KR102681818B1 - Method for preparing spirulina extract with increased branched chain amino acid content - Google Patents

Method for preparing spirulina extract with increased branched chain amino acid content

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Abstract

본 발명은 분지쇄 아미노산 함량이 증대된 스피룰리나 추출물의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 스피룰리나를 단백질 분해 효소로 처리한 후, 발효시키는 단계를 포함하는 스피룰리나 추출물의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법으로 제조된 스피롤리나 추출물은 분지쇄 아미노산의 함량이 증가하고 최적의 혼합비로 류신, 이소류신 및 발린을 포함한다.The present invention relates to a method for producing a spirulina extract with increased branched chain amino acid content, and specifically to a method for producing a spirulina extract comprising the step of treating spirulina with a proteolytic enzyme and then fermenting it. The spirolina extract prepared by the method of the present invention has an increased content of branched chain amino acids and contains leucine, isoleucine and valine at an optimal mixing ratio.

Description

분지쇄 아미노산 함량이 증대된 스피룰리나 추출물의 제조 방법{METHOD FOR PREPARING SPIRULINA EXTRACT WITH INCREASED BRANCHED CHAIN AMINO ACID CONTENT}Method for producing spirulina extract with increased branched chain amino acid content {METHOD FOR PREPARING SPIRULINA EXTRACT WITH INCREASED BRANCHED CHAIN AMINO ACID CONTENT}

본 발명은 분지쇄 아미노산 함량이 증대된 스피룰리나 추출물의 제조 방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 스피룰리나를 단백질 분해 효소로 처리한 후, 발효시키는 단계를 포함하는 스피룰리나 추출물의 제조방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for producing a spirulina extract with increased branched chain amino acid content, and specifically to a method for producing a spirulina extract comprising the step of treating spirulina with a proteolytic enzyme and then fermenting it.

스피룰리나(Arthrospira platensis)는 미세조류 중 남조류 중 하나로써 전 세계의 바닷물, 담수 등 알칼리성의 온난한 지역에서 발견된다. 스피룰리나는 광합성 능력을 가져 영양원을 타 생물에게 의존하지 않고 스스로 합성하는 다세포 생물로써 특유의 청록색 빛깔을 지녔으며 나선형의 형태를 지니고 있다. 스피룰리나는 5대 영양소 중에서도 단백질이 55~65% 이상으로 이루어져 있으며 비타민, 미네랄 등이 풍부하며 소화흡수율이 높아 이상적인 영양원이자 고부가가치 식품으로써 언급되고 있다.Spirulina (Arthrospira platensis) is one of the blue-green algae among microalgae and is found in alkaline warm areas such as seawater and freshwater around the world. Spirulina is a multicellular organism that has the ability to photosynthesize and synthesizes nutrients on its own without relying on other organisms. It has a unique blue-green color and a spiral shape. Among the five major nutrients, spirulina consists of more than 55-65% protein, is rich in vitamins and minerals, and has a high digestion and absorption rate, so it is considered an ideal source of nutrients and a high value-added food.

한편, 분지쇄 아미노산(branched amino acid)은 필수아미노산(Essential Amino Acid) 중에서 구조 내에 수화탄소(Hydrocarbon) 곁가지를 갖는 류신(Leucine), 이소류신(iso-Leucine) 및 발린(Valine)을 가리킨다. 분지쇄는 가지사슬(Branched Chain)의 한자어로써 시중에서 분지쇄 아미노산은 영문명인 Branched Chain Amino Acid의 앞글자를 따 BCAA라고 부르기도 한다. 분지쇄 아미노산은 대부분의 아미노산이 간에서 이용되는 것과 달리 골격근에서 대사되는 특성이 있다. 특히 류신, 이소류신, 발린을 2:1:1(중량비)로 투여할 경우 체내 단백질 합성이 높다는 결과가 있어 근성장 운동을 할 때 중요하다고 여겨지며 운동 선수 및 운동을 즐기는 일반인들도 찾는 운동 보충제로써 활용되고 있다. Meanwhile, branched amino acids refer to Leucine, isoleucine, and Valine, which have hydrocarbon side chains in their structures among Essential Amino Acids. Branched chain is a Chinese word for branched chain. In the market, branched chain amino acids are sometimes called BCAA, taking the first letters of the English name Branched Chain Amino Acid. Branched chain amino acids have the characteristic of being metabolized in skeletal muscles, unlike most amino acids used in the liver. In particular, when leucine, isoleucine, and valine are administered at a ratio of 2:1:1 (weight ratio), protein synthesis in the body has been shown to be higher, so it is considered important when doing muscle growth exercises and is also used as an exercise supplement sought by athletes and the general public who enjoy exercising. It is becoming.

BCAA가 운동을 할 때 중요하다고 여겨지는 이유는 첫째로 운동 중 단백질 분해에 의해 증가된 아미노산은 혈중 포도당 농도를 유지하여 저혈당을 억제시키고, 둘째로 운동 중 ATP(Adenosine Phosphate) 생성에 관여하며, 셋째로 근육의 피로를 예방하고 회복시키는 효과가 있기 때문이다. 그 외에도 인슐린 신호 전달이나 지질대사 등에 중요한 조절인자로써 생체 내에서 좋은 작용을 한다고 알려져 있다. The reasons why BCAAs are considered important when exercising are: first, the amino acids increased by protein breakdown during exercise maintain blood glucose concentration and suppress hypoglycemia; second, they are involved in the production of ATP (Adenosine Phosphate) during exercise; and third, This is because it has the effect of preventing and recovering muscle fatigue. In addition, it is known to have beneficial effects in vivo as an important regulator of insulin signaling and lipid metabolism.

그럼에도 불구하고, 류신의 경우 무맛 또는 약한 쓴맛이 나고, 이소류신의 경우 쓴맛, 발린은 D형의 경우 단맛이 나지만 L형의 경우 쓴맛이 나 식품에 적용하기 어려워 식품에 적용하는 데에 한계가 있다.Nevertheless, leucine has no taste or a slightly bitter taste, isoleucine has a bitter taste, and valine has a sweet taste in the D type, but L type has a bitter taste and is difficult to apply to foods, so there is a limit to its application to foods.

한국공개특허 제2015-0099689호는 스피룰리나 등의 해조류에 막 분해효소 및 단백질 분해효소를 처리하여 해조류 추출물을 제조하는 방법을 개시하고 있다.Korean Patent Publication No. 2015-0099689 discloses a method of producing seaweed extract by treating seaweed such as spirulina with membrane-degrading enzymes and proteolytic enzymes.

본 발명은 단백질이 풍부한 스피룰리나를 가수분해효소와 미생물을 이용하여 처리함으로써, 분지쇄 아미노산인 류신, 이소류신 및 발린을 최적의 혼합비로 포함하는 스피룰리나 추출물의 제조 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. The purpose of the present invention is to provide a method for producing a spirulina extract containing the branched chain amino acids leucine, isoleucine and valine in an optimal mixing ratio by treating protein-rich spirulina using hydrolytic enzymes and microorganisms.

상기한 과제는, 건조된 스피룰리나를 분쇄한 스피룰리나 분말을 스피룰리나 분말 중량 대비 8~10배의 정제수를 추가하여 스피룰리나 수용액을 준비하는 단계; 상기 스피룰리나 수용액에 스피룰리나 분말 중량 대비 5~7 중량%의 단백질분해효소를 첨가하여 4~6시간 동안 60~90℃의 온도에서 가수분해하여 가수분해물을 제조하는 단계; 상기 효소가수분해물에 스피룰리나 분말 중량 대비 0.1~1.5 중량%의 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계; 및 상기 발효물을 원심분리한 후 상등액을 여과하여 스피룰리나 추출물을 제조하는 단계를 포함하는, 스피룰리나 추출물의 제조 방법에 의해 달성된다.The above task includes preparing a spirulina aqueous solution by adding 8 to 10 times the amount of purified water compared to the weight of spirulina powder to spirulina powder obtained by pulverizing dried spirulina; Adding 5 to 7% by weight of proteolytic enzyme based on the weight of spirulina powder to the spirulina aqueous solution and hydrolyzing it at a temperature of 60 to 90°C for 4 to 6 hours to prepare a hydrolyzate; Fermenting the enzyme hydrolyzate by adding 0.1 to 1.5% by weight of microorganisms based on the weight of spirulina powder; and centrifuging the fermented product and then filtering the supernatant to prepare the spirulina extract.

바람직하게는, 상기 단백질분해효소는 알카라아제(alcalase)이고, 상기 미생물은 아스퍼질러스 카와이(Aspergillus kawachii) 또는 사카로마이에스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있다.Preferably, the proteolytic enzyme is alcalase, and the microorganism may be Aspergillus kawachii or Saccharomyces cerevisiae .

또한 바람직하게는, 상기 가수분해물을 제조하는 단계 이후에 상기 가수분해물을 실활시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.Also preferably, the step of deactivating the hydrolyzate may be further included after the step of preparing the hydrolyzate.

또한 바람직하게는, 상기 스피룰리나 추출물은 류신, 이소류신 및 발린을 2:1:1의 중량비로 포함할 수 있다.Also preferably, the spirulina extract may include leucine, isoleucine, and valine in a weight ratio of 2:1:1.

본 발명에 따른 스피룰리나 추출물의 제조 방법은 제조된 스피룰리나 추출물은 분지쇄 아미노산의 함량이 증가하고 최적의 혼합비로 류신, 이소류신 및 발린을 포함한다.In the method for producing a spirulina extract according to the present invention, the produced spirulina extract has an increased content of branched chain amino acids and contains leucine, isoleucine and valine at an optimal mixing ratio.

도 1은 스피룰리나 수용액을 알카라아제(Alc), 브로멜라민(Bro), 플라보르자임(Fla), 뉴트라제(Neu), 파페인(Pap), 프로타멕스(Pro)로 각각 처리한 경우의 총 폴리페놀(a) 및 조단백질(b)의 함량을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 2는 스피룰리나 수용액을, 알카라아제로 처리한 경우(Alc), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 24시간 발효시킨 경우(AK24), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 36시간 발효시킨 경우(AK36), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 48시간 발효시킨 경우(AK48), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 24시간 발효시킨 경우(SC24), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 36시간 발효시킨 경우(SC36), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 48시간 발효시킨 경우(SC48)의 총 폴리페놀(도 2a), 조단백질(도 2b) 및 유리 아미노산(도 2c)의 함량을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 3은 스피룰리나 수용액을 알카라아제로 처리한 경우(Alc), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 24시간 발효시킨 경우(AK24), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 36시간 발효시킨 경우(AK36), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 48시간 발효시킨 경우(AK48), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 24시간 발효시킨 경우(SC24), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 36시간 발효시킨 경우(SC36), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 48시간 발효시킨 경우(SC48)의 류신(도 3a), 이소류신(도 3b) 및 발린(도 3c)의 함량을 측정한 결과를 도시한 것이다.
도 4는 스피룰리나 수용액을 알카라아제로 처리한 경우(Alc), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 24시간 발효시킨 경우(AK24), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 36시간 발효시킨 경우(AK36), 알카라아제로 처리한 후 아스퍼질러스 카와이로 48시간 발효시킨 경우(AK48), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 24시간 발효시킨 경우(SC24), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 36시간 발효시킨 경우(SC36), 알카라아제로 처리한 후 사카로마이에스 세레비시애로 48시간 발효시킨 경우(SC48)의 류신, 이소류신, 발린의 함량을 합산하여 도시한 것이다.
Figure 1 shows the case of treating spirulina aqueous solution with alcalase (Alc), bromelamine (Bro), flavorzyme (Fla), Neutrase (Neu), papain (Pap), and Protamex (Pro). The results of measuring the contents of total polyphenol (a) and crude protein (b) are shown.
Figure 2 shows the aqueous spirulina solution treated with alcalase (Alc), the case of fermentation with Aspergillus kawaii for 24 hours after treatment with alcalase (AK24), and the fermentation of Aspergillus kawaii after treatment with alcalase. When fermented for 36 hours (AK36), when treated with alcalase and fermented for 48 hours with Aspergillus kawaii (AK48), when treated with alcalase and fermented for 24 hours with Saccharomyces cerevisiae (AK48) SC24), total polyphenols when treated with alcalase and fermented with Saccharomys cerevisiae for 36 hours (SC36), and when treated with alcalase and fermented with Saccharomys cerevisiae for 48 hours (SC48) (Figure 2a) shows the results of measuring the contents of crude protein (Figure 2b) and free amino acid (Figure 2c).
Figure 3 shows the case of spirulina aqueous solution treated with alcalase (Alc), the case of treatment with alcalase and then fermented with Aspergillus kawaii for 24 hours (AK24), and the case of fermentation with Aspergillus kawaii after treatment with alcalase. When fermented for 36 hours (AK36), when treated with alcalase and fermented with Aspergillus kawaii for 48 hours (AK48), when treated with alcalase and fermented with Saccharomyces cerevisiae for 24 hours (SC24) ), leucine in the case of treatment with alcalase and fermentation with Saccharomyces cerevisiae for 36 hours (SC36), and with leucine in the case of treatment with alcalase and fermentation with Saccharomyces cerevisiae for 48 hours (SC48) (Figure 3a) ), isoleucine (Figure 3b), and valine (Figure 3c).
Figure 4 shows the case of spirulina aqueous solution treated with alcalase (Alc), the case of treatment with alcalase and fermentation with Aspergillus kawaii for 24 hours (AK24), and the case of fermentation with Aspergillus kawaii after treatment with alcalase. When fermented for 36 hours (AK36), when treated with alcalase and fermented with Aspergillus kawaii for 48 hours (AK48), when treated with alcalase and fermented with Saccharomyces cerevisiae for 24 hours (SC24) ), leucine, isoleucine, when treated with alcalase and fermented with Saccharomyes cerevisiae for 36 hours (SC36), and when treated with alcalase and fermented with Saccharomyes cerevisiae for 48 hours (SC48) It is shown by adding up the valine content.

본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 하기의 정의를 가지며 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미에 부합된다. 또한, 본 명세서에는 바람직한 방법이나 시료가 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다.All technical terms used in the present invention, unless otherwise defined, have the following definitions and correspond to the meaning as generally understood by a person skilled in the art in the relevant field of the present invention. In addition, although preferred methods and samples are described in this specification, similar or equivalent methods are also included in the scope of the present invention.

용어 "약"이라는 것은 참조 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이에 대해 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2 또는 1% 정도로 변하는 양, 수준, 값, 수, 빈도, 퍼센트, 치수, 크기, 양, 중량 또는 길이를 의미한다.The term "about" refers to a quantity, level, value, number, frequency, percent, dimension, size, amount, weight or length of 30, 25, 20, 15, 10, 9, 8, 7, 6, 5, means a quantity, level, value, number, frequency, percentage, dimension, size, volume, weight or length that varies by 4, 3, 2 or 1%.

본 명세서를 통해, 문맥에서 달리 필요하지 않으면, "포함하다" 및 "포함하는"이란 말은 제시된 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군을 포함하나, 임의의 다른 단계 또는 구성요소, 또는 단계 또는 구성요소들의 군이 배제되지는 않음을 내포하는 것으로 이해하여야 한다.Throughout this specification, unless the context otherwise requires, the words "comprise" and "comprising" include a given step or component, or group of steps or components, but any other step or component, or It should be understood that this implies that no step or group of components is excluded.

본 발명은 분지쇄 아미노산 함량이 증가된 스피룰리나 추출물의 제조 방법에 관한 것이다. The present invention relates to a method for producing a spirulina extract with increased branched chain amino acid content.

상기 방법은 아래의 단계들을 포함한다:The method includes the following steps:

건조된 스피룰리나를 분쇄한 스피룰리나 분말을 스피룰리나 분말 중량 대비 8~10배의 정제수를 추가하여 스피룰리나 수용액을 준비하는 단계(S11); 상기 스피룰리나 수용액에 스피룰리나 분말 중량 대비 5~7 중량%의 단백질분해효소를 첨가하여 4~6시간 동안 60~90℃의 온도에서 가수분해하는 효소가수분해 단계(S12); 상기 가수분해물을 실활시키는 단계(S13); 상기 효소가수분해물에 스피룰리나 분말 중량 대비 0.1~1.5 중량%의 미생물을 첨가하여 발효시키는 단계(S14); 및 상기 발효물을 원심분리한 후 상등액을 여과하여 스피룰리나 추출물을 제조하는 단계(S14).Preparing a spirulina aqueous solution by adding 8 to 10 times the amount of purified water compared to the weight of spirulina powder to spirulina powder obtained by pulverizing dried spirulina (S11); Enzymatic hydrolysis step (S12) of adding 5 to 7% by weight of proteolytic enzyme relative to the weight of spirulina powder to the spirulina aqueous solution and hydrolyzing it at a temperature of 60 to 90 ° C. for 4 to 6 hours; Deactivating the hydrolyzate (S13); Fermenting the enzymatic hydrolyzate by adding 0.1 to 1.5% by weight of microorganisms based on the weight of spirulina powder (S14); And preparing a spirulina extract by centrifuging the fermented product and filtering the supernatant (S14).

이하 각 단계를 상세히 설명한다.Each step is described in detail below.

먼저, 건조시킨 스피룰리나를 분쇄하여 스피룰리나 분말을 제조하고, 분말 중량 대비 8~10배의 정제수를 추가하여 스피룰리나 수용액을 준비한다(S11).First, spirulina powder is prepared by grinding the dried spirulina, and 8 to 10 times the weight of the powder is added to prepare a spirulina aqueous solution (S11).

이어서, 상기 스피룰리나 수용액에 단백질분해효소를 첨가하여 4~6시간 동안 가수분해시킨다(S12). 상기 단백질 분해효소는 노보자임사(Novozyme)의 알카라아제(Alcalase), 브로멜라인(Bromelain), 플라보르자임(Flavourzyme), 뉴트라제(Neutrase), 파페인(Papain) 및 프로타멕스(Protamex)로 이루어진 군에서 선택된 1종일 수 있다. 바람직하게는 알카라아제일 수 있다. Next, proteolytic enzyme is added to the spirulina aqueous solution and hydrolyzed for 4 to 6 hours (S12). The proteolytic enzymes include Alcalase, Bromelain, Flavorzyme, Neutrase, Papain, and Protamex from Novozyme. ) may be one type selected from the group consisting of Preferably it may be Alcalase.

다음으로, 상기 가수분해물을 가열하여 단백질 분해효소를 실활시킨다(S13). 실활 온도는 공지의 방법에 따른다.Next, the hydrolyzate is heated to deactivate the proteolytic enzyme (S13). The deactivation temperature follows a known method.

다음으로, 실활된 가수분해물에 미생물을 첨가하여 발효시킨다(S14). 상기 미생물은 Next, microorganisms are added to the deactivated hydrolyzate and fermented (S14). The microorganisms

아스퍼질러스 카와이(Aspergillus kawachii) 또는 사카로마이에스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae)일 수 있고, 바람직하게는 사카로마이에스 세레비시애일 수 있다. It may be Aspergillus kawachii or Saccharomyces cerevisiae, preferably Saccharomyces cerevisiae .

본 발명에서는 스피룰리나는 단백질 분해 효소로 처리한 후, 사카로마이에스 세레비시애로 발효시킴으로써, 분지쇄 아미노산의 함량이 증가하고, 특히, 생체 내에서 가장 이상적으로 작용하는 혼합비로 류신, 이소류신 및 발린을 포함할 수 있다. 바람직하게는 류신, 이소류신 및 발린은 2:1:1의 중량비로 포함될 수 있다.In the present invention, spirulina is treated with proteolytic enzymes and then fermented with Saccharomyces cerevisiae, thereby increasing the content of branched-chain amino acids, and in particular, containing leucine, isoleucine, and valine in a mixing ratio that works most optimally in vivo. can do. Preferably, leucine, isoleucine, and valine may be included in a weight ratio of 2:1:1.

본 발명에서 제조된 스피룰리나 추출물은 음료, 일반 식품, 건강기능식품 등에 포함될 수 있다. The spirulina extract prepared in the present invention can be included in beverages, general foods, health functional foods, etc.

이하에서 실시예 및 실험예를 들어서 본 발명을 상세하게 설명하지만, 이들 실시예에 의해 본 발명의 권리범위가 제한되는 것은 아니다.Hereinafter, the present invention will be described in detail through examples and experimental examples, but the scope of the present invention is not limited by these examples.

실험예 1: 스피룰리나 단백질 분해효소 처리 가수분해물의 성분 분석Experimental Example 1: Component analysis of spirulina proteolytic enzyme-treated hydrolyzate

스피룰리나의 조단백질 및 아미노산 함량 증대 추출 공법을 개발하기 위해 단일 효소를 적용하여 가수분해 추출물을 제조하고 실험을 진행하여 적합한 효소를 추적하였다.In order to develop an extraction method to increase the crude protein and amino acid content of Spirulina, a single enzyme was applied to prepare a hydrolyzed extract and experiments were conducted to track down the appropriate enzyme.

가수분해효소의 활성을 최대화하기 위해 효소별 활성 조건에 맞춰 pH를 조절하고 적정 온도에서 반응을 진행하고 반응을 정지시켜 추출물을 개발하였다. 해당 추출물을 이용하여 실험을 진행한 후, 실험 내용을 바탕으로 가수분해 공정을 확립하였다.In order to maximize the activity of the hydrolytic enzyme, the extract was developed by adjusting the pH according to the activity conditions for each enzyme, proceeding with the reaction at an appropriate temperature, and stopping the reaction. After conducting an experiment using the extract, a hydrolysis process was established based on the experimental results.

1-1. 단백질 가수분해 효소1-1. protein hydrolytic enzyme

단일효소를 활용한 실험은 효소를 적용하지 않은 동일 시료 조건의 대조구(Control)와 노보자임(Novozyme)사(社)의 단백질 분해 효소 알카라아제(Alcalase), 브로멜라인(Bromelain), 플라보르자임(Flavourzyme), 뉴트라제(Neutrase), 파페인(Papain) 및 프로타멕스(Protamex)의 총 6종을 적용하여 진행하였다. 각 효소의 처리 조건은 아래 표 1과 같다.The experiment using a single enzyme consisted of a control under the same sample conditions without applying the enzyme and the proteolytic enzymes Alcalase, Bromelain, and Flavor from Novozyme. A total of 6 products were applied: Flavourzyme, Neutrase, Papain, and Protamex. The treatment conditions for each enzyme are shown in Table 1 below.

효소enzyme 기질temperament pHpH 온도 ℃temperature ℃ 알카라아제Alcalase 단백질protein 6.5 ~ 8.56.5 ~ 8.5 55 ~ 7055~70 브로멜라인bromelain 6.0 ~ 8.06.0 ~ 8.0 45 ~ 5045~50 플라보르자임Flavorzyme 5.0 ~ 7.05.0 ~ 7.0 5050 뉴트라제Neutraze 5.5 ~ 7.55.5 ~ 7.5 45 ~ 5545~55 파페인papain 5.0 ~ 7.55.0 ~ 7.5 50 ~ 7050~70 프로타멕스Protamex 5.5 ~ 7.55.5 ~ 7.5 35 ~ 6035~60

1-2. 스피룰리나 가수분해물의 제조1-2. Preparation of spirulina hydrolyzate

본 실험에 적용한 효소들은 스피룰리나의 조단백질 및 아미노산 증대를 위해 사용되었다. 스피룰리나 분말 10 wt% 농도의 수용액을 제조한 후 18,000 ~ 25,000 RPM에서 균질화하고 100℃/30분간 살균 및 냉각 후 대조구 및 시료로 사용했다.The enzymes applied in this experiment were used to increase the crude protein and amino acids of spirulina. After preparing an aqueous solution of 10 wt% concentration of spirulina powder, it was homogenized at 18,000 to 25,000 RPM, sterilized and cooled at 100°C/30 minutes, and then used as a control and sample.

냉각된 시료를 단일 효소의 최적 pH로 조정한 후 효소를 1%씩 첨가했다. 이때 효소의 첨가비는 기질이 되는 스피룰리나 분말의 중량을 기준으로 첨가했다. 효소를 첨가한 시료는 각각의 최적 온도와 100~150rpm으로 설정된 진탕배양기에서 가수분해를 진행하였고, 5시간 경과 후 실활하여 시료를 취했다. 취한 시료는 2,000rpm에서 20분간 원심분리를 통해 상등액을 회수하고 5um(Thickness : 0.26mm) 여과지를 사용하여 여과한 액으로 시험 분석을 진행하였다. 가시광선 분광광도계(UV/Vis Spectrophotometer)를 활용하여 총 폴리페놀을 측정하였고, 단백질 증류 정량기(Kjeldahl Distillation System)을 활용하여 조단백질을 측정하였다.The cooled sample was adjusted to the optimal pH for a single enzyme, and then enzymes were added at 1% increments. At this time, the enzyme addition ratio was based on the weight of spirulina powder, which served as a substrate. Samples to which enzymes were added were hydrolyzed in a shaking incubator set at each optimal temperature and 100 to 150 rpm, and after 5 hours, they were deactivated and samples were taken. The supernatant of the sample was recovered through centrifugation at 2,000 rpm for 20 minutes, and the test analysis was performed using the filtered liquid using 5um (Thickness: 0.26mm) filter paper. Total polyphenols were measured using a visible light spectrophotometer (UV/Vis Spectrophotometer), and crude protein was measured using a protein distillation system (Kjeldahl Distillation System).

실험 조건은 아래 표 2와 같다.The experimental conditions are shown in Table 2 below.

시료명Sample name 효소 enzyme 효소농도enzyme concentration 시료농도Sample concentration 처리시간processing time 00 ControlControl 효소XEnzyme -- 10 wt%10wt% -- 1One AlcAlc AlcalaseAlcalase 기질대비
1 wt%
temperament comparison
1wt%
5시간5 hours
22 BroBro AMGAMG 33 FlaFla CelluclastCelluclast 44 NeuNeu FlavourzymeFlavorzyme 55 PapPap Neutrase Neutrase 66 ProPro Protamex Protamex

1-3. 총 폴리페놀 함량 측정1-3. Determination of total polyphenol content

상기에서 제조된 시료액 20uL와 7.5% 탄산나트륨 용액 80uL 혼합 후, Folin-ciocalteu’s phenol 용액 100uL을 넣어 30분간 반응시킨 후 725nm에서 흡광도를 측정하였다. 타닌(Tannin)을 표준용액으로 사용하여, 시료 중 타닌 함량으로 결과를 나타냈다. 그 결과를 도 1에 나타냈다.After mixing 20uL of the sample solution prepared above with 80uL of 7.5% sodium carbonate solution, 100uL of Folin-ciocalteu’s phenol solution was added and reacted for 30 minutes, and the absorbance was measured at 725nm. Tannin was used as a standard solution, and the results were expressed in terms of tannin content in the sample. The results are shown in Figure 1.

1-4. 조단백질 함량 측정 1-4. Crude protein content determination

시료액 1g에 분해촉진제로 황산칼륨 2g, 진한 황산 12mL을 넣고 킬달 분해장치에서 시료액이 연한 미색에서 무색이 될 때까지 탄화하였다. 탄화물을 단백질 증류 정량기기를 활용하여 증류, 중화 및 적가하여 조단백질 함량을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타냈다.2 g of potassium sulfate and 12 mL of concentrated sulfuric acid as decomposition accelerators were added to 1 g of the sample solution and carbonized in a Kjeldahl decomposition device until the sample solution changed from light off-white to colorless. The crude protein content was measured by distilling, neutralizing, and adding the carbide dropwise using a protein distillation quantitative device. The results are shown in Figure 2.

1-5. 결과 1-5. result

도 1을 보면, 총 폴리페놀은 효소가수분해 후 대조개 대비 모두 높아지는 양상을 보였고, 그 중에서 알카라아제, 브로멜라인, 뉴트라제 순서로 단백질 가수분해효소가 높은 효과를 보였다. 조단백질 함량은 알카라아제, 브로멜라인이 대조구 대비 2배 가까이 높아지는 양상을 보였다. 본 단일 효소 적용 실험을 통해 스피룰리나의 총 폴리페놀, 조단백질과 같은 유효성분 증대를 위해서는 단백질 가수분해 효소, 그 중에서도 알카라아제가 적합하다. 이에 아래 실험예 2는 알카라아제를 이용한 스피룰리나 가수분해물에 대해 실시하였다.Looking at Figure 1, total polyphenols all showed an increase compared to the control dog after enzymatic hydrolysis, and among them, proteolytic enzymes showed the highest effect in that order: alcalase, bromelain, and neutrase. The crude protein content of alcalase and bromelain increased by nearly two times compared to the control group. In order to increase active ingredients such as total polyphenols and crude protein of Spirulina through this single enzyme application experiment, proteolytic enzymes, especially alcalase, are suitable. Accordingly, Experiment Example 2 below was conducted on spirulina hydrolyzate using alcalase.

실험예 2: 반응표면분석법을 이용한 알카라아제 처리구의 조건 최적화Experimental Example 2: Optimization of conditions for Alcalase treatment using response surface analysis

알카라아제의 최적 조건을 추적하기 위해 반응표면분석 실험을 진행하였다. 실험 조건은 중심합성계획법에 의거하여 설계했으며, 효소농도와 처리시간을 독립변수로 설정하고, 총 폴리페놀과 조단백질 결과를 종속변수로 설정하였다. 총 15개의 처리구로 실험을 진행하였으며 처리구는 통계적인 오차를 줄이기 위해 무작위적인 순서로 진행되었다. 스피룰리나 10% 농도의 수용액을 제조 후 18,000 ~ 25,000 RPM에서 균질화하고 100℃/30분간 살균 및 냉각 후 대조구 및 시료로 사용했다. A response surface analysis experiment was conducted to track the optimal conditions for Alcalase. The experimental conditions were designed based on central synthesis planning, enzyme concentration and treatment time were set as independent variables, and total polyphenol and crude protein results were set as dependent variables. The experiment was conducted with a total of 15 treatments, and the treatments were conducted in a random order to reduce statistical errors. After preparing an aqueous solution of 10% concentration of spirulina, it was homogenized at 18,000 to 25,000 RPM, sterilized and cooled at 100°C/30 minutes, and then used as a control and sample.

냉각된 시료를 알카라아제의 최적 pH로 조정한 후 기질이 되는 스피룰리나의 중량을 기준으로 독립변수로 설정된 각각의 효소 농도를 기준으로 첨가했다. 효소를 첨가한 시료는 각각의 최적 온도와 100~150rpm으로 설정된 진탕배양기에서 가수분해를 진행하였고, 독립변수로 설정된 각각의 처리시간 경과 후 실활하여 시료를 취했다. 취한 시료는 2,000rpm에서 20분간 원심분리를 통해 상등액을 회수하고 5um(Thickness : 0.26mm) 여과지를 사용하여 여과한 액으로 시험 분석을 진행하였다. 반응표면분석 조건을 아래 표 3에 나타냈다.The cooled sample was adjusted to the optimal pH of Alcalase and then added based on the concentration of each enzyme set as an independent variable based on the weight of spirulina, which served as the substrate. Samples to which enzymes were added were hydrolyzed in a shaking incubator set at each optimal temperature and 100 to 150 rpm, and samples were taken after deactivation after each treatment time set as an independent variable. The supernatant of the sample was recovered through centrifugation at 2,000 rpm for 20 minutes, and the test analysis was performed using the filtered liquid using 5um (Thickness: 0.26mm) filter paper. Response surface analysis conditions are shown in Table 3 below.

가시광선 분광광도계(UV/Vis Spectrophotometer)를 활용하여 총 폴리페놀을 측정하였고, 단백질 증류 정량기(Kjeldahl Distillation System)을 활용하여 조단백질을 측정하여 각각의 결과를 종속변수로 삼아 최종적으로 반응표면분석을 통해 결과를 나타냈다. 그 결과를 표 4에 나타냈다.Total polyphenols were measured using a visible light spectrophotometer (UV/Vis Spectrophotometer), crude protein was measured using a protein distillation system (Kjeldahl Distillation System), and each result was used as a dependent variable to ultimately perform response surface analysis. The results were shown through The results are shown in Table 4.

처리구treatment area 독립변수independent variable
(Independent variable)(Independent variable)
종속변수dependent variable
(Dependent variable)(Dependent variable)
효소농도enzyme concentration
(%)(%)
처리시간processing time
(hr)(hr)
총 폴리페놀 함량Total polyphenol content
(mg/L)(mg/L)
조단백질 함량Crude protein content
(mg/g)(mg/g)
유리아미노산free amino acid
(mg/g)(mg/g)
1One 44 55 494.2494.2 1808.51808.5 323.8323.8 22 44 1One 526.9526.9 1468.81468.8 110.7110.7 33 44 33 512.7512.7 624.6624.6 180.0180.0 44 66 33 351.4351.4 1887.51887.5 206.2206.2 55 44 33 561.0561.0 1070.71070.7 178.3178.3 66 44 33 625.6625.6 1358.91358.9 184.7184.7 77 22 33 383.3383.3 1153.01153.0 132.4132.4 88 66 1One 489.6489.6 1458.51458.5 107.8107.8 99 66 55 871.6871.6 2766.02766.0 513.1513.1 1010 44 33 661.1661.1 1811.91811.9 174.0174.0 1111 22 1One 386.1386.1 1153.01153.0 76.776.7 1212 44 33 590.0590.0 1448.21448.2 179.5179.5 1313 22 55 557.5557.5 1129.01129.0 257.6257.6 1414 44 33 571.4571.4 1479.11479.1 183.9183.9

상기 분석결과를 토대로 하여, 스피룰리나를 알카라아제를 이용하여 효소가수분해 할 경우 총 폴리페놀과 조단백질의 증대를 위해서는 알카라아제를 6 wt% 첨가하여 5시간 반응시키는 것이 최적 조건으로 도출되었다.Based on the above analysis results, when enzymatically hydrolyzing spirulina using alcalase, the optimal condition was to add 6 wt% of alcalase and react for 5 hours to increase total polyphenol and crude protein.

실험예 3: 가수분해효소 및 발효 처리를 이용한 스피룰리나추출물 성분분석Experimental Example 3: Analysis of spirulina extract components using hydrolytic enzyme and fermentation treatment

스피룰리나 분말 10 wt% 농도의 수용액을 제조 후 18,000 ~ 25,000 RPM에서 균질화하고 100℃/30분간 살균 및 냉각 후 대조구 및 시료로 사용했다. 냉각된 시료를 알카라아제(Alcalase)의 최적 pH로 조정한 후 기질이 되는 스피룰리나의 중량을 기준으로 6 wt%의 알카라아제(Alcalase)를 첨가했으며, 이는 상기 실험예 2의 반응표면분석에서 최적화 조건으로 도출된 값이다.After preparing an aqueous solution of 10 wt% concentration of spirulina powder, it was homogenized at 18,000 to 25,000 RPM, sterilized and cooled at 100°C/30 minutes, and then used as a control and sample. After adjusting the cooled sample to the optimal pH of Alcalase, 6 wt% of Alcalase was added based on the weight of spirulina, which was the substrate, and this was determined in the response surface analysis of Experimental Example 2. This is a value derived from optimization conditions.

효소를 첨가한 시료는 각각의 최적 온도와 100~150rpm으로 설정된 진탕배양기에서 반응표면분석에서 최적 시간으로 도출된 5시간 경과 후 실활하였다. 실활한 시료는 기질대비 1% 함량으로 아스퍼질러스 카와이(Aspergillus kawachii, 이하 AK), 사카로마이세스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae, 이하 SC) 건조 효모를 첨가하여 각각 24시간, 36시간, 48시간 동안 배양 후 살균한 시료를 취했다.Samples to which enzymes were added were deactivated after 5 hours, which was determined as the optimal time in response surface analysis, in a shaking incubator set at each optimal temperature and 100 to 150 rpm. For the deactivated sample , Aspergillus kawachii (AK) and Saccharomyces cerevisiae (SC) dry yeast were added at a content of 1% of the substrate for 24 hours, 36 hours, and 48 hours, respectively. After culturing for a while, sterilized samples were taken.

취한 시료는 2,000rpm에서 20분간 원심분리를 통해 상등액을 회수하고 5um(Thickness : 0.26mm) 여과지를 사용하여 여과한 액으로 시험 분석을 진행하였다.The supernatant of the sample was recovered through centrifugation at 2,000 rpm for 20 minutes, and the test analysis was performed using the filtered liquid using 5um (Thickness: 0.26mm) filter paper.

가시광선 분광광도계(UV/Vis Spectrophotometer)를 활용하여 총 폴리페놀을 측정하였고, 단백질 증류 정량기(Kjeldahl Distillation System)을 활용하여 조단백질을 측정하였으며, 아미노산 자동분석기(L-8800, Hitachi, Japan)로 유리아미노산을 측정하였다. Total polyphenols were measured using a visible light spectrophotometer (UV/Vis Spectrophotometer), crude protein was measured using a protein distillation system (Kjeldahl Distillation System), and an automatic amino acid analyzer (L-8800, Hitachi, Japan) was used. Free amino acids were measured.

3-1. 총 폴리페놀 함량 실험 3-1. Total polyphenol content test

상기에서 제조된 시료액 20uL와 7.5% 탄산나트륨 용액 80uL 혼합 후, Folin-ciocalteu’s phenol 용액 100uL을 넣어 30분간 반응시킨 후 725nm에서 흡광도를 측정하였다. 타닌(Tannin)을 표준용액으로 사용하여, 시료 중 타닌 함량으로 결과를 나타냈다.After mixing 20uL of the sample solution prepared above with 80uL of 7.5% sodium carbonate solution, 100uL of Folin-ciocalteu’s phenol solution was added and reacted for 30 minutes, and the absorbance was measured at 725nm. Tannin was used as a standard solution, and the results were expressed in terms of tannin content in the sample.

3-2. 조단백질 실험3-2. Crude protein experiment

시료액 1g에 분해촉진제로 황산칼륨 2g, 진한 황산 12mL을 넣고 킬달 분해장치에서 시료액이 연한 미색에서 무색이 될 때까지 탄화하였다. 탄화물을 단백질 증류 정량기기를 활용하여 증류, 중화 및 적가하여 조단백질 함량을 측정하였다. 그 결과를 도 2에 나타냈다.2 g of potassium sulfate and 12 mL of concentrated sulfuric acid as decomposition accelerators were added to 1 g of the sample solution and carbonized in a Kjeldahl decomposition device until the sample solution changed from light off-white to colorless. The crude protein content was measured by distilling, neutralizing, and adding the carbide dropwise using a protein distillation quantitative device. The results are shown in Figure 2.

3-3. 유리아미노산 측정 실험3-3. Free amino acid measurement experiment

시료액 2g에 50% 에탄올 용액 45mL를 가하여 3시간 동안 진탕교반 후, 감압 농축기를 이용하여 에탄올을 제거하였다. 에탄올이 제거된 여액에 증류수를 가하여 100mL로 정용한 후, 이를 아미노산 자동분석기와 43종의 유리아미노산 표준품을 이용해 유리아미노산을 측정하였다. 측정조건은 하기 표 5와 같고, 그 결과는 도 3 및 도 4에 나타냈다.45 mL of 50% ethanol solution was added to 2 g of the sample solution, shaken for 3 hours, and then ethanol was removed using a reduced pressure concentrator. Distilled water was added to the ethanol-free filtrate to make 100 mL, and the free amino acids were measured using an automatic amino acid analyzer and 43 types of free amino acid standards. The measurement conditions are as shown in Table 5 below, and the results are shown in Figures 3 and 4.

Free Amino acidFree Amino acid InstrumentInstrument L-8800, Hitachi, JapanL-8800, Hitachi, Japan ColumnColumn Ion exchange column (4.6 mm×60 mm) Ion exchange column (4.6 mm×60 mm) DetectorDetector UVUV Oven TemperatureOven Temperature 30 - 70℃30 - 70℃ Coil TemperatureCoil Temperature 135℃135℃ Flow rateFlow rate 0.35mL/min0.35mL/min

3-4. 결과3-4. result

도 2를 보면, 알카라아제 처리 후 미생물 발효를 실시할 경우 총 폴리페놀, 조단백질이 전반적으로 증대되는 것을 확인할 수 있었다. 유리아미노산의 경우 아스퍼질러스 카와이(AK)는 발효시간이 늘어날수록 증대하고, 사카로마이세스 세레비시애(SC)는 감소하는 경향을 보였으나 유리아미노산 43종 중 분지쇄 아미노산만 확인할 경우 사카로마이세스 세레비시애(SC)의 증대량이 보다 높았다. Looking at Figure 2, it was confirmed that total polyphenol and crude protein increased overall when microbial fermentation was performed after alcalase treatment. In the case of free amino acids, Aspergillus kawaii (AK) increased as fermentation time increased, and Saccharomyces cerevisiae (SC) tended to decrease, but when only branched chain amino acids were checked among 43 types of free amino acids, Saccharomyces cerevisiae (SC) showed a tendency to increase. The increase in Myces cerevisiae (SC) was higher.

도 3a를 보면, 류신의 증가량은 아스퍼질러스 카와이(AK)와 사카로마이세스 세레비시애(SC) 간 유의적인 차이를 보이지 않았다. 도 3b와 도 3c를 보면, 이소류신과 발린의 증가량이 사카로마이세스 세레비시애(SC) 처리구에서 보다 높았으며, 사카로마이세스 세레비시애(SC) 48시간 처리구가 류신, 이소류신, 발린의 함량비 2:1:1에 가까워 생체 내 작용에 가장 좋은 비율로 증대함을 확인했다.Looking at Figure 3a, the increase in leucine showed no significant difference between Aspergillus kawaii (AK) and Saccharomyces cerevisiae (SC). 3B and 3C, the increase in isoleucine and valine was higher in the Saccharomyces cerevisiae (SC) treatment group, and the Saccharomyces cerevisiae (SC) treatment group for 48 hours had higher levels of leucine, isoleucine, and valine. It was confirmed that the content ratio was close to 2:1:1, increasing at the best ratio for in vivo action.

Claims (4)

건조된 스피룰리나를 분쇄한 스피룰리나 분말을 스피룰리나 분말 중량 대비 8~10배의 정제수를 추가하여 스피룰리나 수용액을 준비하는 단계;
상기 스피룰리나 수용액에 스피룰리나 분말 중량 대비 5~7 중량%의 단백질분해효소를 첨가하여 4~6시간 동안 60~90℃의 온도에서 가수분해하여 가수분해물을 제조하는 단계;
상기 가수분해물에 스피룰리나 분말 중량 대비 0.1~1.5 중량%의 미생물을 첨가하여 발효시켜 발효물을 제조하는 단계; 및
상기 발효물을 원심분리한 후 상등액을 여과하여 스피룰리나 추출물을 제조하는 단계를 포함하고,
상기 단백질분해효소는 알카라아제(alcalase)이고, 상기 미생물은 사카로마이에스 세레비시애(Saccharomyces cerevisiae)이고,
상기 스피룰리나 추출물은 류신, 이소류신 및 발린을 2:1:1의 중량비로 포함하는 것을 특징으로 하는, 스피룰리나 추출물의 제조 방법.
Preparing a spirulina aqueous solution by adding 8 to 10 times the amount of purified water compared to the weight of spirulina powder to spirulina powder obtained by pulverizing dried spirulina;
Adding 5 to 7% by weight of proteolytic enzyme based on the weight of spirulina powder to the spirulina aqueous solution and hydrolyzing it at a temperature of 60 to 90°C for 4 to 6 hours to prepare a hydrolyzate;
Preparing a fermented product by adding 0.1 to 1.5% by weight of microorganisms relative to the weight of spirulina powder to the hydrolyzate and fermenting it; and
Producing a spirulina extract by centrifuging the fermented product and filtering the supernatant,
The proteolytic enzyme is alcalase, and the microorganism is Saccharomyces cerevisiae ,
A method for producing a spirulina extract, characterized in that the spirulina extract contains leucine, isoleucine and valine in a weight ratio of 2:1:1.
제1항에 있어서, 상기 가수분해물을 제조하는 단계 이후에 상기 가수분해물을 실활시키는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는, 스피룰리나 추출물의 제조 방법.The method of producing a spirulina extract according to claim 1, further comprising the step of deactivating the hydrolyzate after preparing the hydrolyzate. 삭제delete 삭제delete
KR1020210189839A 2021-12-28 2021-12-28 Method for preparing spirulina extract with increased branched chain amino acid content KR102681818B1 (en)

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