KR100386329B1

KR100386329B1 - 폴리갈락튜로네이즈 및 구아검 처리에 의한 식물체단세포화 반응의 수율 증진 방법

Info

Publication number: KR100386329B1
Application number: KR10-2000-0023497A
Authority: KR
Inventors: 문상진; 김혁화; 조원일; 임재각; 김경립
Original assignee: 씨제이 주식회사
Priority date: 2000-05-02
Filing date: 2000-05-02
Publication date: 2003-06-02
Also published as: KR20010103185A

Abstract

본 발명은 폴리갈락튜로네이즈 및 구아검 처리에 의한 식물체 단세포화 반응의 수율 증진 방법에 관한 것으로, 절단된 식물체를 블랜칭한 후 반응용액에 침지한 다음 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈로 처리하고, 여기에 증진제로서 구아검을 첨가할 경우 구아검을 무처리한 효소반응액보다 식품체의 단세포화 반응 수율을 13% 이상 증진시키는 매우 뛰어난 효과가 있다.

Description

폴리갈락튜로네이즈 및 구아검 처리에 의한 식물체 단세포화 반응의 수율 증진 방법{Method for improving the production yield of single-cell from plant material using polygalacturonase and guar gum}

본 발명은 폴리갈락튜로네이즈 및 구아검 처리에 의한 식물체 단세포화 반응의 수율 증진 방법에 관한 것이다.

프로토펙티네이즈(protopectinase)는 식물 또는 야채 조직의 불용성 프로토펙틴(protopectin)을 가용성 펙틴으로 분해할 수 있는 능력을 지닌 효소들을 일컫는 개념이다[J.Food Sci.,60(3),468(1995)].

이러한 프로토펙틴 분해능을 갖는 효소에는 폴리갈락튜로네이즈 (polygalacturonase), 펙틴 라이에이즈(pectin lyase), 펙테이트 라이에이즈 (pectate lyase) 등과 같이 폴리갈락튜론산(polygalacturonic acid)을 위주로 이루어진 펙틴 분자에 작용하는 효소들과, 펙틴 분자에는 직접 작용하지는 않지만 펙틴 분자와 식물 세포벽 다당류 간을 연결시키는 다당류 가지에 작용하는 효소들로 구분될 수 있으며, 통상 이들을 통틀어 '프로토펙티네이즈' 라 부르고 있다.

이 중 폴리갈락튜로네이즈는 식물 내에도 존재하고 미숙한 과실이 숙성함에 따라 그 활성이 증가하는 것으로 알려져 있으며, 곰팡이 또는 세균과 같은 미생물 중에도 존재하는 것으로 알려져 있다. 특히, 폴리갈락튜로네이즈를 분비하는 미생물로는 아스퍼질러스 니게르(Aspergillus niger)[J. Ind. Microbiol. Biotechnol., 20(1), 34(1998)], 스클레로시니아 스클레로티오륨(Sclerotinia sclerotiorum) [FEMS Microbiol. Lett., 158(1), 133(1998)], 스클레로시니아 보레알리스(Sclerotinia borealis)[Can. J. Microbiol., 43(5), 417(1997)], 트리코스포론 페니실라튬(Trichosporon penicillatum)[Biosci. Biotechnol. Biochem., 60(4), 603(1996)], 사카로마이세스 세레비지에(Saccharomyces cerevisiae)[Yeast, 10(10), 1311(1994)], 클루이베로마이세스 프라질리스(Kluyveromyces fragilis) [Agric. Biol. Chem., 48(8), 1951(1984), Agric. Biol. Chem., 44(3), 473(1980)] 등이 알려져 있다. 특히, 클루이베로마이세스 속에 속하는 효모들은 매우 많은 종과 균주들이 폴리갈락튜로네이즈 활성을 나타내는 것으로 보고되어 있다.

이러한 폴리갈락튜로네이스는 과즙의 펙틴에 의한 혼탁화의 방지, 즉 청정화의 목적으로 이용되고[J. Food Sci., 53(4), 1236(1988)], 식물의 세포간 물질을 선택적으로 분해시켜 각각의 단위세포가 갖고 있는 식물의 천연 성분들을 파괴시키지 않고 유지시킬 수 있는 식물 단세포의 생성[J. Food Sci., 60(3), 468(1995)], [J. Food Biochem., 9, 325(1985)]에도 이용되는 등 그 응용가치가 증가되고 있는 효소이다.

이 중 특별히 식물의 단세포화가 가능하기 위해서는 상기의 프로토펙티네이즈의 활성을 갖는 효소 또는 효소들이 식물조직의 세포간 부위인 중엽부에 작용해야 하고[Process Biochem., 13(8), 9(1978)] 또한 상술한 효소반응 이외에도 대개 교반을 통하여 얻어지는 전단력이 효소에 의해 분해된 식물조직을 각 단위세포가 완전히 분리된 현탁액으로 전환시키는 데 필수적인 요건이 되며 이 두 가지의 요소 즉, 효소의 분해력 및 전단력이 단세포화 반응의 수율을 좌우하는데 결정적인 역할을 한다[Food Biotchnol.,6(1),19(1992)].

이러한 단세포화 반응의 예로서는 리조푸스(Rhizopus)속 균주를 이용한 식물 단세포화 반응(일본 특개평 9-75026, 1997)이 있는데, 여기서 소개된 단세포화 효소는 폴리갈락튜로네이즈(polygalacturonase)와 펙틴 트랜스일리미네이즈(pectin-trans-eliminase), 펙틴 라이에즈가 주체인 것이다.

한편 자연계에서 얻어지는 고무질 물질들은 식품에 있어서 결착제, 칼로리 조정제, 유화제, 피막형성제, 안정제 등의 용도로 사용되고 있으며 이는 수용성 고무질 물질들이 거의 대부분 친수성 콜로이드를 형성하는 성질을 활용한 것으로서, 예를 들면 젤라틴과 같은 단백질 및 산탄 고무(xanthan gum), 구아 고무(guar gum), 메뚜기 콩 고무(locust bean gum), 아라비아 고무(arabic gum), 카라기난(carrageenan)과 같은 다당류들이 이에 속한다.

일반적으로 고무질 물질들의 존재시 효소의 안정성도 증진되는 것으로보나 고무질 물질을 사용하여 식물의 단세포화 반응의 수율을 증진시키는 방법에 대해서는 전혀 알려진 바 없었다.

본 발명자들은 단세포 야채 제조의 수율을 증진시킬 수 있는 새로운 방법의 개발을 위하여 연구를 지속적으로 수행한 결과 특히 프로토펙틴을 분해할 수 있는 폴리갈락튜로네이즈에 구아검을 첨가하여 수율을 향상시킬 수 있는 새로운 단세포 야채 제조 방법을 개발하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 식물체를 효소를 이용하여 단세포화함에 있어서 구아검을 첨가하여 단세포화 반응 수율을 증진시키는 방법을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법을 통하여 식물체 단세포화물과 식물체 단세포화물을 유효성분으로 하는 식이조성물 또는 화장료 조성물을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 식물체를 블랜칭한 후 반응용액에 침지한 다음 여기에 단세포와 분리효소, 증진제를 가하여 단세포화한 후, 이로부터 수득된 단세포화 페이스트를 여과한 후 HTST 공정을 거쳐 광학현미경을 이용하여 단세포화 반응이 효과적으로 수행됨을 관찰하고, 구아검 무처리군에 비해 효소반응액에 구아검을 처리한 경우가 단세포화 반응 수율이 현저히 증가함을 확인함으로써 달성하였다.

이하, 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.

도 1은 폴리갈락튜로네이즈 처리에 의한 단세포화 반응에 있어서 구아검 무처리군(대조군)과 구아검 처리군에서의 단세포화 수율을 비교한 결과이다.

도 2는 당근 단세포화 반응 진행에서 구아검 무처리군(대조군)과 처리군의 시간에 따른 단세포화 반응 수율을 나타낸 그림이다.

도 3은 당근 단세포화 반응 진행에서 로코스트빈검 무처리군(대조군)과 처리군의 시간에 따른 단세포화 반응 수율을 나타낸 그림이다.

도 4는 당근 단세포화 반응 진행에서 잔탄검 무처리군(대조군)과 처리군의 시간에 따른 단세포화 반응 수율을 나타낸 그림이다.

도 5는 구아검 농도에 따른 당근 단세포 수율변화를 나타낸 그림이다.

도 6은 단세포화된 당근, 신선초, 시금치, 호박, 마늘 페이스트와 기계적으로 마쇄된 당근 페이스트의 현미경 사진을 나타낸 그림이다.

본 발명은 단세포화의 수율을 측정하는 단계; 구아검, 로코스트빈검 또는 잔탄검 첨가에 따른 단세포화 야채 수율을 비교·측정하는 단계로 구성된다.

본 발명의 단세포화 반응에 사용한 효소는 클루이베로마이세스 막시아누스로부터 분리한 폴리갈락튜로네이즈이다.

본 발명에서는 당근, 신선초, 시금치, 케일,단호박, 오이, 건녹차잎, 마늘의 식물체를 단세포화 반응에 사용하였다.

본 발명은 선별, 세정하여 1∼3mm 크기로 절단된 식물체를 블랜칭한 후 반응용액에 침지한 다음 여기에 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈와 증진제로서 구아검, 로코스트빈검 또는 잔탄검을 적당량 가한 후 30∼50℃, pH 4∼6 조건에서 약 1∼2시간동안 교반하면서 단세포화시켰고, 이로부터 수득된 단세포화 페이스트를 여과한 후 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 광학현미경을 이용하여 단세포화 반응이 효과적으로 수행되었음을 확인하였다. 제조된 단세포화 페이스트를 원심분리하여 상징액을 제외한 부분의 무게를 측정함으로써 단세포화 수율을 계산한 결과, 본 발명 증진제를 첨가한 단세포화 반응이 증진제를 첨가하지 않은 경우보다 반응 수율이 구아검의 경우에는 13% 이상, 로코스트빈검의 경우에는 7%, 잔탄검은 4%가 증가함을 확인하였다.

이하, 본 발명의 구체적 구성 및 작용을 실시예를 들어 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1. 단세포화 야채 페이스트의 제조

실험예 1. 단세포화 당근 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 등황색의 당근 10kg을 100℃ 물에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 1∼3mm로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더(Super-masscolloider)로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 당근 페이스트 19.5kg을 얻었다.

실험예 2. 단세포화 신선초 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 신선초 10kg을 100℃ 물(중탄산 나트륨 0.3% v/v)에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 신선초 페이스트 18.5kg을 얻었다.

실험예 3. 단세포화 시금치 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 녹색의 시금치 10kg을 100℃ 물(중탄산 나트륨 0.3% v/v)에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 시금치 페이스트 18kg을 얻었다.

실험예 4. 단세포화 케일 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 케일 10kg을 100℃ 물(중탄산 나트륨 0.3% v/v)에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 케일 페이스트 18.5kg을 얻었다.

실험예 5. 단세포화 단호박 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 황색의 단호박 10kg을 100℃ 물에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 호박 페이스트 19kg을 얻었다.

실험예 6. 단세포화 오이 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 연녹색의 오이 10kg을 100℃ 물에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이때 오이는 본래 수분함량이 매우 높으로 별도의 음용수를 가할 필요는 없다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 오이 페이스트 9.5kg을 얻었다.

실험예 7. 단세포화 건녹차잎 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 건녹차잎 5kg을 100℃ 물(중탄산 나트륨 0.3% v/v)에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 5kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 25g과 증진제로서 구아검 10g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 녹차 페이스트 9kg을 얻었다.

실험예 8. 단세포화 마늘 페이스트의 제조

선별, 세정, 절단한 마늘 10kg을 100℃ 물에서 2∼3분간 블랜칭한 후 푸드커터로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg과 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 50g과 증진제로서 구아검 20g을 가하여 45℃, pH 5∼6에서 2시간동안 교반하면서 단세포화하였다. 이로서 얻어진 단세포화 페이스트를 수퍼매스콜로이더로 마쇄하고 여과한 다음 HTST 공정을 통해 살균 및 효소 불활성화한 후 단세포화 마늘 페이스트 19kg을 얻었다.

실시예 2. 구아검, 로코스트빈검 및 잔탄검 첨가 여부에 따른 단세포화 야채 수율 측정

선별, 세정, 절단한 등황색의 당근 10kg을 100℃ 물에서 2∼3분간 블랜칭한후 푸드커터로 1∼3mm로 다시 세절하여 교반기에 투입한 후 음용수 10kg을 가한 후 5kg으로 양분한 후 3개의 반응조에는 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈 25g과 증진제로서 구아검, 로코스트빈검 및 잔탄검을 각 반응조에 10g씩 각각 가하고, 다른 한개의 반응조에는 폴리갈락튜로네이즈 25g만을 가하여 대조군으로 정하였다. 45℃, pH 5∼6에서 4시간동안 교반하면서 단세포화 하였으며, 매 30분마다 50g씩을 취하여 얻어진 단세포화 페이스트를 여과한 후 원심분리(3200 rpm, 10 min)하여 상징액을 제외한 부분의 무게를 측정함으로써 단세포화 수율을 계산하였다.

실험결과, 도 1과 2 및 표 1에서 나타난 바와 같이, 모든 반응시간에서 구아검을 가했을 때가 폴리갈락튜로네이즈만을 가하여 단세포화 반응을 수행한 경우 보다 높은 수율을 보였고, 도 2와 표 1에 나타난 바와 같이 구아검을 첨가한 경우에는 반응 실시 후 2시간째에 가장 높은 수율을 보였으며 같은 시간동안 반응이 실시된 대조군과 비교하여 약 13%의 수율향상을 보였다.

구아검 첨가시 당근 단세포화 수율

시간(hr.)	구아검 0.2% 첨가	대조군
0.5	32.451	27.881
1	37.967	33.179
1.5	38.88	35.217
2	41.297	36.526
3	39.567	35.041
4	40.768	36.951

로코스트빈검을 첨가한 경우에는 반응 실시 후 1시간째에 가장 높은 수율을보였으며 같은 시간동안 반응이 실시된 대조군과 비교하여 약 7%의 수율향상을 보였다.

로코스트빈검 첨가시 당근 단세포화 수율

시간(hr.)	로코스트빈검 0.2% 첨가	대조군
0.5	31.966	28.654
1	37.587	34.853
1.5	37.149	35.010
2	37.546	36.944
3	37.272	37.305
4	36.594	37.314

잔탄검을 첨가한 경우에는 반응 실시 후 2시간째에 가장 높은 수율을 보였으며 같은 시간동안 반응이 실시된 대조군과 비교하여 약 4%의 수율향상을 보였다.

잔탄검 첨가시 당근 단세포화 수율

시간(hr.)	잔탄검 0.2% 첨가	대조군
0.5	31.534	27.761
1	36.327	34.239
1.5	37.013	35.306
2	38.231	36.747
3	37.926	36.523
4	37.023	36.425

상기 표 1, 2 및 3에 나타난 바와 같이, 구아검 첨가시 대조군과 비교하여 약 13%의 수율향상으로 여러 가지 고무질 물질 중 가장 좋은 결과를 관찰할 수 있었다. 이에 따라 구아검의 최적 농도를 확인하기 위해 첨가량을 조절하며 반응시킨 결과, 표 4와 같이 반응 실시 후 2시간째, 각종 야채의 0.2%(w/w) 이상의 농도에서수율향상이 뛰어남을 확인할 수 있었다.

구아검 농도에 따른 단세포화 야채의 수율

구아검 농도(%)	단세포화 야채 수율(%)
0	36.5
0.01	37.2
0.05	37.3
0.1	37.8
0.2	41.3
0.4	41.2

상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이, 식물체 단세포화 반응에 있어서 본 발명은 단세포화 반응의 수율을 좌우하는데 결정적인 역할을 하는 효소의 분해력과 전단력의 주체인 폴리갈락튜로네이즈와 효소의 안정성을 증진시키는 증진제로써의 구아검을 첨가함으로써 각각의 단위세포가 갖고 있는 천연 성분들을 파괴하지 않고 유지하여 단세포 야채 효소반응의 수율을 증진시킬 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 본 발명은 식품 및 화장품산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

식물체를 효소를 이용하여 단세포화함에 있어서, 식물체를 블랜칭한 후 단세포화 분리 효소인 폴리갈락튜로네이즈를 사용하고 증진제로 구아검을 첨가하는 것을 특징으로 하는 식물체 단세포화 반응의 수율 증진 방법.
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