KR20010090311A - 감마-폴리글루탐산의 제조방법 및 곡류 결착제로서의 용도 - Google Patents
감마-폴리글루탐산의 제조방법 및 곡류 결착제로서의 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 한국의 토양에서 분리한 바실러스 메센테리쿠스/pMMH1(KCTC 0750BP) 균주에서 생산되는 점질물을 분리한 후, 상기 점질물을 곡류 및 건과의 제조공정에 결착제로 이용하여 가식감을 개선하고 건강식품으로서의 기능성을 개선한 곡류과자제품을 제조하는 방법에 관한 것이다.
Description
본 발명은 토양에서 분리한 바실러스 메센테리쿠스 균주를 배양하고 그 배양물에서 감마-폴리글루탐산(γ-polyglutamic acid)을 함유하는 점질물을 분리·정제한 후 이를 곡류의 결착제로써 이용하는 방법에 관한 것이다.
본 발명 점질물에 함유된 감마-글루탐산을 구성하는 단량체인 글루탐산은 단백질을 구성하는 20개 아미노산 중 하나로서, 미생물들에 의해 생산된다. 일반적인 아미노산처럼 글루탐산도 L형과 D형으로 나뉘는데, L-글루탐산은 다시마등에 분포하는 감칠 맛을 내는 아미노산으로서 조미료의 원료가 될 수 있는 형태이다. 반면 D-글루탐산은 고유의 감칠맛이 없다. 낫또(Natto) 발효시에 형성되는 점질물(sticky material)의 성분을 살펴보면, 전체의 50%가 아미노산이고, 그중 1/4이 글루탐산이다. 발효 초기엔 D-와 L-글루탐산이 공존하고 있으며, 여기에 프룩탄 (fructan)이 상당량 포함되어 있다. 점질물의 D-와 L-글루탐산의 비율은 배양 배지의 질소 조성에서 많은 영향을 받는 다고 한다(Fujii. 1963).
그러나 발효가 진전되어 가면서 D-글루탐산의 비율이 점점 증가하여, 80% 이상이 되고, 프룩탄과 L-글루탐산의 비율은 적어진다. 프룩탄도 프룩토스와 달리 단맛이 나지 않으므로, 발효가 충분히 진행된 낫또의 점질물은 거의 아무 맛도 없는 상태가 된다.
이상과 같은 특성을 가지고 있는 D-와 L-글루탐산은 본 발명에서 최적화한 균주 및 그의 배양법에 의해 배양하는 과정에서 분자량 수만에서 수십만에 이르는 가지상 고분자 물질인 감마 폴리글루탐산(γ-Polyglutamic acid)을 형성하게 된다. 일반적인 아미노산으로 이루어진 중합체는 α결합으로 연결되는데 반해 낫또의 점질물을 구성하는 폴리금루탐산에서 D-글루탐산은 γ결합으로 연결되어 있으며 이는 생물계에서 매우 드문 일이다. 이 점질물의 높은 점성은 아마도 이러한 γ결합에서 기인하는 것으로 생각된다.
이와 같은 성상을 가지는 γ-폴리글루탐산은 식용해오던 낫토 및 청국장에 포함되어 있는 물질로서 인체에 전혀 무해할 뿐 아니라, 기본적으로 무미, 무취의 특성을 가지고 있기 때문에 식용에 어려움이 없으며, 특히 높은 점성을 이용하여 식품의 결착제로 이용될 가능성을 가지고 있다.
이전까지 제과 및 식품산업에서 본 발명에서 기술한 바와 같이 바실러스 배양물에서 추출한 점질물을 곡류의 결착제로서 이용하고자 한 시도는 보고된 바 없으며, 제조 공정상 단순히 설탕물, 혹은 물엿을 주성분으로 하여 건과 및 곡류를 반죽하는 과정으로서 건강식품으로서의 가능성에 대한 고려가 없었던 점, 상대적으로 비싼 원료를 사용함에 따른 제조단가의 상승 등의 문제점을 가지고 있었다.
본 발명자들은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 고효율의 바실러스 균주를 선별하고 최적화된 배양조건에서 곡류 배양을 수행하고, 상기 배양으로 수득한 배양물로부터 효과적으로 감마-폴리글루탐산을 주성분으로 한 점질물을 분리한 후, 추출한 상기 점질물을 곡류 및 건과의 제조공정에 적용하여 가식감을 개선하고 건강식품으로서의 기능성을 개선한 제품을 제조할 수 있게 되어 본 발명을 완성하게 되었다.
따라서, 본 발명의 목적은 동양권에서 오랫동안 식용되어온 바실러스 균주를 이용하여 감마 폴리글루타믹산을 주성분으로 하는 점질물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 폴리-글루탐산을 효과적으로 분리·정제하는 방법에 관한 것이다.
또한 제조된 감마 폴리글루탐산을 주성분으로 하는 점질물을 결착제로 이용한 곡류과자제품의 제조방법을 제공하는 것이다.
도 1은 본 발명의 한 바람직한 실시예에 따라 제조된 감마-폴리글루탐산 함유 점질물을 결착제로 이용한 곡류과자제품의 사진이다.
본 발명은 토양에서 분리한 바실러스 메센테리쿠스 균주를 배양하고 그 배양물에서 감마 폴리글루탐산을 함유한 점질물을 분리·정제한 후 이를 곡류의 결착제로서 이용하는 방법에 그 특징이 있다. 바실러스의 배양물에서 추출한 감마-폴리글루탐산을 주성분으로 한 점질물은 곡류의 결착제로 이용가능하며 아미노산 중합체로서 가지는 자체적인 높은 점성, 인체에 대한 안전성, 이용재료의 저렴함을 고려할 때 식품 산업상 격착제로서의 높은 이용성을 가지고 있다.
본 발명의 바람직한 한 실시예에서는 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주의 곡류배양을 통해 감마 폴리글루탐산을 함유한 점질물의 제조방법을 제공된다.
본 발명의 다른 바람직한 한 실시예에 따르면, 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주 곡류 배양물을 물로 혼합하여 진탕하고 여과한 후 원심분리하여 점질물을 수득하는 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주 생산 점질물의 분리방법을 제공된다.
본 발명의 또 다른 바람직한 한 실시예에 따르면, 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주의 점질물을 곡류 및 건과를 주성분으로 한 곡류과자제품의 결착제로서 이용하는 방법을 제공된다.
본 발명에서 이용하는 균주인 바실러스는 된장, 청국장 등의 전통 발효식품의 주발효균으로서 예전부터 빈번하게 이용되어 왔으며, 균주 자체가 인체에 무해하기 때문에 바실러스가 가진 여러 가지 특징들을 다른 분야에 이용하려는 발명이진행되고 있는 실정이며, 그 한가지 예로서 대부분의 바실러스 균주는 일정한 배양조건 하에서 다량의 점질물을 생산하는데, 이러한 점질물은 잘 발효된 청국장 또는 일본의 유사발효식품인 낫또에서 볼수 있는 진액과 같은 성분의 것이다.
본 발명 바실러스 메센테리쿠스가 생산하는 감마-폴리글루탐산 함유 점질물은 생산균주와 더불어 인체에 무해한 것으로, 그 점성을 이용하여 곡류제과제품의 결착제로서뿐만 아니라 여러 가지 산업적인 시도를 하는 것이 가능하다.
본 발명은 바실러스 균주 및 곡류의 선택 단계; 증자와 발효 단계; 점질물의 추출과 회수 단계; 점질물을 결착제로 이용한 곡류 제과의 제조 단계; 및 바실러스가 가식감 및 보존성에 미치는 영향을 조사하는 단계로 구성된다.
이하, 본 발명의 구성을 실시예를 통하여 보다 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 목적일 뿐, 본 발명의 권리범위는 이에 한정된 것은 아니다.
실시예 1 : 바실러스 균주 및 곡류의 선택
점질물을 제조하기 위하여 한국의 여러 토양에서 점질물 생산균주를 스크리닝한 결과, 바실러스 메센테리쿠스 균주를 분리하였으며, 상기 균주는 생명공학연구소 균주센터에 수탁번호 KCTC 0750BP(Bacillus mesentericus/pMMH1 KCTC 0750BP ; 2000년 3월 6일 기탁)로 기탁되어 있다.
본 발명 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP)는 콩류(soybean)보다는 밀, 쌀, 보리 등에서 활발하게 생육하였다. 본 실시예에서는 배양체로서 보리를이용하였으며, 일반 바실러스 서브틸리스 또는 바실러스 나토 균주에 비해 곡류에서 성장능과 점질물 생산성이 훨씬 뛰어났다.
곡류중에서는 보리가 가장 좋은 결과를 보였다. 쌀의 경우 두차례의 증자 및 배양시에 조직이 쉽게 붕괴되어 분리가 힘들었으며, 또한 전반적인 분말상의 분쇄물도 증자 및 배양과정이 용이 하지 않았다. 본 발명에서는 일반 보리를 한차례 찐 후 눌러 말린 제품(압맥)을 이용하였다(한국 전남지역 생산). 일반 보리에 비해 한차례 더 찐것이므로 균주의 생육과, 영양이용에 유리한 점이 있었으며, 일반 보리에 배양한 경우와 비교할 때 점질물 생성능과 수율에서 월등하였다.
실시예 2: 증자와 발효
실험예 1 : 증자 조건
먼저 보리 600g, 물 500ml를 혼합하여 121℃, 15분간 가압멸균(autoclave)하거나 또는 보리 600g을 충분한 물에 15시간 침지시킨 후 여분의 물을 제거/세척한 후 121℃, 15분간 가압멸균하였다. 그 결과 보리의 상태와 점질물 생성능에서 후자의 조건이 더 높은 수율을 보여주였다.
실험예 2 : 바실러스 균주 접종
증자한 보리에 물 500ml 혼합(원래양 600g을 기준)하고, 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 배양액 500㎕를 물 100ml에 희석하여 희석액을 보리와 잘 혼합하고, 실험예 1과 같은 조건으로 증자한 결과 보리가 꼬들꼬들 해지고, 여분의습기가 거의 없으므로 이 상태에서는 바실러스가 생육하여도, 다량의 점질물을 생성하지 못하였다. 점질물 생성을 위해서는 여분의 수분이 필요함을 알 수 있었다.
실험예 3 : 보리의 발효
납작한 무균 용기에 800g씩 분주하여 갚아 3cm를 넘지 않도록 고른 후, 랩을 덥고, 1cm간격으로 구멍낸후 보리에 밀착시키고 40-45℃에서 24-30시간 배양하였다.
발효시 증자한 보리표면에 비닐을 되도록 바짝 밀착시켜서 표면이 공기에 노출되지 않도록 유의하였으며, 표면이 공기중에 배양기간 노출되면 점질물 생성능이 저하됨을 알 수 있었다. 또한 표준적인 조건에서 30시간 이상 배양한 경우 보리의 조직이 붕괴되어 점질물만의 분리가 힘들었다.
실시예 3 : 점질물의 추출과 회수
실험예 1 : 점질물 회수
점질물의 주성분이 되는 감마-폴리글루탐산만을 순수하게 분리하고자 할 때에는 메탄올과 같은 유기용제를 처리하여 아미노산 중합체를 침전 시킨후 재용해하고 이를 탈염하는 과정을 거처야 하지만, 본 발명에서의 이용목적은 식용 가능한 것을 전제로 하고 있으므로 유기용제의 이용 없이 물만을 첨가하는 과정을 택하였다.
먼저, 24시간 발효한 보리배양체 600g당 물 400ml의 비율로 혼합하고, 상기보리 혼합액을 30분간 진탕(1L 플라스크에서 실시)하고 보리 건더기를 치즈 천(cheese cloth)에 여과한 후 6,000 rpm에서 30분간 원심분리하여 그 분리된 상등액을 4℃에 보관하거나, 또는 48시간 배양한 후 300g을 물 2L와 혼합하고, 상기 혼합액을 30분간 진탕하고 보리 건더기를 치즈 천에 여과한 후, 10,000g에서 30분간 원심분리하여 그 분리된 상등액을 동결건조시켰다.
분리된 상등액을 가열 건조할 경우 110℃ 건조 오븐에서 3시간 또는 70℃ 배양기에서 9-10시간의 조건을 취한다. 이 경우 점질물 자체에 포함된 다량의 이당체가 카라멜화하여 비교적 저온에서 건조시키더라도 갈변되므로, 이를 피하기 위해서 동결건조하였다.
액체 상태로 4℃에서 보관할때는 약 2주일이내의 기간에서 보존 가능하며, 글루타밀트랜스펩티다아제(glutamyltranspeptidase)의 역할때문에 점질물의 점성이 점차로 낮아지므로 그 이상의 장기보관은 어려웠다.
실시예 4 : 점질물을 결착제로 이용한 곡류 제과의 제조
반죽 매개체는 콩가루, 건과는 땅콩, 잣, 건포도를 이용하였고 곡류로는 쌀, 보리, 콩, 옥수수 등을 고압에서 가열팽윤 시켜 사용하였다. 방법에 따라서는 결착제로서의 작용을 보조할 목적으로 볶은 콩가루를 이용할 수 있다. 건과는 외국에서 시판되고 있는 곡류 바(bar) 제품과 비교하기 위하여 땅콩, 잣, 건포도를 잘게 분쇄어서 사용하였으며, 시중에 팔리고 있는 튀밥제품과의 비교를 위해 고압에서 튀겨낸 곡류를 이용하였다.
제조예 1
곡류를 일반적인 경우보다 약하게 튀긴 후, 점질물 용액에 설탕 약 33%(≒1M) 농도로 첨가하고나서, 튀긴 곡류 100g과 설탕 첨가 점질물액 40㎖ 정도의 비율로 혼합하여 직경 10cm 두께 1cm크기로 반죽하였다. 반죽을 50℃에서 건조시키고 건조된 제과의 표면에 점질물액을 추가로 붓을 사용하여 얇게 도포하였다. 이와 같은 형태로 반죽하여 제조할 경우 통기가 되는 틀에 다져넣고 굳히는 것이 바람직하였다.
제조예 2
곡류를 일반적인 경우보다 약하게 튀긴 후, 점질물 용액에 설탕 약 33%(≒1M) 농도로 첨가하였다. 설탕은 단맛을 위해 첨가하였으며, 필요한 경우 설탕 이외에 다른 감미료를 사용할 수도 있다. 튀긴 곡류 100g과 설탕 첨가 점질물액 40㎖ 정도의 비율로 혼합하여 크기 10×2cm, 두께 1cm크기로 반죽한 후, 반죽을 50℃에서 건조시켰으며, 건조된 제과의 표면에 붓을 사용하여 점질물액을 추가로 얇게 도포하였다. 고압가열 팽윤한 곡류를 bar로서 제조할 경우 반죽 및 건조시에 형태가 우그러지는 현상을 보였는데, 이는 수분을 홉수한 당연한 결과로서 이를 방지하기 위하여 배양체에서 점질물을 분리할때에 물첨가량을 줄임으로서 점질물 원액의 수분함량을 최대한 감소시키고, 곡류를 가공할 때 과도하게 팽윤되지 않도록 조절하는 것이 바람직하였다.
제조예 3
건과를 잘게 분쇄하였다(직경 2-3mm). 이때 건포도는 작은구를 이용하면 좋았으며, 잣, 땅콩등의 건과는 고형물을 분쇄할 수 있는 믹서에 가볍게 돌려주면 되었다. 건과의 경우 자체의 당분이 있으므로 설탕을 넣지 않아도 나름의 풍미를 볼 수 있었다. 다만 필요한 경우 점질물 용액에 설탕을 약 10% 농도로 첨가하였다. 분쇄한 건과 100g과 점질물액 20㎖의 비율로 혼합하여 bar 형태로 반죽(크기 5×2cm, 두께 1cm 정도)하였으며, 반죽을 50℃에서 건조시켰다. 건조된 제과의 표면에 역시 점질물액을 도포하였다. 설탕을 넣지 않은 상태에서도 땅콩 및 건포도 등을 포함하고 있으므로 단맛을 유지할 수 있었으며 점도 및 결착성에는 아무런 지장이 없었다(도 1).
제조예 4
건과를 잘게 분쇄하였다(직경 2∼3mm). 점질물 용액에 설탕을 약 10% 농도로 첨가하였으며, 건과의 경우 자체의 당분이 있으므로 설탕을 넣지 않아도 나름의 풍미를 볼 수 있었다. 점질물액에 반죽 보조제로서 콩가루를 첨가(10%)하고, 분쇄한 건과 100g과 점질물혼합액 20㎖의 비율로 혼합하여 bar 형태로 반죽(크기 5×2cm, 두께 1cm 정도)한 후, 반죽을 50℃에서 건조시켰다. 건조된 제과의 표면에 역시 점질물액을 도포하였다.
제조예 5
일반적인 방법에 따라서 깨를 볶았다. 점질물 용액에 설탕을 약 10% 농도로 첨가하여 녹이고, 깨 120g과 점질물액 20㎖의 비율로 혼합하여 원하는 형태로 반죽하였다. 반죽을 50℃에서 건조시키고, 건조된 제과의 표면에 역시 점질물액을 도포하였다. 필요한 경우 물엿을 사용하였다. 이와 비슷한 형태의 곡류, 건과의 bar 제품은 현재 외국에서 시판되고 있다. 또한 제품의 모양은 원하는 대로 여러 가지 형태를 따라 제조할 수 있다.
비교예 1 : 설탕물과 비교
| 조성 | 혼합 |
| ①점질물 원액 | 점질물 원액만으로 반죽 |
| ②점질물 원액 + 3.0M 설탕 용액 | 점질물 원액과 설탕 용액을 동량 혼합 |
| ③설탕 용액 | 전액 3.0M(105%) 설탕 용액 이용 |
위와 같은 조건을 고농도의 설탕물을 결착제로 이용한 경우와 점질물을 결착제로 이용한 경우를 비교하기 위해 설정하였으며, 제조 방법은 상기에 기술한 방법을 그대로 적용하였다.
점질물 원액만으로 반죽한 경우와 설탕 용액을 동량첨가한 경우는 건조시의 성상과 외형에서 특별한 차이는 보이지 않았으며, 냄새에서 특별한 차이를 관찰할 수 없었다. 점질물 원액으로 반죽한 경우 건과 자체의 당도가 부족하였다. 다만,장기보관할 경우 점질물 원액에 포함된 바실러스 균주가 일정정도 생육하여 약간의 냄새를 발생하는 듯하나, 인체에 무해하고 맛에는 큰 영향이 없었다.
설탕 용액만 이용한 경우 결착 및 건조에 무리가 없었지만, 건조 이후 설탕 분말이 백색으로 노출되었고, 당도가 너무 강하여 먹기에 곤란한 점이 있었다. 이 비교에서는 구입의 용이성과 가격을 고려하여 설탕을 이용하였으나 당도를 제고하면서도 첨가량을 줄이기 위해 실제 제조시에는 다른 원료(꿀 및 물엿)를 이용할 수 있을 것이다.
실시예 5 : 바실러스가 가식감에 미치는 영향 및 보존성
바실러스를 배양할 경우 된장 및 청국장에서 관찰되는 것과 유사한 특유한 냄새가 발생하였으며, 이 냄새가 계속 잔존할 경우 식용시 미각을 저해하는 부작용을 가져올 가능성이 있었다. 본 발명에서 원심분리를 통하여 분리한 점질물 용액은 자체로 특기할 만한 냄새를 발생하지 않았으며, 이를 결착제로 사용한 곡류과자제품에서도 식감을 저해할 만한 냄새는 관찰되지 않았다.
보존성에 관하여는 다른 과자 제품과 달리, 바실러스 생산 점질물을 결착제로 이용한 제품은 바실러스 자체를 생균제로서 첨가한 것과 같은 효과를 지니기 때문에, 바실러스 이외의 다른 유해균주 및 곰팡이의 생육을 방지하는 작용을 하므로 개봉한 상태에서도 기존의 방식에 비해 상대적으로 장기간 보존할 수 있는 잇점이 있었다.
이상 실시예에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 토양에서 분리한 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP)의 보리 배양물에서 추출한 점질물을 고압 팽윤시킨 곡류 및 건과분쇄물의 결착제로서 이용한 결과 설탕물을 사용한 경우 및 기존의 제품과 비교하여 맛과 강도에서 손색이 없음을 확인할 수 있었으며, 또한 일반 시판되는 제품과 비교하여 인체에 무해한 바실러스 균주를 생균제로 첨가하였기 때문에 자체의 건강식품으로서의 유용성을 기대할 수 있으며, 결착제로 사용하는 감마-글루탐산을 주성분으로 한 점질물의 소화보조작용을 비롯한 다른 용도를 기대할 수 있다는 장점이 있으므로, 대량생산 방법 및 수율의 증대만 이루어 진다면 이후에 산업적인 제품화 가능성이 매우 풍부할 것으로 보여 본 발명은 식품산업상 매우 유용한 발명인 것이다.
Claims (3)
- 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주의 곡류배양을 통해 감마 폴리글루탐산을 함유한 점질물을 제조하는 것을 특징으로 하는 감마-글루탐산 함유 점질물의 제조 방법.
- 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주 곡류 배양물을 물로 혼합하여 진탕하고 여과한 후 원심분리하여 점질물을 수득함을 특징으로 하는 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주 생산 점질물의 분리방법.
- 제1항의 방법에 의해 제조되거나 제2항의 방법에 의해 분리된 바실러스 메센테리쿠스 균주(KCTC 0750BP) 균주의 점질물을 곡류 및 건과를 주성분으로 한 곡류과자제품의 결착제로서 이용하는 방법.
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