KR20150032841A - 수용성 활성 성분을 포함하는 나노겔 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 하나 이상의 수용성 활성 성분, 하나 이상의 식물 단백질, 및 하나 이상의 소이 가용성 다당류를 포함하는 나노겔 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물은 음식, 음료, 동물 사료 및/또는 화장품의 보강 및/또는 강화를 위해 사용될 수 있고 활성 성분을 안정화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 나노겔 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 조성물을 음료의 성분들과 혼합하여 음료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 수득되는 음료에 관한 것이다.

Description

수용성 활성 성분을 포함하는 나노겔{NANOGEL COMPRISING WATER-SOLUBLE ACTIVE INGREDIENTS}
본 발명은 하나 이상의 수용성 활성 성분, 하나 이상의 식물 단백질, 및 하나 이상의 소이(soy) 가용성 다당류를 포함하는 나노겔 조성물에 관한 것이다. 이러한 조성물은 음식, 음료, 동물 사료 및/또는 화장품의 보강 및/또는 강화를 위해 사용될 수 있고 활성 성분을 안정화시킬 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 나노겔 조성물의 제조 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 조성물을 음료의 성분들과 혼합하여 음료를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 이러한 방법에 의해 수득되는 음료에 관한 것이다.
수용성 활성 성분, 예를 들어 폴산(folic acid; FA)을 함유한 음식, 음료, 동물 사료 또는 화장품의 보강 또는 강화를 위한 조성물이 당업계에 알려져 있다(문헌[S.M. Lopera et al., 2009, Vitae 16, p. 55-65]). 알지네이트 비드가 폴산염의 마이크로캡슐화에 사용되어 왔는데, 이는 실험실 규모로 제조하기에 용이하고, 온화한 하이드로겔화 공정이고 음식 제형으로 사용하기에 비교적 안전하기 때문이다(문헌[K. Kasipathy, 2008, Delivery and controlled release of bioactives in foods and nutraceuticals, Chapter 13, p. 331-341]). 그러나, 알지네이트 마이크로캡슐은 폴산의 누출을 야기하는 다공성 성질을 가지고, 음료에 전형적인 산성 조건(pH 3 내지 5)에서 및 광에 노출시 폴산의 안정성을 감소시킨다. 실제로, 폴산은 자외선(UV)에 노출시 불안정(C9-N10 결합의 절단)한 것으로 잘 알려져 있다. 게다가, 폴산은 pH 2 내지 4 범위의 산성 음료의 pH 범위 내에서 잘 녹지 않는다.
그러므로, 상기 언급한 문제점을 나타내지 않는, 음식, 음료, 동물 사료 또는 화장품의 보강 및/또는 강화를 위한 수용성 활성 성분을 포함하는 조성물에 대한 요구가 여전히 존재한다.
따라서, 본 발명의 목적은 상기한 목적 특성, 예를 들어, 산성 pH(3 내지 5)에서 활성 성분의 안정성, 광에 노출시 활성 성분의 안정성(광안정성), 및 음료에 사용시 시각적인 투명성으로 지칭되는 매우 우수한 특성을 가지는 수용성 활성 성분의 조성물을 제공하는 것이다. 또한, 본 발명의 목적은 수용성 활성 성분의 조성물의 제조 방법을 개선시키는 것이다.
이러한 목적은
(a) 조성물의 건조 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%의, 아스코르브산, 바이오틴, 폴산, 니코틴산, 티아민 및 비타민 B6으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 활성 성분;
(b) 조성물의 건조 중량을 기준으로 9 내지 40 중량%의, 음식 적용에 적합한 단백질로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 식물 단백질; 및
(c) 조성물의 건조 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%의, 하나 이상의 소이 가용성 다당류
를 포함하는 나노겔 조성물로서,
건조 물질 형태의 조성물을 기준으로 단백질 대 다당류의 중량비가 1:b로 선택되되, b가 1 내지 6인, 나노겔 조성물에 의해 해결되었다.
본 발명에서 "나노겔"이라는 용어는 교차 결합된 친수성의 이종 중합체 네트워크(하이드로겔)로 구성된 나노입자를 지칭한다.
본 발명에 따른 조성물에 적합한 수용성 활성 성분은, 4 내지 6의 범위의 pKa를 갖는 수용성 활성 성분이고, 바람직하게는 아스코르브산(비타민 C, pKa 4.17); 바이오틴(비타민 B8, pKa 5.33); 폴산(비타민 B9, pKa 4.7); 니코틴산(니아신 또는 비타민 B3, pKa 4.9); 티아민(비타민 B1, pKa 4.8); 비타민 B6(pKa 5.33), 및 이들의 혼합물에서 선택된다. 본 발명의 모든 실시양태를 위한 가장 바람직한 수용성 활성 성분은 폴산이다.
본 발명에 따르면, 바람직한 식물 단백질은 대두, 루핀(예를 들어, 루핀 알부스(albus), 루핀 안거스티폴리우스(angustifolius) 또는 이들의 변종), 완두 및/또는 감자로부터 유래된다. 상기 단백질은 열매(예를 들어, 대두), 종자(제조되거나 가공된 종자를 포함함) 등을 비롯한 식물의 임의의 부분으로부터 또는 조각, 플레이크 등과 같은 통밀 또는 탈지 제품으로부터 단리될 수 있다.
본 발명의 조성물에 있어서, 대두 및 완두 단백질이 특히 바람직하고, 산 가용성 대두 단백질(60 중량% 이상의 단백질 함량을 갖는 소야사워(Soyasour) 4000K)이 더욱 바람직하다. 80 중량% 이상의 단백질 함량, 7.5 중량% 이하의 수분, 1.5 중량% 이하의 지방, pH 3.6 내지 6.4를 갖는 소야사워 4000K가 가장 바람직하다. 이의 공급처는 지린 후지 프로테인 컴퍼니 리미티드(Jilin Fuji Protein Co. Ltd.)일 수 있다. 바람직한 완두 단백질 공급처는 코수크라 에스에이(Cosucra SA; 벨기에 와코잉 소재)이다.
본 발명에서 사용된 "소이 가용성 다당류"라는 용어는 60 중량% 이상의 다당류 함량을 갖는 소이 가용성 다당류를 지칭한다. 가장 바람직한 소이 가용성 다당류는 70 중량% 이상의 다당류, 10 중량% 이하의 단백질, 1 중량% 이하의 지방, 8 중량% 이하의 수분, 8 중량% 이하의 회분, 및 3 내지 6의 pH를 갖는, 소이 가용성 다당류이다. 이의 공급처는 후지 컴퍼니 리미티드일 수 있다.
본 발명에 따른 조성물에 있어서, 건조 물질 형태의 조성물을 기준으로 단백질 대 다당류의 중량비는 1:b로 선택되되, b는 바람직하게는 1 내지 5, 특히 바람직하게는 2 내지 4, 더욱 바람직하게는 3이다.
본 발명의 특히 바람직한 실시양태에 있어서, 나노겔의 평균 입자 크기는 동적 광 산란(dynamic light scattering; DLS)으로 측정시 120 내지 250nm이다.
또한, 본 발명은 하기 단계들을 포함하는 상기한 안정한 나노겔 조성물의 제조 방법에 관한 것이다(당해 방법은 본원에 명시된 양으로 성분들을 사용함으로써 수행될 수 있다):
(Ⅰ) pH 약 7.4에서 물 중의 용액으로서 하나 이상의 소이 가용성 다당류를 아스코르브산, 바이오틴, 폴산, 니코틴산, 티아민 및 비타민 B6으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 활성 성분의 용액, 및 식물 단백질의 용액과 혼합하되, 대두 단백질의 농도가 1 내지 10 g/l이고, 단백질 대 다당류의 중량비가 1:1 내지 1:6이고, 수용성 활성 성분의 농도가 0.001 내지 0.2 g/l인, 단계;
(Ⅱ) 임의적으로, 단계 (Ⅰ)에서 얻은 혼합물을 1 분 내지 8 시간동안 교반하는 단계;
(Ⅲ) 단계 (Ⅰ) 또는 단계 (Ⅱ)에서 얻은 혼합물을 pH 약 4로 조정하고, 2 내지 3 시간 후에 pH 조정을 반복하는 단계;
(Ⅳ) 단계 (Ⅲ)에서 얻은 혼합물을 당업자에게 공지된 통상의 균질화 공정으로 균질화시킨 후 1 시간동안 90 ℃로 가열하는 단계;
(Ⅴ) 나노겔을 45 분 이상동안 70 내지 95 ℃로 가열하는 단계;
(Ⅵ) 임의적으로, 단계 (Ⅴ)에서 얻은 나노겔을 건조하는 단계.
본 발명에 따라 바람직한 단백질은 상기한 식물 단백질이다.
바람직한 실시양태에서, 식물 단백질의 농도는 4 내지 6 g/l이다. 단백질 대 다당류의 중량비는 바람직하게는 1:2 내지 1:4이고, 더욱 바람직하게는 1:3이다. 수용성 활성 성분의 농도는 바람직하게는 0.01 내지 0.15 g/l이고, 바람직한 수용성 활성 성분은 폴산이다.
단계 (Ⅲ)에서 pH 약 4로의 반복적인 pH 조정은 음식에서 허용되는 임의의 산으로 수행될 수 있고, 바람직하게는 염산이 사용된다.
단계 (Ⅳ)의 균질화는 초음파처리 또는 고압 균질화와 같은 당업자에게 공지된 임의의 균질화 공정에 의해 수행될 수 있다.
초음파처리는 액체 내에서 저압 및 고압 파장을 번갈아 발생시켜, 작은 진공 방울의 형성 및 격렬한 붕괴를 야기한다. 캐비테이션(cavitation)이라 불리는 이러한 현상은, 압축, 가속화, 압력 감소 및 충격과 조합되어 고속 충돌 액체 분출 및 강한 수력학 전단력을 야기하여, 반응물의 혼합뿐만 아니라 입자 붕해 및 제품 전반에 걸친 분산을 야기한다(문헌[Encyclopedia of emulsion technology, 1983, Vol 1, P. Walstra, p. 57, Ed P. Becher, ISBN: 0-8247-1876-3]).
고압 균질화 공정의 경우, 혼합물은 균질화 밸브 내에서 갭을 통과한다; 이는 압축, 가속화, 압력 감소 및 충격과 조합되어 심한 교란 및 전단 상태를 만들어, 입자 붕해 및 제품 전반에 걸친 분산을 야기한다. 입자의 크기는 공정동안 사용된 작동 압력 및 선택된 갭의 유형에 따라 달라진다(문헌[Food and Bio Process Engineering, Dairy Technology, 2002, H.G. Kessler, Ed A. Kessler, ISBN 3-9802378-5-0]).
나노에멀젼을 생성하는 이러한 기술의 효율 및 높은 처리량에 비추어 볼 때, 본 발명을 수행하는데 가장 바람직한 균질화는 문헌[Donsi et al., J. Agric. Food Chem., 2010, 58:10653-10660]에 따른 고압 균질화이다. 더욱 바람직하게는 1 분 이상동안 500 내지 700 바에서 수행되고, 더욱더 바람직하게는 2 분 이상동안 600 바에서 수행된다.
단계 (Ⅴ)의 나노겔은 그 자체로서 사용되거나, 나중에 사용하기 위해 건조될 수 있다. 건조 단계는 당업자에게 공지된 임의의 통상의 건조 공정으로 수행될 수 있는데, 분사 건조 공정 및/또는 분사된 현탁액 액적이 전분 또는 칼슘 실리케이트 또는 규산 또는 칼슘 칼보네이트 또는 이들의 혼합물과 같은 흡착제의 베드에 포획된 후 건조되는 분말 포획 공정이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기한 공정에 의해 수득되는 나노겔에 관한 것이고, 바람직하게는, 여기에서 식물 단백질은 대두 또는 완두 단백질이고 수용성 활성 성분은 폴산이다.
또한, 본 발명은 음식, 음료, 동물 사료 및/또는 화장품의 보강 및/또는 강화, 바람직하게는 음료, 더욱 바람직하게는 산성 음료(pH 3 내지 5)의 보강 및/또는 강화를 위한 상기한 나노겔의 용도에 관한 것이다.
본 발명의 다른 태양은 상기한 바와 같은 조성물을 포함하는 음식, 음료, 동물 사료, 화장품이다.
본 발명의 제품 형태가 첨가 성분으로 사용될 수 있는 음료는 탄산이 가미된 음료, 예를 들어, 착향 셀쳐 탄산수, 청량음료 또는 미네랄 음료뿐만 아니라, 탄산이 가미되지 않은 음료, 예를 들어, 착향수, 과일 주스, 과일 펀치 및 이들 음료의 농축 형태일 수 있다. 이들은 천연 과일 또는 야채 주스, 또는 인공 착향물에 기반을 둘 수도 있다. 또한, 알콜성 음료 및 인스턴트 음료 분말도 포함된다. 또한, 당 함유 음료, 무칼로리의 다이어트 음료 및 인공 감미료도 포함된다.
또한, 천연 공급원 또는 합성물에서 얻은 유제품은 본 발명의 제품 형태가 영양학적 성분으로 사용될 수 있는 음식 제품의 범주 안에 포함된다. 이러한 제품의 전형적인 예는 우유, 아이스크림, 치즈, 요거트 및 그 유사품이다. 두유 및 두부 제품과 같은 우유 대체 제품도 이러한 응용 범주 안에 포함된다.
또한, 첨가 성분으로서 본 발명의 제품 형태를 함유하는 단 음식도 포함되는데, 예를 들면 과자류 제품, 캔디, 껌, 디저트, 예컨대, 아이스크림, 젤리, 푸딩, 인스턴트 푸딩 파우더 및 그 유사품이 있다.
또한, 착색제 또는 영양학적 성분으로서 본 발명의 제품 형태를 함유하는, 시리얼, 스낵, 쿠키, 파스타, 수프 및 소스, 마요네즈, 샐러드 드레싱 및 그 유사품이 포함된다. 또한, 유제품 및 시리얼에 사용되는 과일 제제도 포함된다.
본 발명의 조성물을 통해 음식 제품에 첨가되는, 하나 이상의 수용성 활성 성분, 바람직하게는 폴산의 최종 농도는, 음식 조성물의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.1 내지 50 ppm, 특히 1 내지 30 ppm, 더욱 바람직하게는 3 내지 20 ppm, 예를 들어 약 6 ppm이고, 강화될 특정 음식 제품 및 의도한 강화 수준에 따라 달라질 수 있다.
본 발명의 음식 조성물은 바람직하게는 본 발명의 조성물 형태로 수용성 활성 성분을 음식 제품에 첨가함으로써 수득된다. 음식 제품의 강화를 위해, 본 발명의 조성물은 수 분산성 고체 제품 형태의 적용에 대해 알려진 방법 그 자체에 따라 사용될 수 있다.
일반적으로, 상기 조성물은 특정 적용에 따라 수성 원액, 건조 분말 믹스 또는 적당한 다른 음식 성분의 예비배합물 중 어느 하나로서 첨가될 수 있다. 혼합은, 상기 최종 적용의 제형에 따라, 예를 들어, 건조 분말 배합기, 저 전단 혼합기, 고압 균질화기 또는 고 전단 혼합기를 이용하여 수행될 수 있다. 이러한 기술들은 당업자의 기술 범위 내임이 용이하게 명확하다.
또한, 본 발명은 본 발명에 따른 조성물을 균질화시키는 단계 및 수용성 활성 성분 함량을 기준으로 1 내지 50 ppm, 바람직하게는 5 ppm의 에멀젼을 음료의 추가적인 통상의 성분들과 혼합하는 단계를 포함하는 음료의 제조 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기한 바와 같은 음료의 제조 방법에 의해 수득되는 음료에 관한 것이다. 음료는 바람직하게는 2 내지 8, 더욱 바람직하게는 3 내지 5.5의 pH를 갖는다.
도 1은 한외여과 후 단백질(Assp) 단독, 다당류(SSP) 단독 및 단백질/다당류 복합 나노겔(Nps) 용액의 자외선 스펙트럼을 보여준다.
도 2는 pH 7.4에서 폴산/단백질/다당류 나노겔, 폴산/다당류 나노겔, 및 폴산/단백질 나노겔로부터 방출된 폴산의 자외선 스펙트럼을 보여준다. 방출된 폴산을 한외여과로 단리하였다. pH 7.4에서 제조된 폴산 용액을 직접 대조군으로 사용하였다.
본 발명은 비제한적인 하기 실시예로 더욱 예시된다.
실시예
실시예 1: pH 7.4에서 폴산과 대두 단백질, 대두 다당류, 또는 대두 단백질/대두 다당류 복합 나노겔의 상호작용.
지린 후지 프로테인 컴퍼니 리미티드로부터 단백질 함량 88 %(건조 기준)의 대두 단백질(소야사워(Soyasour) 4000K, 산 가용성 대두 단백질; ASSP)을 구하였다. 이는 대략 pH 4.7에서 등전점을 갖는다. 70 내지 80 중량%의 다당류를 갖는 소이 가용성 다당류(SSP)는 후지 컴퍼니 리미티드에서 구하였다.
폴산의 용해도를 고려하여, pH 7.4에서 상호작용을 조사하였다. 단백질 단독 용액, 다당류 단독 용액, 및 단백질/다당류 복합 나노겔 용액을 먼저 pH 7.4로 조정하였다. 이어서, 10 mM 포스페이트 완충제 pH 7.4에 용해된 폴산을 첨가하고, 생성된 혼합물을 실온에서 밤새 교반하며 배양하였다. 혼합물 중 최종 단백질 농도는 4 mg/ml이고 다당류 농도는 12 mg/ml이었다. 혼합물 중 자유 폴산을 고-유속 한외여과 막으로 단리하고(컷오프 분자량 3 kDa, 마이크로콘(Microcon)YM-3, 밀리포어(Millipore)), 한외여과액에 수집하였다. 또한, 폴산 단독 용액을 한외여과 막에 통과시켰다; 한외여과액 중 폴산의 97 %(표 1)로서 폴산의 회수가 확인된다. 또한, 단백질 단독, 다당류 단독, 및 단백질/다당류 복합 나노겔 용액을 한외여과 막에 통과시켰다; 한외여과액의 자외선 스펙트럼(도 1)은 자외선 영역에서의 흡광도를 보여주는 바, 한외여과액의 작은 펩타이드를 시사한다. 한외여과액 중 폴산 농도를, 한외여과액의 280 nm 흡광도로부터 도 1에서 나타난 280 nm 흡광도를 공제하여 계산하였다. 표 1은 pH 7.4에서 폴산의 약 10 %가 단백질 또는 나노겔에 결합하고 폴산의 대부분이 다당류에 결합하지 않음을 보여준다.
Figure pct00001
실시예 2: pH 4에서 폴산과 대두 단백질, 대두 다당류, 또는 대두 단백질/대두 다당류 복합 나노겔의 상호작용.
나노겔은 피렌 형광에 의해 특징지어지는 pH 4에서 상대적으로 소수성이고, 폴산은 또한 pH 4에서 소수성 화합물이다. 그러므로, 나노겔은 소수성 상호작용을 통해 폴산에 결합할 수 있다. pH에 의존적인 용해도를 고려하여, 폴산을 다음과 같이 3가지 상이한 방법에 의해 중량비 1:3 나노겔 용액에 첨가하였다.
(1) 중량비 1:3 나노겔 용액을 pH 7.4로 조정한 후, 고체 폴산을 최종 폴산 농도 1 mM, 단백질 농도 4 mg/ml, 및 다당류 농도 12 mg/ml에 도달하도록 첨가하였다. 폴산을 용해시키기 위해 밤새 교반한 후, 혼합물은 pH 4.0으로 변하였다.
(2) 폴산을 10 mM pH 7.4 포스페이트 완충제에 용해하였다. 폴산 용액을 pH 4.0의 나노겔 용액에 폴산 농도 0.25, 0.5 또는 1 mM에 도달되도록 적가한 후, 밤새 교반하였다. 혼합물의 pH는 약 4.0이었다.
(3) 폴산을 10 mM pH 7.4 포스페이트 완충제에 용해하였다. 나노겔 용액을 pH 7.4로 조정하였다. 폴산 용액을 폴산 농도 0.1, 0.5 또는 1 mM에 도달되도록 나노겔 용액과 혼합하고, 밤새 교반한 후, 혼합물의 pH는 4.0으로 조정되었다.
상기 모든 혼합물의 단시간 저장 후 pH 4.0에서 폴산의 황색 침전물이 나타났다. 폴산과 단백질 단독 및 다당류 단독의 혼합물의 경우에도 상기 황색 침전물이 관찰되었다. 단백질 단독의 경우, 상층에 황색이 존재한 반면 나머지는 무색이었다. 이러한 결과는 pH 4.0에서, 단백질은 폴산의 일부에 결합하여 안정화시킬 수 있는 반면, 나노겔 및 대두 다당류는 거의 폴산에 결합하여 안정화시킬 수 없음을 시사한다.
실시예 3: 폴산/대두 단백질/대두 다당류 나노겔 제조.
pH 4에서 대두 단백질은 폴산의 일부에 결합할 수 있는 반면 나노겔은 결합할 수 없기 때문에, pH 7.4에서 폴산을 단백질 및 다당류와 혼합한 후 pH를 조정하고 고압 균질화시키고 가열함으로써 폴산/단백질/다당류 나노겔을 제조하였다. 구체적으로 다음과 같이 제조하였다: 50 mg/ml 농도의 대두 다당류 용액(7.88 g)을 물(5 ml)에 첨가한 후, 1 mM pH 7.4 폴산 용액(6.25 ml) 및 20 mg/ml 농도의 대두 단백질 용액(6.25 ml)을 교반하면서 첨가하였다. 생성된 혼합물에서, 최종 단백질 농도는 5 mg/ml이고, 다당류 농도는 15 mg/ml, 폴산 농도는 0.25 mM이고, 부피는 25 ml이었다. 혼합물의 pH를 4.0으로 조정하고, 3 시간동안 교반한 후, pH를 다시 4.0으로 조정하였다. 혼합물을 2 분동안 600 bar에서 고압 균질화로 균질화시킨 후, 1 시간동안 90 ℃로 가열하여 폴산 캡슐화된 대두 단백질/대두 다당류 나노겔을 수득하였다. 또한, 단백질 단독 및 다당류 단독을, 이 방법을 사용하여 폴산/단백질 나노겔 및 폴산/다당류 나노겔을 제조하는데 사용하였다.
생성된 폴산/단백질/다당류 나노겔 용액, 폴산/단백질 나노겔 용액, 및 폴산/다당류 나노겔 용액의 pH를 7.4로 변경하여 상기 나노겔들로부터 폴산을 방출하였다; 방출된 폴산을 한외여과로 단리하였다. 한외여과액 중 폴산의 농도를 상기한 바와 같이 측정하고, pH 7.4에서 제조된 0.25 및 0.5 mM 폴산 용액을 직접 대조군으로 사용하였다. 도 2의 결과는 폴산 스펙트럼이 혼합, pH 조정, 균질화 및 가열 공정 후 변하지 않음을 보여준다. 단백질 또는 나노겔을 함유하는 혼합물의 강도 감소는 pH 7.4에서 폴산 결합의 결과(표 1), 즉, 폴산의 약 10 %가 단백질 및 나노겔과 결합한 것과 일치한다.
실시예 4: 폴산/대두 단백질/대두 다당류 나노겔의 안정성.
pH 4.0에서 폴산/단백질/다당류 나노겔의 크기를 측정하기 위해 동적 광 산란을 수행하였다. 표 2의 데이터는 0.25 및 0.5 mM 폴산 농도를 갖는 나노겔이 폴산을 갖지 않는 나노겔과 비슷한 크기를 가짐을 보여준다. 1 개월동안 저장한 후, 나노겔들은 그 크기가 변하지 않았다.
Figure pct00002
실시예 5: 폴산/대두 단백질/대두 다당류 나노겔에서 자외선 분해로부터 폴산의 보호.
상기 언급한 바와 같이, 폴산은 자외선에 민감하다. 분자 내 형광 소광 때문에, 폴산은 약 0.005의 매우 낮은 형광 양자 수율을 갖는다. 폴산 분자에서 C9-N10 결합 절단 후 형성되는 프테린은 445 nm 근처에서 형광 피크가 증가한다. 6-포밀 프테린(FPT)의 형광 양자 수율은 약 0.1이고 프테린-6-카복실산(PCA)의 형광 양자 수율은 약 0.2이다. 445 nm 범위의 형광은, C9-N10 결합 절단 후 FPT의 PCA 로의 광-유도 전환의 결과로 인한 FPT의 형성과 함께 증가한다(문헌[M.K. Off et al., Journal of Photochemistry and Photobiology B: Biology 80, 2005, p. 47-55]).
본 연구에서 폴산의 자외선 분해를 조사하였다. 0.25 또는 0.5 mM 폴산을 함유한 pH 4.0에서의 폴산/단백질/다당류 나노겔 용액을 자외선 복사계(500 w, 피크 λ = 365 nm)로부터 30 cm 떨어진 지점에서 1 시간동안 7 ml 유리 병 안에 두었다. 또한, 10 mM pH 7.4 포스페이트 완충제에 0.25 또는 0.5 mM의 폴산 농도로 용해된 폴산 단독을 조사하였다. 또한, pH 7.4에서 5 mg/ml 단백질 및 0.25 mM 폴산의 혼합물, 및 pH 7.4에서 15 mg/ml 다당류 및 0.25 mM 폴산의 혼합물을 조사하였다. 자외선 방사 후, 폴산/단백질/다당류 나노겔 용액의 pH를 7.4로 조정하여 폴산을 방출하였다. 용액 중 방출된 폴산을 한외여과로 단리하고 하기하는 바와 같이 분석하였다. 0.25 및 0.5 mM 폴산을 각각 10 및 20 배 희석한 후, 348 nm에서 여기된 한외여과액의 450 nm 형광 강도를 측정하였다. 폴산 분해의 조사를 위한 모든 샘플은 나트륨 아자이드를 전혀 함유하지 않았다.
표 3은 자외선 방사 전 및 후의 폴산 형광 강도 비를 나타낸다. 폴산 단독 용액의 경우, 자외선 방사 후, 폴산 농도가 0.25 및 0.5 mM 일 때, 450 nm에서의 형광 강도는 각각 89 및 85 배 증가한다. 자외선 방사 후 형광 강도의 평균 87 배 증가는 유리 병 내부에서의 폴산의 분해를 시사한다. 0.25 mM로부터 0.5 mM로의 폴산 농도의 증가는 분해에 상당한 영향을 미치지 않는다. pH 7.4에서 단백질 단독은 폴산의 약 10 %에만 결합할 수 있고 다당류 단독은 폴산에 결합할 수 없지만(표 1), 표 3의 결과는 단백질 단독 및 다당류 단독이 폴산의 분해를 상당히 감소시킬 수 있음을 나타낸다. 폴산 단독과 비교할 때, 폴산의 분해는 pH 7.4에서 다당류 및 단백질의 존재하에 각각 30 % 및 22 %까지 감소한다. 폴산/단백질/다당류 나노겔은 pH 4.0에서 폴산을 분해로부터 효과적으로 보호할 수 있다; 오직 부하된 폴산의 12 %만이 상기 자외선 방사 후 분해되었다. 또한 1 개월의 저장 후 폴산/단백질/다당류 나노겔을 조사하였다; 폴산 형광 강도는 새로 제조된 폴산/단백질/다당류 나노겔과 비교할 때, 폴산의 방출 및 단리 후에도 변화하지 않았다. 폴산/단백질/다당류 나노겔에서 방출되고 단리된 폴산을 자외선으로 방사처리하였다. 이러한 방사처리 후, 폴산 형광은 pH 7.4에서 제조된 폴산 용액으로 바로 교체하였다. 이러한 결과는 나아가 폴산/단백질/다당류 나노겔이 pH 4.0에서 폴산을 자외선 분해로부터 효과적으로 보호할 수 있음을 입증한다.
Figure pct00003
실시예 6: 폴산/완두 단백질/대두 다당류 나노겔 제조 및 자외선 분해로부터의 폴산의 보호.
완두 단백질을 물에 용해시키고 pH를 pH 3.25로 조정하였다. 밤새 평형화시킨 후, 용액을 30 분동안 5000 rpm의 원심분리기에 걸어 용해되지 않은 단백질을 제거하였다. 상층액은 15 mg/ml의 완두 단백질을 함유하였다. pH 7.4에서 교반하면서 대두 다당류 용액을 폴산 용액 및 완두 단백질 용액과 혼합하여 폴산/완두 단백질/대두 다당류 나노겔을 제조하였다. 생성된 혼합물에서, 최종 완두 단백질 농도는 5 mg/ml이고, 다당류 농도는 15 mg/ml이고, 폴산 농도는 0.25 mM이고, 부피는 25 ml이었다. 혼합물의 pH를 4.0으로 조정하고, 3 시간동안 교반한 후, pH를 다시 4.0으로 조정하였다. 혼합물을 2 분동안 600 bar에서 고압 균질화에 의해 균질화시킨 후, 1 시간동안 90 ℃로 가열하여 폴산 캡슐화된 완두 단백질/대두 다당류 나노겔을 수득하였다. 생성된 나노겔은 크기 203 nm 및 PDI 0.23이었다(표 5).
폴산의 자외선 분해를 조사하였다. 폴산 단독과 비교할 때, 폴산의 분해는 완두 단백질의 존재하에 19 %까지 감소하였다(표 4). 폴산/완두 단백질/다당류 나노겔은 pH 4.0에서 폴산이 분해되는 것을 효과적으로 보호할 수 있다; 부하된 폴산의 오직 13 %만이 상기한 바와 같은 자외선 방사 후 분해되었다.
Figure pct00004
실시예 7: pH 3.0, 3.5 및 4.0에서 폴산/완두 단백질/대두 다당류 나노겔 용액 및 폴산/대두 단백질/대두 다당류 나노겔 용액의 안정성, 및 냉동 건조 후 나노겔의 재분산 능력.
pH 4.0에서 제조된 폴산/완두 단백질/대두 다당류 나노겔 용액 및 폴산/대두 단백질/대두 다당류 나노겔 용액의 pH를 각각 3.5 및 3.0으로 바꾸어 안정성을 조사하였다. 표 5의 데이터는 pH 3 및 3.5의 매질에서 1 주동안 저장한 후 나노겔의 크기가 변화하지 않음을 보여주는 바, 나노겔이 음료의 pH 조건에서 안정함을 시사한다. 또한, 나노겔을 냉동 건조한 후 물에 재분산하였다. 재분산 후, 나노겔 크기는 크게 변화하지 않는 바, 나노겔이 건조 분말 형태로 저장되고 사용될 수 있음을 시사한다.
Figure pct00005

Claims (15)

  1. (a) 조성물의 건조 중량을 기준으로 0.1 내지 5 중량%의, 아스코르브산, 바이오틴, 폴산, 니코틴산, 티아민 및 비타민 B6으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 활성 성분;
    (b) 조성물의 건조 중량을 기준으로 9 내지 40 중량%의, 음식 적용에 적합한 단백질로 구성된 군에서 선택된 하나 이상의 식물 단백질; 및
    (c) 조성물의 건조 중량을 기준으로 50 내지 90 중량%의, 하나 이상의 소이 가용성 다당류
    를 포함하는 나노겔 조성물로서,
    건조 물질 형태의 조성물을 기준으로 단백질 대 다당류의 중량비가 1:b로 선택되되, b가 1 내지 6인, 나노겔 조성물.
  2. 제 1 항에 있어서,
    수용성 활성 성분이 폴산인, 나노겔 조성물.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    하나 이상의 식물 단백질이 대두 단백질, 루핀 단백질, 완두 단백질 및 감자 단백질로 구성된 군에서 선택된, 나노겔 조성물.
  4. 제 1 항 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,
    하나 이상의 식물 단백질이 대두 및/또는 완두 단백질인, 나노겔 조성물.
  5. 제 1 항 내지 제 4 항 중 어느 한 항에 있어서,
    동적 광 산란으로 측정시 120 내지 250 nm의 평균 입자 크기를 갖는, 나노겔 조성물.
  6. (Ⅰ) pH 약 7.4에서 물 중의 용액으로서 하나 이상의 소이 가용성 다당류를 아스코르브산, 바이오틴, 폴산, 니코틴산, 티아민 및 비타민 B6으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 활성 성분의 용액, 및 식물 단백질의 용액과 혼합하되, 대두 단백질의 농도가 1 내지 10 g/l이고, 단백질 대 다당류의 중량비가 1:1 내지 1:6이고, 수용성 활성 성분의 농도가 0.001 내지 0.2 g/l인, 단계;
    (Ⅱ) 임의적으로, 단계 (Ⅰ)에서 얻은 혼합물을 1 분 내지 8 시간동안 교반하는 단계;
    (Ⅲ) 단계 (Ⅰ) 또는 단계 (Ⅱ)에서 얻은 혼합물을 pH 약 4로 조정하고, 2 내지 3 시간 후에 pH 조정을 반복하는 단계;
    (Ⅳ) 단계 (Ⅲ)에서 얻은 혼합물을 당업자에게 공지된 통상의 균질화 공정으로 균질화시킨 후 1 시간동안 90 ℃로 가열하는 단계;
    (Ⅴ) 나노겔을 45 분 이상동안 70 내지 95 ℃로 가열하는 단계;
    (Ⅵ) 임의적으로, 단계 (Ⅴ)에서 생성된 나노겔을 건조하는 단계
    를 포함하는 아스코르브산, 바이오틴, 폴산, 니코틴산, 티아민 및 비타민 B6으로부터 선택된 하나 이상의 수용성 활성 성분을 함유한 안정한 나노겔의 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    식물 단백질의 농도가 4 내지 6 g/l인, 안정한 나노겔의 제조 방법.
  8. 제 6 항 또는 제 7 항에 있어서,
    단백질 대 다당류의 중량비가 1:2 내지 1:4인, 안정한 나노겔의 제조 방법.
  9. 제 6 항 내지 제 8 항 중 어느 한 항에 있어서,
    활성 성분의 농도가 0.01 내지 0.15 g/l인, 안정한 나노겔의 제조 방법.
  10. 제 6 항 내지 제 9 항 중 어느 한 항에 따른 방법에 의해 수득되는 나노겔.
  11. 제 10 항에 있어서,
    식물 단백질이 대두 단백질 또는 완두 단백질이고, 활성 성분이 폴산인, 나노겔.
  12. 음식, 음료, 동물 사료, 화장품 조성물의 보강 및/또는 강화를 위한, 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 나노겔 조성물의 용도.
  13. 제 1 항 내지 제 5 항 중 어느 한 항에 따른 나노겔 조성물을 음료의 추가적인 통상의 성분과 혼합하는 단계를 포함하는 음료의 제조 방법.
  14. 제 13 항에 따른 방법에 의해 수득되는 음료.
  15. 제 14 항에 있어서,
    3 내지 5.5의 pH를 갖는, 음료.
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