KR19980025341A - 저농도 산분해방법에 의한 기능성 키토산 가수분해물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
[기술분야]
본 발명은 게등 갑각류의 껍질에서 추출되는 키토산 가수분해물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
[해결하려는 기술적 과제]
종래의 화학적 분해방법은 강산의 사용으로 인하여 안전성이 의문시 될 뿐 아니라 해양환경오염 유발, 중화시 발생하는 과다한 염의 제거, 염산분해 중 탈아미노화 착색과 같은 화학반응이 수반되는 문제점이 있으며, 효소적 분해방법은 안전성이 뛰어나 분해효소의 고가와 대량생산시 생물공정 제반시설의 확충 등 공업적 생산에는 많은 어려움이 따르는 문제점이 있었다.
[해결방법의 요지]
본 발명은 저농도 염산 및 유기산에 키토산을 첨가한 후 마이크로파 가열 또는 고온고압 처리로 분해하므로서 기존의 화학적 분해법으로 제조한 것과 거의 동일한 수율의 키토산 가수분해물을 제조하는 방법이다.
[발명의 중요한 용도]
건강 지향성 식품, 의약품, 식품 보존제, 중금속 흡착제, 화장품 등.
Description
본 발명은 게등 갑각류의 껍질에서 추출되는 키토산 가수분해물을 제조함에 있어서 경제성이 있으면서 환경친화적인 저농도 산분해방법으로 다양한 식품산업에 응용할 수 있는 키토산 가수분해물의 제조하는 방법에 관한 것이다.
게 등 갑각류의 껍질에서 추출되는 키틴 및 키토산은 한때 소화 흡수과정에서 생물 생리기능이 없는 유용하지 못한 물질로서 취급되어 미이용자원으로 방치되어 왔으나, 근래에 와서 많은 연구 결과 키틴 및 키토산은 흡착성, 보습성, 유화성 및 생분해성을 가진 무독성 물질로서 항균작용, 항위궤양작용, 항콜레스테롤, 장내 유용세균 생장촉진작용, 항종양활성, 식물세포의 활성화작용 및 면역부활작용 등 다양한 기능을 가진 고분자 다당류로서 건강지향성 식품, 의약품, 식품보존제, 중금속 흡착제, 효소고정화제, 화장품, 사료 및 토양개량제 등 향후 다양한 분야에 응용가능한 생물자원으로 밝혀지고 있다.
키틴은 분자내에 있는 아세틸아미노가 분자간의 수소결합으로 매우 강하게 결합되어 있기 때문에 화학약품에 대한 내성이 강할 뿐만 아니라, 물과 대부분의 일반용매에 녹지 않는다.
반면에, 키토산은 저농도 무기산이나 아세틱산, 말레인산 등의 유기산에 잘 용해되지만 물이나 알코올에 녹지 않으며, 단백질이 존재하거나 PH상승시 응집되는 성질이 있고 떫은 맛을 가지고 있을 뿐만 아니라, 점도도 높아 그 이용에 많은 제약이 따른다.
따라서, 식품 및 의약품 분야 등 산업전반에 키틴 및 키토산을 폭넓게 응용하기 위해서는 해결하여야 할 과제가 많다.
이와 같은 관점에서 최근 우수한 생리기능성을 가지는 동시에 수용성이고 유기용매등에 용해가 가능하며, 안정성이 높은 키틴 및 키토산 유도체에 대하여 많은 연구가 진행되고 있으며 이 중에서도 특히, 키틴 및 키토산 올리고당을 포함한 가수분해물에 관심이 집중되고 있는 바, 이들 키틴 및 키토산 올리고당은 항균, 항종양활성, 비피더스균 증식인자 및 식물세포 활성화 등의 다양한 기능특성을 가질 뿐만 아니라, 체내 흡수 속도가 빨라 고부가가치 소재로서 응용이 기대되고 있다.
지금까지 알려진 키틴 및 키토산 올리고당의 제조방법은 강산을 사용하는 화학적인 분해법과 키틴 및 키토산 분해효소를 이용하는 생물학적인 분해법이 개발되어 있다.
전자의 화학적인 분해법은 강산의 사용으로 인하여 안전성이 의문시 될 뿐 아니라, 해양환경오염 유발, 중화시 발생하는 과다한 염의 제거, 고차 올리고당의 저수율, 염산분해중 탈아미노화 및 착색과 같은 화학반응 등이 수반되는 것이 문제점으로 지적되고 있으며, 후자의 효소적 분해방법은 화학적 분해방법에 비해 안전성이 뛰어나 현재 시판되고 있는 키토산 가수분해물은 모두 이 방법으로 제조되고 있으나 이 방법은 분해효소의 시판가격이 비싸고, 대량생산시에도 생물공정 제반시설의 확충등 경제적 부담이 크기 때문에 공업적 생산에는 아직 많은 어려움이 따르는 문제점이 있었다.
따라서, 화학 및 효소적 분해방법의 단점을 보완할 수 있는 새로운 분해방법의 개발이 요구되고 있다.
본 발명은 이와 같은 필요적 당위성에 의거하여 오랜 연구끝에 안출한 것으로 키토산의 분해시 경제성이 있으면서 환경 친화적인 새로운 분해공정을 개발할 목적으로 저농도 염산 및 유기산에 키토산을 첨가한 후 마이크로파 가열 또는 고온고압 처리로 분해하므로서 기존의 화학적 분해법으로 제조한 것과 거의 동일한 수율의 키토산 가수분해물을 제조한 것인데 이를 상세히 설명하면 다음과 같다.
호박산, 젖산 및 말레인산 등의 유기산을 인체에 무해한 저농도인 0.5%에 키토산을 1~2% 농도로 첨가하여 녹인 후 일반 전자렌지처럼 마이크로파가 발생하고, 내부 온도조절이 가능한 가열장치(microwave digestion system, USA)로 121℃에서 200분간 분해하여 기능성 키토산 가수분해물을 제조하는 방법이다.
이와 같이 된 본 발명을 아래의 실시예에 의거 상술하면 다음과 같다.
[실시예]
1. 재료 및 방법
(키토산의 제조)
붉은 대게 껍질을 35mesh 정도로 분쇄하여 이에 15배의 2N HCl을 가한 다음 실온(25±2℃)에 탈회분화시킨 후 75℃에서 1N NaOH 용액을 사용하여 1시간의 반응으로 단백질을 제거하고, 이를 여과 및 수세하여 0.4% 차아염소산나트륨으로 10분간 탈색시킨 후 재여과 및 수세하고 열풍건조기로서 60℃에서 건조시켜 제조한 키틴 중량에 대하여 15배의 45% NaOH 용액을 가해 100℃에서 6시간 반응시킨 후 수세공정을 거쳐 60℃에서 건조하여 제조하였다.
(점도 및 탈아세틸화도의 측정)
점도는 회전점도계(Brookfield LVTDV-Ⅱ)를 사용하여 25℃에서 회전속도를 0.3rpm에서 100rpm으로 바꾸어 가면서 측정하였으며, 이 때 점도 측정용 시료는 Austin 등의 방법에 따라 0.5% acetic aicd 용액에 용해시킨 0.5% 키토산 용액을 사용하였다. 한편, 키토산의 탈아세틸화도는 KBr cell을 만들어 IR spectrophotometer (Shimadzu IR-408, Japan)로 IR spectrum을 분석한 후 2878㎝-1에서의 흡광도에 대한 1550㎝-1에서의 흡광도 비(A1550/A2878)를 구하고, 이 비로부터 Sannan 등이 제시한 검량선을 이용하여 탈아세틸화도를 구하였다.
(키토산 가수분해물의 제조)
키토산을 저농도 염산 및 유기산에 첨가한 후 microwave digestion syster(MDS 2000, CEM Co., USA) 또는 autoclave(한영사, 한국) 장치를 이용하여 121℃에서 분해하여 가수분해물을 제조하였다.
(키토산 가수분해물의 수율)
가수분해물의 수율은 키토산 g당 전당 함량으로 나타내었고, 전당 함량은 분해된 키토산을 중화(pH 8.0)하고 원심분리(12,000×g, 10min)한 다음 상층액 1㎖에 5% phenol 용액 1㎖ 및 진한황산 5㎖를 첨가한 후 470㎚에서 흡광도를 측정하여 표준검량선으로 구하였다.
(기능특성 측정)
(1)항균성 측정
키토산 가수분해물의 항균성은 확산법의 일종인 paper disk 법을 사용하였다. 즉, 멸균 petri dish에 Mueller Hinton agar 배지를 20㎖ 정도씩 부어 평판을 만든 후 시험 균주들을 35℃에서 12~24시간 배양시킨 균액을 멸균 면봉을 이용하여 petri dish상에 먼저 잘 도말하여 접종시켰다.
그 다음에 멸균 peter disk(8㎜ diameter, thick, Advantec Toyo Co., Japan)를 Mueller Hinton agar 배지 위에 올린 후 membrane filter(0.45㎛)로 여과한 시료를 일정량 주입한 후 37℃로 조절된 저온배양기(동경과학제작소, 한국)에서 24시간 및 48시간 배양하여 paper disk 주위의 clear zone 직경(㎜)으로 항균성 유무를 판별하였다. 항균성 실험에 사용된 균주는 그람 양성 세균으로 Bacillus cereus ATCC 11778, Bacillus subtilis ATCC 6633 및 Staphylococcus aureus ATCC 6538이었고, 그람 음성 세균으로는 Escherichia coli ATCC 1129 및 Enterobacter aerogenes ATCC 13048을 사용하였다. 한편, 최소발육저지농도의 측정은 Lorian의 방법에 따라 다음과 같이 측정하였다. Mueller Hinter broth, brain heart infusion 및 YM broth 9.8㎖에 시료 함량이 일정한 농도가 되도록 희석된 액을 0.1㎖씩 가한 다음 18~24시간 계대 배양된 각종 균주를 0.1㎖씩 접종하여 35℃에서 48시간 배양한 후 균 증식여부를 660㎚에서 흡광도로 측정하여 증식 억제에 필요한 최소발육저지 농도를 산출하였다.
(2)항충치성 측정
항충치성은 항균성 측정방법과 동일하게 실험하였으며, 이 때 사용된 충치균은 Streptococcus intermedius였다.
(3)항고혈압성 측정
항고혈압성은 TNBS(Trinitrobenzene Sulfonate)를 이용한 색도계 측정방법에 따라 시료액 25㎕에 50㎕의 Hip-His-Leu(2.5mM in borate buffer containing 200mM NaCl, pH 8.3)을 넣은 다음 5배 희석시킨 ACE 조효소액 50㎕을 넣어 37℃에서 1시간 반응시켰다.
반응 정지 시약으로 0.5M HCl 250㎕을 첨가한 후 Kolthoff bufjfer(0.1M Na2HPO4:1.ON NaOH=1:2) 250㎕을 넣은 다음 TNBS solution 25㎕을 넣고 20분간 반응시켰다. 여기에 sulfite(4mM Na2SO3in 0.2M NaH2PO4)를 넣은 후 분광광도계(Shimadzu UV 140-02, Japan)로 416㎚에서 흡광도를 측정하여 가수분해물 첨가 전후의 백분율로써 ACE 저해효과를 산출하였다.
(키토산 가수분해물의 올리고당 조성 분석)
키토산 가수분해물의 올리고당 조성은 gel permeation chromatography 분석시스템(JASCO, Model LCSS-905, Jasco Co., Japan)을 이용하여 분자량 분포도로 확인하였다. 즉, Shodex OHpak SB-801+SB-803 column(7.5㎜ ID×300㎜ L)에 키토산 가수분해물을 주입한 후 이동상(0.1M NaCl in 0.2% acetic acid)으로 유출시킨 다음 RI detector로 검출하였다. 올리고당 조성 분석을 위해 1~6당까지의 키토산 올리고당과 pullulan(MW 853000, 95400, 23700, 5800)은 일본 Wako사로부터 구입하였다.
(가수분해물 첨가 연제품의 제조 및 품질특정 측정)
명태 냉동고기풀에 키토산 가수분해물을 0.5%, 1.0%, 1.5% 및 2.0%로 첨가한 다음 90℃에서 가열하여 연제품을 제조하였으며, 이 때 연제품의 생균수 A.P.H.A. 의 방법에 따라 표준한천 평판배지법으로 20℃에서 배양하여 측정하였고, 갈변도는 직시 색차계(Model ND-1001DP, Denshoku kogyo Co., Japan)를 사용하여 측정하였다. 또한 젤리강도 및 경도는 연제품을 1㎝ 두께로 절단한 후 지름 10㎜ 구형 plunger가 부착된 rheometer(Compac-100, Sun scientific Co., Japan)로 측정하였다.
2. 결과 및 고찰
·물리화학적 분해법으로 제조한 키토산 가수분해물의 수율
(1)저농도 유기산 첨가에 의한 키토산의 가수분해
최근 키토산 올리고당을 제조할 목적으로 키토산 분해시 저농도 염산 및 초산에 키토산을 녹인 후 초음파로 가수분해한 연구결과가 보고되므로써 분해장치를 이용한 물리화학적인 분해법의 실용화 가능성을 제시한 바 있다.
본 연구에서는 키토산은 인체에 무해한 저농도 유기산에 녹인 후 마이크로파 가열 및 고온고압 장치를 이용한 물리화학적인 분해법으로 키토산 가수분해물을 제조하였고, 키틴 가수분해물과 마찬가지로 수율에 영향을 주는 다양한 인자를 검토하였다.
1)마이크로파 가열 및 고온고압 처리에 따른 가수분해물의 수율
0.5% succinic acid에 붉은 대게 키틴으로부터 제조한 키토산(탈아세틸화도:92%, 점도:126cP)을 2% 농도로 첨가하여 녹인 후 2가지 분해장치 즉, 마이크로파 가열 및 고온고압 장치를 이용하여 50분 간격으로 200분간 분해시킨 다음 수율을 전당함량으로 나타낸 것이다.
-▲- : Microwaving treatment,
-●- : Autoclavin treatment
한편, 키토산 첨가 농도 2%는 예비 실험을 통하여 결정하였는데, 3% 이상일 때는 0.5% 유기산에서 용해성이 떨어졌다. 동일 시간대에서 마이크로파 가열로 분해시킨 키토산 가수분해물의 전당 함량이 고온고압으로 분해시킨 키토산 가수분해물의 전당 함량보다 높았다.
즉, 100분 및 200분간 마이크로파 가열로 분해한 가수분해물의 전당 함량은 키토산 g당 각각 408㎎ 및 565㎎이었고, 고온고압으로 100분 및 200분간 분해시킨 시료의 전당함량은 각각 368㎎ 및 532㎎으로 마이크로파 가열로 분해한 가수분해물의 전당 함량이 높아 유기산 첨가 키토산의 물리화학적 가수분해시에는 마이크로파 가열 장치를 이용하는 것이 키토산 가수분해물의 수율을 높일 수 있는 효과적인 방법이었다.
2)키토산 분자량 차이에 따른 가수분해물의 수율
고점도 키토산(126cP)에 H2O2을 첨가하여 40℃에서 반응시킨 후 에탄올로 세척한 다음 동결 건조하여 중점도(98.5cP) 및 저점도(7.4cP) 키토산을 얻었다.
분자량이 다른 3가지 키토산을 0.5% succinic acid에 2% 농도로 첨가하여 녹인 후 121℃에서 100분 동안 마이크로파 가열로 분해한 다음 가수분해물의 수율을 전당 함량으로 나타낸 것이다.
동일 반응조건에서 저점도 키토산(7.4cP)으로 제조한 가수분해물의 전당 함량은 키토산 1g당 585㎎으로 중점도(98.5cP) 및 고점도(126cP) 키토산 가수분해물의 전당 함량(중점도:489㎎, 고점도:400㎎)에 비해 높은 값을 나타내었다. 즉, 분자량이 작은 키토산을 사용하면 동일시간대에서 수율이 높은 키토산 가수분해물을 제조할 수 있었다.
3)유기산 종류에 따른 가수분해물의 수율
0.5%의 succinic acid, lactic acid 및 maleic acid에 각각 저점도 키토산(7.4cP)을 2% 농도로 녹인 후 마이크로파 가열로 121℃에서 50분 간격으로 200분간 가수분해한 다음 전당 함량을 측정하여 나타내었다.
-●- : 0.5% Succinic acid,
-▲- : 0.5% Lactic acid,
-■- : 0.5% Maleic acid,
유기산 종류에 관계없이 분해시간이 길어짐에 따라 전당 함량은 증가하였으며, 3가지 유기산중에서는 0.5% succinic acid에 녹인 후 마이크로파 가열로 분해한 키토산 가수분해물의 전당 함량이 가장 높아 100분 및 200분간 분해하였을 때, 키토산 g당 각각 585㎎ 및 715㎎이었다.
한편, 동일조건에서 lactic acid에 녹인 후 분해시킨 키토산 가수분해물의 전당 함량은 각각 430㎎ 및 645㎎이었고, maleic acid에 녹인 후 분해한 키토산 가수분해물의 전당 함량은 각각 380㎎ 및 565㎎이었다.
따라서, 유기산 중에서는 succinic acid가 키토산 가수분해물의 물리화학적 분해시 수율을 높일 수 있는 가장 적당한 용매였다.
4)키토산 첨가농도에 따라 가수분해물의 수율
유기산에 첨가되는 키토산 농도에 따라 가수분해물의 수율이 다른 것으로 생각되어 0.5% succinic에 0.5%, 1.0%, 1.5% 및 2.0% 농도로 저점도 키토산(7.4cP)을 첨가한 다음 121℃에서 100분간 마이크로파 가열로 가수분해한 후 0.5% 키토산 첨가 구간의 수율을 100으로 하였을 때 상대수율을 측정한 결과는 같다.
1.0% 키토산 첨가구의 상대수율은 95.2%였고, 1.5% 및 2.0% 키토산 첨가구는 각각 75.5% 및 65.6%로 1.0% 이하의 키토산 첨가구에서 수율이 높았으며, 키토산 첨가량이 많을수록 수율은 떨어졌다. 한편, 수치상으로는 0.5% 키토산 첨가구에서 분해수율이 가장 높았으나, 이 첨가구에서는 상대적으로 유기산 첨가량이 많이 소비되는 단점 때문에 경제적인 측면을 고려할 때는 1.0% 키토산 첨가 조건이 가장 적당하였다.
이상의 결과를 종합해 보면, 저농도 유기산을 사용한 물리화학적 분해시 가수분해물의 수율을 높이기 위하여서는 마이크로파 가열이 고온고압 장치보다 효과가 있었고, 원료 키토산의 분자량은 작을수록 수율이 많았다. 한편, 용매로는 0.5% succinic acid가 가수분해물의 수율을 가장 높일 수 있는 유기산이었고, 키토산 첨가 농도는 1.0%가 적당하였다.
(2)저농도 염산 첨가에 의한 키토산의 가수분해
키토산의 물리화학적 분해시 저농도 염산을 첨가하여 마이크로파 가열로 분해하였을 때, 키토산 가수분해물의 수율을 검토한 것이다.
-○- : Control(5% succinic acid),
-●- : 1M HCL,-▲- : 2M HCl
-■- : 3M HCl
1~3M 염산에 1% 저점도 키토산(7.4cP)을 첨가한 후 마이크로파 가열로 121℃에서 분해시킨 결과, 염산 농도의 증가에 따라 키토산 가수분해물의 수율도 증가하여 3M 염산으로 90분간 분해한 키토산 가수분해물의 전당 함량은 키토산 g당 870㎎이나 되었으나, 동일조건에서 0.5% succinic acid에 녹인 후 90분간 가수분해한 나, 동일조건에서 0.5% succinic acid에 녹인 후 90분간 가수분해한 시료의 전당 함량(890㎎)보다는 약간 적었다.
또한 기존의 산가수분해법으로 제조한 키토산 가수분해물의 수율과 저농도 염산 및 유기산을 첨가하여 제조한 키토산 가수분해물의 수율을 서로 비교하기 위하여 고종도(12M, 10M 및 8M)의 염산에 저점도 키토산(7.4cP)을 첨가한 후 70℃ 항온진탕수조에서 분해한 키토산 가수분해물의 수율을 나타내었다.
-●- : 8M HCl,-▲- : 10M HCl,
-■- : 12M HCl
산가수분해법으로 제조한 키토산 가수분해물 중 수율이 가장 높은 용매 조건, 즉 12M 염산으로 90분간 분해한 가수분해물의 키토산 1g당 전당 함량은 860㎎으로 0.5% 유기산 및 3M 염산을 사용하여 121℃에서 동일시간 물리화학적으로 분해한 시료의 전당 함량(870~890㎎)과 거의 같았다.
따라서, 저농도 유기산에 녹인 후 마이크로파 가열로 분해하는 물리화학적인 방법은 가수분해물의 수율면에서도 진한 염산만으로 분해하는 산가수분해법과 큰 차이가 없었으며, 특히 가수분해 후 중화나 탈염조작 등의 복잡한 정제공정이 필요없는 경제성이 있는 분해법으로 인정되어 향후 키토산의 가수분해시 유용하게 적용할 수 있을 것으로 사료된다.
·키토산 가수분해물의 기능특성
(1)항균 및 항충치 활성
키틴 및 키토산 가수분해물의 그람 음성 세균에 대한 항균활성을 paper disk법으로 나타낸 결과가 Table 2이다.
식품의 세균학적 검사의 대상이 되는 Escherichia coli에 대한 항균효과는 마이크로파 가열 및 고온고압으로 121℃에서 분해한 6개의 키토산 가수분해물(CHM-1~CHA-3)에서 전부 항균활성이 있었다. 키틴 가수분해물 중에서는 마이크로파 가열로 121℃에서 60분간 분해한 가수분해물(CM-2, 전당 함량:613㎎/g 키틴) 및 90분간 분해한 가수분해물(CM-3, 전당 함량: 830㎎/g 키틴) 그리고, 고온고압으로 121℃에서 90분간 분해한 가수분해물(CA-3, 전당 함량: 740㎎/g 키틴)에서 Escherichia coli에 대하여 항균효과가 있었다.
병원성 장내세균인 Enterobacter aerogenes에 대한 항균활성은 키틴 가수분해물에서는 없었고, 키토산 가수분해물 중에서는 마이크로파 가열로 100분간 분해한 가수분해물(CHM-2, 전당 함량: 870㎎/g 키토산)과 200분간 분해한 가수분해물(CHA-3, 전당 함량: 940㎎/g 키토산) 그리고 고온고압으로 200분간 분해한 가수분해물(CHA-3, 전당 함량 : 880㎎/g 키토산)에서 우수한 항균활성을 나타내었다.
한편, 키틴 및 키토산 가수분해물의 그람 양성 세균에 대한 항균효과는 Table 3에 나타내었다.
Bacillus cereus에 대한 항균효과는 키토산 가수분해물에서 우수하였으며, 특히 CHM-2 및 CHM-3에서 항균활성이 매우 우수하였다. 키틴 가수분해물 중에서는 CM-2와 CA-3에서 항균활성이 있었으나, CM-3에서는 항균활성이 없었다.
Bacillus subtilis에 대한 항균효과는 키토산 가수분해물인 CHM-3과 CHA-3에서 우수하였다. 한편 키틴 가수분해물은 키토산 가수분해물에 비해 항균활성이 떨어졌지만 CA-3 및 CM-3에서 항균활성이 있었다.
병원성 식중독 세균인 Staphylococcus aureus에 대한 항균효과는 키틴 가수분해물 중에서 CM-2 및 CM-3에서 있었고, 키토산 가수분해물은 실험구 전부가 항균활성을 가지고 있었다.
한편, 충치균인 Streptococcus intermedius에 대한 키틴 및 키토산 가수분해물의 항충치활성은 Table 4에 나타내었다.
항충치활성은 키틴 및 키토산 가수분해물 전구간에서 나타났으며, 특히 CHM-3에서 가장 큰 clear zone을 형성하였다.
또한, 대조구로 사용된 저점도 키토산(7.4cP)은 항충치균인 Streptococcus intermedius에 대해서만 항균효과가 있었고, 나머지 세균에 대해서는 항균효과가 없었으며, 0.5% succinic acid는 단독으로 존재할 때 모든 균에 대하여 항균활성이 전혀 없었다.
이상의 실험결과를 종합해 볼 때, 키틴 가수분해물 보다는 키토산 가수분해물이 항균효과가 우수하였고, 특히 마이크로파 가열로 121℃에서 200분간 분해시킨 가수분해물(CHM-3)은 6개의 실험대상 균주 모두에 우수한 항균효과를 나타내었다.
(2)항고혈압성
키토산 가수분해물이 성인병인 고혈압을 억제할 수 있는지를 확인하기 위하여 항고혈압 활성(ACE 저해효과)을 실험한 결과, 가수분해물 전 구간에서 ACE 저해능이 없는 것으로 확인되었다. 한편, 대조구로 실험한 저점도, 중점도 및 고점도 키토산에서는 어느 정도 저해효과는 있었으며, 키토산의 분자량이 클수록 ACE 저해효과가 좋은 것으로 나타났다.
·키토산 가수분해물 첨가 연제품의 저온저장 중 품질변화
키토산은 항균활성을 가진 천연 고분자 물질로써 식품보존제로서의 이용가능성 때문에 김치 및 두부 등에 첨가하여 식품의 저장성을 연장시킨 보고들이 있다.
저농도 유기산을 첨가한 후 마이크로파 가열로 제조한 키토산 가수분해물은 고분자 키토산보다 우수한 항균활성을 나타내었을 뿐만 아니라, 산가수분해물과는 달리 중화 및 탈염공정을 거치지 않고 바로 식품에 적용할 수 있다는 장점이 있어 향후 천연 식품보존제로서의 이용이 기대된다.
따라서, 키토산 가수분해물의 식품산업에의 응용차원에서 0.5% succinic acid에 저점도 키토산(7.4cP)을 1% 농도론 첨가한 후 마이크로파 가열로 121℃에서 200분간 분해시킨 가수분해물을 명태 냉동고기풀(FA등급) 중량에 대해 0.5%, 1.0%, 1.5% 및 2.0% 첨가하여 제조한 연제품을 5℃ 저온저장하면서 생균수, 갈변도, 젤리강도 및 경도의 변화를 살펴보았다.
(1)생균수 및 갈변도의 변화
키토산 가수분해물을 첨가하여 제조한 연제품의 5℃ 저장 중 생균수 및 갈변도의 변화를 나타내었다.
-■- : control,-◆- : 0.5%
-●- : 1.0%-▲- : 1.5%
-※- : 2.0%
-■- : control,-◆- : 0.5%
-●- : 1.0%-▲- : 1.5%
-※- : 2.0%
키토산 가수분해물 첨가제품은 저장 18일까지 첨가량에 관계없이 무첨가 연제품에 비해 생균수는 적었다. 특히, 2% 키토산 가수분해물을 첨가하여 제조한 연제품은 저장 6일차에 비해 오히려 생균수가 감소하여 우수한 항균효과를 알 수 있었다. 한편, 갈변도는 키토산 가수분해물 첨가구와 무첨가구간의 차이가 거의 없어 갈변 억제 효과는 없었다.
(2)젤리강도 및 경도의 변화
키토산 가수분해물의 첨가에 의한 연제품의 texture 변화를 알아보기 위하여 저온저장 중 젤리강도 및 경도의 변화를 나타내었다.
-■- : control,-◆- : 0.5%
-●- : 1.0%-▲- : 1.5%
-※- : 2.0%
-■- : control,-◆- : 0.5%
-●- : 1.0%-▲- : 1.5%
-※- : 2.0%
젤리강도는 전 제품 모두 저장 중 감소하였고, 감소폭은 제품간에 큰 상관성이 없었다. 저장 일수에 관계없이 키토산 가수분해물 첨가 연제품의 젤리강도는 약 2,000~3,000g·㎝로 무첨가 연제품의 젤리강도(약 1,700~1,800g·㎝)에 비해 상당히 높은 값을 나타내었는데, 이는 키토산 자체가 지니고 있는 점성에 기인하는 것으로 생각된다.
한편, 키토산 가수분해물의 첨가량에 따라서도 젤리강도가 다르게 나타나 0.5㎖ 첨가구에서 가장 높은 젤리강도를 나타내었으며, 첨가량이 많을수록 젤리강도는 낮았다. 또한 경도도 젤리강도와 마찬가지로 키토산 가수분해물 첨가구가 무첨가구에 비해 높은 값을 나타내었다. 장등은 효소로 분해한 키토산 가수분해물을 어육 연제품에 첨가하였을 때 파단 강도가 증가한다고 발표한 바 있다.
이상의 결과에서 저농도 유기산과 마이크로파 가열을 병행하여 분해한 키토산 가수분해물은 연제품 제조시 첨가하면 texture 보강 효과 뿐만 아니라 세균증식 억제를 가져와 유통기간을 연장할 수 있다는 결론을 얻었다.
3. 결 론
키토산의 분해시 기존의 화학 및 효소적 분해방법의 단점을 보완할 수 있는 새로운 가수분해 방법을 개발할 목적으로 키토산을 저농도 염산 및 유기산에 녹인 후 마이크로파 가열 또는 고온고압을 이용하여 가수분해한 다음 가수분해물의 수율에 미치는 요인을 검토하였다. 또한, 이들 가수분해물의 항균, 항충치 및 항고혈압성을 실험하였고, 아울러 항균활성이 우수한 가수분해물을 어육 연제품 제조시 첨가하여 품질에 미치는 영향을 알아본 결과는 다음과 같다.
(1)저농도 유기산을 이용하여 키토산을 가수분해할 때, 수율을 높이기 위한 조건으로써, 분해장치는 마이크로파 가열장치가 적당하였고, 원료 키토산의 분자량은 작을수록 수율이 높았으며, 유기산 중에서는 succinic acid가 가장 높은 수율을 나타내었다.
한편, 0.5% succinic acid에 녹인 후 마이크로파 가열로 121℃에서 분해한 키토산 가수분해물의 수율은 12M의 진한 염산만을 사용하여 동일시간 분해한 키토산 가수분해물의 수율과 큰 차이가 없었다.
(2)0.5% succinic acid에 녹인 후 마이크로파 가열 및 고온고압 처리한 키토산 가수분해물에 대한 항균활성은 전 구간에서 항균활성이 있었고, 특히 마이크로파로 121℃에서 200분간 가수분해한 실험구(CHM-3)에서 항균활성이 가장 우수하였다.
(3)키토산 가수분해물은 전 구간에서 항충치활성이 있었으나, 항고혈압성은 전 구간에서 없었고, 대조구인 고분자 키토산에서 항고혈압성이 어느 정도 있는 것으로 확인되었다. CHM-3의 균주에 대한 최소발육저지농도는 CHM-3으로부터 분획한 분자량 10,000이하의 올리고당 획분보다 낮았다.
(4)CHM-3을 첨가하여 제조한 연제품은 5℃ 저온저장 중 무첨가 제품에 비해 저장 18일까지 생균수가 적었고, 젤리강도 및 경도는 높았다.
이와 같은 본 발명의 키토산 분해방법은 국내외에서 최초로 적용한 실험결과로서 이에 의해 제조된 키토산 가수분해물의 수율이 종래의 화학적인 분해법으로 제조한 키토산 가수분해물의 수율과 거의 같아서 충분한 실용화가 가능하고 특히 어묵에 첨가하여 저온에서 저장한 결과 무첨가된 어묵에 비해 생균수의 양이 매우 적어 항균 및 항충치 활성이 우수한 것으로 판명되었으며 조직감이 우수하였으며, 또한 종래의 화학적인 방법에 비해 중화 및 탈염 등의 정제공정이 필요없기 때문에 키토산 가수분해물의 제조비용을 크게 낮출 수 있어 식품의 천연보존재 및 기능성 가축사료의 원료 등 여러 분야에 적용가능한 등 그 효과가 매우 크다.
Claims (1)
- 호박산, 젖산 및 말레인산 등의 유기산을 인체에 무해한 저농도인 0.5%에 키토산을 1~2% 농도로 첨가하여 녹인 후 일반 전자렌지처럼 마이크로파가 발생하고, 내부 온도 조절이 가능한 가열장치(microwave digestion system, USA)로 121℃에서 200분간 분해하여서 되는 저농도산 분해방법에 의한 기능성 키토산 가수분해물을 제조방법.
Priority Applications (1)
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| KR1019980013369A KR100340750B1 (ko) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 마이크로파를이용한기능성키토산가수분해물의제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1019980013369A KR100340750B1 (ko) | 1998-04-09 | 1998-04-09 | 마이크로파를이용한기능성키토산가수분해물의제조방법 |
Publications (2)
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