KR101292139B1

KR101292139B1 - 유산균과 누룩을 사용한 발효 선식 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR101292139B1
Application number: KR1020110060448A
Authority: KR
Inventors: 이재철; 김미현; 서정희; 장기효
Original assignee: 강원대학교산학협력단
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2011-06-22
Publication date: 2013-08-09
Also published as: KR20130000024A

Abstract

본 발명은 볶은 현미를 20~40중량% 포함하는 선식 분말에 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 누룩을 접종하여 발효시킴으로써, 감마 아미노부티르산(γ-aminobutyric acid)의 함량 및 항산화력이 증대된 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말 및 그 제조방법을 개시한다.

Description

유산균과 누룩을 사용한 발효 선식 및 그 제조방법{Sunsik fermented by lactic acid and nuruk and preparation method thereof}

본 발명은 발효 선식 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 기존의 선식 분말을 유산균 또는 누룩을 사용하여 발효시킨 발효 선식 및 그 제조방법에 관한 것이다.

국내 선식 시장은 식품가공 기술의 발달로 인한 다양한 제품형태로의 개발 가능성 확대 및 기능성 식품의 등장으로 인한 소비자의 기호도 변화로 인하여 변화를 요구받고 있다. 최근 선식 시장의 연구동향을 살펴보면, 특정연령에 국한되지 않고 다수의 질환에 대해 예방효과를 동시에 기대할 수 있는 용도로 기존 선식에 2종 이상의 다양한 식품성분이 강화된 제품을 개발하여 소비자층을 다양화하는 시도가 있으며, 선식의 일반적인 성상인 가루형태의 제품에서 벗어나 시리얼바, 쿠키 형태의 제품 등으로 확대되고 있다.

그러나 아직까지 선식 완제품을 발효하여 제품화한 사례는 미비하며, 현미 등 선식 재료의 일부분을 발아시켜서 식물체의 효소적 작용에 의하여 곡물을 변형시킨 곡물발효효소제품이 출시되고 있을 뿐이다.

한편, 발효제품에 대한 평가는 <장에 도움을 주는 제품>이라는 정도의 제한된 효과가 인정되었지만, 최근에는 위 보호 기능, 콜레스테롤 저감효과, 면역력 향상, 피부미용 개선 등 특정질환의 치료 또는 예방 목적의 제품들이 시장에 출시되고 있다. 그러나 이러한 기능성을 갖춘 제품을 개발하기 위해서는 기능성 유산균을 찾아내야 하는데, 현재 식용으로 사용되는 유산균은 불과 수십 종으로 제한되어 있다.

이에 본 발명의 발명자는 특정 기능성 유산균을 이용하여 만성질환(산화로 인한 노화, 고혈압) 조절기능이 확보되고 체내 흡수력이 증대된 발효 선식을 제조하기 위하여 예의연구한 결과 본 발명은 완성하기에 이른 것이다.

본 발명은 상기 종래 기술의 문제점을 해결하고자 하는 것으로 안전성이 확보된 GRAS(generally recognized as safe) 미생물인 유산균을 이용하여 유산균이 가지는 기능성과 유산균의 발효력이 작용한 발효 선식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 완성된 선식 분말에 유산균을 접종하여 발효시킴으로써 기존의 곡물 발효 효소제품과는 제조공정이 전혀 다른 발효 선식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 만성질환(산화로 인한 노화, 고혈압) 조절기능이 확보되고 체내 흡수력이 좋은 발효 선식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 만성질환 조절기능이 확보되면서도 기호도도 탁월한 발효 선식을 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기의 목적을 달성하기 위해, 본 발명은 볶은 현미를 20~40중량% 포함하는 선식 분말에 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 누룩을 접종하여 발효시킴으로써, 감마 아미노부티르산(γ-aminobutyric acid)의 함량 및 항산화력이 증대된 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말을 제공한다.

또한, 본 발명은 볶은 현미를 20~40중량% 포함하는 선식 분말에 물을 첨가하는 단계; 상기 물이 첨가된 선식 분말에 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 누룩을 접종하여 발효시키는 단계; 및 상기 발효물을 동결건조시키는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 하는 감마 아미노부티르산(γ-aminobutyric acid)의 함량 및 항산화력이 증대된 발효 선식 분말의 제조방법을 제공한다.

여기서, 본 발명은 상기 발효시 25 ~ 35℃에서 30 ~ 50시간 동안 발효시킨 후, 동결건조시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 발효시 탈지분유를 더욱 첨가하여 발효시키는 것이 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기 발효 선식 분말을 5 ~ 10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 발효 선식 제품을 제공한다.

이하에서는 본 발명의 발효 선식 분말 및 그 제조방법에 대하여 더욱 자세히 설명하겠다.

본 발명의 발효 선식 분말은 완성된 선식 분말을 이용하여 제조되는 점에 특징이 있다. 이와 같이 이미 완성된 선식 분말을 이용함에 따라 제조공정이 간단하고 별도의 고가 제조장비 없이도 발효 선식 분말을 제조할 수 있다. 여기서, 완성된 선식 분말은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들면 각종 잡곡을 혼합하여 볶은 후 분쇄 과정을 거친 기존의 선식 분말을 들 수 있고, 바람직하게는 볶은 현미를 20 ~ 40중량%, 더욱 바람직하게는 30중량% 포함하는 선식 분말을 사용하는 것이 좋다. 볶은 현미를 20 ~ 40중량%, 특히 30중량% 함유하는 선식 분말을 사용하면 발효 후 만성질환(산화로 인한 노화, 고혈압)에 효과적인 성분들이 다량 생성된다.

또한, 본 발명은 상기 완성된 선식 분말에 물을 첨가한 후, 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 누룩 중 하나 이상을 접종하여 발효시키는 것을 특징으로 한다. 본 발명은 특히 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 또는 누룩을 사용함에 따라 발효 효율이 현격하게 향상되며, 발효 후 만성질환에 효과적인 성분들이 다량 생성된다는 이점이 있다.

여기서, 발효는 25 ~ 35℃에서 30 ~ 50시간 동안 하는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 30℃에서 40시간 동안 발효시키는 것이 좋다. 발효시간이 지나치게 길어지면 pH가 지나치게 낮아져 발효 선식의 맛과 향이 떨어지게 된다는 문제점이 있기 때문이다.

또한, 발효시 탈지분유, 미네랄, 현미, 글루타메이트 등의 영양보강물질을 더욱 첨가하여 발효시키는 것이 영양 면에서 바람직하다.

또한, 본 발명은 상기와 같이 발효된 발효물을 동결건조시켜 분말로 제조하는 것을 특징으로 한다. 건조시 열풍건조를 하게 되면 열로 인하여 점성이 증가하여 건조 속도가 느리게 되고 색상이 변하게 되는 문제점이 있으므로, 동결건조하는 것이 바람직하다.

이와 같이 제조된 본 발명의 발효 선식 분말은 조단백, 조지방, 각종 미네랄의 함량이 증대되며, 특히 감마 아미노부티르산의 함량이 현격하게 증대되고, 항산화력도 현격하게 증대된다. 이에 본 발명의 발효 선식 분말은 만성질환(산화로 인한 노화, 고혈압)에 탁월한 효과를 나타낸다.

또한, 본 발명의 발효 선식 분말은 발효에 의한 탄수화물 및 단백질의 저분자화를 통해 소화 흡수 및 체내 흡수율 증가라는 이점을 가진다.

또한, 본 발명의 발효 선식 분말은 물 등의 용액에 보다 쉽게 용해되어 점성이 개선된다는 물성적 이점을 나타낸다.

또한, 본 발명의 발효 선식 제품은 상기 발효 선식 분말을 5 ~ 10중량% 함유함에 따라 상술한 이점과 함께 기호도도 탁월한 이점을 가진다.

본 발명에 의하면 만성질환(산화로 인한 노화, 고혈압) 조절기능이 확보되고 체내 흡수력이 좋은 발효 선식을 제공할 수 있다.

또한, 본 발명은 만성질환 조절기능이 확보되면서도 기호도도 탁월한 발효 선식을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 발효 선식 분말의 제조공정을 간략하게 나타낸 것이다.
도 2는 동결건조된 발효선식(왼쪽)과 열풍건조(70℃)된 발효선식(오른쪽)의 형상을 나타낸 사진이다.
도 3은 일반선식과 발효선식의 시간에 따른 MDA 함량을 비교한 결과이다.
도 4는 일반선식과 발효선식의 입자크기 분포를 비교한 결과이다.
도 5는 일반선식과 발효선식의 시간에 따른 유변학적 특성을 비교한 결과이다.
도 6은 전자코로 분석한 일반선식과 발효선식의 향 특성을 비교한 결과이다.

이하, 본 발명에 대해 하기 실시예에서 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 이와 등가의 기술적 사상의 변형까지 모두 포함한다.

제조예 : 일반 선식의 준비

일반 선식으로는 푸른솔식품(정선, 강원)에서 개발된 현미선식(Roasted Brown Rice 30% 선식, RBR)을 사용하였으며, 그 조성은 다음과 같다. 백분율 전체중량비 기준으로, 현미(brown rice, 30%), 찹쌀(glutinous rice, 30%), 알파콘(alpha-corn, 18%), 검정깨(black sesame seed, 8%), 식물성 크림(vegetable cream, 7.2%), 마(hemp, 4%), 포도당(glucose, 1.6%), 호두 플레이크(walnut flake, 0.8%), 호박 플레이크(pumpkin flake, 0.2%), 당근 플레이크(carrot flake, 0.2%)으로 구성되었다. 이중 현미와 찹쌀은 증숙(steaming)-건조(drying)-볶음(roasting) 공정 후 다른 원재료들과 혼합하여 제조하였다. 현미의 볶음공정은 스테인레스 재질의 통에서 초기온도를 140℃로 하여 20분간 실시되었으며, 볶음 공정이 완료된 시점에서의 온도는 200℃이었다. 이후, 분쇄, 균질화 공정, 포장공정을 거쳐서 밀봉되어 냉동보관하였다.

실시예 : 발효 선식의 제조

상기 제조예에서 준비된 일반 선식(RBR 30) 500g, 25 g의 바이오누룩-R(Bionuruk-R, Korea Enzyme Co. Ltd., Gyeonggi-do, Korea), 10 g의 비피도 박테리움 롱검 BG(Bifidobacterium longum BG, 5.0×10¹⁰CFU/g, Cell Biotech Co., Ltd, GyeongGi-Do, Korea), 10 g의 탈지분유(Seoul milk, Seoul, Korea), 830 mL의 살균하여 식힌 물(Minemine, Dongwon F&B Co., Ltd, Yeoncheon-gun, Gyeonggi-do)을 2리터 용량의 발효조에 첨가하였다. 발효조의 상단에 솜을 장치하였으며 80시간 동안의 발효기간 중의 발효액 온도는 30℃였다. 발효의 중단을 위하여 80℃로 조절된 항온수조에 발효조를 30분간 가열시켜 미생물적 활성을 제거한 후 시료를 -20℃에서 냉동 보관하였다.

한편, 발효 선식의 발효기간에 따른 발효정도를 확인하기 위하여 0, 40, 80 시간 발효한 시료의 pH, 수분함량, 유산균수를 각각 측정하였다(표 1).

생균수는 3회 측정한 균락수를 평균값으로 표시하였고, pH는 발효 선식 시료 40 g을 취한 후 원심분리기로 3,061 g에서 20분간 원심분리한 후 상층액으로 pH(pH meter, 725P, Istek, Korea)를 측정하였고, 물 생성량은 100 g의 발효 선식에서 원심분리한 후 상층액의 함량을 백분율로 나타내었다.

하기 표 1에 발효 시간에 따른 pH, 유산균수, 수분 유출 함량비를 나타내었다.

상기 표 1에 의하면, 발효액의 pH는 시간이 경과함에 따라 산성 쪽으로 변화하는 결과를 보였다. 발효 40시간 후와 80시간 후에는 각각 pH 4.1, pH 3.7로 감소하였는데, 발효식품인 김치의 적정 가식 pH가 4.1~4.5임을 감안할 때 지나친 발효기간의 연장은 발효 선식의 관능에 부정적인 영향을 줄 것으로 판단되었다.

또한, 발효선식에 존재하는 초기 유산균수는 발효 후 0시간, 40시간, 80시간에서 각각 3.6×10⁸, 1.8×10⁹, 2.3×10⁹cfu/g으로 다소 증가하는 결과를 보였다.

또한, 발효기간이 증가함에 따라 수분함량은 증가하는 결과를 보였으며, 이러한 결과는 미생물에 포함된 효소작용에 의하여 선식에서 유출된 수분으로 판단되었다.

한편, 발효 선식의 건조에 대하여 70℃로 조절된 열풍건조기와 냉동건조법을 이용하여 비교하였다. 열풍건조시에는 열로 인한 발효 선식의 점성 증가 등으로 건조속도가 느리고 제품 색상이 변하는 문제점이 발견된 반면, 동결건조시에는 동결건조를 위한 추가적인 부형제의 사용 없이 선식이 건조되고 상기 열풍건조시의 문제점이 발견되지 않았다(도 2 참조).

이에 하기의 발효 선식의 효능검사를 위한 시료는 40시간을 발효한 선식을 동결건조법으로 냉동건조하여 수분을 제거한 후, -20℃에서 냉동보관한 것을 사용하였다.

실험예 1 : 발효 선식의 효능 평가

< 일반 성분 및 식이섬유의 분석 >

선식 시료의 일반성분은 AOAC 방법에 준하여 분석하였다. 수분은 105℃ 건조기(OF-12, JEIO TECH, Kimpo, Korea)를 이용한 상압가열건조법으로, 조회분은 백색에서 회백색의 회분이 얻어질 때까지 550℃ 회화로(MF31G, JEIO TECH)에서 시료를 완전 회화시킨 직접회화법으로 분석하였다. 조단백질은 킬달 분해 장치(Digestion unit K-424, Buchi, Switzerland), 증류 장치(Kjelflex K-360, Buchi), 적정 장치(702 SMTitrino Metrohm, Buchi)를 연속적으로 사용하여 micro-Kjeldahl법으로 분석한 후, 질소계수 6.25를 곱하여 시료의 조단백질 함량을 산출하였다. 조지방 함량은 디에틸에테르(diethyl ether)를 용매로 하여 Soxhlet 장치(E-816, Buchi, Switzerland)를 사용하여 추출하였다. 탄수화물은 100 - (수분+조회분+조단백질+조지방)의 식으로 계산하여 그 값을 표시하였고, 모든 일반성분의 분석은 3회 반복 실시하여 평균값을 취하였다.

또한, 식이섬유 분석도 AOAC 방법(Enzymatic method 985.29)에 따랐다. 열에 안정한 효소들(amylase, protease, amyloglucosidase)을 시료에 처리한 분해(digestion) 단계, 에탄올을 가하여 식이섬유를 침전시킨 단계, 여과(filtration) 단계(Fibertec System E 1023 Filtration Module, Foss, Switzerland)를 순차적으로 거친 후, 얻어진 반응물을 105 상압가열건조법으로 항량이 될 때까지 건조시킨 후, 이렇게 건조된 반응물을 첫째, 회화 처리하여 반응물 속의 회분 함량을 산출하였고, 둘째, 효소에 의한 분해단계에서 분해되지 않고 남아있는 시료 속 단백질의 함량을 산출하기 위해, 건조된 반응물의 단백질 함량을 micro-Kjeldahl법으로 분석한 후, 반응물의 건조중량에서 회분과 단백질의 함량을 차감함으로써, 시료에 들어있는 식이섬유의 함량을 산출하였다.

하기 표 2에 일반선식과 발효선식의 성분 조성을 나타내었다.

상기 표 2에 의하면, 발효 선식은 일반 선식과 비하여 수분, 조단백, 조지방은 유의적으로 높았고, 탄수화물은 낮았으며, 무기질의 총량을 나타내는 조회분은 두 선식 사이에 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 특히, 발효선식에서 조단백과 조지방이 증가된 점으로부터 질소화합물(nitrogen containing compounds)과 지용성 물질(diethylether soluble compounds)이 증가했음을 알 수 있었고, 이로부터 발효 선식 제조 중 미생물이 지닌 각종 효소들에 의해 선식에 내재했던 전구체(e.g. 탄수화물)가 다른 성분(질소화합물/지용성 성분)으로 전환되었음을 알 수 있었다.

한편, 일반 선식에 비하여 발효 선식은 식이섬유 함량이 감소되었다. 이로부터 추가로 첨가된 누룩과 탈지분유에 의한 식이섬유의 희석효과 이외에 미생물이 지닌 효소에 의해 고분자의 식이섬유가 저분자로 분해되어 소화흡수가 가능한 형태로 전환되었음을 알 수 있었다.

< 무기질 분석 >

상기 표 2에 의하면, 선식에 함유된 조회분(crude ash) 함량은 선식의 발효유무에 따른 유의적 차이를 나타내지 않았다. 조회분은 회화 이후 남겨진 무기물들의 총량으로 일반적으로 총 무기질 함량을 대표한다고 볼 수 있는바, 이러한 결과는 두 선식 사이에 무기질의 총 함량에는 큰 차이가 없을 것을 시사한다고 판단되었다. 그러나, 식품의 영양적 가치 평가에 있어서는 무기질의 총량뿐 아니라 무기질의 조성(compositions) 및 개별 무기질의 함량이 중요하므로(The Korean Nutrition Society 2005), 본 실험에서는 5종의 다량무기질(quantity elements), 칼슘(calcium, Ca), 마그네슘(magnesium, Mg), 인(phosphorous, P), 나트륨(sodium, Na), 칼륨(potassim, K)과 3종의 미량무기질(minor elements), 철(iron, Fe), 아연(zinc, Zn), 구리(copper, Cu)를 분석하여 비교하였다.

일정량(0.2 g)의 선식 시료를 취하여 H₂O₂ 7 mL, HNO₃ 2 mL를 가한 후 마이크로파 시료용해장치(Microwave Digestion System, Ethos Touch Control, Milestone Inc, Italy)를 사용하여 시료를 다음의 온도 조건으로 분해 추출하였다. 먼저 시료의 온도를 3분 동안 85℃까지 상승시키고, 이후 9분 동안 145℃까지 상승시킨 후, 다시 4분 동안 180℃까지 올려 15분간 유지시켰다. 이렇게 분해된 시료를 증류수로 20배 희석한 후 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma-Atomic Emission Spectrometer, Vista-Pro, Varian, Australia)에 주입하여 refected power는 1.2 kw, flow gas는 argon, plasma flow는 15 L/min, auxiliary gas flow rate은 1.5 L/min, nebulizer gas flow rate은 0.7 L/min의 조건으로 8종의 무기질을 정량 분석하였다.

하기 표 3에 일반 선식와 발효 선식의 미네랄 조성을 나타내었다.

상기 표 3에 의하면, 두 선식에 함유된 무기질 함량은 K > P > Na > Ca > Mg > Fe > Zn > Cu로, 양적으로 동일한 순서로 검출되었다. 한편, 개별 무기질의 절대적 함량을 비교하면, 발효 선식에서 K, P, Na, Zn의 함량이 일반선식보다 유의적으로 높게 나타났다. 또한, 발효선식은 K의 함량이 Na 함량보다 매우 높아 Na:K의 비율이 0.55로 나타났다. 이는, 20세 이상 성인 남녀의 Na:K 섭취량 비율이 2로 그 수치가 높아, Na 섭취량을 감소시키고 K 섭취량을 증가시킬 수 있는 건강증진 전략을 모색하는 것이 최근의 영양 관련 현안임을 고려할 때 주목할 만한 특징이라 할 수 있다(The Korean Nutrition Society 2005)고 판단되었다.

< 당도, 산도, pH 측정 >

선식 시료 1 g을 증류수 35 mL에 분산시키고 shaking water bath(BS-21, Jeio Tech, Korea)에서 150 rpm, 25℃ 조건으로 30분간 추출하였다. 이 후 원심분리기(5810R, eppendorf, Hamburg, Germany)로 3,900 rpm(3,061g)에서 20분간 원심분리 한 후 상층액을 취해 당도(refractometer, N-1a, Atago, Tokyo, Japan)를 측정하였다.

한편, 선식의 pH와 총산 함량을 측정하기 위해, 먼저, 선식시료 1 g에 증류수를 20배 첨가하여 homogenizer(Wise Mix Hg-15, Daihan Scientific, Seoul, Korea)로 1분간 교반하였다. 그 후 원심분리기로 3,061 g에서 20분간 원심분리한 후 그 상층액으로 pH(pH meter, 725P, Istek, Korea)와 총산도(Titratable Acidity, TA)를 측정하였다. 선식의 총산도는, 준비된 상층액을 0.01N(F=0.9921) NaOH로 중화적정하여, 소모된 NaOH 부피로부터 선식의 총산 함량을, 유산균 발효과정에서 주로 많이 생성되는 유기산인 젖산(lactic acid, 60.05 g/mol)과 아세트산(acetic acid, 90.08 g/mol) 함량으로 산출하였다.

하기 표 4에 일반 선식과 발효 선식의 당도(°Brix), pH, 산도(TA)를 나타내었다.

상기 표 4에 의하면, 발효 선식은 당도가 2.1 °Brix로 1.3 °Brix인 일반 선식에 비해 유의적으로 높게 나타났다(p<0.001). 이는, 누룩과 유산균에 의한 발효과정 중, 전분분해효소가 선식에 함유된 상당량의 전분을 저분자의 당으로 분해한 결과로 해석할 수 있었다.

또한, 발효선식에 첨가된 유산균은 선식에 존재하는 탄소원을 그 먹이로 하여 유기산을 생성함으로써, 선식의 총산 함량을 유의적으로 증가시켰다(p<0.001). 유산균에 의해 주로 많이 생성되는 젖산(lactic acid) 및 초산(acetic acid)을 기준산으로 하여 두 선식의 총산도를 비교한 결과, 발효 선식은 일반 선식보다 8배 이상 많은 산을 보유한 것으로 나타났다.

이와 같이, 발효 선식의 내부에 유기산이 증가하고, 그에 따라 더 많은 수소이온이 유리됨으로써, 발효선식은 일반선식에 비해 유의적으로 더 낮은 pH를 나타내었다. 일반선식과 발효선식의 pH(pH=-log[H⁺])는 각각 6.52와 4.05를 나타내어, 발효선식이 100배 이상 높은 수소이온을 보유하고 있음을 알 수 있었다.

< 아미노산 분석 >

선식 시료에 대해 구성 아미노산과 유리 아미노산을 분석하였다. 먼저, 구성아미노산 분석을 위한 전처리는, 시료 약 400~500 mg에 6N HCl를 약 10 mL 첨가한 후 110℃에서 22 hr 동안 가수분해하였다. 이후 진공농축과 건조과정을 통해 HCl을 제거하였고 증류수를 첨가하여 100 mL로 정용한 후 0.45 ㎛ syringe filter로 여과시켜 아미노산 분석기에 주입하였다. 유리 아미노산 분석을 위해서는, 50 mL 원심분리관에 시료 약 5 g과 70% 에탄올 30 mL를 넣어 1 hr 동안 교반한 후 10분간 방치시켰다. 이 추출물을 15,000 rpm에서 15 min 동안 원심분리한 후 상등액은 농축플라스크로 옮기고, 남은 침전물에는 70% 에탄올 25 mL를 넣어 교반과 원심분리 과정을 2회 추가 반복하여 얻어진 상등액을 모두 합하였다. 농축플라스크에 모은 추출액을 진공농축한 후 증류수를 첨가하여 150 mL로 정용하고 0.45 ㎛ syringe filter로 여과한 후 아미노산 분석기에 주입하였다.

가수분해한 시료를 이온교환수지 컬럼에 통과시킨 후, 다양한 pH와 이온강도를 가진 버퍼를 칼럼에 흘려 아미노산들을 분리하고, 이들 아미노산을 고온의 반응코일(reaction coil)에서 닌하이드린(ninhydrin)과 반응시켜 발색 화합물을 형성시켰다. 형성된 화합물들을 570 nm와 440 nm의 파장에서 흡광도를 측정함으로써 각각의 아미노산들을 정량하였다. 실험에 사용된 아미노산 분석기는 Hitach L-8800 Amino acid Analyzer(Hitachi, Japan), 컬럼은 Ion exchange column(4.6 mm × 60 mm)이었고, 컬럼 오븐 온도는 30-70, 반응코일 온도는 135, 유속은 0.35 mL/min, 시료 주입액은 20μL 이었다.

하기 표 5에 일반 선식와 발효 선식의 아미노산과 관련 화합물 함량(단위: mg/100g)을 나타내었다.

상기 표 5에 나타나는 바와 같이, 선식 100 g 당 함유되어 있는 아미노산 총량은 발효선식이 10,311 mg으로 일반선식 7,973 mg보다 높게 나타났다. 또한, 총 아미노산 중 구성 아미노산은 일반선식 7,829 mg(98% of total amino acids), 발효선식 9,020 mg(87%)으로, 대부분 구성 아미노산의 형태로 존재하였다. 한편, 발효선식은 누룩에 존재하는 단백질분해효소에 의해 일반선식에 비해 유리아미노산의 함량이 현저하게 증가한 것이 관찰되었다. 즉, 총 아미노산의 2% 정도만이 유리아미노산이었던 일반선식에 비해, 발효선식은 아미노산 총량의 13%가 유리형태로 존재하고 있었으며, 절대적 함량에 있어서도, 발효선식의 유리아미노산(1291 mg)은 일반선식(144 mg) 보다 9배나 높은 것으로 확인되었다.

또한, 100 g 선식 당 GABA 함량이 26 mg이었던 일반선식에 비하여, 발효선식은 GABA 함량이 66 mg까지 탁월하게 증가하였다.

한편, 발효선식의 아미노산 조성은 glutamic acid(2103 mg) > leucine(912) ~ aspartic acid(790) > alanine(539) > serine(489)의 순서로 일반선식과 동일하였으나, 절대적 함량 면에서는 발효선식이 유의적으로 더 높았다. 이 아미노산들 중, 분자량이 작은 alanine과 serine은 감미를 주는 것으로 알려져 있고, glutamic acid는 자신은 맛이 거의 없으나 상승작용이 강한 아미노산으로 알려져 있으므로(Lindsay RC 2008), 두 선식의 경우, 아미노산에 의해 제공되는 맛 성분은 유사한 것으로 확인되었다.

< 항산화력 평가 >

선식이 지닌 환원력을 평가하기 위하여, 선식 시료 1 g에 4 mL의 증류수를 첨가하여 shaking water bath에서 150 rpm, 25℃ 조건으로 30분간 추출하였다. 이 후 원심분리기로 3,900 rpm(3,061g)에서 20분간 원심분리 한 후, 상층액 1 mL을 취해 Folin-Ciocalteu's reagent와 Na₂CO₃를 각각 1 mL씩 넣고 상온에서 1시간 반응시켰다. 이 반응액을 원심분리기로 동일한 조건에서 원심분리한 후 spectrophotometer(UV-1650, Shimadzu, Kyoto, Japan)로 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때, 시료 추출액 대신 증류수를 넣고 반응 시약을 동일하게 첨가한 용액을 blank로 사용하였다. 선식의 총 환원력은 대표적 환원물질인 quercetin(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)을 표준물질로 하여 나타내었다.

하기 표 6에 일반 선식와 발효 선식의 항산화력을 나타내었다.

상기 표 6에 의하면, 선식의 총 환원력은 대표적 환원물질인 quercetin을 기준물질로 할 때, 발효선식(4.32 mg/g)이 일반선식(1.20 m/g)보다 유의적으로 더 높게 나타났다(p<0.001). 이러한 발효 선식의 더 높은 항산화력은, (i) 유산균에 의해 선식이 발효되는 과정 중 새로운 항산화물질이 생성되었거나, 혹은 (ii) 기존의 항산화성분이 미생물에 의해 그 활성이 더 증가된 형태의 물질로 전환되었을 가능성을 시사한다고 판단되었다.

< 산화안정성 평가 >

선식 시료를 철(iron)과 ascorbic acid를 포함하는 산화유도시스템에 노출시킨 후, 시간의 경과에 따라 산화생성물인 malondialdehyde(MDA)를 측정함으로써, 발효 공정이 선식의 산화안정성(oxidative stability)에 미치는 영향을 비교 평가하였다.

선식 시료 2 g을 50 mL tube에 정량하고 1.15% KCl(Showa Chemical Industry Co., Tokyo, Japan) 21 mL을 첨가하여 homogenizer(Wise Mix HG-15)로 1분 동안 균질화하였다. 이 중 2.5 mL을 취하여 80 mM tris-malate buffer(pH=7.4) 12.5 mL, 5 mM FeSO₄·H₂O(Showa Chemical Industry Co.) 5 mL, 2 mM ascorbic acid(Junsei Chemical Industry Co., Tokyo, Japan) 5 mL를 차례대로 넣고 10 sec 동안 vortex mixer를 이용하여 잘 섞은 후 37℃ 항온수조에 넣었다. 반응액을 항온수조에 넣은 시점(0 min)부터, 반응 진행 후 20, 40, 60, 90, 150, 210, 270, 330 min에, 반응액 중 2 mL를 취하여 TBA(2-thiobarbituric acid, Tokyo Chemical Industry, Tokyo, Japan)-TCA(trichloroacetic acid, Wako Pure Chemical Industries, Osaka, Japan)-HCl이 혼합되어 있는 반응 시약(15% TCA+0.37% TBA in 0.25N HCl) 4 mL를 넣고 잘 섞은 후, 100℃에서 정확히 15 min 동안 반응시켰다. 이 후 차가운 물로 식혀 반응을 종결시키고 3,000 rpm(1,811×g)에서 15분 동안 원심분리(5810R)하였다. 상층액을 spectrophotometer(UV-1650)로 531nm에서 흡광도를 측정함으로써 반응액 속에 형성된 MDA-TBA complex를 정량하였다. 표준 정량곡선 작성을 위해 MDA의 전구체인 1,1,3,3-tetraethoxypropane(Sigma-Aldrich)이 사용되었다.

도 3에는 일반 선식와 발효 선식의 시간에 따른 MDA 함량을 비교한 결과를 나타내었다. 이에 의하면, 시간이 경과함에 따라 발효선식은 일반선식에 비해 유의적으로 낮은 함량의 MDA를 생성함으로써, 상대적으로 높은 산화안정성을 나타냄을 알 수 있었다. 이로부터 선식에 발효공정 처리 유무는 선식의 산화안정성에 영향을 줄 수 있는 중요한 인자임을 알 수 있었다.

실험예 2 : 발효 선식의 물성 평가

< 입자 특성 >

선식시료를 testing sieve 45(aperture 355, wire diameter 224)로 걸러 시료에 함유되어 있는 깨를 제거하였다. 이 시료를 물에 분산시킨 후, 입도분석기(particle size analyzer, Analysette22 Nano Tech, Fritsch, Idar-Oberstein, Germany)를 사용하여, 0.08~2000 ㎛ 범위의 선식입자를 대상으로 입도분포(particle size distribution)를 측정하였다.

선식 분말을 구성하는 입자들의 크기 및 그 분포는 선식의 용해성, 점도, 산화안정성과도 밀접한 관계가 있으므로, 제품의 관능적 특성 및 품질특성에 영향을 줄 수 있다.

도 4는 일반선식과 발효선식 각각의 입자분포를 확인하기 위해, 0.1~1000 ㎛ 범위에서 선식 분말을 scanning한 결과이다. 이에 의하면, 일반 선식에 존재하는 입자들의 particle size distribution(PSD)이, 발효선식에서는 상대적으로 저분자 영역으로 down-shift된 것을 알 수 있었다. 또한, 각 선식을 구성하는 입자의 평균 크기(volume weighted mean particle diameter, d ₄₃ ) 역시, 발효선식 40.49 ㎛, 일반선식 65.81 ㎛로, 미생물에 의한 발효 공정이 적용된 발효선식이 일반선식에 비해 상대적으로 더 작은 입자들로 구성되어 있음을 알 수 있었다.

이러한 결과는 상기 실험예 1에서 관찰된 발효선식의 식이섬유의 감소, 당도 증가, 유리아미노산 증가라는 결과와 일치한다. 즉, 발효공정 중, 미생물이 지닌 단백분해효소, 전분분해효소 등에 의해 선식 내부의 단백질, 전분, 식이섬유 등이 저분자로 분해됨에 따라 입자 크기도 감소함을 알 수 있었다.

< Rheology 특성 >

① 발효선식 용해농도 설정

33.3%의 농도로 선식을 물에 용해시킨 후 점성 측정 실험을 실시하였으나, 너무 묽어 레오미터 상에서 점성 측정이 불가하였다. 이 후, 50, 60, 75%로 선식 분말의 농도를 증가시켰을 때, 75% 농도에서는 발효선식 가루가 절대적 수분의 부족으로 완전히 수화되지 못하는 현상이 나타났다. 따라서, 발효선식의 점도 측정을 위한 농도는 50, 60%로 결정하였다.

② 일반선식 용해농도 설정

발효선식과의 비교를 위해, 일반선식(RBR)의 농도를 60%로 하여 용해시켰으나, 용해 직후, 선식분말의 water holding capacity로 인해 선식은 물을 흡수하여 덩어리(lumping)지는 현상을 나타내었다. 40~50%로 선식 분말의 농도를 감소시켰을 때에도 같은 현상이 발생하여 점도 측정이 불가하였으므로, 일반선식의 용해농도는 33.3%로 결정하였다.

③ Rheology 측정

준비된 선식액의 점도 및 flow behavior는 rheometer(TA instruments, AR 2000, US)를 사용하여 25℃에서 측정하였다. 얻어진 실험 데이터를 Herschel-Bulkley 방정식 (s, shear stress (Pa);

, shear rate (1/s); K, consistency index (Pasⁿ); n. flow behavior index (rate index); s₀ _, yield stress (Pa))에 대입함으로써 각 선식의 flow 특성을 파악하였다.

도 5, 표 7에는 일반 선식과 발효 선식의 유변학적 특성을 비교한 결과를 나타내었다.

상기 표 7, 도 5에 의하면, 일반선식과 발효선식은, yield stress(항복치)보다 낮은 응력(shear stress)에서는 액체의 흐름을 나타내지 않다가 항복치 이상의 응력이 가해지면 비로소 흐름을 나타내는 yield stress가 있는 shear thinning한 흐름 특성을 나타내었다. 한편, 선식은 발효공정에 의해 그 점도가 현저하게 감소하는 것을 알 수 있다. 발효선식을 최대 농도 60%로 물에 용해시켰을 경우에도(=11.26 Pa.s), 일반선식 33.3%(=49.80 Pa.s)보다 4배 이상 낮은 점도를 나타내었다. 이는 일반선식에는 고분자의 전분, 단백질, 식이섬유 등이 존재하나, 발효선식의 경우에는 이들 고분자 물질들이 전분분해효소 및 단백분해효소 등에 의해 상당히 저분자화 됨으로써, 강한 수분 흡착력을 지닌 호화전분 및 식이섬유에 의한 수분보유력이 감소하게 되고, 이에 따라 점도 역시 낮아진 것이라 판단되었다.

< 물 결합능력(Water Holding Capacity) >

선식의 물결합능력은 Medcalf 와 Gilles 법(Cereal Chem. 42: 558-568, 1965)에 따라 측정하였다. 즉, 선식 1g에 냉수(4.2±0.4℃) 혹은 온수(81.8±1.0℃) 40mL를 첨가하여 교반직후(0min), 간헐적 교반과 함께 30min, 60min이 경과한 시점에 각각 원심분리(3,061 g, 20min)를 실시하여 상징액을 제거하고 침전한 선식의 무게를 측정하였다. 원 시료 무게에 대한 증가된 무게의 %를 물 결합능력(%)으로 계산하였다.

하기 표 8에는 일반 선식과 발효 선식의 물 온도와 시간에 따른 물 결합능력을 비교한 결과를 나타내었다.

상기 표 8에 의하면, 발효 선식은 일반 선식에 비해 낮은 물결합력을 나타내었다. 이는 일반선식을 발효시키는 과정에서 나타난 식이섬유의 감소(표 1 참조)와 연관된 것으로 보였다. 즉, 식이섬유는 수분을 분자 표면에 강하게 흡착하고 보유하는 능력(water holding capacity)이 우수하므로(BeMiller JN와 Huber KC 2008), 식이섬유가 일부 분해된 발효선식에서는 일반선식보다 식이섬유의 함량이 낮아, 물결합력 역시 감소한 것으로 판단되었다.

한편, 선식 분말은 온수보다 냉수에 유의적으로 더 높은 물결합력을 나타냄으로써, 선식을 분산시키는 물의 온도는 물결합력과 밀접한 관계가 있음을 시사하였다. 이는, 온수를 첨가할 때, 온수와 접촉하는 선식 분말 표면이 순간 응고 혹은 덩어리짐으로써(lumping), 추가의 수분이 내부로 침투하는 것이 방해되어 나타난 것으로 판단되었다.

< Color 특성 >

색차계(CR400, Konica Minolta Sensing, Osaka, Japan)를 사용하여 선식분말의 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness)를 측정하였다. 표준 백색판을 이용하여 calibration한 후, L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 -80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 -70(청색)에서 70(황색)까지의 범위에서 선식의 색도를 측정하였으며, 모든 시료는 3회 반복 측정하여 평균값±표준편차로 결과를 나타내었다.

하기 표 9에는 일반 선식와 발효 선식의 색 특성을 비교한 결과를 나타내었다.

선식의 색을 육안으로 관찰했을 때, 발효선식은 일반선식에 비해 다소 어두웠는데, 상기 표 9에 의해서도 명도(L, lightness)는 일반선식에서 80.1, 발효선식에서 72.7로 발효선식이 더 낮은 것으로 나타났고, 선식의 황색도(b, yellowness) 역시 일반선식 26.3, 발효선식 20.2로 발효선식이 유의적으로 더 낮았다.

발효선식에서 선식의 명도와 황색도가 낮아진 현상은 Maillard 갈변반응으로 일부 설명할 수 있다. Amino기를 가진 화합물과 carbonyl기를 가진 화합물 사이에서 자연발생적으로 일어나는 Maillard(Amino-Carbonyl) 갈변반응은 고분자 형태의 화합물보다는 입체장애가 적은 저분자 물질들 간에서 그 반응속도가 현저하게 증가한다. 이에 발효선식은 미생물이 지닌 전분분해효소와 단백분해효소로 인해 선식 내부의 전분과 단백질이 당과 아미노산으로 분해되고, 입체장애가 작은 저분자의 당과 아미노산 사이에서 Maillard 반응이 전분과 단백질 상태일 때보다 더 빠른 속도로 진행되어, 더 어두운 색을 나타내었다.

< Flavor 특성 >

두 선식의 향미성분 패턴을 비교하기 위해, 각각의 선식 분말을 시료용기에 담은후, DB-5 column(1 m × 250 ㎛ × 0.25 ㎛, J&W Technology, USA)이 장착된 전자코(GC/SAW Electronic Nose System, Fast GC Analyzer Model 7100, Electronic Sensor Technology, CA, USA)에 주입하였다. Inlet temperature는 100℃, 검출기는 surface acoustic wave(SAW) quartz microbalance이며, column 초기온도를 40℃로 하고 70℃까지 온도를 증가시키는 temperature gradient 조건으로 분석하였다.

도 6에는 전자코로 분석한 일반 선식과 발효 선식의 향 특성을 비교한 결과이다. 시간대별로 검출된 피크를 비교하면, 발효 선식은 일반 선식보다 더 다양하고 풍부한 향기성분을 함유한 것으로 나타났다. 이는, 발효과정이 진행됨에 따라 선식 내부의 고분자 물질들이 미생물이 지닌 효소에 의해 분해되어 다양한 형태의 저분자 휘발성 물질들이 생성되었기 때문인 것으로 판단되었다.

실험예 3 : 발효 선식의 기호도 평가

상기 실시예의 발효선식을 일반선식과 다음과 같은 비율로 혼합하여 관능평가에 사용될 4가지 시료를 준비하였다:(1) 일반선식 100%:발효선식0%(발효선식 0%군), (2) 일반선식 95%:발효선식 5%(발효선식 5%군), (3) 일반선식 90%:발효선식 10%(발효선식 10%군), (4) 일반선식 80%:발효선식 20%(발효선식 20%군).

관능검사 요원은 강원대학교 식품영양학과 학생 20명을 선정하여 관능검사의 방법 및 중요성에 대하여 인지시키고, 관능검사 패널의 임무와 검사방법에 사용된 척도를 설명하였다. 관능검사시 흰 종이컵에 4 종류의 시료를 각각 제공하여 묘사와 기호도 평가를 실시하였다. 검사에 사용된 척도방법은 5점 척도법으로 평가항목은 발효선식의 용해성, 점도, 이향, 이미, 구수한 향과 맛, 시큼한 맛과 향, 단맛, 짠맛, 색깔과 전체적인 품질을 측정하였다.

표 10에는 일반선식과 발효선식의 묘사법과 기호도 평가법에 의한 관능평가 결과를 나타내었다.

상기 표 10에 의하면, 용해도에 대한 묘사 평가에서는 일반선식은 2.9, 발효선식은 3.4~3.6으로 발효선식이 일반선식에 비교하여 용해성이 높다고 평가되었으나 유의적인 수준은 아니었다. 기호도 평가에서도 유사한 결과를 보였으나 유의성은 없었다.

점도에 대한 묘사항목은 일반선식과 비교시 발효선식에서 농도의존적으로 시료가 묽다고 묘사되었으며, 발효선식 10%군과 발효선식 20%군에서는 유의적인 수준에서 (P>0.001) 다른 군들보다 높게 나타났다. 이러한 결과는 물성을 분석한 결과와 맥락을 같이한다. 그러나, 기호도 평가에서는 그룹들 간에 유의성은 없었다.

이향에 대한 평가에서는, 발효선식의 함량이 증가할수록 이향이 강하다고 묘사하였으며 발효선식 20%군에서 다른 군들보다 유의적으로 이향이 강하다고 평가하였다. 기호도 평가에서는 일반선식과 비교시 발효선식 5%군에서는 유의적인 차이가 없었지만, 발효선식 10%와 발효선식 20% 군들에서는 유의적으로 낮게 기호도를 평가하였다.

이미에 대한 평가에서는 농도의존적으로 평가되어 발효선식 5% 이상 군들에서는 일반선식보다 이미가 강하다고 묘사되었으며 기호도는 유의적으로 감소되었다.

평가요원들은 발효선식의 함량이 증가할수록 구수한 향과 맛이 약해진다고 묘사하였으며 농도의존적인 결과를 보였다. 기호도 평가에서는 일반선식과 비교시 발효선식 군들에서 유의적인 수준에서 농도의존적으로 낮게 평가되었다.

발효선식의 함량이 증가할수록 유의적인 수준에서 시큼한 향과 맛은 강하다고 평가되었으며, 반대로 기호도는 감소되었다. 이러한 결과는 발효에 따른 산의 생성에 따른 pH 감소에 따른 결과가 반영된 것으로 판단되었다.

단맛과 짠맛에 대한 평가에서는 그룹들 간에 차이가 없다고 묘사되었으며, 기호도 평가에서는 발효선식의 군들에서 농도의존적으로 기호도가 감소되었다.

모든 군들에서 색에 대한 차이는 없다고 묘사되었으며, 기호도 평가에서도 차이는 없었다.

종합적인 기호도 평가에서 평가요원들은 발효선식의 함량이 증가할수록 종합적인 기호도가 낮다고 평가하였다. 발효선식 첨가군중에서는 5%와 10%군 사이에는 유의적인 차이가 없었으나, 발효선식 20% 첨가군에서의 기호도는 다른군들에 비하여 유의적으로 낮았다.

관능평가의 여러 결과들을 종합해 볼 때, 발효선식의 첨가량이 증가함에 따라 구수한 맛이 감소하고 신맛, 이향과 이미가 증가하여 전반적인 기호도가 감소하는 것으로 나타났다. 한편, 첨가군 내에서는 5%와 10%첨가군 사이에서는 기호도에 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 20%첨가군의 경우 나머지 두 군에 비하여 기호도가 급격히 감소하는 현상을 보였다.

따라서 기호도적 측면과 기능성 강화의 측면을 고려하여 0~20%의 발효선식 첨가가 가능하지만, 바람직하게는 5~10% 발효선식 첨가 선식이 좋다고 판단되었다.

Claims

볶은 현미를 20~40중량% 포함하는 선식 분말에 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 및 누룩을 접종하여 발효시킴으로써,
감마 아미노부티르산(γ-aminobutyric acid) 및 오르니틴(ornithine)의 함량과 항산화력이 증대된 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말.
제1항에 있어서,
상기 발효시 25 ~ 35℃에서 30 ~ 50시간 동안 발효시킨 후, 동결건조시킨 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말.
제1항에 있어서,
상기 발효시 탈지분유를 더욱 첨가하여 발효시킨 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 발효 선식 분말을 5 ~ 10중량% 함유하는 것을 특징으로 하는 발효 선식 제품.
볶은 현미를 20~40중량% 포함하는 선식 분말에 물을 첨가하는 단계;
상기 물이 첨가된 선식 분말에 비피도 박테리움 롱검(Bifidobacterium longum) 및 누룩을 접종하여 발효시키는 단계; 및
상기 발효물을 동결건조시키는 단계;를 포함하고,
감마 아미노부티르산(γ-aminobutyric acid) 및 오르니틴(ornithine)의 함량과 항산화력을 증대시키는 것을 특징으로 발효 선식 분말의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 발효시 25 ~ 35℃에서 30 ~ 50시간 동안 발효시키는 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말의 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 발효시 탈지분유를 더욱 첨가하여 발효시키는 것을 특징으로 하는 발효 선식 분말의 제조방법.