KR101377586B1

KR101377586B1 - 고상 발효에 의한 항산화 활성 및 총 페놀 화합물 함량이 증진된 차가버섯 발효물의 제조방법

Info

Publication number: KR101377586B1
Application number: KR1020130009572A
Authority: KR
Inventors: 강명화; 김동명
Original assignee: 김동명
Priority date: 2013-01-29
Filing date: 2013-01-29
Publication date: 2014-03-25

Abstract

본 발명은 차가버섯 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 고상 발효하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법, 상기 방법으로 제조된 고상 발효 차가버섯 발효물 및 상기 고상 발효 차가버섯 발효물을 이용한 가공식품에 관한 것이다.

Description

고상 발효에 의한 항산화 활성 및 총 페놀 화합물 함량이 증진된 차가버섯 발효물의 제조방법{Method for producing fermented Inonotus obliquus with increased antioxidant activity and total phenolic compounds by the solid-state fermentation}

버섯의 이용 분야는 식용 및 약용으로 구별할 수 있는데 현재는 식용 분야보다 약용적인 면에서 관심이 더욱 커져가고 있다. 버섯은 특수 미생물이고 각종 영양원이 함유된 유기물에서 물질을 흡수 이용하고 있기 때문에 함유된 물질의 종류도 다양하고 대부분이 특수 물질로 구성되어 있다. 약용버섯의 예로서는 동충하초, 차가버섯, 잎새버섯, 영지버섯, 구름버섯 등이 포함되어 있으며, 이들 버섯이 식용 또는 건강식품으로서 인체에 유익한 것으로 인식되고 있다. 그 중 차가버섯은 최근 다양한 생리활성을 가진 것으로 보고되어 많은 연구가 이루어지고 있다.

차가버섯(Inonotus obliquus 또는 Fuscosporia obliqua)은 소나무비늘버섯과(Hymenochaetaceae)에 속하는 다년생의 담자균 버섯으로, 자연 상태에서 시베리아, 핀란드, 노르웨이, 우크라이나, 훗카이도 등의 북위 45도 이상의 춥고 습한 북반구에 분포하며, 일반적으로 자작나무, 오리나무, 마가목 등의 줄기나 그루터기에 자생하는 극내한성 버섯이다. 백색부후균의 일종으로, 자연 상태에서 성장하면 검은색의 균핵 덩어리가 되어 자작나무 등의 줄기에 기생하는 것으로 알려져 있으며 챠가 또는 차가(Chaga), 봇나무흑버섯, 맥화나무버섯 또는 검은자작나무버섯이라고도 알려져 있다.

차가버섯의 기능성에 대한 연구는 차가버섯 추출물이 항종양활성을 보이며 아로마틱 폴리페놀 성분 중 라노스테롤, 이노토디올, 베툴린과 같은 테르페노이드 물질이 항종양 활성을 가지거나 종양의 활성을 아주 느리게 한다는 사실이 보고되었다. 또한, 차가버섯은 항 돌연변이 활성 및 암세포 성장 억제효과와 항산화 활성 등의 다양한 기능성에 대해 보고되었다. 차가버섯의 알려진 유효성분으로는 β-글루칸, 트리체페놀산, 호로마돈겐, 폴리페놀, 옥시페놀카르본산, 휘노친, 차가산, 바닐라산, 파라옥시향산, 프테린, 스테롤, 리그닌 등의 많은 생리활성성분이 있는 것으로 알려져 있으며, 특히 항산화력에 있어서는 알려진 어떤 버섯보다도 SOD 유사 활성을 나타내는 물질이 가장 많다는 분석결과도 보고되고 있으나, 현재 차가버섯을 이용한 가공기술은 미미한 실정이다.

한국공개특허 제2012-0126338호에는 차가버섯 발효물의 제조방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제0574356호에는 온도별 다단계 추출법을 이용한 차가버섯 추출물의 제조방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법과는 상이하다.

본 발명은 상기한 종래 문제점을 해결하기 위한 것으로, 본 발명은 차가추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 고상 발효하여 고상 발효 차가버섯 발효물을 제조함으로써, 액상발효 및 추출분말에 비해 총 폴리페놀 함량 및 항산화 활성이 증진되는 등의 다양한 기능성을 가지면서 소비자들의 기호에 부합하는 고상 발효에 의한 차가 발효물의 제조방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 차가버섯 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 고상 발효하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 고상 발효 차가버섯 발효물을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 고상 발효 차가버섯 발효물을 이용한 가공식품을 제공한다.

본 발명의 방법으로 제조된 고상 발효 차가버섯 발효물은 항산화 활성이 증진될 뿐만 아니라 총 페놀 함량 등의 기능성이 증진되어, 소비자들의 건강에 유익한 발효물을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명은 기존의 몇 개월에서 수년 소요되었던 발효기간을 2~3일 내로 획기적으로 단축시켜 보다 경제적인 방법으로 차가버섯 발효물을 제조할 수 있는 이점이 있다. 상기 기능성이 증진된 고상 발효 차가버섯 발효물을 이용하여 식품, 의약품, 화장품 산업 등에 가공소재로 이용할 경우 총 페놀 함량 등의 기능성 성분 및 항산화 활성 등의 생리활성 효능이 증가할 뿐만 아니라, 식품의 경우 기호도가 우수한 가공식품을 제공할 수 있어, 차가버섯 생산 농가의 생산력 향상 및 부가가치 증대를 꾀할 수 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은

(a) 분쇄한 차가버섯에 물을 가하여 추출한 후 농축하는 단계;

(b) 상기 농축한 농축물을 건조한 후 분쇄하여 추출분말을 제조하는 단계;

(c) 상기 제조된 추출분말에 물을 가하여 팽윤시키고 건조한 후 증자하고 냉각하는 단계;

(d) 상기 냉각시킨 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 1차 고상 발효하는 단계; 및

(e) 상기 1차 고상 발효한 발효물을 섞은 후 다시 2차 고상 발효한 후 건조하고 분쇄하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법을 제공한다.

본 발명의 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법에서, 상기 (a)단계의 추출에 사용되는 물은 키드니 필터(kidney filter)를 통과시킨 40℃의 물을 사용하는 것이 바람직한데, 상기와 같이 전처리된 물을 사용하여 차가버섯을 추출함으로써, 차가버섯 추출 및 발효에 문제가 되는 유해세균 및 불순물을 제거하면서 미네랄 성분은 통과시켜 차가버섯 발효물 제조에 적합한 물로 전처리할 수 있었다.

또한, 본 발명의 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법에서, 상기 (b)단계의 추출분말은 바람직하게는 분쇄한 차가버섯에 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 1차 추출하여 1차 추출물만 분리하고 남은 차가버섯에 다시 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 2차 추출하여 얻은 2차 추출물에 상기 1차 추출물을 혼합한 후 35~45 Brix로 농축한 농축물을 35~45℃에서 80~100초 동안 건조한 후 분쇄하여 제조할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 분쇄한 차가버섯에 차가버섯 중량대비 물을 20배 가하여 40℃에서 2~3시간 동안 1차 추출하여 1차 추출물만 분리하고 남은 차가버섯에 다시 차가버섯 중량대비 물을 20배 가하여 40℃에서 2~3시간 동안 2차 추출하여 얻은 2차 추출물에 상기 1차 추출물을 혼합한 후 40 Brix로 농축한 농축물을 40℃에서 90초 동안 건조한 후 분쇄하여 제조할 수 있는데, 상기와 같이 차가버섯을 저온에서 추출하여 추출분말로 제조하는 것이 고온 추출로 인한 소실 가능성이 높은 차가버섯의 유효성분을 온전히 회수할 수 있을 뿐만 아니라, 이후의 공정인 고상 발효에 적합한 형태의 분말로 제조할 수 있었다. 그러나 상기 추출온도 및 시간 미만에서 추출할 경우 유효성분이 제대로 추출되지 않은 문제점이 있고, 상기 추출온도 및 시간을 초과하여 추출할 경우 유효성분이 손실되는 문제점이 있다.

또한, 본 발명의 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법에서, 상기 고상발효(solid-state fermentation)는 액상발효(submerged fermentation)와 달리 흐르는 액체 없이 고체기질을 대상으로 미생물을 배양하는 것을 의미하며, 차가버섯을 액상 발효하는 것에 비해 상기와 같이 고상 발효하여 발효물을 제조하는 것이 총 페놀 함량 및 항산화 활성 등의 효능을 증진시킬 수 있었다.

본 발명의 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법은 구체적으로는

(a) 분쇄한 차가버섯에 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 1차 추출하여 1차 추출물만 분리하고 남은 차가버섯에 다시 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 2차 추출하여 얻은 2차 추출물에 상기 1차 추출물을 혼합한 후 35~45 Brix로 농축하는 단계;

(b) 상기 농축한 농축물을 35~45℃에서 80~100초 동안 건조한 후 분쇄하여 추출분말을 제조하는 단계;

(c) 상기 제조된 추출분말에 수분함량이 20~30%(v/w)가 되도록 물을 가하여 3~5시간 동안 팽윤시키고 수분함량이 10~20%(v/w)가 되도록 건조한 후 60~65℃에서 20~40분간 증자하고 냉각하는 단계;

(d) 상기 냉각시킨 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 24~28℃에서 42~54시간 동안 1차 고상 발효하는 단계; 및

(e) 상기 1차 고상 발효한 발효물을 섞은 후 다시 24~28℃에서 9~15시간 2차 고상 발효한 후 53~57℃에서 수분함량이 4~8%(v/w)가 되도록 건조하고 분쇄하는 단계를 포함할 수 있으며,

더욱 구체적으로는

(a) 분쇄한 차가버섯에 차가버섯 중량대비 물을 20배 가하여 40℃에서 2~3시간 동안 1차 추출하여 1차 추출물만 분리하고 남은 차가버섯에 다시 차가버섯 중량대비 물을 20배 가하여 40℃에서 2~3시간 동안 2차 추출하여 얻은 2차 추출물에 상기 1차 추출물을 혼합한 후 40 Brix로 농축하는 단계;

(b) 상기 농축한 농축물을 40℃에서 90초 동안 건조한 후 분쇄하여 추출분말을 제조하는 단계;

(c) 상기 제조된 추출분말에 수분함량이 25%(v/w)가 되도록 물을 가하여 4시간 동안 팽윤시키고 수분함량이 15%(v/w)가 되도록 건조한 후 60~65℃에서 30분간 증자하고 냉각하는 단계;

(d) 상기 냉각시킨 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 26℃에서 48시간 동안 1차 고상 발효하는 단계; 및

(e) 상기 1차 고상 발효한 발효물을 섞은 후 다시 26℃에서 12시간 2차 고상 발효한 후 55℃에서 수분함량이 6%(v/w)가 되도록 건조하고 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다. 상기와 같이 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 모두 접종한 후 고상 발효하여 발효물을 제조하는 것이 총 페놀 함량 등의 기능성 성분 및 항산화 활성 등의 생리활성 효능이 증가할 뿐만 아니라 기호도가 우수한 발효물로 제조할 수 있으나, 균주의 종류 및 발효조건이 상기 조건을 벗어나 발효물을 제조하는 경우 기능성 및 기호도가 감소하는 문제점이 있다.

본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 고상 발효 차가버섯 발효물을 제공한다.

본 발명은 또한, 상기 고상 발효 차가버섯 발효물을 이용한 가공식품을 제공한다. 상기 가공식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 고상 발효 차가버섯 발효물을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 가공식품을 모두 포함한다.

제조예 1: 액상발효 차가버섯 발효물 제조

차가버섯을 절단 및 추말(굵은 가루)을 하여 효소처리가 가능하도록 분말을 제조하였다. 상기 분말로 제조한 차가버섯의 중량대비 물을 10배 첨가하여 퍼콜레이터(percolater) 방법으로 24시간 동안 1차 침지한 후, 물을 차가버섯 중량대비 5배 더 첨가하여 24시간 동안 2차 침지하였다. 상기 1차, 2차 침출액을 혼합하여 30 Brix로 저온농축하였다. 상기 농축한 농축액에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 60~65℃에서 무균적으로 접종하고 혼합하였다. 상기 접종된 배양물을 26±2℃의 배양기에 넣고 48±6시간 동안 1차 액상 발효하였다. 상기 1차 액상 발효 후 26±2℃의 배양기에서 12±3시간 동안 2차 액상 발효하였다.

제조예 2: 차가버섯 추출분말 제조

차가버섯분말 추출에는 키드니 필터(kidney filter)를 통과시킨 40℃의 물만 사용하였다. 차가버섯 원물(채취해서 잘게 잘라 건조시킨 원물)을 물로 세척한 다음 저속 압착 분쇄기로 콩보다 작게 갈아주었다. 크기는 콩보다 조금 작지만 압착분쇄기에 의해 내부 조직이 추출에 용이하도록 부서져 있었다.

추출탱크에 분쇄된 차가버섯을 넣고 키드니 필터(kidney filter)를 통과시킨 물을 차가버섯 중량 대비 20배 부어주었다. 추출탱크에 열선이 장착되어 있어 물의 온도를 40℃까지 올려서 계속 유지시켰다. 추출탱크 속에 부착되어 있는 프로펠러가 천천히 돌아가면서 추출 효율을 올려주었다. 2~3시간 정도 추출하고 추출된 물을 추출탱크에 연결되어 있는 파이프를 통해 2 종류의 필터를 거쳐 진공농축기로 보냈다(추출물을 농축시키는 모든 과정은 진공상태로 진행된다). 추출된 물만 다 빼내고 다시 차가버섯 중량대비 20배 양의 물을 추출탱크에 넣고 2~3시간 추출하였다. 두 번째 추출이 끝나면 추출된 물을 처음과 같이 파이프를 통해 진공농축기로 보내고 추출탱크에 남아있는 찌꺼기는 압착기를 통해 압착시켜 남아있는 물기를 거의 다 빼내서 농축기로 보내주었다.

진공농축기에서 3단계에 걸쳐 건조 직전상태(40 Brix)로 농축시켰다. 3번 농축한 다음 상온(40℃) 진공건조기에 넣어 90초 만에 건조시켰다. 상기 얇은 막 같이 추출건조된 차가버섯을 분쇄기에 넣고 분쇄시켰다.

제조예 3: 고상 발효 차가버섯 발효물 제조

상기 제조예 2의 방법으로 제조된 차가버섯 추출분말에 물로 가수하여 수분함량을 25±5%로 하여 4시간 동안 팽윤시킨 후 건조하여 수분함량을 15±5%로 한 후 60~65℃에서 30분간 증자한 후 상온으로 냉각하였다. 상기 냉각된 원료에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 무균적으로 접종하고 교반하였다.

상기 각각 접종하고 교반한 배양물을 26±2℃의 배양기에 넣고 48±6시간 동안 1차 고상 발효하였다. 1차 고상 발효 후 2차 고상 발효시 발효물을 혼합하여 섞여지게 한 후 26±2℃의 배양기에 넣고 12±3시간 동안 2차 발효하였다. 상기 2차 발효한 발효물을 55±2℃ 열풍건조기에서 수분 6±2%가 되게 건조한 후, 미립자분쇄기로 분쇄하였다.

실험방법

1. 시료의 추출

1 g의 시료를 물에 넣어 녹인 후 희석하여 측정하였다

2. SOD 유사 활성 실험

시료 추출물 0.2 ㎖에 tris-HCl buffer(50 mM tris[hydroxymethyl] amino-methane + 10 mM EDTA, pH 8.5) 3 ㎖과 피로갈롤(pyrogallol) 0.2 ㎖를 첨가하여 25℃에서 10분간 반응시킨 후 1N HCl 1 ㎖를 가하여 반응을 정지시켰다. 반응액 중 산화된 피로갈롤의 양은 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 모든 과정은 3회 반복 측정하였다.

SOD 유사활성 실험 = (A - B)/A×100

A: 시료 무첨가군의 흡광도

B: 시료 첨가군의 흡광도

3. 총 페놀화합물

총 페놀화합물 함량은 Gutfinger의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉 1 ㎎/㎖의 농도로 제조된 시료 추출물 0.1 ㎖를 취하여 2%(w/v) Na₂CO₃ 용액 2 ㎖를 가하고 2분간 방치한 후, 50% Folin-Ciocalteu 시약 0.2 ㎖를 첨가하여 30분간 상온에서 방치하였다. 이 혼합물을 750 nm에서 흡광도를 측정하였다.

4. DPPH 를 이용한 항산화 활성 측정

항산화 활성은 하이드라질(hydrazyl)에 불안정한 상태의 질소원자가 수소원자를 받아들이는 성질을 이용해 항산화 물질과 반응하여 자체의 정색성을 소실하는 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrydrazyl)의 환원력을 이용하는 방법으로 측정하였다. 즉, 시료 추출물을 분광광도계를 사용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하여 다음 식으로 계산하였다.

전자공여능(Electro donating ability, %)=(1-A/B)×100

A: 517 nm에서 시료의 흡광도

B: 517 nm에서 대조군의 흡광도

실시예 1: SOD 유사 활성

상기 제조예 1 내지 3의 방법으로 제조된 시료의 SOD 유사 활성은 하기 표 1과 같다. 그 결과, 제조예 2의 추출분말과 제조예 3의 발효물은 큰 차이를 나타내지 않았고, 액상발효하여 제조된 제조예 1의 발효물은 다른 제조예들에 비해 SOD 유사 활성이 더 낮게 나타났다.

SOD 유사 활성(%)

시료	SOD 유사 활성
제조예 1	96.61894±4.773957
제조예 2	98.89125±1.560780
제조예 3	98.66053±1.887027

실시예 2: 총 페놀화합물 함량

상기 제조예 1 내지 3의 방법으로 제조된 시료의 총 페놀화합물 함량은 하기 표 2과 같다. 그 결과 고상 발효하여 제조된 차가버섯 발효물(제조예 3)이 1.498981 ㎎%로 다른 액상 발효물(제조예 1) 및 추출분말(제조예 2)에 비해 더 높은 페놀 함량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.

총 페놀화합물 함량(㎎% by catechin)

시료	총 페놀화합물 함량
제조예 1	1.08409±0.000000
제조예 2	1.222078±0.001310
제조예 3	1.498981±0.005239

제조예 1 시료의 총 페놀화합물 평균은 1.08409 ㎎%로 스탠다드(standard)에 비교하면 대략 카테킨(catechin) 0.3~0.4 정도 사이의 농도와 비슷하였고, 제조예 2 시료의 평균은 1.222078 ㎎%로 스탠다드(standard)에 비교하면 대략 카테킨 0.4~0.5 정도 사이의 농도와 비슷하였고, 제조예 3 시료의 평균은 1.498981 ㎎%로 스탠다드에 비교하면 대략 카테킨 0.5~0.6 정도 사이의 농도와 비슷하였다(표 3).

스탠다드(standard)의 표준곡선(㎎% by catechin)

	0	0.2	0.4	0.6	0.8	1
평균	0.0065	0.5735	1.1745	1.7	2.184	2.611

실시예 3: DPPH 를 이용한 항산화 활성

상기 제조예 1 내지 3의 방법으로 제조된 시료의 DPPH 라디칼 소거능은 하기 표 4와 같다. 그 결과 액상 발효하여 제조된 제조예 1의 항산화 활성은 31.27866~43.45127%를 나타내었지만, 고상 발효한 발효물인 제조예 3의 항산화 활성은 51.45186~57.97641%를 나타내어, 차가버섯을 액상 발효한 것에 비해 고상 발효한 발효물의 항산화 활성이 더욱 증진되는 것을 확인할 수 있었다.

DPPH 라디칼 소거능(%)

시료	DPPH 라디칼 소거능(%)
시료	반응시간 0분	반응시간 30분
제조예 1	31.27866	43.45127
제조예 3	51.45186	57.97641

Claims

(a) 분쇄한 차가버섯에 물을 가하여 추출한 후 농축하는 단계;
(b) 상기 농축한 농축물을 건조한 후 분쇄하여 추출분말을 제조하는 단계;
(c) 상기 제조된 추출분말에 물을 가하여 팽윤시키고 건조한 후 증자하고 냉각하는 단계;
(d) 상기 냉각시킨 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 1차 고상 발효하는 단계; 및
(e) 상기 1차 고상 발효한 발효물을 섞은 후 다시 2차 고상 발효한 후 건조하고 분쇄하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법.
제1항에 있어서,
(a) 분쇄한 차가버섯에 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 1차 추출하여 1차 추출물만 분리하고 남은 차가버섯에 다시 차가버섯 중량대비 물을 18~22배 가하여 35~45℃에서 2~3시간 동안 2차 추출하여 얻은 2차 추출물에 상기 1차 추출물을 혼합한 후 35~45 Brix로 농축하는 단계;
(b) 상기 농축한 농축물을 35~45℃에서 80~100초 동안 건조한 후 분쇄하여 추출분말을 제조하는 단계;
(c) 상기 제조된 추출분말에 수분함량이 20~30%(v/w)가 되도록 물을 가하여 3~5시간 동안 팽윤시키고 수분함량이 10~20%(v/w)가 되도록 건조한 후 60~65℃에서 20~40분간 증자하고 냉각하는 단계;
(d) 상기 냉각시킨 추출분말에 황국균(Aspergillus oryzae) 및 효모(yeast)를 접종한 후 24~28℃에서 42~54시간 동안 1차 고상 발효하는 단계; 및
(e) 상기 1차 고상 발효한 발효물을 섞은 후 다시 24~28℃에서 9~15시간 2차 고상 발효한 후 53~57℃에서 수분함량이 4~8%(v/w)가 되도록 건조하고 분쇄하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 고상 발효 차가버섯 발효물의 제조방법.
제1항 또는 제2항의 방법으로 제조된 고상 발효 차가버섯 발효물.
제3항의 고상 발효 차가버섯 발효물을 이용한 가공식품.