KR101303951B1 - 밀 단백 가수분해물의 제조방법 - Google Patents
밀 단백 가수분해물의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 밀 단백을 효소분해하여 이미, 이취가 없고 감칠맛(우마미(umami))이 우수한 밀 단백 가수분해물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 밀 단백을 효소분해하여 이미, 이취가 없고 감칠맛(우마미(umami))이 우수한 밀 단백 가수분해물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
식품의 맛은 여러 성분의 복잡한 조합으로 발현된다. 맛의 구성성분은 단맛, 신맛, 짠맛, 쓴맛의 4원미와 근래에는 4원미에 지미(감칠맛)을 더한 5원미로 되었다. 지미(감칠맛)는 식품의 맛의 우열을 결정하는 주요 인자로, 글루타민산염(MSG)이나 핵산계인 이노신산나트륨, 구아닐산나트륨 등이 지미를 나타낸다. 특히 글루타민산염(MSG)은 아미노산의 일종으로 식물성 단백질, 동물성 단백질에 가장 많이 함유되어 있어서 음식의 지미(감칠맛)는 이 글루타민산염이 주로 나타낸다.
아미노산계인 글루타민산염이나 핵산계인 이노신산나트륨, 구아닐산 나트륨은 천연물에 존재해 있어서 예전에는 천연물로부터 추출하여 상품화되었다. 즉 글루타민산염은 소맥글루텐이나 대두단백질을 염산으로 가수분해하여 생성되었고, 이노신산나트륨은 쪄서 말린 가다랭이, 구아닐산 나트륨은 표고버섯으로부터 추출되었다.
일반적으로 지미를 가진 글루타민산은 다시마원료를 이용한 추출방법에서 시작되었으며 이후, 소맥글루텐을 산 가수 분해하여 제조하는 방식으로 발전되었으며, 현재 가장 경제적인 제법은 발효법에 의해 당밀 등의 원료로부터 미생물 발효로 값싸게 대량 제조하여 이와 같은 지미 조미료는 세계적으로 식품에 이용되어 식품의 개선에 커다란 기여를 하고 있다.
그러나 이와 같은 미생물을 이용한 발효법으로 제조된 감칠맛 조미료류는 천연물 유래가 아닌 가성소다류로 나트륨염을 첨가하여 만들기 때문에 다른 화학적 합성품과 마찬가지로 식품첨가물로서 분류되어 있다.
또한, 식물, 동물 단백질의 염산가수 분해법에 의한 조미료(HVP(hydrolyzed vegetable protein), HAP(hydrolyzed animal protein))는 이미 100년 이상의 역사가 있지만, 가수분해공정에서 원료에 미량 혼재하는 유지의 구성성분인 글리세린과 염산(염소)이 반응하여 유해성 논란이 불러일으키고 있는 3-MCPD(3-chloro-1,2-propanediol), DCP(1,3-dichloro-2-propanal)가 미량으로 생성되어 식품으로서 문제시되고 있다.
효소적 가수분해는 단백질의 영양가는 유지하면서 용해도 증가 및 다양한 기능성 증진에 기여하며, 그 자체로도 안전성이 부여되는 큰 장점을 지니고 있다. 그러나, 효소적 가수분해는 고농도의 반응이 어렵고 완전한 가수분해가 이루어지지 않아 단백질 수율이 낮으며, 특히 효소분해 특유 이미, 이취와 쓴맛이 생성되는 단점을 지니고 있다.
이를 제어하기 위하여 감칠맛을 부여하는 펩타이드만 분리하는 기술들이 시도되었으나 이는 분리정제가 복잡하며 고가로 인해 사용에 제한이 있으며 쓴맛 등의 바람직하지 않은 맛과 이취를 가지고 있어 원하는 효과를 얻을 수 없는 것이 많았다.
한 예로서, 대한민국 특허공개 10-2006-0003858호에는 풍부한 맛 부여 작용을 하는 당 펩타이드를 제공하기 위하여 소맥글루텐 효소분해 조미료를 물에 용해하고, 수득된 수용액을 한외 여과막에 의해 분획한 다음 수득된 분자량별 저분자 펩타이드, 아미노산을 획득하지만 여과된 액상에서 고미가 존재하는 것으로 평가하였다. 분해액 상에서 미량의 고미가 남아 있게 되면 분말시에는 더 강한 고미가 발생되어 조미료로써 사용이 부적합하다.
일본공개특허공보 2006-94757에서는 간버섯(Pycnoporuscoccineus)의 배양물(액상, 농축물, 건조분말)을 이용하여 산성조건에서 소맥 글루텐 분해하여 고미가 없는 정미성 소재를 개발하였으나, 분해물의 고형분 g당 글루타민산(glutamic acid) 함량이 1.19%으로 매우 낮은 문제점이 있다.
본 출원인은 식물성 단백 중 글루타민산(glutamic acid) 함량이 가장 높은 소맥 글루텐을 효소분해하여 생성되는 고미성 펩타이드는 거의 없으며 감칠맛 성분인 글루타민산(glutamic acid)은 다량 함유한 천연 조미료를 개발하고자 한다.
본 발명은 소맥 글루텐 및 정제수를 1:4~12의 중량비로 혼합하고 용해시키는 단계; 상기 정제수에 혼합된 소맥 글루텐을 2종의 단백 효소 및 글루타미나제(glutaminase)로 동시에 효소분해하는 단계; 상기 종의 단백 효소 및 글루타미나제(glutaminase)를 실활시키는 단계; 생성된 밀 단백 가수분해물을 냉각·숙성하는 단계; 및 상기 숙성된 밀 단백 가수분해물을 여과 및 건조시키는 단계;를 포함하는 밀 단백 가수분해물의 제조방법을 제공한다.
이때, 상기 소맥 글루텐은 상기 정제수에 완전히 용해된다.
또한, 상기 소맥 글루텐 및 정제수를 혼합하고 용해시키는 단계에서 정제염을 더 첨가하며, 상기 정제염은 소맥 글루텐에 대하여 1:0.8~10의 중량비 비율로 첨가될 수 있다.
또한, 상기 2종의 단백 효소는 리조푸스 오리재(Rhizopus oryzae)에서 분리된 펩티다아제 R(peptidase R) 및 아스페르질루스 오리재(Aspergillus oryzae)에서 분리된 프로테아스(ProteAX)이며, 상기 글루타미나제(glutaminase)는 바실러스 아밀로리퀴페시언스( Bacillus amyloliquefaciens)에서 분리된 글루타미나제(glutaminase)일 수 있다.
또한, 상기 효소들은 각각 소맥 글루텐 100중량부에 대하여 0.01~15중량부를 첨가할 수 있다.
또한, 상기 효소분해는 90~350rpm으로 교반하면서 40~65℃에서 24~72시간 동안 진행될 수 있다.
또한, 상기 효소 실활단계는 70~95℃에서 10~50분 동안 진행될 수 있다.
또한, 상기 냉각·숙성하는 단계는 0~30℃로 냉각하고 24~72시간 동안 숙성시킬 수 있다.
이하, 본 발명을 더 상세히 설명한다.
식물성 밀 단백 효소분해물 제조방법으로,
1) 소맥 글루텐 및 정제수를 1:4~12의 중량비로 혼합기에 투입하는 단계
소맥 글루텐 및 정제수를 1:4~12의 중량비로 혼합기에 투입한다. 이때, 소맥 글루텐이 정제수 위에 쌓이지 않고 정제수에 완전히 용해시키는 것이 중요하다. 소맥 글루텐이 정제수에 완전히 용해되지 않고 반죽을 형성하면 교반 및 배출이 불가능해진다.
또한, 미생물에 의하여 밀 단백 가수분해물이 오염되는 것을 방지하기 위해 정제염을 더 첨가할 수 있다. 소맥 글루텐: 정제염이 1:0.8~10의 중량비 비율로 정제염이 첨가될 수 있다. 정제염이 첨가되는 경우, 소맥 글루텐과 함께 정제수에 완전히 용해되어야 한다.
2) 2종의 단백 효소 및 글루타미나제(glutaminase)로 효소분해하는 단계
원료 투입 후 가온하여 온도가 35~70℃에 도달하면 2종의 단백 효소 및 글루타미나제(glutaminase)를 동시에 투입한다.
2종의 단백 효소로는 리조푸스 오리재(Rhizopus oryzae)에서 분리된 펩티다아제 R(peptidase R) 및 아스페르질루스 오리재(Aspergillus oryzae)에서 분리된 ProteAX를 사용할 수 있다. 또한 글루타미나제(glutaminase)는 바실러스 아밀로리퀴페시언스( Bacillus amyloliquefaciens)에서 분리된 글루타미나제(glutaminase)를 사용할 수 있다.
또한, 투입되는 효소의 양은 각각 소맥 글루텐 100중량부에 대하여 0.01~15중량부를 첨가한다.
소맥 글루텐의 효소분해는 90~350rpm으로 교반하면서 40~65℃에서 24~72시간 동안 진행한다.
하기의 표 1에서 알 수 있듯이, 각기 활성 온도가 다른 효소들을 동시에 투입하여 같은 시간 동안 단백분해를 하는 경우, 2종의 단백 효소에 의해 일차 생성된 글루타민을 글루타미나제(glutaminase)에 의해 바로 글루타민산(glutamic acid)으로 변환시켜 글루타민산(glutamic acid)의 전구체인 글루타민이 피로글루타민산(pyroglutamic acid) 등과 같은 다른 성분으로 변화되는 것을 최소화함으로써 글루타민산(glutamic acid) 함량을 최대화할 수 있다.
3) 효소 실활 단계
상기 2)단계에서 사용된 2종의 단백 효소(protease) 및 글루타미나제(glutaminase)를 실활시킨다.
효소실활 시 적당한 온도와 가열시간은 제품의 색상 및 반응 풍미를 갖게 한다. 본 발명에서는 70~95℃에서 10~50분 동안 효소를 실활시킨다.
4) 냉장 숙성 단계
상기 효소들을 가열 실활 후 생성된 단백 가수분해물을 0~30℃로 냉각하고 24~72시간 동안 속성 침전시킨다.
5) 여과 단계
상기 침전된 침전물을 층 분리한 효소분해액을 여과포(5μm)에 통과시켜 여과시킨다.
6) 건조 단계
상기 여과된 효소분해액을 건조하여 분말화할 수 있다. 이때 건조의 방법에는 제한이 없고, 진공건조, 열풍건조, 분무건조, 동결건조 등 일반적인 건조방법을 이용한다.
이상의 설명에서와 같이 본 발명은 밀 단백의 지미를 나타내는 성분인 글루타민산(glutamic acid)의 추출을 최대화하면서 생성되는 고미성 펩타이드의 생성을 최소화하였으며, 단순한 효소분해 공정에 효율성을 증가시키면서 번거로움을 최소화하였다. 또 기존 발효, 효소공법과는 다르게 소맥 글루텐만을 기질로 하고 순수 미생물에서 분리한 효소들을 이용하여 24~72 시간이라는 짧은 시간 동안 소맥 글루텐 분말 g당 최대 GA 10~20% 이상을 함유한 분해물을 제조할 수 있다.
도 1은 밀 단백을 효소 분해한 후 분말화하는 공정을 나타내는 순서도이다.
도 2는 밀 단백의 효소 분해에 따른 고미성 펩타이드, 글루타민산(glutamic acid) 생산성 비교한 크로마토그램이다.
도 3은 밀 단백의 효소분해 시간에 따른 고형분 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 밀 단백의 효소분해 시간에 따른 글루타민산(glutamic acid) 함량 변화를 나타낸 그래프이다.
도 2는 밀 단백의 효소 분해에 따른 고미성 펩타이드, 글루타민산(glutamic acid) 생산성 비교한 크로마토그램이다.
도 3은 밀 단백의 효소분해 시간에 따른 고형분 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 밀 단백의 효소분해 시간에 따른 글루타민산(glutamic acid) 함량 변화를 나타낸 그래프이다.
이하, 본 발명을 하기 실시예를 통해 더 상세히 설명한다.
[실시예 1] 효소 종류별 펩타이드, 아미노산 함량 비교
정제수 3000ml에 소맥 글루텐 400g 및 정제염 400g을 투입하여 완전히 용해시킨 후 밀 단백 분해능이 우수하다고 알려져 있는 효소 중 시판 중인 효소들(표 1 참조)을 기질(소맥 글루텐) 대비 1% 투입한 후 45℃에서 72시간 동안 효소 분해하였다.
| 효소 | Source | Activity | 최적조건 | |
| T (℃) | pH | |||
| Alcalase 2.4L | Bacillus licheniformis (Endo) | 2.4 AU/g | 60 | 8.5 |
| Flavourzyme | Aspergillus oryzae(EXO-) | 500 LAPU /g | 50 | 7.0 |
| Peptidase R | Rhizopus oryzae (EXO-) | 420 U/g | 40 | 5-6 |
| ProteAX | Aspergillus oryzae (Endo) | 70 U/g | 55 | 5-6 |
| Glutaminase | Bacillus amyloliquefaciens | 100 GTU /g | 65 | 6.0~7.0 |
95℃에서 10분 동안 효소를 실활한 후 여과하고, 여과된 효소분해액을 동결건조하여 분말화하여 표 2와 같이, 아미노산과 펩타이드를 분석하였다.
| 기기(Insturment) | Dionex P680 HPLC | |||
| 컬럼(Column) | Kinetex 2.6㎛ C18 100Å 100 x 4.6 mm Column | |||
| 용리액 A | Water : TFA = 1000 : 0.37 | |||
| 용리액 B | Acetonitrile : Water : TFA = 800 : 200 : 0.27 | |||
| Gradient | ||||
| 시간(분) | 유속(ml/mim) | % A | % B | |
| 초기 | 0.7 | 100 | 0 | |
| 5.0 | 0.7 | 60 | 40 | |
| 60.0 | 0.7 | 30 | 70 | |
| 65.0 | 0.7 | 100 | 0 | |
| Flow rate | 0.7 mL/min | |||
| Oven Temperature | 40 ℃ | |||
| Detection | Dionex P680 absorbance detector (UV 214nm) | |||
| Injection vol. | 3㎕ | |||
단백질 가수분해물의 맛은 단백질의 형태와 사용된 효소에 따라 많은 차이가 있다. 특히 단백질 가수분해물의 쓴맛은 가수분해 과정에서 유리되는 펩타이드에 기인한다고 알려져 있으며, 특히 펩타이드 분자를 구성하는 소수성 아미노산의 존재와 밀접한 관계가 있는 것으로 보고되고 있다. 단백질 분자 대부분의 소수성기는 소수성 결합에 의해 안으로 감추어져 혀의 미뢰와 반응할 수 없으므로 쓴맛을 나타내지 않으나, 가수분해에 의해 생성된 펩타이드의 경우 소수성기가 노출되면서 혀의 미뢰와 반응하여 쓴맛을 형성하므로, 가수분해도의 조절 및 효소의 종류에 따라 쓴맛 형성을 억제할 수 있다.
식물성 단백 중 분해능이 우수한 효소로서 알칼라아제(alcalase) 및 플라보자임(flavourzyme)를 이용하여 분해된 B형 시료을 이용한 밀 단백 가수분해물은 펩티다아제 R(peptidase R) 및 프로테아스(ProteAX)를 이용하여 분해된 A형 밀 단백 가수분해물 및 고미가 없는 시판 펩타이드 제품에서는 볼 수 없는 51종의 펩타이드를 확인할 수 있었다. 이들 펩타이드중 일부가 쓴맛에 관여하는 것으로 추정된다. 쓴맛이 없으며 풍미가 좋은 A형과 시판 펩타이드는 우마미(Umami)를 향상시키는 펩타이드 3종이 존재함을 확인하였다. 시판되는 밀 단백 가수분해물, 및 A형, B형 밀 단백 가수분해물의 아미노산 조성을 분석한 크로마토그램을 도 2에 나타내었다.
도 2를 토대로 표 3에 시판제품, A, B형 밀 단백 가수분해물의 아미노산 조성을 분석한 결과를 표시하며, A형 밀 단백 가수분해물의 유리 아미노산의 총 함량이 B형에 비해 많은 것으로 보아 상대적으로 높은 가수분해도를 나타내며, 특히 우마미(Umami)에 관여하는 글루타민산(glutamic acid)의 함량은 B형에 비해 약 4배 높게 나타났다. 뿐만 아니라 쓴맛(bitterness)에 관여하는 티로신(tyrosine) 및 류신(leusine)의 함량은 B 형 펩타이드에 비해 낮게 나타나 우마미(umami)가 높고 쓴맛(bitterness)이 감소된 것을 확인할 수 있다.
이러한 아미노산 프로파일(Amino acid profile) 및 펩타이드 프로파일(peptide profile)은 B형 밀 단백 가수분해물이 불완전분해되어 쓴맛의 펩타이드(bitter peptide) 및 쓴맛의 아미노산(Bitter amino acid)의 함량이 많아 쓴맛(bitterness)를 나타냄을 알 수 있다. 또한 A형의 밀 단백 가수분해물은 상대적으로 높은 분해율로 인하여 많은 양의 유리 아미노산을 생성하며, 특히 우마미(Umami)와 관련된 아미노산(amino acid) 및 펩타이드(peptide)의 함량이 높아 강한 우마미(umami)를 나타내는 것으로 추정된다.
| Peak name | A형 eHVP(g/kg) | B형 eHVP (g/kg) | 비고 |
| Asp | 74.811 | 21.1472 | 강한 감칠맛 |
| Ser | 11.715 | 13.513 | 강한 감미 |
| Glu | 185.084 | 45.461 | 강한 감칠맛 |
| Gly | 2.3978 | 3.9828 | 강한 감미 |
| His | 4.2304 | 14.3124 | 강한 고미 |
| Arg | 13.1268 | 11.995 | 강한 고미 |
| Thr | 7.9734 | 5.8082 | 강한 감미 |
| Ala | 10.6242 | 12.2882 | 강한 감미 |
| Pro | 64.367 | 12.7594 | 강한 감미 |
| Cys | 1.0328 | 0.9308 | |
| Tyr | 64.23 | 231.1578 | 강한 고미 |
| Val | 8.9952 | 9.1496 | 강한 고미 |
| Met | 4.2682 | 7.5566 | 강한 고미 |
| Lys | 3.047 | 8.3792 | |
| Ile | 9.76 | 11.6832 | 강한 고미 |
| Leu | 37.334 | 43.6552 | 강한 고미 |
| Phe | 16.88 | 20.5722 | 강한 고미 |
| Trp | 1.4236 | 2.6284 | 강한 고미 |
| Total | 521.3004 | 476.9802 |
[실시예 2]: 효소 가수분해물 중 글루탐산 함량 변화의 분석
정제수 3000ml에 밀 단백 400g 및 정제염 400g을 투입하고 Peptidase R, ProteAX 및 글루타미나제를 각각 2g씩 투입하여 50℃에서 72시간 동안 효소 분해하였다. 각 시간별로 샘플링하여 고형분 및 글루타민산(glutamic acid) 함량을 분석하였다. 그 결과를 도 3 및 4에 나타내었다. 도 3 및 4는 효소 분해시간에 따른 고형분 및 글루탐산 함량의 변화를 나타낸 것이다.
도 3에서 보는 바와 같이, 고형분 함량은 16시간 전까지는 급격히 상승하다가 이후부터 서서히 증가한다. 또한 48시간 이후부터 고미는 거의 없어지며 지미가 증가한다. 또한, 도 4에서 보는 바와 같이, 글루타민산(glutamic acid)은 60시간 이전까지는 증가하지만 이후 서서히 감소하는 경향을 보였다. 따라서, 효소분해시간은 40~64시간이 바람직하다.
Claims (9)
- 소맥 글루텐 및 정제수를 1:4~12의 중량비로 혼합하고 용해시키는 단계;
상기 정제수에 혼합된 소맥 글루텐을
리조푸스 오리재(Rhizopus oryzae)에서 분리된 엑소펩티다아제, 아스페르질루스 오리재(Aspergillus oryzae)에서 분리된 엔도펩티다아제 및 바실러스 아밀로리퀴페시언스(Bacillus amyloliquefaciens)에서 분리된 글루타미나제(glutaminase)로 동시에 효소분해하는 단계;
상기 엑소펩티다아제, 엔도펩티다아제 및 글루타미나제(glutaminase)를 실활시키는 단계;
생성된 밀 단백 가수분해물을 냉각·숙성하는 단계; 및
상기 숙성된 밀 단백 가수분해물을 여과 및 건조시키는 단계;를 포함하는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 소맥 글루텐은 상기 정제수에 완전히 용해되는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
상기 소맥 글루텐 및 정제수를 혼합하고 용해시키는 단계에서 정제염을 더 첨가하며,
상기 정제염은 소맥 글루텐에 대하여 1:0.8~10의 중량비 비율로 첨가되는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 효소들은 각각 소맥 글루텐 100중량부에 대하여 0.01~15중량부를 첨가하는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 효소분해는 90~350rpm으로 교반하면서 40~65℃에서 24~72시간 동안 진행되는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제5항에 있어서,
상기 효소분해는 90~350rpm으로 교반하면서 40~65℃에서 24~72시간 동안 진행되는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 효소 실활단계는 70~95℃에서 10~50분 동안 진행되는 밀 단백 가수분해물의 제조방법. - 제1항에 있어서,
상기 냉각·숙성하는 단계는 0~30℃로 냉각하고 24~72시간 동안 숙성시키는 밀 단백 가수분해물의 제조방법.
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