본 연구에서는 홍어껍질에서 추출한 콜라겐 펩타이드 이화학적 특성과 비만 유발 쥐에 대한 투여 실험을 통해서 지방조직의 지질 감소효과를 조사하였으며, 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 원료로 한 응용 제품 개발을 통하여 산업적 적용을 검토하였다. 일반성분 분석 결과 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드는 대부분이 단백질로 이루어져 있는 고단백 저지방 물질이며, 분자량 측정 결과 약 1000 Da.의 저분자량이고, 아미노산 분석에서는 전형적인 콜라겐 단백질의 특성을 나타내었다. 비만 유발 쥐에 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 500 mg/kg씩 18일간 경구 투여한 실험 결과에서 사료 섭취량과 음수량이 상당량 줄어 들었으며, 지방조직의 중성지방과 총 콜레스테롤 수치가 유의적으로 감소하였다. 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 대량생산을 한 결과 제품의 최종 수율은 원료대비 약 17.23%로 상당히 높은 수율을 나타내었다. 이를 원료로 한 기능성 화장품 및 생활용품을 생산 및 출시하였다. 따라서 홍어 가공 부산물인 껍질을 재이용한 기능성 단백질 소재 개발을 통하여 건강기능식품과 화장품 분야에서의 기능성과 가격경쟁력을 갖춘 소재 개발에 기여 할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 홍어껍질에서 추출한 콜라겐 펩타이드 이화학적 특성과 비만 유발 쥐에 대한 투여 실험을 통해서 지방조직의 지질 감소효과를 조사하였으며, 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 원료로 한 응용 제품 개발을 통하여 산업적 적용을 검토하였다. 일반성분 분석 결과 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드는 대부분이 단백질로 이루어져 있는 고단백 저지방 물질이며, 분자량 측정 결과 약 1000 Da.의 저분자량이고, 아미노산 분석에서는 전형적인 콜라겐 단백질의 특성을 나타내었다. 비만 유발 쥐에 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 500 mg/kg씩 18일간 경구 투여한 실험 결과에서 사료 섭취량과 음수량이 상당량 줄어 들었으며, 지방조직의 중성지방과 총 콜레스테롤 수치가 유의적으로 감소하였다. 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 대량생산을 한 결과 제품의 최종 수율은 원료대비 약 17.23%로 상당히 높은 수율을 나타내었다. 이를 원료로 한 기능성 화장품 및 생활용품을 생산 및 출시하였다. 따라서 홍어 가공 부산물인 껍질을 재이용한 기능성 단백질 소재 개발을 통하여 건강기능식품과 화장품 분야에서의 기능성과 가격경쟁력을 갖춘 소재 개발에 기여 할 것으로 기대된다.
The aim of this study was to investigate and development collagen peptide materials from skate skin. Protein and fat content of collagen peptide showed about 95% and 0.1%, respectively. Average molecular weight of collagen peptide was measured as 1,015. In the analysis of amino acid, glycine and hyd...
The aim of this study was to investigate and development collagen peptide materials from skate skin. Protein and fat content of collagen peptide showed about 95% and 0.1%, respectively. Average molecular weight of collagen peptide was measured as 1,015. In the analysis of amino acid, glycine and hydroxy proline content in collagen peptide was 19.32% and 16.25%, respectively, showing a typical characteristics of the collagen peptide. In obese db/db mice ingested 500 mg/day of collagen peptide for 18 days, the amounts of food and water intake were decreased considerably, contents of triglyceride, total cholesterol were decreased significantly in white adipose tissue of db/db mice. The final yield of collagen peptide was 17.23% in the optimized process for mass production. These results indicate that collagen peptide from skate skin may serve as candidates of fat reduction in adipose tissue and could be used as functional food and cosmetic ingredients.
The aim of this study was to investigate and development collagen peptide materials from skate skin. Protein and fat content of collagen peptide showed about 95% and 0.1%, respectively. Average molecular weight of collagen peptide was measured as 1,015. In the analysis of amino acid, glycine and hydroxy proline content in collagen peptide was 19.32% and 16.25%, respectively, showing a typical characteristics of the collagen peptide. In obese db/db mice ingested 500 mg/day of collagen peptide for 18 days, the amounts of food and water intake were decreased considerably, contents of triglyceride, total cholesterol were decreased significantly in white adipose tissue of db/db mice. The final yield of collagen peptide was 17.23% in the optimized process for mass production. These results indicate that collagen peptide from skate skin may serve as candidates of fat reduction in adipose tissue and could be used as functional food and cosmetic ingredients.
과거에는 소, 돼지와 같은 육상동물의 껍질을 원료로 제조하였으나, 광우병 및 구제역 파동으로 인하여 육상동물을 원료한 제품들의 사용이 금지 또는 기피되고 있으며, 육상동물 원료를 대체하기 위한 해양생물을 이용한 콜라겐 제품 개발이 급증하고 있는 추세이며, 국내에서는 참치, 넙치, 오징어, 말쥐치 등에 관한 연구가 있었으나 산업화에 있어서는 크게 성공한 사례가 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 홍어 가공시 발생되는 부산물인 껍질을 이용하여 콜라겐 펩타이드를 추출하고 나아가 이를 식품이나 화장품 등의 산업적 활용 가능성을 확인하기 위한 일련의 실험으로 일반성분 및 분자량, 아미노산 조성, 체지방감소 효과 등의 실험을 통해 산업적 적용 가능성을 검토하였고, 이를 원료로 한 응용제품 개발을 시도하였다.
제안 방법
실험실상에서 적용된 공정을 토대로 공정을 개선하고, 산업적인 최적화 공적을 설계하여 현장에서 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 대량생산하였다. 홍어껍질의 열수추출, 효소 가수분해, 탈취를 위한 대량 추출탱크(최대 처리 용량 5,000 L), 여과를 위한 필터프레스(최대 처리 용량 500 L/hr), 여과액 농축을 위한 농축기(최대 처리 300 L/hr), 제품 건조를 위한 분무건조기(건조능력 300 kg/hr)를 사용하였다.
대상 데이터
본 실험에 이용된 홍어껍질은 자사의 홍어가공 공정에서 발생된 것으로써 흐르는 물에 3회 수세 후 냉동보관하면서 실험에 사용하였다. 콜라겐 펩타이드 제조를 위하여 껍질을 121℃에서 2시간 동안 열수추출한 다음 이를 단백질 가수분해 효소 alcalase와 flavourzyme (Novozyme, Denmark)을 이용하여 가수분해한 후, 여과, 농축을 거쳐 동결건조(SFDSM06, Samwon Co,.
실험동물은 SLC (Japan)에서 분양받은 7주령의 db/db 마우스를 1주일 동안 실험실 환경에 적응시킨 후 실험에 사용하였다. db/db 마우스는 leptin receptor가 발현이 되지 않는 유전형질전환동물이며, leptin 수용체가 결핍되어 있어, 식욕 억제가 불가능하여 다량의 식이 섭취로 인해 비만 및 제 2형 당뇨유발동물모델이다.
데이터처리
내장 지방무게 측정은 고환 주위 지방을 적출하여 지방무게를 측정하고 이를 체중으로 나누어 상대중량으로 나타내었다. 실험 결과 모든 수치는 평균 ± 표준편차로 표시하였으며, 다중비교검증을 이용 하여 통계처리를 실시하였고, 모든 통계처리는 SPSS for Windows (Release 14.0K, SPSS Inc., USA)를 이용하여 평가하였으며, p-value가 0.05 이하인 경우 통계적 유의성을 인정하였다.
성능/효과
췌장과 근육조직의 무게는 정상 군에 비해 비만 대조군에서 유의성 있게 감소하였으며, 지방조직, 간, 신장의 무게는 유의성 있게 증가하였다. 비만이 유발된 마우스에 홍어 껍질 유래 콜라겐 펩타이드를 투여하였을 때, 각 조직의 무게 변화에 대한 유의성 있는 결과는 나타나지 않았지만, 지방조직의 감소 경향이 나타남을 알 수 있었다. 이는 짧은 투여기간에 기인한 것으로 사료된다.
0 mg/mg protein)와 비슷한 수준까지 유의적으로 감소하였다. 이는 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 장기간 투여하였을 경우 혈청 중성지방 및 지방조직의 중성지방 농도 감소로 인한 체지방 감소로 이어질 것으로 사료된다(Fig. 7).
그러나 현재 시중에서 시판되고 있는 유사제품들의 분자량이 2,500 3,000 정도임을 감안하였을 때, 저분자화된 제품으로서의 경쟁력을 충분히 가질 수 있을 것으로 판단되었는데, 콜라겐 펩타이드 제품의 경우 분자량이 낮을수록 체내 흡수력 등을 고려하여 품질경쟁력을 가지기 때문이다. 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드가 저분자량을 나타내는 이유는 홍어의 발효숙성과정 중에 껍질 중의 단백질들이 일부 분해되어 원료상태에서 이미 저분자화가 진행되어 있기 때문으로 판단되었다.
후속연구
2 mg/dL)보다 그 수치가 증가하였고, 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드 투여군 역시 증가하였다. 이는 홍어 유래 콜라겐 펩타이드의 투여량이 다소 많은 것으로 판단되며, 향후 적정 투여량 및 투여 기간에 대한 연구가 필요할 것으로 판단되었다(Fig. 6).
체중의 변화는 관찰되지 않았지만 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드를 투여한 군에서 투여하지 않은 군에 대비하여 사료 섭취량과 음수량이 각각 25%와 37% 감소하였으며, 특히 음 수량의 변화는 유의적이었다. 본 실험에서 체중감소효과를 나타내기에는 실험기간이 18일로 단기간이었으며, 향후 장기간 실험을 실시할 경우 사료 섭취량과 음수량의 결과를 바탕으로 체중감소 효과를 기대할 수 있을 것으로 사료된다.
9 mg/dL)의 농도가 유의성 있게 감소하였다. 홍어 껍질 콜라겐 펩타이드의 투여로 인한 혈청 지질의 감소는 지질의 흡수 저해 또는 간에서의 지질 대사가 개선된 것으로, 앞으로 좀 더 자세한 기전연구가 필요한 것으로 사료된다(Fig. 5).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
현재 홍어의 소비 및 생산 형태는?
Food balance sheet(2012) 에 의하면 국내 홍어 생산량은 5,100 톤이며 아르헨티나, 칠레 등을 비롯한 해외에서 수입하는 양은 약 8,168 톤에 달한다. 현재 홍어의 소비 및 생산 형태는 주로 숙성홍 어회, 홍어무침, 홍어 애(간) 등 홍어 자체를 특별한 가공 없이 섭취하고 있으며, 이를 이용하여 개발된 2차 가공제품은 전무한 실정이다. 홍어 관련 제품의 대량생산이 본격화되면서 홍어 가공 후 발생되는 부산물 즉, 홍어껍질, 홍어연골 및 홍어몸통살 등은 그 이용도가 극히 낮아 대부분이 별도의 처리과정 없이 폐기처리 되고 있으며 자원낭비는 물론 환경오염의 원인이 되고 있다.
홍어의 수요가 전국적으로 급증한 이유는?
1) 홍어는 우리나라에서 즐겨먹는 기호 식품으로 최근 소화 및 식욕증진, 면역능력 향상, 항노화, 피부탄력유지및 관절염 예방 등 건강에 유익한 특성과 홍어 특유의 맛이 대중적으로 알려지면서 과거 전남 지방에서만 소량 소비되는 형태에서 벗어나 전국적으로 그 수요가 급증하여 현재에는 대형마트, 홈쇼핑 및 백화점 등에서도 지속적으로 대량 소비되고 있다. Food balance sheet(2012) 에 의하면 국내 홍어 생산량은 5,100 톤이며 아르헨티나, 칠레 등을 비롯한 해외에서 수입하는 양은 약 8,168 톤에 달한다.
홍어 껍질 콜라겐 펩타이드의 기능성에 관한 연구들 중 Buyn et al.가 밝힌 효과는 무엇인가?
또한, Buyn et al.(2015)은 홍어 껍질에서 추출한 저분자 펩타이드가 알츠하이머성 치매의 원인인 베타-아밀로이드 단백질 생성을 억제하는 효과가 있다고 밝혔다.
참고문헌 (5)
Jeong, K. S., 2011, Extraction characteristics of soluble solid from Rumex crispus(Curled Dock) roots, J. Environ. Sci. int., 20(10), 1265-1272.
Kang, K. H., Lee, M. G., Kam, S. K., Jeong, K. S., 2013, A Study on development of protein materials using dead flatfish from fish farms(1)-antioxidant fuctional properties, J. Environ. Sci. Int., 22(11), 1465-1471.
Lee, J. K., Li-chan, E. C., Byun, H. K., 2015, Characterization of ${\beta}$ -secretase inhibitory peptide purified from skate skin protein hydrolysate, European Food Research & Tech., 240, 129-136.
Ngo, D. H., Kang, K. H., Ryu, B. M., Vo, T. S., Byun, H. G., Kim, S. K., 2015, Angitensin - Iconverting enzyme inhibitory peptides from antihypertensive skate(Okamejei kenojei)skin gelatin hydrolysate in spontaneously hypertensive rats, Food Chem., 174, 37-43.
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