KR20030041466A - 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법 - Google Patents
김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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- A23V2400/00—Lactic or propionic acid bacteria
- A23V2400/11—Lactobacillus
Abstract
김치발효유산균을 사용함으로써 기존의 요구르트에 비해 유산 또는 각종 유기산의 함량이 많은 요구르트를 제조할 수 있도록 한 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법이 개시되어 있다. 본 발명에 따른 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법은 숙성된 김치로부터 유산균을 분리하는 단계; 고형분 보강을 위해 탈지분유를 3∼5%(w/v)의 비율로 우유와 혼합하는 단계; 상기 우유 혼합물을 90∼100℃의 온도로 일정시간동안 살균처리하는 단계; 상기 살균처리한 우유에 상기 김치유산균을 접종하고 교반하는 단계; 및 상기 김치유산균을 접종한 우유를 25∼40℃의 온도로 발효시키는 단계를 포함한다.
Description
본 발명은 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세히는 김치발효유산균을 사용함으로써 기존의 요구르트에 비해 유산 또는 각종 유기산의 함량이 많은 요구르트를 제조할 수 있도록 한 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법에 관한 것이다.
요구르트는 유산균을 이용하여 우유에 포함되어 있는 포도당 또는 유당과 같은 탄수화물을 유산, 초산 등으로 전환시킨 발효식품이다. 유산균은 형태학적으로 간균 이나 구균으로 그람양성이고 내생포자를 형성하지 않으며 운동성이 없다. 생리학적으로는 통성혐기성, 카탈라제(catalase) 음성이고 당을 유일한 에너지원으로 사용하며 소비한 당을 50% 이상 각종 산으로 변환시킨다. 현재 분류학적으로 유산균에는 락토바실러스(Lactobacillus), 류코노스톡(Leuconostoc), 페디오카커스 (Pediococcus), 스트렙토카커스(Streptococcus)속이 속하며 산의 생성량이 50%를 넘지 못하는 비피더스균도 유산균에 포함된다. FAC/WHO에 따르면, 요구르트는 락토바실러스 불가리커스(Lactobacillus bulgaricus)와 스트렙토카커스 써모필러스 (Streptococcus thermophilus)의 작용에 따라 우유나 유제품으로부터 유산 발효하여 얻어진 응고 유제품으로 임의의 첨가물(탈지유, 유장분말, 우유분말 등)의 첨가에 관계없이 미생물은 풍부하고 생명력이 있어야 한다고 정의되어 있다. 현재는 상기 두 종류의 유산균 외에도 락토바실러스 에시도필러스(Lactobacillus acidophilus)나 비피더스균 등 다른 유산균도 요구르트 제조에 이용되고 있다.
우리나라의 전통발효식품인 김치발효에는 여러 종류의 미생물들이 관여하는 것으로 보고되어 있는데, 유산발효와 관계는 없지만 호기성 세균으로 발효초기에 Acromobacter, Flavobacterium, Pseudomonas 속 및Bacillus megaterium등이 분리 보고된 바 있고, 유산발효 세균으로는Leuconostoc mesenteroides, Lactobacillus plantarum, Lac. brevis, Streptococcus faecalis, Pediococcus cerevisiae등이 보고되었다. 그리고Leu. mesenteroides가 김치의 주발효 세균이고 Lac. plantarum이 산패의 주요한 원인균 이라는 보고도 있었다.
요구르트에는 무지유고형분 함량이 3% 이상인 액상요구르트와 8% 이상인 호상 요구르트(curd yogurt)가 있으며, 호상 요구르트의 유고형분 함량을 높이기 위해 탈지분유, 전지분유와 콩, 쌀 등 각종 곡류의 분말이 첨가되고 있다.
이와 같은 요구르트의 제조방법에는 여러 가지 유산균이 사용되고 있지만, 김치를 발효시킨 유산균을 사용하여 요구르트를 제조하는 방법은 시도한 적은 아직까지 없었다.
그러나, 김치는 우리 한국사람들에게는 필수적인 발효식품으로, 김치에는 각종 비타민, 칼슘, 무기질과 각종 유기산 및 유산 생성 박테리아를 포함하고 있기 때문에, 이를 이용하여 요구르트를 제조하는 것은 지속적으로 연구되어야 할 과제인 것이다.
따라서, 본 발명의 목적은 기존의 요구르트에 비해 유산 또는 각종 유기산의 함량이 많은 요구르트를 제조하기 위한 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 김치의 특유의 향과 맛 때문에 먹기를 꺼려하는 내국인 및 외국인에게 김치의 이로운 영양소를 보충시킬 수 있는 요구르트를 제조할 수 있도록 한 김치발효유산균을 이용한 요구르트 및 그 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명에 따른 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법은 숙성된 김치로부터 유산균을 분리하는 단계; 고형분 보강을 위해 탈지분유를 3∼5%(w/v)의 비율로 우유와 혼합하는 단계; 상기 우유 혼합물을 90∼100℃의 온도로 일정시간동안 살균처리하는 단계; 상기 살균처리한 우유에 상기 김치유산균을 접종하고 교반하는 단계; 및 상기 김치유산균을 접종한 우유를 25∼40℃의 온도로 발효시키는 단계를 포함한다.
이때, 상기 숙성된 김치로부터 유산균을 분리하는 단계는, 숙성된 김치를 거즈 등의 천으로 걸러서 즙액을 취하는 단계; 이 즙액을 펩톤(peptone)수를 사용하여 연속 희석하는 단계; 희석된 즙액을 엠알에스 플레이트에 접종하여 균주를 배양하는 단계; 및 배양된 균주들로부터 우유와 혼합배양시 우유를 고형화시킬 수 있는 세 가지 균주인Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5를 선발하는 단계를 포함한다.
상기 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4, 및Lactobacillussp. K5는 락토바실러스(Lactobacillus) 속인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 균주의 배양단계에서, 균주를 배양하는 적정온도는 30℃이고, 상기 우유에 김치유산균을 접종하는 단계에서, 상기 김치유산균은 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5 및 그들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나이며, 상기 살균처리한 우유에 상기 김치유산균을 접종하고 교반하는 단계에서, 상기 김치유산균은 108~9cells/ml의 농도로 배양한 균주 배양액으로 4∼6%(w/v)의 비율로 접종하는 것을 특징으로 한다.
이하, 본 발명에 따른 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법에 대해 상세히 설명한다.
먼저, 요구르트를 제조하기 위한 재료를 설명하면, 김치는 시중에서 판매되는 배추포기김치로 포장되지 않은 것을 구입하여 신맛이 날 때까지 익혀서 사용하였다. 우유는 시중에 판매되는 종이팩 우유(서울우유)를 사용했고, 고형분 보강을 위해 탈지분유(서울우유, 탄수화물: 52%, 단백질:35%, 지방: 1%)를 3%(w/v)의 비율로 우유와 혼합해서 90℃로 20분간 살균한 우유를 요구르트제조의 원료로 사용했다. 대조군용 균주는 시판되는 액상요구르트로부터 분리한 균주를 사용하였으며, 유산균 배양을 위한 배지는 엠알에스 브로스(MRS broth)를 사용했다.
숙성된 배추 포기 김치로부터 유산균을 분리하는 과정을 살펴보면 다음과 같다.
잘 익은 김치를 거즈로 걸러서 즙액을 취하고, 이 즙액을 펩톤(peptone)수를 사용하여 연속 희석한 다음 유산균배양용 배지인 엠알에스 플레이트(MRS plate)에 접종하여 37℃에서 3일간 배양했다. 콜로니가 잘 형성된 플레이트로부터 콜로니 형태가 다른 5개의 균주를 선발했다. 이들의 적정배양온도를 조사하기 위해 각각을 플레이트에 접종한 다음 25℃, 30℃, 37℃ 및 42℃에서 2일간 배양하여 30℃가 배양적정 온도임을 알았다. 이 균주들의 요구르트 생성 능력을 조사하기 위해 각각의 균주를 MRS broth로 30℃에서 2∼3일간 진탕배양(108~9cells/ml)한 배양액을 요구르트 제조를 위한 균주로 사용하였다. 이들 중 우유와 혼합배양시 우유를 고형화시킬 수 있는 세 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5를 최종적으로 선발했고, 균주의 동정은 마이크로아이디 (http://www.microid.co.kr)에 의뢰했으며, 동정방법은 16S rDNA partial sequence비교법을 사용했다.
이때,Lactobacillussp. K2와Lactobacillussp. K4는 16S rDNA의 부분 절편 염기서열을 이용해 동정한 결과Lactobacillussp.로 판명되었고,Lactobacillussp. K5 역시Lactobacillus속이나 신종일 가능성이 높은 균주로 판명되었다.
이렇게 해서 선발된 세가지의 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5를 이용하여 요구르트를 제조하는 과정을 살펴보면, 탈지분유를 3%(w/v)의 비율로 우유와 혼합하고, 90∼100℃에서 일정시간동안(약 20∼30분간) 살균한 우유에 108~9cells/ml의 농도로 배양한 균주 배양액을 4∼6%(w/v)의 비율로 접종하고 잘 섞은 후 30℃에서 24시간동안 발효시켰다.
이때, 균의 접종량이 4% 미만이면 발효시간이 길어지며, 균의 접종량이 4% 이상이면 24시간 이내에 요구르트가 형성된다.
이하, 다양한 실험 및 그 결과를 통해 본 발명에 따른 김치발효유산균을 이용한 요구르트의 우수함을 증명하도록 하겠다.
<균주의 내산성>
각 균주의 내산성을 조사하기 위해 HCl을 사용하여 MRS broth의 pH를 1, 2, 3 및 6.5로 각각 맞추고 여기에 일정량의 균을 접종하고 0.5, 1, 2, 3 시간 처리한 후 MRS plate에 접종하고 30℃에서 2일간 배양 후 형성된 콜로니 수를 계수하여 각 pH와 처리시간에 따른 생존균체 수를 비교 측정하였다. 이에 대한 실험결과가 하기 표 1에 기재되어 있다.
| [표 1] 산성조건하에서 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5의 생존률 | ||||
| pH | Time (h) | Survival rate (%) | ||
| Lactobacillus sp. K2 | Lactobacillus sp. K4 | Lactobacillus sp. K5 | ||
| 1 | 0.5 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | |
| 2 | 0 | 0 | 0 | |
| 3 | 0 | 0 | 0 | |
| 2 | 0.5 | 0 | 0 | 0 |
| 1 | 0 | 0 | 0 | |
| 2 | 0 | 0 | 0 | |
| 3 | 0 | 0 | 0 | |
| 3 | 0.5 | 25 | 29 | 13 |
| 1 | 23 | 27 | 13 | |
| 2 | 21 | 30 | 13 | |
| 3 | 21 | 30 | 12 | |
| 6.5 | 0.5 | 92 | 93 | 97 |
| 1 | 94 | 110 | 89 | |
| 2 | 102 | 103 | 102 | |
| 3 | 98 | 97 | 90 |
표 1을 참조하면, 세 균주 모두 pH 1과 pH 2의 배지에서는 30분 이내에 100% 사멸하는 것으로 나타났고, pH 3에서는Lactobacillussp. K2의 경우 30분 이내에 75%,Lactobacillussp. K4는 70%,Lactobacillussp. K5는 87%가 감소하는 것으로 나타났다. 그러나, 이후 3시간까지의 처리에서 생존율의 변화는 없는 것으로 나타났다. pH 6.5에서는 생존율이 90∼110%로 초기 접종시의 균수가 거의 유지되는 것으로 나타났다. 이것은 매우 신 김치의 경우 pH 3.5 정도(본 연구에서 측정)인데 이런 환경에서 선발된 균주들이기 때문에 pH 3이상의 산성환경에서 생존 가능한 것이다.
일반적으로 사람의 위가 완전히 비워져 pH가 1∼2가 되는 것은 식후 약 4시간 후 정도인 것으로 알려져 있고, 일반적인 세균의 경우 pH 4 이하에서는 30분 이내에 99.9%가 사멸하며, pH 3이하의 정상위에서는 99%의 미생물이 15분 이내에 사멸하고 1시간 후에는 100% 사멸하는 것으로 알려져 있다. 또한, 요구르트 제조용유산균의 경우는 pH 1에서 1시간 정도면 생균수가 1%이하로 감소하고 pH 2∼4 정도에서도 시간이 길어지면 생균수가 급격히 감소하는 것으로 알려져 있다.
본 연구에서 분리한 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4 및Lactobacillussp. K5는 일반적인 유산균과 거의 비슷한 내산성을 갖는 것으로 나타났는데, 필요에 따라서 돌연변이 유발 등의 방법을 이용하면 내산성이 더 좋은 균주를 선발할 수도 있을 것이다.
<요구르트의 산도(pH) 측정>
형성된 요구르트의 산도를 알아보기 위해 pH meter를 사용하였고, 발효가 완료된 요구르트를 4℃에서 12시간 보관한 후 시료로 사용하였으며, 요구르트를 잘 섞은 뒤 요구르트에 직접 전극(electrode)을 꽂아서 측정하였다. 그 결과가 표 2에 기재되어 있다.
[표 2]Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5 또는 그들의 혼합물에 의해 발효된 호상 요구르트의 산도
| 균 주 | pH |
| Lactobacillussp. K2 | 4.2 |
| Lactobacillussp. K4 | 4.5 |
| Lactobacillussp. K5 | 5.0 |
| Lactobacillussp. K2+Lactobacillussp. K4 | 4.2 |
| Lactobacillussp. K2+Lactobacillussp. K5 | 4.0 |
| Lactobacillussp. K4+Lactobacillussp. K5 | 4.3 |
| Lactobacillussp. K2+Lactobacillussp. K4+Lactobacillussp. K5 | 4.1 |
| Y1 | 3.9 |
표 2를 참조하면, 각 균주별로 형성된 요구르트의 pH를 측정한 결과 세 균주 모두 4.0∼5.0 정도로 대조군 4.0과 비슷하거나 높은 것으로 나타났다.Lactobacillussp. K5의 경우만 다른 균주에 비해 pH값이 1.0 정도 높았으나 다른 균주와 혼합한 경우에서는 다른 균주와 비슷한 pH 4.0 정도를 보였다. 이는 다른 균주와 혼합시 생장속도가 상대적으로 느린Lactobacillussp. K5보다 다른 균주Lactobacillussp. K2나Lactobacillussp. K4가 더 빨리 생장한 결과 때문이다. 또한, 각각의 균주 및 혼합 균주에 의해 생성된 요구르트의 pH가 다른 것은 발효시 생성되는 유기산의 종류 및 그 양이 다르기 때문이다.
<HLPC에 의한 유기산분석>
발효된 요구르트에 포함되어 있는 대표적인 유기산의 함량을 조사하기 위해HPLC를 사용하여 분석하였다. 발효가 완료된 요구르트를 4℃에서 12시간 보관한 후 시료로 사용하였다. 10,000rpm으로 10분간 원심분리(비전과학사, VS 1500 CF) 한 다음 상층액 1.5ml 정도를 취하고, syringe filter(0.22㎛ pore size)로 여과한 액을 HPLC 시료로 사용하였다. 시료 주입량은 25㎕였고, 표준시료는 아세트산(acetic acid), 시트르산(citric acid), 포름산(formic acid), 젖산(lactic acid), 프로피온산(propionic acid) 이상 5 가지의 산이 각각 0.1%로 들어있는 혼합액을 표준시료로 사용하였다. 표준시료의 retention time과 비교하여 시료의 peak를 확인하고 분석되어진 각 peak의 면적으로부터 유기산 각각의 함량(%)을 산출했다.
그 결과, 표준시료와 비교하여 요구르트 시료에서 확인된 peak는 포름산, 젖산, 시트르산이고, 아세트산과 프로피온산의 peak는 확인할 수 없었거나 매우 약했다. 또한Lactobacillussp. K2에 의한 요구르트는 6개,Lactobacillussp. K4는 6개,Lactobacillussp. K5는 8개 이상의 peak을 보였으며, 대조군인 시판요구르트 제조용 균주 Y1에 의한 요구르트는 7개 정도의 peak를 보였다. 이는 제조된 요구르트에 젖산, 시트르산, 포름산 외에 3∼4 종의 다른 유기산이 생성되는 것으로 생각된다.
Lactobacillussp. K5에 의한 요구르트는 다른 균주들의 것에 비해 유산의 함량이 15% 정도로 매우 낮았고Lactobacillussp. K2와Lactobacillussp. K4의 경우는 30% 정도로 Y1과 비슷했다. 그러나Lactobacillussp. K4와Lactobacillussp. K5의 혼합균주 또는 세 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5의 혼합 균주를 사용한 경우에는 유산의 함량이 42∼47% 정도로 매우 높게 생성되었다(표 3). 따라서 유산이 많이 포함된 요구르트제조를 위해서는Lactobacillussp. K4와Lactobacillussp. K5의 혼합균주 또는 세 균주의 혼합균주를 사용하는 것이 효과적일 것으로 사료된다.
[표 3]Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5 또는 그들의 혼합물에 의해 발효된 호상 요구르트에 함유된 유기산의 조성비
| 균 주 | 유기산(%) | ||
| 젖산 | 시트르산 | 포름산 | |
| Lactobacillussp. K2 | 31 | 30 | 17 |
| Lactobacillussp. K4 | 32 | 30 | 17 |
| Lactobacillussp. K5 | 15 | 23 | 14 |
| Lactobacillussp. K2 +Lactobacillussp. K4 | 38 | 23 | 18 |
| Lactobacillussp. K2 +Lactobacillussp. K5 | 35 | 22 | 16 |
| Lactobacillussp. K4 +Lactobacillussp. K5 | 47 | 19 | 16 |
| Lactobacillussp. K2 +Lactobacillussp. K4 +Lactobacillussp. K5 | 42 | 18 | 16 |
| Y1 | 34 | 19 | 12 |
발효식품에는 여러 유용한 미생물들이 포함되어 있다. 특히 유산균은 항암, 정장, 부패세균 억제, 숙주의 면역작용 활성화 작용 등 여러 가지 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이중 김치는 각종 비타민, 칼슘, 무기질과 각종 유기산 및 유산 생성박테리아를 포함하고 있고, 소화촉진, 면역성강화, 항균성, 소염성, 항돌연변이성, 항암성, 상처치료성, 혈중 콜레스테롤 저하 등 생체 조절기능, 질병 예방기능, 생체리듬 조절기능 등 우리 인간에게 이로운 많은 작용을 하는 것으로 알려져 있다. 이러한 유용한 식품인 김치는 특유의 향과 맛 때문에 일부 사람들은 먹기를 꺼린다. 따라서 김치의 유용한 성분, 즉 발효균 및 각종 유기산 등이 포함된 요구르트가 만들어지면 김치와 요구르트를 동시에 섭취하는 효과를 가진 좋은 식품이 될 것이다.
한편, 상기에서는 본 발명의 바람직한 실시예들을 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 하기의 청구의 범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (7)
- 숙성된 김치로부터 유산균을 분리하는 단계;고형분 보강을 위해 탈지분유를 3∼5%(w/v)의 비율로 우유와 혼합하는 단계;상기 우유 혼합물을 90∼100℃의 온도로 일정시간동안 살균처리하는 단계;상기 살균처리한 우유에 상기 김치유산균을 접종하고 교반하는 단계; 및상기 김치유산균을 접종한 우유를 25∼40℃의 온도로 발효시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 숙성된 김치로부터 유산균을 분리하는 단계는,숙성된 김치를 거즈 등의 천으로 걸러서 즙액을 취하는 단계;이 즙액을 펩톤(peptone)수를 사용하여 연속 희석하는 단계;희석된 즙액을 엠알에스 플레이트에 접종하여 균주를 배양하는 단계; 및배양된 균주들로부터 우유와 혼합배양시 우유를 고형화시킬 수 있는 세가지 균주인Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5를 선발하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4, 및Lactobacillussp. K5는 락토바실러스(Lactobacillus) 속인 것을 특징으로 하는김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 균주의 배양단계에서, 균주를 배양하는 적정온도는 30℃인 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 우유에 김치유산균을 접종하는 단계에서, 상기 김치유산균은 균주Lactobacillussp. K2,Lactobacillussp. K4,Lactobacillussp. K5 및 그들의 혼합물로부터 선택된 어느 하나인 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 2항에 있어서, 상기 살균처리한 우유에 상기 김치유산균을 접종하고 교반하는 단계에서, 상기 김치유산균은 108~9cells/ml의 농도로 배양한 균주 배양액으로 4∼6%(w/v)의 비율로 접종하는 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트 제조방법.
- 제 1항 내지 제 6항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 것을 특징으로 하는 김치발효유산균을 이용한 요구르트.
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