초록 ▼

○ 연구개발 목표 및 성과
- 산양유 단백질 소재 대량 생산 및 질환별 환자식 생산 기술 개발
산양유 단백질 분해물(HGMP)과 산양유 단백질 분획물(A2-beta casein)을 제조할 수 있는 최적 공정을 확립하여 2종의 소재들을 대량생산 하였음. 개발된 소재들을 이용하여 당뇨식 요구르트, 일반 환자식, 고단백 환자식 등 총 3종의 제품을 개발하여 제품의 품질 기준을 확립하고 표준화 하였음.

- 산양유 단백질 소재 생산 및 제품 가공 적성 연구
β-락토글로부린 및 αs-케이신을 저감화시켜 소화력이 우

○ 연구개발 목표 및 성과
- 산양유 단백질 소재 대량 생산 및 질환별 환자식 생산 기술 개발
산양유 단백질 분해물(HGMP)과 산양유 단백질 분획물(A2-beta casein)을 제조할 수 있는 최적 공정을 확립하여 2종의 소재들을 대량생산 하였음. 개발된 소재들을 이용하여 당뇨식 요구르트, 일반 환자식, 고단백 환자식 등 총 3종의 제품을 개발하여 제품의 품질 기준을 확립하고 표준화 하였음.

- 산양유 단백질 소재 생산 및 제품 가공 적성 연구
β-락토글로부린 및 αs-케이신을 저감화시켜 소화력이 우수하고 저 알러지성의 산양유 소재 2종을 개발하였으며 대량생산 조건을 확립하였음. 개발된 소재들의 영양성분 및 이화학적 특성을 조사하여 우유 케이신, 콩 단백질 등을 대체할 수 있는 환자식 소재로의 활용가능성을 확인함.

- 산양유 단백질 분해물 유래 하이드로젤 전달체의 기능성 규명 및 제품 적용 공정 개발
산양유 단백질 분해물(HGMP)과 산양유 단백질 분획물(A2-beta casein)을 이용한 하이드로젤 나노전달체를 성공적으로 제조하였음. 제조된 하이드로젤 전달체의 생리활성 물질 포집 능력과 같은 기능성을 규명하였으며, 질환별 맞춤형 환자식의 물성학적 특성을 향상시킬 수 있는 적용 공정을 개발하였음.

- 질환모델을 이용한 산양유 기능성소재의 작용 기전 연구
본 연구팀에서는 산양유 단백질 유래 소재인 산양유 단백질 분해물(HGMP)과 산양유 단백질 분획물(A2-beta casein)의 작용 기전 연구를 위해 다양한 질환모델을 이용하였음. 산양유 단백질 분해물의 사람 장 상피세포인 Caco-2 cell 내 흡수연구 및 쥐 임신 모델을 이용한 성장 유도 연구, 장염유도 생쥐모델을 이용한 A2-beta casein 및 이를 이용한 하이드로젤 전달체의 장염 개선 효과를 연구하였음.

○ 연구내용 및 결과
- 산양유 단백질 소재 2종 (HGMP, A2 β-casein)을 생산할 수 있는 공정을 확립하여 대량생산한 후 일반성분 및 미생물잔존 검사를 실시하여 시제품의 품질 기준을 확립하고 표준화하였음. 또한 시장분석을 통해 질환 타겟층을 선정한 후 개발된 단백질 소재들이 포함된 환자식 3종 (당뇨식 요구르트, 일반 환자식, 고단백 환자식)을 개발하였고 영양성분, 이화학 및 미생물학적 특성을 분석하여 개발된 환자식 3종의 품질을 표준화 하였음.

- 산양유로부터 β-락토글로부린 및 αs-케이신이 저감화된 단백질 소재들을 개발하고, 대량생산할 수 있는 최적의 조건을 확립하였음. SDS-PAGE 및 RP-HPLC 기법 등을 이용하여 개발된 소재들내 β-락토글로부린 및 αs-케이신이 효과적으로 저감화 되었음을 확인하였고,HMC-1 cells 배양실험을 통해 histamin 및 TNF-α 방출량을 조사하여 저알러지성을 확인하였음. 또한 개발된 소재들의 영양학적 특성, 이화학적 특성, 제품 가공 적성, 제품 적용시 안정성 등을 평가하여 환자식 제품 소재로서의 실효성을 검증하였음.

- 저온 유도 젤화 기술을 이용하여 산양유 단백질 유래 (산양유 단백질 분해물 및 A2 β-카제인) 하이드로젤 나노 전달체를 제조 하였고 레스베라트롤과 같은 생리활성물질의 성공적인 포집을 통해 생리활성물질 이용성을 향상시킬 수 있었음. 또한 장 상피세포를 이용한 나노 전달체의 세포 내 독성 평가를 통해 안전성을 규명하였음. 나노 전달체는 질환별 맞춤형 환자식 적용 공정 과정 동안 높은 물리적 안정성을 보였으며, 질환별 맞춤형 환자식(드링킹 요구르트) 적용 시 물성학적, 관능적 특성을 향상시킬 수 있었음.

- 질환모델을 이용한 산양유 기능성 소재의 작용 기전 연구를 위해 인간의 장상피세포인 Caco-2 cell을 이용하여 3차원 transwell system을 확립하고 단백질분해물의 상피세포내 흡수를 확인하기 위해 형광물질를 부착하여 상피세포내 흡수를 규명하였음. 동물 실험은 1차로 임신모델을 이용하여 단백질 분해물이 급여가 어미쥐 및 새끼쥐의 성장을 촉진하였으며, 특히 어미쥐의 포유능력을 개선하였음. 2차로 장염유도 생쥐모델를 이용하여 단백질 분해물 및 이를 이용한 나노 전달체가 장염이 유도된 생쥐의 체중감소를 보전하여 장염을 개선하는 효과를 나타냈음.

○ 연구성과 활용실적 및 계획
- 산양유를 이용하여 단백질 소재들을 생산하고 개발된 소재들을 이용하여 환자식을 제조하는 전체적인 공정을 확립하여 계획했던 실적을 모두 달성하였음. 산양유 단백질 소재들(HGMP, A2 β-casein)을 이용하여 개발된 환자식들은 관련 산업의 내수시장 확대와 수출효과를 기대할 수 있으며, 소비자 니즈(needs) 분석결과에 따라 새로운 개념의 특수용도식품 개발 시스템의 모델로 활용될 수 있음.

- 본 연구를 통해 도출된 결과들로 당초 계획했던 특허 출원 및 등록, 논문 및 학술대회 발표 등 모든 실적이 성공적으로 달성되었음. 개발된 산양유 소재들을 다양한 환자식에 적용하여 산양유의 고부가 가치화 뿐 아니라 특수식 원료 소재의 국가 경쟁력을 제고할 수 있으며 관련 산업의 활성화를 기대할 수 있음.

- 본 연구를 통해 개발된 산양유 단백질 유래 하이드로젤 나노 전달체 연구를 통해 당초 계획했던 특허 출원, 국내외 논문 투고, 학술대회 발표 등과 같은 업적을 성공적으로 수행하였음. 특히 산양유 단백질 분해물 유래 하이드로젤 나노 전달체는 질환별 맞춤형 환자식 적용성이 뛰어나며 관능적 특성을 향상시킬 수 있어 산양유 단백질 유래 소재의 고부가 가치화에 기여 할 수 있을 것으로 기대됨.

- 본 연구 과제를 통해 수행된 in vitro 및 in vivo model을 이용한 산양유 단백질 소재의 기능성 규명 연구 결과를 SCI급 논문에 투고하였으며, 현재 투고 중임. 또한 관련 결과를 국내외 학술대회에서 발표하였음. 본 과제에서 도출 된 산양유 단백질 소재의 기능성 규명 연구 결과는 산양유의 고부가 가치화에 기여할 수 있을 것으로 기대됨.

( 출처: 연구개발보고서 초록 104p )

Abstract ▼

Purpose&Contents
○ Developing the technique of mass production of goat milk protein hydrolysate and EN(enteral nutrition, patient's diet by disease)products.
○ Studies on development of functional materials from goat milk protein and their properties
○ Studies on the functional properties o

Purpose&Contents
○ Developing the technique of mass production of goat milk protein hydrolysate and EN(enteral nutrition, patient's diet by disease)products.
○ Studies on development of functional materials from goat milk protein and their properties
○ Studies on the functional properties of goat milk protein hydrolysate based hydrogel delivery system and its food application
○ Study on mechanisms of goat milk based functional food material by using animal disease model

Results
○ The optimal conditions for mass production of goat milk protein hydrolysate(HGMP) and goat milk protein derivatives (A2 β-casein) have been established, and micro-organisms such as general ingredients, physicochemical properties, and Escherichia, General bacteria and E. coli have been tested. In addition, through the domestic patient market research, specific diseases and target groups were selected and 3 items(EN) including the goat milk protein materials (HGMP, A2 β-casein) developed in the first and second years were developed.

○ We developed the goat milk protein hydrolysate and A2 β-casein fraction with enhanced digestibility and better hypoallergenic properties by hydrolysis of α s-casein and β-lactoglobulin using commercial food-grade proteases and calcium chloride precipitation method, respectively. Moreover, the physicochemical properties of materials were determined by analysis of amino acid composition, solubility, viscosity and emulsifying activity index. The materials are useful as functional food sources which can improve nutrition and health, and food applications may include the development of a formula milk powder and other types of dairy products for infants, the elderly, and convalescent patients, thus replacing cow milk.

○ In this study, goat milk protein-based hydrogel nano delivery systems were developed by using cold-induced gelation method. Goat milk protein hydrolysate and A2 β-casein were used to produce hydrogel nano delivery systems. Bioactive compounds, such as resveratrol, can be encapsulated in nano delivery systems. Impacts of manufacturing variables on the physicochemical and functional properties of hydrogel nano delivery systems were determined. Nano delivery systems were non-cytotoxic to human epithelial Caco-2 cells. Nano delivery systems had good physical stability during food processing storage while the use of hydrogel nano delivery system enhanced the rheological and sensory properties of medical food (drinking yogurt).

○ Human intestine epitheilial cell line (Coco-2 cell) was used to minic 2-D uptake system (transwell system). Goat milk protein hydrolysate developed from this study was tagged with flourescent (Alex-488). Goat milk protein hydrolysate without or with nano delivery system was uptaked into the intestine epithelial cell system. In animal studies, goat milk protein hydrolysate improved growth and milking performance of maternal rat and increased body weight of pup rat.
Furthermore, goat milk protein hydrolysate and its nano particle restored the loss of body weight caused by colitis-induced mouse model. Overall, goat milk protein hydrolysate can be absorbed into intestine and have beneficial effects on pregnancy and patient diet.

Expected Contribution
○ The functional materials developed from goat milk protein has improved digestibility and hypoallergenic properties which can be not only useful as food material for infants, the elderly, pregnant women, and convalescent patients, but also induce revitalization of related industry and effect of export improvement.

○ This study demonstrated that goat milk protein-based hydrogel nano delivery systems could entrap various bioactive compounds and may enhance the rheological and sensory properties of medical food medical foods. Therefore, goat-milk protein-based hydrogel delivery systems could be useful for the application in medical foods.

○ This studies of human intestine epithelial cell system and animal disease model confirmed that goat milk and its derived-compounds (protein hydrolysate) could be used as a functional food or supplement for pregnancy and patient diet

○ As the development of functional material using goat milk and the research on the development of special purpose food products is still at the basic stage, it is believed that the research results will be developed through the establishment of the technology for scientific and industrial value. Using the technology developed through this study, the host company will sell the patient meal through the existing production facilities and sales network.

( 출처 : SUMMARY 6p )

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제 출 문 ... 2
• 보고서 요약서 ... 3
• 요 약 문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• Contents ... 8
• 목차 ... 9
• 1. 연구개발과제의 개요 ... 10
• 1-1. 연구개발 목적 ... 10
• 1-2. 연구개발의 필요성 ... 10
• 1-3. 연구개발 범위 ... 15
• 2. 국내외 기술개발 현황 ... 16
• 3. 연구수행 내용 및 결과 ... 19
• 4. 목표달성도 및 관련분야 기여도 ... 94
• 4-1. 목표달성도 ... 94
• 4-2. 관련분야 기여도 ... 96
• 5. 연구결과의 활용계획 ... 98
• 6. 연구과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 99
• 7. 연구개발결과의 보안등급 ... 99
• 8. 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구시설·장비현황 ... 99
• 9. 연구개발과제 수행에 따른 연구실 등의 안전조치 이행실적 ... 100
• 10. 연구개발과제의 대표적 연구실적 ... 102
• 11. 기타사항 ... 103
• 12. 참고문헌 ... 103
• [별첨 1] 연구개발보고서 초록 ... 104
• 끝페이지 ... 107