KR101089291B1 - 버섯 발효 식이 섬유의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 (a) 유산균 및 효모 균을 접종하여 버섯을 발효시키는 단계; (b) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계; (c) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계; (d) 세척한 잔사물을 동결건조하는 단계; 및 (e) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계를 포함하는 버섯발효 식이섬유의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 버섯발효 식이섬유에 관한 것이다.
유산균, 효모, 버섯, 분리, 식이섬유, 발효
Description
본 발명은 버섯 발효 식이 섬유의 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 유산균 및 효모 발효 및 동결건조를 통해 버섯으로부터 식이 섬유를 농축하여 분리하는 방법에 관한 것이다.
버섯은 일종의 곰팡이로서 고등균류에 속하며 균류(菌類) 중에서 눈으로 식별할 수 있는 크기의 자실체(子實體)를 형성하는 무리를 총칭한다.
버섯은 영양기관인 균사체와 포자를 지닌 자실체로 구성되어 있으며, 균사체에는 자실체보다 4배 정도 많은 각종 영양소와 자실체에 비해 50~60배 정도 많은 항암성분과 면역기능강화 성분 등의 약용성분이 함유되어 있다. 자실체는 갓 모양으로 버섯의 전부라고 생각하기 쉬우나 일반식물의 꽃에 해당되는 부분이며 극히 짧은 기간에 발생한다.
버섯의 주성분은 수분 80-90%, 단백질 7-8%, 지질 1%, 무기질 1%정도 이고, 비타민 B2와 에르고스테린이 풍부하다. 또한 버섯의 독특한 맛을 내는 구아닐산이 함유된 식물로서 고혈압, 심장병, 동맥경화 예방에 효과가 있으며 항암 효과가 있는 것으로 밝혀져 있다. 특히 버섯에 함유된 다당류 성분 중 베타글루칸(β-glucan)은 정상적인 세포조직의 면역기능을 활성화시켜 암세포의 증식 및 재발을 방지한다.
한편, 식이섬유는 사람의 소화 효소로는 소화되지 않는 식물 중의 난소화성 성분의 총체로서 고분자 탄수화물을 말하며, 채소, 과일, 해조류 등의 식품에 과량 함유되어 있는 섬유질 또는 셀룰로오스로 알려진 성분이다.
식이섬유는 특유의 보수성과 팽윤성으로 장내의 수분을 흡수하여 팽창시킴으로써 변비를 없애고, 포만감은 주지만 소화되지 않고 바로 배설되기 때문에 음식 섭취를 적게 하여 비만증 예방, 체중 감량 등에 효과를 발휘한다. 또한 독성물질, 콜레스테롤 등 인체에 해로운 물질을 몸 밖으로 배출시키기도 하여 관상동맥경화증, 협심증, 심근경색증 등의 질환을 예방하고, 혈압이 올라가는 것을 막아 주기 때문에 당뇨병의 치료와 예방에 도움을 주는 효과를 발휘하기도 한다. 이에 식이섬유를 분리하여 식품의 소재로 사용하기 위한 노력이 종래에 많이 있어 왔는데, 이와 관련된 특허기술로는 미강으로부터 식이섬유를 분리하는 방법(한국특허등록 제10-0614153호)이 있으며, 옥수수 수염과 식이섬유를 함유하는 조성물의 제조방법(한국특허등록 제10-0510239호)이 있으나, 상기 분리법은 미강 및 옥수수로부터 식이섬유를 분리하는 것에 관한 것일 뿐, 버섯으로부터 식이섬유를 농축하여 분리하는 방법에 대한 것은 아니다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명은 유산균 및 효모 발효 및 동결건조를 통해 버섯으로부터 식이 섬유를 농축하여 분리하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (a) 유산균 및 효모 균을 접종하여 버섯을 발효시키는 단계; (b) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계; (c) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계; (d) 세척한 잔사물을 동결건조하는 단계; 및 (e) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계를 포함하는 버섯발효 식이섬유의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 버섯발효 식이섬유를 제공한다.
본 발명에 따르면, 본 발명은 고농도로 농축된 식이섬유 분말을 버섯으로부터 분리하여 제공한다.
하기의 실험에 의하면, 생버섯의 건조분말 중에 7.7% 존재하는 식이섬유가 본 발명의 농축 및 분리방법에 의할 경우 최종 회수된 고형분 중 45.7%를 차지하도록 농축됨이 확인되었다.
이와 같이 농축된 식이섬유는 난소화성으로 인해 다이어트 식품 산업에 적극 활용될 수 있다.
본 발명의 버섯발효 식이섬유는 식이섬유의 다이어트 효과 외에도, 버섯, 유산균, 효모의 효과를 함께 볼 수 있는 건강 다이어트 식품으로서 유용할 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은, (a) 유산균 및 효모 균을 접종하여 버섯을 발효시키는 단계; (b) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계; (c) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계; (d) 세척한 잔사물을 동결건조하는 단계; 및 (e) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계를 포함하는 버섯발효 식이섬유의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 버섯발효 식이섬유의 제조 방법은 더욱 구체적으로,
(a) 초기 당 농도 13~28%(w/v)로 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균을 접종하여 25~35℃의 온도에서 10~40일 동안 회분 발효를 수행함으로써 버섯을 발효시키는 단계;
(b) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계;
(c) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계;
(d) 세척한 잔사물을 -45 ~ -35℃로 0.6~1.3시간 동안 하강시킨 후, -25 ~ -15℃가 되도록 1.6~2.3시간 동안 상승시킨 후, -5 ~ 5℃가 되도록 15~25시간 동안 상승시킨 후, 10~20℃가 되도록 3~5시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃가 되도록 5~7시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃에서 70~80시간 동안 유지시키면서 동결건조하는 단계; 및
(e) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계;를 포함한다.
본 발명의 버섯발효 식이섬유의 제조 방법은 상기 (e) 단계 후에 차전자피 분말 및 가르시니아 캄보지아(Garcina cambogia) 껍질추출분말을 첨가하여 혼합한 후 캡슐로 포장하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 본 발명의 방법에 의해 제조된 버섯발효 식이섬유를 제공한다.
일반적으로 '특정 성분의 농축 및 분리'라 함은 베이스(최종 산물을 분말형태로 얻을 경우는 고형분을 의미함) 중 해당 성분의 함량을 증대시키는 것을 의미하나, 역으로 목적 성분 외의 성분들을 제거시킴으로써 농축하는 것을 의미하기도 한다. 본 발명은 이 중 후자의 방법에 의한 농축 및 분리 방법에 관한 것이다. 즉, 본 발명의 버섯으로부터 식이섬유를 농축하여 분리하는 방법은 버섯 중에 존재하는 여러 영양소들(미생물이 발효를 하여 발효액 중으로 배출시킬 수 있는 영양성분들)을 유산균 및 효모 발효를 통해 대사 산물로 변화한 후, 배지 중으로 배출시켜 제거함으로써 결과적으로 잔존하는 버섯 잔사물에는 미생물이 대사할 수 없는 식이섬유만을 농축시키는 것이다.
이하, 본 발명의 과제 해결 수단을 각 단계별로 세분하여 하기에서 더욱 상세히 설명하고자 한다.
(1) 버섯을 유산균 및 효모 발효시키는 단계(a)
본 단계는 준비된 버섯을 유산균 및 효모 발효시키는 단계이다. 유산균 및 효모 발효는 초산 발효에 비해 발효 기간이 단축되었고, 잡균이 오염되지 않았으며, 식이섬유 농축도 증가하였다. 유산균 및 효모 발효는 버섯에 물을 첨가한 후, 유산균 및 효모 발효를 수행할 수 있는 미생물을 접종함으로써 수행될 수 있다. 미생물로는 유산균 및 효모 발효를 수행할 수 있는 것이라면 어느 것을 사용하여도 무방하며, 유산균 발효는 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides)를 일 예로 사용할 수 있으며, 효모 발효는 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae)를 일 예로 사용할 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
한편, 유산균 및 효모 발효를 위한 배지에는 버섯 외에 바람직하게 당을 비롯한 여러 미생물의 생육을 촉진할 수 있는 성분이나, 유산균 및 효모 발효를 촉진할 수 있는 물질을 부수적으로 첨가하는 것도 좋다. 또한, 유산균 및 효모 발효를 촉진시키기 위해 통기(aeration) 조건을 도입할 수도 있다.
본 단계에서 사용되는 생버섯은 특정의 것에 국한되는 것은 아니고, 느타리버섯을 포함하여 여러 식용버섯을 사용할 수 있다.
본 단계에서의 유산균 및 효모 발효는 유가식 발효 및 반복 회분 발효 등의 다양한 발효 방법을 통해서 수행할 수 있으나, 바람직하게는 오염의 방지 및 공정의 단순화 측면에서 회분 발효가 좋다.
한편, 바람직하게 유산균 및 효모 발효는 초기 당 농도 13~28%(w/v)로 25~35℃의 온도에서 10일 이상, 바람직하게는 30~40일 동안 수행하는 것이 좋다. 이상의 조건에서 잡균에 의한 오염을 방지할 수 있고, 품질관리 지침에 적합한 제품의 pH 인 4.0 이하에 용이하게 도달할 수 있기 때문이다.
(2) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계(b)
본 단계에서는 상기의 유산균 및 효모 발효 결과 생성된 발효액을 제거하고 남은 버섯 잔사를 회수한다. 발효가 완료되면 위에 상등액이 뜨는데 이를 제거함으로써 버섯 잔사를 회수할 수 있다. 회수 후, 수용성 분획을 더욱 제거하기 위해 버섯 잔사를 압축하여 발효액을 짜내는 것도 좋다.
(3) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계(c)
본 단계에서는 회수한 잔사물을 물로 반복 세척한다. 유산균 및 효모 발효를 거친 버섯 잔사는 강한 산취를 나타내는데, 이는 건조 후에도 제거되기 어려워, 최종 제품의 기호도에 악영향을 미친다. 따라서 건조 전단계에서 이를 제거할 필요가 있는데, 물로 반복 세척하면 산취가 제거된다. 물을 이용한 세척은 바람직하게 버섯 잔사에 그 3배 부피의 물을 첨가하여 1시간 이상 담가 둔 후, 반복 세척하는 방식으로 5회 이상 실시하는 것이 좋다.
(4) 세척한 잔사물을 건조시키는 단계(d)
본 단계에서는 상기의 물로 세척한 잔사물을 건조시키는 단계로서, 구체적으로 세척한 잔사물을 -45 ~ -35℃로 0.6~1.3시간 동안 하강시킨 후, -25 ~ -15℃가 되도록 1.6~2.3시간 동안 상승시킨 후, -5 ~ 5℃가 되도록 15~25시간 동안 상승시 킨 후, 10~20℃가 되도록 3~5시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃가 되도록 5~7시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃에서 70~80시간 동안 유지시키면서 동결건조하는 단계이다.
본 발명은 버섯에 함유된 생리활성 성분의 손실을 최소화하기 위해 장시간에 걸쳐 동결건조를 수행하는 것이다. 한편, 동결건조는 진공압 35~45mTorr에서 수행하는 것이 좋다.
(5) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계(e)
본 단계는 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계이다. 상기 단계(d)에서 수득한 건조한 잔사물의 분쇄는 다양한 방법으로 수행할 수 있으나, 건조한 잔사물의 조직 결합 강도가 높기 때문에 분쇄기를 이용하여 조분쇄를 거친 후, 미세분쇄를 수행하는 것이 좋다. 조분쇄 후에는 미세분쇄, 일 예로서 싸이클로밀을 이용하여 미세분쇄 작업을 수행하는 것이 바람직하며, 이상의 과정을 통해 입자가 균일한 미세분말을 얻을 수 있다.
(6) 캡슐로 포장하는 단계
본 단계는 상기 (e) 단계 후에 차전자피 분말 및 가르시니아 캄보지아(Garcina cambogia) 껍질추출분말을 첨가하여 혼합한 후 캡슐로 포장하는 단계이다. 상기 차전자피 분말 및 가르시니아 캄보지아 껍질추출분말은 다이어트 효과를 증진시킨다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실험예 1: 대사산물 생산의 극대화를 위한 유산균 및 효모 발효 조건의 확립
본 실험예에서는 하기 실시예 1에서 수행될 유산균 및 효모 발효시, 버섯 내에 존재하는 대사 가능 물질의 대사산물로의 전환을 극대화시킬 수 있는 발효조건을 확립하고자 하였다.
항아리(회분발효 시스템)에 생느타리 버섯을 12 kg, 흑설탕을 20%(w/v) 첨가하고, 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균을 접종한 후 발효 온도를 달리하면서 느타리버섯 발효액의 pH 변화를 조사하였다.
제품생산을 위한 자체품질관리 지침에 적합한 제품의 pH는 4.0 이하인데, 실험을 수행한 25~35℃의 범위 내에서 30일 경과 시점 이후로 모두 합격기준인 pH 4.0 이하에 도달하였고 시간이 경과함에 따라 약간 더 감소하는 것을 확인할 수 있었다 (표 1).
| 발효기간 (일) |
pH | ||
| 25℃ | 30℃ | 35℃ | |
| 10 | 4.2 | 4.0 | 3.9 |
| 20 | 4.1 | 4.0 | 3.8 |
| 30 | 4.0 | 3.9 | 3.8 |
한편, 상기의 여러 온도 중 생산 현장에 대한 적용 가능성이 가장 좋은 25℃에서 첨가되기에 적절한 당 농도를 결정하고자 하였다.
항아리(회분발효 시스템)에 생느타리 버섯을 12 kg, 흑설탕을 7~28%(w/v)로 다양하게 첨가하고, 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균을 접종한 후, 25℃의 온도에서 발효시키면서 느타리버섯 발효액의 pH 변화를 조사하였다 (표 2).
| 발효기간 (일) |
pH | ||||
| 7% | 13% | 19% | 24% | 28% | |
| 10 | 4.5 | 4.4 | 4.2 | 4.1 | 4.0 |
| 20 | 4.3 | 4.2 | 4.1 | 4.1 | 3.8 |
| 30 | 4.2 | 4.1 | 4.0 | 3.9 | 3.7 |
| 40 | 4.1 | 4.0 | 3.9 | 3.7 | 3.6 |
상기에서 살펴본 바와 같이 초기 당 농도가 7%인 경우는 실험의 발효 기간 동안에는 제품생산을 위한 자체품질관리 합격기준인 pH 4.0 이하에 도달하지 못하였고, 초기 당 농도 13% 이상의 실험군은 발효 40일 경과 후, 초기 당 농도 19% 이상의 실험군은 발효 30일 경과 후 측정한 pH가 품질관리 지침에 적합한 pH 4.0에 도달하였음을 확인할 수 있었다.
본 실험예에 기재된 실험을 통하여 버섯 내에 존재하는 대사 가능 물질의 대사산물로의 생산 극대화 조건으로, 회분 배양시 초기 당농도 13~28%(w/v), 배양온도 25~35℃, 배양시간 30일 이상을 확립하였다.
이하, 본 발명의 실시예 1에서는 본 실험예 1에서 확립한 조건의 범위 중 초기 당 농도 20%(w/v), 온도 25℃로 유산균 및 효모 발효를 통해 식이섬유의 농축 및 분리를 수행하고자 하였다.
실시예 1: 유산균 및 효모 발효를 통한 식이섬유의 농축 및 분리
항아리(회분발효 시스템)에 생느타리 버섯을 12 kg, 흑설탕을 20%(w/v) 첨가하고, 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균을 접종한 후, 25℃에서 유산균 및 효모 발효를 수행했다. 유산균 및 효모 발효는 30일 동안 수행하였다. 유산균 및 효모 발효 후, pH를 측정하였는데, pH 4.0임을 확인할 수 있었다.
유산균 및 효모 발효 후, 상등액을 제거하고, 밑에 남은 버섯 잔사물은 추가로 압착시켜 수용성 분획에 존재하는 배양액을 많이 제거하였다. 압착 후에 회수한 버섯 잔사물의 양은 1.3kg이었다.
압착 후, 버섯 잔사물에 배어 있는 산패취를 제거하고자 버섯잔사물의 3배 부피에 해당하는 물을 첨가한 후, 1시간 이상 담가 두었다. 그 후, 반복 세척하는 방식으로 세척 과정을 5회 실시하였다.
세척 후, 각각의 버섯 잔사물을 -40℃까지 1시간 동안 하강시킨 후, -20℃가 되도록 2시간 동안 상승시킨 후, 0℃가 되도록 20시간 동안 상승시킨 후, 15℃가 되도록 4시간 동안 상승시킨 후, 30℃가 되도록 6시간 동안 상승시킨 후, 30℃에서 75시간 동안 유지시키면서 동결건조하였다.
건조 후, 믹서 타입의 분쇄기를 이용하여 조분쇄를 실시하고, 싸이클로밀을 이용하여 추가로 미세하게 분쇄하였다.
이상의 과정을 통해 최종적으로 회수한 분말(고형분)의 양은 0.49kg이었다.
실험예 2: 실시예 1을 통해 농축 분리된 식이섬유의 함량 분석
상기 실시예 1에서 회수한 고형분 중 식이섬유 함량을 측정하고자, 시료의 수분, 조회분, 조단백질, 조지방, 탄수화물 및 당질 함량을 분석하였고, 이를 통해 식이섬유함량을 유추하여 산출하였다. 수분, 조회분, 조단백질, 조지방, 탄수화물 및 당질 등의 일반성분 분석은 식품공전 상의 성분분석법에 근거하여 수행하였다.
수분함량은 상압가열건조법으로 처리 후, 확인한 바에 따르면 약 3.35%에 해당하였으며, 조회분은 0.54%로 나타났다. 조단백질 함량은 KjelTec Auto Sampler system 1035 Analyzer를 이용하여 측정하였으며, 총 14.7%에 해당하였다. 조지방 함량은 분석 결과에 의하면 13.05%로 나타났으며, 총 탄수화물 함량은 전체를 100으로 보아 수분, 조회분, 조단백, 조지방 함량을 제외한 값으로 산출 가능한데, 총 68.36%로 확인하였다.
일반성분을 제외한 식이섬유 함량은 효소적 가수분해법(Sigma-Aldrich사 및 Megazyme사의 상용효소를 사용)을 이용하여 측정하였으며, 모든 효소분해과정은 식품공전 상의 분석법에 준하여 수행하였다.
총 식이섬유 함량은 총 탄수화물 함량 중 아밀라아제(amylase)와 글루코아말라아제(glucoamylase)의 분해에 의해 제거된 당질의 함량을 제거하는 방법으로 산출하였는데, 그 결과 45.7%로 나타났으며, 대부분의 식이섬유질은 불용성 식이섬유일 것으로 판단되었다.
한편, 생버섯에 함유되어 있는 식이섬유의 함량은 생버섯의 건조분말 중 7.7%인데, 이상의 실험으로부터 본 발명의 방법에 의해 최종 고형분 중 45.7%까지 식이섬유의 함량을 농축시킬 수 있다고 결론지을 수 있었다.
Claims (3)
- (a) 초기 당 농도 13~28%(w/v)로 루코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 및 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae) 균을 접종하여 25~35℃의 온도에서 10~40일 동안 회분 발효를 수행함으로써 버섯을 발효시키는 단계;(b) 발효 후, 발효액을 제거하고 잔사를 회수하는 단계;(c) 회수한 잔사물을 물로 반복 세척하는 단계;(d) 세척한 잔사물을 -45 ~ -35℃로 0.6~1.3시간 동안 하강시킨 후, -25 ~ -15℃가 되도록 1.6~2.3시간 동안 상승시킨 후, -5 ~ 5℃가 되도록 15~25시간 동안 상승시킨 후, 10~20℃가 되도록 3~5시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃가 되도록 5~7시간 동안 상승시킨 후, 25~35℃에서 70~80시간 동안 유지시키면서 동결건조하는 단계; 및(e) 동결건조한 잔사물을 분쇄하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 버섯발효 식이섬유의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (e) 단계 후에 차전자피 분말 및 가르시니아 캄보지아(Garcina cambogia) 껍질추출분말을 첨가하여 혼합한 후 캡슐로 포장하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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