KR101534387B1 - 발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 gaba 고함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법 - Google Patents

발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 gaba 고함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 본 발명의 발효산약은 산약원말을 홍국균(Monascus sp.)을 이용한 1차 발효; 및 젖산균 균주를 이용한 2차 발효를 수행한 후, 멸균, 건조 공정을 통해 수득한 발효산약을 이용한 기능성 요구르트로서, 종래 요구르트보다 탁월한 항산화 및 고혈압 치료 및 예방효과를 나타내는 고함량의 GABA 성분을 갖는 고기능성 요구르트 제조에 유용하게 이용될 수 있다.

Description

발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법 {A functional yogurt added with the powder of fermented Dioscorea batatas Dence containing high GABA content and showing anti-oxidative and anti-hypertensive activity}
본 발명은 발효 산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
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요구르트(yogurt)는 원유 또는 탈지유를 젖산균, 효모로 발효시켜 만든 유제품으로 산미와 향미가 강화되었으며 우유 성분 이외에 젖산균이 생산하는 락트산 (lactic acid), 펩톤(peptone) 및 펩티드 (peptide) 등이 함유되어 있고, 생리활성물질을 비롯한 젖산균의 장내증식으로 인한 정장작용 등으로 건강증진효과가 있어 수요가 꾸준히 증가하고 있으며(15 Gilliland, S.E. 1989. Acidophilus milk products, review of potential benefits to consumer. J. Dairy Sci. 72, 2483-2489), 젖산균의 주요 특성으로 장내 정상 균총의 유지(34Lee, S.Y., J.J. Ahn, and H.S. Kwak. 2011. Effects of the extract yam powder addition on yogurt properties during storage. Kor. J. Food Sci. Ani. Resour. 31, 66-73.), 면역증진(4Baek, Y.J., H.S. Bae, and H.Y. Kim. 1991. In vivo antitumor effects of lactic acid bacteria on Sarcoma 180 and mouse Lewis Lung Carcinoma. Cancer Resea. and Treat. 23, 188-197.), 항암 효과(1Ahn, Y.T., K.S. Lim, and C.S. Huh. 2006. Current state of functional yoghurt in korea. J. kor. Dairy Techno. Sci. Asso. 46, 677-686.), 장내 유해균 억제(47Yang, S.J., J.W. Yoon, K.S. Seo, H.C. Koo, S.H. Kim, H.S. Bae, Y.J. Baek, and Y.H. Park. 1999. Prophylactic effects of Bifidobacterium longum HY8001 against Escherichia coli O157:H7 and Sallmonella typhimurium DT104 enteric infection and evalulation of vero cytotoxin neutralizing effects. Kor . J. Microbio . Biotech . 27, 419-426.) 및 혈중 콜레스테롤 저하(36Lee, Y.W. 1997. Effect of fermented milk on the blood cholesterol level of Korean. J. Food Hygiene and Safety . 12, 83-96.) 등의 다양한 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 최근 들어 기능성 식품에 대한 소비자들의 관심이 높아짐에 따라 기존의 요구르트가 가지는 기능성 외에 천연의 식품소재를 이용하여 생리활성이 강화된 요구르트를 제조하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
산약 (Dioscorea Rhizome)은 마 (Dioscorea batatas DECNE.) 또는 참마 (Dioscorea japonica THUNB.) 등 마과(Dioscoreaceae)의 주피를 제거한 근경을 그대로 또는 쪄서 말린 것이다.
그러나 상기문헌의 어디에도 산약을 홍국균 (Monascus sp.) 및 젖산균을 이용한 2단계 발효 공정을 통해 얻어진 발효 산약 분말을 첨가한 요구르트에 관한 기술내용이 개시되거나 교시된 바는 없다.
따라서 본 발명자들은 산약 가공식품 연구의 일환으로 진행되었으며, 동시에 새로운 기능성이 부여된 발효산약 함유 요구르트의 제조공정을 확립하는데 필요한 기초자료를 확보하기 위하여 수행하였고 또한 산약을 홍국균 (Monascus sp.) 및 젖산균을 이용한 2단계 발효 공정을 통해 얻어진 발효산약 분말을 첨가한 요구르트를 대상으로 pH, 적정산도, 젖산균수, 총 폴리페놀 함량 및 GABA (γ-aminobutyric acid) 함량변화뿐만 아니라 DPPH radical 소거활성, 환원력(reducing power) 및 ACE 저해활성을 측정한 결과, 종래 요구르트보다 탁월한 항산화 및 고혈압치료 및 예방효과를 나타내는 고함량의 GABA 함량을 갖는 고기능성 요구르트를 발견하여 본 발명을 완성하였다.
상기 목적을 수행하기 위하여, 본 발명은 발효산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트를 제공한다.
또한 본 발명은 발효산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트를 제조하는 제조방법을 제공한다.
본원에서 정의되는 발효 산약은 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주, 모나스쿠스 푸르푸레우스(Monascus purpureus) KFRI1134, 모나스쿠스 필로서스 (Monascus pilosus) KCCM60084, 모나스쿠스 루버(Monascus ruber) KFRI1138, 또는 모나스쿠스 앙카 (Monascus anka) KFRI370 등의 건강기능식품공전에서 인정되는 4종의 균주에 속하는 홍국균주 및 기타 생리기능성 물질 생산능이 인정되는 돌연변이 균주로부터 선택된 하나 이상의 홍국균 (Monascus sp.)을 이용한 1차 발효; 및 락토바실러스 아시도필러스 (Lactobacillus acidophilus) KCTC3171, 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum) KCTC3107, 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59, 락토바실러스 헬베티쿠스 (Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum), 스트렙토코커스 써모필루스 (Streptococcus thermophilus), 및 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 균주들로부터 선택된 하나 이상의 젖산균 균주를 이용한 2차 발효를 연속적으로 수행한 발효 산약,
보다 바람직하게는, 건조 상태의 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주, 모나스쿠스 푸르푸레우스(Monascus purpureus) KFRI1134, 모나스쿠스 필로서스 (Monascus pilosus) KCCM60084, 모나스쿠스 루버(Monascus ruber) KFRI1138, 또는 모나스쿠스 앙카 (Monascus anka) KFRI370 등의 건강기능식품공전에서 인정되는 4종의 균주에 속하는 홍국균주 및 기타 생리기능성 물질 생산능이 인정되는 돌연변이 균주로부터 선택된 하나 이상의 홍국균 (Monascus sp.), 바람직하게는, 홍국균 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주을, 건조 및 멸균 단계를 거친 산약 시료에 홍국 균주를 분말대비 0.1~20%, 바람직하게는, 1~10%, 보다 바람직하게는, 1~5%(v/v)로 접종하고, 발효 온도 1~50℃, 바람직하게는,10~45℃, 보다 바람직하게는, 20~40℃에서 수분함유 상대습도 20~90%, 바람직하게는, 40~80%로, pH 3.0 내지 8.0 바람직하게는, pH 5.0 내지 7.0에서, 발효시간 1일 내지 20일, 바람직하게는 3일 내지 10일 동안 Lin's 배지 등의 발효 배지에 접종하에 10 내지 1000rpm, 바람직하게는, 50 내지 300rpm의 속도로 진탕발효를 수행하여 1차 발효하는 1단계; 상기 1차 발효물에 건조 상태의 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59, 락토바실러스 헬베티쿠스 (Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum), 스트렙토코커스 써모필루스 (Streptococcus thermophilus), 및 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides) 등의 균주로부터 선택된 젖산균 균주, 바람직하게는, 젖산균 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59균주을, 분말대비 0.1~20%, 바람직하게는, 1~10%, 보다 바람직하게는, 1~5%(v/v)로 접종하고, 발효 온도 150℃, 바람직하게는,10~45℃, 보다 바람직하게는, 20~40℃에서 수분함유 상대습도 20~90%, 바람직하게는, 40~80%, 보다 바람직하게는, 50~70%로, 발효시간 1시간 내지 1주일간, 바람직하게는 12시간 내지 48시간동안 락토바실리(Lactobacilli) MRS broth (Difco, Sparks, USA) 등의 발효 배지에 접종하에 1 내지 10회, 바람직하게는 1 내지 3회 2차 발효하여 발효물을 얻은 2단계; 및 상기 2단계의 발효물을 멸균한 후 건조하고 분말화하는 3단계를 포함하는 공정을 통하여 수득한 발효 산약 분말을 포함한다.
본원에서 정의되는 GABA 고함유 기능성 요구르트는 원유 또는 환원유에 탈지분유를 용해하여 혼합물을 제조하는 1단계; 건조 상태의 산약 시료 분말에 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주, 모나스쿠스 푸르푸레우스(Monascus purpureus) KFRI1134, 모나스쿠스 필로서스 (Monascus pilosus) KCCM60084, 모나스쿠스 루버(Monascus ruber) KFRI1138, 또는 모나스쿠스 앙카 (Monascus anka) KFRI370 등의 건강기능식품공전에서 인정되는 4종의 균주에 속하는 홍국균주 및 기타 생리기능성 물질 생산능이 인정되는 돌연변이 균주로부터 선택된 하나 이상의 홍국균 (Monascus sp.)을 접종하고 상기 1단계의 혼합물에 첨가하여 균질화하고 살균하는 2 단계; 상기 살균된 균질화물을 냉각시키고 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59, 락토바실러스 헬베티쿠스 (Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum), 스트렙토코커스 써모필루스 (Streptococcus thermophilus), 및 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 젖산균 균주로 구성된 발효 스타터(starter) 균주를 접종하여 발효과정을 수행하여 발효액을 제조하는 3단계; 및 상기 발효액을 냉각하는 제 4단계를 포함하는 공정을 통하여 본 발명의 GABA 고함유 기능성 요구르트를 제조가능하다.
상기 제조공정의 제 1단계에서, 상기 원유 또는 환원유에 탈지분유를 상대 중량 배합비가 1: 1-20(w/w), 바람직하게는 1: 1-10(w/w)배합비로 배합함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 2단계에서, 상기 살균은 50~200℃, 바람직하게는, 80~150℃에서 10분 내지 24시간, 바람직하게는 20분 내지 60분간 살균함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 2단계에서, 상기 발효 산약은 건조 상태의 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주을, 건조 및 멸균 단계를 거친 산약 시료에 산약 시료 분말 부피 대비 0.1~20%(v/v) 양으로 접종하고, 발효 온도 1~50℃에서 수분함유 상대습도 20~90%로, pH 3.0 내지 8.0에서, 발효시간 1일 내지 20일 동안 Lin's 발효 배지에 접종하에 10 내지 1000rpm의 속도로 진탕발효를 수행함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 3단계에서, 상기 발효액은 건조 상태의 젖산균 Lactobacillus brevis HLJ59균주을, 균질화물 분말 부피 대비 0.1~20%(w/v) 양으로 상기 균질화물에 접종하고, 발효 온도 1~50℃에서 수분함유 상대습도 20~90%로, 1시간 내지 30일간 2차 발효함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 3단계에서, 상기 발효 스타터(starter) 균주는, 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59, 락토바실러스 헬베티쿠스 (Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum), 스트렙토코커스 써모필루스 (Streptococcus thermophilus), 및 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides)등으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 균 균주로 구성된 혼합균주임을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 3단계에서, 상기 발효 스타터(starter) 균주는, 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59, 락토바실러스 헬베티쿠스 (Lactobacillus helveticus), 락토바실러스 카세이(Lactobacillus casei), 락토바실러스 퍼멘툼(Lactobacillus fermentum), 스트렙토코커스 써모필루스 (Streptococcus thermophilus), 및 류코노스톡 메센테로이데스 (Leuconostoc mesenteroides)으로 구성된 군으로부터 선택된 하나 이상의 젖산균 균주로 구성된 혼합균주, 바람직하게는, Lactobacillus acidophilus KCTC3171, Lactobacillus plantarum KCTC3107 및 Lactobacillus brevis HLJ59균주의 상대 중량 배합비가, 1: 1-5:1-5(v/v), 보다 바람직하게는 1: 1-3:1-3(v/v)의 배합비로 배함한 혼합균주임을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 3단계에서, 상기 발효 스타터(starter) 균주의 배합양은 상기 살균된 균질화물 중량대비 약 1 내지 20%(w/w), 바람직하게는, 1 내지 10%(w/w), 바람직하게는, 1 내지 5%(w/w)를 첨가함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 3단계에서, 상기 발효는 발효 온도 1~50℃, 바람직하게는,10~45℃, 보다 바람직하게는, 20~40℃에서 발효시간 1시간 내지 1주일간, 바람직하게는 6시간 내지 24시간동안 발효함을 특징으로 한다.
상기 제조공정의 제 4단계에서, 상기 냉각은 0~10℃, 바람직하게는, 2~6℃에서 수행함을 특징으로 한다.
상기 제조방법으로 제조한 기능성 요구르트에 대하여 pH, 적정산도, 젖산균수, 총 폴리페놀 함량 및 GABA (γ-aminobutyric acid) 함량변화뿐만 아니라 DPPH radical 소거활성, 환원력(reducing power) 및 ACE 저해활성을 측정한 결과, 종래 제조방법으로 제조된 요구르트보다 탁월한 항산화 및 고혈압치료 및 예방효과를 나타내는 고함량의 GABA 함량을 갖는 고기능성 요구르트를 발견하였다.
따라서 본 발명은 상기 제조방법 및 상기 제조방법으로 제조한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트를 제공한다.
상기 외에 본 발명의 GABA 고함유 기능성 요구르트은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 조성물들은 천연 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하진 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0 내지 약 20 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 발효산약 분말을 첨가한 항산화, 항고혈압 활성을 나타내는 GABA 고함유 기능성 요구르트는 pH, 적정산도, 젖산균수, 총 폴리페놀 함량 및 GABA (γ-aminobutyric acid) 함량변화뿐만 아니라 DPPH radical 소거활성, 환원력(reducing power) 및 ACE 저해활성을 측정한 결과, 종래 요구르트보다 탁월한 항산화 및 고혈압치료 및 예방효과를 나타내는 고함량의 GABA 함량을 갖는 고기능성 요구르트 제조에 유용하게 이용될 수 있다.
도 1은 12시간동안 37℃에서 MFCY 발효산약으로 발효한 요구르트의 총 폴리페놀 함량을 나타낸 도이며 (데이타는 평균±SE으로 표기됨);
도 2은 12시간동안 37℃에서 MFCY 발효산약으로 발효한 요구르트의 DPPH 라디칼 소거능을 나타낸 도이며 (데이타는 평균±SE으로 표기됨);
도 3은 12시간동안 37℃에서 MFCY 발효산약으로 발효한 요구르트의 환원력을 나타낸 도이며 (데이타는 평균±SE으로 표기됨);
도 4은 12시간동안 37℃에서 MFCY 발효산약으로 발효한 요구르트의 ACE 효소 저해능을 나타낸 도이며 (데이타는 평균±SE으로 표기됨);
도 5은 12시간동안 37℃에서 MFCY 발효산약으로 발효한 요구르트의 GABA 함량을 나타낸 도이다 (데이타는 평균±SE으로 표기됨).
이하, 본 발명을 실시예 및 실험예에 의해 상세히 설명한다.
단, 하기 실시예 및 실험예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예 및 실험예에 한정되는 것은 아니다.
실시예 1. 발효산약 함유 요구르트의 제조
1.1. 발효산약 분말
본 실험에 사용한 발효산약 분말은 건조 상태의 산약(안동시 농협 파머스마켓, Dioscorea batatas) 100g에 5%의 Monascus sp. MK2 전배양액(v/w)을 넣고 접종하여 30℃에서 7일간 상대습도 80% 내외에서 발효시키는 1단계; 상기 1차 발효된 발효물에 5%의 Lactobacillus brevis HLJ59(v/w)을 넣고 접종하여 37℃에서 2일간 상대습도 80%에서 발효시키는 2단계 공정을 통하여 발효한 발효산약을 60℃에서 항량이 되게 건조한 후 분말화하였으며 (이하, MFCY라 함), 냉암소에 보관하면서 사용하였다.
1.2. 시약
요구르트 제조에 사용된 우유와 탈지분유는 서울우유 (Seoul Milk Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 생산된 제품을 사용하였고, Folin-ciocalteau’s phenol reagent (제품번호-F9252), DPPH(제품번호-D9132), tannic acid (제품번호-403040), GABA(γ-aminobutyric acid, 제품번호-A5835), angiotensin converting enzyme (ACE, 제품번호-A6778), hippuril-L-histidine-L-leucine (HHL, 제품번호-H4884) 등은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였으며, 그 외의 시약은 특급 및 일급 시약을 사용하였다.
1.3. 사용 균주
본 실험에 사용한 균주는 한국생명공학연구원(www.kribb.re.kr)에서 분양 받은 표준균주 및 본 연구실에서 신규 분리한 균주들 중에서 Lactobacillus acidophilus KCTC3171, Lactobacillus plantarum KCTC3107 및 Lactobacillus brevis HLJ59 ( 20 문헌 기재 Jeon, C.P., Y.H. Kim, J.B. Lee, M.S. Jo, K.S. Shin, C.S. Choi, and G.S. Kwon. 2010. Physiological characteristics and angiotensin converting enzyme inhibitory activity of Lactobacillus brevis HLJ59 isolated from salted shrimp. Kor. J. Microbiology. 46, 9-14.)를 사용하였으며, Lactobacilli MRS broth (제품번호-288130, Difco, Sparks, USA)에 접종하고 37℃에서 24시간 2회 계대배양하여 균주를 활성화시킨 후 starter로 사용하였다.
1.4. 요구르트의 제조
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 제조를 위한 첨가비율은 예비실험을 통해 0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2% (w/v)로 결정하였으며,Raw Milk(원유) 100ml에 탈지분유가 5g 첨가된 5% 탈지분유에 상기 2단 발효 산약 분말을 농도별로 각각 첨가하여 균질화한 다음 100℃에서 30분간 살균하였다. 살균된 기질을 실온으로 냉각시킨 후 starter를 2% 젖산균 혼합 균주(3종의 균주를 1:1:1로 혼합)(Lactobacillus acidophilus KCTC3171, Lactobacillus plantarum KCTC3107 및 Lactobacillus brevis HLJ59, 1 : 1 : 1, v/v) 접종하여 37℃에서 12시간 발효시켰다. 발효가 끝난 후에는 저장온도 4℃에서 보관하면서 실험에 사용하였다.
실험예 1. pH 및 적정산도(titratable acidity)
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 pH 및 적정산도를 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다.
2단 발효산약 분말을 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v)로 Raw Milk(원유)와 5% 탈지분유에 첨가하고 혼합 starter를 접종하여 37℃에서 12시간 발효 하였을 때 발효에 따른 pH와 적정산도의 변화를 측정하였다.
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 pH는 pH meter(Orion, model 420A, USA)를 이용하여 3회 반복 측정하였으며, 적정산도는 시료 10 g에 동량의 증류수를 가하여 1% phenolphthalein(P9750, SIGMA)을 3방울을 가한 후 0.1 N NaOH 용액으로 적정하여 엷은 홍색이 30초간 유지되는 시점에서의 소비량을 측정하여 그 적정값을 락트산 (lactic acid) 함량(%)으로 환산하여 표시하였다.
본 실험 결과, 2단 발효산약 분말 첨가에 따른 요구르트의 pH는 표 1과 같이 무첨가군의 경우의 pH 4.05와 비교시에 2단 발효산약 분말 첨가 농도에 따라 높아졌으며 (pH 4.12~4.25), 2단 발효산약 분말 첨가량에 비례하였다. 2단 발효산약 분말 첨가에 따른 요구르트의 적정산도는 표 1과 같이 무첨가군의 경우 0.92%와 비교시 2단 발효산약 분말 첨가 농도에 따라 적정산도 또한 0.94~0.97%로 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Cho 등(8Cho, J.R., J.H. Kim, and M.J. In. 2007. Effect of garlic powder on preparation and quality characteristics of yogurt. J. Kor. Soc . Appl . Biol . Chem . 50, 48-52.)의 결과에서와 같이 마늘 분말의 첨가 농도가 높아질수록 요구르트의 pH 또한 비례적으로 높아졌다는 결과와 같았고 요구르트의 바람직한 pH 범위는 3.27~4.53 사이라는 Chamber(6Chamber, J.V. 1979. Culture and processing techniques important to the manufacture of good quality yogurt. J. Cult . Dairy Prod . 14, 28-34.)의 보고와 일치하였으며, 적정산도는 Rasic 등(42 Rasic, J.L. and J.A. Kurmann. 1978. Yoghurt. Technical Dairy Publishing House. Copenhagen, Denmark, T. p. 103.)이 보고한 0.85~1.20% 범위라는 보고에 적합한 것으로 나타났다.
실험예 2. 젖산균수 측정
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 젖산균수 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다.
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 젖산균수 측정은 시료 1 g에 멸균 식염수 9 ml을 넣고 균질화 한 후 10진법으로 희석하여, Lactobacilli MRS agar (288130, Difco, Sparks, USA) 평판배지에 시료를 도말하고 37℃에서 48시간 배양한 뒤 생성된 집락수를 계수하여 시료 1 ml당 CFU (colony forming unit)로 나타내었다.
본 실험 결과, 2단 발효산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 젖산균수의 변화는 표 1과 같이 2단 발효산약 분말의 첨가 농도가 높아질수록 젖산균수 또한 증가하다가 0.5% 첨가시 1.14×1010 CFU/ml로 가장 높은 젖산균수를 나타내었으며, 이후 첨가 농도에서는 점차 감소하는 것으로 나타났다. 현행 우리나라의 요구르트 축산물 가공 기준 및 성분 규격에 의하면 농후 발효유의 총 젖산균수는 1.0×108 CFU/ml 이상으로 규정하고 있으며, 본 실험의 결과에서도 무첨가군 및 2단 발효산약 분말 첨가군 모두에서 젖산균수는 적정 범위 이상이므로 성분규격에 적합함을 알 수 있었다. 이상의 결과를 보면 2단 발효산약 분말의 첨가에 따라 젖산균의 생육이 증대되는 효과를 보였으나 1%와 2%로 첨가량이 증가 될 때 젖산균의 생육이 0.5% 첨가시에 비해 다소 낮아지는 결과를 보였다. 그러나 1%와 2% 첨가시에도 무첨가군과 비교시 젖산균의 생육을 증진시킨 것으로 나타났으며, 이것은 2단 발효산약 분말에 포함되어 있는 여러 물질들이 젖산균의 증식을 촉진하는 것으로 생각되며 이들 물질에 대한 추가 연구가 필요한 것으로 사료된다.
요구르트의 37℃에서 12시간 동안 젖산균 발효후 MFCY 분맣 첨가에 따른 pH, 산성도, 젖산균의 증식에 미치는 효과
Monascus-Fermented Chinese Yam concentration(%)
0 0.1 0.3 0.5 1 2
pH 4.051)±0.032) 4.12±0.01 4.15±0.01 4.18±0.01 4.22±0.01 4.25±0.01
Titratable acidity 0.92±0.01 0.94±0.01 0.95±0.01 0.96±0.01 0.96±0.01 0.97±0.01
Viable cell counts (CFU/ml) 7.50±0.20
×109 		8.77±0.31
×109 		9.03±0.15×109 1.14±0.07×1010 9.43±0.25×109 8.07±0.35×109
(1)Means are three replication. 2)Data are expressed as mean±SE. MFCY*: MFCY is Monascus-Fermented Chinese yam(Dioscorea batatas Dence). First step fermentation was at 30℃ for 7day by Monascussp. MK2 and second step fermentation was 37℃ for 2day by Lactobacillus brevis HLJ59.)
실험예 3. 총 폴리페놀 함량
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 총 폴리페놀 함량 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다(Swain, T., W.E. Hillis, and M. Oritega. 1959. Phenolic constituents of Prunus domestica. 1. Quantitative analysis of phenolic constituents. J. Sci . Food Agric . 10, 83-88.).
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 총 폴리페놀 함량 측정은 Folin-Denis법(46)을 일부 변형하여 측정하였다. 즉, 원심분리한 상등액의 농도별 시료 50 ul에 2% Na2CO3 용액 1 ml을 가하고, Folin & Ciocalteu's phenol reagents 50 ul를 혼합한 다음 실온에서 30분간 반응시킨 후 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로는 tannic acid (Sigma co., USA)를 사용하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 작성한 검량선으로부터 총 폴리페놀 함량을 계산하였다.
총 페놀성 화합물은 다양한 구조와 분자량을 가진 이차대사산물로 식물계에 널리 분포되어 있으며 free radical을 제거함으로써 산화를 억제하여 활성산소의 소거 및 산화적 스트레스를 막아 항암, 항균, 노화방지 및 심장질환 예방을 예방하는 등의 생리활성 물질로 알려져 있으며 식품, 의약품, 화장품 등 많은 분야에 활용되고 있다(Ferreres, F., D. Gomes, P. Valent, R. Gon, R. Pio, E. A. Chagas, R. M. Seabra, and P. B. Andrade. 2009. Improved loquat (Eriobotrya japonica Lindl.) cultivars: Variation of phenolics and antioxidative potential. Food Chem. 114, 1019-1027.).
본 실험에서는 2단 발효산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 총 폴리페놀 함량을 측정한 결과, 도 1에 나타낸 바와 같이 무첨가군의 139.9 mg/l와 비교시 2단 발효산약 분말의 첨가농도가 증가할수록 161.4~329.9 mg/l로 비례적으로 그 함량 또한 높아지는 것으로 조사되었다. 이는 원재료인 2단 발효산약 분말의 경우 에탄올 추출물을 이용한 총 폴리페놀 함량 측정시 높은 활성을 보였던 바(data not shown), 2단 발효산약 분말의 농도별 첨가에 따른 요구르트의 총 폴리페놀 함량 증가 또한 폴리페놀 화합물의 성분 함량이 증가함에 따른 결과이다.
실험예 4. DPPH radical 소거활성
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 DPPH radical 소거활성 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다 (Blois, M. S. 1958. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature. 181, 1199-1200.).
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) radical 소거활성은 Blois 등(5)의 방법을 일부 변형하여 측정하였다. 즉, 원심분리한 상등액의 농도별 시료 200 ul에 DPPH 용액을 800 ul를 가하여 혼합한 다음 실온에서 10분간 반응시킨 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 DPPH radical 소거활성은 시료첨가구와 무첨가구의 흡광도 차이를 비교하여 나타내었으며, 양성대조군으로 ascorbic acid (SIGMA, A0278)를 사용하였다.
DPPH는 화학적으로 안정화 된 free radical을 가지고 있는 수용성 물질로서 515 nm~525 nm 부근에서 최대흡광도를 가지는 보라색의 화합물로 ascorbic acid, BHA, 토코페롤, 방향족 아민류 등에 의해 환원되어 짙은 보라색이 탈색됨으로서 항산화 물질의 전자공여능을 측정할 때 사용된다(5).
본 실험에서의 2단 발효 산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 DPPH radical 소거활성을 측정한 결과는 도 2에 나타낸 바와 같이 무첨가군의 경우 46% 이었으나 총 폴리페놀 함량과 마찬가지로 발효 홍국산약 분말의 첨가농도가 높아질수록 DPPH radical 소거활성이 54~94%로 나타났으며 비례적으로 그 활성 또한 높아지는 것으로 조사되었다. 이러한 결과는 총 폴리페놀 함량에서와 같이 발효홍국산약 분말의 항산화 활성 성분으로 추측되는 phenol 성분 등에 기인한다.
실험예 5. 환원력(reducing power) 측정
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 환원력(reducing power) 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다(Ferreira, I.C., F.R. Baptista, P. Vilas-Boas, and L. Barros. 2007. Free-radical scavenging capacity and reducing power of wild edible mushrooms from northeast Portugal: Individual cap and stipe activity. Food Chem. 100, 1511-1516.).
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 환원력 측정은 Ferreira 등(12)의 방법을 응용하여 측정하였다. 원심분리한 상등액의 농도별 시료 1 ml에 200 mM 인산 완충용액(pH 6.6) 및 1%의 potassium ferricyanide 1 ml를 차례로 가한 다음 50℃에서 30분간 반응하였다. 여기에 10% TCA용액 1 ml을 가하여 반응을 정지 시킨 다음에 10,000 rpm에서 5분간 원심분리한 후 얻은 상등액 1 ml에 증류수 및 ferric chloride 용액을 각 1 ml씩 혼합한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 시료의 환원력을 흡광도 값으로 나타내었다.
환원력은 Fe3 + 이온을 Fe2 + 이온으로 환원시키는 능력을 측정하는 것으로 환원력이 클수록 강력한 항산화제가 되는데 이러한 환원력의 정도는 항산화활성과 관련이 있는 것으로 알려져 있으며 높은 환원력을 가지는 물질은 흡광도 수치가 높게 나타나게 된다. 2단 발효산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 환원력을 측정한 결과는 도 3에 나타낸 바와 같이 무첨가군의 경우 흡광도가 0.89 이었으나 2단 발효산약 분말의 첨가농도가 높아질수록 흡광도가 1.13~1.53으로 나타났으며 총 폴리페놀 함량과 DPPH radical 소거활성과 마찬가지로 첨가농도에 비례적으로 그 활성 또한 높아지는 것으로 조사되었다. 본 실험에서의 2단 발효 마 분말 역시 높은 폴리페놀 화합물들이 높은 환원력을 나타내었다고 사료된다.
실험예 6. ACE 저해활성
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 ACE 저해활성 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다(Cushman, D.W. and H.S. Cheung. 1971. Spectrophotometric assay and properties of the angiotensin-converting enzyme of rabbit lung. Biochemical Pharmacology . 20, 1637-1648.).
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 ACE 저해활성의 측정은 Cushman과 Cheung의 방법(11)을 일부 변형하여 측정하였다. 즉, 원심분리한 상등액의 농도별 시료 100 ul에 100mM sodium borate buffer (pH 8.3) 100ul를 가한 후, 37℃에서 5분간 전배양시켰다. 여기에 기질로서hippuril-L-histidine-L-leucine (H4884, HLL, Sigma, U.S.A) 용액 50 ul를 가하여 다시 37℃에서 30분간 반응시킨 후 1 N HCl 250 ul를 가하여 반응을 정지시켰다. 여기에 ethyl acetate 1 ml를 가하여 30초간 vortexing한 다음 3,000 rpm으로 15분간 원심분리 한 후 상등액 800 ul를 취하였다. 이 상등액을 120℃에서 40분간 완전히 건조시킨 후 동일조건의 100 mM sodium borate buffer (pH 8.3) 1 ul을 가하여 완전히 용해시켜 228 nm에서 흡광도를 측정하여 ACE 저해활성을 계산하였다.
ACE는 renin-angiotensin-aldosterone system의 중요한 효소물질로서 불활성형의 angiotensin-I 으로부터 C-terminal에서 dipeptide인 His-Leu를 분리시켜 가수분해 함으로서 강력한 혈관수축작용을 하는 angiotensin-II를 생성하는데, 혈압을 감소시키는 bradykinin을 불활성화시키는 효소로서 결국 본태성고혈압의 원인이 되고 있다(3Noh, H. and K. B. Song. 2001. Isolation of an angiotensin converting enzyme inhibitor from Oenanthe javanica. Agric . Chem . Biotechnol . 44, 98-99.8). 따라서 ACE 저해제는 ACE 활성을 저해함으로서 angiotensin-II의 생성저해, aldosterone의 분비 감소, 혈관확장제인 bradykinin의 증가 등의 과정을 통하여 신장혈관을 확장시켜 나트륨의 배설을 촉진시킴으로서 혈압을 낮추어 줄 수 있으며, 이로 인해 심혈관질환 및 뇌혈관질환 등 고혈압과 관련이 깊은 질환을 치료하는데 사용될 수 있다(39Oh, S. J., S. H. Kim, S. K. Kim, Y. J. Baek, and K. H. Cho. 1997. Angiotensin Ⅰ- Converting Enzyme Inhibitory Activity of the K-Casein Fragments Hydrolysated by Chymosin , Pepsin , and Trypsin. Korean J. Food Sci . Technol . 29, 1316-1318.).
본 실험에서의 2단 발효산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 ACE 저해활성을 측정한 결과는 도 4에 나타낸 바와 같이 무첨가군의 경우 ACE 저해활성이 60.2% 이었으나 2단 발효산약 분말의 첨가농도가 높아질수록 ACE 저해활성이 67.1~87.7%로 나타났으며, 이는 앞선 항산화활성 측정 결과에서처럼 첨가농도에 비례적으로 그 활성 또한 높아지는 것으로 조사되었다. 이처럼 2단 발효산약 분말 첨가 요구르트는 고혈압의 예방에 있어서도 기능성이 우수하리라 생각된다.
실험예 7. GABA 함량
상기 실시예에서 수득한 본 발명의 요구르트에 대한 GABA 함량 측정을 위하여 하기와 같이 문헌에 기재된 방법을 이용하여 측정하였다.
2단 발효산약 분말 첨가 요구르트의 GABA 함량 측정은 아미노산분석기(Amino acid analyzer, Sykam, Germany)를 이용하여 정량분석하였다. 발효가 완료된 요구르트를12,000 rpm에서 15분간 원심분리하여 상등액을 0.45 um membrane (Milipore, Co.)으로 여과한 후 상등액을 분석용 시료로 사용하였다.
γ-aminobutyric acid (GABA)는 단백질에서 발견되지 않는 비단백질성 아미노산으로 뇌와 척추에 존재하는 신경전달 물질로서 혈류를 개선하며 뇌의 산소공급을 증가시켜 뇌의 대사촉진 및 뇌 기억을 증진시키는 뇌의 영양제로 알려져 있다. GABA는 신경전달 물질 중 아미노산계 신경전달물질의 대표적인 물질로서 동식물계에 널리 분포되어 있다(14Flora, J., C. Doreen, H.K. Lim, N. Tom. And L. Stephen. 2004. Production of GABA by cultured hippocampal glial cells. Neurochemistry International. 45, 273-283.).
본 실험에서의 2단 발효산약 분말 농도별(0, 0.1, 0.3, 0.5, 1 및 2%, w/v) 첨가에 따른 요구르트의 GABA 함량을 측정한 결과는 도. 5에 나타낸 바와 같이 무첨가군의 경우 GABA 함량이 280.9 mg/l 이었으나, 2단 발효산약 분말의 첨가농도가 높아질수록 GABA 함량이 높아져 304.6~685.4 mg/l으로 나타났으며, 이는 앞선 ACE 저해활성에서와 마찬가지로 첨가농도에 비례적으로 그 함량 또한 증가하는 것으로 조사되었다.
따라서 본 연구에서의 2단 발효산약 첨가 요구르트는 항고혈압 활성 뿐만 아니라 GABA 고함유 기능성 요구르트로서 개발 및 상업적인 제조 가능성이 크다고 사료된다.

Claims (9)

  1. 원유 또는 환원유에 탈지분유를 용해하여 상대 중량 배합비가 1: 1-20(w/w) 배합비로 배합하여 혼합물을 제조하는 1단계; 건조 및 멸균 단계를 거친 산약 시료에 건조 상태의 모나스쿠스(Monascus sp.) MK2균주를 산약 시료 분말 부피 대비 0.1~20%(v/v) 양으로 접종한 후에 제 1단계의 혼합물에 첨가하고, 발효 온도 1~50℃에서 수분함유 상대습도 20~90%로, 발효시간 1일 내지 20일 동안 발효를 수행한 후에 수득된 발효산약을 균질화하고, 50~200℃에서 10분 내지 24시간 살균하여 건조 후 균질화물을 수득하는 2 단계; 상기 살균된 균질화물에 건조 상태의 젖산균 락토바실러스 브레비스 (Lactobacillus brevis) HLJ59균주를, 균질화물 분말 부피 대비 0.1~20%(w/v) 양으로 접종하고, 발효 온도 1~50℃에서 수분함유 상대습도 20~90%로, 1시간 내지 30일간 2차 발효 과정을 수행하여 발효액을 제조하는 3단계; 및 상기 발효액을 0~10℃에서 냉각하는 제 4단계를 포함하는 감마-아미노부티르산(GABA, γ-aminobutyric acid) 고함유 기능성 요구르트의 제조방법.
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