KR20040105523A - 갈조류로 부터 생리활성물질 연속추출 및 기능성 식품제조 - Google Patents

Abstract

본 발명은 우리나라 해안에서 자생하거나 양식한 갈조류로 부터 생리 활성물질을 추출 기능성 식품의 가공 및 제조에 관한 연구 개발로서 종래의 단일품 생산 방법에서 탈피 하여 갈조류를 완전히 그 기능에 따른 여러가지 천연 물질을 분리하여 여러가지 개별 제품을 생산할수 있도록 하므로서 폐기물을 없애고 환경 친화적이며 복합적인 생산방법의 개발에 관한 것이다.

더욱 상세하게는 종래 갈조류를 수확하여 이를 건조하고 분쇄하여 열수추출을 하거나 산 혹은 알카리 처리로서 한가지 제품을 생산하고 있는데, 본 연구는 바다에서 인양한 생(건조 하지 않은 상태) 갈조류(미역, 다시마, 톳 및 대황 등)를 대형 브렌더(용량;~300kl)로 같은 용량의 물과 함께 분쇄하여 추출조(5톤)에 펌프(투입)하고 일차 수도물로 세척 오물과 소금을 제저하고 유기 용매를 사용하여 생리활성 물질 제1번(항산화제=푸코키산진)을 추출하고 이를 농축 동결 건조 기능성 식품을 제조하며, 그 잔사는 원심 분리하여 추출조(5톤)에 넣고 0.25% 알카리 용액으로 섭씨 70도에서 3시간 처리하여 생리활성 물질 제2번(알긴산)을 추출하고 이를 분리 중화처리하여 기능성식품을 제조하므로서 버리는 잔사가 없이 전량을 이용하는 공법으로 환경 오염을 최소화하는 연속 복합 생산방법이다.

제 2 단계처리를 하고 중화처리를 하지 않고 유기 용매를 사용하여 복합물(알긴산, 라미나린 및 푸코이단 등)을 응집분리하고 이를 소량의 순수에 녹혀 원하는 물질을 분리하여 획득 기능성 식품을 제조하는 방법으로, 그 세부 절차를 설명하면 다음과 같다.

생리활성 물질 제3번 푸코이단을 분리획득하기위하여서는라미나린을 분해하는 효소와 알긴산을 분해하는 효소를 순차적으로 처리하고 잔여 유기물을 유기 용매로 응집 분리하는 방법을 적용하므로서 순수한 기능성 식품을 제조 할수있는 방법이며 효소처리되어 오리고머 혹은 단일 당으로 된 알긴산 혹은 라미나린은 순차적으로 분리 농축하고 동결건조하면 기능성 식품으로 이용이 가능하며,

생리활성 물질 제4번 라미나린 오리고머를 분리 획득 하기 위하여서는 상기한 푸코이단 획득을위하여 라미나린를 분해하는 효소를 처리하였는데 그때 생성되는 용액속에 존재하는 오리고머를 분리 농축 동결 건조하게 되면 기능성 식품으로의 이용이 가능하다.

또한 생리활성 물질 제2번(알긴산)을 순수 분리할려면 푸코이단 및 라미나린을 분해하는 효소를 순차적으로 적용 분해하고 잔여물에 유기용매를 가하여 응집분리하여 목적하는바 기능성 식품제조에 이용하고 효소처리되어 분리된 오리고머 혹은 단당은 각기 동결건조하여 그 기능에 따른 기능성 식품을 제조하는데 이용이 가능한 환경 친화적이며 복합적인 생산 공법의 개발에 관한것이다.

상기방법으로 생산된 생리활성 물질을 순수 분리하기 위하여는 각단계별로 획득된 물질을 실리카겔 컬럼 혹은 DEAE이온 교환 컬럼을 이용하여 필요로 하는 물질을 비교적 순수하게 분리 정제된 물질의 획득과 이용도 가능하다.

Description

갈조류로 부터 생리활성물질 연속추출 및 기능성 식품제조{Extraction of Bioactive Materials from Brown sea weed and Preparation of Health Food.}

본 발명은 우리나라 해안 자생 및 양식 갈조류(미역, 다시마, 톳 및 대황 등)의 생체로 부터 생리 활성 물질(푸코키산진, 알긴산, 라미나린, 및 푸코이단 등)을 연속적으로 추출하여 기능성 식품 제조 및 가공에 관한 연구 개발로서 그 상세한 방법은 다음과 같다.

종래의 방법은 갈조류를 수확하여 해변 모래 혹은 자갈위에 펄처서 태양열과 해풍으로 건조하므로서 각종 미생물에 오염되고 또 건조하는데도 인력과 시간 등의 투자가 요구되었다. 또한 갈조류로 부터 우리가 필요로하는 물질 예를 들면 알긴산을 추출하는데도 그 한가지목적을 위하여 마른 갈조류를 분쇄하여 알긴산을 추출하였다. 그리고 또 푸코이단을 추출하기 위하여서도 전과 유사하게 마른 다시마 혹은 건조 갈조류를 일단 분쇄하여 여기에서 푸코이단을 추출하였다. 따라서 각 목적하는 물질을 추출하기위하여 건조된 갈조류를 사용하였으며 각 추출물을 위하여 각기 갈조류를 사용하였기 때문에 잔여 물의 이용도 낮았으며 환경 오염을 유발하기도하였다.

그러나 새로운 공법은 갈조류를 바다에서 인양하여 바로 생체상테에서 분쇄하여 깨끗한 수도물로 세척하고 유기용매, 화학약품(식품첨가물 급) 등 순으로 추출하여 필요로 하는 생리 활성 물질을 연속적으로 추출하고, 필요에 따라 순수 분리 정제하여 기능성 식품제조에 사용할수있도록 하므로서 잔사물이 발생되지 않고 갈조류가 완전히 유용하게 이용되도록 고안한 연속 복합 추출공법으로 자금 및 자원 절약에도 크게 기여하는 획기적인 개선된 생산방법이다.

갈조류 생리 활성 물질 제1번(푸코키산진): 항산화제로서 유리유해산소를칭하여 각기관의 세포의 변성과 산화를 방지 하여 돌연 변이 혹은 암 유발을 등 을 예방할수 있는 기능을 지닌 이 생리활성 물질은 건조하게되면 그 활성이 1/3로 감소하게 되므로 생체 갈조류를 분쇄하여 소금기와 오물을 제거하고 유기 용매를 이용하여 추출하고 잔사를 원심분리 제거하고 이를 농축 동결 건조 기능성 식품 제조의 원료로 이용하는 공법이다.

갈조류 생리 활성 물질 제 2번 (알긴산): 알긴산은 수용성 식이 섬유로서 물을 다량 함유할수있는 기능을 소지하고 있는 한편 우리 인간의 소화효소로 소화분해가 불가능하여 우리가 급식하게 되면 장 청소를 깨끗이 하므로 변비를 방지하는 한편 지방질의 흡수를 저해하며 특히 저밀도 콜레스테롤(LDL)의 흡수를 방해하여 각종 성인병 예방에 도움이 되는 물질로 다이엣트 식품으로 새로이 곽강을 받기 시작한 물질인데 이는 상기 한 갈조류를 유기용매로 일차 추출한 다음 저 농도 알카리용액으로 추출이 가능하다.

갈조류 생리활성 물질 제 3번 푸코이단은 암세포를 자멸 시키는 기능을 보유한 물질인 동시에 혈액에 헤파린과 유사한 기작을 하는것으로 알려진 물질로서 황산기를 함유하는 당의 포리머로 다시마에는 약 4%밖에 함유되어 있지 않아서 량산하기에는 상당한 노력과 기술이 요구되고 있다. 이 푸코이단은 유기용매로 추출하고 획득되는 잔여 유기물을 이용하여 상기한 0.25% 탄산소다 수용액으로 처리한 다음 이를 유기 용매로 처리 응집 원심 분리하고 소량의 증유수로 녹혀 알긴산 분해효소 및 라미나린 분해 효소를 순차적으로 처리하고 유기용매를 2배용량 가하여 응집시키고 원심분리 하여 획득한다.

원심 분리 획득되는 물질에 증유수를 가하여 녹히고 여기에 알긴산 분해효소(Guluronate lyase 혹은 endo-D-mannurono lyase을 생성하는 미생물의 배양물을 농축하여 제조한)일정량을 버퍼용액에 녹혀서 준비된 혼합물과 반응 시켜 알긴산을 분해시키고 여기에 유기 용매(2배 용량)를 가하여 응집시키고 원심분리하여 푸코이단 포리머를 획득 동결건조 기능성 식품 제조에 사용한다. 알긴산 분해 효소에 의하여 분해된 알긴산 오리고머 및 단당은 농축하여 동결건조 기능성 식품의 원료로 이용한다.

갈조류 생리 활성 물질 제 4번 라미나린 오리고머는 혈당 조절 작용이 있어 당뇨병 예방에 유익한 기능성 식품제조에 이용이 가능하여 새로운 식품소재로 부각되고 있다. 이는 상기한 푸코이단 제조 첫단계에서 분리 제조가 가능하다.

건조하지 않고 바다에서 인양한 생 갈조류를 동량의 물과 함께 분쇄하여 세척 소금과 오물을 제거하고, 동량의 유기 용매로 추출 잔사를 분리하고 농축 동결건조 하여 기능성 식품제조 원료로 이용하고, 잔여 유기물을 약한 알카리 용액(10배용량)에 침지하고 가온하여 섭씨 70도에서 3시간 처리하여 알긴산, 푸코이단 및 라미나린과 그 오리고머를 연속적으로 생산 농축 동결 건조하여 기능성 식품제조의 원료로 이용함으로서 인적 물적 소요를 줄이고 환경 오염 유발을 예방할 수 있는 복합 추출공법의 개발

본 발명은 다음과같이 4단계로 구성되고 각 단계는 현존하는 기법을 획기적으로 개선한 공법으로 생산 되는 유기물은 기능성 식품 소재로 전량 이용이 가능하다.

1.추출 준비단계: 이 발명은 건조하지 않은 생 갈조류를 수도물과 혼합하여 세절하고 세척하여 오물과 소금을 제저하는 추출 준비단계.

2.유기용매 추출단계: 세절되고 세척된 갈조류를 유기용매 동량을 투여하여(알콜~75%) 상온에서 하루밤 계속 저어면서 생리 활성 물질을 추출하는 유기물 추출단계.

3.추출물 분리 및 농축 단계: 추출물을 원심분리하여 잔사를 제거하고 농축하여 소량으로 한 다음 동결건조 조 푸코키산진을 획득하는 추출물 분리 및 농축 단계.

4.복합 처리 단계: 유기 용매를 원심분리하고 획득된 잔사 유기물을 10배량의 약알카리용액으로 섭씨 70도에서 3시간 처리하여 세포벽을 녹혀 알긴산, 푸코이단 및 라미나린 등을 계속하여 분리 (효소 처리하여) 획득 농축 동결 건조 기능성식품원료로 이용하게 하는 복합 처리 단계로 나눌수 있는데 이를 더 상세하게 기술하면 다음과 같다.

갈조류 생리 활성 물질 제1번(푸코키산진): 항산화제로서 유리유해산소를칭하여 각기관의 세포의 변성과 산화를 방지 하여 돌염 변이 혹은 암 유발을 등 을 예방할수 있는 기능을 지닌 이 생리활성 물질은 건조하게되면 푸코키산진이 2/3파괴되어 감소하게 되므로 생체 갈조류를 분쇄하여 소금기와 오물을 제거하고 유기용매를 이용하여 추출하고 잔사를 원심분리 제거하고 이를 농축 동결 건조 기능성 식품 제조의 원료로 이용하는 공법으로 그 실예를 들면 다음과 같다.

실시예 1.

바다에서 바로 인양한 생 다시마 1,500kg를 대형 브렌더(용량:∼300kl)에 200kg 씩 분활하여 동량의 물과 함께 고속으로 분쇄하여 5톤 추출조에 이송하여 10-20분간 세척하여 소금끼와 오물을 씻어 내고 유기 용매 1,500릿터를 넣고 하루밤 상온에서 추출 잔사를 원심 분리제거하고 섭시 40-60도에서 저압 농축하여 200kl를 획득하고 이를 동결건조하여 45kg 건조물을 획득하였다. 이 생리 활성 물질을 50%함유한 정제를 제조 기능성 식품으로 공급 및 급식한 결과 그 활성이 대단히 좋았다.

이 건조물 일정량을 실리카겔 컬럼(50x750mm)으로 분리 오랜지 황색 분획(에타놀 에루숀)을 획득 농축 순도가 높은 푸코키산진을 획득할 수 있었다.

갈조류 생리 활성 물질 제 2번 (알긴산): 알긴산은 수용성 식이 섬유로서 물을 다량 함유할수있는 기능을 소지하고 있는 한편 우리 인간의 소화효소로 소화분해가 불가능하여 우리가 급식하게 되면 장 청소를 깨끗이 하므로 변비를 방지하는 한편 지방질의 흡수를 저해하며 특히 저밀도 콜레스테롤(LDL)의 흡수를 방해하여 각종 성인병 예방에 도움이 되는 물질로 다이엣트 식품으로 새로이 등장한 물질인데 이는 상기 한 갈조류를 유기용매로 일차 추출한 다음 저 농도 알카리용액으로 추출이 가능하였다.

실시예 2.

다시마 유기용매 추출잔사 유기물 100kg를 0.25% 탄산소다용액 1,000릿터에 투입하고 섭씨 70도에서 3시간 서서히 저어면서 소화 시키고 알긴산소다를 추출 원심 분리하여 획득한결과 500kl가 되고 여기에 유기산(2X사과식초)을 500ml첨가하여 젤 상태의 알긴산함유 생리활성 물질 500kl획득 하였다. 여기 이 알긴산 함유물을 80% 로하여 다이엣트 식품을 제조 공급 및 급식한 결과 체지방을 줄이는 탁월한 효과를 보였다.

상기 방법에서 알긴산소다에 유기산을 첨가하지 않고 유기 용매를 동량 (혹은 2배)첨가하면 알긴산과 푸코이단, 및 라미나린이 동시에 응집하여 침전하거나 부유하게 된다, 이를 원심 분리 하여 소량의 증유수로 녹혀 라미나린 분해효소 와 푸코이단 분해 효소를 순차적으로 처리하고 잔여 물에 유기용매 2배용량을 가하면 알긴산만 응집항게 되여 이를 원심 분리하여 순도가 높은 알긴산을 획득할수 있었다.

갈조류 생리활성 물질 제 3번 푸코이단은 암세포를 자멸 시키는 기능을 보유한 물질인 동시에 혈액에 헤파린과 유사한 기작을 하는것으로 알려진 물질로서 황산기를 함유하는 당의 포리머로 다시마에는 약 4% 밖에 함유되어 있지 않아서 량산하기에는 상당한 노력과 기술이 요구되고 있다. 이 푸코이단은 유기용매로 추출하고 획득되는 잔여 유기물을 이용하여 상기한 0.25% 탄산소다 수용액으로 처리한 다음 이를 유기 용매로 처리 응집 원심 분리하고 소량의 증유수로 녹혀 알긴산 분해효소 및 라미나린 분해 효소를 순차적으로 처리하고 유기용매를 2배용량 가하여 응집시키고 원심분리 하여 획득한다.

실시예 3.

라미나린 분해 효소(베타 1-3그루카나제) 일정 농도를 버퍼용액에 녹혀서 준비된 혼합물과 반응시켜 라미나린을 분해시키고 여기에 유기 용매를 가하여(2배용량) 응집시킨다음 원심분리하여 라미나린 오리고머 및 단당 과 분리한다.

라미나린 오리고머는 별도 농축 동결 건조 기능성 식품 즉 혈당 조절 식품제조에 사용한다.

원심 분리 획득되는 물질에 증유수를 가하여 녹히고 여기에 알긴산 분해효소(Guluronate lyase 혹은 endo-D-mannurono lyase을 생성하는 미생물의 배양물을 농축하여 제조한)일정량을 버퍼용액에 녹혀서 준비된 혼합물과 반응 시켜 알긴산을 분해시키고 여기에 유기 용매(2배 용량)를 가하여 응집시키고 원심분리하여 푸코이단 포리머를 획득 동결건조 기능성 식품 제조에 사용한다. 알긴산 분해 효소에 의하여 분해된 알긴산 오리고머 및 단당은 농축하여 동결건조 기능성 식품의 원료로 이용한다.

갈조류 생리 활성 물질 제 4번 라미나린 오리고머는 혈당 조절 작용이 있어당뇨병 예방에 유익한 기능성 식품제조에 이용이 가능하여 새로운 식품소재로 부각되고 있다. 이는 상기한 푸코이단 제조 첫단계에서 분리 제조가 가능하다.

갈조류를 바다에서 인양하여 해풍 및 태양건조를 실시하면 그 속에 존재하는 항산화제인 푸코키산진이 1/3정도로 줄어 들게 되는데 이를 생물로 부터 즉시 추출함으로서 푸코키산진의 손실(2/3)을 줄이고, 건조에 동원되는 인력과 건조에 필요한 시간을 절약할수있고, 또 미생물의 오염을 줄이고 소금과 오물을 제거하므로서 보다 위생적인 제품생산이 가능하다.

유기용매를 이용하여 상온에서 추출하므로 미생물의 살균이 가능할 뿐 아니라 가열비가 절약되고 농축단계에서 유기 용매를 회수하여 재 사용하므로 경비 절감도 도모될수있다(실시 예 1 에서 실재 동원된 알콜은 5드람였으나 3드람은 회수하고 소모된 알콜은 2드람였다).

잔사유기물은 건조하여 필요할때 사용이 가능하고 약알카리용액으로 섭씨 70도에서 3시간 처리로 갈조류의 세포벽을 분해하여 갈조류가 갖고있는 각종 생리활성물질을 추출 분리할수 있으므로 각 기능에 따른 제품을 생산할 수 있다.

상기한 추출작업을 계속실시하여 갈조류를 버리지 않고 전부 이용도록함으로 환경오염을 예방하고 자원을 절약할 수 있다.

Claims (2)

1. 생 갈조류로 부터 생리 활성 물질을 유기 용매와 약아카리용액으로 푸코키산진을 위시하여 알긴산, 푸코이단 및 라미나린 등을 연속 추출하는 복합추출공법.
2. 상기 공법으로 제조 (동결)건조하여 기능성 식품 원료로 사용되는 조 푸코키산진, 알긴산, 푸코이단 및 오리고 라미나린 등의 물질.