KR100530875B1 - 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법 - Google Patents

홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법에 관한 것이다.
본 발명의 홍차버섯 종균은 종래부터 홍버섯으로 알려진 야생균주인 곰부차(Kombucha. sp.)를 계대배양을 통하여 유기산 생성능력이 우수한 균주를 순수분리하여 얻은 변이주(Kombucha sp. RHS 2003, KFCC - 11323)로 본 발명의 유기산을 제조하였다. 홍차버섯의 배지로는 설탕이나 과당 또는 포도당 6-25(v)% 용액에 홍차추출물 0.5-1.0(v)%을 혼합한 후, 홍차버섯의 종균을 접종하고 생육온도로 14-30℃에서 상대습도 50-80%로 조절하면서 호기적으로 배양하면 48-96시간에 걸쳐 유기산을 생성하게 된다. 본 발명의 균주는 생육과정에서 당과 홍차추출물을 주성분으로 이용하며 발효과정을 거쳐 당을 유기산으로 변화시켜 대사산물은 신맛을 내게 되며 배지에는 잔당이 2-3%로 잔존하게 되며 대사과정에서 탄산가스도 발생시켜 유기산과 잔당이 조화를 이루어 독특한 상쾌한 맛과 향을 제공하게 된다. 유기산은 주로 주석산(Tartaric Acid)과 사과산(Malic Acid)을 2-3%로 많이 생성시키고 호박산(Succinic Acid)과 초산(Acetic Acid)도 0.05-0.25% 정도 생성시킨다.
홍차버섯의 효능은 류마티스, 천식, 대머리, 백발에 효과가 좋은 것으로 알려진 건강식품으로서 그 밖에도 항암, 콜레스테롤 저하, 혈압저하, 숙취예방, 변비 개선, 체중감량, 스트레스 조절 작용 등이 있다고 알려져 있다.
본 발명의 유기산은 식품 및 의약품으로 제공하는 데 그 목적이 있다.

Description

홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법{Production method for organic acid using of kombucha}
본 발명은 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 호기적 조건하에서 당과 홍차의 혼합물에 홍차버섯 종균을 접종하고 발효시키는 공정을 포함하는 유기산의 생산방법에 관한 것이다.
홍차버섯은 홍차 위에 떠 있는 균체의 모양이 버섯의 갓과 비슷하다 하여 이러한 이름으로 불리워지고 있다. 대부분의 버섯류는 버섯 자체를 식용으로 사용하지만 홍차버섯은 홍차를 발효하여 홍차만 마시고 홍차버섯 자체는 식용으로 사용하지 않는다.
발명의 홍차버섯 종균은 종래부터 홍버섯으로 알려진 야생균주인 곰부차(Kombucha)를 산사(설악산 신흥사)에서 입수하여 계대배양을 통하여 유기산 생성능력이 우수한 균주를 순수분리하여 얻은 변이주(Kombucha sp. RHS 2003, KFCC - 11323)로 본 발명의 유기산을 제조하였다.
홍차버섯은 류마티스, 천식, 대머리, 백발에 효과가 좋은 것으로 알려진 건강식품으로서 미국, 유럽, 호주 등에서 크게 유행하고 있다. 원산지인 중국에서 구소련 바이칼호수 주변으로 전해졌으며 그후 일본과 한국으로 전파되었다고 전해지고 있다. 바이칼호 주변에는 장수하는 사람이 많다는 것은 세계적으로 유명하며 홍차버섯이 불로장수의 음료로 알려지게 되었다. 홍차버섯은 1974년 일본 키타사토대학 사키모토 마사요시교수에 의하여 그의 정체가 밝혀지게 되었는데 콤부차는 효모세포와 박테리아의 공생체로서 버섯류처럼 포자로 생산되는 것이 아니라 발아로 번식하는 균류(菌類)에 의해 생기는 지의류(地衣類)의 피막이라고 알려져 있다. 그러나 일부 학자들의 견해에 따르면 지의류는 조류(藻類)와 균류의 공생체이고 조류의 전형적인 특징인 광합성을 하기 위하여 에너지원으로 빛을 필요로 하는데 반하여 콤부차는 조류를 포함하지 않기 때문에 어두운 곳에서도 잘 살 수 있으므로 지의류로 분류하지 않는 사람도 있으나 홍차를 비롯한 여러 가지 차를 즐겨 생육하므로 홍차버섯이라고 명명하게 되었다. 한편 호주에서는 홍차버섯을 기적의 버섯(Miracle Mushroom)이라고 부르기도 한다.
홍차버섯의 배지로는 설탕이나 과당 또는 포도당 6-25(v)% 용액에 홍차추출물 0.5-1.0(v)%을 혼합한 후, 홍차버섯의 종균을 접종하고 생육온도로 14-30℃에서 상대습도 50-80%로 조절하면서 호기적으로 배양하면 48-96시간에 걸쳐 유기산을 생성하게 된다. 본 발명의 균주는 생육과정에서 당과 홍차추출물을 주성분으로 이용하며 발효과정을 거쳐 당을 유기산으로 변화시켜 대사산물은 신맛을 내게 되며 배지에는 잔당이 2-3%로 잔존하게 되며 대사과정에서 탄산가스도 발생시켜 유기산과 잔당이 조화를 이루어 독특한 상쾌한 맛과 향을 제공하게 된다. 유기산은 주로 주석산(Tartaric Acid)과 사과산(Malic Acid)을 2-3%로 많이 생성시키고 호박산(Succinic Acid)과 초산(Acetic Acid)도 0.05-0.25% 정도 생성시킨다.
홍차버섯의 효능은 암을 억제하는 작용, 콜레스테롤을 낮추는 작용, 혈압을 낮추는 작용, 숙취를 예방하는 작용, 류마티스를 개선하는 작용, 변비를 개선하는 작용, 체중감량 작용, 스트레스나 천식을 조절하는 작용 등이 있다고 알려져 있다. 이러한 홍차버섯은 변비, 관절염, 고혈압, 비만, 아토피 피부염, 여드름 치료, 암 치료에 큰 효과가 있다고 하여 상당히 주목을 받고 있으며 러시아, 독일, 오스트리아, 유럽의 여러 나라와 호주, 미국에서도 수백만의 사람들이 복용하고 있다.
한편 산업적으로 널리 사용되고 있는 유기산 제조방법은 화학합성, 효소반응 및 미생물의 발효공정을 이용해서 생산하고 있으며, 이러한 생산방법중 공정의 경제성 때문에 화학합성 방법이 주로 이용되고 있다.
유기산중에서 현재 초산과 구연산은 발효공정을 이용해서 일부 생산하고 있으나, 그 외의 유기산의 발효생산은 상대적으로 생산성이 낮고, 화학합성에 의한 생산공정과 경쟁관계에 있어 화학합성이 주된 생산방법으로 이용되고 있다(참조: Roehr, M., Products of Primary Metabolism, in: Biotechnology, 2nd Ed., Vol.6 (Rehm, H.-J., Reed, G., Eds.), Weinheim: Verlag Chemie, 1996).
그러나 유기산의 생산능력을 가지는 미생물의 계속적인 발견 및 고효율 발효공정의 개발, 그리고 환경문제에 대한 인식의 확산 등에 힘입어 유기산의 생산에 있어서 화학합성 보다는 효소반응이나 미생물을 이용한 발효방법이 점차적으로 증가하고 있는 추세이다.
한편 본 발명과 관련된 종래 기술로서 한국특허공개 1995-0000007(차버섯을 배양하는 방법), 한국특허공개 2003-62562(피부재생 및 피부 노화지연 효과를 가지는 콤부차 발효배양액 및 이를 함유하는 조성물), 한국특허등록 제10-372218호에 유기산 생성 균주인 만헤이미아속 55E(KCTC 0769BP) 및 전기 균주를 혐기적 또는 호기적 조건에서 배양하여 유기산을 생산하는 방법이 있다. 그러나 종래기술은 본원발명에서 유기산을 생산하는 균주가 다르므로 그 기술적 구성을 달리한다.
본 발명은 홍버섯으로 알려진 야생균주인 곰부차(Kombucha. sp.)로부터 유기산 생성능력이 우수한 균주를 순수분리하여 얻은 변이주(Kombucha sp. RHS2003, KFCC - 11323, 한국미생물보존센터에 기탁)의 발효에 의하여 주석산, 사과산, 호박산의 유기산을 제조하는 데 있다.
본 발명의 균주를 이용한 최적배지 및 발효공정을 적용하여 유기산의 생산을 최대로 하는 방법을 제공하는 데 또 다른 목적을 제공한다.
본 발명의 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 생산방법은 우량균주 선별, 배양조건(차추출액, 당액, 온도 및 상대습도)을 확립하여 발효에 의하여 유기산 생산을 최대화하는 데 있다.
<우량균주의 선별>
시중에서 입수한 야생균주(wild type)의 곰부차(Kombucha. sp.)를 이용하여 유기산 생성능력이 우수한 균주를 얻기 위하여 수 많은 실험과 계대배양을 통하여 유기산 생성능력이 우수한 균주를 순수분리하여 변이주(Kombucha sp. RHS 2003)를 얻고 이를 균주기탁기관(한국미생물보존센터)에 KFCC-11323으로 기탁하게 되었다.
표 1. 실험 및 계대배양을 통한 균주의 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 야생균주 변이주 기탁균주
48hrs 96hrs 48hrs 96hrs 48hrs 96hrs
주석산 1214.56 4219.40 1328.41 6494.68 18156.24 21766.81
초산 729.68 1129.54 817.51 895.12 2016.4 2528.85
사과산 1296.41 4467.68 1368.40 8315.17 1924.69 27436.20
호박산 0 82.75 28.74 435.12 513.12 624.10
배지는 홍차추출액 0.7%, 당도 15%가 함유된 액체배지를 멸균하여 야생균주, 변이주, 기탁균주를 접종하고 상대습도를 60%로 조정한 후, 온도 25℃에서 상대습도 70%로 호기적으로 배양하면서 발효시간에 따른 유기산 생성능을 관찰하였다. 상기의 결과로부터 기탁균주가 주석산과 사과산을 많이 축적시킴을 알 수 있다.
<배양조건>
본 발명에서 홍차나 녹차 또는 설록차는 통상적으로 음용하는 것이라면 어떠한 것이라도 사용할 수 있다. 본 발명에서는 차잎을 100∼120℃ 온도에서 끓인 정제수 1ℓ에 차잎 10∼20g을 넣고 10∼20분간 추출하고 상온으로 냉각한 후, 사용하였다. 배지의 당분은 설탕, 과당, 포도당 중에서 사용하였다.
표2. 기탁균주의 차추출액에 따른 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 홍차추출액 녹차추출액 설록차추출액
0.6% 0.8% 0.6% 0.8% 0.6% 0.8%
주석산 19164.24 21243.15 18432.15 19245.31 17691.25 18843.29
초산 2124.72 2415.43 1921.04 1121.25 945.25 998.21
사과산 19527.95 26973.22 18726.11 20121.34 18412.21 20064.05
호박산 629.14 684.25 417.25 795.35 843.21 957.21
배지는 각각의 차추출액 0.6-0.8%에 설탕 15%가 함유된 액체배지를 멸균하여 기탁균주를 접종하고 상대습도를 60%로 조정한 후, 온도 25℃에서 상대습도 70%로 호기적으로 배양하면서 유기산 생성능을 관찰하였던 바, 상기의 결과로부터 홍차추출물의 유기산 생성능력이 우수함을 알 수 있었다.
표 3-1. 기탁균주의 당류에 따른 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 설탕 과당
6.0% 15% 25% 6.0% 15% 25%
주석산 21317.52 26143.50 3125.14 14356.24 18432.56 18003.21
초산 2112.25 2419.31 2311.72 1814.12 1924.3 1901.21
사과산 24319.55 28179.36 26943.12 15191.22 20043.92 19432.11
호박산 521.29 611.31 599.74 554.32 662.12 601.65
표 3-2. 기탁균주의 당류에 따른 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 포도당
6.0% 15% 25%
주석산 16241.21 19941.84 18865.72
초산 1912.25 2011.88 1914.31
사과산 17743.39 20016.33 19432.68
호박산 551.24 594.24 582.21
배지는 각각의 홍차추출액 0.7%에 각각의 당류 6.0-25%가 함유된 액체배지를 멸균하여 기탁균주를 접종하고 상대습도를 60%로 조정한 후, 온도 25℃에서 상대습도 70%로 호기적으로 배양하면서 유기산 생성능을 관찰하였던 바, 상기의 결과로부터 설탕용액의 유기산 생성능력이 우수함을 알 수 있었다.
표 4-1. 온도에 따른 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 온도(℃)
14 20 25 30
주석산 24319.54 24971.12 26613.50 21212.14
초산 1911.12 2146.54 2311.72 1912.14
사과산 23316.95 24146.75 28179.36 24001.68
호박산 554.31 5721.66 611.31 5774.42
표 4-2. 상대습도에 따른 유기산 생산능력 비교(단위;ppm)
구분 상대습도(%)
50 60 70 80
주석산 24111.88 26613.50 24693.22 25167.32
초산 1721.51 2311.72 2043.31 1964.81
사과산 24469.72 28179.36 2594.84 23876.94
호박산 591.21 611.31 598.21 600.55
배지는 각각의 홍차추출액 0.7%에 각각의 당류 15%가 함유된 액체배지를 멸균하여 기탁균주를 접종하고 상대습도와 온도에 따라 호기적으로 배양하면서 유기산 생성능을 관찰하였던 바, 상기의 결과로부터 온도 25℃에서 상대습도 60%에서 유기산 생산능력이 우수함을 알 수 있었다.
이상에서 실험을 통하여 얻은 결과에 의하면 본 발명의 균주는 하기의 표 5 같은 생육조건에서 유기산의 생산에 적합함을 알 수 있었다.
표 5 홍차버섯 종균 생육조건
항목 홍차추출액 농도(%) 당도(%) 온도(℃) 상대습도(%) 특성 생육시간(hr)
단위 0.70∼0.75 6∼25 14∼30 50∼80 호기성 48∼96
한편, 본 발명의 방법에 의해 생산된 유기산이 함유된 음료, 건강보조식품, 의약품을 포함한다.
이하 본 발명을 다음의 실시예, 시험예에 의하여 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명의 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
(1) 100∼120℃ 온도에서 끓인 정제수 1ℓ에 홍차잎 10∼20g을 넣고 10∼20분간 추출하여 얻은 홍차추출물 0.7(v)%를 냉각하여 상온의 온도로 유지한다.
(2) 100∼110℃ 온도에서 끓인 정제수 1ℓ에 설탕을 서서히 용해시켜 당도계로 당도가 15(v)% 되도록 당액을 만들고 이를 냉각하여 상온의 온도로 유지한다.
(3) 상기 (1)공정에서 얻은 홍차와, (2)공정에서 얻은 당액을 혼합한 후 멸균시켜 냉각한 다음 홍차버섯 종균(Kombucha sp. RHS 2003, KFCC - 11323)을 접종하고 호기적으로 온도 25℃, 상대습도 60%의 조건하에서 72시간 발효시켜 유기산을 제조하였다.
<실시예 2>
실시예 1과 동일하게 하고 홍차잎 추출물 0.6%, 과당용액 15%를 배지로 사용하고 종균을 접종한 후, 20℃, 상대습도 70%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발효시켜 유기산을 얻었다.
<실시예 3>
실시예 1과 동일하게 하고 홍차잎 추출물 0.8%, 설탕용액 12%를 배지로 사용하고 종균을 접종한 후, 28℃, 상대습도 80%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발효시켜 유기산을 얻었다.
<실시예 4>
실시예 1과 동일하게 하고 홍차잎 추출물 0.65%, 설탕용액 20%를 배지로 사용하고 종균을 접종한 후, 30℃, 상대습도 50%로 하는 것을 제외하고는 실시예 1과 동일하게 발효시켜 유기산을 얻었다.
표 6. 실시예에 따른 유기산 농도(단위;ppm)
구분 실시예1 실시예2 실시예3 실시예4
주석산 20014.69 19211.84 19872.56 18776.44
초산 2305.12 2271.55 2116.96 2091.48
사과산 26215.84 25569.72 25001.87 24487.35
호박산 677.75 655.31 661.24 645.92
<시험예 1>
상기 실시예 1에서 얻은 발효액 중의 유기산 및 그 밖의 성분을 알아 보기 위하여 검사기관인 과학기술분석센타(대전광역시 대덕구 소재)에 의뢰하여 아래의 표 6과 같은 결과를 얻었다.
표 6. 발효액 성분검사
검사항목 단위 검사결과
조단백질 % 0.08
조지방 % 0.05
탄수화물 % 13.62
조회분 % 0.04
열량 kcal/100g 55.25
유기산 Propionic acid - 불검출
Tartaric acid ppm 21766.81
Acetic acid ppm 2528.95
Butyric acid - 불검출
Formic acid - 불검출
Sorbic acid - 불검출
Fumaric acid - 불검출
Citric acid - 불검출
Malic acid ppm 27436.20
Succinic acid ppm 624.10
Benzoic acid - 불검출
<적용예 1>
상기 실시예 1의 방법에 의해 제조한 배지에서 상등액을 분리하여 얻은 유기산 용액을 제균필터로 여과하여 착향, 가당 100ml용기에 넣어 음료용으로 제조하였다.
<적용예 2>
상기의 적용예 1과 같은 방법에 의해 제조한 유기산을 농축하여 유당과 함께 캡슐로 제조하여 건강보조식품으로 제조하였다.
본 발명은 홍차버섯 종균을 발효시켜 주석산, 초산, 사과산, 호박산을 제조함에 있어서 특히 주석산과 사과산이 대량으로 축적됨을 알 수 있다. 특히 건강에 좋은 유기산을 동시에 축적시킬 수 있는 균주와 발효방법을 제공함으로써 음료, 건강식품, 의약품으로 용도를 확대해 나갈 수 있으리라 전망된다.
상술한 바와 같이, 본 발명의 발명의 구성 및 실시예를 통하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.

Claims (7)

  1. 홍차버섯에서 유래한 야생균주로부터 유기산 생성능력이 우수한 균주를 순수분리하여 얻은 홍차버섯균주(Kombucha sp. RHS 2003, KFCC - 11323)
  2. 청구항 1의 균주를 홍차 및 당의 혼합배지에 접종하여 호기적 조건하에서 발효시키는 공정을 포함함을 특징으로 하는 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 유기산은 주석산, 초산, 사과산 및 호박산인 것을 특징으로 하는 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 혼합배지로는 설탕이나 과당 또는 포도당 중에서 선택된 하나 이상의 용액 6-25(v)%에 홍차추출물 0.5-1.0(v)%이 혼합된 배지임을 특징으로 하는 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 제조방법.
  5. 제 2항에 있어서, 발효조건은 홍차버섯의 종균을 접종하고 생육온도로 14-30℃에서 상대습도 50-80%로 조절하면서 호기적으로 배양하면 48-96시간 배양함을 특징으로 하는 홍차버섯 종균을 이용한 유기산의 제조방법.
  6. 특허청구범위 제2항에 의해 생산된 유기산을 포함하는 음료.
  7. 특허청구범위 제2항에 의해 생산된 유기산을 포함하는 의약품.
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