KR20170029803A

KR20170029803A - 오리오바시디움 플루란스 a10254-2-84 kccm11759p로부터 분리된 신규한 생물학적 계면활성제

Info

Publication number: KR20170029803A
Application number: KR1020150126849A
Authority: KR
Inventors: 김종식
Original assignee: 재단법인 경북해양바이오산업연구원
Priority date: 2015-09-08
Filing date: 2015-09-08
Publication date: 2017-03-16
Also published as: KR101757839B1

Abstract

본 발명은 오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P 균주로부터 생산되는 생물학적 계면활성제의 활성을 가지는 신규 화합물에 관한 것이다.
생물학적 계면활성제의 활성성분을 가지는 화합물의 구조를 분광법을 이용하여 확인하였다.
본 발명의 생물학적 계면활성제의 활성성분은 다양한 용도로 이용이 가능하며, 예컨대 세정 및 정화용 조성물 등으로 이용할 수 있으며, 그 이외에도 의약품, 식품, 화장품, 육상과 해상의 유류 오염 정화, 처리조의 유지방 분해 등 화학합성 계면활성제가 사용되는 대부분의 다양한 산업분야에서 사용할 수 있다.

Description

오리오바시디움 플루란스 A10254-2-84 KCCM11759P로부터 분리된 신규한 생물학적 계면활성제{A NEW BIOSURFACTANT ISOLATED FROM AUREOBASIDIUM PULLULANS A10254-2-84 KCCM11759P}

본 발명은 오리오바시디움에서 분리된 신규한 화합물 및 이들의 계면활성제로서의 용도에 관한 것이다.

계면활성제는 의약학, 농업, 향장산업 등의 다양한 산업에서 폭넓게 활용되고 있다.

현재 상업적으로 이용되는 계면활성제는 대부분 석유로 만든 화학합성 계면활성제로서 그 생산량은 세계적으로 매년 약 1천만톤에 이른다. 이와 같은 계면활성제는 화학합성으로 제조하기 때문에 그 과정에서 오염원이 배출되는 등의 문제점이 있었다.

따라서 최근 환경오염에 대한 인식의 확대와 친환경소재에 대한 선호도의 증가에 따라 이를 대체할 수 있는 환경친화적인 계면활성제의 개발이 시급한 실정이다.

최근 생물공학의 발달은 미생물의 biosurfactant(생물학적 계면활성제)를 그 대안으로 급부상시켰다.

생물학적 계면활성제는 미생물이 생산하는 양친매성 물질로서 생분해성 계면활성제를 의미한다.

생물학적 계면활성제는 화학합성 계면활성제와 비교하여 생분해가 가능하고, 극한의 온도나 pH에서 활성을 유지하며, 독성이 낮고, 발효에 의한 대량생산이 가능하다는 장점이 있다.

이에 생물학적 계면활성제는 원유 회수, 의약품 및 식품산업, 화장품, 비누, 경피용 DDS(drug delivery system) 등 다양한 산업에서의 활용 가능성이 대두되어 그에 따른 연구가 활발히 진행되고 있다.

최근까지 미생물로부터 수종의 계면활성제가 분리되어 이용되고 있으나 더 강한 효과를 나타내는 다양한 종의 미생물 확보 및 이로부터 강력한 생물학적 계면활성제의 발굴이 절실히 요구되고 있는 실정이다.

이에 본 발명자는 한국등록번호 10-1446219호, 한국등록번호 10-1365711호, 한국등록번호 10-1278272호 등 균주로부터 분리한 신규한 화합물의 생물학적 계면활성제로서의 용도를 여럿 밝혀온 바 있다.

본 발명은 위의 연구에서 더 나아가 강력한 생물학적 계면 활성을 지닌 새로운 미생물소재를 탐색 및 발견하고, 이로부터 활성성분을 분리, 정제한 뒤, 분광분석방법으로 화학구조를 규명한 것이다.

본 명세서는 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌을 참조하고, 그 인용을 표시하였다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용을 명확하게 설명하는데 활용될 수 있다.

한국등록번호 10-1446219호 한국등록번호 10-1365711호 한국등록번호 10-1278272호

본 발명자들은 천연물 기반 계면활성제로서 인체에 안전하고, 강력한 계면활성 효과를 나타내는 화합물을 개발하고자 노력하였다. 그 결과 효모로부터 분리된 신규한 화합물이 뛰어난 계면활성 효과를 보유한다는 것을 발견함으로써 본 발명을 완성하였다.

본 발명은 효모로부터 분리된 신규한 화합물 및 이들의 생물학적 계면활성제로서의 용도에 관한 것이다. 본 발명의 생물학적 계면활성제는 강력한 계면활성 효과를 보유하며, 생분해가 가능하고 독성이 낮아 인체에 안전하다. 또한, 본 발명의 생물학적 계면활성제는 미생물의 배양에 의해 대량생산이 가능하여 환경 친화적이다.

따라서, 본 발명의 목적은 신규한 화합물을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 화합물의 계면활성제로서의 용도를 제공하는데 있다.

본 발명의 또 다른 목적은 상기 화합물을 효모로부터 분리하는 단계를 포함하는 생물학적 계면활성제의 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적 및 이점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.

본 발명의 일 실시예에 따르면, 본 발명은 하기 화학식 1의 화합물을 제공한다.

[화학식 1]

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 화합물은 균주로부터 분리된 것이다.

본 발명에서 이용할 수 있는 균주는 당업계에 알려진 다양한 균주를 이용할 수 있으며, 바람직하게는 오리오바시디움 속(Aureobasidium sp.) 균주, 보다 바람직하게는 기탁번호 KCCM11759P의 오리오바시디움 속 균주이다.

본 발명의 바람직한 구현예에 따르면, 상기 화합물은 생물학적 계면활성제로서 특징을 갖는다.

생물학적 계면활성제는 종래의 화학합성 계면활성제와 비교하여 낮은 독성 및 높은 생분해 효과에 의해 종래의 환경오염 문제를 극복할 수 있다. 또한, 생물학적 계면활성제는 기존의 방법으로는 합성하기 어려운 복잡한 화학구조를 갖고 있어 특수한 목적으로 사용될 수 있고, 표면장력 저하능력, 온도, pH에 대한 안정성 등 계면활성제의 물리·화학적 면에서 기존의 화학합성 계면활성제와 거의 대등한 효과를 갖고 있어 사용가치가 매우 높다(Ishigami et al., 1987. Chem . Lett ., 763).

본 발명의 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 세정 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 생물학적 계면활성제로서 사용될 수 있는 화합물은 강력한 계면활성 효과를 보유하고 있으며, 특히 직물의 세척 및 세정 적용을 위해 적합하다. 또한, 본 발명에 따른 계면활성제는 경질 표면의 세정 및 광택을 위해 사용될 수도 있다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 화합물을 포함하는 화장용 조성물을 제공한다.

본 발명에 따른 생물학적 계면활성제로서 사용될 수 있는 화합물은 비누, 샴푸, 크림 또는 로션에서 유화제로서 유리하게 사용될 수 있다.

상기 용도 외에도 본 발명의 화합물은 의약품, 식품, 원유의 2차 회수, 펄프와 제지 산업, 육상과 해상의 유류 오염 정화, 처리조의 유지방 분해 등 화학합성 계면활성제가 사용되는 대부분의 다양한 산업분야에서 사용될 수 있으며, 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P 균주로부터 상기 화학식 1의 화합물을 분리하는 단계를 포함하는 생물학적 계면활성제의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 또 다른 실시예에 따르면, 본 발명은 상기 화학식 1의 화합물을 생산하는 오리오바시디움 속(Aureobasidium sp.) 균주 (기탁번호: KCCM11759P)를 제공한다.

본 발명의 특징 및 이점을 요약하면 다음과 같다:

(i) 본 발명은 효모로부터 분리된 신규한 화합물을 제공한다.

(ⅱ) 또한, 본 발명은 상기 화합물의 생물학적 계면활성제로서의 용도를 제공한다.

(ⅲ) 본 발명의 생물학적 계면활성제는 강력한 계면활성 효과를 보유하며, 생분해가 가능하고 독성이 낮아 인체에 안전하다. 또한, 본 발명의 생물학적 계면활성제는 미생물의 배양에 의해 대량생산이 가능하여 환경 친화적이다.

도 1은 활성성분의 분리 및 정제 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 활성성분 A10254-1의 ESI-mass spectrum을 나타낸 도면이다. 도 2의 (a)는 Positive mode에서의 ESI-mass spectrum의 결과이고, 도 2의 (b)는 Negative mode에서의 ESI-mass spectrum의 결과이다.
도 3은 활성성분 A10254-1의 ¹H NMR spectrum을 나타낸 도면이다.
도 4는 활성성분 A10254-1의 ¹³C NMR spectrum을 나타낸 도면이다.
도 5는 활성성분 A10254-1의 ¹H-¹H COSY spectrum을 나타낸 도면이다.
도 6은 ¹H-¹H COSY spectrum에 의하여 규명된 화합물 A10254-1의 부분구조를 나타낸 도면이다.
도 7은 활성성분 A10254-1의 HMQC spectrum을 나타낸 도면이다.
도 8은 활성성분 A10254-1의 HMBC spectrum을 나타낸 도면이다.
도 9는 2-Dimensional NMR spectrum에 의하여 규명된 화합물 A10254-1의 화학구조를 나타낸 도면이다.
도 10은 활성성분 A10254-1의 proton 및 carbon peak assignment을 나타낸 도면이다.

이하, 실시예를 통해 본 발명을 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시예는 발명의 요지가 변경되지 않는 한 다양한 형태로 변형될 수 있다. 그러나 본 발명의 권리범위가 이하의 실시예에 한정되는 것은 아니다.

본 발명의 요지를 흐릴 수 있다고 판단되면 공지 구성 및 기능에 대한 설명은 생략한다. 본 명세서에서 "포함"한다는 것은 특별한 기재가 없는 한 다른 구성요소를 더 포함할 수 있음을 의미한다.

본 발명에서 사용한 분석기기는 다음과 같다.

질량분석 스펙트럼(mass spectrum)의 측정

FAB-mass는 Jeol(Japan)사의 JMS-700 MSTATION mass spectrometer를 사용하였으며, mass 측정 시 matrix로는 glycerol 혹은 m-nitrobenzyl alcohol을 사용하였다. High-resolution FAB-mass 측정 시 internal standard로서 polyethylene glycol을 사용하였다.

핵자기공명 스펙트럼(NMR spectrum)의 측정

핵자기공명 스펙트럼은 JEOL사(Japan)의 JNM-ECA600 600MHz FT-NMR spectrometer를 사용하였으며, 내부표준물질로는 TMS(tetramethylsilane)를 사용하였다. 용매로는 DMSO-d₆를 사용하였으며, chemical shift는 ppm(δ)으로 나타내었다. NMR spectrum은 ¹H NMR, ¹³C NMR 등의 1차원 NMR(one-dimensional NMR)을 비롯하여 ¹H-¹H COSY, HMQC, HMBC 등의 2차원 NMR(two-dimensional NMR)을 측정하였다.

시약

각 정제과정 및 column chromatography에서 사용한 hexane, ethyl acetate, chloroform, methanol, acetone 등의 용매는 SK케미칼(Korea), 대정화금(Korea) 제품을, HPLC 용매는 Merck(Germany), Baxter(Burdick & Jackson, USA) 제품을 사용하였고, NMR 용매인 DMSO-d₆ 등은 Aldrich(USA) 제품을 사용하였다. 물질의 분리 및 정제를 위하여 순상 TLC(Merck, Kieselgel 60F, 70-230 mesh, USA) 및 역상 TLC (Merck, RP-18, F₂₅₄, USA), Sephadex LH-20(Pharmacia, bead size 25-100 ㎛, Sweden), ODS sep-pak cartridge(Alltech, RP-18, USA) 등을 사용하였다.

본 발명에 있어서 균주의 선별, 활성성분의 분리 시 계면활성제로서의 활성은 물에 녹인 시료 또는 화합물 20 μL를 파라필름에 loading하여 퍼지는 정도로 측정하였다. 이때 동량의 증류수를 비교구로 사용하였다.

실시예1 :균주의 선별

계면활성제의 활성성분을 생산할 수 있는 균주를 분리하기 위하여 울진 인근에서 구기자나무(학명:Lycium chinense Miller)를 채취하였다. 상기 구기자나무에서 꽃을 회수하여 균주 분리를 위한 시료로 준비하였다.

상기 시료를 10 mM 인산완충액(potassium phosphate buffer)을 사용하여 3회 세정한 뒤 멸균된 용기에 담았다.

균주 분리용 배지로 GPY agar (glucose 4%, peptone 0.5%, yeast extract 0.5%, agar 1.5%)를 사용하였다. 이 때 세균의 억제를 위해 상기 배지에 클로람페니콜(chloramphenicol) 100 mg/L, 스트렙토마이신(streptomycin) 100 mg/L를 첨가하였다. 또한 곰팡이의 생육을 억제하기 위해 트리톤(Triton) X-100 0.1% 및 소르보스(L-sorbose) 0.4%를 첨가하였다.

상기 시료 1 mL를 상기 배지에 도말한 후 25℃에서 2 ~ 5 일간 배양하였다. 상기 배지에 형성된 콜로니를 분리하여 활성을 측정함으로써 높은 수치를 나타낸 오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P(이하, '오리오바시디움 플루란스 A-84'라 함)를 선별하였다. 상기 오리오바시디움 플루란스 A-84는 2015년 08월 28일자로 한국미생물보존센터에 기탁되었다(기탁번호: KCCM11759P).

실시예2 :균주의 배양

상기 오리오바시디움 플루란스 A-84의 활성을 비교한 결과 M2배지(glucose 4%, KH₂PO₄ 0.03%, MgSO₄·7H₂O 0.03%, NaNO₃ 0.3%, Yeast extract 0.1%)에서 더 높은 수치를 보였다. 이에 상기 오리오바시디움 플루란스 A-84를 대량으로 생산하기 위해서 M2배지로 25℃에서 호기 조건으로 7일간 배양하였다.

배양액을 원심분리한 뒤 상등액을 취하였고, 이를 농축 및 동결건조하였다.

실시예3 :활성성분의 분리 및 정제

상기 오리오바시디움 플루란스 A-84의 배양상등액에서 활성성분을 분리, 정제하는 과정을 도 1에 도시하였다. 구체적인 내용은 아래와 같다.

상기 오리오바시디움 플루란스 A-84의 배양상등액을 동결건조한 시료를 물로 희석한 뒤, Diaion HP-20 resin에 5시간 동안 흡착시켰다. 흡착 후 column에 resin을 충진하고, 30%, 50%, 70%, 100% 메탄올 수용액으로 용출하여 각각의 분획물을 수집하였다. 각 분획물의 활성을 평가한 결과 70% 메탄올 수용액으로 용출하였을 때의 분획물에서 활성이 나타났다.

활성분획을 농축한 후 메탄올 수용액(10% → 90%)을 용출용매로 하여 reversed-phase (ODS) column chromatography를 수행하였다. 각 분획물에 대하여 활성을 평가한 결과 메탄올 수용액(70%) 용출분획에서 활성을 나타내었다.

활성분획을 메탄올을 용출용매로 하여 Sephadex LH-20 column chromatography를 수행하였다. 그 결과 계면활성제로서의 활성을 나타내는 화합물 A10254-1(이하, '활성성분 A10254-1'이라 함)을 분리, 정제하였다.

실시예4 :활성성분 A10254-1의 화학구조 해석

활성성분 A10254-1의 분자량을 밝히기 위해 ESI-mass spectrum을 측정하였고, 화학구조를 규명하기 위해 ¹H NMR, ¹³C NMR 등의 1차원 NMR과 ¹H-¹H COSY, HMQC, HMBC 등의 2차원 NMR spectrum을 측정하였다.

1) ESI -mass spectrum의 측정 및 해석

상기 활성성분 A10254-1의 ESI-mass spectrum의 결과는 도 2와 같다. 도 2의 (a)는 Positive mode에서의 ESI-mass spectrum의 결과이고, 도 2의 (b)는 Negative mode에서의 ESI-mass spectrum의 결과이다.

도 2의 (a)를 참조하면 m/z 785.1에서 [M+Na]⁺피크가 관찰되었고, 도 2의 (b)를 참조하면 m/z 761.3에서 [M+H]⁺피크가 관찰되었음을 알 수 있다. 이에 따라 상기 활성성분 A10254-1의 분자량은 762임을 알 수 있었다.

2) NMR(Nuclear Magnetic Resonance) 스펙트럼의 측정 및 해석

활성성분 A10254-1을 DMSO-d₆에 녹인 후 ¹H NMR, ¹³C NMR, ¹H-¹H COSY, HMQC, HMBC spectrum을 측정하였다.

¹ H NMR spectrum의 측정 및 해석 : ¹H NMR spectrum을 측정한 결과를 도 3에 도시하였다.

- 4.96(×3), 3.98, 3.87(×3), 3.56 ppm에서 여덟 개의 oxygenated methine,

- 1.2 ~ 2.4 ppm 사이에서 24개의 methylene,

- 0.85(×4) ppm에서 네 개의 mehtyl기에 유래하는 proton이 관찰되었다.

도 3을 참조하면, 피크들이 매우 겹쳐져 나타난 점에서 동일한 unit이 반복하는 화학구조를 지니고 있을 것으로 예측할 수 있다.

¹³ C NMR spectrum의 측정 및 해석 : ¹³C NMR spectrum을 측정한 결과를 도 4에 도시하였다.

총 40개의 피크가 관찰되었으나, 매우 겹쳐진 상태임을 알 수 있다. 이에 탄소수의 예측은 HMQC spectrum과 병행하여 해석한 결과로부터 유추할 수 있었다.

- 173.2, 170.8, 170.6(×2) ppm에서 네 개의 carbonyl carbon,

- 71.0(×2), 70.8, 68.1, 66.1, 64.5(×3) ppm에서 여덟 개의 oxygenated methine carbon,

- 22 ~ 45 ppm 사이에서 24개의 methylene carbon,

- 14.0, 13.9(×3) ppm에서 네 개의 methyl carbon이 관찰되었다.

또한 상기 ¹H NMR spectrum의 결과 해석과 마찬가지로 피크들이 매우 겹쳐져 나타났기 때문에 동일한 unit이 반복하는 화학구조를 지니고 있을 것으로 예측할 수 있다.

¹ H- ¹ H COSY spectrum의 측정 및 해석 : 활성성분 A10254-1의 화학구조를 규명하기 위해 상호 이웃한 수소간의 상관관계(³ J _H _-H)를 규명할 수 있는¹H-¹H COSY spectrum을 측정하였다. 그 결과를 도 5에 도시하였다.

각 피크의 correlation으로부터 활성성분 A10254-1의 구성단위인 3,5-dihydroxydecanoyl moiety의 존재를 규명할 수 있었다. 또한, 전술한 분자량의 측정결과로부터 네 개의 3,5-dihydroxydecanoyl moiety가 반복적으로 결합하고 있음을 알 수 있었다.

도 6은 상기 활성성분 A10254-1에서 본 ¹H-¹H COSY spectrum을 통해 해석된 3,5-dihydroxydecanoyl moiety의 부분구조를 굵게 표시하여 도시한 것이다.

HMQC spectrum의 측정 및 해석 : 활성성분 A10254-1의 화학구조를 규명하기 위하여 수소-탄소간의 상관관계(¹ J _C _-H)를 규명할 수 있는HMQC spectrum을 측정하였다. 그 결과를 도 7에 도시하였다.

전술한 바와 같이 ¹³C NMR spectrum의 결과와 병행하여 상기 활성성분 A10254-1을 구성하는 모든 수소와 탄소 간의 상관관계를 규명할 수 있었다.

HMBC spectrum의 측정 및 해석 : 활성성분 A10254-1의 화학구조를 규명하기 위하여 수소-탄소간의 2-bond 혹은 3-bond 결합 관계(² J _C _-H, ³ J _C _-H)를 규명할 수 있는HMBC spectrum을 측정하였다. 그 결과를 도 8에 도시하였다.

- 0.85 ppm의 methyl proton으로부터 31.5, 31.1, 22.2, 22.0 ppm의 mehtylene carbon에 long-range correlation이 관찰되었고, 4.96 ppm의 oxygenated methine protin으로부터 이웃한 3,5-dihydroxydecanoyl moiety의 carbonyl carbon에 long-range correlation이 관찰되었다. 이에 따라 본 화합물은 네 개의 3,5-dihydroxydecanoyl moiety가 각 unit의 5번 탄소에 연속적으로 결합한 화합물임을 알 수 있었다.

이상의 결과로부터 활성성분 A10254-1의 화학구조를 도 9와 같이 결정하였다. 또한 각각의 proton 및 carbon peak의 귀속을 그림 10에 나타내었다.

전술한 ESI-mass spectrum 결과에 따르면 상기 활성성분 A10254-1의 분자량은 762로 측정되었다. 이는 NMR 분광분석에 의해 결정된 도 9의 화학구조와 잘 일치함을 알 수 있다.

이상으로 본 발명에 대해 상세히 설명하였다. 다만 본 발명의 권리범위는 이에 한정되지 않고, 이하의 특허청구범위에 의해 정해진다.

한국미생물보존센터(국외)

KCCM11759P

20150828

Claims

하기 화학식 1로 표기되는 화합물.
[화학식 1]
제 1 항에 있어서,
상기 화합물은 오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P 균주로부터 분리되는 화합물.
제 1 항에 있어서,
상기 화합물은 생물학적 계면활성제인 화합물.
오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P 균주로부터 하기 화학식 1의 화합물을 분리하는 단계를 포함하는 생물학적 계면활성제의 제조방법;
[화학식 1]
하기 화학식 1의 화합물을 생산하는 오리오바시디움 플루란스(Aureobasidium pullulans) A10254-2-84 KCCM11759P 균주.
[화학식 1]