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홍어 연골로부터 추출된 콘드로이틴 황산의 고순도 정제방법 개발
Development of High Purity Purification Method of Chondroitin Sulfate Extracted from Skate Cartilage 원문보기

한국산학기술학회논문지 = Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society, v.17 no.6, 2016년, pp.9 - 17  

정갑섭 (동명대학교 식품영양학과)

초록
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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.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

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...

주제어

AI 본문요약
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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.
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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].
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참고문헌 (17)

  1. S. G. Choi, "Food Balance Sheet", KREI(Korea Rural Economic Institute), pp. 166-167, 2014. 

  2. 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. 

  3. 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 

  4. 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 

  5. 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 

  6. KNAS(Korean Nurses Academic Soicety), http://terms. naver.com/entry.nhn?docId1596864&cid50314& categoryId50314, 1996. 

  7. 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 

  8. FOCC(Fishery open class committee), "Advanced Marine Technology and Policy", Pukyong National University, Korea. pp. 274-281, 2002. 

  9. 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 

  10. J. R. Yang, Y. H. Kim, "Studies on the Development of Chondroitin Sulfate Materials from the Meat By-products", 5; pp. 125-133, 2001. 

  11. J. H. Choi, "Isolation and Purification of Chondroitin Sulfate from Skate Cartilage", M. S. Dissertation, Pukyung National University, 2004. 

  12. 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. 

  13. 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 

  14. 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. 

  15. KMFDS(Korea Ministry of Food and Drug safety), "Health Functional Food Revolution", pp. 9, 2012. 

  16. B. S. Son, B. K. Jang, S. K. Lee, "Determination and Analysis of Environmental Pollution", Ji-Gu Publish, pp. 178, Seoul, 2003. 

  17. H. Kenneth, "Official Methods of Analysis of the Association of Official Analytical Chemists", 1990. 

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