KR101852922B1 - 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도 - Google Patents

락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도 Download PDF

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Abstract

본 발명은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복하여 제형화한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법 및 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 용도로서 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 포함하는 유제품에 관한 것이다.

Description

락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도{Dual microcapsule comprising lactase, method of manufacturing the same and use of the same}
본 발명은 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복하여 제형화한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법 및 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 용도로서 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 포함하는 유제품에 관한 것이다.
우유는 인류가 BC 8,000년경부터 식량자원으로 활용하여 왔다. 그러나, 전세계 인구의 2/3 이상은 우유를 제대로 소화시키지 못한다. 이는 체내에 충분한 양의 유당분해효소(락타아제, lactase)가 분비되지 않는 것에 기인하는데, 이를 유당불내증 이라고 한다.
락타아제는 소장에서 분비되는 효소로서, 이당류인 유당을 단당류인 글루코즈(glucose)와 갈락토즈(galactose)로 분해하여 소화흡수 하도록 하는 역할을 한다. 유당불내증을 갖고 있는 사람이 우유를 음용할 경우, 복통, 설사, 메스꺼움, 복부팽만감 등의 증상이 나타난다.
이러한 문제를 해결하기 위해, 효소고정화 기술, UF/RO 시스템을 이용한 막 여과 기술, 미세캡슐화 기술 등이 개발되어 왔다.
효소고정화 기술은 적은 양의 효소로 다량의 우유를 연속적으로 처리할 수 있지만, 유당이 글루코즈와 갈락토즈로 분해되면서 우유의 당도가 약 4배 가량 증가하므로, 소비자들이 음용을 기피하는 결과를 가져왔다.
UF/RO 시스템을 이용한 막 여과 기술은 우유에서 유당만을 선택적으로 분리가능한 기술이다. 그러나, 이 기술은 처리공정 중 약 5% 가량의 수율 손실이 발생하며, 유당제거로 인한 우유 고유의 단맛을 해치는 결과를 낳았다.
더욱 심각한 것은, 유당이 제거된 우유를 음용할 경우, 우유의 칼슘이 뼈로 이행하는 비율이 저하된다는 것이다 (Kwak et al., Int. Dairy J. 22, 147-151 (2012)). 또한, 장치 및 유지비가 비싸므로 제품 가격상승의 요인이 되고 있다.
락타아제 미세캡슐화 기술은 우유에 어떠한 물리, 화학적인 처리를 하지 않고, 미세캡슐화된 락타아제를 첨가하는 기술로서 우유 고유의 맛을 해치지 않으며, 공정이 간단하고 경제적이다. 그러나, 기존의 W/O 에멀전 타입의 미세캡슐은 바깥층이 기름층이기 때문에, 공기중에서 쉽게 산화될 수 있고, 분말화가 어려우므로 장기보존에 매우 불리하였다.
W/O/W 에멀전 타입의 미세캡슐은 바깥층이 수용성의 WPI 또는 말토덱스트린을 사용하므로 분말화가 용이하며 장기보존 및 취급에 유리하지만, 우유에 첨가하였을 경우 안정성이 떨어지는 단점이 있었다.
장용성 코팅물질을 이용한 락타아제 미세캡슐화는 위액에서는 녹지 않고, 소장에서만 녹는 장용성 코팅물질을 사용하므로, 위에서 언급한 미세캡슐화의 장점뿐만 아니라, 우유 속에서의 안정성도 크게 향상시킬 수 있는 방법이다.
그러나, 락타아제의 미세캡슐화에 관한 종래기술로는 지방으로 미세캡슐화된 락타아제가 함유된 우유의 제조방법 (한국공개특허 제10-1993-0022957호), 지방으로 미세캡슐화된 우유 첨가용 락타아제의 제조방법 (한국공개특허 제10-1993-0022958호) 등이 알려져 있을 뿐, 아직까지 장용성 코팅물질을 이용한 락타아제 미세캡슐화에 대한 연구가 제대로 이루어지지 않고 있는 실정이다.
더구나, 급격히 노령화 사회로 이행되어가고 있는 요즈음, 노년층의 건강에 대한 관심이 증대되어가고 있는데, 이러한 기술의 개발이 절실히 요구되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명의 목적은 유제품의 유당불내증을 해결하기 위한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복하여 제형화한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제공한다.
또한, 본 발명은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질 및 1차 유화제를 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계, 상기 락타아제의 유화액을 2차 피복물질 및 2차 유화제를 교반하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계, 및 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계를 포함하는 락타아제을 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품을 제공한다.
본 발명은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복하여 제형화한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제공할 수 있다.
한편, 본 발명에 의한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐은 소장에서만 녹는 장용성 코팅물질을 사용하기 때문에, 미세캡슐화의 장점뿐만 아니라, 우유 속에서의 안정성도 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유제품의 유당불내증을 해결할 수 있는 장점을 제공할 수 있다.
도 1은 일 실시예에 의한 미세캡슐화의 모식도를 나타낸 것이다.
도 2는 MCT 첨가에 따른 흡습량의 변화를 나타낸 것이다.
도 3은 장용성 코팅된 락타아제 미세캡슐의 미세캡슐화 수율을 위한 반응 표면을 나타낸 것이다.
도 4는 락타아제 미세캡슐화의 공정 최적화 곡선을 나타낸 것으로서, y는 마이크로 캡슐의 수율, d는 최적화된 조건의 통계적 만족도(desirable score)를 의미한다.
도 5는 장용성 락타아제 미세캡슐의 현미경 관찰 결과를 나타낸 것으로서, A는 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(HPMCP), B는 쉘락(shellac), C는 제인(zein)의 결과를 나타낸 것이다.
도 6은 장용성 락타아제 미세캡슐의 제타 전위를 나타낸 것이다.
도 7은 장용성 락타아제 미세캡슐의 입자 크기를 나타낸 것이다.
도 8은 장용성 락타아제 미세캡슐 첨가 우유의 이화학적 특성을 나타낸 것으로서, 대조군(control)은 시중의 우유 제품이다.
도 9는 락타아제 미세캡슐의 안정성을 나타낸 것이다.
도 10은 pH 2, 3, 4에서의 장용성 락타아제 미세캡슐의 in vitro 방출 특성을 나타낸 것이다.
도 11은 pH 6, 7, 8에서의 장용성 락타아제 미세캡슐의 in vitro 방출 특성을 나타낸 것이다.
도 12는 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 혈당의 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 설사(diarrhea)에 대해 증상의 강도를 5점법으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 14는 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 복통(abdominal pain)에 대해 증상의 강도를 5점법으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 복명(audible bowel sound)에 대해 증상의 강도를 5점법으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 16은 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 복부 팽만감(flatulence)에 대해 증상의 강도를 5점법으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 나타낸 것이다.
도 17은 HPMCP 피복된 락타아제 미세캡슐이 보충된 우유를 500mL 음용후 메스꺼움(nausea)에 대해 증상의 강도를 5점법으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 나타낸 것이다.
본 발명은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복하여 제형화한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에 관한 것이다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 중심물질인 락타아제는 Kluyveromyces lactis, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Bacillus circulans, Escherichia coli 및 Bos taurus으로 이루어진 군에서 선택되는 균주에서 유래되거나, 유전자 재조합 락타아제일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 MCT(medium-chain triglyceride)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 옥배경화유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 대두유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 홍화씨유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 버터 오일을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 MCT, 옥배경화유, 대두유, 홍화씨유 및 버터 오일로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 1차 피복물질은 식용에 적합한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(Hydroxypropyl Methylcellulose Phthalate; HPMCP)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 제인(zein)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 쉘락(shellac)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(hydroxypropyl methylcellulose phthalate), 제인(zein), 쉘락(shellac), 유드라짓(Eudragit), 셀루로오스 아세테이트 프탈레이트(cellulose acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 썩시네이트(cellulose acetate succinate), 폴리비닐 아세테이트 프탈레이트(polyvinyl acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 트리멜리테이트(cellulose acetate trimellitate), 하이프로멜로오스 아세테이트 썩시네이트(hypromellose acetate succinate) 및 페닐 살리실레이트(phenyl salicylate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 유드라짓의 예로는 Eudragit L-100, Eudragit S-100 등을 들 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 유드라짓(Eudragit)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 2차 피복물질은 식용에 적합한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 이중 미세캡슐은 입자직경이 수 nm∼수 mm일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 이중 미세캡슐은 입자직경이 100nm∼1mm일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 이중 미세캡슐은 입자직경이 1∼10㎛일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 제형은 분말, 액제, 정제 및 과립으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 미세캡슐은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복후 분말화된 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 분말일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 미세캡슐은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복후 액제화된 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 분말일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 미세캡슐은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복후 정제화된 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 분말일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 미세캡슐은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질을 1차 피복물질 및 2차 피복물질로 순차적으로 피복후 과립화된 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 분말일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 이중 미세캡슐은 중심물질로서 락타아제 이외에 기능성 성분을 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 중심물질로서 락타아제 이외에 기능성 성분을 추가로 더 포함시, 락타아제 및 기능성 성분이 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 기능성 성분은 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.)의 열매인 노간주나무열매 추출물을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐에서, 상기 노간주나무열매 추출물은 노간주나무열매를 중량 대비 5∼20배량의 정제수에 넣고 혼합한 후 90∼120℃의 온도에서 최초 정제수의 부피 대비 10∼50％가 되도록 추출하고, 여과한 1차 여과물을 1차 여과물의 부피 대비 10∼50％가 되도록 감압 농축한 다음 진공 동결건조를 하여 얻은 것을 사용할 수 있다.
본 발명은 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법을 포함한다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법은 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질 및 1차 유화제를 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계, 상기 락타아제의 유화액을 알코올에 용해시킨 2차 피복물질 및 2차 유화제를 교반하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계, 및 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 분말화하는 단계를 포함하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 MCT(medium-chaintriglyceride)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 옥배경화유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 대두유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 홍화씨유를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 버터오일을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 MCT, 옥배경화유, 대두유, 홍화씨유 및 버터 오일로 이루어진 군에서 선택되는 2종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질을 피복하는 상기 1차 피복물질은 식용에 적합한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에 사용하는 1차 유화제는 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(polyglycerol polyricinoleate), 슈크로오스 지방산 에스터(sucrose fatty acid ester) 및 폴리글리세롤 지방산 에스터(polyglycerol fatty acid ester)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 1차 유화제는 HLB(hydrophile-lipophile balance) 값이 0.5∼5인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 1차 유화제는 농도가 0.25∼1.25％인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 1차 유화제는 HLB 값이 0.5∼5이고, 농도가 0.25∼1.25％인 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(polyglycerol polyricinoleate)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 1차 유화제는 HLB 값이 0.5∼5이고, 농도가 0.25∼1.25％인 슈크로오스 지방산 에스터를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 1차 유화제는 HLB 값이 0.5∼5이고, 농도가 0.25∼1.25％인 폴리글리세롤 지방산 에스터를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질, 1차 피복물질 및 1차 유화제를 교반하여 프리-에멀젼(pre-emulsion)을 얻은 후, 교반하여 락타아제의 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질, 1차 피복물질 및 1차 유화제는 35∼40℃에서 1000∼2000rpm으로 20∼40분 동안 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후, 35∼40℃에서 8500∼9500rpm으로 1∼3분 동안 교반하여 락타아제의 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질, 1차 피복물질 및 1차 유화제는 37.5℃에서 1500rpm으로 30분 동안 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후, 37.5℃에서 9000rpm으로 2분 동안 교반하여 락타아제의 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질 : 1차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고 교반할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 유화액을 얻는 단계에서, 중심물질 : 1차 유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합후 교반할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액 제조시, 2차 피복물질은 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(Hydroxypropyl Methylcellulose Phthalate; HPMCP)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 피복물질은 제인(zein)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 피복물질은 쉘락(shellac)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 피복물질은 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(hydroxypropyl methylcellulose phthalate), 제인(zein), 쉘락(shellac), 유드라짓(Eudragit), 셀루로오스 아세테이트 프탈레이트(cellulose acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 썩시네이트(cellulose acetate succinate), 폴리비닐 아세테이트 프탈레이트(polyvinyl acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 트리멜리테이트(cellulose acetate trimellitate), 하이프로멜로오스 아세테이트 썩시네이트(hypromellose acetate succinate) 및 페닐 살리실레이트(phenyl salicylate)로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 유드라짓의 예로는 Eudragit L-100, Eudragit S-100 등을 들 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 피복물질은 유드라짓(Eudragit)을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액 제조시, 2차 피복물질은 식용에 적합한 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 알코올은 탄소수 1-4의 알코올, 바람직하게는 에탄올일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액 제조시, 2차 유화제는 Tween 60을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액 제조시, 2차 유화제는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(PSML)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 유화제는 HLB(hydrophile-lipophile balance) 값이 13∼17인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 유화제는 농도가 0.5∼1.5％인 것을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 유화제는 HLB 값이 13∼17이고, 농도가 0.5∼1.5％인 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(PSML)를 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 2차 유화제는 HLB 값이 13∼17이고, 농도가 0.5∼1.5％인 Tween 60을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계에서, 락타아제의 유화액, 2차 피복물질 및 2차 유화제를 교반하여 균질화한 다음, 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계에서, 락타아제의 유화액, 2차 피복물질 및 2차 유화제를 35∼40℃에서 1500∼2500rpm으로 5∼30분 동안 교반하여 균질화한 다음, 3∼5℃에서 3,000×g∼4,000×g에서 10∼20분간 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계에서, 락타아제의 유화액 : 2차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고 교반한 다음, 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계에서, 락타아제의 유화액 : 2차유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고 교반한 다음, 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻을 수 있다.
본 발명의 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 일예로서, 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질인 MCT(medium-chain triglyceride) 및 1차 유화제로 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트, 슈크로오스 지방산 에스터 및 폴리글리세롤 지방산 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후, 추가로 교반하여 락타아제의 유화액을 얻되, 상기 중심물질 : 1차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고, 중심물질 : 1차 유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합 후, 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계; 상기 락타아제의 유화액을 중심물질로 하고, 상기 락타아제의 유화액에 2차 피복물질인 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(Hydroxypropyl Methylcellulose Phthalate), 제인(zein) 및 쉘락(shellac)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 및 2차 유화제로서 Tween 60, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트 중에서 선택되는 어느 하나를 첨가하고 교반하여 균질화한 다음, 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻되, 상기 락타아제의 유화액 : 2차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고, 락타아제의 유화액 : 2차 유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합 후 교반하고, 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계; 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계를 포함하도록 하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법의 다른 일예로서 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질인 MCT 및 1차 유화제로 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트, 슈크로오스 지방산 에스터 및 폴리글리세롤 지방산 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 35∼40℃에서 1000∼2000rpm으로 20∼40분 동안 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후, 35∼40℃에서 8500∼9500rpm으로 1∼3분 동안 교반하여 락타아제의 유화액을 얻되, 상기 중심물질 : 1차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고, 중심물질 : 1차 유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합 후, 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계; 상기 락타아제의 유화액을 중심물질로 하고, 상기 락타아제의 유화액에 2차 피복물질인 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(Hydroxypropyl Methylcellulose Phthalate), 제인(zein) 및 쉘락(shellac)으로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나, 및 2차 유화제로서 Tween 60, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트 중에서 선택되는 어느 하나를 첨가하고, 35∼40℃에서 1500∼2500rpm으로 5∼30분 동안 교반하여 균질화한 다음 3∼5℃에서 3,000×g∼4,000×g의 속도 10∼20분간 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻되, 상기 락타아제의 유화액 : 2차 피복물질은 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합하고, 락타아제의 유화액 : 2차 유화제는 1:9 (v/v)∼9:1 (v/v)의 비율로 혼합 후, 교반하고 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계; 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계를 포함하도록 하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계는 식품산업 분야에서 액상인 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화할 수 있는 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 제형은 분말, 액제, 정제 및 과립으로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액의 제형화 방법의 일예로서, 분말화 방법으로는 분무 칠링(spray chilling), 분무 냉각(spray cooling), 분무 건조(spray drying), 현탁법(suspension process), 압출(extrusion), 코아세르베이션(coacervation), 공결정화(cocrystallization), 분자 내포(molecular inclusion), 동결 건조(freeze drying) 및 회전 현탁분리(rotational suspension separation)로 이루어진 군에서 선택되는 어느 하나 이상의 방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 분무 건조 방법은 가장 일반적이며, 경제적으로 산업화에 유리하여 식품에 적용되는 물질들을 캡슐화 하는데 사용되며, 이 방법은 피복물질을 수화(hydration)시킨 후 대상물질을 분산시키고, 혼합물을 고온의 챔버로 분무하는 방법이다. 즉, 피복물질 용액이 분무 시스템에 의하여 미립화되어 총 비표면적이 증대되면서 열풍과 접촉하여 급속히 증발을 일으켜, 분말의 이중 미세캡슐을 형성한다. 분무 건조에 의한 이중 미세캡슐화의 효율성은, 사용된 캡슐 재료(coating material)의 형태에 의존하기 때문에, 이것은 건조전의 유화 안정성과 건조후의 물리적 안정성 및 저장 수명에 영향을 미친다. 또한, 분말화를 함으로써 보존성, 편의성을 증대시킬 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 제조시, 중심물질로서 락타아제 이외에 기능성 성분을 추가로 더 포함할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 중심물질로서 락타아제 이외에 기능성 성분을 추가로 더 포함시, 락타아제 및 기능성 성분이 1:9∼9:1의 중량비로 혼합된 혼합물을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 기능성 성분은 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.)의 열매인 노간주나무열매 추출물을 사용할 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에서, 상기 노간주나무열매 추출물은 노간주나무열매를 중량 대비 5∼20배량의 정제수에 넣고 혼합한 후 90∼120℃의 온도에서 최초 정제수의 부피 대비 10∼50％가 되도록 추출하고, 여과한 1차 여과물을 1차 여과물의 부피 대비 10∼50％가 되도록 감압 농축한 다음 진공 동결건조를 하여 얻은 것을 사용할 수 있다.
본 발명은 상기에서 언급한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 또는 상기에서 언급한 방법에 의해 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품을 포함한다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품은 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐이 유제품 전체 중량 대비 0.1∼10중량％ 포함될 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 우유, 요구르트, 산양유(goat milk), 농축유청 단백질(whey protein concentrates) 및 아이스크림으로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 우유(milk)일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 요구르트(yogurt)일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 산양유(goat milk)일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 농축유청 단백질(whey protein concentrates)일 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 농축유청 단백질(whey protein concentrates)은 헬스보충제에 설사 방지용으로 첨가될 수 있다.
본 발명의 상기 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 유제품에서, 상기 유제품은 아이스크림일 수 있다.
본 발명의 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도에 대해 다양한 조건으로 실시한 바, 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는 상기에서 언급한 조건에 의해 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐, 이의 제조방법 및 용도를 제공하는 것이 바람직하다.
이하 본 발명의 내용을 실험예, 실시예 및 적용예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실험예> 락타아제 이중 미세캡슐의 제조
Ⅰ. 재료 및 방법
1.재료 및 시약
1)재료
(1). 중심물질(core material)
락타아제는 Godo YNL-2 (Godo Shusei Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 사용하였다. 이 효소는 Kluyveromyces lactis 유래이며, activity는 7,448 units/g 이었다. 1 unit은 1μmol의 o-nitrophenyl β-D-galactopyranoside (ONPG)를 1분 동안 o-nitrophenol and D-galactose 로 분해하는 것으로 정의하였다.
(2). 피복물질(coating material)
1차 피복물질인 MCT(medium-chain triglyceride)는 (주)웰가(Seongnam, Korea)에서 구입하였으며, 2차 피복물질로서 HPMCP, 쉘락(shellac), 제인(zein)은 각각 ㈜삼성정밀화학, ㈜쉘락코리아, ㈜풍림무약에서 구입하여 사용하였다.
(3). 유화제
Polyglycerol polyricinoleate(PGPR; HLB 0.6)과 polyoxyethylene sorbitan monolaurate(PSML; HLB16.7)는 (주)일신웰스(Seoul, Korea)에서 순도 95.0％ 이상의 식품첨가물 등급 제품을 구입하여 사용하였다.
2. 실험방법
1)락타아제의 이중 미세캡슐분말 제조방법
장용성 코팅물질을 이용한 락타아제 미세캡슐화는 Quispe-Condori et al. (2011)의 방법을 변형하여 수행하였다. 락타아제와 1차 코팅물질이며, 장용성 코팅물질의 가소제 역할을 하는 MCT를 첨가하고, 유화제로서 PGPR 0.75% (w/v) 를 첨가하여, 고속균질기(HMZ-20DN, Poonglim Co., Seoul, Korea)로 1분간 9,000 rpm의 속도로 균질화하였다.
도 1의 미세캡슐화의 모식도와 같이, 장용성 2차 코팅물질로서 HPMCP를 85% (v/v) 에탄올에 녹여 준비한 다음, 여기에 1차 에멀전을 혼합하여, 2,500 rpm에서 4분간 균질화하고, 이것을 0.25%의 PSML이 녹아있는 차가운 분산액(dispersion fluid)에 airless spray gun (W-300, Wagner GmbH, Markdorf, Germany)을 이용하여 분무하였다.
이것을 2,500 rpm, 4분간 원심분리하여 미세캡슐을 분리하였고, 이것을 3회 세척하고, deep freezer(MDF-U53V, Sanyo Denki Co. Ltd., Tokyo, Japan)를 이용하여 -80℃로 동결 후, 동결건조를 실시하여 분말화하였다.
2). 반응표면분석을 이용한 실험설계
미세캡슐화 공정에 영향을 미치는 공정변수를 코팅물질 (X 1)과 코어물질 (X 2) 로 설정하였고, 범위를 각각 1~15 g/100mL, 3~15 mL로 하였다. 이를 하기 표 1과 같이 각각 -1, 0, +1의 세 단계로 부호화 하였다.
Figure 112016082899726-pat00001
중심합성계획법에 따라 총 11개의 실험구를 수행하였다. 이 결과는 미니탭 version 16으로 통계처리 하였으며, 하기와 같은 수학식 1로 정리하였다. 하기 수학식 1에서, Y는 종속변수이며, β0, β1, β2는 각 항의 상수이다.
Figure 112016082899726-pat00002
3). 미세캡슐화 수율
락타아제 미세캡슐화 수율을 구하기 위하여, Kawaktsu et al. Colloids Surf. A, 189, 257-264 (2001)의 방법을 변형하여 적용하였다.
이중 코팅된 에멀전에서 캡슐화 되지 않은 여액을 분리해내기 위해, 3,000 x g 의 속도로 5분간 원심분리를 실시하였다. 원심분리로 분리해낸 여액은 0.45㎛ ㅅ시린지 필터(ringe filter)로 여과하였다.
이렇게 얻어진 샘플 0.5 mL에 water bath에서 37℃, 15분간 예열해 둔 2 mL의 5 mM ONPG 용액을 가하고, 37℃, 15분간 반응시켰다. 여기에 차갑게 냉각해 둔 500 mM 소디움 카보네이트 용액 0.5 mL을 가하여 반응을 정지시키고, 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.
미세캡슐화 수율은 하기의 수학식 2를 이용하여 계산하였으며, 샘플 측정은 3반복하였다.
Figure 112016082899726-pat00003
4). 락타아제 미세캡슐의 현미경 관찰
RSM을 이용하여 최적화한 공정으로, HPMCP, shellac, zein의 2차 코팅물질로 코팅된 락타아제 마이크로캡슐을 광학현미경(Eclipse 80i, Nikon, Tokyo, Japan)을 이용하여 1,000배 확대하여 관찰하였다.
5). 락타아제 미세캡슐 분말의 전자현미경 (SEM) 관찰
락타아제 미세캡슐 분말의 표면특성을 파악하기 위하여, SEM으로 관찰하였다.
6). 입도분석
락타아제 미세캡슐 분말의 입도분석은 particle size analyzer (Mastersizer 2000, Malvern Instruments Ltd., Worcestershire, UK) 를 이용하였다. 최적 조건을 이용하여, 다양한 2차 코팅물질로 코팅된 락타아제 미세캡슐을 10 mL 증류수에 1:400 (w/v)의 비율로 첨가하여 25˚C 에서 측정하였다.
7). 제타 전위 측정
락타아제 미세캡슐을 우유에 분산시켰을 때, 그 분포도를 예측하기 위하여, particle size analyzer (ELSZ2-PLUS, Otsuka Electronics Co., Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 제타 전위를 측정하였다.
시료 0.01 g을 pH 2~12로 조정한 10 mL의 증류수에 분산시키고, 5분간 초음파 처리를 한 후, 25˚C 에서 15분간 정치하였다. 상층액 1 mL을 취하여 flow cell에 주입한 후, 25˚C 에서 측정하였다. 이때, 측정 포인트는 각각 0.7, 0.35, 0, -0.35, -0.7 이었다.
8). 장용성 락타아제 미세캡슐의 in vitro 방출 특성
인공위액, 인공소장액을 이용하여 장용성 락타아제 미세캡슐의 in vitro 방출 특성을 관찰하였다. 인공위장 환경에서의 방출 특성은 Luan et al. Int. J. Pharm. 324, 168-175 (2006) 과 Papagianni et al. Enzyme Microb. Technol. 45, 514-552 (2009)의 방법을 변형하여 실시하였다.
펩신 1 g을 25 mL의 0.1 M 염산에 녹여 인공위액을 준비하였다. 장용성 미세캡슐 1 g을 5% (w/v) 유당용액 100 mL에 녹이고, 6 M 염산을 이용하여 pH 2, 3, 4로 조정한 후, 1 mL의 인공위액을 첨가하였다.
이것을 shacking water bath를 이용하여 37°C, 100 rpm으로 2시간 동안 분해하면서, 30분 간격으로 시료를 채취하여 장용성 락타아제 미세캡슐의 분해율을 측정하였다.
장용성 락타아제 미세캡슐의 분해율은 잔류 유당의 함량을 분석하여 측정하였다. 잔류 유당의 함량분석은 Kwak & Jeon, J. Food Sci. 53, 975-976 (1988)의 방법을 약간 변형하여 실시하였다.
시료 5 mL과 3차 증류수 25 mL을 혼합하여 50 mL volumetric flask에 담고, 아세토니트릴로 정용하였다. 이것을 혼합하여, 5,000×g로 10분간 원심분리하고, 상등액을 취하여 0.45μm PVDF 필터를 이용하여 여과하였다.
이것을 HPLC (Dionex Co., Sunnyvale, CA, USA), refractive index detector (RI-101, Showa Denko K. K. Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 사용된 칼럼은 NH2 column (4.6×250 mm, Hector-M, RS tech Co., Daejeon, Korea)이고, 이동상은 75% (v/v) 아세토니트릴을 2.0 mL/min의 속도로 흘려주었다.
9). 장용성 락타아제 미세캡슐 첨가 우유의 이화학적 특성
장용성 락타아제 미세캡슐을 첨가한 우유의 이화학적 특성을 평가하기 위하여, 본 장용성 미세캡슐을 200 mL 시유에 1% (w/v) 첨가하여, 4℃에서 12일간 저장하면서, pH, 색도, 락타아제 방출율을 관찰하였다.
이때, 락타아제 방출율은 위에서 언급한 잔류 유당 함량분석으로 측정하였다.
10). 관능 평가
장용성 락타아제 미세캡슐을 첨가한 우유의 관능검사를 위하여, 우유 음용에 거부감을 갖지 않는 남녀 10명 (남: 3, 여: 7)의 패널을 선발하였는데, 이들의 평균연령은 26세였다.
선발된 패널들은 매 1시간씩, 단맛(sweetness), 오프 테이스트(off-taste) 에 대하여 총 3회의 트레이닝을 거쳤다. 시유에 1% (w/v) 의 락타아제 미세캡슐을 첨가하고, 12일 동안 4℃에서 보관하며 실험하였다.
샘플은 50 mL의 뚜껑 있는 컵에 담아 임의의 4자리수를 표기하여 제공하였다. 단맛과 오프 테이스트는 각각 5점법을 이용하여 표기하도록 하였다 (1=매우 약함, 3=보통, 5=매우 강함).
11). 임상시험
락타아제 미세캡슐을 적용한 우유의 유당불내증 개선효과를 알아보기 위하여, 먼저 유당불내증 환자 20명(남: 12명, 여: 8명, 평균연령: 41.7세)을 선발하였다.
이들은 위장관에 대한 병력 및 당뇨에 대한 병력이 없었다. 시유 500 mL (25g 유당 상당)를 공복상태에서 음용 후, 30~60분내에 혈당이 20 mg/dL 미만으로 상승하는 경우, 유당불내증으로 판정하였다(Finkenstedt et al., Brit. med. J. 292, 161-162, (1986); Greenberger & Isselbacher, harrison’s principles of internal medicine, New York: McGraw-Hill, 1735 (1983)).
이렇게 선발된 패널들에게, 공복상태에서 1 g의 미세캡슐을 혼합한 500 mL의 시유를 음용하도록 한 후, 3시간 동안 매 30분마다 혈당을 측정하였다.
그와 동시에, 유당불내증으로 인해 유발되는 제반 증상들(설사, 복통, 복부팽만감, 복명, 메스꺼움)에 대해 느껴지는 정도를 5점 척도법(1=none, 3=moderate, 5=extream)을 이용하여 설문지에 기록하도록 하였다.
12). 통계적 처리
실험을 통해 얻은 데이타는 SAS 9.0을 이용하여 ANOVA 테스트를 실시하였고, LSD를 이용하여 5% 유의 수준에서 유의성 검정을 실시하였다.
3. 결과
1). MCT 첨가량의 최적화
MCT 첨가에 따른 흡습량의 변화는 도 2와 같다. 도 2에서 보는 바와 같이, MCT 의 비율이 증가할수록 흡습량은 감소하는 경향을 보였으나, MCT와 장용성 코팅물질의 비율이 0.50:1.00 이후부터는 유의적 차이가 나타나지 않았다.
따라서, 장용성 코팅물질의 가소제 및 1차 코팅물질의 역할을 하는 MCT 첨가량의 비율은 0.50:1.00 이 가장 바람직하다는 것을 알 수 있었다.
2). RSM을 이용한 미세캡슐화 공정의 최적화
중심합성계획법에 의해 설계된 조건으로 총 11개의 실험구를 실험하였으며, 각 실험구에서 얻어진 수율을 측정한 결과는 하기의 표 2와 같다. 이를 MINITAB 16을 이용하여 통계적 처리를 실시하였다 (표 3).
Figure 112016082899726-pat00004
Figure 112016082899726-pat00005
위의 결과로부터 각 독립변수들이 변화함에 따른 미세캡슐화의 수율 Y에 대한 회귀식은 도 3 및 도 4와 같이 표현되었다. 이때의 R 2 값은 0.755 이었다.
구해진 회귀식에 의하면, 코팅물질의 농도가 10.7576 g/mL, 코어물질의 양이 3.0 mL 일 때, 99.98 %의 최고 수율을 나타내었다.
3). 장용성 락타아제 미세캡슐의 현미경 관찰
최적화된 공정을 이용하여, 다양한 코팅물질 (HPMCP, shellac, zein)로 코팅된 장용성 락타아제 미세캡슐을 광학 현미경(Eclipse 80i, Nikon, Tokyo, Japan)을 이용하여 1,000배 확대하여 관찰하였다.
캡슐 내부에 락타아제가 포집된 것을 확인할 수 있었고, 둥근형태의 캡슐이 고르게 분산되어 있는 것을 확인할 수 있었다(도 5).
4). 장용성 락타아제 미세캡슐의 제타 전위
최적화된 공정을 이용하여, 다양한 코팅물질(HPMCP, shellac, zein)로 코팅된 장용성 락타아제 미세캡슐의 제타 전위를 측정한 결과는 도 6과 같다.
도 6에서 보는 바와 같이, pH를 2에서 12까지 연속적으로 변화하면서 제타 전위를 측정한 결과, pH가 올라갈수록 제타 전위의 절대값은 증가하는 경향을 보였으며, 특히 우유의 pH 인 pH 6.8 부근에서 각각 HPMCP, shellac 그리고 zein으로 코팅된 락타아제 미세캡슐의 제타 전위는 각각 -41.2, -59.1, -90.0 mV을 나타내었다.
일반적으로, 제타 전위가 ±30 mV 이상일 경우, 그 입자의 분산성이 좋다고 말할 수 있는데 (Freitas & Muller, Int. J. Pharm., 168, 221-229 (1988)), 이러한 결과로 미루어 보아, 장용성 코팅물질로 코팅된 락타아제 미세캡슐은 우유내에서 분산성이 우수할 것으로 생각된다.
Kwak et al. J. Dairy Sci. 84, 1576-1582 (2001)의 MCT 및 PGMS로 코팅한 액상 형태의 락타아제 미세캡슐의 경우, W/O 에멀전 형태이므로 우유에 첨가하였을 때 위로 부상하는 단점이 있었고, 이 때문에 외관상 좋지 못할 뿐만 아니라, 락타아제를 감싸고 있는 지방층이 공기중의 산소와 만나 쉽게 산패되는 단점이 있었으나, 본 미세캡슐은 우유내에서 분산성이 우수하므로, 이러한 단점을 극복하였다고 할 수 있다.
5). 장용성 락타아제 미세캡슐의 크기 분포
장용성 락타아제 미세캡슐의 크기를 측정한 결과(도 7), HPMCP, shellac 그리고 zein으로 코팅된 락타아제 미세캡슐의 크기는 각각 3.370, 5.192 그리고 2.686 μm 이었다.
Kobayashi et al., Lqangmuir, 21, 5761-5769 (2005)은 입자 크기가 작은 입자일수록 용액 내에서 응집이 천천히 일어나며, 보다 안정적이라고 하였다. 따라서, 위의 제타 전위 결과와 크기(size) 분포의 결과로 미루어 보아, 본 장용성 락타아제 미세캡슐은 우유에서 잘 분산될 것으로 생각된다.
6). 관능평가
저장 12일 간의 관능평가 결과는 하기의 표 4와 같다. 표 4에서 보는 바와 같이, HPMCP, shellac, zein 모두 저장기간 동안 단맛이 조금씩 증가하는 결과를 나타내었다.
그러나, HPMCP의 경우에는 초기(initial)와 비교하여 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 시유(control)와 비교하였을 때에도 유의적인 차이가 나타나지 않았다(p<0.05).
쉘락(shellac)의 경우, HPMCP 보다 단맛이 좀 더 많이 나타났으며, 저장 8일 및 10일차 부터는 시유 및 초기와 비교하였을 때, 유의적인 차이가 나타났다(p<0.05). 제인(zein)의 경우, 단맛의 증가폭이 다른 두 시료에 비해 상대적으로 낮은 것으로 확인되었다.
Off-taste는 HPMCP, shellac의 경우 저장기간 동안 다소 증가하는 경향을 보였고, HPMCP에 비해 shellac에서 좀 더 많이 관찰되었으며, 두 시료 모두 저장 8일차부터는 시유와 비교하여 유의적인 차이가 나타남을 알 수 있었다(p<0.05).
그러나, zein의 경우에는 초기부터 off-taste가 다른 시료에 비해 높은 값을 나타냈으며, 저장기간이 지남에 따라, 그 증가폭이 가장 컸는데 대조군 및 다른 시료들에 비해 유의적으로 차이가 크게 나타났다(p<0.05). 따라서, 관능적으로 zein은 바람직하지 못하다는 결과를 얻을 수 있었다.
HPMCP와 shellac의 경우, 일반적으로 시유의 소비기간이 일주일 이내인 점을 감안하였을 때, 통상적인 소비기간 동안 시유와 비교하여 관능적으로 큰 차이를 보이지 않는다고 할 수 있다.
Figure 112016082899726-pat00006
7). 장용성 락타아제 미세캡슐 첨가 우유의 이화학적 특성
(1). pH
도 8에서 보는 바와 같이, 캡슐을 넣지 않은 시유(control), HPMCP로 코팅한 캡슐을 넣은 우유(HPMCP), shellac으로 코팅한 캡슐을 넣은 우유(shellac)의 pH는 각각 6.79~6.80, 6.65~6.53, 6.81~6.80을 나타내었으며, 저장기간 동안 큰 변동을 보이지 않았다.
(2). 색도
저장기간 동안의 색도변화를 하기의 표 5에 나타내었다. 표 5에서 보는 바와 같이, L* value는 shellac의 경우, 저장 4일 까지는 유의적으로 감소하였으나, 그 이후에는 유의적인 차이는 나타나지 않았으며(p<0.05), HPMCP는 저장기간 동안 유의적인 차이가 나타나지 않았다(p<0.05).
한편, a* value는 HPMCP 및 shellac의 경우 control에 비해 다소 높은 값을 나타내었으나 유의적인 차이는 없었다(p<0.05). b* value는 shellac의 경우, 저장 6일 까지는 다소 높은 경향을 나타내었으나 그 이후에는 유의적인 차이는 나타나지 않았다 (p<0.05).
이상의 결과로 볼 때, 장용성 락타아제 미세캡슐의 첨가는 우유의 색도에 큰 영향을 미치지 않음을 알 수 있다.
Figure 112016082899726-pat00007
(3). 락타아제 미세캡슐의 안정성
저장기간 동안 잔류유당을 측정하여 락타아제 미세캡슐의 안정성을 관찰한 결과, HPMCP 및 shellac 모두 시간이 지남에 따라 잔류유당이 조금씩 감소하는 경향을 보였다 (도 9).
저장 12일차에서 잔류유당은 HPMCP는 81.18%, shellac은 64.91%를 나타내어 HPMCP가 우유내에서 보다 안정적임을 알 수 있었다. 이는 Kwak et al. J. Dairy Sci. 84, 1576-1582 (2001)이 보고한 PGMS 및 MCT로 코팅한 액상 락타아제 마이크로 캡슐을 첨가한 우유의 잔류 유당이 저장 12일 차에서 28.81% 인 것 보다 훨씬 우수한 결과이다.
8). 장용성 락타아제 미세캡슐의 in vitro 방출특성
음식물이 위장에 들어가 위산과 섞이면서 점차 pH 가 떨어지게 되는데, 이를 모식화하기 위하여 pH 2, 3, 4에서의 방출률을 관찰한 결과를 도 10에 나타내었다.
도 10에서 보는 바와 같이, 120분 동안 pH 2.0에서의 방출률은 HPMCP와 shellac이 각각 0.1, 0.2%를 나타내어, 산성 조건인 위장 환경에서는 코어물질인 락타아제를 거의 방출하지 않고, 효과적으로 보호한다는 것을 알 수 있었다.
이와 대조적으로, 인공 소장 환경에서는 120분 동안 pH 7 및 8에서 HPMCP와 shellac이 각각 75, 87%, 그리고 93, 97%의 방출률을 보여, 장용성 락타아제 미세캡슐이 소장 환경에서 빠른 시간에 효과적으로 코어물질을 방출하여 유당불내증 개선에 도움을 줄 수 있음을 알 수 있었다 (도 11).
9). 임상실험
유당불내증을 가지고 있는 사람을 대상으로 공복상태에서 장용성 코팅 락타아제 미세캡슐을 첨가한 우유를 음용하도록 한 후, 3시간 동안 매 30분 간격으로 혈당을 조사한 결과는 도 12와 같다.
도 12에서 보는 바와 같이, 일반 시유를 음용하였을 때(control)에 비해 음용 후 60분 까지 급격히 혈당이 오르는 것이 관찰되었다. 이는 소장에서 장용성 락타아제 미세캡슐로부터 방출된 락타아제에 의해 단당류로 분해되어 체내로 흡수되어 에너지원으로 쓰임을 의미하며 유당불내증이 개선됨을 의미한다.
혈당 검사를 하는 동안, 일반적으로 알려진 유당불내증으로 인해 발생되는 증상인 설사, 복통, 복부 팽만감, 복명, 메스꺼움 등에 대해 증상의 강도를 5점법(1=매우 약함, 3=보통, 5=매우 강함)으로 표시하도록 하여 평가한 결과를 도 13 내지 도 17에 나타내었다.
도 12 내지 도 17에서 대조군(control)은 시중의 우유 제품이다.
도 13 내지 도 17을 참조하면, 미세캡슐이 첨가된 우유를 음용한 후 대부분의 증상들이 시유를 음용하였을 때에 비해 유의적으로 감소한 것을 확인하여, 장용성 락타아제 미세캡슐을 첨가한 우유가 효과적으로 유당불내증을 개선하는 것을 알 수 있다.
<실시예 1>
락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질인 MCT(medium-chain triglyceride) 및 1차 유화제로 HLB 값이 0.6이고 농도가 1.0％인 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR)을 60℃에서 1500rpm으로 30분 동안 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후 60℃에서 9000rpm으로 2분 동안 교반하여 락타아제의 유화액을 얻었다.
이때 중심물질 : 1차 피복물질은 1:3 (v/v)의 비율 및 중심물질 : 1차 유화제는 1:3 (v/v)의 비율로 혼합 후 교반하였다.
상기 락타아제의 유화액을 중심물질로 하고, 상기 락타아제의 유화액에 2차 피복물질인 HPMCP((주)삼성정밀화학) 및 2차 유화제로서 HLB 값이 16.7이고 농도가 1.0％인 PSML을 첨가하고 60℃에서 2000rpm으로 10분 동안 교반하여 균질화한 다음, 4℃에서 3,500×g으로 15분간 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻었다.
이때, 상기 2차 피복물질은 85% (v/v) 에탄올에 용해시켜 사용하였고, 락타아제의 유화액 : 2차 피복물질은 2.5:2.75 (v/v)의 비율 및 락타아제의 유화액 : 2차 유화제는 2.5:2.75 (v/v)의 비율로 혼합 후, 교반하고 원심분리하였다.
상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 분무 건조에 의해 분말화하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
이때, 락타아제는 Godo YNL-2 (Godo Shusei Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 사용하였다.
<실시예 2>
2차 피복물질로서 HPMCP 대신에 shellac((주)쉘락코리아)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
<실시예 3>
1차 피복물질로서 MCT 대신 옥배경화유를 사용하고, 2차 피복물질로서 HPMCP 대신에 zein(㈜풍림무약)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
<실시예 4>
1차 피복물질로서 MCT 대신 대두유를 사용하고, 2차 피복물질로서 HPMCP 대신에 shellac((주)쉘락코리아)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
<실시예 5>
1차 피복물질로서 MCT 대신 홍화씨유를 사용하고, 2차 피복물질로서 HPMCP 대신에 zein(㈜풍림무약)을 사용한 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
<실시예 6>
락타아제 및 기능성 성분이 1:1 (v/v)의 비율로 혼합된 혼합물을 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질인 MCT 및 1차 유화제로 HLB 값이 0.6이고 농도가 1.0％인 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(PGPR)을 60℃에서 1500rpm으로 30분 동안 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후 60℃에서 9000rpm으로 2분 동안 교반하여 락타아제의 유화액을 얻었다.
이때, 중심물질 : 1차 피복물질은 1:3 (v/v)의 비율 및 중심물질 : 1차 유화제는 1:3 (v/v)의 비율로 혼합 후 교반하였다.
상기 락타아제의 유화액을 중심물질로 하고, 상기 락타아제의 유화액에 2차 피복물질인 HPMCP((주)삼성정밀화학) 및 2차 유화제로서 HLB 값이 16.7이고 농도가 1.0％인 폴리옥시에틸렌 소르비탄 모노라우레이트(PSML)를 첨가하고, 60℃에서 2000rpm으로 10분 동안 교반하여 균질화한 다음, 4℃에서 3,500×g으로 15분간 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻었다.
이때, 상기 2차 피복물질은 85% (v/v) 에탄올에 용해시켜 사용하였고, 락타아제의 유화액 : 2차 피복물질은 2.5:2.75 (v/v)의 비율 및 락타아제의 유화액 : 2차 유화제는 2.5:2.75 (v/v)의 비율로 혼합 후 교반하고 원심분리하였다.
상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 동결 건조에 의해 분말화하여 락타아제 및 기능성 성분을 포함하는 이중 미세캡슐을 제조하였다.
상기에서 락타아제는 Godo YNL-2 (Godo Shusei Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 사용하였고, 기능성 성분은 이물질을 제거하고 수세 및 건조한 노간주나무(Juniperus rigida S. et Z.)의 열매를 노간주나무열매 중량 대비 10배량의 정제수에 넣고 혼합한 후 100℃의 온도에서 최초 정제수의 부피 대비 25％가 되도록 추출하고 여과한 1차 여과물을 1차 여과물의 부피 대비 30％가 되도록 감압 농축한 다음, 진공 동결건조를 하여 얻은 노간주나무 열매 추출물을 사용하였다.
<적용예 1>
상기 실시예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 2>
상기 실시예 2에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 3>
상기 실시예 3에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 4>
상기 실시예 6에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 5>
상기 실시예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 1 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 6>
상기 실시예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 10 중량%를 우유에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 제조하였다.
<적용예 7>
상기 실시예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 요구르트에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 요구르트를 제조하였다.
<적용예 8>
상기 실시예 6에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 산양유(goat milk)에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 산양유 요구르트를 제조하였다.
<적용예 9>
상기 실시예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐 5 중량%를 농축유청 단백질(whey protein concentrates)에 첨가하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 농축유청 단백질 헬스보충제를 제조하였다.
<적용예 10>
상기 적용예 1에서 제조한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 우유를 이용하여 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐을 함유하는 아이스크림을 제조하였다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 바람직한 실험예, 실시예 및 적용예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술 분야의 통상의 기술자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
본 발명에 의한 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐은 소장에서만 녹는 장용성 코팅물질을 사용하기 때문에, 미세캡슐화의 장점뿐만 아니라, 우유 속에서의 안정성도 크게 향상시킬 수 있을 뿐만 아니라, 유제품의 유당불내증을 해결할 수 있기 때문에, 본 발명이 속하는 기술분야에 유용하게 적용될 수 있다.

Claims (11)

  1. 삭제
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질 및 1차 유화제를 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계;
    상기 락타아제의 유화액을 알코올에 용해시킨 2차 피복물질 및 2차 유화제를 교반하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계; 및
    상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계를 포함하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법에 있어서,
    상기 1차 피복물질과 2차 피복물질의 사용량은 0.25~0.5 : 1의 중량비이고,
    상기 2차 피복물질의 농도는 10.7576 g/mL이며,
    상기 락타아제의 사용량은 3.0mL인 것을 특징으로 하는 이중 미세캡슐의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 락타아제는 Kluyveromyces lactis, Aspergillus oryzae, Aspergillus niger, Bacillus circulans, Escherichia coli 및 Bos taurus으로 이루어진 군에서 선택되는 균주에서 유래되거나, 유전자 재조합 락타아제인 것을 특징으로 하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법.
  7. 제5항에 있어서,
    락타아제를 중심물질로 하고, 상기 중심물질과 1차 피복물질로서 MCT(medium-chain triglyceride), 옥배경화유, 대두유, 홍화씨유 및 버터 오일로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상, 및 1차 유화제로 폴리글리세롤 폴리리시놀리에이트(polyglycerol polyricinoleate), 슈크로오스 지방산 에스터 및 폴리글리세롤 지방산 에스터로 이루어진 군에서 선택되는 하나 이상을 교반하여 프리-에멀젼을 얻은 후, 추가로 교반하여 락타아제의 유화액을 얻는 단계;
    상기 락타아제의 유화액을 중심물질로 하고, 상기 락타아제의 유화액에 2차 피복물질로서 하이드록시프로필 메틸셀룰로오스 프탈레이트(Hydroxypropyl Methylcellulose Phthalate), 제인(zein), 쉘락(shellac), 유드라짓(Eudragit), 셀루로오스 아세테이트 프탈레이트(cellulose acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 썩시네이트(cellulose acetate succinate), 폴리비닐 아세테이트 프탈레이트(polyvinyl acetate phthalate), 셀루로오스 아세테이트 트리멜리테이트(cellulose acetate trimellitate), 하이프로멜로오스 아세테이트 썩시네이트(hypromellose acetate succinate) 및 페닐 살리실레이트(phenyl salicylate)로 이루어진 군에서 선택되는 1종 이상을 첨가하고, 교반하여 균질화한 다음 원심분리하여 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 얻는 단계;
    상기 락타아제의 이중 미세캡슐 유화액을 제형화하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 알코올은 탄소수 1-4의 알코올인 것을 특징으로 하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 제형은 분말, 액제, 정제 및 과립으로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 락타아제를 포함하는 이중 미세캡슐의 제조방법.
  10. 삭제
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