KR100298991B1 - 신규이소플라본-강화콩단백질제품및그의제조방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 및 그의 제조에 사용되는 방법에 관한 것이다. 최종 콩 단백질 제품은 바람직한 향미와 기능성을 가지며, 그의 이소플라본 함량은 전통적인 콩 단백질 농축물 및 단리물과 비교하여 실질적으로 증가된다. 또한, 총 황 함유 아미노산의 함량은 콩 단백질 단리물과 비교하여 개선된다. 신규 콩 단백질 제품의 제조 방법은 콩 단백질 농축물 및 단리물을 제조하는데 사용되었던 것들과 비교하여 개선된 수율 및 감소된 폐기물을 생성한다. 이러한 신규 콩 단백질 제품은 우유 또는 육류 기재 식품 제품, 예를 들어, 유아용 배합식품, 영양 음료, 우유 대체 식품, 콩을 증량시킨 볼로냐, 모방 가공 치즈 스프레드, 물-주입 햄, 요구르트 및 냉동 디저트의 제조에서의 성분으로서 바람직한 향미, 조성 및 수행능을 나타낸다.

Description

신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품 및 그의 제조 방법{Novel Isoflavone-Enriched Soy Protein Product and Method for its Manufacture}
본 발명은 신규 콩 단백질 제품 및 그의 제조를 위해 사용되는 방법, 특히 바람직한 향미와 관능성을 가지고 전통적인 콩 단백질 농축물 및 단리물과 비교하여 이소플라본 함량이 실질적으로 증가된 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품에 관한 것이다. 또한, 신규 콩 단백질 제품의 제조 방법은 전통적인 콩 단백질 농축물 및 단리물을 제조하는데 사용되는 방법과 비교하여 수율을 개선시키고 폐기물을 감소시킨다. 신규 콩 단백질 제품은 우유 또는 육류 기재 식품, 예를 들어, 유아용 배합식품, 영양 음료, 우유 대체 식품, 콩을 증량시킨 볼로냐, 모방 가공 치즈 스프레드, 물-주입 햄, 요구르트 및 냉동 디저트의 제조시의 성분으로서 바람직한 향미, 조성 및 수행능을 나타낸다.
<발명의 배경>
콩 단백질 농축물 및 단리물은 식품 및 사료의 성분으로서 주로 사용되는 중요한 콩의 유도물이다. 콩 단백질 단리물을 제조하는데 전형적으로 사용되는 조건은 문헌[Cho, et al,(1981) U.S. Pat. No. 4,278,597; Goodnigh, et al, (1978) U.S. Patent No. 4,072,670]에 기재되어 있다. 콩 단백질 농축물은 산을 사용한 리칭 (약 pH 4.5에서), 알코올을 사용한 추출(약 55 내지 80 %), 및 물로 추출하기전의 습열로 인한 단백질 변성의 세 가지 기본 공정에 의해서 제조된다. 콩 단백질 농축물을 제조하는데 전형적으로 사용되는 조건은 문헌[(1975) U.S. Pat. No. 3,897,574; Campbell et al., (1985) in New Protein Foods, ed. by Altschul and Wilcke, Academic Press, Vol. 5, Chapter 10, sedd Storage Proteins, pp 302-338]에 기재되어 있다. 콩 단백질 농축물 및 단리물의 제조시 껍질을 벗기고 탈지한 콩 분말에 존재하는 가용성 당은 스타키오스 및 라피노스를 함유한다(문헌[Dey, (1985) Biochemistry of Storage Carbohydrates in Green Plants, Academic Press, London, pp 53-129]). 스타키오스 및 라피노스는 사람 및 동물에 의해서 직접 소화되지 않고, 미생물의 하등 소화관에서 소화된다. 이러한 미생물은 당을 발효하여 소화관의 산성화를 일으키고 이산화탄소, 메탄 및 수소를 생성하게 된다(문헌[Murphy(1972) Journal of Agricultural Food Chemicals 20 p 813-817, Cristofaro 91974) sugars in Nutrition Chapter 20, pp 313-335, Reddy (1980) Journal of Food Science 45 pp 1161-1164]). 이로 인한 헛배부름 때문에 사람 및 동물 식이로서 콩의 사용이 엄격하게 제한될 수 있다. 이들 당은 콩 단백질 단리물 및 콩 단백질 농축물 제조 중에 제거되고, 제조 공정 중의 폐기물로서 처리된다. 이러한 폐기물은 껍질을 벗기고 탈지한 최초의 콩 플레이크 원료의 최소 25 % 손실을 나타낸다. 또한, 이러한 폐기 당의 처리는 콩 단백질 농축물 및 단리물의 제조에 있어서 상당한 비용을 요하는 인자이고, 폐기물 처리는 그러한 생성물을 제조하는 공장의 부지를 제한할 수 있는 중요한 인자이다. 이들 당을 페기하지 않고 콩 단리물 또는 농축물 중에 혼입시키는 것은 생산 비용을 크게 감소시키고, 필요한 장비량을 줄이며, 폐기물 처리 문제를 고려하지 않아도 되므로 그러한 공장용 부지 선택의 기회가 많아질 수 있다.
이소플라본은 콩 식품, 및 콩 단백질 단리물 및 농축물 내에 존재하는 콩의 천연 성분이다. 콩 제품 내의 이러한 이소플라본은 암 억제에 중요한 역할을 할 수 있다고 제시되어 있다(문헌[Messina and Barnes (1991) Journal of the American Cancer Institute, Vol. 83, No. 8 Pages 542-545]). 이소플라본 제니스테인은 동물 및 인간의 전립선 암에 대한 화학 억제제로서 어떠한 역할을 할 수 있다고 제시되어 있다(문헌[Peterson and Barnes, 191, Biochemical and Biophysical Research Communications 179, pp 661-667 and Peterson and Barnes(1993), Prostate 22, pp 335-345]). 탈지 콩 분말 내에 존재하는 이소플라본 농도가 콩 단백질 단리물 및 농축물 제조 중에 상당히 감소되고, 이러한 감소는 제조 공정에 따라서 크게 달라진다(문헌[Wang and Murphy(1994) Journal of Agricultural and Food Chemistry, 42, pages 1665-1673]). 콩 단백질 단리물 또는 농축물 내에 존재하는 이소플라본의 농도를 증가시키는 것이 바람직하지만, 현행의 통상적인 공정으로는 원료에서 이용가능한 이소플라본의 3 내지 35 %만이 포획된다.
콩 단백질 단리물 및 농축물은 전통적인 식품에서 육류, 우유, 달걀 및 기타 단백질 공급원을 대체하거나 증량시키기 위해서 식품 산업에서 사용된다. 콩 단백질은 대체되거나 증량시킬 단백질과 유사한 관능성 수행능을 갖도록 개질된다. 콩 단백질 단리물 및 농축물이 사용되는 몇몇 주요 용도는 유화된 육류, 전근육 주사 육류, 갈은 육류, 유아용 배합식품, 영양 음료, 우유 대체 식품, 모방 가공 치즈스프레드 및 낙농 제품을 포함한다. 특히, 영양 음료, 우유 대체 식품 및 낙농 제품에서 콩 단백질 단리물의 사용을 제한하는 주요 인자 중 하나는 단리물 내 존재하는 콩의 맛이다. 전통적인 콩의 맛을 감추거나 감소시킬 수 있다면, 동일한 용도에서 콩 단리물 사용 수준을 크게 증가시킬 수 있을 것이다. 콩 농축물은 강한 콩의 맛 및, 바람직하지 않은 구강내 감촉을 갖는 불용성 성분으로서의 콩섬유의 존재 때문에 영양 음료, 우유 대체 식품 및 낙농 제품에 널리 사용되지 않는다. 섬유가 심각한 부정적 인자로 남아 있지만, 콩의 맛 정도를 감소시키거나 차폐함으로써 이러한 적용 분야에서의 사용에 어느 정도의 개선을 가능하게 할 수 있을 것이다.
콩 단리물을 위한 통상적인 제조 공정은 콩 농축물과 비교했을 때 황 함유 아미노산 시스테인 및 메티오닌을 보다 낮은 수준으로 갖는 제품을 생성한다. 시스테인 및 메티오닌은 모든 콩 제품 뿐 아니라 육류, 우유 또는 달걀 단백질로부터 제조되는 기타 제품에 있어서 중요한 영양 요소인 필수 아미노산이다.
개선된 탄수화물 프로파일, 증가된 이소플라본 함량, 개선된 향미 프로파일, 적당한 구강내 감촉, 개선된 질소 용해도 지수 및 증가된 황 함유 아미노산 조성을 갖는 콩 단백질 제품의 제조 방법의 발달은 식품 성분으로서 콩 단백질 제품의 유용성을 극적으로 증가시킬 것이다. 또한, 그러한 공정은 운영 비용의 감소, 원료 전환의 개선 및 생산 부지 선택에 있어서 보다 큰 유연성을 가질 뿐 아니라 폐기물 처리 비용을 고려하지 않아도 됨으로써 생산 비용을 상당히 개선할 것이다.
<발명의 요약>
본 발명은
단백질 함량이 총 건조 물질의 60 %를 초과하고,
총 식이 섬유 함량이 총 건조 물질의 4 % 미만이며,
슈크로스 함량이 총 건조 물질의 10 %를 초과하고,
총 황-함유 아미노산 함량이 총 아미노산 함량의 2.2 %를 초과하며,
스타키오스 함량이 총 건조 물질의 1.5 % 미만이고,
총 이소플라본 함량이 2500 마이크로그램/그램을 초과하는
이소플라본-강화 콩 단백질 제품을 포함한다.
또 하나의 실시태양에서, 본 발명은 이소플라본-강화 콩 단백질 제품의 제조 방법에 관한 것이다. 이 방법은
(a) 콩으로부터 콩분말 또는 플레이크(콩분말 또는 플레이크는 스타키오스 함량이 총 건조 물질의 2.0 % 미만이고, 슈크로스 함량이 총 건조 물질의 9.0 %를 초과하고, 또한 총 이소플라본 함량이 총 건조 물질의 2000 마이크로그램/그램을 초과함)를 제조하는 단계,
(b) (a)로부터의 재료를 용매와 접촉시켜 우선적으로 식이 섬유를 제거하는 단계,
(c) 원심 분리 또는 데칸터(decanter)에 의해서 (b)로부터 가용성 물질을 수집하는 단계, 및
(d) (c)로부터의 가용성 물질을 콩 단백질 제품의 후속 사용을 가능하게 하는 수분 수준으로 건조하는 단계로 이루어진다. 그 후, 신규 콩 단백질 제품은 우유 또는 육류 기재 식품, 예를 들어, 유아용 배합식품, 영양 음료, 우유 대체 식품, 콩을 증량시킨 볼로냐, 모방 가공 치즈 스프레드, 물-주입 햄, 요구르트 및 냉동 디저트의 제조시에 성분으로서 사용된다.
도 1은 본 발명의 하나의 가능한 실시태양의 일반화된 대표도를 나타낸다. 고함량의 슈크로스, 저함량의 스타키오스 콩 플레이크, 물, 및 가성 알칼리를 단백질 및 당 추출을 위한 교반성 가열 탱크 내에서 혼합하였다. 일단 철저히 교반하고 가열시킨 혼합물을 공급하여 제1 원심 분리시켰다. 액체는 홀딩 탱크로 가고, 농축물은 별도의 탱크 중에서 물과 함께 혼합하여 가열하고 교반시킨다. 혼합된 농축물을 제2 원심 분리시켜 액체는 모으고, 농축물은 섬유 부산물로서 건조된다. 그 후, 혼합된 액체를 열 교환기 내에서 저온살균하고 경제적인 분무 건조를 위한, 충분한 고상물 조성으로 증발시키고 분무 건조 전에 개질시킨다. 분무 건조기 내에서 신규 콩 단백질 제품을 물로부터 분리하여 분말화된 최종 제품을 제공한다.
<생물학적 기탁>
하기 생물학적 물질을 부다페스트 조약에 의해 미국 20852 매릴랜드주 록크빌 파크로운 드라이브 12031 소재의 아메리칸 타입 컬쳐 콜렉션(American Type Culture Collection(ATCC))에 기탁하고, 하기 승인 번호를 얻었다.
명칭 재료 승인 번호 기탁일
DuPont 1 종자 ATXX 1997년 4월 일
DuPont 2 종자 ATXX 1997년 4월 일
본 명세서에서 사용된 용어 "콩 단백질 단리물"은 껍질을 벗긴 콩으로부터 대부분의 비-단백질 화합물을 제거하여 제조된 콩의 주단백질 분획인 생성물을 말하고, 이는 문헌[(1996) Official Publication of the Association of AmericanFeed ControlOfficials, Inc.]에 제시된 바와 같이 건조물 기준으로 단백질을 90 % 이상 함유해야 한다.
본 명세서에서 사용된 용어 "콩 단백질 농축물"은 고품질의 양호한 껍질을 벗긴 깨끗한 콩으로부터 대부분의 오일성 및 수용성 비-단백질 성분을 제거하여 제조된 생성물을 말하고, 이는 문헌[(1996) Official Publication of the Association of American Feed Control Officials, Inc.]에 제시된 바와 같이 건조물 기준으로 단백질을 65 % 이상 함유해야 한다.
"수율"은 최종 콩 단백질 제품의 측정 톤 수로 최종 제품의 제조에 사용된 콩 플레이크 또는 분말의 톤 수로 나눈 값으로 정의된다. 단백질은 문헌[AOAC 988.05 16th edition, 1995]에 의해서 정의된 바와 같이 조단백질 함량을 말한다.
신규 콩 단백질 제품은 우유 또는 육류 기재 식품,예를 들어, 유아용 배합식품, 영양 음료, 우유 대체 식품, 콩을 증량시킨 볼로냐, 모방 가공 치즈 스프레드, 염수-주입 햄, 요구르트 및 냉동 디저트의 제조시 성분으로서 사용된다.
"총 식이 섬유"는 문헌[AOAC 991.43, 16th edition, 1993]에 의해서 정의된 물질을 말한다.
"NSI"는 문헌[American Oil Chemists' Society Method Ac4-41]에 의해서 정의된 바와 같이 질소 용해도 지수를 말한다.
"PDI"는 문헌[American Oil Chemists' Society Method Ba 10-65, 4th edition, 1989]에 의해서 정의된 바와 같이 단백질 분산도 지수를 말한다. 용해도 지수는 문헌[American Public Health Assn., Standard Methods for Examination of Dairy Products, Solubility index test, 15th edition, 1985.]에 정의된 재료를 말한다.
"화이트 플레이크(White flake)"는 껍질 벗겨 탈지하고, 조절된 습열로 처리하고, 약 85 내지 90의 PDI을 갖는 플레이크화된 떡잎(cotyledon)을 말한다. 이 용어는 갈아서, U.S. 표준 스크린(전형적으로는 사이즈 번호 100 또는 200)을 통과시킨, 유사한 PDI을 갖는 분말이라고 말할 수 있다. HPAEC는 고성능 음이온 교환 크로마토그래피를 말한다.
총 가용성 탄수화물 또는 총 가용성 당은 본 발명에서 기재된 HPAEC 방법으로 측정된 스타키오스, 라피노스 및 슈크로스 함량의 합을 말한다. 총 이소플라본 함량은 문헌[Wang and Murphy, J. Agric. Food Chem, 42: 1666-1673]에 기재된 바와 같이, 분자량 차이를 표준화한 다이드제인, 제니스테인 및 글리시테인 이성질체의 합을 말한다. 다이드제인 함량은 문헌[J. Agric. Food Chem, (1994) Volume 42; pp 1666-1673.]에 기재된 바와 같이 다이드제인의 아글리콘, 글루코시드, 아세틸글루코시드, 말로닐글루코시드 이성질체의 합을 말한다. 제니스테인 함량은 문헌[Wang and Murphy, (1994), J. Agric. Food Chem, 42: 1666-1673]에 기재된 바와 같이 제니스테인 아글리콘, 글루코시드, 아세틸글루코시드, 말로닐글루코시드 이성질체의 합을 말한다. 글리시테인 함량은 문헌[Wang and Murphy, J. Agric. FoodChem, 42: 1666-1673]에 기재된 바와 같이, 글리시테인의 아글리콘, 글루코시드, 아세틸글루코시드, 말로닐글루코시드 이성질체의 합을 말한다.
건조 기준은 0 % 수분을 갖는 것을 말한다. 건조 기준 측정법은 문헌[AOAC 16th edition 934.01]에 의해서 정의된 바와 같이, 그들이 일정 중량에 달할 때까지 45 ℃의 오븐에 놓인 물질을 분석함으로써 얻어진다. 지방은 변형된 문헌[AOAC 16th edition 922.06]에 의해서 정의된 바와 같이 산 가수분해 시험을 말한다. 회분은 문헌[AOAC 16th edition 950.49]에 의해서 정의된 바와 같이 회분 시험을 말한다. 아미노산 프로파일은 문헌[Moore and Stein, (1963), Methods in Enzymology, 6:819-822]에 의해서 결정된 바와 같이 특정 아미노산을 말한다. 총 황 함유 아미노산 함량은 문헌[Moore and Stein, (1963), Methods in Enzymology, 6:819-822]에 의해서 측정된 바와 같이 시스테인 및 메티오닌 함량의 합을 말한다.
<총 가용성 탄수화물 분석>
스타키오스, 라피노스 및 슈크로스의 함량을 측정하기 위해서 고성능 음이온 교환 크로마토그래피/펄스 전자화학적 분석법을 사용하였다. 분석 목적으로, 30 내지 50 mg 소정의 시료의 중량을 달아 13 x 100 mm 배양 튜브 중에 넣는다. 튜브를 160 ℃의 오븐 중에서 10분 동안 둔다. 그 후, 튜브를 오븐에서 꺼내어 10 분 이상 동안 냉각시킨다. 냉각시킨 후, 4.0 mL의 탈이온수 및 1.0 mL의 이소옥탄을 튜브에 가하고, 시료를 오르비탈 진탕기 상에서 60 분 동안 혼합하였다. 그 후, 튜브을 진탕기로부터 옮기고, 용매층을 4000 rpm, 20 동안 테이블 탑(table top) 원심분리기의 원심분리 튜브로써 분리하였다. 수층으로부터 100 μL 분량을 오토샘플러 유리병 중에 넣고, 1,150 μL 분량의 물을 유리병에 가하였다. 시료를 30 분 동안 격렬하게 혼합하고, 20 μL의 시료를 디오넥스(Dionex)(등록상표) PA1칼럼을 사용하는 고성능 음이온 교환 크로마토그래피에 의해서 분석하였다. 이동상으로서 150 mM NaOH를 사용하여 실온에서 크로마토그래피를 수행하였다. 유속은 1.3 mL/분이었다. 펄스 전자화학적 검출기를 0.20 초 내지 0.40 초 사이의 인테그레이션으로 T0.00 = 0.05v, T0.20 = 0.05v, T0.40 = 0.05v, T0.41 = 0.75v, T0.60 = 0.75v, T0.61 = -0.15v, T1.00 = -0.15v로 세팅하여 사용하였다.
<사용 평가 시험>
생산된 제품에 대한 본 명세서에서의 평가 방법은 식품 및 육류 제품의 우열을 판정하는데 식품 및 육류 전문 과학자들이 전형적으로 사용하는 7-점 헤도닉(hedonic) 스케일이다. 7-점 스케일은 하기와 같다:
평가 점수 평가 내용
1 매우 싫음
2 적당히 싫음
3 약간 싫음
4 싫지도 좋지도 않음
5 약간 좋은
6 적당히 좋음
7 매우 좋음
식품 및 육류 과학자인 판정원은 적용에 중요한 특정의 제품 특성을 이러한 시스템을 사용하여 측정한다.
본 발명은 단백질 함량이 총 건조 물질의 60 %를 초과하고, 총 식이 섬유 함량이 총 건조 물질의 4 % 미만이며, 슈크로스 함량이 총 건조 물질의 10 %를 초과하고, 총 황-함유 아미노산 함량이 총 아미노산 함량의 2.2 %를 초과하며, 스타키오스 함량이 총 건조 물질의 1.5 % 미만이고, 총 이소플라본 함량이 2500 마이크로그램/그램을 초과하는 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 (a) 콩으로부터 콩분말 또는 플레이크(콩분말 또는 플레이크는 스타키오스 함량이 총 건조 물질의 2.0 % 미만이고, 슈크로스 함량이 총 건조 물질의 9.0 %를 초과하고, 총 이소플라본 함량이 총 건조 물질의 2000 마이크로그램/그램을 초과함)를 제조하는 단계,
(b) (a)로부터의 재료를 용매와 접촉시켜 식이 섬유를 우선적으로 제거하는 단계,
(c) 원심 분리 또는 데칸터에 의해서 (b)로부터 가용성 물질을 수집하는 단계, 및
(d) (c)로부터의 가용성 물질을 콩 단백질 제품의 후속 사용을 가능하게 하는 수분 수준으로 건조하는 단계
로 이루어진 이소플라본-강화 콩 단백질 제품의 제조 방법에 관한 것이다.
바람직한 실시태양에서, 본 발명의 이소플라본-강화 콩 단백질 제품은 총 건조 물질의 0.5 % 미만의 스타키오스 함량 및 총 건조 물질의 12.5 % 초과의 슈크로스 함량을 갖는 콩 분말로부터 제조될 수 있다.
원료로서 이러한(저함량 스타키오스, 고함량 슈크로스) 콩 분말의 이용은 가용성 당을, 폐기물로서 제거하는 대신에 신규 콩 단백질 제품의 일부로서 남아 있게 한다. 이로써 신규 콩 단백질 제품 특정 조성물을 얻고, 콩 향미가 감소된 약간 달콤한 맛과 떫은 맛 또는 쓴맛이 없는 제품을 생성하여, 시판되고 있는 콩 단리물 및 농축물과 비교시 적용 수준을 증가시켜 사용할 수 있게 한다. 본 발명의신규 콩 단백질 제조 방법을 이용함으로써 시판 콩 단백질 단리물 및 농축물 제조의 통상적인 방법과 비교시, 이소플라본 농도가 크게 증가되고 질소 용해도 지수가 개선되며 제조 비용이 감소되고 폐기물 당 스트림이 제거된다. 또한, 이 방법은 시판 콩 단리물과 비교시, 증가된 시스테인 및 메티오닌 농도를 나타내고, 시판 콩 농축물과 비교시, 개선된 구강내 감촉을 나타낸다. 신규 콩 단백질 공장을 위한 부지 선택은 일부 유용한 폐기물 처리 용량에 의존하지 않는다.
<저함량 스타키오스 콩>
임의의 저함량 스타키오스의 콩을 사용하여 본 발명을 실시할 수 있다. 예를 들어, 참고 문헌으로 본 명세서에 삽입되어 있는, 1993년 4월 29일, 국제 공개 번호 WO93/07742하에 간행된 PCT 국제 출원 제PCT/US92/09895(대리인 서류 번호 BB-1034-A), 이와 동시에 본 명세서에 참고 문헌으로 삽입되어 있는, 1997년 4월 에 출원된 USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 기재된 바와 같은 그러한 저함량 스타키오스 콩을 사용할 수 있다.
라피노스 사카라이드는 식물에 널리 분포되어 있는 슈크로스의 D-갈락토스-함유 올리고사카라이드군이다. 라피노스 사카라이드는 화학식 O-α-D-갈락토피라노실-(1→6)n-α-글루코피라노실-(1→2)-β-D-플러토푸라노시드(여기서, n=1 내지 n=4는 각각 라피노스, 스타키오스, 버바스코스 및 아주고스로서 각각 공지되어 있음)을 갖는 것을 특징으로 한다. 본 발명의 관심인 라피노스 사카라이드는 스타키오스이다.
광범위한 라피노스 사카라이드 발생 식물 조사가 과학 문헌[Dey, P. M. InBiochemistry of Storage Carbohydrates in Green Plants, Academic Press, London, (1985) pp 53-129]에 보고되어 있다. 라피노스 사카라이드는 식물계의 비구조적 탄수화물 중, 단지 슈크로스에 이어 두 번째로 풍부한 것으로 생각된다. 사실, 라피노스 사카라이드는 적어도 보다 고등 식물 중 어디서나 존재할 수 있다. 라피노스 사카라이드는 경제적으로 중요한 수많은 농작물의 식용 부위에 상당한 양이 축적되어 있다. 예를 들어, 콩(글리신 맥스 엘. 메릴(Glycine max L. Merrill)), 사탕무우 (베타 불가리스(Beta vulgaris)), 면(고시피움 히르수텀 엘.(Gossypium hirsutum L.)), 카놀라 (브라시카종 (Brassica sp.)) 및 콩 (파세올러스종(Phaseolus sp.)), 이집트콩 (chick pea,사이 아리에티넘(Cicer arietinum)), 광저기(cowpea,비그나 운귀쿨라타(Vigna unguiculata)), 멍 콩(mung bean,비그나 라디아타(Vigna radiata)), 콩 (peas,피숨 사티붐(Pisum sativum)), 렌즈콩 (lentil,렌즈 컬리나리스(Lens culinaris)) 및 루핀(lupine,루피너스종(Lupinus sp.))을 포함하는 모든 주요 식용 콩과류가 있다.
많은 종류에 풍부하지만, 라피노스 사카라이드는 몇몇 경제적으로 중요한 농작물을 효과적으로 이용하는데 있어서 방해물이다. 라피노스 사카라이드는 먼저, 장내 점막에 α-갈락토시다제가 존재하지 않기 때문에 동물이 직접 소화하지 못한다(문헌[Gitzelmann and Auricchio.(1965) Pediatrics 36:231-226; Rutloff er al. (1967) Nahrung 11:39-46]). 그러나, 상기 기록한 바와 같이, 미생물의 하등 소화관에서 라피노스 사카라이드는 쉽게 발효되어 소화관의 산성화 및 이산화탄소, 메탄 및 수소를 생성하게 된다(문헌[Murphy et al. (1972) J. Agr. Food Chem.20:813-817; Cristofaro et al. In Sugars in Nutrition, (1974) Chapter 20, 313-335; Reddy et al (1980) J. Food Science 45:1161-1164]). 이로 인한 헛배부름은 사람을 포함하여 동물 식이로서 콩과 식물의 사용을 엄격하게 제한할 수 있다. 라피노스 사카라이드의 존재가 사람을 포함한 동물 식이로서 콩의 사용을 제한한다는 것은 불리한데, 그 이유는 이러한 종류가 한편으로는 단백질 및 섬유의 우수한 공급원이기 때문이다.
콩 단백질 농축물 및 단리물의 제조자들이 직면한 문제들 중 하나는 라피노스 사카라이드로부터 선택적으로 단백질을 정제하는 것이다. 콩에 존재하는 많은 양의 라피노스 사카라이드의 제거의 결과로서 많은 장치 및 운용 비용이 발생한다.
라피노스 사카라이드와 관련된 문제점 및 비용은 콩 종자의 라피노스 사카라이드 함량의 감소를 부여하는 유전자의 이용을 통하여 제거하거나 감소시킬 수 있다. 유전적으로 라피노스 사카라이드 함량이 감소된 이러한 유전자를 사용하여 콩의 변종을 발달시킬 수 있다. 유전적으로 감소된 라피노스 사카라이드 함량을 갖는 콩의 변종은 유도된 콩 단백질 제품의 영양적 품질을 향상시키고, 라피노스 사카라이드의 제거와 관련된 가공 처리 비용을 감소시킬 것이다. 저함량 라피노스 사카라이드 콩의 변종은 동물 및 사람의 식이에서 종래의 변종보다 더 유용하고, 인류로 하여금 이러한 바람직한 식용 콩의 영양적 품질을 보다 충분히 이용할 수 있게 할 것이다.
USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에는 콩 유전자의 변이 형태 및 콩 종자 및 유래 생성물의 탄수화물 및 파이틴산 조성물을 향상시키는 방법을 기재하고있다. 이러한 유전자의 변이를 확인하고 콩 종자 중의 라피노스 사카라이드 및 파이틴산 함량을 감소시키기 위해 유도된 변이 콩 계열을 사용하는 방법의 예가 USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 교시되어 있다. 또한, 미오-이노시톨-1-포스페이트 신타제가 콩 종자 내 라피노스 사카라이드 함량을 감소시키는 유전자 사일런싱 기술 및 콩 유전자 서열을 사용하는 방법을 교시하고 있다.
USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 기재된 식물로부터 유도된 종자는 통상적인 변종과 비교하여 개선된 가용성 탄수화물 함량을 발현한다. 개선점은 감소된 총 라피노스와 스타키오스 함량의 합으로 나타난다. 이러한 계열의 탄수화물 프로파일은 기타 콩 육종 프로그램에 의해서 제조되거나 사용된 우량 또는 생식질 계열에서 보여진 프로파일과는 매우 다르다.
변이된 콩 집락의 스크리닝 결과, LR33 및 LR28의 2 개 계열을 나타내었고, 이는 라피노스 사카라이드 함량이 낮게 나타났다(LR28은 국제 특허 공개 WO93/07742에 기재되어 있음). LR33의 저함량 라피노스 사카라이드 표현형은 자기-발효에 의해서 생성된 LR33의 3 개의 순차적 발생 분석에 의해서 유전될 수 있다고 입증되었다.
이 계열에 의해 특이 표현형을 생성하는 LR33의 생리학적 결함이 확인되었고, 일련의 높은 수준의 유전 및 생물화학적 연구를 수행함으로써 특징지어졌다. LR33의 결함은 유전적으로 또한 생물화학적으로 그러한 계열의 저함량 스타키오스 표현형을 생성하는 LR28의 돌연변이와는 구별되는 것으로 나타났다. 또한, LR33의 변이는 LR28의 결함보다 더 큰 다면적 영양을 입증한다. LR33 표현형은 라피노스사카라이드 함량을 감소시킬 뿐 아니라 종자 파이틴산, 무기 인산 및 슈크로스 수준의 변화를 초래한다. 또한, 분석 결과, LR33으로부터의 유전자 정보는 단지 자손 콩 계열상에 이러한 특이한 표현형을 부여할 수 있다는 것을 확인하였고, LR33의 변이 유전자 또는 유전자는 다른 변이 콩 계열로부터 유도된 유전자의 표현형 발현을 증가시키는 단순한 변경 유전자는 아니다.
LR33 및 그의 자손에 의해서 입증된 유전적 표현형을 책임지고 있는 특정 생물화학적 결함이 확인되었다. 이는 라피노스 사카라이드의 생합성 연구 및 콩 종자 중의 파이틴산과 유기 인산 수준의 조절에 의해서 달성되었다. 이들 공지된 생합성 경로를 기초로 한 일련의 생합성 연구 및 후속되는 분자 유전적 분석 결과, 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 활성을 변화시켜 미오-이노시톨 1-포스페이트의 합성 능력을 감소시키는 LR33 종자의 결함을 확인하였다.
라피노스 사카라이드의 생합성은 매우 잘 특징지어져 있다(문헌[Dey, P. M. In Biochemistry of Storage Carbohydrates in Green Plants (1985)]참조). 미오-이노시톨 헥사포스페이트 또는 파이틴산 및 라피노스 사카라이드는 그들의 합성에서 공동의 중간체로서 미오-이노시톨을 공유한다(문헌[Ishitani, M et al., The Plant Journal (1996) 9:537-548]).
글루코스 또는 슈크로스 중 하나는 파이틴산의 폴리올 부분, 라피노스 및 스타키오스를 이루는 모든 헥소스, 및 라피노스 신타제 및 스타키오스 신타제에 대한 재순환 갈락토스 공여체의 부분, 미오-이노시톨에 대한 출발 물질일 수 있다. 성숙한 야생형 콩 종자 내에 축적되는 이들 상호전환의 최종 생성물은 질량 우세 순서로, 슈크로스, 스타키오스, 파이틴산 및 라피노스이다.
라피노스 사카라이드 생합성에 관련된 반응은 UDP 갈락토스 및 미오-이노시톨로부터 갈락티놀(O-α-D-갈락토피라노실-(1→1)-미오-이노시톨)의 합성을 포함한다. 이러한 반응을 촉매하는 효소는 갈락티놀 신타제이다. 슈크로스로부터 라피노스 사카라이드계에서 라피노스 및 고도의 동족체의 합성은 갈락토실트랜스퍼라제 라피노스 신타제 및 스타키오스 신타제에 의해서 촉매된다.
이러한 최종 생성물의 비율에 대한 조절은 효소 촉매된 많은 단계에서 전환 속도를 변화시킴으로써 영향을 줄 수 있을 것이다. 이러한 조절은 효소 발현 수준을 변화시키거나 효소 본래 활성을 변화시킴으로서 영향을 줄 수 있다. 변화된 경로로부터 생성되는 최종 생성물의 혼합물은 원래의 최종 생성물 뿐 아니라 약간의 정상적인 중간체가 축적된 신규 생성 혼합물의 새로운 비율로 이루어질 수 있다. 정확한 혼합물 및 조성물은 활성이 변화된 효소 및 그의 변화도에 의존할 것이다.
6 개의 효소, 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제, 미오-이노시톨 1-포스파타제, UDP-글루코스-4'-에피머라제, 갈락티놀 신타제, 라피노스 신타제 및 스타키오스 신타제는 슈크로스 함량을 감소시키지 않으면서 라피노스 또는 스타키오스 합성을 감소시키기 위해서 활성이 감소될 수 있다. 이들 6 개 효소 중, 라피노스 및 스타키오스 합성에 특이적인 3 개의 효소는 파이틴산 함량의 감소없이 활성이 감소될 수 있다. 단지, 미오-이노시톨, 1-포스페이트 신타제는 3 개 모두의 최종 생성물의 합성에 관련하고 있는 것으로 보이고, 따라서 그의 활성이 감소될 경우 3 개 모두의 최종 생성물의 양이 동시에 변할 수 있다.
콩 종자 세포 내 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 활성을 감소시킴으로써, 콩 종자 내 라피노스 사카라이드 및 파이틴산 함량을 감소시키고 슈크로스 및 무기 포스페이트 함량을 동시에 증가시키는 능력을 USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 교시하고 있다. 이러한 효소의 돌연변이 형태의 일반 및 발견(효소를 코딩하는 뉴클레오티드 서열에서의 점 돌연변이는 세포간 효소 활성을 저하시키는 아미노산 치환을 일으킴)이 USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 기재되고 있다. 미오-이노시톨, 1-포스페이트 신타제를 위한 코딩 영역 범위 내 다른 돌연변이가 효소 활성을 감소시켜 이러한 종자 표현형을 나타내는 것이 당업자에게 잘 알려져 있다. 이종 유전자 발현 및 시험관내 돌연 변이 유발의 널리 공지된 기술을 사용하고 본 명세서에 기재된 다양한 효소 분석을 수행하여, 당업자는 부적절한 실험없이 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 코딩 영역 범위 내 다른 돌연변이를 확인할 수 있었고 효소 활성을 감소시킬 수 있었다. 이렇게 변이된 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 유전자는 이 후에 콩의 게놈 중에 도입되어(미국 특허 제5,501,967호 참조) 이러한 표현형을 나타내는 새로운 콩 변종을 생산할 수 있었다.
대안으로, 비전자 억제 기술(미국 특허 제5,107,065호) 및 공동 억제(미국 특허 제5,231,020호)와 같은 유전자 사일런싱 기술을 사용하여 콩 종자 세포 중의 세포간 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 활성을 감소시킬 수 있다. 야생형 콩 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 효소를 코딩하는 유전자 서열이 USSN (대리인 서류 번호 BB-1077)에 기재되어 있다. 숙련된 전문가는 콩 종자 내 미오-이노시톨 1-포스페이트 신타제 활성을 감소시키는 야생형의 서열 전부 또는 일부, 또는 본질적으로 유사한 서열로 이루어지는 키메라 유전자의 제조 방법 및 사용 방법을 쉽게 이해할 것이다.
본 발명을 수행하기 위해서 사용될 수 있는 저함량 스타키오스 콩의 또다른 예가 PCT 국제 공개 제WO93/07742에 기재되어 있다. 하기 용어는 WO93/07742의 주제를 이루는 콩을 논의하는 데에 사용될 것이다.
"Stcl 부위"는 콩 종자 내 라피노스 사카라이드 함량에 영향을 주는 콩 내의 유전자 위치를 말한다. "Stcl"(대문자 "S"로)라는 용어는 정상 라피노스 사카라이드 함량을 부여하는 야생형 대립 유전자를 말한다. "stcla" 및 "stclb"(소문자 "s"로)라는 용어는 별도의 2 개 타입으로 낮은 라피노스 사카라이드 함량을 부여하는 Stcl 부위의 대립 콩 유전자를 말한다. "stclx"(소문자 "s"로)라는 용어는 낮은 총 라피노스 사카라이드 표현형을 부여하는 임의의 대립 유전자(stcla, stclb 및 다른 가능한 대립 유전자를 포함함)를 말하는 일반적인 용어이다. "PI" 및 "식물 도입"은 미국 농업부에서 수집하여 유지되고 있는 수많은 콩 생식세포질 계열 중 하나를 말한다. "LR28"("PI 200.508"의 약어)는 본 발명자에 의해서 발견된 stcla 유전자의 공급원이었던 콩 계열을 명명한 것이다. "LR484"는 우량종 "윌리암(William) 82"를 돌연변이 유발시켜 유도된 콩 계열을 명명한 것이다. LR484는 "stclb" 유전자의 공급원이다. "stcla를 포함하는 계열"의 구절 또는 "stcla 계열"은 계열의 계통 및 비정상적으로 낮은 라피노스 사카라이드 함량에 의해서 증명된 바와 같이, stcla에 대하여 동형접합임을 나타낸다. "stclb를 포함하는 계열"의 구절 또는 "stclb 계열"은 계열의 계통 및 비정상적으로 낮은 라피노스 사카라이드 함량에 의해서 증명된 바와 같이, stclb에 대하여 동형접합임을 나타낸다. "stclx를 포함하는 계열"의 구절 또는 "stclx 계열"은 계열의 계통 및 비정상적으로 낮은 라피노스 사카라이드 함량에 의해서 증명된 바와 같이, stclx에 대하여 동형접합임을 나타낸다. "통상적인 콩 계열"은 stclx 대립 유전자를 함유하지 않은 계열을 말한다.
WO93/07742에서 기재된 식물의 종자는 시판용 변종과 비교해서 개선된 가용성 탄수화물 함량을 말한다. 개선점은 총 라피노스 사카라이드 함량이 감소된 것이다. 이러한 계열의 탄수화물 프로파일은 다른 콩 육종 프로그램에 의해서 거기에 사용되거나 제조되는 우량 계열 또는 생식세포질 계열에서 나타나는 프로파일과 매우 다르다.
WO93/07742에 기재된 신규 콩 유전자를 제조하는 별도의 3 가지 방법을 교시하고 있다. 제1 접근법은 저함량의 라피노스 사카라이드를 부여하는 유전자 공급원을 위한 현존 콩 생식세포질 수집물의 철저한 스크리닝을 포함한다. 이러한 생식세포질 스크린은 성공적이어서 다른 발명자에 의한 이전의 시도가 실패였음에도 불구하고 라피노스 사카라이드가 크게 감소시키는 생식세포질을 선택하고 확인할 수 있었다. 제2의 접근법은 제1의 성공적인 시도에서 저함량의 라피노스 사카라이드를 부여하는 돌연변이를 유도하도록 하는 것이다. 이러한 처음 2 개의 접근법으로 이전에 보고되었던 임의의 계열보다 우수한 콩 계열(감소된 라피노스 사카라이드 함량의 측면에서)을 발달시키는데 사용될 수 있는 주요 stclx 유전자를 발견하게 되었다. 제3의 접근법은 stclx 계열과 함께 생식세포질 계열이 교차하여 궁극적으로 stclx 유전자의 발현을 증가시키는 변경 유전자의 발견을 이루는 시스템이었다. stclx가 배합된 이러한 변경 유전자는 라피노스 사카라이드 함량을 변형되지 않은 stclx 계열의 라피노스 사카라이드 함량 미만으로 감소시킨다.
생식세포질 수집물로부터 약 14,000 계열을 스크리닝한 후, 콩 유전자 stcla를 LR28 계열에서 발견하였고, 이것은 재생가능하게 낮은 총 라피노스 사카라이드 함량을 부여하는 것으로 나타났다. 그의 값을 변화된 탄수화물 함량의 공급원으로서 확인하기 위해서 LR28의 종자 조성물을, 콩의 라피노스 사카라이드 함량을 개선하기 위한 유전적 잠재력을 갖는 것으로서 문헌에 보고되었던 많은 다른 PI 및 우량 계열의 종자 조성물과 비교하였다. 확인 분석의 조건 하의 이러한 분석 결과, LR28은 임의의 현재 공지된 생식세포질 공급원과 비교하여 실질적으로 감소된 라피노스 사카라이드 함량을 나타내었다. 유전 연구 결과, LR28은 저함량의 라피노스 사카라이드 특성을 부여하는 동시우성(codominant) 유전자(stcla로 명명)에 대한 하나의 열성 유전자를 포함한다. 높은 단백질 함량의 stcla와는 독립적으로 격리되어 있고, 이러한 고함량의 단백질은 통상적인 육종 기술에 의해 저함량의 라피노스 사카라이드와 재배합되어 양쪽 모두의 특성을 갖는 계열을 생산할 수 있다.
제2의 접근법, 돌연변이 유발은 stcla에 의해 부여된 것과 유사한 저함량 라피노스 사카라이드 표현형을 부여하는 돌연변이 유전자 stclb를 생성하게 한다. 유전적 연구 결과, stclb는 stcla에 대립유전적임을 나타내었다. 결과적으로, stclb는 stcla에 의해 부여되는 낮은 라피노스 사카라이드 함량 특성의 또하나의공급원으로서 사용될 수 있다고 추측된다. stcla에서와 같이, stclb는 임의의 다른 유전적 종자 특성 또는 중요한 농업상 특성과 재결합될 것으로 예상된다. stclb 돌연변이는 우량 변종의 유전적 배경 범위 내에서 유도되었으므로, stclb를 바람직한 농업상 수행능과 재결합시키는데 최소 육종 노력이 요구될 것으로 추측된다.
주요 stclx 유전자의 유전성을 확인하는 동안, 라피노스 사카라이드 함량을 추가로 감소시키기 위하여 stclx를 보충하는 변경 유전자를 발견하였다. 국제 특허 출원 WO93/07742에는 콩 종자의 고유한 라피노스 사카라이드 함량을 97 % 이하로 감소시키는데 사용될 수 있는 변경 유전자의 예를 보여주는 프로토콜을 기재하고 있다.
국제 특허 출원 WO93/07742에 기재된 저함량의 라피노스 사카라이드 생식세포질을 다른 바람직한 특성을 함유하는 생식세포질 공급원과 교차시킬 경우, 생성되는 자손의 분획은 다른 상기 생식세포질 공급원으로부터의 바람직한 특성과 함께 저함량의 라피노스 사카라이드를 유전할 것으로 추측된다. 낮은 라피노스 사카라이드 함량과 배합될 바람직한 종자 특성은 고함량의 단백질, 고함량의 메티오닌, 고함량의 라이신, 고함량의 올레산, 고함량의 스테아르산, 저함량의 팔미트산, 저함량의 리놀레산, 저함량의 리놀렌산, 리폭시제나제 없음(null) 및 트립신 억제제 없음이며, 이에 제한되지 않는다. 또한, stclx가 우량 계열을 발달시키기 위하여 임의의 농업상 중요한 특성과 결합될 것으로 예상된다. 이러한 농업상 특성의 예로는 발아 활성, 묘목 활성, 발육 활성, 질병 저항성, 해충 저항성, 제초제 저항성, 가뭄 저항성, 로징(lodging) 저항성 및 종자 고수율이 있으며, 이에 제한되지 않는다.
<신규 콩 단백질 제품의 제조>
낮은 타키오스 함량의 콩을 탈지시키는 바람직한 방법은 헥산 추출을 이용하는 식품-등급 크러슁(crushing) 공정이다. 저함량 스타키오스, 고함량 슈크로스 콩을 일련의 스크리닝 및 공기 분류 공정으로 선발하고, 후속해서 껍질을 느슨하게 하기 위해서 크랙킹(cracking) 롤에 공급한다. 또다른 일련의 스크리닝 및 공기 분류 단계를 수행함으로써, 남아있는 견과핵(nutmeat)이 바람직하게는 조 섬유 4 % 미만을 함유하도록 껍질을 제거한다. 견과핵을 콘디션닝한 후, 플레이킹(flaking) 롤로 견과핵을 0.25 내지 0.60 mm의 두께의 플레이크로 크러슁한다. 이러한 플레이크를 역류 헥산 반응기에 공급하여 콩 오일을 추출한다. 콩 오일을 콩 플레이크로부터 추출하고, 미셀라(miscella)로 공지된 오일/헥산 혼합물을 제거한다. 잔류 용매를 제거하기 위해서, 탈지 콩 플레이크를 저온 플래쉬 탈용매성 용매 제거 및 회수 시스템 내의 진공 하에서 가열함으로써 최종 PDI가 약 90 %지만 최초 콩의 PDI보다 최대 8 % 더 낮다. 이러한 껍질이 벗겨진 탈지콩은 0.1 % 미만의 잔류 헥산 함량, 1 % 미만의 잔류 오일 함량, 4 % 미만의 조섬유 함량, 8 % 미만의 수분 수준을 갖는다.
대안으로, 당업자에게 널리 공지된 다른 통상적으로 이용가능한 방법 및 공정 기술을 사용하여 탈지 콩 플레이크를 제조할 수 있다. 그러나, 그러한 방법 및 기술은 허용가능한 원료 전환 및 신규 콩 단백질 제품 관능성을 위하여 60 %를 넘는 PDI 및 5 % 미만의 잔류 오일 함량을 갖는 탈지 플레이크를 생성해야 한다.
상기 기재된 바람직한 방법으로 저함량의 스타키오스 콩으로부터 생산된 탈지 콩 플레이크를 수성 추출 및 분리법에 의해서 추가 가공하여 신규 콩 단백질 제품을 제조한다. 바람직한 방법으로, 그러한 탈지 플레이크의 하나의 일부를 88 ℃에서 마시기에 알맞은 물 10 부와 혼합한다. 혼합물을 6 분 초과 10 분 미만 동안 88 ℃에서 유지한 후, 혼합물의 온도 40 내지 45 ℃로 조정되도록 10 ℃의 물 5 부에 가하였다. 이러한 가열 공정은 탈지콩 플레이크 내 존재하는 천연 효소를 변성시킨다. 혼합물의 pH는 수산화칼슘으로 8.0으로 조정하고, 단백질을 추출하기 위해서 혼합물을 20 분 동안 교반하면서 유지한다. 단백질을 물 중에 용해시키면서 가용성 탄수화물을 추출한다. 그 후, 추출 혼합물을 연속 수평 경사 원심분리기에 공급하여 가용성 및 불용성 분획을 분리한다. 원심분리기는 그러한 속도 및 백드라이브 세팅에서, 주로 가용성 탄수화물 및 용해된 단백질을 함유하는 액체 분획 용출물은 2 부피% 미만의 불용성 물질을 포함하고, 불용성 분획은 18 중량% 초과의 고성물 함량을 갖는다. 방출된 액체 분획은 저장 탱크 내에 모여진 신규 단백질 제품의 희석 용액(약 5 중량%)을 포함한다. 불용성 분획 배출물은 45 ℃의 5.25 부의 물을 가함으로써 재추출하고, 이 혼합물을 제2의 수평 경사 원심분리기에 공급함한다. 액체 배출물은 3 부피% 미만의 불용성 물질을 함유하고, 불용성 배출물이 20 부피% 초과의 고상물 함량을 갖도록 원심분리기를 작동시킨다. 제2 원심분리기로부터의 액체 배출물을 제1 원심분리기로부터 모인 액체 배출물과 합해진다. 이러한 합한 배출물은 신규 콩 단백질 제품을 약 4 % 농도로 함유하고, 탈지 플레이크가 80 중량%의 수율을 나타낸다. 제2 분리로부터의 불용성 배출물은 대부분 섬유를 함유하며, 이는 이러한 공정의 부산물로 남는다.
대안으로, 본 발명의 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품의 허용가능한 형태는 상기 조건에 대한 하기 변형법으로 제조할 수 있다: (1) 초기 88 ℃ 가열 단계의 제거; (2) 제1 추출을 위하여 탈지 플레이크 1 부 당 물 10 내지 20 부의 물 비율의 사용; (3) 25 내지 60 ℃의 추출 물 온도의 사용; (4) pH를 조정하기 위하여 수산화나트륨, 수산화칼륨, 수산화암모늄 또는 유사한 알칼리 사용; (5) 탈지 플레이크의 추출을 위한 알칼리의 제거; (6) 플레이크의 제2 추출 단계 제거; (7) Sharples P-3400, P-5000, P-5400 또는 P-7600, Westphalia CA-505 또는 515, Delaval NX-218 또는 418과 같은 불용성 분리를 위한 수평 경사 원심분리기, Bird 또는 유사한 데칸터(decanter)의 선택; 또는 (8) 그러한 분리를 수행할 수 있는 원반 또는 다른 유형의 원심분리기 장치의 사용.
신규 콩 단백질 제품을 최종 분말 제품으로 가공하고 건조시키는 바람직한 방법은 경제적으로 건조시키기 위하여 제품의 농축, 제품의 균질화 및 저온 살균, 및 분무 건조로 이루어진다. 약 4 % 고상물의 신규 콩 단백질 농축물 수용액을 필요하다면, 격렬한 교반 하에 희석 염산 용액을 가함으로써 pH 7.1 내지 7.3으로 중화시키고, 열적 증기 재압축하고 트리 이펙트 폴링(three effect falling) 필름 증발기 내에서 증발시킴으로써 농축시킨다. 연속적인 증발 공정 동안, 증발기는 제품 온도를 75 ℃ 이하로 항상 유지하면서 작동된다. 증발기는 방출 고상물을 12 %로 유지하도록 작동된다. 그 후, 제품을 165/30 bar의 2 단계 균질화기에서 균질화시키고, 140 ℃에서 15 내지 20 초간 저온 살균한다. 제품을 150 내지 200 bar 펌프 압력에서 톨(tall) 형태 실린더 분무 건조기, 고압 분무기로 분무 건조시킨다. 입구 온도는 200 내지 260 ℃에서 유지하고, 출구 온도는 4 % 수분이 되도록 일정하게 조절한다. 재료처리량은 펌프 압력과 함께 변하며 배기 공기 스트림은 15 % 미만의 상대 습도를 갖는다.
<제품 수율 및 제조 비용>
신규 이소플라본-강화 콩 단백질, 시판용 농축물 및 시판용 콩 단리물 모두는 원료로서 탈지 콩 플레이크 또는 분말을 사용하여 제조된다. 그러나, 본 명세서에서 확인된 바와 같은 특이한 방식으로 가공된 저함량 스타키오스, 고함량 슈크로스 분말의 특이한 당 조성물은 시판용 콩 농축물 및 단리물의 가공과 비교할 때, 특이한 방식으로 신규 콩 단백질을 제조할 수 있게 한다. 당을 모두 가공 처리하여 통상적인 콩 농축물 및 단리물을 제조하고, 이를 폐기 생성물로서 제거하여 통상적인 고비용의 폐기물 처리 공정으로 처리하거나 농축시켜 다시 가축 등급 콩 밀에 가해진다. 표 1은 대표적인 제품의 조성 비교, 이러한 제품의 제조에서의 일반적인 부산물 및 폐기물 처리, 제품 수율, 및 시판 농축물("com'l 농축물")과 시판 단리물("com'l 농축물")을 제조하는데 있어서 신규의 것과 비교하여 비용 증가를 나타낸다.
제품 조성의 비교, 부산물 및 폐기물 처리, 수율, 및 비용 인자: 신규 단백질 대 시판 농축물 및 단리물a
제품 조성 (%) 신규 단백질 시판 농축물 시판 단리물
단백질 64 70 86
식이 섬유 4 24 6
가용성 당 18 1 1
회분 9 4 5
부산물 처리 섬유 무 섬유
폐기물 처리 무 슈가 슈가
제품 수율 80 % 65 % 40 %
부산물 수율 20 % 무 20 %
원료 비용 375 462 600
부산물 크레디트(credit) 37.5 무 75
순 원료 비용 337.5 462 525
신규 단백질과비교하여 증가된 원료 비용 --- 124.5 187.5
폐기 당 처리 비용 --- 90 90
신규 단백질과비교하여 증가된 총 비용 --- 214.5 277.5
a달리 지시가 없으면, 모든 제품 비용은 $/최종 제품의 톤 수로서 표현된다. 플레이크/분말 비용은 300$/톤 수이다. 섬유 부산물의 값은 150$/톤 수이다.
<신규 콩 단백질 제품의 특성>
상기 바람직한 방법에 의해서 제조된 신규 콩 단백질 제품의 조성을 표 2 및 3에 나타낸다. 비교를 목적으로 시판용 콩 단백질 농축물 및 단리물의 조성을 표 2 및 3에 나타낸다. 신규 콩 단백질 제품 및 시판용 콩 단백질 농축물 및 단리물의 이소플라본 함량의 비교를 표 3에 나타낸다.
콩 단백질 제품의 조성a
유형 스타키오스 라피노스 슈크로스 총 가용성 CHO 단백질 총 식이 섬유
신규 단백질 0.1-0.4 0.2 12.0-21.0 17.0-22.0 61.0-66.0 2.0
시판 농축물 0.2 0.0 0.3 0.8 74.0 24.0
시판 단리물 0.3 0.0 0.5 0.8 90.6 5.7
a모든 측정은 건조물%이다.
콩 단백질 제품의 이소플라본 분석a
유형 다이드제인 제니스테인 글리시테인 총
신규 단백질 1150-1725 1300-1775 225-300 2800-3800
시판 농축물 35-45 60-68 0-10 95-125
시판 단리물 550-750 800-900 125-150 1500-1600
a모든 측정은 ㎍/g이다.
신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품은 유화된 육류, 가공된 육류, 염수 주입된 완전 근육 육류, 열가공된 식품, 유아용 배합식품, 냉동 디저트, 우유 대체 식품, 요구르트 및 영양 음료의 제조에서의 용도를 위한 우수한 제품이다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 우유 또는 분유 대체품의 제조에 사용될 경우, 제품 조성물 내 성분으로서 건조 중량 기준으로 20 내지 60 %의 조성 백분율로 존재해야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 액상 또는 분말 콩-기재 유아용 배합식품의 제조에 사용될 경우, 조성물 내 성분으로서 건조 중량 기준으로 7 내지 21 %의 조성 백분율로 존재해야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 콩-기재 영양 음료 분말 또는 음료액의 제조에 사용될 경우, 제품 조성물 내 성분으로서 건조 중량 기준으로 10 내지 100 %의 조성 백분율로 존재해야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 모방 가공 치즈 스프레드의 제조에 사용될 경우, 스프레드 조성물 내 성분으로서 조성물 내 사용되는 단백질의 10 내지 50 %가 존재해야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 물-주입 컴비네이션햄의 제조에 사용될 경우, 컴비네이션햄 조성물의 성분으로서 물 주입 전 햄의 생중량의 2.5 내지 10 %의 백분율로 존재해야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 콩을 증량시킨 볼로냐의 제조에 사용될 경우, 조성물 내 성분으로서 2 내지 6 % 조성 백분율로 사용되어야 한다. 본 발명의 콩 단백질 제품이 콩을 증량시킨 요구르트 제품의 제조에 사용될 경우, 조성물 내 성분으로서 건조 중량 기준으로 20 내지 60 %의 조성 백분율로 존재해야 한다. 본 발명의 콩-기재 냉동 디저트에 사용될 경우, 조성물 내 성분으로서 5 내지 20 % 조성 백분율로 존재해야 한다.
표 4에서 나타낸 바와 같이, 본 발명의 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품을 시판용 콩 단백질 농축물 및 단리물에서 나타난 것에 필적하거나 또는 보다 우수한 관능성을 나타낸다.
인스턴트 콩 단백질 제품, 시판용 콩 단백질 농축물 및 시판용 콩 단백질 단리물의 기능성 비교
신규 시판 농축물 시판 단리물
향미 달콤함: 약간 알맹이 짭짤함; 떫은 맛 약간 짭잘함; 쓴맛
고상물 지수 0.3 26 3.5
NSI 91 % 46 % 68 %
이러한 방법에 의해서 제조된 신규 콩 단백질 제품은 유화된 육류, 가공된 육류, 열가공된 식품 및 영양 음료를 위한 우수한 제품이다. 신규 콩 단백질 제품은 시판용 콩 단백질 농축물 및 단리물에서 나타난 것에 필적하거나 또는 보다 우수한 기능성을 나타낸다.
<신규 콩 단백질 제품의 또다른 가공 방법>
특정 적용에 성공적으로 사용하기 위하여, 신규 콩 단백질 제품의 특정 물리적 또는 화학적 특성을 변화시키기는 가공 및 건조의 또다른 방법이 당업자에 의해서 수행될 수 있다. 예를 들어, 증발 과정 전에 조절된 효소적 가수분해(파파인, 브로멜리안, 뉴트라제, 알칼라제 또는 기타 적당한 프로테아제를 사용함)를 수행함으로써 또다른 제품을 제조할 수 있다. 또한, 그러한 공정 결과 젤화능을 감소시키지만, 약간의 그레이니(grainy) 향미 개선, 제품 점도 감소, 제품 부피 밀도 증가, 분말 분산성 향상, 분말 분자의 크기 증가, 제품의 건조 비용 감소, 유화 능력 증가, 제품 용해도 향상, 평균 분자량 감소 및 제품을 보다 백색으로 제조할 수 있다. 가수분해도에 의해서 세분화될 수 있는 이러한 형태의 신규 콩 단백질 제품은 유아용 배합식품, 건강 식품 및 영양 음료를 위한 우수한 종류의 제품을 제조할 것이다.
또다른 대안의 제품은 증발 전 효소적으로 변형된 신규 콩 단백질 농축물과 함께 유단백질을 동시-가공하여, 이를 우유 대체 식품 및 영양 음료에 이용되는 유단백질과 유사한 우수한 향미, 용해도 및 기타 물리적 특성을 갖는 동시-건조 제품을 제조할 수 있다.
보다 높은 단백질을 함유하는 대안의 제품을 상기 기재된 바람직한 가공 및 건조 방법으로 증발 단계 바로 직전에 한외여과 단계를 삽입함으로써 제조할 수 있다. 이러한 한외 여과의 바람직한 방법에서, 보유물 내에 단백질을 보유하고 있는 동안 40,000 달톤 컷오프의 폴리술폰 멤브레인을 사용하여, 한외여과 투과물 내에 용해된 무기질 및 당을 선택적으로 제거하고, 따라서 신규의 단백질 제품의 단백질 농를 증가시킨다. 제거된 투과물의 양은 신규 콩 단백질 제품의 최종 단백질 순도를 결정할 것이다. 예를 들어, 한외여과를 통하여 삼투물 부피의 반을 제거하면, 최종 제품의 단백질 함량은 1/3정도 증가할 것이다. 달리, 성공적인 제품을 제조하기 위해서 멤브레인 구조 및 다른 분자량 컷오프의 다른 재료와 같은 한외여과의 형태를 사용할 수 있다. 한외여과 및(또는) 투석의 이러한 방법에 의하여 단백질 함량을 증가시켜 콩 단백질 단리물을 제조할 수 있지만, 비용의 측면에서도 유리하게 신규 콩 단백질 제품을 제공할 수 있다.
<시판용 콩 단백질 제품과 신규 단백질 제품의 비교>
하기 논의한 바와 같이, 다양한 저함량 스타키오스, 고함량 슈크로스 콩을 상기 논의한 바람직하거나 대안의 방법으로 가공하여 전통적인 콩 단백질 농축물 또는 단리물 이상으로 몇몇 장점을 갖는 신규 콩 단백질 제품을 제조할 수 있다. 천연 감도, 고농도의 이소플라본, 및 전통적인 콩 향미의 제거에 있어서 제품의 장점은 전통적인 시판 콩 단백질 농축물 및 콩 단백질 단리물이 현재 사용되는 모든 적용 분야에서 유리할 것이다.
본 발명의 이소플라본-강화 콩 단백질 제품의 장점은 시판용 콩 단백질 단리물과 비교하여 1) 천연 감도; 2) 175 내지 250 % 증가된 혼합 이소플라본 농도; 3) 전통적인 콩 향미를 상당한 제거함으로써 개선된 제품 향미; 4) 원료 전환의 100 % 증가; 5) 제품 제조의 비용에 있어서 최소 $277.5/측정 톤 감소; 6) 가공 폐기물보다 오히려 제품의 일부로서 탄수화물의 보유; 및 7) 생산 시설의 위치가 유용한 폐기물 처리 용량에 의존하지 않는다는 것이다.
신규 콩 단백질 제품의 장점은 시판용 콩 단백질 농축물과 비교하여 1) 천연 감도; 2) 2700 내지 3800 % 증가된 혼합된 이소플라본 농도; 3) 전통적인 콩 향미를 제거함으로써 개선된 제품 향미; 4) 제품 용해도 100 % 증가; 5) 신규 제품을 음료, 건강 식품 및 유아용 배합식품 분야에 사용할 수 있고; 6) 원료 전환의 15 % 증가; 7) 제품 제조 비용에 있어서 최소 $214.5/측정 톤 감소; 및 8) 가공 폐기물보다 오히려 제품의 일부로서 탄수화물의 보유한다는 것이다.
또한, 본 발명은 달리 지시하지 않는 한, 본 명세서에서 모든 부 및 백분율은 건조 중량으로 정의되고, 도는 섭씨이다. 상기 논의로부터 본 발명의 바람직한 실시태양이 나타내는 것은 단지 설명하기 위한 것으로 이해되어야 한다. 상기 논의 및 하기 실시예로부터, 당업자는 본 발명의 범위와 취지에서 벗어나지 않고 다양한 용도 및 조건에 본 발명을 적용하여 본 발명을 다양하게 변화시키고 변형시킬 수 있다.
<신규 콩 단백질 제품의 제조>
이 실시예는 유니버시티 오브 미네소타 푸드 사이언스 파일롯 플랜트에서 제조된 본 발명의 구체적인 실시태양을 설명한다. 2 개 변종의 고함량 슈크로스, 저함량 스타키오스의 탈지 콩 플레이크는 탈지 콩 플레이크 제품을 조절하여 이루어졌다. 동일한 공정을 사용하여 3 개 변종의 콩 플레이크를 위한 신규 콩 단백질 제품을 제조하고 신규 이소플라본-강화 콩 단백질 제품은 이후에 DUPONT 1(A232QT), DUPONT 2(4GxE117) 및 CONTROL로 표지하였다. 콩 플레이크 11.3 kg, 물 113.4 kg, 및 30 % NaOH 210 ml을 탱크 내에 투입하고 55 ℃로 가열시킨 후, 30 분 동안 교반하였다. 그 후, 혼합물을 4 bar의 압력, 7 분의 셔터(shutter) 시간 및 한 번의 충분한 주사(shot) 내지 4 회 분할 주사, 분 당 2 L 속도로 Westphalia SB-7 Self Desludging Disk Centrifuge에 펌핑하였다. 이러한 추출로부터의 농축물을 5 내지 7 ℃의 홀딩 탱크로 펌핑시키고 슬러지는 별도의 탱크 내에 모았다. 슬러지를 52 ℃의 물 68 kg과 혼합하여 30 분 동안 교반하였다. 그 후, 슬러지와물을 동일한 셋팅에서 동일한 원심분리기로 펌핑하고 재-분리하였다. 이 공정으로부터의 농축물을 5 내지 7 ℃에서 상기 공정으로부터의 농축물와 혼합하였다.
최종 분말 제품을 얻기 위해서 농축물을 하기 조건에 따라서 저온 살균, 증발, 및 분무 건조시켰다. 농축 용액을 APV Junier S/S 고온/단시간 저온 살균기로 펌핑하고, 93 ℃에서 20 초 동안 저온 살균하고 57 ℃로 순간 냉각시켰다. 슬러지를 74 ℃에서 C.E. Rogers Single Effect Rising Film Evaporator로 12 % 고상물로 증발시켰다. 입구 온도 200 ℃ 및 출구 온도 90 내지 100 ℃를 갖는 원심분리적 회전 분무 작용을 수행하는 Niro Utility Dryer로 용액을 최종 분말 제품으로 건조시켰다.
표 5의 물질 발란스 데이터는 총 제품들로부터 얻었으며, 공정을 수행하여 DUPONT 1, DUPONT 2 및 CONTROL을 제조하였다. 3 개의 변종에 대한 전체적인 수율은 약 80 %였다. 콩 단백질 단리물 및 농축물의 통상적인 실시예로 수행된 총 제품의 가공으로부터 제조된 제품은 시험 프로토콜 섹션에서 특정화된 공정을 사용하여 조성물을 분석하였다.
실시예 1에 대한 물질 발란스
신규 콩 단백질 제품 단백질 회수율 % 전체 수율 %
DUPONT 1 94.7 81.4
DUPONT 2 86.6 77.7
CONTROL 92.5 80.1
신규 제품에 대한 화학 분석을 시판 단리물 및 농축물과 비교하여 표 6에 나나내었다. DUPONT 1, DUPONT 2 및 CONTROL 신규 콩 단백질 제품은 시판 단리물 및 농축물과 비교하여 독특한 조성을 갖는다. 시판 단리물과 비교할 경우, 신규농축물은 보다 높은 회분 농도와 함께 보다 낮은 단백질 및 섬유를 갖는 것으로 분석되었다. 시판 농축물과 비교할 경우, 신규 농축물은 보다 높은 회분 농도와 함께 보다 낮은 섬유 및 단백질을 갖는 것으로 분석되었다. 신규 농축물의 질소 용해도 지수는 시판 단리물 또는 농축물 중 어느 하나보다도 상당히 더 크다. 3 개의 모든 신규 농축물의 총 이소플라본 수준은 시판 단리물의 1.79 내지 2.42 배 수준 및 시판 농축물의 28 내지 38 배 수준이었다.
실시예 1에 대한 화학 분석
분석 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 시판 단리물 시판 농축물
단백질%, DMB 66.23 60.93 61.78 90.58 73.96
식이 섬유, % 2.1 2.0 2.4 5.7 24.0
회분, % 8.18 8.69 8.36 4.57 4.66
지방, % 3.10 2.82 2.80 4.20 0.88
질소 용해도 지수 91.3 90.9 97.4 67.6 45.8
수분, % 3.44 3.06 3.37 4.73 5.16
다이드제인, PPM 1248 1719 1170 543 35
제니스테인, PPM 1341 1772 1645 906 63
글리시테인, PPM 237 298 243 117 0
총 이소플라본 PPM 2826 3789 3058 1565 97
3 개의 신규 제품에 대한 탄수화물 분석을 시판 단리물 및 농축물과 비교하여 표 7에 나타내었다. 신규 콩 단백질의 총 당은 시판 단리물 및 농축물과 비교했을 때 신규 제품이 상당힌 더 높았다. CONTROL 시료는 헛배부름을 일으킬 수 있는 훨씬 더 많은 스타키오스 농도를 가지고, 제품 향미가 문제를 일으킬 수 있으며, 이것이 바람직하지 못한 식품 성분이 되었다. 2 개의 DUPONT 신규 제품에 대한 스타키오스 및 라피노스 농도는 시판 단리물 및 농축물과 거의 동일하였지만, 그러나 슈크로스 농도가 신규 DUPONT 시료에서 크게 증가되어 단맛이 나고 콩 향미가 덜 했다.
실시예 1에 대한 탄수화물 분석a
분석 DU-PONT1 DU-PONT2 CONTROL 시판 단리물 시판 농축물
스타키오스 0.4 0.1 7.0 0.3 0.2
라피노스 0.2 0.2 1.0 0.0 0.0
슈크로스 12.3 21.0 11.5 0.5 0.3
총 당 12.9 21.3 19.5 0.8 0.5
a모든 측정은 건조물%이다.
신규 제품에 대한 아미노산 조성물을 시판 단리물 및 농축물과 비교하여 표 8에 나타내었다. DUPONT, CONCENTRATE 및 CONTROL 제품에서 황 함유 아미노산 시스테인 및 메티오닌이 시판용 단리물과 비교하여 20 % 증가하였음이 매우 중요하다.
실시예 1에 대한 아미노산 분석a
아미노산 DU-PONT1 DU-PONT2 CONTROL 시판 단리물 시판 농축물
시스테인 1.16 1.12 1.12 0.89 1.21
아스파르트산 11.54 11.22 11.67 11.11 1185
메티오닌 1.15 1.15 1.02 1.04 1.18
트레오닌 3.55 3.49 3.32 3.38 3.74
세린 5.02 4.87 4.94 5.05 5.29
글루탐산 18.03 17.30 18.48 18.38 18.07
글리신 3.98 3.86 3.90 4.08 4.30
알라닌 4.22 4.28 3.94 4.14 4.52
발린 3.83 3.97 3.82 3.83 4.34
이소루신 3.41 3.24 3.44 3.66 3.52
루신 6.96 6.57 6.82 7.52 7.47
티로신 3.07 2.99 3.13 3.12 2.27
페닐알라닌 4.50 4.30 4.53 4.65 4.48
히스티딘 2.40 2.39 2.31 2.44 2.60
리신 5.75 5.55 5.65 6.02 6.44
아르기닌 7.21 9.02 7.02 7.18 7.29
a모든 측정은 총 아미노산 함량%이다.
<실시예 2>
<신규 콩-기재 우유 대체 식품의 제조>
이 실시예는 본 발명의 신규 콩 단백질 제품을 사용하여 비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 완전 우유 대체 식품을 제조를 설명한다. 조성물 내에 사용되는 성분을 표 9에 나타내었고, 그 과정을 하기에 기록하였다.
비타민, 무기질 및 미량 영양소를 갖는 콩-기재 완전 우유 대체식품의 조성
성분 단리물 조성, % 신규물 조성, %
감미 우유 유청 40.0 34.5
콩 단백질 단리물/신규물 27.0 33.5
식물성 오일 26.0 26.0
슈크로스 4.0 3.0
유화제 1.5 1.5
염, 비타민 및 무기질 1.0 1.0
향미제 0.5 0.5
시험용 모든 오일을 별도의 탱크에 모아서 66 ℃로 가열하고 나서, 유화제를 첨가하였다. 콩 단백질을 49 ℃의 물 중에서 교반하고 18 %의 고상물로 적당히 저었다. 단백질 0.1 중량%의 뉴트라제 효소를 일정하게 저으면서 1 시간 동안 가하여 콩 용액 중의 단백질을 가수분해시켰다. 용액을 1 시간 동안 저온 살균하여 효소를 변성시킴으로써 반응을 중단시켰다. 유청, 당, 염, 무기물, 및 향미제를 가하고, 오일을 유화제와 함께 가하기 전에 15 분 동안 혼합하였다. 전체 혼합물을 15 분 더 혼합한 후에 저온 살균시키고 분무 건조하였다.
상기 언급한 바와 같이, 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 우유 대체 식품을 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 10에 나타내었다. 모든 단백질 제품은 재수화 한 후 지방을 유화하고 가용성으로 남는 수행능에 있어서 잘 수행하였다. 부분적으로, 좋은 향미의 식품계에 존재하는 높은 농도의 이소플라본으로 인하여 CONTROL 및 DUPONT2 제품은 향미에 있어서 DUPONT 1 및 시판 단리물 제품과 비교하여 열등하였다. 재구성된 분유 대체품의 1/30 g을 공급하는 이소플라본 수준은 시판용 단리물 우유 대체식품과 비교하여 신규 제품이 2.2 내지 2.9 배 더 컸다.
콩-기재 완전 우유 대체 식품의 평가
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물
외관 5.75 5.75 4.75 6
향미 3.75 2.75 2.5 4.25
텍스춰-구강내 감촉 5.75 5.75 5.75 5
유화 안정성 7 7 7 7
용해도 7 7 7 7
30 g 공급 당 이소플라본 밀리그람 28 38 31 13
<실시예 3>
<콩-기재 유아용 배합식품의 제조>
이 실시예는 본 발명의 신규 콩 단백질 제품을 사용하는 비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 유아용 배합식품에 대하여 시판용 단리물과 비교하여 설명하였다. 유아용 배합식품의 조성에 사용된 성분을 표 11에 나타내었고, 그 과정을 하기에 기록하였다.
비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 유아용 배합식품의 기본 조성
성분 단리물 조성, % 신규물 조성, %
42 덱스트로스 등가 콘 시럽 고상물 35.0 35.0
콩 단백질 제품(단리물/신규물) 14.6 21.2
슈크로스 21.0 14.2
옥수수 오일 14.0 14.0
코코넛 오일 10.6 10.6
콩 오일 3.4 3.6
유화제 1.4 1.4
시험용 모든 오일을 별도의 탱크에 모아서 66 ℃로 가열하고 나서, 유화제를첨가하였다. 콩 단백질을 49 ℃의 물 중에서 교반하고 적당히 저어서 18 %의 고상물로 고상화시켰다. 단백질 0.1 중량%의 뉴트라제 효소를 일정하게 교반하면서 1 시간 동안 가하여 콩 용액 중의 단백질을 가수분해시켰다. 용액을 1 시간 동안 저온 살균하고 효소를 변성시킴으로써 반응을 중단시켰다. 당 및 옥수수 시럽 고상물을 가하고, 오일을 유화제와 함께 가하기 전에 15 분 동안 혼합하였다. 전체 혼합물을 15 분 더 동안 혼합한 후에 저온 살균시키고 분무 건조하였다.
상기 언급한 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 콩-기재 유아용 배합식품을 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 12에 요약하였다. 재수화 후 지방을 유화하는 수행능에 있어서 모든 단백질 제품은 잘 수행하였다. DUPONT 1 및 2 시료는 시판용 단리물 기재 유아용 배합식품과 비교하여 향미와 구강내 감촉에 있어서 상당히 개선된 것으로 판정되었다. 또한, DUPONT 및 CONTROL 출발 물질에 있어서 황 함유 아미노산 시스테인 및 메티오닌의 농도가 시판용 단리물 시료보다 20 % 더 컸다.
콩-기재 유아용 기본 배합식품의 평가
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물
외관 6 6 6 6.25
향미 4 3.5 3.5 3
텍스춰-구강내 감촉 4.25 5 4.75 3.25
유화 안정성 7 7 7 7
<실시예 4>
<콩-기재 감량/밀 대체 음료의 제조>
이 실시예는 본 발명의 신규 콩 단백질 제품을 사용하여 향미, 비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 감량/밀 대체 음료 분말의 제조를 시판용 콩 단리물 및 농축물과 비교하여 설명하였다.
영양 음료의 제조를 위하여 사용된 성분 및 조성을 표 13에 나타내었고, 그 과정을 하기에 기록하였다.
비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 감량/밀 대체 음료 분말의 제조
성분 단리물 기재 조성 % 농축물 기재 조성 % 신규물 기재 조성 %
감미 우유 유청 50.0 50.0 47.0
분말 셀룰로스 7.0 --- 7.0
콩 단백질 제품(단리물-농축물,-신규물) 35.0 44.0 46.0
슈크로스 6.0 6.0 ---
모든 성분을 시료 리본 블렌더 중에서 건조 혼합하였다. 콩-기재 감량 음료를 상기 언급한 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 14에 나타내었다. 신규 단백질 시료는 물로 재구성시 용해되지 않고 분리되는 농축물 및 단리물 시료와 비교시 제품 용해도에 있어서 상당한 개선을 보였다. DUPONT 시료는 시판 농축물 및 단리물보다 향미와 구강내 감촉에 있어서 약간 우수하였다. 모든 신규 시료는 이소플라본 농도에 있어서 시판용 단리물 보다 2.4 내지 4.4 배 더 컸고, 시판용 농축물 보다 39 내지 70 배 더 컸다.
콩-기재 감량 음료의 평가 정보
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물 농축물
외관 1.5 1.5 1.5 1.5 1.25
향미 2.75 2.5 2.5 2.25 2.25
텍스춰-구강내 감촉 3.25 3.25 3.25 2.5 2.75
용해도 4.25 4.75 4.5 1 1
30 g 공급당 이소플라본 밀리그람 39 70 42 16 1
<실시예 5>
<콩-기재 모방 가공 치즈 스프레드의 제조>
이 실시예는 본 발명의 신규 콩 단백질 제품을 사용하여 콩-기재 모방 가공 치즈 스프레드의 제조를 시판용 콩 단리물과 비교하여 설명하였다.
모방 가공 치즈 스프레드의 제조에 사용된 성분 및 조성을 표 15에 나타내었고, 그 과정을 하기에 기록하였다.
콩-기재 모방 가공 치즈 스프레드의 조성
성분 단리물 기재 조성 (건조물 %) 신규물 기재 조성 (건조물 %)
콩 제품 (단리물/신규물) 4.25 5.50
렌넷 카제인 12.75 12.75
식물성 오일 23.00 23.00
시트르산나트륨 0.50 0.50
인산 이나트륨 1.00 1.00
인산 알루미늄 나트륨 0.50 0.50
유청 분말 2.75 1.25
락트산 0.50 0.50
물 55.25 55.00
린넷 카제인, 신규 콩 단백질 제품 및 유청을 함께 철저히 혼합하였다. 오일을 가하고 66 ℃의 가공 치즈 조리기에 인산 이나트륨, 시트르산 나트륨, 인산 알루미늄 나트륨 및 향미제와 함께 가하였다. 물을 66 ℃에서 오일 및 염에 가하고 건조 블렌드를 천천히 가하였다. 락트산을 서서히 가하고, 혼합물을 30 내지 60 초 동안 85 ℃로 가열하였다. 그 후, 모방 가공 치즈 스프레드를 포장하고 냉각시켰다. 상기 언급한 바와 같이, 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 모방 가공 치즈 스프레드를 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 16에 요약하였다. DUPONT 1 시료는 시판용 단리물과 거의 동일한 수행능으로 수행한 반면, DUPONT 2 및 CONTROL 시료는 단리물보다 열등하였다.
콩-기재 가공 치즈 스프레드에 대한 평가 정보
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물
외관 4 3 2.75 4.25
향미 3.25 2 2.25 3.5
텍스춰-구강내 감촉 3.5 2.75 2.25 3.75
슬라이스성 4.25 3.75 3 4.5
용융성 4.25 3.5 3.5 4
<실시예 6>
<콩을 증량시킨 물-주입 햄의 제조>
이 실시예는 신규 콩 단백질 제품을 사용하여, 콩을 증량시킨 물-주입 햄을 제조하는데 있어서 시판용 콩 단리물과 비교하여 설명하였다. 사용된 조성 및 성분을 표 17에 나타내었고, 그 과정을 하기에 기록하였다.
콩을 증량시킨 물-주입 햄의 조성
성분 단리물 기재 조성 (건조물 %) 신규물 기재 조성 (건조물 %)
물 83.00 80.60
콩 단백질 제품(단리물/신규물) 8.00 11.20
염 6.00 6.00
나트륨 트리폴리포스페이트 1.20 1.20
스파이스햄 0.80 0.80
황색 당 0.42 --
사탕수수 당 0.40 --
나트륨 에리트로베이트 0.13 0.13
나트륨 니트레이트 0.04 0.04
공정 순서: 뼈 발라내기, 주입, 마사지, 채우기 및 훈제장(smokehouse) 조리
콩 제품을 통상적인 유형의 염수 믹서로 물에 분산시켰다. 콩 제품을 완전히 분산시킨 후, 나트륨 트리폴리포스페이트를 가하고, 남아있는 성분들과 완전히용해할 때까지 혼합하였다. 햄을 상기 염수와 함께 150 % 햄의 그린(green) 중량까지 주입하였다(그린 중량은 주입 전 햄의 생중량임). 뼈를 발라낸 햄을 찢어지지 않을 정도의 크기로 잘랐다. 펌핑된 햄을 마사지 기계에 넣고, 635 mm 수은 진공 하에 4 시간 동안 가공하였다. 그 후, 햄을 섬유질 케이스에 충전시키고, 67 ℃로 조리하였다.
<공정/조리 스케줄>
1 시간 54 ℃ 및 35 % 상대 습도에서
1 시간 60 ℃ 및 35 % 상대 습도에서
1 시간 71 ℃ 및 40 % 상대 습도에서
50 % 상대 습도로 67 내지 68 ℃, 82 ℃에서 종결
그 후, 제품을 내부 온도 32 ℃로 냉각 사워시키고, 포장 온도를 3.3 ℃로 밤새 냉각시켰다. 콩을 증량시키고 물-주입된 햄을 상기 언급한 바와 같이 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 18에 요약하였다. 모든 시료는 햄의 수율에 있어서 우수하였다. DUPONT 1은 훈제장으로부터 최종 제품까지 최저량의 유리 액체 및 최저량의 감소를 가졌다. 또한, 단리물 시료와 비교하여 개선된 슬라이스성(sliceability) 또한 약간 개선된 향미를 가졌다.
콩-주입된 콤비네이션햄 제품의 평가
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물
외관 5.5 5.5 5.5 5.5
향미 5 4 4.5 4.5
조직-구강내 감촉 4 4 4 4
슬라이스성 6 5 5 5
수율 % 117 116 114 116
훈제장까지 % GRN 중량 125 127 126 126
유리 액체 등급 1=최소 1 4 3 2
<실시예 7>
<콩을 증량시킨 볼로냐의 제조>
이 실시예는 신규 콩 단백질 제품을 사용하여 콩을 증량시킨 볼로냐를 제조하는데 있어서 시판용 콩 단리물 및 농축물과 비교하여 설명하였다. 사용된 조성 및 성분을 표 19에 나타내었고, 관찰된 공정을 하기에 기록하였다.
콩을 증량시킨 볼로냐 제품의 조성
성분 단리물 기재 조성 % 농축물 또는 신규물 기재 조성 %
포크 스킨드 조울스(Pork Skinned Jowles) 3.03 3.03
포크 72/28 트림(trim) 44.61 44.61
비프 50 % 트림 20.42 20.42
물 19.96 19.96
염 2.43 2.43
덱스트로스 2.00 2.00
#1 분쇄된 겨자 0.90 0.90
양념 1.00 1.00
나트륨 트리폴리포스페이트 0.44 0.44
나트륨 에리트로베이트 0.44 0.44
염장 화합물, -6.25 질산 나트륨 0.17 0.17
콩 단백질 제품(단리물, 농축물 또는 신규물) 2.28 3.00
옥수수 시럽 고상물 42 덱스트로스 동등물 2.72 2.00
군살이 없는 육류를 5 mm로 갈고 지방(>30 %) 육류를 10 mm로 갈았다. 이러한 성분들을 1) 군살이 없는 육류, 2) 나트륨 트리폴리포스페이트, 3) 1/4 물, 4) 염 및 5) 1/2 물의 순서로 통상적인 육류 쵸퍼(chopper)에 가하였다. 혼합물을 점착성이 있을 때까지 다졌다. 하기 성분을 1) 신규의 콩 단백질 제품, 2) 지방 육류, 3) 물 발란스 및 4) 건조 성분 발란스의 순서로 점착성 혼합물에 가하였다. 그 후, 혼합물을 통상적으로 유화된 육류 조리기에 넣고
1 시간 60 ℃ 및 30 % 상대 습도에서
2.5 시간 71 ℃ 및 35 % 상대 습도에서
내부 육류 온도가 70 ℃일 때까지 82 ℃에서 종결
의 조리 과정에 따라 수행하였다.
그 후, 제품을 냉각시키고, 절단하고 포장하였다.
콩을 증량시킨 볼로냐 제품을 상기 언급한 바와 같이 7-점 헤도닉 스케일을 사용하여 평가하고, 제품의 비교 결과를 표 20에 요약하였다. 모든 시료는 지방을 유화시키고 제품 수율을 유지하는데 있어서 동일하게 잘 수행하였다. DUPONT 1 시료는 향미, 텍스춰 및 외관에 있어서 단리물 보다 약간 우수하였지만, 동일한 목록에 있어서 농축물보다는 크게 우수하였다. CONTROL은 농축물을 제외한 모든 시료보다 크게 열등하였다.
콩을 증량시킨 볼로냐 제품의 평가
속성 DU-PONT 1 DU-PONT 2 CONTROL 단리물 농축물
외관 6 5.75 6 5.5 6
향미 5.25 4.75 4.25 5 4
텍스춰-구강내 감촉 5.25 5.25 4.75 5 3.75
슬라이스성 7 7 7 7 7
수율 % 97 97 97 96 97
<실시예 8>
<콩-기재 냉동 디저트 및 요구르트의 제조>
이 실시예는 본 발명의 신규 콩 단백질 제품을 사용하여 냉동 디저트 및 요구르트의 제조 방법을 입증하였다. 조성 및 성분을 표 21 및 22에 나타내었고, 그 공정을 하기에 기록하였다.
비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 냉동 디저트의 조성
성분 조성 (건조물%)
물 61.25
수소첨가된 콩 오일 10.00
신규 콩 단백질 제품 12.00
옥수수 시럽 고상물 42 덱스트로스 등가물 6.00
슈크로스 10.00
안정화제 블렌드 0.75
안정화제 블렌딩 조성 (건조물%)
셀룰로스 검 72.45
카르복시메틸 셀룰로스 8.70
로쿠스트 빈 검 7.25
크산탄 검 5.80
크산탄 검 2.90
카라기난 2.90
모든 건조 성분을 혼합하고 충분하게 저으면서 54 ℃의 물에 가하였다. 수소첨가된 콩 오일을 철저하게 혼합될 때까지 동일하게 저으면서 가하였다. 용액을 78 ℃에서 20 초 동안 저온 살균하고 100/33 bar에서 균질화하였다. 혼합물을 70 내지 100 % 오버런으로 냉동시키고, 포장하여 경화시켰다.
비타민, 무기질 및 미량 영양소가 없는 콩-기재 완전 우유 대체 요구르트의 조성
성분 조성 (건조물%)
감미의 우유 유청 34.5
신규 콩 단백질 제품 33.5
식물성 오일 26.2
당 3.0
유화제 1.5
염, 비타민, 무기질 1.0
향미제 0.5
시험용 모든 오일을 별도의 탱크에 합하여 66 ℃로 가열하고 나서, 유화제를 가하였다. 콩 제품을 49 ℃의 물에 넣고 교반시키고, 적당히 저으면서 18 % 고상물로 용해시켰다. 단백질 0.1 중량%의 뉴트라제 효소를 일정하게 교반하면서 1 시간 동안 가하여 콩 용액 중의 단백질을 가수분해시켰다. 용액을 1 시간 동안 저온 살균하여 효소를 변성시킴으로써 반응을 중단시켰다. 유청, 당, 염, 무기물, 및 향미제를 가하고, 오일을 유화제와 함께 가하기 전에 15 분 동안 혼합하였다. 전체 혼합물을 15 분 더 동안 혼합한 후에 저온 살균시키고 분무 건조하였다. 콩 우유 대체식품을 총 14 % 고상물로 재구성하였다. 2 % 요구르트 스타터 배양액을 35 ℃의 온도에서 접종하였다. pH가 4.6에 다다를 때까지 온도를 35 ℃에서 유지하고 나서, 4 ℃로 냉각시킴으로써 배양을 중단시켰다.

Claims (11)

  1. 단백질 함량이 총 건조 물질의 60 %를 초과하고,
    총 식이 섬유 함량이 총 건조 물질의 4 % 미만이며,
    슈크로스 함량이 총 건조 물질의 10 %를 초과하고,
    총 황-함유 아미노산 함량이 총 아미노산 함량의 2.2 %를 초과하며,
    스타키오스 함량이 총 건조 물질의 1.5 % 미만이고,
    총 이소플라본 함량이 2500 마이크로그램/그램을 초과하는 이소플라본-강화 콩 단백질 제품.
  2. (a) 콩으로부터 콩분말 또는 플레이크(콩분말 또는 플레이크는 스타키오스 함량이 총 건조 물질의 2.0 % 미만이고, 슈크로스 함량이 총 건조 물질의 9.0 %를 초과하고, 총 이소플라본 함량이 총 건조 물질의 2000 마이크로그램/그램을 초과함)를 제조하는 단계,
    (b) (a)로부터의 재료를 용매와 접촉시켜 식이 섬유를 우선적으로 제거하는 단계,
    (c) 원심 분리 또는 데칸터(decanter)에 의해서 (b)로부터 가용성 물질을 수집하는 단계, 및
    (d) (c)로부터의 가용성 물질을 콩 단백질 제품의 후속 사용을 가능하게 하는 수분 수준으로 건조하는 단계
    를 포함하는 이소플라본-강화 콩 단백질 제품의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 콩 단백질 제품이 스타키오스 함량이 총 건조 물질의 0.5 % 미만이고, 슈크로스 함량이 총 건조 물질의 12.5 %를 넘는 콩분말로부터 제조되는 방법.
  4. 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 건조 중량 기준으로 20 내지 60 % 조성 백분율로 사용하는 우유 또는 분유 대체품.
  5. 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 건조 중량 기준으로 7 내지 21 % 조성 백분율로 사용하는 액상 또는 분말 콩-기재 유아용 배합식품.
  6. 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 건조 중량 기준으로 10 내지 100 % 조성 백분율로 사용하는 콩-기재 영양 음료 분말 또는 음료액.
  7. 스프레드 조성물 내 성분으로서 제1항의 제품을 조성물 내 단백질의 10 내지 50 % 조성 백분율로 사용하는 모방 가공 치즈 스프레드.
  8. 컴비네이션햄 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 물 주입 전 햄의 생중량의 2.5 내지 10 % 조성 백분율로 사용하는 물-주입 컴비네이션햄 제품.
  9. 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 2 내지 6 % 조성 백분율로 사용하는 콩을 증량시킨 볼로냐.
  10. 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 건조 중량 기준으로 20 내지 60 %의 조성 백분율로 사용하는 콩-증량시킨 요구르트 제품.
  11. 디저트 제품 내 성분으로서 제1항의 제품을 5 내지 20 %의 조성 백분율로 사용하는 콩-기재 냉동 디저트.
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