KR20230116297A - 식품첨가물 산화아연 검출용 조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 산화아연 검출 및 분리방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 펩타이드를 이용하여 산화아연을 검출하고 분리할 수 있는 산화아연 검출용 조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 산화아연 검출방법 및 분리방법에 관한 것으로, 본 발명에 따르면 산화아연과 친화력을 갖는 리간드(펩타이드)를 자성입자 표면에 결합시킴으로써 식품에 포함된 산화아연과 상기 자성입자가 결합하여 산화아연을 검출할 수 있고, 상기 산화아연이 결합된 자성입자를 외부자력을 이용하여 식품 매트릭스로부터 분리할 수 있다.
또한, 상기 산화아연이 결합된 자성입자를 분리시킨 후 양이온성 고분자와 반응시켜 자성입자로부터 산화아연을 분리하여 간단하고 효율적인 방법으로 산화아연을 고순도로 회수할 수 있다.
또한, 상기 산화아연이 결합된 자성입자를 분리시킨 후 양이온성 고분자와 반응시켜 자성입자로부터 산화아연을 분리하여 간단하고 효율적인 방법으로 산화아연을 고순도로 회수할 수 있다.
Description
본 발명은 펩타이드를 이용하여 산화아연을 검출하고 분리할 수 있는 산화아연 검출용 조성물, 이의 제조방법, 이를 이용한 산화아연 검출방법 및 분리방법에 관한 것이다.
산화아연은 생리 활성에 중요한 기능을 하는 아연을 강화하기 위한 목적으로 건강기능식품, 에너지바, 시리얼 등 다양한 가공식품에서 사용되고 있다. 식품첨가물로 사용되는 산화아연 입자의 평균 직경은 120-130 nm이지만, 식품 가공 과정에서 비의도적으로 직경이 100nm 이하인 산화아연 나노물질이 생성될 수 있다. 최근 식품 내 존재하는 나노물질의 안전성에 대한 우려가 끊임없이 제기되고 있으며, 산화아연 나노물질의 경우 생체 내에서 활성산소를 증가시켜 세포 손상을 일으킬 수 있다는 연구가 보고되고 있다. 따라서 식품 내 산화아연 입자의 물리화학적 특성에 대한 정확하고 지속적인 모니터링이 필요하다. 식품에 미량으로 존재하고 있는 산화아연 나노입자의 존재 여부 및 모니터링을 위해서는 이들이 혼재되어있는 식품 매트릭스를 제거 및 분리하는 전처리 공정이 가장 중요하다. 현재 탄수화물, 단백질, 지방 등과 같은 식품 유기물을 제거하기 위해 사용되고 있는 방법으로는 원심분리법, 산 가수분해법 등이 있다. 이러한 전처리 방식은 공정 자체가 매우 복잡하고, 식품 매트릭스의 구성에 크게 영향을 받아서 표준화 된 전처리법을 확립하기 어렵다는 단점이 있다. 산화아연의 경우 산성의 조건에서 쉽게 이온화되는 특성이 있으므로 산 가수분해 방법을 모니터링에 적용 시 산화아연 입자를 정확하게 분석하기 어렵다. 따라서 식품에 존재하는 산화아연 입자의 크기나 이화학적 특성에 영향을 미치지 않고 분리할 수 있는 방법이 필요하다.
본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위한 것으로 식품에 존재하는 산화아연과 친화력을 갖는 펩타이드를 자성입자에 적용하여 산화아연을 검출하고 분리해내는 산화아연 검출용 조성물, 이를 이용한 산화아연 검출방법 및 분리방법을 제공하고자 한다.
본 발명은 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 포함하고, 상기 리간드는 자성입자의 표면에 결합된 형태인 것을 특징으로 하는 산화아연 검출용 조성물을 제공한다.
또한, 본 발명은 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 리간드는 펩타이드 및 양이온성 아미노산을 포함하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 소비재를 포함하는 현탁액에 첨가하여 산화아연과 결합시키는 단계를 포함하는 산화아연 검출방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 산화아연 검출방법을 통해 형성된 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체에 0.1 내지 0.5 mM의 양이온성 고분자를 첨가하여 산화아연을 용출시키는 단계; 및 상기 용출된 산화아연을 외부자력을 이용하여 분리시키는 단계를 포함하는 산화아연 분리방법을 제공한다.
본 발명에 따르면 산화아연과 친화력을 갖는 리간드(펩타이드)를 자성입자 표면에 결합시킴으로써 식품에 포함된 산화아연과 상기 자성입자가 결합하여 산화아연을 검출할 수 있고, 상기 산화아연이 결합된 자성입자를 외부자력을 이용하여 식품 매트릭스로부터 분리할 수 있다.
또한, 상기 산화아연이 결합된 자성입자를 분리시킨 후 양이온성 고분자와 반응시켜 자성입자로부터 산화아연을 분리하여 간단하고 효율적인 방법으로 산화아연을 고순도로 회수할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연에 대한 펩타이드의 특이적 결합력 실험을 진행한 결과이다: (a)는 산화아연 결합 및 합성 관련 펩타이드 리스트이고, (b)는 각 펩타이드가 리간드로 수식된 자성입자를 이용하여 산화아연, 이산화티타늄, 이산화규소와의 결합력을 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자의 주사전자현미경(i), 투과전자현미경(ii)으로 촬영한 사진 및 원소 분석 사진(iii,iv)(a), 산화아연에 특이적 친화력을 가진 펩타이드와 펩타이드 말단에 결합된 라이신을 포함하는 리간드를 나타낸 모식도(b), 상기 리간드가 정전기적 상호작용에 의해 자성입자 표면에 결합되는 과정과 자성입자의 표면에 리간드 도입 전후의 표면전하를 측정한 결과 그래프(c)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 검출방법 및 분리방법을 수행한 결과이다:(a)는 산화아연과 자성입자-리간드 복합체가 응집체를 형성한 것을 광학현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 폴리에틸렌이민의 경쟁적 결합에 의해 산화아연이 자성입자로부터 용출되는 것을 나타낸 모식도이고, (c)는 자성입자-리간드 복합체를 이용하여 산화아연을 분리 및 회수하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 분리방법에서 자성입자-리간드 복합체를 이용한 자성분리 전/후 산화아연 입자의 크기를 분석한 결과이다: (a)는 자성분리 전/후의 산화아연을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 자성분리 전/후의 산화아연을 투과전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (c)는 주사전자현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도를 나타낸 그래프이고, (d)는 산화아연의 결정구조를 X-선 회절분석(XRD)으로 측정한 결과 그래프이고, (e)는 산화아연 분리 및 회수 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 분리방법에서 태블릿과 알약 형태의 건강기능식품에서 분리된 산화아연에 대한 실험 결과이다: (a)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 주사전자현미경 사진이고, (b)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 투과전자현미경 사진이고, (c)는 현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도를 나타낸 그래프이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 자성입자의 주사전자현미경(i), 투과전자현미경(ii)으로 촬영한 사진 및 원소 분석 사진(iii,iv)(a), 산화아연에 특이적 친화력을 가진 펩타이드와 펩타이드 말단에 결합된 라이신을 포함하는 리간드를 나타낸 모식도(b), 상기 리간드가 정전기적 상호작용에 의해 자성입자 표면에 결합되는 과정과 자성입자의 표면에 리간드 도입 전후의 표면전하를 측정한 결과 그래프(c)이다.
도 3은 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 검출방법 및 분리방법을 수행한 결과이다:(a)는 산화아연과 자성입자-리간드 복합체가 응집체를 형성한 것을 광학현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 폴리에틸렌이민의 경쟁적 결합에 의해 산화아연이 자성입자로부터 용출되는 것을 나타낸 모식도이고, (c)는 자성입자-리간드 복합체를 이용하여 산화아연을 분리 및 회수하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 4는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 분리방법에서 자성입자-리간드 복합체를 이용한 자성분리 전/후 산화아연 입자의 크기를 분석한 결과이다: (a)는 자성분리 전/후의 산화아연을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 자성분리 전/후의 산화아연을 투과전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (c)는 주사전자현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도를 나타낸 그래프이고, (d)는 산화아연의 결정구조를 X-선 회절분석(XRD)으로 측정한 결과 그래프이고, (e)는 산화아연 분리 및 회수 효율을 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일 실시예에 따른 산화아연 분리방법에서 태블릿과 알약 형태의 건강기능식품에서 분리된 산화아연에 대한 실험 결과이다: (a)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 주사전자현미경 사진이고, (b)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 투과전자현미경 사진이고, (c)는 현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명에 대해 상세하게 서술한다.
본 발명은 다양한 유형의 식품에 존재하는 산화아연을 이화학적 특성의 변화 없이 효율적으로 분리하는 기술로 활용이 가능하다. 식품에 의도적 또는 비의도적으로 혼입된 산화아연을 정확하게 모니터링 하고 인체에 끼치는 독성 및 안전성을 평가하기 위해 반드시 필요한 기술이 될 것이다. 더 나아가 첨가물로 사용된 산화아연 입자들이 열처리 등 식품의 가공과정 중 어떠한 형태로 변형이 일어나는지 여부를 확인하는 방법으로도 적용될 수 있다.
본 발명은 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 포함하는 산화아연 검출용 조성물을 제공한다.
구체적으로, 상기 자성입자-리간드 복합체는 전분자성 입자의 표면에 펩타이드를 포함하는 리간드가 결합된 형태일 수 있다.
상기 자성입자는 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨 및 백금의 금속, 합금, 산화물 및 황화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다.
상기 자성입자는 음의 표면전하를 갖는 자성입자 또는 전분자성입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 음의 표면전하를 갖는 자성입자는 자성입자의 표면이 실리카, 카르복시기(carboxyl), 인산염기(phophate), 또는 황 치환기로 개질된 것을 포함하고, 상기 전분자성입자는 단 사슬 글루칸(SCGs) 매트릭스; 및 상기 매트릭스 내부에 분산된 자성입자;를 포함한다.
본 명세서에 사용된 용어, "매트릭스"는 2종 이상의 성분을 포함하는 물(物)에서 연속상을 구성하는 성분을 의미한다. 상기 자성입자는 단 사슬 글루칸(SCGs) 매트릭스 내에 상기 자성입자가 불연속상으로 존재하는 형태일 수 있다.
상기 단 사슬 글루칸(SCGs)은 옥수수 전분(waxy maize starch, WMS) 내 아밀로펙틴(amylopectins)의 효소적 탈분지 반응(enzymatic debranching)에 의해 생성될 수 있다.
상기 리간드는 펩타이드 및 양이온성 아미노산을 포함하고, 구체적으로, 상기 리간드는 펩타이드 말단에 양이온성 아미노산이 결합된 형태일 수 있다.
상기 펩타이드는 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 가질 수 있다. 상기와 같이 산화아연과 친화력을 갖는 펩타이드를 포함함으로써 상기 자성입자-리간드 복합체가 산화아연과 결합하여 산화아연을 검출하거나 분리해낼 수 있다.
상기 양이온성 아미노산은 라이신, 히스티딘, 아르기닌 및 오르니틴으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 양이온성 아미노산은 3 내지 7개의 라이신을 포함할 수 있다.
또한, 본 발명은 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계를 포함하고, 상기 리간드는 펩타이드 및 양이온성 아미노산을 포함하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법을 제공한다.
상기 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계는 펩타이드 말단에 양이온성 아미노산이 결합된 리간드가 분산된 용액에 첨가하여 로테이터에서 10 내지 50 rpm으로 1분 내지 30분 동안 교반시켜 혼합함으로써, 자성입자-리간드 복합체를 제조할 수 있다.
상기 자성입자는 철, 망간, 크롬, 코발트, 니켈, 구리, 아연, 사마륨, 가돌리늄, 네오디뮴, 유로퓸, 바륨 및 백금의 금속, 합금, 산화물 및 황화물로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함할 수 있다. 상기 자성입자는 음의 표면전하를 갖는 자성입자 또는 전분자성입자를 포함할 수 있다. 구체적으로, 상기 음의 표면전하를 갖는 자성입자는 자성입자의 표면이 실리카, 카르복시기(carboxyl), 인산염기(phophate), 또는 황 치환기로 개질된 것을 포함하고, 상기 전분자성입자는 단 사슬 글루칸(SCGs) 매트릭스; 및 상기 매트릭스 내부에 분산된 자성입자;를 포함한다.
상기 리간드는 펩타이드 및 양이온성 아미노산을 포함하고, 구체적으로, 상기 리간드는 펩타이드 말단에 양이온성 아미노산이 결합된 형태일 수 있다.
상기 펩타이드는 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 것일 수 있다.
상기 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계 이전에, 단 사슬 글루칸에 자성입자를 첨가하여 전분자성입자를 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 전분자성입자를 제조하는 단계는 (a-1) 탈분지효소 존재 하에서 젤라틴화된 옥수수 전분(WMS)을 반응시키는 단계; (a-2) 상기 (a-1) 단계의 생성물을 원심분리하여 단 사슬 글루칸(SCGs)을 제조하는 단계; 및 (a-3) 상기 (a-2) 단계에서 제조된 단 사슬 글루칸(SCGs)에 자성입자를 첨가하고 자기조립반응(self-assembly process)을 유도하는 단계;를 포함할 수 있다.
상기 탈분지효소는 아소아밀라아제(isoamylase), 풀루라나아제(pullulanase), 대, 벼, 감자 등 식물의 R효소로 이루어진 군에서 선택된 적어도 하나일 수 있고, 예를 들어, 풀루라나아제일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에 사용된 용어, "자기조립반응"은 무질서하게 존재하는 물질들이 일정한 규칙으로 인하여 제어된 구조체를 형성하거나 물질들이 일정한 양식으로 배치되는 현상을 의미한다. 만약 자기조립하는 물질이 분자(molecule)라면 이를 분자 자기조립(molecular self-assembly)이라 부른다.
분자 자기조립은 작은 분자가 평형 조건 하에서 비공유 상호 작용을 통해 초분자 구조(supramolecular structures)를 형성하도록 구동되는 자발적 과정이다. 이 현상은 마이크로 및 나노미터 크기의 활성 생체재료를 제조하기 위한 강력한 도구로 나타났으며, 이러한 공정에는 유기 용매 및 복잡한 절차가 필요하지 않다. 전분 재결정화(starch recrystallization)는 전형적인 분자 자기조립 공정으로서, 식물에서 최소 부피로 에너지원을 효과적으로 저장하기 위한 전분 분자의 고차 패킹 특성에서 유래된 것이다. 이러한 전분 분자의 자기조립 특성이, 옥수수 전분(WMS) 내 아밀로팩틴의 효소적 탈분지 반응을 통해 수득한 단 사슬 글루칸(SCGs)을 이용하여 구형의 미세구조를 제조하는데 이용될 수 있다.
또한, 본 발명은 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 소비재를 포함하는 현탁액에 첨가하여 산화아연과 결합시키는 단계를 포함하는 산화아연 검출방법을 제공한다.
상기 소비재는 농축·임·수산물, 식품, 건강기능식품, 의약품, 의약외품, 위생용품, 화장품으로 이루어진 군에서 선택된 하나 이상일 수 있고, 예를 들어, 식품 또는 건강기능식품일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 산화아연과 결합시키는 단계는 산화아연을 포함하는 소비재를 용매에 현탁시켜 소비재를 포함하는 현탁액을 제조하고, 상기 용매는 물일 수 있다.
상기 산화아연과 결합시키는 단계는 소비재를 포함하는 현탁액에 자성입자-리간드 복합체의 농도가 0.1 내지 5 mg/mL, 0.1 내지 3 mg/mL 또는 0.5 내지 2 mg/mL이 되도록 첨가할 수 있다.
또한, 상기 산화아연과 결합시키는 단계는 로테이터에서 10 내지 50 rpm으로 1분 내지 30분 또는 5분 내지 20분 동안 교반하여 산화아연-자성입자 결합체를 형성할 수 있다.
예를 들어, 상기 산화아연과 결합시키는 단계는 상기 자성입자-리간드 복합체에 포함된 펩타이드와 산화아연의 친화력에 의해 상기 복합체의 리간드에 산화아연이 결합할 수 있다.
상기 산화아연과 결합시키는 단계 이후에, 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체를 외부자력으로 분리하여 상층액을 제거하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 상층액을 제거하는 단계는 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체가 포함된 현탁액에 외부자력을 가깝게 배치하여 상기 복합체에 결합된 산화아연을 일면에 수집하고 산화아연이 결합되지 않은 상층액을 제거하여 산화아연-자성입자 결합체를 분리해낼 수 있다.
상기 외부자력은 자석 또는 전자석 중 선택된 하나 이상을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
또한, 본 발명은 상기 서술한 산화아연 검출방법을 통해 형성된 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체에 0.1 내지 0.5 mM의 양이온성 고분자를 첨가하여 산화아연을 용출시키는 단계; 및 상기 용출된 산화아연을 외부자력을 이용하여 분리시키는 단계를 포함하는 산화아연 분리방법을 제공한다.
상기 산화아연을 용출시키는 단계는 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체와 양이온성 고분자가 포함된 현탁액에 초음파를 처리하여 5분 내지 20분 또는 5분 내지 15분 동안 분산시킬 수 있다.
상기 양이온성 고분자는 폴리에틸렌이민, 폴리라이신(Poly-L-lysine, PLL) 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine hydrochloride, PAA), 폴리아미도아민 덴드리머(Poly(amidoamine), PAMAM dendrimer), 폴리(2-(다이메틸아미노)에틸 메타크릴레이드(Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, PDMAEMA), 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드(Poly(diallyldimethylammonium chloride, PDADMAC), 양이온성 젤라틴(Cationic gelatin), 양이온성 덱스트란(Cationic dextran), 양이온성 셀룰로오스(Cationic cellulose) 및 양이온성 사이클로덱스트린(Cationic cyclodextrin)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함한다. 구체적으로, 상기 양이온성 고분자는 폴리에틸렌이민일 수 있다.
상기 양이온성 고분자는 0.1 내지 0.5 mM 또는 0.1 내지 0.3 mM의 고농도로 포함하여 상기 복합체의 리간드와 경쟁적으로 결합하여 산화아연이 결합된 리간드를 분리시키는 역할을 한다.
상기 산화아연을 용출시키는 단계는 양이온성 고분자가 상기 복합체의 리간드가 결합되는 자성입자 부위에 결합하여 산화아연이 결합된 리간드가 분리되면서 산화아연이 용출될 수 있다.
상기 분리시키는 단계는 상기 용출된 산화아연을 포함하는 현탁액의 일면에 외부자력을 배치하여 전분자성입자를 일면에 고정시키고, 상층액만을 분리하여 산화아연을 분리할 수 있다.
상기 외부자력은 자석 또는 전자석 중 선택된 하나 이상을 이용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
소비재에 사용되고 있는 산화아연에 대한 규제가 강화됨에 따라, 본 발명의 산화아연의 검출방법 및 분리방법은 소비재에 포함된 산화아연의 이화학적 특성을 정확하게 모니터링하기 위한 효율적인 분리 및 회수 방법으로 적용할 수 있다.
예를 들어, 소비재의 독성 평가를 위해 산화아연의 소비재 내 첨가 여부를 확인하거나, 소비지 내에 포함된 산화아연을 회수하기 위한 방법으로 본 발명을 활용할 수 있다.
이하에서는 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
실시예 1
1-1. 자성입자 제조
비커에 3차 증류수 200 mL와 100 mM Ferrous(Fe3 +), 50 mM Ferric(Fe2 +)을 정량하여 교반하며 분산시켜 주었다. 교반 과정 중 70%(v/v) Ammonium Hydroxide를 10 mL 첨가하여 환원을 유도했다. 90℃ 항온수조에서 20분간 분자를 재배열하는 annealing 과정을 거친 뒤, 합성된 산화철 입자를 외부자력을 통해 잔여 Ammonuim Hydroxide로부터 분리 및 농축 후 70% 에탄올과 3차 증류수로 각 3회 세척했다. 외부자력을 이용하여 상층액을 제거한 뒤, 10 mM citrate 30 mL을 첨가하고 초음파 분사기로 (pulse 5s, amp 25% 30sec) 분산시켰다. 이후 자석을 이용하여 3차 증류수로 세척 및 분산시켜 자성입자를 제조하였다.
3%(w/v) 찰옥수수 전분을 sodium acetate buffer(pH 4) 50 mL에 분산시킨 뒤, 전자레인지를 이용하여 1분 30초 동안 호화시켰다. 호화된 전분 용액을 상온에서 37℃로 식힌 뒤, 가수분해 효소(pullulanase, 100 ASP/mL)를 첨가하여 16-24 시간동안 37℃ 인큐베이터에서 분지과정을 수행하였다. 20℃에서 13,000×g로 5분간 원심분리하여 상층액에 존재하는 단 사슬 글루칸(short chain glucan)을 회수하였다. 회수된 단 사슬 글루칸(glucan)과 상기 제조한 자성입자 10 mg/mL를 4℃에서 16-24 시간 동안 반응시켰다. 단 사슬 글루칸의 자가결합을 기반으로 초상자성 특성을 띠는 전분자성입자를 제조하였다. 광학현미경을 통해 입자의 평균 크기(1.3 μm)와 분산 안정성을 확인하고, 4℃에서 보관하였다.
1-2. 자성입자-리간드 복합체 제조
산화아연과 특이적인 친화력을 가지는 펩타이드 말단에 라이신 5개를 추가한 펩타이드(GAMHLPWHMGTLKKKKK)를 업체를 통해 제작하였다. 코니칼 튜브(conical tube)에 TBS buffer 10 mL을 취하고, 제작된 펩타이드 1mg을 분산시켰다. 펩타이드가 분산된 TBS buffer 10 mL에 전분자성입자 100 mg을 분산시키고, 상온의 로테이터에서 30rpm으로 30분간 반응시켰다. 외부자력을 통해 상층액의 잔여 펩타이드를 제거하고, TBS buffer을 이용하여 3회 세척한 뒤 TBS buffer 10 mL를 추가하여 분산시켜 자성입자-리간드 복합체를 제조하였다. 전분자성입자의 표면 전하 확인을 통해 펩타이드가 수식된 것을 확인하고, 입자를 사용하기 전까지 4℃에서 보관하였다.
실시예 2
전처리된 식품시료 10 mL에 상기 실시예 1에서 제조한 자성입자-리간드 복합체의 최종 농도가 1 mg/mL이 되도록 첨가하여 로테이터에서 30 rpm으로 10분간 교반하였다. 용액 내 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체를 자석으로 분리 후 상층액을 모두 제거하였다. 3차 증류수 10 mL을 첨가하여 vortexer로 수분산 시켰다. 상기 과정을 2회 반복하였다.
실시예 3
상기 실시예 2에서 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체를 자석으로 분리 후 상층액 10 mL을 제거한 뒤 0.2 mM PEI 10 mL을 첨가하였다. 자석을 제거 후, 용액을 배쓰(bath)형 초음파 처리기를 통해 10분간 분산시켰다. 자성입자를 자석으로 분리 후, 산화아연이 용출된 상층액 10 mL을 유리 바이알(glass vial)에 옮겨 담아 이화학적 특성 분석에 사용하였다.
실험예 1
본 발명의 산화아연 검출용 조성물에 적합한 펩타이드 종류를 확인하기 위해서 산화아연 결합 및 합성 관련 펩타이드 서열을 이용하여 식품첨가물 종류별 친화력 실험을 수행하였으며, 그 결과는 도 1에 나타냈다.
상기 친화력 실험은 문헌조사를 통해 얻어진 펩타이드를 산화아연, 이산화티타늄 및 이산화규소가 각각 포함된 수용액에 첨가하여 반응시켰고, 물질 표면에 붙지 않은 펩타이드는 침전되지 않는 점을 이용하여 원심분리 후 상층액에 존재하는 펩타이드를 정량하여 산화아연과 결합력이 우수한 펩타이드를 발견하였다.
도 1은 산화아연에 대한 펩타이드의 특이적 결합력 실험을 진행한 결과로서, (a)는 산화아연 결합 및 합성 관련된 펩타이드 리스트이고, (b)는 (a) 리스트의 펩타이드와 산화아연, 이산화티타늄, 이산화규소의 결합력을 나타낸 그래프이다.
도 1을 살펴보면, 산화아연 결합 및 합성에 관련된 펩타이드 중에서 4번 펩타이드(GAMHLPWHMGTL(12aa))에서 산화아연과의 결합효율이 80% 이상인 것을 확인하였고, 비타겟 대조군인 이산화티타늄과 이산화규소와는 결합하지 않는 것을 확인하였다.
실험예 2
본 발명의 산화아연 검출용 조성물에 포함된 자성입자-리간드 복합체의 형태 및 특성을 확인하기 위해 실시예 1에서 제조한 전분자성입자를 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 촬영하였고, 전분자성입자 표면에 리간드(펩타이드)를 결합하기 전과 후의 표면전하를 측정하였으며, 그 결과를 도 2에 나타냈다.
도 2의 (a)는 실시예 1에서 제조한 전분자성입자의 주사전자현미경(i), 투과전자현미경(ii)으로 촬영한 사진 및 원소 분석 사진(iii, iv)이고, 도 2의 (b)는 산화아연에 특이적 친화력을 가진 펩타이드와 펩타이드 말단에 결합된 라이신을 포함하는 리간드를 나타낸 모식도이고, 도 2의 (c)는 상기 리간드가 정전기적 상호작용에 의해 전분자성입자 표면에 결합되는 과정과 전분자성입자의 표면에 리간드 도입 전후의 표면전하를 측정한 결과 그래프이다.
도 2의 (a)를 살펴보면, 초상자성을 가진 산화철이 전분자성입자 내부에 잘 분포되어 있음을 확인할 수 있다. 도 2의 (b)를 보면, 산화아연에 특이적으로 친화력을 가진 펩타이드(빨간 부분) 말단에 다섯 개의 라이신(파란 부분)이 결합된 리간드를 나타낸 것이다. 도 2의 (c)를 살펴보면, 펩타이드의 라이신 부분이 정전기적 상호작용으로 인해 음전하를 가진 전분자성 입자 표면에 수식되는 과정을 나타낸 것으로, 전분자성입자 표면에 리간드가 결합하기 전과 후의 표면전하를 측정한 결과 전분자성입자 표면에 리간드가 결합함으로써 전분자성입자의 표면 전하가 감소함을 확인할 수 있다.
실험예 3
본 발명의 자성입자-리간드 복합체와 산화아연을 검출하고 분리하는 방법을 설명하기 위해서 실시예 1의 복합체와 수용액 상에 산화아연을 반응시켜 응집체를 형성시켜 이를 광학현미경을 이용하여 촬영하였고, 폴리에틸렌이민(PEI)과 경쟁적 결합을 통해 산화아연이 용출되는 것을 확인하는 실험을 하였으며, 그 결과를 도 3에 나타냈다.
도 3은 실시예 1의 자성입자-리간드 복합체를 이용한 산화아연 검출방법 및 분리방법을 수행한 결과로서, (a)는 산화아연과 전분자성입자 복합체가 응집체를 형성한 것을 광학현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 폴리에틸렌이민의 경쟁적 결합에 의해 산화아연이 전분자성입자로부터 용출되는 것을 나타낸 모식도이고, (c)는 전분자성입자를 이용하여 산화아연을 분리 및 회수하는 과정을 나타낸 모식도이다.
도 3의 (a)를 살펴보면, 수용액 상에 포함된 산화아연과 자성입자-리간드 복합체가 응집체를 이룬 것을 확인할 수 있다. 도 3의 (b)는 폴리에틸렌이민의 경쟁적 결합에 의해 산화아연이 자성입자-리간드 복합체에서 용출되는 것을 보여주는 모식도로, 폴리에틸렌이민이 전분자성입자에 폴리에틸렌이민에 결합하면서산화아연이 결합된 리간드(펩타이드 및 라이신)가 떨어져 나오는 것이다. 도 3의 (c)를 살펴보면, 친화력 기반 전분자성입자를 이용하여 산화아연을 분리 및 회수하는 과정을 보여주는 것으로, (i)는 산화아연이 분산된 수용액이고, (ii)는 자성입자-리간드 복합체와 산화아연이 결합하여 응집체를 이루고 외부의 자력에 의해 분산되어 있던 산화아연-전분자성입자 응집체를 한쪽으로 분리한 것이고, (iii)는 강한 양전하를 띠는 고농도의 폴리에틸렌이민의 농도적 우위에 밀려 산화아연-펩타이드 리간드 복합체가 전분자성입자 표면으로부터 용출되어 투명했던 용액이 다시 흰색으로 변하는 것을 확인할 수 있다.
실험예 4
본 발명의 산화아연 분리방법을 통해 식품첨가물로부터 분리된 산화아연 입자의 특성을 확인하기 위해, 식품첨가물에 포함된 산화아연을 자성입자-리간드 복합체를 이용하여 자성분리 전/후의 산화아연을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 촬영하였고, X선 회절분석을 수행하였으며, 산화아연 분리 및 회수 효율을 측정하였으며, 그 결과를 도 4에 나타냈다.
도 4는 실시예 3의 산화아연 분리방법에서 전분자성입자를 이용한 자성분리 전/후 산화아연 입자의 크기를 분석한 결과이다: (a)는 자성분리 전/후의 산화아연을 주사전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (b)는 자성분리 전/후의 산화아연을 투과전자현미경으로 촬영한 이미지이고, (c)는 주사전자현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도를 나타낸 그래프이고, (d)는 산화아연의 결정구조를 X-선 회절분석(XRD)으로 측정한 결과 그래프이고, (e)는 산화아연 분리 및 회수 효율을 나타낸 그래프이다.
도 4를 살펴보면, 자성분리 방법을 사용하여 산화아연을 분리한 결과 산화아연 입자의 크기는 원래 실험에 사용된 산화아연 입자와 차이를 보이지 않았으며, 두 입자 모두 우루자이츠의 결정형으로 구축한 자성분리 방법이 산화아연의 입자 크기 및 이화학적 특성에 어떠한 영향도 주지 않는 것을 확인하였다. 또한 80% 이상의 높은 분리 및 회수 효율로 산화아연을 분리할 수 있음을 확인하였다.
실험예 5
본 발명의 산화아연 분리방법을 통해 건강기능식품으로부터 분리된 산화아연 입자의 특성을 확인하기 위해, 건강기능식품에 포함된 산화아연을 자성입자-리간드 복합체를 이용하여 자성분리 후의 산화아연을 주사전자현미경 및 투과전자현미경으로 촬영하였고, 현미경 사진을 이용하여 산화아연 입자의 크기 분포도를 측정하였으며, 그 결과를 도 5에 나타냈다.
도 5는 실시예 3의 산화아연 분리방법에서 태블릿과 알약 형태의 건강기능식품에서 분리된 산화아연에 대한 실험 결과이다: (a)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 주사전자현미경 사진이고, (b)는 건강기능식품에서 분리된 산화아연 입자의 투과전자현미경 사진이고, (c)는 현미경 사진에 해당하는 산화아연 입자의 크기 분포도(주사전자현미경; 빨강, 투과전자현미경; 파랑)를 나타낸 그래프이다.
도 5를 살펴보면, 자성분리 방법을 사용하여 산화아연을 분리한 결과, 자성 분리 후에는 태블릿과 알약 형태의 매트릭스가 제거되어 고순도의 산화아연만이 존재하는 것을 확인할 수 있다. 따라서 주사전자현미경과 투과전자현미경을 이용하여 태블릿 및 알약에 존재하는 산화아연의 정확한 입자 크기 분포 분석과 입자의 이화학적 분석이 가능하다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술한 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
<110> University-Industry Cooperation Group of Kyung Hee University
<120> Composition for detecting food additive zinc oxide, preparation
method thereof, detecting and separating method of zinc oxide
using the same
<130> ADP-2021-0959
<160> 1
<170> KoPatentIn 3.0
<210> 1
<211> 12
<212> PRT
<213> Artificial Sequence
<220>
<223> zinc oxide binding peptide
<400> 1
Gly Ala Met His Leu Pro Trp His Met Gly Thr Leu
1 5 10
Claims (19)
- 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 포함하고,
상기 리간드는 자성입자의 표면에 결합된 형태인 것을 특징으로 하는 산화아연 검출용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 펩타이드는 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 것을 특징으로 하는 산화아연 검출용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 자성입자는 단 사슬 글루칸(SCGs) 매트릭스; 및 상기 매트릭스 내부에 분산된 자성입자를 포함하는 전분자성입자인 것을 특징으로 하는 산화아연 검출용 조성물. - 제 1 항에 있어서,
상기 리간드는 상기 펩타이드 말단에 양이온성 아미노산을 포함하는 산화아연 검출용 조성물. - 제 4 항에 있어서,
상기 양이온성 아미노산은 라이신, 히스티딘, 아르기닌 및 오르니틴으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 산화아연 검출용 조성물. - 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계를 포함하고,
상기 리간드는 펩타이드 및 양이온성 아미노산을 포함하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 펩타이드는 서열번호 1로 표시되는 아미노산 서열을 갖는 것이고,
상기 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계는 펩타이드 말단에 양이온성 아미노산이 결합된 리간드가 분산된 용액에 첨가하여 10 내지 50 rpm으로 1분 내지 30분 동안 교반시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법. - 제 6 항에 있어서,
상기 자성입자는 전분자성입자이고,
상기 자성입자에 리간드를 결합시키는 단계 이전에, 단 사슬 글루칸에 자성입자를 첨가하여 전분자성입자를 제조하는 단계를 추가로 포함하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법. - 제 8 항에 있어서,
상기 전분자성입자를 제조하는 단계는,
(a-1) 탈분지효소 존재 하에서 젤라틴화된 옥수수 전분(WMS)을 반응시키는 단계; (a-2) 상기 (a-1) 단계의 생성물을 원심분리하여 단 사슬 글루칸(SCGs)을 제조하는 단계; 및 (a-3) 상기 (a-2) 단계에서 제조된 단 사슬 글루칸(SCGs)에 자성입자를 첨가하고 자기조립반응(self-assembly process)을 유도하는 단계;를 포함하는 산화아연 검출용 조성물의 제조방법. - 펩타이드를 포함하는 리간드; 및 자성입자;를 포함하는 자성입자-리간드 복합체를 소비재를 포함하는 현탁액에 첨가하여 산화아연과 결합시키는 단계를 포함하는 산화아연 검출방법.
- 제 10 항에 있어서,
상기 산화아연과 결합시키는 단계는 자성입자-리간드 복합체의 농도가 0.1 내지 5 mg/mL이 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 산화아연 검출방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 산화아연과 결합시키는 단계는 10 내지 50 rpm으로 1분 내지 30분 동안 교반하는 것을 특징으로 하는 산화아연 검출방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 산화아연과 결합시키는 단계는 상기 자성입자-리간드 복합체에 포함된 펩타이드와 산화아연의 친화력에 의해 리간드에 산화아연이 결합하는 것을 특징으로 하는 산화아연 검출방법. - 제 10 항에 있어서,
상기 산화아연과 결합시키는 단계 이후에, 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체를 외부자력으로 분리하여 상층액을 제거하는 단계를 추가로 포함하는 산화아연 검출방법. - 제 10 항 내지 제 14 항 중 어느 한 항에 따른 산화아연 검출방법을 통해 형성된 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체에 0.1 내지 0.5 mM의 양이온성 고분자를 첨가하여 산화아연을 용출시키는 단계; 및
상기 용출된 산화아연을 외부자력을 이용하여 분리시키는 단계를 포함하는 산화아연 분리방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 양이온성 고분자는 폴리에틸렌이민, 폴리라이신(Poly-L-lysine, PLL) 폴리알릴아민 하이드로클로라이드(Polyallylamine hydrochloride, PAA), 폴리아미도아민 덴드리머(Poly(amidoamine), PAMAM dendrimer), 폴리(2-(다이메틸아미노)에틸 메타크릴레이드(Poly(2-(dimethylamino)ethyl methacrylate, PDMAEMA), 폴리다이알릴다이메틸암모늄 클로라이드(Poly(diallyldimethylammonium chloride, PDADMAC), 양이온성 젤라틴(Cationic gelatin), 양이온성 덱스트란(Cationic dextran), 양이온성 셀룰로오스(Cationic cellulose) 및 양이온성 사이클로덱스트린(Cationic cyclodextrin)으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 산화아연 분리방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 산화아연을 용출시키는 단계는 산화아연이 결합된 자성입자-리간드 복합체와 양이온성 고분자가 포함된 현탁액에 초음파를 처리하여 5분 내지 20분 동안 분산시키는 것을 특징으로 하는 산화아연 분리방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 산화아연을 용출시키는 단계는 양이온성 고분자가 상기 복합체의 리간드가 결합되는 전분자성입자 부위에 결합하여 산화아연이 결합된 리간드가 분리되면서 산화아연이 용출되는 것을 특징으로 하는 산화아연 분리방법. - 제 15 항에 있어서,
상기 분리시키는 단계는 상기 용출된 산화아연을 포함하는 현탁액의 일면에 외부자력을 배치하여 전분자성입자를 일면에 고정시키고, 상층액만을 분리하여 산화아연을 분리하는 것을 특징으로 하는 산화아연 분리방법.
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|---|---|---|---|---|
| KR102291376B1 (ko) | 2020-07-02 | 2021-08-23 | 경희대학교 산학협력단 | 자성입자, 그 제조방법 및 그를 이용한 이산화티타늄의 분리방법 |
-
2022
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Patent Citations (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| KR102291376B1 (ko) | 2020-07-02 | 2021-08-23 | 경희대학교 산학협력단 | 자성입자, 그 제조방법 및 그를 이용한 이산화티타늄의 분리방법 |
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|---|---|---|---|
| E902 | Notification of reason for refusal |