Alcalase와 protamex의 두 가지 단백질 분해효소를 사용하여 홍어연골로부터 콘드로이틴 황산을 분해추출하고, 몇가지 물리화학적 공정을 적용하여 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 정제방법을 검토하였다. 2% alcalase로 홍어연골을 가수분해하고 $40^{\circ}Brix$로 농축한 추출물의 수율은 23.3%이었으나, 에탄올로 1회 및 2회 추가 정제한 경우 각각 8.47%, 3.37%로 얻어졌다. 1% alcalase와 1% protamex로 혼합 사용하여 추출분해하고, $40^{\circ}Brix$로 농축한 다음 1회 에탄올 정제한 경우는 추출수율이 16.62%로 측정되어 단백질 분해효소를 혼합한 경우가 더 높은 수율을 보였다. 추출된 콘드로이틴 황산의 함량은 에탄올 용매비에 따라 39.88~45.08%의 범위로 측정되었으며, alcalase만 사용시에는 용매비 1:1에서 42.92%로 가장 높게 측정되었고, alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우에는 용매비 1:2에서 45.08%로 가장 높았으며, 에탄올에 의한 농축물의 정제시 교반 시간은 2시간이 효과적이었다. 콘드로이틴 황산의 GPC (Gel Permeation Chromatography) 측정 결과 alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우 에탄올 정제 횟수에 따라 콘드로이틴 황산의 분자량과 순도는 각각 11만~31만 Da.과 24.87%~49.92%의 범위로 측정되었으며, 한외여과를 통하여 분자량 약 11만 Da., 최고 순도 53.93%의 콘드로이틴 황산을 얻을 수 있었다. 콘드로이틴 황산의 냄새 강도는 에탄올 정제만으로는 33%, 활성탄 처리와 에탄올 정제를 병행한 경우 38%의 감소효과가 얻어졌으며, 활성탄 처리와 2회의 에탄올 정제시 암모니아는 52.1%, TMA (trimethylamine)는 37.89%의 탈취효과가 있었으나, 냄새성분의 충분한 제거를 위해서는 추가적인 물리화학적 처리가 요구되었다.
Alcalase와 protamex의 두 가지 단백질 분해효소를 사용하여 홍어연골로부터 콘드로이틴 황산을 분해추출하고, 몇가지 물리화학적 공정을 적용하여 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 정제방법을 검토하였다. 2% alcalase로 홍어연골을 가수분해하고 $40^{\circ}Brix$로 농축한 추출물의 수율은 23.3%이었으나, 에탄올로 1회 및 2회 추가 정제한 경우 각각 8.47%, 3.37%로 얻어졌다. 1% alcalase와 1% protamex로 혼합 사용하여 추출분해하고, $40^{\circ}Brix$로 농축한 다음 1회 에탄올 정제한 경우는 추출수율이 16.62%로 측정되어 단백질 분해효소를 혼합한 경우가 더 높은 수율을 보였다. 추출된 콘드로이틴 황산의 함량은 에탄올 용매비에 따라 39.88~45.08%의 범위로 측정되었으며, alcalase만 사용시에는 용매비 1:1에서 42.92%로 가장 높게 측정되었고, alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우에는 용매비 1:2에서 45.08%로 가장 높았으며, 에탄올에 의한 농축물의 정제시 교반 시간은 2시간이 효과적이었다. 콘드로이틴 황산의 GPC (Gel Permeation Chromatography) 측정 결과 alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우 에탄올 정제 횟수에 따라 콘드로이틴 황산의 분자량과 순도는 각각 11만~31만 Da.과 24.87%~49.92%의 범위로 측정되었으며, 한외여과를 통하여 분자량 약 11만 Da., 최고 순도 53.93%의 콘드로이틴 황산을 얻을 수 있었다. 콘드로이틴 황산의 냄새 강도는 에탄올 정제만으로는 33%, 활성탄 처리와 에탄올 정제를 병행한 경우 38%의 감소효과가 얻어졌으며, 활성탄 처리와 2회의 에탄올 정제시 암모니아는 52.1%, TMA (trimethylamine)는 37.89%의 탈취효과가 있었으나, 냄새성분의 충분한 제거를 위해서는 추가적인 물리화학적 처리가 요구되었다.
A purification method was established for high-purity chondroitin sulfate from skate cartilage. Hydrolytic extraction of skate backbone cartilage was investigated with the proteases alcalase and protamex, and the extraction contents of chondroitin sulfate were measured with several physicochemical p...
A purification method was established for high-purity chondroitin sulfate from skate cartilage. Hydrolytic extraction of skate backbone cartilage was investigated with the proteases alcalase and protamex, and the extraction contents of chondroitin sulfate were measured with several physicochemical processes. The yield of extract from skate cartilage with $40^{\circ}Brix$ concentration was 23.3% with 2% alcalase hydrolysis, which was decreased to 8.47% and 3.37% with the first and second additional ethanol purifications, respectively. The yield was 16.62% with one ethanol purification after hydrolysis with a mixture of 1% alcalase and 1% protamex. The content of chondroitin sulfate was measured as 39.88-45.08% with different ratios of ethanol solvent. The content was 42.92% at a solvent ratio of 1:1 with alcalase protease and 45.08% with a ratio of 1:2 using a protease mixture of alcalase and protamex. The molecular weight range of chondroitin sulfate was about 110-310 thousand Da, and the purity of chondroitin sulfate was 24.87-49.92% with a mixture of alcalase and protamex in GPC analysis. The maximum purity of chondroitin sulfate was 53.93% after ultrafiltration. The odor strength of chondroitin sulfate was decreased by 33% and 38% after ethanol purification and additional filtration with activated carbon, respectively. The odor concentration of ammonia and TMA from chondroitin sulfate was decreased by 52.1% and 37.89% with activated carbon filtration and two ethanol purifications, respectively, but it was necessary to eliminate the odor components efficiently using additional physicochemical processes.
A purification method was established for high-purity chondroitin sulfate from skate cartilage. Hydrolytic extraction of skate backbone cartilage was investigated with the proteases alcalase and protamex, and the extraction contents of chondroitin sulfate were measured with several physicochemical processes. The yield of extract from skate cartilage with $40^{\circ}Brix$ concentration was 23.3% with 2% alcalase hydrolysis, which was decreased to 8.47% and 3.37% with the first and second additional ethanol purifications, respectively. The yield was 16.62% with one ethanol purification after hydrolysis with a mixture of 1% alcalase and 1% protamex. The content of chondroitin sulfate was measured as 39.88-45.08% with different ratios of ethanol solvent. The content was 42.92% at a solvent ratio of 1:1 with alcalase protease and 45.08% with a ratio of 1:2 using a protease mixture of alcalase and protamex. The molecular weight range of chondroitin sulfate was about 110-310 thousand Da, and the purity of chondroitin sulfate was 24.87-49.92% with a mixture of alcalase and protamex in GPC analysis. The maximum purity of chondroitin sulfate was 53.93% after ultrafiltration. The odor strength of chondroitin sulfate was decreased by 33% and 38% after ethanol purification and additional filtration with activated carbon, respectively. The odor concentration of ammonia and TMA from chondroitin sulfate was decreased by 52.1% and 37.89% with activated carbon filtration and two ethanol purifications, respectively, but it was necessary to eliminate the odor components efficiently using additional physicochemical processes.
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문제 정의
본 연구에서는 폐기되고 있는 홍어 부산물인 연골을 재이용하여 기능성 식품소재나 의료용 소재 및 상품 등으로 사용 가능한 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 실험적 연구의 일부로서, 홍어 연골을 효소분해하고 몇 가지 조건에서 에탄올 정제와 초음파 정제 및 한외여과 등에 따른 콘드로이틴 황산의 함량과 순도를 측정하고 분자량을 확인함으로써 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 방법을 검토하였다.
콘드로이틴 황산과 에탄올 용매의 접촉 교반시간은 정제과정의 한 요소로 작용하므로 높은 함량의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 최적의 교반시간을 검토한 결과 다음과 같았다.
홍어 연골의 단백질 가수분해 효소에 의한 콘드로이틴 황산의 추출분해시 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 정제방법을 검토한 결과 다음과 같은 결론을 얻었다.
제안 방법
40 °Brix로 농축된 농축시료에 시료 대비 1:1 ~ 1:2.5의 비율로 에탄올(94%, SK chemicals)을 첨가하여 1∼4시간 접촉교반하여 단백질을 용해·제거하고, 콘드로이틴 황산을 응고시킨 후 응고물을 분리하여 가수, 농축 및 동결한 다음 동결건조기(SFDSM06, Samwon Co., Korea)로 동결건조한 정제 건조품을 제조하였고, 건조품 중의 콘드로이틴 황산의 함량을 측정하였다.
RI detector가 부착된 GPC에 Guard+2×TSKGel GMPW×l4 column을 사용하여 시료의 분해온도 40℃, pH 7.4의 완충용액으로 된 이동상을 1.0 ㎖/min의 유속으로 측정하여 분석하였다.
, Korea)로 동결건조한 정제 건조품을 제조하였고, 건조품 중의 콘드로이틴 황산의 함량을 측정하였다. 그리고 초음파 처리의 영향을 확인하기 위하여 앞서의 단백질 가수분해 효소 중 1% alcalase와 1% protamex를 이용하여 만든 농축물을 플라스틱 용기와 유리 용기에 각각 담아서 등량의 에탄올을 첨가하여 초음파기(BRONSON3200)에 넣고 시료가 잠길 정도의 물을 채워 2시간 동안 초음파 처리로 정제하고, 이를 통해 응고된 각 시료를 다시 증류수에 녹여 농축하고 냉동한 후 동결건조하여 얻은 분말상태의 콘드로이틴 황산의 함량을 측정하였다.
평가 대상 성분은 암모니아와 TMA를 대상으로 하였으며, 관능평가는 악취공정시험법에 따라 희석배수를 산정하고, 6명의 정상 후각력을 지닌 판정원을 선발하여 후각에 의한 5점 직접관능법으로 평가하였다[16]. 기기를 이용한 평가시 암모니아는 암모니아 검지관으로, TMA는 FID 검출기를 사용한 GC (Gas chromatography) 로 각각 분석하였다.
홍어 연골의 조성이 단백질과 탄수화물이 주를 이루고 있으므로 뮤코다당인 콘드로이틴 황산을 고순도로 얻기 위해서는 단백질 분해효소와 정제 용매의 선정이 필요하다. 본 연구에서 단백질 분해효소로서 alcalase와 protamex를 사용하여 분해하고, 정제 용매로서 에탄올을 사용하여 정제한 결과 다음과 같았다.
, Korea)를 사용하여 24시간 동안 여과하였다. 여과액을 감압농축 및 동결건조하여 분말화하고, 분말의 콘드로이틴 황산 함량을 측정하여 에탄올 정제 결과와 비교하였으며, GPC (Gel Permeation Chromatography, Tosho, HLC-8320, Japan)를 이용한 정성분석 및 분자량 측정용 시료로 사용하였다. RI detector가 부착된 GPC에 Guard+2×TSKGel GMPW×l4 column을 사용하여 시료의 분해온도 40℃, pH 7.
연골 농축액을 에탄올 정제, 초음파 정제 및 한외여과정제 등의 정제를 통하여 고순도 제품을 얻고자 하였으며, 정제 건조품 분말을 대상으로 GPC측정과 흡광도측정으로 콘드로이틴 황산의 정성정량 분석을 하였고, 활성탄 처리 후 관능평가와 기기분석으로 냄새 저감의 정도를 측정하였다.
전처리한 홍어 연골에 3배 가수하고 단백질 분해효소인 alcalase와 protamex를 사용하여 2시간 동안 추출 및 농축한 결과 다음과 같이 조건에 따라 다양한 수율로 측정되었다. 즉, 2% alcalase 효소로 분해한 경우 21 °Brix 농축물은 원료 건물중량 대비 22.
정제를 위한 전처리 조작으로 75℃에서 30분간 활성탄(SA-1500, Carbonia Co., Korea)을 이용하여 교반․탈취하여 냄새를 제거하고, 95℃에서 30분간 가열·실활시킨 후 감압여과하고, 여액을 40 °Brix로 감압농축하였다.
홍어 등뼈연골을 자켓이 설치된 리본믹스에 투입하여 90℃ 에서 2시간 가온한 다음 연육을 완전히 제거하고, 연육이 제거된 연골을 열풍 건조기에서 24시간 건조한 후 상온에서 저장하면서 필요시 물에 약 24시간 침지시킨 후 분쇄기를 이용해 분쇄하여 실험재료로 사용하였다. 콘드로이틴 황산 제조를 위해 분쇄한 홍어 연골에 건조 원료 무게의 3배의 물을 가수하고, 단백질 가수분해 효소로 alcalase를 사용하거나 protamex를 혼합사용하여 50℃에서 4시간 동안 가수분해하였다. 정제를 위한 전처리 조작으로 75℃에서 30분간 활성탄(SA-1500, Carbonia Co.
콘드로이틴 황산의 냄새 탈취를 위하여 건조 연골 중량 대비 0.5%의 함량으로 활성탄 처리한 후 에탄올 정제된 콘드로이틴 황산의 냄새를 활성탄 처리 전후의 관능평가, 검지관 및 기기분석을 통하여 측정하고 그 결과를 Table 4에 나타내었다.
일반적으로 초음파 처리는 화학물질 중의 미량의 불순물 제거에도 효과적이므로 콘드로이틴 황산의 정제에도 유용한 정제법이 될 수 있다. 콘드로이틴 황산의 정제에서 정제방법에 따른 함량을 비교하기 위하여 단백질가수분해 효소 중 1% al-calase와 1% protamex를 혼합 사용하여 분해농축한 농축물을 유리 수기(reservoir)에 담아 두 배의 에탄올을 주입하여 2시간 동안 초음파 처리 및 기계식 교반하며 에탄올 정제하였고, 그 결과를 Fig. 5(A)에 도시하였다. Fig.
콘드로이틴 황산의 제조시 건물시료 중량 대비 0.5%의 활성탄 처리공정을 추가하여 처리하고, 처리 전후의 냄새를 관능평가 및 시료 1 g을 10 L의 폴리에스테르 봉지에 주입한 후 질소가스를 충전하고, 80℃ 오븐에서 2시간 동안 기화시킨 후 실온으로 방냉하여 시료의 냄새를 평가·분석하였다.
5%의 활성탄 처리공정을 추가하여 처리하고, 처리 전후의 냄새를 관능평가 및 시료 1 g을 10 L의 폴리에스테르 봉지에 주입한 후 질소가스를 충전하고, 80℃ 오븐에서 2시간 동안 기화시킨 후 실온으로 방냉하여 시료의 냄새를 평가·분석하였다. 평가 대상 성분은 암모니아와 TMA를 대상으로 하였으며, 관능평가는 악취공정시험법에 따라 희석배수를 산정하고, 6명의 정상 후각력을 지닌 판정원을 선발하여 후각에 의한 5점 직접관능법으로 평가하였다[16]. 기기를 이용한 평가시 암모니아는 암모니아 검지관으로, TMA는 FID 검출기를 사용한 GC (Gas chromatography) 로 각각 분석하였다.
홍어 연골에 연골 중량 대비 alcalase를 2% 사용하거나 alcalase와 protamex를 각각 1%씩 혼합사용하여 가수분해하고 농축한 40 °Brix의 시료에 에탄올 용매비를 달리하여 2시간 추출정제한 후 정제된 콘드로이틴 황산 함량을 비교하였다.
홍어 연골을 원료로 제조한 농축 시료에 alcalase와 protamex를 각각 1%씩 혼합사용하여 가수분해하고 이를 여과, 농축한 후 에탄올과 1:2의 비율로 2시간 교반·정제하되 에탄올 교반정제를 3회까지 반복하여 콘드로이틴 황산의 함량을 측정함으로써 에탄올정제 횟수에 따른 함량 측정 결과를 Fig. 4에 비교하였다.
대상 데이터
실험 재료용 홍어 연골 원물은 영산홍어(주)에서 홍어회 가공 중 발생한 부산물 중 연골부분을 분리하여 원료로 사용하였다. 홍어 등뼈연골을 자켓이 설치된 리본믹스에 투입하여 90℃ 에서 2시간 가온한 다음 연육을 완전히 제거하고, 연육이 제거된 연골을 열풍 건조기에서 24시간 건조한 후 상온에서 저장하면서 필요시 물에 약 24시간 침지시킨 후 분쇄기를 이용해 분쇄하여 실험재료로 사용하였다.
실험 재료용 홍어 연골 원물은 영산홍어(주)에서 홍어회 가공 중 발생한 부산물 중 연골부분을 분리하여 원료로 사용하였다. 홍어 등뼈연골을 자켓이 설치된 리본믹스에 투입하여 90℃ 에서 2시간 가온한 다음 연육을 완전히 제거하고, 연육이 제거된 연골을 열풍 건조기에서 24시간 건조한 후 상온에서 저장하면서 필요시 물에 약 24시간 침지시킨 후 분쇄기를 이용해 분쇄하여 실험재료로 사용하였다. 콘드로이틴 황산 제조를 위해 분쇄한 홍어 연골에 건조 원료 무게의 3배의 물을 가수하고, 단백질 가수분해 효소로 alcalase를 사용하거나 protamex를 혼합사용하여 50℃에서 4시간 동안 가수분해하였다.
이론/모형
2.3 콘드로이틴 황산 정량
정제 방법에 따른 정제 건조품의 콘드로이틴 황산의 함량은 건강기능식품공전의 규정에 따라 콘드로이틴 황산 제 1법인 흡광도법으로 정량하였다[15]. 검체 시료 0.
성능/효과
1. 홍어 연골을 2% alcalase로 추출분해하여 40 °Brix 로 농축한 농축물의 수율은 23.3%이었고, 이를 에탄올로 1회 및 2회 정제한 경우 각각 8.47%, 3.37%로 얻어졌으며, 1% alcalase와 1% protamex로 혼합 사용하여 추출분해하고, 40 °Brix로 농축한 다음 1회 에탄올 정제한 경우 추출수율은 16.62%로 측정되어 단백질 분해효소를 혼합한 경우가 더 높은 수율을 보였다.
Table 2는 에탄올을 이용해 조건별로 1회 정제한 시료를 대상으로 콘드로이틴 황산 제 1법에 의한 콘드로이틴 황산 함량과 Kjeldahl법에 의한 단백질함량을 측정한 결과를 비교한 것이다. 2% alcalase 효소로 분해한 농축물을 1:1의 에탄올로 정제한 결과 콘드로이틴 황산은 정제하기 전의 함량에 비하여 9.32% ~ 13.6% 증가하였고 단백질의 함량은 약 10% 정도 감소하여 에탄올 정제로부터 추출 함량과 순도가 증가함을 알 수 있다. Kim과 Cho[5]도 이소프로필 에탄올의 함량에 따라 상어 연골로부터의 콘드로이틴 황산의 함량이 증가한다고 보고하여 본 결과와 유사한 경향을 확인하였다.
2. 콘드로이틴 황산의 함량은 에탄올 용매비에 따라 39.88~45.08%의 범위로 측정되었으며, alcalase만 사용시 용매비 1:1에서 42.92%로 가장 높게 측정되었고, 1:1.5의 비에서 40.68%로 가장 낮았다. Alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우에는 용매비 1:2에서 45.
1%의 탈취효과가 있었고, 에탄올 정제 전에 비해서는 약 25%의 탈취효과가 있었다. 2회 에탄올 정제시에는 에탄올 무정제 경우에 비해 활성탄 사용시 38% 정도의 탈취효과가 있었다. 그리고 시험 원에 의한 냄새의 함량은 활성탄 사용 여부에 관계없이 단지 에탄올 정제만으로도 70%의 저감효과가 있는 것으로 반응되었다.
3. 콘드로이틴 황산의 GPC측정 결과 alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우 에탄올 정제 횟수에 따라 콘드로이틴 황산의 분자량과 순도는 각각 11만~31만 Da.과 24.
4. 콘드로이틴 황산의 냄새 강도는 에탄올 정제만으로는 33%, 활성탄 처리와 에탄올 정제를 병행한 경우 38%의 감소효과가 측정되었으며, 활성탄 처리와 2회의 에탄올 정제시 암모니아는 52.1%, TMA는 37.89%의 탈취효과가 있었으나, 냄새성분의 충분한 제거를 위해서는 추가적인 물리화학적 처리가 요구되었다.
Alcalase만 독립적으로 사용하여 가수분해한 시료는 에탄올과 1:1 비율로 혼합하여 정제한 시료에서 42.92%로 가장 높은 함량을 나타내었고, 1:1.5 비율로 정제한 시료가 40.68%로 가장 낮아 에탄올 용매가 많을수록 콘드로이틴 황산 함량이 낮게 측정되었다. 그러나 alcalase와 protamex를 각각 1%씩 혼합하여 가수분해 후 농축한 시료에 대해서는 2배의 에탄올을 사용하여 정제한 시료에서 45.
홍어 연골에 연골 중량 대비 alcalase를 2% 사용하거나 alcalase와 protamex를 각각 1%씩 혼합사용하여 가수분해하고 농축한 40 °Brix의 시료에 에탄올 용매비를 달리하여 2시간 추출정제한 후 정제된 콘드로이틴 황산 함량을 비교하였다. 그 결과 Fig. 2에 나타낸 바와 같이 정제조건에 따라 39.88 % ~ 45.08%의 함량 범위로 측정되었다.
68%로 가장 낮아 에탄올 용매가 많을수록 콘드로이틴 황산 함량이 낮게 측정되었다. 그러나 alcalase와 protamex를 각각 1%씩 혼합하여 가수분해 후 농축한 시료에 대해서는 2배의 에탄올을 사용하여 정제한 시료에서 45.08%로 가장 높은 함량을 나타내었고, 시료 대비 에탄올을 1:1.5 비율로 정제한 시료가 39.88%로 가장 낮았다. 두 가지 가수분해 효소를 혼합 사용한 경우에 콘드로이틴 황산 함량이 높게 나온 것은 이들 가수분해 효소를 단독으로 사용할 경우에 비해 효소간 상승작용에 의한 것으로 생각된다.
그러나 효소분해 후 에탄올 정제가 추가된 경우에는 수율이 약간 감소하였는데, 40 °Brix 농축물을 에탄올로 1회 정제한 경우에는 8.47%, 2회 정제한 경우에는 3.37%의 수율로 각각 측정되었다.
2회 에탄올 정제시에는 에탄올 무정제 경우에 비해 활성탄 사용시 38% 정도의 탈취효과가 있었다. 그리고 시험 원에 의한 냄새의 함량은 활성탄 사용 여부에 관계없이 단지 에탄올 정제만으로도 70%의 저감효과가 있는 것으로 반응되었다.
88%로 가장 낮게 측정되었다. 그리고 에탄올 정제시 기계식 교반과 초음파 처리에 의해 약 15%의 정제효과는 있었으나 두 방법간의 차이는 없었으며, 교반 시간은 2시간이 효과적이었다.
에탄올 정제를 거치지 않은 시료에 대하여 활성탄 처리 여부에 따른 관능평가 결과 냄새의 강도는 활성탄 처리로 12.5%의 감소효과가 있었으며, 1회 에탄올 정제로는 활성탄 처리로 약 11.1%의 탈취효과가 있었고, 에탄올 정제 전에 비해서는 약 25%의 탈취효과가 있었다. 2회 에탄올 정제시에는 에탄올 무정제 경우에 비해 활성탄 사용시 38% 정도의 탈취효과가 있었다.
92%로 나타났고, 2회 정제한 시료를 5000 Da. 여과막을 이용해 24시간 한 외여과하여 여과한 시료와 여과되지 못한 시료를 구분하여 측정한 결과 여과되지 않은 시료는 59.93%로 약 10%가 상승하였다. 상어 연골을 대상으로 분획 분자량 2만 이하의 한외여과막을 사용하여 3 단계의 막분리를 행한 Kim과 Cho[5]의 결과에서 0.
의 peak와 1,105 Da.의 peak가 검출되었고, 2회 정제를 통하여 함량은 각각 49.92%와 50.08%로 계산되어 에탄올 정제를 통하여 콘드로이틴 황산 함량이 17.1%의 증가가 얻어졌다.
이러한 결과는 에탄올로 정제할 때 콘드로이틴 황산에 결합되어 있던 단백질 중 일부가 용매에 용해되어 제거된 것을 의미한다. 이 결과로 볼 때, 에탄올을 이용한 정제는 홍어 연골에서 추출한 추출물의 콘드로이틴 황산의 함량과 순도를 높이는데 상당한 효과가 있는 것으로 보여진다.
이들 결과로부터 alcalase 효소만 사용할 경우에는 1:1 비율의 에탄올 정제가, 그리고 alcalase와 protamex 를 혼합사용할 경우 1:2 비율의 정제가 각각 콘드로이틴 황산의 함량을 높일 수 있는 조건으로 확인되었다. 그러나 에탄올과 효소의 사용량을 감안하면 산업적으로 대량 생산을 할 때에는 1:1 비율로 정제하는 쪽이 함량은 다소 낮아도 경제적 측면에서는 더 유리할 것으로 생각된다.
그러나 2시간 분해 자료를 비교할 때 에탄올 용매비 증가에 따른 함량의 뚜렷한 증가는 볼 수 없었다. 이에 비하여 1% alcalase와 1% protamex를 혼합 사용한 농축물의 에탄올 정제 결과 2% alcalase 효소 사용시 보다 다소 높은 9.77% ~ 14.97%의 함량 증가를 나타내었으며, 단백질의 함량이 약 9.43% ~ 15.8%의 감소를 보여 콘드로이틴 황산의 정제 순도가 증가하였다.
3에 나타내었다. 전체적인 실험 범위에서 alcalase와 protamex를 혼합사용하여 정제한 시료의 콘드로이틴 황산의 함량이 alcalase만 사용하여 정제한 경우보다 높았으며, 에탄올 정제를 위한 교반시간 2시간까지는 콘드로이틴 황산 함량이 증가하였으나 그 이후로는 교반 시간에 따른 함량차이가 크지 않았다. 따라서 에탄올을 사용한 정제시에는 2시간 정도의 교반이 가장 효과적일 것으로 생각된다.
정제 전과 비교하여 3차 정제한 시료에서 콘드로이틴 황산 함량이 가장 높게 측정되었으나 에탄올 정제 횟수에 따른 콘드로이틴 황산 함량의 증가는 1회에 비하여 그다지 크지 않으므로 에탄올의 사용량을 감안한다면 콘드로이틴 황산의 정제는 1회 정제가 경제적일 것으로 생각된다. 상어연골로부터 isopropyl alcohol의 함량이 10% 증가함에 따라 분별침전에 의한 콘드로이틴 황산의 함량이19.
4에 비교하였다. 정제 전에는 약 30%에 달했던 함량이 1회, 2회 정제 후에 14.97%p와 14.47%p가 증가하였고, 3회 정제에서는 정제 전의 함량에 비하여 약 16.61%p의 증가를 보여 46.72%의 가장 높은 함량으로 측정되었다.
즉, 2% alcalase 효소로 분해한 경우 21 °Brix 농축물은 원료 건물중량 대비 22.93%, 24 °Brix 농축물은 25.7%, 그리고 40 °Brix 농축물은 23.3%의 수율로 각각 측정되었다.
한편 악취의 주성분인 암모니아와 TMA의 기기분석 결과 활성탄 처리 후 2회의 에탄올 정제시의 경우 암모니아는 52.1%, TMA는 37.89%의 탈취효과가 있는 것으로 나타났다.
한편 초음파 처리시 수기의 재질에 따른 정제효과를 비교하기 위해 유리 수기와 플라스틱 수기를 이용하여 처리한 결과인 Fig. 5(B)에서 45.71%의 함량을 보인 유리제 용기에 비하여 플라스틱 재질을 사용하면 2.58%의 함량 증가를 볼 수 있었다. 따라서 실험적 처리에서는 플라스틱 재질의 용기를 이용한 초음파 처리에 유리할 수있으나 대량생산을 위한 산업적인 면에서는 교반에 의한 정제가 더욱 효과적일 것으로 생각된다.
홍어 연골시료의 일반성분을 AOAC법[17]에 따라 측정한 결과 Table 1과 같이 수분 2.1%, 회분 0.1%, 단백질 63.3%, 지방 0% 및 탄수화물이 34.5%로 측정되었으며, 이로부터 홍어 연골 중의 단백질과 탄수화물의 비율이 약 2:1을 보여 이 두 가지 성분이 전체의 97.8%로 구성되어 연골성분의 대부분을 차지하는 것으로 나타났다.
후속연구
기기분석에 의한 측정으로부터 상당히 높은 탈취효과를 얻었으나 후각에 의한 측정에서 홍어 고유의 냄새를 제거하여야 섭취자의 기호도가 증가할 것으로 생각되므로 냄새 성분을 더욱 미량으로 저감시킬 필요가 있을 것이며, 이를 위해 추가적인 물리화학적 처리가 수반되는 것이 좋을 것으로 생각된다.
58%의 함량 증가를 볼 수 있었다. 따라서 실험적 처리에서는 플라스틱 재질의 용기를 이용한 초음파 처리에 유리할 수있으나 대량생산을 위한 산업적인 면에서는 교반에 의한 정제가 더욱 효과적일 것으로 생각된다.
실제 의약품에서는 신경통, 요통, 관절통 등 비교적 고령자의 많은 질병에 사용되는 사례가 많다. 향후 고령화가 진행됨에 따라 그 수요도 확대될 것으로 추측되어 식품 소재로서 개발하기에 적합할 것이다[8].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍어 연골에 함유되어 있는 뮤코다당은 어떻게 활용되고 있는가?
2013년을 기준으로 국내에서 가공되는 홍어의 어획량은 연간 약 5,100톤에 달하며[1], 홍어를 가공하고 나면 대량의 부산물로 연골, 껍질, 내장 등이 나오게 되는데 이 때 발생한 부산물은 홍어 특유의 냄새 등으로 인해 다른 용도로 사용되기 어려워 전량 폐기되고 있는 실정이다. 그 중 홍어 연골에 함유되어 있는 뮤코다당은 식품소재 중 하나로서 글루코사민과 함께 연골조직에 특히 많이 존재하여 그 중 일부는 식품과 의약품으로 개발·판매되고 있다[2].
홍어 연골의 단백질 가수분해 효소에 의한 콘드로이틴 황산의 추출분해시 고순도의 콘드로이틴 황산을 얻기 위한 정제방법을 검토한 결과는 어떠한가?
1. 홍어 연골을 2% alcalase로 추출분해하여 40 °Brix 로 농축한 농축물의 수율은 23.3%이었고, 이를 에탄올로 1회 및 2회 정제한 경우 각각 8.47%, 3.37%로 얻어졌으며, 1% alcalase와 1% protamex로 혼합 사용하여 추출분해하고, 40 °Brix로 농축한 다음 1회 에탄올 정제한 경우 추출수율은 16.62%로 측정되어 단백질 분해효소를 혼합한 경우가 더 높은 수율을 보였다.
2. 콘드로이틴 황산의 함량은 에탄올 용매비에 따라 39.88~45.08%의 범위로 측정되었으며, alcalase만 사용시 용매비 1:1에서 42.92%로 가장 높게 측정되었고, 1:1.5의 비에서 40.68%로 가장 낮았다. Alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우에는 용매비 1:2에서 45.08%로 가장 높았으며, 1:1.5의 용매비에서 39.88%로 가장 낮게 측정되었다. 그리고 에탄올 정제시 기계식 교반과 초음파 처리에 의해 약 15%의 정제효과는 있었으나 두 방법간의 차이는 없었으며, 교반 시간은 2시간이 효과적이었다.
3. 콘드로이틴 황산의 GPC측정 결과 alcalase와 protamex를 혼합 사용한 경우 에탄올 정제 횟수에 따라 콘드로이틴 황산의 분자량과 순도는 각각 11만~31만 Da.과 24.87%~49.92%의 범위로 측정되 었으며, 한외여과를 통하여 분자량 약 11만 Da., 최고 순도 53.93%의 콘드로이틴 황산을 얻을 수있었다.
4. 콘드로이틴 황산의 냄새 강도는 에탄올 정제만으로는 33%, 활성탄 처리와 에탄올 정제를 병행한 경우 38%의 감소효과가 측정되었으며, 활성탄 처리와 2회의 에탄올 정제시 암모니아는 52.1%, TMA는 37.89%의 탈취효과가 있었으나, 냄새성분의 충분한 제거를 위해서는 추가적인 물리화학적 처리가 요구되었다.
2013년을 기준으로 국내에서 가공되는 홍어의 어획량은 어떻게 되는가?
2013년을 기준으로 국내에서 가공되는 홍어의 어획량은 연간 약 5,100톤에 달하며[1], 홍어를 가공하고 나면 대량의 부산물로 연골, 껍질, 내장 등이 나오게 되는데 이 때 발생한 부산물은 홍어 특유의 냄새 등으로 인해 다른 용도로 사용되기 어려워 전량 폐기되고 있는 실정이다. 그 중 홍어 연골에 함유되어 있는 뮤코다당은 식품소재 중 하나로서 글루코사민과 함께 연골조직에 특히 많이 존재하여 그 중 일부는 식품과 의약품으로 개발·판매되고 있다[2].
참고문헌 (17)
S. G. Choi, "Food Balance Sheet", KREI(Korea Rural Economic Institute), pp. 166-167, 2014.
B. Y. Yu, "Manufacturing the Mucopolsaccharideprotein by Improved Method and Crude Calcium using the Residue after Extract the Gelatin from Skate Cartilage", M. S. Dissertation, Chonnam National University, Korea, 2003.
D. Y. Ishimaru, N. Z. Sugiura, H. Y. Akiyama, H. Z. Watanabe, K. Matsumoto, "Alterations in the Chondroitin Sulfate Chain in Human Osteoarthritic Cartilage of the Knee", Osteoarthritis and Cartilage, Vol.22, pp. 250-258, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.joca.2013.11.010
H. Tim, "Chondroitin Sulfate and Joint Disease", Osteoarthritis and Cartilage, Vol.6, pp. 3-5, 1998. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S1063-4584(98)80004-6
Y. J. Kim, S. H. Cho, "Preparation of High Ppurity Chondroitin sulfate", Korea Academia-Industrial Cooperation Society, Vol.10, pp. 865-871, 2009. DOI: http://dx.doi.org/10.5762/KAIS.2009.10.4.865
H. Yousry, H. Hammad, R. Magid, R. Mona, M. Sobhy, "Clinical and Biochemical Study of the Comparative Efficacy of Topical versus Oral Glucosamine/Chondroitin Sulfate on Osteoarthritis of the Knee", The Egyptian Rheumatologist, Vol.37, pp. 85-91, 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.ejr.2014.06.007
FOCC(Fishery open class committee), "Advanced Marine Technology and Policy", Pukyong National University, Korea. pp. 274-281, 2002.
B. H. Kim, S. H. Ahn, B. D. Choi, S. J. Kang, Y. L. Kim, H. J. Lee, M. J. Oh, T. S. Jung, "In vivo Evaluation of Chondroitin Sulfate from Midduk(Styela clava) and Munggae Tunics (Halocynthia roretzi) as a Cosmetic Material", J Korean Soc Food Sci Nutr, Vol.33, pp. 641-645, 2014. DOI: http://dx.doi.org/10.9799/ksfan.2014.27.4.641
J. R. Yang, Y. H. Kim, "Studies on the Development of Chondroitin Sulfate Materials from the Meat By-products", 5; pp. 125-133, 2001.
J. H. Choi, "Isolation and Purification of Chondroitin Sulfate from Skate Cartilage", M. S. Dissertation, Pukyung National University, 2004.
B. Y. Yoo, "Manufacturing the mucopolysaccharideprotein by improved method and crude calcium using the residue after extract the gelatin from skate cartilage", M. S. Disertation, Chonnam National University, 2003.
S. Mizuta, J H. Hwang, R. Yoshinaka, "Molecular species of collagen in pectoral fin cartilage of skate (Raja kenojei)", Food chemistry, Vol.80, pp. 1-7, 2003. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/S0308-8146(02)00227-3
J. H. Choi, J. W. Woo, Y. B. Lee, S. B. Kim, "Changes in an Ammonia-like Odor and Chondroitin Sulfate Contents of Enzymatic Hydrolysates from Longnose Skate (Rasa rhina) Cartilage as Affected by Pretreatment Methods", Food Sci and Biotech, Vol.14, pp. 645-650, 2005.
KMFDS(Korea Ministry of Food and Drug safety), "Health Functional Food Revolution", pp. 9, 2012.
B. S. Son, B. K. Jang, S. K. Lee, "Determination and Analysis of Environmental Pollution", Ji-Gu Publish, pp. 178, Seoul, 2003.
H. Kenneth, "Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists", 1990.
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