KR101677706B1

KR101677706B1 - 식물연화용 나노 리포좀 및 이를 이용하여 연화된 식물을 제조하는 방법

Info

Publication number: KR101677706B1
Application number: KR1020140125015A
Authority: KR
Inventors: 최미정; 민상기; 김광일; 천지연; 조형용
Original assignee: 건국대학교 산학협력단
Priority date: 2014-09-19
Filing date: 2014-09-19
Publication date: 2016-11-21
Also published as: KR20160034483A

Abstract

본 발명은 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀, 상기 식물연화용 나노 리포좀이 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 침투하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직이 분해 또는 연화되나, 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 비파괴된 것을 특징으로 하는 식용 식물 또는 식물성 식품, 및 그 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 식물연화용 나노 리포좀은 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 식물연화효소가 침투되는 속도를 향상시키고, 외부 환경으로부터 효소의 안정성을 가지므로, 상기 식물연화효소가 포집된 나노 리포좀에 식용 식물 또는 식물성 식품을 일정시간 침지함에 따라 섭취자의 소화흡수력 또는 저작능을 개선하는 식용 식물 또는 식물성 식품을 제공할 수 있다.

Description

식물연화용 나노 리포좀 및 이를 이용하여 연화된 식물을 제조하는 방법{Nano-liposome for tenderizing vegetation and method of tenderizing vegetation using the same}

본 발명은 식물연화용 나노 리포좀 및 이를 이용하여 연화된 식물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 식물연화효소가 침투되는 속도를 향상시키고, 외부 환경으로부터 효소의 저장 안정성을 가지는 식물연화용 나노 리포좀을 제조하고, 이를 이용하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 파괴되지 않으나, 식용 식물 또는 식물성 식품 내 조직이 연화되어 섭취자의 소화흡수력 또는 저작능을 개선할 수 있는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품 및 그 제조하는 방법을 제공하고자 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.

최근 생활수준의 향상과 보건의료 기술의 발달로 노인인구의 증가에 따라 노인문제가 점차 사회문제로 인식되고 있으며, 특히 노인의 영향, 건강 및 삶의 질에 대한 관심이 더욱 중요하게 인식되기 시작하였다.

노인이 건강한 생활을 유지하게 위해서는 건강이 가장 중요하며, 건강은 균형 잡힌 영양소 섭취가 주요 인자로 작용하고 있다. 하지만, 노인이 되면 생리적 기능의 저하, 활동량의 감소, 맛에 대한 감각의 둔화, 치아상태의 불량, 소외감, 우울감, 심리적인 위축감, 경제적 곤란, 흡연, 음주 등의 문제로 식품섭취에 있어 양적, 질적인 제한을 받게 된다(Walls et al., Mech Ageing Dev, 2004; Marshall et al., J. Am Dent Assoc, 2002; Mumma et al., J Dent Res, 1970; Farrell, Br Dent J, 1956; Bae and Lee, Yeungnam Univ. J Med, 2004; Lee, Korean J Community Living Sci, 2011; Lexomboon et al., J Am Geriatr Soc, 2012). 또한, 노인 인구가 증가함과 더불어, 우리나라에서는 핵가족화가 급속히 진행되면서 노인 부부가구 및 독신가구가 점차 증가하고 있다. 그 결과 식사준비 및 조리 등의 가사 노동은 노인 자신의 몫이 되고 있다. 최근에는 취미 활동이나 봉사활동을 하는 경우가 많아지고 노인복지시설, 노인전용식당, 경로당 등의 사회시설 및 기관시설 확장으로 이어져, 앞으로는 일상적 식사는 물론 노인용 간식이나 음식의 개발 등 다양한 노인용 식품에 대한 개발이 요구되어지고 있다.

현재 국내에서 개발된 고령자용 식품은 치아 보조식, 연하 보조식 정도로, 상기 고령자용 식품은 유동성의 물성, 고형의 음식을 갈거나 다진 형태로 제공되어 음식의 고유한 풍미와 영양소 상실 및 식감을 저하시키고 식욕을 떨어뜨리게 되는 문제가 있다. 이에 식물성 또는 동물성 식재료 세포내로 효소를 함침시켜 식품의 고유한 식감, 형태 등을 유지하면서 저작 또는 연하작용이 용이한 식품가공기술에 대한 연구가 진행되고 있다(일본 등록특허 제4403210호; 일본 등록특허 제5145471호; 일본 공개특허 제2010-051209호). 그러나 상기 일부 선행문헌의 방법은 식품의 내부까지 효소의 함침이 충분히 이루어지지 않거나 균일하게 함침되지 않으며, 장시간의 가열조리 또는 동결 및 해동의 반복에 의해 영양분이 감소하거나 효소의 활성이 저하되어 최종 제조되는 식품의 품질이 저하되는 문제가 있다. 따라서 단시간 내에 효율적으로 효소가 식재료 내로 함침될 수 있는 기술의 개발이 필요한 상황이다.

한편, 나노기술(Nanotechnology, NT)은 나노 크기(10^-9m)의 원자·분자를 적절하게 결합시켜 새로운 미세한 구조를 만들어 신물질과 기능을 창출하는 것을 가능하게 하는 초미세 극한기술을 말한다. 최근 10년 동안 나노기술의 발전은 전폭적인 국가적인 지원과 함께 화학공학, 생명공학, 전자공학, 재료공학 등 다양한 분야에서 핵심 기술로 발전되어 왔고, 이를 통해 나노바이오기술(nano-bio-technology)의 개발, 의약, 국방, 에너지, 운송, 통신, 컴퓨터 및 교육 등 전반적인 산업분야의 시장으로 점차 확대될 것으로 전망되고 있다. 특히, 제약 분야에서는 이와 같은 나노바이오기술을 응용하여 약물전달시스템에 적용하고자 하는 많은 연구가 이루어지고 있다.

약물전달시스템(drug delivery system, DDS)은 약물의 부작용을 최소화하고 효능 및 효과를 극대화시킴으로써 필요한 양의 약물을 효율적으로 기관과 조직세포에 전달할 수 있는 시스템이다. 구체적으로, 기능성은 좋으나 물질자체의 이취 또는 이미 등으로 인하여 사용에 제한이 있는 지질생리활성 물질이나 온도, 산화, 빛, 소화관 내에서의 효소, pH 및 다른 영양분에 의한 분해 등에 의해 유용성분이 파괴되어 활성이 감소하는 물질 등의 사용상 한계를 극복하기 위해 고체 분산체(solid dispersions), 마이크로-리포좀(micro-emulsions), 나노-리포좀(nano-emulsion), 리포좀(liposomes), 펠렛(pellets), 매트릭스정제(matrix tablets) 등을 사용하여 물질의 보존성 향상, 용출속도 조절, 취식에 문제가 되는 냄새 및 맛을 차단시키는 등 기능성 물질을 직접 섭취가 가능하도록 하는 나노크기를 갖는 전달체에 대한 연구가 진행되고 있다.

이에 본 발명자들은 나노기술을 이용하여 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 식물연화효소가 침투되는 속도를 향상시키고, 외부 환경으로부터 효소의 저장 안정성을 가지는 나노 리포좀을 개발하고, 이를 이용하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 파괴되지 않으나, 식용 식물 또는 식물성 식품 내 조직이 연화되어 섭취자의 소화흡수력 또는 저작능을 개선할 수 있는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품 및 그 제조하는 방법을 제공하고자 노력한 결과, 본 발명을 완성하게 되었다.

본 발명의 하나의 목적은 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀을 제공하는 것이다.

본 발명의 다른 하나의 목적은 상기 식물연화효소가 포집된 나노 리포좀을 포함하는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품을 제공하는 것이다.

본 발명의 또 다른 하나의 목적은 상기 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.

하나의 양태로서, 본 발명은 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀에 관한 것이다.

나노 리포좀은 일반적으로 고압 유화기(microfluidizer) 또는 초음파 등과 같이 높은 에너지를 이용하거나 자가-리포좀화 시스템(self-emulsifying system) 등의 비교적 단순한 공정을 통해 균일한 나노 리포좀을 제조할 수 있다. 특히, 자가 리포좀화 시스템의 경우 열역학적 안정성이 매우 높고, 간단한 교반만으로도 균일한 조성물을 얻을 수 있으므로 최근 이 시스템을 이용한 나노 리포좀의 연구가 활발히 진행되고 있다. 그러나 상기 나노 리포좀은 핵물질, 유화제 및 물의 혼합비율이 적절하게 이루어져야만 투명하며 균질한 크기를 갖는 입자가 형성될 수 있다.

본 발명의 상기 나노 리포좀은 식물연화효소와 유화제를 유효성분으로 포함하는 것으로, 보다 구체적으로 본 발명의 나노 리포좀은 식물연화효소 100 중량부 대비 유화제를 100 내지 300 중량부로 혼합한 후 균질화하여 제조되며, 평균 150 내지 250 nm의 입자크기를 나타낸다. 이때 유화제와 식물연화효소의 혼합이 상기 이외의 중량비로 이루어지는 경우 식물연화효소가 유화제 내에 포집되지 않거나 식물연화효소가 포집된 리포좀이 합착되어 안정적으로 분산되지 못하는 문제가 있다. 또한, 상기 나노 리포좀의 크기가 300 nm 이상인 경우 나노 리포좀이 식물 세포 외부에 잔존하고, 70 nm 이하인 경우에는 나노 리포좀이 침투하는 문제가 있으나, 본 발명의 나노 리포좀은 평균 150 내지 250 nm의 입자크기를 가지므로 식물세포 외부에 잔존하지 않으면서 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직까지만 침투될 수 있다.

하나의 구체적 실시에서, 1%의 헤미셀룰라아제와 1%의 레시틴을 혼합하고 10,000 rpm에서 3분 동안 교반한 후 초음파 기계에서 200 W의 강도로 3분 동안 초음파 처리하여 형성된 나노 리포좀의 입자크기, 전하값 및 다분산 지수를 측정하였다. 그 결과, 헤미셀룰라아제가 포집된 나노 리포좀의 입자크기는 약 200nm를 형성하였고, 전하는 음전하를 띠면서 절대값이 40mV으로 헤미셀룰라아제가 균일하게 분산된 나노 리포좀을 형성하는 것을 확인하였다.

본 발명에 있어서, 상기 식물연화효소는 식용 식물 또는 식물성 식품의 세포 내로 침투되어 고분자 유기 화합물을 저분자 유기 화합물로 가수분해하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 경도를 감소시키는 것이라면 어느 것이나 사용가능하며, 예를 들어 헤미셀룰라아제(hemicellulase), 펙티나아제(pectinase), 펙틴메틸에스터레이즈(pectinmethylesterase), 폴리갈락투로나아제(polygalacturonase), 베타-글루카나아제(β-glucanase), 자일라나아제(xylanase) 및 셀룰라아제(cellulase) 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 헤미셀룰라아제(hemicellulase)이다.

본 발명에 있어서, 상기 유화제는 식물연화효소를 포집하여 원형 또는 타원형의 폐쇄된 막구조를 형성하는 물질이라면 이에 한정되지는 않으나, 예를 들어 디스테로일-sn-포스파티딜에탄올 아민, 디팔미토일 포스파티딜에탄올 아민, 포스파티딜에탄올 아민, 포스파티딜 세린, 포스파티딜 글리세롤, 포스파티딜 콜린, 디팔미토일, 포스파티딜 세린, 디팔미토일 포스파티딜 글리세롤 및 디팔미토일 포스파티딜 콜린으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 또는 이들의 혼합물, 또는 인지질을 포함하는 천연원으로부터 추출된 인지질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상을 사용할 수 있으며, 바람직하게는 인지질을 포함하는 천연원 추출물, 보다 바람직하게는 대두 및 난황 등으로부터 분리한 레시틴 또는 유청 단백질인 것을 특징으로 한다.

상기 유화제를 포함하는 용액은 수성용매, 바람직하게는 물, PBS(phosphate buffer saline), TBS(tris buffered saline) 또는 초산완충용액이다.

본 발명의 상기 유화제는 0.5 내지 1.5%의 농도, 바람직하게는 0.8 내지 1.2%의 농도로 희석된 것이 바람직하다. 상기 범위 이외의 농도의 유화제를 사용하는 경우 나노 리포좀의 크기가 증가하거나 전하값이 낮아 입자간의 결합이 약해져 안정성이 감소하는 문제가 있다.

본 발명에 있어서, 상기 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀을 제조하는 방법은 식물연화효소가 유화제 내에 포집되게 하는 방법이라면 이에 한정되지 않으나, 바람직하게는 8,000 내지 12,000 rpm, 바람직하게는 9,000 내지 11,000 rpm, 보다 바람직하게는 10,000 rpm의 속도로 1 내지 5분, 바람직하게는 2 내지 4분, 보다 바람직하게는 3분 동안 균질화한 다음 초음파 기계를 이용하여 150 내지 250W, 바람직하게는 180 내지 220 W, 보다 바람직하게는 200 W의 강도로 1 내지 5분, 바람직하게는 2 내지 4분, 보다 바람직하게는 3분 동안 초음파 처리하여 형성할 수 있다.

선택적으로, 본 발명의 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀은 식물연화효소 이외에 조미제, 영양제, 탄수화물, 단백질 및 향미제 등의 성분을 추가적으로 함유할 수 있다. 상기 조미제로는 소금, 간장, 설탕, 환원 물엿, 화학조미료, 식초, 주류 등을 사용할 수 있고, 영양소로는 비타민류(비타민 A, B, C, D 및 E), 미네랄류(카로틴, Mg, 칼륨 등), 폴리페놀, DHA, EPA, 리시친, 타우린, 코린 등을 사용할 수 있다. 상기 탄수화물은 모노사카라이드(포도당 및 과당 등), 디사카라이드(말토스, 수크로스 및 올리고당 등), 폴리사카라이드(덱스트린 및 사이클로덱스트린 등) 및 당알콜(자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등)을 사용할 수 있다. 상기 향미제는 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어, 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 사용할 수 있다.

본 발명에 있어서, 상기 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀은 통상의 식물연화효소에 비하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 세포 내로 침투가 빠르게 진행되며, pH, 빛, 산소 등으로부터 식물연화효소의 산화 및 저장 안정성을 나타낸다.

본 발명에 있어서, 상기 식물연화용 나노 리포좀은 유화제를 이용하여 식물연화효소의 외부에 막이 형성된 상태이므로 유화제가 코팅된 식물연화효소라고도 표현한다.

다른 하나의 양태로서, 본 발명은 상기 식물연화용 나노 리포좀을 포함하는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀이 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 침투하여 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직이 분해 또는 연화되나 외관은 비파괴된 것을 특징으로 하는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 상기 식물연화용 나노 리포좀이 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직 내로 침투하여 3,500 내지 6,000 g의 경도 및 0.01 내지 4 mJ의 부착성을 나타내며, 외관은 비파괴된 식용 식물 또는 식물성 식품을 말한다. 여기서, 상기 식용 식물 또는 식물성 식품 내 조직은 식용 식물 또는 식물성 식품의 세포골격을 유지시키는 고형성분인 단순당류, 다당류, 즉 전분, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴 등으로 이루어진 조직을 말하며, 예를 들어 세포벽이다.

본 발명에 있어서, 상기 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 별도의 찌기, 삶기, 볶기 등의 조리, 또는 연하, 저작 등을 도와주는 보조식품 등을 첨가하지 않아도 저작, 연하, 소화기능 등이 저하된 고령자 및 환자, 또는 치아의 발달이 미숙한 유아 등이 쉽게 씹거나 삼킬 수 있다.

하나의 구체적 실시에서, 1% 헤미셀룰라아제와 2% 레시틴을 혼합하고 10,000 rpm으로 3분 동안 균질화시킨 다음 200 W, 54% 세기로 3분 동안 초음파 처리하여 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀, 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수(대조군)에 지름 3cm 및 높이 1cm로 절단한 당근 및 연근을 각각 0, 12, 24, 35, 48 및 60시간 동안 침지시키면서 침지시간에 따른 당근 및 연근의 조직의 물성을 측정하였다. 그 결과, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 당근 및 우엉은 침지 48시간 까지 당근 및 우엉의 외곽 부위의 경도가 중앙 부위의 경도에 비하여 높게 나타났으며, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 당근 및 우엉의 중양 부위의 경도가 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지시킨 당근 및 우엉에 비하여 낮은 값, 즉 무른 경향을 나타내었다(실시예 6-6 참조).

본 발명에 있어서, 상기 식용 식물 또는 식물성 식품은 채소류, 고구마류, 곡류, 콩류, 과일류 및 버섯류 등으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 채소류는 당근, 무, 양파, 배추, 샐러리, 우엉, 연근, 브로콜리 등이고, 고구마류는 고구마, 감자 등이며, 곡류는 쌀, 밀 등일 수 있다. 콩류는 대두, 옥수수, 콩, 팥 등이고, 과일류는 사과, 배, 귤, 자몽, 복숭아 등이며, 버섯류는 표고버섯, 노루궁댕이, 석이버섯 등일 수 있다. 상기 식용 식물 또는 식물성 식품은 건조, 동결 후 해동, 가열 등의 전처리 과정을 거친 상태의 식품일 수도 있다. 또한, 상기 식용 식물 또는 식물성 식품은 섭취하기 용이한 크기를 가진 것, 예를 들어 가로×세로×높이가 1 내지 5 cm×1 내지 5 cm×0.5 내지 3cm의 크기로 절단된 것일 수 있다.

본 발명의 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 필요에 따라 냉동공정, 건조공정, 동결건조공정, 효소실활공정 또는 조리 및 조미공정을 추가하여 제조할 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

본 발명에 있어서, 상기 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 별도의 찌기, 삶기, 볶기 등의 조리, 또는 연하, 저작 등을 도와주는 보조식품 등을 첨가하지 않아도 저작, 연하, 소화기능 등이 저하된 고령자 및 환자, 또는 치아의 발달이 미숙한 유아 등의 섭취자가 쉽게 씹거나 삼킬 수 있으며, 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 파괴되지 않아 식품 고유의 풍미, 영양소 및 식감을 향상시킬 수 있다. 아울러, 선택적으로 상기 식물연화용 나노 리포좀은 식물연화효소 이외에 조미제, 영양소, 탄수화물, 단백질 및 향미제 등의 기능성 성분을 첨가하여 관능성 및 건강상태를 증진시킬 수 있는 건강기능성 식품으로 제공될 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "개선"은 저작, 연하, 소화흡수기능 등의 저하된 섭취자가 고형식품을 갈거나 다진 형태(예를 들어, 죽, 스무디, 젤리 등)로 섭취하거나 고형 식품의 저작, 연하 또는 소화흡수를 용이하게 하는 보조식품을 함께 섭취하는 경우와 동등하거나 그 이하의 씹거나 마시는 힘으로 식품을 섭취하여 고형식품 고유의 풍미, 영양소, 섭취하는 양 및 식감 등을 유지하는 것을 의미한다. 본 명세서에서, 용어 "섭취자"는 생리적 기능의 저하, 활동량의 감소, 맛에 대한 감각의 둔화, 경제적 곤란, 우울감, 심리적인 위축감, 치아상태의 불량 등으로 고형식품의 섭취에 있어 양적 및 질적으로 제한을 받는 인간을 포함한 원숭이, 소, 말, 돼지, 양, 개, 고양이, 래트, 마우스, 침팬지 등의 포유동물을 의미한다.

또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 식용 식물 또는 식물성 식품을 상기 식물연화용 나노 리포좀에 침지하는 것을 포함하는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품의 제조방법에 관한 것이다.

본 발명에 있어서, 상기 식물연화용 나노 리포좀에 식용 식물 또는 식물성 식품을 침지하는 방법은 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 식물소화효소를 침투 시키는 방법이라면 어느 것이나 사용 가능하다.

하나의 예로, 식물연화용 나노 리포좀을 식용 식물 또는 식물성 식품의 높이의 중간 이상, 식용 식물 또는 식물성 식품의 높이 이상, 또는 식용 식물 또는 식물성 식품이 완전히 잠기도록 부어준 후 12 내지 30시간, 보다 더 바람직하게는 15 내지 24시간 동안 침지할 수 있다. 이때 상기 식용 식물 또는 식물성 식품은 섭취하기 전 조리하거나 섭취하기 좋은 크기, 예를 들어 가로×세로×높이가 1 내지 5 cm×1 내지 5 cm×0.5 내지 3cm의 크기로 절단된 것이 바람직하다. 또한, 식물연화용 나노 리포좀을 식용 식물 또는 식물성 식품의 높이의 중간 이상으로 침지하는 경우 1 내지 3회 식용 식물 또는 식물성 식품의 방향을 바꾸어 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 식물연화효소가 균일하게 함침되도록 하는 것이 바람직하다.

본 발명에 따라 제조된 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 상기 식물연화용 나노 리포좀이 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직 내로 침투하여 3,500 내지 6,000 g의 경도 및 0.01 내지 4 mJ의 부착성을 나타내며, 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 비파괴된 식용 식물 또는 식물성 식품을 말한다. 여기서, 상기 식용 식물 또는 식물성 식품 내 조직은 식용 식물 또는 식물성 식품의 세포골격을 유지시키는 고형성분인 단순당류, 다당류, 즉 전분, 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴 등으로 이루어진 조직을 말하며, 예를 들어 세포벽이다.

하나의 구체적 실시에서, 1% 헤미셀룰라아제와 2% 레시틴을 혼합하고 10,000 rpm으로 3분 동안 균질화시킨 다음 200 W, 54% 세기로 3분 동안 초음파 처리하여 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀, 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수(대조군)에 지름 3cm 및 높이 1cm로 절단한 당근 및 연근을 각각 0, 12, 24, 35, 48 및 60시간 동안 침지시키면서 침지시간에 따른 당근 및 연근의 외관, 색도, 조직 형태, 조직의 물성, 효소 활성도 및 염색약을 이용한 함침력 정도를 관찰하였다. 그 결과, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀, 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수(대조군)에 침지시킨 당근 및 우엉은 침지시간이 길어질수록 본연의 색을 잃어가는 경향을 보였으며, 코팅, 비코팅 또는 침지 시간에 따른 세포조직의 변화 차이는 발견할 수 없었다. 한편, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 당근 및 우엉은 침지 48시간 까지 당근 및 우엉의 외곽 부위의 경도가 중앙 부위의 경도에 비하여 높게 나타났으며, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 당근 및 우엉의 중양 부위의 경도가 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지시킨 당근 및 우엉에 비하여 낮은 값, 즉 무른 경향을 나타내었다. 또한, 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지시킨 당근은 침지시간이 길어짐에 따라 글루코오스 생성량이 증가하였으나, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 당근은 침지시간이 길어짐에 따라 글루코오스의 함량 변화가 적었고, 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지시킨 당근에 비하여 적은 글루코오스 함량을 나타내었으며, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 리포좀에 침지시킨 우엉은 침지 24시간 까지 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지시킨 우엉에 비하여 상대적으로 적은 글루코오스 함량을 나타내었다(실시예 6 참조).

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 필요에 따라 냉동공정, 건조공정, 동결건조공정, 효소실활공정 또는 조리 및 조미공정을 추가하여 제조할 수 있으며, 반드시 이로 제한되는 것은 아니다.

본 발명의 제조방법에 따라 제조된 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품은 별도의 찌기, 삶기, 볶기 등의 조리, 또는 연하, 저작 등을 도와주는 보조식품 등을 첨가하지 않아도 저작, 연하, 소화기능 등이 저하된 고령자 및 환자, 또는 치아의 발달이 미숙한 유아 등의 섭취자가 쉽게 씹거나 삼킬 수 있으며, 식용 식물 또는 식물성 식품의 고유한 형태를 유지하고 있어 식품 고유의 풍미, 영양소 및 식감을 향상시킬 수 있다. 아울러, 선택적으로 식물연화용 나노 리포좀은 식물연화효소 이외에 조미제, 영양소, 탄수화물, 단백질 및 향미제 등의 기능성 성분을 첨가하여 관능성 및 건강상태를 증진시킬 수 있는 건강기능성 식품으로 제공될 수 있다.

본 명세서에서, 용어 "건강상태 증진"이란 인체의 각 기관계(器官系)의 생리적 기능, 영양결핍증 등을 예방 또는 개선하여 영양, 체력 등의 수준이 향상되는 것을 의미한다.

본 발명의 식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하는 식물연화용 나노 리포좀은 통상의 식물연화효소에 비하여 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 침투가 빠르게 진행되며, pH, 빛, 산소 등으로부터 식물연화효소의 산화 및 저장 안정성을 나타낸다. 이에 상기 식물연화용 나노 리포좀에 식용 식물 또는 식물성 식품을 침지하여 제조한 식용 식물 또는 식물성 식품은 저작, 연하, 소화기능 등이 저하된 고령자 및 환자, 또는 치아의 발달이 미숙한 유아 등이 쉽게 씹거나 삼킬 수 있는 경도 및 부착성을 가지나, 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 파괴되지 않아 식용 식물 또는 식물성 식품 고유의 풍미, 영양소 및 식감이 향상된 효과를 나타낼 수 있다. 아울러, 식물연화용 나노 리포좀은 선택적으로 식물연화효소 이외의 조미제, 영양소, 탄수화물, 단백질 등의 기능성 성분을 첨가하는 경우 관능성이 향상되거나 각 기관계의 생리적 기능, 혈중 콜레스테롤, 영양결핍증 등을 예방 또는 개선하여 건강을 증진시킬 수 있는 기능성 식품을 제공할 수 있다.

도 1은 식물연화효소의 종류 및 농도에 따른 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI)를 측정한 결과이다.
도 2는 0.1 내지 1중량%의 농도별 펙틴(pectin), 키토산(chitosan) 또는 유청 단백질(WPI)과 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 리포좀의 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI)를 측정한 결과이다.
도 3은 1 중량%의 유청 단백질(WPI)과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 리포좀의 pH에 따른 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI)를 측정한 결과이다.
도 4는 1 중량%의 유청 단백질(WPI)과 1% 펙티나아제를 혼합하여 제조한 리포좀의 pH에 따른 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI)를 측정한 결과이다.
도 5는 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 리포좀, 1% 헤밀셀룰라아제 및 1중량%의 레시틴의 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI)를 측정한 결과이다.
도 6은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 당근 또는 우엉을 각각 0 내지 60시간 동안 침지한 후 관찰한 당근 및 우엉의 외관을 관찰한 결과이다.
도 7은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 당근을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 색차계를 이용하여 색도의 변화를 그래프로 나타낸 결과이다.
도 8은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 우엉을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 색차계를 이용하여 색도의 변화를 그래프로 나타낸 결과이다.
도 9는 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 당근을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 당근의 외곽부위의 중앙부위의 세포 조직을 현미경을 이용하여 관찰한 결과이다.
도 10은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 우엉을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 우엉의 외곽부위의 중앙부위의 세포 조직을 현미경을 이용하여 관찰한 결과이다.
도 11은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 당근을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 당근의 경도 및 부착성을 식품 물성 측정기를 이용하여 측정한 결과이다.
도 12는 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 우엉을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 우엉의 경도 및 부착성을 식품 물성 측정기를 이용하여 측정한 결과이다.
도 13은 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 당근을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 헤밀셀룰라아제에 의해 생성되는 글루코오스의 함량을 측정한 결과이다.
도 14는 1중량%의 레시틴과 1% 헤밀셀룰라아제를 혼합하여 제조한 나노 리포좀을 함유하는 함침액, 1% 헤밀셀룰라아제를 함유하는 함침액 및 증류수에 우엉을 0 내지 60시간 동안 침지한 후 헤밀셀룰라아제에 의해 생성되는 글루코오스의 함량을 측정한 결과이다.
도 15는 당근 및 우엉을 플라스틱 용기에 넣은 후 메틸렌 블루(methylene blue)로 염색한 후 0, 12, 24, 36 및 48시간 동안 외관 변화를 관찰한 결과이다.

이하, 제조예 및 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 제조예 및 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 제조예 및 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

제조예 1 : 식물연화효소 준비

식용 식물 또는 식물성 식품의 조직을 연화시키기 위한 식물연화효소로 펙티나아제(pectinase)와 헤미셀룰라아제(hemicellulase)를 선정하고, 이들을 시그마(sigma-aldrich, St, Louis, MO, USA)에서 구입하여 준비하였다.

제조예 2 : 천연 고분자 용액 제조

2-1. 농도별 유화제 용액 제조

대두 레시틴(Lipoid^?S75, Lipoid GmbH, Ludwigshafen, Switzerland)을 0.5M 아세테이트 버퍼(acetate buffer, pH 3) 100ml에 1g을 첨가한 후 700rpm에서 30분 동안 교반한 후 여과필터(4~7㎛)에 여과하여 레시틴 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 제조된 레시틴 용액을 1 및 2 중량%로 희석시켜 준비하였다.

2-2. 농도별 펙틴(pectin) 용액 제조

펙틴(pactin, sigma-aldrich, StLous, MO, USA) 분말을 0.5M 아세테이트 버퍼(acetate buffer, pH 3) 100ml에 4g을 첨가한 후 500rpm에서 1시간 동안 교반한 후 여과필터(4~7㎛)에 여과하여 펙틴 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 제조된 펙틴 용액을 0.01 내지 1 중량%로 희석시켜 준비하였다.

2-3. 농도별 유청 단백질(WPI) 용액 제조

유청단백질(Whey protein isolate, WPI, MSC international ingredients, illinois, USA) 분말을 0.04%의 아지드화나트륨 용액 100 ml에 4g을 첨가한 후 300 rpm에서 3시간 동안 교반한 후 여과필터(4~7㎛)에 여과하여 유청 단백질 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 유청 단백질 용액을 0.1 내지 1 중량%로 희석시켜 준비하였다.

2-4. 농도별 키토산(chitosan) 용액 제조

키토산(chitosan, sigma-aldrich, StLous, MO, USA) 분말을 0.5M 아세테이트 버퍼(acetate buffer, pH 3) 100ml에 4g을 첨가한 후 500rpm에서 1시간 동안 교반한 후 여과필터(4~7㎛)에 여과하여 키토산 용액을 제조하였다. 그 다음 상기 제조된 키토산 용액을 0.01 내지 1 중량%로 희석시켜 준비하였다.

실시예 1 : 식물연화효소의 종류 선택 실험

상기 제조예 1에서 준비한 펙티나아제(pectinase) 및 헤미셀룰라아제(hemicellulase)를 완충용액과 혼합하여 각각 1 내지 8%의 농도의 효소용액을 제조하였다. 그 다음 초고속 교반기(Ultra-Turrax^? T25, KIA labotechnik, staufen, germany)를 이용하여 11,000 rpm에서 3분 동안 초고속 교반을 실시하였다. 그 후 상기 교반된 혼합물을 초고압 교반기(M-110L microfluidizer^? processor, Microfluidic™ corporation, Newton, NE, USA)를 이용하여 120 MPa에서 2 사이클(cycle) 순환시켜 1차 나노 리포좀을 제조하면서 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC)의 측정하여 제타전위를 확인하였다. 또한, 투과전자현미경을 이용하여 입자크기를 측정하였으며, 겔투과크로마토그래피(gel permeation chromatography)를 이용하여 다분산 지수(polydispersity index, PdI)를 구하였다. 그 결과를 도 1에 나타내었다.

실험결과, 헤미셀룰라아제(hemicellulase)가 분산되어 있는 용액의 경우 농도가 증가할수록 입자의 크기가 증가하였고, 8%의 헤미셀룰라아제가 분산되어 있는 입자의 크기는 약 200 nm를 나타내었다. 또한, 농도별 헤미셀룰라아제의 다분산 지수(PdI)값이 0.4 이하로 단분상 상태임을 알 수 있다. 반면, 펙티나아제(pectinase)가 분산되어 있는 용액의 경우 입자의 크기는 평균 2 mm 내외로 다소 크게 나타냈으며, 농도별 펙티나아제의 다분산 지수(PdI)값은 0.4 이상으로 다분상 상태임을 알 수 있다.

한편, 두 효소의 제타 전위 값은 모두 절대값 15 미만으로 입자들이 침강하거나 부유할 수 있어 불안정한 것으로 나타났다. 특히 펙티나아제의 경우는 전하를 거의 띄지 않는 중성입자로 분산도가 매우 떨어지는 것을 알 수 있었다.

이하 실험에서는 입자의 크기가 다소 작고 안정적인 1% 헤미셀룰라아제(hemicellulase)를 식물성 식품의 연화 작용에 관여하는 효소로 선택하여 사용하기로 하였다.

실시예 2 : 식물연화효소의 코팅막으로 적합한 천연 고분자의 종류 및 농도 선택 실험

상기 제조예 1에서 준비한 헤미셀룰라아제(hemicellulase)를 상기 제조예 2에서 제조한 0.1 내지 1 중량%로 제조한 펙틴, 키토산 및 유청 단백질과 각각 혼합하고, 초고속 교반기(Ultra-Turrax^? T25, KIA labotechnik, staufen, germany)를 이용하여 11,000 rpm에서 3분 동안 초고속 교반을 실시하였다. 그 후 상기 교반된 혼합물을 초고압 교반기(M-110L microfluidizer^? processor, Microfluidic™ corporation, Newton, NE, USA)를 이용하여 120 MPa에서 2 사이클(cycle) 순환시켜 1차 나노 리포좀을 제조하면서 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC)의 측정하여 제타전위를 확인하였다. 또한, 투과전자현미경을 이용하여 입자크기를 측정하였으며, 겔투과크로마토그래피(gel permeation chromatography)를 이용하여 다분산 지수(polydispersity index, PdI)를 구하였다. 그 결과를 도 2에 나타내었다.

실험결과, 1% 펙틴으로 제조된 입자의 크기는 5 mm로 매우 크게 나타났고, 입자의 분포도도 다분산상(PdI 값이 0.4-0.6 범위내 존재)으로 나타났다. 이때 제타전위 값은 음전하를 나타내었고, 농도가 증가할수록 절대값이 감소하는 경향을 보였다.

0.1 내지 1 중량% 유청 단백질로 제조된 입자의 크기는 평균 1 mm이였고, 제타 값은 음전하를 나타내었으며, 농도가 증가할수록 절대값이 증가하였다. 반면, 입자의 분포도(PdI)는 농도가 낮아질수록 감소하는 경향을 보였다.

0.1 내지 1중량% 키토산으로 제조된 입자의 크기는 농도가 증가할수록 감소하는 경향을 보였고, 제타값은 양전하를 나타내었다.

실시예 3 : 천연 고분자 물질로 코팅된 효소 함침액의 pH에 따른 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수 측정

3-1. pH에 따른 헤미셀룰라아제가 함침된 함침액의 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI) 측정

상기 제조예 2에서 제조한 1% 유청 단백질(WPI)에 상기 제조예 1에서 준비하여 헤미셀룰라아제가 1%가 포함되도록 혼합한 후 0.1N NaOH를 사용하여 pH 3.5, 4.0, 4.25, 4.5, 4.75 및 5.0으로 맞춰 각각 다른 pH를 가지는 함침액을 제조하였다. 그 다음 헤미셀룰라아제가 함침된 함침액을 초고압 교반기(M-110L microfluidizer^? processor, Microfluidic™ corporation, Newton, NE, USA)를 이용하여 120 MPa에서 2 사이클(cycle) 순환시켜 1차 나노 리포좀을 제조하면서 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC)의 측정하여 제타전위 및 등전점를 확인하였다. 또한, 투과전자현미경을 이용하여 입자크기를 측정하였으며, 겔투과크로마토그래피(gel permeation chromatography)를 이용하여 다분산 지수(polydispersity index, PdI)를 구하였다. 그 결과를 도 3에 나타내었다.

실험결과, 헤미셀룰라아제가 함침된 함침액의 등전점은 pH 4.6에서 나타났고, 입자가 침전되는 것을 육안으로 확인하였으며, pH가 등전점보다 낮을 경우 양의 전하값을 가지며, pH가 등전점보다 높은 경우에는 음의 전하값을 가지는 것을 확인하였다.

또한, 등전점 부근에서 헤미셀룰라아제가 함침된 입자의 크기는 1.5 mm의 크기를 나타내었고, 분산도도 높은 값을 나타내어 침전 시 균일한 입자가 아닌 매우 다양한 크기의 입자 분포도를 나타내는 것을 알 수 있었다. 가장 입자의 크기가 크게 나타난 pH는 5로 입자 분산도도 높게 나타났으며, 등전점으로부터 멀어질수록 입자의 크기는 작아지고 다분산 지수(PdI)값도 낮아지는 것을 알 수 있었다.

3-2. pH에 따른 펙티나아제가 함침된 함침액의 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI) 측정

상기 제조예 2에서 제조한 1% 유청 단백질에 상기 제조예 1에서 준비하여 펙티나아제가 1%가 포함되도록 혼합한 후 0.1N NaOH를 사용하여 pH 4.0, 4.25, 4.5, 4.75, 5.0, 5.25, 5.5, 5.75 및 6.0으로 맞춰 각각 다른 pH를 가지는 함침액을 제조하였다. 그 다음 펙티나아제가 함침된 함침액을 초고압 교반기(M-110L microfluidizer^? processor, Microfluidic™ corporation, Newton, NE, USA)를 이용하여 120 MPa에서 2 사이클(cycle) 순환시켜 1차 나노 리포좀을 제조하면서 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC)의 측정하여 제타전위 및 등전점를 확인하였다. 또한, 투과전자현미경을 이용하여 입자크기를 측정하였으며, 겔투과크로마토그래피(gel permeation chromatography)를 이용하여 다분산 지수(polydispersity index, PdI)를 구하였다. 그 결과를 도 4에 나타내었다.

실험결과, 펙티나아제가 함침된 함침액의 등전점은 pH 5.5에서 나타났으며, pH가 등전점보다 낮을 경우 양의 전하값을 가지는 것을 확인하였다.

또한, 등전점 부근에 해당하는 pH 5.5 및 pH 5에서 펙티나아제가 함침된 입자의 크기는 각각 약 2.7mm, 1.5mm로 크게 나타났고, 등전점에서 pH가 낮아질수록 입자의 크기가 감소하는 것을 확인하였다. 분산도 정도도 입자의 크기가 감소할수록 단분상으로 가까워지는 현상을 나타냈다.

실시예 4 : 천연 고분자 물질로 코팅된 헤미셀룰라아제의 입자크기, 제타전위, 코팅효율 및 효소 활성도 측정

4-1. 천연 고분자 물질로 코팅된 헤미셀룰라아제의 입자크기, 제타전위 및 다분산 지수(PdI) 측정

상기 제조예 2에서 제조한 2% 레시틴(lecithin)에 상기 제조예 1에서 준비하여 헤미셀룰라아제가 2% 포함되도록 혼합한 후 10,000 rpm으로 3분 동안 초고속으로 균질화시키면서 임계미셀농도(critical micelle concentration, CMC)의 측정하여 제타전위를 측정하였다. 그 다음 200 W, 54% 세기로 3분 동안 초음파 처리하여 레시틴으로 코팅된 1% 헤미셀룰라아제를 제조하였다. 또한, 투과전자현미경을 이용하여 입자크기를 측정하였으며, 겔투과크로마토그래피(gel permeation chromatography)를 이용하여 다분산 지수(polydispersity index, PdI)를 구하였다. 대조군으로는 1% 헤미셀룰라아제 또는 2% 레시틴을 사용하였다. 그 결과를 도 5에 나타내었다.

실험결과, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제의 크기는 약 200nm로 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제 또는 레시틴에 비하여 다소 큰 입자크기를 나타내었다. 또한, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제의 제타전위는 -40 mV로 헤미셀룰라아제 또는 레시틴에 비하여 강한 제타 전위값을 나타내어 안정적인 입자를 형성하는 것을 확인하였다.

4-2. 천연 고분자 물질로 코팅된 헤미셀룰라아제의 코팅 효율 및 효소 활성도 측정

상기 제조예 2에서 제조한 2% 레시틴(lecithin)에 상기 제조예 1에서 준비하여 헤미셀룰라아제가 2% 포함되도록 혼합한 후 10,000 rpm으로 3분 동안 초고속으로 균질화시켰다. 그 다음 200 W, 54% 세기로 3분 동안 초음파 처리하여 레시틴으로 코팅된 1% 헤미셀룰라아제를 제조하였으며, 효소 활성법을 통해 포집효율을 계산하였다. 구체적으로, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 입자를 12,000 rpm으로 15분 동안 원심분리하여 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 입자만을 분리하고, 0.05 M 구연산염 (pH 4.7)용액에 녹인 1%(w/v)의 CMC(carboxy methyl cellulose) 0.5 mL과 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 입자 0.5 mL을 넣고 혼합한 후 50℃에서 30분간 반응한다. 반응이 끝나면 TCA 용액 3 mL 첨가 후 혼합한 다음, 5분간 가열하여 반응 후 차가운 물에서 냉각시켜 반응을 정지시킨다. 2 ml 증류수를 넣고 혼합 후 540 nm에서 흡광도를 측정하였고, 표준곡선은 표준용 글루코오스를 사용하였으며, 효소액 1 mL이 1분간 1 μg에 해당하는 글루코오스를 생성하는 효소의 양을 1 unit으로 정의하였다. 그 결과를 표 1에 나타내었다.

측정방법	효소 활성법
포집효율 (%)	34.304

실험결과, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제의 경우 코팅효율이 34%로 낮은 값을 나타내었다.

이하 실험에서 효소를 코팅하는 소재로 다소 작고 안정적인 나노 크기를 형성하며, 단분산상을 형성하는 1 중량% 유청 단백질(WPI) 또는 레시틴을 선정하였다.

실시예 5 : 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액 제조

5-1. 코팅된 효소를 함유하는 함침액 준비

상기 제조예 2에서 제조한 2% 레시틴(lecithin)에 상기 제조예 1에서 준비하여 헤미셀룰라아제가 1%가 포함되도록 혼합한 후 10,000 rpm으로 3분 동안 초고속으로 균질화시켰다. 그 다음 200 W, 54% 세기로 3분 동안 초음파 처리하여 레시틴으로 코팅된 1% 헤미셀룰라아제를 제조하여 준비하였다.

5-3. 비코팅된 효소를 함유하는 함침액 준비

상기 제조예 1에서 준비한 헤미셀룰라아제를 완충용액에 1% 농도로 희석하여 준비하였다.

실시예 6 : 코팅 또는 비코팅된 효소 침지에 따른 식물성 식품의 이화학적 특성 관찰

6-1. 식물성 식품 준비

당근(국내산) 및 우엉(국내산)을 이마트에서 구입하였고, 이를 흐르는 물에 세척한 후 껍질을 벗기고 물관과 체관이 나있는 방향으로 지름 3 cm, 높이 1cm로 각각 잘라 준비하였다.

6-2. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액을 침지한 식물성 식품 제조

상기 실시예 6-1에서 준비한 당근 및 우엉을 플라스틱 용기에 넣은 후 상기 실시예 5에서 준비한 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액을 각각 당근과 우엉이 잠기도록 부어 60시간 동안 침지시켰다.

6-3. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액의 침지에 따른 식물성 식품의 외관 변화 관찰

상기 6-2에서 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 및 우엉을 12시간 간격으로 외관 변화를 관찰하였다. 대조군으로는 효소를 함유하는 함침액 대신 증류수에 침지한 당근 및 우엉을 사용하였다. 그 결과를 도 6에 나타내었다.

실험결과, 침지 시간에 따라 전체적으로 당근의 외관 색은 붉은 색이 소멸되고 노란색으로 진행되는 경향을 나타내었고, 색소 성분이 다수 삼출되어 함침액의 색이 변화하였다. 반면, 우엉의 외관은 뚜렷한 차이를 나타내지 않았다.

6-4. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액의 침지에 따른 식물성 식품의 색도 변화 관찰

상기 6-2에서 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 및 우엉을 12시간 간격으로 색도 변화를 측정하였다. 색도는 색차계(chroma meter, CR-200, KONICA MINOLTA, Tokyo, Japan)를 사용하여 명도(Lightness, CIE L ^* -value), 적색도(Redness, CIE a ^* -value) 및 황색도(Yellowness, CIE b ^* -value)를 3회 반복 측정하였다. 이때 사용한 표준 백색판의 CIE 명도값이 77.1, 적색도 값이 2.1, 황색도 값이 2.2였다. 분해효소 처리한 시료의 색도 변화는 하기 실험식 1을 이용하여 색도차를 산출하였다. 대조군으로는 효소를 함유하는 함침액 대신 증류수에 침지한 당근 및 우엉을 사용하였다. 그 결과를 도 7 및 도 8에 나타내었다.

[실험식 1]

색도차(ΔE ) =

실험결과, 도 7에서 보는 바와 같이 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 색도차는 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액 또는 증류수에 침지한 당근에 비하여 색도차가 증가하였다.

구체적으로, 침지 12시간 후 당근 시료의 명도는 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근을 제외하고 모두 0시간의 값보다 높게 나타났으며, 24시간 이후로 다시 감소하였다. 또한, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 명도 값은 가장 낮은 것을 확인하였다.

침지 12시간 후 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 적색도는 증가하는 경향을 나타내었고, 나머지 대조군과 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 경우는 0시간 보다 다소 감소하였으며, 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근은 시간이 증가함에 따라 적색도가 감소하였다.

침지 12시간 후 증류수에 침지한 당근(대조군)의 황색도는 감소하였다. 헤미셀룰라아제만 함유하는 함침액에 침지해준 당근의 황색도 값이 증가하였고, 시간이 지남이 따라서는 조금씩 감소하였다. 반면, 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 황색도는 시간이 지남에 따라 급격히 감소함을 알 수 있었다.

한편, 도 8에서 보는 바와 같이 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 우엉의 색도차는 침지 12시간 후 증가하는 경향을 나타내었으나, 시간이 경과함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 반면, 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 우엉과 증류수에 침지한 우엉은 시간에 따라 색도차가 증가하였다.

구체적으로, 침지 12시간 후 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액, 헤미셀룰라아제만 함유하는 함침액 및 증류수에 침지한 우엉의 명도는 침지 0시간의 값보다 모두 감소하였고, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 우엉의 경우 시간이 지남에 따라 명도가 증가하였으나, 헤미셀룰라아제만 함유하는 함침액에 침지한 우엉은 시간이 지남에 따라 명도가 감수하는 경향을 나타내었다.

한편, 침지 12시간 후 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액, 헤미셀룰라아제만 함유하는 함침액 및 증류수에 침지한 우엉의 적색도 및 황색도는 급격히 증가하였고, 시간이 지남에 따라 변화의 폭은 작게 나타났다.

6-5. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액의 침지에 따른 식물성 식품의 조직 관찰

상기 6-2에서 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 및 우엉을 12시간 간격으로 CCD 카메라(3.0M, Olympus, Shinjuku, Japan)를 연결한 광학현미경(Olympus CX31, Tokyo, Japan)으로 관찰하였다. 시료를 얇은 조각(5 mm×5 mm×1 mm)으로 자른 후, 약 10 μL의 증류수를 슬라이드 글라스에 떨어뜨린 후 커버 글라스를 덮어 관찰하였다. 대조군으로는 효소를 함유하는 함침액 대신 증류수에 침지한 당근 및 우엉을 사용하였다. 그 결과를 도 9 및 도 10에 나타내었다.

실험결과, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제가 함유된 함침액, 헤미셀룰라아제만 함유된 함침액 또는 증류수에 침지한 당근 및 우엉 또는 시간에 따른 조직 변화차이는 발견할 수 없었다.

6-6. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액의 침지에 따른 식물성 식품의 물성 측정

상기 6-2에서 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 및 우엉을 12시간 간격으로 식품 물성 측정기(texture analyzer, CT3-1000, Brookfield Engineering Laboratories, Inc. Stoughton, MA, USA)를 사용하여 경도(hardness) 및 부착성(adhesiveness)을 측정하였다. 물성분석에서 목표값(target value)은 5.0 mm이었으며, 시료 무게는 70 g, 측정 속도는 2.5 mm/s의 속도로 측정하였다. 각 시료의 측정치는 5회 이상 반복 실험하여 평균값과 표준편차로 표시하였다. 경도는 식품의 형태를 변형시키는데 필요한 힘으로 첫 번째 압착(First force)에 의한 곡선의 최고점 높이로 측정하였다. 대조군으로는 효소를 함유하는 함침액 대신 증류수에 침지한 당근 및 우엉을 사용하였다. 그 결과를 도 11 및 도 12에 나타내었다.

실험결과, 도 11에서 보는 바와 같이 증류수에 침지한 당근(대조군)의 경도는 전체적으로 감소하였고, 특히 부착성이 매우 낮은 값을 나타내었다. 구체적으로, 증류수에 침지한 당근 중앙 부위와 외곽의 경도를 비교해 보면 외곽보다는 중앙 부위가 더 강도가 낮은 걸로 나타났으며, 부착성도 중앙 부위가 외곽부보다 값이 낮게 나타나 부착성이 다소 떨어지는 것을 알 수 있었다.

코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 당근의 경도는 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 나타내었고, 중앙 부위와 외곽 부위 비교 관찰 결과는 24시간 까지는 차이가 없으나 이후로 외곽보단 중앙 부위가 다소 낮은 값을 나타내었다.

레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 중앙 부위의 경도는 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 당근 중식부의 경도에 비하여 낮은 값을 보였고, 반대로 당근 외곽 부위에서는 48시간 까지는 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근의 경도가 높은 값을 나타내었다. 또한, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액은 당근의 중앙 부위까지 도달하는 시간이 빨라 중앙 부위의 조직 연화가 먼저 일어나 상대적으로 낮은 경도값을 나타내고, 당근 외곽 부위가 높은 경도를 나타내었다. 이에 반해 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 당근의 경우는 중앙 부위와 외과 부위간의 뚜렷한 조직감의 차이는 발견할 수 없었다.

한편, 도 12에서 보는 바와 같이 증류수에 침지된 우엉이 가장 단단한 경도를 나타내었고, 시간이 지날수록 중앙 부위의 경도가 다소 낮은 값을 나타내었다.

코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 우엉의 중앙 부위와 외곽 부분 간의 경도 차이는 나타나지 않았고, 48시간 이후에 외곽 부분의 경도값이 중앙 부위가 보다 급격히 떨어지는 것을 관찰할 수 있었다.

레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지된 우엉의 경도는 외곽부위가 중앙 부위에 비하여 단단함을 알 수 있었고, 그 차이는 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 우엉보다 더 많이 나는 것을 알 수 있었다. 부착성은 시간이 지남에 따라 부착성이 일부 증가되는 것을 볼 수 있었다. 시간에 따른 증감효과의 경향은 뚜렷이 나타나지 않았고, 다만 중앙 부위와 외곽부위의 부착성을 비교해 보면 중앙 부위가 보다 높은 부착성을 나타내었다.

6-7. 코팅 또는 비코팅된 효소를 함유하는 함침액의 침지에 따른 식물성 식품의 효소 활성도

0.05 M 구연산염 (pH 4.7)용액에 녹인 1%(w/v)의 CMC(carboxy methyl cellulose) 0.5 mL과 상기 6-2에서 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제 및 코팅되지 않은 1% 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지한 당근 및 우엉 0.5 g을 넣고 혼합한 후 50℃에서 30분간 반응한다. 반응이 끝나면 TCA 용액 3 mL 첨가 후 혼합한 다음, 5분간 가열하여 반응 후 차가운 물에서 냉각시켜 반응을 정지시킨다. 2 ml 증류수를 넣고 혼합 후 540 nm에서 흡광도를 측정하였고, 표준곡선은 표준용 글루코오스를 사용하였으며, 효소액 1 mL이 1분간 1 μg에 해당하는 글루코오스를 생성하는 효소의 양을 1 unit으로 정의하였다. 대조군으로는 효소를 함유하는 함침액 대신 증류수에 침지한 당근 및 우엉을 사용하였다. 그 결과를 도 13 및 도 14에 나타내었다.

실험결과, 도 13에서 보는 바와 같이 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 당근의 경우 글루코오스 함량이 시간에 따라 증가 하였다. 이에 반해 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지된 당근의 글루코오스 함량의 변화는 시간에 따라 변화가 적었고, 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지한 당근에 비하여 생성된 글루코오스 함량이 낮았다. 즉, 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함침액에 침지된 당근의 경우 활성도가 고정되어 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만 함유하는 함침액에 침지된 당근에 비하여 활성 발현이 적어 낮은 양의 글루코오스 함량 생성물을 관찰할 수 있었다.

한편, 도 14에서 보는 바와 같이 우엉의 경우는 당근과 달리 시간에 따라 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제의 활성화를 반영하는 글루코오스의 농도 변화가 다른 경향을 나타내었다. 구체적으로, 초기에는 코팅되지 않은 헤미셀룰라아제만을 함유하는 함침액에 침지된 우엉에서 상대적으로 높은 글루코오스의 함량이 측정되었고, 24 시간을 경계로 레시틴으로 코팅된 헤미셀룰라아제를 함유하는 함유액에 침지된 우엉의 글루코오스 함량이 높아지는 것을 알 수 있었다.

실시예 7 : 식용 식물 또는 식물성 식품에 따른 침투력 비교실험

상기 실시예 6-1에서 준비한 당근 및 우엉을 플라스틱 용기에 넣은 후 효소의 1/100의 양으로 희석한 메틸렌 블루(methylene blue) 염색약을 당근 및 우엉이 잠기도록 부어 0, 12, 24, 36 및 48시간 동안 외관 변화를 관찰하였다. 그 결과를 도 15에 나타내었다.

실험결과, 침지 시간이 길어질수록 염색약이 침투되는 깊이가 두꺼워지는 것을 확인하였다.

Claims

식물연화효소 및 유화제를 유효성분으로 함유하되, 상기 식물연화효소 및 유화제는 각각 1%의 농도로 희석되어 함유되며, 식물연화효소 100중량부를 기준으로 상기 유화제가 100 중량부 내지 300 중량부로 혼합하고 균질화된 것으로, 평균 150 내지 250nm의 입자크기를 나타내는 식물연화용 나노 리포좀.
제1항에 있어서, 상기 식물연화효소는 헤미셀룰라아제(hemicellulase), 펙티나아제(pectinase), 펙틴메틸에스터레이즈(pectinmethylesterase), 폴리갈락투로나아제(polygalacturonase), 베타-글루카나아제(β-glucanase), 자일라나아제(xylanase) 및 셀룰라아제(cellulase)으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 식물연화용 나노 리포좀.
삭제
제1항에 있어서, 상기 유화제는 디스테로일-sn-포스파티딜에탄올 아민, 디팔미토일 포스파티딜에탄올 아민, 포스파티딜에탄올 아민, 포스파티딜 세린, 포스파티딜 글리세롤, 포스파티딜 콜린, 디팔미토일, 포스파티딜 세린, 디팔미토일 포스파티딜 글리세롤 및 디팔미토일 포스파티딜 콜린으로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상 또는 이들의 혼합물, 또는 인지질을 포함하는 천연원으로부터 추출된 인지질로 이루어진 그룹으로부터 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 식물연화용 나노 리포좀.
삭제
제1항에 있어서, 상기 식물연화용 나노 리포좀은 상기 식물연화효소 및 유화제 이외에 조미제, 영양제, 탄수화물, 단백질 및 향미제로 이루어진 군으로부터 선택된 1종 이상을 추가로 함유하는 것을 특징으로 하는 식물연화용 나노 리포좀.
식용 식물 또는 식물성 식품을 제1항, 제2항, 제4항 또는 제6항 중 어느 하나의 항에 따른 식물연화용 나노 리포좀에 12 내지 30시간 동안 침지하여 식용 식물 또는 식물성 식품이 500 내지 6,000 g의 경도 및 0.01 내지 4 mJ의 부착성을 나타내도록 연화시키되 상기 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관 형태는 유지시키는 외관 비파괴적인 것을 특징으로 하는 연화된 식용 식물 또는 식물성 식품의 제조 방법.
삭제
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제1항, 제2항, 제4항 또는 제6항 중 어느 한 항의 식물연화용 나노 리포좀이 식용 식물 또는 식물성 식품 내로 침투하여 식용 식물 또는 식물성 식품이 500 내지 6,000 g의 경도 및 0.01 내지 4 mJ의 부착성을 나타내도록 식용 식물 또는 식물성 식품의 조직이 분해 또는 연화되나 식용 식물 또는 식물성 식품의 외관은 비파괴된 것을 특징으로 하는 연화된 식용식물 또는 식물성 식품.
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