KR100751949B1 - 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한고체발효를 통한 점질물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된콩 발효물 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 통한 점질물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 콩 발효물에 관한 것으로, 콩 파쇄물 또는 탈지대두분말(혹은 전지활성 생대두미세분말)이 강화된 콩비지를 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 단기간에 수행하면서, 글루타민산 나트륨을 최적 농도로 첨가함으로써 콩비지 발효물로부터는 최고 8.0% (w/w)의 점질물, 콩 파쇄물 발효물로는 6.0% (w/w) 점질물을 생산할 수 있어 고농도의 점질물을 함유하는 즉, 기능성 물질이 고 함유된 청국장 발효물을 생산할 수 있고 이를 점질물의 소재, 식품소재, 음료 및 건강기능식품의 소재로 활용할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있다.
콩발효물, 비지, 바실러스 서브틸리스, 바실러스 필무스, 청국장발효, 청국장 점질물
Description
도 1은 고농도의 폴리감마글루탐산(r-PGA) 점질물 생산을 콩발효물 생산을 위한 개략적인 공정도이다.
도 2는 콩비지를 이용하여 고초균에 의해 발효된 발효물의 점조도 및 고형분 함량을 나타내는 그래프이다.
도 3은 콩비지를 이용하여 고초균에 의해 발효시간에 따른 발효물의 점조도를 나타내는 그래프이다.
도 4는 콩비지를 이용하여 고초균에 의해 발효된 발효물의 점질물 함량을 나타내는 그래프이다.
도 5는 콩 파쇄물 (grit)을 이용하여 고초균에 의해 발효된 발효물의 점조도 및 점질물 함량을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 통한 점질물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 콩 발효물에 관한 것으로 더욱 상세하게는 바실러스 서브틸리스(Baciilus subtilis PUL-A) 및 바실러스 펄무스 (Bacillus firmus JAP)의 고초균을 이용하여 고체발효(청국장 발효)를 수행하며, 콩비지에 탈지대두분말(혹은 전지활성생대두미세분말)을 첨가하며, 동시에 글루타민산 나트륨 첨가 및 발효시간을 최적화함으로써 점질물의 생산을 최적화하여 고함량의 폴리감마글루탐산(r-PGA)를 함유한 청국장발효물의 제조 방법 및 이를 이용하여 제조된 콩 발효물에 관한 것이다.
대두는 장류, 콩나물 등 다양한 전통 식품과 식물성 식용유의 원료로 사용되고 있다. 특히, 대두는 전통적인 두부 및 두유에 이용되어 왔으며, 1차 가공제품의 생산과정에서 생산되는 비지는 부산물로서 식품소재로 활용이 어려운 관계로 자원의 낭비 또는 경제적인 면에서 해결해야 할 과제이다. 최근에는 분체공학의 발전으로 지방질을 포함하는 콩으로부터 300 메쉬(mesh)~ 1000 메쉬의 초미세분말(전지활성생대두미세분말)화가 가능하게 되어 다양한 식품가공의 원료로 활용하게 되었다. 또한 콩 식용유의 제조과정에서 부산물로 생산되는 탈지대두분말은 높은 단백질 함량을 포함하면서 주요한 단백질 원료로 식품가공에 널리 이용되고 있다.
따라서, 전지활성생대두미세분말과 탈지대두분말, 콩비지의 이용방안을 극대화하는 방안으로 전통 고초균 발효에 의한 기능성이 부가된 발효물의 제조가 가능하며, 동시에 기능성식품소재의 확보를 위해서 중요한 발명으로서 사료된다.
지금까지 고초균 발효에 대한 연구는 주로 콩을 주원료로 하여 청국장을 제조하는 것이며, 전통방법으로 발효를 수행함으로써 잡균의 오염이 가능하며, 균일 한 청국장발효 제품을 제조하는데 어려움이 있었다. 특히 콩 초미세분말을 활용한 청국장발효에 관한 보고는 미비하다.
특별히 청국장 발효물에서 생성되는 주된 점질물인 폴리감마글루탐산은 다양한 물성과 생리활성이 있는 것으로 보고 되었으며, 일본청국장인 나토에서 점질물의 생성이 중요시되면서 우량 균주들의 확보와 산업적 활용이 활발한 실정이다.
최근에는 점질물 생산을 최적화하기 위해서 글루타민산 나트륨을 이용하여 점질물 폴리감마글루탐산을 생산하는 균주를 이용하여 액체배양에서 50g/L의 생산성이 보고 되었다. 고체배양의 경우에는 배양물의 조성에 따라서 점질물의 생산성이 다르며, 특히 글루타민산 나트륨을 첨가하는 경우에 배지 종류 및 조성에 따라 최적 글루타민산 나트륨의 농도를 결정하는 것이 요구되며, 최적의 글루타민산 나트륨 농도조건 및 발효시간에서 최대 점질물의 생산을 확인할 수 있었다.
종래 글루타민산 나트륨을 이용한 콩 발효물에 대한 발명으로는 대한민국 특허 등록 제324132호에 작두콩과 메주콩을 혼합하거나, 작두콩에 글루타민산 나트륨을 첨가하여 바실러스 서브틸리스를 접종하여 발효시킴으로써 수득될 수 있는 이취가 감소하고 새로운 맛과 풍미가 발현되어 기호도가 높고 작두콩의 기능성을 더한 청국장과 이의 제조방법이 개시되어 있다. 그러나, 상기 청국장은 글루타민산 나트륨을 이용한 기호도 증진과 작두콩의 기능성을 제공할 수는 있으나 청국장의 기능성 물질인 점질물 생성율이 저조하여 청국장의 기능성이 떨어지는 단점이 있다.
이에 본 발명자는 콩 파쇄물 및 콩비지를 이용하여 재래 청국장으로부터 점질물 생성이 우수한 분리된 바실러스 필무스와 바실러스 서브틸리스 고초균주를 첨가하여 청국장 발효를 수행하였으며, 점질물의 생성을 높이기 위해서 아미노산의 첨가제로서 글루타민산 나트륨을 최적 농도로 첨가하고 고체발효를 일정 시간 동안 수행하여 콩발효물에 점질물의 생성을 최대화함으로써 본 발명을 완성하였다. 이는 종래의 고초균에 의한 액체발효의 발효물에서 점질물의 생산량이 최대 50g/L으로 보고된 것에 비교할 때 본 발명의 콩비지 고체발효에 의한 발효물에 8.0%(w/w)의 점질물이 생성된다는 점에서 매우 유용한 발명으로 사료되며, 특히 비지발효물의 동결건조된 분말은 16% (w/w) 이상의 점질물을 포함한다.
따라서, 본 발명의 목적은 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 통하여 점질물을 고농도로 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
본 발명의 또 다른 목적은 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 통하여 제조된 고농도의 점질물을 함유하는 콩 발효물을 제공하는데 그 목적이 있다.
상기 본 발명의 목적은 콩 파쇄물 또는 탈지대두분말(또는 전지활성생대두미세분말)이 첨가된 콩비지를 이용하여 121℃에서 15분간 살균시킨 후 글루타민산 나트륨을 일정량 첨가한 후 스타터 배양액 바실러스 필무스(Bacillus firmus JAP), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis PUL-A) 등의 스타터 배양약을 1%씩 각각 접종하여 42℃에서 35시간 이내로 고체발효시킴으로써 달성되었다.
이하, 본 발명의 구성 및 작용을 설명한다.
본 발명은 콩비지 및 콩 파쇄물을 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 통한 점질물 제조방법 및 이를 이용하여 제조된 콩 발효물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 점질물 제조방법은 콩파쇄물, 3-30%의 탈지대두분말 또는 전지활성생대두미세분말을 첨가한 콩비지에 동량의 물을 첨가하여 110~130℃에서 10-20분간 살균하는 단계; 상기 단계에서 살균된 혼합물에 글루타민산 나트륨 용액을 첨가하는 단계; 상기 단계의 글루타민산 나트륨을 첨가한 혼합물에 바실러스 필무스(Bacillus firmus) 스타터 배양액과 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 스타터 배양액을 0.1~3중량%씩 접종한 후 37~45℃에서 20~35시간 고체발효하여 발효물을 얻는 단계로 이루어진다.
본 발명의 더욱 바람직한 점질물 제조방법은 콩파쇄물, 10%의 탈지대두분말 또는 전지활성생대두미세분말을 첨가한 콩비지에 동량의 물을 첨가하여 121℃에서 15분간 살균하는 단계; 상기 단계에서 살균된 혼합물에 글루타민산 나트륨 용액을 첨가하는 단계; 상기 단계의 글루타민산 나트륨이 첨가된 혼합물에 바실러스 필무스(Bacillus firmus) 스타터 배양액과 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) 스타터 배양액을 0.1~3중량%씩 접종한 후 37~45℃에서 20~35시간 고체발효하여 발효물을 얻는 단계로 이루어진다.
본 발명에서 발효시 첨가하는 바실러스 서브틸리스 균주의 종류, 원료 배합물의 종류, 첨가하는 글루타민산 나트륨의 농도 및 발효시간이 상기 범위 밖이면 발효 후 얻은 발효물의 점질물 생산이 감소한다.
본 발명의 가장 바람직한 점질물 최적생산을 위한 발효조건은 콩 파쇄물, 탈지대두분말 또는 전지활성생대두미세분말이 강화된 콩비지를 121℃에서 15분간 살균하는 단계; 열처리된 원료에 3-5% 글루타민산 나트륨의 첨가단계; 바실러스 필무스(Bacillus firmus)와 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)스타터를 1중량%씩 접종한 후 42℃에서 20-35시간 발효하여 발효물을 수득하는 단계로 이루어지는 것을 특징으로 한다.
본 발명은 아울러 상기와 같은 방법에 의해 제조된 콩발효물로부터 추출한 기능성 폴리감마글루탐산이 함유된 점질물을 제공한다. 상기 추출은 통상의 방법으로 가능하다.
본 발명에서 사용하는 고초균인 바실러스 필무스(Bacillus firmus), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)는 같은 종(species)에 속하는 균주이면 어느 것이나 사용이 가능하나 아미노산 유도체로서 글루타민산 나트륨을 폴리감마글루탐산으로 전환시킬 수 있는 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)균주가 사용된다. 글루타민산 나트륨 존재하에서 폴리감마글루탐산 생산이 결여된 고초균의 경우에는 글루타민산 나트륨 첨가에 따라서 점조도가 완만하게 증가하면서 점질물의 생성이 미약하다. 또한 발효물의 형태에 따라서 콩 파쇄물, 또는 탈지대두분말이 첨가된 콩비지의 경우에 발효물의 점질물 생산을 최대화하기 위해서 첨가되는 글루타민산 나트륨의 최적 농도에 차이가 있다.
삭제
본 발명에서 실험에 사용한 바실러스 필무스(Bacillus firmus) JAP는 일본청국장(natto)에서 분리한 것이며, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KU-A는 청국장에서 분리한 것이다.
상기 균주의 상세한 분리방법은 먼저 각각의 시료 1g을 멸균 증류수 9 mL에 첨가하여 잘 현탁 시킨 후 5분 동안 방치한 다음 그 상층액을 각각 104~107까지 희석하고 미리 준비한 엠알에스 아가 플레이트(MRS agar plate)에 도말하여 37℃에서 24시간 동안 배양하여 다량의 점질물을 생산하는 균주를 개별 분리한다. 그 다음 상기에서 각각의 분리된 균주는 엠알에스 아가 플레이트에서 도말하여 순수 분리한다. 마지막으로 각각 분리된 균주를 엠알에스 아가 플레이트에서 24시간 동안 배양하여 어넬리티컬 프로파일 인덱스(Analytical Profile Index, API) 키트(kit) 및 16s rDNA 시퀀싱(sequencing)을 사용하여 동정한다.
이하, 본 발명의 구성을 실시예를 들어 더욱 상세히 설명하지만 본 발명을 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예
1 : 본 발명 콩비지로부터
점질물의
최적생산
제 1단계: 원료처리
전지활성생대두미세분말 또는 탈지대두분말을 첨가한 콩비지를 오토클레브로 121℃에서 15분간 살균한다.
제 2단계: 최적 농도 글루타민산 나트륨을 첨가한 원료 배합물 제조
상기 제 1단계에서 제조된 원료에 점질물의 생산을 최적화하기 위해서 살균된 40% 글루타민산 나트륨 용액을 중량비로 5% 첨가하여 혼합한다.
제 3단계:
바실러스
균주를 이용한 콩비지의 청국장발효
상기 제 2단계에서 제조된 발효원료 혼합물에 고체발효를 하기 위해 고초균인인 바실러스 필무스(Bacillus firmus) JAP와 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis) KU-A의 스타터를 1중량%씩 각각 접종하여 42℃에서 30시간 발효하였다.
바실러스 스타터제조를 위해서는 상기 제 1단계에서 청국장에서 분리선별한 바실러스 필무스와 바실러스 서브틸리스를 젖산균 배양용 엠알에이(MRA) 아가 플레이트에서 42℃ 항온기를 이용하여 24시간 활성화시킨 후, 한 콜로니(colony)를 따서 멸균된 5% 콩 분말용액에 접종한 후 42℃ 항온기에서 24시간 150 rpm에서 진탕 배양시켜 스타터 종균으로 사용하였다.
실험예
1: 콩비지로부터 고체발효에 의한 청국장
발효물의
점질물의
생산량 변화 조사
도 1은 탈지대두분말(또는 전지활성생대두미세분말)이 강화된 콩비지로부터 고체발효에 의한 청국장 발효물 제조 공정을 나타낸다.
10%의 탈지대두분말(또는 전지활성생대두미세분말)을 첨가한 콩비지를 이용하여 1~7%의 수준으로 글루타민산 나트륨 첨가에 따른 비지발효물의 점조도변화 및 점질물의 고형분 함량 변화에 대해 알아보았다.
콩비지발효물의 점질물 함량의 측정을 위해서 발효물에 35배 부피의 증류수를 첨가하여 추출액을 얻은 후 원심분리하여 상등액을 취한다. 상등액에 2배 부피의 알코올을 첨가하여 다당류를 응집시킨 후 원심분리하여 회수한다.
점질물의 고형분 함량은 105℃ 상압건조법에 의해서 결정하였다. 배양액 추 출물의 점조도는 레오미터 시스템(Rheometer System)(HAAKE RheoStress 1, Germany)에 스핀들(spindle)(Platte PP35 Ti, D=35mm)을 장착하여 측정 플레이트 P61(measuring plate P61)을 사용하여 측정하였다. 점조도값은 변형 속도(shear rate)(1/s)와 변형 압력(shear stress)(Pa)으로 나타내어 점조도가 높아짐에 따라 층밀림 변형력이 높아지는 효과를 측정하였다. 측정온도 20℃에서 전단속도는 1~100 s-1의 범위로 유동특성을 알아보았고, 점조도지수와 유동지수 값은 파워 로우 모델(Power law model)(τ=arb)로 측정하였다.
실험 결과, 도 2와 같이 콩비지에 탈지대두분말을 강화한 후 글루타민산 나트륨을 5% 수준으로 첨가하여 발효한 경우에 고초균으로부터 고농도의 폴리감마글루탐산 점질물(7%, w/w)이 생산되었다. 그러나 글루타민산 나트륨 농도가 5% 이상으로 높아질수록 점질물의 생산성이 감소되는 경향을 보였으며, 점조값도 감소하였다. 콩비지를 이용하여 고초균에 의한 고체발효에서 5% 글루타민산 나트륨 및 10% 탈지대두분말이 첨가된 콩비지는 발효시간이 30시간에서 가장 높은 점질물의 생산(8%, w/w)을 보였다(도 3, 도 4).
또한 발효물에 잔존하는 글루타민산 나트륨 함량은 글루타민산 나트륨 5% 첨가 시 98%의 전환율을 보이면서 고초균에 의한 청국장발효에 의해서 대부분이 이용되는 것으로 나타났다. 발효물부터 측정한 점조도에서 바실러스 펄무스 (JAP)와 바실러스 서브틸러스 (PUL-A)이 발효시간이 증가하면서 높은 점조도 값을 나타내었으며, 30시간 이후에는 감소하였다(도 3, 도 4).
실험예
2: 콩
파쇄물로부터
고체발효에 의한
청국장발효물의
점질물의
생산량 변화 조사
콩 파쇄물을 이용하여 고초균 바실러스 펄무스 (JAP)에 의한 고체발효를 통해서 얻어진 발효물은 상기 실험예 1과 동일한 방법으로 희석 추출하여 다당류를 선택적으로 알코올 침전으로 회수한 후 상압건조법으로 측정한 값은 도 5에서 나타내고 있다. 발효시에 글루타민산 나트륨 무첨가의 경우에는 4% 정도의 점질물 양을 생산하지만, 글루타민산 나트륨이 3% 첨가한 경우에 6%(w/w)정도의 점질물을 생산하였다.
이상, 상기 실시예 및 실험예를 통하여 설명한 바와 같이, 본 발명은 콩 파쇄물 또는 탈지대두분말(혹은 전지활성 생대두미세분말)이 강화된 콩비지를 이용하여 고초균에 의한 고체발효를 단기간에 수행하면서, 글루타민산 나트륨을 최적 농도로 첨가함으로써 콩비지 발효물로부터는 최고 8.0% (w/w)의 점질물, 콩 파쇄물 발효물로는 6.0% (w/w) 이상의 점질물을 생산할 수 있어 고농도의 점질물을 함유하는 즉, 기능성 물질이 고함유된 청국장 발효물을 생산할 수 있고 이를 점질물의 소재, 식품소재, 음료, 장류 및 건강기능식품의 소재로 활용할 수 있는 매우 뛰어난 효과가 있으므로 식품산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (3)
- 동량의 물이 혼합된 콩 파쇄물, 탈지대두분말 또는 전지활성생대두미세분말이 첨가된 콩비지를 110~130℃에서 10~20분간 살균하는 단계; 상기 단계의 살균된 혼합물에 3~5 중량% 글루타민산 나트륨(MSG)을 첨가하는 단계; 상기 단계의 글루타민산 나트륨이 첨가된 혼합물에 바실러스 필무스(Bacillus firmus)와 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)를 0.1~3중량%씩 접종한 후 37~45℃에서 20~35시간 발효하여 청국장 발효물을 수득하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 콩발효물의 제조방법.
- 제 1항 기재의 방법에 의해 제조된 콩발효물을 유효성분으로 포함하는 식품.
- 삭제
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