KR102563473B1 - 해조류 유래 바이오슈가 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 바이오슈가 - Google Patents

해조류 유래 바이오슈가 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 바이오슈가 Download PDF

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Abstract

본 발명은 해조류를 이용한 바이오슈가의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 바이오슈가에 관한 것으로, 보다 상세하게는 과산화수소 수용액에 해조류를 넣고 일정 온도를 유지하면서 혼합하여 액상 혼합물을 준비하는 단계, 상기 액상 혼합물에 아가레이즈(agarase)를 넣고 혼합하여 당화액을 제조하는 단계, 상기 당화액에 입자상 불순물을 제거하는 분리 정제 단계, 상기 분리 정제 단계를 거친 당화액을 감압 증류하여 농축액을 제조하는 단계, 및 농축액에 알코올을 넣고 혼합하여 바이오슈가 갈락토오스를 입자화하고 수득하는 단계를 포함하여 이루어짐으로써, 바이오 화학 소재 제조의 중요한 중간 물질로서 활용되게 되는 바이오슈가를 용이하게 분리, 제조하는 공정 기술을 제공한다.

Description

해조류 유래 바이오슈가 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 바이오슈가{METHOD FOR MANUFACTURING BIOSUGAR FROM SEAWEED AND BIOSUGAR USING THE SAME}
본 발명은 해조류를 이용한 바이오슈가의 제조 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로 해조류를 과산화수소와 아가레이즈(agarase) 효소를 이용하여 당화시켜 바이오슈가를 수득하는 바이오슈가 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 바이오슈가에 관한 것이다.
갈락토우스(galactose)는 해조류의 구성물질인 당류 중 하나로서 추후 화학반응용 원료 및 생리활성 물질 개발 및 제약 응용시 유용한 기능성이 예상되는 매우 중요한 후보물질이며, 또한 상기 갈락토우스는 바이오 나일론 66 레진의 원료 물질인 아디픽산을 화학 합성 제조하는데 사용되는 출발물질로서 향후 바이오 나일론의 원료물질이 되는 매우 중요한 물질이다.
갈락토우스는 주로 해조류에 많이 포함되어 있으며 해조류를 원료로 이용하여 가수분해하는 당화 공정을 통해 생성된다. 일반적인 해조류의 당화 공정은 염산이나 황산 등과 같은 산성 물질을 사용하여 산화 반응을 통해 당화시키는 경우가 대부분이다.
그러나 종래의 산화 반응을 이용한 방법의 경우 해조류가 가지고 탄수화물을 완전히 당화시키지 못하는 문제가 있었다. 또한 산성 물질을 투입하는 방법의 경우, 산 처리 이후 효소 투입 처리 당화 공정을 진행하기 위해서는 추가적으로 사전에 중화 처리를 해야 하며, 이 중화처리 공정은 염기성 물질의 투입 및 이후 발생하는 염을 제거해야 하는 복잡한 공정이다. 그러므로 종래의 산화 반응을 이용한 당화방법은 바이오슈가 제조 기술의 경제성을 향상시키는 데 큰 걸림돌이 되는 단점이 있다.
또한 산성 물질 처리 방법은 당화 수율을 최대한 높일 수 없는 문제점이 있다. 즉 산성 물질의 농도를 높여서 최대한 해조류 세포벽을 분해한다고 하는 경우, 반응과 동시에 생성된 바이오슈가는 상기 산성물질에 의하여 구조가 변형되는 문제가 발생하기 때문에 도리어 부산물 농도가 증대되는 문제점이 있다.
이러한 해조류의 당화공정 중에 생성된 당화공정 산물인 갈락토우스는 단당류로서 액상의 당화액 상태에서 바로 입자로 얻어내기에는 매우 어렵다. 왜냐하면 해조류는 해조류에 원래 존재하는 단백질 성분 및 불순물들이 존재하고, 동시에 당화 시 투입하는 산성 화학물질이 존재하기 때문이다.
이처럼 현재 해조류 당화의 연구개발은 주로 산성 화학물질로 당화 후 중화처리 후 발효 공정을 통하여 바이오 에탄올과 같은 연료 물질을 제조하는 연구들이 주로 이루어지고 있을 뿐이며 바이오슈가를 입자화하는 제조 기술 공정은 미진하다.
Meinita, M.D.H., Marhaeni, B., Winanto, T., Jeong, G.T., Khan, M.N.A.K., Hong, Y.K., 2013. Comparison of agarophytes (Gelidium, Gracilaria, and Gracilariopsis), as potential resources for bioethanol production. J. Appl. Phycol. 25 (6), 1957-1961. Jang, S. S., Yoshihito, S., Motoharu, U., Minato, W., 2012. Production of mono sugar from acid hydrolysis of seaweed. Afr. J. Biotechnol. 11, 1953-1963. Wu, F. C., Wu, J. Y., Liao, Y. J., Wang, M. Y., Shih, I. L., 2014. Sequential acid and enzymatic hydrolysis in situ and bioethanol production from Gracilaria biomass. Bioresour. Technol. 156. 123-131. Gurvan Michel, Pi Nyval-Collen. Tristan Barbeyron, Mirjam Czjzek, William Helbert, 2006. Bioconversion of red seaweed galactans: a focus on bacterial agarases and carrageenases. Appl Microbiol Biotechnol. 2006 Jun;71(1):23-33
상기와 같은 점을 감안한 본 발명의 목적은, 종래의 산성 방법을 이용한 기술들과 대비 간단하고 경제적이며 산업적으로 매우 유용한 기술을 제공하기 위한 것으로, 구체적으로 본 발명의 해조류 유래 바이오슈가 제조 방법은 해양자원인 해조류를 과산화수소를 사용하여 1차적으로 구조적 해체를 하고, 이후 아가레이즈(agarase) 효소를 사용하여 2차적으로 당화시키는 기술로 바이오슈가를 제조하고 이후 바이오슈가를 분리, 입자화하여 수득하는 방법을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위해 도 1에 도시된 바와 같이 본 발명의 바이오슈가 제조 방법은, 과산화수소 수용액에 해조류를 넣고 혼합하여 액상 혼합물을 준비하는 단계(S110), 상기 액상 혼합물에 아가레이즈(agarase)를 넣고 당화액을 제조하는 단계(S120), 상기 당화액에 입자상 불순물을 제거하는 분리 정제 단계(S130), 상기 분리 정제 단계를 거친 당화액을 감압 증류하여 농축액을 제조하는 단계(S140) 및 상기 농축액에 알코올을 넣고 혼합하여 바이오슈가 갈락토오스를 입자화하고 수득하는 바이오슈가 수득 단계(S150)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
액상 혼합물을 준비하는 단계(S110)는 해조류를 과산화수소 수용액으로 액상 상태에서 접촉 처리하여 분해함으로써 해조류 세포벽으로부터 갈락토우스(galactose)를 포함하는 이당류, 사당류, 기타 소당류 등 올리고당 수준의 물질을 함유하는 액상 혼합물을 준비한다.
상기 액상 혼합물을 준비하는 단계(S110)에서 40℃ 내지 90℃ 온도로 유지하면서 과산화수소 수용액의 500cc 당 해조류 5g 내지 15g의 비율로 혼합하는 것이 바람직하다.
그리고 상기 과산화수소 수용액의 농도는 2 중랑% 내지 5 중량%이며, 바람직하게는 3.5 중량%인 것을 사용할 수 있다.
일 구현예에 있어 액상 혼합물 준비단계는 시중에서 판매하는 시약으로 35 중량% 농도의 과산화수소를 증류수에 혼합하여 최종적으로 3.5 중량% 과산화수소 수용액 500 cc에 해조류 5g 내지 15g를 넣고 40℃ 내지 90℃ 온도로 유지하면서 혼합할 수 있다. 여기서 해조류는 액상 혼합물 준비단계 이전에 건조시켜 약 0.1 ~ 10 mm 의 크기로 분쇄한 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 해조류의 무게는 이렇게 분쇄된 해조류의 무게이다.
상기 액상 혼합물을 준비하는 단계(S110)에서 상기 제시된 과산화수소 수용액 및 해조류의 혼합 비율이 벗어나 해조류의 양이 많을 경우, 해조류의 분해가 미흡하여 후속 공정의 효과성이 저하될 수 있으며, 이와 반대로 해조류의 양이 적을 경우에는 과도한 해조류의 분해로 인해 최종 수득물질인 바이오슈가인 갈락토우스 이외에 불순물이 증대되어 바이오슈가 수득률이 감소되는 문제점이 발생한다.
그리고 상기 액상 혼합물을 준비하는 단계의 혼합 온도로 제시된 40℃ 내지 90℃ 온도범위를 벗어나는 경우 해조류의 분해성능이 오히려 저하되고나, 반응 안전성이 저하되는 문제점이 발생한다.
그 다음 당화액을 제조하는 단계(S120)는 상기 준비된 액상 혼합물 500cc 당 아가레이즈(agarase) 1g 내지 2g을 넣고, 30℃ 내지 45℃ 온도에서 72시간 내지 96시간 동안 혼합함으로써 액상 혼합물에 포함된 올리고당 수준의 당물질을 가수분해하여 단당류인 갈락토우스를 포함하는 당화액을 제조할 수 있다.
상기 당화효소인 아가레이즈의 투입량이 하한으로 1g 미만일 경우, 아가레이즈 양이 상대적으로 적어 가수분해 효율이 감소하고, 반대로 아가레이즈가 2g을 초과할 경우에는 가수분해 효율 대비 과도한 효소의 사용량에 따른 당화 공정 비용이 증가되는 문제점이 있다.
상기 당화액을 제조하는 단계에서 반응온도는 30℃ 내지 45℃정도 이며, 바람직하게 35℃ 내지 40℃에서 반응이 수행되는 것이 바람직하다. 만약 상기 제시된 온도 범위를 벗어나는 경우 아가레이즈 효소의 활성이 크게 저하되고, 특히 45℃를 초과하면 단백질 효소인 아가레이즈 효소의 변성이 유발되어 효소의 활성이 낮아진다.
그리고 반응 시간은 72시간 내지 96시간이 적절하며, 72시간 미만인 경우 효소의 성능이 최대한 활용되지 못하는 단점이 있고 96시간을 초과할 경우 당화 효율 대비 과도한 공정시간이 소요된다는 문제점을 가지고 있다.
상기 당화 효소로 사용되는 아가레이즈(agarase)는 해양유래 균주인 사카로파거스 데그라단스 2-40(Saccharophagus degradans 2-40)를 배양하여 얻어지는 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 특별히 한정된 것은 아니다.
본 발명에서 사용되는 사카로파거스 데그라단스 2-40은 통상적으로 구입(Saccharophagus degradans ATCC 43961)할 수 있으나 이에 한정되지 아니하는 다양한 방법으로 얻을 수 있다.
상기 당화액을 제조하는 단계(S120) 이후 수득된 당화액은 바이오슈가인 갈락토우스를 포함하는 액상부와 미세한 입자상 고체부로 이루어지게 된다. 그러므로 바이오슈가인 갈락토우스를 분리하고 분술물을 제거하기 위해 분리 정제 단계(S130)를 수행한다.
상기 분리 정제 단계(S130)는, 순서대로 실리카가 포함된 실리카 컬럼에 상기 당화액을 상온에서 중력 방식 혹은 가압 방식으로 접촉하여 입자상 불순물 및 단백질 정제하는 제1 분리 정제 단계(S131) 및 상기 제1 정제 단계를 거친 당화액을 멤브레인 필터(membrame filter)에 통과시켜 잔류하고 있는 미세한 입자상 불순물을 정제하는 제2 분리 정제 단계(S132)를 포함한다.
상기와 같은 제1 분리 정제 단계(S131) 및 제2 분리 정제 단계(S132)는 각각 1회 또는 2회이상 반복 수행하여 상기 당화액 중의 입자상 불술물 및 단백질 등의 성분을 제거한다.
상기 분리 정제 단계에서 상기 실리카는 입자의 직경이 100㎛ 내지 500㎛이며, 상기 멤브레인 필터의 공극 크기는 0.45㎛인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 그러나 이에 제한되지 않고 목적하는 액상의 바이오슈가 갈락토우스만을 분리할 수 있는 범위내에서 변경될 수 있다
예를 들어, 20℃ 내지 30℃ 정도의 상온에서 당화액을 중력 혹은 가압과 같은 방식을 이용하여 0.1 mL/분 내지 20 mL/분의 유속(flow rate)로 입자의 직경이 100㎛ 내지 500㎛인 실리카 입자가 충진된 실리카 컬럼에 통과시켜 정제하고(S131), 이후 상기 컬럼을 통화한 액상 물질을 0.45㎛ 공극 크기를 갖는 멤브레인 필터에 통과시켜 미세한 고체 입자상 불순물을 제거한다(S132).
농축액을 제조하는 단계(S140)는 상기 분리 정제 단계를 거쳐 입자상 불순물이 제거된 당화액을 감압 증류하여 농축하는 단계이며, 구체적으로 회전감압증류 장치를 이용하여 30℃ 내지 60℃의 온도, 10 mbar 내지 150 mbar의 압력조건에서 당화액의 물을 감압 증발시켜, 상기 감압 증발 처리 전의 당화액 용액 부피의 약 1/10 내지 1/30 부피 수준으로 농축한 농축액을 제조할 수 있다.
이렇게 정제된 당화액을 농축하여 부피를 줄임으로써, 이후 바이오슈가 입자화하여 수득하는 바이오슈가 수득 단계 공정을 용이하게 할 수 있으며, 이에 따라 제조시간 및 비용도 감축할 수 있다. 즉, 농축액이 1/30 부피보다 낮은 수준으로 농축되면, 그 만큼 농축액의 부피가 늘어나기 때문에 이후 과정에서 첨가되는 알코올의 양이 늘어나고, 바이오슈가의 수득 효율이 낮아질 수 있다. 반대로 1/10 부피를 초과하여 농축하게 되면, 오히려 이후 공정에서 교반이 잘되지 않고 바이오슈가의 석출이 잘 되지 않아, 마찬가지로 바이오슈가의 수율이 낮아질 수 있다.
바이오슈가 수득 단계(S150)는 상기 농축액에 -10℃ 내지 25℃ 저온의 알코올을 넣고 혼합하여 바이오슈가 갈락토오스 입자를 석출하고, 석출된 갈락토우스 입자는 여과한 뒤 건조하여 수득하는 것이다.
상기 알코올은 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol) 및 부탄올(butanol) 중에서 선택되는 어느 하나 이상을 사용하는 것이 바람직하다. 물론 이에 한정되지 않고 일반식 ROH(여기에서, R은 탄소수 1 내지 6의 알킬기이다)로 표시되는 지방족 알코올을 사용할 수 있다.
이렇게 상기 바이오슈가 수득 단계(S150)는 상기 저온의 알코올을 상기 농축액의 부피 대비 10배 내지 30배의 부피배 양으로 넣고 교반하면 바이오슈가인 갈락토오스 입자가 석출된다. 이 석출된 갈락토우스 입자는 멤브레인 필터로 여과한 다음 통상의 건조방법으로 입자를 건조하여 고형분의 갈락토우스를 수득할 수 있다.
한편, 본 발명에서 해조류는 해조류 중에서 갈락토우스가 많이 포함되어 있는 홍조류를 사용하는 것이 바람직하다. 상기 홍조류는 진두말속(Chondrus), 유케마속(Eucheuma), 돌가사리속(Gigartina), 개우뭇속(Pterocladia), 히프니아속(Hypnea), 둥근비단속(Iridaea), 카파피쿠스속(Kappaphycus), 우뭇가사리속(Gellidium), 또는 꼬시래기속(Gracilaria) 해조류일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
앞서 설명한 바와 같은 바이오슈가 제조 방법으로 바이오슈가를 제조 할 수 있으며, 이 바이오슈가는 갈락토우스로 바이오 나일론 원료물질인 아디픽산 등의 제조하는데 출발물질로서 바이오 플라스틱 분야에 사용될 수 있다.
종래의 방법에서 당화액 상태에서 바이오슈가 입자를 얻어내기가 매우 어려웠으나 본 발명의 바이오슈가 제조방법은 과산화수소 수용액과 아가레이즈 효소를 복합적으로 사용하여 당화 처리를 하고, 이후 분리 정제 공정을 통하여 바이오슈가를 입자화하여 수득하는 단순한 공정으로 제조할 수 있는 바, 비식량 자원인 해조류를 이용하여 저렴한 비용으로 바이오슈가 갈락토우스의 대량 생산이 가능하다.
또한, 바이오 화학 소재 제조의 중요한 중간 물질로 활용되게 되는 바이오슈가 갈락토우스의 입자화가 가능하기 때문에, 더욱 효과적으로 바이오 나일론과 같은 바이오 소재를 제조가 가능하게 되는 원료를 제공함으로써 산업적으로 유용한 기술이다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 바이오슈가의 제조 방법을 나타낸 순서도이다.
이하, 본원이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자가 용이하게 실시할 수 있도록 본 발명의 실시예 및 비교예를 들어 상세히 설명한다. 그러나 본원은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며 여기에서 설명하는 실시예 및 비교예에 한정되지 않는다.
본원에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 출원에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
본 명세서 전체에서 사용되는 정도의 용어 “약”, “실질적으로” 등은 언급된 의미에 고유한 제조 및 물질 허용오차가 제시될 때 그 수치에서 또는 그 수치에 근접한 의미로 사용되고, 본 발명의 이해를 돕기 위해 정확하거나 절대적인 수치가 언급된 개시 내용을 비양심적인 침해자가 부당하게 이용하는 것을 방지하기 위해 사용된다.
아울러, “바이오슈가”란 바이오매스에서 얻을 수 있는 당물질로서 바이오화학의 기본이 되는 원료물질을 의미한다. 본 발명에의 제조 방법에 의해 생성되는 바이오슈가는 바람직하게 갈락토우스(glactose)이며, 본 명세서 전체에서 “바이오슈가”, “갈락토우스” 또는 “바이오슈가 갈락토우스” 등의 용어로 사용될 수 있다.
이하, 본 발명의 바이오슈가 제조 방법을 실시예, 비교예 및 실험예를 이용하여 더욱 상세하게 설명한다.
실시예 1은 대한민국 전라남도 완도 해안에서 채취한 홍조류 꼬시래기(sea string)를 건조시켜 약 0.1 mm 내지 10 mm 의 크기로 분쇄하여 준비한다. 그 다음 플라스크에 증류수 450cc 과산화수소(농도 35 중량%, ㈜대정화금 제품) 50cc를 혼합 후, 분쇄된 꼬시래기 10g을 투입한 후, 50℃에서 24시간 동안 교반한다. 용액의 교반을 멈추고 상온에서 24시간 동안 정치시킨 다음, 침전물을 제외한 상층부 액상 부분의 액상 혼합물만 취출한다.
이후 상기 액상 혼합물에 효소로 아가레이즈(agarase)를 넣고 혼합하여 당화액을 제조하는 단계로 구성되는데, 상기 아가레이즈는 사카로파거스 데그라단스 2-40(Saccharophagus degradans 2-40)를 배양하여 얻어지는 효소로 그 구체적인 제조 방법은 다음과 같다.
사카로파거스 데그라단스 2-40(Saccharophagus degradans 2-40)를 먼저 냉장보관이나 낭동보관으로 균의 활성이 떨어져 있기 때문에 떨어진 활성을 올리기 위해 사카로파거스 데그라단스 2-40(Saccharophagus degradans 2-40)를 오토클레이브(autoclave)로 멸균된 배지(50mM Tris-HCl, 2.3 % (w/v) Instant Ocean Sea Salt (Aquarium Systems), 0.1% (w/v) Yeast extract, 0.05% (w/v) ammonium chloride, 0.2%(w/v) agar, pH7.4)에 넣고 진탕 배양기(shaking incubator)에서 30℃, 약 200rpm의 속도로 16시간 배양하는 전배양을 실시한다. 전배양하여 얻은 전배양액 1mL를 새로운 배지 100mL에 옮긴 후, 다시 30℃에서 72시간동안 배양한다. 이후 균주 세포가 성장하면서 아가레이즈(agarase) 효소를 외부에 내놓기 때문이 이렇게 배양 후 아가레이즈를 얻는다.
당화액을 제조하는 단계는 상기와 같은 방법으로 제조한 아가레이즈 2g을 상기 액상 혼합물에 넣고 37℃ 온도에서 72시간 동안 액상 혼합물과 아가레이즈가 고루 접촉되도록 교반시키며 당화시켜 당화액을 제조한다.
그 다음 상기 과정의 당화액을 100㎛ 내지 500㎛ 사이즈의 중성 실리카 입자가 충진된 실리카 컬럼을 통과시켜 분리 정제하며, 이때 컬럼에 충진한 실리키의 부피는 약 100cc 정도이다. 이후 실리카 컬럼을 통과시킨 당화액은 0.45㎛ 공극 크기를 가지는 멤브레인 필러를 사용하여 분리 정제한다.
실시예 2 내지 실시예 5는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 바이오슈가를 제조하되, 액체 혼합물 제조 온도조건, 아가레이즈 효소 투입량 및 알코올의 종류와 같은 일부 공정조건의 변화가 있으며, 이는 하기 표 1에 나타나 있다.
비교예 1은 과산화수소를 사용하지 않는 것만 제외하고 이후 공정은 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 수행하였다.
비교예 2 내지 비교예 5는 상기 비교예 1과 동일한 방법으로 수행하되, 아가레이즈 효소 투입량, 알코올 종류 및 당화액 제조 온도조건와 같은 일부 공정조건의 변화가 있으며, 이는 하기 표 1에 나타나 있다.
구분 실시예 1 실시예 2 실시예 3 실시예 4 실시예 5 비교예 1 비교예 2 비교예 3 비교예 4 비교예 5
A(cc) 500 500 500 500 500 0 0 0 0 0
B(g) 10 10 10 10 10 10 10 10 10 10
C(℃) 50 55 60 45 50 50 50 50 50 50
D(g) 2.0 2.0 1.8 1.9 1.7 0 0 0.5 4.0 0.1
E(℃) 37 37 37 37 37 50 50 50 50 50
실리카 컬럼 통과 유 유 유 유 유 유 유 유 유 유
멤브레인 필터 처리 유 유 유 유 유 유 유 유 유 유
처리 알코올 메탄올 에탄올 프로판올 메탄올 메탄올 메탄올 에탄올 프로판올 메탄올 메탄올
바이오슈가 수득 ○ ○ ○ ○ ○ X X X X X
A: 과산화수소 수용액 투입량
B: 홍조류 꼬시래기(한국 완도산) 투입량
C: 과산화수소 수용액 및 꼬시리기 혼합 온도
D: 아가레이즈(agarase) 효소 투입량
E: 액상 혼합물과 아가레이즈 효소의 혼합 온도
실험예 1은 상기 실시예 1 내지 실시예 5에서 석출된 입자의 바이오슈가 갈락토우스 성분 여부를 판단하기 위해 시차 주사 열량계(Differential Scanning Calorimetry, DSC)를 이용하여 석출된 입자의 녹는점(melting point)를 측정하였으며, 그 물성은 하기 표 2에 나타내었다.
구분 농축 후 입자 생성 녹는점
(melting point, ℃)
실시예 1~5 바이오슈가 생성됨 167
비교예 1 끈적끈적한 물질 생성됨
입자상 물질 생성 안됨		 65
비교예 2 끈적끈적한 물질 생성됨
입자상 물질 생성 안됨		 66
비교예 3 끈적끈적한 물질 생성됨
입자상 물질 생성 안됨		 50
비교예 4~5 끈적끈적한 물질 생성됨
입자상 물질 생성 안됨		 45
상기 표 2의 결과에 나타난 바와 같이 본 발명에 실시예 따른 제조된 바이오슈가(실시예 1 내지 실시예 5)는 모두 고체 입자상의 바이오슈가가 제조되며, 또한 녹는점 167℃로 갈락토우스가 생성됨을 확인할 수 있었다.
그러나 이와 달리 비교예 1 내지 비교예 5는 입자상의 물질이 생성되지 않았으며, 녹는점도 45℃ 내지 66℃으로 갈락토우스가 생성되지 않았음을 확인할 수 있었다.
종래에 일반적인 바이오매스로부터 바이오슈가를 제조하는 공정에는 매우 강하고 독성이 있는 염산이나 황산과 같은 산성 물질을 사용하거나, 그 제조 수율이 매우 낮고, 바이오슈가를 입자화하기 어려운 문제점이 있었다. 그러나 앞서 설명한 바와 같은 본 발명의 바이오슈가 제조방법에 따르면 비식량 해양자원 중 하나인 해조류로부터 종래 제조 공정방법에 비해 훨씬 간단한 공정을 통하여 저비용, 고수율로 다량의 바이오슈가를 입자를 제조할 수 있다.

Claims (13)

  1. 과산화수소 수용액 500cc 당 해조류 5g 내지 15g을 넣고, 40℃ 내지 90℃ 온도로 유지하면서 혼합하여 액상 혼합물을 준비하는 단계;
    상기 액상 혼합물에 아가레이즈(agarase)를 넣고 혼합하여 당화액을 제조하는 단계;
    상기 당화액에 입자상 불순물을 제거하는 분리 정제 단계;
    상기 분리 정제 단계를 거친 당화액을 감압 증류하여 농축액을 제조하는 단계; 및
    상기 농축액에 알코올을 넣고 혼합하여 바이오슈가인 갈락토오스를 입자화하고 수득하는 바이오슈가 수득 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 분리 정제 단계는,
    실리카 컬럼에 상기 당화액을 중력 방식 혹은 가압 방식으로 접촉하여 정제하는 제1 분리 정제 단계; 및
    상기 제1 정제 단계를 거친 당화액을 멤브레인 필터에 통과시켜 정제하는 제2 분리 정제 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 아가레이즈(agarase)는 사카로파거스 데그라단스 2-40(Saccharophagus degradans 2-40)를 배양하여 얻어지는 효소인 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 해조류는 홍조류이며,
    상기 홍조류는 진두말속(Chondrus), 유케마속(Eucheuma), 돌가사리속(Gigartina), 개우뭇속(Pterocladia), 히프니아속(Hypnea), 둥근비단속(Iridaea), 카파피쿠스속(Kappaphycus), 우뭇가사리속(Gellidium) 및 꼬시래기속(Gracilaria) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 알코올은 메탄올(methanol), 에탄올(ethanol), 프로판올(propanol) 및 부탄올(butanol) 중에서 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 제1항에 있어서,
    상기 과산화수소 수용액의 농도는 2 중량% 내지 5 중량%인 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서,
    상기 당화액을 제조하는 단계는 상기 액상 혼합물 500cc 당 상기 아가레이즈(agarase) 1g 내지 2g을 넣고 혼합하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 당화액을 제조하는 단계는 상기 액상 혼합물에 상기 아가레이즈(agarase)을 넣고 30℃ 내지 45℃ 온도에서 72시간 내지 96시간 동안 혼합하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 농축액을 제조하는 단계는 30℃ 내지 60℃온도에서 10 mbar 내지 150 mbar의 압력으로 상기 정제 단계를 거친 당화액을 1/10 내지 1/30 부피로 농축하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서,
    상기 바이오슈가 수득 단계는 상기 농축액에 -10℃ 내지 25℃ 저온의 알코올을 넣고 혼합하여 바이오슈가 갈락토오스 입자를 석출하고, 석출된 갈락토오스 입자는 여과한 뒤 건조하여 수득하는 것을 특징으로 하는 바이오슈가 제조 방법.
  13. 제1항, 제2항, 제3항, 제4항, 제5항, 제8항, 제9항, 제10항, 제11항 및 제12항 중 어느 한 항의 바이오슈가 제조 방법에 의해 제조된 바이오슈가.
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