CFU/㎖)을 0.5㎕를 각각 접종한 후 37℃에서 24시간 배양한 후, 102 ~ 103배 희석된 시료 20㎕를 고체 배지에 도말 한 후 37℃에서 24시간 배양하여 세균수를 계수하여 항균력을 측정하였다. A more specific method of evaluating the antimicrobial activity of alginate is as follows: 1.00 g to 0.05 g of the alginate prepared in the sterilized 100 ml tube is mixed with 100 ml of the medium, and then the optimal culture (1.3 × 10 6 to 1.8 × 10 6 CFU / ml) were inoculated and cultured at 37 ° C for 24 hours. Then, 20 μl of 10 2 to 10 3 diluted samples were plated on a solid medium, and cultured at 37 ° C for 24 hours. And the antimicrobial activity was measured.

실험에 사용한 시험편 시료로 중량평균분자량 14,108Da의 저분자 알긴산염, 중량평균분자량 4,082Da의 저분자 알긴산염을 이용하였고, 대조편 시료로 중량평균분자량 401,271Da의 고분자 알긴산염을 이용하였다. A low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 14,108 Da and a low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da were used as test specimens used in the experiment, and a polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,271 Da was used as a control sample.

하기 표 11은 알긴산염의 농도가 1.0%일 때 각 분자량에 따른 알긴산염의 항균실험결과이다. Table 11 below shows the results of antibacterial test of alginate according to each molecular weight when the concentration of alginate is 1.0%.

중량 평균 분자량(Da)       Weight average molecular weight (Da) 401,271401,271 14,10814,108 4,0824,082 대장균에 대한 균감소율(%)Microbial reduction rate (%) for E. coli 10.110.1 99.999.9 99.999.9 포도상 구균에 대한 균감소율(%)Bacterial Reduction Rate for Staphylococci (%) 9.39.3 99.999.9 99.999.9 녹농균에 대한 균감소율(%)Bacterial reduction rate against Pseudomonas aeruginosa (%) 4.44.4 99.999.9 99.999.9

상기 표 11의 결과를 참조하면, 중량 평균 분자량이 401,271 Da인 고분자 알긴산염 1.00% 농도에서 균감소율이 대장균에 대해서 10.1%, 포도상 구균에 대해서 9.3% 그리고 녹농균에 대해서 4.4%으로 항균성을 거의 지니지 않았지만, 중량 평균 분자량이 14,108 Da과 4,082 Da인 저분자 알긴산염은 모든 균에 대해 99.9%의 균감소율로 항균성이 크게 개선됨을 알 수 있었다. 참고로 도 7에 중량 평균 분자량이 401,271 Da인 고분자 알긴산염 항균실험결과를 사진으로 나타내었다. Referring to the results shown in Table 11, the microbial reduction rate at the 1.00% concentration of polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,271 Da was 10.1% for E. coli, 9.3% for Staphylococci and 4.4% for P. aeruginosa , And low molecular weight alginates having a weight average molecular weight of 14,108 Da and 4,082 Da were significantly improved in antibacterial activity by 99.9%. For reference, FIG. 7 shows the result of the antibacterial activity of the polymer alginate having a weight average molecular weight of 401,271 Da.

하기 표 12는 중량 평균 분자량이 14,108Da인 저분자 알긴산염의 농도에 따른 항균실험결과이다.Table 12 below shows the results of antibacterial tests according to the concentrations of low molecular weight alginates having a weight average molecular weight of 14,108 Da.

시료 농도(%)                   Sample concentration (%) 1.001.00 0.500.50 0.100.10 0.050.05 대장균에 대한 균감소율(%)Microbial reduction rate (%) for E. coli 99.999.9 99.999.9 3.33.3 3.13.1 포도상 구균에 대한 균감소율(%)Bacterial Reduction Rate for Staphylococci (%) 99.999.9 99.999.9 5.75.7 1.51.5 녹농균에 대한 균감소율(%)Bacterial reduction rate against Pseudomonas aeruginosa (%) 99.999.9 99.999.9 6.56.5 2.02.0

상기 표 12의 결과를 참조하면, 중량 평균 분자량이 14,108 Da인 저분자 알긴산염 0.50% 농도에서 균감소율이 대장균에 대해서 99.9%, 포도상 구균에 대해서 99.9% 그리고 녹농균에 대해서 99.9%으로 항균성을 지니며, 0.10%의 농도에서 균 감소율이 대장균에 대해서 3.3%, 포도상 구균에 대해서 5.7% 그리고 녹농균에 대해서 6.5%으로 최소 저지 농도가 0.50%임을 확인하였다. Referring to the results shown in Table 12, the microbial reduction rate was 99.9% for E. coli, 99.9% for Staphylococci, and 99.9% for P. aeruginosa at a concentration of 0.50% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 14,108 Da, At the concentration of 0.10%, the microbial reduction rate was found to be 3.3% for E. coli, 5.7% for Staphylococci, and 6.5% for P. aeruginosa and the minimum inhibitory concentration was 0.50%.

참고로, 도 8a~8c에 중량 평균 분자량이 14,108 Da인 저분자 알긴산염 농도 1.00%, 0.50%, 0.10%에서 항균실험결과를 사진으로 나타내었다. 8A to 8C are photographs showing results of antibacterial experiments at low molecular weight alginate salt concentrations of 1.00%, 0.50% and 0.10% having a weight average molecular weight of 14,108 Da.

하기 표 13은 중량 평균 분자량이 4,082Da인 저분자 알긴산염의 농도에 따른 항균실험결과이다.Table 13 below shows the results of antibacterial tests according to the concentration of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da.

시료 농도(%)                   Sample concentration (%) 1.001.00 0.500.50 0.100.10 0.050.05 대장균에 대한 균감소율(%)Microbial reduction rate (%) for E. coli 99.999.9 99.999.9 99.999.9 1.61.6 포도상 구균에 대한 균감소율(%)Bacterial Reduction Rate for Staphylococci (%) 99.999.9 99.999.9 99.999.9 4.54.5 녹농균에 대한 균감소율(%)Bacterial reduction rate against Pseudomonas aeruginosa (%) 99.999.9 99.999.9 99.999.9 4.14.1

상기 표 13의 결과를 참조하면, 중량 평균 분자량이 4,082Da인 저분자 알긴산염 0.10% 농도에서 균감소율이 대장균에 대해서 99.9%, 포도상 구균에 대해서 99.9% 그리고 녹농균에 대해서 99.9%으로 항균성을 지니며, 0.05%의 농도에서 균 감소율이 대장균에 대해서 1.6%, 포도상 구균에 대해서 4.5% 그리고 녹농균에 대해서 4.1%으로 각각 균에 대한 최소 저지 농도가 0.10%임을 확인하였다. Referring to the results shown in Table 13, the microbial reduction rate was 99.9% for Escherichia coli, 99.9% for Staphylococci, and 99.9% for Pseudomonas aeruginosa at a concentration of 0.10% of low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da, At the concentration of 0.05%, the microbial reduction rate was found to be 0.10% for the microorganism, 1.6% for the Escherichia coli, 4.5% for the Staphylococcus and 4.1% for the Pseudomonas aeruginosa.

참고로, 도 9a~9c에 중량 평균 분자량이 4,082Da인 저분자 알긴산염 농도 1.00%, 0.50%, 0.10%에서 항균실험결과를 사진으로 나타내었다. 9A to 9C are photographs showing results of antibacterial experiments at low molecular weight alginate salt concentrations of 1.00%, 0.50% and 0.10% having a weight average molecular weight of 4,082 Da.

상술한 항균실험결과를 통해 본 발명에 따라 제조된 중량 평균 분자량이 4,082Da인 저분자 알긴산염은 종래의 중량 평균 분자량이 401,271Da 고분자 알긴산염이 1.0%의 농도에서 전혀 항균성이 지니지 않는 반면, 0.1%의 농도에서 99.9%의 항균성으로 크게 개선되었다. 따라서 생활용품(칫솔, 섬유유연제, 세제 등) 및 구강관련용품(치약, 치실, 구강청결제 등)에 항균 특성 부여를 위해서는 0.10% 정도를 함유시켜야 함을 알 수 있었다. As a result of the above-mentioned antibacterial test results, the low molecular weight alginate having a weight average molecular weight of 4,082 Da prepared according to the present invention has no conventional antimicrobial activity at a concentration of 1.0% of a conventional molecular weight aliquot of 401,271 Da, And 99.9%, respectively. Therefore, it was found that 0.10% should be included in order to give antimicrobial properties to daily necessities (toothbrush, fabric softener, detergent, etc.) and oral related products (toothpaste, dental floss, oral cleanser, etc.).

이상, 본 발명은 일 실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 실시 예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 발명의 진정한 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의해서만 정해져야 할 것이다.While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be clearly understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be taken by way of limitation. Accordingly, the true scope of protection of the present invention should be determined only by the appended claims.

본 발명에 따라 제조된 저분자 알긴산염은 대장균, 포도상 구균, 그리고 녹농균에 대한 항균력이 매우 우수하기 때문에, 생활용품(칫솔, 섬유유연제, 세제 등) 및 구강관련용품(치약, 치실, 구강청결제 등)에 폭넓게 응용될 수 있다. The low molecular weight alginate prepared according to the present invention is excellent in antibacterial activity against Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa, Can be widely applied.

10: 용해부 20: 분해반응부
30: 후처리부
10: dissolution part 20: decomposition part
30: Post-

Claims (4)

고분자 알긴산염을 증류수에 용해시켜 농도 2.0%(w/w)의 고분자 알긴산염 용액을 수득하는 용해단계와;
상기 고분자 알긴산염 용액에 과산화수소수를 첨가한 후 48kHz 초음파를 조사하여 상기 고분자 알긴산염을 저분자 알긴산염으로 분해시키는 분해반응단계와;
상기 분해반응단계에서 수득한 저분자 알긴산염 용액에 카탈라아제 효소를 가하여 1 내지 10분 동안 상기 저분자 알긴산염 용액에 함유된 과산화수소를 제거하는 후처리단계;를 포함하고,
상기 분해반응단계는 상기 고분자 알긴산염 용액의 온도를 50 내지 80℃로 유지한 상태에서 상기 초음파를 16 내지 22시간 동안 조사하며,
상기 후처리단계는 상기 저분자 알긴산염 용액 중의 상기 카탈라아제 효소 농도가 1 내지 100ppm(mg/kg)인 것을 특징으로 하는 과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법.
Dissolving the polymer alginate in distilled water to obtain a polymer alginate solution having a concentration of 2.0% (w / w);
A decomposition reaction step of adding hydrogen peroxide solution to the polymer alginate solution and then decomposing the polymer alginate into a low molecular weight alginate by irradiation with 48 kHz ultrasonic waves;
And a post-treatment step of adding a catalase enzyme to the low molecular weight alginate solution obtained in the decomposition reaction step to remove the hydrogen peroxide contained in the low molecular weight alginate solution for 1 to 10 minutes,
In the decomposition reaction step, the polymer alginate solution is irradiated with the ultrasonic wave for 16 to 22 hours while the temperature of the polymer alginate solution is maintained at 50 to 80 DEG C,
Wherein the post-treatment step is performed at a concentration of 1 to 100 ppm (mg / kg) of the catalase enzyme in the low molecular weight alginate solution.
삭제delete 삭제delete 제 1항에 있어서, 상기 저분자 알긴산염은 중량평균분자량 4082 내지 14108Da으로서 대장균(Escherichia coli)과 포도상구균(Staphylococcus aureus)과 녹농균(Pseudomonas aeruginosa)에 대하여 항균활성을 갖는 것을 특징으로 하는 과산화수소와 초음파를 이용한 저분자 알긴산염 제조방법.The method according to claim 1, wherein the low molecular weight alginate has a weight average molecular weight of from 4082 to 14108 Da and is characterized by having antimicrobial activity against Escherichia coli , Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa , (Method for preparing low molecular weight alginate).
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