KR20090088318A - 천연물을 이용한 발효물의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품 - Google Patents

천연물을 이용한 발효물의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 천연물의 탄수화물 함량은 줄이고, 베타글루칸의 함량은 올리기 위하여 미생물을 첨가하여 발효하고, 상기 발효물의 성분 중, 단백질 함량 70g 또는 식이섬유 함량 24g 기준으로 핵산의 함량이 3-4g 이하인 천연물 발효물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 천연물 발효물, 상기 천연물 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품에 관한 것이다.
천연물, 탄수화물, 베타글루칸, 미생물, 발효물, 단백질, 식이섬유, 핵산, 식품, 의약품

Description

천연물을 이용한 발효물의 제조 방법 및 상기 방법에 의해 제조된 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품{Method for producing fermentation product using natural products and food or medicine comprising fermentation product produced by the method}
본 발명은 천연물의 탄수화물 함량은 줄이고, 베타글루칸의 함량은 올리기 위하여 미생물을 첨가하여 발효하고, 상기 발효물의 성분 중, 단백질 함량 70g 또는 식이섬유 함량 24g 기준으로 핵산의 함량이 3-4g 이하인 천연물 발효물의 제조 방법, 상기 방법에 의해 제조된 천연물 발효물, 상기 천연물 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품에 관한 것이다.
많은 현대인들은 과거와 달리 과잉 영양 섭취와 운동량 부족으로 인하여 비만에 시달리고 있거나, 비만에 걸릴 위험이 아주 높다. 일명 현대병이라 불리는 비만은 인간의 식생활이 과도하게 풍요로워지고, 육체적 노동에서 정신적 노동으로 전환된 것이 주 원인임을 누구도 부인할 수 없다.
비만이라는 증상에 노출되면 심장병, 고혈압, 당뇨 등의 합병증이 발생하게 되고 의식주 외에 아름다움을 추구하는 현대인들에게는 정신적으로도 고통이다. 통 계에 의하면 비만이 늘면서, 한국의 경우 대사증후군(metabolic syndrome)을 앓는 사람도 1998년 기준으로 성인 남자의 19.9%, 성인 여자의 23.7%에 이르는 것으로 밝혀졌다. 지방이 많이 포함된 동물성 단백질을 많이 섭취하는 미국 및 유럽인들에게는 이런 비율이 훨씬 높을 것으로 추산된다.
이러한 비만을 예방하기 위해서는 적당한 영양분의 섭취와 운동량이 필요한 것이 사실이나, 사람은 먹는 욕구를 절제하기가 가장 힘들며, 바쁜 현대 생활 속에서 적절히 운동을 한다는 것도 쉽지 않다. 더불어 각종 영양분을 골고루 섭취하여야 하나 현실적으로 일일이 성분을 따져가면서 매 끼니를 해결하는 것도 매우 어렵다. 만일 나이가 들면서 지방과 탄수화물을 과다하게 섭취한다면 잉여 영양분이 복부와 둔부에 축적되어 바로 비만으로 이어질 수 있으며, 특히 복부에 지방이 축적되면 심각한 대사증후군(metabolic syndrome)이 발병될 수 있다.
과학적인 연구 결과에 따르면 체내 탄수화물 저장량은 1,000 ~ 2,000Kcal 정도로 제한적인 데 반해 지방은 수만 Kilo Calorie 에 이른다. 따라서, 잉여분의 탄수화물은 쉽게 중성지방 형태로 변해 주로 복부 내장에 축적된다. 단백질은 다른 영양소에 비해 다소 많이 섭취하여도 몸에 축적되는 양이 상대적으로 적다. 그러나 너무 많이 섭취하면 역시 체내에 축적되고 대사를 시키느라 간과 신장이 피로할 수가 있다.
최근 비만 및 대사증후군과 관련하여 식이섬유 중의 하나인 베타글루칸의 중요성이 대두되고 있는데, 이는 베타글루칸이 내장 지방 무게를 줄이고 내장 지방 세포의 크기를 줄이는 기능을 가지고 있을 뿐만 아니라, 비만과 관련이 있는 체내 의 중성 콜레스테롤(triglyceride) 함량을 줄이는 데도 효과적이기 때문이다 (Soon Ah Kang et al., 2002, J. Korean Soc. Food Sci. Nutr. 31(6), 1052-1057; Ho-Moon Seog et al., 2002, Korean J. Food Sci. Technol. Vol 34, No 4, PP 678-683; Jue Li, Takashi Kaneko et al., Metabolism, Vol 52, No 9(September), 2003, pp1206-1210).
더불어 단백질의 섭취에 대한 중요성도 대두되고 있는데, 성장기에는 다량의 단백질 섭취가 필수적이며, 중년기의 사람이 다소 많이 섭취하여도 체내 축적이 상대적으로 적고, 체내에서 분해 시간이 상대적으로 길어 지속감을 줄 수 있으며, 나이가 들면서 근육 량이 급격히 줄어들기 때문에 단백질의 적절한 섭취가 매우 필요하기 때문이다.
위에서 언급한 바와 같이 비만을 예방하고 치료하는 방법은 매우 간단하다. 그러나 잘못된 생활 습관 및 인간 의지의 한계로 인하여 계속해서 비만 인구가 늘고 있고, 향후 비만으로 인한 사회 경제적 손실은 상상을 초월할 것으로 예상되고 있다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 비만 및 대사증후군을 앓고 있거나, 예방하고자 하는 사람이 이용하기 매우 좋은 천연물의 단점을, 미생물 발효를 통하여 베타글루칸의 함량은 올리는 대신에 체내 축적이 용이한 탄수화물의 함량은 줄이고, 식미감은 높이는 동시에 다량 섭취하여도 문제가 없도록 핵산을 제어하는 공정에 의해 제조된 높은 베타글루칸 함량, 상대적으로 낮은 칼로리 및 탄수화물 함량, 저지방 등의 특징을 가지는 식품 또는 의약품을 개발하고자 한다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 천연물에 미생물을 첨가하여 발효하고, 탄수화물의 함량은 줄이는 대신에 베타글루칸의 함량은 올리고, 핵산의 함량을 제어하는 천연물 발효물의 제조 방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법에 의해 제조된 천연물 발효물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 천연물 발효물을 포함하는 식품 또는 의약품을 제공한다.
본 발명에 따르면, 그 동안 타 식품에 비해 식미감이 뒤져 낮은 단계의 식품으로 취급되던 각종 천연물을 베타글루칸의 함량이 높고 식미감이 아주 뛰어날 뿐만 아니라, 적게 섭취하여도 포만감을 얻을 수 있는 매우 고급 제품으로 전환할 수 가 있는 것이다.
기존에 판매되고 있는 여러 비만 관련 기능성 제품들은 유효성분 대비 가격이 비싸고 주로 인공적인 공정에 의해 생산되었으나, 본 발명의 제품은 천연의 공정인 발효과정을 통하여 제품을 생산하므로, 유효성분 대비 가격이 매우 저렴할 뿐만 아니라 안정성 또한 탁월하여, 비만 및 대사증후군을 앓고 있거나, 예방하고자 하는 모든 사람이 안전하고 편리하게 이 제품을 이용할 수 있다.
특히 본 발명에 의하면 시급한 치료를 요하는 고도 비만 및 심각한 대사증후군 환자를 위해서는 베타글루칸을 포함한 식이섬유를 위주로 한 초 저칼로리 제품을 만들 수 있고, 경증의 비만 및 대사증후군 환자, 또는 예방하고자 하는 사람을 위해서는 베타글루칸을 포함한 식이섬유와 적정 수준의 단백질을 동시에 함유한 제품을 만들 수가 있어, 기능성을 가진 정규식사 대용품으로도 널리 사용되어 질 수 있다.
훌륭하며 또한 편리하게 섭취할 수 있는 본 발명의 제품은 향후 곡류 재배 농가들에게 안정적인 수요처를 제공해 줄 수 있을 것이다.
향후 지식 산업 시대가 가속화됨에 따라, 육체적 노동은 기계가 대신하고 사람은 주로 정신적 노동을 한다고 볼 때 분명 과거와는 다른 식품 또는 의약품이 필요하다고 생각되며, 이때에는 식미감과 소화흡수도 뛰어나고, 정신적 노동으로 인한 신체적 질병인 비만 및 대사증후군을 예방 및 치료할 수 있을 뿐만 아니라, 단백질의 함량을 적정 수준으로 유지할 경우 정규식사의 대용도 가능한 본 발명의 제품이 미래의 중추적인 식품 및 의약품으로 자리 잡을 것이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
천연물에 식용 가능한 미생물을 첨가하여 발효하는 단계; 및
발효과정에서 또는 발효 완료 후 핵산을 제어하는 단계를 포함하는 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 방법은 더욱 구체적으로,
천연물을 분쇄 및 액화시키는 단계;
상기 분쇄 및 액화된 천연물에 식용 가능한 미생물을 첨가하여 발효하는 단계;
발효 과정에서 또는 발효 완료 후 핵산을 제어하는 단계;
상기 핵산이 제어된 발효물을 농축 또는 건조하는 단계; 및
상기 농축 또는 건조된 발효물에 조직감 및 향미를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물의 제조 방법을 제공한다.
본 발명의 천연물 발효물의 제조 방법은 천연물을 분쇄 및 액화시킨 후에 당화시키는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 천연물 발효물의 제조 방법은 천연물에 식용 가능한 미생물을 첨가하여 발효하는 단계를 포함한다. 식용 가능한 미생물은 곰팡이, 효모, 박테리아 등일 수 있으며, 곰팡이는 푸사리움 (Fusarium) 속, 아스퍼질루스 (Aspergillus) 속, 리조푸스 (Rhizopus) 속 등이 있으며, 효모는 사카로마이세스 (Saccharomyces) 속 등이 있으며, 박테리아는 바실러스 (Bacillus) 속 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다. 상기 식용 가능한 미생물은 구체적으로, 푸사리움 베네나툼 (Fusarium venenatum), 아스퍼질러스 오리제(Aspergillus oryzae), 아스퍼질러스 아와모리 (Aspergillus awamori), 리조푸스 마이크로스포루스(Rhizopus microsporus), 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae), 바실러스 메가테리움(Bacillus megaterium), 바실러스 서브틸리스 (Bacillus subtilis) 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다.
바람직하게는 상기 미생물은 효모이며, 더욱 바람직하게는 사카로마이세스 세레비지애 (Saccharomyces cerevisiae)이다.
상기 미생물을 이용하여 발효하는 방법은 이용하는 미생물에 따라, 발효 조건 및 발효 배지가 달라질 수 있으며, 발효 조건 및 발효 배지는 당 업계에 공지된 것을 이용할 수 있다. 예를 들면, 효모의 경우에는 YPD 배지에서 30℃에서 배양할 수 있으며 필요에 따라 호기성 조건을 선택할 수 있다.
상기 천연물은 보리, 밀, 라이밀, 호밀, 수수, 귀리, 쌀, 옥수수, 율무, 조, 기장, 감자, 고구마 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 또한 상기 천연물은 서로 혼합되거나, 타 천연물과 혼합되어 사용될 수 있다.
상기 천연물은 수용성 성분과 비 수용성성분을 포함할 수 있다. 상기 비 수용성 성분은 식미감을 저하시킬 수 있는데, 필요한 경우 이를 발효시키면 식미감이 좋아지고, 소화흡수가 용이해질 수 있으며, 발효 시 좋은 성분이 생길 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 방법에서, 천연물을 발효하기 전에 수용성 물질과 비 수용성 물질로 분리하고 수용성 물질만을 대상으로 발효할 수 있으며, 상기 분리된 비 수용성 물질을 발효 단계 후에 발효물과 합할 수 있다. 수용성 물질만을 대상으로 발효하면 발효관 내의 교반과 공기의 흐름이 원활해져 발효 효율을 높일 수 있을뿐만 아니라, 발효가 종료된 후 발효물에서 미생물을 제거하여 핵산의 함량을 제어할 때 미생물과 함께 필요한 타 물질이 분리되는 것을 막을 수 있다.
또한, 본 발명의 방법은 상기 발효 과정에서 또는 발효 완료 후 핵산을 제어하는 단계를 포함한다. 핵산을 제어하는 방법은 발효 과정 중 미생물 생성량을 최소화하여 발효를 완료하는 방법과 발효 완료 후 발효물에서 미생물을 일부 제거하거나 완전 제거하여 그 함량을 낮추는 방법이 있다.
발효 과정 중 미생물 생성량을 최소화 하기 위한 방법 중 하나는 탄질비(C/N ratio)를 다소 높게 유지하면서 발효하는 것이다. 구체적으로 상기 탄질비는 12.1-31.9 범위이다. 이 경우에는 초기에는 거의 발효가 잘 일어나지 않고, 발효가 완료되는 시간도 아주 오래 걸린다. 예로 48시간 안에 발효가 완료될 것이 96시간까지 걸린다.
더불어 필요한 경우 발효 완료된 발효물에 직접적인 처리를 통하여 핵산을 제거할 수 있는데, 그 방법은 레이저 조사(laser irradiation), 열처리(heat shocking), 초음파처리(sonication), 알칼리 용해(alkaline lysis) 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
비만 및 대사증후군 문제를 해결하기 위해, 하기와 같은 개념을 가진 제품의 개발을 최종 목표로 하였다.
1. 적게 섭취하여도 포만감을 줄 수 있어야 한다.
2. 베타글루칸 성분이 높아 대사증후군을 예방 및 치료해 줄 수 있어야 한다.
3. 정규식사 대용품이 되기 위해서는 적정수준의 단백질을 함유하고 있어야 한다.
4. 맛과 풍미가 뛰어나 누구나 선호하고 반복적으로 섭취할 수 있어야 한다.
5. 상대적으로 칼로리가 낮아야 한다.
첫 번째로 적게 섭취하여도 포만감을 얻을 수 있는 천연물들을 선별하여 보았는데, 이러한 천연물의 대부분이 풍부한 식이 섬유 함량과 중간 정도 수준의 단백질 함량을 가지고 있었으며, 또한 지방의 함량이 매우 낮아 본 발명의 목적에도 매우 잘 부합하였다. 그러나 베타글루칸의 함량은 천연물 별로 상당한 차이를 나타내었다.
더불어 상대적으로 단위당 칼로리가 낮고 핵산의 함량 또한 상당히 낮아 비만하거나 대사증후군을 앓고 있는 사람들도 안심하고 먹을 수 있는 식품군이었다.
그러나 이러한 천연물들은 맛이 떨어져 사람들의 기호도가 매우 낮고, 체내축적이 용이한 탄수화물의 함량은 높았으며, 베타글루칸의 함량도 충분하지 않았다. 그것들의 베타글루칸 및 기타 성분을 타 곡류들과 비교하여 보면 다음과 같다. 더불어 곡류의 도정 수준 및 품종 그리고 수분 함량에 따라 각 성분의 함량 비는 다소 달라질 수 있음을 확인하였다.
표 1. 천연물의 주요 성분비 비교
구분 보리 귀리 조 수수
탄수화물 64.0 57.0 68.0 66.1
지방 2.1 4.7 3.9 2.8
단백질 12.0 14.3 9.7 9.6
섬유소 11.2 10.7 8.0 10.3
표 2. 천연물의 베타글루칸 성분비 비교
곡종 Anderson 등 (1978) Henry (1985) Joergensen 등 (1988) McCleary와 Glennie-Holmes (1985) Prentice 등 (1980) 이 등 (2001)
보리 5.01 4.36 4.09 4.43 6.3 4.45
귀리 2.50 3.37 3.27 4.08 5.7 3.54
쌀 0.13 0.10 - 0.04 - -
밀 0.54 0.65 0.48 0.60 1.4 0.54
호밀 1.93 1.89 1.48 1.65 2.4 1.53
라이밀 0.34 0.65 0.70 0.51 1.2 -
수수 - - 0.26 - 1.0 -
옥수수 - - <0.00 0.12 - -
1. Anderson et al., 1978 J. Inst. Brew. 84, 233~239
2. Henry, R. J. 1985 J. Sci. Food Agri., 36, 1243~1253
3. Joergensen et al., 1988 AGRIS, v.53(5) p. 287~296
4. McCleary and Glennie-Holmes 1985 J. Inst. Brew. 91, 285~295
5. Prentice et al., 1980 Cereal Chem. 57:198~202
6. Young-Tack Lee. 2001 Korean J. Food & Nutri. Vol. 14. No. 3, 233~238
상기 열거한 천연물 중 체내에서 포만감을 줄 수 있는 식이섬유와 대사증후군을 예방 및 치료해 줄 수 있는 베타글루칸을 특히 많이 함유한 보리를 대상으로 식품 개발을 시작하였다. 개발하고자 하는 제품의 물성 대비 보리의 장, 단점을 열 거하여 보면, 상기에서 기술한 천연물들의 장, 단점과 크게 다르지 않다. 보리는 풍부한 식이섬유 및 높은 베타글루칸 함량, 상대적으로 낮은 칼로리, 지방 함량이 거의 없음 등의 장점이 있으며, 단백질 함량은 중간 정도 수준이고, 탄수화물 함량이 높고, 소화가 힘들며, 맛이 떨어지는 등의 단점이 있다.
체내에 축적이 잘 되는 탄수화물의 함량은 줄이고, 비만 및 대사증후군을 예방 및 치료해 줄 수 있는 베타글루칸의 함량을 올리며, 소화력을 높이고, 맛과 풍미의 획기적인 개선을 위하여 미생물을 통한 발효 공법을 통해 이 문제를 해결하려 하였다.
다음은 본 발명의 보리 발효물의 대체적인 제조 공정을 열거한 것이다.
1. 보리를 도정하거나 또는 부분적으로 도정하고, 필요한 경우 도정하지 않고 그대로 이용한다.
2. 깨끗이 씻고 분쇄기로 분쇄한다. 필요한 경우 분쇄하지 않을 수 있다.
3. 분쇄된 보리를 액화하고 당화시킨 후 발효 공정에 투입시킨다. 필요한 경우 당화공정을 생략할 수도 있다.
4. 당화시킨 보리를 발효조에 넣고 미생물 생육에 필요한 여러 물질들을 추가로 함께 투입하여 발효시킨다. 필요한 경우 수용성 성분만을 분리하여 발효하고 그렇지 않은 비 수용성 성분은 분리하여 보관하였다가 특정 단계에서 재 투입할 수도 있다.
5. 사용하는 미생물은 이미 안전성이 확보되어 있고, 인간에게 매우 유용하다고 알려진 효모를 이용한다.
6. 발효가 끝난 다음 원심 분리기로 효모를 분리하거나, 미생물 균체량을 최소화 할 수 있는 발효 방법을 선택하여 핵산을 제어한다. 더불어 발효 완료된 발효물에 직접적인 처리를 통하여 핵산을 제어할 수도 있다.
7. 만일 수용성 성분과 비 수용성 성분으로 분리한 후, 수용성 성분만을 대상으로 발효했다면 분리되어 남아있던 비 수용성 성분을 핵산이 제어된 발효물과 다시 합친다. 또한 발효물만을 이용할 경우 합칠 필요가 없다.
8. 최종적으로 각종 처리가 완료된 발효물에 조직감 및 향미 등을 부여하여 식품 또는 의약품을 완성한다. 이 경우 농축 또는 건조 과정을 거칠 수 있다.
상기 공정들 중 대표적인 공정 5가지를 요약하면 다음과 같다.
공정 1
원료-분쇄-액화-당화(생략가능)-발효-효모분리-농축 또는 건조-조직감 및 향미 부여
공정 2
원료-분쇄-액화-당화(생략가능)-미생물 생성량을 최소화하여 발효-농축 또는 건조-조직감 및 향미 부여
공정 3
원료-분쇄-액화-당화(생략가능)-수용성 성분과 그렇지 않은 성분으로 분리하여 수용성 성분만 발효-효모분리-효모 분리액과 비 수용성 성분을 합침-농축 또는 건조-조직감 및 향미 부여
공정 4
원료-분쇄-액화-당화(생략가능)- 수용성 성분과 그렇지 않은 성분으로 분리하여 수용성 성분만 발효 -효모분리-농축 또는 건조-조직감 및 향미 부여
공정 5
원료-분쇄-액화-당화(생략가능)-발효-발효물 자체를 처리하여 핵산 제어-농축 또는 건조-조직감 및 향미 부여
목표로 하는 제품은 비만한 사람 또는 비만의 위험이 있거나, 대사증후군을 앓고 있는 사람들이 주로 체중 관리 및 복부 지방 관리를 위하여 섭취하게 되므로, 다량 섭취하였을 시 요산의 증가로 인한 여러 위험을 사전 예방할 수 있도록 핵산을 제어하여야만 한다. 특히 통풍 환자는 퓨린 함량이 높은 핵산의 섭취량을 철저히 제한하여야 하므로 개발된 식품의 핵산 제어 단계는 반드시 필요하다 하겠다.
더불어 유엔의 일일 핵산 섭취 권유량이 3-4g 정도이므로 정상인들이 본 발명의 식품을 충분히 섭취하기 위해서라도 핵산의 제어 공정은 반드시 필요하다.
참고로 식이섬유의 일일 권장 섭취량은 24g, 단백질의 일일 권장 섭취량은 70g 정도라고 알려져 있으므로 최종 제품 완성 시 상대적인 핵산 함유량의 최대 한계치를 쉽게 산정할 수 있다.
핵산의 제어 정도와 제어 방법은 최종 산물의 배합에 따라 달라질 수 있으며, 만일 발효물에서 효모를 분리하는 핵산 제어 공정을 선택한다면 공정의 특징상 일부 유용한 물질이 함께 제거되는 경우도 발생할 것이다.
참고로 효모는 양질의 단백질을 함유한 고급 식품이나 포함된 핵산의 함량을 살펴보면, 핵산이 가장 많은 식품 중의 하나인 정어리보다 무려 7배에 달하며, 그 수치는 건조 중량 기준으로 대략 6-12% 정도라고 알려져 있다.
핵산을 제어한 발효액과 비 수용성 성분을 합칠 경우에는 최종 완제품의 필요에 따라 그 비율을 달리하여 다양한 제품으로 완성할 수 있다.
또한 베타글루칸을 포함한 수용성 식이섬유만을 이용할 때에는 비 수용성 성분을 섞지 않을 수도 있다.
더불어 각각의 성분을 농축 또는 건조 후 합칠 수도 있고, 합친 후 농축 또는 건조할 수도 있으며 어느 한가지만을 농축 또는 건조하여 합친 후, 재 건조할 수도 있다.
완성 단계인 농축 또는 건조한 제품에 조직감(Texturization)을 낼 때에는 다양한 방법을 이용하여 처리할 수 있는데, 예로 고기 질감, 빵 질감, 스낵류 질감 등을 들 수 있다. 상기 조직감을 내는 단계는 압출성형법에 의해 이루어질 수 있다. 압출성형시 원료조성비, 원료 투입량, 수분함량, 스크류 회전속도, 바렐 가열온도를 조절할 수 있다. 이때, 수분의 함량을 40% 정도로 높여서 압출성형하며 100-170℃의 온도 조건하에서 100-1000 psi의 압력으로 압출 성형할 수 있다. 단백질 조직감을 위해 쿨링 다이(cooling die) 또는 서큘라 다이(circular die)를 사용할 수 있다.
본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 본 발명의 천연물 발효물의 제조 방법에 의해 제조된 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물을 제공한다. 상기 천연물 발효물은 식용 가능한 미생물에 의해 발효되고 핵산이 제어된 발효물을 포함한다. 식용 가능한 미생물, 천연물 및 핵산 의 제어에 관하여는 전술한 바와 같다.
본 발명은 또한, 본 발명의 천연물 발효물을 포함하는 제품을 제공한다. 상기 제품은 식품 또는 의약품일 수 있다. 본 발명의 식품 또는 의약품은 천연물 발효물 그 자체로 이루어질 수도 있고, 다른 첨가물을 포함할 수도 있다. 첨가될 수 있는 것으로는 단백질, 지방, 탄수화물, 식이섬유, 베타글루칸, 무기염류 또는 비타민 등일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 본 발명의 발효 과정에는 첨가제가 사용될 수 있는데, 무기염류로는 MgCl2, KCl, NaCl, Ca-락테이트, 구연산암모늄철 등이 있으며, 비타민류로는 비타민 B1, 비타민 B2, 비타민 B6, 니코틴산아미드, 비타민 C 등이 있으며, 질소원으로는 질산나트륨(NaNO3), 암모니아수(NH4OH), 탄산암모늄((NH4)2CO3), 염화암모늄(NH4Cl), 인산암모늄((NH4)2HPO4), 펩톤(Peptone), 소이톤(soytone), 트립톤(Tryptone), 효모 추출액(Yeast extract), 쏘이밀(Soy meal), 맥아 추출액(Malt extract) 등이 있으나, 이에 제한되지 않는다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제품은 제품의 단백질 함량 70g 또는 식이섬유 함량 24g 기준으로 핵산의 함량이 3-4g 이하인 것을 특징으로 한다. 단백질의 일일 권장 섭취량은 70g, 식이섬유의 일일 권장 섭취량은 24g 정도라고 알려져 있으며, 유엔의 일일 핵산 섭취 권유량이 3-4g 정도이므로 본 발명의 제품은 단백질 함량 70g 또는 식이섬유 함량 24g 기준으로 핵산의 함량이 3-4g 이하인 것이 바람직하다.
본 발명의 일 구현예에 따른 식품 또는 의약품은 비만과 대사증후군의 예방 및 치료에 이용될 수 있다. 본 발명의 식품 또는 의약품은 맛있고, 배부르고, 살 안 찌는 특징이 있으므로, 비만과 대사증후군을 예방 또는 치료할 수 있는 것이다.
본 발명의 발효 산물은 어떠한 미생물을 이용해서라도 발효할 수 있으며, 상기 미생물을 이용하여 발효시킴으로써 천연물의 식미감을 개선할 수 있다.
바람직하게는 상기 미생물은 효모이며, 천연물은 보리, 귀리, 호밀, 라이밀, 수수 및 그것들이 포함된 혼합물일 수 있다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제품에서, 제품의 총 중량% 기준으로 베타글루칸 함량은 상기 천연물이 수수 또는 수수가 포함된 혼합물인 경우에 0.26-1.0 중량% 이상이며, 라이밀 또는 라이밀이 포함된 혼합물인 경우에 0.34-1.2 중량% 이상이며, 호밀 또는 호밀이 포함된 혼합물인 경우에 1.48-2.4 중량% 이상인 것이 바람직하다. 예를 들면, 수수가 포함된 혼합물은 수수에 보리, 타피오카 등을 포함하는 것을 의미한다.
본 발명의 일 구현예에 따른 제품에서, 제품의 총 중량% 기준으로 베타글루칸 함량은 상기 천연물이 귀리 또는 귀리가 포함된 혼합물인 경우에 2.5-5.7 중량% 이상이며, 보리 또는 보리가 포함된 혼합물인 경우에 4.09-6.3 중량% 이상인 것이 바람직하다.
베타글루칸 함량을 상기와 같이 한정한 기준은 천연물의 각각의 발효 전의 베타글루칸 함량이 상기 기재된 수치이므로, 천연물 각각을 미생물을 이용하여 발효한 제품의 베타글루칸의 함량은 초기 천연물의 베타글루칸 함량보다 증가해야 하기 때문이다. 따라서, 베타글루칸 함량이 부족한 경우에는 본 발명의 제품은 베타 글루칸을 추가로 함유할 수 있다. 또한, 본 발명의 제품은 제품의 단백질 함량이 발효 전 천연물의 단백질 함량보다 증가된 것이 바람직하다.
본 발명의 장점을 기존 상용화된 기술과 비교하면 다음과 같다.
1. 용이하게 구할 수 있는 천연물 또는 그것들이 포함된 혼합물을 이용하여 고 베타글루칸, 저 탄수화물 성분을 가진, 비만 및 대사증후군을 방지하고 치료할 수 있는 식품 또는 의약품을 쉽고 저렴하게 만들 수 있다.
2. 식미감과 방귀에 부정적 영향을 끼쳤던 성분들에 생화학적인 변화를 주어 식품으로서의 성질을 획기적으로 개선할 수 있다. 방귀의 원인 중 하나가 소장에서 소화, 흡수되지 않은 다당류가 대장에서 미생물에 의해 발효되면서 가스가 발생되는 것이므로, 발효 과정을 통하여 다당류의 일부가 미생물에 의해 생화학적으로 변화되는 본 발명의 제품을 섭취하면 천연물을 그 자체로 섭취할 때보다 인체 내에서 방귀의 발생이 감소되는 것이다.
3. 발효 산업의 단점인 폐기물의 발생이 없다.
4. 비만 및 대사증후군을 방지하고 치료할 수 있는 기능성을 가진 정규식사 대용 식품 또는 의약품을 쉽고 저렴하게 만들 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 한정되는 것은 아니다.
실시예
실시예 1: 보리 발효물의 제조
(1) 원료(보리) 준비
시중에서 구입한 일반 보리를 핀밀 (Pin mill)을 사용하여 평균 500㎛ 입자 크기로 분쇄하였다.
(2) 액화 당화 공정
분쇄된 보리를 최종 고형분 농도 13.8%가 되도록 용해하고 용액이 균질화될 때까지 강제로 교반하였다. pH는 6.3으로 조절하며 α-아밀라아제(Termamyl 120L)를 보리 고형분 기준으로 1% 첨가한 후 95℃ 항온 수조에서 3시간 동안 반응시켰다.
액화가 완료된 용액을 62℃까지 천천히 냉각하면서 50% 황산에 의해 pH 4.2로 조절하였다. 그 후 당화를 위하여 아밀로글루코시다제(AMG 300L)를 보리 고형분 기준으로 2% 첨가한 후 62℃ 반응 수조에서 20시간 동안 교반하였다.
(3) 비 수용성 부분과 수용성 부분으로 분리
액화당화 공정에서 만들어진 당화액을 4,910 x g 에서 10분 동안 원심분리(MF 600, Hanil Science Industrial Co., Korea)하여 중량기준으로 17% 비 수용성과 83% 수용성 부분으로 분리하였다.
(4) 배양 및 발효
본 발명에서 사용된 균주는 베이커리 효모(Saccharomyces sp.)로서 글루코스 2%(w/v), 펩톤 2%(w/v), 효모 추출액 1%(w/v), 아가 1.5%(w/v)로 이루어진 YPD 고체 배지에서 25℃, 4일 주기로 배양되었다.
1차 종균 배양은 YPD 고체 배지에서 효모 균체의 일부를 글루코스 2%(w/v), 펩톤 2%(w/v), 효모 추출액 1%(w/v)로 구성된 YPD 액체 배지(250㎖ 삼각플라스크, 50㎖ working volume)에 접종하여 30℃, 150rpm 조건에서 24시간 배양하였다.
2차 종균 배양은 1차 종균 배양에서 배양된 종균을 YPD 액체 배지에 1% (v/v) 접종하여 30℃, 150rpm 조건에서 12시간 배양하였다.
본 배양은 5L 발효조(Liflus GX, Biotron, KOREA)를 이용하였다. 멸균조건은 121℃에서 20분 실시하였다. 액화 당화 공정에서 만들어진 시료에 유기 질소원(soytone)을 첨가하여 만든 배지 2Kg(8% 당화액+ 4% soytone)에 2차 종균 배양액을 1% (v/v) 접종하여 배양온도 30℃, 교반속도 250rpm, 통기속도 1 vvm 조건에서 48시간 배양하여 효모 건조 중량 기준으로 21.5g/L 농도를 가진 발효액을 만들었다. 배양 중의 pH 조절은 28% NH4OH와 1N HCl을 사용하여 pH 5.5로 조절하였다.
(5) 효모 제거
본 배양에서 만들어진 효모 발효액을 4,910 x g 에서 10분 동안 원심분리(MF 600, Hanil Science Industrial Co., Korea)하여 중량기준으로 9% 효모액과 91% 상등액을 얻었다.
(6) 농축
효모가 제거된 상등액을 55℃ 가열 온도 조건에서 감압 농축기(N 3000, Eyela, Japan)를 사용하여 고형분 농도 20% 까지 농축하였다.
(7) 합침
비 수용성 부분과 수용성 부분 분리공정에서 발생하여 보관된 비 수용성 부 분과 효모가 제거된 발효 농축액을 혼합하였다.
(8) 건조
고형분 농도 23%로 만들어진 혼합액을 Spray dryer(SD-1000, Eyela, Japan)를 사용하여 Hot air(inlet) 160℃, Outlet air 95℃ 온도 조건에서 고형분 농도 95% 까지 건조하였다.
(9) 조직감(Texture)
상기 건조한 시료를 바렐 가열 온도 140℃에서 이축 압출성형장치를 통해 성형하였으며, cooling die를 이용하여 냉각하였다.
(10) 페이스트(Paste)
조직화된 시료에 향미, 맛 및 기능을 배가하기 위하여 호박, 감자 및 미역(혹은 다시마) 추출물을 소량 첨가하고, 별도로 향신료를 첨가하여 고온 고압에서 압출 성형하여 최종 제품을 만들었다.
초기 원료의 구성 성분과 제품 완성 후 구성 성분을 비교하면 하기 표와 같다.
구분 탄수화물 지방 단백질 식이섬유(베타글루칸) 핵산
원료 보리 64.0 2.1 12.0 11.2(5.5) 0.4
완성 제품 28.1 2.2 36.1 21.2(8.1) 0.5
상기 표에서 알 수 있는 바와 같이, 원료 보리에 비해 완성 제품은 탄수화물의 함량은 크게 감소한 반면, 식이섬유 함량과 베타글루칸의 함량은 크게 증가하였다는 것을 알 수 있다. 핵산 함량 또한 허용치를 크게 밑돌고 있으며, 더불어 단백질의 함량도 적정수준 이상이어서 정규 식사 대용품으로 사용할 수도 있다.

Claims (20)

  1. 천연물에 식용 가능한 미생물을 첨가하여 발효하는 단계; 및
    발효 과정에서 또는 발효 완료 후 핵산을 제어하는 단계를 포함하는 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    천연물을 분쇄 및 액화시키는 단계;
    상기 분쇄 및 액화된 천연물에 식용 가능한 미생물을 첨가하여 발효하는 단계;
    발효 과정에서 또는 발효 완료 후 핵산을 제어하는 단계;
    상기 핵산이 제어된 발효물을 농축 또는 건조하는 단계; 및
    상기 농축 또는 건조된 발효물에 조직감 및 향미를 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물의 제조 방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 천연물을 분쇄 및 액화시킨 후에 당화 공정을 추가로수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 천연물을 발효하기 전에 수용성 물질과 비 수용성 물질로 분리하고 수용성 물질만을 대상으로 발효하는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 분리된 비 수용성 물질을 발효 단계 후에 발효물과 합하는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 식용 가능한 미생물은 효모인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 발효는 호기성 발효인 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 발효는 미생물 생성량을 최소화하는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 핵산을 제어하는 단계는 발효 완료된 물질에서 미생물을 일부 제거하거나 또는 완전 제거하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 핵산을 제어하는 단계에서 발효물에 레이저 조사(laser irradiation), 열처리(heat shocking), 초음파처리(sonication), 또는 알칼리 용해(alkaline lysis)를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 천연물은 보리, 밀, 라이밀, 호밀, 수수, 귀리, 쌀, 옥수수, 율무, 조, 기장, 감자 및 고구마로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 탄수화물 함량은 감소하고, 베타글루칸 함량은 증가된 천연물 발효물.
  13. 제12항에 따른 천연물 발효물을 포함하는 제품.
  14. 제13항에 있어서, 상기 제품이 식품 또는 의약품인 것을 특징으로 하는 제품.
  15. 제13항에 있어서, 단백질, 지방, 탄수화물, 식이섬유, 베타글루칸, 무기염류 또는 비타민을 추가로 함유한 제품.
  16. 제13항에 있어서, 제품의 단백질 함량 70g 또는 식이섬유 함량 24g 기준으로 핵산의 함량이 3-4g 이하인 제품.
  17. 제13항에 있어서, 제품의 총 중량% 기준으로 베타글루칸 함량은 상기 천연물이 수수 또는 수수가 포함된 혼합물인 경우에 0.26-1.0 중량% 이상이며, 라이밀 또 는 라이밀이 포함된 혼합물인 경우에 0.34-1.2 중량% 이상이며, 호밀 또는 호밀이 포함된 혼합물인 경우에 1.48-2.4 중량% 이상인 제품.
  18. 제13항에 있어서, 제품의 총 중량% 기준으로 베타글루칸 함량은 상기 천연물이 귀리 또는 귀리가 포함된 혼합물인 경우에 2.5-5.7 중량% 이상이며, 보리 또는 보리가 포함된 혼합물인 경우에 4.09-6.3 중량% 이상인 제품.
  19. 제17항 또는 제18항에 있어서, 제품의 단백질 함량이 발효 전 천연물의 단백질 함량보다 증가된 제품.
  20. 제17항 또는 제18항에 있어서, 베타글루칸을 추가로 함유한 제품.
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