KR20100024624A - 해양심층수 나노입자의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 해양심층수의 수용성 나노입자화를 통한 제품성 향상 및 생리활성 증진 기술과 그 제조물에 관한 것으로 상세하게는 다량의 미네랄을 함유한 심층수의 기능성 소재화 및 제품화가 가능하도록 심층수 성분의 생리활성 및 생체활용성을 증진하고자 식용소재를 이용하여 나노입자화하고 이를 식·음료소재 및 화장료에 적용 가능하도록 실시하는 방법 및 이를 이용하여 제조된 제품에 관한 것이다.

해양심층수는 염분이 많고 미네랄의 함량이 높아 제품화를 위한 가공적성이 매우 낮다. 특히 다양한 미네랄로 이루어져 체내에서 흡수속도 및 농도를 조절하는데 많은 어려움이 따른다.

본 발명을 통한 해양심층수의 나노입자화는 유용 활성성분의 세포 침투성 증진 및 다양한 방출기작 조절을 통한 생체활용성 증진이 가능함에 따라 심층수에 녹아있는 미네랄의 효능을 극대화할 수 있는 효율적인 공정이다. 또한 종래 심층수 및 지하수 등이 높은 미네랄 함량으로 인해 기호성이 떨어지고 과량 섭취 시 체내에서 결석을 일으킬 수 있다는 우려가 따르는데 비해 식용가능소재를 이용해 나노입자화된 고함량의 심층수 미네랄은 체내에서 활용성 및 안정성이 높아 식·의약품의 소재로 사용이 가능하다.

본 발명은 수용성 미네랄의 식용가능 나노입자화 기술을 포함하는 발명으로 기존 나노입자화 공정이 charge의 영향으로 미네랄의 입자화가 어려운 것과 달리 탈염된 심층수를 레시틴(lecithin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 등의 식용 소재로 포접하여 w/o 형태의 나노입자를 300 ㎚ 이하의 크기로 형성함으로써 생체 내에서 수용성 미네랄의 효율 및 활용성을 높일 뿐 아니라 안전성이 뛰어나고 제품성이 향상된 식용가능 나노입자를 제조하는데 그 특징을 가진다.

해양심층수, 나노입자, 레시틴, 젤라틴, 키토산, 리포좀, 수용성미네랄

Description

해양심층수 나노입자의 제조방법{the method of preparing nano particles from sea deep water}

본 발명은 통상적으로 체내에서 미네랄이 많은 인자들에 의해 흡수 저해되는 단점을 개선하고자 식용가능 소재들을 이용하여 해양심층수를 w/o 형태의 나노입자로 제조하는 방법에 관한 것으로 이러한 나노입자화는 흡수성과 안정성 등 생체활용성이 뛰어난 300㎚ 이하의 나노입자를 제조하며 본 발명을 통한 심층수는 체내 수용성 미네랄의 균형을 맞추는데 높은 효과를 나타내는 것을 특징으로 한다.

본 발명은 수용성 미네랄의 나노입자화를 포함하는 기능성 식용소재화 방법에 관한 것으로, 종래 나노입자화가 대부분 단일성분의 지용성 고분자를 대상으로 이루어지고 근본적으로는 나노입자 제조 시에 유기용매 및 비식용 소재를 사용함에 따라 식의약품 소재로 사용이 용이하지 못하며, 생체적용성 면에서도 외용제 약물이나 화장료 등으로 사용범위가 국한되고 안전성 검증에 어려움이 따르는 것과 관련하여 수용성 미네랄의 생리활성 및 생체활용성 증진이 가능한 식용가능 나노소재를 시행이 용이한 공정을 통해 얻는 것을 목적으로 하고 있다.

특히, 해양심층수는 미네랄의 함량이 높아 이온(charge)의 영향이 큼에 따라 입자화가 어려운 기존의 나노입자화 공정과 달리 해양심층수의 효율적인 나노입자 제조가 가능한 특징을 가진다.

본 발명을 통한 수용성 나노입자화 기술은 기능성 식품 제조에 적용 범위가 넓은 수용성 생리활성 물질의 300㎚ 이하 나노화를 통해 생체내에서의 효율을 높일 뿐 아니라 식용가능한 레시틴(lecithin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 등을 포집화 소재로 사용함에 따라 식품제조에 사용 시 안전성을 확보할 수 있는 기술로 해양심층수를 이용한 기능성 소재화가 가능하며, 제조된 나노입자를 이용해 제조된 기능성 제품은 세포 침투성 등 생체활용성이 뛰어날 뿐만 아니라 생리활성의 증진이 가능해 아토피 피부염 등에 효능을 나타내는 장점을 가진다.

나노기술은 나노미터(10억분의 1m) 수준을 제어하는 기술로 전자 및 재료공학은 물론 화학공학 등 다양한 분야에서 그 사용이 증가하고 있다. 최근에는 나노 의약품으로 개발되어 특정 질병부위에 선택적 미사일 치료요법이 가능하기 때문에 질병치료의 새로운 수단으로 각광받고 있다. 나노 기술은 유효 성분의 지속시간을 늘려 줄 뿐만 아니라 나노 소재화된 성분이 원하는 시간에 원하는 장소에서 작용하도록 조절이 가능해 그것의 이용 면에서도 점차 증가하는 추세이다.

하지만 종래 나노입자는 그 제조방법에 있어 Polycaprolactone(PCL)이나 Poly glycolide-co-lactide(PGLA) 같은 합성 고분자뿐만 아니라 유기용매 등을 이용하고 있어 음료 및 식·의약품소재로의 사용은 제한되어 왔다.

수용성 미네랄은 주로 식수에 포함되는데 칼슘, 나트륨, 마그네슘, 칼륨, 망간, 요오드 등 물속 무기질은 극히 미량이지만 반드시 인체 내에 존재해야 한다. 부족하면 갑상선 질환이나 근육마비 등을 일으킬 수 있다. 반면 칼슘 등 무기질이 많이 든 물을 필요 이상 많이 마시면 오히려 신장 결석 등이 생길 수도 있다. 해양심층수는 인체에 필요한 미네랄이 다량 함유되어 있어 기능성 소재화 가능성이 높으며 식·의약용 소재화 및 제품화를 위해서 체내에서 미네랄의 흡수 촉진 및 균형을 맞춰줄 수 있는 기술의 개발이 시급하다.

레시틴(lecithin)은 글리세린 인산을 포함하고 있는 인지질의 하나이다. 세포막 등 생체막을 구성하는 주요 성분으로 난황, 콩기름, 간, 뇌 등에 많이 존재한다. 레시티나아제{lecithinase(phospo-lipase)}라고 하는 가수분해효소의 작용으로 분해되며, 뱀독이나 세균독소에 함유되어 있는 이 효소에는 적혈구를 용혈시키고 세포를 파괴하는 작용이 있다.

젤라틴(gelatin)은 동물의 가죽, 힘줄, 연골 등을 구성하는 천연 단백질인 콜라겐을 뜨거운 물로 처리하면 얻어지는 유도 단백질의 일종으로 찬물에는 팽창만 하지만, 온수에는 녹아서 졸(sol)이 되고, 2∼3% 이상의 농도에서는 실온에서 탄성이 있는 겔(gel)이 된다. 이 상태가 된 것을 젤리라고 하며, 그 응고성을 이용해 음식물에 섞어서 모양이나 단단함을 갖추기 위해서 널리 이용된다. 겔은 가열하면 다시 졸로 돌아온다. 분자량 15,000∼25,000의 것으로 이루어지는 불균일 물질로, 유기용매에는 녹지 않는다. 콜라겐과는 달리 트립신이나 펩신 등의 작용을 받는다. 젤라틴(gelatin)은 단백질이기는 하나, 트립토판 등 영양상의 중요한 아미노산이 없거나 또는 적으므로 그 영양가치는 적다. 사진감광막, 접착제, 지혈제, 가공식품, 약용 캡슐, 미생물 배양기 등에 주로 사용된다.

키토산(chitosan)은 게나 가재, 새우 껍데기 등에 들어 있는 키틴(chitin)을 탈아세틸화 하여 얻어낸 물질을 말한다. 특성은 노폐해진 세포를 활성화하여 노화를 억제하고 면역력을 강화해주며 질병을 예방해준다. 또한 생체의 자연적인 치유 능력을 활성화하는 기능과 함께 생체 리듬을 조절해주는 것으로 알려져 있으나 메커니즘은 아직 완전히 규명되지 않았다. 유해 콜레스테롤의 흡착, 배설 및 항암작용을 나타내는 것으로 알려져 있으며 혈압 상승의 원인이 되는 염화물 이온을 흡착, 장에서의 흡수를 억제한 뒤 체외로 배출시킴으로써 혈압 상승 억제 작용 및 장내의 유효 세균을 증식시키고 세포를 활성화시키기도 한다. 혈당 조절과 간 기능 개선 작용, 체내 중금속 및 오염 물질 배출 등의 효과가 있으며, 키토올리고당 함량이 전체 성분 중에서 20% 이상 넘어야 체내에 쉽게 흡수되어 효과를 보인다.

해양심층수는 광합성에 필요한 태양광선이 닿지 않는 수심 약 200 m 이하로 대륙붕보다 더 깊은 수심으로 수온이 매우 낮은 물대를 말한다. 심층수는 북극이나 남극, 그린란드 주변 수역에서 생성되는데, 빙하가 융해된 저온수는 점점 염분 농도와 함께 비중이 증가되어 해저로 내려가서 염농도가 낮은 저위도 수역으로 유입되어 흘러간다. 유입 속도는 매우 느려 연간 이동거리가 수 m에 불과하다 북양 심층수는 한반도나 일본열도 해저에 다다를 때까지 대기와의 접촉이 없어 저온이 그대로 유지되며 각종 미네랄 Ca, Mg, K, Fe, Zn, Se 등 영양 염류가 풍부하다. 이와같은 해양심층수의 특성은 저온성, 부영양성, 숙성성, 고미네랄성, 청정성이다. 특히, 해양심층수는 신경성 가려움을 일으키는 히스타민의 방출에 효과가 있으며 면역 글로블린이나 호산구의 혈액 농도가 비정상적인 환자에 대해서도 응급효과가 있 는 것으로 나타났다.

이와 같이 아토피에 해양심층수가 효과적인 이유는 해양심층수의 구성이 피부구성과 매우 흡사하여 피부보습력이 탁월하며 풍부한 미네랄을 함유하고 있어 일반 water와는 달리 더욱 건강하게 피부를 지켜주기 때문이다.

해양심층수는 염분이 많고 미네랄의 함량이 높아 제품화를 위한 가공적성이 낮고, 특히 다양한 미네랄로 이루어져 체내에서 흡수속도 및 농도를 조절하는데 많은 어려움이 따르므로 과량 섭취 시 채내에서 결석을 일으킬 우려가 있다.

종래 나노입자화가 대부분 단일성분의 지용성 고분자를 대상으로 이루어지고 근본적으로는 나노입자 제조 시에 유기용매 및 비식용소재를 사용함에 따라 식의약품 소재로의 사용이 용이하지 못하며, 생체적용면에서도 외용제 약물이나 화장료 등으로 사용범위가 국한되고 안정성 검증에 어려움이 따르는 문제점을 가지고 있었다.

종래 나노입자화 공정이 이온(charge)의 영향으로 미네랄의 입자화가 어려운 문제점이 있었다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하고자 제안된 것으로서, 본 발명의 목적은 식용으로 사용하여 인체에 아무런 해를 주지 않는 레시틴(lecithin), 젤라틴(gelatin), 키토산(chitosan) 등을 포집화 유상으로 이용하여 해양심층수를 w/o형태의 나노입자로 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명을 통해 제조된 심층수 나노입자는 생리활성이 기대되는 수용성 미네랄을 상기에서 제시한 유상이 포집하여 나노입자를 형성하는 w/o 형식의 리포좀으로 구성되며, 제조된 나노입자는 50~300㎚의 범위로 형성되어 주로 200㎚ 이하의 것을 필터링(filtering) 등을 통해 선별하여 사용한다.

본 발명의 해양심층수 나노입자화는 함유 미네랄성분 및 수분에 새로운 기능성 식품 소재로서의 역할을 부여하고, 이를 이용한 활용범위 확장 및 부가가치 창출을 목적으로 한다.

본 발명을 통한 해양심층수의 식용가능 나노입자화 기술은 종래의 지용성 고분자 물질 나노입자화와 달리 심층수가 가지고 있는 미네랄들의 생체활용성 증진은 물론 체내 생리활성을 높여 체내 미네랄 균형을 맞추는데 용이하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명을 통한 해양심층수의 나노입자화 기술은 해양심층수가 가지고 있는 활성을 그대로 보존하여 식품분야에 활용할 수 있는 기술로 별도의 처리나 공정 없이 제품에 적용이 가능하게 하는 것을 목적으로 한다.

본 발명을 통한 해양심층수의 나노입자화는 유용 활성성분의 세포 침투성 증진 및 다양한 방출기작 조절을 통한 생체활용성 증진이 가능함에 따라 심층수에 녹아있는 미네랄의 효능을 극대화할 수 있는 효율적인 공정이다.

상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명의 해양심층수 나노입자의 제조방법은 (1) 나노입자화 하고자 하는 해양심층수 대비 0.01-2.00%(w/v)에 해당하는 양의 식용가능한 키토산, 레시틴, 젤라틴 군에서 선택된 하나의 화합물을 디클로로메탄(CH₂Cl₂) 또는 클로로포름(CHCL₃)에 녹인 후, 30-50℃에서 증발, 건조시키는 공정 (2) (1)공정에서 수득된 건조물에 탈염된 해양심층수를 부어 혼합, 분 산시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하고 있다.

상기 해양심층수 나노입자는 50-300 nm 크기인 것을 특징으로 하고 있다.

상기 해양심층수 나노입자는 수용성미네랄의 포집이 가능한 리포좀 형태임을 특징으로 하고 있다.

상기와 같이 이루어지는 본 발명의 해양심층수 나노입자의 제조방법은 심층수 함유 수용성 미네랄이 포집된 나노입자를 이용해 생체활용성 증진을 통한 기능성 증진이 가능하고, 식용소재를 이용하여 제조함으로써 기능성 식품 및 음료의 소재로 사용하여 고기능성 식음료 제품을 제조할 수 있다.

본 발명의 제조방법을 통한 해양심층수의 식용가능 나노입자는 생체 내에서 미네랄의 균형 및 신체활성 증진이 가능해 아토피 피부염 등에 높은 활성을 나타내 향장 및 의약 분야의 소재로 활용 가능성이 높다.

이하, 본 발명의 해양심층수 나노입자 제조방법을 공정별로 상세히 설명한다.

[제1공정 : 해양심층수의 탈염 공정]

해양심층수도 바닷물이므로 이를 이용한 소재화 및 제품화를 위해서 탈염 공정이 선행된다. 해양심층수 탈염 공정의 핵심은 미네랄 성분은 그대로 두고 NaCl만을 제거하는 것으로 일가 이온을 선택적으로 제거하는 이온 교환막을 이용해 해수 중의 NaCl 성분만을 제거하여 미네랄이 풍부한 심층수를 제조한다.

[제2공정 : 식용소재를 이용한 리포좀 제조 공정]

나노입자화 하고자 하는 해양심층수의 0.01~2.00(w/v)%의 비율에 해당되는 양의 식용가능한 레시틴, 인지질, 키토산 군에서 선택된 하나의 화합물을 디클로로메탄(CH₂Cl₂) 또는 클로로포름(CHCl₃) 소량에 녹인다.

회전증발기를 이용하여 30~50℃에서 감압 하에서 상기 화합물이 녹아있는 용액의 디클로로메탄(CH₂Cl₂) 혹은 클로로포름(CHCl₃)을 전량 증발시켜 건조한다. 이상의 공정을 통해 수득된 건조물은 수용성미네랄 등의 물질의 포집이 가능한 리포좀 형태를 띤 막을 형성한다.

[제3공정 : 수용성미네랄이 포집된 w/o 나노입자의 제조 공정]

제1공정의 탈염된 해양심층수를 제2공정의 건조물에 부어준 후, hand shaking하여 건조물을 혼합시켜준다. 초음파분산기를 이용하여 30-40℃ 에서 초음파를 1시간 정도 가해 분산시켜준다. 이상의 공정은 심층수 내 유용성분의 변성을 방지하기 위해 상온 범위에서 수행하는 것이 바람직하며 균질화 및 분산을 위해 호모지나이저(homogenizer) 및 고압분산기를 이용할 수 있다. 본 공정에 의해 심층수 내 50-300 nm 크기의 수용성미네랄이 포집된 w/o 나노입자를 제조할 수 있게 된다.

[제4공정 : 나노입자 분리 공정]

제3공정을 통해 수득된 나노입자를 마이크로 필터(Micro filter(0.3㎛))에 통과시키면 300nm 이하의 입자들을 얻을 수 있다. Sephadex gel(G-50, G-75 등)을 이용하면 물질과 나노입자의 분리가 가능하다.

실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.

실시예 1.

본 발명을 통한 해양심층수의 식용가능 나노입자화를 위해 고성에서 채수한 심층수를 이용하여 실시예를 수행하였다.

식용가능한 키토산 25 ㎎을 CH₂Cl₂ 10㎖에 녹인다. 회전증발기를 이용하여 감압하여 CH₂Cl₂를 전량 증발시켜 키토산을 건조한다.

50㎖의 심층수를 건조시킨 키토산에 부어준 후 hand shaking하여 키토산을 수화시켜준 후, 이 용액을 30℃의 water bath에 넣고 초음파분산기를 이용해 초음파를 1시간 가하여 분산시켜주었다.

실험예 1.

상기 실시예 1의 공정을 통해 제조된 해양심층수 식용가능 나노리포좀을 TEM을 이용하여 촬영하였다.

실험예 2

상기 실시예 1의 공정을 통해 제조된 해양심층수 식용가능 나노리포좀의 크기별 분포를 알아보기 위해 Image analyzer를 이용해 분석하고, 나노입자의 80% 이상이 200㎚ 이하의 크기로 형성되었음을 확인하였다.

실험예 3

상기 실시예 1의 공정을 통해 제조된 해양심층수 나노리포좀의 생리활성 증진 효과를 알아보기 위해 심층수가 아토피 피부염에 효능이 있음을 주목하고 해양심층수와 해양심층수 나노입자를 각각 이용하여 항염증 작용을 확인할 수 있는 Hyaluronidase activity를 측정하였다. 비교를 통해 해양심층수의 나노입자화를 통한 항염증 활성의 증진이 가능함을 확인하였다.

Hyaluronidase 억제효과는 기질로서 hyaluronic acid를 사용하여 반응시킨 후 생성된 N-acetylglucosamine의 양을 분광광도계로 측정하여 판단하였다. 0.2 M acetate buffer(pH 3.5)에 녹인 hyaluronidase(7,900 unit/mL) 50 에 시료용액(해양심층수, 실시예1의 해양심층수 나노입자)을 최종농도 0.2, 0.4, 0.6, 0.8, 1.0 mg/mL가 되도록 20 μL를 가하고, 효소의 활성화를 위해 12.5 mM의 CaCl₂ 200 를 혼합한 후 37℃ 수욕 상에서 20분간 배양시켰다. 이 때 대조군은 시료용액 대신 0.2 M acetate buffer를 가해 같은 방법으로 배양하였다. 이때 hyaluronidase의 활성을 위해 12.5 mM의 CaCl₂ 100 를 함께 첨가하였다. Ca^{2 +}에 의해 활성화된 hyaluronic acid(12 mg/5 mL) 250 를 첨가하여 다시 수욕 상에서 40분간 배양하였다. 배양 후 0.4 N NaOH 용액 100 와 0.4 M potassium tetraborate 100 를 반응 혼합물에 첨가하여 끓는 수조에서 3분간 배양시킨 후 냉각시켰다. 냉각시킨 반응물에 dimethylaminobenzaldehyde 용액(p-dimethyl amino-benzaldehyde 4 g, 100% acetic acid 350 mL 및 10 N HCl 50 mL 혼합액) 3 mL를 반응 혼합물에 첨가한 후 37℃ 수욕 상에서 20분간 배양하고 분광광도계로 585 nm에서 흡광도를 측정하였다. 저해비율은 다음과 같이 계산하고, 효소의 활성을 50% 저해하는 농도를 내삽으로 구하여, 이를 IC₅₀ 값으로 한다.

Hyaluronidase inhibition(%) = [(ODc-ODs)/ODc] x 100

여기서 ODc는 대조군의 OD(optical density)이고, ODs는 시료 용액의 585 nm에서의 OD값이다.

그 결과는 도3에 나타내었다.

도 1은 본 발명에 의해 제조된 해양심층수 나노입자(나노리포좀) 사진이다.

도 2는 본 발명에 의해 제조된 해양심층수 나노입자(나노리포좀)의 크기별 분포도이다.

도 3은 해양심층수 및 본 발명에 의해 제조된 나노입자(나노리포좀)의 Hyaluronidase activity를 측정한 그래프이다.

Claims (3)

1. (1) 해양심층수 대비 0.01-2.00%(w/v)에 해당하는 양의 식용가능한 키토산, 레시틴, 젤라틴 군에서 선택된 하나의 화합물을 디클로로메탄 또는 클로로포름에 녹인 후, 30-50℃에서 증발, 건조시키는 공정;

   (2) (1)공정에서 수득된 건조물에 탈염된 해양심층수를 부어 혼합, 분산시키는 공정을 포함하는 것을 특징으로 하는 해양심층수 나노입자의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 해양심층수 나노입자는 50-300 nm 크기인 것을 특징으로 하는 해양심층수 나노입자의 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 해양심층수 나노입자는 수용성미네랄의 포집이 가능한 리포좀 형태임을 특징으로 하는 해양심층수 나노입자의 제조방법.

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