KR20050062462A - 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 분지쇄 길이 분포 프로파일이 15 미만의 DP 70 내지 85%, 15 내지 25의 DP 10 내지 16% 및 25 초과의 DP 8 내지 13%로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 환원 당 함량이 1% 미만이고, α-1,6 글루코시드 결합 수준이 13 내지 17%이고, 분자량이 0.9 ×105 내지 1.5 ×105 달톤인 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체에 관한 것이다.

Description

고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 {Soluble Highly Branched Glucose Polymers}
본 발명의 대상은 환원 당 함량이 낮고, α-1,6 글루코시드 결합 수준이 현저히 높으며, 고분자량의 범위가 좁고, 특정한 분지쇄 길이 분포 프로파일을 갖는 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체이다.
또한, 본 발명은 고유 점도가 낮은 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체에 관한 것이다.
본 발명은 보다 구체적으로는 식품 및 특히 의학 용도로 예정된 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체를 제조한다.
"분지쇄 길이 분포 프로파일"이라는 표현은 본 발명의 목적을 위해, α-1,6 분지점에 의해 다른 α-1,4 글루코시드 직쇄와 연결된 α-1,4 글루코시드 직쇄의 중합도 (또는 DP)로 나타낸 크기 분포를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명은 또한 상기 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법에 관한 것이다.
산업적으로 이용가능한 글루코스 중합체는 통상 천연 전분 또는 혼성 전분 및 이들의 유도체를 가수분해시켜 제조된다.
표준 전분 가수분해물은 따라서 곡류 또는 괴경(塊莖) 작물의 전분을 산 또는 효소에 의해 가수분해시킴으로써 제조된다. 이들은 사실상 글루코스와 분자량이 극히 다양한 글루코스 중합체의 혼합물이다.
산업적으로 제조한 (일정한 평균 DP를 갖는) 이들 전분 가수분해물 (덱스트린, 말토덱스트린 등)은 직쇄 및 분지쇄 구조를 둘 다 함유하는 광범위한 분포의 당류로 이루어진다.
전분 가수분해물 및 특히 말토덱스트린은 보다 구체적으로는 수송자 또는 충전제, 텍스쳐링제, 분무-건조 지지물, 필름 형성제, 동결 조절제 또는 결정화 방지제로서 사용된다.
이들은 또한 지방 대용물로서 또는 영양 공급의 목적으로 사용될 수 있다.
따라서, 전분 가수분해물은 장 수준에서 α-1,4로 연결된 직쇄상에 직접 작용하는 췌장의 α-아밀라제에 의해 소화된다.
상기 목표하는 촉매에 의한 소화로 상기 전분 가수분해물의 크기를 한계 덱스트린까지 감소시킨 후 장점막에 연결된 다수의 효소가 직쇄 당류 및 잔류 분지쇄 당류를 글루코스 단위체로 가수분해시킨다.
이러한 각종 촉매에 의한 소화의 동역학은 전분 가수분해물의 구조에 직접 좌우된다.
예를 들어, 췌장의 α-아밀라제는 직쇄 올리고당이 풍부하거나 장분지쇄 구조를 갖는 전분 가수분해물에 보다 용이하게 작용할 것이나, 주로 단쇄를 갖는 밀집된 분지쇄 구조에는 그 작용에 큰 어려움이 있거나 아예 작용하지 않을 것이다.
현 시점에서의 기술 수준에서, 이러한 2가지 형태의 구조는 일반적으로 의도하는 적용 분야에 따라 상이하게 사용된다.
전분으로부터 유도된 제1 유형의 구조 (특히 짧은 DP를 갖는 올리고당으로부터 유도된 것)는 특히 세가지 종류의 적용 분야에서 신체에 직접 동화될 수 있는 글루코스의 공급원으로서 사용된다.
첫 번째 적용 분야는 스포츠인을 위한 고에너지 기질 분야이다.
실제로 스포츠 분야에서, 많은 운동이 요구되는 신체 활동중 소비되는 음료는 에너지, 및 발한을 통한 체액의 손실을 보상하는 데 필요한 수분을 둘 다 즉시 제공해야 한다.
그러한 결과를 얻기 위해서는 탄수화물과 관련되어 균형을 이룬 조성물이 필수적이라는 것이 결론이다.
최적의 음료로서 종래 제안된 해결책은 보다 치밀한 분지된 글루코시드 구조를 갖는 DP 3 내지 6의 단쇄 선형 올리고당을 제조하는 것으로, 이는 상기 단쇄 올리고당이 가장 빠른 속도로 흡수되는 반면 적당한 수준으로 삼투질 농도를 유지하므로 체액의 손실, 및 설사와 경련과 같은 부작용을 방지하기 때문이다.
두 번째 적용 분야는 정맥 경로로 공급된 영양액이 환자를 양호한 건강 상태로 유지하고 환자가 정상적인 소화 계통을 통해 영양분을 섭취할 수 없는 경우 영양분을 제공하도록 고안된 비경구 영양공급 분야이다.
여기서 또한 DP 2 내지 5의 선형 올리고당을 투여하도록 선택되는데, 이는 당류가 신장에서 말타아제에 의해 가수분해되어 글루코스를 방출하며, 이것은 이어서 재흡수되기 때문이다. 따라서, 단쇄 선형 올리고당을 사용하면 환자를 과다 수분 보충시키지 않고도 등장액에 충분한 에너지를 제공할 수 있다.
세 번째 적용 분야는 위 또는 소장으로 경구 섭취되거나 요세관 경로로 투여될 수 있는 음료를 제공하는 것이 필요한 경장 영양공급이다.
그러나 상기 장액의 경우, 주요 문제점은 과도하게 높은 삼투질 농도로 인한 설사이다.
전분으로부터 유도된 구조의 제2 유형, 즉 단쇄를 갖는 치밀한 분지된 구조의 전분 가수분해물 유도체 또는 전분 유도체가 특히 세가지 적용 분야에서 흡수가능한 글루코스의 방출을 감속시키고(시키거나) 삼투질 농도 등급을 제공하는 데 사용된다.
첫 번째 적용 분야는 연속적 및 일시적 복막 투석 분야의 적용이다.
유럽 특허 EP 제207,676호는 투석에 사용하기 위해, 분자량 (Mw) 5 ×103 내지 106 달톤 및 낮은 다분산도 지수값 또는 Vp를 갖는, 물중 10 %의 무색 투명한 용액을 형성하는 분지쇄 구조를 함유하는 전분 가수분해물이 짧은 DP를 갖는 선형 올리고당에 바람직하다는 것을 교시하고 있다.
이것은 DP 3 이하의 올리고당 또는 글루코스를 함유하지 않거나 거의 함유하지 않으며, Mw 106 달톤 초과의 글루코스 중합체를 함유하지 않거나 거의 함유하지 않는, 5 ×103 내지 5 ×105 달톤의 높은 분자량의 글루코스 중합체를 주성분으로 함유하는 조성물을 야기한다.
상기 복막 투석의 적용의 경우 짧은 DP 및 낮은 분자량을 갖는 올리고당이 복막 벽을 신속히 통과하므로 삼투압 구배의 생성의 이점이 지속되지 않고, 삼투력을 갖지 않는 매우 높은 분자량의 중합체는 피하거나 심지어는 금지되어야 하는데, 이는 이들이 퇴화된 후에 침전하는 경우 잠재적으로 위험하기 때문이라는 것을 실제로 쉽게 이해할 수 있다.
유럽 특허 EP 제667,356호에서, 출원인은 왁스질 전분으로부터 수중에 완전히 용해가능하며 2.8 미만의 낮은 다분산도 지수값 및 5 ×103 내지 1 ×106 달톤의 Mw를 갖는 전분 가수분해물의 제조 방법을 제안하였다.
이 방법은 아밀로펙틴으로만 이루어진 전분 유액을 산 경로로 가수분해한 후 이 산 가수분해에 박테리아성 α-아밀라제를 사용한 효소 가수분해를 추가하며, 알칼리 또는 알칼리토금속 형태의 거대다공성 강양성자성 수지상에서 수득된 가수분해물에 크로마토그래피를 수행하는 것으로 이루어진다.
이 때, 출원인은 상기 방법 중 원료로서 거의 전적으로 아밀로펙틴으로 이루어지며 왁스질 전분으로 통상 지칭되는 전분만을 사용할 것을 제안했으며, 무시할 수 없는 비율의 아밀로스를 함유하는 전분은 적합하지 않다는 것에 주의해야 한다.
두 번째 적용 분야는 소화 조절 및 당뇨환자의 식이요법 분야이다.
실제로, 미국 특허 제4,840,807호 또는 일본 특허 출원 JP 제2001/11101호 (등록 번호 제11/187,708호)에는 α-1,6 결합이 α-1,4 결합보다 분해되기 더 어렵기 때문에, 서서히 흡수되는 탄수화물의 공급원으로서 치밀한 α-1,6 결합을 갖는 부위만을 추출하는 것이 제안되었다.
따라서 두가지 군의 생성물이 개발되었다. 제1 군은 α-아밀라제 단독에 의해 α-1,4 결합을 갖는 부위를 분해시킴으로써 제조된 한계 덱스트린에 관한 것이고, 제2 군은 α-아밀라제 및 β-아밀라제의 동시 작용에 의해 α-1,4 결합을 갖는 부위를 분해시킴으로써 제조된 덱스트린에 관한 것이다.
이와같이 수득된 한계 덱스트린은 특히 인간의 소화 효소에 대해 내성이 있다.
그러나, 상기 화합물은 매우 작은 분자량 (10,000 내지 55,000 달톤)을 가지므로 다른 적용 분야에서 이의 용도가 제한된다는 단점을 갖는다.
세 번째 적용 분야는 혈장 대용물 분야이다.
국제 특허 출원 WO 제03/18639호는 포유동물의 수술 또는 치료법 치료나 진단 방법에서 이를 사용하기 위해서 사실상 아밀로펙틴 단독으로부터 과-분지형 화합물을 개발할 것을 권고한다.
상기 특허 출원의 교시에 따르면 특히 혈장 대용물 분야에서, 생성된 제1 혈장 대용물 (이들은 히드록시에틸 전분 또는 HES)의 주요 단점, 즉 신체에서 이들의 불완전한 대사를 해결하는데 필요한 것으로서 상기 과-분지형 아밀로펙틴이 제시되었다.
상기 특허 출원에서 상기 과-분지형 아밀로펙틴의 상대적 안정도가 이들의 α-1,6 결합의 고함량에 관련해서 언급되었다.
α-1,6 결합의 고함량은 α-아밀라제에 의한 아밀로펙틴의 분해를 충분히 크게 감소시켜서 분해 가능하지만 이상적인 혈장 대용물의 특성, 즉 이의 약동학적 특성 및 이의 부피 효과를 여전히 보유하는 다당류의 생성을 가능케 한다고 판단된다.
게다가, 상기 특허 출원 WO 제03/18639호에서는 목적하는 방향으로 과-분지형 아밀로펙틴의 분해 동역학을 조절하기 위해서 분지점의 분포를 변화시키는 방법도 고려한다.
그러나, 상기 과-분지형 아밀로펙틴 제조방법은 여전히 주요 결점을 갖는다.
사실상, 과도하게 높은 분지화 (α-1,6 결합 25 % 이하) 또는 분지점간의 과도하게 짧은 거리 때문에 수득된 효과는 목적하는 효과에 상반되는데, 이는 상기 과-분지형 아밀로펙틴에 대한 α-아밀라제의 공격이 매우 느려지거나 전혀 발생하지 않을 수 있기 때문이다.
입체 장애는 분지점의 밀도가 높아서 α-아밀라제로의 접근이 더 이상 불가능하게 되는 분자 부위에 존재한다.
이러한 상황 하에서 상기 과-분지형 아밀로펙틴의 효소에 의한 소화성의 부재는 혈장 대용물 (비-분해 생성물의 축적물)로서 상기 구조의 사용에 특히 불리하게 작용한다.
그러므로, 상기에 비추어서 분지쇄 길이 분포 및 고유 점도 측면에서 주목할만한 구조적 특성을 보임으로써 이를 함유한 생성물에 더 높은 저장 수명 및 조절된 소화성을 부여하는 고도로 분지된 글루코스 중합체가 필요함이 명백하다.
상기 특성은 고도로 분지된 글루코스 중합체를 신체 활동중 고에너지 기질의 공급원으로서 가변적인 적용 분야, 및 복막 투석, 경장 또는 비경구 영양공급, 혈장 대용물, 소화 조절 및 당뇨환자의 식이요법 분야에서 사용할 수 있게 할 것이다.
본 출원인은 수많은 연구 조사하여 특히 그의 분지쇄 길이 분포 및 그의 고유 점도와 관련하여 고도로 분지화된 신규한 가용성 글루코스 중합체를 고안하고 제조함으로써, 현재까지 조정하기가 어려운 것으로 사료되었던 이들 모든 목적을 조정하게 되었다.
본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체는 분지쇄 길이 분포 프로파일이 15 미만의 DP 70 내지 85%, 15 내지 25의 DP 10 내지 16% 및 25 초과의 DP 8 내지 13%로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 환원 당 함량이 1% 미만이고 α-1,6 글루코시드 결합 수준이 13 내지 17%이고 Mw의 수치가 0.9 x 105 내지 1.5 x 105 달톤인 글루코스 중합체이다.
바람직하게는, 본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체의 마르크, 호우윙크 및 사꾸라다 식(MARK, HOUWINK and SAKURADA equation)에 따른 고유점도 계수 "a"는 0.1이하이다.
본 출원인은 특허 출원 EP 제1,369,432호에서 환원 당 함량이 1% 미만이고 α-1,6 결합 수준이 12 내지 30%이고 Mw의 수치가 0.35 내지 2 x 105 달톤인 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체를 이미 기재하였다.
그러나, 상기 특허 출원에 기재되고 예시된 글루코스 중합체 어느 것도 하기에 예시될 본 발명에 따른 고도로 분지화된 글루코스 중합체의 분지쇄 길이 분포 프로파일 및 고유 점도를 갖지 못한다.
본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체의 환원력, α-1,6 글루코시드 결합 수준 및 분자량의 결정은 특허 출원 EP 제1,369,432호에 기재되어 있는 조건과 동일한 조건 하에 실시한다.
그 결과, 본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체는 환원 당 함량이 1% 미만이고, α-1,6 글루코시드 결합 수준이 13 내지 17%이며 Mw의 수치는 0.9 x 105 내지 1.5 x 105 달톤이다.
본 출원인의 특허 출원 EP 제1,369,432호의 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체와 비교하여, 본 발명에 따른 신규한 글루코스 중합체는 α-1,6 글루코시드 결합 수준 및 분자량의 범위가 보다 좁다.
그러나, 본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체는 특히 그의 쇄 길이 분포 프로파일을 특징으로 한다.
본 발명에 따른 고도로 분지화된 가용성 글루코스 중합체의 분지쇄의 길이에 대한 결정은 2 단계로 실시한다.
제1 단계는 박테리아성 이소아밀라제에 의해 상기 생성물을 탈분지화 (α-1,6-결합의 특이 가수분해)하는 것으로 구성되어 있고, 이어지는 제2 단계에서는 공지된 크기의 풀루란과 비교하여 입체 배제 크로마토그래피(HPSEC)로 방출된 올리고당의 중합도를 확인한다.
상기 기법은 분석할 생성물 50 mg을 칭량하고 이에 3.75 ml의 물을 첨가하는 것으로 구성되어 있다. 이러한 혼합물을 교반한 후, 0.5 ml의 디메틸 술폭시드 (DMSO)를 첨가하고, 혼합물을 교반과 함께 30분 동안 비점에서 가열한다. 이어서, 온도를 45℃로 낮추고, (아세트산으로 pH 3.5로 미리 맞춘) 1 M 아세트산나트륨 완충액 0.25 ml를 첨가한다.
이어서, 하야시바라사(HAYASHIBARA)에서 시판되는, 슈도모나스 아밀로데라소마(Pseudomonas amyloderasoma)로부터 추출된 이소아밀라제 10 ㎕ (59,000 U/mg의 양)를 첨가하고 1 시간 동안 45℃에서 활동하게 한다. 이러한 효소 처리를 연속하여 2회 실시한 후, 3분 동안 끓임으로써 반응을 정지시킨다.
0.5 ml의 n-부탄올을 첨가하여 교반하고 1 시간 동안 교반없이 실온에 보관한 후, 반응 매질을 이어서 20 분 동안 2600 rpm에서 원심분리하고, 상청액을 각각 플루카사(FLUKA) 및 시그마사(SIGMA)에서 시판되는 암버라이트(Amberlite) 200 및 암버라이트 IRA-67 수지에 의해 탈염시킨다.
HPSEC 컬럼 상에 주입하기 전에 마지막으로 교반하고 다공도가 0.45 ㎛인 나일론 필터 상에 여과한다.
HPSEC 크로마토그래피의 파라미터는 다음과 같다 (TSK에서 시판되는 PWXL 올리고 칼럼 및 쇼덱스(SHODEX)에서 시판되는 SB 802 + 803 + 804 + 805 칼럼 사용).
- 주입 부피: 200 ㎕
- 유속: 0.5 ㎖/분
- 칼럼 온도: 40℃
- 용출액: 0.2 M 질산나트륨 + 0.02% 아지드화나트륨
- 용출 시간: 180 분
유리된 올리고당의 크기는 공지된 크기의 풀루란의 용출 시간에 대한 그의 용출 시간으로 측정한다.
이 때, 본 발명에 따른 고도로 분지된 글루코스 중합체는 다음으로 구성되어진 분지쇄 길이 분포 프로파일을 갖는다.
- DP가 15 미만인 것: 70 내지 85%
- DP가 15 내지 25인 것: 10 내지 16%
- DP가 25 초과인 것: 8 내지 13%
상기 분지쇄 길이 분포 프로파일은 단분지쇄 함량이 높고(DP가 15 미만인 것이 70 내지 85%임) 그와 동시에 중간 크기 내지 장분지쇄 함량이 비교적 높다(DP가 15 초과인 것이 15 내지 30%임)는 점에서 주목할 만한 구조를 나타낸다.
따라서, 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 주로 짧은 DP를 갖는 쇄가 많으므로 (DP가 15 미만인 것이 70% 초과임) 주로 단쇄를 함유하는 조밀한 분지 구조를 가질 수 있으며, 그럼에도 불구하고 그와 동시에 췌장의 α-아밀라제에 의해 쉽게 소화되어 신체에 동화될 수 있는 글루코스로 유리될 수 있는 중간 크기 내지 장쇄를 충분히(30% 이하) 함유한다.
본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 또한 마르크, 호우윙크, 사꾸라다 식에 따른 그의 고유점도 계수 "a" 값에 의해 특징지어진다.
마르크, 호우윙크, 사꾸라다 식에 따른 고유점도 계수 "a"의 측정은 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 조밀도를 예시하기 위해 본 출원인에 의해 사용된다.
중합체의 고유점도(η)를 그의 점도평균 분자량 (또는 Mv)과 관련짓는 마르크, 호우윙크, 사꾸라다 실험식은 하기와 같이 당업자에게 공지되어 있다.
η = K ×(Mv)a
상기 식에서 "K" 및 "a"는 조사되는 중합체의 특성, 용매의 특성 및 온도에 따라 달라지는 상수이다.
본 발명에 따른 분석 조건하에서, 출원인이 사용한 용매는 0.2 M 질산염 수용액이다.
상수 "a"는 보다 구체적으로는 고려되는 용매 중에서 중합체가 차지하는 평균 수력학적 부피와 관련된다.
용액 중의 중합체에서 분자가 더 많이 접힐수록 "a" 값이 작아진다는 사실이 당 분야에서 확립되어 있다. 반대로 "상당히 펼쳐진" 분자는 "a" 값이 더 높다.
마르크, 호우윙크, 사꾸라다 식에 따른 계수 "a" 값은 하기 식을 이용한 계산에 의해 결정된다.
log η = log K + a log (Mv)
곡선 log η를 log (Mv)의 함수로서 도시하고, 영점에서 그의 y-축 값이 log K가 되고, 직선의 기울기가 계수 "a"이다.
본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 점도 및 점도평균 분자량 값은, 쇼덱스 SB 802 + 803 + 805 칼럼에서 분리한 후, R410 굴절계에 연결된 비스코텍스(VISCOTEX) 모세관 점도계 (모델 250)에서 측정한다.
크로마토그래피 작동 조건은 다음과 같다.
- 주입: 100 ㎕
- 유속: 0.5 ㎖/분
- 칼럼 온도: 35℃
- 용출액: 0.2 M 질산나트륨 및 0.02% 아지드화나트륨
- 분석 시간: 180 분
굴절률 측정의 작동 조건은 다음과 같다.
- R410의 감도: 16 X
- 점도계의 온도: 35℃
유속 마커(marker)는 용출액 중 5%의 글리세린 용액이다.
검출기의 보정은 비스코텍스에서 시판되는, 분자량, 농도 및 고유점도가 공지된 폴리에틸렌 옥시드를 이용하여 실시한다.
상기 기준물의 재처리로 점도계의 "질량 상수" 및 "점도 상수"를 계산할 수 있다.
유속 마커에 대한 용출 피크의 재처리로 기준 시간 및 내부 검출기 부피를 계산할 수 있다.
그 후에 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 마르크, 호우윙크 및 사꾸라다 식에 따라 계산된 계수 "a"가 0.1 미만이며, 이는 아밀로펙틴보다 훨씬 높은 고 조밀성 상태를 나타낸다 (동일한 측정 조건하에 표준 아밀로펙틴은 실제로 계수 "a"값이 0.33임).
따라서 수득된 고도로 분지된 글루코스 중합체는 특히 조밀하고 밀집된 구조를 필요로 하는 적용 분야, 예를 들어 복막 투석 또는 당뇨환자의 식이요법에 사용하기에 적합하다.
또한 식이성 탄수화물의 소화에 관련된 효소에 대한 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 내성의 측정은 스포츠인에 의해 사용되는 제제의 조성물로 도입되거나, 예를 들어 경장 및 비경구 영양공급을 의도하는 식품 성분의 선택에 있어서 필수적인 척도이다.
본 출원인은 그의 특허 출원 EP 제1,369,432호에 기재된 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 효소에 의한 소화에 의한 글루코스의 방출률을 50 내지 70%의 수치로 측정하였다.
가수분해에 대한 내성은 통상적인 말토덱스트린보다 상당히 높으며, 글리코겐에 필적할만하다.
하기에 설명되는 바와 같이, 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 궁극적으로 상기 특허 EP 제1,369,432호에 기재된 글루코스와 유사한 비율로 글루코스를 방출하지만, 이것은 스포츠인에 의한 사용 또는 경장 및 비경구 영양공급에 여전히 적합하지만, 글루코스의 이러한 방출은 수 시간에 걸쳐 천천히 일어나며, 이는 당뇨환자의 식이와 같은 혈당 조절을 필요로 하는 적용 분야에 유리하게끔 한다.
본 출원인이 알고 있는 바로는, 본 발명이 목표하고 있는 모든 적용 분야에서 사용할 수 있게 하는 분지쇄 길이의 분포를 갖는 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 존재하지 않는다.
유리하게, 본 발명에 따른 고도로 분지된 글루코스 중합체는 세가지 아군으로 분류될 수 있다.
이러한 세가지 아군은 15 내지 25의 DP를 갖는 중간쇄 함량이 상이한 분지쇄 길이 분포 프로파일을 갖는다.
첫 번째 아군은 15 내지 25의 DP를 14% 이상 내지 16% 이하 포함하는 고도로 분지된 중합체를 포함한다.
두 번째 아군은 15 내지 25의 DP를 12% 이상 내지 14% 이하 포함하는 고도로 분지된 중합체를 포함한다.
세 번째 아군은 15 내지 25의 DP를 10% 이상 내지 12% 이하 포함하는 고도로 분지된 중합체를 포함한다.
중간 크기 쇄의 분포의 이러한 가변성은, 사용되는 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 소화율을 변화시키는 것이 필요한 식품 또는 의학 용도에서 이들 아군을 유리하게 사용할 수 있게 한다.
이들 세가지 아군은 모두 실제로 크기에 있어서 주로 단쇄로 구성된 분지쇄 구조를 갖지만, 중간쇄의 다양한 비율은 하기에 설명되는 바와 같이 그의 조밀도를 조절할 뿐만 아니라, 글루코스의 방출을 제어할 수 있게 한다.
본 발명에 따른 가용성 분지쇄 글루코스 중합체를 제조하기 위하여,
1) 아밀로스 함량이 30 중량% 이상, 바람직하게는 35 내지 80 중량% 이상 인 전분 수용액을 제조하는 단계,
2) 상기 용액을 분지화 효소로 처리한 다음 β-아밀라제로 연속적으로 처리하는 단계,
3) 분별증류하여 고분자량 분획을 회수하는 단계,
4) 수득된 고도로 분지된 글루코스 중합체를 수집하는 단계로 구성된 단계를 연속적으로 수행한다.
본 발명에 따른 고도로 분지된 글루코스 중합체의 제조는 본 출원인의 특허 출원 EP 제1,269,432호에 이미 개시된 작업 조건을 변형시킴으로써 수행한다.
무엇보다, 특허 출원 EP 제1,269,432호에 개시된 것과는 다르게 특정 전분 품질의 선택이 매우 중요하다.
본 출원인은 실제로 아밀로스 함량이 30%를 초과한 전분만이 본 발명의 방법에서 원료로 사용될 수 있음을 밝혀냈다.
말토덱스트린, 표준 전분 (이는 아밀로스를 30% 초과하여 함유하지 않음) 또는 왁스형 전분이 식물 기원에 관계없이, 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조에 절대 적합하지 않다.
또한, 안정하고, 조밀하며 조절된 소화성을 갖는 분지 구조를 수득하기 위하여 이에 따른 기술적 편향을 극복한 것이 본 출원인의 크레디트이며, 아밀로펙틴이 풍부한 전분으로 개시하는 것이 필요하다 (특허 출원 WO 제03/018639호에 교시된 바와 같음).
하기에서 예시되는 것과 같이, 본 출원인은 반대로 출발 물질로서 사용된 아밀로스가 풍부한 전분의 선택을 통해 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체를 수득하는 것이 가능함을 밝혀냈다.
또한, 출발 물질로서 사용된 전분의 아밀로스 함량의 선택을 통해 상기 정의된 세가지 아군을 수득하는 것이 가능하다.
본 발명에 따른 방법의 제2 단계는 분지화 효소로 상기 전분 용액을 처리하는 것이다.
특허 출원 EP 제1,369,432호에서, 본 출원인은 25 내지 95 ℃, 바람직하게는 70 내지 95 ℃의 온도에서 18 내지 24시간 동안 전분 또는 전분 유도체를 건량을 기준으로 하여 100 g 당 정제된 분지화 효소 50,000 내지 500,000 U를 사용할 것을 권장한다.
분지화 효소란 표현은 글루코겐 분지화 효소, 전분 분지화 효소 및 이들 효소의 임의의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택된 분지화 효소를 의미하는 것으로 이해한다.
본 발명에 따른 신규의 고도로 분지된 글루코스 중합체의 제조를 위해, 본 출원인은 바람직하게는 25 내지 80 ℃에서 7 내지 24시간, 바람직하게는 18 내지 24시간 동안 전분 100 g 당 분지화 효소 40,000 내지 150,000 U로 아밀로스가 풍부한 전분의 용액을 처리할 것을 권장한다.
본 발명에 다른 방법의 제3 단계는 β-아밀라제를 이와 같이 처리된 전분 용액에 작용시키는 것이다.
상기 효소의 작용 조건 (온도 및 pH)은 전분 100 g 당 제넨코르(GENENCOR)로부터의 스페자임(SPEZYME) BBA형의 β-아밀라제 0.05 내지 0.5 ml를 60 ℃의 온도, pH 4.9 내지 5에서, 1 내지 3시간 동안, 바람직하게는 2시간 동안 작용시키는 것이다.
DP°단위는 "당화력 정도", 즉 샘플을 기질 100 ml와 함께 20 ℃에서 1시간 동안 인큐베이션하는 경우, 펠링액(Fehling's solution) 5 ml를 환원시키기에 충분한 환원 당의 양을 생성시킬 수 있는 효소 제제를 5% 함유한 용액 0.1 ml 중에 함유된 효소의 양을 의미한다.
따라서, 특허 출원 EP 제1,369,432호에 개시된 것과는 반대로, α-아밀라제, β-아밀라제, 아밀로글루코시다제 및 α-트랜스클루코시다제로 이루어진 군으로부터 선택된 임의의 효소를 사용하지 않고, 실제로는 β-아밀라제를 사용하는 것이 바람직하다.
본 출원인은 실제로 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체를 용이하게 수득할 수 있는 것이 상기 특정 효소의 선택을 통한다는 것을 발견하였다.
상기 추가의 처리 마지막에, 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 글루코스 및 말토스로 주로 이루어진 효소 분해 생성물과의 혼합물로서 수득된다.
방법의 제4 단계는 본 출원인에 의한 특허 출원 EP 제1,369,432호에 기재된 바와 같이, 막 분리 및 크로마토그래피로 이루어진 군으로부터 선택된 기술을 사용한 분별증류를 수행하여 고분자량 분획 및 저분자량 분획을 회수하는 것으로 이루어진다.
사용되는 방법에 관계없이, 얻어진 프로파일은 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체에 상응하는 고분자량 다당류 분획을 글루코스 및 말토스로 주로 이루어진 저분자량 올리고당 분획으로부터 분리할 수 있게 한다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 최종 단계는 고도로 분지된 글루코스 중합체에 상응하는 고분자량 분획을 수집하는 것으로 이루어진다.
고분자량 생성물을 당업자에게 공지된 임의의 기술에 의해 그 자체로서 수집하고, 에탄올로 침전시키고, 정제하고, 진공하에 24시간 동안 건조하거나 분무-건조할 수 있다.
하기에 예시되는 바와 같이, 본 출원인은 마침내 본 발명에 따른 분지된 가용성 글루코스 중합체의 분지된 중쇄 함량 (DP가 15 내지 25)을 변화시키기 위해, 전분의 아밀로스 함량을 변화시킬 필요가 있음을 발견하였다.
실제로, 출발 물질로서 사용된 전분의 아밀로스 함량이 높을 수록, 생성물에서 DP가 15 내지 25인 분지쇄 함량이 낮다.
15 내지 25의 DP를 14% 이상 내지 16% 이하 포함하는 본 발명에 따른 중합체의 제1 군을 수득하기 위해, 전분은 바람직하게는 아밀로스 함량이 30% 이상 내지 40% 이하인 것으로 선택될 것이다. 표준 완두 전분은 상기 제1 군의 제조에 특히 적합하다.
15 내지 25의 DP를 12% 이상 내지 14% 이하 포함하는 본 발명에 따른 중합체의 제2 군을 수득하기 위해, 전분은 바람직하게는 아밀로스 함량이 40% 이상 내지 60% 이하인 것으로 선택될 것이다.
10 내지 25의 DP를 10% 이상 내지 12% 이하 포함하는 본 발명에 따른 중합체의 제2 군을 수득하기 위해, 마지막으로 전분은 아밀로스 함량이 60% 이상 내지 80% 이하인 것으로 선택될 것이다.
본 발명에 따른 중합체의 특정 물리화학적 특성은 이들을 식품 및 의학 용도에, 보다 더 특히 신체 활동중 고에너지 기질의 공급원으로서, 그리고 복막 투석, 경장 또는 비경구 영양공급, 혈장 대용물, 소화 조절 및 당뇨환자의 식이요법 분야에 유용하게 한다.
본 발명의 다른 특징 및 이점은 하기 기재되는 비제한적인 실시예를 통해 드러날 것이다.
실시예 1
전분 풍부도가 95%를 초과하고 아밀로스 함량이 36.7%인 완두 전분으로부터 건조 물질 함량 10%의 전분 용액을 제조하였다.
이를 위해, 완두 전분 100 g (건조물 기준)을 실온에서 교반하면서 물 1 리터에 재현탁하였다.
145℃의 쿠커에 3 내지 4분 동안 방치하여 전분을 완전히 용해시킨 후, 70℃로 냉각시켰다. 바실러스 스테아로써모필러스(Bacillus stearothermophilus)로부터 정제된 글리코겐 분지화 효소를, 기질 100 g (건조물 기준) 당 50,000 U/ml의 효소 용액 1 ml의 양으로 지속적으로 첨가하였다.
70℃ 및 pH 6.8에서 21시간 동안 효소 반응을 수행한 후, 90℃에서 1시간 동안 가열함으로써 반응을 중지시켰다.
상기 반응 매질을 온도 60℃ 및 pH 4.9 내지 5가 되게하여, 전분 100 g (건조물 기준) 당 β-아밀라제 (제넨코에서 시판하는 1,500 DP°/ml의 BBA 스페자임) 0.15 ml로 추가 처리하였다.
2시간 동안 인큐베이션시키고, 90℃에서 1시간 동안 가열함으로써 반응을 중지시켰다.
이어서, 반응 매질을 컷-오프(cut-off)가 9,000 달톤인 막 (PCI에서 시판하는 ES209 막)에서 한외여과하고, 한외여과물을 수집하여 분무-건조시켰다.
하기 표 1은 본 발명에 따라 수득된 가용성 분지쇄 글루코스 중합체의 물리화학적 특성 (α-1,6 결합의 정도, Mw 및 환원 당 함량)에 대한 결과를 나타낸다.
α-1,6 결합의 정도 (%) 14
Mw (105 달톤) 0.96
환원 당 함량 (%) 0.14
환원 당의 비율은 문헌[N. NELSON, A photometric adaptation of the SOMOGOYI method for the determination of glucose, 1944, J. Biol. Chem., 153, pp. 375-380]에 기재된 소모고이(SOMOGOYI) 방법에 따라 측정하였다.
이어서, 하기 기재되는 바와 같이 분지쇄 길이 분포 프로파일을 측정하였다.
하기 표 2는 수득된 결과를 나타낸다.
DP 2 내지 DP 15 (%) 71.7
DP 15 내지 DP 25 (%) 15.4
〉DP 25 (%) 12.9
수득된 가용성 분지쇄 글루코스 중합체는 현저한 분지쇄 길이 분포를 나타냈으며, 그 결과는 단쇄 (15 미만의 DP)가 70%를 약간 초과하였으며 중간 내지 장쇄 (15 초과의 DP)가 30%보다 약간 낮았다.
상기 기재된 방법에 의해 측정된 마르크 호우윙크 사꾸라다 파라미터 "a"의 값은 0.1이었다.
따라서, 본 발명에 따른 가용성 분지쇄 글루코스 중합체는 저절로 구부려지는 밀집된 구조를 갖지만, 이는 효소 공격을 받기 쉬운 정지 쇄를 포함한다.
실시예 2
다양한 함량의 아밀로스를 함유하는 기질 상의 분지화 효소 및 β-아밀라제와의 반응 생성물의 분지쇄 길이 분포 프로파일에 대한 비교 연구를 수행하였다.
이어서, 왁스질 옥수수 전분 (전분 A), 표준 옥수수 전분 (표준 B), 및 각각 50% 및 70%의 전분을 함유하는 아밀로스가 풍부한 전분의 두 가지 종 (전분 D 및 E)을 실시예 1에 기재된 바와 동일한 방법으로 처리하였다. 또한, 이 표는 실시예 1에서 수득한 완두콩 전분 (전분 C)을 사용하여 수득한 결과를 나타내고 있다.
하기 표 3은 전분의 다른 종들을 처리하는 데 사용된 분지화 효소 (18 내지 21 시간 동안 인큐베이션함) 및 β-아밀라제 (2 시간 동안 처리함)의 양을 나타내었다.
출발 전분 A B C D E
분지화 효소 (100 g 당 ml) 1 1 1 1.5 2
스페자임 BBA (%) 0.05 0.1 0.15 0.13 0.1
표 4는 위와 같이 제조된 고도로 분지된 글루코스 중합체의 α-1,6 분지화 수준, 분자량 및 환원 당 함량으로 수득한 결과를 나타내었다.
각각, 전분 A, B, C, D 및 E로부터 수득한 생성물인 F, G, H, I 및 J 화합물을 확인하였다. 생성물 F의 특성은 실시예 1에서 재현되었다.
반응 생성물 F G H I J
α-1,6 결합 수준 (%) 11.2 13.3 14 15.2 13.1
Mw (105 달톤) 0.84 0.77 0.96 0.96 1.31
환원 당 함량 (%) 0.2 0.015 0.14 0.39 0.29
아밀로스가 풍부한 3 가지 기질 (각각의 아밀로스 함량이 37.5, 50 및 70%임) 상에서 효소로 처리함으로써 α-1,6 분지화 수준이 13 내지 15%의 좁은 범위이고, 분자량이 0.9 내지 1.5×105 달톤인 가용성 분지쇄 글루코스 중합체를 제조할 수 있었다.
왁스질 옥수수 전분 및 표준 옥수수 전분 (특허 출원 EP 제1,369,432호에 보다 상세하게 기재되어 있음)을 처리하면 α-1,6 결합 수준이 11 내지 13%의 범위이고, 분자량이 0.7 내지 0.9×105 달톤인 분지쇄 글루코스 중합체가 생성되었다.
따라서, 출발 기질로서 아밀로스가 풍부한 전분을 사용함으로써, α-1,6 글루코시드 결합 수준과 분자량이 아밀로펙틴이 보다 풍부한 기질로부터 수득한 중합체보다 높은 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 (그 자체로도 주목할만 함)를 주목할만한 방법으로 제조할 수 있었다.
하기 표 5는 수득한 다른 생성물의 상이한 쇄 길이 분포 프로파일을 함께 나타내었다. 마르크 호우윙크 사꾸라다에 따른 고유점도 계수 "a" 값도 함께 나타내었다.
F G H I J
DP 2 내지 DP 15 63.8 71.9 71.7 78.3 80.4
DP 15 내지 DP 25 21.8 16.3 15.4 12.6 11.5
> DP 25 14.4 11.8 12.9 9.1 8.1
고유점도 계수 "a" 0.12 0.12 0.1 0.08 0.09
아밀로스가 풍부한 전분으로부터 수득한 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 단쇄 함량이 70 내지 85%, 중쇄 함량이 10 내지 16%, 장쇄 함량이 8 내지 13%인 것으로 관찰되었다.
아밀로펙틴이 풍부한 전분으로부터 수득한 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 단쇄 함량이 72% 미만, 중쇄 함량이 16% 초과, 장쇄 함량이 11 내지 15%였다.
또한, 처리된 전분의 아밀로스 함량이 높을수록, 보다 많은 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체가 중간 크기의 쇄 함량이 낮은 성분을 갖는다는 것이 관찰되었다.
따라서, 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체는 특히 16% 미만, 바람직하게는 10 내지 16%의 중쇄 함량을 갖는다 (표준 옥수수 전분 및 왁스질 전분으로부터 제조된 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 경우는 제외함).
마르크 호우윙크 사꾸라다에 따른 고유점도 계수 "a"의 측정은 또한 얻어진 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 조밀도 차이를 반영한다.
아밀로스가 풍부한 전분만이 고유점도 계수가 0.1 이하인 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체를 얻는 것을 가능하게 한다는 것이 관찰되었다.
또한, 본 발명에 따른 분지된 가용성 글루코스 중합체의 조밀도는 효소 반응에 대한 기질로서 사용된 전분의 아밀로스 함량에 따라 변경 가능하다는 것도 관찰되었다.
따라서, 가장 조밀한 구조는 사실상 아밀로스가 가장 풍부한 전분으로부터 얻어진다.
실시예 3
글루코스 방출 정도를 측정하기 위해서, 본 발명에 따라 제조된 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 수용액을 췌장의 아밀라제 및 창자의 아밀로글루코시다제 (창자의 아세톤 분말)와 접촉시켰다.
시간이 지남에 따라 반응 배지에 나타난 글루코스를 측정하여 시간의 함수로서 가수분해를 모니터링하였다.
이 시험은 식품 탄수화물 소화와 관련된 효소에 의한 가수분해에 대한 중합체의 저항성 측정을 가능하게 한다.
본 발명에 따른 2종의 중합체 (실시예 2의 생성물 H 및 I)를 본 출원인의 특허 출원 EP 제1,369,432호에서 글리코겐과 비교 분석한 방법으로, 표준 녹말로부터 얻어진 글루코스 중합체 (실시예 2의 생성물 G)와 비교 시험하였다.
효소 소화에 대한 수행 조건은 하기와 같다:
시험할 생성물 0.6 g을 정확히 칭량하였다.
pH 7의 0.1 mol/l 말레산나트륨 완충액 150 ml를 첨가하고, 생성물이 용해될 때까지 배지를 교반하였다.
얻어진 용액을 15 분 동안 수조에 두어, 용액의 온도가 37 ℃가 되게 하였다.
용액 1.5 ml를 제거하고, 돼지 췌장 효소 0.15 g을 첨가하고, 배지를 30 분 동안 인큐베이션하였다.
배쓰에서 샘플을 10 분 동안 100 ℃로 건조하여 효소 반응을 중지시켰다.
돼지 췌장 효소 0.75 g을 첨가하고, 이 배지를 자동 온도 조절 배쓰 내 37 ℃에서 3 시간 30 분 동안 교반하면서 인큐베이션하였다.
효소의 가수분해 동안 샘플을 정기적으로 수집하였다.
이어서 샘플 내 글루코스를 분석하여, 연구되는 생성물의 가수분해 백분율을 계산하였다.
이 분석을 히타치사(HITACHI) 704 자동기(ROCHE)에서 비색측정 방법으로 수행하였다. 사용된 시약은 글루코스 옥시다제/퍼옥시다제 효소(GOD/PAP)를 함유하는 시약이었다. 사용된 시약의 부피는 500 ㎕이었고, 샘플 부피는 5 ㎕이었고, 반응 온도는 30 ℃이었다.
이 결과를 하기 표 6 나타내었다.
방출된 글루코스 생성물 G 생성물 H 생성물 I
30 분 내지 60 분 (건조 중량%) 36.52 27.77 29.91
60 분 내지 120 분 (건조 중량%) 27.59 35.27 27.57
반응 30 분 내지 60 분 사이에 표준 완두 전분 및 아밀로스 50%를 함유하는 전분으로부터 각각 제조된, 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 (생성물 H 및 I)가 표준 옥수수 전분으로부터 제조된 글루코스 중합체 (생성물 G) 보다 느리게 글루코스를 방출한다는 것이 관찰되었다.
그러나 이 현상은 60 분 내지 120 분 사이에 역전되어, 생성물 H가 생성물 G 보다 많은 글루코스를 방출하였다.
아밀로스 함량이 풍부한 전분으로부터 제조된 본 발명에 따른 2 종의 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체 H 및 I를 스포츠인들에 대한 영양 공급 (소화 2 시간 후 글루코스 63%를 방출하는 지연 효과를 갖는 생성물 H)에서 뿐만 아니라 혈당 조절이 필요한 분야 (시간 경과에 따라 다른 생성물에 비해 글루코스를 소량 방출하는 생성물 I)에서 사용할 수 있다는 것이 명확히 나타났다.
출발 전분의 아밀로스 함량 선택에 따라 명확히 정의된 적용 분야에서 본 발명에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 용도가 결정된다는 것이 관찰되었다.

Claims (12)

  1. 분지쇄 길이 분포 프로파일이 15 미만의 DP(degree of polymerization; 중합도) 70 내지 85%, 15 내지 25의 DP 10 내지 16% 및 25 초과의 DP 8 내지 13%로 구성되어 있는 것을 특징으로 하는, 환원당 함량이 1% 미만이고, α-1,6 글루코시드 결합 수준이 13 내지 17%이고, 분자량 수치가 0.9 ×105 내지 1.5 ×105 달톤인 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체.
  2. 제1항에 있어서, 마르크, 호우윙크 및 사꾸라다 식(MARK, HOUWINK and SAKURADA equation)에 따른 고유점도 계수 "a"가 0.1 이하인 것을 특징으로 하는 중합체.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 15 내지 25의 DP가 14% 이상 내지 16% 이하인 것을 특징으로 하는 중합체.
  4. 제1항 또는 제2항에 있어서, 25 초과의 DP가 12% 이상 내지 14% 이하인 것을 특징으로 하는 중합체.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서, 25 초과의 DP가 10% 이상 내지 12% 이하인 것을 특징으로 하는 중합체.
  6. 1) 아밀로스 함량이 30 중량% 이상, 바람직하게는 35 내지 80 중량%인 전분 수용액을 제조하고,
    2) 상기 용액을 분지화 효소로 처리한 다음 β-아밀라제로 연속적으로 처리하고,
    3) 분별증류하여 고분자량 분획을 회수하고,
    4) 수득된 고도로 분지된 글루코스 중합체를 수집하는 것을 특징으로 하는, 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법.
  7. 제6항에 있어서, 전분 수용액을
    - 25 내지 80 ℃의 온도에서 7 내지 24 시간 동안, 바람직하게는 18 내지 24 시간 동안 전분 100 g 당 분지화 효소 40,000 내지 150,000 U로 처리한 다음,
    - 60 ℃의 온도, pH 4.9 내지 5에서 1 내지 3 시간 동안, 바람직하게는 2 시간 동안 전분 100 g 당 β-아밀라제 0.05 내지 0.5% ml로 처리하는 것을 특징으로 하는, 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법.
  8. 제6항 또는 제7항에 있어서, 전분 수용액이 아밀로스 30% 이상 내지 40% 이하를 포함하고, 바람직하게는 표준 완두 전분인 것을 특징으로 하는, 제3항의 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법.
  9. 제6항 또는 제7항에 있어서, 전분 수용액이 아밀로스 40% 이상 내지 60% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제4항의 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법.
  10. 제6항 또는 제7항에 있어서, 전분 수용액이 표준 아밀로스 60% 이상 내지 80% 이하를 포함하는 것을 특징으로 하는, 제5항의 고도로 분지된 가용성 글루코스 중합체의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 따른 고도로 분지된 글루코스 중합체를 함유하거나 제6항 내지 제10항 중 어느 한 항에 따른 방법으로 얻을 수 있는 것을 특징으로 하는, 식품 및 특히 의학 용도에서 사용하기 위한 조성물.
  12. 제9항에 있어서, 신체 활동중 고에너지 기질의 공급원으로서, 및 복막 투석, 경장 또는 비경구 영양공급, 혈장 대용물, 소화 조절 및 당뇨환자의 식이요법 분야에서 사용하기 위한 조성물.
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