KR20010057882A - 치커리올리고당 및 그 제조방법 - Google Patents

치커리올리고당 및 그 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 치커리올리고당 및 그 제조방법에 관한 것으로 본 발명은 토양으로부터 분리한 이눌린 가수분해효소 생산균주Pseudomonassp. YN-7(수탁번호:KCTC 0711BP)를 발효배양하여 얻은 이눌린 가수분해효소를 치커리뿌리즙액에 첨가하고 반응시켜 올리고당 함량이 과당 또는 포도당 보다 월등히 많아 품질이 우수한 기능성 올리고당을 생산하는 뛰어난 효과가 있고 또 올리고당 제조시에 생성된 고형물을 건조시켜 치커리차로 제공할 수 있는 뛰어난 효과가 있다.

Description

치커리올리고당 및 그 제조방법{Chicory oligosaccharides and process for praparation thereof}
본 발명은 치커리올리고당 및 그 제조방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는, 치커리 뿌리에 함유된 이눌린을Pseudomonassp. YN-7(수탁번호 KCTC 0711BP)이 생산하는 이눌린 가수분해효소와 반응시켜 얻은 치커리올리고당, 상기 치커리올리고당을 농축한 시럽 및 상기 치커리올리고당 제조시에 생성되는 고형물로부터 제조한 치커리차에 관한 것이다.
기능성 올리고당으로는 프락토올리고당(fructo-oligosaccharides), 이소말토올리고당(isomalto-oligosaccharides), 대두올리고당(soybean-oligosaccharides), 키토올리고당(chito-oligosaccharides) 등이 개발되어 이용되고 있으나, 이들 제품들은 올리고당의 함량이 50 ~ 60% 전후에 불과해 올리고당이 갖고 있는 충치 및 당뇨의 예방, 간보호 효과, 혈중콜레스테롤 저하효과, 혈압 저하효과, 장내 유용 미생물의 증식효과 등의 우수한 기능성을 이용하는데 제한을 받아 왔다.
본 발명자들은 치커리 뿌리 중에 다량 함유된 이눌린을 추출하여 가수분해 효소와 반응시킬 경우, 고함량의 올리고당류가 생성될 수 있다는 점에 착안하여, 강력한 가수분해활성 효소를 생성하는 미생물을 토양으로부터 분리하고 이를 발효배양하여 생산한 효소와 분쇄한 치커리 뿌리로부터 얻은 즙액을 반응시켜 치커리올리고당을 제조하므로써 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 치커리 뿌리즙액을Pseudomonassp. YN-7(수탁번호 KCTC 0711BP)이 생산하는 이눌린 가수분해효소와 반응시켜 제조한 치커리올리고당을 제공함에 있다. 본 발명의 다른 목적은 상기 치커리올리고당의 제조방법을 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 상기 제조한 치커리 올리고당을 농축한 시럽 을 제공함에 있다. 본 발명의 또 다른 목적은 치커리 올리고당 제조시 발생하는 고형물을 건조시켜 제조한 치커리차를 제공함에 있다.
본 발명의 상기 목적은 이눌린 가수분해효소를 다량으로 생성하는 균주Pseudomonassp. YN-7(수탁번호 KCTC 0711BP)을 토양으로부터 분리하고 이 균주 최적의 효소생산 조건을 확립한 후 이 조건에 따라 이눌린 가수분해 효소를 생산한 후 이 효소를 분쇄한 치커리 뿌리의 즙액과 반응시켜 품질이 우수한 치커리올리고당을 생산하고 부산물로 생성되는 고형물을 건조시켜 치커리차를 제조하므로써 본 발명을 완성하였다.
이하 본 발명의 구성을 설명한다.
도 1은 치커리뿌리를 이용하여 본 발명 치커리올리고당 시럽과 치커리차를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
본 발명은 이눌린을 가수분해하여 올리고당만을 생성하는 고활성 이눌린 가수분해효소 생산균주Pseudomonassp. YN-7(수탁번호:KCTC 0711BP)를 분리 및 동정하는 단계; 상기 토양으로부터 분리 및 동정한Pseudomonassp. YN-7를 발효배양하여 이눌린 가수분해효소를 최대농도로 생산하는 단계; 치커리뿌리를 분쇄한 후 즙액을 추출하여 제조하는 단계;Pseudomonassp. YN-7를 발효배양하여 얻은 이눌린 가수분해효소를 상기 치커리 뿌리즙액과 최적의 반응조건으로 효소반응시켜 치커리올리고당을 제조하는 단계; 상기 제조한 치커리올리고당을 HPLC 및 Bio-LC 분석기기로 정성분석 및 중합도별 정성분석을 행하는 단계; 상기 제조한 치커리올리고당을 농축기로 농축하여 치커리올리고당 시럽을 제조하는 단계 및; 치커리 뿌리즙액 제조시에 얻어진 고형물을 건조시켜 치커리 차를 제조하는 단계로 구성된다.
이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만 본 발명의 권리범위는 이들 실시예와 실험예에만 한정되는 것은 아니다.
실시예 1: 이눌린 가수분해효소 생산균주의 분리 및 동정
경상북도 경산시 진량읍에서 채취한 토양시료의 살균수 희석액을 이눌린 한천배지 (이눌린 1.5%, NaNO30.2%, MgSO40.05%, KCl 0.05%, K2HPO40.05%, pH 7.0)에서 도포한 후 30℃에서 3일간 배양하여 이눌린을 이용하는 균주를 일차선별하였다. 일차선별된 각 균주를 1% 효모추출물을 함유한 상기 배지에서 30℃에서 3일동안 진탕배양한 다음 배양상등액의 당조성을 박층크로마토그래피(TLC)로 확인하여 과당(fructose)이 검출되지 않고 올리고당류만 생성하는 고활성균주를 최종 선별하였다. 선별된 균주를 그램염색, 유산생성능, 당발효검정, 전자현미경을 이용한 형태적 검정 등의 결과를 Bergy's Manual of Systematic Bacteriology에 따라 동정한 결과Pseudomonas속의 미생물로 동정되었고 이 균주를 최종적으로PseudomonasYN-7로 명명하였다.
본 발명자들은 상기 균주PseudomonasYN-7를 생명공학연구소내 미생물기탁센터에 1999년 12월 13일 수탁번호 KCTC 0711BP로 기탁하였다.
실시예 2: 이눌린 가수분해효소의 생산
본 발명에서 이눌린 가수분해효소를 생산하는 균주PseudomonasYN-7의 배양을 위해 사용한 배지의 조성은 이눌린 2 g/L, 효모추출물 0.5 g/L, (NH4)2HPO40.04 g/L, KCl 0.5 g/L, MgSO4·7H2O 0.5 g/L, FeSO47H2O 0.01 g/L로 하였고 pH는 초기에 4.5로 유지하고 45℃에서 2일 동안 전배양하였다. 전배양액의 일부를 상기 조건과 동일하게 제조된 배지에 주입하여 2일간 본배양한 후 발효액을 원심분리 (10,000 x g /20분)하여 균체를 제거하고 그 상등액은 투석(막의 분자량절단10,000)하여 배양 잔존물을 제거함으로써 조효소액을 제조하였다. 제조한 조효소액의 활성을 고성능 액체크로마토그래피 (HPLC)를 사용하여 표 1에 나타낸 조건으로 분석하였다. 실험결과, 효소활성은 효소 밀리리터당 약 7.6 단위 (unit) 이었다.
효소활성의 측정방법
측정장치 Shimadzu 고성능 액체크로마토그래피
검출기 Shimadzu-10A 굴절률 검출기
칼럼 Bio-rad, Aminex HPX-42C
칼럼온도 80℃
이동상 및 용출속도 증류수, 0.6 mL/분
활성단위 (unit)의 정의 1분간 1 마이크로몰 (μM)의 이눌로바이오스(inulobiose, 분자량 342)를 생성하는데 필요한 효소의 양
실시예 3: 치커리올리고당의 제조
제 1 공정: 치커리즙액의 제조
치커리뿌리를 정제수로 잘 세척한 후 분쇄기를 사용하여 분쇄한 후 즙액을 추출하고 남는 고형물은 치커리차의 원료로 사용하기 위하여 60℃에서 5시간 동안 건조하였다. 이때 치커리뿌리 1 킬로그램에서 0.44 킬로그램의 즙액을 얻었는데, 즙액중의 총당농도는 상기 실시예 2에서 실시했던 HPLC의 조건으로 측정한 결과, 134 g/L 이었다.
제 2 공정: 최대 치커리올리고당 생성을 위한 효소사용양의 결정
실시예 2에서 제조한 이눌린 가수분해 조효소액을 상기 제 1 공정에서 제조한 치커리즙액 (85g/L 이눌린 함유)에 표 2에 나타낸 바와 같은 부피비로 첨가하고50℃에서 25시간 동안 반응시켜 치커리올리고당을 제조하였다. 실험결과, 표 2에 나타낸 바와 같이 최적 효소사용량은 기질 g당 효소 14.4 단위인 것으로 나타났으며, 효소사용량이 지나치게 높을 경우, 생성된 올리고당류가 계속 효소작용을 받아 단당류로 가수분해됨으로써 전체당류 중 올리고당류의 비율이 현저히 낮아졌다.
효소 첨가량에 따른 올리고당의 생성량
효소양(기질 g당 단위) 치커리즙액의 농도(g/L) 전체당류 중치커리올리고당의 비율 (%)
3.8 100 24.2
7.2 100 41
14.4 100 79.4
28.8 100 75.6
제 3 공정: 최대 치커리올리고당 생성을 위한 치커리농도의 결정
실시예 2에서 제조된 이눌린 가수분해 조효소액을 사용하여 효소사용량을 기질 g당 14.4 단위로 고정하고 치커리즙액(85g/L 이눌린 함유)의 농도를 변화시키면서 50℃에서 25시간 동안 반응시켜 치커리올리고당을 제조하였다. 실험결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 치커리올리고당 제조를 위한 최적 기질농도는 치커리즙액 100 g/L 일때이었으며, 그 이상의 기질농도에서는 이눌린의 용해도가 낮아 올리고당 제조가 어려울 뿐 아니라 반응속도도 낮고, 그 이하의 농도에서는 단위시간당 올리고당 생산성이 낮아 불리한 것으로 나타났다.
치커리즙액 농도에 따른 올리고당의 생성량
치커리즙액의 농도(g/L) 효소량(기질 g당 단위) 전체 당류 중치커리올리고당의 비율 (%)
30 14.4 77.5
50 14.4 79.0
100 14.4 79.6
130 14.4 78.1
실시예 4: 치커리올리고당의 분석
실시예 3에서 제조한 본 발명 치커리올리고당을 실시예 2의 표 1에 나타낸 바와 같은 조건으로 HPLC 분석하였으며 또 정성분석을 보다 정확히 확인하기 위하여 표 5에 나타낸 분석조건에 따라 Bio-LC 분석기기를 사용하여 올리고당류의 중합도별 정성분석을 행하였다. 즉, 이눌린 (GFn, n=30~35, G = 포도당, F = 과당단위)의 가수분해에 의해 생성되는 올리고당류는 Fn또는 GFn인데, F2및 GF, F3및 GF2등으로 HPLC로는 서로 정확하게 구별되지 않아 분석능이 보다 개선된 Bio-LC를 사용하여 정확한 분석을 시도하였다. HPLC 분석결과는 표 4에 나타낸 바와 같이 잔류 이눌린이 8.5%, 과당 9.3%, 포도당 2.6% 및 올리고당이 79.6%로 올리고당 함량이 현저히 높았다. Bio-LC 분석결과 역시 HPLC와 비슷한 결과를 보였으며 총 올리고당 함량이 전체 80.1%를 나타냈다.
효소 첨가량에 따른 올리고당의 생성량
조성(%)당류 분석방법
HPLC Bio-LC
잔류 이눌린 8.5 7.5
과당 9.3 8.7
포도당 2.6 3.6
올리고당 중합도 2 20.3 F2 10.5 GF 9.4
중합도 3 18.3 F3 10.2 GF2 8.5
중합도 4 14.6 F4 10.3 GF3 4.5
중합도 5 7.9 F5 7.1 GF4 1.5
중합도 5이상 18.5 >F5 11.8 >GF4 6.4
총 올리고당 79.6 Fn 49.9 GFn 30.3
Bio-LC 분석조건
측정장치 DIONEX Bio-LC
검출기 펄스형 암페로메트리 검출법 (PAD)
컬럼 CarboPac PA1
컬럼온도 실온
이동상 및 용출온도 소듐아세테이트를 포함한 0.15M 소듐하이드록사이드1.0 mL/min
활성단위(unit)정의 1분간 1 마이크로몰 (μM)의 이눌로바이오스(inulobiose)를 생성하는데 필요한 효소의 양
실시예 5: 치커리올리고당 시럽의 제조
실시예 3에서 제조한 본 발명 치커리올리고당을 농축기를 사용하여 진공도 76 cmHg, 온도 85℃ 의 조건에서 최종농도가 400~800 g/L이 되게 농축함으로써 치커리올리고당 시럽을 제조하였다.
실시예 6: 치커리차의 제조
실시예 3에서 치커리올리고당 시럽을 제조하고 남는 고형물은 치커리뿌리 1킬로그램으로부터 약 0.56 킬로그램이 생성되었으며 고형물중에 함유된 치커리올리고당의 비율은 22.4% 이었다. 이 고형물을 60℃에서 5시간동안 열풍 건조한 후 분쇄하여 치커리차를 제조하였다. 도 1에는 치커리뿌리를 분쇄하여 얻은 치커리즙액에 효소처리하여 본 발명 치커리올리고당을 제조하는 과정과 즙액을 추출하고 남은 고형물을 건조하여 치커리차를 제조하는 과정을 나타냈다.
본 발명은 상기 실시예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명은 토양으로부터 분리한 이눌린 가수분해효소 생산균주Pseudomonassp. YN-7(수탁번호:KCTC 0711BP)를 발효배양하여 얻은 이눌린 가수분해효소를 치커리뿌리즙액에 첨가하고 반응시켜 올리고당 함량이 과당 또는 포도당 보다 월등히 많은 품질이 우수한 기능성 올리고당을 생산하는 뛰어난 효과가 있고 올리고당 제조시에 생성된 고형물은 건조시켜 치커리차로 제공할 수 있는 뛰어난 효과가 있으므로 식품산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims (4)

  1. (a) 치커리 뿌리를 분쇄하고 즙액을 추출하여 치커리뿌리즙액을 제조하는 단계; (b) 이눌린 가수분해효소 생산균주Pseudomonassp. YN-7(수탁번호:KCTC 0711BP)를 발효배양하여 이눌린 가수분해효소를 얻는 단계 및; (c) 상기 (a)단계에서 제조된 치커리뿌리즙액에 상기 (b)단계에서 제조된 이눌린 가수분해효소를 첨가반응시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 치커리올리고당 제조방법.
  2. 상기 제 1 항 기재의 방법에 의해 제조된 치커리올리고당.
  3. 제 2 항 기재의 치커리올리고당을 400 ~ 800 g/L가 되게 농축하여 제조된 치커리올리고당 시럽.
  4. 제 1 항 (a) 단계에서 치커리뿌리즙액을 추출하고 남은 치커리 뿌리 고형물을 건조하고 분쇄하여 제조된 치커리차.
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