KR101198746B1

KR101198746B1 - 천연 ｇａｂａ를 함유하는 기능성 발효주의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 발효주

Info

Publication number: KR101198746B1
Application number: KR1020090134366A
Authority: KR
Inventors: 이배진; 노호석; 장동욱; 강영미; 이광덕; 김진수; 김영목
Original assignee: (주)마린바이오프로세스
Priority date: 2009-12-30
Filing date: 2009-12-30
Publication date: 2012-11-12
Also published as: KR20110077719A

Abstract

본 발명은 해조류 유래의 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 기능성 발효주에 관한 것으로서, 보다 구체적으로는 기능성 발효주의 발효공정에 해조류 추출액 또는 발효액을 10～30%가 되도록 첨가하고, GABA의 생성능이 우수한 발효 균주를 사용함으로써 해조류 유래의 해조미네랄과 천연 GABA 등을 다량으로 함유하는 기능성 발효주를 제조하는 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 기능성 발효주에 관한 것이다.

상기 본 발명에 따른 기능성 발효주는 발효공정에 의하여 증가된 알코올 발효 효율을 가지며, 다량의 천연 GABA의 함유에 따른 높은 알콜 대사 촉진 작용을 통하여 음주 후의 숙취해소에 효과를 나타낸다.

해조류 추출액, 해조류 발효액, 발효주, GABA, 해조올리고당

Description

천연 ＧＡＢＡ를 함유하는 기능성 발효주의 제조방법 및 이에 의해 제조된 기능성 발효주 {Method for preparing fermented liquor containing natural GABA and the fermented liquor made thereof}

최근 생활수준의 향상 및 웰빙 열풍과 함께 식생활의 서구화와 여성들의 사회진출, 건강에 대한 관심이 고조되면서 알코올도수가 높은 독주는 점차적으로 감 소하고 저 알코올성 음주문화가 확산되면서 우리나라 주류소비량의 추이가 크게 변화되고 있다.

소주의 경우는 저도주화 현상이 나타나 알코올 도수가 점점 낮아지고 있으며 맥주의 경우는 고급 재료를 이용한 다양한 맥주가 생산되기도 하며, 건강에 좋은 영향을 미치며 고급스러운 술 문화를 만드는데 기여하는 와인의 수입량이 크게 증가하고 소비량도 그에 따라 증가되고 있다.

이러한 주류에 대한 소비경향의 변화는 건강을 생각하는 현대인들의 주류에 대한 인식의 변화를 반영하는 것이며, 최근 웰빙(well-being)에 관련된 기능성 주류들이 대거 등장하고 있다.

한편, 우리나라는 삼면이 바다로 둘러싸여 있고 비교적 해양생물 자원이 풍부한 입지조건을 가지고 있으며 국내 연안에서 생산되는 해조류의 총 생산량은 777천톤에 달한다. 이러한 해양 생물은 높은 염의 농도, 수압 그리고 체표면이 해수에 노출되어 있어 병원 미생물의 침입을 받기 쉽고, 육상생물과는 매우 다른 환경에 서식하고 있으므로 그 진화과정이 육상 생물계와는 전혀 다른 대사계나 생체 방어계를 발전시켜 왔음을 추측할 수 있다. 따라서 해양의 천연물로부터 얻어지는 대사산물들은 새로운 형태의 화학구조와 다양한 생리 활성을 보여주고 있다.

해조류는 아미노산 (Glutamic Acid 및 Aspartic Acid 등)을 다량 함유하고 있으며, 고기능성 천연소재로 각광을 받고 있는 해조 올리고당(Fucoidan 등) 또한 풍부하여 이상적인 천연식품으로써 인식되고 있을 뿐만 아니라 다양한 미네랄과 비타민 등이 풍부하게 함유되어 있고, 최근 해조류의 생리효용성에 관한 국내외 전문 가들의 활발한 연구 수행 결과 해조류가 다이어트 작용, 정장 작용에 의한 변비 치료, 중금속 및 방사능 물질의 체외 배출 작용 등에 깊이 관여하는 것으로 밝혀지고 있다. 그리고 후코이단으로 통칭되는 함황 다당류의 경우는 항균, 항산화, 항바이러스, 항암 활성을 비롯하여 동맥경화, 심근경색, 고혈압, 협심증, 뇌졸중 등의 성인병 예방에 효과적이라고 보고된 바 있다.

그러나 해조류의 이용은 전체 생산량의 16% 정도만이 가공되고 있으며 그 대부분이 단순 건조와 같은 1차 가공품이나 사료로 사용되는 것에 그치고 있다. 따라서 이를 이용한 고차원의 기술적 가공품의 개발이 필요하며, 특히 다시마를 비롯한 해조류의 각종 생리활성물질을 최대한 이용하고 풍부한 비타민이나 무기질 등의 천연성분을 그대로 유지할 수 있는 가공 방법의 개발이 시급한 실정이다.

GABA는 분자량이 103.2 dalton으로 피페리인산으로 불리며 용융점이 202℃로 열에 안정한 편이며 C₄H₉NO₂의 분자식을 가지고, 물에 대한 높은 용해성을 가지는 비단백질성 아미노산의 일종으로 포유동물의 뇌나 척수에 존재하는 흥분 억제성 신경전달물질(Inhibitory Neurotransmitter)이다. GABA는 인체의 많은 생리적인 메카니즘의 조절에 관여하여 뇌의 혈류를 활발하게 하고 산소 공급량을 증가시켜 뇌세포의 대사기능을 항진시키는 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 성장호르몬의 분비 조절에도 관여하며 혈압강하 및 통증완화, 정시안정작용, 간, 신장기능 개선작용, 대장암억제작용 등 여러 생리 조절 작용에 관여하는 것으로 알려져 있어 약리적으로 매우 주목받는 물질이다.

GABA의 뇌혈류 촉진효과와 산소공급 증가효과는 뇌세포의 대사를 촉진시킴으로써 뇌졸중의 후유증 및 뇌동맥경화증 등에 개선효과가 나타나 의약품으로 사용되고 있으며, 알콜대사를 촉진하여 숙취제거에 효과적이다. 이와 반대로 뇌혈액 중에 GABA 및 GAD 농도가 낮으면 간질병, 파킨슨씨병, 정신분열증 등의 질병이 발병하는 것과 매우 밀접한 관련이 있는 것으로 알려져 있으며, 알콜 중독자들은 정상인에 비해 상대적으로 GABA 농도가 낮은 것으로 알려져 있다.

그러나 일반적으로 식품 등을 통하여 섭취되는 GABA의 양은 많지 않아 약리작용을 발휘하기 위한 필요량을 식품에서 섭취하는 것은 용이하지 않다. 이를 극복하기 위해 GABA가 다량 함유된 식?음료소재를 발굴하여 산업적으로 활용하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.

또한, 중추신경계의 대표적인 신경전달물질인 L-글루탐산은 신경세포 활성을 유도하는 물질로 알려져 있으며, 글루탐산 디카르복실라아제 (GAD, Glutamate decarboxylase)의 촉매작용에 의해 탈탄산되어 L-글루탐산이 GABA로 전환된다.

이에 본 발명자는 자연섭취로는 양적 제한을 가진 GABA를 생리활성이 기대되는 양까지 높여 섭취할 수 있도록 해조류 내에 존재하는 글루탐산을 GABA로 대량 전환하는 발효 균주를 선별하였으며, 발효공법에 의하여 인체에 유용한 후코이단 (Fucoidan) 등의 고분자 해조 다당류를 저분자화하고, 해조류의 추출 가공시 필연적으로 발생하는 해조취 등의 이미, 이취를 제거함으로써 종래의 발효주로써의 기호성을 유지한 채 다량의 천연 GABA와 해조미네랄을 함유한 기능성 발효주의 제조방법을 개발함으로써 본 발명을 완성하기에 이르렀다.

본 발명은 해조류 유래의 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주의 제조방법을 제공함을 목적으로 한다.

또한 상기 방법에 의하여 제조된 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주를 제공함을 목적으로 한다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여,

본 발명은 해조류 추출액 또는 해조류 발효액을 발효공정에 첨가하여 기능성 발효주를 제조하는 방법을 제공하며, 상기 해조류 추출액 또는 해조류 발효액은 발효공정의 10 내지 30%(v/v)가 되도록 포함된다. 해조류 추출액 또는 해조류 발효액이 30%(v/v)를 초과할 경우, 해조류의 염분에 의하여 최종 발효주의 맛에 영향을 미치기 때문에 10 내지 30%(v/v)가 바람직하다.

본 발명의 해조류 추출액은,

(1) 전처리된 해조류에 물을 혼합하여 70℃~90℃의 온도에서 추출하는 단계;

(2) 상기 제 (1) 단계의 추출액과 해조류 잔사를 분리하여 해조류 잔사를 제거하고 해조류 추출액을 수거하는 단계; 및

(3) 상기 제 (2)단계의 수거된 해조류 추출액을 공경(pore size)이 0.05um~0.1um인 모듈을 가지는 외부순환식 감압형 분리막을 이용하여 수용성 물질만을 정밀여과하는 단계;

를 포함하여 제조될 수 있다.

보다 상세하게는,

해조류를 수세, 탈염, 분쇄의 방법으로 전처리하는 제 1단계; 상기 제 1단계의 전처리된 해조류에 10~20배수의 물을 혼합하여 70℃~90℃의 온도에서 30분~60분간 교반하면서 추출하는 제 2단계; 제 2단계의 추출액과 해조류 잔사를 분리하여 해조류 잔사를 제거하고 해조류 추출액을 수거하는 제 3단계; 및 제 3단계의 수거된 해조류 추출액을 공경(pore size)이 0.05um~0.1um인 모듈을 가지는 외부순환식 감압형 분리막을 이용하여 수용성 물질만을 정밀여과하는 제 4단계로 제조되는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명의 해조류 발효액은,

(1) 전처리된 해조류에 물을 혼합하여 115~125℃에서 멸균한 후, 멸균된 원료를 냉각하는 단계;

(2) 발효미생물을 원료 대비 1~5% (v/v) 가 되도록 접종하여 발효하는 단계;

(3) 상기 (2) 단계의 발효가 완료된 해조류 발효잔사 및 발효액을 115~125℃에서 멸균하는 단계; 및

(4) 상기 해조류 발효잔사를 제거하고 해조류 발효액을 수거하여 공경(pore size)이 0.05um~0.1um인 모듈을 가지는 외부순환식 감압형 분리막을 이용하여 수용성 물질만을 정밀여과하는 단계;

를 포함하여 제조될 수 있다.

보다 상세하게는,

해조류를 수세, 탈염, 분쇄의 방법으로 전처리하는 제1단계; 상기 제1단계의 전처리된 해조류에 10~20배수의 물을 혼합하여 115~125℃에서 15분~20분간 고온가압 멸균한 후, 30℃~37℃까지 멸균된 원료를 냉각하는 제2단계; 상기 제2단계의 원료에 Lactobacillus brevis BJ20(기탁번호: KCTC 11377BP) 및 Saccharomyces cerevisiae MBP-27로 이루어진 군에서 선택되는 발효미생물을 원료 대비 1~5%(v/v)가 되도록 접종하여 2일~7일간 발효하는 제3단계; 상기 제3단계의 발효가 완료된 해조류 발효잔사 및 발효액을 115~125℃에서 15분~20분간 고온가압 멸균하는 제4단계; 상기 해조류 발효잔사를 필터프레스 또는 디스크원심분리기 등을 이용하여 제거하고 해조류 발효액을 수거하는 제5단계; 및 상기 제5단계의 수거된 해조류 발효액을 공경(pore size)이 0.05um~0.1um인 모듈을 가지는 외부순환식 감압형 분리막을 이용하여 수용성 물질만을 정밀여과하는 제6단계로 제조되는 것을 특징으로 한다.

해조류 추출액 및 발효액은 본 발명자에 의해 개발된 정밀여과 장치인 "외부순환식 감압형 분리막 장치"를 이용하여 정밀여과 공정을 거침으로써 0.05um~0.1um의 수용성 물질만이 여과되어 발효공정에 사용되며, 상기 여과 시스템은 여과과정에서 외부의 노출이 방지됨으로써 여과시 발생하는 향미의 손실을 최소화할 수 있다. 상기 본 발명자에 의해 개발된 정밀여과 장치는 대한민국 등록특허공보 제 10-888897호에 기재되어 있는 장치를 이용하였다.

또한 "외부 순환식 감압형 분리막 시스템"은 외부의 환경과 격리된 막분리공정으로서 기존의 가압식 공정과는 달리 여과액이 나오는 부분에 자흡식 펌프를 부착하여 감압식으로 70mmHg~400mmHg 사이의 마일드한 조건에서 운전함으로서, 압력에 따른 막의 부담을 최소화 시킬 뿐만 아니라 여과액 방출부로부터 자흡식 펌프로 액을 흡입하여 여과하기 때문에 펌프와 농축액이 직접적으로 접촉하는 일이 없으며 항상 저압에서 운전하고 별도의 농축 탱크가 필요 없고, 배관, 밸브 및 시스템의 비용이 최소화 되어 매우 경제적이다. 또한 각각의 멤브레인(모듈)의 하단으로부터 지속적으로 공기를 방출하여 막의 외부 표면에 흡착될 수 있는 오염물질을 지속적으로 떨어 낼 수 있도록 설계됨에 따라 여과공정이 진행되면서 막의 오염이 가속화되지 않고 지속적으로 안정한 투과성을 가지는 장점을 가지며,(도 8) 또한 여과액을 분획분으로 분리하여 제조할 수 있다 (도 9).

상기 해조류 발효액을 제조하기 위하여 사용되는 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis BJ20 (KCTC 11377BP)) 및 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae) MBP-27는 본 발명자가 동정한 GABA 생성능이 우수한 균주로서, 상기 균주를 사용하는 경우, 다량의 GABA를 함유하는 기능성 발효주의 제조가 가능하게 된다.

락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) BJ20 은 특허 절차상 미생물 기탁의 국제적 승인에 관한 부다페스트 조약의 규정에 따라, 2008년 8월 29일자로 KCTC (Korean Collection for Type Cultures, 한국생명공학연구원)에 수탁번호 제 KCTC11377BP 로 기탁하였다.

또한, 사카로마이세스 세레비시애 MBP-27의 경우 해조류 유래의 해조미네랄과 천연 GABA의 다량 함유가 가능한 고효율 균주로 선별된 것으로, 알코올 발효 공정에서 단독 균주로 사용되거나 알코올 발효 균주와 혼합하여 사용되어 발효미생물에 의한 알코올 발효효율이 증대됨으로써 최종제품의 알코올 도수가 증가되어 최종적으로 기능성 발효주의 생산성이 한층 더 증가하게 된다.

본 발명은 상기 설명한 해조류 추출액 또는 해조류 발효액을 첨가하여 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주의 제조방법을 제공한다.

해조류 추출액을 첨가하여 제조되는 기능성 발효주는,

(1) 전처리된 백미를 가열하여 전분을 분리하고 잡균을 제거하는 단계;

(2) 상기 분리된 전분에 누룩 또는 당화효소를 첨가하여 당화하는 단계;

(3) 해조류 추출액을 첨가하여 30℃~37℃의 온도에서 사카로마이세스 세레비 시애 MBP-27을 접종하여 발효시키는 단계;

(4) 멸균하고 멸균된 발효액을 정밀여과하는 단계; 및

(5) 냉장온도에서 숙성시키는 단계;

로 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기의 해조류 추출액을 첨가하여 제조되는 기능성 발효주 제조방법의 보다 구체적인 방법은,

(1) 기능성 발효주의 주원료인 백미를 수세 및 분쇄 등의 방법으로 전처리하는 단계;

(2) 전처리된 원료를 100℃이상의 온도로 가열하여 원료로부터 전분을 분리하고 잡균을 제거하는 단계;

(3) 곡물원료에서 분리된 전분에 누룩 또는 당화효소를 첨가하여 발효 단계 (4)에서의 알코올 발효가 효율적으로 일어나도록 포도당을 생성키는 당화단계;

(4) 당화 단계를 끝낸 원료에 실시예 1- 1.방법에 의해 제조된 해조류 추출액을 첨가한 다음 121℃에서 15분~20분간 고온가압멸균하여 냉각시키고 발효미생물로써 ㄱ) Saccharomyces cerevisiae MBP-27의 단독접종 또는 ㄴ) Saccharomyces cerevisiae MBP-27과 알콜 발효용 상용효모를 혼합 접종한 후 30℃~37℃의 온도에서 발효시키는 단계; (이때 첨가하는 해조류 추출액은 정제수 첨가량의 10~30%가 되도록 첨가하며, 발효미생물의 경우 1~5%가 되도록 접종한다. 발효미생물을 접종하고 발효미생물에 의한 발효가 충분히 일어날 수 있도록 2~7일간 발효한다.)

(5) 발효가 끝난 발효액을 121℃에서 15~20분간 고온가압 멸균하여 발효기간 중에 대수적으로 증식한 효모균주를 사멸시키는 멸균단계;

(6) 멸균된 발효액을 0.05um~0.1um이하의 수용성 물질만을 정밀 여과하여 맑고 깨끗한 발효액만을 취하는 정밀여과 단계;

(7) 정밀 여과된 발효액의 진한 맛과 향을 위하여 냉장온도(2~4℃)에서 5~20일간 숙성시키는 단계;

(8) 소비자의 입맛에 적절한 맛과 향으로 조미, 조향하는 단계; 및

(9) 조미, 조향된 기능성 발효주를 용량에 맞게 포장하는 단계; 로 이루어질 수 있다.

해조류 발효액을 첨가하여 제조되는 기능성 발효주는,

(1) 전처리된 원료를 가열하여 전분을 분리하고 잡균을 제거하는 단계;

(3) 해조류 발효액을 첨가하여 30℃~37℃의 온도에서 상용효모를 접종하여 발효시키는 단계;

(4) 멸균하고 멸균된 발효액을 정밀여과하는 단계; 및

(5) 냉장온도에서 숙성시키는 단계;

로 제조되는 것을 특징으로 한다.

상기의 해조류 발효액을 첨가하여 제조되는 기능성 발효주 제조방법의 보다 구체적인 방법은,

(4) 당화 단계를 끝낸 원료에 실시예 2- 1.방법에 의해 제조된 해조류 발효액을 첨가한 다음 121℃에서 15분~20분간 고온가압멸균하여 냉각시키고 발효미생물로써 ㄱ)상용효모 또는 ㄴ)상용효모와 Saccharomyces cerevisiae MBP-27를 혼합 접종한 후 30℃~37℃의 온도에서 발효시키는 단계; (이때 해조류발효액은 첨가되는 정제수의 10~30%가 되도록 첨가하며, 발효미생물의 경우 1~5%가 되도록 접종한다. 발효미생물을 접종하고 발효미생물에 의한 발효가 충분히 일어날 수 있도록 2~7일간 발효한다.)

본 발명의 해조류는 다시마, 톳, 미역, 미역줄기, 우뭇가사리, 파래, 풀가사리, 꼬시래기, 매생이 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택될 수 있다.

이하 본 발명을 실시예 및 도면을 들어 상세히 설명하면,

해조류 추출액을 이용한 기능성 발효주의 제조공정은 본 발명의 실시예 1 및 도 1에 제시된 바와 같이, 상기의 해조류를 단독 또는 혼합하여 90℃~100℃에서 30분~60분 정도 추출하고, 추출액을 0.05um~0.1um 이하의 물질만을 정밀 여과한 여과액을 제조한 후, 이를 기능성 발효주 제조 시 당화된 백미와 함께 알코올 발효미생물로써 카로마이세스 세레비시애 MBP-27을 단독 또는 상용 효모균주와 혼합하여 발효공정에 첨가함으로써 다량의 천연 GABA와 해조미네랄 등을 함유하는 기능성 발효주를 제조하였다.

또한 해조류 발효액을 이용한 기능성 발효주의 제조공정은 본 발명의 실시예 2 및 도 2에 제시된 바와 같이, 알코올 발효 공정 전 사전에 해조류로부터 다량의 천연 GABA를 생성시키기 위하여, 본 발명자들에 의하여 선별된 유산균 (Lactobacillus brevis BJ-20)과 효모(Saccharomyces cerevisiae MBP-27)를 단독 또는 혼합하여 선 발효함으로써 해조류 추출액을 발효하고, 0.05um~0.1um 이하의 물질만을 정밀 여과한 해조류 발효액을 제조한 후, 상기의 해조류 추출액과 같은 방법으로 첨가하고, 기능성 발효주의 제조를 위하여 일반효모 등 상용 알코올 발효 균주를 이용하여 알코올 발효함으로써 다량의 해조미네랄 및 천연 GABA를 함유하는 기능성 발효주를 제조하였다.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 기능성 발효주는 해조류로부터 유래된 다량의 천연GABA를 함유하며 (도 7), 알코올 분해능과 아세트알데하이드 분해능 등을 본 발명에 의해 제조된 해조류 발효액을 분말화 하여 1%수용액을 준비하고, 이를 시판되고 있는 숙취해소음료의 원액과 비교한 결과 다시마 (전체 중량 대비 5%)와 톳 (전체 중량 대비 3%)를 발효한 발효액을 이용한 경우, 알코올 분해능이 164%로 대조군인 시판되고 있는 숙취해소 음료의 원액 중에서 가장 높은 수치를 나타낸 137%에 비하여 27%가 높았고, 아세트 알데하이드 분해능은 대조군에서 58%가 가장 높은 수치를 나타낸 반면 실험군은 82%로 24%가 높게 나타났다. 또한 다시마 (전체 중량 대비 5%)를 발효한 발효액의 경우, 알코올 분해능이 148%로 11%가 높았으며, 아세트알데하이드 분해능은 76%로 18%가 증가됨을 확인함으로써 숙취해소에 효과적임을 실험적으로 입증하였다 (도 3 및 도 4). 또한, 본 발명에 의해 해조류 추출액 및 발효액을 첨가하여 발효한 기능성 발효주의 아세트 알데하이드 함량이 해조류 추출액 및 발효액을 첨가하지 않은 대조군에 비하여 약 70~80%가 감소되는 점도 숙취해소 효과를 뒷받침한다 (도 5).

또한, 본 발명의 기능성 발효주는 해조류 추출액 또는 발효액이 첨가됨으로써 알코올 발효가 보다 효율적으로 발생하여 해조류 추출액 또는 해조류 발효액을 포함하지 않은 발효주가 12.08%를 나타낸 반면, 해조류 발효액을 첨가하여 발효한 경우는 19.66%로 7.58%가 높았으며, 해조류 추출액을 첨가하여 발효한 경우, 19.49%로 7.41%가 높은 것으로 확인되어, 알코올 함량이 증가됨을 확인하였다 (도 6).

상술한 바와 같이 상기 본 발명에 따른 기능성 발효주는 증가된 알코올 발효 효율을 가지며, 다량의 천연 GABA의 함유에 따른 높은 알코올 대사 촉진 작용을 통하여 숙취해소 효과를 얻을 수 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이하의 실시예에 의해 제한되지 않는다.

본 발명의 기능성 발효주 제조시, 해조류를 원물 그대로 사용하여 첨가할 경우, 해조 취 등의 이미, 이취로 인하여 향미의 불량 등 기호성이 상당히 떨어져 최 종적으로 발효주 내에 이러한 이미, 이취로 인하여 제품의 품질을 저하시키는 결과를 초래하게 되기 때문에, 이러한 문제점을 해결하기 위하여 발효공법을 이용함에 있어 해조류 추출 후 정밀여과한 해조류 추출액 또는 해조류추출액을 1차적으로 사전 발효하여 정밀여과한 해조류 발효액을 첨가한다.

<실시예 1> 해조류 추출액을 첨가한 기능성 발효주의 제조

1-1. 해조류 추출액의 제조 공정

도 1의 (ㄱ)~(ㅁ)은 해조미네랄을 비롯한 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주를 제조하는데 필수적인 발효원인 해조류 추출액을 제조하는 공정을 나타낸 것으로, 이들의 절차를 설명하면 다음과 같다.

1) 전처리 단계 (ㄱ) : 사용하고자 하는 해조류의 종류에 따라 수세, 탈염, 분쇄하여 추출에 용이하도록 준비한다.

2) 추출단계 (ㄴ) : 전처리된 해조류에 10~20배수의 물을 혼합하여 70℃~90℃의 온도에서 30분~60분간 교반하면서 추출한다.

3) 잔사의 제거 단계 (ㄷ) : 추출액과 해조류 잔사를 디스크원심분리기 혹은 필터프레스 등을 이용하여 분리함으로써 해조류 잔사를 제거하고 해조류 추출액을 수거한다.

4) 정밀여과 단계 (ㄹ) : 수거된 해조류 추출액을 본 발명자에 의해 개발된 공경(pore size)이 0.05um~0.1um인 모듈을 가지는 외부순환식감압형 분리막을 이용하여 해조류 추출액에서의 수용성 물질만을 정밀 여과한다.

5) 포장 단계 (ㅁ) : 정밀 여과된 해조류 추출액을 기능성 발효주 제조 시, 발효공정에 첨가하기에 용이하도록 포장한다.

1-2. 기능성 발효주의 제조

1) 원료의 전처리 단계 (1) : 기능성 발효주의 주원료인 백미를 수세 및 분쇄 등의 방법으로 전처리한다.

2) 증미 단계 (2) : 전처리된 원료를 100℃이상의 온도로 가열하여 원료로부터 전분을 분리하고 잡균을 제거한다.

3) 당화 단계 (3) : 곡물원료에서 분리된 전분에 누룩 또는 당화효소를 첨가하여 발효 단계 (4)에서의 알코올 발효가 효율적으로 일어나도록 포도당을 생성시킨다.

4) 발효 단계 (4) : 당화 단계를 끝낸 원료에 실시예 1- 1.방법에 의해 제조된 해조류 추출액을 첨가한 다음 121℃에서 15분~20분간 고온가압멸균하여 냉각시키고 발효미생물로써 ㄱ) 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae ) MBP-27의 단독접종 또는 ㄴ) 사카로마이세스 세레비시애 MBP-27과 알콜 발효용 상용효모를 혼합 접종한 후 30℃~37℃의 온도에서 발효한다. 이때 첨가하는 해조류 추출액은 정제수 첨가량의 10~30%가 되도록 첨가하며, 발효미생물의 경우 1~5%가 되도록 접종한다. 발효미생물을 접종하고 발효미생물에 의한 발효가 충분히 일어날 수 있도록 2~7일간 발효한다.

5) 멸균 단계 (5) : 발효가 끝난 발효액을 121℃에서 15~20분간 고온가압 멸균하여 발효기간 중에 대수적으로 증식한 효모균주를 사멸시킨다.

6) 정밀여과 단계 (6) : 멸균된 발효액을 0.05um~0.1um이하의 수용성 물질만을 정밀 여과하여 맑고 깨끗한 발효액만을 취한다.

7) 숙성 단계 (7) : 정밀 여과된 발효액의 진한 맛과 향을 위하여 냉장온도(2~4℃)에서 5~20일간 숙성기간을 거친다.

8) 조미 / 조향 단계 (8) : 소비자의 입맛에 적절한 맛과 향으로 조미, 조향 한다.

9) 포장 단계 (9) : 조미, 조향된 기능성 발효주를 용량에 맞게 포장한다.

<실시예 2> 해조류 발효액을 첨가한 기능성 발효주의 제조

2-1. 해조류 발효액의 제조 공정

도 2의 (A)~(G)는 해조미네랄을 비롯한 천연 GABA를 다량으로 함유하는 기능성 발효주를 제조하는데 필수적인 발효원인 해조류 발효액을 제조하는 공정을 나타낸 것으로, 이들의 절차를 설명하면 다음과 같다.

1) 전처리 단계 (A) : 사용하고자 하는 해조류의 종류에 따라 수세, 탈염, 분쇄하여 발효미생물에 의한 발효가 용이하도록 준비한다.

2) 원료의 준비 단계 (B) : 전처리된 해조류에 10~20배수의 물을 혼합하여 121℃에서 15분~20분간 고온가압 멸균함으로써 원료 내에 존재하는 잡균을 제거하고 발효미생물의 생육온도인 30℃~37℃까지 멸균된 원료를 냉각한다.

3) 발효 단계 (C) : 원료의 준비 단계 (B)에서 멸균된 해조류를 포함하는 원료에 본 발명자에 의해 개발된 유산균인 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) BJ20 또는 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae) MBP-27을 단독 또는 혼합하여 원료 대비 1%~5%가 되도록 접종하여 2일~7일간 발효한다.

4) 발효산물의 멸균 단계 (D) : 발효가 완료된 해조류 발효잔사 및 발효액을 121℃에서 15분~20분간 고온가압 멸균함으로써 해조류의 엽체에 존재하는 생리활성물질의 추가적인 추출을 도모하고 발효기간 중에 대수적으로 증식한 유산균 및 효모를 사멸시킨다.

5) 발효잔사의 제거 단계 (E) : 해조류 발효액의 수거를 위하여 해조류 발효잔사를 디스크원심분리기 또는 필터프레스를 이용하여 잔사를 제거하고 해조류 발효액을 수거한다.

6) 정밀여과 단계 (F) : 수거된 해조류 발효액을 0.05um~0.1um이하의 수용성물질만을 정밀 여과한다.

7) 포장 단계 (G) : 정밀 여과된 해조류 발효액을 기능성 발효주 제조 시, 발효공정에 첨가하기에 용이하도록 포장한다.

2-2. 기능성 발효주의 제조

1) 원료의 전처리 단계 (1) : 기능성 발효주의 주원료인 백미를 수세 및 분 쇄 등의 방법으로 전처리한다.

2) 증미 단계 (2) : 전 처리된 원료를 100℃이상의 온도로 가열하여 원료로부터 전분을 분리하고 잡균을 제거한다.

4) 발효 단계 (4) : 당화 단계를 끝낸 원료에 실시예 2- 1.방법에 의해 제조된 해조류 발효액을 첨가한 다음 121℃에서 15분~20분간 고온가압멸균하여 냉각시키고 발효미생물로써 ㄱ)상용효모 또는 ㄴ)상용효모와 사카로마이세스 세레비시애 MBP-27를 혼합 접종한 후 30℃~37℃의 온도에서 발효한다. 해조류 발효액은 첨가되는 정제수의 10~30%가 되도록 첨가하며, 발효미생물의 경우 1~5%가 되도록 접종한다. 발효미생물을 접종하고 발효미생물에 의한 발효가 충분히 일어날 수 있도록 2~7일간 발효한다.

5) 멸균 단계(5) : 발효가 끝난 발효액을 121℃에서 15~20분간 고온가압 멸균하여 발효기간 중에 대수적으로 증식한 효모 균주를 사멸시킨다.

<실험예 1> 기능성 발효주의 숙취해소 활성 시험

1-1. 시험방법

본 발명에 의해 제조되는 기능성 발효주의 숙취해소 효과를 실험적으로 입증하기 위하여 본 실험예에서는 시판되고 있는 회사별 숙취해소 음료의 원액과 해조류 발효액을 분말화 하여 희석한 1%수용액의 알코올 분해능과 아세트알데하이드 분해능 등을 비교하였다. 시판되는 숙취해소 음료는 D사의 M제품, C사의 C제품, G사의 Y제품, D사의 B제품의 원액을 대상으로 대조군을 설정하였으며, 실험군으로써 본 발명에 의해 제조된 해조류 발효액을 분말화한 후, 이를 이용하여 1%의 수용액을 제조한 두 종류의 샘플을 준비하여 비교하였다. 샘플 (Sample 1)은 다시마(전체 중량 대비 5%)와 톳(전체 중량 대비 3%)을 혼합하여 발효한 발효액을, 샘플 (Sample 2)는 다시마(전체 중량 대비 5%)를 발효한 발효액을 이용하여 제조한 샘플이다. 그리고 기능성 발효주 내의 아세트알데하이드의 함량변화를 알아보기 위하여 5종류의 샘플을 제조하여 GC의 head space법을 이용하여 아세트알데하이드 함량을 측정하였다. 대조군 (Control)은 해조류 추출액 또는 발효액이 전혀 들어가지 않은 대조군이며, 실험군으로 샘플 (Sample) A는 다시마(전체 중량 대비 5%) 추출액, 샘플 (Sample) B는 다시마(전체 중량 대비 5%) 발효액, 샘플 (Sample) C는 다시마(전체 중량 대비 5%)와 톳(전체 중량 대비 3%) 추출액, 샘플 (Sample) D는 다시마(전 체 중량 대비 5%)와 톳(전체 중량 대비 3%) 발효액, 샘플 (Sample) E는 다시마(전체 중량 대비 5%), 파래(전체 중량 대비 2%), 톳(전체 중량 대비 3%) 추출액을 첨가하여 제조한 기능성 발효주이다.

1-2. 알코올 분해능 측정

해조류로부터 유래되어 생성되는 다량의 천연 GABA는 여러 가지 효능을 가지고 있으며 그 중에서 알코올 분해능이 탁월하여 본 실험예에서는 시판되고 있는 숙취해소 음료와 해조류 발효액의 알코올 분해능을 비교하였다. 알코올 분해능 측정은 Blandino의 방법(Bostian. et. al., 1978)을 변형하여 측정하였다. 즉, 반응액의 조성은 증류수 1.4mL, 1.0M tris-HCl 완충액(pH 8.8) 0.75mL, 20mM NAD⁺ 0.3mL, 에탄올 0.3mL, 샘플 1 또는 샘플 2 0.1mL의 혼합액과 효소원 0.15mL를 큐벡트 (cuvette)에 넣어 총 3mL가 되도록 조절한 다음, 30℃에서 5분간 전배양한 후, 5분간 340nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다. 샘플의 ADH(alcohol dehydrogenase) 활성은 대조군에 대한 상대활성(%)으로 나타내었다.
※ ADH 활성(%) = [(시료 흡광도 - blank 흡광도)/(대조군 흡광도 - blank 흡광도)]×100
결과는 도 3에 나타내었다.
도 3에 나타난 바와 같이, 시판되고 있는 숙취해소 음료의 알코올 분해능에 비해 샘플(Sample) 1, 2는 1% 수용액임에도 불구하고 그 효과는 비슷하거나 그 이상으로 알코올 분해능이 뛰어난 것으로 확인되었다. 다시마(전체 중량 대비 5%)와 톳(전체 중량 대비 3%)을 혼합하여 발효한 발효액의 경우, 알코올 분해능이 164%로 대조군인 시판되고 있는 숙취해소 음료의 원액 중에서 가장 높은 수치를 나타낸 137%에 비하여 27%가 높았으며, 다시마(전체 중량 대비 5%)를 발효한 발효액의 경우, 알코올 분해능이 148%로 11%가 높게 나타나는 것을 확인하였다.

1-3. 아세트알데하이드 분해능 측정

숙취해소의 주요 원인 물질 중의 하나인 아세트알데하이드의 분해능을 알아보기 위하여 본 실험예에서는 시판되고 있는 숙취해소 음료와 해조류 발효액의 아세트알데하이드 분해능을 비교하였다. 아세트알데하이드 분해능 측정은 Blandino의 방법(Bostian. et. al., 1978)을 변형하여 측정하였고, 340nm의 흡광도에서 NADH의 생성속도를 지표로 사용하였다. 즉, 반응액의 조성은 증류수 2.1mL, 1.0M tris-HCl 완충액(pH 8.8) 0.3mL, 20mM NAD⁺ 0.1mL, 1.0M 아세트알데하이드 0.1mL, 3.0M KCl 0.1mL, 0.33M 2-머캅토에탄올 0.1mL, 샘플 1 또는 샘플 2 0.1mL의 혼합액과 효소원 0.1mL를 큐벡트(cuvette)에 넣어 총 3mL가 되도록 조절한 다음, 30℃에서 5분간 전배양한 후, 5분간 340nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다. 샘플의 ALDH (acetaldehyde dehydrogenase) 활성은 대조군에 대한 상대활성(%)으로 나타내었다.
※ ALDH 활성(%) = [(시료 흡광도 - blank 흡광도)/(대조군 흡광도 - blank 흡광도)]×100
결과는 도 4에 나타내었다.
도 4에 나타난 바와 같이, 시판되고 있는 숙취해소 음료의 아세트알데하이드 분해능에 비해 샘플(Sample) 1, 2는 1% 수용액임에도 불구하고 그 효과는 비슷하거나 그 이상으로 아세트알데하이드 분해능이 우수하였다. 아세트알데하이드 분해능은 대조군에서 58%가 가장 높은 수치를 나타낸 반면 다시마(전체 중량 대비 5%)와 톳(전체 중량 대비 3%)을 혼합하여 발효한 발효액이 82%로 24%가 높게 나타났으며, 다시마(전체 중량 대비 5%)를 발효한 발효액은 76%로 18%가 증가됨을 확인함으로써 숙취해소에 효과적임을 확인하였다.

1-4. 아세트알데하이드 함량 측정

본 실험예에서는 GC의 head space법으로 해조류 추출액 또는 발효액의 첨가에 따른 기능성 발효주내의 숙취해소의 원인물질인 아세트알데하이드의 함량변화를 상대적으로 비교하였다. 구체적으로는, headspace vial에 검체 100mg을 넣고 5ml의 물과 1g의 무수 황산나트륨(anhydrous sodium sulfate)을 넣어 혼합한 후 캡(cap)을 장착한 다음 80℃에서 60분간 가열하여 시료를 만들었다. 분석조건은 다음과 같다.
- Injector : Capillary 70℃,
- Detector : FID 260℃,
- Column : 30m*0.53m*5.0μm (Methylsiloxane 계열) 분석컬럼 고정상 G27,
- Carrier Gas : He 35cm/sec (약 4-5 ml/min),
- Oven program : 35℃ (5min) → 8℃/min → 175℃ (0.1min) → 35℃/min → 260℃ (16min),
- 주입량 :　Gas tight syringe 1ml (기체상).
결과는 도 5에 나타내었다.
도 5에 나타난 바와 같이, 아세트알데하이드의 함량이 해조류 추출액이나 발효액을 첨가하지 않은 대조군(Control)에 비하여 샘플(Sample) A~E 모두 상당량 줄어드는 경향을 보였다. 상기 발효주는 해조류 추출액 또는 해조류 발효액을 포함하지 않은 발효주에 비하여 아세트알데하이드의 함량이 70~80% 이상 줄어드는 것으로 나타났다.

<실험예 2> 기능성 발효주의 알코올 함량 측정

본 발명에 의해 기능성 발효주를 제조하였을 때, 해조류 추출액 또는 발효액을 첨가하지 않은 대조군에 비하여 해조류 추출액 또는 발효액을 첨가하여 제조한 발효주의 알코올 함량을 측정하였다. 구체적으로는, 각 분석할 샘플을 100mL 용량 메스플라스크 표선까지 취하고 이것을 500mL 둥근플라스크에 옮긴 다음 메스플라스크에 약 10mL의 증류수로 3회 세척하여 둥근플라스크에 합하고 냉각기에 연결한 다음 100mL 메스플라스크를 수기로 하여 증류하였다. 증류액이 약 80mL가 되면 증류를 중지하고 증류수를 가하여 100mL로 정용한 다음 잘 흔들어서 메스실린더로 옮긴 후 실온에서 주정계를 사용하여 그 표시도를 읽어 Gay-Lussac 표로서 15℃로 보정하여 알코올 함량을 계산하여 참고자료로 활용하였다. 또한, 증류된 알코올을 0.45㎛ 여과기(Milipore)로 여과하여 Density Meter(Anton Paar, DMA 4500, Hungary)로 15℃에서 알코올 농도를 측정하였다.
결과는 도 6에 나타내었다.
도 6에 나타난 바와 같이, 해조류 추출액 또는 발효액을 전혀 첨가하지 않은 대조군의 경우, 그 알코올 함량이 12.08도에 그쳤지만 해조류 추출액 또는 발효액을 20% 첨가하여 발효한 실험군은 모두 12도의 알코올 함량을 넘어섰으며 그 함량은 해조류 발효액을 첨가하여 발효한 경우, 19.66도로 7.58도가 높았으며, 해조류 추출액을 첨가하여 발효한 경우, 19.49로 7.41도가 높았다. 이는 해조류 추출액 또는 발효액을 기능성 발효주 제조 시 첨가함으로써 알코올 발효가 보다 효율적으로 발생한 결과이며 이는 발효주의 대량생산에서 그 생산성을 높여주는 중요한 지표라 할 수 있다.

<실험예 3> 기능성 발효주의 GABA 함량 측정
본 발명에 의해 기능성 발효주를 제조하였을 때, 해조류 추출액 또는 발효액을 첨가하지 않은 대조군에 비하여 해조류 추출액 또는 발효액을 첨가하여 제조한 발효주의 GABA(γ-aminobutyric acid) 함량을 HPLC(DIONEX Ultimate 3000 HPLC System)를 이용하여 측정하였다. 먼저, 표준용액과 시험용액을 하기와 같은 방법으로 제조하여 준비하였다.
표준용액은 표준물질(GABA)을 증류수에 용해하여 1,000 ㎎/L (1,000 ppm)이 되게 녹여 표준원액을 만든 다음, 상기 표준원액을 진탕하여 녹인 후 증류수로 희석(500, 250, 125, 62.5, 31.25, 15.625 ppm)하여 표준용액을 제조하였다.
시험용액은 해조류 발효액 4g을 취하여 100 mL 플라스크에 넣고, 증류수를 표선까지 맞추어 충분히 녹여 4% 수용액을 제조하였다. 상기 수용액을 0.02N 염산 용액으로 50배로 희석한 후, 막 필터로 여과하여 시험용액을 제조하였다.
상기 준비된 표준용액과 시험용액을 이용하여 해조류 발효액을 첨가한 발효주의 GABA 함량을 자동샘플러 유저 프로그램 반응 프로토콜로 측정하였다. 즉, GABA 함량 분석을 위해, 아미노산을 OPA(O-phthalaldehyde) 유도체로 치환하기 위해서 자동샘플러 유저 프로그램 반응 프로토콜 측정 방법을 이용하여 GABA 함량을 분석하였다. 이때, HPLC에 사용된 검출기와 컬럼은 각각 자외부흡광광도검출기와 Dionex Bonded Silica Products(C₁₈ 5μm 120Å, 4.6×250mm)이다. HPLC를 이용한 분석 조건 및 이동상 조건은 각각 하기 표 1 및 표 2에 나타내었다. 시험용액의 GABA 함량은 하기와 같이 계산하였다.

※ GABA 함량 (%) = [시험용액 중의 GABA 농도 (ppm) / 표준용액 중의 GABA 농도 (ppm)] × 100

HPLC 분석 조건

항목	조건
주입량	20㎕
컬럼온도	40℃
이동상	A 용매 - 50mM 아세트산나트륨, pH 6.5
이동상	B 용매 - 아세토니트릴:메탄올:증류수 = 45:45:10(v/v/v)
유속	1㎖/min
검출기 파장	338㎚

이동상 조건

시간(분)	용매
시간(분)	A(%)	B(%)
0	90	10
12	60	40
13	10	90
17	10	90
17	90	10
23	90	10

결과는 도 7에 나타내었다.
도 7에 나타난 바와 같이, 해조류 추출액 또는 발효액을 전혀 첨가하지 않은 대조군의 경우, 그 GABA 함량이 0.214ppm에 그쳤지만 해조류 추출액 또는 발효액을 20% 첨가하여 발효한 실험군은 모두 400ppm 이상의 GABA 함량을 함유하고 있으며, 그 함량은 해조류 발효액을 첨가하여 발효한 경우, 417.17ppm이었으며, 해조류 추출액을 첨가하여 발효한 경우, 407.59ppm으로 대조군에 비해 높은 수치를 나타내었다.

도 1은 본 발명에 의한 해조류 추출액을 첨가하여 기능성 발효주를 제조하는 전체적인 공정의 흐름도;

도 2는 본 발명에 의한 해조류 발효액을 첨가하여 기능성 발효주를 제조하는 전체적인 공정의 흐름도;

도 3은 해조류 발효액의 알코올 분해능을 나타내는 그래프;

도 4는 해조류 발효액의 아세트알데하이드 분해능을 나타내는 그래프;

도 5는 본 발명에 의해 제조된 기능성 발효주 내의 아세트알데하이드 함량을 나타내는 그래프;

도 6은 본 발명에 의해 제조된 기능성 발효주 내의 알코올 함량을 나타내는 그래프;

도 7은 본 발명에 의해 제조된 기능성 발효주에 함유되어 있는 천연GABA의 함량을 나타내는 그래프;

도 8은 외부순환식 감압형 분리막 장치의 작동원리를 나타내는 흐름도;

도 9는 외부순환식 감압형 분리막 장치의 사진과 공경(pore size)별로 fraction을 받아내는 과정을 나타내는 흐름도를 나타낸 것이다.

Claims

(1) 백미를 수세 및 분쇄하여 전처리하는 단계;

(2) 상기 전처리된 백미를 100~130℃의 온도로 가열하여 백미로부터 전분을 분리하고 잡균을 제거하는 단계;

(3) 상기 분리된 전분에 누룩 또는 당화효소를 첨가하여 당화하는 단계;

(4) 상기 (3)단계에서 얻은 당화 전분에 증류수를 가하고, 여기에 해조류 발효액을 정제수 총 첨가량에 대해 10~30%(v/v)로 첨가한 다음, 115~125℃에서 15~20분간 고온가압멸균한 후 30~37℃로 냉각시키고, 발효미생물로서 알코올 발효용 효모 또는 사카로마이세스 세레비시애 (Saccharomyces cerevisiae) 또는 알코올 발효용 효모와 사카로마이세스 세레비시애의 혼합 미생물을 정제수 총 첨가량에 대해 1~5%(v/v)로 접종한 후 30~37℃의 온도에서 2~7일간 발효시키는 단계;

(5) 상기 (4)단계에서 얻은 발효액을 115~125℃에서 15~20분간 멸균하는 단계;

(6) 상기 멸균된 발효액을 0.05~0.1㎛의 수용성 물질만을 정밀 여과하여 발효액을 얻는 단계; 및

(7) 상기 (6)단계에서 얻은 발효액을 냉장온도(2~4℃)에서 5~20일간 숙성시키는 단계;를 포함하며,

상기 해조류 발효액은

(a) 다시마, 톳, 미역, 미역줄기, 우뭇가사리, 파래, 풀가사리, 꼬시래기, 매생이 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 해조류를 수세, 탈염 및 분쇄하여 전처리하는 단계;

(b) 전처리된 해조류에 10~20배수의 물을 혼합하여 115~125℃에서 15~20분간 멸균한 후, 30~37℃로 냉각하는 단계;

(c) 상기 (b)단계에서 얻은 멸균된 해조류에 발효미생물인 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis) 또는 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae) 또는 락토바실러스 브레비스와 사카로마이세스 세레비시애의 혼합 미생물을 멸균된 해조류 총 첨가량에 대해 1~5%(v/v)로 접종하여 2~7일간 발효하는 단계;

(d) 상기 (c)단계에서 얻은 해조류의 발효잔사 및 발효액을 115~125℃에서 15~20분간 멸균하는 단계;

(e) 상기 (d)단계에서 얻은 해조류 발효잔사를 제거하고 해조류 발효액을 수거하는 단계; 및

(f) 상기 (e)단계에서 수거한 해조류 발효액을 0.05~0.1㎛의 수용성 물질만을 정밀 여과하여 발효액을 얻는 단계;를 포함하여 제조되는 것을 특징으로 하는, 발효주의 제조방법.
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제 1항의 방법에 의해 제조되며, 400~420 ppm의 가바(γ-aminobutyric acid, GABA) 성분을 함유하고, 해조류 발효액을 포함하지 않은 발효주에 비해 알코올 함량은 7~8% 증가되며 아세트알데하이드 함량은 70~80% 감소되는 것을 특징으로 하는 발효주.
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