KR100778938B1

KR100778938B1 - 발아대두를 이용한 청국장의 제조방법

Info

Publication number: KR100778938B1
Application number: KR1020060100885A
Authority: KR
Inventors: 오훈일; 엄상미; 이보나; 이인
Original assignee: 주식회사 삼아벤처; 이인; 이보나
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2007-11-29

Abstract

본 발명은 발아콩을 이용한 청국장의 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 콩의 발아를 통해 콩(대두)에 함유된 GABA(Gamma amino butyric acid), 이소플라본(isoflavone) 등의 생리활성 물질을 증가시킨 후 이 발아대두를 이용하여 발효시킨 청국장의 기능성 및 품질을 향상시키는 데 있다. 25℃∼35℃의 온도에서 대두를 발아시켜 GABA 및 isoflavone 함량이 최대인 발아조건하에서 볏짚 또는 바실러스 낫토(Bacillus natto,) 또는 바실러스 낫토와 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae)의 혼합균주를 이용하여 24시간 내지 72시간 동안 발효시켜 GABA 및 이소플라본(isoflavone) 함량이 높여 기능성이 강화된 청국장을 제공하는 데 있다.

Description

발아대두를 이용한 청국장의 제조방법{Manufacturing Method for Chungkukjang Using Germinated Soybeans}

도 1은 본 발명의 제조공정도이다.

도 2는 대두의 발아 온도별 GABA 함량의 변화를 나타낸 것이다.

도 3은 대두의 발아 온도별 아글리콘 함량의 변화를 나타낸 것이다.

본 발명은 발아콩을 이용한 청국장의 제조방법에 관한 것으로 보다 상세하게는 콩의 발아를 통해 콩에 함유된 GABA(Gamma amino butyric acid), 이소플라본(isoflavone) 등의 생리활성 물질을 증가시킨 후 이 발아대두를 이용하여 발효시킨 청국장의 기능성 및 품질을 향상시키는 데 있다. 콩은 대두(Soy bean)라 불리며 원산지는 동북아시아, 중국 북부로서 약 5,000년 전부터 재배되어 쌀, 보리와 더불어 식물성 단백질 및 지방의 공급원으로써 중요한 위치를 차지하고 있는 작물로 우리나라에서는 두부, 콩나물, 콩요리, 콩과자 이외에 전통적으로 콩을 이용한 간장, 된장과 같은 발효식품의 주된 원료로서 매우 다양하게 이용되어져 왔다. 콩에 함유된 주요성분들은 단백질 35∼40％, 유지 15∼20％, 탄수화물 35％, 기타성분이 5％ 정도로 구성되어 있으며, 이들 성분은 단백질, 지질, 탄수화물, 비타민, 무기질 등과 같은 영양성분과 생리활성을 나타내는 식물성 물질(phytochemicals)이다. 영양적 측면에서 콩 단백질은 함 황 아미노산이 부족하지만 쌀밥과 함께 섭취하면 쌀에 부족한 라이신과 트립토판이 보완되어 훌륭한 단백질 공급원이 되며, 또한 콩에 함유된 불포화 지방산은 리놀레인산이 52％, 리놀레닌산이 11％으로 다량 함유되어 있어 필수 지방산의 공급원으로도 매우 우수하다. 이러한 대두의 기능성에 대한 수많은 연구논문들을 토대로 1999년 미국 FDA는 '하루에 콩 단백질 25g을 섭취하면 심장질환을 예방할 수 있다'는 식품유용성 표시안을 공식 인정하였다. 콩의 항영양성 인자(antinutritional factor)로 알려졌던 물질들이 최근의 연구에 의해 오히려 항암성, 항산화능 및 면역성 강화 등의 다양한 새로운 기능성을 시사하는 결과가 보고되고 있다. 콩의 혈중 콜레스테롤 저하로 인한 순환기 질환 개선은 콩의 기능성에 대한 연구 중 가장 대표적인 것으로 콜레스테롤 배설의 촉진과 장 기능에 대한 생리 효과 및 식후 혈당상승과 인슐린 분비억제의 역할을 할 수 있는 식이성 섬유(dietary fiber, 20％ 내외)와 장내 유용균총의 번식을 촉진하게 하는 콩 올리고당(oligosaccharide, stachyose 4％, raffinose 1％)이 대표적이다. 그 밖에 혈중 콜레스테롤 농도 감소와 분변 steroid 배설 촉진에 관련된 콩 단백질과 그 가수분해물 펩타이드(40％ 내외), 생체막 성분으로서 뇌기능의 향상과 노인성 치매방지 및 혈중 콜레스테롤 축적 방지효과를 줄 수 있는 인지질(phospholipid, 1∼3％) 등 의 여러 가지 기능성 물질이 다량 함유되어 있다는 것이 최근 수년간의 연구에 의해 보고되었다. 또한 그동안 영양저해 인자로 알려진 콩의 saponin은 항암효과와 노화를 방지하는 역할을 하며, phytic acid는 인체에 해로운 중금속 이온들과 용이하게 결합하여 체외로 쉽게 배설하게 할 뿐만 아니라 과잉의 철과 결합함으로써 철에 의한 지방산화를 억제하여 암이나 심장병의 발병율을 낮추는 효과가 있다. 이외에도 trypsin inhibitor, hemaglutinin, 올리고당 등이 생리활성 물질로 알려지면서 미래의 중요한 식량자원으로 각광받고 있다.

콩 뿐만이 아니라, 모든 식물종자는 알맞은 물, 산소, 온도가 주어지면 발아하며, 발아가 진행됨에 따라 생리적 활성이 증대되고 성분의 변화가 일어난다. 따라서 식물 종자의 발아에 의한 생리활성 물질 및 구성성분들의 유효도를 극대화하기 위한 연구들이 곡류 및 두류를 중심으로 활발하게 진행되어 왔다. 발아과정은 먼저 수분이 흡수되면서 종피가 부풀어 수분과 가스의 투과가 용이 해지고 이에 따라 종자내의 효소들이 활성화되어 자엽에 있는 영양성분들이 분해되고 생장점으로 이동하여 발아에 필요한 새로운 물질을 합성하는 과정을 말하며 이 과정에 의해 곡류나 두류의 영양적 저해인자는 감소된다. 대두 발아 중 일반성분과 지방질의 화학적 상수 및 지방산 조성은 유지 중 불포화지방산이 발아전보다 발아 후 증가되며, 이소플라본(isoflavone) 중 daidzein과 genistein의 향상이 1∼2일의 발아 초기에 뚜렷하다. 콩 종실의 isoflavone은 주로 80∼90％가 cotyledon에 함유되어 있으며 나머지가 배유에 존재하고, 껍질(seed coat)에는 거의 존재하지 않으며 특히 배아(hypocotyl)에는 동량의 자엽보다 약 5.5∼6.0배의 isoflavone을 함유하고 있다. 또한 콩 종실의 isoflavone은 대두의 품종과 재배지역, 재배연도와 같은 재배환경에 따라서도 차이가 있으며 약 0.1∼0.4％ 정도 함유되어 있다. 그러나 isoflavone은 콩과 콩 제품의 씁쓸하고 비린 좋지 않은 뒷맛에 관여하는 성분으로 그 동안 이를 제거하기 위한 노력이 시도되었으나, 생리활성에 관한 연구결과가 발표되면서 isoflavone 함량 증가가 중요한 과제로 대두되었다.

Isoflavone은 여성호르몬인 estrogen과 유사한 구조와 활성을 가지며 tyrosine kinase, 신생혈관 생성억제 등의 작용으로 항암활성을 가질 뿐만 아니라 골다공증 예방, 항산화 활성에 의한 심혈관질환 억제에도 영향을 미친다. 특히 콩의 isoflavones 중 genistein의 항산화효과에 대한 연구가 가장 활발하며 in vitro와 in vivo에서 종양 promoter에 의해 유도된 과산화수소의 생성을 억제하였다는 Wei 등(Nutr. Cancer, 20 : 1-2, 1993)의 보고가 있다. 그 외에도 구리에 의해 촉매되는 LDL 산화에 있어서도 genistein이 항산화효과를 나타낸다는 많은 보고되었다.

Hodgson 등(Nutr. Biochem., 7 : 664-669, 1996)은 사람의 혈청에서 Copper-유래 LDL 산화 시 genistein, daidzein, equol, O-desmethy- langolensin의 보호효과를 kinetics로 측정하였는데 1 μmol/L과 10 μmol/L genistein이 CDA 생성을 억제하였음을 보고하였다. Rafici 등(Atherosclerosis, 107 : 99-108, 1994)은 insulin 유래 LDL 산화 시 tyrosine kinase inhibitors의 효과를 조사한 연구에서 genistein의 단일농도(150 μmol/L)가 copper와 세포 유래 LDL 산화를 67과 77％까지 억제할 수 있었음을 보고하였다. 또한 Mitcheel 등(Eur. J. Nutr., 38 : 143- 148, 1999)은 건강한 지원자에게 4주간 두유(1ℓ/day)를 섭취시킨 실험에서 endogenous DNA strand 절단과 과산화수소 유도 DNA 손상에 대해 두유식이가 유의적인 보호효과를 나타내지는 않았으나 DNA pyrimidines에 대한 산화적 손상은 점진적으로 감소하였다고 보고하였다. 최근 isoflavone의 여러 생리활성 중 가장 활발하게 연구가 이루어지고 있는 부분은 암예방과 관련되어 있으며 특히 genistein의 항암작용에 대한 연구가 다양하게 이루어지고 있다. 콩에 존재하는 isoflavone의 하나인 genistein은 Akiyama 등(J. Biol. Chem., 262 : 5592-5596, 1987)에 의해서 tyrosine protein kinase 저해제로 밝혀짐에 따라 많은 관심의 대상이 되었다. 또한 genistein은 topoisomerase Ⅱ, ribosomal S6 kinase를 저해하며 benzo(a)pyrene에 의한 cytochrome P450 활성유도를 억제하는 것이 밝혀져 발암억제 가능성이 여러 측면에서 증명되었다. Genistein은 superoxide anion의 형성을 억제하고 종양 촉진인자인 과산화수소를 수거하여 항산화효과를 나타내며, UV 조사나 Fenton 반응계에서 DNA의 8-hydroxy-2- deoxyguanosine의 생성을 현저하게 막아 항암작용에 관여함이 밝혀졌다. 또한 epidermal growth factor receptor와 같은 tyrosine protein kinase(TPK)에 대한 강한 억제작용이 있는 것으로 밝혀지고 있는데, tyrosine 인산화는 세포증식과 transformation에서 중요한 역할을 하기 때문이다. 또한 ras oncogene-transfected NIH3T3 세포의 성장을 억제하고 CH31OT1/2 fibroblast에서 혈소판유도 growth factor-induced c-fos와 c-jun의 발현을 감소시켰으며 DNA topoisomeraseⅡ와 ribosomal S6 kinase의 활성 억제작용이 genistein의 항암효과를 뒷받침하는 작용기작으로 밝혀지고 있다. Genistein은 유방암 또는 전립선암 등에 대하여 항암성을 보이는데 대부분의 유방암 세포는 estrogen을 필요로 하는데 genistein은 폐경 전 여성에게 항 estrogen 활성을 갖게 함으로써 호르몬, 세포대사를 통해 유방암과 관련된 estrogen 작용을 감소시킨다. 이밖에 갱년기 여성에게는 폐경이후 혈중 estrogen 농도가 떨어짐으로써 뼈의 형성과 용해 사이의 균형이 깨어져 골다공증이 생기므로 estrogen 치료를 하여 골다공증을 낮추거나 막고 있는데, genistein은 갱년기 이후 여성에게 estrogen 활성을 갖게 함으로써 골다공증을 예방하는 것으로 보고되어 있다. 그밖에 daidzein은 뼈의 재흡수를 억제하고 골다공증 예방과 혈중 알코올 농도 상승을 억제하는 효과가 있는 것으로 보고되어 있다. 그러나 최근 들어 Record 등(J. Nutr. Biochem. 6 : 481-486 , 1995)은 liposomes을 이용하여 UV 노출, peroxyl과 hydroxyl radical 생성 시스템을 포함하는 과산화에 대해 genistein의 항산화 활성을 살펴 본 결과 genistein이 과산화수소에 대해서는 효과적인 소거제였지만 다른 과산화 시스템에서는 효과가 떨어졌음을 보고하였는가 하면, Poolzobel 등(Carcinogenesis, 21(6) : 1247-1252, 2000)은 genistein과 daidzein이 과산화수소에 의해 유도된 DNA 손상을 감소시키지 않았다고 보고되었다. 오히려 genistein이 고농도로 존재하면 DNA 손상을 증가시킨다는 연구결과와 LDL 산화에 대한 억제효과에 있어서도 genistein이 lipoprotein 안으로 잘 들어가지 않기 때문에 효과적인 항산화제가 아니라는 보고들도 있다.

콩의 대표적인 생리활성 물질중의 하나인 isoflavone류는 lignan류와 함께 식물에서 발견되는 phytochemical의 한 종류로 식물체에 존재하는 색소(anthocyanin)의 한 종류인 phenol계 화합물의 배당체이다. Isoflavone은 식물이 외부 자극을 받을 때 생성되는 phytoallexin 이라는 물질로 작물의 내병성 증진에 기여하는 물질이지만, 인체 내에서는 내인성 생식 호르몬인 에스트로겐과 그 구조와 분자량이 유사하여 phytoestrogen이라고도 한다.

GABA는 1950년 Florey와 Robert가 포유류의 뇌 추출액 중에서 발견한 이래 이에 대한 연구가 활발하게 진행되고 있다. GABA는 자연계에 널리 분포하는 비단백질 아미노산의 일종으로 동물의 경우 뇌, 신장, 심장, 폐 등에서 발견되고 중추신경계의 주된 억제성 신경전달물질로 작용하는 것으로 알려졌으며 식물의 경우 발아현미를 비롯한 발아곡류, 녹차, 배추 뿌리 등에서 많이 검출되고 있다. GABA는 동물의 경우 뇌의 혈류를 활발하게 하고 산소공급량을 증가시켜 뇌세포의 대사기능을 항진시키고, 뇌 기억을 증진시키는 뇌의 영양제로 알려져 있다. GABA의 뇌기능 개선 작용은 뇌의 흥분성과 억제성의 2개의 시그널 상호조절에 의한 원할한 정보전달에 기인하는 것인데, GABA는 신경전달물질 중 아미노산계 신경전달물질의 대표적인 물질이다. GABA는 포유류의 소뇌 및 해마 등에 널리 분포되어 있으며 척추, 무척추동물 중에 GABA를 전달하는 뉴론(neuron)이 존재하여 이 GABA 뉴론의 충분한 공급으로 간질발작을 억제하기도 한다. 그밖에 prolactin의 분비, 성장호르몬의 분비 조절에도 관여하며 혈압강하 및 통증완화 등에도 효과가 있는 것으로 알려져 있어 약리적으로 매우 관심이 높은 물질이다. 또한 곤충에서는 근육을 지배하는 운동신경 세포에 대한 억제성 neurotransmitter 작용과 곤충의 휴면 호르몬 분비를 억제하는 작용을 갖는 것으로 알려져 있다. 식물의 경우 이미 반세기 전에 GABA의 존재가 확인되었지만, 식물에서 이들 GABA의 역할은 아직 분명하게 밝혀지지는 않았다. 그동안 식물의 GABA 기능 및 생성 메카니즘에 관한 연구를 종합해 보면 식물에서 GABA의 합성은 여러 외부 환경적 요인(산소부족, 저온 및 고온, 어둠, 기계적 자극 등)에 의해 영향을 받는 것으로 보고되고 있어 여러 환경적 스트레스에 대항하기 위한 수단의 하나로 GABA 생성체계를 가동 시키는 것으로 추정된다. GABA의 생성기작은 세포내막에서 glutamic aicd가 glutamate decarboxylase (GAD)의 효소에 의하여 탈 탄산이 이루어지면서 glutamate가 antiporter에 의하여 세포안으로 쉽게 들어가게 하며 결과적으로 GABA가 세포 밖으로 유출되어 나온다. 또한 식물에서의 GABA 생성은 동물이나 미생물에서의 GABA 생성기작과는 달리 식물에서는 Ca²⁺과 결합한 calmodulin이 GAD를 활성화 시켜 GABA 생성을 주로 증진시키는 것으로 보고되어 있다. 식물 세포내 GABA는 각종 자극에 의해 증가되는 H⁺을 소비하여 pH를 조절하기 위한 대사기구의 한 부분, glutamate에서 succinate에 이르는 GABA- shunt를 통해 TCA 회로에서 산화를 위한 탄소골격의 제공, 질소저장 화합물 및 아미노산 대사산물, 식물이 해충의 공격 중에 있을 때 내충성 기능을 보일 수 있는 물질 등의 여러 가지 기능이 제안되고 있다. 이와 같이 GABA의 기능성이 알려지면서 의약품으로서 뿐만 아니라, 기능성 식품소재로서 관심이 높아지고 있다. 현재 GABA는 현미, 녹차, 맥아, 배추 등에 자연적으로 약간 함유되어 있으나 그 함량이 낮아 자연식품으로 섭취하는 양으로는 생리활성을 기대하기 어렵다. 따라서 인위적으로 GABA의 함량을 높이려는 연구가 진행되고 있으며 그 예로서 장(Chang etal, Korean J. Food Technol., 24(4): 1992)등은 제주도 다원에서 생산된 생엽을 인위적으로 혐기 적 처리하여 GABA 및 기타 주요 성분의 변화를 측정한 결과 GABA의 함량이 현저하게 증가하였으며, 현미를 발아시킬 때 glutamic acid를 첨가하면 GABA 함량이 증가하는 등다양한 방법으로 GABA 함량을 높이려는 연구가 진행되고 있다. 그밖에 식물체에서의 GABA 생성기작을 이용하여 녹차잎을 혐기처리 함으로써 GABA 함량이 크게 증진된 GABARON tea가 산업적으로 개발되었으며, 일본 Oryza 油化(株)에서는 GABA를 고농도로 증진시키고 풍미를 개량한 쌀 배아를 제조하여 이를 기능성 식품소재로 이용하고, 大洋香料에서는 유산균 발효에 의해 제조한 GABA 고농도 추출물을 혈압강하와 정신안정 효과를 나타내는 기능성 식품 소재로 활용하고 있다. 또한 최근에는 우리나라에서도 GABA 함량이 증진된 발아현미를 제조하기 위한 연구가 활발하게 이루어지고 있다.

청국장은 단백질과 불포화 지방의 함량이 많고 소화율이 높은 고단백식품이다. 또한 청국장은 간장, 된장과 달리 담그는데 소요되는 기간이 짧고 방법이 간단하기 때문에 계절식품으로 많이 이용되어 왔다. 청국장은 콩을 삶아 고초균이라 부르는 Bacillus subtilis를 번식시켜서 콩 단백질을 분해시키고 파, 마늘, 고춧가루, 소금 등을 가미하여 저장성을 부여한 것으로 주로 가을에서 초봄까지 만들어 먹는 장이다. 전통적인 청국장은 대두를 18시간 이상 불려서 익힌 다음 볏짚으로 덮어 아랫목에 이불을 씌워 40∼50℃에서 2∼3일간 보온하면 볏짚에 붙어 있는 야생 고초균의 일종인 Bacillus subtilis가 번식하여 제조 된다. 청국장의 제조 방법은 각 지방이나 가정마다 일정하지 않은데, 그 이유는 starter격인 볏짚에 부착된 고초균의 종류가 달라서 protease 활성이 강한 고초균이 많은 볏짚으로 담글 때는 청국장의 맛이 좋고, protease 활성이 강하지 못한 균이 많으면 맛이 저하될 뿐만 아니라 부패, 변질되기도 쉽다. 청국장은 콩 발효식품으로서 발효 숙성과정 중에 Bacillus natto, Bacillus subtilis류가 생산하는 효소의 작용으로 콩 단백질이 분해되어 가용성 질소화합물인 펩톤, 펩타이드, 아미노산 등이 생성되어 소화되기 쉬우며, 탄수화물은 β-amylase에 의해 당으로 분해되고, 발효과정 중 특유의 구수한 맛을 형성하는 동시에 끈끈한 흰색의 점질물이 생성되는데 이는 글루타민산류와 과당의 중합체인 polyfructan인 것으로 알려져 있다. 특히 청국장은 각종 효소작용으로 콩 안의 모든 성분들이 상당히 분해되어 있어서 소화성이 우수하며 쌀가루에 청국장 40％를 혼합해서 쥐에게 먹이면 93.2％의 소화율을 올릴 수 있다고 한다. 또한 청국장을 콩 자체 성분과 비교해 보면 필수 아미노산, 비타민 B₁, B₂, 나이아신, 판토텐산 등을 더 많이 가지고 있는데, 특히 비타민 B₂의 증가가 현저하여 원료상태일 때의 찐 대두에 비해 5∼10배로 증가하며 청국장균에 의해서 생성되는 물질에는 비타민 K(menaquinone)도 있다. 콩에는 비타민 K₁이 미량 있으나 K₂는 거의 존재하지 않는 반면, 청국장에는 K₁은 적으나 K₂는 다른 채소류 보다 5∼10배나 증가 된다. 그밖에 인체에 유익한 Bacillus sp.균이 부패균의 활동을 억제함으로써 부패균이 만드는 발암물질이나 암모니아, 인돌, 아민 등 발암 촉진물질을 감소시키고 이러한 유해물질을 흡착하고 배설시키는 작용을 하기도 한다. 그밖에 Bacillus subtilis는 유기산도 생성하므로 장을 자극해 소화 활동을 활발하게 해준다. 청국 장의 생리활성에 관한 연구로는 혈전 용해능에 관한 것들이 있으며 특히 일본의 natto에서 분리한 nattokinase는 혈전 용해능이 큰 것으로 알려져 있다. Bacillus subtilis가 증식하면 protease가 생성되며 이 효소는 혈전용해능이 있어 심근경색, 뇌혈전 등을 예방하는 것으로 보고되었으며, 청국장에서 혈전용해효소를 생산, 분리해 내었는데 이 혈전용해효소는 일본의 대두 발효식품인 natto의 분리균주에 비하여 3∼4배의 활성에 달하는 특징이 있는 것으로 밝혀졌다. 김 등(Appl. Environ. Microbiol., 62(7) : 2482-2488, 1996)과 권 등(제2회 영남대학교부설장류연구소 심포지움. 103-129, 1999)의 보고에 의하면 청국장에서 분리한 혈전용해능이 우수한 균주인 바실러스(Bacillus licheniformis CK 11-4)가 생산하는 혈전용해효소는 alkaline thromophilic protease로서 nattokinase를 비롯한 기존에 알려진 효소들과는 다른 것으로 여겨지며, 청국장을 100℃에서 5분간 열처리 시 혈전용해 활성이 90％정도 유지되며 30분간 열처리하여도 45％의 효소활성이 남아있다는 보고도 있어 청국장이 혈전 용해능을 갖는 건강식품으로 주목받을 것으로 기대된다. 또한 청국장의 단백질 분해산물인 아미노산 조각들의 혈압강하 효과가 알려져 있으며, 항산화 관련성분의 변화는 genistin과 daidzin과 같이 배당체의 형태로 존재하는 isoflavones들이 발효과정 중에 aglycone인 genistein과 daidzein으로 변화 한다. 이(Lee etal, Korean J. Microbiol., 37(3) : 177-181, 2001)등은 알코올로 추출한 분말 청국장의 항산화 물질이 BHA 이상의 항산화성을 갖고 있다고 보고하여 안전성을 검증하는 생체실험을 통해 안전성이 확보된다면 식용유 등 식품에 천연 항산화제로의 이용 가능성을 제시하였다. 그밖에 섬유질의 변비예방효과, 발암물질과 콜 레스테롤의 체외 배출효과, 점질물(mucin)의 알코올 흡수에 의한 해장효과, 사포닌의 혈관강화와 혈액순환 촉진 및 젖산분해 효과, 레시틴의 뇌 노화와 치매 그리고 고혈압과, 동맥경화의 예방, 항 돌연변이 등의 생리활성이 알려지고 있다.

상기에서 밝힌 인용문헌을 제외하고는 본 발명과 관련된 종래기술은 없는 것으로 파악되고 있다.

본 발명은 대두에 함유된 각종 생리활성 물질을 증대시키기 위한 방안으로 대두의 발아를 통한 성분 변화 및 생리활성 물질을 극대화 시킨 발아대두를 원료로 하여 청국장을 제조하는 데 있다. 따라서 본 발명에서는 다양한 온도에서 콩을 발아시켜 여러 가지 기능성 성분 중 isoflavone 및 GABA 함량이 최대인 발아조건을 설정한 다음, 이 조건하에서 발아된 콩을 원료로 하여 볏짚, Bacillus natto 및 Bacillus natto와 Aspergillus oryzae 복합균주를 이용한 3가지 청국장을 제조 한 후 이들 청국장의 발효 시간별 isoflavone 및 GABA의 함량 변화 및 품질 특성 변화를 통하여 기능성과 품질이 향상된 청국장 제조의 최적 조건을 제시하는 데 있다.

본 발명은 세척한 콩을 발아용통에 넣고 발아시키는 단계와, 발아된 콩에 균주를 접종하여 청국장으로 발효시키는 단계를 포함하는 발아대두를 이용한 청국장의 제조방법을 나타낸다.

상기에서 콩의 발아단계는 25∼35℃에서 6시간 내지 72시간 동안 발아시킬 수 있다.

상기에서 균주는 볏짚 또는 바실러스 낫토 또는 바실러스 낫토와 아스퍼질러스 오리제의 혼합균주 중에서 선택된 어느 하나 이상을 사용할 수 있다.

상기에서 발효단계는 25∼35℃에서 24시간 내지 72시간 동안 실시할 수 있다.

상기에서 본 발명에 의해 제조한 청국장의 기능성 생리활성 물질의 유효성분은 GABA와 이소플라본을 포함한다.

본 발명은 시중에서 구입하여 세척한 콩을 원통형의 콩나물 재배용 플라스틱통에 넣고 정제수를 넣고 상온에서 6시간 내지 72시간 동안 발아시키는 단계와, 발아된 콩에 균주를 접종하여 24시간 내지 72시간 동안 청국장 발효시키는 단계로 구성된다. 발아대두로 청국장을 만들어 발효시켜 청국장 중의 GABA 2.416∼3.125mg, 이소플라본 2.304∼2.967mg을 얻었다.

한편 본 발명은 상기에서 언급한 방법에 의해 청국장을 포함한다.

<재료 및 방법>

청국장 제조에 사용된 백태는 수분함량 4.41％, 조단백질 함량 37.54％, 회분함량 5.01％로 2004년 강화도에서 수확된 것을 시중에서 구입하여 형태, 색, 크기가 비슷한 것을 선별하여 사용하였다. GABA와 아미노산 분석에 사용된 표준시약 및 isoflavone 함량 분석에 사용된 표준시약 중 genistein (4',5,7-trihydroxy-isoflavone), genistin (4',5,7-trihydroxy- isoflavone7-glucose), daidzein (4',7-dihydroxyisoflavone)은 Sigma- Aldrich Chemical Corp.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다.Daidzine (4',7-dihydroxyisoflavone7- glucoside)은 Wako Chemical Corp. (Osaka, Japan)에서 구입하였으며, glycitin과 glycitein은 Fujicco Chemical Corp.(Kobe, Japan) 제품을 사용하였으며, 그 밖의 분석시약들은 모두 특급시약을 사용하였다. 청국장 제조 시 사용한 Bacillus natto 및 Aspergillus oryzae 균주는 (주)해찬들에서 분양받아 사용하였다.

<콩의 발아>

콩을 발아시키기 위하여 부직포 (두께 1mm, 덕두산업, 경기도 포천군)를 가로 20cm, 세로 19cm의 사각형 모양으로 절단하여 원통형의 콩나물 재배용 플라스틱 통에 얹은 후 그 위에 콩 60g을 단층으로 놓은 다음 수돗물 300ml를 넣어 20℃, 25℃ 및 30℃ 온도 조건에서 6 시간 간격으로 최대 48시간까지 발아시켰다. 이때 부직포를 가로 2cm, 세로 20cm의 직사각형 모양으로 잘라 플라스틱 통과 아래의 물통에 연결시켜 모세관 현상에 의해 수분이 지속적으로 공급되도록 하였다. 발아 길이의 측정은 발아된 콩을 무작위로 20립을 취하여 버어니어캘리퍼스 (Mitutoyo Corp., Tokyo, Japan, 5/100m)로 발아된 싹의 길이를 측정하였다.

발아된 콩의 GABA와 이소플라본 함량을 정확히 측정하기 위하여 이를 동결건조한 후, Waring blender (Dynamics Corp., New Hartford, CT, USA)로 마쇄하여 30mesh 체를 통과시켜 -20℃에서 보관하였다.

<발아콩 청국장의 제조>

청국장은 볏짚을 이용한 청국장, Bacillus natto를 접종한 청국장 및 Aspergillys oryzae 와 Bacillus natto 혼합균주를 이용한 청국장 등 4가지 종류로 (주) 엔유씨 가정용 청국장 기기를 사용하여 제조하였다. 4가지 종류의 청국장은 모두 25℃에서 48시간 발아시킨 콩 1kg을 110℃에서 50분간 autoclave를 이용하여 증자한 후 50℃ 정도로 냉각시켜 45∼50℃에서 72시간 동안 발효시켰다. 볏짚 청국장은 청국장 제조기에 볏짚을 단층으로 깔고 그 위에 50℃로 냉각시킨 증자 대두를 단층으로 깔고 그 위에 다시 볏짚을 얹어 72시간 동안 발효시켰다. Bacillus natto를 이용한 청국장은 Bacillus natto를 nutrient broth 배지(Difco Laboratories, Detroit, Michigan, USA)에서 30℃, 24시간 배양시켜 멸균증류수로 포자농도 10⁷∼10⁸ CFU/ml 이 되도록 포자농도를 조절한 균주를 증자대두 무게의 1％ (w/w) 수준으로 접종하였다. Aspergilus oryzae 와 Bacillus natto 복합균주를 이용한 청국장은 Bacillus natto를 멸균증류수로 포자농도 10⁷∼10⁸ CFU/ml 이 되도록 조절한 균주에 고체균주인 Aspergilus oryzae를 10⁷∼10⁸ CFU/ml 농도가 되도록 접종시켜 충분히 교반시킨 후 증자대두 1kg에 두 균주가 혼합된 배양액을 증자대두 무게의 1％ (w/w) 수준으로 접종하여 30℃에서 48시간 동안 배양시켜 Aspergillus oryzae의 증 식을 유도시킨 후, 배양온도를 50℃로 증가시켜 나머지 24시간 동안은 Bacillus natto의 증식을 유도하여 복합균주를 이용한 청국장을 제조하였다. 각각의 청국장은 총 72시간 발효 중 12시간 간격으로 시료를 채취하여 동결 건조시킨 후 Waring blender (Dynamics Corp., New Hartford, CT, USA)로 마쇄하여 30mesh 체를 통과시켜 -20℃에서 보관하였다.

동결건조시킨 발아콩 및 청국장 시료 0.5g에 증류수 10ml를 가하여 60분간 sonication (Branson Ultrasonic Corp., Danbury, CT, USA)시켜 GABA 와 아미노산을 추출하였다. 이 추출액에 10％ TCA 용액(w/v) 0.15ml를 첨가하여 콩 단백질을 침전 시킨 후 10,000ㅧ g에서 15분간 원심분리한 후, 상등액을 취하여 diethyl ether로 세척하여 잔존하는 TCA를 제거하고 0.45μm syringe filter (Woong Ki Science Corp., Seoul, Korea)와 Sep-pak C₁₈ cartridge (1.8ㅧ 30mm, Waters Corp., Milford, MA, USA)를 통과시켜 지질 및 색소 등을 제거하였다. 이 여액 50 μl 에 250 μl 의 0.4N borate buffer (pH 10.2)와 50μl 의 0.2％ orthophthaldialdehyde reagent (w/v in 0.4N borate buffer, pH 10.2)를 첨가한 다음 10분간 실온에서 유도체화 시켜 HPLC로 GABA 및 유리 아미노산을 분석하였다.

<이소플라본 함량 분석>

발아콩 및 청국장을 동결건조시킨 시료 1g에 80％ methanol (v/v in water) 20ml를 넣어 sonicator (Branson Ultrasonic Corp., Danbury, CT, USA)에서 50℃에서 60분간 추출한 다음 고속원심분리기 (HMR-2201V, Hanil Centrifuge Corp., Inchon, Korea)를 이용하여 12000ㅧ g에서 15분간 원심분리한 뒤 그 상등액을 취하였다. 이들 상등액을 0.45μm syringe filter와 Sep-pak C₁₈ cartridge (1.8ㅧ 30mm, Waters Co., Milford, MA, USA)를 통과시켜 지질 및 색소 등을 제거 한 다음 HPLC로 isoflavone을 분석하였다.

상기의 실험으로부터 온도조건에 따른 콩의 발아율은 20℃의 경우 치상 30시간 이후부터 발아가 시작되어 치상 36시간에 뿌리 길이가 약 0.62cm를 나타낸 반면 25℃와 30℃ 경우 치상 18시간 이후부터 발아가 시작되어 치상 36시간일 때 발아길이는 각각 1.41, 1.55cm로 나타났다. 30℃에서 발아시킬 경우 가장 높은 발아율을 나타냈다.

GABA 함량은 비발아콩의 경우 0.728mg/g로 나타났으나, 발아시킬 경우 모든 온도조건에서 발아가 시작되는 시점을 기준으로 GABA 함량이 증가하였다. 20℃, 25℃ 및 30℃에서 치상 48시간에 1.249, 1.880 및 2.716mg/g로비발아콩에 비해 약 1.7, 2.5 및 3.7배 증가하였다. 발아에 따른 유리아미노산 함량의 변화는 20℃ 발아의 경우 치상 48시간에 총 유리아미노산 함량이 7.21mg/g로 비발아콩에 비해 약 1.2배 증가하여 큰 차이를 보이지 않았으나 아미노산 중 glutamic acid 함량이 1.56mg/g로 가장 크게 나타났다. 25℃와 30℃의 경우 치상 18시간 이후부터 총 아 미노산 함량이 크게 증가하여 치상 48시간에는 각각 15.51, 19.85mg/g로 나타났으며 glutamic acid 와 aspartic acid 함량이 높았다(도 2 참조).

20℃ 발아의 경우 발아가 시작되는 치상 30시간 이후 총 isoflavone 함량이 증가하여 치상 36시간에 2.255mg/g로 최대값을 나타내었으며 25℃와30℃의 경우도 발아가 시작된 이후에 총 isoflavone 함량이 증가하여 치상 30시간에 각각 2.829, 2.665mg/g로 최대값을 나타내었다. 특히 25℃와 30℃의 경우 isoflavone 중에서도 aglycone 형태의 함량이 크게 증가하였다(도 3 참조).

발아콩을 이용한 청국장은 초기 pH 6.57에서 발효 72시간에 pH 6.63∼7.09 정도를 나타내어 발효가 진행됨에 따라 청국장의 pH가 증가하는 경향을 나타내나 큰 차이를 보이지 않았다. 또한 적정산도의 경우 대부분의 청국장은 최종 발효 72시간에 2.43∼2.58정도로 나타났으나 혼합균주를 이용한 발아콩 청국장은 5.40 정도로 다소 높게 나타났다. 청국장의 미생물변화는 초기 10⁴∼10⁵ CFU/g 수준에서 발효에 의해 최대 10⁷∼10⁸CFU/g로 증가하였다.

일반적으로 장류제품의 품질지표로 사용되는 질소화합물의 함량을 조사한결과 4종류의 청국장 모두 발효시간이 증가함에 따라 아미노태, 암모니아태 및 포르몰태 질소가 급격히 증가하였으며 특히 혼합균주를 이용한 발아콩 청국장은 다른 청국장에 비해 약 1.3∼3.0배 높은 질소화합물 함량을나타내었다.

4종류의 청국장 모두 발효시간에 따라 총 유리아미노산 함량이 증가하였다. 비발아콩 볏짚 청국장은 lysine 함량이 가장 높았으며 GABA 함량은발효 72시간에 0.99mg/g로 최대값을 나타내었다. 발아콩 볏짚 청국장은72시간 발효 이후 glutamic acid 함량이 가장 높았으며 GABA 함량은 발효 48시간에 0.70mg/g로 최대값을 보였다. B. natto 및 혼합균주를 이용한발아콩 청국장은 phenylalanine과 glutamic acid 함량이 높았으며 GABA함량은 발효 24시간에 각각 0.82, 0.85mg/g로 최대값을 나타내었다.

Isoflavone 함량은 모든 청국장에서 발효시간이 증가함에 따라 총isoflavone함량은 감소한 반면 isoflavone 중 aglycone 형태의 함량은 증가하였다. 비발아콩 볏짚 청국장, 발아콩 볏짚 청국장 및 B. natto를 이용한 청국장의 aglycone 함량은 발효 48시간에 각각 0.622, 0.627 및 0.924mg/g로 최대값을 나타내었다. 반면 혼합균주를 이용한 발아콩 청국장은 발효 36시간에 1.467mg/g로 가장 높은 aglycone 함량을 나타내었다.

발효 60시간을 기준으로 청국장의 GABA 함량 비교 시 B. natto를 이용한 발아콩 청국장 > 발아콩 볏짚 청국장 > 비발아콩 볏짚 청국장 > 혼합균주를 이용한 청국장 순으로 나타났으며, aglycone 함량 비교 시 B.natto를 이용한 발아콩 청국장 > 혼합균주를 이용한 발아콩 청국장 > 발아콩 볏짚 청국장 > 비발아콩 볏짚 청국장 순으로 나타났다.

발효식품의 품질 지표로 사용되는 아미노태 질소함량은 혼합균주를 이용한 발아콩 볏짚 청국장 > 발아콩 볏짚 청국장 > B. natto를 접종한 발아콩 청국장 > 비발아콩 볏짚 청국장 순으로 나타났다.

상기와 같은 결과로부터 발아율 이외에 생육조건 상으로 볼 때 pH, 아미노태 질소, 총균수 등이 GABA 함량과 이소플라본 함량에 영향이 있다고 판단되었다. 또한 25℃와 30℃에서 48시간 발아시킨 발아대두를 50℃에서 균주를 접종하여 60시간 내지 72시간 발효시킬 때 GABA함량과 이소플라본 함량이 높은 것으로 나타났다. 따라서 콩을 발아시킨 후, 볏짚에 생육하는 균주, Bacillus natto 균주 및 Aspergillys oryzae 와 Bacillus natto 혼합균주를 이용하여 다음의 실시예와 같이 청국장을 제조하였다.

이하 본 발명을 하기의 실시예에 의해 설명하고자 한다. 그러나 이들은 본 발명을 설명하기 위한 일실시예로서 이들에 의해 본 발명의 권리범위가 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1>

도 1의 본 발명의 제조공정도를 이용하여 청국장을 제조하였다.

즉, 부직포가 부착된 콩나물 재배용 통에 콩 1kg을 넣고 정제수를 공급하면서 25℃ 온도에서 48시간 발아시켰다. 발아된 콩을 청국장제조기 110℃에서 50분간 오토클레이브로 증자한 후 50℃로 냉각시켜 Aspergillus oryzae 와 Bacillus natto 혼합균주를 접종하여 50℃에서 72시간 동안 발효시킨 후, 멸균하여 GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 2>

실시예 1과 같이하고 Bacillus natto를 접종하여 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 3>

실시예 1과 같이하고 30℃에서 발아시킨 후, Aspergillus oryzae와 Bacillus natto를 접종하여 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 4>

실시예 1과 같이하고 30℃에서 발아시킨 후, Bacillus natto를 접종하여 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 5>

실시예 1과 같이하고 Aspergillus oryzae와 Bacillus natto를 접종하여 60시간 동안 발효시켜 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 6>

실시예 1과 같이하고 Bacillus natto를 접종하여 60시간 동안 발효시켜 실시 예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 7>

실시예 1과 같이하고 30℃에서 발아시킨 후, Aspergillus oryzae와 Bacillus natto를 접종하여 60시간 동안 발효시켜 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 8>

실시예 1과 같이하고 30℃에서 발아시킨 후, Bacillus natto를 접종하여 60시간 동안 발효시켜 실시예 1과 같이 청국장을 제조하였다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 9>

실시예 1과 같이하고 볏짚 청국장은 청국장 제조기에 볏짚을 단층으로 깔고 그 위에 50℃로 냉각시킨 증자 대두를 단층으로 깔고 그 위에 다시 볏짚을 얹어 72시간 동안 실시예 1과 같이 발효시켰다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<실시예 10>

실시예 1과 같이 30℃에서 대두를 발아시킨 후, 볏짚 청국장은 청국장 제조 기에 볏짚을 단층으로 깔고 그 위에 50℃로 냉각시킨 증자 대두를 단층으로 깔고 그 위에 다시 볏짚을 얹어 60시간 동안 실시예 1과 같이 발효시켰다. GABA과 이소플라본이 함유된 청국장을 얻었다.

<시험예>

본 발명의 실시예와 같이 제조한 청국장에 대하여 잘 훈련된 관능검사 요원 4명(남녀 30, 40대 각 2명)으로 하여금 기호성, 이취, 종합적인 맛 등을 검사하여 그 결과를 다음의 표에 나타냈다. 대조군으로 시중에서 유통되고 있는 상품 청국장(경동시장에서 구입)을 사용하였다.

표 1-1. 관능검사 결과

구 분	예1	예2	예3	예4	예5	예6
외관	+++	+	++	+	+++	+
구수한 냄새	+++	++	+	+	+++	++
종합적인 맛	+++	+	+	+	++	+
기호성	+++	+	+	x	++	+

표 1-2. 관능검사 결과

구 분	예7	예8	예9	예10	대조구
외관	++	+	+	++	++
구수한 냄새	+	+	+	+	+
종합적인 맛	+	+	+	++	+
기호성	+	x	+	++	+

상기 표 1-1, 표 1-2의 구분 중에서 우측의 예는 실시예 1내지 10을 나타내고, 하부는 관능검사 항목(기호성, 구수한 냄새, 종합적인 맛, 외관)을 나타낸다. 관능검사 결과는 해당란(+++; 매우우수, ++;우수, +;보통, x; 불량)에 나타냈다.

본 발명은 발아대두를 청국장 발효시켜 대두에 함유된 GABA, 이소플라본 등의 기능성 생리활성 물질 및 품질이 향상된 청국장을 제공하는 데 있다.

Claims

세척한 콩을 발아용통에 넣고 발아시키는 단계,

발아된 콩을 증자시키는 단계, 및

바실러스 낫토(Bacillus natto)에 아스퍼질러스 오리제(Aspergilus oryzae)를 접종시킨 후 두 균주가 혼합된 배양액을 상기 발아되고 증자된 콩에 접종하고 먼저 아스퍼질러스 오리제의 증식을 유도하여 1차 발효시키고 바실러스 낫토의 증식을 유도하여 2차 발효시키는 2단 발효공정에 의해 청국장으로 발효시키는 단계로 구성되는 것을 특징으로 하는 발아대두를 이용한 청국장의 제조방법.
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특허청구범위 제1항의 방법에 의해 제조한 청국장.