KR20210023096A - 어류 젤라틴의 저분자화 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 이산화탄소 촉매의 존재 하에서 아임계수를 이용하여 어류 젤라틴을 저분자화시키는 방법에 관한 것이다.

Description

어류 젤라틴의 저분자화 방법{METHOD FOR DEGRADATION OF FISH GELATIN}

본 발명은 이산화탄소 촉매의 존재 하에서 아임계수를 이용하여 어류 젤라틴을 저분자화시키는 방법에 관한 것이다.

젤라틴은 동물의 가죽, 힘줄, 연골 등을 구성하는 천연 단백질인 콜라겐을 뜨거운 물로 처리하면 얻어지는 유도 단백질이다. 젤라틴을 저분자화하면 콜라겐 펩타이드가 생성되는데, 이는 면역기능의 향상, 특히 골 조직에서 칼슘의 흡착을 통해 골세포의 재생작용을 촉진시켜 관절을 튼튼하게 해주며, 피부의 노화로 인한 주름개선의 기능적 성분으로 사용될 수 있다. 특히, 피부표피를 통해 흡수될 수 있는 콜라겐 펩타이드의 크기는 3,000Da 이하이므로 저분자화된 젤라틴은 창상피복제 등 다방면으로 사용할 수 있다.

지금까지 콜라겐 및 젤라틴의 원료로는 주로 돈피와 같은 육상동물의 가죽이 사용되었으나, 구제역 등의 육상동물 유래 안전성에 대한 문제가 있으며, 무슬림, 힌두교 등의 특정 종교에서도 종교상의 이유로 이용할 수 없기 때문에 새로운 젤라틴 원료에 대한 요구가 증가하고 있다.

콜라겐이나 젤라틴과 같은 단백질을 저분자화하는 기존의 가수분해 방법은 효소나 산을 이용하는 것인데, 효소를 이용할 경우 특정 부분에만 작용하여 지표물질에 대한 효율은 높을 수 있으나, 효소 불활성화 공정이 추가적으로 필요하며, 산을 이용할 때에도 마찬가지로 중화공정이 필요하다. 이러한 후처리 공정은 비용의 증대가 예상되며, 이는 산업적 응용에 가장 큰 한계로 작용할 수 있다.

한국등록특허 제10-15060906호

상기와 같은 문제를 해소하기 위해, 본 발명은 이산화탄소 촉매의 존재 하에서 아임계수를 이용하여 어류 젤라틴을 고효율로 저분자화시킬 수 있음을 확인하여, 본 발명을 완성하였다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 어류 젤라틴을 이산화탄소의 존재 하에서 4 내지 400 bar의 압력 및 100 내지 380℃의 온도의 아임계수에 침지시켜 반응시키는 것을 포함하는 어류 젤라틴의 저분자화 방법을 제공한다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 반응은 30 내지 50분 동안 실시될 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 있어서, 상기 이산화탄소는 산촉매의 역할을 하는 것일 수 있다.

본 발명은 아임계수를 이용하여 젤라틴을 가수분해하여, 유효한 성능을 나타내는 아미노산의 회수율을 높이고 추출시간을 단축시킬 수 있으며 유기용매가 아닌 물을 사용하여 추출하기 때문에 인체에 무해한 저분자화 젤라틴을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 매우 경제적일 뿐 아니라 조건에 따라 배당체 회수량을 조절할 수 있다는 장점이 있다.

본 발명은 촉매로서 유기산이 아닌 기체인 이산화탄소를 사용하여 가수분해율을 증가시킬 수 있어 추출시간의 단축 및 촉매 제거(중화 내지 촉매제거) 공정이 필요하지 않기 때문에 공정효율의 증대시킬 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 구현예에 따른 가수분해 반응기의 모식도이다
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 저분자화 젤라틴의 분자량을 확인한 결과이다.

이하 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 실시예들을 상세히 설명한다. 이하의 설명에 있어, 당업자에게 주지 저명한 기술에 대해서는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 발명을 설명함에 있어서, 관련된 공지 기능 또는 구성에 대한 구체적인 설명이 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있다고 판단되는 경우에는 그 상세한 설명을 생략할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 용어(terminology)들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다.

따라서 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.

본 발명은 어류 젤라틴을 이산화탄소의 존재 하에서 4 내지 400 bar의 압력 및 100 내지 380℃의 온도의 아임계수에 침지시켜 반응시키는 것을 포함하는 어류 젤라틴의 저분자화 방법에 관한 것이다.

본 발명에서 사용된 용어 "아임계수(subcritical water)"는 이상적인 녹색용매(ideal low-cost "green" solvent)로 불리우며, 넓은 범위의 온도와 압력을 가지고 있으며, 이들 조건에서 물의 특성, 예를 들어, 물의 극성, 점성, 표면장력 등의 특성을 급격히 변화시킬 수 있다. 일반적으로 물은 1 대기압에서 끓는점이 100℃이나, 고압상태에서는 온도를 올려도 액체 상태를 유지하는데, 이러한 상태를 가진 물을 아임계수라고 한다. 온도를 374℃이상으로 올리면 초임계수 상태로 된다. 또한, 아임계수의 온도에 따른 유전상수(ε)는 2 ~ 50 범위 이내로 메탄올(ε= 32)및 에탄올(ε= 24) 등의 유기용매와 비슷하기 때문에 아임계수는 유기용매와 비슷한 용해특성을 갖는다. 상온 상압상태 물의 유전상수는 ε= 79로 이 상태에서 물에 용해되지 않는 물질도 아임계 상태에서 용해, 추출될 수 있다. 본 발명은 이러한 아임계수의 특성을 이용하여 4 내지 400 bar의 압력 및 100 내지 380℃의 온도의 아임계수에 어류 젤라틴을 침지시켜 반응시심으로써 저분자화 어류 젤라틴을 제조할 수 있다.

본 발명의 어류 젤라틴 저분자화 방법에서 아임계수에 어류 젤라틴을 침지시킨 후 30 내지 50분 동안, 예를 들어 30분 동안 반응시킬 수 있다.

상기 이산화탄소는 가압상태에서 아임계 수에 일부 용해되어 탄산(CO₃ ^-)의 형태로 아임계수에 존재하게 되며, 이는 산촉매와 동일한 역할을 할 수 있다. 상기 이산화탄소는 촉매로서 작용하여 어류 젤라틴의 가수분해율을 증가시켜 더 낮은 저분자량의 젤라틴을 제조할 수 있다.

본 발명의 어류 젤라틴 저분자화 방법은 도 1에 도시된 바와 같은 가수분해 반응기를 이용하여 실시될 수 있다.

도 1에 도시된 가수분해 장치는 고압가스(1), 고압가스 내 압력을 나타내는 압력게이지(2), 안전밸브(3), 니들밸브(4), 젤라틴과 아임계수를 반응시키는 고압반응기(5), 교반 임펠러(6), 고압반응기를 가열하는 전기히터(7), 반응기의 압력 및 온도를 조절하는 컨트롤판넬(8) 및 반응 중 반응물의 상태를 확인할 수 있는 샘플콜렉터(9)를 포함할 수 있다.

상기 반응기(5)에 물과 젤라틴을 넣은 뒤, 히터(7) 및 니들밸브(4)를 통하여 가열 및 이산화탄소를 주입함으로써 물을 아임계 상태로 전환시킬 수 있고, 전환 후 이산화탄소와 함께 젤라틴은 저분자로 가수분해될 수 있다. 반응이 완료되면 전기히터를 아래로 내려 방냉함으로써 고압반응기를 냉각시킬 수 있다.

본 발명의 일 구현예에 따르면, 우선, 물과 젤라틴을 반응기(5)에 넣고, 반응기를 밀봉한 후 히터(7) 및 니들밸브(4)를 통해 반응기의 온도를 상승시키면서 이산화탄소를 주입한 뒤 30분간 반응시키고 저분자된 가수분해물을 회수할 수 있다.

또한, 아임계수를 이용하여 고분자를 저분자로 분해시킨 가수분해물을 회수한 후, 이들을 냉각하는 단계가 추가적으로 수행될 수 있고, 분자량을 확인하기 위한 단계가 추가적으로 진행될 수 있다.

본 발명의 방법에 의해 제조된 저분자화 젤라틴은 55 kDa 이하의 분자량을 나타낼 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명하기로 한다. 그러나 이들 실시예들은 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

<실시예>

제조예 1

젤라틴을 물과 함께 도 1에 도시된 바와 같은 가수분해반응기에 담은 후 압력주입밸브를 통하여 이산화탄소를 주입하고, 히터를 통하여 가열한 뒤 120-160℃에 다다랐을 때 반응기의 압력이 50bar가 되도록 이산화탄소를 주입하였다. 이산화탄소 주입 후 30분간 반응시키고, 냉각기를 사용하여 냉각시킨 뒤 가수분해물을 수득하였다. 수득한 가수분해물은 -40℃에서 분석하기 이전까지 저장하였다.

실시예 1

제조예 1에서와 같이 제조한 저분자화 어류 젤라틴을 SDS-Page를 통해 분자량을 확인하였다. 또한, 보다 정확한 분자량을 파악하기 위해 MALDI-TOF를 수행하고 그 결과를 도 2에 나타냈다. 도 2에서 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 저분자화 어류 젤라틴이 55 kDa 이하의 분자량을 가짐을 확인할 수 있었다.

또한, 제조예 1에서와 같이 제조하되 촉매로서 이산화탄소 대신 질소를 사용한 비교예를 본 발명의 어류 젤라틴과 비교하고 그 결과를 표 1에 나타냈다.

상기 표 1에서 볼 수 있는 바와 같이, 질소를 촉매로 사용한 비교예에 비해 이산화탄소를 촉매로 사용한 본 발명의 저분자화 어류 젤라틴이 더 낮은 분자량을 가짐을 확인할 수 있었다.

이제까지 본 발명에 대하여 그 바람직한 실시예들을 중심으로 살펴보았다. 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명이 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구 현될 수 있음을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 개시된 실시예들은 한정적인 관점이 아니라 설명적인 관점 에서 고려되어야 한다. 본 발명의 범위는 전술한 설명이 아니라 특허청구범위에 나타나 있으며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 차이점은 본 발명에 포함된 것으로 해석되어야 할 것이다.

1: 고압가스 2: 압력게이지
3: 안전밸브 4: 니들밸브
5: 고압반응기 6: 교반 임펠러
7: 전기히터 8: 컨트롤판넬
9: 샘플콜렉터

Claims (3)

1. 어류 젤라틴을 이산화탄소의 존재 하에서 4 내지 400 bar의 압력 및 100 내지 380℃의 온도의 아임계수에 침지시켜 반응시키는 것을 포함하는 어류 젤라틴의 저분자화 방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 반응은 30 내지 50분 동안 실시되는 것인 어류 젤라틴의 저분자화 방법.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 이산화탄소는 산촉매의 역할을 하는 것인 어류 젤라틴의 저분자화 방법.
   

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