섬유→식품→생물공학 실크소재 고부가 산업 탈바꿈
꿈의 섬유소재였던 실크가 최근들어 21세기를 주도할 유망 식품소재로 각광을 받고 있어 주목된다. 특히 지난 10일 건국대 새천년관에서는 ‘건강기능 실크 프로틴, 펩타이드의 행리활성과 산업적이용’이라는 주제로 심포지엄을 열렸다.
본지에서는 실크에 대한 독자들의 궁금증을 풀어주고자 심포지엄 현장을 지상중계한다.
국내 실크 프로틴의 산업적 이용 연구
이광길(농업과학기술원 농업생명부)
분말 다공질체 겔 등 다양한 성형가공 강점
부직포 섬유가공제 등 산업용 응용도 추진
최근 산업발달로 인하여 실크 소재의 전통적인 응용 분야가 아닌 비 섬유용 소재로 활용하고자 하는 시도가 꾸준히 진행되고 있다.
이는 실크 소재가 다른 천연고분자 재료와는 달리 곤충(누에)을 통하여 순수한 단백질을 대량으로 쉽게 얻을 수 있으며, 생체적합성이 우수하여 특별한 정제과정을 거치지 않아도 인체에 대한 거부반응이 거의 일어나지 않으며 2차 가공을 할 경우 분말, 막, 다공질체 및 겔 등 다양한 형태로 성형화 할 수 있다는 특징이 있다.
실크 단백질 분말의 건강 기능성을 보면 간을 튼튼하게 해주고 숙취해소작용이 있으며, 콜레스테롤을 낮춰준다.
그리고 인슐린 비의존형 당뇨병 억제효과가 있음을 인슐린 비의존형 당뇨병 쥐를 통하여 확인 하였다.
실크 펩타이드는 항산화 작용, 혈중 콜레스테롤 상승억제 작용, 신경계 질환 예방 및 개선작용 등의 생리 활성을 보인다.
견피브로인을 피부 친화형 소재로 응용하는 것은 비단이라는 고급스러운 이미지를 화장품 등 피부 관련 소재에 그 기능을 부여하고자 하는 목적으로 연구를 추진하였으며, 인공장기용 의용 생체 재료는 높은 생체적합성을 필요로 하는 고품위의 초고가 물질이며 최근 이 분야에 천연고분자를 이용하려는 연구개발이 활발하게 이루어지고 있다.
또한 부직포나 섬유가공제 등 산업용 소재로서의 응용도 검토되고 있다.
실크 피브로인 유래 펩타이드의 생리활성
현창기(한동대학교 생명식품과학부)
항암 항비만 등 생리활성 면역작용 나타내
인슐린 비의존형 당뇨병 억제 효과도 확인
실크 피브로인의 생리활성은 암예방 활성과 항비만 및 항당뇨활성 등이 있다.
실크 피브로인으로부터의 생리 활성 펩타이드 개발을 위하여 실크 피브로인의 가수분해물에 대하여 면역작용의 효과를 나타내게 하는 대표적인 물질인 Nitric Oxide(NO)의 생성이 펩타이드 성분들에 의해 촉진되는지를 관찰한 결과 실크 피브로인의 가수분해를 통해 생산된 펩타이드 성분에 의해 RAW 264.7 Macrophage에 희한 Nitric Oxide(NO) 생성 촉진됨을 발견하였다.
피브로인으로부터 유래하는 펩타이드의 분자량이 클수록 NO 생성촉진활성이 높다는 것 을 알 수 있었다.
효소적 가수분해물의 아미노산 조성을 비교한 결과 NO 생성촉진 활성이 높아지는 순서 즉 Alcalase, tryptic, peptic hydrolysate의 순으로 arginine 및 lysine과 같은 positively charged group을 side chain으로 갖는 아미노산의 함량이 높음을 알 수 있었다.
실크 피브로인 유래 펩타이드의 항유전독성 연구에서는 mouse embryo 유래 3T3 세포에 직접 발암원인 MNNG(0.5 μg/ml)를 처리하여 실크 피브로인의 산 및 효소 가수분해물을 처리하여 항유전독성을 측정한 결과, 상당히 높은 항유전독성을 나타내었다.
그 중에서도 산 가수분해물이 가장 DNA 손상을 억제하는 효과가 뛰어났으며, 효소 가수분해물들 중에서는 Alcalase hydrolysate가 가장 우수하였다.
실크 피브로인 산 가수분해물이db/db mice의 지방세포 대사에 미치는 영향에 관하여 확인한 결과 가수분해물을 8주간 급여한 db/db mice에서 비만대조군에 비해 male mice는 3%, female mice는 19%의 체중 감소 촉진효과를 나타내었다.
지방 세포 대사와 밀접하게 관련을 가지는 혈중 렙틴의 양을 비교해 본 결과, 비만대조군이 정상대조군에 비해 약 7배 가량의 렙틴을 분비하는 것으로 나타내어 항비만 효과를 보여주었다.
실크 피브로인에 대한 항당뇨 작용을 인슐린 의존형 및 비의존형 당뇨병 모델동물을 통하여 분석한 결과 STZ 주사를 통해 당뇨를 유발시킨 SD rat을 인슐린 의존형 당뇨병 모델동물로 하여 피브로인 산 가수분해물을 투여한 결과 체중 증가량의 감소현상을 완화시켜주는 한편 혈당치 상승이 유의적으로 억제되었다.
즉 인슐린 의존형 및 비의존형 당뇨병 모델동물에서 동일하게 피브로인 가수분해물의 투여에 의해 혈중 leptin 농도가 증가하며 또한 투여농도에 따라 증가량도 높아지는 현상이 관찰되었다.
실크 펩타이드 첨가 빵의 품질 특성 및 기능성
김영호(혜전대학 호텔제과제빵과)
높은 식감 부피증가시켜 천연개량제 역할
단백질 아미노산 강화되는 영양적 잇점도
실크펩티드를 첨가한 빵의 품질 특성과 식미가 우수한 기능성 빵 제조 방법개선과 함께 동물실험을 통하여 제조한 빵의 기능성을 조사하였다.
실크펩티드의 조단백질은 90.83%로 함량이 매우 높았으며, 실크펩티드 첨가는 반죽의 저항도를 급격히 증가시켜 산화제 효과를 나타내었고, 발효과정 중 반죽의 점탄성에 영향을 미치는 glutamic acid, proline 및 cystine은 대조구보다 실크펩티드 첨가구에서 적게 유리되어 산화제 역할과 밀접한 관계가 있었다.
실크펩티드 첨가시 빵의 부피는 증가하여 기능성을 가진 천연 제빵개량제로도 효과가 있음을 보였다.
완충작용으로 인한 발효저해는 lactic acid 첨가로 반죽의 pH를 조정함으로써 발효 저해를 극복하여 발효력을 향상시켰다. 빵의 단백질 및 다양한 아미노산이 강화되는 영양적인 효과가 있었다.
실크펩티드를 첨가한 빵이 rat의 혈청지질에 미치는 영향은 총콜레스테롤과 LDL-콜레스테롤은 감소하였으나 HDL-콜레스테롤 농도는 증가되었다.
HDL-콜레스테롤/총콜레스테롤 비 역시 증가되었고, 동맥경화지수는 낮아졌으며 중성지질은 유의적으로 감소되는 효과를 보여 실크펩티드 첨가빵은 동물실험에서 혈청 콜레스테롤을 유의성 있게 저하시키고 중성지방 농도의 저하에도 영향을 미치는 것으로 볼 때 중성지질 저하 뿐 만 아니라 동맥경화증에 대한 효과에도 기대를 할 수 있다.
실크 프로틴의 피부 친화형 소재 개발 연구
여주홍(농업과학기술원 농업생물부)
다양한 보습인자 함유 화장품 소재로 적합
부작용 없는 특성이용 의료용으로 활용도
실크는 5,000년 이상을 인류에게 의류로써 공헌해온 소재로 많은 사랑을 받아오고 있다. 최근에는 과학의 발달로 실크가 섬유 및 기능성 식품으로 이용되는 한편, 생물공학적 이용으로 개발되기까지 고 부가가치 소재로 탈바꿈하고 있다.
실크 단백질은 사람의 피부에 존재하는 천연 보습 인자, NMF와 유사한 아미노산 조성을 가지고 있으며 오랫동안 인체에 순화되어온 생체의용 소재라는 측면에서 피부친화형 소재로 적합한 것으로 평가를 받고 있다.
그리고 필수 아미노산을 포함하여 여러 가지 기능성 아미노산이 골고루 함유된 단백질로 이루어져 자외선 차단 효과를 기대할 수 있고, 분자량 조절에 의한 보습성을 향상시킬 수 있으므로 고급 화장품 원료로 사용을 할 수 있다.
견피브로인은 염료에 대한 친화성이 크기 때문에 거의 모든 염료에 대한 염색성이 우수한 특성을 가지고 있기 때문에 이런 성질을 이용한 식용색소 또는 천연색소를 견피브로인 분말 또는 개질 견피브로인 분말에 고정화하여 식용으로 사용할 수 있다.
고치실의 성분 중, 실크 세리신 단백질은 실크 피브로인 단백질과는 달리 세린 등 친수성 아미노산이 많이 들어 있어 보습제로 적합하다.
실크 단백질을 이용한 피부 친화형 소재 적용의 예로서 천연 머리 염색약 개발과 인체에 대한 부작용이 없으므로 오래전부터 수술용 봉합사로 쓰여 왔는데 최근에는 분말, 막 및 액상 상태로 바꿀 수 있는 방법이 개발됨에 따라 생체적합성이 우수한 실크를 생체의용소재로 적용하기 위한 연구가 활발하게 진행되고 있다.
실크 펩타이드의 혈당강화 효과
오양석(한림의대 의학유전학교실&실험동물센터)
췌장 인슐린 합성 촉진 도와 혈당 낮추는 듯
투여 7일 후 효과 관찰 42일께 정상치 보여
자연발증 제2형 당뇨병 모델동물을 이용하여 제조된 피브로인 분말의 혈당강하 효과 탐색한 결과 투여 후 7일째부터 혈당강하효과가 관찰되어 투여 후 42일째에는 정상 대조군과 유사한 수준을 나타내었다.
내당능 시험 및 혈중 인슐린치 및 C-peptide를 분석한 결과 fibroin 투여군에서 혈중 인슐린 및 C-peptide 감소폭이 경감되어 피브로인이 췌장 및 말초조직에 작용하여 인슐린 합성 및 분비 기능 및 말초조직에서의 작용을 촉진하여 혈당을 강하시킨 것으로 사료된다.
이상의 결과를 종합하여 볼 때, 자연발증 제2형 당뇨병 모델동물인 C57BL/KsJ-db/db 마우스에서 실크 피브로인의 혈당강하효과를 확인할 수 있었으며, 이러한 효과는 실크 피브로인이 항당뇨병 치료제로서 개발될 수 있는 가능성을 보여주었다.
향후 실크 피브로인의 명확한 혈당강하기전의 탐색과 함께 실크 피브로인 가수분해 산물중에서 활성을 갖는 peptide의 탐색도 이루어져야 된다.
출처 : 神의 선물 . 실크아미노산 .Sil-Q 실큐 글쓴이 : 남영식 원글보기
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