KR101238968B1 - 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법 - Google Patents

에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 산삼을 주원료로 하여 건조하는 제1단계; 상기 제1단계의 건조된 산삼을 분쇄하여 60~200메쉬의 분말로 생성한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제2단계; 상기 제2단계의 산삼분말에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합하여 pH 5.5~7로 조절한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~50wt%를 추가하여 함수분율 12~30%를 지닌 혼합물을 생성하는 제3단계; 상기 제3단계의 혼합물을 인큐베이터의 온도 15~45℃와, 습도 30~80%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 1차 생물반응으로 심부배양되어 산삼의 고분자 물질이 극미세화(나노화)물질로 변환하는 1차 생물반응을 거쳐 발효분말을 생성하는 제4단계; 상기 제4단계의 발효분말을 수분율 7%이하가 되도록 재 건조한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제5단계; 상기 제5단계의 발효분말을 생물반응기 상에서 식용발효미생물과 혼합하여 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제6단계; 상기 제6단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제7단계; 상기 제7단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제8단계; 및 상기 제8단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제9단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
이에 따라 본 발명은, 산삼에 발효미생물을 이용하여 1ㆍ2차에 걸친 발효 생물공정을 거쳐 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 발효산물을 취득하여 제형의 어려운 부분을 개선함에 따라, 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있고, 산삼의 고분자물질이 나노화되어 인체에 쉽게 흡수되고, 저비용으로 고부가성 물질을 대량으로 양산 가능한 효과가 있다.

Description

에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법{Method for preparing composition comprising fermented Wild Ginseng that contain Ergothioneine}
본 발명은 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 산삼에 발효미생물을 이용하여 1ㆍ2차에 걸친 발효 생물공정을 거쳐 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 발효산물을 대량으로 취득하여 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등에 활용할 수 있는 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
통상, 산삼(Wild Ginseng, 山蔘)은 한반도, 만주남부, 연해주 일부지역 지역에 자생하는 여러 해살이 풀로서, 고유 명칭은 심, 방추 등이 있다. 산삼에 대한 기록은 중국, 한국, 일본에 기록이 전해지는데, 산삼은 매우 느린 속도로 자라며, 종자는 새나 짐승에 의해 섭취되고 배설물에 의해 땅에 떨어져, 여러 해에 걸쳐 잎과 줄기의 개수를 늘리면서 뿌리를 깊이 드리워 간다. 생장에 위협을 주는 환경 하에서 휴면 상태에 돌입하는데, 아직은 검증되지 않은 특이한 생존법을 지니고 있기도 하다. 산삼은 그 개체수가 매우 적기 때문에 과학적으로 생태나 효능에 대한 자세한 학문이 정립되어 있지 않다. 인삼 인공재배가 되기 전 기록된 부분은 인삼은 산삼과 같은 의미로 사용된 용어이다.
한편, 산삼은 사람의 손을 거치지 않은 것일수록 그 가치가 높고 본래의 산삼 뜻에 맞는데, 크게 자연생 산삼, 산양(山養) 산삼, 장뇌삼으로 나눌 수 있다. 자연생 산삼은 다른 이름으로 조복삼(鳥腹蔘)으로도 부르며, 이는 사람이 아닌 새가 열매를 먹은 뒤 소화가 되지 않은 씨를 배설하고, 여기에서 싹이 돋아 자라는 경우를 말한다. 여기에도 구별이 있는데, 새가 자연생 산삼의 열매를 먹고 배설한 경우와 인삼 열매를 먹고 배설한 경우로 나누어진다. 전자를 심마니들은 천종(天種)으로 부르며 최상급으로 친다. 그리고 산양(山養) 산삼은 사람이 산삼 씨를 채취한 뒤 생육 조건이 좋은 산에 뿌려 자연 상태에서 자라도록 방치한 뒤, 오랜 시간이 흐른 후 채집하는 것으로, 외관은 자연생 산삼과 비교하기 힘들 정도로 비슷하지만 대부분의 성장 과정을 자연에 맡긴다는 점에서 산삼으로 분류되고 전문가에 따라서 장뇌삼을 산양 산삼의 의미로 사용하는 경우가 있다. 그리고 장뇌삼은 사람이 씨를 채취한 뒤 산이 아닌 거주지 근처에서 작물처럼 키우는 것으로, 가치는 앞의 둘에 비해 크게 떨어지고 전문가에 따라서는 장뇌삼을 산삼의 범주에서 빼는 경우가 있다.
여기서 산삼의 효능은 과학적으로 제대로 분석된 바가 없으며, 치료 효과에 대한 연구는 기초적인 성분 분석물 비교를 제외하고 거의 이루어지지 않았다. 다만 지금까지 비공식적(일부 공식적)으로 원기 회복, 당뇨병치료, 항암 작용, 노화예방, 성기능 활성화 촉진, 발기부전 치료, 혈압정상화, 치매초기증세 예방, 비염치료, 중추신경계 흥분 및 진정 효과, 뇌기능 증진, 면역기능 조절, 간 기능 증강, 심혈관 장애 및 동맥경화, 갱년기 장애 치료, 골다공증 예방, 위궤양 및 염증 치료, 마약중독 증세 치료, 신장 기능 장애 치료, 항산화 활성작용, 방사선 장애 방어효과 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있으며, 현대 의학적인 약리적 연구도 많이 이루어지고 있다.
즉, 이러한 산삼의 효능 중 사포닌의 생리학적 효과로 인해 급만성감염성 감염환자의 간기능을 정상으로 회복시켰다.(도나예프스키-소련) 빈혈이 있는 당뇨병 환자에게 인삼엑기스는 빈혈을 막아주며 인슐린분비를 촉진시켜 '당뇨병'에 치료효과가 탁월하다는 것이 임상실험으로 실증되어 있다. 그리고 간기능, 신기능, 심기능을 높이며 노화물질의 축적을 억제하고 피로를 회복시켜 주며 지질의 과산화를 방지해주는 말톨(Maltol)이라는 새로운 성분은 노화방지에 크게 효능이 있다.(한병훈 박사) 남성불임환자에게 운동정자수를 증가시키고, 여성 불임증환자에게 효과가 있다.(기자끼박사-일본) 사포닌 중 진세노사이드는 기억력을 향상시키는데 효과가 있다.(사또박사- 일본) 인삼은 대뇌피질의 교감신경계를 매개로 망막혈관의 세동맥을 선명하게 이안시키는데 효과가 있다.(지라노파 박사)
그리고 산삼을 섭취하면 사람에 따라 차이가 나기는 하나 "명현작용"으로 부르는 일종의 '치료 효과'가 발현되는데, 이는 술에 취한 듯 판단력이 흐려지거나, 몸에 후끈거리는 화기(火氣)가 올라오거나, 가볍게 인사불성 증세를 겪거나, 피부에 붉은 반점이 올라오거나, 깊은 잠을 자거나, 공중에 붕 뜬 느낌을 받거나, 과거에 경험했던 통증이나 질병이 재발하나 상쾌함이 동반되는 등 다양하다.
이와 같이, 산삼의 약효에 대해서는 아직 많은 부분이 전설에 가려져 있고, 워낙 귀하고 실험하기 어려운 까닭에 과학적으로 밝혀진 것이 별로 없다.
그리고 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)은 아미노산 일종으로 강력하고 안전한 산화제로 알려져 있으며, 현재 필수영양제나 피부노화 방지제등 상업적으로 많이 이용되고 있으며, 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)은 곰팡이에서만 생합성되며, 아직까지 동물이나 식물에서는 생합성 결과는 보고된바 없다. 인간 또한 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)을 스스로 합성하지 못하기 때문에 주로 버섯이나 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)을 섭취한 동물을 통하여 인간의 체내에 축적하는 것으로 보고되고 있다.
이러한 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)은 항산화제로서의 역할이 부각되고 있으며, 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 결핍된 세포에서는 노화가 급격히 진전되는 것이 최근에 보고되었으며, 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)은 인체내 혈액이나 피부 및 생식세포 등 특정세포에서만 함유되어 있으며, 특히 혈액속에 존재하는 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)은 뇌혈류 흐름 장애에 의해 나타나는 질병에 효과가 있는 것으로 알려져 뇌에 나타나는 질환 치료용 물질로 연구가들의 많은 관심이 모아지고 있다.
한편, 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)에 관한 연구로는 노루궁뎅이버섯류의 톱밥재배와 항산화물질 비교연구(국립산림과학원 화학미생물과, 생물공학과, 유성열. 이위영. 가강현. 한국균학회지. Kor.j.Mycol.37(1): 80~85. 2009) 발표된 논문에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)에 대한 항산화물질분석으로 발표된 부분이 있다.
이와 관련된 선행기술로, 한국 등록특허공보 제10-0814800호의 "산삼근 발효방법 및 농축액 제조방법", 한국 등록특허공보 제10-0997054호의 "산양삼의 발효방법 및 이로부터 제조된 발효 산양삼", 한국 공개특허공보의 제2010-0025825호 "에르고티오네인의 함량 증가를 위한 자흑색불로초 균사체 배양 배지 및 자흑색불로초 균사체 배양 방법"등이 알려져 있다.
그러나 상기한 선행기술문헌들은 산삼 분말을 이용한 에르고티오닌 조성물 함량 대량생성에 대한 특허등록 및 공개중인 문서는 존재하지 않을뿐더러, 상기 검색한 산삼의 발효방법은 본 특허에서 산삼 분말에 미생물을 이용한 산삼의 반복 발효와 상의한 방법으로 본 특허와는 상이한 것으로 보인다.
한국 등록특허공보 제10-0814800호 "산삼근 발효방법 및 농축액 제조방법" 한국 등록특허공보 제10-0997054호 "산양삼의 발효방법 및 이로부터 제조된 발효 산양삼" 한국 공개특허공보 제2010-0025825호 "에르고티오네인의 함량 증가를 위한 자흑색불로초 균사체 배양 배지 및 자흑색불로초 균사체 배양 방법"
이에 따라 본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 근본적으로 해결하기 위한 것으로서, 산삼에 발효미생물을 이용하여 1ㆍ2차에 걸친 발효 생물공정을 거쳐 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 발효산물을 취득하여 제형의 어려운 부분을 개선함에 따라, 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있고, 산삼의 고분자물질이 나노화되어 인체에 쉽게 흡수되고, 저비용으로 고부가성 물질을 대량으로 양산 가능한 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법을 제공하려는데 그 목적이 있다.
이러한 목적을 달성하기 위해 본 발명은 산삼을 주원료로 하여 건조하는 제1단계; 상기 제1단계의 건조된 산삼을 분쇄하여 60~200메쉬의 분말로 생성한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제2단계; 상기 제2단계의 산삼분말에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합하여 pH 5.5~7로 조절한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~50wt%를 추가하여 함수분율 12~30%를 지닌 혼합물을 생성하는 제3단계; 상기 제3단계의 혼합물을 인큐베이터의 온도 15~45℃와, 습도 30~80%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 1차 생물반응으로 심부배양되어 산삼의 고분자 물질이 극미세화(나노화)물질로 변환하는 1차 생물반응을 거쳐 발효분말을 생성하는 제4단계; 상기 제4단계의 발효분말을 수분율 7%이하가 되도록 재 건조한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제5단계; 상기 제5단계의 발효분말을 생물반응기 상에서 식용발효미생물과 혼합하여 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제6단계; 상기 제6단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제7단계; 상기 제7단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제8단계; 및 상기 제8단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제9단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 한다.
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또한, 본 발명에 의한 상기 제6단계는 발효분말을 생물반응기의 온도 18℃~50℃, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 식용발효미생물인 아스퍼질러스(Aspergillus), 바실러스(Bacillus), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양한 다음 투입하여 2차 생물반응으로 젖산발효가 이루어져 액상화된 발효산물에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 생성되도록 한 것을 특징으로 한다.
한편, 이에 앞서 본 명세서 및 특허청구범위에 사용된 용어나 단어는 통상적이거나 사전적인 의미로 한정해서 해석되어서는 아니 되며, 발명자는 그 자신의 발명을 가장 최선의 방법으로 설명하기 위해 용어의 개념을 적절하게 정의할 수 있다는 원칙에 입각하여 본 발명의 기술적 사상에 부합하는 의미와 개념으로 해석되어야만 한다. 따라서 본 명세서에 기재된 실시예와 도면에 도시된 구성은 본 발명의 가장 바람직한 일 실시예에 불과할 뿐이고, 본 발명의 기술적 사상을 모두 대변하는 것은 아니므로, 본 출원시점에 있어서 이들을 대체할 수 있는 다양한 균등물과 변형예들이 있을 수 있음을 이해하여야 한다.
이상의 구성 및 작용에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 의한 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법은 산삼에 발효미생물을 이용하여 1ㆍ2차에 걸친 발효 생물공정을 거쳐 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 발효산물을 취득하여 제형의 어려운 부분을 개선함에 따라, 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있는 효과를 제공한다.
또한, 산삼의 고분자물질이 나노화되어 인체에 쉽게 흡수되고, 저비용으로 고부가성 물질을 대량으로 양산 가능한 효과를 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 에르고티오닌이 함유된 산삼 발효산물을 제조하기 위한 전체적인 흐름도.
도 2는 본 발명에 따른 비발효 산삼과 산삼 발효산물의 성분분석을 나타낸 도표.
도 3은 본 발명에 따른 생물반응을 거치지 않은 산삼분말, 상황버섯(Phellinus linteus), 미강(Rice bran)을 Joy Dubost(2007)의 분석방법으로 정량하여 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG) 함량을 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 따른 1차, 2차 생물반응을 거친 산삼 발효산물의 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 증가된 함량을 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 따른 1차 생물반응을 거친 산삼분말의 심부배양된 것을 나타낸 사진.
도 6은 본 발명에 따른 쉐이킹 인큐베이터에서 발효미생물을 액체 배양된 것을 나타낸 사진.
이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명에 따른 바람직한 실시예를 상세하게 설명한다.
본 발명은 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법에 관련되며, 즉 산삼의 유용성분에 생물반응을 통한 미생물을 이용하여 에르고티오닌이 함유된 산삼 발효산물을 대량으로 취득하는 방법에 관한다. 이러한 방법을 간략하게 설명하면 건조, 절단/분쇄, 멸균, 발효미생물 투입, 1차 생물반응에 의한 고체발효, 재 건조, 멸균, 식용발효미생물 투입, 2차 생물반응에 의한 액상발효, 멸균, 여과, 농축, 건조단계를 거쳐 산삼 발효산물을 제조된다.
본 발명의 제1단계는 산삼을 주원료로 하여 건조한다. 제1단계는 산삼을 건조하는 건조단계로, 산삼을 채취하여 뿌리 등에 남아있는 흙을 깨끗이 털어 준 다음 건조한다. 이러한 제1단계에서 산삼은 자연 건조하기가 용이하지만, 건조시간이 많이 소요됨에 따라 급속 동결 건조 과정을 거치는 것이 용이하다. 더구나 무엇보다도 급속 동결 건조 과정을 거치면 후술하는 제2단계에서 실시하는 분쇄하는데 용이하며, 영양분의 소실이 최소화되는 것을 제공한다. 이러한 건조과정은 품질 안정과 생산성 향상을 위한 자동화 장치를 도입한다.
본 발명의 제2단계는 상기 제1단계의 건조된 산삼을 분쇄하여 60~200메쉬의 분말로 생성한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균한다. 제2단계는 건조된 산삼을 파쇄 또는 분쇄한 다음 멸균하는 파쇄/멸균단계로, 특히 산삼 건조물을 파쇄 및 분쇄함에 있어 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다. 이는 급속 동결 건조 과정을 거친 산삼건조물을 1차적으로 파쇄기를 이용하여 파쇄한 다음 2차적으로 분쇄기를 이용하여 60~200메쉬의 분말로 생성한다. 그런 다음 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 잡균을 멸균한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제2단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균을 멸균한다. 이는 산삼분말에 함유되어 있는 미생물(잡균)들의 멸균하여 원활한 생물공정을 위하여 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건에서 멸균하여 잡균을 제거한다. 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121℃에서 10분~15분간, 132℃에서 10분~15분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 이보다 처리온도가 121℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 잡균을 멸균한다.
본 발명의 제3단계는 상기 제2단계의 산삼분말을 배양조 상에서 발효미생물과 증류수와 혼합한 다음, 발효에 필요한 질소원과 탄소원을 추가하여 혼합물을 생성한다. 제3단계는 혼합물을 생성하는 혼합물생성단계로, 산삼분말에 발효미생물, 증류수 및 질소원과 탄소원을 혼합하여 혼합물을 생성하며, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 해당 공정을 자동화한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제3단계는 산삼분말에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합하여 pH 5.5~7로 조절한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~50wt%를 추가하여 함수분율 12~30%를 지닌 혼합물을 생성한다. 이는 급속 멸균된 산삼분말을 고체화하기 위해 발효미생물 중 유용성이 입증된 버섯균주와 유산균 등을 이용하여 증류수와 혼합한 다음 질소원과 탄소원을 혼합하여 1차 생물반응(고체발효)이 잘 이루어지도록 한다.
즉, 이는 고체화된 발효분말을 생성하기 위해 산삼분말에 1차적으로 배양조(쉐이킹 인큐베이터)상에 발효미생물을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양한 다음 증류수와 서로 혼합하여 pH 5.5~7을 지닌 혼합물을 생성한다. 이어서, 질소원과 탄소원을 각각 5~50wt%를 추가하여 발효미생물이 활동하기 좋은 함수분율 12~30%를 지니도록 고루 잘 섞어주어 혼합물을 생성한다. 여기서, 질소원은 미강, 보리가루, 밀기울 중에서 1종을 택일하고, 탄소원은 사카로스, 말로즈, 올리고당 중에서 1종을 택일하여 생물반응이 잘 이루어지도록 혼합한다.
한편, 발효미생물로 사용되는 버섯균주 중 담자균류가 생성하는 2차대사산물에는 다른 균류에는 볼 수 없는 특징을 가지고 있다. 즉, 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis)는 많은 대사산물을 가지고 있다. 이는 1차대사산물은 생물의 생존에 필수적인 물질로서 생리적 의의는 밝혀져 있으나 2차 대사산물의 의의는 아직 불명확하다. 외적에 대한 방어물질로서 항생물질로 연구가 되고 있으며, 생리활성에 대한 산물로 항 종양성 다당류, 항바이러스 물질, 항균성 물질, 효소저해제, 핵산관련물질, 아미노산 관련물질, 유기산, 식물 호르몬류, 그 외의 생리활성 물질로 펩타이드나 단백질계의 생리활성 물질들로 곤충, 선충, 점균 등에 작용하는 물질, 식물 생육저해물질, 비타민 B1 파쇄물질, 약리활성 물질 등 아직도 밝혀지지 않는 많은 부분들이라고 볼 수 있다.
그리고 본 발명에 사용하고자 하는 발효미생물 중 토양미생물인 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속과 유산균인 락토바실러스(Lactobacillus)속은 특히 2차 대사산물에 있어서 화학구조의 다양성과 종의 풍부함으로 인하여 산업적으로 가장 중요한 미생물로 인식되어 있다. 물질대사산물은 1차 대사산물, 2차대사산물로 나뉘며, 1차대사산물이란 동, 식물, 미생물에 보편적으로 들어 있는 가공 아미노산, 당질, 지질, 핵산 등 생체유지에 기본적인 역할을 하는 물질을 말하며, 2차대사산물은 주로 식물, 미생물에서 나타나는 알칼로이드, 테르펜, 플라보노이드, 항생물질 등의 다양한 화합물로 이들은 약용, 향료, 향장원료, 기능성 식품의 원료 등에 유용한 물질로 부각되고 있다. 앞으로도 토양미생물은 새로운 균주의 분리, 유전자 기능 등을 통하여 생물소재 산업의 중요한 위치를 차지하고 있다.
본 발명의 제4단계는 상기 제3단계의 혼합물을 인큐베이터 상에서 1차 생물반응을 거쳐 발효분말을 생성한다. 제4단계는 발효분말을 생성하는 고체발효단계로, 인큐베이터 상에서 고체 상태의 혼합물을 1차 생물반응을 거쳐 발효분말을 생성하며, 품질 안정을 위해 해당 공정을 자동화한다. 여기서, 말하는 고체발효를 위한 인큐베이터는 무균시스템으로 되어 있고, 온습도가 자동으로 조정되어 발효미생물이 산삼분말과 발효에 필요한 질소원과 탄소원 5~50wt%의 조성물이 미생물의 심부배양과 발효가 동시에 이루어지는 인큐베이터를 말한다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제4단계는 혼합물을 인큐베이터의 온도 15~45℃와, 습도 30~80%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 1차 생물반응으로 심부배양되어 산삼의 고분자 물질이 극미세화(나노화)물질로 변환되도록 한다. 이는 혼합물을 온도 15~45℃, 습도 30~80%가 자동으로 관리되는 밀폐된 인큐베이터에서 투입하여 2~60일간 생물반응을 거쳐 수분율이 거의 없는 상태에서 발효미생물인 Coriolus versicolor, Stereum hirustum, Phellinus linteus, Aspergillus oryzae, Bacillus속, Fomes fomentarius, Coriolus sinensis, Lactobacillus속이 원활한 1차 생물반응으로 심부배양되어 산삼의 고분자 물질이 나노화 물질로 변환되면서 유용물질이 생성할 수 있도록 하여 고체화된 발효분말을 생성한다.
본 발명의 제5단계는 상기 제4단계의 발효분말을 수분율 7%이하가 되도록 재 건조한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 발효미생물을 멸균한다. 제5단계는 고체화된 발효분말을 재 건조한 다음 멸균하는 건조/멸균단계로, 특히 발효분말을 재 건조함에 있어 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다. 이는 1차 생물반응을 거친 발효분말을 급속 동결 건조기를 이용하여 수분율 7%이하의 발효분말로 생성한다. 그런 다음 급속멸균장치(Outoc lave)를 이용하여 발효미생물을 멸균한다.
이때, 본 발명에 따르면 상기 제5단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 발효미생물을 멸균한다. 이는 1차 생물반응, 즉 심부배양을 거친 발효분말을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간 조건에서 1차 생물반응시 투입된 발효미생물인 Coriolus versicolor, Stereum hirustum, Phellinus linteus, Aspergillus oryzae, Bacillus속, Fomes fomentarius, Coriolus sinensis, Lactobacillus속을 멸균하여 제거한다. 한편, 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121℃에서 10분~15분간, 132℃에서 10분~15분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 이보다 처리온도가 121℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 발효미생물을 멸균한다.
본 발명의 제6단계는 상기 제5단계의 발효분말을 생물반응기 상에서 식용발효미생물과 혼합하여 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성한다. 제6단계는 발효산물을 생성하는 발효산물생성단계로, 즉 제4단계의 1차 생물반응을 거친 발효분말을 생물반응기에서 식용발효미생물을 혼합하여 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하며, 품질 안정을 위해 해당 공정을 자동화한다.
여기서, 말하는 액상(액체)화 발효를 위한 생물반응기는 특정물질이나 세포를 생산하기 위해, 비완전 무균 시스템과 완전 무균 시스템으로 나뉘며, 그 종류로는 연속 교반식 생물 반응기, 공기 부양식 생물반응기, 혐기성 생물반응기로 나뉘며, 본 발명에서 사용되는 생물반응기는 살균된 연속교반식 생물반응기를 말하는데, 생물반응기의 부피기준은 76%는 무 교반, 무 살균, 또는 호기성으로 설계된 것들이 사용되고 있으며, 무균유지가 가능한 생물반응기는 10%에 불가하다. 무균성 생물반응기는 항생제등의 고부가가치 산물에만 이용되고 있다. 본 발명에 사용되는 생물반응기(bioreactor)는 반응이 끝난 다음 급속 멸균 단계가 따르기 때문에 무 교반, 무 살균, 또는 호기성으로 설계된 것들을 사용하여 편리하고 저렴한 생물반응 작업을 제공한다. 액상(액체)화 발효단계는 생물공정 응용분야에 대표적으로 상용되는 작업인 물질재료분야인 생분해 가능한 식품 부가물, 미네랄추출물과 유사한 작업이 진행된다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제6단계는 발효분말을 생물반응기의 온도 18℃~50℃, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 식용발효미생물인 아스퍼질러스(Aspergillus), 바실러스(Bacillus), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양한 다음 투입하여 2차 생물반응으로 젖산발효가 이루어져 액상화된 발효산물에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 생성되도록 한다. 이는 멸균과정을 거친 발효분말을 온도 18℃~50℃, pH5.5~7로 자동으로 유지하는 생물반응기에 투입한 다음, 액상화 발효에 사용되는 식용발효미생물인 아스퍼질러스, 바실러스, 락토바실러스속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양한 다음 투입하여 2차 생물반응으로 젖산발효가 이루어져 액상화된 발효산물, 즉 산삼의 유용물질에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 함유된 발효산물을 생성한다.
즉, 1차 생물반응을 마친 산삼분말을 더욱 안전하게 식용 및 원료로 사용하기 위해 된장이나 메주와 김치의 발효에 많이 고착되어 이용되는 식용발효미생물 중 토양미생물인 아스퍼질러스, 바실러스, 유산균인 고온성의 락토바실러스들을 이용하여 액상 발효하는 것이다.
여기서, 유산균은 당류(糖類)를 분해하여 젖산을 만드는 작용(젖산발효)을 하는 세균의 총칭으로, 젖산발효를 일으키는 중요한 세균은 공 모양인 스트렙토코쿠스속(屬)과 막대모양인 락토바실루스속이다. 모두가 그램 양성이고 통성혐기성(通性嫌氣性)이다. 젖산발효에서는 6탄당 분자에서 2분자의 젖산이 생기는데, 이때 거의 부산물을 수반하지 않는 경우와 젖산 외에 알코올ㆍ아세트산ㆍ호박산ㆍ이산화탄소 등의 부산물을 수반하는 경우가 있다. 앞의 것을 정상 젖산발효 또는 호모젖산발효라고 하고, 여기에 관여하는 세균을 정상 젖산균이라 한다. 뒤에 것을 이형(異型)젖산발효 또는 헤테로젖산발효라고 하며, 여기에 관여하는 세균을 이형젖산균이라고 한다.
한편, 본 발명에 사용하고자 하는 토양미생물, 유산균, 진균은 특히 2차 대사산물에 있어서 화학구조의 다양성과 종의 풍부함으로 인하여 산업적으로 가장 중요한 미생물로 인식되어 있다. 물질대사산물은 1차 대사산물, 2차대사산물로 나뉘며, 1차대사산물이란 동, 식물, 미생물에 보편적으로 들어 있는 가공 아미노산, 당질, 지질, 핵산 등 생체유지에 기본적인 역할을 하는 물질을 말하며, 2차대사산물은 주로 식물, 미생물에서 나타나는 알칼로이드, 테르펜, 플라보노이드, 항생물질등의 다양한 화합물로 이들은 약용, 향료, 향장원료, 기능성 식품의 원료 등에 유용한 물질로 부각되고 있다. 앞으로도 토양미생물, 유산균, 진균은 새로운 균주의 분리, 유전자 기능 등을 통하여 생물소재 산업의 중요한 위치를 차지하고 있다.
본 발명의 제7단계는 상기 제6단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 식용발효미생물을 멸균한다. 제7단계는 제8단계는 액상화된 발효산물을 멸균하는 멸균단계로, 품질 안정과 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다.
이때, 본 발명에 의한 상기 제7단계는 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 식용발효미생물을 멸균한다. 이는 2차 생물반응을 거친 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 발효산물에 함유되어 있는 식용발효미생물인 누룩곰팡이, 바실러스속, 락토바실러스속들을 멸균한다. 한편 통상적으로 급속 멸균이라 하면 온도 121도℃에서 10분~15분간, 132℃에서 10분~15분이 사용되고 있으나, 본 발명에서는 상기 제2,5단계와 마찬가지로 이보다 처리온도가 121℃~132℃의 온도에서 시간이 긴 10~30분 동안 처리하여 효과적으로 식용발효미생물을 멸균한다.
본 발명의 제8단계는 상기 제7단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축한다. 제8단계는 액상(액체)화된 발효산물, 즉 산삼의 유용물질에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 함유된 발효산물을 여과 및 농축하는 여과/농축단계로, 특히 발효산물을 여과 및 농축함에 있어서 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다. 이는 발효산물을 1차적으로 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 여과한 다음, 2차적으로 증발 농축(evaporation)방법을 이용하여 고형분의 함량 25~60 Brix를 지니도록 농축한다.
즉, 발효가 완료된 액상(액체)화된 발효산물은 많은 부유물질과 불투명한 액체상태의 물질로 되어 있기 때문에 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 거의 여과시켜 고형분이 투명한 수용성 물질의 상태를 유지한다. 이어서, 액상(액체)화된 발효산물을 농축하는데, 농축(Concentration)이라 함은 용액으로부터 용매를 제거하여 용액의 농도를 높여주는 조작으로 증발 농축(evaporation)방법으로 용액을 비점(끓는점)까지 가열하여, 기화에 의하여 용액으로부터 수분을 제거하는 방법으로 고형분의 함량이 25~60 Brix로 농축한다. 이는 액상 반응된 발효산물은 많은 부유물질과 불투명한 액체상태의 물질로 되어 있기 때문에 고형분이 거의 여과되어 투명한 수용성 물질의 상태를 유지하는 것을 제공한다.
본 발명의 마지막 단계인 제9단계는 상기 제8단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조한다. 제9단계는 농축된 발효산물을 건조 및 완성하는 건조/완성단계로, 특히 발효산물을 건조함에 있어서 생산성 향상을 위해 전용의 자동화 설비를 도입하는 것이 좋다. 이는 농축된 발효산물을 저장, 포장, 수송 등의 경비를 절감하고 액체부피를 줄여 가용성 성분의 농도를 높여 응용범위를 높이고, 넓혀 용도를 다양화시키고 저장성을 향상시키기 위해 함수분율이 5~7%가 되도록 스프레이 건조 분말로 제조한다.
즉, 농축된 발효산물(산삼의 유용물질에 에르고티오닌이 함유된 발효산물)을 스프레이 드라이어 분말로 건조함에 따라 저장, 포장, 수송 등의 경비를 절감하면서 액체부피를 줄여 가용성 성분의 농도를 높여 응용범위를 높이고, 산삼의 유용성분에 에르고티오닌이 함유된 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등 다양한 원료로 활용할 수 있는 등 용도를 다양화시키고, 저장성을 향상하여 최적의 효용을 제공한다.
상기와 같이 1ㆍ2차에 걸친 생물반응 단계를 포함하는 발효를 거듭함에 따라, 산삼의 고분자물질로 이루어진 유효물질의 분자의 사슬을 나노단위의 적은 단위로 만들고, 피부노화 및 뇌혈류 흐름의 장애 등에 효과를 나타내는 아직까지 상용화되어 있지 않은 천연 생리활성물질인 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 함유된 발효산물을 대량 생성되게 하여 향장원료로 사용할 시 피부모공으로 흡수가 되어 피부노화를 억제하고, 음용시 장내에 흡수되어 뇌혈류에 작용을 빠르게 만들어 유효 성분이 인체에 더욱 효과적인 작용을 제공하고, 이외에도 식품원료, 의약원료 및 기능성식품 원료 등에도 병용할 수도 있다.
여기서, 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)의 분석은 Joy Dubost 시험법(여러 가지 버섯류에 함유된 에르고티오닌 함량 분석에 관한 연구 결과를 230차 미국 화학협회 학술대회를 통해 보고 되였으며, 그 연구 논문의 제목은 Identification and Quantification of Ergothioneine in Cultivated Mushrooms by Liquid Chromatography-Mass Spectroscopy. 2007.08.31)의 방법으로 정량하였다. 분석방법은 동결 건조한 산삼분말 0.2g 시료에 20ml cold ethanol extraction 용액(10mM DTT,100ㅅM betaine, 100ㅅM MMI in 70% ethanol)을 첨가하여 교반하였다. 각 용액은 3분간 sonicate 후 여기에 1% SDS 함유 에탄올용액 4ml를 첨가하여 혼합한 후 원심 분리하였다. 상등액은 10ml를 취해 동결 건조하고, 여기에 10ml증류수(pH를 7.3으로 조절한)를 첨가하여 녹인 후 원심 분리하여 상등액을 ERG분석용으로 사용하였다. ERG정량은 Econosphere C18 column(4.6ㅧ 250mm, 5ㅅM: Alltech Associates, IL, USA)을 장착한 HPLC(Thermo Electron C, Finnigan Surveyor System, Massachusetts USA)를 사용하였다. 이동상은 3% Acetonitrile 포함된 50mM Sodium phosphate(0.1% triethylamine으로 pH 7.3조절)로 유속(flow rate)은 0.7ml/min로 하여 UV 검출기로 254nm에서 측정하였다.
이처럼 도 2에 나타난 바와 같이, 1ㆍ2차에 걸친 생물반응 단계를 포함하는 발효를 거듭하여 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)의 함량이 높아지면서 비 발효산삼과 발효산삼의 유용성분의 변화 및 산삼에서 보지 못하였던 Rg, Rh계열의 물질들과 Rk계열의 물질들이 생성되었고, 도 3에 도시된 바와 같이 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)의 분석은 Joy Dubost 시험법으로 정량한 결과 주재료인 생물반응을 통하지 않은 산삼과 생물반응에 균주로 사용될 Phellinus linteus에는 미량의 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 함유되어 있었으며, 생물반응에 질소원으로 사용된 미강에는 극미량이 함유되어 있었으며, 도 4에 도시된 바와 같이 1ㆍ2차에 걸친 생물반응 후 발효산물에는 본 발명에서 얻고자하는 에르고티오닌의 함량이 높은 수치로 증가되어 있음을 알 수가 있다.
이와 같이, 본 발명의 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법은 분쇄한 산삼분말의 잡균을 멸균한 다음 항균성이 강하므로 1차적인 생물반응인 분말상태에서 발효미생물과 질소원 및 탄소원을 첨가하여 인큐베이터에서 심부배양을 하고, 2차적인 생물반응인 생물반응기(bioreactor)를 이용하여 토양미생물과 유산균 중 아스퍼질러스, 바실러스, 락토바실러스속을 투입하여 액체반응을 통하여 젖산발효를 유도하여 발효공정을 마친 발효산물은 1ㆍ2차에 걸쳐 발효가 되는 과정에서 산삼의 고분자물질이 나노물질로 변환하여 산삼에 함유되어 있는 유용성분과 2차 대사산물로 생성될 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 더욱 많은 량이 생성되어 식품원료를 비롯하여 음용원료, 의약원료, 기능성식품 원료 및 화장품원료 등 다양한 원료로 자유로운 제형 변화를 손쉽게 할 수 있으며 체내에서 쉽게 흡수될 수 있는 조성물을 제공한다.
본 발명은 기재된 실시예에 한정되는 것은 아니고, 본 발명의 사상 및 범위를 벗어나지 않고 다양하게 수정 및 변형할 수 있음은 이 기술의 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명하다. 따라서 그러한 변형예 또는 수정예들은 본 발명의 특허청구범위에 속한다 해야 할 것이다.

Claims (5)

  1. 산삼을 주원료로 하여 건조하는 제1단계;
    상기 제1단계의 건조된 산삼을 분쇄하여 60~200메쉬의 분말로 생성한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제2단계;
    상기 제2단계의 산삼분말에 발효미생물인 구름버섯(Coriolus versicolor), 꽃구름버섯(Stereum hirustum), 상황버섯(Phellinus linteus), 누룩곰팡이(Aspergillus oryzae), 바실러스(Bacillus)속, 말굽버섯(Fomes fomentarius), 동충하초(Coriolus sinensis), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양하여 증류수와 혼합하여 pH 5.5~7로 조절한 다음, 질소원과 탄소원을 각각 5~50wt%를 추가하여 함수분율 12~30%를 지닌 혼합물을 생성하는 제3단계;
    상기 제3단계의 혼합물을 인큐베이터의 온도 15~45℃와, 습도 30~80%를 유지하는 조건 하에서 2~60일간 1차 생물반응으로 심부배양되어 산삼의 고분자 물질이 극미세화(나노화)물질로 변환하는 1차 생물반응을 거쳐 발효분말을 생성하는 제4단계;
    상기 제4단계의 발효분말을 수분율 7%이하가 되도록 재 건조한 다음, 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제5단계;
    상기 제5단계의 발효분말을 생물반응기 상에서 식용발효미생물과 혼합하여 2차 생물반응을 거쳐 액상화된 발효산물을 생성하는 제6단계;
    상기 제6단계의 발효산물을 급속멸균장치(Outoclave)를 이용하여 121℃~ 132℃의 온도로 10~30분간의 조건하에서 잡균, 발효미생물, 식용발효미생물을 각각 멸균하는 제7단계;
    상기 제7단계의 발효산물을 규조토 여과기를 이용하여 불순물을 제거한 다음 가열하여 25~60 Brix를 지니도록 농축하는 제8단계; 및
    상기 제8단계의 발효산물을 스프레이 드라이어(Spray dryer)를 이용하여 함수분율 5~7%를 지니도록 건조하는 제9단계;를 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 삭제
  4. 삭제
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제6단계는 발효분말을 생물반응기의 온도 18℃~50℃, pH 5.5~7을 유지하는 무압의 조건 하에서 식용발효미생물인 아스퍼질러스(Aspergillus), 바실러스(Bacillus), 락토바실러스(Lactobacillus)속을 그람(g)당 개체수가 10+7~ 10+1의 개체수가 되도록 배양한 다음 투입하여 2차 생물반응으로 젖산발효가 이루어져 액상화된 발효산물에 에르고티오닌(Ergothioneine=ERG)이 생성되도록 한 것을 특징으로 하는 에르고티오닌이 함유된 산삼발효산물을 제조하는 방법.
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