KR101575162B1 - 정장작용과 gi 저감효과가 있는 자일로올리고당 함유 감미료 조성물 - Google Patents

Abstract

본 발명은 자일로올리고당을 함유하는 분말상 또는 과립 형태 감미료 조성물에 관한 것으로, 정장작용과 GI 저감효과가 우수한 특징이 있고, 과립 형태 감미료 조성물의 경우 고화 현상이 발생하지 않아 장기간 보존이 가능한 특징이 있다.

Description

정장작용과 GI 저감효과가 있는 자일로올리고당 함유 감미료 조성물 {Sweetener composition including xylooligosaccharides with the effect of suppressing glycemic index and prevention of intestinal disorder}

본 발명은 자일로올리고당 함유 감미료 조성물에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 설탕에 자일로올리고당이 첨가되어 조성된 혼합 감미료로서, 정장작용과 GI 저감효과가 우수한 자일로올리고당 함유 감미료 조성물에 관한 것이다.

설탕은 인류가 오랫동안 사용해 온 안전한 식품으로, 사탕수수나 사탕무를 착즙하여 얻어진 원당에서 불순물을 제거하고, 정제한 결정형 천연감미료이다. 설탕은 감미질과 감미도가 우수하여 감미료를 평가할 때 기준지표로 사용되며, 다양한 식품군에 널리 사용되고 있다.

세계 설탕 생산량은 약 16,000만 톤으로 설탕의 생산량과 가격이 지속적으로 상승함에 따라 설탕을 대체할 수 있는 대체 감미료의 개발이 많이 진행되어 왔다. 일 예로, 아스파탐, 스테비오사이드 등의 대체 감미료가 개발되어 사용되고 있으나, 설탕의 관능적 특성 및 물리적 특성을 동일하게 구현할 수 없으므로 설탕을 대체하지 못하고 있다. 또한, 음료산업에서는 전분을 분해하여 만든 고과당을 사용하여 일시적으로 설탕을 대체하였으나, 고과당은 포도당과 과당이 혼합된 형태로 존재하여 체내에서 별도의 소화과정 없이 바로 흡수되어 혈당을 높이고, 비만의 주요인으로 지목되어 다시 설탕의 소비가 증가하고 있다(Bray et al. Am J Clin Nutr 2004;79:537-543). 이렇듯, 설탕 대체용으로 개발된 대체감미료들은 관능적 특성 또는 기능적 특성에 있어, 설탕을 완전히 대체하지 못하고 있는 실정이다.

따라서, 여전히 설탕이 대표 감미료로 많이 사용되고 있는데, 고지방 및 당분을 과잉 섭취하는 현대인들의 잘못된 식사습관, 활동부족, 유전적 요인은 비만, 당뇨병, 고혈압 및 고지혈증 등 성인병 유발 가능성이 있다고 알려지고 있다. 이러한 대사증후군을 예방하기 위하여 설탕을 보다 건강하게 섭취할 수 있도록 도움을 주는 설탕 보완재에 대한 연구가 필요한 실정이다.

한편, 자일로올리고당은 헤미셀룰로오스(hemicellulose)에서 추출한 자일란(xylan)을 가수분해하여 얻은 올리고당으로, 자일로오스(xylose)가 2-10개까지 결합한 당류 혼합물이다. 유효섭취량은 올리고당 기준으로 하루에 0.7-7.5g인데, 소량 섭취로도 장내 유익균 증식, 유해균 억제 및 배변활동에 도움을 줄 수 있어 건강기능식품 개별인정형 원료로 등록되어 있다. 자일로올리고당의 효능이 탁월한 이유는 위나 소장에서 분해되지 않고 장내 유익균이 선택적으로 이용하여 증식할 수 있으며, 유해균들은 직접 이용할 수 없기 때문이다(Crittenden et al. J Sci Food Agric 2002;82:781-789).

그런데, 자일로올리고당은 감미도가 설탕의 절반 수준으로 낮고, 제품 단가가 높으며, 점도가 높은 액상으로 운반 및 저장에 불편한 점이 있고, 분말화를 할 경우 흡습성이 매우 높아 쉽게 고화되므로, 위에서 언급한 우수한 기능성이 있음에도 불구하고 다양한 식품군에 적용되기 어려운 문제가 있었다.

이에 본 발명에서는 상기와 같은 문제점을 해소할 수 있는 자일로올리고당 함유 감미료를 개발하고자 한다.

자일로올리고당을 설탕에 첨가하여 제조한 감미료에 관한 선행 특허기술에 대해서는 종래에 특별히 확인되는 문헌이 없다.

본 발명에서는 낮은 감미도와 높은 점도로 인하여 감미료로 적절하게 사용되지 못하는 액상 자일로올리고당을 분말화하여 설탕에 적용함으로써, 기존 연구결과인 정장작용 외, 본 발명을 통해 확인된 혈당 저감효과도 부여된 자일로올리고당 혼합 감미료를 개발하여 제공하고자 한다.

또한, 상기와 같은 생체 기능성 외에 자일로올리고당의 고화 현상을 극복하여 장기간 보관이 가능한 자일로올리고당 혼합 감미료로도 개발하여 제공하고자 한다.

본 발명은 본 발명의 제1형태로, 분말상 자일로올리고당(xylooligosaccharides) 및 분말상 설탕을 함유하는 것을 특징으로 하는 감미료 조성물을 제공한다.

본 발명의 제1형태는 낮은 감미도와 높은 점도로 인하여 감미료로 적절하게 사용되지 못하는 액상 자일로올리고당을 분말화하여 분말 형태로 설탕에 혼합하는데, 자일로올리고당에 대해 기존에 알려진 정장효과와 하기 본 발명을 통해 확인된 바와 같이 GI 저감효과를 동시에 나타낼 수 있다.

한편, 본 발명의 감미료 조성물에 있어서, 상기 분말상 자일로올리고당은 바람직하게 액상 자일로올리고당에, 건조보조제를 첨가하여 제조된 것일 수 있다. '건조보조제'는 당업계에서 액상의 성분을 분말 형태로 제조할 경우 사용되는 매질을 일반적으로 통칭하는데, 본 발명에서는 흡습성이 높은 자일로올리고당을 분말상으로 유지시켜 주는 역할을 한다.

분말상 자일로올리고당은 액상 자일로올리고당과 건조보조제를 혼합하여 액상시료를 제조한 후, 살균공정을 거치고, 액상시료를 분무, 미립화하여 열풍기류 속에 접촉시킴으로써 제조되는데, 순간적으로 수분은 증발되고 고형분은 분말 형태로 만들어진다.

감미도와 기능성을 고려한 최적의 분말상 자일로올리고당을 만들기 위해서는, 20~40 중량%의 건조보조제가 필요한데, 건조보조제를 20 중량% 보다 적게 사용할 경우, 건조공정을 거쳐도 공기 중에 노출시 쉽게 수분을 흡수하여 분말형태를 유지하기 어려우며, 40 중량% 보다 많이 사용할 경우, 설탕첨가시 감미특성이 상이하고 기능성 측면에서 효과를 볼 수 없게 된다.

본 발명에서 건조보조제는 다양한 성분이 사용될 수 있으나, 일 예로는 말토덱스트린, 난소화성말토덱스트린, 폴리덱스트로스, 난소화성전분 및 식이섬유 중 선택되는 어느 하나일 수 있다.

한편, 본 발명의 감미료 조성물에 있어서, 상기 감미료 조성물은 바람직하게 분말상 자일로올리고당 1~30 중량%, 분말상 설탕 70~99 중량%로 조성되는 것이 좋다.

한편, 본 발명의 감미료 조성물에 있어서, 상기 설탕은 일 예로, 미분당, 미세당, 정백당 및 황백당 중 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다. 본 발명에서 첨가되는 자일로올리고당 분말이 미립자이므로, 설탕 입자에 고르게 흡착되어 혼합될 수 있기 때문에 상기와 같은 설탕에 모두 적용이 가능한 것이다.

한편, 본 발명은 본 발명의 제2형태로, 분말상 설탕, 분말상 자일로올리고당(xylooligosaccharides) 및 액상 자일로올리고당을 혼합하여 상호 응집시킨 후, 과립기에 넣어 과립 형태로 성형함으로써 제조되는 과립 형태 감미료 조성물을 제공한다.

본 발명에서 제공하는 과립 형태 감미료는 분말상 감미료와 기능성은 동일하게 유지하면서 장기보관 시 발생할 수 있는 고화 현상을 극복하기 위한 것이다. 하기 실험에 의할 경우, 본 발명의 과립 형태 감미료에서 고화 현상이 발생하지 않음을 확인할 수 있었다.

일반적으로 과립형 제품을 제조할 때 바인더 용매로 에탄올을 가장 많이 사용하는데, 본 발명에서는 액상 자일로올리고당이 바인더 역할을 하기 때문에, 기존 과립 제조 기술과는 달리 바인더 용매를 사용하지 않아도 무방하다. 따라서, 본 발명의 과립 형태 감미료는 제조 원가절감, 바인더 용매를 혼합하는 공정 및 바인더 용매 제거를 위하여 사용되는 추가의 건조 시간이 생략될 수 있다.

한편, 본 발명의 과립 형태 감미료 제조에 있어, 상기에 기재한 제조 과정 외의 다른 구체적 기술 사항은 당업계에 통상적으로 알려진 일반적인 과립 제조기술을 이용할 수 있으므로, 이에 대한 구체적 기재는 생략하기로 한다.

본 발명에서 제조된 과립 형태 감미료 조성물은 높은 점도로 인하여 감미료로 적절하게 사용되지 못하는 액상 자일로올리고당을 설탕에 적용하여 과립 형태로 성형한 것으로, 이와 같이 제조된 과립 형태 감미료 조성물은, 자일로올리고당에 대해 기존에 알려진 정장효과가 발휘되며, 하기 본 발명을 통해 확인된 바와 같이 GI 저감효과도 동시에 나타낼 수 있다

한편, 본 발명의 과립 형태 감미료 조성물에 있어서, 상기 분말상 설탕, 분말상 자일로올리고당(xylooligosaccharides) 및 액상 자일로올리고당 조성비는 바람직하게 분말상 자일로올리고당 2~6 중량%, 액상 자일로올리고당 8~12 중량% 및 나머지 양의 설탕으로 조성될 수 있다. 액상 자일로올리고당은 바인더 역할을 하는 원료로 사용되는데, 액상 자일로올리고당을 너무 적게 사용하거나 너무 많이 사용하면, 과립성형이 되지 않아 바람직하지 않다. 이때, 더욱 바람직하게는 설탕(미세당) 86 중량%, 분말 자일로올리고당 3.8 중량%, 액상 자일로올리고당 10.2 중량% 비율로 조성되는 것이 좋다.

한편, 본 발명의 과립 형태 감미료 조성물에 있어서, 상기 설탕은 일 예로, 미분당, 미세당, 정백당 및 황백당 중 선택되는 어느 하나인 것일 수 있다.

한편, 본 발명의 과립 형태 감미료 조성물에 있어서, 상기 분말상 자일로올리고당은 바람직하게 액상 자일로올리고당에, 건조보조제를 첨가하여 제조된 것일 수 있다. 이때, 상기 건조보조제는 일 예로 말토덱스트린, 난소화성말토덱스트린, 폴리덱스트로스, 난소화성전분 및 식이섬유 중 선택되는 어느 하나를 사용할 수 있다. 건조보조제에 대한 설명은 상기 본 발명의 제1형태에서 이미 충분히 설명하였으므로, 여기서는 그 구체적 설명을 생략하기로 한다.

본 발명의 자일로올리고당을 함유한 분말상 또는 과립상 기능성 감미료 조성물은 액상 자일로올리고당이 높은 점도, 낮은 감미도 및 고가의 가격으로 인하여 사용이 극히 제한적이던 단점을 극복하여 감미료로 실제 적용이 가능하게 하였다.

또한, 본 발명을 통해 개발된 자일로올리고당을 함유한 기능성 감미료 조성물은, 섭취시, 정장작용과 더불어 혈당 증가를 억제하여 잠재적인 질병 위험을 예방할 수 있다.

또한, 본 발명의 제2형태인 과립 형태 감미료 조성물은 고화 현상을 방지하여 장기간 보존시 제형 안정성이 유지되는 장점이 있다.

또한, 본 발명의 제2형태인 과립 형태 감미료 조성물은 액상의 자일로올리고당이 바인더 용매로 사용되기 때문에 기존의 바인더 용매를 사용하는 과립제조 기술과 달리, 바인더 용매를 사용하지 않는 장점이 있다. 이를 통해 바인더 혼합 공정, 바인더 용매 제거를 위하여 사용되는 건조 공정이 생략됨으로써, 제조 공정의 단순화 및 비용절감 효과를 거둘 수 있다.

이하, 본 발명의 내용을 하기 실시예 및 실험예를 통해 더욱 상세히 설명하고자 한다. 다만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에만 한정되는 것은 아니고, 그와 등가의 기술적 사항의 변형까지를 포함한다.

[제조예 1: 분말상 자일로올리고당 제조]

본 제조예에서는 하기 실시예들에서 사용된 분말상 자일로올리고당을 제조하고자 하였다.

먼저, 물을 첨가하여 액상 자일로올리고당과 액상 말토덱스트린을 동일한 Brix로 맞춘 후, 액상 자일로올리고당 70 중량%, 액상 말토덱스트린 30 중량%의 비율로 혼합하였다. 이후, 80℃에서 30분간 가열 살균을 실시하고, 가열 살균이 완료된 살균 혼합물을 분무하여 미립자화 시키고 열풍으로 건조하였다. 건조 후, 분말상태로 제조된 자일로올리고당을 회수하고, 20~30 mesh 체에 통과시켜 분말 자일로올리고당을 제조하였다.

[실시예 1: 분말상 감미료 조성물 제조]

본 실시예에서 설탕은 미분당, 미세당, 정백당을 사용하였고, 말토덱스트린이 30% 함유된 분말 자일로올리고당을 사용하여 분말상 감미료 조성물을 제조하였다. 분말상 설탕 86 중량%와 분말상 자일로올리고당 14 중량%의 비율로 원료를 혼합기에 투입하고 5분간 혼합하였다. 혼합 후 균일성을 확인하기 위하여 혼합기 내 구역을 4곳으로 나누어 샘플링을 실시하고 HPLC를 이용하여 설탕의 함량을 분석하였다.

분말상 감미료 조성물 제조 실시예 및 설탕함량 분석결과는 하기 표 1과 같았다. 확인 결과, 설탕의 입자 크기와 관계없이 분말 자일로올리고당이 균일하게 혼합된 것을 알 수 있었다.

분말상 감미료 조성물 원료 투입량 및 배합 후 설탕함량 측정

설탕의 종류	원료 투입량		배합 후 설탕 함량 측정
	설탕 (kg)	분말 자일로올리고당 (kg)	설탕 (%)	평균 (%)	표준편차	변동계수 (%)
미분당	30	4.9	87.1	86.7	0.6	0.7
			86.3
			85.9
			87.2
미세당	30	4.9	86.6	86.4	0.4	0.5
			86.2
			87.0
			86.0
정백당	30	4.9	86.0	86.2	1.1	1.2
			87.6
			85.0
			86.1

[실시예 2: 과립상 감미료 조성물 제조]

설탕은 미세당을 사용하였고, 말토덱스트린이 30% 함유된 분말 자일로올리고당, 액상 자일로올리고당을 사용하여 과립상 감미료 조성물을 제조하였다. 설탕 86 중량%와 분말 자일로올리고당 2~6 중량%, 액상 자일로올리고당 8~12 중량%의 비율로 혼합하였다. 설탕과 분말 자일로올리고당을 혼합기에 넣고 5분 동안 혼합 후 액상 자일로올리고당을 넣고 상호 응집시켰다. 이후, 과립기에 넣어 과립 형태로 성형하고, 60℃ 건조기에서 과립을 건조하였다.

미세당을 이용한 과립상 감미료 조성물 제조 실시예 및 설탕함량 분석 결과는 하기 표 2와 같았다. 액상 자일로올리고당의 수분은 과립 성형 후 건조시 증발하므로 이론적인 설탕의 함량은 88.3~88.9 중량%가 되며, 분석결과 이론적인 설탕의 함량과 유사한 것으로 나타났다.

과립상 감미료 조성물 제조 배합비 및 배합 후 설탕함량 측정

과립상 감미료 조성물 배합비				과립 제조 후 설탕함량 측정
미세당 (중량%)	분말 자일로올리고당 (중량%)	액상 자일로올리고당 (중량%)	합계 (중량%)	설탕함량 (중량%)
86.0	3.1	10.9	100.0	88.4
86.0	3.8	10.2	100.0	88.7
86.0	4.4	9.6	100.0	88.0
86.0	4.9	9.1	100.0	87.7
86.0	5.4	8.6	100.0	89.1

[실험예 1: 분말상 또는 과립상 조성물의 고화 현상 확인 실험 (caking test)]

상기 실시예 1과 실시예 2에서 제조한 샘플에 대해 온도 25℃, 상대습도 80% 조건에서 1일, 2일, 5일 동안 샘플을 보관하면서, 흡습되는 정도를 확인하는 고화 현상 확인 실험을 실시하였으며, 결과는 표 3, 4와 같았다. 대조군으로 미분당과 설탕을 사용하였으며, 실험군으로 상기 실시예 1 또는 2에서 제조한 분말상 또는 과립상 감미료를 사용하였다.

1일차에는 과립상 조성물에서 흡습율이 가장 높았으나, 2일차와 5일차에도 동일한 수준으로 유지되었고, 고화 현상은 관찰되지 않았다. 반면, 분말상 조성물은 2일차부터 고화 현상이 나타나기 시작하였으며, 5일차에는 흡습율도 가장 높았고, 시료 전체가 고화되어 고습 조건에서는 저장 안정성이 떨어지는 것으로 나타났다.

분말상 또는 과립상 조성물의 흡습율

구분		흡습율(중량%)
		1일차	2일차	5일차
대조군 1	미분당	0.1	0.1	0.1
대조군 2	정백당	0.0	0.0	0.0
실험군 1 (실시예 1)	분말상 조성물	0.7	1.0	1.5
실험군 2 (실시예 2)	과립상 조성물	1.3	1.2	1.2

분말상 또는 과립상 조성물의 고화 현상 확인 실험 결과

구분		대조군 1	대조군 2	실험군 1 (실시예 1)	실험군 2 (실시예 2)
		미분당	정백당	분말상 조성물	과립상 조성물
사진	2일차
	5일차

[실험예 2: 자일로올리고당 함유 분말상 감미료 섭취 시 GI 저감효과 측정]

건강한 성인 남자 6명, 여자 6명을 대상으로 표준식품인 포도당과 하기 표 5에서와 같이 설탕과 자일로올리고당 분말을 혼합하여 조성한 실험예 2-1, 실험예 2-2 샘플을 각각 섭취하게 하였다. 이후, 포도당의 섭취와 비교하여 혈당의 상승 정도를 지수(GI, Glycemic index)로 나타내었다.

표준식품인 포도당과 실험예 2-1, 실험예 2-2의 시험식품 섭취량은 탄수화물로 50g이 되도록 산정하여 정제수 250ml에 용해시켜 12시간 이상 금식한 피험자를 상대로 섭취하였다. 각 피험자의 혈당 안정도를 확인하기 위하여 -30분과 0분에 혈당을 측정하여 차이가 5미만인 경우 테스트를 진행하였다. 섭취 후 15분, 30분, 45분, 60분, 90분, 120분에 혈당측정계(OneTouch Ultra, 존슨앤드존슨 메디칼)를 이용하여 동일 시간에 2회 반복 측정하였다. 표준식품인 포도당과 실험예 2-1, 실험예 2-2의 시험식품 섭취도 2회 반복 섭취하고, 최종적으로 GI 산출을 하여 평균 ±2표준편차를 벗어나는 피험자(R-003)를 분석에서 제외하여 총 11명을 분석에 포함하였다.

실험예 2-1, 실험예 2-2의 시험식품 조성 및 자일로올리고당 함유 조성물 섭취 시, GI 저감효과 측정 결과는 하기 표 5, 6과 같았다. 표준식품인 포도당을 기준으로 실험예 2-1(자일로올리고슈가)과 실험예 2-2(자일로올리고스위트)의 GI는 각각 60, 54이었다. 일반적으로 GI가 70이상이면 'High GI' 식품, 55이하이면 'Low GI' 식품으로 분류되는데, 설탕의 GI는 68로 'High GI' 식품에 가까운 반면, 본 실험을 통해 확인된 실험예 2-1(자일로올리고슈가)은 GI 60으로, 설탕보다 GI가 낮은 것으로 나타났다. 또한, 실험예 2-2(자일로올리고스위트)는 GI 54로 GI 저감효과가 우수한 'Low GI'식품인 것으로 확인되었다.

표준식품 및 실험예 2-1, 실험예 2-2의 시험식품 조성

구분	설탕 (중량%)	분말 자일로올리고당 (중량%)	탄수화물 기준 섭취량 (g)
포도당	-	-	50.0
실험예 2-1 (자일로올리고슈가)	86	14	51.7
실험예 2-2 (자일로올리고스위트)	80	20	52.7

자일로올리고당 함유 분말상 조성물 섭취 시 GI(Glycemic index)

피험자	실험예 2-1	실험예 2-2
R-001	59.50	24.03
R-002	77.22	92.21
R-004	46.24	41.15
R-005	58.09	48.17
R-006	37.73	41.30
R-007	57.40	63.90
R-008	99.24	67.18
R-009	39.30	50.52
R-010	32.04	55.21
R-011	52.01	48.60
R-013	101.61	64.51
평균	60.03	54.25

Claims (10)

1. 삭제
2. 삭제
3. 삭제
4. 삭제
5. 삭제
6. 분말상 설탕, 분말상 자일로올리고당(xylooligosaccharide) 및 액상 자일로올리고당을 혼합하여 상호 응집시킨 후, 과립기에 넣어 과립 형태로 성형하되,
   상기 혼합은 분말상 자일로올리고당 2~6 중량%, 액상 자일로올리고당 8~12 중량% 및 나머지 양의 설탕으로 조성되는 것을 특징으로 하는 과립 형태 감미료 조성물의 제조방법.
   
7. 삭제
8. 제6항에 있어서,
   상기 설탕은,
   미분당, 미세당, 정백당 및 황백당 중 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 과립 형태 감미료 조성물의 제조방법.
   
9. 제6항에 있어서,
   상기 분말상 자일로올리고당은,
   액상 자일로올리고당에 건조보조제를 첨가하여 제조된 것을 특징으로 하는 과립 형태 감미료 조성물의 제조방법.
   
10. 제9항에 있어서,
    상기 건조보조제는,
    말토덱스트린, 난소화성말토덱스트린, 폴리덱스트로스, 난소화성전분 및 식이섬유 중 선택되는 어느 하나 이상인 것을 특징으로 하는 과립 형태 감미료 조성물의 제조방법.