KR101813695B1 - 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 포함하는 기능성 음료 - Google Patents

염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 포함하는 기능성 음료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 기능성 음료에 관한 것이다. 본 발명의 기능성 음료는 섭취 시 입안에 청량감을 부여할 뿐만 아니라, 젖산과 활성산소 등과 같은 피로물질을 효과적으로 제거하고 체내 ATP 생성을 증가시켜, 생활에 활력을 부여하고 운동능력과 인지기능을 향상시킬 수 있다. 본 발명의 기능성 음료는 항염과 면역기능 유지 또는 저하 개선 효과를 나타낼 수 있다.

Description

염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 포함하는 기능성 음료{Functional drink comprising mineral water with high hardness prepared using saline groundwater or deep sea water}
본 발명은 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 기능성 음료에 관한 것이다.
현대인들은 생활 패턴과 환경의 급격한 변화로 바쁜 정신적, 육체적 활동과 과도한 스트레스 등으로 인하여 만성적인 체력 저하 또는 면역성 저하 등과 같은 다양한 증상들을 호소하며 살아가고 있다. 이러한 문제점들을 극복하기 위하여 자양강장 음료와 피로회복 음료 등의 기능성 음료의 개발이 활발히 진행되고 있으며, 시중에 이러한 제품들의 판매가 급증하고 있다.
또한, 현대의 생활시설들은 경제성장으로 과거에 비해 크게 향상되고 있으나, 생활환경은 그에 따른 대기 및 수질과 같은 환경오염의 심화로 점점 나빠지고 있고, 현대인들은 고칼로리 음식의 과다섭취에다 운동량의 부족으로 비만체질이 증가하고, 또한 체질의 산성화로 인하여 각종 질환에 취약해지고 있는 실정이나 이에 대한 만족할만한 해결방안은 제공되고 있지 못한 것이 현실이다.
이러한 현실에 따라, 가까운 판매점 등에서 편리하게 구입할 수 있고 소지 또는 휴대하기 편리하며, 건강보조 식품과 같이 몸에 활기를 부여하며, 체내의 젖산, 활성산소 등과 같은 피로물질들을 효과적으로 제거할 수 있는 기능성 음료에 대한 요구가 증대되고 있다.
또한, 운동선수의 경우 장기간 지구성 운동 시 탈수에 의한 빠른 수분보충을 통한 체액 보정과 균형 있는 전해질 농도의 유지를 위하여 스포츠 음료를 섭취하고 있으나, 운동능력 향상과 피로 회복 측면에서는 별다른 효과를 얻지 못하고 있다. 나아가, 레저 활동에 참여하는 비운동선수들에게 있어 스포츠 음료에 포함된 고당과 높은 나트륨 농도는 건강에 부정적 영향을 미칠 수 있어 운동기능적으로 효율성이 높으면서 건강에 긍정적인 영향을 줄 수 있는 기능성 음료의 개발이 시급히 요구되고 있다.
본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
본 발명자들은 섭취 시 입안에 청량감을 주고, 젖산과 활성산소 등과 같은 피로물질을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 체내 ATP 생성을 증가시켜, 궁극적으로 피로 회복을 통하여 생활에 활력을 부여하고, 운동능력과 인지기능 향상, 그리고 항염과 면역기능 저하 개선 효과를 나타내는 다기능성 음료를 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 이용한 임상 실험을 통하여, 고경도 미네랄 워터의 섭취를 통하여 체내 ATP 생성 증가, 체내 에너지대사 증가, 체내 활성산소 감소, 체내 무기질 증가, 젖산 축적 억제, 피로도의 감소, 운동능력과 인지기능 향상, 항염, 및 면역기능 유지 또는 저하 개선과 같은 신체기능 증진 효과를 얻을 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 기능성 음료(또는 기능성 음료 조성물)를 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 경도 값이 100-2000인 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 기능성 음료를 제공한다.
본 발명자들은 섭취 시 입안에 청량감을 주고, 젖산과 활성산소 등과 같은 피로물질을 효과적으로 제거할 뿐만 아니라 체내 ATP 생성을 증가시켜, 궁극적으로 피로 회복을 통하여 생활에 활력을 부여하고, 운동능력과 인지기능 향상, 그리고 항염과 면역기능 저하 개선 효과를 나타내는 다기능성 음료를 개발하기 위하여 연구 노력하였다. 그 결과, 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 이용한 임상 실험을 통하여, 고경도 미네랄 워터의 섭취를 통하여 체내 ATP 생성 증가, 체내 에너지대사 증가, 체내 활성산소 감소, 체내 무기질 증가, 젖산 축적 억제, 피로도의 감소, 운동능력과 인지기능 향상, 항염, 및 면역기능 유지 또는 저하 개선과 같은 신체기능 증진 효과를 얻을 수 있음을 확인하였다.
본 명세서에서 사용된 용어, "염지하수"는 염분 등의 용존고형물을 일정량 이상 함유하는 암반대수층 안의 지하수로서 수질의 안정성을 계속 유지할 수 있는 자연 상태의 물을 먹는 용도로 사용할 원수를 의미하며, 용어 "해양심층수"는 태양광이 거의 미치지 못하는 깊이가 200 m 이상인 바다의 물을 의미한다.
본 발명의 기능성 음료에 유효성분으로 함유되는 고경도의 미네랄 워터는 염지하수를 이용하여 제조할 수 있고, 염지하수라면 제한 없이 고경도의 미네랄 워터의 제조에 사용할 수 있다. 일예로 물속에 녹아 있는 염분 등의 총 용존고형물의 함량이 2000 mg/ℓ이상인 암반대수층 안의 지하수를 이용하여 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있다.
본 명세서에서 사용된 용어, "경도"는 물속에 용해되어 있는 Ca2+, Mg2+ 등의 2가 양이온 금속이온에 의하여 발생하며, 이에 대응하는 CaCO3로 환산 표시한 값으로 물의 세기를 의미한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 경도는 하기 수학식으로 계산할 수 있다.
[수학식 1]
물의 경도(CaCO3 mg/ℓ) = 2.5 X [Ca2 + 농도(mg/ℓ)] + 4.1 X [Mg2 + 농도(mg/ℓ)]
본 발명의 미네랄 워터는 100-2000의 경도(mg/ℓ as CaCO3)를 갖는다. 상기 100-2000의 경도의 미네랄 워터는 15-500 mg/ℓ의 마그네슘, 5-170 mg/ℓ의 칼슘 및 4.5-150 mg/ℓ의 칼륨을 포함할 수 있다.
본 발명의 미네랄 워터는 상기 경도 범위 내에서 다양한 경도 값을 가질 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 100-1900, 100-1800, 100-1700, 100-1600, 100-1500, 100-1400, 100-1300, 100-1200, 100-1100 또는 100-1000이며; 다른 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 200-1900, 200-1800, 200-1700, 200-1600, 200-1500, 200-1400, 200-1300, 200-1200, 200-1100 또는 200-1000이며; 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 300-1900, 300-1800, 300-1700, 300-1600, 300-1500, 300-1400, 300-1300, 300-1200, 300-1100 또는 300-1000이며; 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 400-1900, 400-1800, 400-1700, 400-1600, 400-1500, 400-1400, 400-1300, 400-1200, 400-1100 또는 400-1000이고; 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 500-1900, 500-1800, 500-1700, 500-1600, 500-1500, 500-1400, 500-1300, 500-1200, 500-1100 또는 500-1000이며; 또 다른 일구현예에 따르면, 상기 미네랄 워터의 경도는 600-1900, 600-1800, 600-1700, 600-1600, 600-1500, 600-1400, 600-1300, 600-1200, 600-1100 또는 600-1000이다.
상기 경도 값의 미네랄 워터 중, 대표적으로 경도 100의 미네랄 워터는 마그네슘: 15-25 mg/ℓ, 칼슘: 5-8.5 mg/ℓ, 및 칼륨: 4.5-7.5 mg/ℓ 포함하고, 경도 300의 미네랄 워터는 마그네슘: 45-75 mg/ℓ, 칼슘: 15-25.5 mg/ℓ, 및 칼륨: 13.5-22.5 mg/ℓ를 포함하며, 경도 700의 미네랄 워터는 마그네슘: 105-175 mg/ℓ, 칼슘: 35-59.5 mg/ℓ, 및 칼륨: 31.5-52.5 mg/ℓ를 포함하고, 경도 1000의 미네랄 워터는 마그네슘: 150-250 mg/ℓ, 칼슘: 50-85 mg/ℓ, 및 칼륨: 45-75 mg/ℓ를 포함한다(경도 100 당 마그네슘: 15-25 mg/ℓ 칼슘: 5-8.5 mg/ℓ 및 칼륨: 4.5-7.5 mg/ℓ 포함).
본 발명의 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 15-300 mg/ℓ의 마그네슘, 5-102 mg/ℓ의 칼슘 및 4.5-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 100-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 30-300 mg/ℓ의 마그네슘, 10-102 mg/ℓ의 칼슘 및 9-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 200-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 45-300 mg/ℓ의 마그네슘, 15-102 mg/ℓ의 칼슘 및 13.5-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 300-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 60-300 mg/ℓ의 마그네슘, 20-102 mg/ℓ의 칼슘 및 18-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 400-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 75-300 mg/ℓ의 마그네슘, 25-102 mg/ℓ의 칼슘 및 22.5-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 500-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명의 기능성 음료는 90-300 mg/ℓ의 마그네슘, 30-102 mg/ℓ의 칼슘 및 27-90 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 경도 600-1200의 미네랄 워터를 포함한다.
본 발명의 기능성 음료는 섭취자의 신체에 유용한 여러 가지 기능성을 나타낸다. 따라서, 본 발명의 기능성 음료는 신체 기능 향상을 위한 기능성 음료이다. 본 발명의 기능성 음료 섭취를 통하여 달성할 수 있는 기능성 또는 신체 기능 향상은, 체내 ATP 생성 증가, 체내 에너지대사 증가, 체내 항산화 활성 증가, 체내 무기질 증가, 젖산 축적 억제, 운동능력 향상, 피로의 감소 또는 회복, 근육통 예방, 인지기능 향상, 항염증, 및 면역기능 유지 또는 저하 개선을 포함한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 본 발명은 체내 ATP 생성 또는 체내 에너지대사 증진용 기능성 음료이다. 일예로, 운동능력 향상 또는 피로 회복을 위하여 이러한 기능성 음료를 섭취할 수 있다. 이 경우, 본 발명의 기능성 음료에 함유되는 미네랄 워터의 경도 값은 300 내지 900일 수 있다. 일 특정예에서, 상기 미네랄 워터의 경도 값은 350-850이고, 다른 특정예에서는 400-800이며, 또 다른 특정예에서는 450-800이고, 또 다른 특정예에서는 500-800이며, 또 다른 특정예에서는 550-800이고, 또 다른 특정예에서는 600-800이며, 또 다른 특정예에서는 650-800이다.
본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 체내 항산화 활성(활성산소 감소) 증진용 기능성 음료이다. 일예로, 활성산소는 대표적인 피로물질이기 때문에, 피로의 예방, 감소 및/또는 회복을 위하여 항산화 활성이 있는 본 발명의 기능성 음료를 섭취할 수 있다(도 3 참조). 이 경우, 본 발명의 기능성 음료에 함유되는 미네랄 워터의 경도 값은 600-1500일 수 있다. 일 특정예에서, 상기 미네랄 워터의 경도 값은 600-1400이고, 다른 특정예에서는 600-1300이며, 또 다른 특정예에서는 600-1200이고, 또 다른 특정예에서는 650-1100이다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 체내 무기질 공급 또는 보충용 기능성 음료이다. 일예로, 각종 무기질(예컨대, 칼슘, 마그네슘, 칼륨 및 아연)의 공급 및 보충을 위하여 이와 같은 기능성 음료를 섭취할 수 있다(도 4a-4c 참조). 특히, 본 발명의 기능성 음료는 다른 무기질에 비해 아연을 아주 미량으로 함유하고 있으나, 기능성 음료 섭취자의 체내 아연 수준을 크게 향상시킬 수 있다(도 4c 참조). 아연은 생체 내 200여 종 이상 되는 효소의 구조적 성분으로서 체내에서 주요한 대사과정이나 반응을 조절하는 데 관여하며, 특히 면역력 강화, 탈모 예방 및 치료, 여드름, 전립선건강 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 따라서, 본 발명의 기능성 음료의 섭취를 통한 아연 공급을 통하여 아연의 결핍을 방지하고, 면역력 강화와 같은 아연과 관련된 신체기능의 향상효과를 얻을 수 있다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 운동능력 향상용 기능성 음료이다. 상기 기능성 음료의 섭취를 통하여 근력, 지구력(근지구력, 심폐지구력 등), 민첩성 및 운동집중력과 같은 다양한 운동능력을 향상시킬 수 있다(도 8 및 9 참조). 나아가, 상기 기능성 음료의 섭취를 통하여 장시간의 운동(신체활동)으로 인한 신체 스트레스와 이에 따른 염증 반응을 억제할 수 있고, 면역기능 저하 역시 방지할 수 있다(도 14 내지 16 참조).
일 특정예에서, 상기 운동능력 향상은 체내 ATP 생성 증가, 체내 에너지대사 증가, 젖산 축적 억제, 피로의 감소 또는 회복, 근육통 예방, 인지기능 향상, 신체활동에 따른 염증의 억제 및 신체활동에 따른 면역기능 저하 개선으로 구성된 군으로부터 선택된다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 피로의 감소 또는 회복용 기능성 음료이다.
본 명세서에 사용된 용어, "피로"는 연속 및 반복되는 정신적ㆍ육체적 작업에 수반해서 발생하는 심신기능의 저하상태를 의미하며, 육체피로와 젖산 축적으로 인한 운동피로를 포함한다. 운동, 육체적 노동 등 육체적 활동이 심한 경우에는 산소 부족으로 에너지원인 글리코겐이 분해되면서 젖산이 생성되어 피로감을 느끼게 되는데, 본 발명의 기능성 음료는 젖산 축적을 억제할 뿐만 아니라(도 10 참조), 피로물질인 활성산소를 제거하는 항산화 효과를 나타낼 수 있어(도 3 참조), 근육통 예방과 피로 회복에 우수한 효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 근육통 예방용 기능성 음료이다. 과도한 신체활동으로 인한 젖산 축적으로 인하여 근육통이 유발되는데, 본 발명의 기능성 음료는 젖산의 축적을 억제하여(도 10 참조), 근육통에 대한 예방효과를 나타낼 수 있다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 인지기능 향상용 기능성 음료이다. 상기 기능성 음료의 섭취를 통하여 집중력, 학습력 및 기억력과 같은 인지기능을 향상시킬 수 있다(도 11 참조). 일 특정예에서, 상기 인지기능 향상은 운동 시의 인지기능 향상이다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 항염용 기능성 음료이다. 상기 기능성 음료의 섭취를 통하여 염증반응(예컨대, 신체활동으로 인한 염증반응)을 억제할 수 있다(도 14 내지 16 참조).
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 본 발명은 면역기능 유지 또는 저하개선용 기능성 음료이다.
장시간의 운동과 같은 과도한 신체활동 시에는 신체 스트레스에 따른 면역기능 저하와 염증반응이 야기되는데, 본 발명의 기능성 음료 섭취군은 염증발생과 관련된 사이토카인인 혈중 IL-6 수치와 백혈구 수 및 hs-CRP 수준이 미섭취군에 비하여 유의하게 낮았다(도 14 내지 16 참조). 이러한 결과는, 본 발명의 기능성 음료의 섭취를 통하여 면역기능 저하를 개선하고, 염증반응을 억제할 수 있음을 보여준다.
일 특정예에서, 상기 신체활동은 축구, 농구 등의 구기운동, 걷기, 달리기(예컨대, 마라톤, 울트라마라톤 등의 장거리 달리기), 자전거타기, 등산, 수영 및 러닝머신 등의 유산소 운동이다.
본 발명의 기능성 음료는 다양한 형태로 제조가능하다. 예를 들어, 본 발명의 기능성 음료는, 음용수, 차, 스포츠 드링크, 이온 음료 또는 에너지 드링크의 형태로 제조가능하다. 예컨대, 본 발명의 음료가 각종 드링크제로 제조되는 경우에는 유효성분인 고경도의 미네랄 워터 이외에 구연산, 액상과당, 설탕, 포도당, 추가적인 미네랄(예컨대, 인산염, 철, 구리), 각종 비타민, 초산, 사과산, 과즙, 각종 식물 추출액(예컨대, 폴리페놀이 함유된 식물 추출물) 등이 추가로 포함될 수 있다.
본 발명의 미네랄 워터는 고경도로서, 다량의 마그네슘, 칼슘 및 칼륨 이온을 함유하는 데 특징이 있다. 그러나, 상기 이온들이 다량으로 함유된 미네랄 워터를 제조하는 경우에는 다음의 문제점이 발생한다. 첫 번째 문제점은 음용수의 미네랄 함량을 높이기 위하여 탈염수에 미네랄 농축액을 다량으로 첨가하는 경우, 마그네슘, 칼륨 등의 양이온뿐만 아니라, 취식감을 저하시키는 황산 이온과 염소 이온 역시 다량으로 함유되는 것이다. 두 번째 문제점은 칼슘의 보급을 위하여 탈염수에 농축수로부터 분리한 칼슘염을 첨가하는 경우 칼슘염이 머금고 있는 소금성분 및 탄산칼슘이 첨가되어 음용수의 취식감을 저하시키며, 칼슘염의 용해도가 낮아 실질적인 칼슘 보급 효율이 떨이진다는 것이다. 따라서, 고경도의 미네랄 워터의 제조는 상기 문제점으로 인하여 용이하지 않은 실정이다.
이에, 본 발명의 기능성 음료는, 염지하수 또는 해양심층수를 탈염처리 하여 얻은 탈염수에 (i) 염지하수 또는 해양심층수를 탈염처리 하여 얻은 농축수로부터 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 얻은 미네랄 농축액 및 (ii) 상기 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정으로부터 칼슘염 결정에 붙어있는 소금과 탄산칼슘을 제거하여 얻은 칼슘염을 혼합하여 제조된 100-2000의 경도를 갖는 미네랄 워터를 포함할 수 있다.
각 과정을 상세히 설명하면 다음과 같다.
염지하수 또는 해양심층수로부터 탈염수 및 농축수를 분리하기 위한 탈염처리는, 당업계에 알려진 임의의 기술을 적용하여 수행될 수 있다. 탈염처리를 위한 기술로는 증발법, 해수동결법, 역삼투압법, 이온교환수지법 및 전기투석법 등을 들 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면, 탈염처리는 역삼투막에 원수를 통과시켜 이온성분을 포함하는 농축수와 이온성분이 제거된 탈염수로 분리한다. 상기 원수는 부유물질 제거를 위하여 여과 등의 전처리 공정을 거친 후 사용할 수 있다. 상기 전처리 공정은 역삼투 여과 시, 막 막힘 현상을 야기시킬 수 있는 불순물을 제거하기 위한 것으로 통상적인 정밀여과 또는 한외여과를 실시할 수 있다.
본 발명에서, 상기 원수로부터 얻어지는 탈염수는 2단계 이상의 탈염처리에 의하여 얻어질 수 있다. 예를 들면, 원수를 제1역삼투막에 통과시켜 제1농축수와 제1탈염수를 얻고, 제2역삼투막에 상기 제1탈염수를 통과시켜 제2농축수와 제2탈염수를 얻을 수 있다. 이후, 상기 제1농축수로부터 분리한 칼슘염과 미네랄 농축액을 제2탈염수에 첨가하여 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있다.
상기 농축수에는 탄산칼슘, 황산칼슘 및 염화칼슘 등의 칼슘염, 염화나트륨, 및 미네랄이 다량 함유되어 있으며, 본 발명에서는 원수로부터 분리된 농축수로부터 상기 칼슘염 및 소금을 단계적으로 분리한다.
본 발명에서, 상기 칼슘염 및 소금의 분리는 농축수에서 칼슘염 결정 및 소금이 석출될 수 있도록, 적절한 비중 값(동일한 온도와 압력 하에서 물의 밀도에 대한 농축수의 밀도 비)을 가지도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 수행할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 칼슘염의 분리는 비중(동일한 온도와 압력 하에서 물의 밀도에 대한 농축수의 밀도 비)이 1.11 이상이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 칼슘염 결정을 분리할 수 있다. 이에 의하여 제한되는 것은 아니나, 칼슘염의 분리를 위한 농축수의 바람직한 비중은 1.11-1.23이다. 칼슘염의 분리는 메쉬 망을 이용할 수 있으며, 바람직하게는 300-350 메쉬 망, 보다 바람직하게는 300 메쉬망을 이용하여 분리할 수 있다.
본 발명의 다른 일구현예에 따르면, 비중이 1.18이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 1차적으로 석출된 칼슘염 결정을 분리하고, 여액을 비중 1.19-1.23이 되도록 가열 및 농축하여 잔류하는 칼슘염을 제거하여 실시할 수 있다.
본 발명의 또 다른 일구현예에 따르면, 비중이 1.23이 될 때까지 가열한 후, 정체를 시켜 하단부에 가라앉은 칼슘염을 추출할 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 소금의 분리는 비중이 1.24 이상이 되도록 농축수를 가열 및 농축하여 석출되는 소금을 분리하여 실시할 수 있다. 이에 의하여 제한되는 것은 아니나, 소금의 분리를 위한 농축수의 바람직한 비중은 1.24-1.32이다. 가열된 농축수에는 미네랄 농축액(액체)과 소금(고체)이 함께 존재하기 때문에 원심분리 시 또는 탈수기 등을 사용하여 소금을 분리할 수 있다. 분리된 소금은 추가적인 정제과정을 거쳐 미네랄 소금으로 가공될 수 있다.
본 발명에서, 상기 농축수의 가열은 교반과 동시에 서서히 수행될 수 있다.
본 발명에서, 칼슘염 및 소금이 제거된 농축수는 미네랄 성분의 농축을 위하여 추가적인 가열 및 농축이 이루어질 수 있다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 탈염수에 혼합되는 칼륨염 및 소금성분의 제거가 이루어진 미네랄 농축액은 (a) 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링하는 단계; (b) 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링하는 단계; 및 (c) 단계 (b)에서 필터링 된 미네랄 농축액을 다수의 공극을 갖는 중공사막 필터로 필터링하는 단계를 포함하는 미네랄 농축액의 품질향상 방법에 의하여, 음이온 및 불순물이 제거된다.
불순물의 제거는 음용수 제조에 있어 반드시 필요한 과정이며, 음이온의 제거는 미네랄 워터의 청량감을 향상시키기 위하여 요구되는 과정이다. 본 공정의 특징은 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링한 다음, 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링하는 것이다. 필터링과 재필터링 시에 사용하는 필터는 동일한 필터를 재사용할 수 있고, 별도의 필터를 사용할 수도 있다. 또한, 재필터링 과정에서는 첫 번째 필터링 시 사용한 필터와 필터의 길이, 구성성분, 흡착제의 종류, 및/또는 흡착제의 미세공극의 크기 등에서 차이가 나는 필터를 사용할 수 있다.
본 발명에서는 미네랄 농축액의 물리 흡착제를 갖는 필터 통과 시, 흡착제의 다수의 미세공극에 농축액 내의 음이온(특히, 염소 이온 및 황산 이온)과 불순물(특히, 실트)이 흡착되어 제거되며, 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 재필터링에 의하여 음이온과 불순물의 제거효율이 극대화된다(1차 필터링). 이후, 1차 필터링 된 미네랄 농축수가 중공사막 필터에 의하여 2차 필터링 됨으로써 음이온 및 불순물의 제거효율이 보다 향상된다(2차 필터링).
본 발명에서는 용액 내의 불순물과 음이온을 흡착시킬 수 있는 물리 흡착제를 갖는 필터를 제한 없이 사용할 수 있다. 본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 물리 흡착제는 활성탄, 규조토, 제올라이트, 실리카겔, 녹말, 벤토나이트 또는 알루미나이며, 보다 바람직하게는 활성탄이다.
본 발명에서는 필터링 하고자 하는 미네랄 농축액의 양에 따라 적절한 활성탄 필터를 선택하여 사용할 수 있다. 예를 들면, 미네랄 농축액 100ℓ를 처리하는 경우 8-12 인치의 활성탄 필터를 사용함이 바람직하며, 200ℓ의 미네랄 농축액을 처리하는 경우에는 18-22인치의 활성탄 필터를 사용함이 바람직하다. 보다 바람직하게는, 100ℓ의 미네랄 농축액 처리 시에는 10인치의 활성탄 필터를 사용하며, 200ℓ의 미네랄 농축액 처리 시에는 20인치의 활성탄 필터를 사용한다.
본 발명에서는 물리 흡착제를 갖는 필터에 의하여 1차 필터링 된 농축수를 중공사막으로 2차 필터링하여 미생물과 실트를 포함하는 불순물, 및 음이온을 보다 더 걸러 내고, 농축액 내의 미네랄 성분은 통과시킨다. 상기 중공사막 필터는 다수의 공극을 갖는 마이크로 필터라면 제한 없이 사용가능하며, 공극은 직경 0.01-0.5 μm, 바람직하게는 0.05-0.5 μm, 보다 바람직하게는 0.1-0.5 μm 이다.
바람직하게는, 상기 중공사막 필터는 제균 필터이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 필터링에 의하여 미네랄 농축액 내의 실트 및 음이온이 제거되며, 바람직하게는 실트, 염소 이온 및 황산 이온이 제거된다.
본 발명에서는 불순물 및 음이온의 제거 효율 향상을 위하여, 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 미네랄 농축액의 필터링 → 필터링 된 농축액의 물리 흡착제를 갖는 필터에 의한 재필터링 → 재필터링 된 농축액의 재재필터링의 순환과정을 적절한 횟수로 반복하여 실시할 수 있는데, 반복 횟수는 1회 이상이 바람직하며, 보다 바람직하게는 1-5회, 보다 더 바람직하게는 1-4회이다.
본 발명에서, 상기 미네랄 농축액은 공급수단에 의하여 적정 속력 또는 적정 유량으로 필터에 공급될 수 있다. 상기 공급수단은 펌프를 사용함이 바람직하며, 보다 바람직하게는 일정한 속력(또는 유량)으로 미네랄 농축액을 필터에 이송할 수 있는 정량펌프를 사용한다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정으로부터 소금과 탄산칼슘의 제거는, (ⅰ) 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정을 300-350 mesh 망이 장착된 열수를 포함하는 용기에 투입하고, (ii) 망을 통과하지 않은 칼슘염 결정을 분리하여 수행할 수 있다. 이때, 칼슘염 결정에 붙어있던 소금은 열수에 용해되며, 탄산칼슘은 메쉬 망을 통과하여 용기 바닥에 침전된다. 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정은 다량의 소금성분을 함유하는 농축수로부터 분리되었기 때문에 필연적으로 농축수를 머금게 되며, 이를 제거하지 않고 탈염수에 첨가하는 경우 농축수의 소금성분으로 인하여 미네랄 워터의 취식감이 저하된다. 또한, 탄산칼슘으로 인하여 미네랄 워터의 취식감이 떨어지게 된다. 따라서, 본 발명에서는 칼슘염 결정에 붙어있는 소금(농축수)과 탄산칼슘의 제거를 위한 정제과정이 이루어지는 것이다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 단계 (ⅰ)에서는 칼슘염 결정을 투입한 후 용기를 서서히 흔들어 준다.
본 발명의 일구현예에 따르면, 상기 단계 (ⅰ)의 메쉬 망은 칼슘염 결정을 추출할 시 사용한 메쉬 망과 동일 규격 또는 그 이상의 규격의 망을 사용하며, 바람직하게는 300 mesh 망(1인치에 구멍 300개)-350 mesh 망을 사용하며, 보다 바람직하게는 300 mesh 망을 사용한다.
상기 용기내의 용액의 온도는 칼슘염이 결정으로 석출될 수 있는(칼슘염이 결정으로 존재할 수 있는) 온도로 설정한다. 상기 온도보다 낮은 경우, 칼슘염이 물에 용해되어 메쉬 망에 의한 탄산칼슘의 여과 효율이 떨어지기 때문이다. 상기 온도는 60-100℃로 설정할 수 있으며, 바람직하게는 65-100℃, 보다 바람직하게는 70-100℃로 설정할 수 있다. 이는 칼슘염의 추출 시 온도가 70-100℃에서 추출되기 때문에 동일한 조건을 맞추어 주기 위함이다.
상기 단계 (ⅱ)에서 분리한 칼슘염 결정은 자연건조, 드라이오븐 및 전자레인지 등을 이용하여 건조하여 보관할 수 있으며, 바람직하게는 드라이오븐 또는 전자레인지를 이용하여 건조한다. 이후, 칼슘의 보급을 위하여 보관된 칼슘염을 탈염수에 첨가할 수 있다.
이상의 방법을 통하여, 다량의 마그네슘, 칼슘 및 칼륨을 함유하면서도 취식감이 우수한 고경도의 미네랄 워터를 제조할 수 있으며, 제조된 고경도 미네랄 워터는 기능성 음료로 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:
(ⅰ) 본 발명은 염지하수 또는 해양심층수로부터 제조된 고경도의 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 기능성 음료에 관한 것이다.
(ⅱ) 본 발명의 기능성 음료는 섭취 시 입안에 청량감을 부여할 뿐만 아니라, 젖산과 활성산소 등과 같은 피로물질을 효과적으로 제거하고 체내 ATP 생성을 증가시켜, 생활에 활력을 부여하고 운동능력과 인지기능을 향상시킬 수 있다.
(ⅲ) 본 발명의 기능성 음료는 항염과 면역기능 유지 또는 저하 개선 효과를 나타낼 수 있다.
도 1은 실시예 1에서 수행한 실험에서 사용된 교차계획법(Cross-over design)을 보여준다.
도 2는 각 그룹 별 체내 ATP 수준의 변화를 보여준다.
A 그룹: 대조군, B 그룹: 경도 300 미네랄 워터 섭취군, C 그룹: 경도 700 미네랄 워터 섭취군, D 그룹: 경도 1000 미네랄 워터 섭취군.
p<0.05: *; p<0.01: **; p<0.001: *** (vs. 대조군)
p<0.05: +; p<0.01: ++ (vs. D 그룹)
도 3은 각 그룹 별 ROS 수준의 변화를 보여준다.
A 그룹: 대조군, B 그룹: 경도 300 미네랄 워터 섭취군, C 그룹: 경도 700 미네랄 워터 섭취군, D 그룹: 경도 1000 미네랄 워터 섭취군.
도 4a-4c는 각각 각 그룹 별 전혈 내 칼슘, 마그네슘 및 아연 수준의 변화를 보여준다. 에러 바는 SEM을 나타낸다.
A 그룹: 대조군, B 그룹: 경도 300 미네랄 워터 섭취군, C 그룹: 경도 700 미네랄 워터 섭취군, D 그룹: 경도 1000 미네랄 워터 섭취군.
p<0.05: *; p<0.01: **; p<0.001: *** (vs. 대조군)
도 5는 각 그룹 별 적혈구용적률 수준을 보여준다. 에러 바는 SEM을 나타낸다.
A 그룹: 대조군, B 그룹: 경도 300 미네랄 워터 섭취군, C 그룹: 경도 700 미네랄 워터 섭취군, D 그룹: 경도 1000 미네랄 워터 섭취군.
a: 대조군과 비교하여 p < 0.05
도 6은 경도 700 미네랄 워터 섭취 전후에 따른 부위별 골밀도 변화를 보여준다.
도 7은 경도 700 미네랄 워터 섭취 전후에 따른 부위별 제지방 변화를 보여준다.
도 8은 경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 무산소성 피크 파워의 변화를 보여준다.
* p<0.05, 초기와 섭취 1주 후, 섭취 3주 후, 중단 1주 후; † p<0.05, 섭취 1주 후와 3주 후; ‡ p<0.05, 섭취 3주 후와 중단 1주 후.
도 9는 경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 무산소성 평균 파워의 변화를 보여준다.
* p<0.05, 초기와 섭취 1주 후, 섭취 3주 후, 중단 1주 후; ‡ p<0.05, 섭취 3주 후와 중단 1주 후.
도 10은 경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 혈중 젖산 농도의 변화를 보여준다.
* p<0.05, 초기와 섭취 1주 후, 섭취 3주 후, 중단 1주 후.
도 11은 경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 MTS 집중력 변화를 보여준다.
도 12는 실시예 3에서 실시한 실험의 스케줄을 개략적으로 보여준다.
도 13은 경도 700 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 울트라 마라톤 전후의 혈중 Mg의 농도 변화를 보여준다.
도 14는 경도 700 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 울트라 마라톤 전후의 혈중 IL-6의 수준 변화를 보여준다.
도 15는 경도 700 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 울트라 마라톤 전후의 백혈구 수치의 변화를 보여준다.
도 16은 경도 700 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 울트라 마라톤 전후의 혈중 hs-CRP의 수준 변화를 보여준다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예
실시예 1. 고경도의 미네랄 워터 섭취에 의한 체내 ATP 생성과 에너지대사 증가, 체내 활성산소 감소 및 혈중 무기질 증가 효과 확인
1-1. 실험방법
연구대상
용인대학교 체육대학생들을 대상으로 자발적 참여의사를 밝힌 24명을 각각 6명씩 4개 군으로 무작위 배정하였다. 대조군으로 배정된 6명에게는 일반 생수를 공급하였으며, 처치군으로는 경도 300, 경도 700 또는 경도 1000의 미네랄 워터(mineral water, (주) 아리바이오)를 공급하였다.
실험설계는 교차설계(cross-over design) 방법으로 개입(intervention) 후 3-4일의 휴약기(washout period)를 둔 후, 서로 다른 처치군으로 배정하여 반복측정하는 방법을 이용하였다(도 1). 처치방법은 오전 기상 후 공복 시에 각 군에 배정된 음용수 섭취 전 혈액을 채혈하였으며, 음용수를 섭취한 후 안정 상태에서 30분, 60분 및 90분 후에 채혈하였다. 본 연구는 용인대학교 기관심의위원회(Institutional Review Board; IRB)의 승인을 받은 후 실시하였다.
ATP 측정
혈중 ATP 측정은 ENLITEN ATP Assay system (Promega, WI, USA)을 사용하여 제조사의 지시에 따라 측정하였다. 간략하게 설명하면, 전혈 100 ㎕를 0.5% TCA (Trischloroacetate) 1 ㎖에 넣고 상온 또는 얼음에서 30분간 인큐베이션한 후, 15,000 rcf로 10분간 원심분리하였다. 이후, 250 mM 트리스-아세테이트로 중화시키고, 상등액을 250 mM 트리스-아세테이트 버퍼로 희석하여 96-웰 플레이트에 10 ㎕씩 분주한 다음, 루시퍼라제 용액을 100 ㎕씩 넣어 발광측정기(Luminometer; Infinite 200pro, Tecan, Switzerland)로 측정하였다.
ROS 측정
세포 내 활성산소종(Reactive Oxygen Species; ROS)의 제거능을 측정하기 위하여, 2',7'-dichlorofluorescein diacetate (DCFDA)를 사용하였다. 전혈에서 ficoll(Sigma, MO, USA)을 사용한 밀도구배법으로 백혈구를 분리한 후 20 μM DCFDA가 첨가된 배지에 분주하여 37℃에서 30분간 인큐베이션 한 후 Tali image based cytometer (Invitrogen, CA, USA)를 이용하여 측정하였다.
통계분석
통계분석은 연속형 자료의 경우는 평균과 표준오차로 표시하였으며, 차이에 대한 분석은 SPSS 통계패키지 21(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 반복측정 분산분석(Repeated measure ANOVA test)을 실시하여 군간 차이의 유의성을 판단하였고, 차이를 보이는 결과에 대해서는 사후검정(post hoc test)으로 피셔의 최소유의차검정(Fisher's least significant difference test)을 실시하였다. 모든 통계분석은 5%의 유의수준에서 실시하였다.
1-2. 실험결과
혈중 ATP 분석
표 1 및 도 2에 나타난 바와 같이, 섭취 30분, 60분 및 90분 후에 ATP의 변화를 측정한 결과, 경도 300 섭취군과 경도 700 섭취군에서 ATP 수준의 증가가 확인되었으며, 특히 경도 700 섭취군에서의 ATP 증가가 높았다.
Figure 112015031556785-pat00001
a: D 그룹과 비교하여 p<0.05; b: 대조군과 비교하여 p<0.05
A 그룹: 대조군, B 그룹: 경도 300 미네랄 워터 섭취군, C 그룹: 경도 700 미네랄 워터 섭취군, D 그룹: 경도 1000 미네랄 워터 섭취군.
활성산소종(Reactive oxygen species; ROS) 분석
미네랄 워터 섭취 후 각 군별 활성산소종의 변화를 측정한 결과, 표 2 및 도 3에 나타난 바와 같이 대조군의 경우 활성산소종의 증가가 가장 컸으며, 경도 300 섭취군은 활성산소종 수준이 대체적으로 감소하였고, 경도 700 섭취군과 경도 1000 섭취군에서는 활성산소종의 현저한 감소가 확인되었다.
Figure 112015031556785-pat00002
혈중 무기질 분석
도 4a-4c에 나타난 바와 같이, 혈중 칼슘(Calcium), 마그네슘(Magnesium) 및 아연(Zinc)의 농도는 섭취 30분 후부터 대조군에 비해 모든 처치군에서 증가하였다.
칼슘의 경우, 섭취 전 농도에 비해 섭취 30분, 60분 및 90분 후 대조군에서는 각각 0.26%p, 0.33%p 및 0.44%p가 감소한 것에 비해, 경도 300 섭취군에서는 5.13%p, 3.76%p 및 1.70%p 증가하였고, 경도 700 섭취군에서는 7.79%p, 6.79%p 및 4.93%p 증가하였으며, 경도 1000 섭취군에서는 10.41%p, 9.57%p 및 6.80%p 증가하여 군간 차이의 유의성이 있었다(p<0.001; 도 4a).
마그네슘의 경우, 섭취 전 농도에 비해 대조군에서는 섭취 30분과 60분에서 각각 0.50%p와 0.67%p가 감소하고, 90분 후에는 0.25%p가 증가한 경향을 보인 반면, 경도 300 섭취군에서는 8.94%p, 6.62%p 및 2.91%p 증가하였고, 경도 700 섭취군에서는 13.66%p, 11.17%p 및 7.10%p 증가하였으며, 경도 1000 섭취군에서는 26.77%p, 20.26%p 및 13.79%p가 증가하여 섭취에 따른 농도 차이가 있는 것으로 분석되었다(p<0.001; 도 4b).
아연의 경우, 섭취 전 농도에 비해 대조군에서는 0.61%p, 0.61%p 및 0.74%p 증가하였으나, 경도 300 섭취군에서는 10.91%p, 9.17%p 및 6.26%p 증가하였고, 경도 700 섭취군에서는 18.89%p, 17.23%p 및 12.12%p 증가하였으며, 경도 1000 섭취군에서는 24.07%p, 20.39%p 및 18.26%p로 증가하여 섭취정도에 따른 군간 차이가 있는 것으로 분석되었다(p<0.001; 도 4c).
혈액의 임상병리학적 분석
도 5에 나타난 바와 같이, 혈액의 임상병리학적 분석 결과, 적혈구용적률(hematocrit)의 경우, 대조군에 비해 경도 300 섭취군은 0.95±0.27%, 경도 700 섭취군 0.71±0.27%, 경도 1000 섭취군 0.89±0.27% 감소하여 유의한 차이를 보였다(p<0.05).
실시예 2. 고경도 미네랄 워터 섭취에 의한 피로도 감소, 운동능력 향상 및 인지기능 향상 효과 확인
2-1. 실험방법
실험설계
본 연구에 참여한 운동선수는 경기도 용인대학교에 재학 중인 남자 복싱선수(9명)와 씨름선수(9명)이며, 운동 형태는 운동 시 근수축 형태가 단속적이고 폭발적인 힘을 순간적으로 발휘하는 투기종목 선수들로 구성하였다. 연구진행은 반복이 있는 RM(Repeated Measure)으로 실시하였으며, 투여 전 baseline 검사 후 1주 간 휴식기를 지니게 하였다. 1주 후 경도 700 미네랄 워터((주) 아리바이오)를 하루 약 1L(아침, 점심, 저녁; 1회당 약 330 ㎖ 섭취) 섭취하게 한 후 운동기능 검사를 실시하였으며, 3주 후 2차 검사를 진행하였다. 모든 투여가 끝난 후 1주간 투여를 중단시킨 후 운동기능 검사를 실시하였다.
한편, 본 측정에 앞서 병원에 방문하여 근/골격 및 호흡/순환계통의 이상 유무를 확인한 후, 의학적 소견이 없는 대상자들로 분류하였다. 대상자들에게 연구계획에 대하여 구체적인 숙지 후 본 실험에 임하도록 하였다. 또한, 본 연구는 용인대학교 산하 기관생명윤리위원회(IRB, Institutional Review Board)의 승인을 받았다.
이중에너지 방사선 흡수법(DEXA)
이중에너지 방사선 흡수법(DEXA, Dual Energy X-ray Absorptiometry) 원리의 Hv-ps 7681(GE medical systems Lunar, USA)을 이용하여 부위별 골밀도와 총 골밀도를 투여 전후(3주 후)에 측정하였다. 연구 대상자들의 방사선 투과율의 오차발생을 방지하기 위해 각종 금속류(목걸이, 시계 등)를 제거한 후 촬영을 실시하였다.
무산소성 파워 측정
무산소성 파워 측정은 전자기식 에르고미터(computeraided electrically braked cycleergometer; Lode B. V. Excalibur Sports, Netherlands)를 이용하여 측정절차에 대한 설명을 한 후 안장높이와 크랭크 길이를 측정하였다. 본 측정 전 웜-업(Warm-up)은 최초 5분간은 60 rpm, 100 W로 심박수가 120-125 beat/분 이상 유지될 수 있게 실시하였으며, 2분간 휴식을 취한 후 본 측정을 실시하였다. 1차 측정 후 5분간 회복을 실시한 후 2차, 3차 및 4차를 연속적으로 반복 측정하였다.
경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 윙게이트(Wingate) 검사는 섭취 전, 섭취 1주 후, 섭취 3주 후, 중단 1주 후 등 총 4회 동안 진행하였다. 측정 시 부하는 체중 당 0.075 kp로 적용하였으며, 모든 측정절차는 Lode wingate version 1.0.7 software(Lode B.V., Netherlands)를 이용하여 컴퓨터로 시간과 강도를 조절하였다. 측정 시 부하수준을 일관되게 적용하였으며, 측정 중 심리적인 조건을 동일하게 주기위하여 음성으로 최대한 격려해 주었다. 분석변인으로는 피크파워(peakpower/kg), 평균파워(meanpower/kg)를 분석하였다.
젖산 농도 측정
혈중 젖산 농도의 측정은 안정 시, 윙게이트 운동 1차, 2차 및 3차 직후에 실시되었으며, 미네랄 워터 섭취 전과 1주 후, 3주 후, 섭취 중단 1주 후에 각각 실시하였다. 대상자들의 혈중 젖산 농도를 측정하기 위해 손가락 모세혈관에서 순간 채혈기를 이용하여 헤파린 처리된 모세관 튜브(capillary tube)에 채혈한 후, 자동젖산분석기(YSI 1500, U.S.A.)를 이용하여 분석하였다. 분석을 위해 필요한 멤브레인 키트(membrane kit)는 YSI 2329(YSI Life Sciences)를 이용하였고, 버퍼 용액은 정제된 YSI 2357 버퍼와 정제수 500 ㎖를 혼합하여 사용하였다.
인지기능(집중력) 검사
선수들의 집중력 검사는 Cambridge Neuropsychological Test Automated Battery(CANTAB, UK)를 이용하여 MTS(Match to Sample Visual Search) 점수로 평가하였다. 측정방법은 선수들이 실험실에 방문하여 30분간 안정을 취한 후 안정 시 검사를 진행하였다. 안정 시 초기(baseline) 검사 후 윙게이트 무산소성 파워 검사를 진행하였으며, 검사 직후 MTS 재평가를 하였다. 모든 측정은 미네랄 워터 투여 전, 투여 1주 후, 투여 3주 후 및 투여 중단 1주 후에 각각 평가하여 집중력 변화를 관찰하였다. MTS의 검사시간은 6-10분 정도 소요되었으며, 개인의 능력에 따라 문항반응과 같은 논리로 측정되어 측정시간의 개인차가 있었다. MTS를 이용한 집중력 검사는 기존 뇌기능 검사에서 사용되었던 질문지 방법보다 높은 재연성으로 신뢰성과 타당성이 높게 평가되고 있으며, 최근 뇌 건강관련 연구들에서 타당한 평가방법으로 인정되고 있어 본 측정법으로 선정하였다.
2-2. 실험결과
부위별 골밀도 변화
경도 700 미네랄 워터 투여 전과 투여 3주 후에 선수들의 골밀도와 부위별 제지방의 변화를 평가한 결과, 섭취 전에 비해 섭취 후 골밀도의 평균적인 양적 증가가 있었고(도 6), 제지방 역시 섭취 전에 비해 섭취 후에 평균적으로 감소하는 경향을 나타내었다(도 7).
무산소성 파워 검사
경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 윙게이트 무산소 검사는 섭취 전, 섭취 1주 후, 섭취 3주 후 및 실험완료 1주 후 등 총 4회 검사를 실시하였다. 상기 검사는 1회 당 4차 반복으로 진행되었으며, 1차 웜-업 단계 5분 후 측정을 실시한 후, 회복 5분 후 2차, 3차 및 4차를 단계적으로 반복 측정하였다. 검사변인은 순발력의 지표로 이용되는 피크 파워(peak power)와 30초 구간 최대 파워 발생능력인 평균 파워(mean power)를 살펴보았다.
경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 피크 파워의 변화 결과는, 도 8에 나타난 바와 같이 윙게이트 1차 검사에서 초기(baseline)에 비해 투여 3주 후 유의한 증가(p=0.045)를 관찰하였으며, 이후 투여 중단 1주 후에는 투여 3주 후에 비해 유의하게 감소하였다(p=0.003). 윙게이트 2차 검사 결과, 초기(baseline)에 비해 3주 투여 후 유의하게 증가(p=0.005)하였으며, 1주 투여에 비해 3주 투여가 유의한 증가를 나타내었다(p=0.025). 또한, 중단 1주 후 피크 파워는 투여 3주 후에 비해 유의하게 감소하는 것으로 나타났다(p<0.0001). 윙게이트 3차 검사 결과, baseline에 비해 투여 1주와 2주에 평균적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 하지만 중단 1주 후에는 투여 3주에 비해 유의하게 감소하는 것으로 나타났다(p=0.017). 윙게이트 4차 검사 결과, 초기(baseline)에 비해 투여 1주 후 피크 파워가 유의하게 증가(p=0.041)하였다.
경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 평균 파워의 변화 결과는, 도 9에 나타난 바와 같이 윙게이트 1차 검사와 2차 검사에서 중단 1주 후 평균 파워는 초기(baseline)(1차, p=0.003; 2차, p=0.03)과 투여 3주 후(1차, p<0.0001; 2차, p=0.006)에 비해 유의하게 감소하였다. 윙게이트 3차 검사 결과, 초기(baseline)에 비해 중단 1주 후 평균 파워는 유의하게 감소하였다.
이상과 같은 고경도 미네랄 워터 섭취에 따른 무산소성 파워의 변화 결과를 통하여 피크 파워를 유의하게 증가시키기 위해서는 3주 정도의 음용이 있어야 하며, 반복적인 파워 양상에서는 1주 정도 음용에 따른 ATP-PC 시스템의 기여비율의 효율성을 극대화시켰음이 확인되었다. 평균 파워로 대변되는 해당 과정(glycolysis system)의 기여는 3주 투여에도 유의한 증가를 나타내지 못하였으나. 투여 후 중단 시 초기(baseline)에 비해 유의하게 감소되어 고경도 미네랄 워터의 공급은 해당 과정을 유지시키는 것으로 판단된다.
혈중 젖산 농도의 변화
윙게이트 검사 직후 혈중 젖산 농도의 변화를 관찰하여 안정 시에 비해 증가되어지는 양(delta value)을 기준으로 평가하였다. 혈중 젖산 농도 검사시점은 안정시를 기준으로 1차 윙게이트 검사 직후 2차, 3차 및 4차에 운동 직후 손끝 채혈로 반복 측정하였다. 혈중 젖산 농도 변화의 비교는 투여 전과 투여 1주 후, 투여 3주 후 및 중단 1주 후에 각각 실시하였다.
경도 700 미네랄 워터 섭취에 따른 혈중 젖산 농도의 변화 결과는, 도 10에 나타난 바와 같이 윙게이트 1차 검사 직후 농도에 안정 시 차이 값을 비교한 결과, 투여 전에 비해 감소하는 경향을 나타내었다. 또한, 윙게이트 2차 검사에 따른 혈중 젖산 농도의 증가는 투여 1주 후와 중단 1주 후 유의하게 감소하는 결과를 나타내었다.
이상과 같이, 혈중 젖산 농도의 변화를 통해 무산소성 운동 후 근육 회복능력(muscle buffering capacity)의 변화를 간접적으로 확인한 결과, 고경도의 미네랄 워터 섭취로 인하여 피로의 축적이 감소되어 운동시간을 증가시킬 수 있음이 확인되었다.
집중력
경도 700 미네랄 워터 투여에 따른 MTS 집중력 검사를 투여 전, 투여 1주 후 및 투여 3주 후에 각각 평가하였다. 또한, 안정 시 이후 운동직후 MTS 변화를 관찰하였다.
그 결과, 도 11에 나타난 바와 같이, 고경도 미네랄 워터 섭취에 따른 집중력 MTS 결과, 투여에 따른 유의한 증가가 확인되었으며, 3주 투여 후의 유의한 차이가 확인되었다.
실시예 3. 고경도 미네랄 워터 섭취에 의한 항염 및 면역기능 저하 방지 효과 확인
3-1. 실험방법
본 실험에 50대 남성 83명이 자율적으로 참여하였으며, 2014년 10월 강화도에서 출발해서 강릉 경포대까지 달리는 308 km 한반도 울트라마라톤 경기에서 실험을 실시하였다. 비록, 308 km 울트라마라톤 경기가 3박4일간 진행되었지만, 피험자들의 경우 휴식장소에서 간단한 식사와 휴식을 취한 후 무박으로 이번 경기에 참여하였다. 채혈은 출발점과 308 km 도착점에서 2회 실시하였으며, 혈압측정 직후 채혈하였다. 연구에 참여한 피험자들의 신체적 특성은 다음과 같았다.
실험군(n=45) 대조군(n=38) p for trend
연령(세) 53±7 51±8 0.24
신장(cm) 168.7±6 170.5±5 0.12
체중(kg) 68.11±6.21 68.66±6.53 0.70
운동경력(개월) 107.73±56.96 107.68±56.59 0.99
연령, 신장, 체중 및 운동경력은 모두 비대칭도(skewness)와 첨도(kurtosis)가 ±2 이내로서 정상분포(normal distribution)를 나타내어 평균차이 검증을 수행할 수 있는 조건을 확보하였다.
본 연구는 308 km 경기 중 근피로 예방과 염증 발생에 있어, 고경도의 미네랄 워터(경도 700, (주) 아리바이오)의 효용성을 명확하게 밝히기 위하여 엄격한 이중맹검 연구로 진행되었다. 대조군은 고경도이 미네랄 워터와 동일한 용기에 맛과 색이 같은 음용수를 이용하게 하였다.
고경도 미네랄 워터의 공급은 출발점으로부터 시작 10 CP를 운영하였다. 혈압은 피험자들의 안전을 고려하여 100 km 구간마다 측정을 하였다. 도 12는 전체 실험스케줄을 보여준다.
3-2. 실험결과
울트라 마라톤 경기 중 고경도 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 완주 전후의 혈중 Mg 농도 변화는, 도 13에 나타난 바와 같이, 대조군의 농도는 평균적으로 감소한 반면, 실험군은 증가하여 집단 간 유의한 차이가 있었다(p=0.037).
울트라 마라톤 경기 중 고경도 미네랄 워터 섭취 유무에 따른 308 km 완주 전후 혈중 IL-6 변화는, 도 14에 나타난 바와 같이, 대조군은 마라톤 경기 전에 비하여 완주 후에 혈중 IL-6 수준이 유의하게 증가하였으나, 실험군은 평균의 변화가 크지 않아 집단 간 유의한 차이가 있었다(p<0.0001).
백혈구 변화는, 도 15에 나타난 바와 같이, 울트라마라톤 전에 비해서 대조군의 증가가 실험군에 비해 유의하게 높아 집단과 반복 간에 유의한 차이가 있었다(p=0.004).
308 km 울트라 마라톤 경기 중 고경도 미네랄 워터 섭취에 따른 마라톤 완주 전후의 CRP (C-reactive protein)의 변화는, 도 16에 나타난 바와 같이, 대조군과 실험군 모두 울트라마라톤 참가 전에 비해 유의하게 증가하였으나, 완주 후 결과에서 대조군이 실험군에 비해 유의하게 높았고 집단 간 유의한 차이를 나타내었다(p=0.05).
이상과 같이, 고경도 미네랄 워터를 섭취한 실험군은 대조군에 비해 IL-6, 백혈구 수(WBC) 및 hs-CRP 수준에서 유의하게 낮은 수준을 나타내었다. 전체적인 결과를 종합해 볼 때, 고강도, 장시간의 육체 피로로 인한 염증 발생과 면역기능 저하에 있어, 고경도 미네랄 워터의 섭취가 효과적으로 염증반응을 억제하고 면역기능을 보호해줄 수 있음을 알 수 있다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (7)

  1. 해양심층수를 탈염처리 하여 얻은 탈염수에,
    (i) 해양심층수를 탈염처리 하여 얻은 농축수로부터 칼슘염 결정 및 소금을 분리하여 얻은 미네랄 농축액; 및 (ii) 상기 농축수로부터 분리된 칼슘염 결정으로부터 칼슘염 결정에 붙어있는 소금과 탄산칼슘을 제거하여 얻은 칼슘염;을 혼합하여 제조되는 경도 값이 350 내지 850인 미네랄 워터를 유효성분으로 포함하는 체내 ATP 생성 증가용 기능성 음료로서,
    상기 미네랄 농축액은 물리 흡착제를 갖는 필터로 필터링하고, 필터링 된 미네랄 농축액을 물리 흡착제를 갖는 필터로 재필터링한 후, 재필터링 된 미네랄 농축액을 다수의 공극을 갖는 중공사막 필터로 필터링하여 얻은 것이고,
    상기 미네랄 워터는 52.5-212.5 mg/ℓ의 마그네슘, 17.5-42.5 mg/ℓ의 칼슘 및 15.75-63.75 mg/ℓ의 칼륨을 포함하는 것인, 체내 ATP 생성 증가용 기능성 음료.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 삭제
  6. 제 1 항에 있어서, 상기 기능성 음료는 음용수, 차, 스포츠 드링크, 이온 음료 및 에너지 드링크로 구성된 군으로부터 선택되는 것인, 체내 ATP 생성 증가용 기능성 음료.
  7. 삭제
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