KR101367592B1

KR101367592B1 - 육류 단백질의 가수분해도를 높이는 방법에 의해 제조되는 육류 단백질

Info

Publication number: KR101367592B1
Application number: KR1020120006882A
Authority: KR
Inventors: 김종태; 김철진; 김남수; 조용진; 맹진수; 안병학; 김양하; 김인환; 이호영; 훈희 선우; 오현정
Original assignee: 주식회사 이노웨이; 한국식품연구원
Priority date: 2012-01-20
Filing date: 2012-01-20
Publication date: 2014-03-13
Also published as: WO2013108986A1; KR20130085803A

Abstract

본 발명에 의하여 물과 기질의 비율 10-40중량%, 기질 대비 단백질 분해효소 0.05-4.0중량%, 고압처리 시간 4-48시간, 고압처리 압력 25-400MPa, 고압처리 온도 25℃-60℃의 범위에서 고압기를 이용하여 육류 단백질의 가수분해도를 높이는 방법이 개시된다.

Description

육류 단백질의 가수분해도를 높이는 방법에 의해 제조되는 육류 단백질{A MEAT PROTEIN MADE BY THE METHOD OF INCREASING HYDROLYSIS}

본 발명은 육류로부터 얻어지는 단백질을 가수분해함에 있어서,

물, 상기 물에 대한 기질의 비율 10-40중량%, 기질 대비 파인애플 추출액, 파파야 추출액, 키위 추출액, Alkalase, 및 Flavourzyme으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 단백질 분해효소 0.05-4.0중량%를, 고압처리 시간 4-48시간, 고압처리 압력 25-400MPa, 고압처리 온도 25℃-60℃의 범위에서 고압기를 이용하여 육류 단백질의 가수분해도를 높이는 방법에 의하여 제조되는 분자량이 낮은 육류 단백질에 관한 것이다.

음식물을 통하여 얻는 단백질은 체내 단백질 합성에 필요한 아미노산을 제공하며, 단백질은 표준 또는 조정 체중당 0.8-1.2 g이 권장섭취량이며 한국인을 위한 권장섭취량에서는 표준 체중당 1.0g의 단백질 섭취를 권장한다. 인체에 단백질 공급은 생체이용률이 높은 양질의 단백질 위주로 공급하는 것을 중요한 목적으로 하고, 열량 제한의 정도가 클수록 단백질 섭취 상태가 중요하다. 체중 조절과 관련하여 체지방이 소모될 때 근육 단백질의 손실도 발생하지만, 단백질을 적절히 섭취하면 손실량을 최소로 줄일 수 있다.

환자 및 노약자의 경우 면역력 증가를 위하여 신체에 필요한 필수아미노산을 모두 함유하고 있는 양질의 육류 단백질 섭취가 권장된다. 그러나 암이나 당뇨 등과 같은 질병과 투병하는 환자 및 노약자의 경우 약화된 신체적 상태 때문에 소화능력이 정상인에 비하여 현저하게 낮아 소화 및 흡수율이 매우 낮은 것으로 보고되고 있다. 한편, 육류를 고온에서 구운 형태로 섭취할 경우는 구울 때 발생하는 heterocyclic amine류나 연기에서 발생하는 polycyclic aromatic hydrocarbon류, 고기에 함유된 돌연변이 유발 물질인 N-nitro 화합물(NOC)이 알려져 있으며, 하루 100-200g 이상의 적색 고기류 섭취는 대장암 발생율을 12-24% 증가시키는 것으로 보고되었다(Sandhu et al 2001; Norta et al 2002). 또한, 최근 연구결과에 의하면 고기 속에 함유된 헴철이 건강한 사람에게도 NOC 형성을 증가시키는 것으로 밝혀졌다.

단백질을 추가로 섭취할 경우 운동능력과 근력 증진효과가 있는 것으로 알려져 최근 다양한 육류 단백질 제품이 출시되어 시장규모가 점진적으로 증가되고 있다. 그러나 단백질 보충용 시판 제품은 대부분 육류 상태가 그대로 보존된 형태로 판매되고 있어, 섭취시 거북하고 부드러운 식감을 주지 못하는 단점이 있다. 따라서 단백질을 가수분해한 액상 형태의 제품이 존재한다면 기호도와 체내 흡수도를 높일 수 있어 기존의 단백질 식품과 차별화된 제품이 될 수 있을 것으로 판단된다. 또한, 단백질 함량이 단위 포장당 정량 함유된 단백질 제품을 섭취할 경우 과다 섭취에서 오는 탄수화물 이용감소 및 운동능력 감소 등과 같은 문제를 방지할 수 있다.

단백질 가수분해물의 소화 및 흡수에 관한 연구에서 10명의 남자노인을 대상으로 가수분해 단백질 (hydrolysate protein)과 원래의 원형 단백질(intact protein)을 비교한 결과, 가수분해 단백질은 원래의 원형 단백질과 비교하여 장에서의 소화 흡수력이 촉진되고 식후의 아미노산의 이용도와 골격근내의 식이 아미노산의 유입이 증가되는 것으로 나타났다(RenKoopman et al 2009). 저분자량 펩타이드가 함유된 가수분해물은 주로 di- 또는 tri-peptide가 주류를 이루고 일부 아미노산으로 구성되어 고영양 및 치료용 소재로 이용되는데(Bhaskar eta al 2007), 이에 따라서 가수분해 단백질은 면역활성을 감소시키는 기능이 있어 중증 알러지 소아용 식이조성물 제조에 사용이 되기도 한다(Mahmoud 1994). 또한, 펩타이드는 체내에 쉽게 흡수되기 때문에 스포츠영양에 있어 최적 질소공급원이 되며, 고도의 생물학적 가치가 있는 펩타이드는 다양한 식이제품의 일반적인 단백질 보조제로서 이용성이 높다(Sliet al 2005).

단백질 가수분해물은 효소, 산 및 알칼리 가수분해 방법으로 획득할 수 있는데, 이중 효소적 가수분해 방법이 산업적 활용성이 가장 크다. 효소적 분해방법은 단백질분해효소를 육류 단백질에 작용시켜 단백질을 용해 및 분열시켜 펩타이드 형태의 용해성 물질을 얻을 수 있다. 이 과정에서 육류의 향미를 증진시키는 아미노산이 방출되기 때문에, 식품산업에서 육류 단백질 가수분해물은 향미증진제 같은 기능성 소재로 이용되고 있다. 또한, 산 및 알칼리 가수분해 방법은 가열처리 과정을 거치게 되는데, 이때 열에 의하여 단백질이 응고(coagulation)되어 단백질 변성에 따른 이화학적 품질특성이 변함과 동시에 생산 수율도 낮아지는 단점이 있다.

최근 식품분야에서 고압기술은 식품 생산공정에 있어 살균 또는 멸균 목적의 범주를 벗어나 비가열 처리방법의 하나로 50℃ 이하의 온도에서 식품 영양소 및 고유성분의 파괴나 손실없이 기능성 식품원료를 저분자화 용해하거나 추출하는 목적으로 활용할 수 있는 기술이 시도되고 있다. 특히 고압처리에 의하여 수용화 및 추출율 증대 효과로 저분자화한 생리활성 물질은 인체의 소화흡수율을 극대화함은 물론 유용 성분의 색상, 향미, 영양성분 등을 유지할 수 있는 장점이 부각되면서 기존 가열처리 공정에 의한 제품과 비교시 기능 특성이 차별화된 제품을 생산할 수 있다. 따라서, 50-500 MPa의 고압 및 50℃의 온도에서 처리대상 원료의 분해에 적절한 효소를 작용시켜 분해할 경우 종래 가열처리 공정에 비하여 고품질의 추출 및 분해물을 생산하는데 있어 생산성 및 효율성을 증진시킬 수 있다.

고압조건 300 MPa에서 단백질 분해효소 trypsin은 상압조건보다 활성이 40% 증가하였으나, thermolysin의 경우는 잔존활성이 5% 이하를 보이는 것과 같이 효소의 내압특성은 효소의 작용기작과 밀접한 관계가 있다. 즉, trypsin과 thermolysin효소의 활성부위 구조를 비교해 보면 serine계 단백질 분해효소인 trypsin의 활성부위에는 공유결합만 존재하므로 고압조건에서 파괴되지 않는 반면, metalloprotease의 한 종류인 thermolysin은 아연(Zn)이온이 배위결합에 의하여 활성부위의 아미노산인 histidine과 glutamic acid와 결합을 할 뿐만 아니라 효소의 촉매작용에 있어서 중요한 역할을 한다. 따라서 고압처리는 아연에 의한 배위결합을 파괴하고 그 결과로서 thermolysin은 효소활성을 잃게 되는 것으로 보고되었다(김남수 외, 2010, 한국식품연구원 보고서).

따라서 본 발명의 목적은 육류로부터 얻어지는 가수분해도가 높은 단백질을 제공함에 있다.

본 발명은 육류로부터 얻어지는 단백질을 가수분해함에 있어서, 물 및 물에 대한 기질의 비율 10-40중량%, 기질 대비 단백질 분해효소 0.05-4.0중량%를, 고압처리 시간 4-48시간, 고압처리 압력 25-400MPa, 고압처리 온도 25℃-60℃의 범위에서 고압기를 이용하여 육류 단백질의 가수분해도를 높이는 방법 및 그에 의해 제조되는 가수분해도가 높은 육류 단백질을 제공한다. 이상의 수치한정은 하기의 실시예에 의해 뒷받침된다.

본 발명에서 제안하는 고압효소분해 기술은 저에너지를 사용하여 육류 단백질을 가장 높은 분해율로 추출분리할 수 있어, 이를 이용하여 단백질 음료를 제공할 수 있는 잇점이 있다. 또한 본 발명에 따른 고압효소 단백질 분해기술은 기존의 단백질 추출공정과 비교할 때, 저렴한 비용으로 제조할 수 있어 경제적인 효과가 뛰어난 것으로 판단된다. 또한 가수분해도가 높은 단백질을 제공함으로써 소화흡수율을 극대화할 수 있다.

도 1은 본 발명의 방법에 의해 수득되는 단백질 가수분해물의 제조 공정도를 나타낸 것이다.

이하, 본 발명을 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가지는 자각 용이하게 실시할 수 있도록 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.

이하의 실시예에서 사용한 육류는 육류 단백질로서 대표적으로 섭취되는 것으로 여겨지는 닭가슴살 및 쇠고기로서 시중에서 구입한 원료의 단백질 함량 분석결과는 [표 1]과 같았다. 이하의 실시예에서는 닭가슴살과 쇠고기를 사용하여 실험한 결과를 나타냈지만, 당업자는 본 발명을 다른 육류에도 적용할 수 있음을 용이하게 이해할 수 있을 것이다.

닭가슴살 및 쇠고기의 단백질 함량

	닭가슴살	쇠고기
조단백질 (%)	22.0	23.6

각 과실에 존재하는 단백질 분해효소의 활성도 반응조건은 [표 2]와 같으며, 파인애플의 경우 pH 7.0, 60℃, 키위는 pH 5.0-8.0, 40℃, 파파야는 pH 7.0, 60℃에서 최대 활성을 나타내었다.

과실 추출액중 단백질 분해효소 활성도 반응조건

과실명	반응 온도(℃)	pH	제조사
파인애플 추출액	40-70	5.0-8.0	Dole, Philippine
키위 추출액	40-70	5.0-8.0	Zespri, New Zealand
파파야 추출액	40-80	5.0-8.0	Dole, Philippine

이하의 실시예에서 수득된 단백질 가수분해물은 80-100℃에서 열처리하여 효소를 불활성화 시킨다. 80℃로 효소를 불활성화시킬 경우 30분, 100℃로 불활성화시킬 경우 10분 처리한다. 80℃ 이하로 처리하면 시간을 늘려도 효소가 불활성화되지 아니하며, 100℃에서는 상기 10분에서 충분히 불활성화됨을 확인하였다.

효소를 불활성화시킨 후 단백질 가수분해물을 0.1-100㎛ 크기의 여과재로 여과하여 단백질 가수분해물을 포함하는 음료를 수득한다.

상기 여과된 단백질 가수분해물은 음료의 식감 및 단백질의 변성을 방지하기 위하여 펙틴, 알긴산, 잔탄검, 카라기난, 한천, 대두단백질, 셀룰로오스 및 구아검으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 의 생고분자를 첨가시켜 안정화 시킨다

상기 액체상태의 단백질 음료는 121℃로 살균시킨다.

과실 추출액 및 상업용 효소의 단백질 함량, Brix 및 역가 측정

과실 추출액 효소에서 얻을 수 있는 단백질 함량, Brix(%) 및 0.6% casein에 대한 역가의 비교는 표 3과 같다. 과실 추출액에 함유되어 있는 단백질의 함량은 파인애플, 키위 및 파파야가 각각 0.46%, 0.53% 및 0.59%로 파파야의 단백질 함량이 가장 높게 나타났다. 그리고 당도를 나타내는 Brix(%)를 보면 파인애플, 키위 및 파파야가 각각 14.6%, 13.5% 및 13.7%로 파인애플이 약간 높은 당도를 나타내었다. 과실 추출액의 역가를 상대 비교해 볼 때 파인애플>키위>파파야의 순으로 파인애플이 130.6(Unit), 키위가 73.8(Unit)를 나타낸 반면, 파파야가 상대적으로 매우 적은 6.1(Unit) 역가를 보였다. 과실 추출액중 역가가 가장 높은 파인애플 추출액과 Aalcalase 2.4L 및 Flavourzyme 500 MG을 상대 비교해 보면 파인애플 추출액보다 각각 14.7 및 14,3배 높은 역가를 나타내었다.

과실 및 상업용 효소의 단백질 함량, Brix 및 역가

효소명	총단백질 (%)	Brix(%)	활성도 (Unit)²⁾
파인애플	0.46±0.3¹⁾	14.6±0.3	130.6±3
키위	0.53±0.4	13.5±0.3	73.8±4
파파야	0.59±0.3	13.7±0.2	6.1±2
Alcalase 2.4L	-	-	1912.7±8
Flavourzyme 500 MG	-	-	1859.3±6
¹⁾Values are the meansㅁSD of three determinations. ²⁾ Unit : produce to 1μg of tyrosine per 1 minute

이와 같은 결과로 인하여, 이하의 실시예에서는 파인애플 추출액인 Bromelain만을 사용하여 가수분해도를 측정하였으나 정도의 차이는 있지만 파파야 추출액, 키위 추출액, Aalcalase 2.4L 및 Flavourzyme 500 MG도 육류 단백질의 가수분해도가 Bromelain과 유사하거나 우수할 것으로 예상할 수 있다. 이하의 실시예 5는 그러한 사실을 나타내고 있다.

단백질 가수분해도 측정

본 발명에서 고압조건에서 효소분해에 의한 단백질 가수분해물을 제조함에 있어 가수분해도는 수용성 질소정량법과 아미노산태 질소정량법을 사용하였다. 즉, 수용성 질소정량법은 Kjeldahl 질소정량법을 이용하여 고압처리 후 분해된 수용성 총 질소량을 측정하였다. 시료 3 mL에 진한 황산 12 mL과 분해촉매제를 넣어 420℃에서 1시간 동안 단백질을 분해하였다. 분해액에 과잉의 40% NaOH를 가해 중화·증류하여 유출된 암모니아를 4% 붕산용액에 포집하여 잔존하는 과잉의 NaOH를 0.1N-HCl 표준용액으로 적정하여 분해액에 존재하는 총 질소량을 측정하였다. 아미노산태 질소정량법은 즉, 중성 수용액에서 아미노산에 formaldehyde를 작용시키면 amino기와 formaldehyde가 반응하여 amino기의 염기성이 없어지고 아미노산은 carboxyl기만 남아 산성을 나타내므로 알칼리 표준용액으로 적정하여 아미노산태 질소량을 구할 수 있다. 비이커에 시료용액 10 mL와 증류수 100 mL를 넣어 혼합한 후 pH8.4로 조정하였다. 여기에 pH 8.4로 중화한 formalin 용액 20 mL를 가하여 혼합한 후 0.1N-NaOH 표준용액으로 적정하여 pH 8.4로 조정하였다.

아미노산태 질소(%) =

V₁ : 본시험 적정소비량(mL)

V₀ : 공시험 적정소비량(mL)

F : 0.1N-NaOH 표준용액의 역가

D : 희석배수

S : 시료 채취량(mL)

0.0007 : 0.1N-NaOH 용액 1 mL에 상당하는 질소량(g)

고압 및 효소분해 조건에서 닭가슴살 및 쇠고기 단백질 가수분해도 측정

파인애플에서 추출한 Bromelain(Great Food Co., LTD) 상업용 효소를 사용하여 고압 및 효소분해 조건에서 닭가슴살 및 쇠고기 단백질 가수분해를 실시하였다. 즉, 닭가슴살 및 쇠고기를 습식분쇄기로 30-50 mesh 크기로 마쇄하여 물, 상기 물에 대한 닭가슴살 및 쇠고기의 비율을 10-30중량%, 기질 대비 Bromelain 효소의 농도를 0.01-4.0중량%, 압력 25-200 MPa, 고압처리시간 4-48 시간, 고압분해온도 40-60℃ 조건에서 고압기(TFS-10L, DIMA Puretech Co. Korea)를 이용하여 고압분해를 실시하였다. 고압분해 후 단백질 분해물은 원심분리(5,000g, 30분)하여 회수하고 95℃에서 20분간 효소불활성화 후 50um 크기의 여과재로 여과하고, 121℃에서 가열살균 처리하여 최종 단백질 가수분해물을 획득하였다. 원심분리는 1000-10000×g 범위에서 할 수 있다. 자세한 제조공정도는 도 1과 같다.

파인애플에서 추출한 Bromelain(Great Food Co., LTD,) 상업용 효소를 기질의 중량에 대하여 0.05중량% 사용하여 고압 및 효소분해 조건에서 닭가슴살 및 쇠고기 단백질 가수분해를 실시하였다.

닭가슴살 및 쇠고기의 물 비율에 따른 단백질 가수분해도

물에 대한 기질비율 (%)	단백질 가수분해도(%)
	닭가슴살		쇠고기
	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	아미노태질소
10	40.6	98.2	23.2	90.7
15	42.7	95.9	25.0	92.6
20	43.9	99.7	26.9	98.7
25	43.4	91.3	25.1	89.4
30	39.7	92.2	22.3	87.6
40	39.5	90.4	22.2	86.5

*압력:100MPa, 압력처리시간:16시간, 온도:50℃

이상의 표 4를 살펴보면 닭가슴살과 쇠고기의 물에 대한 기질 비율은 10-30%가 적당함을 알 수 있었다. 최대 효과를 가지는 비율은 20%로써 그 이하 또는 그 이상 기질을 첨가하여도 단백질 가수분해도(%)는 증가하지 않음을 알 수 있었다.

물과 기질 전체 중량에 대하여 물과 기질비율 20%, 파인애플 과즙 효소를 이하의 표 7에 나타난 비율로 첨가하여 닭가슴살과 쇠고기 단백질의 가수분해도를 측정하여 그 결과를 표 5에 나타내었다.

Bromelain 효소농도에 따른 단백질 가수분해도

효소 농도 (%)	단백질 가수분해도(%)
	닭가슴살		쇠고기
	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
0.01	30.5	74.2	15.4	73.6
0.03	33.4	86.5	22.6	84.7
0.05	40.1	98.7	25.2	98.8
0.07	40.6	98.5	25.3	98.8
0.1	41.7	98.1	25.4	98.4
0.2	41.5	98.4	25.5	98.3
0.5	40.7	98.2	24.8	98.4
1.0	40.8	98.3	25.2	98.5
2.0	41.1	98.4	24.8	98.2
4.0	40.3	98.3	24.1	98.2

* 압력: 100 MPa, 압력처리시간: 16 시간, 온도: 50℃, 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%

표 5에 의하면 효소 첨가량 0.05중량%부터 단백질 가수분해도가 유의성 있게 증가함을 알 수 있으나 효소 첨가량을 그 이상 증가시켜도 단백질 가수분해도는 크게 증가하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 경제성까지 고려할 때, 효소 첨가량 0.05%가 가장 적당함을 알 수 있다.

상기 표 5의 실험예와 같은 조건에서 효소 첨가량을 0.05%로 한 것을 달리하고 압력을 25MPa에서 400MPa로 아래와 같이 변경하면서 실험한 결과를 표 6에 나타내었다.

압력변화에 따른 단백질 가수분해도

압력 (MPa)	단백질 가수분해도(%)
	닭가슴살		쇠고기
	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
25	14.7	67.4	10.3	64.6
50	22.6	70.2	22.4	68.4
75	37.7	75.8	23.8	74.2
100	41.8	98.7	25.7	98.3
125	42.9	98.8	25.9	98.4
150	42.4	98.8	26.3	98.3
175	42.6	98.8	25.6	98.3
200	42.5	98.8	25.7	98.4
300	42.6	98.8	25.8	98.5
400	42.6	98.8	25.7	98.5

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 압력처리시간: 16 시간, 온도: 50℃, 효소농도 0.05%

이상의 표 6에 의하면 고압의 압력은 100MPa에서 400MPa의 압력에서 가장 우수한 단백질 가수분해도를 나타내었다. 따라서 경제성까지 고려할 때, 100MPa의 압력이 가장 적당함을 알 수 있다.

압력의 변화에 따른 단백질 가수분해도는 낮은 압력에서도 효소 첨가량을 높이면 증가됨을 확인할 수 있는 바, 이를 이하의 표 7에서 확인할 수 있다.

효소의 첨가량 변화에 따른 압력변화에 따른 단백질 가수분해도

고압분해 조건	단백질 가수분해도(%)
고압분해 조건	닭가슴살		쇠고기
압력(MPa)	효소농도(%)	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
25	4,0	41.6	87.5	24.9	89.1
50	3.5	41.7	88.2	25.4	88.4
75	3.0	42.4	85.5	25.8	86.2

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 압력처리시간: 16 시간, 온도: 50℃

상기 표 6의 실험예와 같은 조건에서 압력을 100MPa로 한 것을 달리하고 압력처리 시간을 아래와 같이 변경하면서 실험한 결과를 표 8에 나타내었다.

압력처리 시간에 따른 단백질 가수분해도

압력처리(시간)	단백질 가수분해도(%)
	닭가슴살		쇠고기
	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
4	13.7	36.5	10.4	33.8
8	18.4	48.1	18.3	46.7
16	41.6	97.5	24.6	97.6
24	42.2	98.1	24.8	97.4
32	41.8	98.2	25.1	97.7
48	42.8	97.6	24.8	97.5

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 압력: 100 MPa, 온도: 50℃, 효소농도 0.05%

표 8의 결과에 의하면 16시간부터 단백질 가수분해도가 유의성 있게 증가하였으나 시간을 그 이상 증가하여도 단백질 가수분해도는 크게 향상되지 아니함을 알 수 있었다. 따라서 경제성까지 고려할 때, 16시간의 고압처리가 가장 적당함을 알 수 있다.

압력처리 시간의 변화에 따른 단백질 가수분해도는 적은 처리 시간에서도 효소 첨가량 및 압력을 높이면 증가됨을 확인할 수 있는 바, 이를 이하의 표 9에서 확인할 수 있다.

효소 첨가량의 변화 및 압력의 변화에 따른 압력처리 시간별 단백질 가수분해도.

고압분해조건			단백질 가수분해도(%)
고압분해조건			닭가슴살		쇠고기
압력(MPa)	효소농도(%)	압력처리(시간)	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
200	1.5	4	42.1	88.5	25.2	87.7
300	1.0	8	43.8	86.8	25.2	86.4
400	0.5	16	43.2	86.3	25.7	87.5

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 온도: 50℃

표 6의 실험예에서 압력처리 시간을 16시간으로 하고 압력처리 온도를 아래의 표 10과 같이 변경하면서 단백질 가수분해도를 측정하여 그 결과를 이하의 표 12에 나타내었다..

압력처리 온도에 따른 단백질 가수분해도

압력처리온도(℃)	단백질 가수분해도(%)
	닭가슴살		쇠고기
	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
25	22.7	62.6	10.2	58.7
30	24.3	68.3	10.8	64.5
40	27.5	72.4	11.5	71.3
45	35.3	76.8	22.6	75.7
50	41.8	98.5	24.4	97.3
55	41.5	98.4	24.8	97.4
60	42.3	98.2	25.0	97.7

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 압력: 100 MPa, 압력처리시간: 16 시간, 효소농도 0.05%

표 10의 결과에 의하면 압력처리 온도 50℃에서부터 단백질 가수분해도가 유의성 있게 증가하였으나 압력처리 온도를 그 이상 상승시켜도 단백질 가수분해도는 크게 증가하지 않음을 알 수 있었다. 따라서 경제성까지 고려할 때, 50℃의 온도가 가장 적당함을 알 수 있다.

온도의 변화에 따른 단백질 가수분해도는 높은 압력에서 낮은 온도에서 고압처리할 경우 증가됨을 확인할 수 있는 바, 이를 이하의 표 11에서 확인할 수 있다.

압력의 증가에 따른 온도별 단백질 가수분해도

고압분해조건		단백질 가수분해도(%)
고압분해조건		닭가슴살		쇠고기
압력처리온도(℃)	압력(MPa)	아미노태질소	수용성질소	아미노태질소	수용성질소
25	400	42.1	85.4	24.8	86.5
30	300	43.8	87.6	25.3	87.2
40	200	41.9	86.7	25.8	87.4

* 닭가슴살 및 쇠고기의 물에 대한 비율: 20%, 압력처리시간: 16 시간, 효소농도 0.05%

기타 효소에 의한 단백질 가수분해도 측정

파인애플에서 추출한 Bromelain(Great Food Co., LTD), 파파야 추출물인 Collupulin MG, Alkalase 및 Flavourzyme 500MG 등과 같은 상업용 효소를 사용하여 닭가슴살과 쇠고기 단백질 가수분해를 실시하였다. 닭고기 및 쇠고기 각각 20g에 효소 종류, 효소 농도 및 고압처리 시간에 따른 조건으로 가수분해를 실시하였다. 원료 육류에 물을 가하여 최종 용량을 150 mL로 맞추어 100 MPa로 50℃에서 5, 16, 64 시간동안 고압처리 하여 가수분해를 실시하였다. 그 결과 Bromelain과 Collupulin의 경우 파인애플 과즙으로 분해했을 때와 마찬가지로 효소 종류에 대한 가수분해도의 차이가 있음을 알 수 있었다. 또한 고압처리시간에 대해서도 비슷한 경향을 보였는데 고압처리 5시간에서 닭가슴살의 경우 약 15.8-17.3%의 가수분해도를 보인 반면 고압처리 16시간일 경우 40% 이상으로 가수분해도가 증가하였다. 고압처리 64시간의 경우 40% 이상의 가수분해도를 나타내었으나 고압처리시간에 비하여 가수분해도의 증가정도는 만족하지 못하다고 판단된다. 따라서 고압처리시간을 16시간 정도로 하고 각각의 상업용 효소를 혼합한 복합효소 시스템을 사용하는 방법을 고려할 수 있다. 쇠고기의 경우 Collupulin 효소를 사용한 고압 가수분해 처리 64시간 후에도 가수분해도가 각각 24.8% 및 17.1% 정도를 보여 닭고기에 비해 가수분해도가 낮았다. 또한, Alcalase와 Flavourzyme 효소를 사용하였을 때 닭가슴살의 경우 16시간 고압효소 분해시 45.8 및 46.2%의 가수분해도를 보였으며, 쇠고기의 경우는 22.1 및 33%의 가수분해도를 보였다. 한편, Alcalase와 Flavourzyme을 동량비로 혼합한 효소를 사용하여 16시간 가수분해의 경우 닭가슴살 및 쇠고기의 가수분해도는 47.9 및 34.6%로 각각 약간씩 증가하였다. 따라서 고압효소분해 시간을 16시간 이상 유지하는 것은 품질과 생산공정 관리면에서 유리하지 않을 것으로 판단된다.

효소 종류, 농도 및 고압처리 시간에 따른 단백질 가수분해 (unit: %)

효소종류 및 첨가량	닭가슴살			쇠고기
	고압분해(시간)			고압분해(시간)
	5	16	64	5	16	64
	아미노태질소			아미노태질소
Bromelain-0.04%	15.8	40.3	42.6	11.6	24.6	24.8
0.07%	17.3	40.6		13.6	23.7
Collupulin-0.04%	14.8	40.4	53.0	8.4	10.2	17.1
0.07%	16.8	43.8		9.5	14.5
Alcalase-100㎕	24.5	45.8	51.1	12.2	22.1	32.5
Flavourzyme-100mg	19.4	46.2	55.6	17.2	33.0	36.8
Alka.50㎕+Flav.50mg	28.7	47.9		17.2	34.6

실험결과로 나타내지는 않았지만, α-chymotrypsin, papain, trypsin acetylated, ficin, thermolysin, pancreatin, protease, pepsin, trypsin 등과 같은 단백질 분해효소도 유사한 결과를 나타내었다.

Bromelain과 Collupulin 효소의 혼합비에 따른 닭가슴살과 쇠고기 단백질 가수분해

표 13에 Bromelain과 Collupulin 효소의 혼합비를 달리하여 첨가하고 기질 20g, 물 80g, 100MPa의 압력, 및 50℃의 온도하에서 16시간 동안 고압처리 하였다. 그 결과 닭가슴살의 경우 모든 혼합효소 조건에서 42~45% 수준의 가수분해도를 나타냈고, 쇠고기의 경우 혼합효소 조건에서 20~26% 범위의 가수분해도를 보였으나, Bromelain 20mg과 Flavourzyme 50 μL의 혼합효소 조건에서는 30%로 높은 가수분해도를 나타내었다.

Bromelain과 Collupulin의 혼합효소에 따른 가수분해도 (unit: %)

혼합효소 종류 및 첨가량	닭가슴살	쇠고기
혼합효소 종류 및 첨가량	아미노태질소	아미노태질소
Bromelain+Collupulin=20mg+20mg	43.8	20.7
Bromelain+Alcalase=20mg+20㎕	44.9	24.5
Bromelain+Alcalase=20mg+50㎕	42.7	22.6
Bromelain+Flavourzyme=20mg+20㎕	41.6	26.4
Bromelain+Flavourzyme=20mg+50㎕	44.4	30.8

닭가슴살 및 쇠고기 가수분해물의 분자량 측정

·GPC를 이용한 단백질 분해액의 분자량 측정

- 고압/효소 처리에 의한 닭고기와 소고기 단백질 분해액의 분자량 측정을 위해 GPC를 이용하였으며 조건은 표 13에 나타내었다. 단백질 분해 후 효소 불활성화 한 여과액을 0.2 μm syringe filter로 여과하여 분석 시료로 사용하였다. 표준물질은 conalbumin(75kDa), ovalbumin(44kDa), carbonic anhydrase(29kDa), ribonuclease A(13.7kDa) 그리고 aprotinin(6.5kDa)을 GE Healthcare(UK)사에서 구입하여 사용하였으며, column의 void volume을 측정하기위해 blue dextran을 사용하였다.

GPC 분석 조건

HPLC	Agilent 1260 Infinity Quarternary LC
Detector	VWD 1260 : 214 nm RID 1260
Column	Superdex^TM 75 10/300 GL (GE Healthcare, UK)
Column oven	25℃
Mobile phase	50 mM phosphate buffer, pH7.0 (0.15% NaCl) (HPLC grade)
Flow rate	0.3 mL/min
Injection volume	20 μL

닭가슴살 및 쇠고기 가수분해물의 분자량 측정결과

가수분해물 분획	분자량 (Da)	조성비(%)
닭가슴살 단백질 가수분해 분획-1 단백질 가수분해 분획-2 단백질 가수분해 분획-3	1700-2400 1000-1700 50-1000	13.5 12.1 74.4
쇠고기 단백질 가수분해 분획-1 단백질 가수분해 분획-2 단백질 가수분해 분획-3	2300-3000 1100-2300 50-1100	13.3 11.2 75.5

닭가슴살 및 쇠고기 가수분해물의 분자량을 측정한 결과를 [표 15]에 나타내었다. 현재 가열처리를 통하여 제조되는 닭고기 가수분해물 분획의 분자량이 4500-10000 Da (57%), 3500-4500 Da (36%), 2640-3500 Da (3%) 및 2640 이하(4%), 쇠고기 가수분해물 분획의 분자량은 107000-195000 Da (36%), 56000-71000 Da (34%), 42000-43000 Da (30%)인 사실에 비추어볼 때 본 발명의 결과로 얻어지는 닭고기 가수해물은 분자량이 1700-2400 Da인 분획이 13.57%, 1000-1700 Da인 분획이 12.1.3%, 50-1000 Da인 분획이 74.4%인 결과를 보였으며, 쇠고기 가수분해물의 경우 분자량 2300-3000 Da인 분획은 13.3%, 1100-2300 Da인 분획은 11.24%, 50-1100 Da인 분획이 75.7%로 체내흡수율이 우수한 단백질 가수분해물로 조성되었음을 알 수 있다.

Claims

닭가슴살로부터 얻어지는 단백질을 가수분해함에 있어서,
물;
상기 물에 대한 닭가슴살의 비율 10-40중량%; 및
상기 닭가슴살 대비 파인애플 추출액, 파파야 추출액 및 키위 추출액으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 단백질 분해효소 0.05-4.0중량%;를,
고압처리 시간 4-48시간, 고압처리 압력 25-400MPa, 고압처리 온도 25℃-60℃의 범위에서 고압기를 이용하여 닭가슴살 단백질의 가수분해도를 높이는 방법에 의하여 제조되는 분자량이 1700-2400Da인 닭가슴살을 포함하는 단백질 음료.
제1항에 있어서,
분자량이 1000-1700Da인 닭가슴살을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 음료.
제1항에 있어서,
분자량이 50-1000Da인 닭가슴살을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 음료.
쇠고기로부터 얻어지는 단백질을 가수분해함에 있어서,
물;
상기 물에 대한 쇠고기의 비율 10-40중량%; 및
상기 쇠고기 대비 파인애플 추출액, 파파야 추출액, 및 키위 추출액으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상의 단백질 분해효소 0.05-4.0중량%;를,
고압처리 시간 4-48시간, 고압처리 압력 25-400MPa, 고압처리 온도 25℃-60℃의 범위에서 고압기를 이용하여 쇠고기 단백질의 가수분해도를 높이는 방법에 의하여 제조되는 분자량이 2300-3000Da인 쇠고기를 포함하는 단백질 음료.
제4항에 있어서.
분자량이 1100-2300Da인 쇠고기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 음료.
제4항에 있어서.
분자량이 50-1100Da인 쇠고기를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 단백질 음료.
제1항 내지 제3항의 어느 한 항에 의하여 제조되는 닭가슴살 단백질 가수분해물에 펙틴, 알긴산, 잔탄검, 카라기난, 한천, 대두단백질, 셀룰로오스, 구아검으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나의 생고분자를 첨가하여 안정화함을 특징으로 하는 단백질 음료.