KR101900970B1 - 수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린을 단리하는 방법 - Google Patents

수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린을 단리하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (i) 후코이단 및 라미나린을 포함하는 해조류를 수확하여 수확된 생 해조류를 수득하고, 상기 수확된 생 해조류를 삼출시켜 삼출 용액을 형성하는 단계; (ii) 후코이단 및 라미나린이 용해되어 있는 삼출 용액을 수확된 생 해조류로부터 수집하는 단계; 및 (iii) 후코이단 또는 라미나린중 1종 이상을 삼출 용액으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린중 1종 이상을 수득하는 방법에 관한 것이다.

Description

수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린을 단리하는 방법{PROCESS FOR ISOLATING FUCOIDAN AND LAMINARIN FROM LIVE, HARVESTED SEAWEED}
본 발명은 수확된 생 해조류의 삼출 용액으로부터 후코이단 또는 라미나린중 1종 이상을 수득하는 방법에 관한 것이다.
후코이단 및 라미나린은 갈색 해조류(갈조류: Phaeophyceae)의 세포외 기질에 존재하는 천연 다당류이다. 후코이단은 L-푸코스 및 에스테르 설페이트 기(더 적은 양의 다른 단당류, 예컨대 갈락토스, 글루코스, 만노스, 자일로스, 및 아라비노스 포함); 우론산, 예컨대 글루쿠론산; 양이온, 예컨대 나트륨, 칼륨, 칼슘, 및 마그네슘; 및 단백질을 주로 포함한다. 라미나린은 선형 글루칸(즉, 글루코스에 기초한 다당류)이다. 후코이단의 다른 명칭으로는 후코이딘(fucoidin), 후칸(fucan), 후코산(fucosan), 황산화된 후칸이 있고; 라미나린의 다른 명칭으로는 라미나란(laminaran), 저장 글루칸(glucan), 및 베타 글루칸이 있다.
후코이단의 분자 구조는 조류에 따라 어느 정도 다양할 수 있다. 각각의 해조류 종이 특유의 개별 후코이단을 포함하지만, 모든 후코이단이 공통적으로 갖는 하나 이상의 중요한 조성적 특징이 존재한다; 즉, 주요 성분은 항상 L-푸코스 및 에스테르 설페이트이고, 에스테르 설페이트 잔기는 항상 폴리후칸 분자 주쇄상에 존재한다. 제조 방법에 따라서, 황산화 폴리후칸 이외의 성분들이 종종 후코이단과 함께 포함된다. 이러한 추가의 성분들로는 중성 단당류, 예컨대 갈락토스, 글루코스, 만노스, 자일로스, 아라비노스 및 람노스; 유론산, 예컨대 글루쿠론산; 양이온, 예컨대 나트륨, 칼륨, 칼슘 및 마그네슘; 및 단백질이 포함된다. 후코이단 분자의 분자 주쇄는 선형 α-L-푸코스이지만, 전체 구조는 연장된 분지를 갖고, 이는 추가의 L-푸코스를 상기 언급된 다른 성분들에 더하여 포함한다. 에스테르 설페이트 기는 L-푸코스 단위 상에 존재하지만, 모든 L-푸코스 단위가 황산화되는 것은 아니고, 이들 에스테르 설페이트의 분포는 종에 따라, 장소에 따라, 및 계절에 따라 다양하다. 유사하게, 몇몇 후코이단은 푸코스 주쇄 상에서 부분적으로 아세틸화되고, 이들 O-아세틸 기의 분포는 종에 따라, 장소에 따라, 및 계절에 따라 다양할 수 있다.
라미나린의 분자 구조는 후코이단에 비해 덜 복잡하고, 이들은 주로 1-3 연결기를 포함하지만 완전한 선형성을 방지하기 위해 때때로 1-6 연결기를 갖는 β-글루칸이다. 라미나린의 구조는 종에 따라, 장소에 따라, 및 계절에 따라 다양하다.
후코이단 및 라미나린은 이들의 생물 활성, 예컨대 항응고성, 항혈전성, 항바이러스성, 항종양성, 항보체성, 면역조절성, 소염성, 혈중 지질 감소성, 항산화성, 간질환, 요로질환 및 신장질환 방지 활성, 위 보호 효과, 및 수술시 치료 가능성에 대해 광범위하게 연구되어 왔다.
후코이단을 해조류로부터 추출하기 위한 통상적인 방법은 삼출법을 사용하지 않고, 그 대신 중요한 것으로 교시된 복잡한 화학적 및 기계적 추출 단계를 포함한다. 예를 들면, 홀트캠프(Holtcamp) 등의 문헌[APPL Microbiol Biotechnol (2009), 82, 1-11]에는, 후코이단의 구조적 범주화(categorization)를 위해 적합한 양을 수득하는데 있어서 중요한, 건조된 해조류로부터의 화학적 및 기계적 추출 공정의 사용이 교시되어 있다.
US 제2009/0170810호에는 해조류로부터 후코이단을 수득하기 위한 화학적 추출, 정제 및 분별 단계가 교시되어 있다. 예를 들면, 후코이단을 침전시키기 위해 물, 희석된 산 또는 염화 칼슘 용액이 해조류에 첨가되고, 이어서 수산화 납, 수산화 알루미늄, 에탄올 또는 4급 암모늄 염 또는 양이온성 계면활성제가 첨가된다. 조질의 후코이단은 종종 알기네이트, 단백질, 라미나린, 및 안료를 포함한다. 이로 인해 조질의 후코이단은 염화 마그네슘의 존재하에 고온수 및 에탄올로 추가로 추출된다.
US 제2009/0105190호에는 클라도시폰(Cladosiphon)의 미가공 조류 몸체로의 에탄올의 첨가, 에탄올의 제거, 및 이후 수반되는 충분량의 물 및 수산화물의 추출물로의 첨가를 포함하는 고온수 추출이 개시되어 있다. 고온수 추출의 온도는 0.5 내지 2시간 동안 바람직하게는 70 내지 100℃이다. 이러한 방법에서 에탄올의 사용은 신선한 해조류를 탈수시키고, 색을 제거한다. 이러한 방법에서는 에탄올이 해조류 구조를 조일 수 있고 "기공"이 삼출을 방지하므로 삼출이 발생하지 않을 것이다. 이어서 조여진 해조류 구조를 파쇄함으로써 후코이단을 용액내로 방출시키기 위해 고온수가 필수적이다.
해조류로부터 후코이단 및 라미나린을 단리하기 위해, 상업적 양의 후코이단 및 라미나린을 순수한 형태(즉, 산 처리, 알칼리 처리 또는 열 처리에 의해 분해 및 해중합(depolymerization)되지 않는 후코이단 및 라미나린)로 생산하는 더 간단한 방법을 사용하는 것이 요망된다.
보다 구체적으로, 본 발명은 (i) 후코이단 및 라미나린을 포함하는 해조류를 수확하여 수확된 생 해조류를 수득하고, 상기 수확된 생 해조류를 삼출시켜 삼출 용액을 형성하는 단계; (ii) 후코이단 및 라미나린이 용해되어 있는 삼출 용액을 수확된 생 해조류로부터 수집하는 단계; 및 (iii) 후코이단 또는 라미나린중 1종 이상을 삼출 용액으로부터 분리하는 단계를 포함하는, 수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린중 1종 이상을 수득하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 방법에서 단계 (i)은 후코이단 및 라미나린을 포함하는 해조류를 수확하여 수확된 생 해조류를 수득하고, 상기 수확된 생 해조류를 삼출시켜 삼출 용액을 형성하는 단계를 포함한다. 해조류가 단계 (i)에서와 같이 수확되고 살아 있을 경우, 해조류는 천연 삼출 공정을 겪는다. 이러한 삼출 공정은 식물 세포가 후코이단 및 라미나린을 삼출 용액으로서 식물로부터 해조류의 표면으로 내부적으로 수송하는 능동적인 생리학적 과정이다. 삼출 용액은 전형적으로 후코이단 및 라미나린, 뿐만 아니라 해수, 단백질, 해염, 및 몇몇의 다른 소량의 저분자량 성분들, 예컨대 만니톨을 포함한다. 이러한 삼출 공정은 수확되는 것에 대한 치유 및 방어 작용이다. 액체의 느린 방출("sap": slow escape)은 관으로부터 기공을 통해 일어나고 세포 막에 침입한다. 삼출 작용은 발한 작용과 유사하고, 식물에서는 기공 및 절개부를 통한 수분, 고무, 즙 등의 방출을 포함할 수 있다.
본 발명은 수확된 생 해조류의 삼출물로부터 상업적 제조에 적합한 수율 수준 및 순도로 후코이단 및 라미나린을 수득하므로, 이제까지 공지되고 사용된 상당히 더 복잡한 고비용의 화학적 추출 방법이 필요하지 않거나 요망되지 않는다.
본 발명은 수확된 생 해조류의 삼출물로부터 상업적 양 및 순도 수준으로 후코이단 및 라미나린을 수득하는 간단하고 경제적인 방법을 제공하는 것으로 밝혀졌다.
본원에 사용될 경우, "수확된 생" 해조류는 삼출하는 그의 능력에 의해 지시되는 바와 같이 수확된 후에도 여전히 살아있는 해양의 저생성 대형조류(benthic macroalgae)["켈프(Kelp)"]를 의미한다. 수확된 생 해조류에 대한 분명한 구별에 있어서, 건조된 해조류는 죽은 것이고, 더 이상 삼출할 수 없다. 삼출을 할 수 있는 해조류는, 호흡과 같은 임의의 생물 활성을 더 이상 갖지 않는 죽은 식물과 반대로, 살아있는 호흡하는 식물이다.
다음은 본 발명에서 사용될 수 있는 후코이단 및 라미나린 둘다를 포함하는 전형적인 해조류 종류의 분류학상의 열거이다. 이러한 조류 강(class)은 갈조류(Phaeophyceae)이다. 이러한 조류 목(order)은: 라미나리알레스(Laminariales), 푸칼레스(Fucales), 두르빌라에아세아에(Durvillaeaceae), 엑토카르팔레스(Ectocarpales), 딕타이오탈레스(Dictyotales), 사이토시포날레스(Scytosiphonales), 및 데스마레스티알레스(Desmarestiales)이다. 이러한 조류 과(family)는: 라미나리아세아에(Laminariaceae), 레소니아세아에(Lessoniaceae), 알라리아세아에(Alariaceae), 코르다세아에(Chordaceae), 푸카세아에(Fucaceae), 사르가사세아에(Sargassaceae), 히만탈리아세아에(Himanthaliaceae), 코르다리아세아에(Chordariaceae), 아데노사이스타세아에(Adenocystaceae), 딕타이오타세아에(Dictyotaceae), 사이토시포나세아에(Scytosiphonaceae), 및 데스마레스티아세아에(Desmarestiaceae)이다. 이러한 조류 속(genus)은: 라미나리아(Laminaria), 두르빌라에아(Durvillaea), 아르트로탐너스(Arthrothamnus), 마크로사이스티스(Macrocystis), 네레오사이스티스(Nereocystis), 사카리나(Saccharina), 에클로니아(Ecklonia), 레소니아(Lessonia), 엘세니아(Elsenia), 알라리아(Alaria), 운다리아(Undaria), 코르다(Chorda), 아스코파일럼(Ascophyllum), 푸커스(Fucus), 실베티아(Silvetia), 펠베티아(Pelvetia), 사르가섬(Sargassum), 히지키아(Hizikia), 비푸르카리아(Bifurcaria), 히만탈리아(Himanthalia), 클라도시폰(Cladosiphon), 네마사이스터스(Nemacystus), 딕타이오시폰(Dictyosiphon), 코르다리아(Chordaria), 사운데르셀라(Saundersella), 아데노사이스티스(Adenocystis), 스파토글로섬(Spatoglossum), 딕타이오타(Dictyota), 파디나(Padina), 사이토시폰(Scytosiphon), 페탈로니아(Petalonia), 및 데스마레스티아(Desmarestia)이다. 이러한 조류 종은: 라미나리아 디지타타(Laminaria digitata), 라미나리아 하이퍼보레아(Laminaria hyperborea), 라미나리아 자포니카(Laminaria japonica), 라미나리아 안구스타타(Laminaria angustata), 라미나리아 브라실리엔시스(Laminaria brasilliensis), 라미나리아 시코리오이데스(Laminaria cichorioides), 아르트로탐너스 비피더스(Arthrothamnus bifidus), 마크로사이스티스 파이리페라(Macrocystis pyrifera), 네레오사이스티스 류트케아나(Nereocystis luetkeana), 사카리나 론기크루리스(Saccharina longicruris)[라미나리아 론기크루리스(Laminaria longgicruris)], 사카리나 스컬페라(Saccharina sculpera)[크젤마니엘라 크라시폴리아(Kjellmaniella crassifolia)], 에클로니아 맥시마(Ecklonia maxima), 에클로니아 카바(Ecklonia cava), 에클로니아 쿠로메(Ecklonia kurome), 레소니아 니그레센스(Lessonia nigrescens), 레소니아 바도사(Lessonia vadosa), 엘센시아 비사이클리스(Elsensia bicyclis), 알라리아 마르기나타(Alaria marginata), 운다리아 피나티피다(Undaria pinnatifida), 코르다 필럼(Chorda filum), 아스코파일럼 노도섬(Ascophyllum nodosum), 푸커스 베시큘로서스(Fucus vesiculosus), 푸커스 디스티추스(Fucus distichus), 푸커스 에반에센스(Fucus evanescens), 푸커스 세라투스(Fucus serratus), 푸커스 스피랄리스(Fucus spiralis), 실베티아 바빙토니(Silvetia babingtonii), 펠베티아 칸나리큘라타(Pelvetia canaliculata), 사르가섬 푸시포르메(Sargassum fusiforme), 사르가섬 호르네리(Sargassum horneri), 사르가섬 무티컴(Sargassum muticum), 사르가섬 스테노파일럼(Sargassum stenophyllum), 히지키아 푸시포르미스(Hizikia fusiformis)[히지키아 푸시포르메(Hizikia fusiforme)], 비푸르카리아 비푸르카타(Bifurcaria bifurcata), 히만탈리아 엘론가타(Himanthalia elongata)[히만탈리아 로레아(Himanthalia lorea)], 클라도시폰 오카무라누스(Cladosiphon okamuranus), 네마사이스터스 데시피엔스(Nemacystus decipiens), 딕타이오시폰 포에니큘라세우스(Dictyosiphon foeniculaceus), 코르다리아 플라겔리포르미스(Chordaria flagelliformis), 코르다리아 그라실리스(Chordaria gracilis), 사운데르셀라 심플렉스(Saundersella simplex), 아데노사이스티스 유트리큘라리스(Adenocystis utricularis), 스파토글로섬 슈로에데리(Spatoglossum schroederi), 딕타이오타 디코토마(Dictyota dichotoma), 딕타이오타 멘스트루알리스(Dictyota menstrualis), 파디나 파보니카(Padina pavonica), 사이토시폰 로멘타리아(Scytosiphon lomentaria), 페타로니아 파스시아(Petalonia fascia), 두르빌라에아 안타르티카(Durvillaea antartica), 두르빌아에아 포타토럼(Durvillaea potatorum), 및 데스마레스티아 인테르메디아(Desmarestia intermedia)이다.
본 방법의 단계 (ii)에서 삼출 용액을 수집하기 이전에, 해조류를 분해하여 삼출 공정을 방지하거나 종결시키는 처리를 해조류에 가하지 않는 것이 요망된다. 이러한 바람직하지 않은 공정들로는 30℃를 넘는 열 처리, 산 처리 또는 알칼리 처리가 포함된다. 바람직하게는, 단계 (ii) 이전에, 해조류는 0℃, 2℃ 및 3℃ 초과 내지 30℃, 25℃, 24℃, 23℃, 22℃, 21℃ 및 20℃ 미만의 온도로 유지되어야 한다.
더욱이, 삼출 용액중 후코이단 및 라미나린의 수율을 개선시키기 위해, 단계 (ii) 이전에, 원하는 만큼 오랫 동안 삼출 과정이 진행되기에 이상적인 조건하에, 예컨대 해조류의 탈수를 촉진시키지 않는 조건하에 해조류를 유지시키는 것이 바람직하다. 이상적인 조건은 해조류가 함께 적층되는 그늘진 구역을 포함한다.
본 발명의 방법에서 단계 (ii)는 수확된 생 해조류로부터 삼출 용액을 수집한다. 후코이단 및 라미나린은 삼출 용액에 용해되어 있다. 그 결과, 후코이단 및 라미나린은 본 발명의 방법에서 삼출 용액으로부터 수득된다. 삼출 용액을 수집하는 임의의 공정이 본 발명에서 이용될 수 있다. 삼출 용액은 삼출이 시작된 후 임의의 시점에 수집될 수 있다.
전형적인 삼출 기간(단계 (ii)에서의 수집 이전)은 종에 의해, 수확 계절에 의해, 및 삼출 온도 및 습도 조건에 의해 달라질 것이다. 일반적으로, 삼출 기간은 12 시간에서부터 식물이 사멸할 때까지일 것이고, 12 시간 초과, 1일 초과, 및 2일 초과일 수 있다. 전형적인 삼출 지속 기간은 12 시간 내지 3주, 1일 내지 2주, 1일 내지 1주, 1일 내지 5일, 1일 내지 4일, 2일 내지 3주, 2일 내지 2주, 2일 내지 1주, 2일 내지 5일, 및 2일 내지 4일일 수 있다.
단계 (ii)에서 삼출 용액을 수집하기 이전에, 본 발명의 수확된 생 해조류는 전체이거나, 절단되거나, 달리 기계적으로 조작될 수 있지만, 단 해조류는 살아있고 삼출이 가능한 채로 남아있어야 한다. 예를 들면, 5 mm 미만의 크기로 절단된 해조류는 삼출 공정시 해로운 영향을 가질 수 있다. 따라서, 해조류를 분쇄하거나 연마하지 않고, 1 ㎝ 이상 크기의 조각으로 해조류를 절단하는 것이 바람직하다. 일단 삼출 용액이 수집되면, 본 발명의 추출 공정이 천연 공정이므로, 뒤에 남은 해조류는 여전히 식물학적으로 및 분류학상으로 해조류로서 인식된다.
일단 삼출 용액이 수집되면, 후코이단 또는 라미나린중 1종 이상이 단계 (iii)에서 삼출 용액으로부터 분리된다. 삼출 용액으로부터의 후코이단 및 라미나린의 분리는 임의의 공지된 분리 기법을 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들면, 삼출 용액이 고체 찌꺼기를 포함할 수 있으므로, 삼출 용액으로부터 고체 찌꺼기를 분리하여 폐기하기 위해 제1 여과 단계(필수적이지 않음)가 수행될 수 있다.
삼출 용액으로부터의 후코이단 및 라미나린의 분리는 알코올 침전(예를 들어, 약 1부의 후코이단 및 라미나린 용액에 대해 약 2부의 알코올)에 의해 수행될 수 있다. 후코이단이 먼저 분리되어 용액으로부터 여과될 수 있다. 라미나린은 더 긴 기간 동안 삼출물/알코올 용액중에 남을 것이고, 정치시킨 후 제거될 수 있다. 이소프로필 알코올은 후코이단 및 라미나린 둘 다를 침전시키기 위해 사용될 수 있는 알코올의 일례이다.
삼출 용액으로부터 후코이단 및 라미나린 둘 다를 분리하기 위해 사용될 수 있는 또 다른 기법은 한외여과이다. 한외여과는 삼출 용액중의 다양한 성분들을 이들의 크기 및 분자량에 기초하여 분리시킨다. 후코이단 및 라미나린의 분자량은 해조류 종류 및 수확 시기에 따라 달라질 수 있다. 그 결과, 한외여과 및 분리를 위해 선택된 막의 분자량 컷오프("MWCO": molecular weight cut off)는 제공된 해조류중의 후코이단 및 라미나린의 분자량, 및 둘 사이의 원하는 분리 수준에 좌우될 것이다.
예를 들면, 라미나린은 전형적으로 후코이단에 비해 더 낮은 분자량을 갖는다. 해조류중 후코이단 및 라미나린의 분자량에 따라서, 적절할 경우, 후코이단을 라미나린으로부터 분리하기 위해, 10 kDa, 20 kDa, 30 kDa, 50 kDa, 80 kDa, 100 kDa 또는 0.1 μ 이상의 MWCO를 사용할 수 있다. 이러한 분리로 인해, 후코이단은 보유물(retentate)에서 발견되고 라미나린은 여액에서 발견된다. 임의의 시점에서, 삼출 용액은 또한 적절한 MWCO, 예를 들면, 1 kDa 이하의 MWCO를 사용함으로써 나노여과하여 분자량이 더 낮은 성분들로부터 후코이단 및/또는 라미나린을 분리한다. 한외여과 후, 후코이단 및 라미나린은 투석되고 임의의 통상의 수단, 예컨대 분무 건조, 드럼(drum) 건조 또는 동결 건조에 의해 건조될 수 있다.
후코이단 및 라미나린은 적절하거나 원할 경우 임의의 순서로 삼출 용액으로부터 분리될 수 있다.
본 발명에서 수득된 후코이단 및 라미나린은, 후코이단 및 라미나린을 분해(및 해중합)하는 화학적 추출 및 열 분해 기법을 이용하는 종래의 방법과 분명히 구별되는, 식물에 존재하는 "고유의" 후코이단 및 라미나린(즉, 해중합되지 않은 후코이단 및 라미나린)인 것으로 밝혀졌다. 예를 들면, 임의의 알기네이트, 안료, 폴리페놀, 단백질분해제, 산, 및 해조류의 기타 성분들은, 종래의 화학적 및 기계적 추출 기법과 비교하여 놀랄 만큼 낮은 양으로 본 발명으로부터 수득된 후코이단 및 라미나린에서 발견된다. 따라서, 본 발명의 단계 (iii)에서 수득된 후코이단 및 라미나린의 적어도 90%, 95%, 98%, 99%, 또는 100%가 해중합되지 않는다.
삼출 용액이 여과 및 건조되어 후코이단이 삼출 용액으로부터 분리된 후, 후코이단이 포함된 분말이 수득된다. 이러한 분말은 마리노바 방법(Marinova Method)에 의해 측정될 경우 일반적으로 약 70 내지 90 중량%의 후코이단, 더 전형적으로 약 73 내지 85 중량%의 후코이단을 포함한다. 예를 들면, 라미나리아 하이퍼보레아로부터의 건조된 분말에서 발견된 후코이단의 양은 74 내지 85 중량%의 양으로 발견되었고, 나머지는 단백질, 무기 염 및 물을 포함하였다.
본 발명에서 수집될 수 있는 수확된 생 해조류 1톤당 삼출 용액의 양(리터)은 30 리터/톤, 40 리터/톤, 50 리터/톤, 및 55 리터/톤을 초과할 수 있다. 더욱 구체적으로, 수확된 생 해조류 1톤당 30 내지 110 리터, 40 내지 110 리터, 50 내지 110 리터, 및 55 내지 110 리터의 총량이 본 발명의 삼출 공정에서 수집될 수 있다.
후코이단은 본 발명에서 삼출 용액으로부터 삼출 용액 1 리터당 2 g 초과의 후코이단, 바람직하게는 삼출 용액 1 리터당 4 g 초과의 후코이단, 삼출 용액 1 리터당 6 g 초과의 후코이단, 삼출 용액 1 리터당 10 g 초과의 후코이단, 삼출 용액 1 리터당 15 g 초과의 후코이단, 삼출 용액 1 리터당 20 g 초과의 후코이단, 또는 삼출 용액 1 리터당 25 g 초과의 후코이단의 양으로 수득될 수 있다. 몇몇 실시태양에서, 후코이단 수율은 삼출 용액 1 리터당 2 g 내지 35 g, 더 바람직하게는 삼출 용액 1 리터당 4 g 내지 35 g, 삼출 용액 1 리터당 6 g 내지 35 g, 삼출 용액 1 리터당 10 g 내지 35 g, 삼출 용액 1 리터당 15 g 내지 35 g의 후코이단이다. 몇몇 경우에, 본 발명의 삼출 공정에서 해조류로부터 수득된 후코이단의 양은 수확된 생 해조류 1톤당 60 g 초과, 더 구체적으로, 수확된 생 해조류 1톤당 80 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 100 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 120 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 150 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 180 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 220 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 300 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 400 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 500 g 초과, 수확된 생 해조류 1톤당 600 g 초과; 및 수확된 생 해조류 1톤당 700 g 초과이다. 예를 들면, 본 발명에서 수득된 후코이단의 양은 수확된 생 해조류 1톤당 60 내지 3,850 g의 후코이단, 더 구체적으로 수확된 생 해조류 1톤당 220 g 내지 1,050 g 후코이단일 수 있고; 라미나리아 하이퍼보레아의 삼출 용액으로부터의 후코이단은, 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아 1톤당 400 g 초과, 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아 1톤당 500 g 초과, 및 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아 1톤당 600 g 초과의 양으로 수득될 수 있다.
본 발명에서 삼출 용액으로부터 수득된 라미나린은 일반적으로 삼출 용액 1 리터당 0.01 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 0.1 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 0.5 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 1 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 2 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 4 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 6 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 8 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 10 g 초과, 삼출 용액 1 리터당 15 g 초과, 및 삼출 용액 1 리터당 20 g 초과의 라미나린의 양이다. 몇몇 실시태양에서, 라미나린은 삼출 용액 1 리터당 0.01 g 내지 30 g, 삼출 용액 1 리터당 0.1 g 내지 30 g, 삼출 용액 1 리터당 0.5 g 내지 30 g, 삼출 용액 1 리터당 1 g 내지 30 g, 삼출 용액 1 리터당 2 g 내지 30 g, 및 삼출 용액 1 리터당 4 g 내지 30 g의 양으로 삼출 용액으로부터 수득된다. 몇몇 경우에, 본 발명의 삼출 공정에서 해조류로부터 수득된 라미나린의 양은 수확된 생 해조류 1톤당 0.3 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 3 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 15 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 30 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 60 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 120 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 180 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 240 g 초과; 수확된 생 해조류 1톤당 300 g 초과; 및 수확된 생 해조류 1톤당 500 g 초과이다. 더 구체적으로, 라미나린은 수확된 생 해조류 1톤당 0.3 g 내지 3,300 g, 더 구체적으로 수확된 생 해조류 1톤당 11 g 내지 900 g의 양으로 수득될 수 있다.
몇몇 상황에서, 수확된 생 해조류로부터의 삼출 용액이 비교적 점성이거나 수확된 생 해조류가 일반적인 경우에 비해 더 천천히 삼출될 수 있고 이는 생성된 수율에 영향을 줄 수 있다. 이러한 상황에서, 삼출 공정의 효능을 추가로 증가시키고 이로써 후코이단 및 라미나린의 수율을 증가시키기 위해, 신선한 생 해조류는 물로 1회, 2회 또는 3회 이상 세정될 수 있고(전형적으로 삼출 용액의 초기 수집 이후) 이러한 물 세정은 배치에서 또는 역류 세정 시스템에서 수행될 수 있다. 유용한 역류 세정 시스템은 해조류와 세정수가 서로 반대 방향으로 이동하는 시스템일 수 있다. 생성된 세정수는 추가의 삼출물을 가질 것이고 단계 (ii)에서 수집된 삼출 용액에 첨가될 수 있지만, 단계 (iii) 이전에, 후코이단 또는 라미나린은 세정수로부터 직접 분리될 수 있다. 세정 온도는 100℃ 미만, 바람직하게는 30℃ 미만일 수 있다(열 분해를 피하기 위함).
삼출물 수율은 임의의 다양한 기계적 수단에 의해 삼출 해조류를 가압하거나 압착함으로써 추가로 개선될 수 있다.
박테리아와 미생물 함량을 감소시키고 이로써 삼출 공정을 보조하도록 삼출 공정 동안 보존제가 해조류에 첨가될 수 있다. 해조류에 첨가될 경우, 보존제는 해조류의 1 중량% 이하의 양으로 사용될 수 있지만, 더 많은 양이 요망될 수 있다. 보존제는 또한 삼출 용액에 삼출 용액의 0.5 중량% 이하의 양으로 첨가될 수 있다. 보존제는 전형적으로 항미생물제이다. 한 바람직한 보존제는 포름알데히드이다.
본 발명에서 수득된 후코이단은 식이 보충제 또는 "뉴트리슈티컬스(nutriceuticals)", 화장품 보충제 또는 "코스미슈티컬스(cosmiceuticals)", 외부에 적용되는 약용 도포제, 예컨대 연고, 이식 장치, 예컨대 스텐트(stent)로의 부속물 및 기능성 식품을 비롯한 다양한 제품에서 유용하다.
본 발명에서 수득된 라미나린은 식이 보충제 또는 "뉴크리슈티컬스", 화장품 보조제 또는 "코스미슈티컬스", 외부에 적용되는 약용 도포제, 예컨대 연고 및 기능성 식품을 비롯한 다양한 제품에서 유용하다.
본 발명은 이제 하기 실시예를 참고하여 더 상세히 설명되지만, 본 발명이 이에 제한되는 것으로 해석되지 않아야 함을 알아야 한다. 본원에 달리 지시되지 않는 한, 모든 부, 퍼센트, 비율 등은 중량에 의한 것이다.
실시예
실시예 1
신선한 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아를 수집하고 대략 10 ㎝의 조각들로 절단하였다. 수확되거나 절단된 해조류에 물을 첨가하지 않고 해조류를 주위 온도에서 유지시켰다. 신선한 수확된 생 해조류(수확 동안 해조류에 수반된 해수의 양만을 함유)를 30℃ 미만의 온도에서 대략 3일 동안 삼출되도록 하고, 이후 해조류 1톤당 대략 60 리터의 삼출 용액을 수집하였다.
이어서 950 리터의 삼출 용액을 놓아 두고 이중 1 리터를 사용하여 알코올 침전에 의해 삼출 용액중 초기 후코이단 수율을 결정하였다. 삼출 용액은 11.7 cps의 점성[LV 어댑터(adapter), 스핀들(spindle) 61이 구비된 브룩필드 점도계(Brookfield Viscometer)를 60 rpm 및 실온에서 사용함], pH 5.75, TBU(탁도 단위) 60 NTU, 및 4.4%의 건조 물질(105℃에서 하룻밤 건조시킨 후 측정함)을 갖는 것으로 밝혀졌다. 삼출 용액을 이소프로필 알코올에 교반하에 실온에서 첨가하여 후코이단을 긴 섬유로 침전시켰고(삼출 용액 1부에 대해 이소프로필 알코올 2부를 사용함), 후코이단을 80 메쉬 상에서 수집하고, 건조시키고, 가압하고, 하룻밤 동결 건조시켜(105℃) 수율을 결정하였다. 삼출 용액의 이러한 1 리터 샘플중 후코이단의 수율은 삼출 용액 1 리터당 대략 16.4 g의 후코이단이었다.
상기 논의된 바와 같이 알코올 침전을 사용하여 삼출 용액중의 후코이단의 수율을 결정한 후, 남은 삼출 용액(약 949 리터)을 플레이트 앤 프레임(Plate & Frame) 압력 필터를 통해 2회 주기(1 주기당 약 500 리터; 각각 1 시간 동안)로 여과하였고, 이때 필터 보조기(22.5 kg 중량의 가열된 돌)의 도움으로 해조류로부터 큰 고형 찌꺼기를 제거하였다. 여액은 4.4 cps의 점성(LV 어댑터, 스핀들 00이 구비된 브룩필드 점도계, 60 rpm 및 실온), TBU 46 NTU, 및 여액 1 리터중 12.2 g 후코이단의 농도를 가졌다. 이어서 보존제(포르말린)을 첨가하고(여액의 0.3 중량%), 여액을 19일 동안 약 0℃에서 저장하였다. 이어서 여액을 10 kDa의 MWCO[프로스탁 시스템(Prostak system)(밀리포어: Millipore)]에 의해 한외여과하고 농축하였다. 한외여과 및 농축(대략 1/5 부피로 농축)한 후, 용액을 각각 동일한 중량부의 물로 3회 투석하였다. 최종적으로, 공기 상에서 235℃의 유입구 및 공기 상에서 약 100℃의 유출구를 갖는 고압 노즐을 사용하여 동방향 분무 건조기에서 보유물을 분무 건조시켰다. 분무 건조 후, 후코이단을 포함한 갈색 분말을 수득하였다. 갈색 분말은 1% 수용액중 7.3 cps의 점성(LV 어댑터, 스핀들 00이 구비된 브룩필드 점도계, 60 rpm 및 실온) 및 pH 6.89를 가졌다. 건조된 분말중 수분은 6.84%였다. 수율은 대략 950 리터의 삼출 용액으로부터 7.3 kg의 분말이었다. 이러한 분말의 대략 85 중량%가 후코이단이었고, 약 7 중량%가 수분이며, 2 중량%가 염이고, 4 중량%가 단백질이었다.
실시예 2
신선한 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아를 선상에서 대략 1 내지 20 ㎝ 크기의 조각으로 절단하였다. 배 바닥으로부터 수집한 삼출 용액을 용기내로 펌핑하였다. 수확되거나 절단된 해조류에 물을 첨가하지 않고 해조류를 30℃ 미만의 온도에서 유지시켰다. 신선한 수확된 생 해조류(수확 동안 해조류에 수반된 해수의 양만을 함유)를 30℃ 미만의 온도에서 대략 7일 동안 삼출되도록 허용하고, 이후 대략 1,650 리터의 삼출 용액을 수득하였다. 보존을 위해 이러한 삼출 용액에 0.3%의 포르말린을 첨가하였다. 삼출 용액의 일부(100 ㎖)를 알코올 침전시켰고(삼출 용액 1부에 대해 이소프로필 알코올 2부를 사용함), 삼출 용액 1 리터당 2.6 g의 후코이단 함량을 제공하였다. 105℃에서 하룻밤 건조시킨 후 삼출 용액의 건조 물질은 5.7%였다.
상기 논의된 바와 같이 알코올 침전을 사용하여 삼출 용액중의 후코이단의 수율을 결정한 후, 남은 삼출 용액(알코올 침전에 사용된 100㎖가 적은 약 1,650 리터)을 플레이트 앤 프레임 압력 필터를 통해 3회 주기(1 주기당 약 500 리터; 각각 1 시간 동안)로 여과하였고, 이때 필터 보조기(22.5 kg 중량의 가열된 돌)의 도움으로 해조류로부터 큰 고형 찌꺼기를 제거하였다. 이어서 여액을 1일 동안 2 내지 7℃에서 저장하였다. 한외여과를 개선시키기 위해, 용액을 관 열 교환기로 약 65℃까지 가열하였다. 저장 시간은 열 교환기를 통해 약 2분이었다. 이어서 용액을 100 kDa의 MWCO[알파 라발(Alfa Laval)로부터의 나선형 막]로 농축하였다. 한외여과 후, 용액을 각각 동일한 중량부의 물로 3회 투석하였다. 최종적으로, 공기 상에서 238℃의 유입구 및 약 105℃의 유출구를 갖는 고압 노즐(180 bar)을 사용하여 동방향 건조기에서 보유물을 분무 건조시켰다. 분말의 수율은 삼출 용액 1,650 리터당 대략 5.28 kg이였다. 건조된 분말은 1% 수용액중 26.0 cps의 점성(LV 어댑터, 스핀들 00이 구비된 브룩필드 점도계, 60 rpm 및 실온) 및 pH 6.98을 가졌다. 건조된 분말의 수분은 4.40%였다. 이러한 분말중 대략 85 중량%는 후코이단이고 대략 6 중량%는 단백질이었다.
실시예 3
신선한 수확된 생 라미나리아 하이퍼보레아를 대략 10 ㎝의 해조류 조각들로 절단하였다. 해조류에 물을 첨가하지 않고 해조류를 주위 온도에서 유지시켰다. 신선한 수확된 생 해조류를 실온에서 대략 3일 동안 삼출되도록 허용하고, 이후 대략 9,000 리터의 삼출 용액을 수집하였다. 이어서 9,000 리터의 삼출 용액을 플레이트 앤 프레임 압력 필터를 통해 여과하여 해조류로부터 큰 고체 찌꺼기를 제거하고, 가열 및 진공에 의해 부피를 4,000 리터로 감소시켰다.
이어서 부피 감소된 여액중 10 ㎖를 분석하였고, pH 6, 3 내지 4%의 건조 물질, 및 4 내지 5의 브릭스(Brix) 단위를 가졌다. 이어서 200 ㎖의 부피 감소된 여액을 실시예 1에 기재된 바와 같이 알코올 침전시켜(이소프로필 알코올을 사용함) 여액으로부터 후코이단을 제거하였다. 알코올 침전 및 후코이단의 제거 후, 여액을 하룻밤 정치시켰다. 라미나린이 여액으로부터 침전되었고 이를 여과하여 회수하였다. 라미나린을 여액 1 리터당(여액중 알코올의 중량을 포함하지 않음) 0.1 g 라미나린의 양으로 여액으로부터 수득하였고, 이는 삼출 용액 1 리터당 0.044 g에 상응한다.
별도로, 4,000 리터의 부피 감소된 여액(플레이트 앤 프레임 압력 필터를 통해 여과하는 상기 단계 이후 수득됨)으로부터 대략 1,000 리터를 20 kDa의 나선형 막의 MWCO에 의해 한외여과하여 삼출 용액으로부터 후코이단을 분리하고, 여액(라미나린을 포함함)을 수집하여 860 리터의 여액을 수득하였다. 이어서 이러한 여액중 1 리터를 분석하였고, 1.22 cps의 점성(LV 어댑터, 스핀들 00이 구비된 브룩필드 점도계, 60 rpm 및 실온), 및 4.85%의 건조 물질을 갖는 것으로 밝혀졌다. 또한 여액은 여액 용액 1 리터당 2.16 g의 라미나린 함량을 갖는 것으로 밝혀졌다(여액 1부에 대해 알코올 2부로 하룻밤 알코올 침전시킴; 100 ㎖의 여액이 사용되었음). 1 kDa 나선형 막의 MWCO를 사용하여 여액을 6.1배 농축시켜 140 리터로 만들고(보유물 1 리터당 13 내지 14 g의 라미나린 농도를 가짐), 이어서 600 리터의 물로 1 kDa 나선형 막 MWCO를 통해 투석시켰다. 투석 후 여액의 최종 전도도는 358 마이크론 지멘스(Micron Siemens)였다. 보유물을 65 리터로 농축시켰고, 보유물 1 리터당 22 g의 라미나린 및 1.30 cps의 점도(LV 어댑터, 스핀들 00이 구비된 브룩필드 LV, 60 rpm 및 실온)를 가졌다. 이어서 약 55 리터의 보유물을 분무 건조시켰고, 3.45 중량%의 건조 물질을 갖는 것으로 밝혀졌다. 분무 건조의 조건은 다음과 같다: 1 ㎜ 노즐, 1.5 kp/㎠, 유입구의 공기 온도 147 내지 177℃; 유출구의 온도 약 100 내지 106℃. 수율은 대략 1.3 ㎏의 라미나린이었다(860 리터의 부피 감소된 여액으로부터 수득됨).
본 발명이 이의 구체적인 실시태양을 참고하여 상세히 설명되었지만, 당분야의 숙련가라면 이의 취지 및 범주를 벗어나지 않고 다양하게 변경되고 변형될 수 있음을 잘 알 것이다.

Claims (30)

  1. (i) 후코이단(fucoidan) 및 라미나린(laminarin)을 포함하는 해조류를 수확하여 수확된 생 해조류를 수득하고, 상기 수확된 생 해조류를 삼출시켜 삼출 용액을 형성하는 단계;
    (ii) 2 일 내지 3 주 삼출한 후에 상기 후코이단 및 라미나린이 용해되어 있는 상기 삼출 용액을 수집하는 단계; 및
    (iii) 후코이단 또는 라미나린중 1종 이상을 상기 삼출 용액으로부터 분리하는 단계
    를 포함하는, 수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린중 1종 이상을 수득하는 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 후코이단을 상기 삼출 용액 1 리터당 2 g 초과의 양으로 상기 삼출 용액으로부터 수득하는 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 후코이단을 상기 삼출 용액 1 리터당 4 g 초과의 양으로 상기 삼출 용액으로부터 수득하는 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 라미나린을 상기 삼출 용액 1 리터당 0.01 g 초과의 양으로 상기 삼출 용액으로부터 수득하는 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    수확된 생 해조류 1톤당 총 30 내지 110 리터의 삼출 용액을 단계 (ii)에서 수집하는 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    후코이단을 삼출 용액으로부터 분리하고, 수확된 생 해조류 1톤당 60 g 내지 3,850 g 후코이단의 양으로 수득하는 방법.
  7. 제1항에 있어서,
    후코이단을 삼출 용액으로부터 분리하고, 수확된 생 해조류 1톤당 220 g 내지 1,050 g 후코이단의 양으로 수득하는 방법.
  8. 제1항에 있어서,
    라미나린을 삼출 용액으로부터 분리하고, 수확된 생 해조류 1톤당 11 g 내지 900 g의 양으로 수득하는 방법.
  9. 삭제
  10. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이 상기 후코이단 또는 상기 라미나린중 1종 이상을 상기 삼출 용액으로부터 한외여과에 의해 분리함을 포함하는 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 단계 (iii)이 상기 삼출 용액으로부터 고체 찌꺼기를 제거하는 제1 여과 단계, 및 이어서 상기 후코이단을 상기 라미나린으로부터 분리하는 제2 여과 단계를 포함하는 방법.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 제2 여과 단계가 10 kDa 초과의 분자량 컷오프(cut off)를 갖는 필터를 통해 상기 삼출 용액을 한외여과시켜 상기 후코이단은 보유물(retentate)로서 상기 라미나린은 여액중에 수득하고 이후 후코이단을 건조시킴을 포함하는 방법.
  13. 제12항에 있어서,
    1 kDa 이하의 분자량 컷오프를 갖는 필터에 상기 여액을 통과시킴으로써 상기 제2 여과 단계에서 수득된 상기 여액중의 상기 라미나린을 나노여과하여 상기 라미나린을 보유물로서 수득하고 이후 라미나린을 건조시키는 방법.
  14. 제1항에 있어서,
    상기 해조류가 조류 목(order) 라미나리알레스(Laminariales), 푸칼레스(Fucales), 엑토카르팔레스(Ectocarpales), 딕타이오탈레스(Dictyotales), 사이토시포날레스(Scytosiphonales), 및 데스마레스티알레스(Desmarestiales)로 구성된 군에서 선택된 해조류를 포함하는 방법.
  15. 제1항에 있어서,
    상기 해조류가 라미나리아 하이퍼보레아(Laminaria hyperborea)인 방법.
  16. 제1항에 있어서,
    단계 (i)에서 상기 해조류를 1 ㎝ 이상의 조각으로 절단하는 방법.
  17. 제1항에 있어서,
    단계 (i)에서 상기 해조류를 분쇄하거나 연마하지 않는다는 단서 조항을 갖는 방법.
  18. 제1항에 있어서,
    단계 (iii)에서 수득된 상기 후코이단 및 라미나린의 95% 이상이 해중합(depolymerization)되지 않는 방법.
  19. 제1항에 있어서,
    단계 (ii) 이전의 상기 해조류가 30℃ 초과 온도에서의 열 처리, 산 처리 또는 알칼리 처리에 의해 분해되지 않는 방법.
  20. 삭제
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KR1020137015742A 2010-11-23 2011-11-18 수확된 생 해조류로부터 후코이단 및 라미나린을 단리하는 방법 KR101900970B1 (ko)

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US41664110P 2010-11-23 2010-11-23
US61/416,641 2010-11-23
PCT/US2011/061308 WO2012071253A1 (en) 2010-11-23 2011-11-18 Process for isolating fucoidan and laminarin from live, harvested seaweed

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