KR101856751B1 - 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조방법 - Google Patents

이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조방법 Download PDF

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Abstract

1배치 (one-pot) 당화를 이용한 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법, 이에 따라 제조된 당함량이 저감된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물, 및 이를 포함하는 식품 조성물이 제공된다.

Description

이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조방법{Method for preparing a mixed saccharide composition comprising isomalto oligosaccharides}
1배치 (one-pot) 당화를 이용한 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조방법, 이에 따라 제조된 당함량이 저감된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물, 및 이를 포함하는 식품 조성물에 관한 것이다. 상기 혼합당 조성물은 포도당, 과당, 자당 등의 당류의 함량은 적으면서 식품에 응용 시 식감 및/또는 물성을 개선시킬 수 있는 이점을 갖는다.
올리고당은 원료의 종류에 따라, 전분질을 이용한 말토올리고당 또는 이소말토올리고당, 유당을 이용한 갈락토 올리고당, 및 설탕을 이용한 프락토 올리고당 등으로 나뉜다.
이 중, 이소말토올리고당은 이소말토오스 (isomaltose), 파노오스 (panose), 및 이소말토트리오스 (isomaltotriose) 등의 분지 올리고당을 주성분으로 하며 5당류 이상의 고분자 성분은 거의 함유하지 않는 저점도의 당류를 총칭한다. 이소말토올리고당은 전분으로부터 효소반응에 의해 생성되며, 글루코스가 α-1,4 결합으로 연결된 직쇄 결합당 외에, 한 개 이상의 α-1,6 결합을 가지는 소당류, 또는 중합도 (degree of polymerization, 이하 DP) 1 내지 5의 당류를 주성분으로 한다.
이러한 이소말토올리고당은 식품의 보습성, 기능성 원료, 광택제, 부형제 등으로 식품산업 전반에 걸쳐 사용되고 있으며, 이의 구체적인 효능으로는 장내의 유산균 발효를 활성화시키거나, 비피더스균을 증식시키는 효능이 있는 것으로 알려져 있으며, 그 외에도 정장작용과 충치예방, 노화방지와 다이어트 등에도 효과가 있는 것으로 알려져 있어 유가공품, 발효유, 음료 등의 가공식품 분야에 다양하게 사용되고 있다.
한편, 최근 전 세계적으로 문제가 되고 있는 성인병, 비만 등을 해결하기 위한 방안 중 하나로써, 한국을 비롯한 다수 국가에서 자국 국민의 당 섭취를 줄이기 위한 다양한 정책이 시행되고 있는 추세이며, 국내에서는 특히 어린이 기호식품 중에 함유된 총 지방, 포화지방, 당, 나트륨 등 영양성분 함량의 등급을 정하여, 어린이가 알아보기 쉽도록 그 함량의 높고 낮음에 따라 색상으로 표기하는 즉, 신호등 표시제를 시행하고 있다. 그런데 종래의 올리고당류의 경우 1, 2당류의 함량이 높아 당류 저감화 추세에 적합하지 않다는 문제를 가지고 있다.
일반적인 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은 전분질 원료를 제분하여 호화 시키고 호화된 액에 예컨대 아밀라아제와 같은 액화 효소를 투입하여 액화한 후, 당화하는 공정을 포함하여 이루어진다. 예컨대, 한국특허 공개공보 제2011-0085133호에 기재된 바와 같이, 곡류를 침지 또는 증자시켜 호화 되기 쉬운 상태로 1차 가공한 후, 호화, 액화 및 당화 공정을 거쳐 이소말토올리고당을 제조한다.
그러나, 상기 방법은 도정된 곡물에 대하여 제분 또는 증자하는 과정을 거치므로, 긴 공정시간이 소요된다는 점 및 공정이 용이하지 않은 불편함을 유발하고 있다. 또한, 상기 문헌에서는 당화 공정에 엿기름을 사용하였는데, 액화나 당화 공정에 엿기름을 사용할 경우 엿기름에 존재하는 다양한 미생물로 인하여 제품의 균일성 확보가 어렵고, 내열성 균의 증식으로 인해 제품에 곰팡이나 부패를 일으키며, 내열성이 떨어져 반응 온도가 낮고, 반응 시간이 길어져 산업적 생산에 사용하기 어려운 단점이 있다.
또한, 한국 등록 특허 제 1992-0012978호 등 현재 일반적으로 사용되고 있는 공정은 액화가 완료된 후 1차 당화 시 debranching enzyme과 beta-amylase를 첨가하여 맥아당 함량을 증가시키고, 다시 2차 당화 시 당전이효소를 첨가하여 맥아당 절단 및 알파-1,6 결합을 유도하여 이소말토올리고당을 제조하는 방법을 개시하고 있다. 그러나 이러한 방법은 시간이 지나치게 오래 걸리며, 또한 제조된 이소말토올리고당 내 1, 2 당류의 함량이 높아 응용 시에 최종 제품의 당류함량 상승에 크게 영향을 미치게 된다. 또한, 점도가 낮아 식품으로 응용 시에 식감의 개선 또는 향상을 위한 긍정적인 역할은 하지 못하는 문제가 있다.
따라서, 이러한 문제점을 보완할 수 있는 당류 함량은 적으면서 식품으로 응용 시에 해당 식품의 식감 또는 물성을 개선 시킬 수 있는 이소말토올리고당의 제조 기술의 개발이 요구된다.
상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위하여, 1배치 당화를 이용하여 제조시간 단축과 제조공정 간소화와 더불어, 당류 저감화 제품군 적용에 적합한 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 방법으로 제조된 당류[단당류(포도당, 과당 등) 및/또는 2당류(자당 등)] 저감 및 점도 증가 특성을 갖는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 및 이를 포함하는 식품 조성물을 제공하는 것을 목적으로 한다.
구체적으로, 본 발명의 일 예는, 액화전분에 당화효소 및 당전이효소를 하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가하여 당화(기질분해)와 당 전환(기질생성)을 동시에 진행되는 단계를 포함하는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법을 제공한다.
다른 예는 상기 제조방법으로 제조되며, 단당류 및/또는 이당류 함량이 저감된 것을 특징으로 하는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 제공한다. 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 액상 조성물일 수 있다. 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 이소말토올리고당 함량이 10중량% 이상이고, 점도가 높은 것을 특징으로 하는 것일 수 있다.
다른 예는 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 포함하는 식품 조성물을 제공한다.
본 발명은 이소말토올리고당 함유 혼합당의 제조 기술에 관한 것으로, 1차 당화에서 당화효소(debranching enzyme, beta-amylase)를 이용하여 맥아당의 함량을 높인 후 2차 당화에서 당전이 효소를 이용하여 이소말토올리고당을 제조하는 종래의 two-pot 당화방법을 개선하여, 하나의 반응조(one-pot) 내에 당화효소 및 당전이효소를 한번에 첨가하여 당화하는 공정을 이용함으로써, 반응 시간을 현저히 단축할 수 있음은 물론이고 제조 공정 또한 간소화할 수 있는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 이소말토올리고당 함유 혼합당 제조 기술은 기질분해(당화, 맥아당 제조)와 기질합성(당 전환, 이소말토올리고당 제조)을 동시에 진행하는 one-pot 당화 공정을 이용하여 단당류(포도당, 과당 등) 및/또는 2당류(자당 등) 생성을 최소화로 하면서 전체 이소말토올리고당 함량을 10중량% 이상으로 증가시켜, 기본적인 이소말토올리고당의 특성을 가지면서 단당류/2당류의 함량이 종래보다 현저히 저감된 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조할 수 있어서, 현재 이슈가 되고 있는 당류 저감화 정책에도 부합할 수 있는 기술이다.
본 명세서에서 용어 "당류 저감"은 특별한 언급이 없는 한, 과잉섭취시 비만, 당뇨, 심혈관계 질환, 기타 각종 성인병의 발생 위험을 높이는 것으로 알려진 포도당, 과당, 자당 등 단당류 및 2당류의 함량이 낮아짐을 의미하며, 이 때 상기 "당류"에는 사이코스 등의 희소당은 포함되지 않는다.
특히, 상기 이소말토올리고당 제조 기술은 제품의 점도에 가장 큰 영향을 미치는 DP(degree of polymerization)3와 DP4 이상의 당함량을 높이기 위해 3당류를 특이적으로 제조하는 특정 당화효소 (예컨대, 말토트리오스 형성 아밀라아제 등)를 이용함으로써, 종래의 이소말토올리고당 함유 혼합당 보다 점도가 높고 제품에 응용 시 바디감을 부여하여 식감 개선에 효과적인 역할을 하는 이소말토올리고당 함유 혼합당의 제조가 가능하다.
본 명세서에서, 이소말토올리고당은 당질 원료를 포도당 분자가 분지 결합의 기본구조를 갖도록 효소를 작용시켜 얻은 당액 또는 당질 원료를 효소 처리하여 얻은 당액을 여과, 정제, 및/또는 농축한 액상 또는 분말상의 혼합당을 의미한다. 이소말토올리고당은, 단당류, 수크로스 및 말토오스 등의 2당류, DP4 (4당류) 이상의 직쇄당, 및 DP8 (8당류) 이상의 성분을 제외한, 2당류 이상의 분기당 혼합물로서, 이소말토오스(Isomaltose; 2당류), 코지비오스(Kojibiose; 2당류), 니게로오스(Nigerose; 2당류), 파노오스(Panose; 3당류), 이소말토트리오스(Isomaltotriose; 3당류), 이소말토테트라오스(Isomaltotetraose; 4당류), 이소말토펜타오스(Isomaltopentaose; 5당류), 이소말토헥사오스(Isomaltohexaose; 6탄당), 및 이소말토헵타오스(Isomaltoheptaose; 7당류)등의 분기당으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상을 포함하는 것일 수 있다.
본 발명에 따른 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물(또는 이소말토올리고당 함유 혼합당)은, 기존의 혼합당과 비교하여, 포도당, 과당, 자당 등의 단당류와 2당류의 함량이 저감되고 이소말토올리고당 함량이 높고 점도가 현저히 증가된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 예는 액화 전분에 당화효소 및 당전이효소를 하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가하여 상기 액화 전분을 당화 및 당전환시키는 단계를 포함하는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법을 제공한다. 상기 액화 전분의 당화 및 당전환 단계는 하나의 공정 (one-step)으로 수행되는 것을 특징으로 한다.
상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은, 상기 당화 및 당전환 단계 이전에, 전분질 원료에 액화효소를 첨가하여 액화전분을 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 명세서에서, 당화효소 및 당전이효소를 "하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가" 한다는 의미는, 종래의 제조방법에서 당화효소 및 당전이효소를 각각 따로 순차적으로 첨가하여, 당화효소를 이용하여 맥아당의 함량을 높이는 당화 단계(1차 단계)와 당전이 효소를 처리하는 당전환 단계 (2차 단계)를 각각 별개로 순차적으로 수행하였던 것과는 달리, 당화효소와 당전이효소를 하나의 단일 용기 내에 한번에 첨가함으로써 당화 및 당전환 중 형성된 중간 생성물을 분리하거나 또는 따로 수득하는 단계 없이, 당화(기질분해) 및 당전환(기질생성)이 하나의 공정으로 함께 이루어질 수 있도록 한 것을 의미한다. 이와 같이 하여, 본 발명에서는, 당화효소 및 당전이효소를 하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가함으로써, 종래 공정에서 지나치게 장 시간이 소요되었던 문제를 해결할 수 있을 뿐 아니라, 포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및/또는 2당류의 함량은 줄어들고, 3당류 이상의 올리고당의 함량이 높아지고, 점도가 현저하게 증가된, 이소말토올리고당 함유 혼합당을 얻을 수 있다.
*상기한 바와 같이, 본 발명에서 제안되는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합 조성물의 제조 방법은 당화 공정과 당전환 공정을 one-pot 반응으로 수행할 수 있어, 전체 제조 공정을 현저히 단순화 내지 간소화시킬 수 있으며, 이에 따라 단시간 내에 보다 효율적으로 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 제조할 수 있다. 또한, 상기 제조 방법은 당화 공정과 당전환 공정을 각각 별개로 수행하는 경우와 비교하여, 반응 후의 워크업(work up) 또는 중간체 회수과정이나 용기 이동 과정 중에 발생할 수 있는 물질의 손실을 방지할 수 있으므로, 수득되는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 수율 및 순도를 현저히 향상시킬 수 있다.
상기 액화 전분에 당화효소 및 당전이효소를 하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가하여 상기 액화 전분을 당화 (기질 분해) 및 당전환(기질 생성)시키는 단계에 있어서, 당화란 액화전분을 맥아당, 포도당 및 저분자량 덱스트린으로 분해시키는 것을 의미하며, 당 전환이란 맥아당의 절단 및 알파 1, 6 결합을 유도하여 포도당을 이소말토오스, 이소말토트리오스, 및/또는 이소말토테트라오스 등으로 전환시켜 이소말토올리고당을 제조하는 것을 의미한다. 즉, 본 발명에서는 맥아당의 생성과 동시에 맥아당의 절단 및 알파 1, 6 결합을 유도하여 이소말토올리고당을 제조하는 것을 특징으로 한다.
상기한 바와 같이, 종래의 제조방법에서 당화 효소(debranching enzyme, beta-amylase)와 당전이 효소를 각각 순차적으로 첨가하여, 당화효소(debranching enzyme, beta-amylase)를 첨가하여 맥아당의 함량을 높이는 1차 당화 단계와 당전이 효소를 첨가하여 이소말토올리고당을 제조하는 2차 당전이 단계를 각각 순차적으로 수행하였던 것과는 달리, 본 발명의 제조 방법은 당화효소와 당전이효소를 하나의 단일 용기 내 한번에 첨가함으로써 (즉, 당화 공정과 당전이 공정을 하나의 단계(one-step)로 수행함으로써), 반응 시간이 현저히 단축되고 제조 공정이 보다 간소화되는 효과가 있다. 또한, 상기 제조 방법은, 종래의 기술에서 사용하던 엿기름의 사용을 배제하고 내열성 효소를 사용함으로써, 위생적으로 안전하고 균일한 품질의 이소말토올리고당을 생산할 수 있음을 특징으로 한다.
상기 당화효소(Glycosylase; EC 3.2)는 전분 입자의 바깥부분을 가수분해함으로써 전분을 당으로 전환시키는 효소를 의미하며, 예컨대, 이소말토올리고당 제조를 위하여 사용 가능한 당화효소는 말토트리오스 형성 아밀라아제 (maltotriose forming amylase), 풀루라나아제(pullulanase), 베타-아밀라아제(beta-amylase), 알파-글루코시다아제 (alpha-glucosidase) 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 이 중에서 말토트리오스 형성 아밀라아제는 3당류를 생성하는 당화효소로, 특히, 점도 향상에 기여하는 말토트리오스(실험예 2 참조)를 생산하여, 이소말토올리고당 함유 혼합당의 점도 향상 및 식감 개선에 유리한 역할을 할 수 있다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 당화효소는 말토트리오스 형성 아밀라아제를 필수적으로 포함하는 것을 특징으로 한다. 예컨대, 상기 당화효소는 말토트리오스 형성 아밀라아제, 또는 풀루라나아제, 베타-아밀라아제, 알파-글루코시다아제 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상과 말토트리오스 형성 아밀라아제와의 혼합물일 수 있으며, 보다 바람직하게는 말토트리오스 형성 아밀라아제, 풀루라나아제 및 베타-아밀라아제의 혼합물일 수 있다.
상기 당전이효소는 전분 입자의 바깥부분을 가수분해하는 동시에 글리코시드기를 전환시키는 효소를 말하며, 당화효소에 의하여 생성된 맥아당과 포도당을 단당류 이상의 체인에 연결시켜 이소말토올리고당을 생성하는 역할을 한다. 본 발명의 바람직한 구체예에서, 상기 이소말토올리고당 제조를 위한 당전이효소는 트랜스글루코시다아제 (transglucosidase; TGS)일 수 있다.
보다 구체적으로, 상기 풀루라나아제(pullulanase; EC 3.2.1.41)는 α-1,6-글리코시딕 결합을 선택적으로 가수분해하여 액화전분에 잔재하는 긴 전분 체인을 끊어주는 debranching enzyme이다. 상기 베타-아밀라아제(beta-amylase; EC 3.2.1.2)는 아밀로스의 비환원성 말단의 α-1,4-글리코시딕 결합을 가수분해시켜 맥아당(maltose)을 생산한다. 상기 알파-글루코시다아제 (Alpha-glucosidase; EC 3.2.1.20)는 1,4-알파 결합에 작용하여 전분(starch) 및 이당류(disaccharides)를 절단한다. 상기 트랜스글루코시다아제(transglucosidase; TGS)는 포도당을 올리고당으로 전환시키는 역할을 한다.
트랜스글루코시다아제와 같은 당전이효소를 당화효소와 별개로 순차적으로(즉, tow-pot 공정으로) 사용할 경우, 단당류 및/또는 2당류의 함량이 계속적으로 증가되는 문제가 있다. 이에, 본 발명은 one-pot 공정으로, 당화효소와 당전이효소를 동시에 투입함으로써 포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및/또는 2당류의 함량이 현저히 저감된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 제조할 수 있다.
또한, 본 발명에서는 당화효소로서 3당류를 특이적으로 생성하는 말토트리오스 형성 아밀라아제 (maltotriose forming amylase; EC. 3.2.1.1; 예컨대, AMT 1.2L)를 필수적으로 사용함으로써, DP3 (3당류), DP4 (4당류), 및/또는 그 이상의 고분자량 당류의 함량을 증가시켜 상대적으로 DP1 및/또는 DP2의 당류의 함량이 감소된 이소말토올리고당 제조에 보다 유리한 효과를 나타낼 수 있다. 또한, 이와 같은 이소말토올리고당 내의 DP3 이상의 당류의 함량 증가는 이소말토올리고당의 점도 증가를 유도하여 이소말토올리고당의 바디감을 개선시켜, 다양한 식품에 응용시 관능 효과 및/또는 기호도를 보다 향상시킬 수 있다. 말토트리오스 형성 아밀라아제는 마이크로박테리움 임페리알(microbacterium imperial)에서 발견된 효소로서, 전분의 알파-1,4 결합을 가수분해하여 말토트리오스를 생성하는 역할을 한다. 말토트리오스 형성 아밀라아제는 Endo type의 당화효소이며 온도 50~55℃, pH 6.5의 조건에서 최적 반응을 나타내며, 말토올리고당 당화효소로 널리 사용되고 있다. 상기 말토트리오스 형성 아밀라아제에 의하여 생성되는 말토트리오스는 흡습성이 우수하여 당의 결정화 방지 및 전분의 노화방지에 중요한 역할을 한다. 또한, 말토트리오스는 산과 열에 안정하여 캔디나 베이커리류 등에 많이 사용되고 있다. 또한, 말토트리오스는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 점도 증가에 기여하는 것으로 나타나서 (실험예 2 참조), 말토트리오스를 생산하는 말토트리오스 형성 아말라아제를 사용하여 이소말토 올리고당 함유 혼합당을 제조함으로써, 혼합당의 점도가 증가 및 제품 적용시 식감 개선에 유리한 효과를 발휘할 수 있다.
본 발명의 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법에 있어서, 상기 당화효소는 인버타아제(invertase; EC 3.2.1.26), 예컨대 Sumizyme INV-L를 포함하지 않는 것일 수 있다.
일 예에 있어서, 액화전분 고형분 중량(반응액 내의 용매를 제거한 고상 물질의 중량) 100 중량부에 대하여, 풀루라나아제, 베타-아밀라아제, 말토트리오스 형성 아밀라아제, 및 트랜스글루코시다아제를 각각 0.01 내지 0.02 중량부(풀루라나아제), 0.00001 내지 0.0005 중량부(예컨대, 0.00002 내지 0.0003 중량부 또는 0.00003 내지 0.0002 중량부; 베타-아밀라아제), 0.002 내지 0.004 중량부(말토트리오스 형성 아밀라아제), 및 0.002 내지 0.004 중량부(트랜스글루코시다아제)의 양으로 사용하거나, 각각 0.01 내지 0.015 중량부(풀루라나아제), 0.00005 내지 0.00008 중량부(또는 0.00006 내지 0.00007 중량부; 베타-아밀라아제), 0.002 내지 0.003 중량부(말토트리오스 형성 아밀라아제), 및 0.002 내지 0.004 중량부(트랜스글루코시다아제)로 사용할 수 있다.
상기 당화 및 당전환 단계는 상기 당화효소 및 당전이효소를 첨가한 후 50 내지 65℃에서 10 내지 30시간 동안 또는 20 내지 30시간 동안, 예컨대 50 내지 60℃에서 20 내지 28시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 상기 당화 및 당전이 반응은 pH 5.0 내지 6.0, 예컨대 pH 5.5 내지 6.0에서 (예컨대, 10 내지 30시간 동안, 20 내지 30시간 동안, 또는 20 내지 28시간 동안) 수행하는 것일 수 있다. 상기와 같은 온도, pH 및 시간 조건 범위에서 당화 및 당전환 단계를 수행함으로써, 종래의 방법에 의해 제조된 이소말토올리고당 함유 혼합당과 동일한 특성을 발현하면서도, 포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및/또는 2당류의 함량이 현저히 저감된 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조할 수 있다.
또한 상기 당화 및 당 전환 단계는 효소 안정제를 첨가하는 단계를 추가로 포함함으로써, 더욱 촉진될 수 있다. 상기 효소 안정제는 당화효소 및 당전환효소와 동시에 첨가되거나 또는 당화효소 및 당전환효소 첨가 이후에 첨가될 수 있다. 상기 효소안정제는 수산화 칼슘, 탄산칼슘 및 염화칼슘으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 효소 안정제는 당화 및 당전환 단계의 반응액 전체 고형분 중량 (반응액 내의 용매를 제거한 고상 물질의 중량) 대비 0.1 내지 5 중량%로 사용될 수 있다.
본 명세서에서 각 단계에서의 반응액 전체의 고형분 중량은 이소말토올리고당 이외에 미반응 물질 및 기타 당류도 포함하는 의미이다.
일 구현예에서, 상기 당화 및 당 전환 단계 이전에 액화전분의 초기 pH와 초기 온도를 조정하는 단계를 더욱 포함할 수 있다. 예컨대, 액화전분의 초기 pH와 초기 온도를 조정하는 단계는 액화전분의 초기 pH 5 내지 7, pH 5 내지 6.5, pH 5 내지 6.2, pH 5 내지 6, pH 5.5 내지 7, pH 5.5 내지 6.5, pH 5.5 내지 6.2, 또는 pH 5.5 내지 6으로, 액화전분의 초기 온도를 40 내지 70℃, 40 내지 65℃, 또는 50 내지 65℃로 각각 조정하는 것일 수 있다.
상기 액화전분은 쌀, 보리, 콩, 조, 기장, 수수, 밀, 옥수수, 귀리 및 메밀로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 전분의 액화 전분일 수 있다. 상기 액화전분은 시판되는 것을 사용하거나, 전분을 액화시켜 제조된 것을 사용할 수 있다.
상기 액화전분을 제조하여 사용하는 경우, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은, 상기 당화 및 당전환 단계 이전에 또는 액화전분의 초기 pH와 초기 온도를 조정하는 단계 이전에(액화전분의 초기 pH와 초기 온도를 조정하는 단계를 포함하는 경우), 전분질 원료에 액화효소를 첨가하여 액화전분을 제조하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 액화전분 제조 단계는 전분질 원료가 액화효소에 의하여 덱스트린으로 전환되어 액화전분이 제조되는 단계이다. 액화전분이란 전분질 원료를 액화시켜 얻어진 것을 의미한다. 전분상태의 구조로는 당화효소의 작용을 받을 수 없으므로, 전분의 아밀로스 및 아밀로펙틴 구조상에서 알파-1.4 결합 부위를 가수분해하여 전분을 수용성으로 만들어진 액화전분은 당화효소와 친화력이 증가되어 당화 공정에 보다 유리하게 사용될 수 있다.
상기 전분질 원료는 이소말토올리고당의 원료가 될 수 있는 것이라면 제한 없이 사용할 수 있다. 일 예에서, 상기 전분질 원료는 곡류 및 서류로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원료 또는 이로부터 얻어지는 곡류 전분 및/또는 서류 전분일 수 있으며, 예컨대, 쌀, 보리, 콩, 조, 기장, 수수, 밀, 옥수수, 귀리, 메밀, 감자, 및 고구마로 구성되는 군에서 선택되는 1종 이상의 원료 또는 이로부터 얻어진 전분일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
상기 액화전분은 시판되는 것을 사용할 수도 있으나, 바람직하게는 상기한 전분질 원료를 물과 혼합한 후, 액화효소로 액화시켜 얻어진 것일 수 있다.
상기 물은 특별한 제한은 없으며, 예컨대 정제수 일 수 있고 수온도 특별한 제한 없이 예컨대 상온의 물일 수 있다. 물은 전분질 원료 100 중량%에 대해 100 내지 500중량%로 가할 수 있으나, 전분질 원료의 종류, 액화효소의 종류 등에 따라 적절하게 조절될 수 있다.
상기 액화효소는 전분 내부의 결합, 구체적으로 아밀로오스 사슬에 있는 α-1,4-글리코시딕 결합을 무작위적으로 끊어 아밀로오스를 가수분해하여 효모가 이용할 수 있는 발효성 당인 소량의 포도당 (glucose), 말토오오스 (maltose) 또는 저분자량 덱스트린 (dextrin) 등을 생성하여 전분 현탁액을 빠른 속도로 맑은 용액으로 전환시킬 수 있는 효소를 말한다. 상기 액화효소로 알파-아밀라아제(alpha-amylase; EC 3.2.1.1)를 사용할 수 있다. 액화효소는 시중에서 용이하게 구입하여 사용 할 수 있으며, 구체적으로 리코자임(Liquozyme Supra, novozymes) 등을 사용할 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다.
바람직하게는 상기 액화효소는 전분질 원료 100 중량부에 대해 0.01 내지 0.07 중량부 또는 0.03 내지 0.06 중량부의 양으로 사용할 수 있으나, 이에 제한되지 않고, 필요에 따라 당업자가 적절히 조절하여 사용할 수 있다.
상기 액화전분 제조단계는 pH 5 내지 8 및 85 내지 110℃의 조건에서 2시간 내지 2.5시간 동안 수행될 수 있으며, 예컨대 pH 5.9 내지 6.2 및 95 내지 110℃에서 2시간 내지 2.5시간 동안 수행될 수 있다.
액화효소의 활성 pH 및 온도 범위를 고려할 때, 상기 pH 및 온도 범위를 벗어나면 효소의 활성이 감소되어 반응성이 저하되어 시간이 오래 걸리거나 원하는 당조성이 나오지가 않으므로, 액화전분 제조 단계의 pH 및 온도 조건은 상기 범위로 하는 것이 적절하다.
또한 상기 액화전분 제조단계는 액화효소의 활성을 보다 높이기 위해 효소 안정제를 첨가하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 효소 안정제는, 예컨대, 수산화 칼슘, 탄산칼슘, 염화칼슘 등으로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상일 수 있으며, 액화 전분 제조 단계의 반응액의 고형분 중량 (반응액 내의 용매를 제거한 고상 물질의 중량) 대비 0.5 내지 10 중량% 또는 2 내지 6 중량%로 사용될 수 있다.
상기 액화전분 (시판되거나 제조하여 얻어짐)은 예컨대 옥수수의 전분을 액화시킨 것일 수 있다. 일 예에서, 상기 액화전분은 포도당 당량 10 내지 15의 덱스트린 용액일 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 수득된 최종 반응액의 이소말토올리고당의 함량은, 최종 반응액의 중량 기준으로, 10 내지 30 중량%, 12 내지 30 중량%, 15 내지 30중량%, 10 내지 25 중량%, 12 내지 25 중량%, 15 내지 25중량%, 10 내지 22 중량%, 12 내지 22중량%, 또는 15 내지 22 중량%일 수 있다.
상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은, 이소말토올리고당이 제조된 후 (즉 당화 및 당전이 단계 이후), 반응에 참가한 효소의 활성을 중단하여 실활시키기 위한 단계(효소 불활성화 단계)를 추가로 포함할 수 있다.
상기 효소 불활성화 단계는, 승온, pH 조정 등 당 분야에 알려진 물리, 화학적인 통상의 효소 실활 방법을 사용하여 이루어질 수 있다. 예컨대, 상기 효소 불활성화 단계는 상기 당화 및 당 전환 단계를 통해 제조된 이소말토올리고당이 함유된 반응 용액을 70 내지 100℃ 또는 70 내지 90℃ 온도 범위에서, 30 내지 120분 또는 30 내지 60분간 가열함으로써, 액화효소 및/또는 당화효소 및 당전이효소를 불활성화시키는 것일 수 있다. 그러나, 각 단계에서 반응에 참가한 효소들이 완전히 반응한 경우에는, 필요에 따라 상기 효소 불활성 단계를 생략할 수도 있다.
또한, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은, 이소말토올리고당이 제조된 후 (즉 당화 및 당전이 단계 이후 또는 효소 불활성화 단계를 거친 경우에는 효소 불활성화 단계 이후), 미반응 물질과 고형분 (전분 액화 시 액화되지 않는 단백질류 등 포함) 등을 제거하기 위해, 당화 및 당전이 단계 이후 또는 효소 불활성화 단계를 거친 경우에는 효소 불활성화 단계에서 얻어진 반응액을 여과, 정제 및/또는 농축하는 과정을 추가로 수행할 수 있다. 이와 같은 과정을 통하여 최종적으로 정제된 이소말토올리고당을 수득할 수 있다.
즉, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은 상기 당화 및 당 전환 단계 이후 또는 효소 불활성화 단계를 거친 경우에는 효소 불활성화 단계 이후에, 여과, 정제 및/또는 농축 단계를 추가로 포함할 수 있다.
상기 여과, 정제 및/또는 농축 단계는 특별히 제한되지 않고, 본 발명이 속하는 기술 분야에 알려진 통상의 방법을 사용하여 수행할 수 있다. 예를 들어, 상기 여과는 필터 또는 규조토 등에 의하여 수행될 수 있고, 상기 정제는 이온수지를 이용한 정제과정을 통해 수행될 수 있으며 (이를 통하여 이온성 물질 제거 및/또는 탈색 및/또는 pH 조절이 될 수 있음), 상기 농축은 진공 농축, 감압농축 등의 과정을 통하여 수행될 수 있다. 또한, 여기에 냉각과정을 추가로 수행함으로써, 제품화 될 수 있다.
앞서 설명한 바와 같이, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은 반응 시간을 현저히 단축하고 제조 공정을 보다 간소화할 수 있음은 물론이고, 나아가 포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및/또는 2당류의 함량이 현저히 저감된 이소말토올리고당을 제조할 수 있는 것을 특징으로 한다.
상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법은 대한민국 식품공전에 기재된 규격 이상의 이소말토올리고당 함량을 가지면서, 당류(포도당, 과당, 자당 등의 단당류/2당류) 함량이 감소된, 저당류 올리고당 제조에 큰 의의가 있다. 또한, 상기 제조방법에 의하여 제조된 이소말토올리고당 함유 혼합당은 DP(degree of polymerization, 중합도) 3 또는 4 이상인 당류 및 DP 10 이상인 긴 사슬의 당류가 비교적 많이 분포하여, 바디감 부여에 큰 역할을 제공한다. 이 중에서도 말토트리오스 (DP3)과 DP10 이상의 긴 사슬의 당류가 점도 상승에 중요한 역할을 한다. 앞서 설명한 바와 같이, 본 발명의 제조방법은 말토트리오스 형성 아밀라아제를 사용함으로써, 말토트리오스 생산을 증가시킬 뿐 아니라 DP10 이상의 긴 사슬의 당류의 생산량도 높아서 (실험예 1의 표 1 참조), 두 요인의 상승 작용에 의하여 제조되는 혼합당 조성물의 점도 향상 및 이로 인한 식품에 적용시의 식감 향상에 보다 유리한 효과를 거둘 수 있다. 또한, 상기 제조방법에 의하여 제조된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 이소말토올리고당 함량이 10중량% 이상이다. 이소말토올리고당 고유의 유익한 점인 장내 유산균의 증식을 활성화시키거나, 비피더스균의 증식, 변비 개선 효과 등의 영양학적 기능을 물론, 식품의 노화억제, 부드러운 감미 부여, 높은 보습성, 열 안정성, 내산성, 바디감 부여 등의 물성학적 기능을 동시에 효과적으로 발현하면서도, 당류(포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및/또는 2당류)의 함량은 낮아져서, 국민의 건강 증진에 매우 유용하게 사용될 수 있다.
본 발명의 다른 예는 상기 제조방법에 따라 제조되며, 당, 특히 포도당, 과당, 설탕 등의 단당류 및/또는 2당류의 함량이 저감된 것을 특징으로 하는 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 제공한다. 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 액상의 조성물일 수 있다. 상기 액상 조성물의 농도는 소망하는 적용 형태, 적용 제품, 적용 목적 등에 따라서 적절히 조절될 수 있다. 상기 액상 조성물은, 예컨대, 10 내지 90브릭스, 20 내지 85브릭스, 또는 30 내지 80 브릭스 범위에서 적절히 조절될 수 있으나, 적용 형태, 적용 제품, 적용 목적 등에 따라 적절하게 농축 또는 희석되어 사용될 수 있다.
상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 이소말토올리고당 (이소말토오스, 코지비오스, 니게로오스, 파노오스, 이소말토트리오스, 이소말토테트라오스, 이소말토펜타오스, 이소말토헥사오스, 및 이소말토헵타오스로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상) 함량(고형분 중량 기준)이 전체 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 중량(고형분 중량) 기준으로 5중량% 이상, 10 중량% 이상, 12 중량% 이상, 14 중량% 이상, 또는 16 중량% 이상, 예컨대, 5 내지 80중량%, 10 내지 80중량%, 12 내지 80 중량%, 14 내지 80중량%, 16 내지 80중량%, 5 내지 70중량%, 10 내지 70중량%, 12 내지 70 중량%, 14 내지 70중량%, 16 내지 70중량%, 5 내지 60중량%, 10 내지 60중량%, 12 내지 60 중량%, 14 내지 60중량%, 16 내지 60중량%, 5 내지 50중량%, 10 내지 50중량%, 12 내지 50 중량%, 14 내지 50중량%, 16 내지 50중량%, 5 내지 40중량%, 10 내지 40중량%, 12 내지 40 중량%, 14 내지 40중량%, 16 내지 40중량%, 5 내지 30중량%, 10 내지 30중량%, 12 내지 30 중량%, 14 내지 30중량%, 16 내지 30중량%, 5 내지 25중량%, 10 내지 25중량%, 12 내지 25중량%, 14 내지 25중량%, 또는 16 내지 25중량%인 것일 수 있다.
상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 단당류 (희소당 제외) 및 2 당류(자당 등) 함량(고형분 중량)이 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 총 중량(고형분 중량) 기준으로 30 중량% 이하, 25중량% 이하, 22 중량% 이하, 20 중량% 이하, 18중량% 이하, 15중량% 이하, 13.5중량% 이하 예컨대, 1-30 중량%, 1-25중량%, 1-22 중량%, 1-20 중량%, 1-18중량%, 1-15중량%, 또는 1-13.5%인 것일 수 있다 (예컨대, 혼합당 조성물 75브릭스 기준). 이는 종래 이소말토올리고당 함유 혼합당 내 포도당, 과당, 자당 등의 단당류 및 2 당류 함량이 60중량% 이상임을 고려하면, 본 발명의 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 내의 단당류 (희소당 제외) 및 2당류(자당 등) 함량은 이의 절반에도 못 미치는 것으로, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법 및 이에 의하여 제조된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물이 매우 현저한 당류 저감화 효과를 가짐을 확인할 수 있다.
또한, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 DP10 이상의 당류의 함량(고형분 중량)이 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 총 중량(고형분 중량) 기준으로 10 중량% 이상, 14중량% 이상, 20중량% 이상, 22중량% 이상, 24중량% 이상, 26중량% 이상 또는 28중량% 이상, 예컨대, 10 내지 60중량%, 14 내지 60중량%, 20 내지 60중량%, 22 내지 60중량%, 24 내지 60중량%, 26 내지 60중량%, 28 내지 60중량%, 10 내지 50중량%, 14 내지 50중량%, 20 내지 50중량%, 22 내지 50중량%, 24 내지 50중량%, 26 내지 50중량%, 28 내지 50중량%, 10 내지 40중량%, 14 내지 40중량%, 20 내지 40중량%, 22 내지 40중량%, 24 내지 40중량%, 26 내지 40중량%, 28 내지 40중량%, 10 내지 30중량%, 14 내지 30중량%, 20 내지 30중량%, 22 내지 30중량%, 24 내지 30중량%, 26 내지 30중량%, 또는 28 내지 30중량%인 것일 수 있다 (예컨대, 혼합당 조성물 75브릭스 기준). 또한, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 말토트리오스의 함량이, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물 총 중량(고형분 중량) 기준으로, 8중량% 이상, 10 중량% 이상, 12 중량% 이상, 14 중량% 이상, 16 중량% 이상, 예컨대, 8 내지 25중량%, 10 내지 25중량%, 12 내지 25중량%, 14 내지 25중량%, 16 내지 25중량%, 8 내지 22중량%, 10 내지 22중량%, 12 내지 22중량%, 14 내지 22중량%, 16 내지 22중량%, 8 내지 20중량%, 10 내지 20중량%, 12 내지 20중량%, 14 내지 20중량%, 16 내지 20중량%, 8 내지 18중량%, 10 내지 18중량%, 12 내지 18중량%, 14 내지 18중량%, 또는 16 내지 18중량%일 수 있다. 이와 같이 말토트리오스 및/또는 DP10 이상의 당류의 함량이 높아지면 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 점도도 상승하며, 상승된 점도는 개선된 식감 (예컨대, 바디감)을 부여하는데 유리하게 작용할 수 있다. 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 점도(예컨대, 고형분 함량 70 브릭스, 20℃로 보정 한 뒤, Brookfield rheometer DV-3을 이용(spindle no. 64, speed 60rpm)하여 측정시의 점도 기준)가 1000cP 이상, 1500cP 이상, 1700cP 이상, 또는 2000cP 이상, 예컨대 1000 내지 5000cP, 1500 내지 5000cP, 1700 내지 5000cP, 2000 내지 5000cP, 1000 내지 4000cP, 1500 내지 4000cP, 1700 내지 4000cP, 2000 내지 4000cP, 1000 내지 3000cP, 1500 내지 3000cP, 1700 내지 3000cP, 또는 2000 내지 3000cP인 것일 수 있다. 상기 점도는 보다 낮은 온도에서 측정시 (예컨대 5℃에서 측정), 상기 20℃에서 측정된 점도보다 약 1배 이상, 또는 약 1.5배 이상, 예컨대, 1 내지 3배, 1.5 내지 3배, 1 내지 2.5배, 1.5 내지 2.5배, 1 내지 2배, 또는 1.5 내지 2배 높아진 값을 나타낼 수 있다.
또한, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 어는점 내림 효과도 비교적 우수하여 (어는점: -0.317℃), 빙과류, 아이스크림류 등에 적용시 녹는 속도를 늦출 수 있고, 단단함을 부여할 수 있는 이점이 있다.
또한, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 낮은 흡습성, 높은 보습성을 갖고, 장시간 고온 열처리에도 갈변에 매우 안정적이며 (예컨대, 30브릭스, 121℃에서 30분간 열처리시 흡광도 (420nm)가 0.005 이하, 0.004 이하, 또는 0.003 이하), 열안정성 및/또는 pH 안정성이 높아서 가혹조건 (낮은 pH 및 높은 온도) 하에서도 주성분 잔존률이 매우 높으며 (예컨대, 98℃으로 60분 가열시 pH 3.5 이상에서 주성분(이소말토올리고당; 이소말토오스, 파노오스, 이소말토트리오스 및 DP4 내지 DP7의 분기당) 잔존률이 95중량% 이상, 98중량% 이상, 또는 99중량% 이상이고, pH 2.5 이상에서의 주성분 잔존률이 85중량% 이상, 88중량% 이상, 또는 90중량% 이상; 또는 산도 0.25%, pH 3.2 조건 하에서 5-45℃에서의 1주일간 주성분 잔존률이 99중량% 이상, 99.5중량% 이상, 또는 99.9 중량% 이상)인 특징을 갖는다.
상기 혼합당 조성물은 포도당당량 (dextrose equivalent; DE; %)이 약 25 내지 30이고, 앞서 설명한 바와 같은 높은 점도로 인하여, 바디감 부여 등의 물성이 개선되어, 증점제(thickning agent) 등의 식품 또는 의약 첨가물로써 유용하게 사용될 수 있다.
다른 예는 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물을 포함하는 식품 조성물을 제공한다.
본 명세서에서 식품이라 함은 영양소를 한 가지 또는 그 이상 함유하고 있는 천연물 또는 가공품을 의미하며, 바람직하게는 어느 정도의 가공 공정을 거쳐 직접 먹을 수 있는 상태가 된 것을 의미한다. 또한, 통상적인 의미로서, 각종 식품, 건강기능 식품, 음료, 식품 첨가제 및 음료 첨가제를 모두 포함하는 의미로 사용된다. 상기 식품은 이소말토올리고당이 포함될 수 있는 식품이라면 특별한 제한이 없으며, 액상 감미료, 물엿, 유가공품, 발효유, 음료, 소스, 과자, 양념 (조미료) 및 가공식품 등의 식품 전반 분야에 사용할 수 있다.
구체적인 예시로, 본 명세서에서 식품은 특수영양식품 (예컨대, 조제유류, 영,유아식 등), 식육가공품, 어육제품 (예컨대, 햄, 소시지 등), 두부류, 묵류, 면류 (예컨대, 라면류, 국수류 등), 건강보조식품, 조미식품 (예컨대, 간장, 된장, 고추장, 혼합장, 마요네즈, 식초 등), 소스류, 과자류 (예컨대, 스넥류, 캔디, 껌, 파이, 아이스크림류, 빙과류 등), 베이커리 제품 (예컨대, 빵, 케익, 쿠키 등), 유가공품 (예, 발효유, 치즈 등), 기타 가공식품, 김치, 절임식품 (예컨대, 각종 김치류, 장아찌 등), 음료 (예컨대, 과실 음료, 채소류 음료, 커피, 탄산음료, 두유류, 발효음료류 등; 본 발명의 이소말토올리고당 함유 혼합당의 온도가 낮아질수록 점도가 증가하는 특성에 의하여 음료에 적용시 상승 효과를 나타낼 수 있음), 천연조미료 (예컨대, 라면 스프 등), 액상 감미료 (예컨대, 물엿, 액상 올리고당 등), 비타민 복합제, 알코올 음료, 주류 및 그 밖의 건강보조식품류를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 상기 건강기능 식품, 음료, 식품 첨가제 또는 음료 첨가제는 통상의 제조방법으로 제조될 수 있다.
다른 예는 상기 감미용 조성물을 포함하는 의약 조성물을 제공한다. 상기 의약 조성물에 포함된 감미용 조성물은 쓴맛 차폐, 감미 부여 등을 위한 부형제, 코팅제, 등으로 포함될 수 있다. 예컨대, 상기 의약 조성물은 정제, 캡슐, 분말, 또는 시럽 등 형태의 경구 제형일 수 있다.
상기 식품 조성물 또는 의약 조성물 내의 감미용 조성물의 함량은 식품 조성물 또는 의약 조성물의 종류에 따라서 적절하게 조절할 수 있으며, 예컨대, 식품 조성물 또는 의약 조성물 총 중량 기준으로, 0.0001 내지 90중량%, 0.001 내지 80 중량%, 0.01 내지 50 중량%, 또는 0.01 내지 30 중량% 범위에서 적절하게 조절될 수 있다.
본 발명에 따라 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 제조 시, 이의 제조시간을 현저히 단축할 수 있음과 동시에 제조 공정을 보다 간소화 할 수 있다. 또한 종래의 방법에 의해 제조된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당에 비해 높은 점도로 음료 또는 다른 식품 응용 시 바디감 부여에 큰 역할을 하여 식감 및/또는 물성 개선에 기여할 수 있으면서도 단당류 및 2당류 등의 당류 함량이 종래보다 현저히 저감된 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당을 제조할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일 실시예에 따른 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법을 보여주는 공정 순서도이다.
이하 본 발명의 이해를 돕기 위해 바람직한 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐 본 발명의 범위가 이에 한정되는 것은 아니다.
<실시예 1>
옥수수 전분(㈜삼양제넥스) 175g을 물 325g과 혼합한 옥수수 수전분에 액화효소인 알파-아밀라아제 (상품명 Liquozyme supra, Novozyme)를 옥수수 수전분의 중량대비 0.01중량%로 첨가하고, 1M HCl과 1M NaOH를 사용하여 pH를 5.9~6.2 로 조정한 뒤, 95℃이상에서 액화시키는 작업을 약 2시간 동안 수행하여 포도당당량이 10~12인 저분자량 덱스트린 용액(액화전분)을 제조하였다.
제조된 액화전분 500 g(35 brix)을 삼각플라스크에 넣고 1M HCL과 1M NaOH를 사용하여 pH 5.6~6.0, 온도 60℃로 보정하였다. 이후 교반 기능이 첨가 된 항온 수조를 이용하여 온도를 60℃로 유지하였다.
상기 액화전분 500 g(35 brix)이 들어있는 삼각 플라스크에, 액화전분에 남아있는 긴 전분 체인을 끊어주기 위한 풀루라나아제(Promozyme D2, novozymes)을 액화전분의 고형분 중량 기준으로 0.0112중량%, 맥아당 생성을 위한 베타-아밀라아제(Barley Beta Amylase, 이하 BBA, Novozymes)를 액화전분의 고형분 중량 기준으로 0.00018중량%, 3당류 생성을 위한 말토트리오스 형성 아밀라아제 (AMT 1.2L, amino)를 액화전분의 고형분 중량 기준으로 0.0028중량%, 및 생성된 맥아당을 포도당으로 분해하여 올리고당을 생성하기 위한 트랜스글루코시다아제 (TGS, amano)를 액화전분의 고형분 중량 기준으로 0.0025중량%의 양으로 함께 첨가하였다. 상기 효소들을 첨가한 후 60℃에서 24시간 동안 당화반응 및 당전이반응을 실시하였다.
당화 및 당전이 완료 후 효소활성을 중단하기 위하여 항온수조를 이용하여 85℃ 이상에서 5분간 가온하여 효소를 실활시켰다. 얻어진 반응액은 필터프레스(Aspirator, 화신기계)를 이용하며 규조토(perlite) 여과를 실시하여 불순물을 제거하고, 이온수지(양이온:SCR-B, 음이온:AW90, MB이온: SCR-B와 AMP24를 1:2로 혼합)를 이용하여 정제한 뒤, 농축기(Rotary Evaporator, 선일기계)로 진공 농축하여 당도가 75 브릭스 이상이 되도록 조정한 후, 40℃ 이하로 냉각하여, 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<실시예 2>
액화전분 500 g(35 brix)에 고형분 중량 기준으로 0.00006중량%의 BBA 효소를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<실시예 3>
액화전분 500 g(35 brix)에 고형분 중량 기준으로 0.02중량%의 Promozyme D2 효소를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<실시예 4>
액화전분 500 g(35 brix)에 고형분 중량 기준으로 0.0037%(중량 %)의 TGS 효소를 첨가한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<비교예 1>
당화 전 덱스트린 용액(액화전분)의 초기 pH를 pH 4로 조정한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<비교예 2>
당화 전 덱스트린 용액(액화전분)의 초기 온도를 70℃로 조정한 것 외에는 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<비교예 3>
상기 실시예 1에서 얻어진 덱스트린 용액에 BBA를 0.01중량%로 첨가하여 맥아당 함량이 70중량% 이상이 되도록 약 1일 동안 반응을 먼저 한 후, 당전이효소로서 TGS 효소(novozymes)를 0.01중량% 를 첨가하여 다시 약 2일 동안 반응을 한 것 외에는 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 제조한 이소말토올리고당(이소말토올리고당 M500, 삼양제넥스)의 여과, 농축 전 당화액을 사용하였다.
<비교예 4>
풀루라나아제 Optimax L-1000(Genencor) 0.06중량%, 베타-아밀라아제 BBA(Novozyme)를 0.001 중량%, Sumizyme INV-L(Genencor)과 트랜스글루코시다아제 TG L-500(Genencor) 효소를 각각 0.2중량%씩 첨가한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일한 방법으로 액상의 이소말토올리고당 함유 혼합당을 제조하였다.
<실험예 1>
당류 저감화 효과와 점도향상 효과를 동시에 달성하기 위한 최적 조건을 도출하기 위해, 당화 및 당 전환 단계에 사용되는 효소 첨가량과, 액화전분의 초기 pH 및 온도 조건을 각각 달리하여 제조된 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에 따른 이소말토올리고당 내 당 함량(중량%)을 분석하였다.
이소말토올리고당 내 당 함량 분석을 위해, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 이소말토올리고당의 여과 전 당화액을 각각 5ml씩 2bix로 3차 증류수로 희석하여, 활성탄을 첨가 후 100℃ 이상으로 가열하여 효소를 실활하였으며, 이 용액을 퍼라이트(Perlite)를 이용하여 여과하고 이온정제 과정을 통해 HPLC(용매: 정제수, 온도: 85℃, 유속: 0.6 ml/min, injet volumn : 15 ul, run time : 25min)로 분석하였다. 분석에 사용한 Column 은 Aminex HPX-42A carbohydrate column을 이용하였으며, 정제는 SCR-B (양이온수지), WA30(음이온수지), SCR-B 와 AMP24 수지를 1:2로 섞은 이온수지를 통과시켜 진행하였다.
상기 얻어진 결과를 표 1에 나타내었다.
DP 1(중량%) DP 2(중량%) DP 3(중량%) DP 10 이상(중량%)
실시예 1 8.1 15.0 20.0 24.3
실시예 2 5.4 13.2 21.4 29.2
실시예 3 7.0 12.8 18.0 21.5
실시예 4 7.5 14.8 19.2 26.5
비교예 1 2.2 6.5 9.2 48.2
비교예 2 11.0 15.3 17.3 18.7
비교예 3 29.2 26.7 26.8 1%미만
비교예 4 10.3 24.7 25.2 9.7
* DP=degree of polymerization, 중합도
한편, 이소말토올리고당(IMO) 함량 분석을 위해, 실시예 1 내지 4 및 비교예 1 내지 3에서 제조된 이소말토올리고당의 여과 전 당화액에 상기와 같은 처리 후, HPLC(용매: Acetonitril 75% 용액, 유속: 0.6ml/min, inject volumn: 15 ul, run time: 40min)로 분석하였다. 분석에 사용한 column은 NH2- carbohydrate column을 이용하였으며, 정제는 SCR-B (양이온수지), WA30(음이온수지), SCR-B 와 AMP24 수지를 1:2로 섞은 이온수지를 통과시켜 진행하였다.
상기 얻어진 결과를 표 2에 나타내었다.
DP 2(중량%) DP 3(중량%) DP 4(중량%) DP 5(중량%)
IMO함량 (중량%)
Maltose 함량(중량%) Isomaltose 함량(중량%) Maltotriose
함량(중량%)		 Panose
함량(중량%)		 Isomaltotriose
함량(중량%)		 Isomaltotetraose (중량%) Isomaltopentaose(중량%)
실시예1 12.6 2.4 14.6 6.8 1.0 4.0 6.0 20.2
실시예2 12.5 0.7 17.1 4.3 0.0 6.8 4.5 16.3
실시예3 12.1 0.7 14.6 3.4 0.0 3.0 3.1 10.2
실시예4 13.0 1.8 15.5 4.4 2.6 5.8 2.6 17.2
비교예1 6.4 0.3 7.7 1.5 0.1 1.2 0.6 3.7
비교예2 15.2 0.1 15.8 1.2 0.3 1.6 0.0 3.2
비교예3 11.7 15.1 0.2 22.1 4.5 9.6 0.0 51.3
비교예4 10.9 13.7 3.8 18.3 4.7 7.1 1.8 45.6
(1) IMO 함량 (중량%)= isomaltose 함량 + Panose 함량 + Isomaltotriose 함량 + Isomaltotetraose 함량 + Isomaltopentaose 함량
2) 상기 표에 기재된 함량은 모두 고형분 중량 기준이며, 단위는 중량%임)
상기 표 1 에서 알 수 있는 바와 같이, 실시예 1에 비해 beta-amylase(BBA)의 첨가량이 적고, 실시예 3에 비해 Pullulanase(Promozyme D2)첨가량이 적고, 실시예 4에 비해 당전이 효소인 Transglucosidase(TGS)의 첨가량이 적은 실시예 2의 경우, 단당류(DP1) 및 이당류(DP2) 함량이 더욱 적게 나타났다. 이로써 당화효소 및 당전이 효소의 양이 적을수록 당류 저감 효과가 우수함을 확인 할 수 있었다. 특히, 실시예 2보다 실시예 1의 단당류(DP1) 및 이당류(DP2)의 함량이 높은 것으로 보아, Beta-amylase 가 단당류(DP1) 및 이당류(DP2) 형성에 큰 영향을 미침을 알 수 있으며, 이는 당전이효소가 반응을 할 수 있는 기질이 많이 생성되었기 때문이라고 볼 수 있다. 이러한 결과는 표 2에서 실시예 1의 이소말토올리고당 함량(중량%)이 실시예 4의 이소말토올리고당 함량(중량%) 보다 높다는 결과에서도 확인할 수 있다.
또한 실시예 2에 비해 각각 Beta-amylase와 Pullulanase효소 첨가량이 많았던 실시예 1과 3의 경우, DP 10 이상의 긴 체인의 함량이 비교적 낮았으며 특히 Pullulanase 효소의 양이 많을수록(실시예 3) DP 10이상의 긴 체인의 양이 적어지는 경향이 있는 것으로 관찰되었다. 이와 같은 DP 10 이상인 당의 양은 점도에 영향을 미칠 것으로 예상된다.
한편, 비교예 1 및 2의 경우, 비록 DP1, DP2의 함량이 실시예 1 내지 4에 비하여 상대적으로 낮거나 높게 측정된 것으로 나타났으나(표 1), 이소말토올리고당 함량(중량%)이 3 내지 5% 인 것으로 나타나서(표 2), 이소말토올리고당의 규격에 미달하는 결과물이 생산된다. 이러한 결과는 당전이효소(transglucosidase)를 포함한 여러 당화효소들이 고온과 산성 조건으로 인해 효소 반응을 제대로 하지 않았기 때문일 것으로 예상된다. 따라서 효과적인 당 저감 효과를 얻기 위해서는 효소 첨가량뿐만 아니라, 온도 및 pH 조건 또한 중요함을 확인할 수 있다.
비교예 3과 4의 경우 이소말토올리고당 함량은 높게 나타났지만, 아래의 실험예 2에서 확인되는 바와 같이, 점도가 낮은 것으로 나타나서, 우수한 식감을 제공하기에 적절하지 않다.
<실험예 2>
당화 및 당전이 반응이 제대로 일어난 실시예 1 내지 4에서 얻어진 이소말토올리고당을 대상으로 하여 최종 제품의 점도를 측정하였다. 실시예 1 내지 4의 이소말토올리고당을 고형분 함량 70 브릭스, 20℃로 보정 한 뒤, Brookfield rheometer DV-3을 이용(spindle no. 64, speed 60rpm)하여 점도를 측정하였다. 상기 얻어진 결과를 표 3에 나타내었다.
점도(cP)
실시예 1 2,430
실시예 2 2,770
실시예 3 2,050
실시예 4 2,340
비교예3 550
비교예4 990
상기 표 3에서 보여지는 바와 같이, DP10 이상의 당류 함량이 많을수록 대체적으로 높은 점도 값을 나타내었으며, DP10 이상의 당류의 함량이 1% 미만인 비교예 3의 경우에는 가장 낮은 점도 값을 나타내었다.
한편 실시예 1에 비해 말토트리오스(Maltotriose) 함량이 낮은 실시예 4의 점도가 비교적 낮은 것으로 보아 전체 삼당류(DP3) 중에서 말토트리오스가 점도 향상에 더욱 영향을 미침을 확인할 수 있었다. 실시예 1-4 모두 규격 이상의 이소말토올리고당 함량을 가지면서, 말토트리오스 및 DP10 이상 당류의 함량이 높아서 2000cP 이상의 높은 점도를 나타냄을 확인할 수 있다. 반면, 비교예 3의 경우, 이소말토올리고당 함량은 높게 나타났지만, 말토트리오스 및 DP10 이상의 당의 함량이 낮아 (표 1 및 2 참조), 점도가 낮은 것을 확인할 수 있다 (550cP). 비교예4의 경우에도, 전체 삼당류(DP3) 함량은 높으나 말토트리오스 및 DP10 이상의 당류의 함량이 낮아 점도 또한 낮은 것을 확인 할 수 있다 (990cP).
상기 결과에 비추어, 본 발명의 제조 방법에 의하여 제조된 이소말토올리고당 함유 혼합당은 이소말토올리고당 함량 10중량% 이상의 이상적인 조성을 가지면서, 점도가 현저하게 향상되어, 식품 적용시 우수한 식감을 부여할 수 있는 이점을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 액화전분의 pH와 온도를 각각 pH 5 내지 7, 및 40 내지 65℃로 조정하는 단계; 및
    액화전분에 마이크로박테리움 임페리알(microbacterium imperial) 유래 말토트리오스 형성 아밀라아제, 플루라나아제 및 베타-아밀라아제를 포함하는 당화효소, 및 당전이효소를 하나의 반응조(one-pot) 내에 함께 첨가하여 당화 및 당 전환 반응을 동시에 진행하는 당화 및 당전환 단계를 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법으로서,
    상기 당화 및 당전환 단계는 액화전분의 고형분 100 중량부에 대하여, 0.002 내지 0.004 중량부의 말토트리오스 형성 아밀라아제, 0.01 내지 0.02 중량부의 풀루라나아제, 0.00001 내지 0.0005 중량부의 베타-아밀라아제, 및 0.002 내지 0.004 중량부의 당전이 효소를 상기 액화전분에 첨가하여 수행하는 것인,
    상기 혼합당 조성물은 이소말토올리고당을 10 내지 40중량% 포함하고, 말토트리오스 함량이 10 내지 20 중량%이며, DP10 이상의 당류 함량이 28 내지 40중량%이며, 70브릭스 및 20℃ 조건 하에서의 점도가 1000 내지 5000cP인 것인, 혼합당 조성물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 당전이효소는 알파-글리코시다아제 또는 트랜스글루토시다아제인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 당화 및 당전환 단계는,
    액화전분의 고형분 100 중량부에 대하여,
    0.01 내지 0.02 중량부의 풀루라나아제,
    0.00001 내지 0.0005 중량부의 베타-아밀라아제,
    0.002 내지 0.004 중량부의 말토트리오스 형성 아밀라아제, 및
    0.002 내지 0.004 중량부의 당전이효소로서 트랜스글루코시다아제
    를 상기 액화전분에 첨가하여 수행되는 것인,
    이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 당화 및 당전환 단계는,
    액화전분의 고형분 100 중량부에 대하여,
    0.01 내지 0.015 중량부의 풀루라나아제,
    0.00005 내지 0.00008 중량부의 베타-아밀라아제,
    0.002 내지 0.003 중량부의 말토트리오스 형성 아밀라아제, 및
    0.002 내지 0.004 중량부의 당전인효소로서 트랜스글루코시다아제
    를 상기 액화전분에 첨가하여 수행되는 것인,
    이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 당화 및 당 전환 단계는 상기 당화효소 및 당전이효소를 첨가한 후 50 내지 65℃에서 20 내지 30시간 동안 수행하는 것인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 당화 및 당 전환 단계 이후에 효소를 불활성화시키는 효소 불활성화 단계를 더욱 포함하는 것인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 당화 및 당전환 단계 이전에,
    쌀, 보리, 콩, 조, 기장, 수수, 밀, 옥수수, 귀리, 메밀, 감자, 및 고구마로 이루어진 군에서 선택된 1종 이상의 원료 및 이로부터 얻어진 전분으로부터 선택된 전분질 원료에 액화효소를 첨가하여 액화전분을 제조하는 단계를 더욱 포함하는,
    이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서, 상기 액화효소는 알파-아밀라아제인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서, 상기 액화전분 제조단계는 pH 5 내지 8, 및 온도 85 내지 110℃에서 2 내지 2.5 시간 동안 수행하는 것인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 상기 액화전분은 포도당 당량 10 내지 15의 덱스트린 용액인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물은 액상 조성물인, 이소말토올리고당을 포함하는 혼합당 조성물의 제조 방법.
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