KR102409067B1 - 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 고압 유체를 이용하여 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법에 관한 것으로, 추출 조건을 최적화하여 후코이단의 추출 비용 및 시간을 절감하고 대량 추출할 수 있다.
Description
본 발명은 고압 유체를 이용하여 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법에 관한 것이다.
다시마(Saccharina japonica)는 갈조류에 속하는 해양식물로써, 한국, 중국 및 일본에서는 식품 소재로 이용되고 있다. 이는 자연환경에서는 물론이고 바다에서 양식을 통하여 육성될 수 있는데, 탄수화물, 다당류, 카로틴류, 엽록소를 포함한 여러 색소 외에 알긴산, 요오드, 비타민 B2, 후코이단 등이 들어있다.
후코이단은 황산기가 부착된 다당류(평균 분자량 20,000)로써 항암, 항고혈압, 항염증 등에 효능이 있고, 해조류에 존재하는 것이 특징이다. 이러한 후코이단은 거대 다당류로부터 가수분해를 통해 회수할 수 있다. 인체에 대한 다양한 생리적 활성을 갖는 후코이단을 생산할 수 있다면 우리나라 연안에서 다량 서식하는 해양 자원의 효율적 활용이라는 점에서 바람직할 수 있다.
생체 유래의 거대 고분자로부터, 그 거대 고분자를 구성하는 상대적으로 저분자량의 가수분해물을 얻기 위한 종래의 방법으로는 산이나 염기를 이용하는 화학적 방법이나 촉매를 이용하는 생물학적 방법이 사용되었다. 하지만, 이러한 종래의 방법들을 통하여 얻어진 물질의 균일성이 떨어지기 때문에 소재의 품질이 저하된다는 문제점이 있다. 아울러, 이들 종래의 공정은 매우 복잡하거나 가혹한 조건에서 진행되기 때문에 공정의 효율성이 저하되고 비효율적이고 비경제적이다.
예를 들어, 효소적 방법을 이용한 가수분해는 거대분자의 분해에 특이적으로 작용하기는 하지만, 효소적 방법에서 사용되는 효소는 상당히 고가이기 때문에 경제성이 떨어질 뿐만 아니라, 공정을 완료하는데 장시간이 소요된다는 단점이 있다. 한편 화학적 분해방법은 경제적이기는 하지만, 격렬한 반응이 요구되며 반응 부산물을 처리할 때 심각한 환경오염을 초래할 수 있고, 특히 기능성 성분으로 활용될 수 있는 생리 활성 성분이 상대적으로 적게 추출되어 회수율이 낮다는 단점이 있다.
상기와 같은 문제를 해소하기 위해, 본 발명은 고압 유체를 이용하여 다시마로부터 후코이단을 친환경적으로 추출할 수 있음을 발견함으로써, 본 발명을 완성하였다.
상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 고압 유체 추출 공정을 이용하여 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 추출된 후코이단 함유 다시마 추출물을 제공한다.
본 발명의 후코이단 추출 방법은 온도, 압력, 용매 등을 최적화하여 후코이단 회수를 위한 비용 및 시간을 절감하고, 대량화를 가능하게 하여 산업에 적용이 용이하다. 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 후코이단 함유 다시마 추출물은 후코이단 이외에도 페놀 화합물 등의 생리활성물질을 포함하고 있어, 질병과 관련된 다양한 생리적 활성을 억제하거나 질병의 억제와 관련된 생리적 활성을 촉진시키는 용도로서 사용될 수 있다. 따라서, 상기 후코이단 함유 다시마 추출물은 질병의 치료 및 예방을 위한 의약품의 원료로 사용될 수 있고, 기능성 화장품 또는 기능성 식품 등의 기능성 성분으로서 첨가될 수 있다.
도 1은 고온 및 고압의 유체를 이용하여 다시마 추출물을 회수하기 위한 가수분해 반응기를 개략적으로 도시한 개략도이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 고온 및 고압의 유체를 이용하여 회수한 다시마 추출물 내 후코이단의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 고온 및 고압의 유체를 이용하여 회수한 다시마 추출물 내 후코이단의 수율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 회수된 다시마 추출물 내의 황산기 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다시마 추출물의 총 페놀화합물 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2a는 본 발명의 일 실시예에 따라 고온 및 고압의 유체를 이용하여 회수한 다시마 추출물 내 후코이단의 함량을 나타낸 그래프이다.
도 2b는 본 발명의 일 실시예에 따라 고온 및 고압의 유체를 이용하여 회수한 다시마 추출물 내 후코이단의 수율을 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따라 회수된 다시마 추출물 내의 황산기 함량을 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따라 제조된 다시마 추출물의 총 페놀화합물 함량을 나타낸 그래프이다.
이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명에 있어, 당업자에게 주지 저명한 기술에 대해서는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다.
따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명은 고압 유체 추출 공정을 이용하여 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법에 대한 것으로, 상기 방법은 구체적으로 하기 단계를 포함한다:
유체 및 다시마를 고압반응기에 투입하는 단계; 및
80 내지 200℃의 온도 및 5 내지 100 bar의 압력하에서 고압 유체와 다시마를 반응시켜 가수분해시키는 단계.
상기 방법은 CaCl2 용액, 에탄올, 아세톤 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하여 가수분해물로부터 후코이단을 분리하는 단계를 추가 포함할 수 있다.
상기 고압 유체 추출 공정을 위해 사용되는 고압 반응기는 예를 들어 도 1에 도시된 바와 같다. 상기 고압 반응기는, 가스 실린더(1), 배압조절기(2), 밸브(3), 교반기(4), 전기 히터(5), 안전밸브(6), 압력 계기판(7), 반응기(8), 온도조절기(9) 및 추출물 포집기(10)를 포함할 수 있다.
가스실린더(1)는 질소 등 고압 기체로 설정할 수 있으며, 배압조절기(2)를 이용하여 반응기 내 압력을 조절할 수 있다. 밸브(3)를 이용하여, 반응기 내 유체의 역류를 방지할 수 있다.
교반기(4)는 반응기 내 고압유체와 다시마를 혼합할 수 있게 하는 요소이고, 전기 히터(5)는 유체의 온도를 상승시킴으로써 고온유체로 전환시킬 수 있는 열을 부여하는 요소이다.
안전밸브(6)는 반응기 내 온도 및 압력이 기준치 이상일 경우 반응기 내 용액을 방출함으로써 기기의 이상을 방지하며, 압력계기판(7)은 압력을 표시하는 기능을 수행하며, 고압반응기(9)은 유속을 표시하는 기능을 수행한다.
추출물 포집기(10)를 이용하여, 다시마로부터 유용물질이 함유된 가수분해물이 회수할 수 있으며, 상기 가수분해기에 유입되는 고압유체의 온도 및 압력은 80 내지 200℃ 및 5 내지 100 bar의 범위내로 유지할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 우선, 유체와 다시마를 고압반응기(9)에 넣고, 교반기(4)를 이용해 교반하면서 전기 히터(5)와 배압조절기(2)를 이용하여 유체를 고온, 고압의 상태로 전환시킨 후 고압반응기의 온도와 압력을 80 내지 200℃ 및 5 내지 100 bar의 범위 내로 유지시킨다. 고압유체와 다시마를 반응시킨 산물은 설정한 온도에 도달한 5분 내지 10분 후 회수할 수 있다.
본 발명의 방법에서, 고압 유체 추출 공정을 위한 온도, 압력 및 유체로 사용되는 용매를 최적화하여 후코이단의 함량을 증가시킬 수 있으며, 당류, 페놀 화합물 등의 생리활성 물질의 함량 역시 증가시킬 수 있다.
본 발명의 유체는 식품산업에서 고압 유체 추출 공정에 사용되는 용매라면 제한 없이 사용할 수 있으며, 유체는 가수분해의 촉매제로서 작용할 수 있다. 상기 유체로서 사용될 수 있는 용매는 예를 들어 물, 수산화나트륨, 포름산, 에탄올 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것일 수 있다. 상기 수산화나트륨 및 포름산은 0.1%의 농도로 사용될 수 있으며, 상기 에탄올은 25% 내지 75%의 농도로 사용될 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 있어서, 상기 다시마는 고압 유체와의 반응면적을 최대화하고 가수분해를 촉진하기 위해 분쇄한 후 사용할 수 있다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 추출된 후코이단 함유 다시마 추출물을 제공한다.
상기 다시마 추출물은 1 내지 10 중량%, 예를 들어 1 내지 4중량 %의 후코이단 및 1 내지 10 중량%, 예를 들어 1 내지 3.5 중량%의 페놀 화합물을 포함할 수 있다. 본 발명의 방법에 의해 추출된 상기 다시마 추출물 또는 후코이단은 항산화, 항암, 항당뇨, 항응혈 등의 효능을 가질 수 있다.
상기 다시마 추출물 또는 후코이단은 식품 또는 건강기능식품으로도 사용할 수 있다. 예컨대, 식품의 주원료, 부원료, 식품 첨가제, 기능성 식품 또는 음료로 용이하게 활용할 수 있다.
상기 “식품”이란, 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미하며, 통상적인 의미로서, 식품, 식품 첨가제, 기능성식품 및 음료를 모두 포함하는 것을 말한다.
상기 식품용 조성물을 첨가할 수 있는 식품으로는 예를 들어, 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합체, 기능성 식품 등이 있다. 추가로, 특수영양식품(예, 조제유류, 영, 유아식 등), 식육가공품, 어육제품, 두부류, 묵류, 면류(예, 라면류, 국수류 등), 빵류, 건강보조식품, 조미식품(예, 간장, 된장, 고추장, 혼합장 등), 소스류, 과자류(예, 스낵류), 캔디류, 쵸코렛류, 껌류, 아이스크림류, 유가공품(예, 발효유, 치즈 등), 기타 가공식품, 김치, 절임식품(각종 김치류, 장아찌 등), 음료(예, 과실음료, 채소류 음료, 두유류, 발효음료류 등), 천연조미료(예, 라면스프 등)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 식품, 음료 또는 식품첨가제는 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.
또한, 상기 “기능성 식품”또는 “건강기능성 식품”이란 식품에 물리적, 생화학적, 생물 공학적 수법 등을 이용하여 해당 식품의 기능을 특정 목적에 작용, 발현하도록 부가가치를 부여한 식품군이나 식품 조성이 갖는 생체방어리듬조절, 질병방지와 회복 등에 관한 체내조절기능을 생체에 대하여 충분히 발현하도록 설계하여 가공한 식품을 의미하며, 구체적으로는 건강 기능성 식품일 수 있다. 상기 기능성 식품에는 식품학적으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제를 포함할 수 있으며, 기능성 식품의 제조에 통상적으로 사용되는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더욱 포함할 수 있다.
상기 건강보조식품의 종류로는 이에 제한되지는 않으나, 분말, 과립, 정제, 캡슐 또는 음료 형태 일 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<
실시예
>
실시예
1.
고압유체를
이용한 다시마
가수분해물
회수 및
후코이단
분리
본 실시예에서 사용된 다시마는 전라남도 완도군 금일읍에서 재배된 것이다.가수분해에 사용한 물은 일반 증류수였으며, 사용된 모든 시약은 분석 등급 또는 고성능 액상크로마토그래피(High Performance Liquid Chromatography, HPLC) 등급이었으며, Sigma Aldrich Chemical Co.(St. Louis, USA)에서 구입하였다.
우선, 다시마(3 g)를 고압 반응기에 담은 후 다양한 유체(물, 25% 에탄올, 50% 에탄올, 75% 에탄올, 0.1% 포름산 및 0.1% 수산화나트륨)(160 mL)를 넣고, 반응기를 밀봉시킨 후 전기히터를 통해 가열하였다. 유체의 압력은 온도가 증가함에 따라 5 내지 100 bar 정도로 유지되고, 온도가 설정온도 부근에서 안정화된 5분 후 가수분해물을 수득하였다. 후코이단의 분리를 위하여 CaCl2 용액을 투입하여 알지네이트를 제거하고, 원심분리 후 회수된 상층액에 에탄올을 넣은 후 원심분리하여 회수된 침전물을 에탄올 및 아세톤으로 세척 후 건조하였다.
실험예
1.
후코이단
함량 측정
회수된 후코이단을 0.3 mg/mL로 희석한 용액 50 μL와 황산(18 M) 200 μL를 96 well 플레이트에 넣고, 잘 교반한 후 80℃에서 30분 동안 가열하였다. 방냉 후 3%(w/v)의 L-cysteine hydrochloride 8 μL를 플레이트에 추가로 넣고 4℃에서 1시간 동안 보관하였다. 그리고 나서 405와 450 nm에서 흡광도를 측정한 후 다음과 같은 식으로 흡광도를 계산하였다.
ODfucoidan = [OD405(sample)-OD405(blank)] - [OD450(sample)-OD450(blank)]
회수된 후코이단 용액 내 후코이단 함량 측정은 후코이단 표준물질을 이용하여 작성한 검정곡선을 이용하여 계산하였다.
도 2a에서 볼 수 있는 바와 같이, 80℃ 및 5 bar의 조건 하에서는 0.1% 포름산 및 0.1% 수산화나트륨을 유체로 사용했을 때 높은 후코이단 함량을 보였으며, 110~140℃의 온도 및 25~50 bar의 조건 하에서는 0.1% 포름산을 유체로 사용했을 때 높은 후코이단 함량을 보였다. 170~200℃의 고온 및 75~100 bar의 고압 조건 하에서는 50% 에탄올을 유체로 사용했을 때 높은 후코이단 함량을 보였다.
도 2b는 회수된 후코이단의 수율을 나타낸 것으로, 110~140℃ 온도 및 25~50 bar 압력 조건 하에서 물, 0.1% 포름산 및 0.1% 수산화나트륨을 유체로 사용했을 때 높은 수율을 나타냈다.
실험예
2.
황산기
함량 측정
40 ~ 400 μg SO4/mL 사이의 용액을 얻기 위해 필요한 양의 1M HCl에 회수된 후코이단(2-3mg)을 녹였다. 105-110℃에서 4-5시간 동안 시료를 가열하여 후코이단을 분해 후 방냉하고, 3% TCA 3.5 mL가 들어있는 시험관에 상기 제조한 용액을 0.5 mL 첨가하였다. Barium chloride gelatin 시약 1 mL를 추가로 넣고 혼합한 후 실온에서 15-20분간 방치하였다. 이 용액을 360 nm의 파장에서 흡광도를 측정하고, 무수 황산나트륨을 이용해 작성한 검정곡선을 이용하여 함량을 계산하고 그 결과를 도 3에 나타냈다. 70% 에탄올을 제외한 나머지 유체를 사용한 경우 80~200℃ 온도 및 5~100 bar 압력 조건에서 높은 황산기 함량을 가짐을 확인하였다.
실험예
3. 총 페놀 화합물 함량 측정
0.05mL의 10% Folin-Ciocalteu 용액과 0.05 mL의 희석된 실시예 1의 샘플을 96 well 플레이트에 넣고 3분 뒤 0.1 mL의 10% sodium carbonate 용액을 추가하였다. 상온에서 60분 동안 반응시킨 뒤 750 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 이때 페놀 화합물은 phloroglucinol equivalent (PGEq/mL)로 나타냈다.
도 4에서 볼 수 있는 바와 같이, 80~140℃ 온도 및 5~50 bar 압력 조건 하에서 물, 0.1% 포름산 및 0.1% 수산화나트륨을 유체로 사용했을 때 높은 페놀 화합물 함량을 나타내며, 170~200℃의 고온 및 75~100 bar의 고압 조건 하에서는 물, 25% 에탄올 및 0.1% 수산화나트륨을 유체로 사용했을 때 높은 페놀 화합물 함량을 보였다.
이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점 에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.
1: 가스 실린더
2: 배압조절기
3: 밸브
4: 교반기
5: 전기히터
6: 안전밸브
7: 압력 계기판
8: 반응기
9: 온도조절기
10: 추출물 포집기
2: 배압조절기
3: 밸브
4: 교반기
5: 전기히터
6: 안전밸브
7: 압력 계기판
8: 반응기
9: 온도조절기
10: 추출물 포집기
Claims (6)
- 고압 유체 추출 공정을 이용하여 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법으로서,
유체 및 다시마를 고압반응기에 투입하는 단계; 및
140 내지 170℃의 온도 및 50 내지 75 bar의 압력하에서 고압 유체와 다시마를 반응시켜 가수분해시키는 단계
를 포함하며,
상기 유체는 물, 25% 에탄올, 50% 에탄올, 0.1% 포름산 및 0.1% 수산화나트륨 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것인, 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법. - 삭제
- 삭제
- 제 1 항에 있어서,
CaCl2 용액, 에탄올, 아세톤 및 이들의 조합들로 이루어진 군으로부터 선택된 것을 사용하여 가수분해물로부터 후코이단을 분리하는 단계를 추가 포함하는 방법 - 제 1 항에 있어서,
상기 고압 유체와 다시마를 반응시켜 가수분해된 가수분해물은 1 내지 10 중량%의 후코이단 및 1 내지 10 중량%의 페놀 화합물을 포함하는 것인 방법. - 제 1 항, 제 4 항 및 제 5 항 중 어느 한 항의 방법에 의해 추출된 후코이단 함유 다시마 추출물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020170044828A KR102409067B1 (ko) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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|---|---|---|---|
| KR1020170044828A KR102409067B1 (ko) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법 |
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| KR1020170044828A KR102409067B1 (ko) | 2017-04-06 | 2017-04-06 | 다시마로부터 후코이단을 추출하는 방법 |
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| JP2000239301A (ja) * | 1999-02-17 | 2000-09-05 | Okinawa Hakko Kagaku:Kk | フコイダンの抽出方法 |
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2017
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| Title |
|---|
| Periaswamy Sivagnanam Saravana et al., Carbohydrate Polymers 153 (2016) 518-525 (2016.08.07.)* |
| 김동찬, 미역 및 다시마 추출물을 이용한 기능성 식품 개발에 관한 연구, 조선대학교 석사학위논문 (2011.02.)* |
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal | ||
| AMND | Amendment | ||
| E601 | Decision to refuse application | ||
| X091 | Application refused [patent] | ||
| AMND | Amendment | ||
| X701 | Decision to grant (after re-examination) | ||
| GRNT | Written decision to grant |