KR20200027346A - 효율을 증가시킨 석세포 분리 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 효율을 증가시킨 석세포 분리 방법에 대한 것이다. 본 발명에 따른 석세포 분리 방법은 화학 성분을 사용하지 않아 안전성이 높고, 우수한 석세포 분리량을 가지는 동시에 낮은 석세포 분리 소요시간을 가지므로 석세포가 필요한 다양한 공정에서 유용하게 사용될 수 있다.

Description

효율을 증가시킨 석세포 분리 방법 {stone cell isolation method with high efficiency}

본 발명은 효율을 증가시킨 석세포 분리 방법에 대한 것이다.

마이크로 플라스틱은 5mm 미만의 작은 플라스틱을 의미하며 일상생활에서 쉽게 접할 수 있는 치약, 세정제, 스크럽 등에 포함돼 있는데, 150ml 제품에 대략 280만 개의 마이크로 플라스틱이 함유돼 있는 것으로 알려져 있다.　

그러나 마이크로 플라스틱은 너무 작아 하수처리시설에 걸러지지 않고, 바다와 강으로 그대로 유입된다. 예컨대 2015년 사이언스지에 실린 <해양 플라스틱 쓰레기> 논문에 따르면, 2010년도에 바다로 유입된 플라스틱 쓰레기는 대략 480만~1,270만톤이다. 이 플라스틱은 폴리에틸렌(PE), 폴리프로필렌(PP), 나일론 등이 포함된 석유화합물이기 때문에 오염 물질과 만나 새로운 환경 문제를 야기하게 되며, 또 버려진 플라스틱이 시간이 지나면서 마이크로 플라스틱으로 변하기도 한다. 2015년 영국에서 발표된 <해양 속 작은 플라스틱 쓰레기에 관한 국제 목록> 논문에 따르면, 바닷속에는 최소 15조~최대 51조의 마이크로 플라스틱이 있는 것으로 추정된다.

마이크로 플라스틱은 환경을 파괴할 뿐만 아니라, 인간의 건강을 위협한다는 점에서도 문제가 된다. 마이크로 플라스틱은 크기가 작아 어류 또는 바다조류의 먹이인 플랑크톤과 구별이 어렵기 때문에 마이크로 플라스틱을 먹이로 오인해 먹은 강 또는 바다의 생물들을 인간이 섭취하게 되기 때문이다. 마이크로 플라스틱은 장폐색을 유발하며 에너지 할당 감소, 성장 등에도 악영향을 미칠 수 있어 심각한 문제로 인식되고 있다.

많은 연구자들이 이와 같은 환경유해물질인 마이크로 플라스틱을 대체할 수 있는 자연 소재 또는 생분해성 물질을 발견하기 위해 노력한 결과, 석세포가 이와 같은 연마성 물질을 대체할 수 있을 것으로 확인되었다.

보강세포 혹은 후벽세포라 불리는　석세포는 섬유세포보다는 길이가 짧고, 두껍고 불규칙한 매우 단단한 2차 세포벽을 가지고 있다.　석세포는 과실류 조직에서 발견되는데 특히 Pyrus속의 과육에서 흔히 발견된다.　석세포는 조직내에서 세포벽에 리그닌이 침적되는 리그닌화(lignification)의 일종으로 세포벽을 단단하게 강화시켜서 세포벽의 형태가 변하지 않도록 고정시키는 틀 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 배 과실 내　석세포의 주요성분은 오래 전 서양배에서 라나이브(Ranadive)와 하르(Haard)에 의해 연구되었는데 주요성분은 리그노셀룰로오스이며 성분별 함량은 1차 세포벽과 같이 대략 탄수화물(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴) 82%로 구성되며 1차 세포벽에 없는 리그닌이 18-35% 포함되어 있다고하였다. 또한 리그닌의 주요 단위체는 바닐린(vanillin)과 시링알데하이드(syringaldehyde)이며 탄수화물의 경우는 글루코즈(glucose)와 자일로스(xylose)라고 하였다.

한편, 배 가공은 주로 배즙 생산이며 크게 2가지 방법에 의해 맑은배즙(80-90 ℃에서 30분-2시간 가열)과 가열 배즙(120 ℃에서 2-4시간 고압 가열)이 생산되고 있다. 배즙 생산 시 발생하는 배박은 20-35%를 차지하나 이를 대부분 퇴비로 재활용되며 이를 이용한 가공품은 전무한 실정이다. 또한 배는 최근 태풍 등의 생육 전반기에 걸쳐 기장 재해로 인한 낙과나 비상품과가 대량 발생하여 문제가 되고 있으며 이를 이용한 제품 개발이 절실히 필요한 실정이다.

이에, 본 발명자들은 마이크로 플라스틱을 대체할 수 있는 석세포를 효율적으로 수득할 수 있는 방법을 개발하기 위해 예의 연구 노력한 결과, 본 발명에 따른 석세포 분리 방법이 높은 석세포 분리량을 보이는 동시에 낮은 소요시간을 가지는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 하나의 목적은 1) 배박(배즙 추출 후 남은 찌꺼기)을 세척하는 단계; 2) 세척한 배박을 마쇄하는 단계; 3) 마쇄한 배박을 탈수 및 건조시키는 단계; 4) 건조한 배박을 마쇄하여 분제화하는 단계; 및 5) 석세포와 과육 잔재물을 분리하는 단계를 포함하는 석세포 분리 방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 방법에 의해 수득한 석세포를 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명의 하나의 양태는, 1) 배박(배즙 추출 후 남은 찌꺼기)을 세척하는 단계; 2) 세척한 배박을 마쇄하는 단계; 3) 마쇄한 배박을 탈수 및 건조시키는 단계; 4) 건조한 배박을 마쇄하여 분제화하는 단계; 및 5) 석세포와 과육 잔재물을 분리하는 단계를 포함하는 석세포 분리 방법을 제공한다.

본 발명에서의 용어, "배박"은 배에서 배즙을 착즙한 후 남은 부산물을 의미하며 가열 압착 방식으로 착즙 후 남은 배박과 생과실 착즙 후 남은 부산물인 생배박이 있으나 이에 제한되지 않는다.

상기 배박은 배의 과심, 과피 또는 과육을 이용할 수 있으며, 구체적으로 과피 또는 과육일 수 있다. 또한, 상기 배박의 재료가 되는 배는 채취한 것, 재배한 것 또는 시판되는 것 등의 제한이 없이 사용 가능하다.

본 발명에서의 용어, "석세포 (stone cell)"는 보강세포 혹은 후벽세포라 불리며 섬유세포보다는 길이가 짧고, 두껍고 불규칙한 매우 단단한 2차 세포벽을 가지고 있다.　석세포는 과실류 조직에서 발견되는데 특히 Pyrus속의 과육에서 흔히 발견된다.　석세포는 조직내에서 세포벽에 리그닌이 침적되는 리그닌화(lignification)의 일종으로 세포벽을 단단하게 강화시켜서 세포벽의 형태가 변하지 않도록 고정시키는 틀 역할을 하는 것으로 알려져 있다. 배 과실 내　석세포의 주요성분은 오래 전 서양배에서 라나이브(Ranadive)와 하르(Haard)에 의해 연구되었는데 주요성분은 리그노셀룰로오스이며 성분별 함량은 1차 세포벽과 같이 대략 탄수화물(셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴) 82%로 구성되며 1차 세포벽에 없는 리그닌이 18-35% 포함되어 있다고하였다. 또한 리그닌의 주요 단위체는 바닐린(vanillin)과 시링알데하이드(syringaldehyde)이며 탄수화물의 경우는 글루코즈(glucose)와 자일로스(xylose)라고 하였다.

상기 1)의 세척 단계는 물을 이용하여 배박에 남아있는 씨방의 찌꺼기, 과경, 꽃받침 등의 불순물을 제거하는 것일 수 있다. 씨앗 또는 씨방의 찌꺼기 등의 이물질은 이후의 과정에서 제거하기가 어려우므로 세척 과정에서 이물질을 제거하는 과정은 석세포의 순도를 결정하는 중요한 단계이다.

또한, 상기 세척 단계는 배박에 포함된 당을 제거하는 것일 수 있다. 배박의 당 농도가 높은 상황에서 세척 과정 없이 건조시킬 경우, 배박의 경도가 높아져 석세포 추출과정에 필요한 마쇄 과정이 매우 어려워질 수 있다. 마쇄 과정에서 미세하고 균일한 결과물을 만들어 내는 것이 석세포 추출 효율을 결정하기 때문에 당 제거 과정은 석세포 추출에 필요한 과정이다.

상기 세척 단계는 소금물 또는 증류수를 사용하는 것일 수 있다.

구체적으로, 상기 세척 단계는 10 내지 30%의 소금물을 사용하는 것일 수 있다.

세척 단계에서 소금물을 사용할 경우, 농도구배를 이용한 부유물 및 침전물의 1차 필터링을 통해 석세포의 분리 효율을 증가시킬 수 있다.

상기 세척 단계에서 사용되는 물의 양은 부피비로 배박에 비해 2배 내지 8배, 구체적으로 3배 내지 6배, 보다 구체적으로 3배 내지 5배일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

상기 2)의 마쇄 단계는 배박을 잘게 분리하는 과정을 통해 석세포의 분리 효율을 높이는 것일 수 있다.

상기 3)의 탈수 단계는 원심분리를 이용하여 탈수하는 것일 수 있다.

상기 탈수 단계는 석세포 분리 공정의 건조 효율을 높이기 위해 배박 내 수분함량을 낮추는 목적으로 원심분리를 사용할 수 있으며, 탈수에 필요한 원심력은 500 내지 15000rpm, 구체적으로 600 내지 10000rpm, 보다 구체적으로 700 내지 5000rpm, 보다 더 구체적으로 800 내지 3000rpm일 수 있으며, 탈수 시간은 1분 내지 60분, 구체적으로 2분 내지 40분, 보다 구체적으로 3분 내지 20분, 보다 더 구체적으로 5분 내지 10분이나 이에 제한되지 않는다.

상기 3)의 건조 단계는 열풍 건조 또는 자연 건조하는 것일 수 있다.

상기 열풍 건조의 온도는 50℃ 내지 80℃, 구체적으로는 55℃ 내지 75℃, 보다 구체적으로는 60℃ 내지 70℃일 수 있으나 이에 제한되지 않는다.

또한 열풍 건조시 배박을 넓게 펼쳐 건조를 용이하게 할 수 있다.

상기 4)의 마쇄 단계는 완전히 건조된 배박을 마쇄하여 분제화 하는 과정에서 석세포 주변에 붙어있던 과육을 완전히 제거할 수 있다.

상기 5)의 분리 단계는 진동체를 이용하여 마쇄된 석세포와 과육 잔재물을 분리할 수 있다. 또한, 상기 분리 단계는 진동체의 타공 크기를 이용하여 석세포를 크기별로 필터링 하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.

본 발명의 다른 하나의 양태는, 상기 방법에 의해 분리된 석세포를 제공한다.

본 발명의 구체적인 일 실시예에서는 다양한 분리 방법을 시도하여 분석한 결과, 가장 효율적인 석세포 분리 방법을 통해 석세포를 수득하였다.

이는 상기 석세포 분리 방법을 통해 수득한 석세포를 제공할 수 있음을 시사한다.

본 발명에 따른 석세포 분리 방법은 화학 성분을 사용하지 않아 안전성이 높고, 우수한 석세포 분리량을 가지는 동시에 낮은 석세포 분리 소요시간을 가지므로 석세포가 필요한 다양한 공정에서 유용하게 사용될 수 있다.

도 1은 분리방법에 따른 석세포의 형태를 나타낸 도면이다.
도 2는 석세포 추출 공정을 도식화한 도면이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 예시하기 위한 것으로서, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지 않는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예 1. 시료의 준비

배박(배즙 추출 후 남은 찌꺼기), 과숙한 생배, 유과 등을 사용할 수 있으나, 고온조건에서 만들어진 배박은 석세포 분리가 용이하기 때문에 배박을 석세포 분리에 사용하였다.

실시예 2. 최적 석세포 분리 조건 탐색

최적의 석세포 분리 조건을 확인하기 위해, 다양한 방법을 통해 석세포를 분리하고 그 효율을 비교하였다.

2-1. 화학적 방법을 이용한 석세포 분리

배 과실을 착즙하고 난 배박에 화학 물질인 NaCl, NaOH, HCl을 이용하여 석세포 주변의 식이섬유 등의 물질을 녹이는 화학적 방법을 사용하였다. 구체적으로, 배박을 0.1 M NaCl로 10분간 균질화하면서 용해한 후 증류수로 세척하고 0.1 N NaOH를 첨가한 후 1분 동안 교반하고 증류수로 세척하였다. 다시 0.5 N HCl를 첨가하여 교반시킨 후 증류수로 세척하고 이 과정을 2~3회 반복한 후 남아있는 물질을 건조시켜 석세포를 수득하였다. 이때 화학용액과 배박은 1:1의 비율로 혼합하였다.

2-2. 물리적 방법을 이용한 석세포 분리

물리적 방법은 건조, 분쇄 등의 다양한 방법을 적용하여 구성된 3가지의 방법으로 시도하였다. 첫 번째 방법은 분쇄 후 물에 침지하여 당을 제거한 후 체로 걸러 건조하였다. 두 번째 방법은 건조 후 분쇄 과정을 거쳐 당 제거를 위해 물에 침지한 후 체로 거르고 건조시켰다. 세 번째 방법은 원심분리기를 이용하는 방법으로 먼저 50% 메탄올에 30분간 균질화 시킨 후 12,000 rpm으로 4분 동안 원심분리하고 상등액을 버린 후 건조시켰다.

2-3. 생물학적 방법을 이용한 석세포 분리

셀룰라아제 및 펙티나아제와 같은 효소를 이용하여 석세포를 분리 하는 방법을 사용하였다. 구체적으로, 배박을 믹서기에 분쇄하고 당을 제거하기 위해 침지처리한 후 체로 걸러 셀룰라아제 및 펙티나아제를 각각 0.1% 농도로 첨가하여 24시간 동안 처리한 후 체로 걸러 건조하였다.

상기의 방법들을 표 1로 정리하였다.

화학적방법	물리적방법			생물학적 방법
	방법 1	방법 2	방법 3
0.1 M NaCl 균질화, 10분	분쇄(믹서기)	건조	50% 메탄올(1:1) 균질화,30분	착즙
↓	↓	↓	↓	↓
0.1 N NaOH 10분	당제거(침수)	분쇄(믹서기)	원심분리, 12,000rpm, 4분	분쇄(믹서기)
↕반복 3회	↓	↓	↓	↓
0.1 N HCl 10분	체로 거르기	당제거(침수)	상등액 제거	당제거(침수)
↓	↓	↓	↓	↓
증류수 세척 3회	건조	체로 거르기	건조	효소처리
↓		↓		↓
건조		건조		체로 거르기
				↓
				건조

또한, 상기와 같은 방법을 통해 수득한 석세포의 함량, 소요시간 및 크기별 함량을 표 2 내지 4로 정리하였다.

방법		무게 (g/100g)
화학적 방법		7.14 ± 0.26
물리적 방법	방법 1	11.5 ± 0.93
	방법 2	16.9 ± 1.95
	방법 3	25.7 ± 3.51
생물학적 방법		19.3 ± 1.87

표 2에 나타낸 바와 같이, 분리된 석세포의 함량은 화학적 방법이 가장 적은 수치를 나타냈으며, 원심분리를 이용한 물리적 방법 3이 가장 높은 함량을 나타냈으나, 원심분리를 이용한 방법은 석세포가 깨끗하게 분리되지 않았다.

방법		소요시간 (분)
화학적 방법		188 ± 2.52
물리적 방법	방법 1	119 ± 5.13
	방법 2	739 ± 1.15
	방법 3	78 ± 7.63
생물학적 방법		1547 ± 15.3

또한, 표 3에 나타낸 바와 같이, 석세포 분리에 소요되는 시간은 원심분리를 이용한 물리적 방법 3이 가장 적은 시간이 소요되었으며, 생물학적 방법이 가장 긴 시간이 소요되었다.

방법		크기　(mm)　 (비율 (%))
		0.5-0.25	0.25-0.1	0.1이하
화학적 방법		0.52 ± 0.03 (7.3 ± 0.40)	5.29 ± 0.21 (74.1 ± 0.36)	1.33 ± 0.07 (18.6 ± 0.73)
물리적 방법	방법 1	2.46 ± 0.17 (21.5 ± 2.74)	8.78 ± 0.95 (76.6 ± 2.35)	0.23 ± 0.06 (2.0 ± 0.39)
	방법 2	1.88 ± 0.47 (11.2 ± 3.77)	14.4 ± 1.96 (85.7 ± 2.06)	0.53 ± 0.34 (3.1 ± 1.71)
	방법 3	5.68 ± 0.23 (22.1 ± 3.81)	14.2 ± 2.70 (55.4 ± 3.08)	5.76 ± 1.02 (22.4 ± 0.88)
생물학적 방법		4.81 ± 0.29 (24.9 ± 3.32)	11.0 ± 1.71 (56.8 ± 4.97)	3.54 ± 0.67 (18.3 ± 2.69)

표 4에 나타낸 바와 같이, 원심분리기를 이용한 물리적 방법 3 또는 효소를 사용한 생물학적 방법은 0.5-0.25mm 또는 0.1mm 이하의 석세포 함량이 상대적으로 높은 것을 확인하였고, 대체적으로 0.25-0.1mm의 석세포 함량이 높은 것을 확인할 수 있었다.

최종적으로, 석세포로부터 과육의 제거가 잘 되었는지 확인하기 위해, 분리된 석세포를 촬영하여 비교하였다.

도 1에 나타낸 바와 같이, 생물학적 방법이 가장 깨끗하게 분리가 된 것을 확인할 수 있으며, 원심분리기를 이용한 물리적 방법 3은 깨끗하지 않은 것을 확인할 수 있다.

따라서, 화학적 방법은 분리량이 적다는 단점이 있었고, 생물학적 방법은 석세포 분리에 소요되는 시간이 크다는 단점이 있으므로, 물리적 방법을 통해 석세포를 분리하는 방법이 가장 효율적인 것으로 판단되었다. 그러나, 물리적 방법 1 및 2와 달리 3의 경우 분리량도 많고 소요시간도 짧으나 과육이 깨끗하게 분리되지 않는다는 단점이 있었기에 이를 보완하고자 물리적 방법 1 내지 3을 조합하여 도 2와 같은 최종 추출 공정을 도출하였다.

도 2의 추출공정으로 석세포를 분리한 결과, 표 5에 나타낸 바와 같이 물리적 방법 2와 유사한 석세포 분리량을 가지는 동시에 분리 소요시간은 74±12.7분으로 물리적 방법 3에 가까운 짧은 소요시간을 가지며, 석세포의 깨끗한 분리가 가능하여 가장 효율적인 방법임을 확인할 수 있었다.

방법	무게 (g/100g)	소요시간 (분)
최종 추출 방법	16.9 ± 1.95	74 ± 12.7

본 명세서는 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자이면 충분히 인식하고 유추할 수 있는 내용은 그 상세한 기재를 생략하였으며, 본 명세서에 기재된 구체적인 예시들 이외에 본 발명의 기술적 사상이나 필수적 구성을 변경하지 않는 범위내에서 보다 다양한 변형이 가능하다. 따라서 본 발명은 본 명세서에서 구체적으로 설명하고 예시한 것과 다른 방식으로 실시될 수 있으며, 이는 본 발명의 기술 분야에 통상의 지식을 가진 자이면 이해할 수 있는 사항이다.

Claims (5)

1) 배박(배즙 추출 후 남은 찌꺼기)을 세척하는 단계; 2) 세척한 배박을 마쇄하는 단계; 3) 마쇄한 배박을 탈수 및 건조시키는 단계; 4) 건조한 배박을 마쇄하여 분제화하는 단계; 및 5) 석세포와 과육 잔재물을 분리하는 단계를 포함하는 석세포 분리 방법.

제1항에 있어서,
상기 1)의 세척 단계는 10 내지 30%의 소금물을 사용하는 것인, 석세포 분리 방법.

제1항에 있어서,
상기 3)의 탈수 단계는 500 내지 15000rpm에서 1분 내지 60분 동안 원심분리하여 탈수하는 것인, 석세포 분리 방법.

제1항에 있어서,
상기 5)의 분리 단계는 석세포를 크기별로 필터링 하는 단계를 추가로 포함하는 것인, 석세포 분리 방법.

제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법에 의해 수득한 석세포.

Images