KR20160037354A - 키토올리고당의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 키토올리고당의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 효소반응시킴으로써 반응속도를 현저히 증가시켜 반응 효율성을 증대시킬 수 있으며, 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 제품에 적용하여 높은 활용성을 가질 수 있는 키토올리고당의 제조방법에 관한 것이다.

Description

키토올리고당의 제조방법{Method for preparing chitooligosaccharide}

본 발명은 키토올리고당의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 효소반응시키는 키토올리고당의 제조방법에 관한 것이다.

키토산은 갑각류(게, 새우 등)의 껍질이나 연체류(오징어, 갑오징어 등)의 뼈를 분쇄, 탈단백, 탈염화한 키틴을 탈아세틸화하여 얻어지며, N-아세틸글루코사민(N-acetylglucosamine)과 D-글루코사민(D-glucosamine)이 β-(1→4)로 결합한 고분자 다당체로서, 분자 중 D-글루코사민 비율이 60% 이상으로 묽은 산에 녹는 것을 총칭해서 일컫는다. 이러한 키토산을 효소처리하여 당의 수가 2~10개인 것을 얻어낸 것이 키토올리고당이다.

키토올리고당은 항암, 면역력 강화, 항균, 상처 치료 등의 다양한 생리활성 기능을 보유하고 있으며, 또한 인체에서 장내 유산균에 의해 대사가 이루어지므로 장내 유용 미생물의 증식을 촉진시키는 역할을 하고 있다. 이에 따라, 최근 식품, 화장품, 의약품 등의 여러 분야에서 폭넓게 이용되고 있다.

일반적인 키토올리고당의 제조방법으로는 갑각류의 껍질이나 연체류의 뼈를 분쇄, 탈단백, 탈염화한 키틴을 탈아세틸화하여 키토산을 얻은 후 고농도의 강산으로 가수분해시켜 저분자의 키토올리고당을 얻는 화학적 제조방법과 키토산 분해 효소를 사용하는 효소적 제조방법이 있다.

화학적 제조방법은 농축 염산 등으로 키토산을 반응시켜 저분자 상태의 키토올리고당을 생성시키는 방법이다. 이같은 화학적 제조방법은 강산에 의하여 키토산 고분자가 무작위로 가수분해되기 때문에 적절한 크기의 키토올리고당을 얻기가 어려우며, 산가수분해 후 중화 및 분리과정을 거쳐야한다는 공정상의 단점을 가지고 있다.

키토사나아제(chitosanase) 등과 같은 효소를 이용한 효소적 제조방법은 사용 효소의 종류, 첨가량 및 효소반응 조건을 변화시켜 키토올리고당의 분자 크기를 조절할 수 있어 화학적 가수분해 방법보다는 효율적인 제조방법이라고 볼 수 있다. 그러나 키토산과 같은 고분자 물질은 키토산 분해 효소에 의해 쉽게 분해되지 않는 결정구조를 가지고 있으며, 이러한 구조는 효소 가수분해작용에 영향을 주게 되어, 키토올리고당 생성 수율에 영향을 끼치게 된다. 또한 상업적으로 사용되고 있는 키토사나아제의 경우 가격이 고가로 키토올리고당 생산 시 제조단가의 상승에 큰 영향을 주고 있다. 따라서, 효소적 제조방법에 의한 키토올리고당의 생산에 있어 효소반응의 효율성을 높이거나, 새로운 키토사나아제의 개발에 대한 필요가 더욱 요구되고 있다.

한편, 초고압 처리는 물이나 오일을 압력 매체로 이용해서 100~1,000 MPa의 압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 기술로, 과거에는 설치비용이 고가이고 한 번에 처리할 수 있는 시료의 양이 제한적이어서 널리 활용되지 못하고 있었다. 그러나 최근 이러한 단점이 극복되면서 다양한 분야에서의 활용이 시도되고 있다.

압력처리에 의한 화학적 변화는 크지 않기 때문에 초고압 처리는 식품 내 주요 성분을 변성시키지 않으며, 신선감을 유지시킬 수 있는 가공기술로 평가되고 있다. 또한 초고압 처리에 따라 세포벽의 구조적인 변화에 의해서 유용한 생리활성성분의 추출이 용이하다는 연구들이 많이 보고되고 있는 상황이다.

일반적으로 초고압이 생체 고분자에 미치는 효과는, 분자간의 공간을 줄이고 사슬간의 반응을 촉진시키며, 생체 고분자의 결정구조에 다양한 영향을 끼치는 것으로 보고되고 있다.

국내등록특허 제10-0145132호

상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하고자, 본 발명은 반응속도를 현저히 증가시켜 반응 효율성을 증대시키고, 최종 키토올리고당의 생성 수율을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있는 키토올리고당의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한 본 발명은 다양한 생리활성을 가지는 키토올리고당을 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 제품에 적용할 경우 높은 활용성을 가질 수 있는 키토올리고당의 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용한 키토올리고당의 제조방법을 제공한다.

구체적으로, 상기 키토올리고당은

(S1)키토산을 초고압 처리하는 단계; 및

(S2)상기 초고압 처리된 키토산을 효소반응시키는 단계;를 포함하여 제조될 수 있다.

상기 (S1)단계의 초고압 처리는, 키토산에 증류수를 첨가하는 단계; 상기 증류수가 첨가된 키토산에 초고압 처리하는 단계; 및 상기 초고압 처리된 키토산 용액을 동결건조하는 단계;를 포함하여 수행될 수 있다.

이때, 상기 초고압 처리는 온도 0~40℃, 압력 100MPa 이상의 조건에서 5~30분간 수행되는 것이 바람직하다.

상기 (S2)단계의 효소반응은, 초고압 처리된 키토산을 초산용액에 용해시킨 후 pH 4.0~6.0, 온도 30~50℃의 조건에서 키토사나아제(chitosanases)를 1.5~3.5unit/g으로 첨가하여 5분~24시간 동안 반응시켜 수행될 수 있다.

또한 본 발명은 전술한 방법으로 제조된 키토올리고당을 유효성분으로 포함하는 식품, 의약품 또는 화장료 조성물을 제공한다.

본 발명에 따르면 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 반응속도를 현저히 증가시켜 반응 효율성을 증대시키고, 최종 키토올리고당의 생성 수율을 향상시키고, 제조원가를 절감할 수 있다. 또한 이렇게 제조된 키토올리고당은 다양한 생리활성을 가져 식품, 의약품, 화장품 등 다양한 제품에 적용할 경우 더욱 높은 활용성을 가질 수 있다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따라 초고압 처리에 따른 키토산을 기질로 이용하여 효소반응 시 반응속도를 나타낸 도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따라 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 효소반응시켜 생성된 반응물을 분석한 결과를 나타낸 도이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따라 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 효소반응시켜 생성된 반응물의 구조를 나타낸 도이다.

이하 본 발명을 상세히 설명한다.

본 발명자들은 초고압 처리 기술을 고분자 다당류인 키토산에 적용하여 초고압에 따른 키토산의 물리화학적인 특성의 변화를 확인하였으며, 이에 따른 키토사나아제의 효소분해 반응을 분석하여 반응 효율성이 현저히 증가됨을 확인하고, 이를 토대로 본 발명을 완성하게 되었다.

이러한 본 발명은 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 키토올리고당을 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로, 본 발명의 키토올리고당은 키토산을 초고압 처리하는 단계 및 상기 초고압 처리된 키토산을 효소반응시키는 단계로 제조할 수 있다.

먼저, 키토산을 초고압 처리한다.

상기 키토산은 당업계에서 사용하는 통상의 키토산이면 제한없이 사용될 수 있으며, 다양한 분자량과 다양한 탈아세트화도를 가지는 키토산을 적절히 선택하여 사용할 수 있다.

상기 키토산의 초고압 처리를 위하여, 키토산에 키토산 총 중량에 1~5배에 해당하는 증류수를 첨가한다. 이때, 키토산 고형분 무게를 기준으로 키토산에 포함된 수분과 증류수의 합이 1:25~30배가 되도록 한다.

이어서 상기 증류수가 첨가된 키토산 용액에 초고압 처리를 실시한다. 상기 초고압 처리는 통상의 초고압 장치를 이용할 수 있으며, 구체적으로 온도 0~40℃, 압력 100MPa 이상, 바람직하게는 100~500MPa의 조건에서 5~30분간 수행되는 것이 바람직하다. 상기 초고압 처리 온도가 상기 범위내일 경우 목적하는 초고압 처리에 따른 효과를 최적으로 얻을 수 있으며, 초고압 처리 압력이 100MPa 미만일 경우에는 고분자에 큰 영향을 주지 않는 압력으로 키토산의 결정분자 등에 영향을 주지 않아 이후 진행되는 효소분해 시 반응효율성 증대 효과가 미미할 수 있다. 또한 초고압 처리 시간이 5분 미만일 경우에는 초고압 처리에 따른 효과가 미미할 수 있으며, 30분을 초과할 경우에는 처리시간 증가에 따른 처리 효과가 미미할 수 있다.

상기와 같은 키토산의 초고압 처리에 의하면 키토산의 결정분자에 영향을 주게 되고, 엔탈피의 감소를 동반하여, 이후 키토산의 효소 처리 시 반응속도 및 환원당 생성을 증가시킬 수 있게 된다. 또한 상기 초고압 처리된 키토산은 초고압 처리를 하지 않은 키토산과 비교하여 수분결합력, 열역학적 특성 등 물리화학적 특성이 우수하다.

상기 초고압 처리된 키토산 용액은 -80℃ 정도에서 동결건조를 실시한다.

이후 상기 초고압 처리된 키토산에 키토산 분해효소(Chitosanases)를 가하여 효소반응을 실시한다.

구체적으로, 상기 초고압 처리된 키토산에 초산 용액을 가하여 키토산을 용해시키고, 여기에 초산나트륨을 가하여 pH 4.5~6.0가 되도록 조절하여 키토산의 농도가 0.1~5%(w/v), 바람직하게는 0.5%(w/v)가 되도록 한다.

그 다음, 상기 초고압 처리된 키토산 용액에 키토사나아제 등과 같은 키토산 분해효소를 첨가하여 효소반응시킨다.

상기 키토산 분해효소는 당질가수분해효소군의 하나로, 아미노당인 D-글루코사민 고분자인 키토산의 β-1,4-글루코사이드 결합을 가수분해하는 효소이다. 상기 키토산 분해효소는 초고압 처리된 키토산 1g당 1.5~3.5unit으로 첨가하는 것이 바람직하다.

또한 상기 효소반응은 pH 4.0~6.0, 30~50℃의 온도에서 5분~24시간 동안 실시하여 고분자량인 키토산을 저분자량인 키토올리고당으로 분해되도록 한다. 이때, 필요에 따라 교반하면서 반응을 실시할 수도 있다.

저분자량으로 분해된 분해 혼합물은 이어서 통상의 방법에 따라 여과하여 미반응 물질을 제거하고 정제하여 키토올리고당을 얻을 수 있다.

상기 여과 시 필터는 prefilter 및 Zeta filter 등을 사용할 수 있다. 상기 필터를 사용하여 단계적으로 여과하여 미반응물질을 제거하고, 한외여과막(ultrafiltration membrane) 등을 이용하여 키토올리고산 용액을 정제한다. 한외여과막은 막의 구멍 통과하는 분자량 크기인 분자량한계범위(MWCO, Molecular weight cut-off)에 의하여 막의 규격이 결정되며, 1회 또는 필요에 따라 수회 반복 실시될 수 있다. 이때, 반복하여 정제하는 과정에서 상기 한외여과막의 막 사이즈를 다르게 조절함으로써 키토올리고당을 원하는 분자량으로 얻을 수 있다.

상기와 같이 제조된 본 발명의 키토올리고당은 체내의 지방산의 흡수를 저해시켜 중성 지방의 양을 조절하고, 혈중 콜레스테롤 수치를 낮추는 작용을 한다. 또한 체내에 흡수되어 면역체계를 활성화시켜 신체 면역력을 증가시키는 면역력 증강기능, 미샌물의 세포막과 결합하여 미생물의 증식을 억제함으로써 항균작용을 나타내는 항균기능 등에 매우 탁월한 효과를 가진다.

또한 본 발명은 상기와 같이 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 제조된 키토올리고당을 유효성분으로 포함하는 식품, 약학 또는 화장료 조성물을 제공한다.

상기 키토올리고당은 상기 식품, 약학 또는 화장료 조성물에 0.1~95중량%로 포함되는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1~80중량%로 포함되는 것이다. 그 함량이 0.01중량% 미만일 경우에는 복용의 효율성이 떨어질 수 있으며, 95중량%를 초과할 경우에는 제형화에 어려움이 있을 수 있다.

본 발명의 키토올리고당이 식품 조성물의 제조에 사용될 경우 키토올리고당을 그대로 첨가하거나, 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 혼합하여 사용되는 등 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다.

구체적인 예로, 식품 또는 음료의 제조 시에는 본 발명의 키토올리고당은 원료에 대하여 15중량% 이하, 바람직하게는 10중량% 이하의 양으로 첨가되는 것이다. 그러나 건강 및 위생을 목적으로 하거나 또는 건강 조절을 목적으로 하여 장기간 섭취할 경우에는 상기 범위 이하의 양으로 첨가될 수 있으며, 안전성 면에서 아무런 문제가 없기 때문에 유효성분은 상기 범위 이상의 양으로도 사용될 수 있다.

상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 본 발명의 키토올리고당을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소시지, 빵, 초콜릿, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 수프, 음료수, 차, 드링크제, 알코올 음료, 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 건강식품을 모두 포함한다.

본 발명의 식품 조성물이 음료로 제조될 경우 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등의 추가 성분을 포함할 수 있다. 상기 천연 탄수화물로는 포도당, 과당 등의 모노사카라이드; 말토오스, 수크로오스 등의 디사카라이드; 덱스트린, 사이클로덱스트린 등의 천연 감미제나 사카린, 아스파르탐 등의 합성 감미제 등이 사용될 수 있다. 상기 천연 탄수화물은 본 발명의 식품 조성물 총 중량에 대하여 0.01~10중량%, 바람직하게는 0.01~0.1중량%로 포함되는 것이다.

상기 외에 본 발명의 식품 조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 포함할 수 있다. 뿐만 아니라, 본 발명의 조성물은 천연 과일주스, 과일주스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 포함할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 상기의 첨가제 비율은 크게 제한되지는 않으나, 본 발명의 식품 조성물 총 중량에 대하여 0.01~0.1중량% 범위내로 포함되는 것이 좋다.

본 발명의 키토올리고당이 약학 조성물의 제조에 사용될 경우, 통상적으로 사용하는 적절한 담체, 부형제 및 희석제를 더 포함할 수 있다. 또한 통상의 방법에 따라 산제, 과립제, 정제, 캡슐제, 현탁액, 에멀젼, 시럽, 에어로졸 등의 경구형 제형, 연고나 크림 등의 외용제, 좌제 및 멸균 주사용액의 형태로 제형화하여 사용될 수 있다. 당해 기술 분야에 알려진 적합한 제제는 문헌(Remington's Pharmaceutical Science, 최근, Mack Publishing Company, Easton PA)에 개시되어 있는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 포함될 수 있는 담체, 부형제 및 희석제로는 락토오스, 덱스트로오스, 수크로오스, 소르비톨, 만니톨, 자일리톨, 에리스리톨, 말티톨, 전분, 아카시아 고무, 알지네이트, 젤라틴, 칼슘 포스페이트, 칼슘 실리케이트, 셀룰로오스, 메틸 셀룰로오스, 미정질 셀룰로오스, 폴리비닐 피롤리돈, 물, 메틸히드록시 벤조에이트, 프로필히드록시 벤조에이트, 탈크, 마그네슘 스테아레이트, 광물유 등이 있다. 상기 조성물을 제제화할 경우에는 보통 사용하는 충진제, 증량제, 결합제, 습윤제, 붕해제, 계면활성제 등의 희석제 또는 부형제를 사용하여 조제된다. 경구투여를 위한 고형제제에는 정제, 환제, 산제, 과립제, 캡슐제 등이 포함되며, 이러한 고형제제는 상기 조성물에 적어도 하나 이상의 부형제, 예를 들면 전분, 칼슘 카보네이트(calcium carbonate), 수크로오스, 락토오스, 젤라틴 등을 섞어 조제된다. 또한 단순한 부형제 이외에 마그네슘 스테아레이트, 탈크 같은 윤활제들도 사용된다. 경구를 위한 액상 제제로는 현탁제, 내용액제, 유제, 시럽제 등이 해당되는데 흔히 사용되는 단순 희석제인 물, 리퀴드 파라핀 이외에 여러 가지 부형제, 예를 들면 습윤제, 감미제, 방향제, 보존제 등이 포함될 수 있다. 비경구 투여를 위한 제제에는 멸균된 수용액, 비수성용제, 현탁제, 유제, 동결건조 제제, 좌제 등이 포함된다. 비수성용제, 현탁제로는 프로필렌글리콜(propylene glycol), 폴리에틸렌 글리콜, 올리브 오일과 같은 식물성 기름, 에틸올레이트와 같은 주사 가능한 에스테르 등이 사용될 수 있다. 좌제의 기제로는 위텝솔(witepsol), 마크로골, 트윈(tween) 61, 카카오지, 라우린지, 글리세로제라틴 등이 사용될 수 있다.

본 발명에서 사용되는 용어 "투여"는 임의의 적절한 방법으로 개체에게 소정의 본 발명의 조성물을 제공하는 것을 의미한다.

본 발명은 약학 조성물은 연구자, 수의사, 의사 또는 기타 임상에 의해 생각되는 조직계, 동물 또는 인간에서 생물학적 또는 의학적 반응을 유도하는 유효 성분 또는 약학적 조성물의 양, 즉 치료되는 질환 또는 장애의 증상의 완화를 유도하는 양인 치료상 유효량으로 투여할 수 있다. 본 발명의 약학 조성물에 대한 치료상 유효 투여량 및 투여횟수는 원하는 효과에 따라 변화될 것임은 당업자에게 자명하다. 그러므로, 투여될 최적의 투여량은 당업자에 의해 쉽게 결정될 수 있으며, 질환의 종류, 질환의 중증도, 조성물에 함유된 유효성분 및 다른 성분의 함량, 제형의 종류, 및 환자의 연령, 체중, 일반 건강 상태, 성별 및 식이, 투여시간, 투여 경로 및 조성물의 분비율, 치료기간, 동시 사용되는 약물을 비롯한 다양한 인자에 따라 조절될 수 있다. 바람직한 효과를 위해서, 본 발명의 약학 조성물은 1~10,000㎎/㎏/day할 수 있으며, 하루에 한번 투여할 수도 있고, 수회에 나누어 투여할 수도 있다.

본 발명의 약학 조성물은 개체에게 다양한 경로로 투여될 수 있다. 투여의 모든 방식은 예상될 수 있는데, 예를 들면, 경구, 직장 또는 정맥, 근육, 피하, 자궁 내 경막 또는 뇌혈관 내 주사에 의해 투여될 수 있다.

또한 본 발명의 조성물은 단독으로, 또는 수술, 방사선 치료, 호르몬 치료, 화학 치료 또는 생물학적 반응 조절제를 사용하는 방법들과 병용하여 사용할 수 있다.

상기 키토올리고당이 화장료 조성물로 사용될 경우, 상기 키토올리고당 이외에 화장료 조성물에 통상적으로 사용되는 항산화제, 안정화제, 용해화제, 비타민, 안료, 향료 등과 같은 통상적인 보조제 및 담체가 더 포함될 수 있다. 예를 들어, 상기 화장료 조성물에는 글리세린, 부틸렌 글라이콜, 폴리옥시에칠렌 경화피마자유, 토코페릴 아세테이트, 시트릭산, 판테놀, 스쿠알란, 소듐 시트레이트, 알란토인 등의 보조성분이 추가로 더 포함될 수 있다.

본 발명의 화장료 조성물은 기본적으로 피부에 도포되는 것이므로, 당업계의 화장료 조성물을 참조하여 통상적으로 제조되는 어떠한 제형으로도 제조될 수 있다. 예를 들어, 용액, 현탁액, 유탁액, 페이스트, 겔, 크림, 로션, 파우더, 비누, 계면활성제-함유 클린싱, 오일, 분말 파운데이션, 유탁액 파운데이션, 왁스 파운데이션 및 스프레이 등으로 제형화될 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다. 보다 상세하게는, 유연 화장수, 영양 화장수, 영양크림, 마사지크림, 에센스, 아이크림, 클렌징크림, 클렌징폼, 클렌징워터, 마스크팩, 스프레이 또는 파우더의 제형으로 제조될 수 있다.

본 발명의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로 동물성유, 식물성유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크, 산화아연 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우에는 담체 성분으로 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트, 폴리아미드 파우더 등이 포함될 수 있고, 특히 스프레이인 경우에는 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판/부탄, 디메틸 에테르 등의 추진체를 포함할 수 있다.

본 발명의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로 용매, 용해화제, 유탁화제 등이 포함될 수 있고, 구체적으로 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜, 소르비탄의 지방산 에스테르 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로 물, 에탄올, 프로필렌글리콜 등의 액상 희석제; 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르 등의 현탁제; 미소결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가, 트라칸트 등이 포함될 수 있다.

본 발명의 제형이 계면-활성제 함유 클린징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르 설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 이세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성유, 라놀린유도체, 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등이 포함될 수 있다.

이하에서는 실시예를 들어 본 발명에 관하여 더욱 상세하게 설명할 것이나. 이들 실시예는 단지 설명의 목적을 위한 것으로 본 발명의 보호 범위를 제한하고자 하는 것은 아니다.

실시예 1. 키토산의 초고압 처리

키토산 20g(고형분 무게 기준)에 키토산에 포함된 수분과 증류수의 합이 600g이 되도록 증류수를 첨가하였다. 상기 증류수가 첨가된 키토산을 플라스틱 파우치팩에 넣어 밀봉하여 균일하게 흔들어 준 다음, 초고압 장치(Autoclave Engineers, A division of Snap-tite, Inc.)에 넣고 압력 전달 매개로서 증류수를 이용하여 상온(25℃)에서 100, 300, 500MPa의 압력으로 5, 10, 30분간 압력을 가하여 초고압 처리를 실시하였다. 이어서 초고압 처리된 시료를 동결건조기(-80℃)에서 건조하였다.

실시예 2. 초고압 처리된 키토산의 수분결합력 측정

수분결합력은 시료와 수분과의 친화성을 나타내며, 이때 결합된 수분은 시료의 입자에 흡수되거나 시료입자의 표면에 흡착되는 것으로 알려져 있다. 이에 본 실험예에서는 초고압 처리된 키토산의 수분결합력을 측정하기 위하여 상기 실시예 1에서 초고압 처리한 키토산 1g에 증류수 10mL를 넣은 후, 25℃, 200rpm 조건에서 1시간 동안 교반시킨 후 원심분리기를 이용하여 25℃, 10,000rpm에서 1시간 동안 원심분리하여 수분결합력을 측정하고, 그 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

초고압 처리 조건	수분결합력(%)
초고압 처리 전	649.80±6.61
100MPa (5min)	695.53±7.79
100MPa (10min)	699.13±6.55
100MPa (30min)	705.03±4.29
300MPa (5min)	719.23±8.67
300MPa (10min)	724.30±14.13
300MPa (30min)	713.47±6.91
500MPa (5min)	716.00±1.93
500MPa (10min)	751.10±6.15
500MPa (30min)	747.87±0.76

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 키토산의 초고압 처리에 따른 수분결합력은 압력의 변화에 따라 유의적으로 증가하였으며, 500MPa > 300MPa > 100MPa > 초고압 처리 전 키토산 순으로 나타남을 확인할 수 있었다.

실시예 3. 초고압 처리된 키토산의 DSC 열분석

상기 실시예 1에서 100, 300, 500MPa에서 10분간 초고압 처리한 키토산의 열역학적 특성을 알아보기 위해 30~350℃에서 5℃/min의 조건으로 DSC 열분석을 실시하고, 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.

하기 표 2에서 To는 개시온도를, Tp는 피크온도, Tc는 종료온도, △H는 엔탈피를 의미한다.

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1의 초고압 처리된 키토산은 초고압 처리를 실시하지 않은 키토산과 비교하여 개시온도(To), 피크온도(Tp) 및 종료온도(Tc)의 값은 ±10 정도로 비슷한 값을 나타내었지만, △H(엔탈피)의 경우에는 초고압 전 키토산 > 100MPa (10분) > 300MPa (10분) > 500MPa (10분)의 순서로, 초고압 처리 시 압력이 높을수록 △H가 낮아짐을 확인할 수 있었다.

실시예 4. 초고압 처리된 키토산의 효소반응

상기 실시예 1에서 초고압 처리된 키토산에 1M 초산(acetic acid)을 가하여 용해시킨 후 1M의 초산나트륨(sodium acetate)을 가하여 pH가 5.0이 되도록 조절하였으며, 시료의 최종 농도는 0.5%(w/v)가 되도록 하였다. 상기 시료 용액을 40℃, 120rpm로 맞춰진 항온 진탕수조(shaking water bath)에서 5분간 가온한 다음, 여기에 키토산 1g당 1.5~3.5unit의 키토산 분해효소(chitosanase)((주)아미코젠(Amicogen, Inc.)에서 구입) 첨가하여 반응을 시작하였다. 반응시작 후 1,400분 동안 각 시간별로 상층액을 취한 후 생성된 환원당의 함량을 DNS 발색법을 이용하여 측정하였으며, 생성된 환원당의 양은 glucosamine을 standard로 이용하여 정량하였다. 초고압 처리에 따른 키토산의 효소반응은 도 1에 나타내었다.

도 1에 도시한 바와 같이, 100, 300, 500MPa의 압력으로 처리된 키토산과 초고압 처리 전의 키토산을 각각 효소반응시킬 경우 초고압 처리를 실시한 키토산이 반응속도가 더 증가함을 확인할 수 있었다. 초고압 처리 시 시간에 따른 효소반응 속도에는 큰 차이를 나타내지 않았으며, 도 1d와 같이 일정한 시간 동안 100, 300, 500MPa의 압력으로 처리한 키토산을 효소반응시켰을 때 초고압 처리의 압력이 증가할수록 효소반응의 속도가 증가함을 확인할 수 있었다.

또한, 효소반응의 피팅(fitting)을 통해서 최대로 얻을 수 있는 반응속도를 측정하기 위해 환원당 생성량을 측정하여 하기 표 3에 나타내었다.

초고압처리	환원당생성량 (㎎ glucosamine equiv./mL)
초고압처리전	4.417
100 MPa	5.128
300 MPa	5.366
500 MPa	5.999

상기 표 3에 나타낸 바와 같이, 상기 실시예 1에서 초고압 처리된 키토산의 경우에는 초고압 처리 전의 키토산과 비교하여 초고압 처리 시 압력이 증가할수록 환원당생성량이 16.1%(100MPa), 21.5%(300MPa), 35.8%(500 MPa)로 증가됨을 확인할 수 있었다.

실시예 5. 초고압 처리된 키토산의 효소반응물 분석

상기 실시예 4의 효소반응에 따라 생성된 반응물을 TLC를 이용하여 분석하여 그 결과를 도 2에 나타내었다. 전개용매로 n-프로판올(propanol):암모니아수(ammonia water)=2:1을, 발색시약은 0.1% 닌하이드린(ninhydrin in butanol)을 사용하였다.

도 2에 도시한 바와 같이, 효소처리 시간이 증가할수록 반응물의 양이 전반적으로 증가되었으며, 생성물의 길이 또한 2~6개((GlcN)₂~(GlcN)₆)에서 2~4개((GlcN)₂~(GlcN)₄)로 전반적인 키토올리고당의 길이가 짧아짐을 확인할 수 있었다. 뿐만 아니라, 초고압을 처리하지 않은 키토산보다 초고압을 처리한 키토산에서 동일한 반응 시간 동안 더 많은, 그리고 더 빠르게 반응물이 생성됨을 알 수 있었으며, 전반적인 반응물의 패턴은 동일함을 알 수 있었다.

실시예 6. 초고압 처리된 키토산의 효소반응물 구조

상기 실시예 4의 초고압 처리에 따른 효소반응 전, 후의 키토산의 구조적인 특성을 측정하기 위하여, 상기 실시예 4에서 효소반응시킨 키토산 및 초고압 처리 키토산을 동결건조시킨 후, 주사전자현미경을 이용하여 키토산 구조의 변화를 관찰하여 도 3에 나타내었다.

도 3에 도시한 바와 같이, 키토산을 100, 300, 500MPa에서 초고압 처리한 후 구조 변화를 관찰한 결과 초고압 처리 후 키토산 표면에 균열 및 굴곡이 생김을 확인할 수 있었다. 또한 효소처리 후에는 초고압 처리에 의해 표면 자체가 홈이 더욱 커지거나 입자표면이 더 빠르게 파괴됨을 관찰할 수 있었다.

이상과 같은 결과로부터, 본 발명에 따라 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용하여 키토올리고당을 제조할 경우 키토산의 결정분자에 영향을 주고, 엔탈피의 감소를 동반하게 되며, 이로 인해 효소반응이 보다 효율으로 이루어져 반응효율성을 현저히 향상시킴을 알 수 있었다.

제제예 1. 식품 제제의 제조

건강식품 제조

키토올리고당 100㎎, 비타민 혼합물 적량, 비타민 A 아세테이트 70g, 비타민 E 1.0㎎, 비타민 B1 0.13㎎, 비타민 B2 0.15㎎, 비타민 B6 0.5㎎, 비타민 B12 0.2g, 비타민 C 10㎎, 비오틴 10g, 니코틴산아미드 1.7㎎, 엽산 50g, 판토텐산 칼슘 0.5㎎, 무기질 혼합물 적량, 황산제1철 1.75㎎, 산화아연 0.82㎎, 탄산마그네슘 25.3㎎, 제1인산칼륨 15㎎, 제2인산칼슘 55㎎, 구연산칼륨 90㎎, 탄산칼슘 100㎎ 및 염화마그네슘 24.8㎎을 혼합한 다음, 과립을 제조하고 통상의 방법에 따라 건강식품을 제조하였다. 이때, 상기 비타민 및 미네랄 혼합물의 조성비는 비교적 건강식품에 적합한 성분을 바람직한 실시예로 혼합 조성하였지만, 그 배합비를 임의로 변형 실시하여도 무방하다.

건강음료 제조

통상의 건강음료 제조방법에 따라 키토올리고당 100㎎, 비타민 C 15g, 비타민 E(분말) 100g, 젖산철 19.75g, 산화아연 3.5g, 니코틴산아미드 3.5g, 비타민 A 0.2g, 비타민 B1 0.25g, 비타민 B2 0.3g 및 정량의 물을 혼합한 다음, 약 1시간 동안 85℃에서 교반 가열한 후 만들어진 용액을 여과하여 멸균된 2L 용기에 취득하여 밀봉 멸균한 뒤 냉장 보관하여 건강음료를 제조하였다. 이때, 상기 조성비는 비교적 기호음료에 적합한 성분을 바람직한 실시예로 혼합 조성하였지만 수요계층이나, 수요국가, 사용용도 등 지역적, 민족적 기호도에 따라서 그 배합비를 임의로 변형 실시하여도 무방하다.

제제예 2. 약학 제제의 제조

산제 제조

키토올리고당 20㎎, 유당 100㎎ 및 탈트 10㎎을 혼합하고 기밀포에 충진하여 산제를 제조하였다.

정제 제조

키토올리고당 10㎎, 옥수수전분 100㎎, 유당 100㎎ 및 스테아린산 마그네슘 2㎎을 혼합한 후 통상의 정제의 제조방법에 따라서 타정하여 정제를 제조하였다.

캡슐제 제조

통상의 캡슐제 제조방법에 따라 키토올리고당 10㎎, 결정성 셀룰로오스 3㎎, 락토오스 14.8㎎ 및 마그네슘 스테아레이트 0.2㎎을 혼합하고 젤라틴 캡슐에 충전하여 캡슐제를 제조하였다.

주사제 제조

통상의 주사제의 제조방법에 따라 1앰플당(2mL) 키토올리고당 10㎎, 만니톨 180㎎, 주사용 멸균 증류수 2,974㎎ 및 Na₂HPO₄· 2H₂O 26㎎으로 제조하였다.

액제 제조

통상의 액제의 제조방법에 따라 정제수에 키토올리고당 20㎎, 이성화당 10g 및 만니톨 5g을 가하여 용해시키고 레몬향을 적량 가한 다음 상기의 성분을 혼합하였다. 그 다음 정제수를 더 가하여 전체 100mL로 조절한 후 갈색병에 충진하고 멸균시켜 액제를 제조하였다.

제제예 3. 화장품 제제의 제조

유연화장수 제조

키토올리고당 0.1중량%, 1,3-부틸렌글리콜 5.2중량%, 올레일알코올 1.5중량%, 에탄올 3.2중량%, 폴리솔베이트 20 3.2중량%, 벤조페논-9 2.0중량%, 카르복실비닐폴리머 1.0중량%, 글리세린 3.5중량%, 미량의 향, 미량의 방부제 및 잔량의 정제수를 혼합하여 통상의 방법으로 유연화장수를 제조하였다.

밀크로션 제조

키토올리고당 0.1중량%, 글리세린 5.1중량%, 프로필렌글리콜 4.2중량%, 토코페릴아세테이트 3.0중량%, 유동파라핀 4.6중량%, 트리에탄올아민 1.0중량%, 스쿠알란 3.1중량%, 마카다미아너트오일 2.5중량%, 폴리솔베이트 60 1.6중량%, 솔비탄세스퀴롤레이트 1.6중량%, 프로필파라벤 0.6중량%, 카르복실비닐폴리머 1.5중량%, 미량의 향, 미량의 방부제, 잔량의 정제수를 혼합하여 통상의 방법으로 밀크로션을 제조하였다.

영양크림 제조

키토올리고당 0.5중량%, 글리세린 4.0중량%, 바셀린 3.5중량%, 트리에탄올아민 2.1중량%, 유동파라핀 5.3중량%, 스쿠알란 3.0중량%, 밀납 2.6중량%, 토코페릴아세테이트 5.4중량%, 폴리솔베이트 60 3.2중량%, 카르복실비닐폴리머 1.0중량%, 솔비탄세스퀴올레이트 3.1중량%, 미량의 향, 미량의 방부제 및 잔량의 정제수를 혼합하여 통상의 방법으로 영양크림을 제조하였다.

마사지크림 제조

키토올리고당 0.5중량%, 글리세린 4.0중량%, 바셀린 3.5중량%, 트리에탄올아민 0.5중량%, 유동파라핀 24.0중량%, 스쿠알란 3.0중량%, 밀납 2.1중량%, 토코페릴아세테이트 0.1중량%, 폴리솔베이트 60 2.4중량%, 카르복실비닐폴리머 1.0중량%, 솔비탄세스퀴올레이트 2.3중량%, 미량의 향, 미량의 방부제 및 잔량의 정제수를 혼합하여 통상의 방법으로 마사지크림을 제조하였다.

세정용 바디클렌저 제조

키토올리고당 1g, 음이온계면활성제 18g, 비이온계면활성제 5g, 글리세린 7g, 소듐클로라이드 3g, 천연올리브액상비누 1.5g, 향료 1g 및 물 100g을 혼합하여 통상의 방법으로 세정용 바디클렌저를 제조하였다.

비록 본 발명이 상기에 언급된 바람직한 실시예로서 설명되었으나, 발명의 요지와 범위로부터 벗어남이 없이 다양한 수정이나 변형을 하는 것이 가능하다. 또한 첨부된 청구 범위는 본 발명의 요지에 속하는 이러한 수정이나 변형을 포함한다.

Claims (8)

1. 초고압 처리된 키토산을 기질로 이용한 키토올리고당의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 키토올리고당은,
   (S1)키토산을 초고압 처리하는 단계; 및
   (S2)상기 초고압 처리된 키토산을 효소반응시키는 단계;
   를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는 키토올리고당의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   상기 (S1)단계의 초고압 처리는,
   키토산에 증류수를 첨가하는 단계;
   상기 증류수가 첨가된 키토산에 초고압 처리하는 단계; 및
   상기 초고압 처리된 키토산 용액을 동결건조하는 단계;
   를 포함하여 수행되는 것을 특징으로 하는 키토올리고당의 제조방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 초고압 처리는 온도 0~40℃, 압력 100MPa 이상의 조건에서 5~30분간 수행되는 것을 특징으로 하는 키토올리고당의 제조방법.
5. 제2항에 있어서,
   상기 (S2)단계의 효소반응은,
   초고압 처리된 키토산을 초산용액에 용해시킨 후 pH 4.0~6.0, 온도 30~50℃의 조건에서 키토산 분해효소(chitosanases)를 1.5~3.5unit/g으로 첨가하여 5분~24시간 동안 반응시키는 것을 특징으로 하는 키토올리고당의 제조방법.
6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 키토올리고당을 유효성분으로 포함하는 식품 조성물.
7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 키토올리고당을 유효성분으로 포함하는 약학 조성물.
8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 키토올리고당을 유효성분으로 포함하는 화장료 조성물.

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