KR102558052B1 - 미세조류추출물을 이용한 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법 - Google Patents
미세조류추출물을 이용한 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은, 유산균 배양액, 바이오폴리머 및 미세조류추출물을 포함하는 프로바이오틱스 분말조성물에 관한 것으로, 본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말 조성물은 발효물의 점착성이 제거되어짐으로 인해 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 방지되고, 분말 회수율은 현저히 개선되고 뿐만 아니라, 분무건조 중 싸이클론의 내부온도의 상승으로 인한 프로바이오틱스의 생존율이 낮아지는 문제도 해결된다.
Description
본 발명은 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 발효물의 점착성이 제거되어짐으로 인해 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 방지되고, 분말 회수율은 현저히 개선되며 뿐만 아니라, 분무건조 중 싸이클론의 내부온도의 상승으로 인한 프로바이오틱스의 생존율이 낮아지는 문제도 해결될 수 있는 미세조류추출물을 이용한 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
프로바이오틱스는 장관에서 서식하며 건강에 도움을 주는 유익균들을 총칭하며 대표적으로 요거트 발효에 사용되는 유산균(lactic acid bacteria)이 있는데, 이들은 구강 충치균 저해, 체내 면역체계 조절(항염증반응 촉진, 알러지성 증상 경감 등), 과민성대장증후군 완화, 정장작용 등 다양한 생리활성 효과를 나타내는 것으로 알려져 있다.
최근에는 프로바이오틱스를 분말화하려는 연구개발이 많이 진행되고 있는데, 프로바이오틱스 분말은 빵, 과자, 초콜릿, 크림, 소스, 껌, 음료 등 다양한 식품에 적용이 용이하여 식품의 건강기능성을 증진 시킬 수 있는 훌륭한 소재로 사용될 수 있으며, 액상에 비하여 보관 및 취급이 용이하고 그 자체로 상품화가 가능하다는 우수한 장점을 갖고 있다. 따라서 분말 제조공정의 효율성을 높이고, 분말의 특성을 조절하고, 제조 및 저장 중 프로바이오틱스의 생존율을 향상시키기 위한 다양한 연구개발이 진행되고 있다.
유산균 프로바이오틱스의 경우 분말화 공정은 일반적으로 균체의 배양, 분리, 건조, 분말화 등 네 개의 단위조작(unit operation)으로 구성되어 있다. MRS (de Man, Rogosa & Sharpe) 또는 재구성탈지유(reconstituted skim milk, RSM) 배지를 사용하여 균체를 배양한 후 원심분리하여 균체를 회수하고 이를 RSM 등에 재분산한 후 건조하여 분말화를 진행한다. 건조에는 분무건조(spray drying)와 동결건조(freeze drying)가 가장 일반적으로 사용되고 있는데, 특히 분무건조 기술은 유산균 분산액을 열풍 하에서 미세 액적화하여 분무함으로서 건조와 분말화를 동시에 진행할 수 있어 동결건조에 이은 분말화 공정에 비하여 공정시간을 단축하고 공정을 단순화 할 수 있기 때문에 경제적인 분말화 기술로 여겨져 널리 사용되고 있다.
위에서 설명한 일반적인 분무건조에 의한 분말화 공정, 즉 균체를 배양한 후 원심분리하여 회수한 후 다시 재수화 하여 분무건조하는 공정에 비하여, 균체를 RSM에서 배양한 후 균체 회수나 재수화 과정 없이 배양액 전체를 바로 분무건조하는 공정은, (1) 원심분리 및 재수화 단계를 거치며 발생하는 균체의 사멸이나 불안정화를 막을 수 있으며, (2) 공정을 더욱 단축시키고 단순화 할 수 있으며, (3) 유산균이 배양 중 생산한 다양한 기능성 물질을 영양학적 가치가 높은 RSM 배지 및 균체와 함께 분말화 할 수 있으며, (4) 배양액 폐기물이 거의 없으므로 친환경적이다.
그러나 유산균의 RSM 배양액을 직접 분무건조 하는 경우, 고온의 열풍에서 발효물의 점착성이 증가하여 발효물이 싸이클론 내부에 점착하게 되며, 이로 인하여 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 발생하여 분말 회수율이 현저히 낮아지게 된다. 또한 이러한 막힘 현상으로 인하여 내부 온도가 설정된 온도보다 훨씬 더 올라가게 되어 분무건조 중 유산균의 생존율이 현격히 낮아지는 문제점이 있다. 이를 방지하기 위해 낮은 온도의 열풍으로 분무건조를 진행할 경우에는, 분말의 수분 함량이 증가하여 저장 중 분말의 경화(caking), 유해 미생물의 증식 등을 초래하여 제품의 품질저하 뿐만 아니라 위생학적 안전성 문제도 발생하게 된다.
프로바이오틱스 RSM 배양액을 직접 분무건조 하는 것은, (1) 원심분리 및 재수화 단계를 거치며 발생하는 균체의 사멸이나 불안정화를 막을 수 있으며, (2) 공정을 더욱 단축시키고 단순화 할 수 있으며, (3) 유산균이 배양 중 생산한 다양한 기능성 물질을 영양학적 가치가 높은 RSM 배지 및 균체와 함께 분말화 할 수 있으며, (4) 배양액 폐기물이 거의 없으므로 친환경적이라는 큰 장점을 가지고 있다.
그러나 프로바이오틱스의 RSM 배양액을 직접 분무건조 하는 경우, 고온의 열풍에서 발효물의 점착성이 증가하여 발효물이 싸이클론 내부에 점착하게 되며, 이로 인하여 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 발생하여 분말 회수율이 현저히 낮아지게 된다. 또한 이러한 막힘 현상으로 인하여 내부 온도가 설정된 온도보다 훨씬 더 올라가게 되어 분무건조 중 프로바이오틱스의 생존율이 현격히 낮아지는 문제점이 있다.
본 발명에서는, 이러한 문제점들을 해결하여 분무건조 회수율을 개선하고 열풍으로부터 프로바이오틱스를 보호하여 생존율을 높여 고수율, 고기능의 분무건조 프로바이오틱스 분말 제조방법을 제시하고자 한다.
(1) 유산균 배양액, 바이오폴리머 및 미세조류추출물을 포함하는 프로바이오틱스 분말조성물.
(2) 상기 (1)에 있어서, 바이오폴리머는 유단백질인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
(3) 상기 (1)에 있어서, 바이오폴리머는 전분류인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
(4) 상기 (1)에 있어서, 바이오폴리머는 다당류인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
(5) 상기 (1)에 있어서, 프로폴리스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
본 발명에 의하면, 발효물의 점착성이 제거되어짐으로 인해 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 방지되고, 분말 회수율은 현저히 개선된다. 이에 의해, 분무건조 중 싸이클론의 내부온도의 상승으로 인한 프로바이오틱스의 생존율이 낮아지는 문제도 해결될 수 있다.
본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말조성물은 유산균 배양액, 바이오폴리머, 및 미세조류추출물을 포함한다.
상기 본 발명에 따른 분말조성물은 분무건조 회수율을 개선하고 열풍으로부터 프로바이오틱스를 보호하여 생존율을 높여 고수율, 고기능의 분무건조 프로바이오틱스 분말을 제공하기 위한 것으로, 이를 위해 유산균 배양액을 조성하고, 상기 유산균 배양액에 바이오폴리머 및 미세조류추출물을 첨가한다.
이러한 처리에 의해, 싸이클론 내부에서 발효물의 점착성이 제거되어짐으로 인해 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 방지되고, 분말 회수율은 현저히 개선된다. 이에 의해, 분무건조 중 싸이클론의 내부온도의 상승으로 인한 프로바이오틱스의 생존율이 낮아지는 문제도 해결될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말조성물에 사용되는 유산균은 특별히 한정되는 것은 아니며, 예를 들어 락토바실러스 불가리쿠스, 스트렙토코커스 써모필러스, 락토바실러스 카제이, 락토바실러스 액시도필러스, 락토바실러스 헬베티카스, 락토바실러스 유가리티, 락토바실러스 람노서스 등 다양한 유산균이 사용될 수 있다.
상기와 같은 본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말조성물에서의 유산균 배양액은 유산균을 공지 혹은 일부 수정된 조성을 갖는 해당 유산균의 배양에 적합한 배지에 접종하여 배양하여 얻어진 것으로, 본 발명에서는 상기 배지로 탈지분유를 사용하고, 이를 이용하여 배양한 유산균 배양액이 점착성의 제거 및 생존율의 개선의 측면에서 바람직하다.
본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말조성물에 사용되는 바이오폴리머는 상기 유산균 배양액에 혼합되어 점착성이 있는 발효물을 흡착할 수 있는 것인 한, 특별한 한정으로 요하지는 않으며, 예를 들어, 유단백질, 전분류, 다당류, 및 단백질류 중 선택된 적어도 1종을 포함한다.
상기 유단백질로는 탈지분유, 카제인나트륨, 또는 유청단백질을 들 수 있고, 상기 전분류로는 감자전분을 들 수 있으며, 상기 다당류로는 바람직하게는 음이온 다당류인 검아라빅, 알지네이트를 들 수 있고, 단백질류로는 젤라틴, 콩단백질을 들 수 있다.
상기 바이오폴리머는 유산균 배양액에 총고형분 함량이 10~50 %(w/v)가 되도록 첨가하는 것이 바람직하다. 만일 10%(w/v) 미만으로 첨가하게 되면, 발효물의 흡착이 잘 이루어지지 않게 될 우려가 있으며, 50%(w/v)를 초과하게 되면, 캡슐형성이 잘 이루어지지 않을 우려가 있게 된다.
본 발명에서 상기 미세조류 추출물은 Tisochrysis lutea, Phaeodactylum tricornutum, 혹은 odontella aurita의 수추출물 혹은 에탄올 추출물일 수 있으며, 전체 조성물 중량대비 1~30 %(w/v) 함유된다.
상기 미세조류추출물은 유산균의 기질로서 뿐만 아니라, 유산균의 표면 코팅을 통해 점착성을 줄이면서도 바이오폴리머로의 흡착을 촉진하여 고온에서의 생존율을 보다 높이는 효과를 제공한다.
상기 본 발명에서 의도하는 효과를 보다 제고하기 위해 발효배양액에 프로폴리스 1~10 %(w/v)를 더 포함하는 것이 바람직하다.
상기와 같은 과정을 통해 얻어진 프로바이오틱스 분말조성물은 그 자체로 섭취하여도 좋고, 다양한 식품조성물에 첨가제로 투입되어질 수도 있다.
상기 본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말조성물을 첨가할 수 있는 식품으로는, 예를 들어, 각종 식품류, 음료, 껌, 차, 비타민 복합제, 건강보조 식품류 등이 있다. 이 때, 식품 또는 음료 중의 상기 화합물의 양은 일반적으로 본 발명의 건강보조식품 조성물의 경우는 전체 식품 중량의 0.1 내지 20 중량%, 바람직하게는 1 내지 15 중량%로 가할 수 있으며, 건강 음료 조성물에는 100 ㎖를 기준으로 1 내지 25 g, 바람직하게는 2 내지 15 g의 비율로 가할 수 있다. 본 발명의 건강 음료 조성물은 지시된 비율로 필수 성분으로서 상기 화합물들을 함유하는 외에는 액체성분에는 특별한 제한은 없으며 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 상술한 천연 탄수화물의 예는 모노사카라이드, 예를 들어, 포도당, 과당 등; 디사카라이드, 예를 들어 말토스, 슈크로스 등; 및 폴리사카라이드, 예를 들어 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당, 및 자일리톨, 소르비톨, 에리스리톨 등의 당알콜이다. 상술한 것 이외의 향미제로서 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진 등), 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등)를 유리하게 사용할 수 있다.
상기 외에 본 발명 조성물이 함유된 식품조성물은 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. 그 밖에 본 발명의 식품조성물들은 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 중량부당 0 내지 약 30 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
이하, 본 발명의 내용을 실시예를 참조하여 상세하게 설명하기로 하나, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것으로 해석되어서는 아니된다.
[실시예 1]
1. 실험방법
Lactobacillus rhamnosus GG (LGG, ATCC 53103)를 사용하여, MRS 배지에서 37 ℃에서 8 h 전배양한 LGG 5% (w/v)를 물에 탈지분유를 10% (w/v)와 Tisochrysis lutea의 70% 에탄올 추출물 10% (w/v) 첨가한 탈지유에 접종하여 혐기적 조건의 배양기(42 ℃, 100 rpm)에서 24 h 발효하였으며(200 ml), 발효 중 pH와 생균수의 변화를 측정하였다.
분무건조는 샘플주입구 노즐 직경이 710 μm인 Eyela SD1000 (Eyela, Tokyo, Japan)를 사용하여 다음 조건에서 실시하였다: 유속=800 mL/h, 열풍 속도=0.65 m3/min, 주입구 온도=140-150 ℃, 출구 온도=80 ℃. 분말은 건조 직후 갈색 유리병에 넣고 질소 플러싱을 한 후 25 ℃에 저장하였다.
발효 중 배양액의 pH 변화는 pH 측정기를 사용하여 측정하고, 배양액의 생균수 변화는 주기적으로 취한 배양액 샘플(20 ul) 을 MRS-한천 고체 배지에 도말하여 37 ℃, 혐기적 조건에서 24 h 배양한 후 형성된 콜로니를 계수하여 생균수를 CFU/ml로 나타내었다.
분무건조의 수율(drying yield, %)은 건중량을 기준으로 계산하였으며, 다음 식을 사용하여 계산하였다.
여기서 W=분무건조 전 분산액 조성물의 무게, Ws=분무건조 후 분말의 무게.
분무건조한 분말 0.1 g을 멸균생리식염수 0.9 g에 분산하여 10배 희석한 후 MRS-한천 고체배지에 도말하여 37 ℃, 혐기적 조건에서 24 h 배양한 후 형성된 콜로니를 계수하여 생균수를 CFU/g (건중량 기준)으로 나타내었다.
점도측정은 레오미터(DV-III, Brook Field Engineering Laboratories Inc., Middleboro, MA, USA)를 사용하여 측정하였다. 사용한 스핀들은 SC4-18이었으며 전단속도가 330 s-1일 때의 겉보기점도(apparent viscosity) 값으로 나타내었다.
분말의 수분함량(습증량 기준, %)은 수분함량 측정기(MX-50, A&D Co. Ltd., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 알루미늄 접시에 약 1 g의 분말을 취한 후 105 ℃에서 가열하여 변화하는 샘플의 무게가 항량에 도달하였을 때의 무게를 측정하여 수분함량을 계산하였다. 이와 같은 방법으로 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다.
2. 실험결과
LGG를 발효하면서 pH와 생균수의 변화를 측정한 결과, 대조구로 사용된 유산균 전용배지인 MRS에서 발효하였을 경우, pH는 발효 24 h 후 4.1로 감소하였으며, 생균수는 24 h 후 9.38 log CFU/g으로 증가하였다.
본 발명 실시예의 경우, pH는 24 h 이후에도 4.0 정도로 대조구와 유사한 정도를 유지하고, 생균수는 24 h 후 9.60 log CFU/g으로 증가하였다.
겉보기 점도는 발효 전 2.1 cP에서 8 h 발효 후 10.3 cP로 증가하였으나 이는 pH가 낮아지면서 카제인의 응집이 발생한 것에 기인한다.
| 실시예 | ||
| 발효전 | 발효후 | |
| pH | 6.0 | 4.0 |
| η app (cP)d | 2.1 | 10.3 |
LGG를 본 발명 실시예의 배지에서 8 h 발효한 배양액을 직접 분무건조 한 경우, 싸이클론 내 점착현상과 막힘 현상이 발생하지 않았으며 분무건조 수율은 40.1%(건중량 기준)로 측정되었으며, 수분함량은 6.8%로 측정되었다(표 2).
| 구분 | 대조구 | 실시예 |
| 클로킹 | 발생없음 | 발생없음 |
| 분무건조수율 | 36.2% | 40.1% |
| 수분함량 | 7.1% | 6.8% |
본 발명 실시예의 경우 배양액의 점도가 상승하였음에도(표 1) 오히려 분무건조는 점착 문제점 없이 효과적으로 진행되었다.
LGG의 생균수 변화는 최초 9.9×108 (CFU/ml)에서 대조구가 4.1×108(CFU/g, 건중량 기준)로 감소한 반면, 본 발명 실시예의 경우 9.1×108 (CFU/g)로 감소폭이 적어 월등히 높은 생균수를 나타내었다.
[실시예 2]
실시예 1의 발효배양액에 Tisochrysis lutea의 70% 에탄올 추출물 대신 Phaeodactylum tricornutum의 70% 에탄올 추출물 10%(w/v) 을 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실험을 진행하였으며, 실시예 1에서와 마찬가지로 싸이클론 내 점착현상과 막힘 현상이 발생하지 않았으며 분무건조 수율은 39.10% (건중량 기준)로 측정되었으며, 수분함량은 5.8%로 측정되었다.
또한, 생균수 변화는 각각 9.7×108 (CFU/ml)에서 8.8×108(CFU/g, 건중량 기준)로, 실시예 1에 비하여 다소 감소하는 경향이 관찰되었으나 그럼에도 불구하고 높은 생균수를 나타내었다.
[실시예 3]
실시예 1의 발효배양액에 프로폴리스 2% (w/v)를 추가적으로 첨가한 것을 제외하고 실시예 1과 동일한 방법에 따라 실험을 진행하였으며, 실시예 1에서와 마찬가지로 싸이클론 내 점착현상과 막힘 현상이 발생하지 않았으며 분무건조 수율은 42.1% (건중량 기준)로 측정되었으며, 수분함량은 7.6%로 측정되었다.
또한, 생균수 변화는 각각 9.8×108 (CFU/ml)에서 9.5×108(CFU/g, 건중량 기준)로, 실시예 1에 비하여 증가하는 경향이 관찰되었다.
상기와 같이 본 발명에 따른 프로바이오틱스 분말 조성물은 발효물의 점착성이 제거되어짐으로 인해 싸이클론 입구에 막힘(blocking) 현상이 방지되고, 분말 회수율은 현저히 개선되고 뿐만 아니라, 분무건조 중 싸이클론의 내부온도의 상승으로 인한 프로바이오틱스의 생존율이 낮아지는 문제도 해결될 수 있음을 확인할 수 있다.
상기와 같이, 본 발명의 바람직한 실시 예를 참조하여 설명하였지만 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라면 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 유산균 배양액, 바이오폴리머 및 미세조류추출물을 포함하되,
상기 미세조류추출물은 Tisochrysis lutea, Phaeodactylum tricornutum, 또는 odontella aurita의 추출물인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물. - 제1항에 있어서, 바이오폴리머는 유단백질인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
- 제1항에 있어서, 바이오폴리머는 전분류인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
- 제1항에 있어서, 바이오폴리머는 다당류인 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
- 제1항에 있어서, 프로폴리스를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 프로바이오틱스 분말조성물.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| KR1020200142234A KR102558052B1 (ko) | 2020-10-29 | 2020-10-29 | 미세조류추출물을 이용한 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법 |
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Publications (2)
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| KR20180091603A (ko) * | 2017-02-07 | 2018-08-16 | 서울대학교산학협력단 | 바이오폴리머를 이용한 프로바이오틱스 분말조성물 및 이의 제조방법 |
-
2020
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Non-Patent Citations (2)
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| 네이버 블로그(‘스피루리나 추천, 스피루리나 유산균 혼합제품 한번에~’, https://m.blog.naver.com/PostView.naver?isHttpsRedirect=true&blogId=zoonam2&logNo=221178859974, 2018.01.05.) 사본 1부.* |
| 네이버 카페 게시물(‘아이허브 프로폴리스 제품 추천- Dr. Ohhira's, Propolis Plus, 캡슐 60정’, https://cafe.naver.com/winssaloder, 2020.10.08.) 사본 1부.* |
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