KR102631457B1 - 비타민 d2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 버섯을 50 ~ 70℃의 온도에서 50 ~ 70 kJ의 자외선으로 처리하는 단계를 포함하는 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 비타민 D2 생산방법은 비타민 D2의 생산량이 >24,000 IU/gdw으로, 보고된 최대 생산량 11,591 IU/gdw와 비교하여 107% 증가한 수치이다. 시장에서 선호되는 하루 복용량을 2,000 IU로 산정했을 때 하루에 섭취해야 할 버섯가루는 83mg 이 되기 때문에 홀푸드(Whole food)의 개념으로 버섯가루를 섭취하면서도 하루 적용치를 모두 충족할 수 있다. 또한 83mg은 스틱포뿐만 아니라 캡슐과 정제에도 담길 수 있는 양이므로 다양한 형태로 제제화되어 시장에 진출할 수 있을 것으로 보인다.
Description
본 발명은 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 버섯을 50 ~ 70℃의 온도에서 50 ~ 70 kJ의 자외선으로 처리하는 단계를 포함하는 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법에 관한 것이다.
화학합성품보다는 자연 유래 제품을 사용하고자 하는 소비자의 욕구가 증대함에 따라 비타민도 화학공정을 적용한 제품보다는 자연형태의 것을 선호하는 추세에 있다. 비타민 D는 건강에 미치는 영향이 광범위하여 건강한 뼈를 유지(Glendenning et al, 2009) 하기 위함 뿐 아니라 근육 유지 및 보수(Muir and Montero-Odasso, 2011), 심혈관계 질환의 개선 및 발병감소(Krause et al, 1998; Giovannucci et al, 2008), 이로 인한 사망률의 감소(Dobnig et al, 2008), 당뇨 심화방지(Zhang et al, 2016), 면역건강(Adams et al, 2009), 심지어 뇌 발달 및 뇌기능 유지(Kesby et al, 2011)에 까지 필요한 핵심 영양소로 알려져 있다.
이렇듯, 생체 미치는 영향이 광범위함으로, 동물은 햇빛을 통해 피부의 7-dihydrocholesterol에서 Cholecalciferol(비타민 D3)를 스스로 합성하게 하여 건강을 유지하도록 설계되어 있다.
그러나 현대인은 대부분의 생활이 실내에서 이루어져 하루 필요량을 충족시키지 못해 절대 다수가 여름을 포함 1년 내내 비타민 D 부족 혹은 결핍상태에 놓여 있다(나은희 등, 2015; 연합뉴스, 2013). 이런 상황을 반영하여 화학합성제의 비타민 D(비타민 D3, Cholecalciferol, 콜레칼시페롤)의 시장이 최근 10년 급성장하였고 이런 추세가 지속될 전망이다.
화학합성 비타민 D(비타민 D3, Cholecalciferol, 콜레칼시페롤)를 대신하는 자연형태의 비타민 D는 전통적으로 말린 식품으로부터 섭취하여 왔다. 이중 함량이 높은 것이 건조버섯이다(이진실 등, 1997). 이는 햇빛에 존재하는 자외선 중 B 파장에 의해 버섯의 세포막에 존재하는 엘고스테롤(ergosterol)이 엘고칼시페롤 (ergocalciferol)로 전환되면서 이른바 비타민 D2(Ergocalciferol, 엘고칼시페롤)를 형성한 것이다. 이를 이용하여 최근 자외선 B 파를 인위적으로 조사한 목이버섯(최소라 등, 2014), 표고버섯(김경제 등, 2016), 양송이버섯(이남균과 안병용, 2016), 느타리버섯(안병용, 2016) 유래의 비타민D생산 연구가 지속되어 왔다.
그러나 이 모두는 함량이 제품화 수준에 크게 못 미치거나 상품화되었다 하더라도 투입 원물 대비 비타민 D의 함량이 낮아 화학합성품과 비교하여 높은 가격 때문에 널리 애용되기엔 문제점을 안고 있다(ex, 양송이 유래, VitaMushroomD®, NeoCrema사, 7,500 IU/gdw, dry weight, ~500,000원/kg). 또한 생산조건을 특화해서 특허등록이 된 표고버섯 유래의 비타민D 제조방법(김상민 등, 2006)은 최대 280 IU/gdw(700 μg/100g) 생산할 수 있을 뿐이었고, 플라즈마를 이용한 생산증대 기술이 개발되어 특허등록된 표고버섯 유래의 비타민 D2 생산수율도 최대 960 IU/gdw (2,400 μg/100g)이어서(신동찬, 2020) 이를 이용해 시장에서 선호되는 2,000 IU/정의 비타민 D 제제를 제품화할 경우 2.1g의 버섯가루가 됨으로 매일 규정량을 복용하는 제품으로 적용하기엔 소비자의 입장에서 매우 어려운 일이다.
팽이버섯은 세포벽이 얇아 자외선 투과율이 높고 투입 원물의 가격이 상대적으로 저렴하다는 장점이 있어 고 함량의 생산에서 유리하였다(안병용, 2017, 2018); 온도는 30℃ 이하를 유지하면서 0.6~1.7 W/m2 자외선을 70~90분간 조사하여 최대 11,591 IU/gdw (289.77μg/gdw)을 생산할 수 있었다.
본 발명자는 일반적으로 비타민 D2의 생산량을 감소시킨다고 알려진 50℃ 이상의 온도와 B 파 자외선 6.7 W/m2 x 124 ~ 150분의 높은 에너지량을 도입한 조건에 물 침지조건을 더함으로써, 기존의 방법보다 비타민 D의 함량이 증대된 버섯가루를 생산할 수 있는 방법을 개발하였다.
본 발명의 일 실시예에 의하며, 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법을 제공하며, 상기 제조방법은 버섯을 50 ~ 70℃ 온도에서, 50 ~ 100 kJ의 자외선으로 처리하는 단계 및 상기 버섯을 건조 및 분쇄하는 단계를 포함할 수 있다.
바람직하게 상기 온도는 60℃이며, 자외선의 에너지량은 50 ~ 70 kJ 일 수 있으며, 상기 자외선은 B 파 자외선(280nm ~ 320nm)이다.
일반적으로 50℃ 이상의 온도에서는 오히려 비타민 D2의 생산량을 감소시킨다고 알려져 있으나, 본 발명자의 실험에 의하면, 60 kJ의 자외선을 조사하는 경우에 60℃의 온도에서 그보다 낮은 온도에 비하여 비타민 D2의 생산 수율이 향상되는 것을 확인하였다.
상기 버섯은 노루궁뎅이버섯, 송이버섯, 양송이버섯, 새송이버섯, 꽃송이버섯, 표고버섯, 느타리버섯, 노랑느타리버섯, 싸리버섯, 능이버섯, 팽이버섯, 목이버섯, 차가버섯, 치마버섯, 동충하초로 이루어지는 군으로부터 선택되는 하나 이상을 포함할 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
상기 건조 및 분쇄단계는 통상적으로 사용되는 건조 및 분쇄단계에 의하여 수행될 수 있다. 구체적으로 자외선을 조사한 버섯의 물기를 제거하고 상온 건조, 냉풍건조 또는 원적외선 건조방법으로 버섯의 수분함량이 10% 이하가 되도록 건조하며, 바람직하게는 7~10%가 되도록 건조시킨다.
상기 버섯을 건조시키는 단계에서 버섯의 건조는 상온건조, 냉풍건조 또는 원적외선 건조방법으로 건조하되, 냉풍건조의 경우에는 온도 38 ~ 42℃에서 50 ~ 70시간 동안 건조하여 버섯의 수분함량을 7 ~ 10%로 건조시킨다. 원적외선 건조의 경우에는 원적외선 건조기에서 10~1000㎛ 파장의 원적외선으로 건조시키되, 건조온도는 47 ~ 55℃ 건조시간은 40 ~ 55시간 동안 건조시켜 버섯의 수분함량이 7~10%가 되도록 건조시킨다.
상기 건조된 버섯의 수분함량이 10% 이상이 되면 버섯을 분말로 분쇄할 때 수분함량이 많아 원하는 입자 크기로 충분히 분쇄할 수 없으며, 7%로 이하로 버섯을 심하게 건조시키는 경우에는 과도한 건조로 분쇄에 어려움이 있다. 따라서 버섯을 7 ~ 10% 범위의 수분함량으로 건조하는 것이 바람직하다.
상기 건조시킨 버섯은 분쇄기를 이용하여 분말로 제조할 수 있으며, 바람직하게는 1차 조분쇄 공정과 2차 미분쇄 공정의 2단계로 분말화 하는 것이 원하는 입자 크기의 버섯 분말을 용이하게 제조할 수 있다. 상기 1차 조분쇄 공정(단계)은 선회해머분쇄기를 이용하여 분쇄하며, 상기 선회해머분쇄기에 7 ~ 10% 정도로 건조된 버섯을 넣고 0.1 ~ 2mm 크기로 분쇄한다. 1차 조분쇄한 후 조분쇄된 버섯 1차 분쇄물을 미분쇄기를 이용하여 입자크기 150 ~ 200 메쉬, 바람직하게는 180 메쉬의 입자로 상기 1차 조분쇄 버섯 분쇄물을 미분쇄하여 버섯 분말을 제조한다. 그러나 이에 한정되지 않으며, 분말을 제조하는데 사용되는 통상의 분쇄방법을 사용할 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 상기 자외선 처리 단계는 상기 버섯을 물에 침지시킨 상태에서 수행될 수 있다. 즉 버섯에 자외선을 조사하는 동안 버섯은 물에 침지된 상태로 존재한다.
상기 자외선 처리 단계는 상기 버섯을 버섯 중량대비 2 ~ 8배, 더욱 바람직하게는 4 ~ 6배의 중량인 물에 버섯을 침지시킨 상태에서 수행될 수 있다.
본 발명자는 자외선 처리 단계에서 상기 버섯을 물에 침지시킨 상태에서 자외선을 조사하는 경우, 건조 버섯이나 생물 버섯에 자외선을 조사하는 경우에 비하여 비타민 D2의 생산량이 훨씬 증가하는 것을 확인하였으며, 나아가 버섯을 침지시키는 물의 양이 증가할수록 비타민 D2의 생산량이 증가하는 것을 확인할 수 있었으며, 상기 온도 및 자외선 조사량과 함께 최적의 생산 조건을 확립하였다.
상기 제조방법에 의하여 생산된 비타민 D2는 7,000 ~ 26,120 IU/gdw 일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다.
하기의 실험예에 의하면, 버섯을 버섯 g 대비 6X의 물에 침지시킨 후, 자외선을 조사하였을 때, 생물 버섯보다 비타민 D2의 생산량이 47% 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 최적의 조건(온도 60℃, 자외선 에너지량 60 kJ, 6X 침치조건)에서 비타민 D2의 생산량은 평균 24,404 ± 1449.1 IU/gdw(최대값 26,120 IU/gdw)로 이는 기존에 보고된 최대 생산량인 11,591 IU/gdw와 비교하여 107% 증가한 수치이다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 제조방법에 의하여 제조된 버섯분말을 제공한다.
본 발명의 또 다른 실시예에 의하면, 상기 버섯분말을 포함하는 건강기능식품을 제공한다.
상기 건강기능식품은 캡슐, 정제, 분말, 과립, 액상, 환, 편상, 페이스트상, 시럽, 겔, 젤리 또는 바(bar) 형태의 제제인 것을 특징으로 할 수 있고 건강기능식품에 적합한 다양한 제형, 예컨대, 탕제, 드링크제, 산제, 환제, 캡슐, 정제(코팅정, 당의정, 설하정 등), 젤리 등의 제형이 사용될 수 있다.
본 발명의 비타민 D2 생산방법은 비타민 D2의 생산량이 > 24,000 IU/gdw으로, 보고된 최대 생산량 11,591 IU/gdw와 비교하여 107% 증가한 수치이다. 이렇게 생산된 버섯을 건조물로 만들고 시장에서 선호되는 하루 복용량을 2,000 IU를 제제화한다면, 버섯가루는 83mg 이 되기 때문에 홀푸드(Whole food)의 개념으로 버섯가루를 섭취하면서도 하루 적용치를 모두 충족할 수 있다. 또한 83mg은 스틱포뿐만 아니라 캡슐과 정제에도 담길 수 있는 양이므로 다양한 형태로 제제화되어 시장에 진출할 수 있을 것으로 보인다.
본 명세서에서 어떤 부재가 다른 부재 "상에" 위치하고 있다고 할 때, 이는 어떤 부재가 다른 부재에 접해 있는 경우뿐 아니라 두 부재 사이에 또 다른 부재가 존재하는 경우도 포함한다.
본 명세서에서 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함" 한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
<실시예>
1. 자외선 에너지량에 따른 비타민 D2 생산량
자외선 조사량에 따른 비타민 D2의 생산 정도를 알아보기 위해 500g의 생물 팽이버섯(나주마을 팽이버섯)을 30℃에서 20 kJ, 40 kJ, 60 kJ, 100 kJ의 자외선을 조사하였다. 자외선 조사 후 팽이버섯을 상온 건조하고 분쇄하여 팽이버섯분말을 제조하였다.
| 자외선량 (kJ) | 비타민 D2 (IU/gdw)1 | 증가율(%)2 |
| 20 | 3,804 ± 329.1 | 0 |
| 40 | 7,040 ± 160.0 | 85.1 |
| 60 | 10,560 ± 658.5 | 177.6 |
| 100 | 9,747 ± 721.5 | 156.2 |
* 1온도를 30℃로 고정하여 조사된 건조 중량 1g 당 생산된 비타민 D2의 IU 값
* 2 자외선 양 20 kJ로 조사한 버섯의 비타민 D2 생산량 대비 증가율
표 1에서 보듯이 30℃에서 최대생산량에 도달하는 최소 에너지량은 60 kJ로 10,560 IU/gdw(dry weight, 건조중량 g 당)의 생산수율을 보이고 있다. 이것은 20 kJ에서의 수율과 비교하여 생산량이 177.6% 증가하였다.
2. 온도에 따른 비타민 D2 생산량
온도에 따른 비타민 D2의 생산 정도를 알아보기 위해 자외선 에너지량은 60 kJ로 고정한 상태에서 온도 변화를 주었다(표 2).
| 온도 (℃) | 비타민 D2 (IU/gdw)1 | 증가율(%)2 |
| 20 | 2,146 ± 323.3 | 0 |
| 30 | 10,560 ± 658.5 | 392.1 |
| 60 | 14,120 ± 280.0 | 558.0 |
* 1자외선 양을 60 kJ로 고정하여 조사된 중량 1g 당 생산된 비타민 D2의 IU 값
* 2 온도 20℃에서 조사한 버섯의 비타민 D2 생산량 대비 증가율
비타민 D2의 총 생산량은 온도가 높아질수록 증가하다가 60℃에서 최대 생산량인 14,120 IU/gdw이 됨을 알 수 있었다.이는 20℃에서의 수율과 비교하여 볼 때 558%가 증가된 수치이다.
3. 버섯의 수분 함량에 따른 비타민 D2 생산량
팽이버섯에 존재하는 수분?t량이 비타민 D2생산 수율에 미치는 영향을 보기 위해 자외선 에너지량은 60 KJ로, 온도는 30℃로 고정한 후 물의 양에 따른 생산량 검정 실험을 진행하였다.
| 수분 함량 | 비타민 D2 (IU/gdw)1 | 증가율(%)2 |
| 건조버섯(수분함량 <3%) | 4,773 ± 281 | 0 |
| 생물버섯(수분함량 88~93%) | 10,560 ± 658.5 | 121.2 |
| 6X3의 물에 침지된 버섯 | 15,520 ± 501.2 | 225.2 |
* 1 자외선 양을 60 kJ로, 조사 온도는 30℃로 고정하여 조사된 버섯 건조 중량 1g 당 생산된 비타민 D2의 IU 값
* 2 건조버섯의 비타민 D2 생산량 대비 증가율
* 3 버섯 g수 대비 도입한 물 양의 배수
표 3을 참고하면, 생물과 건조 팽이버섯에서의 비타민 D2 함량을 비교하며, 수분이 88% 이상 존재하는 생물 버섯에서의 생산량이 건조물보다 2배 이상 높게 나타났다.
이에 더해, 버섯을 2번 절단 후 48 x 65 x 4cm의 쟁반(tray) 에 500g 펴서 담고 버섯 무게 대비 6배의 물을 첨가하여 침지된 상태로 자외선을 조사했을 때는 생물 버섯보다 생산량이 47% 증대되어 최대 15,520 IU/gdw의 비타민 D2가 생산되었는데, 이는 건조버섯으로부터의 생산량대비 225.2% 증가된 양이다.
4. 온도와 버섯의 수분 함량에 따른 비타민 D2 생산량
본 발명자는 온도와 버섯의 수분 함량에 따른 비타민 D2의 생산량을 확인하기 위하여, 최적의 온도 조건인 60℃에서 침지 물의 양을 변화시키면서 비타민 D2의 생산량을 확인하였다.
| 수분 함량 | 비타민 D2 (IU/gdw)1 | 증가율(%)2 |
| 생물버섯 | 14,120 ± 280.0 | 0 |
| 2X3 침지버섯 | 17,567 ± 568.2 | 24.4 |
| 4X3 침지버섯 | 23,625 ± 2701.6 | 67.3 |
| 6X3 침지버섯 | 24,404 ± 1449.1 | 72.8 |
* 1 자외선 양을 60 kJ로 고정하여 조사된 버섯 건조 중량 1g 당 생산된 비타민 D2의 IU 값
* 2 생물 버섯의 비타민 D2 생산량 대비 증가율
* 3 버섯 g수 대비 도입한 물 양의 배수
상기 침지 조건에, 표 2에서 구한 온도 60℃ 조건을 더하면, 6X 침지버섯에서 비타민 D2 생산량이 최대 24,404 IU/gdw이 생성됨을 알 수 있었다. 침지하는 물의 최소량을 알아보기 위해 버섯 중량대비 2 ~ 6배의 물을 도입한 결과, 4X 침지버섯은 6X 침지버섯과 비슷한 생산량을 나타내는 것을 확인할 수 있었다.
즉, >17,000 IU/gdw 고함량 팽이버섯 비타민 D2 생산은 자외선량, 온도, 물의 조합에 의존한다는 것을 발견하였고, 자외선량, 60 kJ ~ 100 kJ, 온도 60℃, 그리고 버섯 무게 대비 4배 이상의 물을 가해 버섯이 완전히 침지된 조건에서 평균적으로 24,404 IU/gdw(최대값 26,120 IU/gdw)을 생산할 수 있음을 관찰하였다(표 5).
| 자외선, 60 kJ | + | + | + | + |
| 물, 2X1 | + | |||
| 물, 4~6X1 | + | + | ||
| 온도 30℃ | + | |||
| 온도 60℃ | + | + | ||
| 비타민 D2 생산량 (IU/gdw)2 | 10,560 | 15,520 | 17,567 | 24,4043 |
| 증가율 (%)4 | 0 | 47.0 | 66.4 | 127.4 |
* 1 버섯 g수 대비 도입한 물 양의 배수* 2 조사된 버섯 건조 중량 1g 당 생산된 비타민 D2의 IU 값
* 3 침지된 물 4X와 6X 조건에서의 최대 생산량 평균치 계산 (표 4 참조)
* 4자외선 조건대비 비타민 D2 생산량 증가율.
Claims (7)
- 버섯을 50 ~ 70℃의 온도에서, 50 ~ 100 kJ의 자외선으로 처리하는 단계, 상기 버섯을 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하며,
상기 자외선 처리 단계는 버섯을 물에 침지시킨 상태에서 수행되는,
비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 자외선 처리 단계는 버섯 중량대비 2 ~ 8배의 중량인 물에 버섯을 침지시킨 상태에서 수행되는, 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 자외선은 B 파 자외선인, 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법.
- 제1항, 제 3항 및 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 제조방법에 의하여 생산된 비타민 D2는 7,000 ~ 26,120 IU/gdw인, 비타민 D2 함량이 증대된 버섯분말 제조방법.
- 제5항에 따른 제조방법에 의하여 제조된 버섯분말.
- 제6항에 따른 버섯분말을 포함하는 건강기능식품.
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| 최소라 외 5명. 한국식품영양학회지 32(6):620-629(2019)* |
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