KR20030035483A - 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한콜레스테롤의 제거방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 사이클로덱스트린(Cyclodextrin) 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 히드록시기가 아민기 또는 알데히드기로 전환된 사이클로덱스트린의 유도체인 주인분자(A)가 실란화반응으로 알데히드기 또는 아민기의 지지체(B)를 도입시킨 고체기질(C)에 결합된 고정체를 이용하여 액상시료중에 포함되어 있는 콜레스테롤을 제거하는 방법에 관한 것이다. 또한 콜레스테롤이 포집된 고정체에 유기산과 알콜 혼합용액에 접촉시켜 콜레스테롤을 분리한 후, 고정체를 재생하여 반복적으로 재사용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 콜레스테롤을 효율적으로 제거할 수 있으며, 고정체를 재생하여 재사용할 수 있으므로 경제적이다.
Description
본 발명은 사이클로덱스트린 유도체가 고체기질에 결합된 고정체를 이용하여 액상시료중에 포함되어 있는 콜레스테롤 등의 물질을 제거하는 방법에 관한 것이다.
사이클로덱스트린(cyclodextrin; 이하 CyD라 한다) 및 그 유도체는 주인분자 역할을 수행함으로써 여러 종류의 화학물질들을 포집하는 특성을 가지는 것으로 알려져 있으며, 특히 α-CyD, β-CyD, 및 γ-CyD은 효과적인 크기와 특성을 가지고 있기 때문에 이들에 대한 연구가 가장 활발히 진행되어 왔다.
CyD 중 β-CyD은 7개의 글루코스로 구성된 환상형 다당류로써 도우넛과 유사한 형태를 하고 있으며, 분자의 중앙 부위는 콜레스테롤과 직경이 유사하고, 소수성의 원형공간이므로 비극성 분자인 콜레스테롤과 잘 결합할 수 있는 구조를 가지고 있다.
또한 β-CyD은 콜레스테롤 이외에도 콜레스테롤과 유사한 분자 크기 및 비극성을 가지는 여러가지 다양한 물질들과도 결합 또는 포집할 수 있다.
β-CyD은 가격이 저렴할 뿐만 아니라 인체에 대한 안전성도 높고, 식품 첨가물로서의 사용이 여러나라에서 허용되므로, β-CyD을 이용하여 액상시료중의 콜레스테롤을 제거하려는 시도가 있었다.
일본공개특허 제 04168198호에서는 수분을 50% 함유한 크림 20g에 β-CyD을 1.2g 첨가하여 30℃에서 60분간 교반한 후 가온하고 원심분리하여 크림층을 회수하였고, 이때 콜레스테롤의 최대 제거율은 84.9% 이었다. 또한 다른 연구자들에 의해 β-CyD 0.1M, 교반온도 40℃, 교반시간 120분간 크림을 처리한 결과, 최대 83%의 콜레스테롤을 제거할 수 있었다(J. of Dairy Science, Vol. 76, Supplement 1, Abst. No. D158).
대한민국 특허 출원번호 제 1997-18599호, 제 1997-37127호 및 제 1997-37128호에도 우유나 크림등의 액상시료로 부터 β-CyD을 이용하여 콜레스테롤을 제거하는 방법이 기술되어 있다.
이러한 발명들에서는 이전의 콜레스테롤 제거방법의 단점을 개선하기 위한 연구를 수행함으로써 콜레스테롤 제거를 위한 최적 조건을 제시하고자 하였는바, 이들 발명에 있어서 주요한 방법은 β-CyD을 액상시료에 첨가한 후 교반하고 원심분리를 통하여 β-CyD과 결합된 콜레스테롤을 제거해 내는 것으로 상기 인용된 방법들과 같이 β-CyD과 같은 주인분자를 사용하여 콜레스테롤 등의 손님분자를 포집하여 액상시료인 식품으로부터 제거해 내는 기술이다.
그러나, 이들 방법들은 주인분자와 손님분자의 포집반응을 액상시료 내에서 바로 수행함으로 인하여, 그 결합물인 주인분자-손님분자 결합체를 액상시료로 부터 실제로 제거해 내기 위하여는 원심분리법과 같은 번거로운 과정을 거쳐야 하는 단점이 있다.
이러한 원심분리법은 그 절차상 번거롭다는 것 이외에도 원심분리 작용의 결과로 인해 본래의 액상시료의 품질이 손상될 가능성이 있으며, 또한 생산 현장에서 대량의 액상시료(우유 또는 크림 등)를 원심분리해야 하는 것을 감안한다면 원심분리하는 공정이 상당히 복잡하고 번거로운 과정이므로 개선되어야 할 필요성이 크다고 할 수 있다.
또한 주인분자-손님분자 결합체를 액상시료로 부터 분리해 낸 후 주인분자와 손님분자를 다시 탈리시킴으로써 주인분자를 재활용하는 과정에 있어서, 기존에 알려진 방법들로서는 그 절차가 번거로운 불편함이 있다.
따라서, 실리카에 β-CyD을 부착시켜 컬럼을 이용하여 우유 또는 수성 에멀젼용액에 있는 콜레스테롤을 제거하는 방법에 대하여 연구하여 왔다. 그러나 이러한 방법은 원심분리를 거치지 않으므로 공정이 간단해지는 효과는 있으나, 콜레스테롤을 제거한후, 우유 또는 수성에멀젼 속에 실리카의 미세입자가 용출될 수 있으므로 식품의 안전성 측면에서 우려가 되고 있다.
본 발명은 상기 문제점을 해결하고, 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용하여 액상시료중 콜레스테롤을 간단하게 제거하는 방법과 사이클로덱스트린을 재활용하는 방법을 제공하는데 목적이 있다.
도 1은 본 발명에서 이용되는 고정체를 개략적으로 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명에 이용되는 고정체의 고체기질 표면에 도입된 사이클로덱스트린이 콜레스테롤을 포집하고 있는 상태를 나타낸 도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
A : 주인분자 B : 지지체
C : 고체기질
본 발명은 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용하여 액상시료로 부터 콜레스테롤을 제거하는 방법을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 고정체는 하이드록시기가 아민기 또는 알데하이드기로 전환된 사이클로덱스트린의 유도체인 주인분자(A)가, 실란화 반응으로 알데하이드기 또는 아민기의 지지체(B)를 도입시킨 고체기질(C)에 결합되어 이루어짐을 특징으로 한다.
본 발명에 사용되는 고정체 중에서 주인분자(A)는 α-CyD, β-CyD 및 γ-CyD중에서 선택된 물질이다. 또는 CyD 대신 Calix[n]-arenes 또는 쿠커비투릴 (Cucurbituril)을 사용할 수도 있다.
본 발명에 사용되는 고정체 중에서 지지체(B)는 링커(linker)로서 주인분자(A)를 고체기질(C)에 부착시키는 역할을 하는 물질이다. 이때 지지체(B)는 곁가지(side chain)를 제외한 주요 골격 사슬부위가 1~15개의 원소로 이루어져 있으며, 1성분 또는 2성분 이상을 선택하여 결합할 수 있다.
본 발명에 사용되는 고정체 중에서 고체기질(C)은 규소산화물(SiO2)을 주성분으로 하는 유리, 실리콘웨이퍼 또는 석영중에서 선택된 물질을 사용할 수 있다. 사이클로덱스트린 유도체인 Mono-6-O-(p-tosylsulfonyl)-β-cyclodextrins(참고문헌: Tetrahedron Letter, Vol. 25, No. 31, pp 3331-3334, 1984)과 Mono-6-deoxy-6-amino-β-cyclodextrins 및 Cyclodextrin monoaldehyde(참고문헌; Tetrahedron Letter, Vol. 36, No 46, pp. 8371-8374, 1995)을 합성하고, 유리기판에 실란화처리를 한 후, 전기의 Doa-β-CyD(Mono-6-deoxy-6-amino-β-cyclodextrins)와 사이클로덱스트린 모노알데하이드(CyDMA)를 이민기 또는 알데히드기를 도입시켜 사이클로덱스트린 유도체와 유리기판이 결합된 고정체를 얻는다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
일반적으로 콜레스테롤과 같은 스테로이드계열의 분자들을 포집하는 반응들은 가역반응으로서 용매, pH 등을 조절하여 손님분자를 포집하거나 또는 해리시킬 수 있다. 따라서 고정체를 활용하여 손님분자를 포집하는 공정은 매우 간단할 뿐만아니라, 주인분자를 고정한 고정체는 반복적으로 재생하여 사용할 수 있는 장점이 있다.
본 발명은 하이드록시기가 아민기 또는 알데하이드기로 전환된 사이클로덱스트린의 유도체인 주인분자(A)가, 실란화 반응으로 아민기 또는 알데하이드기의 지지체(B)를 도입시킨 고체기질(C)에 결합된 CyD 고정체들을 Stain Jar 용기의 우유 용액 속에 넣고 냉장온도에서 10∼30분 동안 흔들어준 후, 고정체들을 꺼내면 우유중에 있는 콜레스테롤이 CyD 고정체에 포집되어 콜레스테롤을 제거할 수 있다.
포집 착화물을 형성한 유리 고정체를 알콜류와 산의 혼합 용액에 넣고, 1~3시간 동안 섭씨 40~60℃ 에서 흔들어 준 후, 고정체를 꺼내어 알콜 및 증류수로 세척하고 건조시켜 CyD 고정체로부터 콜레스테롤을 탈리시켜 CyD 고정체를 쉽게 재생시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 하기 실시예에 의거하여 보다 상세히 설명하나, 이들은 본 발명을 설명하기 위한 것일 뿐 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.
＜실시예 1＞ : β-CyD 고정체를 이용한 우유속의 콜레스테롤 제거
상기와 같이 제조된 β-CyD 고정체(7.5㎝ × 2.5㎝) 5장을 용기(Stain Jar, Fisher Inc.)에 고정시키고 콜레스테롤 함량이 약 6.5㎎인 균질화된 우유 50㎖를 용기에 넣고, 냉장온도(4∼10℃)에서 30분 동안 셰이커(shaker)를 이용하여 흔들어준 후, β-CyD 고정체 5장을 모두 꺼내었다. 상기의 콜레스테롤이 포접된 β-CyD고정체들에 대하여 아세트산과 n-부탄올 3 : 1(v/v)로 섞은 혼합용매에 넣고 2시간 동안 50℃에서 세이커를 이용하여 콜레스테롤을 β-CyD 고정체로부터 분리한 후, 기체 크로마토그라피에 의해 콜레스테롤의 양을 측정하였다. 이때 GC 사용 조건은 다음과 같다.
- 컬럼 : HP-5(Crosslinked 5% Ph Me silicone),
- 컬럼의 필름 두께 : 0.25㎛,
- 컬럼의 필름 길이 : 30m,
- 컬럼의 필름 직경 : 0.35㎜,
- 오븐 온도 : 190℃ 에서 2분 → 20℃/분 → 230℃에서 3분 머뭄 →
255℃에서 25분 유지
- 운반가스 : 헬륨(2㎖/min), 공기(300㎖/min), 수소(30㎖/min)
- 검출기 : FID,
- 내부표준물질 : Cholestane(1㎎/㎖)
상기와 같은 기체 크로마토그래피 방법을 통해 측정된 콜레스테롤의 양을 β-CyD 고정체의 단위 면적당으로 환산하였을 때, β-CyD고정체의 10000Å2 면적당 콜레스테롤이 20개 분자의 비율로 포집되었다는 것을 알 수 있었다. 한편 이와 같은 콜레스테롤의 포집량을 통하여 콜레스테롤을 포집할 수 있는 주인분자, 즉 β-CyD이 β-CyD 고정체의 10000Å2면적당 20 분자 이상의 비율로 부착되어 있음을 알 수 있었다.
＜실시예 2＞:β-CyD 고정체의 재생 방법
포집 착화물을 형성한 유리 고정체를 표 1에 나타낸 용매들을 사용하여 포집 착화합물의 해리, 즉 포집되어 있던 콜레스테롤을 β-CyD이 부착되어 있는 유리 고정체로 부터 분리하는 방법의 최적조건을 찾기 위하여 실험하였다.
아세트산과 n-부탄올을 3 : 1 (v/v)로 혼합용매에 포집 착화물을 형성한 유리 고정체를 넣고, 2시간 동안 섭씨 50℃에서 셰이커(shaker)를 이용하여 흔들어 준 후, 고정체를 꺼내어 n-부탄올, 에탄올, 증류수 순서로 세척하고 건조시켰다.
몇 가지의 다른 조성을 가진 용매로 실험하였던 바, 각각 해리된 콜레스테롤이 용매에 녹아있는 양을 기체 크로마토그래피를 이용하여 측정하였다.
각각의 용액 조성비에 따른 β-CyD 고정체로 부터의 콜레스테롤의 해리 정도를 표 1에 나타내었다.
<표 1>
| 용매 | 혼합 비율 | 해리 정도 |
| 아세트산 : 부탄올 | 3 : 1 | 1.00 |
| 클로로포름 : 부탄올 | 2 : 1 | 0.10 |
| 헥산 : 부탄올 | 2 : 1 | 0.15 |
| 클로로포름 : 에탄올 | 3 : 2 | 0.40 |
표 1에서 보는 바와 같이, 아세트산과 n-부탄올을 3 : 1 (v/v)의 비율로 사용하였을때가 콜레스테롤의 해리 정도가 가장 좋았으며, β-CyD 고정체도 쉽게 재생하였다.
본 발명은 CyD 고정체를 이용하여 원심분리 공정을 거치지 않고 액상시료로 부터 간단하게 콜레스테롤을 제거할 수 있으므로 액상시료의 품질이 손상되지 않을 뿐만 아니라, 사이클로덱스트린을 재활용할 수 있으므로 경제적이다.
Claims (5)
- 하이드록시기가 아민기 또는 알데하이드기로 전환된 사이클로덱스트린 유도체의 주인분자(A)가 실란화 반응에 의하여 알데하이드기 또는 아민기의 지지체(B)를 도입시킨 고체기질(C)에 결합되어 있는 고정체를 이용하여 용액중의 콜레스테롤을 제거함을 특징으로 하는 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법
- 제 1항에 있어서, β-CyD 고정체를 용기에 넣고 콜레스테롤이 함유된 용액 중에서 4∼10℃로 10∼30분 동안 접촉시켜 β-CyD 고정체에 콜레스테롤을 포집시킨후, 이를 분리하는 것을 특징으로 하는 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법
- 제 1항에 있어서, 콜레스테롤이 함유된 용액은 우유 또는 콜레스테롤이 용액상태로 함유된 액체인 것을 특징으로 하는 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법
- 콜레스테롤을 포집한 고정체를 유기산과 유기용매의 혼합용액에 1-3시간 동안 40-60℃에서 반응시킨 후, 고정체를 분리하여 알콜 및 정제수로 세척하고 건조시켜 β-CyD 고정체로부터 콜레스테롤을 분리하여 전기의 고정체를 재생시켜 재사용하는 것을 특징으로 하는 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법
- 제 4항에 있어서, 유기산은 아세트산, 클로로포름, 핵산 또는 구연산이고, 유기용매는 메탄올, 에탄올, 푸로판올 또는 부탄올로서 이들 중에서 선택된 어느 하나 이상의 유기산과 유기용매를 2 : 1 - 4 : 1(v/v)로 섞은 혼합용매를 사용하는 것을 특징으로 하는 사이클로덱스트린 유도체가 결합된 고정체를 이용한 콜레스테롤의 제거방법
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| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR100791978B1 (ko) * | 2005-06-21 | 2008-01-04 | 곽해수 | 콜레스테롤 제거용 베타-싸이클로덱스트린의 가교화 및그의 재생방법 |
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2001
- 2001-10-31 KR KR10-2001-0067581A patent/KR100439015B1/ko not_active IP Right Cessation
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| KR100791978B1 (ko) * | 2005-06-21 | 2008-01-04 | 곽해수 | 콜레스테롤 제거용 베타-싸이클로덱스트린의 가교화 및그의 재생방법 |
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