KR20140089000A - A method for producing low molecular weight fucoidan - Google Patents
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Abstract
Description
본 발명은 조후코이단을 산가수분해하여 황산기 함량이 25% 이상인 저분자화된 후코이단(low molecular weight fucoidan)을 제조하는 방법에 있어서, 0.5 내지 5.5 시간 이내에 pH 2 내지 5의 강산 조건 하에 조후코이단의 산가수분해 반응을 수행하는 단계; 및 상기 가수분해 산물을 무기막을 이용하여 여과하는 단계를 포함하는 제조방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a method for producing a low molecular weight fucoidan having a sulfate group content of 25% or more by acid hydrolysis of crude fucoidan, which comprises reacting a crude fucoidan with an acid of crude fucoidan under a strong acidic condition of pH 2 to 5 within 0.5 to 5.5 hours Performing a hydrolysis reaction; And filtering the hydrolyzed product using an inorganic membrane.
가공 이전의 다양한 천연상태의 생물고분자들은 수백 kDa 이상의 분자량을 갖는 거대분자로 존재하며 이러한 거대분자는 체내에서 다양한 효소에 의해 저분자화되어 소화 흡수된다. 따라서 이들 고분자들의 체내 흡수를 돕기 위해 비교적 적은 분자량을 갖는 분자로 저분자화시키기 위한 다양한 방법들과 관련하여 국내외적으로 다양한 연구가 수행되고 있다.Biomolecules of various natural state before processing exist as macromolecules with molecular weight of several hundred kDa or more, and these macromolecules are digested and absorbed by various enzymes in the body by being low molecular weight. Therefore, a variety of studies have been carried out both domestically and externally with respect to various methods for lowering the molecular weight of a molecule having a relatively small molecular weight in order to facilitate the absorption of these polymers into the body.
특히 후코이단은 높은 비율로 황산기를 포함하는 다당류(sulfated polysaccharide)로서 다시마 등의 갈조류 및 해삼, 성게와 같은 몇몇 해양 무척추동물로부터 유래되는 일반적으로 300 kDa을 초과하는 분자량을 갖는 거대분자이다. 이러한 후코이단은 항염, 항암, 면역조절, 항응고, 항혈전, 항산화 등의 다양한 생물학적 활성을 가지는 것으로 보고되었다. 그러나, 우리 몸은 자체적으로 후코이단을 분해하여 저분자화하지 못하므로 고분자 상태의 후코이단을 그대로 섭취할 경우에는 다량 섭취한다 할지라도 대부분은 체내로 흡수되지 못한 채 배설된다. 따라서, 상기한 바와 같이 다양한 생물학적 활성을 나타내는 후코이단의 흡수를 위해서는 저분자화된 제품을 섭취하는 것이 바람직하다. 이에 따라, 후코이단을 저분자화하여 제품화하는 다양한 방법이 연구되고 있으며, 다양한 제품이 이미 개발되어 생산되고 있다.In particular, fucoidan is a polysaccharide containing a high proportion of sulfated polysaccharides and is generally a macromolecule with a molecular weight of more than 300 kDa, derived from some marine invertebrates such as seaweed, sea cucumbers and sea urchins, such as kelp. Such fucoidan has been reported to have various biological activities such as anti-inflammation, anti-cancer, immunomodulation, anticoagulation, anti-thrombosis, and antioxidant. However, since our body does not decompose fucoidan into its own and can not make it low-molecular, it is excreted without absorbing most of it even though it consumes a large quantity of fucoidan as it is. Therefore, as described above, it is preferable to take a low-molecular-weight product for absorption of fucoidan exhibiting various biological activities. Accordingly, various methods of commercialization of fucoidan into a low molecular weight have been studied, and various products have already been developed and produced.
종래 다당류를 저분자화시키기 방법으로는, i) 무기산 및 유기산 등의 산을 이용하는 산가수분해법, ii) 효소를 이용한 분해법, iii) 초음파 또는 전기 분해법 및 iv) 방사선 조사에 의한 분해법 등이 알려져 있다. 그러나 이들 분해법은 각각의 단점을 가지고 있다. 먼저, 산가수분해법을 이용하는 경우 분해 후 생성되는 저분자화된 후코이단의 황산기 함량이 낮아지는 경우가 있어 이를 개선하기 위해 분리 및 정제기술을 향상시킬 필요가 있다. 효소를 이용하여 분해하는 경우 효소확보가 어려워 지속적으로 새로운 효소를 발굴할 필요가 있고, 효소반응을 위해 액상화시킨 후코이단의 농도를 증가시킬 방법이 현재로서는 미흡하며, 산업화에 있어서는 높은 비용의 효소를 사용해야 하므로 생산단가가 높아진다. 한편 초음파 또는 전기 분해에 의한 제조방법은 전처리 공정을 필요로 하는 부담, 높은 시설 및 운영비용과 더불어 최대 처리용량에 한계가 있어 대량생산에 용이하지 못하다. 마지막으로 방사선 조사에 의한 분해법을 이용하는 경우 높은 생산설비비용 및 유지보수비용을 필요로 하며 분해 후 잔류하는 방사선으로 인해 식품과 의약품에 사용이 제한될 수 있다.Conventional methods for lowering the polysaccharide to low molecular weight include: i) acid hydrolysis method using an acid such as inorganic acid and organic acid; ii) decomposition method using an enzyme; iii) ultrasonic or electrolytic method; and iv) decomposition method using irradiation. However, these decomposition methods have their disadvantages. First, when acid hydrolysis method is used, the content of low molecular weight fucoidan sulfate in degradation is lowered. Therefore, it is necessary to improve the separation and purification technology to improve it. In the case of enzymatic degradation, it is difficult to obtain enzymes and new enzymes must be continuously extracted. In order to increase the concentration of fucoidan, it is necessary to use high-cost enzymes for industrialization Therefore, the production cost increases. On the other hand, the manufacturing method by ultrasonic wave or electrolysis is not easy to mass-produce due to the limitation of the maximum processing capacity in addition to the burden, high facility and operation cost required for the pretreatment process. Finally, the use of radiation-induced degradation requires high production equipment costs and maintenance costs, and may limit the use of food and pharmaceuticals due to residual radiation after degradation.
현재 상용화되고 있는 저분자화된 후코이단을 유효성분으로 포함하는 제품들은 효소 분해법을 이용하여 생산되는 경우가 대부분이다. 그 예로, 신규한 후코이단 분해효소 및 미생물을 이용하여 생산된 저분자화된 후코이단을 개시한 미국등록특허 제6,054,577호, 미생물로부터 분리한 후코이단 분해활성을 갖는 효소를 개시한 미국등록특허 제6,277,616호, 미생물을 이용하여 갈조류 추출액으로부터 저분자화된 후코이단을 제조하는 방법을 개시한 한국등록특허 제10-0760815호 등이 있다. 그러나, 이러한 효소를 이용하는 방법들은 상기한 바와 같이 높은 비용의 효소를 필수적으로 이용하게 되므로 여전히 생산단가를 낮출 수 없다는 단점이 있다.
Products containing low molecular weight fucoidan, which is currently being commercialized, as an active ingredient are mostly produced using an enzymatic digestion method. For example, U.S. Patent No. 6,054,577 discloses a novel fucoidanase and a microorganism, and U.S. Patent No. 6,277,616 discloses an enzyme having fucoidan-decomposing activity separated from a microorganism. Korean Patent No. 10-0760815 discloses a method for producing a fucoidan low in molecular weight from a brown algae extract by using the above method. However, the methods using these enzymes have a disadvantage in that they can not lower the production unit cost because the enzymes of high cost are essentially used as described above.
이에 본 발명자들은 낮은 비용으로 고수율로 고농축의 저분자화된 후코이단을 생산하기 위하여 예의 연구 노력한 결과, 무기산을 이용한 산가수분해법과 고온, 산성 및 염기성 조건에서도 안정하며 원하는 분자량 범위에 따라 적절한 공극 사이즈의 무기막 여과시스템을 도입함으로써, 생산시간을 단축시키고 최종 생성물의 황산기 함량저하를 방지하여 고수율로 양질의 저분자화된 후코이단을 생산할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
Accordingly, the present inventors have made intensive efforts to produce low molecular weight fucoidan having a high concentration at a low cost and a high yield. As a result, the present inventors have found that an acid hydrolysis method using inorganic acid and a method for producing a fucoidan having a proper pore size It is possible to produce a high-quality low-molecular-weight fucoidan at a high yield by reducing the production time and the lowering of the sulfate content of the final product by introducing the inorganic membrane filtration system.
본 발명의 목적은 조후코이단을 산가수분해하여 황산기 함량이 25% 이상인 저분자화된 후코이단(low molecular weight fucoidan)을 제조하는 방법에 있어서, 0.5 내지 5.5 시간 이내에 pH 2 내지 5의 강산 조건 하에 조후코이단의 산가수분해 반응을 수행하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계에서 얻은 가수분해 산물을 무기막을 이용하여 여과하는 제2 단계를 포함하는 제조방법을 제공하는 것이다.
An object of the present invention is to provide a method for producing a low molecular weight fucoidan having a sulfate group content of 25% or more by acid hydrolysis of crude fucoidan, which comprises reacting crude fucoidan A first step of carrying out an acid hydrolysis reaction of And a second step of filtering the hydrolyzate obtained in the first step using an inorganic membrane.
상기 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 조후코이단을 산가수분해하여 황산기 함량이 25% 이상인 저분자화된 후코이단(low molecular weight fucoidan)을 제조하는 방법에 있어서, 0.5 내지 5.5 시간 이내에 pH 2 내지 5의 강산 조건 하에 조후코이단의 산가수분해 반응을 수행하는 제1 단계; 및 상기 제1 단계에서 얻은 가수분해 산물을 무기막을 이용하여 여과하는 제2 단계를 포함하는 제조방법을 제공한다.
In one aspect of the present invention, there is provided a method for producing a low molecular weight fucoidan having a sulfate group content of 25% or more by acid hydrolysis of crude fucoidan, A first step of performing an acid hydrolysis reaction of crude fucoidan under a strong acid condition of 2 to 5; And a second step of filtering the hydrolyzate obtained in the first step using an inorganic membrane.
조후코이단을 산가수분해하여 저분자화된 후코이단 제조시, 0.5 내지 5.5 시간과 같이 짧은 시간 내에 가수분해를 수행하면 황산기 함량이 25% 이상으로 높게 유지된 저분자화된 후코이단을 제조할 수 있다는 것을 발견하였다.It has been found that low molecular weight fucoidan can be prepared by hydrolyzing crude fucoidan and producing low molecular weight fucoidan in a short period of time such as 0.5 to 5.5 hours to maintain the sulfate content higher than 25% .
0.5 내지 5.5 시간 이내에 가수분해를 수행하기 위해서는 되도록 강산 조건 및/또는 고온 조건에서 수행하여야 한다. 그러나, 부식성 및 휘발성이 강한 산을 이용하는 반응이므로 너무 낮은 pH에서는 안전성에 문제가 있을 수 있으며, 높은 pH 범위의 산성 즉 산도가 약한 경우에는 반응이 느리고 수율이 낮아질 수 있으므로pH 2 내지 5 범위의 강산 조건을 사용하는 것이 바람직하고, 온도가 너무 높으면 강산의 휘발성으로 인해 폭발위험성 등의 문제가 발생할 수 있으므로 60 내지 100℃에서 수행하는 것이 바람직하다.In order to carry out the hydrolysis within 0.5 to 5.5 hours, the reaction should be carried out under strong acid and / or high temperature conditions. However, since it is a reaction using an acid which is highly corrosive and volatile, there may be a problem in safety at a too low pH, and when acidity in a high pH range, that is, acidity is weak, reaction may be slow and yield may be low. And if the temperature is too high, it may cause problems such as explosion risk due to the volatility of the strong acid. Therefore, it is preferably carried out at 60 to 100 ° C.
한편, 여과 후 중화시키는 경우, 지속적으로 산과 접촉함으로써 발생하는 불필요한 산가수분해를 최소화시키기 위해 산가수분해물을 최대한 빠른 시간 내에 여과시킬 필요가 있다. 따라서, 이 경우는 산분해 후 냉각공정 없이 바로 고온의 산가수분해물을 여과하기 위해서는 무기막을 사용하는 것이 좋다.
On the other hand, in the case of neutralization after filtration, it is necessary to filter the acid hydrolyzate as soon as possible in order to minimize unnecessary acid hydrolysis caused by continuous contact with acid. Therefore, in this case, it is preferable to use an inorganic film to filter the acid hydrolyzate of high temperature immediately after the acid decomposition without the cooling step.
"후코이단(fucoidan)"은 통상 300 kDa을 초과하는 분자량의 거대분자를 포함하는 평균 분자량 200 kDa의 거대분자로 높은 비율로 황산기를 포함하는 다당류(sulfated polysaccharide)를 의미한다. 또한 푸칸(fucan), 푸코산(fucosan) 또는 황산화된 푸칸(sulfated fucan)이라 불리기도 한다. 상기 후코이단은 주로 다시마(kombu), 미역(wakame), 모즈쿠(mozuku), 톳(hijiki), 모자반(sargassum) 등의 갈조류 및 해삼, 성게와 같은 몇몇 해양 무척추동물로부터 유래한다. 일반적인 후코이단의 화학구조식은 도 1에 나타낸 바와 같이 글루쿠론산(glucuronic acid), 만노스(mannose) 및 황산기를 포함하는 후코스(sulfated fucose)로 구성된 단위체가 에스테르 결합으로 반복적으로 연결된 중합체이다. 특히 글루쿠론산과 만노스가 서로 교차결합되어 주된 골격을 이루며 후코스는 만노스의 측쇄에 연결된 형태의 중합체이다. 따라서 상기 후코이단은 글루쿠론산, 만노스 및 후코스 3개의 설탕고리(sugar ring) 구조를 포함하는 단위체로 구성되며, 이중 하나의 설탕고리인 후코스에 황산기가 치환된 형태이다. 그러므로, 상기 후코이단의 화학구조식으로부터 유추되는 황산기의 함량은 약 33%에 달하며, 실제 후코이단의 평균 황산기 함량은 약 30% 정도이다. 후코이단은 95%를 초과하는 후코스(fucose)의 황산화된 에스테르인 F-후코이단과 약 20% 글루쿠론산으로 이루어진 U-후코이단의 두 가지 다른 형태의 후코이단이 존재한다. 항염, 항암, 면역조절, 항응고, 항혈전, 항산화 등의 다양한 생물학적 활성을 가지는 것으로 보고되었다. 그러나, 인간은 자연상태인 거대분자 상태의 후코이단을 섭취하는 경우 이를 체내에서 분해하여 소화 흡수시킬 능력을 갖지 못한다. 따라서, 이러한 형태로는 아무리 많은 양을 섭취하더라도 체내에서 흡수되어 활성을 나타내지 못하고 대부분 배출된다."Fucoidan" refers to a macromolecule with an average molecular weight of 200 kDa, usually containing a macromolecule with a molecular weight of more than 300 kDa, with a high proportion of the sulfated polysaccharide containing a sulfate group. It is also called fucan, fucosan or sulfated fucan. The fucoidans are mainly derived from brown algae such as kombu, wakame, mozuku, hijiki, sargassum, and some marine invertebrates such as sea cucumbers and sea urchins. The general chemical structure of fucoidan is a polymer in which a unit composed of sulfated fucose comprising glucuronic acid, mannose and sulfate groups is repeatedly linked with an ester bond as shown in Fig. In particular, glucuronic acid and mannose are cross-linked to each other to form a main skeleton, and the fucose is a polymer linked to the side chains of mannose. Therefore, the fucoidan is composed of a unit comprising three sugar ring structures of glucuronic acid, mannose and fucose, and is a form in which a sulfate group is substituted with one sugar ring. Therefore, the content of sulfuric acid group derived from the chemical structure of fucoidan is about 33%, and the average content of sulfuric acid in fucoidan is about 30%. Fucoidan is present in two different forms of fucoidan, F-fucoidan, which is a sulfated ester of fucose in excess of 95% and U-fucoidan, which is composed of about 20% glucuronic acid. It has been reported to have various biological activities such as anti-inflammation, anti-cancer, immune regulation, anticoagulation, anti-thrombosis, and antioxidation. However, humans do not have the ability to digest and absorb fucoidan in its natural state when ingested. Therefore, in this form, even if a large amount is ingested, it is absorbed in the body and does not exhibit activity, and most of it is discharged.
본 발명의 용어 "조후코이단(crude fucoidan)"은 후코이단을 포함하는 갈조류 및 해양 무척추동물로부터 추출한 후코이단을 일컫는 단어로, 추가적인 분해 등의 공정을 가하지 않은 거대분자 상태의 후코이단을 지칭한다. 따라서, 상기 조후코이단은 체내로 소화 흡수되어 유익한 생물학적 활성을 나타내기 위해 여전히 황산기 함량은 유지하는 소단위로 분해시킬 필요가 있다. 상기 조후코이단은 이를 함유하는 갈조류 또는 해양 무척추동물로부터 추출한 것일 수 있으나, 이에 제한되지 않으며, 상업적으로 판매되는 것을 구입하여 사용할 수 있다.The term " crude fucoidan " of the present invention refers to a fucoidan extracted from brown algae and marine invertebrates including fucoidan, and refers to a macromolecular fucoidan that does not undergo further decomposition processes. Therefore, the crude fucoidan is digested and absorbed into the body, and it is necessary to decompose into a sub-unit which still retains the sulfate group content so as to exhibit beneficial biological activity. The crude fucoidan may be extracted from brown algae or marine invertebrates containing the same, but is not limited thereto, and commercially available ones can be purchased and used.
본 발명의 용어 "저분자화된 후코이단(low molecular weight fucoidan)"은 체내에서 용이하게 소화 흡수될 수 있는 상태인 저분자량을 갖는 분자로 분해된 상태의 후코이단을 의미한다. 보통 분자량이 100 kDa 이하이면 저분자화된 후코이단이라 분류하고 있다. 분자량 500Da 이하의 초저분자 형태로도 제조될 수 있으나, 일반적으로 체내에서 소화 흡수에 적합한 5 내지 50 kDa이면 소화기 내의 융막을 통해 흡수될 수 있는 크기로 여겨진다. 그러므로, 바람직하게 본 발명의 방법으로 제조되는 저분자화된 후코이단은 5 내지 50 kDa의 분자량을 갖는 분자일 수 있으며, 보다 바람직하게는 1 내지 30 kDa의 분자량을 갖는 분자일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
The term " low molecular weight fucoidan " of the present invention means fucoidan in a state of being decomposed into molecules having a low molecular weight, which can be easily digested and absorbed in the body. If the molecular weight is less than 100 kDa, it is classified as a low-molecular-weight fucoidan. It can be produced in the form of ultra-small molecules with a molecular weight of 500 Da or less. However, in general, it is considered that the size of 5 to 50 kDa suitable for digestion and absorption in the body can be absorbed through the fusible membrane in the digestive system. Thus, the low molecular weight fucoidan preferably produced by the method of the present invention may be a molecule having a molecular weight of 5 to 50 kDa, more preferably a molecule having a molecular weight of 1 to 30 kDa, but is not limited thereto .
상기 제1 단계의 가수분해 반응은 높은 분자량의 후코이단을 분해하여 저분자화된 후코이단을 제조하기 위하여 수행되는 것이다. 종래 저분자화된 후코이단을 생산하는 방법으로는 효소를 이용한 분해방법이 빈번하게 사용되었으나, 상기 효소를 이용한 분해방법은 효소 자체가 고가이므로 생산단가가 상승하는 문제점이 있다. 이에 본 발명자들은 산을 이용한 가수분해 반응을 이용함으로써 이러한 문제점을 해결하였다. 그러나 산을 이용한 가수분해 반응은 반응시간이 길어지는 경우 생성되는 저분자화된 후코이단 분자의 황산기 함량이 감소할 수 있다는 단점을 갖는다. 이에 본 발명에서는 고온 및 강산조건에서 가수분해 반응을 수행함으로써 황산기 함량이 감소하는 단점을 해결하였다. 이는 추후 여과단계에 덧붙여 상술할 것이다.The first step of the hydrolysis reaction is carried out to decompose high molecular weight fucoidan to produce low molecular weight fucoidan. As a conventional method of producing a low-molecular-weight fucoidan, an enzyme-degrading method has been frequently used. However, since the enzyme itself is expensive, the production cost is increased. Accordingly, the present inventors have solved this problem by using a hydrolysis reaction using an acid. However, the hydrolysis reaction using an acid has a disadvantage in that the content of the sulfate group of the low-molecular-weight fucoidan molecule produced when the reaction time becomes long can be reduced. Therefore, the present invention solves the disadvantage that the content of sulfate groups is reduced by carrying out a hydrolysis reaction under high temperature and strong acid conditions. This will be explained in detail later in the filtration step.
저분자화된 후코이단의 황산기 함량이 25% 이상으로 유지되도록 제조되는 것이 바람직하다. 상기한 바와 같이 후코이단은 다양한 유익한 생물학적 활성을 나타내며, 이러한 활성은 당류에 치환된 황산기의 존재에 기인한다. 따라서, 저분자화된 후에도 이러한 활성을 나타내기 위해서는 생성된 저분자화된 후코이단이 자연상태의 후코이단 즉 조후코이단과 유사한 수준으로 황산기 함량을 유지할 수 있도록 하는 것이 중요하다.It is preferable that the low molecular weight fucoidan is produced so that the content of the sulfate group is maintained at 25% or more. As mentioned above, fucoidans exhibit various beneficial biological activities, which are due to the presence of substituted sulfate groups in the saccharides. Therefore, in order to exhibit such an activity even after being low-molecular-ized, it is important that the produced low-molecular-weight fucoidan can maintain the sulfate content at a level similar to that of natural fucoidan, i.e., crude fucoidan.
따라서, 이와 같이 가수분해 반응 이후에도 높은 황산기 함량을 유지하기 위해서는 상기 가수분해 반응은 0.5 내지 5.5시간 이내에 수행되는 것이 바람직하다. 보다 바람직하게는 3 내지 5시간 이내에 수행될 수 있다. 이때, 반응시간은 반응물이 산에 접촉하여 가수분해 반응에 노출되는 시간으로, 회분식 공정에서는 반응 시작으로부터 중화제를 첨가하여 반응을 종료하기까지 소요되는 시간을, 연속식 공정에서는 반응조에 첨가된 반응물이 여과되어 중화되기까지의 시간 즉, 반응물이 반응조에 체류하는 시간에 여과시간을 합친 시간을 의미한다. 도 1에 나타난 바와 같이 후코이단은 다양한 설탕고리 구조들이 에스테르 결합에 의해 서로 연결되어 형성된 중합체로서 산성 조건에 노출되면 상기 에스테르 결합에서 가수분해가 일어나 작은 단위의 분자들로 분해된다. 그러나 산에 노출되는 시간이 길어지면, 즉 가수분해 반응이 오랜 시간 지속되면 불필요하게 많은 가수분해로 필요이상으로 작은 초저분자화가 진행되어 수율이 감소할 수 있다. 또한, 상기 가수분해는 주골격을 이루는 글루쿠론산과 만노스 사이의 결합을 분해할 뿐만 아니라 만노스의 측쇄에 에스테르 결합으로 연결된 황산기를 포함하는 후코스 사이의 결합도 분해된다. 이때, 분리된 황산기를 포함하는 후코스는 분자량이 너무 작아 단지 수백Da에 불과하여 탈염, 농축 및 정제과정에서 제거될 수 있으므로, 상기 주골격의 만노스로부터 황산기를 포함하는 후코스 사이에서 발생하는 가수분해는 저분자화된 후코이단의 황산기 함량이 감소하게 되는 주된 요인이 된다.Therefore, in order to maintain a high sulfuric acid content even after the hydrolysis reaction, the hydrolysis reaction is preferably performed within 0.5 to 5.5 hours. More preferably within 3 to 5 hours. In this case, the reaction time is the time required for the reactant to contact with the acid to be exposed to the hydrolysis reaction, the time required from the start of the reaction to the completion of the reaction by adding the neutralizing agent in the batch process, Means the time from filtration to neutralization, that is, the time when the reactants stay in the reaction tank and the filtration time. As shown in Fig. 1, fucoidan has been shown to have various sugar ring structures As a polymer formed to be connected to each other, when exposed to acidic conditions, the ester bond undergoes hydrolysis and decomposes into small molecules. However, if the exposure time to the acid is prolonged, that is, if the hydrolysis reaction is continued for a long time, the hydrolysis may unnecessarily hydrolyze the hydrolysis, resulting in the formation of a super-low molecular weight. In addition, the hydrolysis not only decomposes the bond between glucuronic acid and mannos which form the main skeleton, but also breaks the bond between the post-course including the sulfate group linked to the side chain of mannose by an ester bond. At this time, the after-course containing the separated sulfate group is too small to be removed in the course of desalting, concentration and purification due to its molecular weight being only a few hundred Da, and therefore, a maleic acid generated from mannose of the main skeleton, Decomposition is a major factor in decreasing the sulfate group content of low molecular weight fucoidan.
상기한 바와 같이 생산된 저분자화된 후코이단이 높은 황산기 함량을 유지하기 위해서는 짧은 시간 내에 가수분해 반응을 수행해야 하므로, 상기 가수분해 반응은 pH 2 내지 5의 강산 조건에서 수행되는 것이 바람직하다. The hydrolysis reaction is preferably carried out under a strong acidic condition of pH 2 to 5, because the low-molecular-weight fucoidan produced as described above must undergo a hydrolysis reaction within a short time in order to maintain a high sulfuric acid group content.
본 발명의 저분자화된 후코이단의 제조방법은 회분식 또는 연속식일 수 있다. "회분식"은 반응기에 원료를 초기에 투입하고 제조한 후 일괄적으로 회수하는 방법을 의미한다. 한편 "연속식"은 반응이 계속되는 동안 유입과 유출이 일어나는 공정으로 예컨대, 반응이 진행됨에 따라 생성물은 배출하고 원료는 지속적으로 공급하여 반응이 계속되도록 유도할 수 있다. 상기 회분식 공정을 이용하는 경우 생성된 산가수분해물의 회수는 중화제를 첨가하여 중화시킴으로써 반응을 완결시킨 후 여과를 진행하여 달성될 수 있다. 또한 본 발명의 제조방법은 열과 산에 안정한 무기막 여과시스템을 이용하므로 고온, 강산의 반응물을 상온으로 냉각시키는 과정 없이 바로 여과시켜 산가수분해물을 포함하는 여과액을 획득한 후 이를 중화시키는 방법에 의해 달성될 수도 있다.The process for preparing the low molecular weight fucoidan of the present invention may be batch or continuous. "Batch type" means a method of initially feeding raw materials to a reactor, collecting them after production, and collecting them. On the other hand, "continuous" is a process in which the inflow and outflow occur while the reaction continues. For example, as the reaction progresses, the product is discharged and the raw material is continuously supplied to induce the reaction to continue. In the case of using the batch process, the recovery of the acid hydrolyzate produced can be accomplished by adding a neutralizing agent to neutralize the reaction to complete the reaction and then conducting the filtration. In addition, since the production method of the present invention uses an inorganic membrane filtration system which is stable to heat and acid, the filtrate containing the acid hydrolyzate is obtained by filtration without cooling the reaction product of high temperature and strong acid to room temperature, ≪ / RTI >
한편, 본 발명에 따른 저분자화된 후코이단의 연속식 제조방법은 열과 산에 강한 무기막 여과시스템을 이용하므로 상기 무기막 여과시스템은 고온과 강산의 가수분해 조건에서도 작동가능하므로 가수분해 반응을 수행함과 동시에 생성되는 저분자화된 후코이단을 무기막 여과시스템을 통해 회수할 수 있다. 이때, 시간에 따라 일정량의 저분자화된 후코이단 용액이 무기막 여과시스템을 통해 반응조와 연결된 여과조로 이동한다. 상기 시간당 여과조로 이동하는 저분자화된 후코이단 용액의 부피는 무기막 여과시스템에 적용되는 입구 및 출구압력에 의해 결정된다. 상기 여과액은 여전히 산성을 띠고 이에 따라 여과조에서도 지속적인 가수분해 반응이 일어날 수 있다. 이를 방지하기 위하여 여과조에 중화제를 가하여 pH를 6.5 내지 7.5로 유지한다. 여과조로 산성의 여과액이 지속적으로 유입되므로 산도를 지속적으로 모니터하여 pH를 6.5 내지 7.5로 유지하도록 한다. 한편, 반응조에 남아있는 반응물 즉, 조후코이단과 산을 포함하는 반응액의 부피는 일정하게 감소한다. 여과조로 이동하는 여과액은 가수분해 반응의 생성물을 포함하고 분해되지 않은 후코이단은 반응조에 남게 되므로, 반응조 내의 생성물의 농도는 감소하고 상대적으로 반응물의 농도는 증가한다. 따라서 가수분해 반응의 평형을 이루기 위해 반응 조건이 유지되는 한 지속적인 가수분해가 가능하다. 따라서, 이러한 연속 반응형태의 제조방법은 배치형태와 비교하여 보다 높은 수율로 생성물을 제조할 수 있다. 또한, 반응조에 조후코이단을 추가로 가하여 연속적인 반응을 유도할 수 있다. 이때, 첨가되는 조후코이단은 최초 반응물과 동일하게 물과 1:4 내지 1:6이 비로 혼합한 수용액을 이용하는 것이 바람직하다. 상기 조후코이단 용액의 첨가는 반응조의 pH를 상승시킬 수 있으므로, 지속적인 가수분해 반응이 수행될 수 있도록 pH가 2 내지 5 범위에서 유지되도록 무기산을 첨가할 수 있다.Meanwhile, since the inorganic membrane filtration system which is strong against heat and acid is used, the inorganic membrane filtration system can be operated under the conditions of high temperature and strong acid hydrolysis, so that the hydrolysis reaction is performed The low molecular weight fucoidan produced at the same time can be recovered through the inorganic membrane filtration system. At this time, a certain amount of low-molecular-weight fucoidan solution moves to the filtration tank connected to the reaction tank through the inorganic membrane filtration system. The volume of the low molecular weight fucoidan solution moving to the hourly filtration tank is determined by the inlet and outlet pressures applied to the inorganic membrane filtration system. The filtrate is still acidic and therefore a continuous hydrolysis reaction may occur in the filtration tank. To prevent this, a neutralizing agent is added to the filtration tank to maintain the pH at 6.5 to 7.5. Since the acidic filtrate is continuously introduced into the filtration tank, the acidity is continuously monitored to maintain the pH at 6.5 to 7.5. On the other hand, the volume of the reactant remaining in the reaction vessel, that is, the volume of the reaction liquid containing crude fucoidan and acid, decreases steadily. The filtrate that moves to the filtration tank contains the product of the hydrolysis reaction and the undecomposed fucoidan remains in the reaction tank, so the concentration of the product in the reaction tank decreases and the concentration of the reactant increases relatively. Therefore, continuous hydrolysis is possible as long as the reaction conditions are maintained to achieve the equilibrium of the hydrolysis reaction. Therefore, the production method of this continuous reaction type can produce the product at a higher yield compared to the batch form. In addition, a crude reaction can be induced by adding crude fucoidan to the reaction tank. At this time, the crude fucoidan to be added is preferably an aqueous solution mixed with water in a ratio of 1: 4 to 1: 6 in the same manner as the initial reaction product. The addition of the crude fucoidan solution can increase the pH of the reaction tank, so that the inorganic acid can be added so that the pH is maintained in the range of 2 to 5 so that a continuous hydrolysis reaction can be performed.
본 발명의 일 구체예에 따르면 배치형태의 제조방법에 비해 연속 제조방법을 이용한 경우 생산수율이 67%에서 76%로 10% 정도 증가된 것을 확인하였다.According to one embodiment of the present invention, when the continuous manufacturing method is used, the production yield is increased by 10% from 67% to 76% as compared with the batch type manufacturing method.
상기 조후코이단은 물과의 혼합물의 형태로 이용될 수 있다. 바람직하게 조후코이단에 대한 물의 비율이 1:4 내지 6인 혼합물 즉, 14 내지 20 중량% 조후코이단 수용액일 수 있다. 농도가 너무 낮은 경우, 고순도 고농도로 제조하기 위하여 과다한 농축 및 정제과정을 필요로 할 수 있으며, 농도가 너무 높은 경우에는 점도가 용액의 점도가 높아져 생성물의 여과를 저해할 수 있다.The crude fucoidan can be used in the form of a mixture with water. Preferably a mixture of water to crude fucoidan of 1: 4 to 6, that is to say, 14 to 20% by weight of crude fucoidan aqueous solution. If the concentration is too low, excessive concentration and purification steps may be necessary to produce a high purity high concentration. If the concentration is too high, the viscosity of the solution may increase and the filtration of the product may be inhibited.
상기 제1 단계는 무기산을 이용하여 수행될 수 있다. 상기 무기산의 비제한적인 예는 황산(sulfuric acid; H2SO4), 염산(hydrochloric acid; HCl), 질산(nitric acid; HNO3), 인산(phosphoric acid; H3PO4), 붕산(boric acid; H3BO3), 불산(hydrofluoric acid; HF), 브롬산(hydrobromic acid; HBr) 또는 과염소산(perchloric acid; HClO4)일 수 있다.The first step may be performed using an inorganic acid. Non-limiting examples of the inorganic acid include sulfuric acid (H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (HCl), nitric acid (HNO 3 ), phosphoric acid (H 3 PO 4 ), boric acid acid, H 3 BO 3 , hydrofluoric acid (HF), hydrobromic acid (HBr) or perchloric acid (HClO 4 ).
상기 제1 단계의 가수분해 반응은 2 내지 5의 pH 조건하에서 수행될 수 있으며 60 내지 100℃ 온도에서 수행될 수 있다. 상기 pH 조건은 반응조 내의 pH를 모니터링 하면서 상기한 무기산을 투입하여 달성될 수 있다.The hydrolysis reaction in the first step may be carried out at a pH of 2 to 5 and at a temperature of 60 to 100 ° C. The pH condition can be achieved by inputting the above-mentioned inorganic acid while monitoring the pH in the reaction tank.
상기 본 발명의 용어 "무기막(inorganic membrane or ceramic membrane)"은 무기재료를 이용하여 제조된 인공막 형태로, 폴리머 등으로 제조되는 유기막과 구분된다. 이러한 재료적인 특성으로 인해 산, 염기, 강한 용매 등에 대해서도 안정성이 뛰어나며 고온 등의 환경에서도 이용가능하다. 따라서, 상기 무기막을 이용하는 여과시스템을 이용하는 본 발명의 제조방법에서는 강산 및 고온에서 수행되는 제1 단계의 가수분해와 제2 단계의 무기막을 이용하여 여과하는 과정을 동시에 또는 연속적으로 수행될 수 있다.The term " inorganic membrane or ceramic membrane " of the present invention is an organic membrane formed using an inorganic material, and is distinguished from an organic membrane made of a polymer or the like. Due to such material properties, it is excellent in stability against acids, bases, strong solvents, etc. and can be used in high temperature environments. Therefore, in the production method of the present invention using the filtration system using the inorganic membrane, the hydrolysis of the first stage, which is performed at a strong acid and the high temperature, and the filtration using the inorganic membrane of the second stage, can be performed simultaneously or continuously.
한편, 상기 무기막의 모듈 즉, 기공사이즈를 선택적으로 조절하여 원하는 분자량 범위로 크기가 조절된 분해물을 획득할 수 있다. 예컨대, 30 kDa 컷오프 사이즈의 무기막을 포함하는 여과시스템을 이용하여 여과함으로써 30 kDa 이하의 분자량을 갖는 저분자화된 후코이단만을 선택적으로 회수할 수 있다. 바람직하게 상기 무기막 여과시스템의 입구압력(inlet pressure)은 1 내지 3.5 kgf/cm2, 출구압력(outlet pressure)은 0.1 내지 2 kgf/cm2 일 수 있다.On the other hand, it is possible to obtain a decomposed product having a controlled molecular size within a desired molecular weight range by selectively controlling the module of the inorganic film, that is, the pore size. For example, only a low molecular weight fucoidan having a molecular weight of 30 kDa or less can be selectively recovered by filtration using a filtration system including an inorganic membrane of 30 kDa cutoff size. Preferably, the inlet pressure of the inorganic membrane filtration system may be between 1 and 3.5 kgf / cm 2 and the outlet pressure may be between 0.1 and 2 kgf / cm 2 .
본 발명에 따른 제조방법은 제1 단계에 투입된 산으로 인해 반응조 뿐만 아니라 여과액도 pH 2 내지 5의 산성을 띠게 된다. 이러한 경우 여과조에서도 계속적인 가수분해가 일어나게 된다. 따라서, 이러한 산에 의한 가수분해 반응을 종결시키기 위하여 상기 제1 단계와 제2 단계 사이 또는 제2 단계 이후에 중화제를 이용하여 중화시키는 제3 단계를 추가로 포함할 수 있다. 바람직하게 상기 중화제로는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화칼륨(KOH) 또는 수산화마그네슘(Mg(OH)2)을 사용할 수 있다. 그러나 이에 제한되지 않으며, 산성의 반응조건을 중화시켜 pH를 6.5 내지 7.5로 유지시킬 수 있는 물질이면 사용가능하다.In the production method according to the present invention, not only the reaction tank but also the filtrate is acidic with a pH of 2 to 5 due to the acid added in the first step. In this case, continuous hydrolysis occurs in the filtration tank. Therefore, in order to terminate the hydrolysis reaction by the acid, it may further include a third step of neutralizing using the neutralizing agent between the first step and the second step or after the second step. Preferably, sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), potassium hydroxide (KOH) or magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ) can be used as the neutralizing agent. However, the present invention is not limited thereto and can be used as long as it can neutralize the acidic reaction conditions and maintain the pH at 6.5 to 7.5.
본 발명에 따른 제조방법은 제3 단계 이후에 탈염 및 농축을 위한 여과를 수행하는 제4 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 탈염 및 농축을 위한 여과는 당업자에 공지된 방법을 제한없이 이용하여 수행할 수 있다. 바람직하게는 무기막 여과시스템을 이용하여 고온에서 여과시킴으로 달성될 수 있다. 예컨대, 1 kDa 컷오프 사이즈의 무기막을 사용함으로써 중화과정에서 생성되는 1 kDa 미만의 크기를 갖는 염을 제거할 수 있으며, 온도를 60±10℃로 유지하면서 수행함으로써 여과속도를 향상시킬 수 있어 바람직하다. 바람직하게 농축은 투입한 용액의 부피의 1/10에 달할 때까지 수행할 수 있다. 상기 제2 단계의 무기막을 이용한 여과과정에서와 유사하게 제3 단계에서 사용되는 무기막의 모듈 즉, 기공사이즈를 선택적으로 조절하여 원하는 분자량 범위로 크기가 조절된 분해물을 획득할 수 있다. 예컨대, 1 kDa 컷오프 사이즈의 무기막을 사용함으로써 염을 제거할 뿐만 아니라 1 kDa 미만의 초저분자화된 후코이단 분자를 제거할 수 있다. 즉, 상기 제2 단계에 사용되는 무기막의 모듈 즉, 기공 사이즈에 의해 제조되는 저분자화된 후코이단의 최대 분자량이 결정되며, 제3 단계에 사용되는 무기막의 모듈에 의해 제조되는 저분자화된 후코이단의 최소 분자량이 결정될 수 있다. 바꾸어 말하면, 제2 단계 및 제3 단계에 사용되는 무기막의 모듈을 선택적으로 사용하여 제조되는 저분자화된 후코이단의 분자량 범위를 조절할 수 있다.The manufacturing method according to the present invention may further include a fourth step of performing filtration for desalting and concentration after the third step. The filtration for desalting and concentration can be carried out using any method known to a person skilled in the art without limitation. Preferably by filtration at high temperature using an inorganic membrane filtration system. For example, by using an inorganic film having a 1 kDa cut-off size, a salt having a size of less than 1 kDa generated in the neutralization process can be removed, and the filtration rate can be improved by maintaining the temperature at 60 ± 10 ° C. . Preferably, the concentration can be carried out until the concentration reaches 1/10 of the volume of the introduced solution. Similarly to the filtration process using the inorganic membrane in the second step, the inorganic membrane used in the third step, that is, the pore size, can be selectively controlled to obtain a decomposed product having a controlled molecular size range. For example, by using an inorganic membrane of 1 kDa cutoff size, it is possible not only to remove salts but also to remove ultra low molecular weight fucoidan molecules of less than 1 kDa. That is, the maximum molecular weight of the low molecular weight fucoidan produced by the module of the inorganic membrane used in the second step, that is, the pore size, is determined, and the minimum molecular weight of the low molecular weight fucoidan produced by the module of the inorganic membrane used in the third step The molecular weight can be determined. In other words, the molecular weight range of the low molecular weight fucoidan produced by selectively using the modules of the inorganic membrane used in the second and third steps can be adjusted.
본 발명의 일 구체예에 따르면, 30 kDa 컷오프 사이즈의 무기막과 1 kDa 컷오프 사이즈의 무기막을 조합하여 사용함으로써 평균 분자량이 25 내지 27 kDa인 1 kDa 내지 30 kDa 분자량 범위의 저분자화된 후코이단을 생산할 수 있으며, 50 kDa와 30 kDa 컷오프 사이즈의 무기막을 차례로 사용하여 평균 분자량이 46 kDa인 30 내지 50 kDa 분자량 범위의 저분자화된 후코이단을 생산할 수 있음을 확인하였다(실시예 2 내지 4).According to one embodiment of the present invention, an inorganic membrane of 30 kDa cutoff size and an inorganic membrane of 1 kDa cutoff size are used in combination to produce a low molecular weight fucoidan having an average molecular weight of 25 to 27 kDa in the range of 1 kDa to 30 kDa molecular weight (Example 2 to 4), and a low molecular weight fucoidan having an average molecular weight of 46 kDa in the molecular weight range of 30 to 50 kDa was produced by successively using an inorganic film of 50 kDa and a 30 kDa cutoff size.
상기 탈염 및 농축을 위한 여과과정을 거친 저분자화된 후코이단 용액은 토석, 염화세틸피리디움일수화물(CPC) 침전, 염화칼슘 침전, 재투석, 원심분리 등의 통상적인 정제과정을 이용하여 고순도로 제조될 수 있다.The low molecular weight fucoidan solution that has undergone the filtration for the desalting and concentration can be prepared in high purity using a conventional purification process such as sedimentation, cetylpyridinium monohydrate (CPC) precipitation, calcium chloride precipitation, re-dialysis, .
상기 정제된 고순도의 저분자화된 후코이단 용액은 30 내지 50 중량%, 바람직하게는 35 중량% 이상의 농도를 가지며, 이를 건조하여 건조분말로 제조할 수 있다. 상기 건조는 공지의 방법을 제한없이 이용하여 수행될 수 있으나, 바람직하게는 분무건조할 수 있다. 분무건조기로는 노즐타입 또는 아토마이저타입의 분무건조기를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 아토마이저타입을 이용할 수 있다. 이때, 챔버의 온도를 120 내지 130℃로 유지하면서 유입속도를 조절하여 입도를 형성할 수 있다.
The purified high purity low molecular weight fucoidan solution has a concentration of 30 to 50% by weight, preferably 35% by weight or more, and can be dried to prepare a dry powder. The drying can be carried out by using a known method without limitation, but spray drying can be preferably performed. As the spray dryer, a nozzle type or atomizer type spray dryer can be used, and preferably an atomizer type can be used. At this time, the particle size can be formed by controlling the inflow rate while maintaining the temperature of the chamber at 120 to 130 ° C.
본 발명의 산가수분해와 무기막 여과시스템을 이용한 저분자화된 후코이단의 제조방법은 산가수분해 조건인 고온의 강산조건에서도 안정하게 작동가능한 무기막을 이용함으로 가수분해와 여과를 동시에 진행함으로써 반응시간을 줄일 수 있으므로 높은 황산기 함량을 유지하는 저분자화된 후코이단의 제조가 가능하고 또한 여과되는 양을 감안하여 반응물을 연속적으로 첨가하여 반응을 진행시킬 수 있어 생산효율 및 수율을 높일 수 있음을 확인하였다. 따라서, 본 발명의 제조방법을 이용하면 종래에 사용되던 고비용의 효소를 필요로 하지 않으므로 낮은 비용으로 고효율 및 고수율로 양질의 저분자화된 후코이단을 생산할 수 있다.
The method of producing low molecular weight fucoidan using acid hydrolysis and inorganic membrane filtration system of the present invention uses an inorganic membrane that can stably operate even under high acidic conditions of acid hydrolysis so that hydrolysis and filtration are simultaneously carried out, It is possible to produce a low molecular weight fucoidan which maintains a high sulfate content, and it is also possible to increase the production efficiency and yield by allowing the reaction to proceed by continuously adding the reactants in consideration of the amount of the filtrate. Therefore, using the production method of the present invention does not require a high-cost enzyme used in the prior art, and thus can produce a high-quality low-molecular-weight fucoidan with low efficiency at a high efficiency and a high yield.
도 1은 후코이단의 화학구조식을 나타낸 도이다. BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS Fig. 1 shows the chemical structure of fucoidan. Fig.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. These examples are for further illustrating the present invention, and the scope of the present invention is not limited by these examples.
실시예Example
1: One:
저분자화된Low-molecular-weight
후코이단의Fucoidan
제조 Produce
1-1. 1-1.
산가수분해Acid hydrolysis
공정 fair
산가수분해 공정에 있어서 반응조에 조(粗)후코이단(crude fucoidan; 평균분자량 170 kDa, 60 메쉬 이상)을 15 중량%의 농도로 물과 함께 첨가하고 0.8N(4.45 중량%)이 되도록 황산을 첨가하여 80±10℃로 가열하여 4시간 동안 반응시켰다. 염산, 인산, 아세트산 및 구연산 등의 유기산을 사용하여 동일하게 산가수분해를 수행하고 그 결과를 표 1에 나타내었다. 그 결과, 다른 유기산을 이용한 경우에도 가수분해는 달성될 수 있으나, 황산을 사용한 경우와 비교하여 염산을 사용한 경우를 제외하고는 생성물의 분자량이 다소 증가하고 다분산지수(polydispersity index)가 커지는 양상을 나타냄을 확인하였다.
In the acid hydrolysis step, crude fucoidan (average molecular weight 170 kDa, 60 mesh or more) was added to the reaction tank together with water at a concentration of 15% by weight, and sulfuric acid was added to make 0.8N (4.45% by weight) And heated to 80 ± 10 ° C for reaction for 4 hours. The same acid hydrolysis was carried out using organic acids such as hydrochloric acid, phosphoric acid, acetic acid and citric acid, and the results are shown in Table 1. As a result, hydrolysis can be achieved even when other organic acids are used, but the molecular weight of the product is slightly increased and the polydispersity index is increased except for the case of using hydrochloric acid as compared with the case of using sulfuric acid Respectively.
1-2. 분자량에 따른 분리 공정1-2. Separation process according to molecular weight
상기 실시예 1-1에 따른 산가수분해 공정에서 반응조의 온도가 80±10℃에 도달하였을 때, 무기막 여과시스템을 가동하였다. 상기 무기막 여과시스템으로는 단면적 0.35 m2, 30 kDa 컷오프 사이즈의 세라믹 여과시스템(Ceramic filtration system, France)을 이용하였다. 여과시 1 내지 3.5 kgf/cm2의 입구압력(inlet pressure) 및 0.1 내지 2 kgf/cm2의 출구압력(outlet pressure)으로 가수분해와 동시에 여과를 진행하였다. 이와 같이 가수분해와 여과를 동시에 진행하는 경우 고분자량의 후코이단이 분해되면서 30 kDa 이하의 분자량을 갖는 후코이단이 농축되므로 산가수분해를 진행하는 동시에 추가적으로 조후코이단을 첨가하면서 계속 진행할 수 있다. 생성되는 저분자화된 후코이단의 분자량이 10 kDa 이하가 되면 여과효율을 향상될 수 있으나, 회수율이 급격히 떨어져 상품적인 가치가 사라지므로, 평균 분자량이 20 내지 30 kDa이 되도록 제조하였다.
In the acid hydrolysis process according to Example 1-1, when the temperature of the reaction tank reached 80 占 占 폚, the inorganic membrane filtration system was operated. As the inorganic membrane filtration system, a ceramic filtration system (France) having a cross-sectional area of 0.35 m 2 and a 30 kDa cut-off size was used. Filtration was performed simultaneously with hydrolysis with an inlet pressure of 1 to 3.5 kgf / cm 2 and an outlet pressure of 0.1 to 2 kgf / cm 2 during filtration. When the hydrolysis and filtration are simultaneously carried out, the fucoidan having a high molecular weight is decomposed and the fucoidan having a molecular weight of 30 kDa or less is concentrated. Therefore, acid hydrolysis can proceed while addition of crude fucoidan is continued. When the molecular weight of the produced low molecular weight fucoidan is less than 10 kDa, the filtration efficiency may be improved. However, since the recovery value is rapidly lowered and the product value is lost, an average molecular weight of 20 to 30 kDa is prepared.
1-3. 1-3.
탈염Desalination
및 농축 공정 And concentration process
상기 실시예 1-2의 분리 공정에서 여과된 액은 여전히 강한 산성을 띠므로, 반응을 종료하기 위하여 중화제를 첨가하여 산가수분해 반응을 종료시켰다. 상기 중화제로는 염기성인 수산화나트륨(NaOH) 또는 수산화칼슘(Ca(OH)2) 등을 사용하였다. 상기 중화제를 첨가하여 반응이 종료된 여액을 농축조로 옮기고 여과막의 모듈을 1 kDa로 교체하여 1 내지 3.5 kgf/cm2의 입구압력(inlet pressure) 및 0.1 내지 2 kgf/cm2의 출구압력(outlet pressure)으로 무기막 여과시스템을 이용하여 여과하였다. 이를 통해 중화 후에 생성되는 1 kDa 이하의 염(salt)이 여과되는 탈염 과정을 수행하였다. 상기 탈염 공정은 반응액의 온도를 60±10℃로 유지하면서 진행하여 여과속도를 증가시킬 수 있다. 농축 공정은 투입한 액량의 1/10이 되도록 수행하였다. 상기 탈염 및 농축 공정을 거친 후코이단 용액을 가지고 투석, 염화세틸피리디움일수화물(CPC) 침전, CaCl2 용해, 재투석, 원심분리 및 동결건조 등의 통상적인 정제 과정을 수행하여 고순도의 저분자화된 후코이단을 생산하였다. 상기 실시예 1-2 내지 1-3의 공정을 통한 저분자화된 후코이단 제조결과를 하기 표 2에 나타내었다.The solution filtered in the separation step of Example 1-2 still had a strong acidity, so that the acid hydrolysis reaction was terminated by adding a neutralizing agent to terminate the reaction. As the neutralizing agent, basic sodium hydroxide (NaOH) or calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ) is used. Transfer the filtrate with the addition of the neutralizing agent and the reaction is terminated by concentration tank to replace the module of the filtration membrane to 1 kDa 1 to 3.5, inlet pressure kgf / cm 2 (inlet pressure) and 0.1 to 2 outlet pressure kgf / cm 2 (outlet pressure using an inorganic membrane filtration system. The desalting process was performed in which a salt of 1 kDa or less generated after neutralization was filtered. The desalination process can be performed while maintaining the temperature of the reaction solution at 60 占 폚 to increase the filtration rate. The concentration process was carried out so as to be one tenth of the amount of the added liquid. Conventional purification processes such as dialysis, cetylpyridinium monohydrate (CPC) precipitation, CaCl 2 dissolution, re-dialysis, centrifugation and freeze-drying are carried out with the fucoidan solution through the desalting and concentration process to obtain high purity low molecular weight Fucoidan was produced. The results of the preparation of the low molecular weight fucoidan through the processes of Examples 1-2 to 1-3 are shown in Table 2 below.
1-4. 건조공정1-4. Drying process
상기 농축 공정까지 일련의 과정을 거쳐 생성된 농축액은 30 내지 50 중량%의 농도임을 확인하였다. 상기 농축액을 분무건조하여 건조분말을 제조하였다. 분무건조시 아토마이져타입 챔버의 온도는 120 내지 130℃로 유지하면서 유속을 조절하여 입도를 형성시켰다. 이와 같이 제조된 건조분말형태의 저분자화된 후코이단은 식품으로 활용될 수 있다. 상기 아토마이저타입 분무건조 조건 및 결과를 일반 노즐타입 분무건조 및 유기용매 침전법과 비교하여 표 3에 나타내었다.And the concentrate obtained through the series of steps from the concentration step to the concentration step was found to have a concentration of 30 to 50 wt%. The concentrate was spray-dried to prepare a dry powder. During the spray drying, the temperature of the atomizer type chamber was maintained at 120 to 130 ° C to adjust the flow rate to form the particle size. The low molecular weight fucoidan in the form of a dry powder thus prepared can be used as a food. The atomization type spray drying conditions and results are shown in Table 3 in comparison with the spraying method of common nozzle type and organic solvent precipitation method.
실시예Example
2: 2:
회분식Batch
제조방법에 의한 By manufacturing method
저분자화된Low-molecular-weight
후코이단의Fucoidan
제조 Produce
온도조절 및 교반이 가능한 1.5 L 반응기에 조(粗)후코이단(평균분자량 170 kDa, 60 메쉬 이상) 150 g과 물 850 g을 혼합하였다. 이때, 물의 온도를 80±10℃로 유지하면서 조후코이단을 첨가하였다. 0.8 N(4.45 중량%)이 되도록 황산을 가하고 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 4시간 동안 반응시킨 후 중화제를 첨가하여 산가수분해 반응을 종료시켰다. 이때, 중화제로는 수산화나트륨을 사용하였으며, pH 미터를 이용하여 pH가 6.5 내지 7.5에 도달할 때까지 수산화나트륨을 첨가하여 중화하였다. 이후 무기막 여과시스템(컷 오프 사이즈 30 kDa, 막면적 0.1 m2)을 이용하여 1 내지 3.5 kgf/cm2의 입구압력(inlet pressure) 및 0.1 내지 2 kgf/cm2의 출구압력(outlet pressure)으로 여과하였다. 무기막의 모듈을 1 kDa로 교체하여 동일한 압력으로 여과액을 재여과하였다. 이때, 농축액이 100 ml 정도 될 때까지 농축한 후 분무건조하여 30 kDa 이하의 저분자화된 후코이단을 제조하였다. 상기 제조 공정의 조건 및 최종 생산물에 대한 결과를 하기 표 4에 나타내었다. 대조를 위하여 비교예 1은 유기산으로 처리하여 조후코이단을 가수분해하고 유기막을 이용하여 여과 및 농축 공정을 진행하였다. 상기 유기산으로는 아세트산을 사용하였다. 유기막은 셀룰로오스 계열 또는 폴리에틸렌술폰 계열의 막을 사용하였다. 여과막의 손상을 방지하기 위하여, 여과 온도는 40℃를 넘지 않도록 하였으며 입구압력은 2 kgf/cm2를 넘지 않도록 하였다.
150 g of crude fucoidan (average molecular weight 170 kDa, 60 mesh or more) and 850 g of water were mixed in a 1.5 L reactor capable of temperature control and stirring. At this time, crude fucoidan was added while keeping the water temperature at 80 占 10 占 폚. Sulfuric acid was added so as to be 0.8 N (4.45 wt%) and stirred so as to be uniformly mixed. After reacting for 4 hours, neutralization agent was added to terminate the acid hydrolysis reaction. At this time, sodium hydroxide was used as a neutralizing agent and sodium hydroxide was neutralized by using a pH meter until the pH reached 6.5 to 7.5. Thereafter, an inlet pressure of 1 to 3.5 kgf / cm 2 and an outlet pressure of 0.1 to 2 kgf / cm 2 were measured using an inorganic membrane filtration system (cut-off size 30 kDa, membrane area 0.1 m 2 ) Lt; / RTI > The module of the inorganic membrane was replaced with 1 kDa and the filtrate was re-filtered at the same pressure. At this time, the concentrate was concentrated to about 100 ml, and spray dried to produce a low molecular weight fucoidan of 30 kDa or less. The conditions of the above-mentioned manufacturing process and the results of the final products are shown in Table 4 below. For comparison, Comparative Example 1 hydrolyzes crude fucoidan by treating with organic acid, and filtration and concentration processes are carried out using an organic membrane. Acetic acid was used as the organic acid. The organic film was a cellulose-based or polyethylene sulfone-based film. In order to prevent damage to the filtration membrane, the filtration temperature should not exceed 40 ° C and the inlet pressure should not exceed 2 kgf / cm 2 .
실시예Example
3: 연속식 제조방법에 의한 분자량 1 내지 30 3: Molecular weight of 1 to 30
kDakDa
의 of
저분자화된Low-molecular-weight
후코이단의Fucoidan
제조 Produce
온도조절 및 교반이 가능한 1.5 L 반응기에 조(粗)후코이단(평균분자량 170 kDa, 60 메쉬 이상) 150 g과 물 850 g을 혼합하였다. 이때, 물의 온도를 80±10℃로 유지하면서 조후코이단을 첨가하였다. 0.8 N(4.45 중량%)이 되도록 황산을 가하고 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 상기 가수분해 반응의 진행과 동시에 무기막 여과시스템(컷 오프 사이즈 30 kDa, 막면적 0.1 m2)을 이용하여 1 내지 3.5 kgf/cm2의 입구압력(inlet pressure) 및 0.1 내지 2 kgf/cm2의 출구압력(outlet pressure)으로 여과하였다. 분리된 여액은 별도의 저장조에 보관하고 중화제를 첨가하여 pH가 6.5 내지 7.5를 유지하도록 지속적으로 조절하였다. 상기 반응조에는 시간당 20 내지 40 g의 조후코이단을 추가적으로 첨가하면서 반응을 진행하였다. 저장조에 수득한 여액은 무기막의 모듈을 1 kDa로 교체하여 동일한 조건으로 재여과하여 탈염 농축하였다. 농축액이 여액의 1/10 정도가 될 때까지 농축하고 분무건조하여 30 kDa 이하의 저분자화된 후코이단을 제조하였다. 상기 제조 공정의 조건 및 최종 생산물에 대한 결과를 하기 표 5에 나타내었다. 대조를 위하여 비교예 2는 유기산으로 처리하여 조후코이단을 가수분해하고 유기막을 이용하여 여과 및 농축 공정을 진행하였다. 상기 유기산 및 유기막은 비교예 1에 사용된 것과 동일한 것을 사용하였으며, 유기막은 고온에서 불안정하여 연속식 공정을 수행할 수 없으므로, 사용된 반응물의 양이 동일하도록 즉, 300 g의 반응물을 사용하고 가수분해 반응이 충분히 진행되도록 반응시간을 증가시켜 회분식으로 제조하였다.
150 g of crude fucoidan (average molecular weight 170 kDa, 60 mesh or more) and 850 g of water were mixed in a 1.5 L reactor capable of temperature control and stirring. At this time, crude fucoidan was added while keeping the water temperature at 80 占 10 占 폚. Sulfuric acid was added so as to be 0.8 N (4.45 wt%) and stirred so as to be uniformly mixed. At the same time as the hydrolysis reaction progresses, an inlet pressure of from 1 to 3.5 kgf / cm 2 and an internal pressure of from 0.1 to 2 kgf / cm 2 (volume) are measured using an inorganic membrane filtration system (cut-off size 30 kDa, membrane area of 0.1 m 2 ) Lt; / RTI > outlet pressure. The separated filtrate was kept in a separate reservoir and neutralized to maintain pH between 6.5 and 7.5. The reaction was carried out while adding 20 to 40 g of crude fucoidan per hour to the reaction tank. The filtrate obtained in the storage tank was subjected to desalting and concentration by re-filtration under the same conditions by replacing the inorganic membrane module with 1 kDa. The concentrate was concentrated to 1/10 of the filtrate and spray dried to produce low molecular weight fucoidan of 30 kDa or less. The conditions of the above-mentioned manufacturing process and the results of the final products are shown in Table 5 below. For comparison, Comparative Example 2 was hydrolyzed by treatment with organic acid to crude fucoidan, and filtration and concentration were carried out using an organic membrane. The organic acid and organic film were the same as those used in Comparative Example 1 and the organic film was unstable at high temperature and thus could not be subjected to a continuous process so that 300 g of reactant was used, And the reaction time was increased so that the decomposition reaction progressed sufficiently.
실시예Example
4: 연속식 제조방법에 의한 분자량 30 내지 50 4: molecular weight of 30 to 50
kDakDa
의 of
저분자화된Low-molecular-weight
후코이단의Fucoidan
제조 Produce
온도조절 및 교반이 가능한 1.5 L 반응기에 조(粗)후코이단(평균분자량 170 kDa, 60 메쉬 이상) 150 g과 물 850 g을 혼합하였다. 이때, 물의 온도를 80±10℃로 유지하면서 조후코이단을 첨가하였다. 0.8 N(4.45 중량%)이 되도록 황산을 가하고 균일하게 혼합되도록 교반하였다. 상기 가수분해 반응의 진행과 동시에 무기막 여과시스템(컷 오프 사이즈 50 kDa, 막면적 0.1 m2)을 이용하여 1 내지 3.5 kgf/cm2의 입구압력(inlet pressure) 및 0.1 내지 2 kgf/cm2의 출구압력(outlet pressure)으로 여과하였다. 분리된 여액은 별도의 저장조에 보관하고 중화제를 첨가하여 pH가 6.5 내지 7.5를 유지하도록 지속적으로 조절하였다. 상기 반응조에는 시간당 20 내지 40 g의 조후코이단을 추가적으로 첨가하면서 반응을 진행하였다. 저장조에 수득한 여액은 무기막의 모듈을 30 kDa로 교체하여 동일한 조건으로 재여과하여 탈염 농축하였다. 농축액이 여액의 1/10 정도가 될 때까지 농축하고 분무건조하여 30 내지 50 kDa 이하의 저분자화된 후코이단을 제조하였다. 상기 제조 공정의 조건 및 최종 생산물에 대한 결과를 하기 표 6에 나타내었다. 대조를 위하여 비교예 3은 유기산으로 처리하여 조후코이단을 가수분해하고 유기막을 이용하여 여과 및 농축 공정을 진행하였다. 상기 비교예 2에 기재한 바와 동일하게 회분식 공정으로 수행되었다.
150 g of crude fucoidan (average molecular weight 170 kDa, 60 mesh or more) and 850 g of water were mixed in a 1.5 L reactor capable of temperature control and stirring. At this time, crude fucoidan was added while keeping the water temperature at 80 占 10 占 폚. Sulfuric acid was added so as to be 0.8 N (4.45 wt%) and stirred so as to be uniformly mixed. At the same time as the hydrolysis reaction progresses, an inlet pressure of from 1 to 3.5 kgf / cm 2 and an internal pressure of from 0.1 to 2 kgf / cm 2 (using a membrane filter having a cut-off size of 50 kDa and a membrane area of 0.1 m 2 ) Lt; / RTI > outlet pressure. The separated filtrate was kept in a separate reservoir and neutralized to maintain pH between 6.5 and 7.5. The reaction was carried out while adding 20 to 40 g of crude fucoidan per hour to the reaction tank. The filtrate obtained in the storage tank was subjected to desalting and concentration by re-filtration under the same conditions by replacing the inorganic membrane module with 30 kDa. The concentrate was concentrated to 1/10 of the filtrate and spray dried to produce low molecular weight fucoidan of 30 to 50 kDa or less. The conditions of the above-mentioned manufacturing process and the results of the final products are shown in Table 6 below. For comparison, Comparative Example 3 was hydrolyzed with organic acid to hydrolyze crude fucoidan, and the filtration and concentration process was carried out using an organic membrane. Was carried out in a batch process in the same manner as described in Comparative Example 2 above.
Claims (9)
0.5 내지 5.5 시간 이내에 pH 2 내지 5의 강산 조건 하에 조후코이단의 산가수분해 반응을 수행하는 제1 단계; 및
상기 제1 단계에서 얻은 가수분해 산물을 무기막을 이용하여 여과하는 제2 단계를 포함하는 제조방법.
A method for producing a low molecular weight fucoidan having an acidic hydrolyzate of crude fucoidan and having a sulfate group content of 25% or more,
A first step of performing an acid hydrolysis reaction of crude fucoidan under strong acidic conditions of pH 2 to 5 within 0.5 to 5.5 hours; And
And a second step of filtering the hydrolyzate obtained in the first step using an inorganic film.
회분식 또는 연속식인 것이 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the method is batch or continuous.
상기 조후코이단은 조후코이단 및 물의 혼합물인 것인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the crude fucoidan is a mixture of crude fucoidan and water.
상기 조후코이단 및 물의 혼합물에서 조후코이단에 대한 물의 비율은 1:4 내지 6인 것인 제조방법.
The method of claim 3,
Wherein the ratio of water to crude fucoidan in the mixture of crude fucoidan and water is 1: 4 to 6.
상기 산은 황산(sulfuric acid; H2SO4), 염산(hydrochloric acid; HCl), 질산(nitric acid; HNO3), 인산(phosphoric acid; H3PO4), 붕산(boric acid; H3BO3), 불산(hydrofluoric acid; HF), 브롬산(hydrobromic acid; HBr) 및 과염소산(perchloric acid; HClO4)으로 이루어진 무기산(inorganic acid; mineral acid) 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인 제조방법.
The method according to claim 1,
The acid is sulfuric acid (sulfuric acid; H 2 SO 4 ), hydrochloric acid (hydrochloric acid; HCl), nitric acid (nitric acid; HNO 3), phosphoric acid (phosphoric acid; H 3 PO 4 ), borate (boric acid; H 3 BO 3 Wherein the inorganic acid is at least one selected from the group consisting of hydrofluoric acid (HF), hydrobromic acid (HBr) and perchloric acid (HClO 4 ).
상기 제1 단계는 60 내지 100℃에서 수행되는 것인 제조방법.
The method according to claim 1,
Wherein the first step is carried out at 60 to 100 < 0 > C.
상기 제1 단계와 제2 단계 사이 또는 제2 단계 이후에 얻어진 산물을 중화제를 이용하여 중화시키는 제3 단계를 추가로 포함하는 제조방법.
The method according to claim 1,
Further comprising a third step of neutralizing the product obtained between the first step and the second step or after the second step using a neutralizing agent.
상기 중화제는 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)2), 수산화칼륨(KOH) 및 수산화마그네슘(Mg(OH)2)으로 구성된 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상인 것인 제조방법.
8. The method of claim 7,
Wherein the neutralizing agent is at least one selected from the group consisting of sodium hydroxide (NaOH), calcium hydroxide (Ca (OH) 2 ), potassium hydroxide (KOH) and magnesium hydroxide (Mg (OH) 2 ).
제3 단계 이후에 탈염 및 농축을 위한 여과를 수행하는 제4 단계를 추가로 포함하는 제조방법.
8. The method of claim 7,
And a fourth step of performing filtration for desalting and concentration after the third step.
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|---|---|---|---|
| KR1020120158499A KR20140089000A (en) | 2012-12-31 | 2012-12-31 | A method for producing low molecular weight fucoidan |
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-
2012
- 2012-12-31 KR KR1020120158499A patent/KR20140089000A/en active IP Right Grant
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