KR101277437B1 - 발효 항균성 스피룰리나 및 그 생산방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 스피룰리나의 유산균 발효에 관한 것으로, 특히 발효 시 스피룰리나의 단백질 변성을 최소로 하면서 항균성 유기산을 생산하도록 함으로써 스피룰리나를 저밀도화하고 탄수화물을 최저화하며 항균성을 부여한 발효 항균성 스피룰리나 및 그 생산방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 락토바실러스 펜토수스 K34를 발효 유산균으로 사용하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법과 생산된 발효 항균성 스피룰리나 및 이를 포함하는 식품이 제공된다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 보존성이 있어 기존의 스피룰리나와 달리 식품에 포함된 채로 유통이 가능하며, 다양한 식품에 활용될 수 있다. 이 밖에도 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 화장품 원료를 포함한 다양한 용도로도 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 스피룰리나의 가공에 관한 것으로, 특히 스피룰리나의 유산균 발효에 관한 것이다.
스피룰리나(spirulina)는 남조류의 나선형 다세포 미생물로, 엽록소, 피코시안 색소가 있어 광합성을 한다. 에티오피아가 원산이며, 단백질 함유량이 60% 이상으로 클로렐라 등과 함께 미래의 단백질원으로 주목되고 있다. 현재 약 30종이 알려져 있으며, 열대 지방의 염호(鹽湖)에 자생한다. 스피룰리나는 사이아노박테리아의 일종으로 해수와 염도가 높고 강한 알칼리성을 지닌 열대지방의 더운 물에서 번식하며, 식물과 동물의 혼합 형태이다. 스피룰리나의 구성 성분은 단백질 60∼70%, 지질 6∼9%, 탄수화물 15∼20%로 이루어져 있으며, 비타민, 무기질, 섬유소 등을 함유하고 있고, 카로티노이드, 클로로필, 피코시안 등의 색소가 들어 있다. 필수아미노산을 모두 함유하고 있으며, 필수지방산인 리놀렌산, 감마리놀렌산도 풍부하다. 또한, 소화흡수율이 95% 이상으로 소화가 잘 되는 것이 장점이다.
스피룰리나의 건강식품으로서의 안전성과 완전식품으로서의 영양적 가치는 국제연합(UN), 세계보건기구(WHO), 미국식품의약국(FDA) 등에서도 공식 인정받고 있으며, 미국항공우주국(NASA)에 의해 우주인들의 비상식량으로 결정되기도 하였다. 영양학적인 가치, 건강식품으로서의 유용성 외에도 스피룰리나의 항암효과, 각종 면역 기능 증강 효과, 기능성 화장품 소재로서의 가능성 등도 연구 보고되고 있다.
그러나 스피룰리나는 단백질 함량이 높아 빠른 부패성을 가지며, 부패시 심한 악취와 함께 암모니아 가스가 발생하므로 건조가공하지 않으면 유통이 어렵다. 또, 건조가공의 경우에도 고밀도로 맛을 함유시키기 위해서는 수분함량을 90% 정도로 올려 저밀도화시킨 후 맛을 첨가하고, 보관을 위해 다시 재건조시키는 작업이 필요하다. 따라서 스피룰리나는 단일 건강식품으로는 좋으나 일반 식재료로는 부적합하다는 평가를 받아왔다.
이러한 문제점을 개선하기 위하여, 또는 스피룰리나의 생리활성물질을 증가시키거나 효과적으로 추출하기 위한 등의 목적으로 스피룰리나를 발효시키는 발효기술이 도입되고 있다. 미국특허 제7326558호는 스피룰리나를 멸균수에 혼합하고 설탕을 넣은 후 페디오코커스나 락토바실러스 속의 유산균주로 발효시켜 스피룰리나의 활성영양성분을 보존하면서도 맛과 향을 개선시키고, 미생물 수를 줄여 보관할 수 있는 스피룰리나의 발효기술을 기술하고 있다. 한국공개특허 10-2008-0079955호에서는 스피룰리나 추출물을 김치로부터 분리된 유산균주로 발효시켜 피부생리활성, 항산화 효능, 피부노화 억제, 피부염증 완화효과가 우수한 스피룰리나 발효 추출물을 얻는 방법을 기술하고 있다. 그러나 유산균이나 다른 미생물을 이용한 스피룰리나의 발효는 그 과정에서 대부분 단백질의 변환이 상당히 이루어져, 필요 단백질의 변형으로 스피룰리나의 기능이 저하되는 문제점이 있다. 또 유산균을 이용한 스피룰리나의 발효기술들은 대부분 맛과 향의 개선에 초점을 맞추거나 생리활성물질의 추출 또는 증가에 초점을 맞추고 있고, 보존성 향상과 관련해서는 아직까지 큰 효과를 거두지 못하고 있다.
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본 발명에서는 발효 시 스피룰리나의 단백질 변성이 거의 없이 항균성 유기산을 생산하도록 함으로써 스피룰리나를 저밀도화하면서 항균성을 부여하여, 유기산의 작용으로 병원성 세균을 강력히 억제하여 일정기간 보존성이 있는 발효 항균성 스피룰리나 및 그 생산방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 특히, 본 발명은 스피룰리나의 60∼70%를 차지하는 유효단백질을 거의 유지하면서 15~20%에 이르는 탄수화물을 유산균으로 분해 시켜 대신 항균성 유기산을 생산함으로써 탄수화물의 함량을 최저화하고 스피룰리나에 항균성을 부여하는 것을 목적으로 한다.
이를 위해 본 발명에서는 락토바실러스 펜토수스 K34(Lactobacillus pentosus K34)를 사용하여 스피룰리나를 발효시켰으며, 그 결과 스피룰리나의 단백질을 변성시키지 않으면서 저분자화 하였고, 항균력이 있는 다양한 유기산을 생산하였다.
본 발명에서는,
스피룰리나의 현탁액에 락토바실러스 펜토수스 K34(Lactobacillus pentosus K34)를 접종하는 단계와;
상기 락토바실러스 펜토수스 K34가 접종된 현탁액을 배양온도 5~25℃에서 1~7일간 혐기배양하되, 30분~120분 간격으로 30초~120초간 교반하는 호기조건을 부여하는 발효 단계;를 포함하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법이 제공된다.
또한, 본 발명에서는 이렇게 생산된 발효 항균성 스피룰리나와 이를 포함하는 식품이 제공된다.
본 발명에 따라 생산된 발효 항균성 스피룰리나는 단백질은 변성이 거의 되지 않으면서 탄수화물은 거의 다 분해되어 없어지고, 대신 락트산, 프로피온산 등의 항균성 유기산이 생성됨으로써 병원성 세균의 번식을 강하게 억제하게 되므로 스피룰리나가 일정 기간 보존성을 갖게 된다. 또한, 발효과정을 거치면서 스피눌리나의 단백질이 저분자화되어 밀도가 낮아짐에 따라 특유의 좋지 않은 맛과 향이 감소되고, 필요영양소는 보다 흡수하기 좋은 형태가 된다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 탄수화물이 없는 단백질식품이자 기능성 식품 소재로 다양한 식품에 활용될 수 있으며, 원료 스피룰리나와 달리 식품에 포함된 채로 유통이 가능하다.
본 발명에서 스피룰리나의 발효에 사용한 유산균은 락토바실러스 펜토수스 K34(Lactobacillus pentosus K34)이다. 락토바실러스 펜토수스 K34는 KCCM(기탁번호: 40997), ATCC(기탁번호: 8041), DSM(기탁번호: 20314), NRRL(기탁번호: B-227) 등에서 분양받을 수 있으며, 본 발명의 실시예에서는 KCCM(한국미생물보존센터)를 통해 분양받아 사용하였다. 본 발명에서는 락토바실러스 펜토수스 K34를 사용하여 스피룰리나의 단백질을 변성시키지 않으면서 저분자화 하고, 발효 스피룰리나에 항균성이 있는 유기산을 생성시켰다. 따라서, 락토바실러스 펜토수스 K34와 비슷한 특성을 갖는 유산균도 본 발명의 목적으로 사용할 수 있을 것이다. 이러한 유산균에는, 특히 비피도박테리움 속 미생물(Bifidobacterium spp .), 비피도박테리움 보움 R5(Bifidobacterium boum R5), 비피도박테리움 롱검 JS(Bifidobacterium longum JS), 락토바실러스 펜토수스 B47(Lactobacillus pentosus B47)이 포함된다.
건조 스피룰리나의 현탁액에 락토바실러스 펜토수스 K34를 접종한다. 이때 바람직하게는 스피룰리나를 증류수에 현탁시키며, 이 과정에서 자외선을 조사하여 살균처리 할 수 있다. 바람직하게는 건조 스피룰리나를 증류수에 넣고 쉐이킹하는 동안 500㎚ 정도의 자외선을 20~40분간 조사한다.
상기 스피룰리나의 현탁액은, 바람직하게는 건조 스피룰리나 100 중량부에 대해 브로스(broth)를 50~150 중량부로 포함하며, 상기 브로스는 글루코오스와 펩톤을 각각 10~30 w/v%로 포함한다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 스피룰리나의 현탁액은 건조 스피룰리나 100 중량부; 브로스 50~150 중량부; 및 증류수 70~200 중량부를 포함하며, 상기 브로스는 글루코오스 10~30 w/v%; 펩톤 10~30 w/v%; 구연산암모늄 2~6 w/v%; 소듐 아세테이트 5~15 w/v%; 및 증류수 잔부를 포함한다.
상기 건조 스피룰리나의 현탁액에 접종되는 락토바실러스 펜토수스 K34는, 바람직하게는 상기 현탁액 50㎖에 대해 1~2㎖(105~107CFU/㎖)로 접종된다. 상기 락토바실러스 펜토수스 K34가 접종된 현탁액은 배양온도 5~25℃에서 1~7일간 혐기배양하되, 배양종속조건으로 30분~120분 간격으로 30초~120초간 교반하는 호기조건을 부여한다. 더욱 바람직하게는 배양온도 10~20℃에서 2~6일간 혐기배양하며 배양종속조건으로 50분~80분 간격으로 50초~80초간 교반한다. 이때 바람직하게는, 상기 유산균이 접종된 현탁액에 50분~100분 간격으로 400~500㎚의 자외선을 20초~40초간 조사하면서 발효시킨다.
상기와 같은 스피룰리나의 발효공정을 통해 락트산; 피루브산(pyruvic acid); 프로피온산; 파이로글루탐산; 포름산; 페닐락트산; 아세트산; 구연산; 숙신산 등의 유기산이 적어도 3종 이상 생성된다. 본 발명의 바람직한 일 실시예에서는 이들 열거된 유기산이 대부분 생성된 것으로 확인되었다.
본 발명에 따라 생산된 발효 항균성 스피룰리나는 단백질 함량은 10% 이하로 별로 변하지 않으면서 탄수화물은 거의 다 분해되어 없어지고, 락트산, 프로피온산 등의 항균성 유기산이 생성된다. 즉, 발효과정을 통해 스피룰리나 고유의 60~70%에 달하는 고순도 유효단백질은 유지되면서 15~20%에 이르는 탄수화물은 거의 다 분해되고 대신 항병원성을 갖는 유기산이 생성된다. 따라서 발효를 통해 보다 안정된 형태의 스피룰리나 단백질 조성물이 되며, 병원성 세균의 번식을 강하게 억제하게 되므로 보존기간이 길어지게 된다. 또한, 발효과정을 거치면서 단백질이 저분자화되어 밀도가 낮아짐으로써 스피룰리나 특유의 좋지 않은 맛과 향이 감소되고, 필요영양소는 보다 흡수하기 좋은 형태가 된다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 함유된 항균성 유기산의 작용으로 냉장 등의 일정 조건 하에 상당기간 보존될 수 있으므로 그대로 유통이 가능하며, 보다 장기간 보존을 위해 건조공정을 거칠 수도 있다. 발효 항균성 스피룰리나의 건조에는 일반적인 식품 건조방법이 적용될 수 있으며, 바람직하게는 온도 약 20~30℃, 1~2 기압, 풍량 160~170m/min의 조건으로 수분함량 0~2% 정도로 건조될 수 있다.
본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 다양한 형태의 식품에 포함될 수 있으며, 특히 원재료 스피룰리나와 달리 맛과 향이 좋아 일반식품이나 기호식품을 포함한 다양한 식품에 쉽게 첨가시킬 수 있다. 예를 들어 탄수화물이 거의 없는 단백질식품으로서 다이어트 식품의 원료가 될 수 있으며, 당뇨 등 당 섭취를 제한할 필요가 있는 환자식에 사용될 수 있다. 또한, 건강식품이자 단백질식품 소재로서 노약자나 어린이용의 건강식품, 요구르트, 치즈 등의 유제품이나 기호식품, 우주식품 등 다양한 식품에 사용될 수 있다. 본 명세서에서 “식품”은 특별히 한정하지 않는 한 모든 형태의 식품, 예를 들어, 다이어트 식품, 건강식품, 기능성 식품, 기호식품, 일반식품을 모두 포함하는 의미이다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 보존성이 좋아 다양한 형태의 식품에 포함된 채로 그대로 유통되어 이용될 수 있다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 이밖에도 다양한 화장품의 원료로 사용될 수 있으며, 특히 세균 및 바이러스 억제 작용으로 화장품의 방부제나 여드름 치료용 화장품 소재로도 활용 가능성이 있다.
이하 구체적인 실시예를 통해 본 발명을 보다 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
재료 및 방법
1) 대상재료
건조 스피룰리나(Dry spirulina Medium)는 한국농업미생물연구소로부터 공급받은 것을 사용하였으며, 이를 성분을 분석한 스피룰리나의 단백질 함량은 67.3% 이었다.
아래 표 1과 같은 브로스(broth) 조성물 50㎖와 증류수 50㎖를 75℃로 쉐이커(shaker)에서 30분간 혼합한 다음 건조 스피룰리나를 각각 50g, 55g, 60g 넣고, 25℃, 자외선 조사강도 500㎚에서 30분 동안에서 쉐이킹 혼합 하였다.
2) 발효균주
락토바실러스 펜토수스 KCCM 40997을 한국미생물보존센터(KCCM)로부터 분양받아 사용하였다.
3) 발효의 실행
1)에서 준비한 대상재료에 2)의 발효 균주를 2㎖(106 CFU/㎖)를 접종하였다. 일반적 발효균주의 배양온도 30℃보다 낮은 배양온도 15℃에서 4일간 혐기배양하면서, 배양종속조건으로 1시간 간격으로 60초간 교반(rpm 100)하여 호기배양 조건을 부여하였다. 조도 및 광량은 1시간 간격으로 30초간 500nm를 조사하였다.
결과 및 고찰
락토바실러스 펜토수스 K34(Lactobacillus pentosus K34)로 발효된 스피룰리나의 단백질, 탄수화물, 지질, 유기산 함량을 크로마토그래피(HPLC)로 분석하였다 (기기 사양: Degasser(G1379A) Binary Pump(G1312A) Thermostated autosampler(G1329A) Thermosttated Column Compartment(G1316A) VWD(G1314A) FLD(G1321A) RID(G1362A)). 아래 표 2는 발효시키지 않은 대상재료의 건조 스피룰리나 60g을 증류수 50㎖에 현탁하여 분석한 결과이며, 표 3은 건조 스피룰리나 50g을 상기와 같은 조건으로 발효시킨 발효 스피룰리나를 분석한 결과이다. 락트산, 프로피온산 등과 같은 항균성 유기산의 생성을 확인할 수 있었다.
본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 탄수화물이 거의 없는 단백질식품으로서 다이어트 식품, 당 섭취를 제한할 필요가 있는 환자식, 노약자나 어린이용의 건강식품, 우주식품 등의 다양한 식품에 사용될 수 있다. 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 보존성이 있어 식품에 포함된 채로 유통되어 이용될 수 있으며, 다양한 형태의 식품에 적용이 가능하다. 또한, 본 발명의 발효 항균성 스피룰리나는 식품 이외에도 기존에 알려진 기능성과 본 발명으로 생성된 유기산의 작용을 이용하여 다양한 화장품의 원료로 활용될 수 있으며, 이 밖에도 다양한 용도로의 이용이 가능하다.
Claims (9)
- 스피룰리나의 현탁액에 락토바실러스 펜토수스 K34(Lactobacillus pentosus K34)를 접종하는 단계와,
상기 락토바실러스 펜토수스 K34가 접종된 현탁액을 배양온도 5~25℃에서 1~7일간 혐기배양하되, 30분~120분 간격으로 30초~120초간 교반하는 호기조건을 부여하고, 50분~100분 간격으로 400~500㎚의 자외선을 20초~40초간 조사하는 발효 단계;를 포함하는 발효 스피룰리나의 생산방법으로서,
스피룰리나에 함유된 탄수화물을 유산발효로 분해시켜 스피룰리나의 전체 영양성분 중 탄수화물 함량을 5% 이하로 줄이고, 발효 전후 스피룰리나의 전체 영양성분 중 단백질 함량의 변화를 10% 이내로 유지하는 것을 특징으로 하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 스피룰리나의 현탁액은 건조 스피룰리나 100 중량부; 브로스 50~150 중량부; 및 증류수 70~200 중량부를 포함하며,
상기 브로스는 글루코오스 10~30 w/v%; 펩톤 10~30 w/v%; 구연산암모늄 2~6 w/v%; 소듐 아세테이트 5~15 w/v%; 및 증류수 잔부를 포함하는 것을 특징으로 하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법. - 제1항에 있어서, 상기 락토바실러스 펜토수스 K34는 상기 현탁액 50㎖에 대해 1~2㎖(105~107CFU/㎖)로 접종되는 것을 특징으로 하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법.
- 삭제
- 제1항, 제3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 발효 단계는 락트산; 피루브산; 프로피온산; 파이로글루탐산; 포름산; 페닐락트산; 아세트산; 구연산; 및 숙신산으로 구성된 군으로부터 선택된 유기산을 3종 이상 생성하는 것을 특징으로 하는 발효 항균성 스피룰리나의 생산방법.
- 제1항의 방법으로 생산된 발효 항균성 스피룰리나.
- 제7항의 발효 항균성 스피룰리나를 포함하는 식품.
- 제8항에서 있어서, 상기 발효 항균성 스피룰리나를 포함하는 다이어트 식품.
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