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문제 정의
- 이러한 문제를 해결하고자 어뼈를 이용하여 생체내 흡수율을 높이기 위한 새로운 형태의 칼슘흡수촉진제를 개발하였다. 따라서 본 강연에서는 상기에서 서술한 수산 부산물 유래의 생리기능성 물질에 관한 연구결과를 중심으로 소개하고자 한다.
- 있었다. 이러한 문제를 해결하고자 어뼈를 이용하여 생체내 흡수율을 높이기 위한 새로운 형태의 칼슘흡수촉진제를 개발하였다. 따라서 본 강연에서는 상기에서 서술한 수산 부산물 유래의 생리기능성 물질에 관한 연구결과를 중심으로 소개하고자 한다.
제안 방법
- 또한 게와 새우 둥의 각갑류 껍질의 키틴을 키토산으로 제조한 다음 키토산 분해효소를 이용한 막효소반응기에서 저분자 키토산 올리고당(1,000 Da)을 분리하였다. 저분자 키토산 올리고당에 인산기를 수식하여 저분자 인산화 키토산 올리고당을 칼슘흡수촉진물질 (칼슘흡수강화제)로써 이용하였다.
- 수산가공 부산물인 생선뼈와 내장을 각각 가공공장으로부터 수거하여 내장으로부터 복합효소를 추출한 후 이를 이용하여 생선뼈에 붙어있는 생선육을 완전히 제거하여 생선뼈만을 얻었다. 이렇게 얻어진 생선뼈를 마쇄하여 다시 어류복합효소로 최적조건에서 반응시킴으로써 생선뼈 수용성 칼슘을 제조하였다.
- 얻었다. 이렇게 얻어진 생선뼈를 마쇄하여 다시 어류복합효소로 최적조건에서 반응시킴으로써 생선뼈 수용성 칼슘을 제조하였다.
- 즉, 키토산 l%(w/v) 용액 500ml를 막반응기에 넣고 Bacillus pumilus BN-262 유래 키토산 가수분해효소를 25 Unit 되도록 첨가하여 3시간 동안 반응시켜 연속적으로 막반응기를 통하여 키토산 올리고당을 생산하였다. 탈아세틸화도가 다른 키토산의 각 분자량 별 올리고당의 생리 활성은 항균성, 자유라디칼 소거활성, 항고혈압활성, 항혈액응고활성 및 항암활성에 대하여 검토하였다.
- 탈아세틸화도가 다른 세 종류의 키토산 (50%, 75% 및 90%)은 게껍질로부터 추출된 키틴을 부분적으로 탈아세틸화시켜 제조하였으며 , 키토산 올리고당은 막반웅기에서 연속적으로 효소분해하여 분자량별(1 kDa 이하, 1-5 kDa, 5-10 kDa)로 분획하였다. 즉, 키토산 l%(w/v) 용액 500ml를 막반응기에 넣고 Bacillus pumilus BN-262 유래 키토산 가수분해효소를 25 Unit 되도록 첨가하여 3시간 동안 반응시켜 연속적으로 막반응기를 통하여 키토산 올리고당을 생산하였다.
- 즉, 키토산 l%(w/v) 용액 500ml를 막반응기에 넣고 Bacillus pumilus BN-262 유래 키토산 가수분해효소를 25 Unit 되도록 첨가하여 3시간 동안 반응시켜 연속적으로 막반응기를 통하여 키토산 올리고당을 생산하였다. 탈아세틸화도가 다른 키토산의 각 분자량 별 올리고당의 생리 활성은 항균성, 자유라디칼 소거활성, 항고혈압활성, 항혈액응고활성 및 항암활성에 대하여 검토하였다.
대상 데이터
- 이용한 막효소반응기에서 저분자 키토산 올리고당(1,000 Da)을 분리하였다. 저분자 키토산 올리고당에 인산기를 수식하여 저분자 인산화 키토산 올리고당을 칼슘흡수촉진물질 (칼슘흡수강화제)로써 이용하였다.
성능/효과
- 1%로 나타났다. 90% 탈아세틸화된 키토산올리고당을 분자량별(1 kDa이하, 1~3 kDa, 3~5 kDa, 5~10 kDa)로 더욱 세분하여 β-secretase에 대한 저해활성을 측정한 결과, 1 kDa이하, 1~3 kDa, 3~5 kDa 및 5~10 kDa범위의 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 46.5%, 60.6%, 74.8% 및 34.1%로 분자량 3~5 kDa 키토산올리고당이 가장 높은 저해활성을 나타내었다. 그리고 키틴 및 키토산의 monomer인 N-acetylgucosamine과 glucosamine의 21.
- 경우도 거의 10%내외로 나타났다. 그러나 탈아세틸화도가 90%인 키토산을 분해하여 얻어진 분자량별 키토산올리고당의 경우, 1 kDa이흐}, 1~5 kDa 및 5~10 kDa범위의 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 46.5%, 50.4% 및 34.1%로 나타났다. 90% 탈아세틸화된 키토산올리고당을 분자량별(1 kDa이하, 1~3 kDa, 3~5 kDa, 5~10 kDa)로 더욱 세분하여 β-secretase에 대한 저해활성을 측정한 결과, 1 kDa이하, 1~3 kDa, 3~5 kDa 및 5~10 kDa범위의 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 46.
- 767 UF/sec였다. 그리고 분자량 3~5 kDa 범위인 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해 방식은 Lineweaver-Burk plot에서와 같이 저해제의 농도에 관계없이 1/S축의 절편(-1/Rin)이 동일한 값을 나타내어 비경쟁적 저해반응 양식을 나타내는 것을 알 수 있었다. 따라서 분자량 3~5 kDa 범위인 키토산올리고당의 2위치의 1차 아민은 β-secretase의 활성부위에 결합하여 저해하는 것이 아니라 보조부위에 결합하여 활성부위의 촉매작용을 저해한다는 사실을 알 수 있었다.
- 1%로 분자량 3~5 kDa 키토산올리고당이 가장 높은 저해활성을 나타내었다. 그리고 키틴 및 키토산의 monomer인 N-acetylgucosamine과 glucosamine의 21.0%와 28.0% 보다도 높게 나타났다. 따라서 분자량 3~5 kDa 범위의 키토산 올리고당이 β-secrtase의 활성을 50% 저해시킬 때의 농도(IC50값)로 나타낸 결과, IC50값은 0.
- 0% 보다도 높게 나타났다. 따라서 분자량 3~5 kDa 범위의 키토산 올리고당이 β-secrtase의 활성을 50% 저해시킬 때의 농도(IC50값)로 나타낸 결과, IC50값은 0.126 mg/mL였다.
- 그리고 분자량 3~5 kDa 범위인 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해 방식은 Lineweaver-Burk plot에서와 같이 저해제의 농도에 관계없이 1/S축의 절편(-1/Rin)이 동일한 값을 나타내어 비경쟁적 저해반응 양식을 나타내는 것을 알 수 있었다. 따라서 분자량 3~5 kDa 범위인 키토산올리고당의 2위치의 1차 아민은 β-secretase의 활성부위에 결합하여 저해하는 것이 아니라 보조부위에 결합하여 활성부위의 촉매작용을 저해한다는 사실을 알 수 있었다.
- 항균황성은 75% 탈아세틸화된 키토산이 가장 높은 황균활성을 나타내었다. 또한 키토산 올리고당의 경우, 항균활성이 분자량의 크기에 따라 크게 의존하였으나 키토산 보다는 우수하지 못하였고, 이들의 항균활성은 시험된 박테리아의 종에 따라서도 다르게 나타났다. 항고혈압 및 자유라디칼 소거활성에서는 90% 탈아세틸화된 키토산을 가수분해시킨 키토산 올리고당 중에서 분자량 1~5 kDa 분획물이 가장 높은 항고혈압 활성과 자유라디칼 소거활성을 나타내었다.
- 상기 연구결과들을 종합해 보면 키토산, 키토산 올리고당 및 그 유도체의 생리활성은 발현하는 생리활성의 종류에 따라 다르게 나타나는 것으로 밝혀졌으며, 그 생리활성은 그들의 분자량에 따라서도 크게 의존한다는 것을 알 수 있었다.
- 생선뼈 수용성 칼슘과 저분자 인산화 키토산 올리고당의 골다공증 치료효과를 확인하기 위해 4주 동안 칼슘결핍시킨 쥐와 시판용 탄산칼슘 섭취군, 수용성 칼슘칼슘식이군, 그리고 수용성 칼슘 및 칼슘흡수촉진물질인 저분자 인산화 키토산 병용 섭취군에 대한 연구결과, 쥐의 혈중 칼슘농도는 수용성 칼슘 식이군과 수용성칼슘 및 저분자 인산화 키토산 병용 섭취군이 칼슘결핍군의 것보다 상당히 증가한 것을 알 수 있으며, 시판용 탄산칼슘보다도 유의적으로 높았다.
- 1899 UF/sec로 나타났다. 이들 초기 반응 속도를 기준으로 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 61.8%, 67.9% 및 80.3%로 나타났는데, 이것은 탈아세틸화도가 높은 키토산이 β-secretase에 대해 높은 저해활성을 나타내는 것을 알 수 있었다. 키틴으로부터 키토산의 제조시, 키틴의 피란(pyran)환에서 2 위치의 2차아민으로부터 아세틸기(CHKO-)가 제거되어 1차아민이 외부로 노출되는 키토산이 얻어지는데 탈아세틸화도의 증가에 의한 키토산의 β-secretase에 대한 저해활성은 외부로 노출된 키토산의 1차아민이 β-secretase의 활성부위 또는 보조부위에 작용하는 것으로 판단되었다.
- 등 여러 가지 생리활성이 밝혀져 있다. 이미 밝혀진 이들 생리기능성 외에 키토산 및 그 올리고당은 새로운 생리기능성으로서 알쯔하이머성 치매질환의 예방 및 치료 소재로 활용될 수 있다는 사실을 본 강연자의 연구결과에서 밝혀졌다.
- 쥐가 배설하는 분을 통한 1일 칼슘 배설량을 측정한 결과, 생선뼈 수용성 칼슘 식이군과 생선뼈 수용성 칼슘 및 저분자 인산화 키토산 올리고당을 병용 섭취시킨 식이군에서 분으로 배출되는 칼슘의 양은 칼슘 결핍군에 비해 약 15배 감소하여 장을 많은 양이 체내로 흡수되는 것을 알 수 있었다.
- 쥐대퇴골의 칼슘함량은 칼슘 결핍군에 비해 칼슘식이 섭취군들에서 약 1.7배 정도 증가고, 칼슘식이 군에서도 생선뼈 수용성 칼슘과 저분자 인산화 키토산 올리고당을 병용 섭취시킨 군에서 유의적으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 이것은 쥐 대퇴골의 밀도를 주사전자현미경(SEM)으로 측정한 미세구조에서도 생선뼈 수용성 칼슘과 저분자 인산화 키토산 올리고당을 병용 섭취시킨 군에서 조밀한 다공성을 확인할 수 있었다.
- 키틴으로부터 키토산의 제조시 탈아세틸화도가 50%, 75%, 90%인 키토산의 β-secretase에 대한 저해활성은 합성기질에 대한 β-secretase의 초기 반응속도를 대조구로 하였을 때 0.9708 UF/sec로 나타났으며, 50%, 75% 및 90% 탈아세틸화된 키토산의 초기 반응 속도는 각각 0.3609 UF/sec, 0.3108 UF/sec 및 0.1899 UF/sec로 나타났다. 이들 초기 반응 속도를 기준으로 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 61.
- 탈아세틸화도가 각각 50%, 75% 및 90%인 키토산을 효소로 분해시킨 후, 분자량별(1 kDa이하, 1~5 kDa 및 5~10 kDa)로 분획된 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해활성은 탈아세틸화도가 50%인 키토산을 분해하여 얻어진 분자량별 키토산올리고당은 분자량에 관계없이 β-secretase에 대해 모두 10% 이하의 낮은 저해활성을 나타내었으며, 75% 키토산의 경우도 거의 10%내외로 나타났다. 그러나 탈아세틸화도가 90%인 키토산을 분해하여 얻어진 분자량별 키토산올리고당의 경우, 1 kDa이흐}, 1~5 kDa 및 5~10 kDa범위의 키토산올리고당의 β-secretase에 대한 저해활성은 각각 46.
- 또한 키토산 올리고당의 경우, 항균활성이 분자량의 크기에 따라 크게 의존하였으나 키토산 보다는 우수하지 못하였고, 이들의 항균활성은 시험된 박테리아의 종에 따라서도 다르게 나타났다. 항고혈압 및 자유라디칼 소거활성에서는 90% 탈아세틸화된 키토산을 가수분해시킨 키토산 올리고당 중에서 분자량 1~5 kDa 분획물이 가장 높은 항고혈압 활성과 자유라디칼 소거활성을 나타내었다. 항혈액웅고 활성의 경우는 탈아세틸화도가 가장 높은 90%인 키토산을 황산화시킨 키토산 황화물이 상대적으로 탈아세틸화도가 낮은 75% 및 50% 키토산 황화물보다 높은 활성을 나타내었다.
- 항균황성은 75% 탈아세틸화된 키토산이 가장 높은 황균활성을 나타내었다. 또한 키토산 올리고당의 경우, 항균활성이 분자량의 크기에 따라 크게 의존하였으나 키토산 보다는 우수하지 못하였고, 이들의 항균활성은 시험된 박테리아의 종에 따라서도 다르게 나타났다.
후속연구
- 수산가공 부산물인 어두, 어피, 어뼈, 내장 그리고 어체의 자숙액 패류와 갑각류의 패각 및 껍질은 극히 일부만이 사료로 이용되고 있을 뿐 대부분이 폐기되어 환경문제를 야기시키고 있다. 이들 수산가공 부산물 및 미이용 해양생물 자원들은 다양한 생리기능성 물질들을 함유하고 있어 이를 보다 고부가가치 산업에서 효율적으로 활용할 수 있는 연구가 필요하다.
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