KR20050122444A - 전기투석법에 의한 간장의 저염화 방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 재래식 간장 또는 이의 알콜 재발효 간장을 전기투석하여 저염화하는 방법에 관한 것으로서, 고혈압, 심장질환등 각종 성인병의 원인이 식염농도가 높은 재래식 간장의 염농도를 낮추면서도 유효성분은 거의 그대로 포함하고 있어 향미, 품질 및 기호도가 높은 재래식 간장을 제공한다.
Description
본 발명은 재래식 간장 또는 이의 알콜 재발효 간장을 전기투석하여 저염화하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 자세하게는 간장의 염농도를 낮추면서도 유효성분은 거의 그대로 포함하고 있어 향미, 품질 및 기호도가 높은 재래식 간장 및 이의 제조방법을 제공한다.
식품에 첨가된 식염은 간을 내는 동시에 수분활성도와 삼투압을 조절하여 식품 중의 미생물 생장을 억제함으로써 식품의 관능과 저장성에 영향을 주는데 발효식품중의 소금은 부패미생물의 생육을 억제하고 내염성의 발효미생물이 선택적으로 생장할 수 있도록 조절해 주는 역할을 하고 있다. 발효식품에 첨가되는 염의 농도는 각 식품의 원료, 발효기간, 얻고자 하는 최종산물 등에 따라 다르지만 특히 단백질이 주원료이고 장기저장을 목적으로 하는 장류나 젓갈에는 10∼20%, 경우에 따라서는 40%에 이르는 식염이 첨가되기도 한다.
한국인의 사망원인 중 대부분은 고혈압을 비롯한 순환기계 질환이 차지하고 있으며, 나트륨의 과잉 섭취는 고혈압의 주요 원인이 되는 것으로 알려져 있다.
재래식 간장은 메주를 18∼25% 이상의 소금물에 담근 후 발효시키기 때문에 시판 양조간장이나 혼합간장, 산분해간장의 15∼18%정도의 식염농도에 비해 식염농도가 높아 기호도가 낮으며 고혈압, 심장질환과 같은 각종 성인병의 원인이 되기도 한다. 그래서 저염화의 연구가 활발하게 진행되고 있는데 이들 방법 중에서 최근에 전기적으로 하전된 막을 이용한 전기투석법의 이용 가능성과 역삼투장치를 이용한 연구를 본 연구에서 실시하고자 한다.
전기투석법은 이온성분을 용액으로부터 분리하는 공정으로 용액 속의 이온성분이 전기장에 걸어준 전압에 의해 양이온 교환수지 막과 음이온 교환수지 막을 선택적으로 통과하여 일어나는 물질전달 원리에 이론적 기초를 두고 있는 방법으로 역삼투압, 한외여과와 함께 가장 많이 사용하는 막공정 중의 하나로 전기적으로 하전된 막을 사용하여 탈염을 목적으로 주로 사용되고 있다.(Park, P.J., Lee, S.H. and Kim, S.K. : Desalination of bolled oyster extract by electrodialysis. Korean J. Biotechnol. Bioeng., 15 167-173 (2000))
전기투석은 탈염하고자 하는 물질에 함유되어 있는 저분자 무기염은 제거가 가능하지만 분자량이 큰 이온성 물질은 막을 투과할 수 없는 특성을 가지고 있다. 이 특성을 이용하여 초산회수에 관한 연구(Choi, D.M. and Koo, Y.M. : Studies on the recovery of acetic acid by electrodialysis. Theories and Applications of Chem. Eng., 1, 409-412 (1995))와 회분식 발효에서의 젖산의 분리(Lee, E.G., Chang, Y.K., Chang, H.N. and Kim, I.H., : In situ separation of lactic acid by electrodialysis in batch culture, Kor. J. Appl. Microbiol. Biotechnol, 23, 609-616 (1995)), 금속이온의 회수, 무기용액의 제거 특성과 침출수처리(Kim, S.J. and Lee, B.H. : Application of electrodialysis in the landfill leachate treatment, J. Kswo Jun. 14, 153-159 (1998)), 김치공장 폐수에서 염회수(Moon, S.H. and Choi, J.H. : A feasibility study on recovery of salt from kimchi processing wastewater by electrodialysis, J. of KSEE. 20, 811-821 (1998)), 해수의 담수화(Cho, B.Y. and Han, Y.W. : A study on seawater desalination using EDR method, Journal of the Korean Society of Water and Wastewater, 15, 309-316 (2001)) 및 액젓의 탈염(Oh, S.W., Nam, E.J., Jo, J.H., Kim, E.M. and Kim, Y.M., : Chemical changes during desalting of fish sauces using electrodialyzer, Korean J. Food Sci. Technol. 29, 992-998 (1997)), 참치 및 굴자숙액의 탈염(Park, P.J., Lee, S.H. and Kim, S.K. : Desalination of bolled oyster extract by electrodialysis. Korean J. Biotechnol. Bioeng., 15, 167-173 (2000), Kim, S.K., Byun, H.G. and Jeon, Y.J. : Desalination of tuna bolled extract by electrodialysis. J. Korean Fish. Soc., 32, 68-74 (1999)), 그리고 간장의 탈염(Chung, J.H., Mok, C.K., Lim, S.B., Woo, G.J., Baek, H.H. and Park, Y.S. : Desalination of traditional soy sauce using electrodialysis. Korean J. Food Sci. Techol., 34, 811-817 (2002)) 등에 활용되고 있다.
Chung 등(Chung, J.H., Mok, C.K., Lim, S.B., Woo, G.J., Baek, H.H. and Park, Y.S. : Desalination of traditional soy sauce using electrodialysis. Korean J. Food Sci. Technol., 34, 811-817 (2002))이 살균하지 않은 시판 전통간장을 이용한 전기투석에서 간장 중에 존재하는 세균, 곰팡이 및 효모의 수가 탈염이 진행되면서 증가한다고 보고하였고 간장 중에 존재하는 미생물들은 저염간장 중에 그대로 남아 간장의 품질을 저하시키는 주요한 원인이 된다고 하였다. 따라서 본 연구에서는 전기투석 전에 분획분자량이 200 kdalton의 막이 장치된 한외여과장치로 여과함으로써 간장에서 미생물을 완전히 제거하여 간장의 저염화시 미생물로 인한 간장의 품질저하를 방지하고자 하였다.
본 발명의 목적은 재래식 간장의 품질과 향미를 개선하면서도 유효성분의 함량은 거의 그대로인, 재래식 간장 및 알콜 재발효 간장의 저염화 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 재래식 간장의 품질과 향미를 개선한, 재래식 간장에 비해 염도 10~ 25%의 간장을 제조하는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 또다른 목적은 재래식 간장의 품질 및 향미를 개선한, 탈염도 10-25%의 간장을 제공하는 것이다.
상기와 같은 기술적 과제를 달성하고자, 본 발명은
분획분자량 50 ~ 200 dalton의 이온교환막이 장착된 전기투석장치로 전압 14.2 ~ 16.2 Volt 범위로 걸어 재래식 간장 또는 상기 재래식 간장을 알콜 재발효한 간장시료를 전기투석하여 염농도 10~25%의 간장을 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한 상기 방법으로 전기투석하여 제조된 염농도 10~25%의 간장에 관한 것이다.
이하 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명에 사용가능한 간장은 통상의 방법으로 제조된 재래식 간장 또는 알콜 재발효 간장을 포함한다.
본 발명을 적용가능한 재래식 간장은 가정 또는 공장에서 재래식 간장을 제조하는 통상의 방법에 따라 메주를 이용하여 제조된 간장을 의미하며, 이는 본 기술분야에 속하는 전문가에게 널리 알려져 있다. 예컨대, 본 발명에 사용가능한 메주는 시판되는 메주 또는 본 발명의 일실시예에 따라 대두를 수세, 침지하여 전통식으로 대형 증자 솥에서 약 6시간씩 자숙시키고 Chopper로 파쇄하여 7X5X20 cm의 장방형 메주를 만들고 30℃의 국실에서 7일간 겉말림시키면서 배양한 후 glutamic acid 생성효소인 glutaminase의 안정온도인 15℃로 정온된 국실에서 50일간 배양하여 제조할 수 있다. 상기 메주와 20% 소금물을 1:3의 비율로 혼합하여 간장숙성 용기에서 실온으로 2개월 간 숙성시키고 간장과 된장을 분리하여 재래식 간장을 제조할 수 있다.
본 발명에 있어서 알콜 발효 효모를 접종하는 액체배지는 재래식 간장을 그대로 사용할 수도 있으나, 여과 및 살균하는 것이 더욱 바람직하다. 여과 및 살균의 일례로는 규조토 여과기를 이용하여 부유물을 제거하고 여과된 간장의 살균은 고온연속살균장치 등를 이용하여 분당 1 L/min의 속도로 118 ~ 114℃에서 4분간 간장을 살균할 수 있다.
상기 알콜 발효를 위한 재래식 간장은 글루코스 2~ 6중량부로 추가하여 제조한다.
본 발명에 있어서, 알콜 발효용 효모 배양액은 통상의 효모 배양방법에 의해 제조될 수도 있으나 바람직하게는 콩 끓인 물과 재래식 간장을 동일한 부피비로 포함하는 액체배지에 글루코스를 첨가한 후 여기에 알콜 발효용 효모를 배양하여 제조하는 것이다. 본 발명의 바람직한 일례에서, 효모 배양액의 제조는 콩을 끓인 물과 전통간장을 동량 혼합하여 글루코스 2 ~ 6 중량부를 첨가한 배지에서 종균효모를 각각 30℃, 120 rpm에서 3일간 진탕 배양하여 발효에 사용할 수 있다.
본 발명에는 알콜 발효가 가능한 효모를 모두 사용할 수 있으며, 일례로는 Zygosaccharomyces rouxii 또는 Candida verstilis등을 사용할 수 있다. 본 발명에 바람직한 효모 배양액은 Zygosaccharomyces rouxii에 의한 종배양, Candida verstilis에 의한 종배양, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있다. 균주 보관용 배지는 콩에 10배의 증류수를 가하여 2시간 동안 환류냉각기를 부착하여 끓여 여과한 액과 전통간장을 동량 혼합하여 1.5% agar를 첨가하여 만든 사면배지를 사용하는 것이 바람직하다.
본 발명에서 상기 알콜 발효용 재래식 간장 배지에 효모 배양액을 접종한 후, 본 배양은 0.01~0.1vvm의 무균공기를 연속적으로 통기하며 28~32 ℃ 온도에서 무균공기를 주입하며 수행한다. 상기 알콜 재발효 방법에 따라 제조되며, 알콜 함량이 약 0.5 내지 3.0 v/v% 이상인 알콜 재발효 재래식 간장을 제공하는 것이다.
본 발명의 일예에서, 상기 재래식 간장 또는 상기 재래식 간장을 효모로 알콜발효시킨 알콜 재발효 간장을 1,000 내지 200,000 dalton의 분획분자량 갖는 평판 또는 관상 한외여과막을 사용하여 한외여과하는 단계를 포함한다. 간장 색소의 분자량은 보통 2,000 dalton전후의 크기로 색상의 조정에 필용한 막의 분자량이며 미생물균체를 제거할수 있는 컷-오프는 200,000 dalton정도이다.
본 발명에 따른 전기투석방법은 분획분자량 50 ~ 200 dalton의 이온교환막이 장착된 전기투석장치로 전압 14.2 ~ 16.2 Vol 범위로 걸어 재래식 간장 또는 상기 재래식 간장을 알콜 재발효한 간장시료에 실시하여 염농도 10~25%의 잔류 간장을 제조한다.
상기 전기투석법에 사용가능한 이온교환막으로는 아미노산, 핵산성분 등 하전성이 강한 저분자량 물질의 탈염에 사용하는 50 ~ 200 dalton의 분획분자량을 갖는 막면적 550 ㎤인 Aciplex Cartridge(AC-110-550)를 포함하나 이에 한정되지 않는다. 이온교환막의 분획분자량 범위가 상기 범위를 초과할 경우에는 간장의 유효성분이 아미노산 등의 저지율이 감소하여 막을 투과하는 문제점이 있다.
본 발명의 일실시예에서는, 전기투석기와 전기투석막은 아미노산, 핵산성분 등 하전성이 강한 저분자량 물질의 탈염에 사용하는 분자량 100 dalton, 막면적 550 ㎤인 Aciplex Cartridge(AC-110-550)을 사용하여 수생하였으며, 전극액측에 5%(w/v) Na2SO4용액 500 mL, 투과액측에는 증류수 2,000 mL를 넣고, 시료액측에는 탈염용 간장을 1,000 mL를 넣은 다음, 전압은 15.2V로 통전시켜 실온에서 전기투석막을 통하여 순환시킴으로써 탈염을 수행할 수 있다.
상기 전기투석법을 수행하기 전에, 재래식 간장 또는 알콜 재발효 간장을 분획분자량 10,000 ~ 200,000 dalton을 갖는 관상 한외여과막을 사용하여 5 ~ 10 kgf/cm2의 작동압력으로 수행하는 단계를 추가로 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 예컨대 분자량 200 kdalton, 막표면적 0.88㎡, PVDF계 Tubular membrane이 장착된 PCI Tubular ultrafiltration pilot unit를 이용하여 한외여과를 수행가능 하다.
본 발명에 따라 제조된 저염화 간장은 염농도 10-25%이며, 상기 탈염도의 간장의 경우 전기투석으로 유리아미노산, 페놀성 물질 등의 유효성분 등이 농축되었으며 항산화 효과에서도 탈염도가 증가할수록 향상되어 저염화가 진행될수록 간장의 품질이 향상되는 특성을 가진다.
하기 예시적인 실시예를 들어 본 발명을 더욱 상세히 설명할 것이나, 하기 실시예로 본 발명의 보호범위가 제한되는 의도는 아니다.
[실시예]
실시예 1: 간장의 제조
(1) 재래식 간장의 제조
본 발명에 사용된 콩은 2001년 경상북도 농산물원종장 의성분장에서 생산된 태광콩을 사용하였으며 일반성분은 수분 9.78%, 조단백질 38.04%, 조지방 18.15%, 조섬유 4.8%, 조회분 4.33% 및 가용성 무질소물 24.9%였다. 태광콩을 수세, 침지하여 전통식으로 대형 증자 솥에서 약 6시간씩 자숙시키고 Chopper로 파쇄하여 7X5X20 cm의 장방형 메주를 만들고 30℃의 국실에서 7일간 겉말림시키면서 배양한 후 glutamic acid 생성효소인 glutaminase의 안정온도인 15??로 정온된 국실에서 50일간 배양한 후 20% 소금물과 1:3의 비율로 혼합하여 Fiber Glass Reinforced Plastic제 내부식성 Lacquer를 칠한 약 1,000 L 용량의 간장숙성 Tank에서 실온으로 2개월 간 숙성시키고 간장과 된장을 분리하여 간장을 제조하였다.
(2) 알콜 재발효 재래식 간장
상기 (1)에서 제조하고 실온에서 2개월 간 숙성된 간장을 실온에서 2개월 간 숙성된 간장을 규조토 여과기(세진기공사, 한국)를 이용하여 부유물을 제거하고 여과된 간장의 살균은 Choi 등 (Choi. K.S., Kwon, K.I., Lee, J.G., Choi, J.D., Chung, H.C., Ryu, M.K., Im, M.H., Kim, K.J., Choi, Y.H., Kim, Y.J., Seo, J.S. and Choi, C. : Alcoholic fermentation of traditional kanjang by semi-pilot scale bioreactor systems. Korean. J. Food Sci. Technol. 35, 103-110 (2003))의 방법으로 고온연속살균장치를 이용하여 살균을 실시하였다. 분당 1 L/min의 속도로 118∼114℃에서 4분간 간장을 살균하여 알콜 발효용 간장으로 사용하였다.
발효 내용량 250 L의 bioreactor(도 1)내에 발효 완료된 Z. rouxii와 C. versatilis 발효간장을 각각 50 L씩을 충전하고 고온연속살균장치로 살균하여 실온으로 냉각한 4% 당 함유 전통간장(발효기질간장)을 각각 200 L씩 주입하여 30±0.5℃에서 0.05 vvm으로 무균공기를 연속하여 통기하면서 전통간장의 회분식 알콜발효를 실시하였다. 그런 후에, 4℃로 정온된 저온실에서 7일간 숙성·정치시킨 간장을 회분식 한외여과실험용 공시간장으로 사용하였다. 재발효 전통간장의 미생물 수를 측정한 결과 호기성세균과 효모는 각각 1.2X04, 5.1X105 CFU/mL가 존재하였으며 젖산균은 검출되지 않았다.
실시예 2: 관상막 한외여과 파일럿 유니트를 이용한 여과
본 실험에 사용한 간장은 재발효 전통간장 및 전통간장을 탈염 과정에서 막의 오염현상을 줄이고 탈염 효율을 증가시키기 위해 분자량 200 kdalton인 PCI Membrane이 장착된 PCI Tubular ultrafiltration pilot unit를 이용하여 여과한 후 전기투석장치를 이용한 탈염시험에 사용하였다. 본 발명에서는 전기투석 전에 분획분자량이 200 kdalton의 막이 장치된 한외여과장치로 여과함으로써 간장에서 미생물을 완전히 제거하여 간장의 저염화시 미생물로 인한 간장의 품질저하를 방지하고자 하였다.
실시예 3: 탈염에 사용된 간장의 성분
3-1: 일반 성분
시료의 일반성분 분석은 AOAC법(A.O.A.C. : Official Methods of Analysis, 16th ed., Association of Official Analytical Chemists, Washington, D.C. (1995))에 따라, 수분함량은 105℃ 건조법, 조단백질함량은 Kjeldahl법, 조지방 함량은 Soxhlet법, 조회분함량은 550℃ 직접회분법, 조섬유는 원료를 1.25% H2SO4와 1.25% NaOH로 분해시킨 다음 건조 및 회화시켜 함량을 구하였다.
3-2: 총질소
분해장치(Digestion system 1007 Digester, Tecator, Sweden)에 시료 약 2 g을 취하여 진한 황산용액 25 mL로 분해시키고, 증류장치(Kjeltec system 1026 Distilling Unit, Tecator, Sweden)를 사용하여 분해 액에 과량의 포화 NaOH 용액을 가하여 증류되어 나온 NH3를 5% boric acid가 들어 있는 수기에 받아 생성된 NH4H2BO3를 0.1 N HCl로 적정하여 총질소함량을 산출하였다(A.O.A.C. : Official Methods of Analysis, 16th ed., Association of Official Analytical Chemists, Washington, D.C. (1995)).
3-3: 식염 및 순추출물
간장 1 mL를 취하여 100배 희석하고, 이 액 20 mL를 취하여 100 mL 삼각 플라스크에 넣고 여기에 2% K2CrO4 용액 1 mL를 지시약으로 가한 다음 0.1 N AgNO
3 용액으로 엷은 오렌지색이 될 때까지 적정하여 식염의 양을 계산하였다(Yeonsei University : Methods in laboratory experiments of foods. Tamgudang Publishing Co., Seoul (1975)).
0.1 N AgNO3 1 mL ≡ 0.005845 g NaCl
정제해사를 증발접시에 취하여 105±1℃에서 항량을 구한 후, 시료 일정량을 취하고 수분을 증발시켜 추출물의 함량을 측정하고, 여기에 식염의 양을 감하여 순추출물함량을 산출하였다(Yeonsei University : Methods in laboratory experiments of foods. Tamgudang Publishing Co., Seoul (1975)).
3-4: 무기이온
간장은 습식법(Sin, H.S. : Food Analysis(Theory and Experiments), Sinkwang Publishing Co., Seoul 113-130 (1989))으로 간장의 유기물을 제거 한 다음 초순수로 정용하여 ICP emission spectrometer(Jobin-Yvon 38 Plus, Jobin사, France)로 분석하였다.
3-5: 갈색도 및 광투과도(%T)
시료 간장을 5 mL를 취하여 증류수로 10배 희석한 다음, 이 액을 spectrophotometer(Pharmacia, Sweden)를 이용하여 500 ㎚에서 흡광도를 측정한 후 희석배수를 곱하였다(Yeonsei University : Methods in laboratory experiments of foods. Tamgudang Publishing Co., Seoul (1975)).
광투과도는 시료 간장을 spectrophotometer(Pharmacia, Sweden)를 이용하여 500 ㎚에서 광투과도(%T)를 측정하였으며, 증류수를 대조구로 하였다.
3-6: pH
간장 원액을 pH meter(Hanna, U.S.A.)로 측정하였다.
3-7: Glucose 및 lactic acid의 동시 분석
Yoda 등(Yoda, K., Urakabe, R. and Tsuchida, T. : Enzyme electrode provided with immobilized enzyme membrane. US Patent 4,240,889 (1980))의 방법에 따라 간장 시료를 일정한 비율로 희석하고 0.45 ㎛ membrane filter로 여과한 후, 효소 막을 이용한 YSI 2700 Select Biochemistry Analyzer(YSI Inc., U.S.A.)를 이용하여 분석하였다.
D-Glucose + O2 →Glucose Oxidase H2O2 + D-Glucono-δ-Lactone
L-Lactic acid + O2 →actic acid Oxidase H2O2 + Pyruvic acid
3-8: 알콜
간장 시료를 초순수로 2배 희석한 후 membrane filter(0.45 ㎛)로 여과하고 이 용액 2 ㎕를 GC에 주입하였다. 표준물질은 methanol, ethanol을 0.05, 0.1, 0.2%로 조제한 후 2 ㎕를 GC에 주입하였고 분석조건은 Table 4와 같다(Japanese Soy Sauce Research Institute. Methods in Shoyu Experiments, Mitsuosa printing Co, Tokyo, Japan. pp. 140-150 (1990)).
3-9: 유리 아미노산
간장의 유리아미노산 분석은 시료간장을 아미노산 분석용 Lithium citrate buffer로 20배 희석한 다음 0.45 ㎛ membrane filter로 여과하고 아미노산 자동분석기에 의해 Table 3과 같은 조건으로 분리 정량 하였다(Japanese Soy Sauce Research Institute. Methods in Shoyu Experiments, Mitsuosa printing Co, Tokyo, Japan. pp. 140-150 (1990)).
3-10: 페놀성 물질
페놀성 물질의 함량측정은 Folin-Denis 등(A.O.A.C. : Official Methods of Analysis, 16th ed., Association of Official Analytical Chemists, Washington, D.C. (1995))의 방법을 이용하여 실시하였다. 시료용액 0.1 mL와 2% sodium carbonate 2 mL를 혼합한 뒤 2분 후 50% Folin & Ciocalteu's phenol reagent 0.1 mL를 가하여 30분 동안 실온에 방치한 다음 UV-VIS spectrophotometer(Shimadzu UV-1201)을 이용하여 750 ㎚에서 흡광도를 측정하였으며 표준용액은 chlorogenic acid를 사용하였다.
3-11: 색차
간장의 색차는 색도계(Chroma meter, Minolta Co., Ltd., Japan)를 이용하여 색차를 측정하고 Hunter system에 의하여 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness) 값으로 나타내었다. L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 -80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 -70(청색)에서 70(황색)까지 측정하였다. 표준판은 백색판을 사용하였고 이 백색판이 나타내는 L, a, b는 각각 96.44, +0.02, +1.93이었다.
표 1은 탈염에 사용한 간장성분을 비교한 결과로 재래식 간장은 NaCl농도와 총질소함량이 23.67%, 1.15%로 높고 알콜 재발효 전통간장의 NaCl농도와 총질소함량은 20.04%와 0.9%로 다소 낮았다. 가장 큰 차이는 알콜함량으로 전통간장은 알콜이 검출되지 않았으나 재발효 전통간장은 효모를 이용하여 재발효 하였으므로 1%의 알콜이 검출되었다.
전통간장의 젖산함량이 알콜 재발효 간장의 0.87%보다 높은 1.07%로 함량은 보였음에도 불구하고 pH는 4.98로 오히려 알콜 재발효 간장의 4.65보다 높았다. 이 결과는 순추출물함량이 전통간장이 재발효 간장의 5.9%보다 높은 7.24%을 보여 이들 물질의 완충작용에 의한 결과로 생각되었다.
[표 1]
탈염에 사용된 간장의 화학조성
표 2는 유리 아미노산함량을 나타낸 결과로 전통간장과 재발효 간장의 총 유리아미노산함량은 5,302.69 mg%와 2,381.73 mg%로 전통간장의 총 유리아미노산함량이 재발효 간장보다 2배 이상의 함량 차를 보였다. 그리고 단맛을 내는 유리아미노산의 함량에서도 전통간장이 재발효 간장보다 약 2배 이상의 함량차를 보였으며 쓴맛과 기타 맛을 내는 아미노산의 함량에서는 약 3배정도의 차이가 있었으나 구수한 맛을 내는 아미노산의 함량은 전통간장의 853.57 mg%보다 다소 낮은 750.12 mg%로 재발효 간장의 총 유리아미노산에 대한 상대적 비율에서 월등히 높았다.
[표 2]
탈염에 사용된 간장의 유리아미노산 함량 (단위 : mg%)
실시예 4: 전기투석 실시
전통간장 중에 함유된 염을 제거하는 데 사용한 전기투석기(Micro Acilyzer G3, Japan)와 전기투석막(旭化成, Japan)은 아미노산, 핵산성분 등 하전성이 강한 저분자량 물질의 탈염에 사용하는 분자량 100 dalton, 막면적 550 ㎤인 Aciplex Cartridge(AC-110-550)을 사용하였다. 전통간장 중에 함유된 염을 제거하기 위하여 사용된 전기투석기의 공정은 도 3과 같다. 전극액측에 5%(w/v) Na2SO4용액 500 mL, 투과액측에는 증류수 2,000 mL를 넣고, 시료액측에는 탈염용 간장을 1,000 mL를 넣은 다음 실온에서 전기투석막을 통하여 순환시킴으로써 탈염을 수행하였으며, 이때 전압은 15.2V로 통전시켰다.
전기투석기로 탈염시 시간 경과에 따라 경시적으로 잔류간장과 투과액의 NaCl농도 및 부피 등의 변화를 조사하고 20%, 15% 및 10%로 탈염도 증가에 따른 저염간장의 품질특성 및 항산화 효과를 측정하였다.
간장의 전자공여능(Electron Donating Abilities, EDA)은 Blois(Blois, M.S. : Antioxidant determination by the use of a stable free radical. Nature, 26, 1198-1200 (1958))의 방법을 변형하여 측정하였다. 10배 희석한 각 시료를 1.0 mL에 2x10-4 M의 α,α-diphenyl-β-picryl-hydrazyl(DPPH) 0.5 mL를 넣고 교반한 후 30분간 방치한 다음 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 전자공여 효과는 시료 첨가구와 첨가하지 않은 경우의 흡광도 감소율로 나타내었다.
| Electron Donating Ability(%) = (1 - | A - C | ) X100 |
| B |
A : 시료군의 흡광도, B : 대조군의 흡광도, C : 시료의 흡광도
실시예 5: 잔류간장 및 투과액의 NaCl농도 변화
도 4는 분획분자량 100 dalton, 막면적 550 ㎤인 Aciplex Cartridge (AC-110-550)을 사용하여 탈염을 실시하였을 때 시간의 경과에 따른 잔류간장과 투과간장의 식염농도 변화를 나타낸 결과이다. 탈염이 진행되면서 전통간장과 재발효 전통간장은 각각 Y=-0.0501X+24.526과 Y=-0.0531X+ 21.068로 시간(X)에 비례해서 NaCl농도(Y)가 감소하였으며 이와는 반대로 투과액인 폐액의 NaCl농도(Y)는 각각 Y=0.0289X+0.0725과 Y=0.0285X+0.0731의 속도로 시간(X)에 비례해서 증가하였다. 이 결과는 탈염이 진행되면서 저분자의 이온들이 선택적으로 이온교환 막을 투과하여 폐액으로 이행되어 간장의 NaCl농도는 감소하였고 반대로 폐액의 NaCl농도는 증가한 것으로 생각되었다.
도 5는 간장 탈염이 진행됨에 따라 잔류간장과 투과액의 부피변화를 나타낸 결과로 탈염이 진행되면서 1,000 mL의 간장이 NaCl농도가 높은 간장일수록 부피의 감소가 커졌으며 이와 반대로 투과액의 부피는 간장의 감소된 부피만큼 증가하였다. 이는 Chung 등(Chung, J.H., Mok, C.K., Lim, S.B., Woo, G.J., Baek, H.H. and Park, Y.S. : Desalination of traditional soy sauce using electrodialysis. Korean J. Food Sci. Technol., 34, 811-817 (2002))의 NaCl표준용액의 탈염시 낮은 NaCl농도에서는 부피감소가 적고 농도가 높아질수록 부피감소율이 증가한다는 보고와 유사한 결과를 보였다.
전통간장의 경우 24% NaCl농도의 간장 1,000 mL에서 10%까지 탈염시키면 잔류간장의 부피가 780 mL로 감소하였으며 재발효 간장의 경우 20% NaCl농도의 간장 1,000 mL에서 10%까지 탈염시켰을 때 잔류간장의 부피는 820 mL로 감소하였다.
이러한 부피의 감소현상은 탈염 과정에서 전하를 갖는 이온뿐만 아니라 물도 이온교환 막을 통하여 운송되기 때문이고 전기 투석에 의하여 물은 분리공정 중에 발생하는 역삼투압 현상으로 이동되고 이러한 이동현상은 역삼투압이 클수록 빨리 진행되며 OH-와 H+이온으로 해리 되어 운송되어 부피의 감소가 동반된 것으로 생각되었다.
실시예 6: 잔류액 및 투과액의 성분 및 저지율에 미치는 영향
전기투석장치를 이용한 재래식 간장의 탈염시험에서 잔류간장과 투과액의 성분변화는 표 3와 같았다.
[표 3]
전통간장의 전기투석에 의한 탈염시 성분변화(Unit : %)
O.D. : Optical density at 500nm.
Table 25에서 잔류액의 수분함량은 탈염이 진행될 수로 증가하는 등 NaCl농도를 제외한 모든 항목에서 증가하였나 투과액인 폐액의 경우 수분함량은 탈염이 20%, 15% 및 10%까지 진행하였을 때 96.45%, 93.79% 및 91.58%로 감소하였으며 잔류간장의 NaCl농도가 10%까지 탈염 되었을 때 폐액의 NaCl농도는 7.60%로 증가되었다. 간장에서 중요한 총질소의 경우 분자량 100 dalton의 이온교환 막을 통과하는 소량의 아미노산을 제외한 모든 질소성분이 잔류간장 속에 잔류하여 잔류간장의 성분이 증가하였다. 그리고 투과액인 폐액에도 잔류간장의 NaCl농도를 10%까지 탈염 하였을 때 총질소함량이 0.07%로 미량 증가하였다. 이는 질소 성분 중 분자량이 작은 암모니아나 소량의 아미노산이 투과액으로 투과된 것으로 생각되었다.
알콜 재발효 전통간장의 탈염시험에서 성분변화는 표 4와 같았다.
[표 4]
알콜 재발효 간장의 전기투석에 의한 탈염시 성분변화(Unit : %)
O.D. : Optical density at 500nm.
재발효 전통간장을 전기투석장치로 탈염하였을 때 전통간장의 탈염과정과 동일하게 NaCl농도가 20.04%, 15.20% 및 9.06%로 탈염시간의 경과에 따라 감소하였으며 이와 반대로 투과액인 폐액의 NaCl농도는 증가하였다. 수분함량은 탈염이 진행되면서 74.06%에서 81.85%로 증가하였으며 폐액에서는 이와 반대로 수분함량이 93.61%로 감소하였다. 순추출물, 총질소, 알콜 및 젖산 등 간장의 구성성분은 탈염이 진행되면서 잔류간장 및 투과액에서 공히 모두 증가하였다. 투과액에서의 성분 증가는 탈염이 진행되면서 분자량이 작은 성분들이 염과 결합하여 물에 용해되어 이온교환 막을 통과하여 농도가 높아진 것으로 생각되었다.
전기투석장치를 이용한 간장의 탈염시험에서 성분 저지율를 조사한 결과는 표 5과 같았다.
[표 5]
이온교환막에 의한 전기투석중 간장의 각 성분의 저지율에 대한 탈염정도의 효과
간장의 성분 중 수분의 저지율이 음의 값을 나타내며 저지율이 매우 낮았으며 탈염이 진행될수록 전통간장과 재발효 전통간장 모두에서 수분의 저지율은 증가하였다. 그리고 NaCl은 전통간장의 탈염시 탈염이 진행될수록 저지율이 87.66%에서 76.55%, 67.89%로 점차 감소하였으며 재발효 전통간장의 경우 20%의 NaCl농도에서 15%로 탈염하였을 때 85.53%, NaCl농도 10%까지 탈염시에는 70.81%로 감소하였으며 다른 성분 중 Glucose의 저지율이 100%로 가장 높았고 간장의 가장 중요한 성분인 질소의 경우 92.22∼97.39%의 높은 저지율을 보였다.
수분과 NaCl을 제외한 기타 성분은 90%이상의 높은 저지율로 투과액인 폐액으로 미량은 투과되지만 잔류간장에 잔류하여 NaCl만을 선택적으로 제거할 수 있어 저염·농축간장 생산에 이용가능하다.
실시예 7: 페놀성 물질의 함량 및 저지율에 미치는 영향
전기투석장치를 이용한 간장의 탈염시험에서 페놀성 물질의 함량변화는 표 6과 같았다. 전통간장의 경우 페놀성 물질은 탈염 전 544.06 mg%에서 20%, 15% 및 10%로 탈염도가 증가할수록 583.09 mg%, 641.48 mg% 및 709.18 mg%로 증가하였으며 재발효 전통간장에서도 탈염 전 543.63 mg%에서 탈염도가 높아지면서 582.13 mg%로 그 함량이 증가하였고, 폐액에서도 전통간장과 재발효 전통간장 모두에서 다소 증가하였다. 페놀성 물질의 저지율을 조사한 결과 두 간장 모두에서 98.91∼99.62%로 매우 높은 저지율을 보였다.
[표 6]
전기투석중 간장의 총 페놀성분의 변화(Unit : mg%)
(5) 간장의 유리아미노산의 함량 및 저지율에 미치는 영향
전기투석장치를 이용한 전통간장과 재발효 전통간장의 탈염시험에서 탈염이 진행되면서 잔류간장과 투과액의 유리 아미노산함량 변화를 경시적으로 측정한 결과 표 7와 표 8과 같았다.
표 7은 전통간장의 유리아미노산함량 변화로 탈염이 진행될수록 잔류간장과 투과액의 유리아미노산이 모두 증가하였으며, 알콜 재발효 전통간장의 탈염시에도 전통간장의 유리아미노산함량 증가와 동일한 결과를 보였다. 전통간장의 단맛을 내는 아미노산은 24% NaCl농도에서 1,248.31 mg%이었으나 탈염도가 증가할수록 순차적으로 증가하여 10% NaCl농도에서는 1,446.91 mg%로 증가하였으며, 구수한 맛의 아미노산함량도 853.57 mg%에서 탈염이 진행되어 10% NaCl농도에서 1,156.20 mg%로 증가하였다. 쓴맛과 그 밖의 아미노산의 함량도 탈염이 진행되면서 증가하는 경향을 보였으며 투과액에서도 탈염이 진행되면서 다소 증가하였으나 미량에 그쳤다. 알콜 재발효 재래식 간장에서도 재래식 간장에서와 같이 탈염이 진행되면서 단맛을 내는 아미노산은 탈염전 662.54 mg%에서 767.26 mg%로 증가하였으며 구수한 맛을 내는 아미노산에서도 817.94 mg%로 증가하였으며 쓴맛과 기타 아미노산의 함량도 탈염이 진행되면서 증가하였다.
표 9의 유리아미노산 저지율 결과에서 탈염이 진행되면서 저지율은 다소 감소하였으나 97%이상의 높은 저지율로 간장의 NaCl을 제거할 수 있는 효과적인 방법으로 판단되었다.
[표 7]
전기투석중 간장의 유리아미노산 함량변화(Unit : mg%)
[표 8]
전기투석중 알콜 재발효 간장의 유리아미노산 함량변화(Unit : mg%)
[표 9]
전기투석중 이온교환막에 의한 유리아미노산의 저지율(Unit : %)
MW cut-off size : 100 dalton.
실시예 8:간장의 무기이온 및 저지율에 미치는 영향
탈염이 진행되면서 간장의 무기이온 함량은 표 10와 표 11과 같았다. 표 10의 전통간장의 무기이온에서 K, Na, Cu이온은 탈염이 진행되면서 잔류간장에서 감소하는 경향을 보였으며 기타의 무기이온은 잔류간장에서 증가하였다. 재발효 전통간장의 무기이온에서도 전통간장과 동일한 결과를 보였다. 두 간장 모두에서 Na이온의 감소율이 가장 큰 것으로 나타나 탈염도가 증가될수록 기타의 무기이온에 비해 Na이온의 감소가 가장 뚜렷하였다.
전기투석장치를 이용한 간장의 탈염시험에서 탈염이 진행될수록 이온교환 막에서의 무기이온 저지율은 표 11와 같이 전통간장 및 재발효 전통간장 모두에서 모든 무기이온들에서 감소하는 경향으로 K는 10%까지 탈염 했을 때 전통간장과 재발효 전통간장에서 89.24%, 71.57%의 비교적 높은 저지율을 보였으나 Na은 탈염이 진행되면서 87.57%, 75.72% 및 64.25%로 탈염시간이 진행될수록 저지율이 급격하게 감소하였다. K, Na, Cu의 무기이온은 비교적 낮은 저지율을 보여 많은 양이 폐액으로 이행되었으나 Ca, Mg, Fe, P 등의 이온은 높은 저지율을 보이며 잔류간장에 잔류하였다. 이상의 결과에서 전기투석장치를 이용한 간장의 탈염법은 간장 성분 중 NaCl을 제외한 기타성분은 잔류간장에 농축시키면서 주로 NaCl만을 선택적으로 제거할 수 있는 효과적인 저염·농축간장 생산법으로 활용할 수 있을 것으로 생각되었다.
[표 10]
전기투석중 간장의 무기이온 함량변화(Unit : ppm)
[표 11]
전기투석중 간장의 무기이온 함량변화(Unit : ppm)
[표 12]
전기투석중 이온교환막에 의한 무기이온의 저지율(Unit : %)
*MW cut-off size : 100 dalton.
실시예 9: 전자공여능에 미치는 영향
실시예 4에 따른 전기투석시 탈염된 재래식 간장의 전자공여능에 대한 탈염도의 영향을 알아보기 위하여, 탈염정도를 달리하는 재래식 간장 및 알콜 재발효 간장에 대해 전자공여능을 분석하였다.
A : NaCl 24% 재래식 간장, B : NaCl 20% 재래식 간장, C : NaCl 15% 재래식 간장, D : NaCl 10% 재래식 간장시료.
A : NaCl 20% 알콜 재발효 간장, B : NaCl 15% 알콜 재발효 간장, C: NaCl 10% 알콜 재발효 간장시료.
간장의 탈염도 증가에 따른 전자공여능을 비교한 결과 도 6과 도 7과 같았다. 도 6은 전통간장의 탈염도 증가에 따른 항산화 효과를 비교한 결과 탈염 전 간장의 47.02%보다 탈염도가 20%, 15% 및 10%로 증가할수록 47.15%, 47.46% 및 49.56%로 항산화 효과가 증가하였으며 도 7의 재발효 전통간장의 항산화 효과를 비교한 결과 또한 탈염 전 55.33%에서 55.56% 및 59.98%로 탈염이 15%, 10%로 진행될수록 간장의 항산화 효과는 증가하였다. 이 결과는 분획분자량 100 dalton의 이온교환막이 장착된 전기투석장치를 이용한 탈염시험에서 간장의 항산화 물질은 잔류간장에 농축되어 항산화 효과가 향상된 것으로 15%까지는 크게 변화가 없으나 10%로 탈염이 진행되었을 때는 항산화 효과가 급격히 증가하여 NaCl농도가 항산화 효과에 큰 영향을 미치는 것으로 생각되었다.
본 발명은 재래식 간장 또는 이의 알콜 재발효 간장을 전기투석하여 저염화하는 방법에 관한 것으로서, 고혈압, 심장질환등 각종 성인병의 원인이 식염농도가 높은 재래식 간장의 염농도를 낮추면서도 유효성분은 거의 그대로 포함하고 있어 향미, 품질 및 기호도가 높은 재래식 간장을 제공한다.
도 1은 본 발명에 따른 재래식 간장의 알콜 발효를 위해 사용한 바이오반응기이다.
도 2는 본 발명에 따른 재래식 간장 또는 알콜 재발효 간장의 전처리를 위한 관상막 한외여과 장치 및 처리과정의 일례를 도시한 것이다.
도 3a 및 도 3b는 본 발명에서 사용되는 전기투석기 개략도이다.
도 4는 실시예 4에 따른 전기투석시 염농도 변화를 나타내는 것으로서, ◆ : 잔류 재래식 간장, ● : 잔류 알콜 재발효 간장, ◇ : 투과 재래식 간장, ○ : 투과 알콜 재발효 간장이다.
도 5는 실시예 4에 따른 전기투석시 탈염 용액의 부피변화를 나타내는 것으로서, -◆- : 잔류 재래식 간장, -●- : 잔류 알콜 재발효 간장, -◇- : 투과 재래식 간장, -○- 는 투과 알콜 재발효 간장이다.
도 6은 실시예 4에 따른 전기투석시 탈염된 재래식 간장의 전자공여능에 대한 염농도의 영향을 나타내는 것으로서, A : NaCl 24%의 간장, B : NaCl 20%의 간장, C : NaCl 15%의 간장, D : NaCl 10%의 간장이다.
도 7는 탈염된 알콜 재발효 간장의 전자공여능에 대한 탈염도의 영향을 나타내는 것으로서, A : NaCl 20%의 알콜 재발효 간장, B : NaCl 15%의 알콜 재발효 간장, C: NaCl 10%의 알콜 재발효 간장이다.
Claims (6)
- 분획분자량 50 ~ 200 dalton의 이온교환막이 장착된 전기투석장치로 전압 14.2 ~ 16.2 Volt 범위로 걸어 재래식 간장 또는 상기 재래식 간장을 알콜 재발효한 간장시료를 전기투석하여 염농도 10~ 25%의 간장을 제조하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기투석은 전극액으로서 Na2SO4용액, 및 투과액으로서 증류수를 사용하여 수행하는 것인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 전기투석을 실시하기 전에, 상기 재래식 간장 또는 알콜 재발효 간장을 100,000 ~ 200,000 dalton 분획분자량을 갖는 관상 한외여과막을 사용하여 5 ~ 10 kgf/cm2 작동압력으로 한외여과를 수행하는 단계를 추가로 포함하는 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 알콜 재발효 재래식 간장은메주를 원료로 한 재래식 간장 100 중량부을 기준으로 글루코스 2 ~ 6 중량부 및 알콜발효 효모 배양액을 5.00 ~ 8.00 (Log CFU/ml)로 첨가하여 진탕배양한 것인 방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 효모 배양액은 콩 끓인 물과 재래식 간장을 동일한 부피비로 포함하는 액체배지에 효모를 배양하여 종배양하여 제조되는 것인 방법.
- 제 5 항에 있어서, 상기 효모배양액은 Zygosaccharomyces rouxii에 의한 종배양, Candida verstilis에 의한 종배양, 및 이들의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것인 방법.
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