KR20100003825A - 산성 ｐｈ에서 안정한 변형된 대두단백질의 제조방법 - Google Patents
산성 ｐｈ에서 안정한 변형된 대두단백질의 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 변형된 대두단백질의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 낮고 산성에서 용해도가 높지만 단백질의 질에는 큰 변화를 초래하지 않아 산성 식품의 첨가물로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 겔 형성력이 우수하여 식품의 안정제, 겔화제, 농후제와 같은 다기능성 식품 첨가물로 사용될 수 있다.
변형, 대두단백질, 산성, 용해도
Description
본 발명은 변형된 대두단백질의 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법에 관한 것이다.
대두단백질은 기능적, 영양학적 측면의 우수성으로 인해 다양한 식품 재료로 이용되며 동물성 단백질의 대체물질로도 각광받고 있다(Qi et al., 1997). 특히 대두단백질은 옛날부터 우수한 식품 단백질원으로서 이용될 뿐만 아니라 겔화능, 유화능, 거품형성능, 수분흡수능 등의 여러 가지 기능 특성을 구비하고 있어 식품소재 혹은 식품개질 소재로서 식육(食肉)제품, 수산가공 식품, 반찬, 빵, 제과, 음료용 소재로서 폭넓게 이용되고 있다. 또한 최근에는 대두 단백질이 혈중 콜레스테롤을 감소시키는 것이 밝혀지게 되어 그 영양 및 생리 기능에 주목하고 있다.
그러나 상기 대두단백질은 식품에서 사용 빈도가 높은 산성 pH 범위(pH 3.0∼4.5)에서 용해하기 어려워 다양한 식품에 활용되지 못하는 문제점이 있었다(Wang & Kinsella, 1976; Walstra, 1989; Zayas, 1997). 특히 이러한 문제점으로 인해 구연산 음료, 드레싱 또는 산성 식품에 식품 첨가물로써 적용할 때 방해요소가 되었다(Ortiz & Wanger, 2002). 따라서 대두단백질의 용해도를 향상시키고자 하는 연구가 계속 진행되고 있었다.
산성식품에서의 대두단백질을 이용하기 위하여 종래에는 주로 대두 단백질의 응집·침전을 막는 것을 주목적으로 한 것이었다. 예를 들면, 펙틴 등의 안정제의 첨가(일본국 특개소54-52754)나 HLB 13 이상의 수크로오스 지방산 에스테르 등의 유화제의 첨가(일본국 특공소59-41709) 등이 알려져 있다. 그러나 이들 안정제나 유화제를 사용하는 방법은 단백질 소재가 기타의 소재와 배합되도록 함이고, 단백질 자체를 용해상태로 하는 것이 아니기 때문에, 투명감을 가지는 것은 얻을 수 없고 또한 단백질 소재 그 자체의 유화력, 겔 형성력 등의 기능 특성을 기대할 수 없다는 문제점이 지적되었다.
또한 산성영역에서 대두단백질의 용해성을 높이는 방법(일본국 특공소53-19669)으로 pH 약 2.0 ∼ 약 4.2에서 고형분 함량 10∼15％의 범위 내의 단리한 대두단백질의 슬러리를 제조하고, 이 슬러리를 연속 방식으로 온도 약 120∼160℃에서 가열 처리를 하는 방법이 알려져 있다. 그러나 상기 방법에서는 대두 단백질 슬러리를 pH 3.0∼3.5로 조정해서 고온가열 처리를 했을 경우, 단백질 분자는 분산 상태로 되지만 백탁(白濁) 용액으로 되고 더욱이 보존 중에 단백질의 침전이 발생하므로 산성에서의 단백질 식품, 특히 산성 단백질 음료에 있어서 단백질로 사용하기 위해서는 적합하지 않다는 문제점이 지적되었으며 또한 이 방법으로 얻게 되는 백탁(白濁)의 단백질은 유화력, 겔 형성력 등의 기능성이 모자라서 통상의 분리 대두 단백질에서 기대되는 식품개질 소재로서의 이용이 현저하게 제한되는 문제점이 지적되었다.
한편 피틴산(Phytate)은 이노시톨에 6개의 인이 에스테르 결합한 것으로 모든 종류의 콩과 식물의 기초 구성성분이다(Graf & Eaton, 1990). 특히 피틴산은 다른 콩과 식물들에 비해서 대두에 많이 함유되어있다(Wong et al., 2006). 일반적으로 피틴산은 그 안에 있는 음성 전하 그룹을 통해 단백질과의 복합물을 형성할 수 있으며(Cheryan, 1980; Maga, 1982). 이러한 피틴산-단백질 복합체는 대두 단백질의 영양학적 가치를 감소시키고 칼슘, 철, 아연과 같은 다가 금속 이온의 작용을 떨어뜨려 인체 내에 흡수되는 것을 방해하는 것으로 알려져 있으며(Maga, 1982), 또한 피틴산은 위장에서 펩신, 트립신 등의 소화 효소의 활동을 저해하는 것으로도 알려져 있다(Wong et al., 2006).
이에 본 발명자들은 산성영역에서도 용해도가 높아 활용가치가 높고 겔 형성력이 우수하며, 아울러 피틴산이 제거됨으로써 영양학적으로 우수한 변형된 대두단백질에 관하여 연구하던 중, 대두단백질을 일정한 조건으로 가수분해한 경우 산성 영역에서 대두단백질의 용해도가 월등히 향상되고 피틴산 함량이 감소함을 확인함으로써 본 발명을 완성하였다.
따라서 본 발명의 목적은 (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질을 제공하는 것이다.
상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법을 제공한다.
또한 본 발명은 상기 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질을 제공한다.
이하, 본 발명을 상세히 설명한다.
본 발명의 변형된 대두단백질의 제조방법은 (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.
상기 (a) 단계에서 분리 대두단백질(soy protein isolate)은 대두의 껍질과 단백질외의 성분을 제거된 대두단백질을 의미하며, 상기 분리 대두단백질의 제조는 통상적인 분리 대두단백질의 제조방법이라면 이에 한정되지 않는다.
본 발명의 일실시예에서는 탈지 대두분을 물에 담아 염기성 조건(pH 9.0)에서 저어준 후 원심 분리하여 단백질을 추출하고, 산성 조건(pH4.5)에서 침전시켜 원심 분리한 다음, 분산제를 투여하고 pH를 7.0으로 조정함으로써 분리 대두단백질을 제조하였다(<비교예 1> 참조).
상기 단백질 분해효소는 통상적으로 사용되는 단백질 분해효소라면 이에 한정되지 않지만 바람직하게는 알칼라아제(alcalase), 플라보자임(flavozyme), 프로타멕스(protamex), 뉴트라제(neutrase), 펩신(pepsin), 및 트립신(trypsin)으로 이루어진 군에서 선택되거나 조합된 것을 사용할 수 있으며 보다 바람직하게는 알칼라아제(alcalase)를 사용할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 분리 대두단백질에 알칼라아제를 투여하여 가수분해하였다(<실시예 1> 참조).
상기 가수분해는 상기 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 것을 말한다. 바람직하게는 상기 가수분해는 단백질 분해효소를 기질함량 대비 1중량%로 투여하여 60℃에서 30분 동안 하는 것을 말한다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 분리 대두단백질에 1.0중량% (w/w)농도의 알칼라아제를 투여하여 60℃에서 8시간 동안 가수분해하면서 하기 수학식 1에 의해 가수분해도를 측정한 결과, 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질은 7.5 내지 26.1의 가수 분해도를 가졌으며 이들 모두 피틴산 함량 및 용해도가 우수한 특징이 있었다. 그 중에서도 단백질 분해효소를 기질함량 대비 1중량%로 투여하여 60℃에서 30분 동안 가수분해된 변형 대두단백질(DH-9.8)의 경우 용해도가 가장 우수한 특징을 나타내었다(<실시예 1> 참조).
상기 (b) 단계의 열처리는 상기 (a) 단계에서 가수분해된 단백질 용액을 80~100℃에서 5~20분간 가열하는 것을 말한다. 상기 열처리함으로써 가수분해반응을 일정 수준으로 진행한 후 중단시킬 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 90℃에서 10분간 가열하여 가수분해반응을 정지시 켜 변형된 대두단백질을 제조하였다(<실시예 1> 참조).
또한 본 발명의 변형된 대두단백질의 제조방법은 상기 (a) 단계에 상기 (a) 단계에서 제조된 가수 분해물에 피타아제(phytase)를 투입하여 추가 변형하는 단계를 포함할 수 있다. 상기 피타아제는 피틴을 가수분해하여 미오이노시톨과 무기인산을 생성하는 인산가수분해효소의 일종이며, 본 발명에서 상기 피타아제를 투입하여 추가 변형함으로써 피틴산 함량을 감소시킬 수 있을 뿐만 아니라, 산성에서의 용해도를 더욱 높일 수 있다. 상기 피타아제(phytase)를 투입하는 것은 이에 한정되지 않지만 분리 대두단백질 g당 1,000~2,000unit으로 투입하는 것이 바람직하며, 가장 바람직하게는 분리 대두단백질 g당 2,000unit으로 투입할 수 있다.
본 발명의 일실시예에서는 상기 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질 중에 가수 분해도가 9.8인 변형 대두단백질(DH-9.8)에 피타아제(phytase)를 처리하여 단백질 가수 분해 효소 및 피틴산에 의한 변형 대두단백질을 제조하였다. 특히 피타아제가 분리 대두단백질 g당 2,000unit으로 처리된 변형 대두단백질(DH-P-2000)이 피틴산 함량 및 용해도가 가장 우수한 것을 확인하였다(<실시예 2> 참조).
본 발명의 변형된 대두단백질은 상기와 같은 방법으로 제조된 것을 특징으로 한다.
본 발명의 변형된 대두 단백질은 구체적으로 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질, 또는 단백질 가수 분해 효소 및 피타아제에 의한 변형 대두단백질을 말한다.
본 발명의 대두 단백질은 분리 대두단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질(SUPRO670, Solae 사)에 비하여 피틴산 함량은 낮으면서도 산성에서의 용해도는 월등히 높은 특성을 나타낸다.
구체적으로 본 발명의 일실험예에서는 본 발명의 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 측정하여 분리 대두단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질과 비교한 결과, 단백질 가수분해 효소에 의한 변형 대두단백질은 분리 대두단백질에 비하여 피틴산 함량이 감소되고, 특히 단백질 가수분해 효소 및 피타아제에 의한 변형 대두단백질은 월등하게 피틴산 함량이 감소되었으며 또한 시중에서 판매되는 대두단백질 보다도 피틴산 함량이 감소되었음을 알 수 있었다(<실험예 1> 및 도 5 내지 도 7 참조). 특히 피틴산이 단백질과의 복합물을 형성하여 대두 단백질의 영양학적 가치를 감소시키고 칼슘, 철, 아연과 같은 다가 금속 이온의 작용을 떨어뜨려 인체 내에 흡수되는 것을 방해하며(Maga, 1982), 위장에서 펩신 또는 트립신 등의 소화 효소의 활동을 저해하므로(Wong et al., 2006), 본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 적어 영양학적으로 우수한 식품 첨가물로써 유용하게 사용될 수 있다.
또한 본 발명의 일실험예에서는 본 발명의 변형 대두단백질의 pH 변화에 따른 용해도 변화를 측정한 결과 모든 pH 범위에서 안정적이고 높은 용해도를 가짐을 알 수 있었으며(도 11 참조), 산성에서 특히 pH 4.5에서의 용해도는 각각 분리 대두단백질 보다 49.4%, 시중에서 판매되는 대두단백질 보다 23.2% 더 향상된 것을 알 수 있었다(<실험예 2> 및 도 8 내지 도 10 참조)
또한 본 발명의 일실험예에서는 본 발명의 변형 대두단백질의 아미노산 조성을 분리 대두단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질과 비교한 결과, 큰 차이가 없었으며 이로부터 가수분해 처리가 단백질의 질에는 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다(<실험예 3> 참조).
또한 본 발명의 일실험예에서는 본 발명의 변형 대두단백질의 유동특성을 측정한 결과, 본 발명의 변형 대두단백질의 점조도 지수 및 점도가 가장 높은 반면 유동지수는 가장 낮아 딱딱하고 강한 겔 특성을 형성할 수 있어 겔 형성력이 가장 우수하였고 또한 점조도 지수(K)가 pH에 의존적이지 않았으며 pH의 변화에 따라 유연하게 점도가 변화하여, 본 발명의 변형 대두단백질은 pH 조건에 영향을 받는 다양한 식품군에 적용이 가능할 수 있다(<실험예4> 참조).
또한 본 발명의 일실험예에서는 본 발명의 변형 대두단백질의 동적점탄성 측정한 결과, 저장탄성률(storage modulus, G’)과 손실탄성률(loss modulus, G”)이 가장 높았다. 또한 점탄성을 평가하기 위해 tan δ값(G"/G')을 구한 결과, 본 발명의 변형 대두단백질에서 1보다 작은 값을 보임으로써 탄성적 성질이 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 변형 대두단백질은 산성에서 용해도가 우수하면서 식품에 응용하면 탄력이 우수한 겔을 형성할 수 있는 효과가 기대된다(<실험예4> 참조).
따라서 본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 낮고 산성에서 용해도가 높지만 단백질의 질에는 큰 변화를 초래하지 않아 산성 식품의 첨가물로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 겔 형성력이 우수하여 식품의 안정제, 겔화제, 농후제와 같은 다기능성 식품 첨가물로 사용될 수 있다.
이상 살펴본 것과 같이, 본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 낮고 산성에서 용해도가 높지만 단백질의 질에는 큰 변화를 초래하지 않아 산성 식품의 첨가물로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 겔 형성력이 우수하여 식품의 안정제, 겔화제, 농후제와 같은 다기능성 식품 첨가물로 사용될 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.
<
비교예
1>
분리
대두단백질(SPI: soy protein isolate)의
제조
도 1에 기재된 공정에 따라 탈지 대두분(CJ사, 서울, 한국)에서 분리 대두 단백질을 제조하였다. 구체적으로 상기 탈지 대두분을 물에 담아 염기성 조건(pH 9.0)에서 저어준 후 원심 분리하여 단백질을 추출하고, 산성 조건(pH4.5)에서 침전시켜 원심 분리한 다음, 분산제를 투여하고 pH를 7.0으로 조정함으로써 분리 대두 단백질을 제조하였다.
<
비교예
2>
피타아제에
의한 변형
대두단백질의
제조
상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질의 피틴산(Phytate) 함량을 감소시키기 위하여 피타아제(phytase)를 사용하여 Chang(Hou, H. J. & Chang, K. C. (2003). Yield and textural properties of tofu as affected by the changes of phytate content during soybean storage. Journal of Food Science. 68: 1185-1191)의 방법을 일부 변형한 도 2에 기재된 방법을 이용하였다(도 2 참조).
구체적으로 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질을 상온에서 증류수를 이용하여 10%(w/v)의 농도로 제조한 후, 용액의 pH를 2.0M Ca(OH)2를 사용하여 9.0으로 조절한 뒤 1-2시간 동안 교반하였다. 상기 교반 후, 원심 분리기(VS-21SMTi, Vision Scientific사, Kyunggi-do, 한국)를 사용하여 8000g에서 30분 동안 불용성 물질을 제거하고 피타아제(phytase, Natuphos, BASF사, 미국) 단백질 g당 0, 1000, 2000unit를 넣고 50℃ 에서 1시간 동안 반응시켰다. 상기 가수분해 후 용액의 pH를 2.0 M H3PO4로 등전점인 4.5로 낮추고 원심분리(8000 g , 20 분)로 침전된 단백질을 분리하고 최종적으로 2.0M NaOH용액으로 pH를 7.0으로 조절한 뒤 동결 건조하여 피타아제에 의한 변형 대두단백질을 제조하였다.
한편 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질을 상온에서 증류수를 이용하여 10%(w/v)의 농도로 제조한 후 50℃에서 30분 동안 워밍한 다음, 피타아제(phytase, Natuphos, BASF사, 미국)를 각각 단백질 g당 1,000, 2,000 unit을 넣고 50℃에서 1시간 반응시킨 후 동결 건조하여 피타아제에 의한 변형 대두단백질을 제조하였다.
상기 제조된 변형 대두단백질을 피타아제(phytase)의 농도(unit)에 따라 각각 P-0, P-1000, P-2000로 명명하였다.
<
실시예
1>
본 발명에 의한 변형
대두단백질의
제조
<1-1> 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형
대두단백질의
제조
상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질 용액을 증류수를 이용하여 5% (w/v)농도로 조정한 다음, 효소 반응을 최적화하기 위하여 60℃에서 30분간 워밍하고 1.0중량% (w/w)농도의 알칼라아제(Alcalase™, Bagsvaerd, 덴마크) 2.4ℓ를 상기 용액에 넣어 60℃에서 8시간 동안 가수분해하였다. 상기 효소반응이 완료된 후 90℃에서 10분간 가열하여 효소반응을 정지시키고 동결 건조하여 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질을 제조하였다(도 3 참조).
상기 제조된 변형 대두단백질의 가수분해도를 TNBS(trinitro-benzene- sulfonic acid)를 이용한 방법(Adler-Nissen, 1979)으로 측정하였다. 구체적으로 상기 동결 건조되기 전 시료 용액을 1% (w/v)농도의 SDS(sodium dodecyl sulfate)로 희석한 후 0.25㎖을 0.2125M 인산염 완충액(phosphate buffer, pH 8.2, 2.0㎖)과 함께 혼합하였다. 상기 혼합액에 다시 0.1% (v/v, 2.0㎖)의 TNBS용액을 가하고 빛을 차단한 상태에서 50℃에서 60분 동안 반응시켰다. 상기 반응 후, 0.1M HCl(4.0㎖)로 반응을 정지시킨 뒤 340nm에서 흡광도를 측정하고 표준곡선은 L-류신(leucine)용액을 희석하여 측정하여 그 결과를 도 4에 기재하였다. 이 때 가수분해도(DH%)는 하기 수학식 1을 이용하여 계산하였다.
h: 일정시간 가수분해 후 생성된 α-amino group의 그람당량
htot: 기질이 모두 가수분해될 경우 생성 가능한 α-amino group의 그람당량
상기와 같이 측정된 가수분해도(DH%)에 따라 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질을 각각 DH-7.5, DH-9.8, DH-12.5, DH-14.9, DH-16.5, DH-19.4, DH-21.3, DH-25.7, DH-26.1로 명명하였다. 구체적으로 상기 DH-7.5는 60℃에서 10분 동안 가수분해를 한 경우이며, DH-9.8은 동일 온도에서 30분 동안, DH-12.5는 1시간, DH-14.9는 1시간 30분, DH-16.5는 2시간, DH-19.4는 3시간, DH-21.3은 4시간, DH-25.7은 6시간 및 DH-26.1은 8시간 가수분해한 경우이다.
<1-2> 단백질 가수 분해 효소 및
피타아제에
의한 변형
대두단백질의
제조
상기 <실시예 1-1>에서 제조된 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질 중에 가수 분해도(DH)가 9.8인 변형 대두단백질을 상기 <비교예 2>와 동일한 방법으로 피타아제(phytase)를 처리하여 단백질 가수 분해 효소 및 피틴산에 의한 변형 대두단백질을 제조하였다.
상기 제조된 변형 대두단백질을 피타아제(phytase)의 농도(unit)에 따라 각각 DH-P-0, DH-P-1000, and DH-P-2000으로 명명하였다.
<
실험예
1>
본 발명의 변형
대두단백질의
피틴산
함량 측정
피틴산 함량을 측정하기 위하여 공지된 Haug 와 Lantzsch(1983)의 방법(Haug, W. & Lantzsch, H-J. (1983). Sensitive method for the rapid determination of phytate in cereals and cereal products. Journal of the Science of Food and Agriculture . 34: 1423-1426.)을 일부 변형하여 진행하였다. 특히 본 발명의 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질, 상기 <비교예 2>에서 제조된 피타아제에 의한 변형 대두 단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질(SUPRO670, Solae 사)과 비교하였다.
구체적으로 상기 분리 대두단백질 또는 상기 변형 대두단백질 용액을 0.2M HCl을 이용하여 10㎎/㎖의 농도로 만든 뒤, 막 여과법으로 여과하여 증류수로 4배 희석하였다. 상기 희석물에 다시 0.5mM 황산철암모늄(ferric ammonium sulfate)이 포함된 0.2M HCl용액을 가한 후 30분 동안 가열하고, 다시 15분 동안 식힌 뒤 원심 분리하였다(5,000g, 30 분). 상기 원심 분리로 피틴산철(ferric phytate)을 침전시킨 다음, 상층액 1㎖에 2,2’-비피리딜(bipyridyl)/메르캅토아세트산(mercaptoacetic acid) 용액 1.5㎖을 혼합한 뒤 철 함유량을 519nm에서 측정하였다. 이 때 표준물질은 sodium salt 피틴산을 사용하였다.
상기 측정된 피틴산 함량을 도 5 내지 도 7에 기재하여, 본 발명의 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질, 상기 <비교예 2>에서 제조된 피타아제에 의한 변형 대두 단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질(SUPRO670, Solae 사)과 비교하였다.
상기 도 5 내지 도 7에 기재된 바와 같이, 상기 <실시예 1-1>에서 제조된 단백질 가수분해 효소에 의한 변형 대두단백질은 분리 대두단백질에 비하여 피틴산 함량이 감소되었으며, 특히 상기 <실시예 1-2>에서 제조된 단백질 가수분해 효소 및 피타아제에 의한 변형 대두단백질은 월등하게 피틴산 함량이 감소되었으며, 특히 시중에서 판매되는 대두단백질 보다도 피틴산 함량이 감소되었음을 알 수 있었다.
특히 피틴산이 단백질과의 복합물을 형성하여 대두 단백질의 영양학적 가치를 감소시키고 칼슘, 철, 아연과 같은 다가 금속 이온의 작용을 떨어뜨려 인체 내에 흡수되는 것을 방해하며(Maga, 1982), 위장에서 펩신 또는 트립신 등의 소화 효소의 활동을 저해하므로(Wong et al., 2006), 본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 적어 영양학적으로 우수한 식품 첨가물로써 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
<
실험예
2>
본 발명의 변형
대두단백질의
pH
변화에 따른 용해도 측정
단백질 용해도를 측정하기 위하여 공지된 Ortiz 와 Wagner(2002)의 방법(Ortiz, S. E. & Wagner, J. R. (2002). Hydrolysates of native and modified soy protein isolates: structural characteristics, solubility and foaming properties. Food Research International. 35: 511-518)을 약간 변형시켜 수행하였다.
구체적으로 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질 또는 상기 <비교예 2> 또는 <실시예 1>에서 제조된 변형 대두단백질 용액(1%, w/v)을 1시간 교반 시킨 뒤 2.0M HCl 또는 NaOH로 pH를 2.0부터 10.0까지 조절하였다. 상온에서 30분간 정치한 뒤 20분 동안 3,000g 속도로 원심 분리하여 수득한 상층액을 증류수로 10배 희석하고, 가용성 단백질을 공지된 BCA법을 이용하여 측정하였으며 표준물질로는 BSA(bovine serum albumin)을 사용하고 단백질 용해도를 하기 수학식 2를 이용하여 계산하였다(Were et al. 1997).
상기 측정된 용해도 중 pH 4.5에서 측정된 용해도를 도 8 내지 도 10에 기재하였으며, 또한 상기 pH 2 내지 10에서 측정된 용해도를 도 11에 기재하여 본 발명 의 변형 대두단백질의 용해도를 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질, 상기 <비교예 2>에서 제조된 변형 대두단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질(SUPRO670, Solae 사)과 비교하였다.
상기 도 8 내지 도 10에 기재된 바와 같이, 본 발명의 변형 대두단백질은 pH 4.5에서 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질, 상기 <비교예 2>에서 제조된 변형 대두단백질 및 시중에서 판매되는 대두단백질보다도 용해도가 증가하였음을 알 수 있었다. 또한 상기 도 11에 기재된 바와 같이, 모든 pH 범위에서 안정적이고 높은 용해도를 가짐을 알 수 있었다. 특히 pH 4.5에서의 용해도는 각각 분리 대두단백질 보다 49.4%, 시중에서 판매되는 대두단백질 보다 23.2% 더 향상된 것을 알 수 있었다.
따라서 산성에서 용해도를 향상시키기 위해서는 피타아제 보다는 단백질분해효소에 의한 변형이 더 효과적이고 아울러 상기 피타아제와 단백질 분해효소를 함께 첨가하는 경우 그 효과는 더욱 증진됨을 알 수 있었다. 그러므로 본 발명의 변형 대두단백질은 산성에서도 높은 용해도를 가지므로 산성 식품의 첨가물로도 유용하게 사용될 수 있음을 알 수 있었다.
<
실험예
3>
본 발명의 변형
대두단백질의
아미노산 조성
본 발명의 변형 대두단백질의 아미노산 조성을 상기 <비교예 1>에서 제조된 분리 대두단백질, 상기 <비교예 2>에서 제조된 변형 대두단백질 및 시중에서 판매 되는 대두단백질과 비교하여 단백질의 질에 변화가 있는지 살펴보았다.
상기 아미노산 조성은 공지된 Pico-Tag법(Bennett & Solomon, 1986)을 이용하여 HPLC로 분석하였다. 이 때 칼럼은 Pic-Tag C18(Millipore Co., Milford,. MA, 미국) 아미노산 분석 칼럼을 사용하였으며 이동상은 0.14M 아세트산나트륨과 10% 트리에틸아민(triethylamine)을 1% 인산으로 pH 5.02를 맞춘 용액(eluent A)과 물와 아세토니트릴(acetonitrile)을 4:6으로 혼합한 용액(eluent B)을 리니어 그래디언트(linear gradient)로 용출하였으며 용출 속도는 1.0㎖/분의 속도로 진행하여 분석하였으며 그 결과를 하기 표 1에 기재하였다.
| 아미노산 | 시중판매제픔 | <비교예 1> | 실시예<1-1>(DH9.8) | 실시예<1-2>(DH-P2000) |
| Ala | 4.88 | 3.65 | 3.88 | 3.76 |
| Arg | 8.39 | 8.22 | 7.74 | 7.65 |
| Asp | 13.44 | 13.25 | 14.99 | 14.48 |
| Cys | - | 0.84 | 1.07 | 1.09 |
| Glu | 17.51 | 25.95 | 25.72 | 24.88 |
| Gly | 4.94 | 4.19 | 4.75 | 4.59 |
| His | 2.40 | 3.33 | 2.61 | 2.70 |
| Ile | 4.01 | 2.99 | 2.21 | 2.37 |
| Leu | 8.02 | 7.28 | 6.57 | 6.91 |
| Lys | 6.88 | 5.76 | 5.21 | 5.34 |
| Met | 1.44 | 1.08 | 1.05 | 1.11 |
| Phe | 5.43 | 5.30 | 4.29 | 4.74 |
| Pro | 5.28 | 5.70 | 5.20 | 5.51 |
| Ser | 6.38 | 5.69 | 5.98 | 6.09 |
| Thr | 4.40 | 2.91 | 3.03 | 3.00 |
| Trp | - | - | - | - |
| Tyr | 4.42 | 3.15 | 2.86 | 3.02 |
| Val | 3.71 | 2.88 | 2.83 | 2.75 |
| Total | 100 | 100 | 100 | 100 |
상기 표 2에 기재된 바와 같이, <비교예 1>의 분리 대두단백질과 변형된 분리대두단백질의 아미노산 조성에는 크게 차이가 없었으며 이로부터 가수분해 처리가 단백질의 질에는 영향을 미치지 않음을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 변형 단백질은 피틴산 함량이 낮고 산성에서 용해도가 높지만 단백질의 질에는 큰 변화를 초래하지 않음을 알 수 있었다.
<
실험예
4>
본 발명의 변형
대두단백질의
물성학적 특성
<4-1> 유동특성 측정
증류수에 만든 시료 용액(20%, w/w)은 상온에서 1시간 교반하여 제조하였으며 HCl 또는 NaCl을 이용하여 7.0과 4.5로 각각 조절하였다. 점도는 23°C로 설정된 Rheostress RS1 rheometer(Thermo Haake, Karlsruhe, 독일)의 parallel plate type geometry(35 mm)를 사용하여 전단속도 10에서 500/s까지 수행하여 그 측정 결과를 도 12에 나타내었으며, 그 결과를 바탕으로 power law model식에 적용하여 power law 파라미터를 구하여 표 2에 나타내었다.
| 샘플 | pH | Power law 파라미터 | ||
| K (Pa sn) | n | R 2 | ||
| "A" | 7.0 | 1.29± 0.10c* | 0.59± 0.01b | 1.00 |
| SPI | 0.46± 0.12c | 0.80± 0.05a | 1.00 | |
| DH 9.8 | 25.60± 1.24a | 0.22± 0.01d | 1.00 | |
| DH-P2000 | 3.77± 0.19b | 0.49± 0.01c | 1.00 | |
| "A" | 4.5 | 0.25± 0.02c | 0.71± 0.12b | 1.00 |
| SPI | 0.01± 0.00c | 0.92± 0.04a | 1.00 | |
| DH 9.8 | 28.06± 0.18a | 0.18± 0.01c | 1.00 | |
| DH-P2000 | 12.63± 0.93b | 0.21± 0.02c | 0.98 | |
*:± S.D., a-d: p< 0.05에서 유의적이지 않음, K: 점조도 지수, n: 유동지수
상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 모든 대두단백질은 전단속도가 증가함에 따라 점도가 감소하는 전형적인 전단 담화(shear thinning)한 특성을 보였다. 또한 본 발명의 변형단백질 중 DH 9.8은 점조도 지수(K)가 pH에 의존적이지 않았으며 DH-P2000의 경우엔 pH의 변화에 따라 유연하게 점도가 변화하여 본 발명의 변형 대두단백질은 pH 조건에 영향을 받는 다양한 식품군에 적용이 가능할 것이라 생각되었다. 특히 본 발명의 변형 대두단백질의 가장 낮은 유동지수와 가장 높은 점조도 지수를 보여줌에 따라 단단하고 강한 겔 특성을 형성할 수 있어 겔 형성력이 가장 우수한 것으로 판단되었다.
<4-2>
동적점탄성
측정
동적점탄성을 측정하기 위하여 본 실험에서 분리 대두단백질의 경우 10% (w/w)이상의 농도에서 가열할 경우 강하게 응집하는 경향을 보여 가열할 수 있는 최대 농도인 10% (w/w)로 준비하였으며 그 외 시료의 경우 20% (w/w)농도로 준비하였으며 모든 시료들은 가열 후 즉시 측정하였다. 구체적으로 시료의 저장탄성률(storage modulus, G’)과 손실탄성률(loss modulus, G”), tan δ(tan δ, G”/G’)은 Rheostress RS1 rheometer(Thermo Haake, Karlsruhe, Germany)의 parallel plate type geometry(35 mm)를 사용하여 23°C에서 0.001%의 변형률과 주파수 0.1-10Hz범위 안에서 수행하였다. 이 때 시료의 수분 증발을 방지하기 위해 파라핀 오일을 geometry주변에 얇게 도포하였다. 상기 측정결과를 도 13에 기재하였다.
상기 도 13에 기재된 바와 같이, 모든 대두단백질은 주파수에 의존적으로 탄성률에 변화를 일으켜 고체성질에 가까운 특성을 나타내었다. 그런데 본 발명의 변형 대두단백질의 경우 저장탄성률(storage modulus, G’)과 손실탄성률(loss modulus, G”)이 가장 높았다. 또한 점탄성을 평가하기 위해 tan δ값(G"/G')을 구한 결과, 본 발명의 변형 대두단백질에서 1보다 작은 값을 보임으로써 탄성적 성질이 크게 나타남을 알 수 있었다. 따라서 본 발명의 변형 대두단백질은 산성에서 용해도가 우수하면서 식품에 응용하면 탄력이 우수한 겔을 형성할 수 있는 효과가 기대된다.
본 발명의 변형 대두단백질은 피틴산 함량이 낮고 산성에서 용해도가 높지만 단백질의 질에는 큰 변화를 초래하지 않아 산성 식품의 첨가물로 유용하게 사용될 수 있을 뿐만 아니라, 겔 형성력이 우수하여 식품의 안정제, 겔화제, 농후제와 같은 다기능성 식품 첨가물로 사용될 수 있다.
도 1은 탈지 대두분에서 분리 대두단백질을 제조하는 공정을 나타낸 개략도이다.
도 2는 분리 대두단백질로부터 피타아제에 의한 변형 대두단백질을 제조하는 공정을 나타낸 개략도이다.
도 3은 분리 대두단백질로부터 단백질 가수 분해 효소에 의한 변형 대두단백질을 제조하는 공정을 나타낸 개략도이다.
도 4는 본 발명의 변형 대두단백질의 가수분해도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 피타아제를 처리하여 제조된 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 변형 대두단백질의 피틴산 함량을 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 8은 본 발명의 변형 대두단백질의 용해도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 9는 피타아제를 처리하여 제조된 변형 대두단백질의 용해도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 10은 본 발명의 변형 대두단백질의 용해도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 11은 본 발명의 변형 대두단백질의 pH에 따른 용해도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 12는 본 발명의 변형 대두단백질의 점도를 측정하여 나타낸 그래프이다.
도 13은 본 발명의 변형 대두단백질의 동적점탄성을 측정하여 나타낸 그래프이다(G’: 저장탄성률(filled), G" : 손실탄성률(open)).
Claims (8)
- (a) 분리 대두단백질(soy protein isolate) 용액에 단백질 분해효소를 기질함량 대비 0.5~1.5중량%로 투입하여 50~70℃에서 5분~10시간 동안 가수분해하는 단계 및 (b) 상기 가수 분해된 단백질 용액을 열처리하여 가수분해 반응을 정지시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 가수분해는 단백질 분해효소를 기질함량 대비 1중량%로 투여하여 60℃에서 30분 동안 가수분해하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 (a) 단계의 단백질 분해효소는 알칼라아제(alcalase), 플라보자임(flavozyme), 프로타멕스(protamex), 뉴트라제(neutrase), 펩신(pepsin) 및 트립신(trypsin)으로 이루어진 군에서 선택되거나 조합된 것임을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 열처리는 80~100℃에서 5~20분간 가열하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 제조된 가수 분해물에 피타아 제(phytase)를 분리대두단백질 g당 1,000~2,000unit으로 투입하여 추가 변형하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제5항에 있어서, 상기 (a) 단계에서 피타아제(phytase)를 투입하는 것은 피타아제를 분리대두단백질 g당 2,000unit으로 투입하는 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질의 제조방법.
- 제1항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질.
- 제5항의 방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 변형된 대두단백질.
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2008
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