KR101535427B1

KR101535427B1 - 우수한 감미질의 효소처리스테비아 감미료 제조방법

Info

Publication number: KR101535427B1
Application number: KR1020140165475A
Authority: KR
Inventors: 김경재; 배성우; 김래경; 김동환
Original assignee: 주식회사 대평; 김경재
Priority date: 2014-11-25
Filing date: 2014-11-25
Publication date: 2015-07-14

Abstract

본 발명은 효소처리스테비아 감미료에 대한 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 덱스트린 대신 사이클로덱스트린을 이용한 효소반응에 의해 당부가율을 상승시켜 총스테비올배당체 함량과 감미질을 향상시키고 다양한 식품에 대한 활용성을 높일 수 있으며, 흡착수지 및 유기용매에 의한 정제과정없이 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있는 감미료 제조방법에 관한 것이다.
상기 해결수단에 의한 본 발명의 효소처리스테비아 감미료 제조방법은, 스테비아추출물에 당공여체인 사이클로덱스트린를 혼합하여 효소 반응시키되 흡착수지를 이용한 정제과정 없이 당부가율을 향상시킨 효소처리스테비아 감미료를 제조할 수 있다. 특히 당공여체인 당전이 반응물질로 사용되는 사이클로덱스트린 중에서도 가격이 저렴한 β-사이클로덱스트린을 사용하기 때문에 가격경쟁력을 확보하면서, 스테비오사이드에 α-1,4 결합되는 글루코스가 1~15개로 낮은 화합물을 생산함으로 감미가 빠르게 나타나고 감미도도 높은 감미료를 제조할 수 있다.

Description

우수한 감미질의 효소처리스테비아 감미료 제조방법{Method for production of sweet-improved enzymatically modified stevia sweetener}

본 발명은 효소처리스테비아 감미료에 대한 제조방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 덱스트린 대신 사이클로덱스트린을 이용한 효소반응에 의해 당부가율을 상승시켜 총스테비올배당체 함량과 감미질을 향상시키고 다양한 식품에 대한 활용성을 높일 수 있으며, 흡착수지 및 유기용매에 의한 정제과정없이 제조하여 생산성을 향상시킬 수 있는 감미료 제조방법에 관한 것이다.

설탕은 종래부터 음식물의 감미료로서 널리 이용되고 있다. 특히 캔 커피를 비롯한 커피음료나 탄산음료 등의 청량 음료수에는 다량의 설탕이 사용되고 있다. 그러나 최근 건강을 지향하거나 저칼로리를 지향하는 것에 영향을 받아 비만, 당뇨병, 충치의 원인이 되는 설탕의 양을 줄이거나 설탕 대신에 고감미도의 감미료가 이용되는 경향이 나타나고 있다. 이러한 감미도가 높은 감미료로는 남미 파라과이를 원산지로 하는 국화과의 다년생 식물인 스테비아에서 추출한 스테비아 감미료가 대표적이다.

스테비아 감미료의 세계적인 소비처는 북미 30%, 한국 20%, 일본 15%, 중국이 20% 나머지 15%가 기타 나라로 되어있다. 상기 스테비아 감미료는 크게 2가지 종류로 분류될 수 있는데, 첫째 식물체에서 추출, 정제하여 제조되는 스테비아추출물 타입(스테비올배당체)과, 둘째 스테비아추출물에 전분에서 제조된 덱스트린 및 효소를 이용하여 포도당을 부가한 효소처리스테비아로 나눌 수 있다.

한국에서 식품으로서의 소비 형태는 효소처리스테비아(식품첨가물 공전상의 공식명칭) 제품이 전체의 약 95% 이상을 차지하고 있다.

스테비아 감미료 중에서 효소처리스테비아가 가지는 장점은,

① 감미질이 설탕에 가깝고, 쓴 맛이 없고, 감미도가 설탕의 100∼250배로 높기 때문에 실질적으로 무칼로리이다.

② 열과 산에 안정하여 가공, 보존중의 감미 변화가 적다.

③ 미생물의 영양원이 되기 어렵고, 구강에서는 실질적으로 비우식성이다.

④ 메일라드 반응을 일으키지 않고, 식품가공으로 갈변되기 어렵다.

⑤ 젓갈미를 완화시킨다.

⑥ 산미를 완화시킨다.

⑦ 빙점 강하가 작다.

⑧ 침투압을 올리지 않는다.

⑨ 다른 감미료와의 상승효과가 있어서 감미 코스트의 저감에 유효하다.

⑩ 산뜻한 감미질이며 당질 감미료의 걸죽한 맛을 완화한다는 것이다.

그러나, 상기와 같은 장점과 스테비아 잎 추출물에서의 정제공정 및 효소반응에 의한 감미질 보완에도 불구하고 효소처리스테비아는 타 당질 감미료(설탕, 과당 등)와 비교하여 감미의 상승이 느리고, 뒷맛(後味)의 감미가 비교적 오래 남아 감미의 마무리가 나쁜 단점이 있다. 또 상기 스테비아 감미료에 다량 포함되는 스테비오사이드에는 감미와는 별도로 뒷맛에 독특한 떫은맛이나 쓴맛을 수반하는 결점이 있어, 커피 음료, 청량 음료수, 알콜 음료에 이용하면 명확히 위화감을 주는 단점이 있다.

이를 개선하고자 효소처리스테비아에는 다양한 감미질 개선 연구가 이루어졌다.

이 중의 하나가 덱스트린을 이용한 CGTase(Cycloamylose glucano transferase) 효소반응 후, 반응액을 다공성 흡착수지(XAD-7, HP-20)등에 통과시켜 미반응된 덱스트린을 유출시키고 흡착된 미반응 스테비올배당체 및 α-글루코실(glucosyl)화된 스테비올배당체 성분만을 얻는 방법이다.

이를 통하여 발명자들은 덱스트린 량을 스테비올배당체 대비 약 1-5배를 사용하여 당부가율을 높여서 쓴맛성분인 미반응된 스테비올배당체 성분을 최소화함과 동시에 미반응된 덱스트린은 흡착수지를 통하여 제거하여 총스테비올배당체 성분을 높여 감미질을 개선시켜왔다.

상기 방법은 감미질 개선에 가장 표준적인 방법이나, 제조과정 중에 유기용매가 사용되고, 제조공정이 길며, 비용도 많이 소모되는 단점이 있다.

미국공개특허 제2003-0236399호(2003.12.25.공개 이하 '인용문헌1' 이라 함)에서는 Method of improving the quality of taste of natural sweetner(천연감미료의 맛 품질을 향상시키는 방법)을 제시하였다. 상기 인용문헌1은 DE(dextrose equivalent)=4~30인 덱스트로오스, 전분, 덱스트린, 사이클로덱스트린 사용이 가능한 것으로 개시되어 있다. 하지만 실시예 등이 없으며 제품 수율이 75~86%인 것으로 보아 흡착수지를 이용한 정제 공정을 실시하는 것으로 보인다. 이와같이 흡착수지를 사용할 경우 흡착, 세척시 발생되는 폐수의 양이 많고, 흡착된 제품을 용리하기 위해 유기용매가 사용되는 단점이 있다.

일본등록특허 제3104084호(2000.09.01.등록 이하 '인용문헌2' 이라 함)에서는 당화합물 및 그 제조방법을 제시하였다. 상기 인용문헌2는 α-사이클로덱스트린을 사용을 제시하였으나, 사용량이 스테비오사이드 양 기준 50~200배로 많고, 저온 침전으로 결정화하는 방법을 적용함으로 많은 액량을 저온냉각하기 위해서는 많은 양의 냉각수가 필요하며, α-사이클로덱스트린 사용량이 많을 경우 Batch당 생산량이 감소하고 그에 따라 제품의 단가가 높아지는 단점이 있다. 또한, 스테비오사이드에 글루코스가 α-1,4 결합에 의해 6~42개 까지 결합한 화합물이 많아질 경우 감미가 나타나는 속도가 늦어지고, 물 Base에서 침전 결정으로 제조시 제품을 물에 용해할 경우 현탁이 발생할 수 있는 단점이 있다.

일본등록특허 제2798433호(1998.07.03.등록 이하 '인용문헌3' 이라 함)에서는 고감미당부가 스테비아 감미료 및 그 제조방법을 제시하였다. 상기 인용문헌3는 고가의 γ-사이클로덱스트린을 사용하고 있고, 스테비아 추출물과 γ-사이클로덱스트린을 1:1.8의 중량비로 혼합 사용한다. 또한, 인용문헌3는 HP-20 흡착수지를 사용하여 제조함에 따라, 폐수 발생이 많고, 유기용매를 사용해야 하는 단점이 있다.

Food Chemistry(Volume 159, 15 September 2014, Pages 151-156; 이하 '인용문헌4' 이라 함)에서는 Transglycosylation specificity of glycosyl donors in transglycosylation of stevioside catalysed by cyclodextrin glucanotransferase를 제시하였다. 상기 인용문헌4는 α, β-사이클로덱스트린, 전분을 사용하는 것으로 개시되어 있고, 제품 수율이 45%이고 전분 사용시 50~80%인 것으로 보아 정제 공정을 실시한다고 볼 수 있다. 또한, 전분 사용시 글리코실스테비오사이드가 더 많이 제조된다고 개시되어 있으나, 전분의 경우 물에 용해가 잘되지 않아 α, β-아밀라제 또는 글루코아밀라제 효소를 사용하여 전분을 분해 후 당 전이 반응을 실시해야 하는 번거로움이 있다. 만일 α, β-아밀라제 또는 글루코아밀라제 효소를 사용하지 않고 제조할 경우 흡착공정에서 흡착수지에 미반응된 전분이 쌓여 컬럼이 막힐 수 있고, 흡착이나 세척시 발생되는 폐수량이 많고, 유기용매를 사용하여 용리해야 하며, 제조된 제품을 물에 용해하여 장기 보관시 현탁이나 침전이 발생할 수 있는 단점이 있다.

이와같이 기존 인용문헌들은 대부분 정제공정을 수행하여 다량의 폐수가 발생되며, 설비가 더 증가됨으로 시설비용이 증가되는 단점이 있으므로, 이를 개선시키기 위한 새로운 제조방법에 대한 연구가 필요한 실정이다.

미국공개특허 2003-0236399(2003.12.25.공개) - Method of improving the quality of taste of natural sweetner(천연감미료의 맛 품질을 향상시키는 방법) 일본등록특허 제3104084호(2000.09.01.등록) - 당화합물 및 그 제조방법 일본등록특허 제2798433호(1998.07.03.등록) - 고감미당부가 스테비아 감미료 및 그 제조방법

Food Chemistry(Volume 159, 15 September 2014, Pages 151-156) - Transglycosylation specificity of glycosyl donors in transglycosylation of stevioside catalysed by cyclodextrin glucanotransferase

이에 본 발명의 효소처리스테비아 감미료 제조방법은,

스테비아 추출물(스테비올배당체)의 당전이 반응(glycosylation) 물질로 사이클로덱스트린을 사용하여 기존의 다공성의 흡착수지(방향족계, Styrene Type)를 이용한 정제과정 없이 간단히 당부가 반응만 실시해 효소처리스테비아를 생산하고, 이를 다양한 제과, 음료(알콜음료 포함), 식품, 제품 등의 감미제, 풍미 강화제 및 풍미 변형제의 성분 및 시약으로서 사용 가능하게 하는 효소처리스테비아 감미료와 그 제품의 제공을 목적으로 한다.

상기 과제를 달성하기 위한 본 발명의 효소처리스테비아 감미료 제조방법은,

효소처리스테비아 감미료를 제조하는 방법에 있어서, 스테비아 추출물에 당공여체를 용해시키는 제 1공정 용해액에 당전이 효소를 가하여 반응하는 제 2공정 반응이 완료되면 90℃에서 1~2시간 가온하여 효소를 실활하는 제 3공정 실활된 반응액을 여과기에서 규조토로 여과하여 이물을 제거하는 제 4공정 여과된 액을 순간농축기 또는 감압농축기로 농축하여 고형분을 조정하는 제 5공정 농축액을 UHT 살균기로 살균하는 제 6공정 및 살균된 액을 건조기(Spray Dryer)로 건조하는 제 7공정을 포함하여 이루어진다.

상기 제1공정의 스테비아 추출물은, 레바우디오사이드 에이 함량 8~99%인 스테비올배당체 함량이 80%이상인 것을 사용한다.

상기 제1공정에서 당공여체는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린 및 γ-사이클로덱스트린으로부터 일종 선택 사용할 수 있고, 상기 스테비아 추출물과 상기 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린 및 γ-사이클로덱스트린으로부터 일종 이상 선택한 당공체의 혼합비율은 1: (0.2~1.5)의 범위로 혼합되고, 바람직하게는 1:(0.8~1.3)의 범위로 혼합된다.

상기 제2공정에서 당전이 효소는 사이클로덱스트린글루카노트랜스퍼라제(CGTase) 또는 α-아밀라제인 것을 특징으로 하고, 상기 당전이 효소는 스테비아 추출물 100중량부에 대해 0.1~10중량부로 혼합되고, 바람직하게는 1.3~1.8중량부로 혼합 사용할 수 있다.

상기 제조방법에 의해 제조된 효소처리스테비아 감미료는 식품 및 식품첨가물로 사용할 수 있고, 대표적인 식품 및 식품첨가물로는 커피음료, 청량음료, 쥬스음료, 분말음료, 유제품 및 알콜음료로 이루어진 음료 또는 캔디 또는 과자이다.

상기 해결수단에 의한 본 발명의 효소처리스테비아 감미료 제조방법은,

스테비아추출물에 당공여체인 사이클로덱스트린를 혼합하여 효소 반응시키되 흡착수지를 이용한 정제과정 없이 당부가율을 향상시킨 효소처리스테비아 감미료를 제조할 수 있다. 특히 당공여체인 당전이 반응물질로 사용되는 사이클로덱스트린 중에서도 가격이 저렴한 β-사이클로덱스트린을 사용하기 때문에 가격경쟁력을 확보하면서, 스테비아추출물에 α-1,4 결합되는 글루코스가 1~15개로 낮은 화합물을 생산함으로 감미가 빠르게 나타나고 감미도도 높은 감미료를 제조할 수 있다.

또한, 흡착수지에 의한 정제과정이 없으므로 효소반응 후 즉시 건조하여 제조할 수 있어 공정을 단순화할 수 있고, 기존 대비 폐수발생량을 대폭적으로 감소시킴은 물론 유기용매를 사용하지 않으므로 생산량도 증가시킬 수 있는 등 생산성을 향상시킬 수 있는 유용한 방법의 제공이 가능하게 되었다.

도 1은 본 발명의 제조 순서를 도시한 공정도.
도 2는 사이클로덱스트린의 구조와 모양을 나타낸 도면.
도 3a와 도 3b는 감미료 제조공정에서의 효소처리스테비아 당전이율분석을 나타낸 크로마토그램.
도 4a와 도 4b는 본 발명의 실시예에 따른 성분별 구성비를 나타낸 그래프.

이하 본 발명을 보다 상세히 설명하며 본 발명의 실시예는 본 발명의 기술적 사상의 내용과 범위를 쉽게 설명하기 위한 예시일 뿐, 이에 의해 본 발명의 기술적 범위가 한정되거나 변경되는 것은 아니다. 또한 이러한 예시에 기초하여 본 발명의 기술적 사상의 범위 안에서 다양한 변형과 변경이 가능함은 당업자에게는 당연할 것이다.

도 1은 본 발명의 제조 순서를 도시한 공정도이다.

참조한 바와같이 본 발명에 따른 효소처리스테비아 감미료 제조방법은, 스테비아 추출물에 당공여체를 용해시키는 제 1공정 용해액에 당전이 효소를 가하여 반응하는 제 2공정 반응이 완료되면 90℃에서 1~2시간 가온하여 효소를 실활하는 제 3공정 실활된 반응액을 여과기에서 규조토로 여과하여 이물을 제거하는 제 4공정 여과된 액을 순간농축기 또는 감압농축기로 농축하여 고형분을 조정하는 제 5공정 농축액을 UHT 살균기로 살균하는 제 6공정 및 살균된 액을 건조기(Spray Dryer)로 건조하는 제 7공정을 포함하여 이루어진다.

상기 제1공정의 스테비아 추출물은, 레바우디오사이드 에이 함량 8~99%인 스테비올배당체 함량이 80%이상인 것을 사용하는 것이 바람직하며, 상기 제1공정에서 당공여체는 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린 및 γ-사이클로덱스트린으로부터 일종 이상 선택 사용할 수 있으며, 특히 가격이 저렴하고 당전이율이 높게 나타나는 β-사이클로덱스트린을 사용하는 것이 더 바람직하다.

이때 상기 스테비아 추출물과 상기 α-사이클로덱스트린, β-사이클로덱스트린 및 γ-사이클로덱스트린으로부터 일종 이상 선택한 당공체의 혼합비율은 1: (0.2~1.5)의 범위로 혼합되고, 바람직하게는 1:(0.8~1.3)의 범위로 혼합될 수 있다.

또한, 상기 제2공정에서 당전이 효소는 사이클로덱스트린글루카노트랜스퍼라제(CGTase) 또는 α-아밀라제이며, 상기 당전이 효소는 스테비아 추출물 100중량부에 대해 0.1~10중량부로 혼합되고, 바람직하게는 1.3~1.8중량부로 혼합 사용할 수 있다.

이와같이 제조된 효소처리스테비아 감미료는 식품 및 식품첨가물로 사용할 수 있다.

또한, 상기 식품 및 식품첨가물에는 커피음료, 청량음료, 쥬스음료, 분말음료, 유제품 및 알콜음료로 이루어진 음료 또는 캔디 또는 과자를 포함할 수 있다.

본 발명에 사용되는 스테비아추출물(스테비올배당체)은 구조식 1에 나타난 바와같은 구조를 갖고 있으며, 표 1을 참조한 바와같은 감미성분으로 혼합되고, 메인 감미성분이 스테비오사이드(Stevioside) 및 레바우디오사이드 에이(Rebaudioside-A)이며, 이외의 성분은 둘코사이드 에이(Dulcoside-A), 레바우디오사이드 씨(Rebaudioside-C)등이다.

상기 감미성분 중 메인성분인 스테비오사이드(Stevioside) 및 레바우디오사이드 에이(Rebaudioside-A)는 전체 성분 중에서 50%이상을 차지한다.

이러한 스테비아추출물은 중량당 총스테비올배당체량이 약 80% 이상인 것을 사용하는 것이 바람직하다. 여기서 총스테비올배당체 함량은 국제적으로 스테비오사이드(Stevioside) 및 레바우디오사이드 에이(Rebaudioside-A)의 표준품으로 9가지 성분을 분자량 환산방법으로 HPLC에 의하여 분석된다.

[구조식 1]

다음으로 당공여체로 첨가되는 사이클로덱스트린은, 전분에 바실러스 마세란스(Bacillus macerans)를 생성하는 전이효소(Cycloamylose glucano transferase : 이하 CGT-ase)를 작용시키므로 생성되며, 포도당 6∼12개가 환상 결합된 특수한 구조를 가진 환상(Ring) 말토올리고당이다.

1891년 Villiers가 발견하였고 1904년 Schardinger에 의하여 분자구조가 밝혀졌으며 1951년에 Cramer가 사이클로덱스트린에 의한 색소의 포접 안정화를 발표한 이래 많은 연구가 진행되었다.

현재 사이클로덱스트린의 응용이 활발히 진행되고 있고 사용량의 90%이상이 식품분야이다. 실제 이용되고 있는 분야는 처음에 향료, 향신료의 안정화, 색소의 안정화에 있었으나 최근에는 유화작용의 이용과 분말기재 및 건조 보조제등으로 구체화되고 있다.

사이클로덱스트린의 물리화학적 특성으로는 환상 분자 내에 다른 분자를 넣어 안정화시키는 작용(포접 작용)을 가지며 용액상태에서 포접 복합체가 침전하는 경우가 있다. γ-사이클로덱스트린은 물에 녹기 쉬우나 메탄올, 에탄올, 아세톤 및 에테르에는 거의 녹지 않는다. 상기 사이클로덱스트린의 포도당 환상구조는 도 2를 참조한 바와같이 α-1,4 결합된 (C₆H₁₀O₅)n분자를 가진 비환원성 올리고당이며, 공동의 내부에는 수소가 배열되어 있어 소수성(Hydrophobic)을 나타내고 환상구조의 외부는 수산기가 배열되어 친수성(Hydrophilic)을 갖는다. 따라서 사이클로덱스트린의 소수성인 공동 내에는 지용성물질이 결합(포접 기능)되는 특성을 가진다.

즉, 포접기능을 갖고, 친수, 소수의 두 성질이 있으며, 각종 산 알카리에 대한 견디는 성질을 가지고 있고, 가열와 습도에 대해 강한 성질이 있다.

이러한 사이클로덱스트린의 성질은 하기 표 2에 나타내었다.

상기 사이클로덱스트린의 제조방법은 액화전분에 CGT-ase를 작용시켜 정제하여 제조한다. 전분의 호화액 또는 액화액에 CGT-ase를 작용하면 α, β, γ-사이클로덱스트린과 곁사슬 부분이 많은 미반응 덱스트린의 혼합물이 얻어지는데 α, β, γ-사이클로덱스트린의 생성 비율은 CGT-ase 생균의 균종과 반응조건에 따라 다르다.

제법으로는 유기용매법, 무기용매법, 알코올에 의한 사이클로덱스트린 증수법 등이 있고 최근에는 막에 의한 사이클로덱스트린 증수법을 이용하고 있다. 막을 이용한 방법은 UF(Ultra filt)막을 이용하여 CGT-ase의 작용으로 생성한 사이클로덱스트린을 막투과시키고 미반응의 덱스트린과 CGT-ase를 순환하여 생성률을 증가시킨다. 사이클로덱스트린액은 내열성 나선형 RO막(Diafiltration)농축법을 이용하여 농축시키고 농축된 액을 분무건조기로 분무·건조하여 제조한다.

본 발명에서는 상기 사이클로덱스트린의 3가지 종류를 모두 사용할 수 있으나, 비교적 가격이 저렴한 β-사이클로덱스트린을 사용하는 것이 좋으며, 순도는 약 98% 이상의 제품을 사용하는 것이 바람직하다.

본 발명은 물 또는 소수성 유기용매 중에 스테비아추출물(스테비올배당체)과 당 공여체(사이클로덱스트린)를 녹이거나 분산시킨 후 당전이 효소를 사용하여 당전이 효소처리스테비아를 제조한다. 여기서 상기 당전이 반응에 사용되는 효소는 α-전이를 일으키는 바실러스 속(Bacillus sp .) 클렙지엘라 속(Klebsiella sp .), 대장균(E. coli) 기원의CGTase를 사용한다.

또한, 반응에 사용하는 스테비오사이드와 레바우디오사이드 A를 포함하는 스테비아 추출물의 농도는 약 0.1~40%(w/w)이며, CGTase 사용량은 스테비오사이드와 레바우디오사이드 A를 포함하는 스테비아 추출물(스테비올배당체)의 0.1~10%(w/w)가 좋다.

본 발명의 제조공정과 기존 효소처리스테비아 제품 제조공정을 비교하여 하기 표3에 나타내었다.

통상적으로 일반적인 효소처리스테비아 제품보다 감미도, 감미질이 더 우수한 제품을 제조하기 위해서는 그 만큼 더 많은 제조공정을 통해 순도를 향상시키거나 반응성을 향상시키는 방법이 적용되었다.

하지만 본 발명의 제조방법은 사이클로덱스트린을 사용하되 가격이 저렴하고 당전이율이 높은 β-사이클로덱스트린을 사용하여 제조비용을 절감시키면서 수지를 이용한 흡착공정을 포함하는 후처리공정을 제거하여 공정을 단순화에 의한 공수절감 등 생산성을 향상시키는 효과를 제공할 수 있다.

즉, 표 3을 참조한 바와같이 본 발명의 제조방법은 기존 효소처리스테비아 제조공정에서 수행하는 효소반응 후의 흡착수지를 통한 미반응덱스트린을 배출시키고, 흡착수지를 세척하고, 흡착수지에 흡착된 스테비올배당체를 유기용매에 용리시켜 분리시킨 다음 알코올을 회수하여 스테비올배당체를 수취하는 공정을 수행하지 않아도 우수한 품질의 효소처리스테비아인 감미료를 제조할 수 있다.

상기한 바와 같이 본 발명의 제조방법에 의해 감미질이 개선된 감미료는 단독으로 사용할 수도 있으나, 솔비톨, 말티톨, 환원물엿, 자일리톨, 트레할로스, 에리스리톨 등의 설탕보다 감미도가 낮은 저칼로리 감미료와 병용할 수 있고, 특히 병용된 감미료의 특성을 해치지 않고 더욱 강한 단 맛을 부여할 수 있어 양질의 저칼로리 감미료 제제로 만들 수 있다.

또한 본 발명의 제조방법으로 얻어지는 감미료의 건조물은 담황색~백색을 나타내는 무취의 분말이다. 따라서, 감미료는 건조물 단독 또는 희석제로서 설탕, 과당, 포도당, 유당, 이성화당, 물엿, 덱스트린, 전분 등의 당질계 감미료와 병용한 상태로 적절히 사용할 수도 있다. 또한, 감초 추출물, 사카린, 아스파르탐, 아세설팜칼륨, 슈크랄로스 등의 비당질계 고감미도 감미료와 조합하여 적절히 사용할 수도 있다.

이하 실시예를 통해 본 발명에 따른 효소처리스테비아 감미료 제조방법을 설명한다.

< 실시예1 -본 발명의 공정에 의한 효소처리 스테비아 제조>

스테비아추출물 40g과 β-사이클로덱스트린 32g을 물350ml에 용해하였다.

용해된 액의 pH를 5.6로 조정하고, 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0L)를 1.4g 첨가한 후 24시간 반응시켰다.

반응이 완료되면 반응액을 90℃에서 1시간 가온하여 효소를 실활하였다.

실활된 액을 그대로 건조하여 감미료를 제조하였다.

< 비교예1 -기존공정에 의한 감미료>

일반적인 효소처리스테비아 제품[(주)대평 흡착품]을 사용하였다.

< 실험예1 - 효소처리스테비아 당전이율분석 크로마토그램 측정>

상기 실시예1과 비교예1의 감미료 제조공정에서의 효소처리스테비아 당전이율분석 크로마토그램을 도 3a와 도 3b에 나타내었다.

참조하면 7.5~7.6분대 피크가 스테비오사이드이고, 9.9~10.1분대 피크가 레바우디오사이드 A이고, 11.5~11.7분대 피크가 ST-G1이고, 15.4~15.6분대 피크가 RA-G1이고, 18.1~18.3분대 피크가 ST-G2이고, 24.8~25.3분대 피크가 RA??G2(레바우디오사이드-에이 성분에 글루코스가 2개 부가된 성분)임을 알 수 있다.

< 실험예2 - 감미성분 당전이율 분석>

본 발명에서의 당전이율 분석은 다음 조건에 따라 고속액체크로마토크래피(HPLC)에 의해 실시하였다.

- 컬럼 : TSKgel Amide-80 5NI(TOSOH) 4.6mmID * 25cm

- 이동상 : CH₃CN : H₂O = 70 : 30

- 컬럼온도: 35℃

- 유속 : 0.8 ㎖/min

- 검출 UV : 210㎚

- 주입량 : 20㎕

- 당전이율 계산식

ST : 스테비오사이드(Stevioside), RA : 레바우디오사이드 에이(Rebaudioside-A)

측정된 당전이율은 본 발명의 실시예1은 82.72% 이고, 비교예1은 80.29%로 나타난 바 실시예1의 당전이율이 더 높게 나타났다.

또한, 각 성분에 대한 구성비율을 전체 100%로 하고 나타낸 성분별 구성비를 도 4a와 도 4b에 나타내었다.

참조한 바와같이 본 발명의 제조방법으로 제조된 실시예1이 기존공정으로 제조된 비교예1 보다 미반응 스테비오사이드(ST)와 레바우디오사이드 에이(RA)의 함량비율은 낮고, 전이된 스테비오사이드(ST)와 레바우디오사이드 에이(RA)의 함량비율은 높게 나타남을 알 수 있다.

<실험예3- 스테비올배당체 함량분석>

스테비올배당체 함량은 ① 스테비올의 함량과 ② 배당체중의 당 함량을 합한 값으로 하였다.

1) 스테비올 정량 방법

측정대상 감미료를 100mg을 정밀히 달아 30ml의 삼각플라스크에 넣었다.

20%황산 10ml를 가해주고 환류냉각기를 부착한 다음 수욕상에서 2시간 가열한 후 흐르는 물에 냉각시켰다.

내용물을 물 10ml를 사용하여 분액깔대기에 옮겨주고 다시 삼각플라스크를 에테르 30ml씩으로 3회 씻어주고 세액을 분액깔대기에 합쳐서 잘 흔들어 섞어준 다음 정치시킨다.

물층을 제거한 에테르층은 물 20ml씩 2회 씻어준 다음 물층을 완전히 제거하고 에테르층은 별도의 플라스크에 옮겨주고 분액깔대기는 에테르 10ml씩으로 2회 씻어주고 세액은 플라스크에 합한 다음 이에 무수황산나트륨 15g을 가하여 잘 흔들어 섞어준 후 경사되게 하여 에테르층을 다시 별도의 플라스크에 옮겨준다.

남은 무수황산나트륨은 에테르 10ml씩으로 2회 씻어준 다음 세액을 플라스크에 합한 후 에테르를 유거시키고 잔류물에 초산에틸 10ml를 가하여 용해하고 4%(v/v)디아조메탄에테르용액 3ml를 가하여 마개를 잘 막고 가끔 교반시키면서 20분간 방치한다.

이 액에 초산 0.5ml를 넣어 잘 흔들어 섞은 다음 내부표준용액인 스쿠알렌의 n-부틸알콜용액(12.5mg/ml) 2ml를 가하여 시험용액으로 한다.

또한, 105℃에서 2시간 건조한 스테비오사이드 표준품 50mg을 정밀히 달아 시험용액의 경우와 동일하게 조작한 것을 표준용액으로 한다.

시험용액 및 표준용액 각각을 다음의 조작조건으로 가스크로마토그래프에 주입하고 다음 식에 따라 스테비올의 함량을 구한다.

-스테비올함량 계산식

A : 시험용액의 이소스테비올메틸에스테르의 스쿠알렌에 대한 피크면적비

AS : 표준용액의 이소스테비올메틸에스테르의 스쿠알렌에 대한 피크면적비

K : 스테비올로 환산계수 318.46/804.88 = 0.3957

여기서 상기 가스크로마토그래프의 조작조건은 다음과 같다.

칼럼 : DB-17(30m × 250㎛ × 0.25mm) 또는 이와 동등한 것

검출기 : 수소이온화검출기(FID)

주입구온도 : 260℃

칼럼온도 : 235℃

검출기온도 : 260℃

캐리어 가스 및 유량 : 질소 또는 헬륨, 이소스테비올메틸에스테르가 7~15분 후에 나타날 수 있도록 칼럼온도 및 캐리어가스의 유량을 조정한다.

2) 배당체중의 당함량

시험용액 조제 - 측정대상 감미료를 약 1.0g을 정밀히 달아 물 50ml에 녹인 다음 이 액을 효소처리스테비아용 흡착수지(Amberlite XAD-7) 50ml를 사용하여 만든 직경 2.5㎝의 수지칼럼에 주입하고 1분간 3ml이하의 속도로 유출시킨 다음 물 250ml를 사용하여 칼럼을 씻어준다.

이어서 50%(v/v)에틸알콜 또는 90%(v/v)메틸알콜 250ml를 1분간 3ml이하의 유속으로 통과시켜 흡착된 성분을 용출시킨 다음 이 액을 감압농축기로 농축건고 하고 잔류물에 물을 가하여 녹여주고 전량을 500ml로 한 후 다시 1ml를 취하여 물을 가하여 50ml로 한 것을 시험 용액으로 한다.

시험조작 : 시험용액 2ml를 정확히 공전시험관에 취한 다음 이를 얼음물 중에서 냉각시키면서 안트론시액 6ml를 정확히 가해주고 양 액이 완전히 혼합될 때 까지 잘 흔들어 섞어준다. 이어서 끓는 수욕중에서 정확하게 16분간 가열하고 얼음물에 냉각한 다음 포도당표준곡선으로부터 시험용액의 포도당농도(㎍/ml)를 구한다. 포도당표준곡선은 미리 105℃에서 2시간 건조한 포도당을 사용하여 1ml당 10㎍, 30㎍, 50㎍의 포도당을 함유하는 포도당표준용액에 대하여 시험용액과 동일 조작하여 얻어진 각각의 흡광도의 농도로부터 작성한다.

다음의 계산식에 따라 스테비올배당체를 구성하는 당 함량을 구한다.

-스테비올배당체 계산식

b : 표준곡선에서 얻은 시험용액의 포도당 농도(㎍/ml)

Y: 건조물로 환산한 검체의 채취량(g)

이상과 같은 계산식에 의해 계산된 스테비올의 함량과 배당체중의 당 함량의 합한 값인 총스테비올배당체 함량은 비교예1은 90.1% 이나, 실시예1은 93.2%로 높게 나타났다.

< 실험예4 - 감미도 및 감미질 평가>

1) 실시예1의 감미료를 0.05% 농도로 용해시킨 수용액의 감미도와 감미질의 관능검사는 비교예1의 방법으로 제조되는 일반적인 효소처리스테비아 제품[(주)대평 흡착품]과 비교시료로 하여 패널 36명을 대상으로 실시하였다.

감미도의 시험은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실시예1의 감미료를 이용한 0.05% 수용액과, 예비 테스트에 의해 거의 같은 감미도로 조정된 비교예1인 일반적인 효소처리스테비아 제품을 0.04~0.07% 수용액으로 조정하였다.

비교예1의 농도가 서로 다르게 혼합 수용액을 기준으로 본 발명의 실시예1의 감미료를 0.05% 농도로 용해시킨 수용액의 감미 강도를 측정하였다.

평가는 감미가 강함, 동일함, 약함의 3단계로 하여 각 농도마다 평가에 대한 패널수를 표시하여 표 4에 나타내었다.

참조한 바와같이 비교예1을 0.06% 농도로 혼합한 수용액이 본 발명의 실시예1의 0.05% 농도로 혼합한 수용액과 유사한 감미질이 나타남을 알 수 있었다.

따라서, 본 발명은 기존 감미료보다 약 1.2배 높은 감미도가 나타남을 알 수 있으므로, 동일한 감미도를 제공하기 위해 투입되는 감미료의 량을 줄일 수 있는 효과가 있다.

2) 아울러 상기 유사한 감미강도를 갖는 실시예1의 감미료가 0.05%농도로 용해된 수용액과 비교예1의 일반적인 감미료가 0.06% 용해된 수용액을 이용하여 감미질을 평가하였다.

감미질은 쓴맛, 단맛의 끌림, 단맛의 부드러움, 종합적 미질로 하였고, 평가는 감미가 상대적으로 강함, 동일함, 약함의 3단계로 하여 각 평가에 대한 패널수를 표시하여 표 5에 나타내었다.

참조한 바와같이 실시예1과 비교예1이 비슷한 감미도를 제공할 때 실시예1의 수용액이 단맛의 부드러움과 종합적인 미질이 더 우수하게 나타남을 알 수 있었다.

참조한 바와같이 실시예1이 비교예1보다 쓴맛이 적고, 단맛의 끌림이 덜하며, 단맛의 부드러운 정도가 높게 나타남을 알 수 있는 것으로, 기존 스테비아추출물 감미료가 가진 독특한 뒷맛의 떫은맛이나 쓴 맛을 수반하는 결점이 해결됨을 알 수 있었다. 따라서, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 효소처리스테비아 감미료를 커피 음료, 청량 음료, 알콜 음료(소주, 맥주, 과실주 등)에도 충분히 사용가능 하게 되었다.

상기 실시예1과 비교예1의 성분 분석값 및 성분에 대한 면적값을 정리하여 하기 표 6에 나타내었다.

상기 표 6의 ST는 스테오비오사이드(Stevioside)이고, ST-G1는 스테비오사이드 성분에 글루코즈가 1개 부가된 것이고, 감미질은 +기호가 많을수록 높은 수치를 나타내었다.

표 6을 참조하면 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 실시예1은 기존공정인 비교예1의 효소처리스테비아보다 전이율이 높아서 미반응 된 Stevioside 및 Rebaudioside-A의 비율이 상대적으로 낮고, 미반응의 덱스트린 비율이 낮아 전체적인 감미질이 더 좋게 나타났다. 또한, 법적인 기준(총스테비올배당체 80%이상, 미반응 스테비올배당체 15%이하) 또한 충족함을 알 수 있다.

<비교예2-기존공정에 의한 감미료>

스테비아 추출물 40g과 DE=10~12 말토덱스트린 200g을 물 560ml에 용해시켰다.

용해된 액의 pH를 5.6로 조정하고, 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0 L)를 1.4g을 첨가 후 24시간 반응시켰다.

실활한 액을 흡착수지 1L에 흡착, 세척, 알코올 용리, 농축 및 건조하여 감미료를 제조하였다.

<비교예3-본 발명의 공정에 흡착수지공정이 포함된 효소처리스테비아 제조>

실시예1과 동일하게 혼합 및 효소반응을 수행하고, 가온을 통해 효소를 실활하였다.

실활된 액을 흡착수지 1L에 흡착시켰고, 세척, 알코올 용리, 농축 및 건조하여 감미료를 제조하였다.

<실험예5 -실시예1, 비교예2 및 3의 효소처리스테비아 비교>

전이율, 총스테비올배당체 함량, 미반응스테비올배당체 함량, 미반응덱스트린 량, 폐수발생량, 제품수율 및 감미질을 평가하여 하기 표 7에 나타내었다.

상기 표7의 제품수율은 투입된 스테비아 추출물 량을 기준으로 하였다.

또한, 감미질은 +기호 5개가 가장 좋은 감미질이고, +기호 1개가 나쁜 감미질로 나타내었다.

본 발명의 제조공정을 적용한 실시예1과 기존 공정을 사용한 비교예1 및 2의 공정일을 비교하여 표 8에 나타내었다.

표 7과 표 8을 참조한 바와같이 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 감미료의 품질이 기존대비 전반적으로 품질이 향상됨을 알 수 있다.

또한, 본 발명의 제조공정은 여과, 흡착세척, 용리, 알코올회수 공정이 없고, 여과 및 농축공정이 단축됨으로 총 생산일수가 기존 14일에서 5일로 대폭적으로 단축되어 작업공수와 원가절감 및 동일 기간내 제품 생산량을 증가시킬 수 있다. 그리고, 흡착수지를 사용하지 않으므로 알코올을 사용하지 않고, 폐수 발생량도 기존대비 약 1/10로 줄여 생산원가를 절감시킬 수 있는 등 친환경적인 공정이라 할 수 있다.

<실시예2 본 발명의 제조방법에 의한 감미료 제조>

1) 실시예2 -1

스테비아 추출물 100g과 β-사이클로덱스트린 80g을 물 600ml에 용해한다.

용해된 액의 pH를 5.6로 조정 후 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0 L)를 1.8g을 첨가 후 24시간 반응한다.

반응이 완료되면 반응액을 90℃에서 1시간 가온하여 효소를 실활한다.

실활된 반응액을 상온으로 냉각하여 규조토 여과를 실시한 후 살균, 분무건조하였다.

상기 방법으로 제조된 감미료의 수율은 스테비아추출물 기준 175%이며, 전이율은 82.5%이다. 상기 전이율은 효소활성 정도에 따라 약간의 차이가 발생 될 수 있다.

2) 실시예2-2

용해된 액의 pH를5.6로 조정 후 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0 L) 1.8g을 첨가 후 24시간, 48시간 반응한다.

24시간 반응 전이율은 82.2%이며, 48시간 전이율은 82.7%이다. 반응시간은 24시간이지만 48시간과 큰 차이가 보이지 않으므로 제품생산성 향상을 위해서는 24시간으로 반응시키는 것이 바람직하다.

3) 실시예 2-3

스테비아 추출물 100g과 α-사이클로덱스트린 80g을 물 600ml에 용해한다.

용해된 액의 pH를 5.6로 조정 후 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0 L) 1.8g을 첨가 후 24시간 반응한다.

24시간 반응 전이율은 81.6%으로 β-사이클로덱스트린보다 약 1%정도 전이율이 낮게 나타났다. 따라서, 동일한 조건에서는 β-사이클로덱스트린을 혼합사용하는 것이 더 높은 전이율을 제공함을 알 수 있다.

4) 실시예 2-4

스테비아 추출물 100g과 β-사이클로덱스트린 130g을 물 700ml에 용해한다.

상기 방법으로 제조된 감미료의 수율은 스테비아 추출물 기준 215%이며, 전이율은 84.4%이다.

이는 스테비아 추출물에 기질로 사용되는 β-사이클로덱스트린의 양이 늘어남에 따라 스테비아 추출물에 당이 전이될 확률이 높아져 전이율이 더 높게 나타나는 것을 확인하였다.

β-사이클로덱스트린의 사용량이 늘어남에 따라 총스테비올배당체 함량이 부적합 될 가능성이 있을 것으로 사료되었으나, 전이율이 높아지면서 총스테비올배당체 함량은 적합하였으며, 단지 글루코스가 다량 전이됨에 따라 감미도는 약간 감소하는 현상을 나타내었다.

5) 실시예 2-5

스테비아 추출물 2kg과 β-사이클로덱스트린 1.6kg을물 12L에 용해한다.

용해된 액의 pH를 5.6로 조정 후 78℃로 가온하여 당전이 효소(Novozymes사 Toruzyme 3.0 L) 36g을 첨가 후 24시간 반응한다.

상기 방법으로 제조된 감미료의 수율은 177%이며, 전이율은82.8%이다.

따라서, 대량 제조하여도 실시예 2-1의 결과와 유사하게 나타남으로 제조방법에 대한 재현성이 증명되었고, 산업적으로 공장에서도 대량 생산이 가능하다는 것을 확인할 수 있었다.

상기한 바와같이 본 발명의 제조방법으로 제조된 효소처리스테비아 감미료는 총스테비올배당체 함량이 90%이상이고, 미반응스테비올 배당체 함량이 10%이하로 감미질이 우수한 특성을 갖는 것을 알 수 있다. 이는 기존 제조방법보다 높은 규격에 적합하며, 투입 원료량(스테비아추출물 + β-사이클로덱스트린) 대비 제품으로 얻어지는 수율도 약 95%(스테비아 추출물 기준 약 176%)로 높게 나타내는 결과를 발견하였다.

Claims

효소처리스테비아 감미료를 제조하는 방법에 있어서,
스테비아 추출물에 당공여체로 β-사이클로덱스트린을 용해시키되 스테비아 추출물과 β-사이클로덱스트린의 혼합비율은 1 : (0.2~1.5)의 범위로 혼합하여 용해시키는 제 1공정;
용해액에 당전이 효소를 가하여 반응하는 제 2공정;
반응이 완료되면 90℃에서 1~2시간 가온하여 효소를 실활하는 제 3공정;
실활된 반응액을 여과기에서 규조토로 여과하여 이물을 제거하는 제 4공정;
여과된 액을 순간농축기 또는 감압농축기로 농축하여 고형분을 조정하는 제 5공정;
농축액을 UHT 살균기로 살균하는 제 6공정; 및
살균된 액을 건조기(Spray Dryer)로 건조하는 제 7공정;을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 효소처리스테비아 감미료 제조방법.
제1항에 있어서,
상기 제1공정의 스테비아 추출물은, 레바우디오사이드 에이 함량 8~99%인 스테비올배당체 함량이 80%이상인 것을 사용하는 것을 특징으로 하는 효소처리스테비아 감미료 제조방법.
삭제
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제1항에 있어서,
상기 제2공정에서 당전이 효소는 사이클로덱스트린글루카노트랜스퍼라제(CGTase) 또는 α-아밀라제인 것을 특징으로 하는 효소처리스테비아 감미료 제조방법.
제5항에 있어서,
상기 당전이 효소는 스테비아 추출물 100중량부에 대해 0.1~10중량부로 혼합 사용하는 것을 특징으로 하는 효소처리스테비아 감미료 제조방법.
제1항 또는 제2항 또는 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 의해 제조된 효소처리스테비아 감미료를 첨가하여 제조되는 식품.
제1항 또는 제2항 또는 제5항 또는 제6항 중 어느 한 항에 의해 제조된 효소처리스테비아 감미료를 첨가하여 제조되는 식품첨가물.