상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 β-글루코시다제를 생산하는 비피도박테리움 락티스 IF65를 제공한다.
또한 본 발명의 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 상기 비피더스균을 이용하여 이소플라본을 이소플라본 비배당체로 전환하는 방법을 제공한다.
나아가 본 발명은 상기 비피더스균을 이용한 이소플라본 함유 식물체의 발효분을 포함하는 기능성 식품을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명자들은 인분으로부터 β-글루코시다제를 높은 수준으로 생산하는 신규의 비피더스균을 분리·동정하였다. 먼저, 자원자의 대변을 수집한 후, 상기 대변을 멸균 생리식염수를 사용하여 10배 씩 단계적으로 희석한 다음, 즉시 본 발명자가 개발한 선택배지인 TP 배지(트립티케이스(trypticase) 10g, 프로테오스 펩톤 No.3(proteose peptone No.3 ) 3.5g, 황산 암모늄(ammonium sulfate) 3g , KH2PO42 g, K2HPO41g, 시스테인·HCl(L-cystein·HCl·H2O) 0.5g , MgSO40.2g, 한천(agar) 15g, TOS 용액(transgalactoologosaccharide) 50㎖ 및 30% 프로피온산 나트륨 용액(sodium propionate) 50㎖에 증류수를 가하여 총 1ℓ가 되도록 함, pH 7.0 ; 한국특허 제 135780호 참조)에 도말하여 배양하였다. 이후, TP 배지에서 생성된 단일 콜로니들을 취하여 현미경으로 형태학적 특징을 조사하고, 그램 염색과 F6PPK(fructose 6 phosphate phosphokeolase) 테스트 등을 수행한 결과 비피더스균임을 확인하였다. 상기 분리된 비피더스 균주들의 배양 및 보관에는 BHI 배지 또는 MRS 배지를 사용하였다.
상기 분리된 비피더스 균주들 중 β-글루코시다제를 높은 수준으로 생산하는 균주를 탐색하기 위해, 상기 균주들의 β-글루코시다제 활성을 측정하였다. 먼저, BHI 배지(BHI(Difco) 37g, 헤민(Hemin) 0.01g, L-시스테인 HCl 0.05g, 레사주린(resazurin) 0.001g 및 비타민 K 0.001g에 증류수를 가하여 총 lℓ가 되도록 함)에서 하룻밤 배양한 각 균주의 배양액을 원심 분리하여 세포 펠렛을 얻은 다음, 초음파처리를 하여 세포를 파쇄시켰다. 그리고 나서, 파쇄된 세포 추출물에 PNPG(p-nitrophenyl-β-D-glucopyranoside)를 기질로 첨가하여 반응시킨 후, 유리된 p-니트로페놀(p-nitrophenol)의 양을 흡광기를 이용하여 측정하였다. 이 때 β-글루코시다제 1 유닛(unit)은 반응시간 1분 당 1 μmol의 p-니트로페놀을 생성하는 효소양으로 정의하였다. 상기와 같이 β-글루코시다제 활성을 측정한 각 균주들 중에서 가장 높은 활성을 나타내는 4개의 균주들을 공지의 유산균과 비교하여 도 1에 도시하였다. 도 1에 도시된 바와 같이, 본 발명에서 분리된 균주들(GE1, IF2, IF65 및 SJ32)이 공지의 유산균인 비피도박테리움 인판티스(Bifidobacterium infantis)보다 높은 활성을 나타냈고, 또한 그 중에서 IF65가 가장 높은 효소활성을 나타냄을 확인할 수 있었다. 상기 IF65 균주의 16S rDNA 염기서열 분석을 수행한 결과, 비피도박테리움 락티스(Bifidobacterium lactis)으로 동정되었으며, 비피도박테리움 락티스 IF65라 명명하여 2001년 12월 29일자로 한국 미생물 보존센타에 기탁하였다(기탁번호: KCCM-10347). 본 발명에서 분리된 비피도박테리움 락티스IF65의 균학적 특성을 하기 표 1에 기재하였다.
비피도박테리움 락티스 IF65의 특성 |
형태 |
곤봉형 또는 Y자형 |
그램 염색 |
+ |
F6PPK |
+ |
본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65는 높은 역가의 β-글루코시다제를 생산한다는 데 특징이 있다. 또한 본 발명은 상기 비피도박테리움 락티스 IF65를 이용하여 이소플라본을 이소플라본 비배당체로 전환하는 방법을 제공한다. 구체적으로 본 발명은 대두배아를 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 이용하여 발효시킴으로써 대두배아 내 이소플라본을 비배당체로 전환하는 방법을 제공한다. 본 발명의 방법에 사용될 수 있는 이소플라본 원(source)으로는 상기 대두배아 외에 이소플라본을 함유하고 있는 식물체, 즉 대두, 칡, 토끼풀, 자주개자리, 검은 콩, 감초, 클로버(clover)류, 알팔파 및 석류로 이루어진 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 혼합물을 사용할 수 있으나, 보다 바람직하게는 이소플라본 함량이 높은 대두배아를 사용하는 것이 바람직하다. 또한 상기 이소플라본을 함유하고 있는 식물체는 분말 형태로 사용하는 것이 바람직하다.
구체적으로 본 발명에 따른 방법은 대두배아의 분말에 물을 가하여 혼합한 다음, 혼합액에 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 접종하여 배양함으로써 이루어진다. 특히, 본 발명에 따른 방법은 상기 비피더스균을 이용하여 대두배아를 발효시키기 전에 대두배아를 단백질 분해효소로 전처리 한다는 점에 특징이 있다. 상기 효소로는 당업계에 공지된 단백질 분해 효소라면 제한 없이 사용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 프로모드(promod), 알카라제(alkalase), 뉴트라제(neutrase) 및 파파인(papain)으로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상의 효소를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65는 이소플라본을 비배당체로 전환하는 제조공정에 이용될 수 있을 뿐 아니라 기능성 식품 첨가물로도 유용하게 이용될 수 있다. 상기 기능성 식품으로는 정장제품, 기능성 초콜릿 등을 들 수 있다. 본 발명의 비피더스균은 원말 형태로 이용될 수 있으나, 보다 바람직하게는 본 발명의 비피더스균을 이용하여 발효된 이소플라본 함유 식물체의 발효분에 포함된 형태로 이용하는 것이 바람직하다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
non-GMO 대두((주)정식품)에서 대두배아를 분리하여 건조한 후, 분쇄기를 이용하여 입자크기 0.1mm로 분말화하였다. 상기 대두배아 분말에 증류수를 가하여 20%(w/v)가 되도록 완전히 혼합한 다음 121℃에서 45분간 고압 멸균하였다. 이후, 상기 혼합액을 37℃로 냉각한 다음 BHI배지에서 배양한 비피도박테리움 락티스IF65를 1.0×107cfu/㎖의 농도로 접종한 후, 24시간 100 rpm으로 교반하면서 혐기배양하였다. 배양이 완료된 배양액 1㎖에 메탄올 10㎖와 1N HCl 200㎕를 가한 후, 균질기(IKA-Werk, Japan)로 1분 이상 균질화시켜 이소플라본을 추출한 다음 3000rpm에서 15분간 원심분리하였다. 이후, 상층액 2㎖를 취하여 질소가스로 휘발, 건조시킨 후 다시 80% 메탄올(v/v) 2㎖에 용해시켰다. 이 중 일정량을 취해 0.45㎛ 폴리프로필렌 필터(밀리포아, 미국)에 여과한 후 HPLC를 수행하여 이소플라본 비배당체(제니스테인 및 다이드제인)의 농도를 측정하였으며, 이에 따른 이소플라본 전환율을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
<실시예 2>
본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 접종하기 전에, 1㎖/L 프로모드(Gist 사)를 가하여 60℃에서 8시간 교반하는 전처리 과정을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 대두배아 내 이소플라본을 이소플라본 비배당체로 전환시켰으며, 이소플라본의 전환율을 조사하여 하기 표 1에 기재하였다.
<실시예 3>
본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 접종하기 전에, 1㎖/L 알카라제(Novo 사), 1㎖/L 뉴트라제(Novo 사) 및 0.2g/L 파파인(Sigma 사)을 가하여 60℃에서 8시간 교반하는 전처리 과정을 포함하는 것을 제외하고는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 실시하여 대두배아 내 이소플라본을 이소플라본 비배당체로 전환시켰으며, 이소플라본의 전환율을 조사하여 하기 표 2에 기재하였다.
|
효소처리 |
이소플라본 |
전환율(%) |
비배당체(mg) |
전체(mg) |
대조구 |
- |
240.08 |
6999.60 |
- |
실시예 1 |
- |
4904.45 |
7425.85 |
66.0 |
실시예 2 |
Pr |
5812.50 |
7868.65 |
73.9 |
실시예 3 |
A+N+Pa |
5615.30 |
7554.70 |
74.3 |
Pr: 프로모드, A: 알카라제, N: 뉴트라제, Pa: 파파인
상기 표 1에서 대조구는 대두배아 자체 내 천연적으로 존재하는 이소플라본 비배당체의 함유량(mg)을 기재한 것으로, 전체 이소플라본에 대해 약 3.4% 정도 존재하는 것으로 나타났다. 그러나 상기 표 1에서 보는 바와 같이 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 이용하여 대두배아를 발효시킨 경우(실시예 1) 대두배아 내 이소플라본이 비배당체로 66% 정도 전환되었음을 볼 수 있었다. 이는 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65가 높은 역가의 베타-글루코시다제를 생산하는 것에 기인하며, 이로부터 본 발명에 따른 비피더스균이 이소플라본 비배당체의 제조에 효율적으로 이용될 수 있음을 알 수 있다. 또한 대두배아를 발효시키기 전에 단백질 분해효소를 이용하여 전처리한 경우(실시예 2 및 3) 이소플라본의 전환율이 더욱 향상됨을 확인할 수 있었다. 이는 단백질 분해효소를 처리함으로써대두배아 속에 존재하는 이소플라본이 배양액으로 용출되었고, 용출된 이소플라본이 본 발명에 따른 비피더스균에 의해 효율적으로 발효됨으로써 이소플라본의 전환율이 향상되었음을 보여주는 것이다.
<제조예 1>
상기 실시예 2에서 제조한 대두배아 발효액을 -80℃에서 동결건조한 후 분쇄하여 대두배아 발효분말을 제조하였다. 상기 대두배아 발효분말에 소량의 칼슘(로슈, 독일), 유산균 원말 및 비타민 D(로슈, 독일)와 혼합하여 정장제품을 제조하였다. 구체적인 조성은 하기 표 3에 기재하였다. 본 발명에 따른 비피더스균은 대장에 존재하므로 소장과의 균형을 맞추어 정장효과를 높이기 위해 소장에 존재하는 것으로 알려진 락토바실러스 아시도필러스(Lactobacillus acidophilus)(Lallemand, 캐나다) 원말을 소량 첨가하였다. 제조된 정장제품에는 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65가 2×109/g 정도 함유되어 있고, 락토바실러스 아시도필러스는 2×108/g 함유되어 있다.
성 분 |
1포 |
대두배아 발효분말 |
84% |
락토바실러스 아시도필러스 |
1% |
비타민 D |
5% |
칼슘 |
10% |
총 합계 |
100% |
<실시예 4>
상기 제조예 1에서 제조된 대두배아 발효분말이 함유된 정장제품을 제조하여 상기 정장제품의 정장효과를 60-70세의 노년기 여성 12인을 대상으로 시험하였다. 본 발명에 따른 정장제품을 하루에 2포씩 10일간 투여하고 10일간 투여하기를 2회 반복하였다. 각 시험단계의 말일에 분변을 채취하여 균총을 분석하였다. 그 결과, 하기 표 4 및 도 2에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 대두배아 발효분말이 함유된 정장제품의 섭취시 정장능에 중요한 역할을 하는 비피더스 균은 유의적으로 증가하고, 반대로 유해균인 박테로이즈는 감소함을 확인할 수 있었다.
|
cfu/분변 1g |
미생물 |
섭취전 |
1차 섭취 |
비섭취 |
2차 섭취 |
비섭취 |
비피더스 |
9.08±0.47 |
9.5±0.57 |
8.97±0.79 |
10.04±0.41 |
9.08±0.82 |
박테로이즈 |
9.62±0.41 |
8.66±1.49 |
10.1±0.40 |
9.92±0.34 |
9.87±0.59 |
또한, 본 발명에 따른 대두배아 발효분말이 함유된 정장제품 섭취에 따른 분변횟수를 조사하였다. 도 3에 도시된 바와 같이, 상기 정장제품을 1주일간 섭취했을 때의 분변횟수가 현저히 증가함을 확인할 수 있었다.
<제조예 2>
본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65를 이용한 대두배아 발효분말을 이용하여 기능성 초콜릿을 제조하였다. 하기 표 5에 기재된 바와 같은 조성 및 함량으로 초콜릿을 제조하되,
(1) 코코아 원두(cocoa Bean)를 1차 가공하여 코코아매스(cocoa mass)를 제조하였다. 이후, 상기의 코코아매스에 전지분유와 코코아버터를 먼저 혼합기(mixer)에 넣고 40℃에서 10분간 충분히 혼합한 뒤, 정련기에 넣어 40℃에서 7시간동안 정련하였다.
(2) 상기 제 1공정과는 별도로 향료, 본 발명에 따른 비피도박테리움 락티스 IF65에 의해 발효된 대두배아 발효분 및 코코아버터를 혼합기에 넣고 40℃에서 10분간 충분히 혼합한 후, 제 1공정에서 얻은 혼합물에 첨가 혼합하였다.
(3) 상기 제 2공정에서 얻은 혼합물을 롤러에 통과시켜 입도를 25∼30 ㎛ 크기로 미세화시켜, 후레이크를 제조하였다.
(4) 상기 제 3공정에서 제조된 후레이크에 쏘야 레시틴(soya lecithin)과 코코아버터를 첨가하여 40℃에서 60분간 충분히 혼합한 후 성형기에 부어넣어 몰딩 처리해서 초콜릿을 제조하였다.
조성 |
중량(%) |
코코아매스 |
35-40 |
밀크류 |
14.4 |
식물유 |
30 |
대두배아 발효분 |
10-15 |
유화제 |
0.5 |
향료 |
0.1 |
총계 |
100 |