KR20160049631A - 핵산을 촉매로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 유단백 함유 유제품 분말과 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말을 혼합한 후, 물을 혼합하여 반응시키는 제1반응 단계; 및 상기 제1반응 단계의 반응물에 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 첨가하여 반응시키는 제2반응 단계;를 포함하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법에 관한 것으로, 종래의 핵산을 촉매로 이용하지 않은 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법과 비교했을 때 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 미네랄 함량은 동등하면서도, 생산수율에 있어서는 최대 1300 %까지 증진된다. 또한 본 발명은 가열처리 공정을 이용하지 않을 수도 있으므로 생산 비용을 낮출 수 있고, 살균되지 않은 유청분말 뿐만 아니라 공급이 용이한 다양한 유단백 함유 유제품을 원료로 제조할 수 있다는 점에서 생산 용이성이 현저히 뛰어나다.
Description
본 발명은 유기태 미네랄 공급원의 제조방법에 관한 것이다. 특히 핵산을 촉매로 이용하여 유단백 함유 유제품으로부터 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제조하는 방법에 관한 것이다.
동식물의 정상적인 성장에는 필수적으로 일정량의 미네랄이 필요하다. 인간을 포함하는 동물에서도 칼슘, 아연, 마그네슘, 칼륨, 철, 구리, 셀렌, 크롬, 몰리브덴 및 요오드 등의 미네랄 필요하고, 이러한 미네랄은 동물 조직에서 차지하는 비율은 대단히 적지만 골격을 형성하고, 체내 삼투압을 조절하며, 체액의 산-염기 평형을 유지시키고, 효소계의 활성제로 또는 효소 자체의 구성성분으로 관여하는 등 그 역할이 다양하다.
그러나 미네랄은 체내에서 합성될 수 없으므로 외부로부터 공급되어야 하며, 주로 염산염, 황산염, 질산염, 인산염, 탄산염 등의 무기태 미네랄의 형태로 공급되지만, 무기태 미네랄은 생체 이용율이 매우 낮다.
반면에 유기태 미네랄은 생체 이용율은 높지만 가격이 높거나 위생적인 문제로 인하여 식품, 의약, 사료, 비료 등의 미네랄 급원으로 널리 사용하는데에는 한계에 직면해 있다.
한국특허공보 제10-0513011호는 칼슘과 고분자 핵산물질을 결합시킨 가용성 칼슘-핵산물질 복합체를 제조하고 있으나, 연어 정소에서 추출한 고분자 핵산물질을 사용하여 위생상 문제가 있을 수 있고, 제조방법이 복잡하며, 생산비용은 높은 반면 생산수율이 낮고, 칼슘 이외의 다른 미네랄의 유기태화가 가능한지 불확실하다는 한계가 있었다.
또한 한국특허공보 제10-1166546호는 살균처리되지 않은 유청 분말에 칼슘을 결합시켜 유기태화 칼슘 강화 유단백질을 제조하고 있으나, 원료가 되는 살균처리되지 않은 유청 분말의 확보가 용이하지 않고, 생산수율이 낮으며, 가열 공정이 포함되어 에너지 비용이 상승하고, 칼슘 이외의 다른 미네랄의 유기태화가 가능한지 불확실하다는 한계가 있었다.
본 발명은 유단백 함유 유제품에 미네랄을 결합시켜 생체이용율이 높은 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제조함에 있어서, 생산수율을 현저히 증진시킬 수 있는 방법을 제공하기 위한 것이다.
본 발명은 유단백 함유 유제품 분말과 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말을 혼합한 후, 물을 혼합하여 반응시키는 제1반응 단계; 및 상기 제1반응 단계의 반응물에 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 첨가하여 반응시키는 제2반응 단계;를 포함하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법을 제공한다.
상기 상기 유단백 함유 유제품 분말의 유단백 함량은 5 내지 100 중량%일 수 있다.
상기 유단백 함유 유제품 분말에 포함된 유단백 100 중량부에 대하여, 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말 5 내지 500 중량부 및 상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말 1 내지 500 중량부 첨가할 수 있다.
상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말의 1 내지 50 배 중량의 물을 혼합할 수 있다.
상기 제1반응 단계 및 상기 제2반응 단계의 반응은 10 내지 100 ℃에서 15 분 내지 5일 동안 수행될 수 있다.
상기 유단백 함유 유제품 분말은 유청분말, 탈염유청분말, 유청단백분말, 카제인단백분말, 탈지분유 및 전지분유 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체는 이노신산, 구아닐산 및 크산틸산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 핵산 단량체일 수 있다.
상기 미네랄은 칼슘, 아연, 마그네슘, 칼륨, 철, 구리, 셀렌, 크롬, 몰리브덴 및 요오드 중에서 선택되는 어느 하나의 미네랄 또는 둘 이상의 복합 미네랄일 수 있다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제공한다.
본 발명은 유단백 함유 유제품에 미네랄을 결합시켜 생체이용율이 높은 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제조함에 있어서, 생산수율을 현저히 증진시킬 수 있는 방법을 제공한다. 특히 핵산을 촉매로 이용하지 않은 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법과 비교했을 때 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 미네랄 함량은 동등하면서도, 생산수율에 있어서는 최대 1300 %까지 증진된다. 또한 본 발명은 가열처리 공정을 이용하지 않을 수도 있으므로 생산 비용을 낮출 수 있고, 살균되지 않은 유청분말 뿐만 아니라 공급이 용이한 다양한 유단백 함유 유제품을 원료로 제조할 수 있다는 점에서 생산 용이성이 현저히 뛰어나다.
따라서 본 발명의 방법으로 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 식품, 의약, 사료 또는 비료 등 광범위한 분야에서 무기태 미네랄을 대체하면서, 무기태 미네랄에 비해 생체이용율이 뛰어나므로 소량 사용만으로도 충분한 미네랄 공급 효과를 달성하면서 과량의 무기태 미네랄 사용으로 인한 변색, 이미, 이취의 발생을 방지할 수 있다.
도 1은 실험예 1에서 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 사진이다.
도 2는 참고예 3에서 A는 유기태화 반응 종료 후의 사진이고, B는 유기태화 반응물을 25 에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후, 상기 원심분리 침전물에 대하여 2 배 중량의 정제수를 혼합 및 현탁하여 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 원심분리하는 세척 과정을 5 회 실시한 후의 사진이다.
도 3은 도 2의 B에서 유기태화 반응물을 첫번째로 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후 얻은 상등액을 상온에서 24시간 경과하였을 때의 사진이다.
도 4는 도 2의 B에서 세척 과정을 3회 실시한 후 동결건조하여 생산수율을 평가하기 위해 얻어진 유기태화 칼슘 및 핵산 복합체의 사진으로 1은 Ca-IMP, 2는 Ca-GMP, 3은 Ca-AMP, 4는 Ca-CMP 및 5는 Ca-MIX의 사진이다.
도 5에는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조된 WPS 및 수용성 미네랄 수용액의 사진을 나타내었다.
도 6의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Ca-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 7의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Fe-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 8의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Zn-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 9의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Cu-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 10의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Se-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 2는 참고예 3에서 A는 유기태화 반응 종료 후의 사진이고, B는 유기태화 반응물을 25 에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후, 상기 원심분리 침전물에 대하여 2 배 중량의 정제수를 혼합 및 현탁하여 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 원심분리하는 세척 과정을 5 회 실시한 후의 사진이다.
도 3은 도 2의 B에서 유기태화 반응물을 첫번째로 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후 얻은 상등액을 상온에서 24시간 경과하였을 때의 사진이다.
도 4는 도 2의 B에서 세척 과정을 3회 실시한 후 동결건조하여 생산수율을 평가하기 위해 얻어진 유기태화 칼슘 및 핵산 복합체의 사진으로 1은 Ca-IMP, 2는 Ca-GMP, 3은 Ca-AMP, 4는 Ca-CMP 및 5는 Ca-MIX의 사진이다.
도 5에는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조된 WPS 및 수용성 미네랄 수용액의 사진을 나타내었다.
도 6의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Ca-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 7의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Fe-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 8의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Zn-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 9의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Cu-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 10의 A는 실험예 3의 제1반응 단계에서 제조한 Se-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
본 발명은 유단백 함유 유제품 분말과 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말을 혼합한 후, 물을 혼합하여 반응시키는 제1반응 단계; 및 상기 제1반응 단계의 반응물에 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 첨가하여 반응시키는 제2반응 단계;를 포함하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법을 제공한다.
상기 유단백 함유 유제품 분말은 유청분말, 탈염유청분말, 유청단백분말, 카제인단백분말, 탈지분유 및 전지분유 중에서 선택되는 어느 하나일 수 있다.
상기 유단백 함유 유제품의 유단백 함량은 5 내지 100 중량%, 바람직하게는 10 내지 95 중량%이다. 예를 들어, 원료의 종류, 제조방법 및 제조사에 따라 유단백 함량은 변화할 수 있으나, 유청분말은 14 중량%, 탈염유청분말은 15 중량%, 유청단백분말은 80 중량%, 카제인단백분말은 95 중량%, 탈지분유는 35 중량%, 전지분유는 27 중량% 정도의 유단백 함량을 가진다. 상기 유단백 함량이 너무 낮으면 미네랄과 킬레이트화 될 수 있는 기질이 적어 최종 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 미네랄 함량을 높이는데 한계가 될 수 있다. 본 발명의 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법을 통해 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 원료로 사용된 유단백 함유 유제품 분말에 비해 미네랄 함량이 현저히 증가한다. 특별히 한정할 필요는 없으나 상기 유단백 함유 유제품은 장시간 살균 또는 가열에 따른 유단백의 변성이 적은 것 예를 들어, 55 ℃ 이상의 온도에서 10 분 미만, 바람직하게는 5 분 미만 가열된 유제품을 사용하는 것이 바람직하다.
상기 유단백 함유 유제품 분말에 포함된 유단백 100 중량부에 대하여, 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말 5 내지 500 중량부, 바람직하게는 50 내지 450 중량부, 더욱 바람직하게는 100 내지 400 중량부 첨가된다. 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말 함량이 상기 하한치 미만이 경우에는 유기태화 미네랄 강화 유단백질에서 유기태화 미네랄 함량을 원하는 수준으로 증가시키는데에 한계가 있고, 상기 상한치를 초과하더라도 미네랄의 유기태화에 소요되는 기질인 유단백 함량이 한계에 다다를 수 있어 유기태화 미네랄 강화 유단백질에서 유기태화 미네랄 함량이 더 증가하지 않고, 투입된 무기태 미네랄 대비 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산수율이 오히려 감소한다.
상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체는 퓨린환의 6번 위치에 수산기(-OH)를 포함하는 퓨린염기가 바람직하고, 예를 들어 상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체는 이노신산, 구아닐산 및 크산틸산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 핵산 단량체일 수 있고, 바람직하게는 이노신산 또는 구아닐산이다. 가장 바람직하게는 이노신산의 나트륨염 또는 구아닌산의 나트륨염이다.
상기 유단백 함유 유제품에 포함된 유단백 100 중량부에 대하여, 상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말 1 내지 500 중량부, 바람직하게는 5 내지 100 중량부, 더욱 바람직하게는 10 내지 50 중량부를 첨가할 수 있고, 상기 범위로 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 소량 첨가함으로써 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 유기태화 미네랄 함량에는 큰 영향을 주지 않지만, 투입된 유단백 함유 유제품 대비 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산수율이 현저히 증가된다.
상기 물은 식품, 의약, 사료 또는 비료나 그 첨가제에 사용되는 물이면 특별히 제한할 필요가 없으나, 바람직하게는 다른 금속염의 영향을 적게하기 위해 탈이온수를 이용하는 것이 바람직하다.
상기 제1반응 단계에서 혼합하는 물의 양은 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말의 1 내지 50 배, 바람직하게는 5 내지 40 배, 더욱 바람직하게는 10 내지 20 배이다. 상기 혼합하는 물의 양이 너무 적은 경우 상기 유단백 함유 유제품 분말과 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말을 용해시키기 어려울 수 있고, 혼합하는 물의 양이 너무 많을 경우 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말과 물의 혼합에 따른 발열 반응이 충분치 못하여 별도의 가열 공정이 필요하게 되므로 제조비용이 상승할 수 있다.
상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말은 표준 상태에서의 물에 대한 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말로, 바람직하게는 용해엔탈피가 -400 내지 - 5 kJ/mol, 더욱 바람직하게는 -200 내지 -10 kJ/mol로서 물에 용해되어 발열반응을 일으킨다.
상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말은 목표로 하는 유기태화 미네랄의 종류에 따라 미네랄의 종류를 통상의 기술자가 선택할 수 있다. 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄의 경우 수용액 상에서 반응하게 될 경우, 특히 소량의 물과 혼합되었을 때 이온화되지 않고 발열 반응을 일으키면서 미네랄과 유단백질의 킬레이트 결합이 형성될 수 있도록 한다.
상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말은 복수의 서로 다른 미네랄을 순차적으로 또는 동시에 혼합할 수 있다. 복수의 서로 다른 미네랄 분말을 혼합하는 경우 그 중의 적어도 하나의 미네랄 분말만 본 발명의 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말이면 충분하고, 그 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말이 다른 미네랄의 킬레이트 결합을 촉진한다.
상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말은 통상의 기술자에게 널리 알려져 있고, 예를 들어 염화칼슘(CaCl2 , CaCl2·H2O, CaCl2·2H2O) 분말, 염화마그네슘(MgCl2, MgCl2·2H2O, MgCl2·4H2O) 분말, 염화알루미늄(AlCl3, AlCl3·6H2O) 분말 등의 염화물 분말, 황산마그네슘(MgSO4, MgSO4·H2O, MgSO4·4H2O), 황산 알루미늄(Al2(SO4)3), 황산칼슘(CaSO4, CaSO4·1/2 H2O, CaSO4·2 H2O) 등의 황산염 분말, 산화칼슘(CaO) 분말, 이산화셀레늄(SeO2) 분말 등의 산화물 분말 등이 필요에 따라 선택될 수 있다.
상기 수용성 미네랄 분말로 염화물 또는 황산염을 사용하는 경우 미네랄이 킬레이트화되는 양이 증가함에 따라 염소 이온 또는 황산 이온의 함량이 증가한다. 이러한 증가된 염소 이온 또는 황산 이온은 물로 세척하는 공정으로 간단히 제거될 수 있다. 예를 들어 염화칼슘을 용해하기 위해 사용된 물의 부피의 0.5 ~ 10 배의 물, 바람직하게는 1 ~ 2 배의 물을 사용하여 1 ~ 5회 반복 세척을 통해 염소 이온의 농도를 무해한 수준으로 낮출 수 있다. 상기 세척은 적절한 양의 물을 첨가한 후 원심분리하여 상등액을 제거하는 방식, 예를 들어 500 ~ 50,000 rpm에서 1 ~ 60 분 원심분리할 수 있고, 이러한 원심분리과정은 온도 조건 설정없이 실온에서 수행될 수 있으나, 25 ℃ 이하, 바람직하게는 15 ℃ 이하로 온도를 일정하게 설정하여 수행될 수 있다.
상기 제1반응 단계 및 상기 제2반응 단계의 반응은 10 내지 100 ℃에서 10 분 내지 5일 동안 수행될 수 있다. 바람직하게는 별도의 가열처리 없이 상온에서 반응시키고 다만, 제1반응은 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말과 물의 혼합에 따른 발열 반응의 반응열에 의해 반응 온도가 상승한다.
상기 제1반응 단계에서 혼합하는 물의 양이 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말의 20 내지 50 배, 바람직하게는 30 내지 50 배, 더욱 바람직하게는 40 내지 50 배인 경우에는, 50 내지 100 ℃, 바람직하게는 70 내지 90 ℃에서 반응시킨다. 상기 반응 온도의 상한치를 초과할 경우 유단백의 변성이 심화되어 유기태화 미네랄 강화 유단백질에서 킬레이트된 미네랄 함량이 오히려 감소할 수 있다.
상기 제2반응 단계에서 미네랄 또는 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말의 종류에 따라 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산수율 증대를 위해 50 내지 100 ℃, 바람직하게는 70 내지 90 ℃에서 반응시킨다. 상기 반응 온도의 상한치를 초과할 경우 유단백의 변성이 심화되어 유기태화 미네랄 강화 유단백질에서 킬레이트된 미네랄 함량이 오히려 감소할 수 있다.
상기 제1반응 단계 및 상기 제2반응 단계에서 반응 시간은 15 분 내지 5 일, 바람직하게는 20 분 내지 24 시간, 더욱 바람직하게는 25 분 내지 12 시간, 가장 바람직하게는 30분 내지 2 시간이다. 상기 제1반응 단계의 반응시간이 상기 범위를 벗어나면 유기태화 미네랄 강화 유단백질에서 킬레이트된 미네랄 함량이 감소할 수 있고, 상기 제2반응 단계의 반응시간이 상기 범위를 벗어나면 투입된 유단백 함유 유제품 대비 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산수율이 감소할 수 있다.
상기 제1반응 단계 및 제2반응 단계는 제1반응 완료 후, 수용액 상태의 반응물에 직접 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 첨가하여 제2반응 단계를 수행할 수도 있고, 필요에 따라서는 제1반응 단계의 수용액 상태의 반응물을 먼저 원심분리 및 세척을 1회 이상 수행하여 건조한 반응물 분말을 물을 넣고 재혼합한 후 제2반응 단계를 수행할 수도 있다. 다만 제1반응 단계에서 침전형성이 약한 반응물의 경우 원심분리 및 세척 과정에서 손실이 발생할 수 있으므로 제1반응 완료 후 그 반응물을 건조하지 않고 바로 제2반응 단계를 수행하는 것이 더 바람직하다.
또한 본 발명은 상기 방법으로 제조되는 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제공한다.
상기 미네랄은 칼슘, 아연, 마그네슘, 칼륨, 철, 구리, 셀렌, 크롬, 몰리브덴 및 요오드 중에서 선택되는 어느 하나의 미네랄 또는 둘 이상의 복합 미네랄일 수 있다. 바람직하게는 칼슘, 아연, 철, 구리 또는 이들 중 어느 하나와 다른 미네랄의 복합 미네랄이다.
상기 본 발명의 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 열풍건조, 분무건조, 동결건조 등 적절한 방법을 통해 건조시켜 분말 형태로 이용하는 것이 사용에 편리하다.
이하 본 발명을 실시예, 실험예 및 제조예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예, 실험예 및 제조예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예, 실험예 및 제조예에 한정되는 것은 아니다.
참고예
1: 제1반응 단계의 반응온도에 따른
킬레이트된
미네랄 분석
1) 시료의 제조방법
치즈 제조 후 생성되는 유청을 농축 후 건조하여 제조된 유청분말(매일유업, 이하 'WPS'라고도 함)을 시료로 사용하였다. 상기 유청분말의 단백질 함량은 14 중량%, 지방 함량은 7 중량%, 회분 함량은 0.5 중량%, 나머지는 탄수화물이었고, 상기 유청분말은 5 분 이상의 가열 또는 살균 처리를 행하지 않은 것이었다.
상기 WPS를 물에 25 중량%로 희석하여 혼합하고, 대조군은 WPS(CNTL)은 가열처리하지 않고, 나머지는 각각 60, 70, 80 및 90 ℃로 30 분간 가열하여, WPS가 보유한 고유의 미네랄의 킬레이트화 정도를 비교하였다. 상기 가열처리한 실험군은 25 ℃에서 3,000rpm으로 20분 원심분리하여 침전물을 얻고, 상기 침전물 중량의 2 배 중량의 정제수를 혼합 및 교반한 후 상기 조건과 동일하게 원심분리하는 세척과정을 5회 반복한 후 동결건조하였다.
2) 실험결과
상기 각각의 실험군에 함유된 미네랄 함량은 IPC방법으로 통해 분석하여 표 1에 나타내었다.
가열처리하지 않은 WPS(CNTL)에 포함된 WPS 고유 미네랄 함량은 칼슘 4,700ppm, 칼륨 21,910ppm, 마그네슘 988ppm, 망간 6,776ppm, 인 6,620ppm, 그리고 황 1,327ppm으로 총 42,363ppm이 검출되었고, 나머지 미네랄들은 10ppm 미만이었다.
가열온도에 따른 킬레이트된 미네랄의 함량은 80 ℃ 처리군이 96,616ppm으로WPS(CNTL) 대비 2.28배의 증가하였고, 70 ℃ 처리군(91,898ppm)은 2.17배, 90 ℃ 처리군(81,413ppm)은 1.92배, 그리고 60 ℃ 처리군(77,991ppm)은 1.84배 순이였다.
WPS(CNTL) 대비 나트륨을 제외한 모든 미네랄 수치가 현저히 증가하였다. 먼저 칼슘의 경우 WPS(CNTL) 대비 4.7 내지 8 배 증가되었고, 철은 5 내지 44 배, 아연은 5.5 내지 9.4 배, 구리는 1.36 내지 105 배, 그리고 마그네슘은 2.6 내지 3.8 배 등 전체적으로 현저히 증가하였다.
따라서 제1반응 단계는 50 내지 100 ℃, 바람직하게는 70 내지 90 ℃에서 수행될 수 있고, 이는 본 참고예 1과 같이 별도의 가열처리를 통해 상기 온도에서 반응이 이루어질 수도 있지만, 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말이 별도로 첨가되는 경우 상기 미네랄과 물의 발열반응에 따른 반응온도의 증가로도 상기 조건은 달성될 수 있을 것으로 예상되었다.
참고예
2: 제1반응 단계의 반응시간에 따른
킬레이트된
미네랄 분석
1) 시료의 제조방법
상기 참고예 1에서 가장 높은 미네랄 킬레이트 활성을 나타내었던 80 ℃로 반응온도를 설정하고, 반응시간은 10, 30, 60, 120 및 180 시간으로 늘려가면서 가열하여, WPS가 보유한 고유의 미네랄의 킬레이트화 정도를 비교하였다. 상기 가열처리한 실험군은 참고예 1과 동일하게 원심분리 및 세척 후 동결건조하였다.
2) 실험결과
상기 각각의 실험군에 함유된 미네랄 함량은 IPC방법으로 통해 분석하여 표 2에 나타내었다.
가열시간 10분째까지는 총 미네랄 함량에서 거의 변화가 없었으나, 30 분째에는 WPS에 비해서 킬레이트된 미네랄 함량이 1.94 배로 증가하였다가, 60 분, 120 분, 180 분까지 시간이 증가하면서 1.84 배, 1.79 배, 1.75 배로 서서히 감소하였다.
따라서 가열시간은 적어도 10 분을 초과하여 15 분 이상, 바람직하게는 20 분 이상, 더욱 바람직하게는 30 분 이상 처리하는 것이 바람직하고, 그 이상 가열처리할 수도 있으나, 가열시간이 길어지면 오히려 킬레이트되는 미네랄 함량이 오히려 감소하는 것을 알 수 있었다.
실험예
1: 제1반응 단계에서 미네랄 종류에 따른
킬레이트된
미네랄 분석 및 생산수율 확인
1) 시료의 제조방법
참고예 1의 WPS 5 중량부(유단백 기준 0.7 중량부)에 대하여, 수용성 미네랄 분말로 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O, Junsei, 일본], 황산제1철[FeSO4·7H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말, 황산아연[ZnSO4·7H2O, 빅솔, 한국] 분말, 황산동[CuSO4·5H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말 및 이산화셀레늄[SeO2] 분말을 2 중량부 분말을 혼합하고, 상기 분말 혼합물에 물 10 중량부를 혼합하여 500 rpm으로 10 분 동안 교반하고, 80 ℃에서 30 분 동안 150 rpm으로 교반하였다. 상기 반응물은 참고예 1과 동일하게 원심분리 및 세척 후 동결건조하였다.
2) 실험결과
상기 각각의 실험군에 함유된 미네랄 함량은 IPC방법으로 통해 분석하여 표 3에 나타내었다. 상기 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 '(사용한 미네랄)-(사용한 유제품)'으로 나타내었고, 그 사진을 도 1에 나타내었다.
상기 미네랄 강화 유단백질들은 각각 사용된 수용성 미네랄 분말의 종류에 따라 해당 미네랄이 WPS의 유단백질에 킬레이트 되어 해당 미네랄의 함량이 현저히 증가되었음을 확인할 수 있었다.
다만 사용된 WPS의 함량 대비, 5회 세척 후 동결건조하여 얻은 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산수율은 6 내지 14 중량%로 매우 낮았기 때문에, 산업적 응용을 위해 생산수율을 증대시킬 수 있는 방법의 모색이 필요함을 알 수 있었다.
실험예
2: 제1반응 단계의 다종 미네랄 투입에 따른
킬레이트된
미네랄 분석 및 생산수율 확인
1) 시료의 제조방법
복수의 미네랄을 함께 혼합했을 때에도, 상기 미네랄들이 각각 유단백질에 킬레이트 되는지를 확인하기 위하여, 참고예 1의 WPS 5 중량부(유단백 기준 0.7 중량부)에 대하여, 수용성 미네랄 분말로 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O, Junsei, 일본], 황산제1철[FeSO4·7H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말, 황산아연[ZnSO4·7H2O, 빅솔, 한국] 분말, 황산동[CuSO4·5H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말 및 이산화셀레늄[SeO2] 분말 중에서 선택되는 각각의 미네랄 분말 1 중량부를 2종 또는 3종 혼합하고, 상기 분말 혼합물에 물 10 중량부를 혼합하여 500 rpm으로 10 분 동안 교반하고, 80 ℃에서 30 분 동안 150 rpm으로 교반하였다. 상기 반응물은 참고예 1과 동일하게 원심분리 및 세척 후 동결건조하였다.
염화칼슘만 첨가한 실험군은 Ca-WPS, 그리고 염화칼슘을 기본으로 하되 별도로 1종 또는 2종의 미네럴을 추가로 동시 유기태화 시킨 실험군을 각각 (Ca+Cu)-WPS, (Ca+Se)-WPS, (Ca+Zn)-WPS, (Ca+Fe)-WPS 그리고 (Ca+Fe+Se)-WPS로 명명하였다.
2) 실험결과
상기 각각의 실험군에 함유된 미네랄 함량은 IPC방법으로 통해 분석하여 표 4에 나타내었다.
염화칼슘만을 단독으로 사용한 Ca-WPS는 칼슘 함량이 34,260ppm이었고, 2 종의 미네랄을 동시 킬레이팅시킨 (Ca+Cu)-WPS는 칼슘 30,250ppm 및 구리 27,090ppm이었고, (Ca+Se)-WPS는 셀레늄만 14,440ppm을 보유하고 있었고, (Ca+Zn)-WPS소재는 칼슘 2,100ppm 및 아연 19,040ppm이었으며, (Ca+Fe)-WPS는 칼슘 38,730ppm 및 철 39,980ppm이었다.
3 종의 미네랄을 동시에 킬레이팅시켜 제조한 (Ca+Fe+Se)-WPS는 칼슘 65,840 ppm, 철 39,020 ppm 그리고 셀레늄 114,500ppm이었다.
WPS 5 중량부에 대하여 미네랄 분말 합계 2 중량부가 혼합된 2 종 미네랄이 투입된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 WPS 함량 대비 생산수율이 4.3 내지 14.5 % 이었고, WPS 5 중량부에 대하여 미네랄 분말 합계 3 중량부가 혼합된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 32.2 %까지 생산수율이 증가하였다.
실험예
3: 제1반응 단계에서 기질 종류 및 가열처리 여부에 따른
킬레이트된
미네랄 분석 및 생산수율 확인
1) 시료의 제조방법
유기태화 기질로 유청분말 대신 탈지분유(단백질 함량 35 중량%)를 사용하는 것이 가능한지 확인하였고, 제1반응 단계의 반응조건에서 80 ℃에서 30분 동안 가열처리한 실험군과 별도의 가열처리하지 않은 실험군으로 나누어 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제조하였다.
탈지분유 10 중량부(유단백 기준 3.5 중량부)와 수용성 미네랄 분말로 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O, Junsei, 일본], 황산제1철[FeSO4·7H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말, 황산아연[ZnSO4·7H2O, 빅솔, 한국] 분말, 황산동[CuSO4·5H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말 및 이산화셀레늄[SeO2] 분말 중에서 선택되는 각각의 미네랄 분말 5 중량부를 분말 혼합하고, 상기 분말 혼합물에 물 100 중량부를 혼합하여 500 rpm으로 10 분 동안 교반하고, 80 ℃에서 30 분 동안 150 rpm으로 교반한 가열처리 실험군과 500 rpm으로 10 분 동안 교반하고, 30 분 동안 150 rpm으로 교반한 비열처리 실험군으로 구분하였다. 상기 각 반응물은 참고예 1과 동일하게 원심분리 및 세척 후 동결건조하였다.
상기 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 '(사용한 미네랄)-(가열여부)(사용한 유제품)'으로 나타내었고, 사용한 미네랄에서 'M'은 상기 5종의 미네랄을 각 1 중량부씩 혼합하여 5 중량부 사용한 것이다.
2) 실험결과
상기 각각의 실험군에 함유된 미네랄 함량은 IPC방법으로 통해 분석하여 비열처리 실험군은 표 5에, 가열처리 실험군은 표 6에 나타내었다.
SMP는 침전물 획득이 불가능하여 생산수율이 0% 이었고, Ca-NHSMP, Fe-NHSMP 및 Cu-NHSMP는 침전물은 생성되었으나 생산수율은 2 % 미만으로 정확한 측정이 어려웠다. 그러나 Zn-NHSMP와 Se-NHSMP 그리고 5종의 미네럴을 복합 처리한 M-NHSMP처리구는 32.8%, 28.9% 그리고 77.9%의 높은 생산수율을 보였다.
SMP에 함유된 칼슘은 10,800ppm, 철은 4ppm, 아연은 31.6ppm, 구리는 0ppm, 셀레늄은 4.61ppm 등을 나타내었다.
Ca-NHSMP는 생산수율은 낮았지만 칼슘 함량이 70,520 ppm으로 SMP의 약 7 배이상 증가하였고, 역시 생산수율이 낮았던 Fe-NHSMP의 경우도 철 함량이 14,000 ppm으로 약 3,500배, Cu-NHSMP는 구리 함량이 약 36,000ppm이상으로 현저히 증가하였다.
생산수율이 약 33%로 높았던 Zn-NHSMP는 아연 함량이 16,000ppm으로 SMP 대비 약 508배, Se-NHSMP는 56,310ppm으로 약 13,000배 이상을 상회하였으며, 가장 높은 생산수율(77.9%)을 보였던 복합미네랄 처리군인 M-NHSMP의 경우는 5종 미네럴중 칼슘은 59,690ppm, 철은 12,910ppm 그리고 셀레늄의 함유량이 47,900ppm으로 높게 나타났는데 아연과 구리이온의 경우는 낮게 나타남으로서, 투입된 미네랄들에서 이온경쟁성을 나타내는 것으로 추정되었다.
상기 결과로부터 제1반응 단계에서 칼슘, 철, 구리 미네랄 분말의 경우 생산수율이 낮았지만, 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질은 현저히 증진된 미네랄 함량을 나타내므로, 생산수율만 증진시킬 수 있다면 제1반응 단계를 비열처리 조건으로 수행하는 것도 가능할 것으로 판단하였다.
제1반응 단계를 비열처리가 아닌 가열처리하였을 때의 킬레이트된 미네랄 함량과 생산수율을 확인하였다.
비열처리 조건에서 생산수율이 2 % 미만으로 측정이 어려웠던, 칼슘, 철, 구리의 경우에도 가열처리 조건에서는 Ca-HSMP는 41.4%, Fe-HSMP 42.8% 그리고 Cu-HSMP처리구는 39%로 생산수율이 현저히 증가하였음을 확인하였다.
그러나 비열처리 조건에서 이미 생산수율이 높았던 아연, 셀레늄 및 복합미네랄에서는 Zn-HSMP 41.8%, Se-HSMP 32.8%, M-HSMP 84%로 비열처리 조건에 비해 5 내지 10 % 정도의 생산수율 증가만 확인할 수 있었다.
따라서 제1반응 단계에서 가열처리를 생산수율 향상은 생산수율이 낮았던 특정 미네랄에서만 효과가 크게 나타났다.
또한 가열처리 조건과 비열처리 조건의 킬레이트된 미네랄 함량을 비교한 결과 미네랄을 단독으로 사용했을 때에는 가열처리 조건이 생산수율은 증가하지만 해당 미네랄의 킬레이트된 함량은 오히려 감소하는 경향을 나타내었고, 유일하게 복합미네랄을 혼합한 M-HSMP에서만 비열처리 조건에 비해 가열처리 조건에서 칼슘은 28%(76,780ppm), 철은 33%(17,150ppm), 아연은 83%(567ppm), 구리는 73%(3,570ppm) 그리고 셀레늄의 경우는 36%(65,330ppm)으로 증가하는 것을 알 수 있었다.
다만 비열처리 조건에서 킬레이트되었던 구리는 가열처리 조건인 Cu-HSMP에서 구리가 검출되지 않아 오히려 가열처리 조건에서 제거됨을 알 수 있었다.
상기 결과로부터 유청분말은 물론 유단백을 함유한 탈지분유 역시 유기태화 미네랄 강화 미네랄 제조의 기질로 활용할 수 있음을 확인하였고, 제1반응 단계에서는 생산수율에 차이가 있을 수는 있으나 가열처리 조건은 물론 비열처리 조건도 미네랄의 킬레이트화는 진행되므로 비열처리 조건으로 진행하는 것도 가능함을 확인하였다.
참고예
3: 핵산 종류에 따른
유기태화
칼슘 및 핵산 복합체의 제조 가능성 확인
1) 시료의 제조방법
퓨린염기를 포함하는 핵산인 5'-이노신산이나트륨(IMP), 5'-구아닐산이나트륨(GMP) 및 5'-아데닐산이나트륨(AMP), 피리딘염기를 포함하는 핵산인 5'-시티딜산이나트륨(CMP), 그리고 이들 4종을 동량으로 혼합한 핵산(MIX) 분말을 각각 5 g씩 분취하여, 정제수 10 g을 25 ℃에서 150 rpm으로 90 분 동안 교반하면서 혼합하여 핵산 수용액을 제조하였다.
상기 각각의 핵산 수용액에 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O(Junsei, 일본)] 5 g을 25 ℃에서 150 rpm으로 90 분 동안 교반하면서 혼합하여 별도의 가열 없이 24 시간 동안 방치하면서 충분히 반응시켰다.
2) 실험결과
유기태화 반응이 종료되면 유기태화 반응물을 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 원심분리하여, 원심분리 전과 후로 구분하여 성상 평가(침전, 용해, 응고, 부착, 겔화 현상)를 비교하였는데, 매우심함(+++), 심함(++), 초기현상 발생(+), 변화없음(-)으로 구분하여 결과를 확인하여 표 7에 나타내었다.
| 평가항목 | 핵산류별 칼슘과의 유기태화 반응특성 | |||||
| Ca - IMP | Ca - GMP | Ca - AMP | Ca - CMP | Ca - MIX (4종) | ||
| 발열반응 유발성 | +++ | +++ | + | ++ | +++ | |
| 성상평가 | 응고 | +++ | +++ | - | - | - |
| 부착 | + | ++ | - | - | - | |
| 침전 | + | ++ | ++ | - | + | |
| 부유 | ++ | + | - | - | - | |
| 용해성 (유기태화 반응전/후) |
수용성 /불용성 |
수용성/ 불용성 |
수용성 /수용성 |
수용성 /수용성 |
수용성 /수용성 |
|
| 비고 | +++ : 매우심함, ++:심함, +:초기발생, -:비반응 | |||||
도 2의 A는 유기태화 반응 종료 후의 사진이고, B는 유기태화 반응물을 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후, 상기 원심분리 침전물에 대하여 2 배 중량의 정제수를 혼합 및 현탁하여 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 원심분리하는 세척 과정을 5 회 실시한 후의 사진이다.
도 3은 도 2의 B에서 유기태화 반응물을 첫번째로 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 동안 원심분리 후 얻은 상등액을 상온에서 24시간 경과하였을 때의 사진이다.
도 4는 도 2의 B에서 세척 과정을 3회 실시한 후 동결건조하여 생산수율을 평가하기 위해 얻어진 유기태화 칼슘 및 핵산 복합체의 사진으로 1은 Ca-IMP, 2는 Ca-GMP, 3은 Ca-AMP, 4는 Ca-CMP 및 5는 Ca-MIX의 사진이다.
단일 또는 4종 혼합 핵산에 대하여 칼슘을 첨가 시, 초기에는 용해성이 매우 좋은 것으로 보였으나 일정 시간이 경과하면 핵산은 칼슘과의 유기태화 반응으로 인하여 발열반응이 발생하는 경향을 보였고, 특히 IMP 및 GMP의 경우는 염화칼슘 분말을 첨가한 후 30 분경에 발열반응이 크게 진행되어 60 ℃ 이상으로 수용액의 온도가 상승하였다.
유기태화 반응에 따라 IMP와 GMP 처리군은 유사하게 침전, 부유, 부착 및 응고현상이 동시에 나타나면서 불용성화 되었고, AMP, CMP 및 MIX 처리군은 대부분이 용해성을 그대로 보유하고 있는 경향을 보였으며, 이러한 초기경향은 1일이 경과시도 유의한 차이를 보이지 않았는데, 다만 CMP 처리군은 점진적인 유기태화 반응이 유발되면서 겔화 현상이 발생하였다.
상기 실험에 사용한 핵산들은 기본적인 구조가 유사하지만, 유기태화 반응을 유도한 후 액상상태를 유지하는 AMP 처리군과 MIX 처리군, 그리고 겔화 패턴 성상을 보유한 CMP 처리군, 그리고 칼슘과 킬레이팅 반응에 따른 불용성 조건을 보유한 IMP와 GMP 처리군으로 구분되었다.
생산수율은 유기태화 반응물을 원심분리 후, 침전물 대비 2 배 정도의 정제수를 혼합 및 현탁하여 25 ℃에서 3,000 rpm으로 20분 원심분리하는 세척 과정을 5 회 실시하여 최종 동결건조후 생산물의 무게를 최초 사용된 기질인 핵산 무게에 대비하여 %로 확인하였다.
생산수율은 Ca-IMP는 69.6%, Ca-GMP는 74.1%, Ca-AMP는 81.48%, Ca-CMP는 1.2% 그리고 Ca-Mix처리군은 1.6%의 생산수율을 나타냄을 확인할 수 있었다. 생산수율로만 본다면 가장 효과적인 유기태화 반응을 보인 핵산은 AMP 처리군이였으며 그리고 IMP 다음으로 GMP 처리군의 순이였다.
상기 제조된 유기태화 미네럴 및 핵산 복합체의 유기태화 효율은 ICP분석을 실시하여 표 8에 나타내고, 당초 기질 대비 목표 미네럴을 포함한 총 15종으로 구분하여 확인하였다.
| Element | Ca-IMP | Ca-GMP | Ca-AMP | Ca-CMP | Ca-MIX | |||||
| Mean | SD | Mean | SD | Mean | SD | Mean | SD | Mean | SD | |
| Ca | 81,569 | 1,208 | 84,498 | 592 | 78 | 53 | ND | 43,393 | 387 | |
| Fe | 4 | 0.1 | 12 | 9 | 0.01 | 7 | 0.01 | 20 | 0.01 | |
| Zn | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| Cu | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| Se | 1 | 0.05 | 13 | 2 | ND | 17 | 5 | 5 | 9 | |
| P | 63,322 | 823 | 59,435 | 597 | 70,919 | 325 | 79,722 | 672 | 63,883 | 2,134 |
| S | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| Mn | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| Mg | 1.00 | 0.10 | 16.3 | 0.20 | ND | ND | 2.30 | 0.10 | ||
| Pb | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| Cd | ND | ND | ND | ND | ND | |||||
| As | 4 | 4 | ND | 3 | ND | ND | ND | |||
| Cr | 3 | 3 | 4 | 0.01 | ND | 3 | 0 | |||
| Hg | ND | ND | ND | ND | 23 | 6 | ||||
| Co | 0.20 | 0.30 | 0.10 | 0.30 | ND | ND | ND | |||
| Sr | 95 | 8 | 53 | 8 | 4 | 3 | 28 | 68 | 92 | 21 |
| 비고 | 불용성 | 수용성 | 불용성 | |||||||
AMP와 CMP 처리군의 침전물내 칼슘의 킬레이팅 효능이 거의 없음이 평가되었는데, 이는 상등액으로 칼슘이 분리된 것으로 확인되었으며, 불용성으로 유기태화 반응이 종결되었던 Ca-IMP는 칼슘의 함유량이 81,569ppm, Ca-GMP는 84,498ppm이 검출되었다.
액상화 되는 패턴을 보였던 Ca-Mix 처리군의 침전물내 칼슘함유량을 조사한 결과에서는 43,393ppm이 검출되어 Ca-IMP 혹은 Ca-GMP의 절반수준의 킬레이팅 효능을 보유한 것으로 평가되었는데, 이는 CMP와 AMP로 일부 칼슘 미네럴이 킬레이팅화 되는 반응이 동시에 진행되었고, 또한 침전물과 상등액별 각각 분리시 상등액으로 전이된 것으로 추정되었다.
핵산 중에서 IMP 및 GMP 분말 5g 대비 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O] 5g을 첨가했을 때 50,000~70,000ppm범위에서 유기태화 효율을 나타내는 것으로 평가되었지만, 이는 첨가되는 미네랄별 첨가량을 조절시 유기태화 효율 또한 자유롭게 조절할 수 있을 것으로 예상되었다.
실험예
4: 제2반응 단계에서 핵산 촉매 첨가에 따른
킬레이트된
미네랄 분석 및 생산수율 확인
1) 시료의 제조방법
유기태화 기질로 참고예 1의 유청분말(WPS)을 사용하였다.
무기태 수용성 미네랄 분말로 염화칼슘 분말[CaCl2·2H2O, Junsei, 일본], 황산제1철[FeSO4·7H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말, 황산아연[ZnSO4·7H2O, 빅솔, 한국] 분말, 황산동[CuSO4·5H2O, Yakuri Pure Chemical] 분말 및 소듐셀레나이트[Na2SeO3, XinXianShi Qiyuan Food Additive Co., 중국] 분말을 이용하였다.
퓨린염기 함유 핵산 단량체의 염으로, 상기 참고예 3에서 미네랄과 킬레이트 결합하여 침전하는 능력이 뛰어난 5'-이노신산이나트륨(IMP) 또는 5'-구아닐산이나트륨(GMP) 분말을 촉매로 이용하였다.
제1반응 단계는 WPS 5 중량부 및 수용성 미네랄 분말 1 또는 0.1 중량부를 혼합하고, 그 혼합 분말에 물 10 중량부를 500 rpm으로 30 분 동안 교반하면서 혼합하여 제1반응 단계를 별도의 가열처리 없이 비열처리 조건에서 수행하였다. 상기 수용성 미네랄의 사용량은 염화칼슘 분말, 황산제1철 분말, 황산아연 분말, 황산동 분말은 1 중량부, 소듐셀레나이트 분말은 0.1 중량부(식품첨가물공전에 허용된 미네랄 분말로서, 영양소 소요량을 고려 1/10로 조절함)이었다. 도 5에는 상기 제1반응 단계에서 제조된 WPS 및 수용성 미네랄 수용액의 사진을 나타내었다.
제2반응 단계는 상기 WPS 및 수용성 미네랄 수용액 40 g에 상기 참고예 3에서 미네랄과 킬레이트 반응을 일으키는 퓨린염기 함유 핵산인 IMP 또는 GMP를 0.5, 1, 2, 4 및 8 g을 각각 첨가하여 반응시켰다. 반응조건은 상기 IMP 또는 GMP를 첨가한 후 별도의 가열처리 없이 상온에서 600 rpm으로 1 시간 반응시키거나(비열처리 조건), 또는 상기 비열처리 조건과 같이 상온에서 600 rpm으로 1 시간 반응시킨 후 83 ℃에서 20분 동안 가열처리하여 반응시켰다(가열처리 조건).
상기 제2반응 단계가 종료되면 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분간 원심분리하여 침전물을 얻은 후, 침전물 2 배 중량의 물을 첨가하여 교반한 후 다시 상기 조건으로 원심분리하는 세척과정을 5회 반복하고, 침전물을 동결건조하여 미반응 미네랄, 이온, 핵산을 제거하였다.
도 6의 A는 제1반응 단계에서 제조한 Ca-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 7의 A는 제1반응 단계에서 제조한 Fe-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 8의 A는 제1반응 단계에서 제조한 Zn-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 9의 A는 제1반응 단계에서 제조한 Cu-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
도 10의 A는 제1반응 단계에서 제조한 Se-WPS에 핵산 촉매를 첨가하여 비열처리 조건에서 반응시킨 반응물의 사진이고, B는 A의 반응물을 25 ℃, 3,000 rpm, 20 분 동안 원심분리한 후 사진이며, C는 A의 반응물을 가열처리 조건에서 가열한 후 상기 조건과 같이 원심분리한 후의 사진이다.
2) 실험결과
성상 평가는 제2반응 단계에서 비열처리한 것과 그 후 가열처리한 것을 "/"전후로 구분하여, 응집, 침전, 부유, 부착 등의 성상변화를 비교하였으며, 이때 외관평가시 변화가 심하게 발생한 경우는 +++, 보통은 ++, 발생초기는 + 그리고 비발생인 경우는 -로 표시로 구분하여 결과를 나타내었다. 지방제거도는 지방을 90 % 이상 제거하는 경우는 매우좋음 +++, 50% 이상을 제거하는 경우는 보통 ++, 제거 효과가 일부 있다고 평가되는 경우는 + 그리고 효과가 전혀 없는 경우는 -로 표시하였다.
침전의 정도를 비교했을 때 제2반응 단계에서 비열처리와 가열처리에서 그 침전 정도에 차이가 크지 않았기에, 비열처리 조건과 가열처리 조건의 생산수율은 유사할 것으로 판단되어 비열처리 조건의 생산수율은 계산하지 않았고(NT로 표시), 가열처리 조건에서의 생산수율은 기질로 사용된 WPS 중량 대비 제조된 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 생산중량을 계산하여 나타내었다.
또한 핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군에 비해서 생산수율이 현저히 증가한 실험군들, 또는 생산수율이 동일하거나 다소 낮더라도 산업현장에서 유기태화 미네랄 강화 유단백질을 제조 후 분리하기 위해서는 지방제거율이 높고, 부유가 적은 것이 유리하므로, 이를 종합적으로 고려하여 대량생산에 적합하다고 판단되는 실험군을 노란색 음영으로 표시하였다.
제1반응 단계에서 유기태화 칼슘 강화 유단백질을 제조하고, 제2반응 단계에서 핵산 촉매로 처리하여 제조한 유기태화 칼슘 강화 유단백질의 성상과 생산수율을 표 9에, 제조된 유기태화 칼슘 강화 유단백질의 킬레이트된 미네랄 함량을 표 10에 나타내었다.
생산수율이 높다 하더라도 제조시 지방제거도가 낮거나 부유 현상이 발생하면 산업 현장에서 생산편리성과 생산효율을 감소시키는 요인이 되므로, 우선 이 항목을 선발기준으로 할 때, 핵산 촉매로 GMP가 IMP보다는 우수한 것으로 평가되었다.
생산수율을 GMP는 핵산 촉매를 사용하지 않은 것에 비해 최저 359%에서 최대 약 800%의 생산 증대효과를 보였으며, GMP의 첨가량이 증가하면 할수록 역시 생산수율 증대효과를 보였다.
IMP 처리군은 부유 및 지방제거도에서 GMP보다는 효율이 낮지만, 1 g 이상의 첨가조건에서 178%에서 최대 667%의 증가 효과를 보였으며, 역시 첨가 농도가 높을수록 유기태화 생성물도 증가하는 결과를 보였다.
핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군의 경우는 칼슘이 42,700ppm(100% 기준) 효율을 보였는데, GMP 처리군은 생산수율이 가장 높았던 8 g 처리군에서 18,000ppm 그리고 IMP 처리군에서 19,850ppm으로 50% 이상의 미네랄 킬레이트량이 감소됨을 확인되었다. 그러나 이들의 생산수율이 7 내지 8 배에 달하는 점을 종합하면, 유기태화 칼슘 강화 유단백질에 포함된 유기태화 칼슘은 오히려 3.5배에서 4배의 증가하였다.
제1반응 단계에서 유기태화 철 강화 유단백질을 제조하고, 제2반응 단계에서 핵산 촉매로 처리하여 제조한 유기태화 철 강화 유단백질의 성상과 생산수율을 표 10에, 제조된 유기태화 철 강화 유단백질의 킬레이트된 미네랄 함량을 표 11에 나타내었다.
지방제거도, 부유 현상 및 생산수율을 종합적으로 고려했을 때, GMP는 4g이상을, IMP는 8g을 첨가할 때 최적조건인 것으로 평가되었다.
생산수율은 핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군 대비, GMP 촉매를 사용하였을 때 최저 77%(0.5 g 첨가군)에서 최대 약 895%(8 g 첨가군)을 나타내어, GMP의 첨가량이 증가하면 할수록 생산수율 증대효과를 보였다.
IMP 처리군도 4 g 이상 첨가 조건에서 생산수율이 증가하기 시작하여 8 g 첨가 조건에서 791%의 최대 생산수율 증대 효과를 보였다.
GMP 처리군은 생산수율이 가장 높았던 8 g 처리군에서 철 함량이 15,000ppm, 그리고 IMP 처리군은 철 함량이 18,170ppm을 나타내어, 50% 이상의 미네랄 킬레이트량이 감소되는 것으로 나타났다. 그러나 생산수율의 증가량이 8 내지 9 배에 달하므로, 오히려 유기태화 철 강화 유단백질에서 유기태화 철의 생산량은 오히려 3.5배에서 4배 증가하였다.
생산수율이 증대되면서 동시에 미네랄 킬레이팅 효율이 증가하거나 대조군과 동등한 핵산의 첨가농도는 GMP 처리군은 0.5g에서 1g을 처리시 35,000~42,000ppm을 IMP는 1~2g의 첨가농도에서 30,360~37,000ppm까지 증가하는 결과를 확인하였다.
상기 결과로부터 GMP나 IMP는 단순히 첨가량을 높이는 것만으로 미네랄 킬레이트량이 증가하기 보다는 적정한 첨가량 범위를 가짐을 확인하였다.
제1반응 단계에서 유기태화 아연 강화 유단백질을 제조하고, 제2반응 단계에서 핵산 촉매로 처리하여 제조한 유기태화 아연 강화 유단백질의 성상과 생산수율을 표 13에, 제조된 유기태화 아연 강화 유단백질의 킬레이트된 미네랄 함량을 표 14에 나타내었다.
지방제거도, 부유 현상 및 생산수율을 종합적으로 고려했을 때, GMP 처리군은 지방제거 효과가 거의 없고 부유가 발생하였으나, IMP 처리군은 지방제거도 및 부유에서 유리하고 생산수율에서도 1000 배 이상 현저히 증가함을 확인할 수 있었다.
생산수율에서 GMP 처리군은 핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군에 비해 최저 143%(0.5g첨가구)에서 최대 약 615%(8g 첨가구)의 생산 증대효과를 보였으며, GMP의 첨가량이 증가하면 할수록 역시 생산수율 증대효과를 보였다.
IMP 처리군도 0.5g의 첨가조건에서 대조 대비 1,078%의 증가수치를 보였는데, IMP 첨가농도가 높으면 높을수록 증가하다가 최대 8g을 첨가시는 1,382%의 최대 생산수율 증대 효과를 나타내었다.
생산수율이 가장 높았던 GMP 8 g 처리군에서 24,510ppm 그리고 IMP 8 g 처리군은 16,990pm의 검출량을 보임으로서 39%에서 57%의 미네랄 킬레이팅 효능을 감소시키는 것으로 조사되었다. 이러한 결과는 생산수율이 7.1배 및 13.8배임을 고려하면 유기태화 아연 강화 유단백질에서 유기태화 아연의 함량은 오히려 4배 및 5,4배 이상의 증가함을 알 수 있었다.
GMP나 IMP는 Zn-WPS에서 고농도를 첨가한다 해서 미네럴 킬레이팅 효능이 증가하는 것이 아니고, IMP와 GMP 모두 0.5g의 적정량의 범위를 보유하고 있는 것이 확인된 결과였다. 즉, 적정 농도 이상의 핵산류를 처리한 경우에서는 전처리 유기태화 반응액의 침전을 유도하지만, 일부 칼슘이온은 GMP 및 IMP와 일부가 결합된 후 세척단계에서 제거되는 이유 때문인 것으로 판단되었다.
제1반응 단계에서 유기태화 구리 강화 유단백질을 제조하고, 제2반응 단계에서 핵산 촉매로 처리하여 제조한 유기태화 구리 강화 유단백질의 성상과 생산수율을 표 15에, 제조된 유기태화 구리 강화 유단백질의 킬레이트된 미네랄 함량을 표 16에 나타내었다.
지방제거도, 부유 현상 및 생산수율을 종합적으로 고려했을 때, GMP 처리군은 제2반응 단계에서 비열처리 조건에서는 지방제거도가 낮았으나, 가열처리 조건에서는 지방제거 효과가 현저히 증진되었다.
핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군 대비 GMP 처리군은 생산수율이 최저 96%(0.5g첨가구)에서 최대 약 165%(8g 첨가구)의 동등성 이상을 확보되는 생산 증대효과를 보였으며, GMP의 첨가량이 증가하면 할수록 역시 생산수율 증대효과를 보였다.
IMP 처리군 역시 0.5g~4g의 첨가조건에서 대조 대비 동등성 생산효율을 보였으며, 최고 농도인 8g을 처리시 최대 생산수율인 265%의 수치를 보였는데, 전반적으로는 GMP와 같이 IMP 첨가농도가 높으면 높을수록 생산수율은 증대 효과를 나타내었다.
제1반응 단계에서 유기태화 셀레륨 강화 유단백질을 제조하고, 제2반응 단계에서 핵산 촉매로 처리하여 제조한 유기태화 셀레륨 강화 유단백질의 성상과 생산수율을 표 17에, 제조된 유기태화 칼슘 강화 유단백질의 킬레이트된 미네랄 함량을 표 18에 나타내었다.
지방제거도, 부유 현상 및 생산수율을 종합적으로 고려했을 때, GMP 및 IMP처리군 모두 지방제거도가 낮고 부유 현상이 심하게 발생하였다.
생산수율을 보면 핵산 촉매를 사용하지 않은 대조군 대비 GMP를 1 g 이상의 농도를 처리시 동등성이 확보되는 결과를 확인하였으며, 1 g 이상의 처리군에서 117%에서 최대 약 455%(8g 첨가구)의 생산수율이 증대되고, GMP의 첨가량이 증가하면 할수록 역시 생산수율 증대효과를 보였다.
IMP 처리군은 8 g의 첨가조건에서만 296%의 생산효율을 보였으며, 그 이하의 농도에서는 대조군보다 낮은 생산수율을 나타내었다.
상기 결과를 보면 다른 미네랄에서처럼 생산수율의 증대 효과가 뚜렷하지는 않지만, 셀레늄의 경우에도 핵산 촉매를 첨가했을 때 생산수율이 증가하는 경향을 확인할 수 있었다.
Claims (9)
- 유단백 함유 유제품 분말과 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말을 혼합한 후, 물을 혼합하여 반응시키는 제1반응 단계; 및 상기 제1반응 단계의 반응물에 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말을 첨가하여 반응시키는 제2반응 단계;를 포함하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유단백 함유 유제품 분말의 유단백 함량은 5 내지 100 중량%인 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유단백 함유 유제품 분말에 포함된 유단백 100 중량부에 대하여, 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말 5 내지 500 중량부 및 상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체 또는 이의 염 분말 1 내지 500 중량부 첨가하는 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 용해엔탈피가 음성인 수용성 미네랄 분말의 1 내지 50 배 중량의 물을 혼합하는 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항 내지 제4항에 있어서, 상기 제1반응 단계 및 상기 제2반응 단계의 반응은 10 내지 100 ℃에서 15 분 내지 5일 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 유단백 함유 유제품 분말은 유청분말, 탈염유청분말, 유청단백분말, 카제인단백분말, 탈지분유 및 전지분유 중에서 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 퓨린염기 함유 핵산 단량체는 이노신산, 구아닐산 및 크산틸산 중에서 선택되는 어느 하나 이상의 핵산 단량체인 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 미네랄은 칼슘, 아연, 마그네슘, 칼륨, 철, 구리, 셀렌, 크롬, 몰리브덴 및 요오드 중에서 선택되는 어느 하나의 미네랄 또는 둘 이상의 복합 미네랄인 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질의 제조방법.
- 청구항 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는 유기태화 미네랄 강화 유단백질.
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