WO2023249264A1 - 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명의 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법은, 누에 또는 곤충에 존재하는 고분자 단백질을 가수분해하여 저분자 펩타이드, 액상 아미노산 또는 아미노산 파우더를 생산하기 위한 기술로서, 저분자 펩타이드 및 아미노산의 생성 시간과 생성율을 획기적으로 높일수 있는 고효율, 고순도 펩타이드 및 아미노산 제조방법에 관한 것이다. [대표도] 도 1.

Description

누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법

본 발명은 누에 또는 곤충에 존재하는 고분자 단백질을 가수분해하여 저분자 펩타이드, 액상 아미노산 또는 아미노산 파우더를 생산하기 위한 기술로서, 저분자 펩타이드 및 아미노산의 생성 시간과 생성율을 획기적으로 높일수 있는 고효율/고순도 펩타이드 및 아미노산 제조방법에 관한 것이다.

최근 누에와 곤충은 축산/가축 단백질을 대체하는 단백질원으로 부각되면서 단백질 식품으로 상품화되어 시장에 출시되고 있으며 관련 산업이 급성장하고 있는 추세이다.

특히, 누에고치는 세리신(Serisin)과 피브로인(Fibroin) 단백질로 형성되어 있으며 이러한 단백질을 최근에는 기능성 식음료의 소재 또는 의료용 소재로 이용하기 위한 개발이 활발히 진행되고 있다.

그러나 이제까지의 기술들은 누에고치로 채취되는 견단백질을 별다른 처리공정을 거치지 아니하고 원형 그대로 사용하였거나 용해된 피브로인 수용액을 정제하는데 있어서 거의 투석(Dialysis)에 의해 정제하는 방법을 사용하고 있으므로 대량 양산시 생산의 수율이 저하되는 비경제적인 면이 있었으며 견단백질이 가지고 있는 섬유상의 구조적인 특징 및 아미노산의 배열 등으로 인체 내에서의 분해의 지연이나 분해가 어려워 흡수율이 저하되어 기능성/의료용 소재로서의 가치가 떨어지는 등의 문제점이 있었다.

종래기술에 의할 때, 누에고치/곤충 펩타이드 또는 아미노산의 제조 기술은 산가수분해법, 중성염분해법 등의 화학적인 분해법과 생물학적인 효소분해법이 알려져 있다.

화학적인 분해법은 쉽게 분해되어 수율은 높지만, 제조공정시 수질오염을 유발하고, 가수분해 단계에서 펩타이드가 아닌 아미노산까지 분해가 이루어져 기능성 펩타이드를 생산하지 못하는 문제점이 있었다. 또한, 효소분해법은 공정이 간단한데 비하여 분해율이 낮고, 그로 인한 수율이 저조한 문제점이 있었다.

이로 인해 누에/곤충을 이용한 관련 제품의 품질 수준은 누에 또는 곤충류를 단순 건조, 분쇄하여 파우더 형태로 판매 하거나 성충을 건조한 형태 그대로 판매되고 있어 식용으로서의 불쾌감은 물론 맛이나 식감의 개선이 이루어 지지 않고 있으며, 누에 또는 곤충을 이용한 저분자 펩타이드 또는 아미노산 생산 기술도 효소 반응시간이 24 ~ 72시간까지 매우 길고 아미노산 생성률도 40-50% 로 낮아 비경제적일 뿐만 아니라 가격이 비싸고 사용 용도도 제한적인 단점이 있었다.

한편, 누에의 경우 부위에 따라 누에고치 부분은 분자량이 300,000 Da에 달하고 그외 부위는 100,000 Da 내외의 분자량을 갖는데 이렇게 분자량이 다른 단백질을 분해하기 위해서는 각기 다른 효소와 투입비율과 반응시간, 온도, PH 등을 다르게 적용해야만 하는데 현실적으로 비생산적, 비경제적일 수밖에 없고 종전의 기술은 세분화된 기술을 개시하지 않고 포괄적인 제조방법만을 제시하고 있으며, 특정 효소분해 만으로는 아미노산 생성율이 매우 낮고 생성시간도 상당한 시간이 소요 될 수 밖에 없어 종전의 방법으로는 고효율의 고순도 아미노산 생산을 하기가 거의 불가능 하였다.

따라서, 고효율의 아미노산 생산을 위한 단백질 입자의 초미립화와 효소분해의 최상 상태의 환경을 조성하기 위한 온도관리, PH 관리, 효소의 종류, 효소투입 비율, 반응시간 등의 설정을 통해 고효율의 펩타이드 및 아미노산을 생성할 수 있는 제조방법이 요구되고 있다.

위의 배경기술로서 설명된 사항들은 본 발명의 배경에 대해 이해 증진을 위한 것일 뿐, 이 기술분야에서 통상의 지식을 가진자에게 이미 알려진 종래기술에 해당함을 인정하는 것으로 받아들여져서는 안 될 것이다.

본 발명은 전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로서, 누에 또는 곤충의 단백질 입자 초미립화와, 효소분해의 최상 상태의 환경을 조성하기 위한 온도관리, PH 관리, 효소의 종류, 효소투입 비율, 반응시간 등의 설정을 통해 누에 또는 곤충의 고분자 단백질을 단시간 이내에 저분자 펩타이드 또는 아미노산을 높은 생성율로 생산해 낼 수 있는 제조방법을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 본 발명의 기재로부터 당해 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.

전술한 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 본 발명은, 누에 또는 곤충의 단백질 분말을 분쇄하고 단백질 용액을 생성하는 단계: 상기 단백질 용액을 가열하는 단계; 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 투입하는 제1차 효소반응단계; 및 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 재차 투입하는 제2차 효소반응 단계:를 포함하되, 상기 제2차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소는, 제1차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소보다 각각 단백질 용액 중량 대비 중량%가 적은 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법을 제공한다.

본 발명에서, 상기 단백질 분쇄 및 단백질 용액 생성 단계는, 누에 또는 곤충의 단백질 분말을 건식 분쇄하는 단계; 상기 건식 분쇄된 단백질 분말과 물을 2:8의 비율의 단백질 용액으로 혼합한 후 습식 분쇄 하는 단계; 및 상기 습식 분쇄된 단백질 용액을 초음파로 분쇄하는 단계;를 포함하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 초음파 분쇄단계는, 상기 단백질 용액에 20KH~40KH 범위의 주파수를 가진 초음파를 20분 내지 60분 조사하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 단백질 용액의 가열단계는, 상기 단백질 용액을 반응탱크에 투입하되, 상기 반응탱크는 순간 가열기를 장착하고 이를 통해 순환식으로 단백질 용액이 55℃~60℃로 상승 및 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제1차 효소 반응단계는, 분쇄된 단백질 용액 중량대비 엔도형(Endo Type) 효소 2~3 중량%와 엑소형(Exo type) 효소 0.2~0.5 중량%를 반응 탱크에 투입하고 PH를 6-8 사이를 조정하면서 3시간 이내로 단백질 용액에 효소를 반응시키는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제1차 효소 반응단계는, 효소 투입 후 1시간까지는 PH 8로 유지하고, 1~2시간까지는 PH 6.0~6.5로 유지하며, 2~3시간까지는 PH 7로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제2차 효소 반응단계는, 분쇄된 단백질 용액 중량대비 엔도형(Endo Type) 효소 1~2 중량%와 엑소형(Exo type) 효소 0.1~0.2 중량%를 반응 탱크에 투입하고, 1시간 이내로 단백질 용액에 효소를 반응시키되 PH 7로 유지하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 엔도형(Endo Type) 효소는 알카라아제(Alcarase)이고, 상기 엑소형(Exo type) 효소는 플라보자임(Flavourzyme)인 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 반응 탱크 내의 온도는계속 55℃~60℃를 유지하고, 반응 탱크의 측면 내부에 장착되는 교반 프로펠러의 교반속도는 60~100rpm 이며, 교반 프로펠러는 수직 방향으로 회전하도록 교반하는 것이 바람직하다.

본 발명에서 상기 제2 효소반응 단계는, 효소 투입 후 1시간 이후에, 투입된 효소의 활성을 정지시키기 위해 20~40kHz의 주파수를 가진 초음파를 15~25분간 조사한 후 아미노산 펩타이드 혼합용액을 도출하는 것이 바람직하다.

본 발명은 상기 아미노산 펩타이드 혼합용액에, 키토산 1-2%용액 및 구연산 8-10% 용액을 투입하여 미분해 단백질과 불순물을 응집시켜 여과시키고, 상기 미분해 단백질 및 불순물이 여과된 아미노산 펩타이드 혼합용액을 필터프레스를 통해 정제시켜 아미노산 용액 및 유기물 케이크를 도출하는 것이 바람직하다.

본 발명은, 상기 유기물 케이크를 마이크로 웨이브 방식으로 건조하여 펩타이드 아미노산 혼합 분말 도출하는 것이 바람직하다.

본 발명의 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법은, 펩타이드 및 아미노산의 생성 시간을 기존에 비해 대폭 단축하고, 고순도의 아미노산 생성율을 크게 향상시키는 효과가 있다.

또한, 본 발명에 의하면, 고순도 아미노산의 생산 원가와 생성율을 개선시켜 고순도 아미노산을 이용하는 식품, 화장품, 의약품 등 다양한 분야에 용이하게 적용이 될 수 있는 연쇄적 효과가 있다.

본 발명의 효과는 이상에서 언급된 것들에 한정되지 않으며, 언급되지 아니한 다른 해결과제들은 아래의 기재로부터 당업자에게 명확하게 이해되어질 수 있을 것이다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법의 순서도.

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법의 단계별 흐름도.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응탱크의 외부 구성도.

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응탱크의 내부 구성도.

본 발명은 누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 분쇄하고 단백질 용액을 생성하는 단계: 상기 단백질 용액을 가열하는 단계; 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 투입하는 제1차 효소반응단계; 및 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 재차 투입하는 제2차 효소반응 단계:를 포함하되, 상기 제2차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소는, 제1차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소보다 각각 단백질 용액 중량 대비 중량%가 적은 것을 특징으로 한다.

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예를 상세히 설명하기로 한다. 이에 앞서, 본 명세서 및 청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서, 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일실시예에 불과할 뿐이고 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.

종래기술의 소개

종래기술의 효소분해법에 의하면, 누에 또는 곤충으로부터 유래되는 고분자 단백질 입자를 미세하게 분쇄하는 기술을 개시하지 않고 있다.

또한, 종래의 효소분해법에 의하면, 단백질을 분해하는 수많은 효소에 대한 실험 부족으로 엔도형(Endo Type) 효소와 엑소형(Exo Typ) 효소의 사용에 구분이 없는 경우가 대부분이며 주로 1가지 효소만 사용하는 경우가 많았다. 또한 이와 같은 방식에 의해 단백질이 분해되더라도 고분자 단백질 상당량이 모두 아미노산으로 전환되지 않는 단점이 있었다.

종래에는 누에 분말 가용액의 온도는 대략 60℃까지 가열하는 데에만 2시간 이상 소요되고, 장시간 60℃를 지속적으로 유지하여야 하는데 가용액을 수용하는 반응 탱크 내부의 중심부와 주변부간 온도의 편차가 발생하여 효소반응의 저해 및 생산성 저하 요인이 되곤 했었다.

더 나아가 종래기술은 효소 종류에 따른 효소반응에 필요한 온도와 PH 및 반응시간에 대하여 구체적이지 못하고 온도 변화와 PH 변화 시에 이를 관리하거나 대응하는 내용이 개시되지 않았다.

본 발명의 제조방법

본 발명의 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법은, i) 누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 분쇄하고 단백질 용액을 생성하는 단계, ii) 상기 단백질 용액을 가열하는 단계, iii) 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 투입하는 제1차 효소반응단계 및 iv) 상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 재차 투입하는 제2차 효소반응 단계를 포함하여 형성될 수 있다.

본 발명에서 상기 누에는, 누에고치류 또는 그 분말류, 누에성체건조류 또는 그 분말류, 홍잠성체류 또는 그 분말류 중 어느 하나 이상이 적용될 수 있다.

또한, 상기 곤충은, 쌍별귀뚜라미, 메뚜기, 누에 번데기, 백강잠, 밀웜, 흰점박이꽃무지애벌레(굼벵이), 갈색거저리애벌레, 장수풍뎅이유충, 수벌번데기, 풀무치 또는 이들의 분말류가 적용될 수 있을 것이나, 반드시 이에 한정되지 아니하고 단백질 성분이 포함된 곤충류라면 어떠한 곤충도 포함될 수 있을 것이다.

먼저, 본 발명은 누에/곤충의 단백질 분말의 분쇄에 있어서, '건식분쇄, 습식분쇄, 초음파 분쇄'의 3단계 분쇄기술을 적용하여 고분자 단백질입자를 초미립화하고 단백질 입자의 비표면적을 크게 넓혀서 효소분해 시간과 효율을 획기적으로 높일 수 있도록 한다.

다만, 상기 분쇄 공정에 의해 단백질이 분해된다고 하여 전부 아미노산화되는 것이 아니며, 단백질을 단시간에 잘 분해하는 엔도형(Endo Type) 효소와 아미노산 생성율을 높이는 엑소형(Exo Type) 효소를 모두 적절하게 투입하여 효소 반응을 하도록 한다.

본 발명은 실험을 통하여 얻어진 결과에 의해 엔도형(Endo Type) 효소와 엑소형(Exo Type) 효소 중에서 가장 효율이 좋은 알카라아제(Alcarase) 효소와 플라보자임(Flavourzyme) 효소를 각각 특정하고 최적의 투입 비율로 적용하게 된다.

그리고, 본 발명에서는 누에/곤충의 단백질 용액(가용액)을 반응탱크(100)에 투입하되, 반응탱크(100)를 히팅(Heating)하면서 단백질 용액을 지속적으로 순간 가열기(70)를 통과시켜 단백질 용액의 온도를 55℃~60℃까지 5~10분내에 상승시킴으로써 종전의 가용액을 가열하는데 소요되는 시간을 수 분이내로 대폭 감소시켜 생산성을 획기적으로 향상시킬 수 있다.

이와 같이 본 발명에서는 순간가열기(70)와 반응탱크(100)의 히팅시스템을 동시에 이용하여 단백질 용액(가용액)의 온도를 편차없이 관리하기 때문에 온도에 의한 효소반응 저해 요인 없이 고효율의 효소반응을 기할 수 있다.

또한, 본 발명에서는 제1차 효소반응과 제2차 효소반응으로 구분하고 1제 효소인 엔도형(Endo Type) 효소와 2제 효소인 엑소형(Exo Type) 효소를 최적의 배합비로 각각 또는 동시 투입하는 방법을 제시하고, 반응 용액의 온도편차 없이 관리하는 방법과 더불어 반응 용액의 적정 PH와 PH 변화에 따른 관리 방법을 제시하여 고순도 및 고생성율의 펩타이드 및 아미노산을 생성할 수 있도록 한다.

도 1은 본 발명의 실시예에 따른 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법의 순서도이고, 도 2는 본 발명의 실시예에 따른 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법의 단계별 흐름도이다. 이하 도 1,2를 참조하여 각 단계별로 자세히 분설하고자 한다.

분쇄단계 : 건식분쇄, 습식분쇄 및 초음파 분쇄 공정

본 발명의 단백질 분쇄 및 단백질 용액 생성 단계는, i) 누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 건식 분쇄하는 단계, ii) 상기 건식 분쇄된 단백질 분말과 물을 2:8의 비율의 단백질 용액으로 혼합한 후 습식 분쇄 하는 단계 및 iii) 상기 습식 분쇄된 단백질 용액을 초음파 분쇄하는 단계를 포함하여 형성된다.

본 발명은 누에 또는 곤충의 건조 파우더, 즉 염분과 지방이 제거된 누에 또는 곤충의 단백질 분말을 준비하고, 이를 원재료로 사용하여 3단계에 걸처 분쇄를 실시한다.

먼저, 누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 건식 분쇄하는 단계를 거친다(S10). 상기 건식 분쇄는 공지의 건식 분쇄 방식을 이용할 수 있다.

이어서, 상기 건식 분쇄된 단백질 분말과 물을 2:8의 비율의 단백질 용액으로 혼합한 후 습식 분쇄하게 된다(S20). 건식 분쇄에 비해 습식 분쇄는 단백질 입자를 더욱 미세하게 분쇄할 수 있으며, 습식 분쇄 방식도 공지의 습식 분쇄 방식을 채용할 수 있다.

다만, 발명의 필요에 따라, 상기 건식 분쇄된 단백질 분말 15~20 중량%, 물 80~85 중량%의 비율로 조정하여 단백질 용액을 형성할 수도 있을 것이다.

이어서, 상기 습식 분쇄된 단백질 용액을 초음파 분쇄하는 단계를 거친다(S30).

이때 초음파 분쇄는 순환방식의 초음파 조사 방식을 이용할 수 있으며(도 4 참조), 단백질 용액에 20KH~40KH 범위의 주파수를 가진 초음파를 20분 내지 60분 조사하면, 고분자 단백질 입자가 펩타이드 수준까지 초미립화되게 된다.

즉, 누에 또는 곤충이 가진 300,000Da의 고분자 단백질이나 100,000Da의 중/저분자 단백질이 초음파 분쇄 과정을 거치면 모두 펩타이드 수준의 초미세 단백질 입자로 미세화될 수 있으며, 고분자 단백질 및 저분자의 단백질을 각각 별도로 분해하는 비생산적인 방식을 탈피 할 수 있게 된다.

한편, 상기 초음파 분쇄 공정은, 초음파 시간을 계속 늘려도 60분이 경과한 후에는 유의미한 분쇄가 일어나지 않는다. 이는 초음파 조사시간이 20여분이 지나 60분을 경과하면, 단백질의 평균 입자 크기가 균일하져 더 이상 유의미한 분쇄작용이 발생하지 않기 때문이다.

이와 같이 본 발명의 초음파 분쇄 처리가 된 단백질 용액은 그 단백질 입자가 초미세화되어 비표면적이 대폭 증가하기 때문에 효소반응 속도와 펩타이드/아미노산 생성효율을 획기적으로 높여줄 수 있다. 즉, 단백질 입자가 초미립화되면 될수록 효소반응 시 단백질의 분해속도와 분해율이 획기적으로 높아지게 되는 것이라 할 수 있다.

한편, 초음파를 조사하는 과정에서 초음파는 단백질 용액 내에 함유된 병원균도 멸균 상태로 파괴하여 효소반응시 병원균에 의한 효소반응의 저하를 방지함으로써 효소반응의 효율을 상승시키는 또 다른 주요 인자로 작용할 수 있다.

종전의 멸균 방식은 단백질 용액을 반응탱크에 투입하여 100℃까지 가열하고 1시간 이상 멸균 과정을 실시한 후 온도를 다시 내리는데 장시간이 소요되어 에너지 및 공정 단계, 공정 시간이 많이 드는 소모적 방식이었다. 그러나 멸균 공정에 있어서 단백질 용액에 초음파를 조사하면 위와 같은 공정의 낭비를 막고 생산성을 크게 증대 시킬 수 있게 된다.

본 발명에서 상기 초음파 분쇄는 반응 탱크 외부에 위치한 별도의 초음파 발생기 및 조사시스템을 이용하여 초음파 분쇄 처리를 수행할 수 있지만, 반드시 이에 한정되지 아니하고 발명의 필요에 따라 단백질 용액을 반응 탱크(100)에 투입한 후 반응 탱크(100)에 부착된 초음파 발생기(30)를 통해 지속적으로 순환되는 단백질 용액에 초음파 조사 공정을 수행할 수도 있다(도 4 참조).

도 4의 순환형 초음파방식은 반응탱크 외부에 설치되어 탱크내의 용액을 순환시키면서 초음파를 조사하는 방식으로 반응탱크 내부에 설치하는 배쓰(Bath) 타입의 초음파 방식과는 달리 온도제어가 용이하고 용액을 360도 방향에서 초음파를 조사하여 분쇄 효율이 높고 강력한 캐비테이션(Cavitation) 효과로 미세 분쇄에 유리한 장점이 있기 때문에 순환형 초음파 방식으로 분쇄 효율을 높일 수 있다.

단백질 용액 가열 및 순환 공정

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 반응탱크의 외부 구성도이고, 도 4는 본 발명의 실시예에 따른 반응탱크의 내부 구성도이다.

먼저, 도 3은 반응탱크의 외부 구성도인데, 탱크 외부에 부착된 콘트롤러(19)의 조정을 통해 단백질 용액의 수위, 온도, PH, 초음파 조사를 조절할 수 있고, 더 나아가 가용액의 단백질 농도, 아미노산 농도의 측정도 가능하다.

또한, 단백질 용액의 수위, 온도, PH, 초음파 조사, 단백질 농도, 아미노산 농도는 반응탱크 외부의 각 표시계를 통해 사용자가 확인할 수 있다.

한편, 도 4를 참조하면, 단백질 입자가 분쇄 처리된 단백질 용액(가용액)은 반응 탱크(100)에 투입된다.

상기 반응탱크(100)는 측부에 순간 가열기(70)를 장착하고 이를 통해 순환식으로 단백질 용액이 55℃~60℃로 상승 및 유지하도록 제어된다(S40). 물론, 발명의 필요에 따라 반응탱크(100)는 온수 보일러 시스템을 동시에 가동하여 더욱 신속하게 단백질 용액의 온도를 55℃~60℃로 상승시킬 수 있다.

종래 방식은 반응 탱크(100)를 오로지 온수 보일러 시스템을 사용하여 가열하는 방식으로서 60℃까지 가열하는 데에만 반응탱크의 용량에 따라 수 시간 이상의 시간이 소요되고, 가열된 용액도 반응탱크의 심부와 가장자리간 온도 차이가 발생하여 효소반응의 생산성 저해 요인이 되었었다.

본 발명에서는 순간 가열 방식을 채택하여 단백질 용액을 5~10분 내에 60℃까지 상승시킴으로써 용액 가열 시간의 대폭적인 단축을 통하여 생산성 향상에 크게 기여하며, 온도가 상승된 단백질 용액을 다시 반응 탱크로 투입하여 순환시키면서 반응탱크 내 단백질 용액간 온도편차 발생을 방지함으로써 온도변화에 따른 효소반응 저해 요인을 없애 효소반응 향상을 기하게 되는 것이다.

그리고, 후술하겠지만, 제1,2 효소반응 공정 시 반응 탱크 내의 온도는 계속 55℃~60℃를 유지하고, 반응 탱크(100)의 측면 내부에 장착되는 교반 프로펠러(51)의 교반속도는 60~100rpm로 맞추고, 교반 프로펠러(51)는 수직 방향으로 회전하도록 교반하게 되는데, 이와 같은 작용에 의해 반응 탱크(100) 내 가용액의 온도 편차는 더욱 줄어들게 될 것이다.

제1차 효소 반응 공정

본 발명에서 제1차 효소 반응단계는, 분쇄된 단백질 용액 중량대비 엔도형(Endo Type) 효소 2~3 중량%와 엑소형(Exo type) 효소 0.2~0.5 중량%를 반응 탱크에 투입하고 PH를 6-8 사이를 조정하면서 3시간 이내로 단백질 용액에 효소를 반응시키게 된다(S50).

가열된 단백질 용액이 효소 반응의 최적화를 기하기 위해서는 먼저 단백질 용액이 함유하고 있는 단백질 양의 측정이 필요하며 반응 탱크가 구비하는 단백질량 측정기를 통하여 단백질 중량을 측정하여 이에 맞는 최적의 효소량을 계산하고 투입하게 된다.

본 발명에서 제1차 효소반응에 투입되는 엔도형(Endo Type) 효소는 알카라아제(Alcarase), 엑소형(Exo type) 효소는 플라보자임(Flavourzyme)을 적용할 수 있다.

한편, 가열된 단백질 용액을 효소반응 시키기 위해서는 단백질 용액의 온도를 55℃-60℃로 지속적으로 유지하면서 교반 프로펠라의 교반속도는 60rpm-100rpm으로 하고 교반 프로펠라는 상하 방향으로 교반하게 된다.

이는 단백질 용액에 비해 투입되는 효소량이 미량이고 효소 투입시 효소가 용액 상층 표면에 잔류하여 용액 밑 바닥과 전체에 골고루 퍼지는 데 시간이 상당히 소요 되므로 생산성 저해 요인이 되기 때문이다.

전술한 바대로 제1차 효소반응 단계에서, 엔도형(Endo Type) 효소 알카라아제(Alcarase) 2%-3%와 엑소형(Exo type) 효소 플라보자임(Flavourzyme) 0.2%-0.5%를 투입하고 PH를 6-8 사이를 조정하면서 3시간 이내로 효소반응을 실시한다.

하기의 표 1은 제1차 효소반응 및 제2차 효소반응 시 PH의 조정 및 유지시간을 나타내고 있다.

효소 투입 후 반응시간		적정 PH	비고
1차 효소반응	0 ~ 1시간	8.0	단백질 분해 가속화
	1~2시간	6.0~6.5	아미노산 생성 가속화
	2~3시간	7.0	휴지기
2차 효소반응	3~4시간	7.0	미분해 잔량의 최종분해

종래의 방식은 대게 PH 7 로 맞춰놓고 효소반응을 진행했었던 바, 단백질 분해를 잘 시키는 PH와 아미노산 생성이 잘되는 PH가 다르기 때문에 효소반응 시 단백질 분해 비율과 아미노산 생성비율을 고려하여 PH 농도를 시간에 따라 조절해 주어야 최상의 생산성과 효율을 기할 수 있는 것이다.

따라서, 본 발명의 제1차 효소반응 단계는, 단백질 분해 가속화와 아미노산 생성 가속화를 위해 효소 투입 후 1시간까지는 PH 8로 유지하고, 1~2시간까지는 PH 6.0~6.5로 유지하며, 펩타이드 용액 제품화를 위한 휴지기로 2~3시간까지는 PH 7로 유지하게 된다.

그리고, 후술하겠지만, 제2차 효소반응의 경우에도 단백질의 미분해 잔량의 최종분해를 위해 효소 투입 후 1시간까지 PH 7로 유지하게 된다.

상기 제1차 효소반응 공정을 모두 마치면, 저순도의 펩타이드 용액을 추출할 수 있으며, 이를 별도로 제품화하는 것도 가능하다.

제2차 효소반응 공정

구 분	Endo Type 효소	Exo Type 효소
용 도	단백질 분해	아미노산 생성
효소명	알카라아제(Alcarase)	플라보자임(Flavourzyme)
최적 반응 PH	8.0	6.0~6.5
단백질 분해(%)	1시간 경과→85% 2시간 경과→96%	1시간 경과→56% 2시간 경과→75%
아미노산 생성(g/L)	1시간 경과→7,7 (g/L) 2시간 경과→9.5 (g/L)	1시간 경과→33.9 (g/L) 2시간 경과→38.8 (g/L)
특 징	단백질 분해력은 우수 아미노산 생생력 저조	단백질분해력 저조 아미노산 생성력 우수

위의 표 2의 내용과 같이 본 발명에서 엔도형(Endo Type) 효소는 단백질을 분해하기 위한 것으로 최적 반응을 보이는 PH는 8.0이고, 엑소형(Exo type) 효소는 아미노산을 생성하기 위한 것으로 최적 반응을 보이는 PH는 6.0~6.5이다.

다만, 위의 표 2의 내용과 같이 효소 반응 후 2시간 이상이 경과하면, 각 효소의 활력이 떨어져 이에 따라 효소반응이 저하되는데, 1시간 가량 더 휴지기를 갖은 후, 새롭게 엔도형(Endo Type) 효소 알카라아제(Alcarase) 1%-2%와 엑소형(Exo type) 효소 플라보자임(Flavourzyme) 0.1%-0.2%를 투입하여 효소의 활력을 추가하게 된다(S60).

이 때, 반응 탱크 내의 온도는 계속 55℃~60℃를 유지하고 교반프로펠러의 교반속도는 60rpm-100rpm으로 하여 1시간 이내로 제2차 효소반응을 진행시키면 종국에는 아미노산 생성율이 90%에 다달을 수 있다.

상기 제2차 효소반응에 있어서 효소 투입 후 1시간 까지 PH 7으로 유지하게 되며, 본 발명에서 제2차 효소반응은 단백질 분해 가속화 또는 아미노산 생성 가속화를 위한 것이 아니라 미분해된 단백질의 잔량을 최종 분해하기 위함이므로 PH 7로 고정하고 효소반응을 진행시키게 되는 것이다.

한편, 상기 제2차 효소 반응단계는, 효소 투입 후 1시간 이후에, 투입된 효소의 활성을 정지시키기 위해 초음파 발생기(30)를 통해 20~40kHz의 주파수를 가진 초음파를 15~25분간 조사하게 된다.

이는 제2차 효소반응 공정이 종료 되면 효소 활성을 정지 시켜야 하며, 효소 활성을 정지 시키지 않으면 제품에 잔류하여 영향을 줄 수 있기 때문이다.

종래에는 효소활성을 정지 시키기 위하여 단백질 용액의 온도를 100℃까지 가열하여 1시간이상 유지시켜 효소활성을 정지시키는 방식을 채택하고 있었고, 이는 높은 에너지 비용과 생산성 저하로 제조원가를 증가시키는 요인이 되었다.

이에 본 발명의 초음파를 사용하여 효소의 활성을 정지시킴으로써 에너지 비용과 시간을 대폭 절감시켜 생산성 향상과 원가를 절감을 할 수 있게 된다.

위와 같은 제2 효소반응 단계의 공정이 끝나면, 저분자 펩타이드와 아미노산 혼합액을 획득하게 되며, 이를 포장하여 제품화할 수 있다.

	비교예	실시예
단백질 입자 초미립화 공정	X	1차 건식분쇄, 2차 습식 분쇄, 3차 초음파 분쇄를 거침
사용효소	1가지 타입의 효소를 투입	Endo Type 효소와 Exo Type 효소를 동시에 투입
PH 관리	PH 7에 고정	PH 6~8 범위 내에서 조정
효소의 활력관리	X	효소 반응 2시간 경과 후 제2 효소 투입
효소반응 시간	24 ~ 72 시간	4 ~ 5시간
아미노산 생성율	40 ~ 50%	90% 이상
아미노산 순도(함량)	32~ 37%	63% 이상
생성물	펩타이드/아미노산 혼합물	1. 펩타이드/아미노산 혼합물 2. 아미노산

위의 표 3은 종래방식에 의한 효소반응 실험과, 본 발명에 의한 효소반응 실험을 비교한 내용을 담고 있다.

위 비교예와 실시예에 이용된 누에/곤충의 혼합 분말은 5~10kg의 범위 내에서 동일한 중량의 혼합 분말을 이용하였으며, 비교예의 아미노산 생성률은 40~50%임에 비해 본 발명의 아미노산 생성율은 90% 이상이 측정되었고, 비교예의 아미노산 순도는 32~37%임에 비해 본 발명의 아미노산 순도는 63% 이상으로 측정되었다.

더 나아가 비교예의 생성물은 펩타이드/아미노산 혼합물만 생성됨에 비해, 실시예의 생성물은 펩타이드/아미노산뿐만 아니라 아미노산도 생성되었음을 확인할 수 있었다.

여과/정제 공정

이어서 제2차 효소반응 공정을 통해 생성된 아미노산 펩타이드 혼합용액에, 키토산 1-2%용액 및 구연산 8-10% 용액을 투입하여 미분해 단백질과 불순물을 응집시켜 여과시키고, 상기 미분해 단백질 및 불순물이 여과된 아미노산 펩타이드 혼합용액을 필터프레스를 통해 정제시켜 고순도 아미노산 용액을 도출하게 된다(S70).

즉, 제2차 효소반응 공정을 통해 생성된 아미노산 펩타이드 혼합용액에는 미분해된 단백질과 불순물이 남아 있을 수 있는데, 일부 미분해된 단백질과 불순물을 필터프레스를 통과하기 전에 1차적으로 응집하여 여과 하는데 응집제로 키토산이나 활성탄을 사용한다.

보다 더 구체적으로 본 발명에서는 키토산 1%-2%용액을 구연산 8%-10%용액에 용해시켜 미분해 단백질과 불순물을 응집에 사용한다. 키토산은 아미노기에 의해 항균작용을 하므로, 키토산 사용으로 아미노산 용액의 항균효과도 얻을 수 있다.

미분해 단백질과 불순물이 응집된 펩타이드/아미노산 용액은 여과시키게 되는데, 여과 방식은 공지의 방식을 채택할 수 있다.

그리고, 미분해 단백질과 불순물이 제거된 펩타이드/아미노산 용액을 필터프레스를 통과 시키면 다시 고순도 아미노산 용액과 유기물 케이크가 형성되는데 최종 아미노산 용액은 최초 투입된 혼합 분말이 함유하는 단백질의 90% 이상이 아미노산으로 생성된 고순도 아미노산 용액이며 이 아미노산 용액을 포장공정으로 이송하여 제품화하게 된다.

또한, 상기 유기물 케이크는 후술할 건조 공정으로 이송되어 건조를 실시하게 된다.

마이크로 웨이브 건조 공정

이어서, 상기 유기물 케이크를 마이크로 웨이브 방식으로 건조하여 펩타이드 아미노산 혼합 분말 도출하게 된다(S80).

본 발명에서 유기물 건조 방식은, 건조 속도와 건조 효율 면에서 우수한 마이크로 웨이브 건조방식을 사용하여 건조하는 것이 바람직하다. 다만, 반드시 이에 한정되지 않고 발명의 필요에 따라 열풍건조 또는 스프레이건조 방식을 채택할 수도 있다. 건조된 분말은 건식 분쇄한 후 포장 공정으로 이송하여 제품화될 수 있다.

이와 같이 본 발명은 누에 또는 곤충의 고분자 단백질을 4~5시간 이내에 저분자 펩타이드 또는 아미노산의 각 생성율 90% 이상의 생산기술을 구현하는 획기적인 제조방법으로서 기존의 생산방법 보다 더 효율적인 생산방법을 제공하고 고순도 아미노산을 생산하여 건강에 기여 할 뿐만 아니라 다양한 분야에 적용할 수 있다.

고효율의 아미노산 생산을 위해서는 단백질 입자의 초미립화와 효소분해의 최상 상태의 환경을 조성하기 위한 온도관리, PH 관리, 효소의 종류, 효소투입 비율, 반응시간 등이 특정되어야 하며, 이를 통해 고효율의 아미노산 제조를 구현한다.

또한, 본 발명에서는 단백질 입자의 미세분쇄, Endo Type의 효소와 Exo Type의 효소를 적절한 비율로 사용하고 효소반응에 민감한 최적의 온도, 최적의 PH, 반응시간을 개시하여 누에/곤충의 고단백질을 높은 효율로 고순도 아미노산으로 전환하는 방식을 제시한다.

이상 본 발명의 구체적 실시형태와 관련하여 본 발명을 설명하였으나 이는 예시에 불과하며 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 범위를 벗어나지 않고 설명된 실시형태를 변경 또는 변형할 수 있으며, 본 발명의 기술사상과 아래에 기재될 특허청구범위의 균등범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다.

Claims (13)

1. 누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 분쇄하고 단백질 용액을 생성하는 단계:

   상기 단백질 용액을 가열하는 단계;

   상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 투입하는 제1차 효소반응단계; 및

   상기 단백질 용액에 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소를 재차 투입하는 제2차 효소반응 단계:를 포함하되,

   상기 제2차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소는, 제1차 효소반응 단계의 엔도형(Endo Type) 효소 및 엑소형(Exo type) 효소보다 각각 단백질 용액 중량 대비 중량%가 적은 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 단백질 분쇄 및 단백질 용액 생성 단계는,

   누에 또는 곤충을 혼합한 단백질 분말을 건식 분쇄하는 단계;

   상기 건식 분쇄된 단백질 분말과 물을 2:8의 비율의 단백질 용액으로 혼합한 후 습식 분쇄 하는 단계; 및

   상기 습식 분쇄된 단백질 용액을 초음파 분쇄하는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
3. 제2항에 있어서, 상기 초음파 분쇄단계는,

   상기 단백질 용액에 20KH~40KH 범위의 주파수를 가진 초음파를 20분 내지 60분 조사하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단백질 용액의 가열단계는,

   상기 단백질 용액을 반응탱크에 투입하되, 상기 반응탱크는 순간 가열기를 장착하고 이를 통해 순환식으로 단백질 용액이 55℃~60℃로 상승 및 유지하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 제1차 효소 반응단계는,

   분쇄된 단백질 용액 중량대비 엔도형(Endo Type) 효소 2~3 중량%와 엑소형(Exo type) 효소 0.2~0.5 중량%를 반응 탱크에 투입하고 PH를 6-8 사이를 조정하면서 3시간 이내로 단백질 용액에 효소를 반응시키는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
6. 제5항에 있어서,

   효소 투입 후 1시간까지는 PH 8로 유지하고, 1~2시간까지는 PH 6.0~6.5로 유지하며, 2~3시간까지는 PH 7로 유지하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
7. 제1항에 있어서, 상기 제2 효소 반응단계는,

   분쇄된 단백질 용액 중량대비 엔도형(Endo Type) 효소 1~2 중량%와 엑소형(Exo type) 효소 0.1~0.2 중량%를 반응 탱크에 투입하고, 1시간 이내로 단백질 용액에 효소를 반응시키는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
8. 제7항에 있어서,

   효소 투입 후 1시간까지는 PH 7로 유지하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
9. 제5항 또는 제7항에 있어서,

   상기 엔도형(Endo Type) 효소는 알카라아제(Alcarase)이고, 상기 엑소형(Exo type) 효소는 플라보자임(Flavourzyme)인 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
10. 제5항 또는 제7항에 있어서,

    반응 탱크 내의 온도는 계속 55℃~60℃를 유지하고, 반응 탱크의 측면 내부에 장착되는 교반 프로펠러의 교반속도는 60~100rpm 이며, 교반 프로펠러는 수직 방향으로 회전하도록 교반하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
11. 제1항에 있어서, 상기 제2차 효소 반응단계는,

    효소 투입 후 1시간 이후에, 투입된 효소의 활성을 정지시키기 위해 20~40kHz의 주파수를 가진 초음파를 15~25분간 조사한 후 아미노산 펩타이드 혼합용액을 도출하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
12. 제11항에 있어서,

    상기 아미노산 펩타이드 혼합용액에, 키토산 1-2%용액 및 구연산 8-10% 용액을 투입하여 미분해 단백질과 불순물을 응집시켜 여과시키고,

    상기 미분해 단백질 및 불순물이 여과된 아미노산 펩타이드 혼합용액을 필터프레스를 통해 정제시켜 아미노산 용액과 유기물 케이크를 도출하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.
13. 제12항에 있어서,

    상기 유기물 케이크를 마이크로 웨이브 방식으로 건조하여 펩타이드 아미노산 혼합 분말 도출하는 것을 특징으로 하는 누에 또는 곤충을 이용한 펩타이드 및 아미노산 제조방법.

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