KR20120119178A - 김치 부산물을 이용한 식이섬유 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 김치 제조시 발생되는 부산물에 물을 첨가하고 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 1차 식이섬유 제조단계; 상기 1차 식이섬유를 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 1차 식이섬유 건조 분쇄물 제조단계; 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 반응시켜 2차 식이섬유를 제조하는 단계; 및 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 건조하고, 분쇄하여 불용성 식이섬유를 수득하는 단계를 포함하는 김치 제조시 발생되는 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 불용성 식이섬유 및 상기 불용성 식이섬유를 유효성분으로 포함하는 식품에 관한 것이다.
상기 제조방법에 의하면, 종래에 폐기물로 처리되는 부산물로부터 기능성, 구체적으로 혈중 콜레스테롤 저하능이 우수한 불용성 식이섬유를 생산할 수 있으므로, 소득증대에 따른 농촌경제 활성화와 더불어 환경적 측면에서 우수한 효과가 인정될 수 있다.

Description

김치 부산물을 이용한 식이섬유 제조방법{A METHOD FOR PREPARING DIETARY FIBER FRO BY-PRODUCT OF KIMCHII}

본 발명은 김치 부산물을 이용한 식이섬유 제조방법에 관한 것이다.

김치는 특별한 지식 없이도 가정에서 누구나 전래의 보편적인 방법으로 제조 가능한 식품이고, 구체적으로는 삼국시대부터 발달한 전통발효식품으로, 소금물에 절인 배추나 무 등의 채소류에 고춧가루, 파, 마늘 등의 양념류를 혼합하여 생활환경 주변에 존재하는 미생들에 의한 발효과정을 거쳐 숙성되는 대표적인 한국의 발효식품 중 하나이다. 김치는 최근에는 우리나라에서뿐만 아니라 전 세계적으로 그 맛과 영양적 가치가 인정되고 있다.

그러나, 김치의 제조방법에 상당한 노력과 시간이 소요되고, 예전과 달리 가족구조가 핵가족화가 진행되어, 현재는 1인 가구도 상당히 증가하면서, 가정에서 김치를 담그는 비율이 점점 축소되고 있는 실정이다. 이러한 사회적 변화와 함께, 김치는 공장을 통해 대량생산화되고 있는 실정이다.

또한, 국내 농산물 중의 약 10% 내지 20%는 상품성이 없어 폐기되고 있고, 식품제조 및 가공분야에 사용되는 농산물의 경우 10% 내지 30%의 부산물이 발생되고 있는 실정이다. 특히, 공장에서 대량생산으로 인해 발생된 김치 부산물, 구체적으로 배추, 무, 양파, 파 또는 부추 등의 부산물이 점점 증가하고 있으며, 이러한 부산물은 거의 대부분 폐기물로 처리되어, 환경적 관점에서도 문제로 제기되고 있다. 일 예로, 김치의 대표적인 원자재로 우리 민족이 쌀 다음으로 상식해온 먹거리인 배추의 경우, 배추의 재배 면적 및 생산량이 증가하면서, 농수산물 시장에서의 배추 매매 후 발생하는 배추 폐기물의 양 및 김치 공장에서 김치 제조 후 발생되는 부산물로의 배추 폐기물의 양은 점점 늘어나고 있는 실정이다. 상기 배추 폐기물은 재활용하지 못한 채 현재 거의 대부분이 단순 폐기되고 있고, 일부의 경우 가축 사료로 사용되고 있는 실정이다.

따라서, 이들 폐자원에 해당하는 농산물의 활용에 대한 요구가 증대되고 있다. 상기 폐기되는 농산물이나 농산물의 부산물로부터 고부가가치 기능성 소재를 생산하여 사업화하는 경우에는 농가소득증대에 따른 농촌경제 활성화와 더불어 식품제조 및 수출산업에 큰 기여를 할 수 있을 것으로 기대된다.

또한, 식이섬유의 정의에 대해서는 현재 다양한 의론이 있지만, 통상적으로 사람의 소화효소에 의해 소화되지 않는 고분자 화합물의 총체라 정의되고 있다. 최근 들어, 식생활이 서구화됨에 따라 지방질 섭취량은 증가하는 반면에 식물성 식품 섭취량은 감소하는 추세에 있다. 따라서, 오늘날에는 과거와는 반대로 영양과잉에 따른 성인병이 큰 사회적 문제를 야기시키고 있다.

상기 식이섬유의 종류는 크게 불용성 즉, 불수용성 식이섬유와 용해성 즉, 수용성 식이섬유로 구분될 수 있다. 상기 불용성 식이섬유로는 셀룰로오스 또는 헤미셀룰로오스 등이 있고, 상기 수용성 식이섬유로는 저분자 탄수화물, 펙틴, 검 또는 해조다당류 등이 있다.

상기 식이섬유는 구성되는 성분의 종류에 따라 물리적 ㆍ 화학적 특성이 다르고, 생리적 작용에도 차이가 있는 것으로 알려져 있다. 상기 식이섬유의 물리적 특성으로는 수분 보유 능력, 점성도, 결합력, 흡착력 또는 발효성 등이 있으며, 이러한 식이섬유의 물리적 성상은 인체에서의 소화 ㆍ 흡수과정에 영향을 주어, 생리작용에도 영향을 미치는 것으로 알려져 있다.

상기 식이섬유는 사람에게 있어 필수적인 영양원은 아니지만, 최근 연구 자료에 의하면, 상기 식이섬유는 흡수를 지연시켜 혈당치 상승을 억제하고, 지방을 흡착하여 흡수속도를 늦추고 배설을 촉진함으로써 체내 지방의 축적을 감소시켜 성인병의 예방 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 또한, 장내 비피더스균과 같은 유익한 세균의 증식을 촉진하여 당분 분해 및 유기산 생산을 유도하고, 장운동 촉진에 의한 원활한 배변을 유도하는 효과도 있는 것으로 보고되고 있다. 이와 관련하여, 최근 연구에 의하면 식이섬유는 특유의 보수성과 팽윤성으로 장내의 수분을 흡수하여 팽창시킴으로써 변비를 없애고, 독성물질이나 발암물질을 흡착ㆍ배출하여 장관을 보호하며, 대장암 등을 예방하는 역할도 하는 것으로 보고되고 있다. 또한, 식이섬유는 그 자체가 에너지가 없으면서도, 부피가 커서, 포만감을 주기 때문에 음식섭취를 적게 하여 체중 감량에 효과적인 것으로 보고되고 있다.

이러한 측면에서, 식이섬유의 기능성 및 의학적 중요성이 강조되면서, 식이섬유는 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 미네랄에 이어 제6의 영양소로 주목받고 있다.

또한, 최근 당뇨병, 관상심장질환 또는 만성퇴행성 질환 등이 식이섬유의 낮은 섭취량과 상관관계가 있는 것으로 보고되고 있으며, 식이섬유의 질병에 대한 예방 및 치료 효과에 대한 많은 연구가 진행되고 있다. 이러한 연구 결과로, 최근에는 식이섬유 또는 식이섬유가 포함된 제품은 단순한 질병 예방을 위한 건강보조식품의 개념에서 벗어나 의약품으로의 사용도 시도되고 있다.

이러한 식이섬유의 기능성에도 불구하고, 최근 보고된 자료에 의하면 우리나라의 1인 1일 식이섬유 평균 섭취량이 17.5 g이며, 한국인의 영양권장량인 20 g 내지 25 g에 매우 미치지 못하는 실정이다. 또한, 상기와 같이 식이섬유가 성인병이나 대사성 질환 등 다양한 질환의 예방 및 비만 방지에 탁월한 효과가 있음이 입증된 후로는 그 수요량이 계속 증가하는 추세에 있음에도 불구하고, 우리나라는 식이섬유소의 대부분을 수입에 의존하고 있는 실정이다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여, 김치 제조 공정에서 발생되는 부산물로부터 콜레스테롤 저하능이 우수한 불용성 식이섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 불용성 식이섬유를 제공하는 것을 목적으로 한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 김치 제조 공정에서 발생되는 부산물로부터 콜레스테롤 저하능이 우수한 불용성 식이섬유를 제조하는 방법을 제공한다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의해 제조된 불용성 식이섬유 및 상기 식이섬유를 포함하는 식품을 제공한다.

본 발명의 발명자들은 김치 제조 공정에서 발생되는 부산물 특히, 배추 폐기물 및 무 폐기물을 이용하여 부가가치가 높은 기능성 소재를 생산하기 위한 방법을 연구하던 중, 상기 폐기물을 고온에서 멸균하고, 여과하여 고형물을 수득함으로써 1차 식이섬유를 제조하는 단계; 상기 1차 식이섬유를 건조하고 분말화한 후, 물을 첨가하고, 분해효소로 처리하여 2차 식이섬유를 제조하는 단계 및 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 수용성 물질을 제거한 후, 분리된 고형물을 수득하고, 건조한 다음 분쇄하여 최종 불용성 식이섬유를 제조하는 단계를 포함하는 방법으로 불용성 식이섬유를 수득할 수 있고, 상기 불용성 식이섬유를 식이하는 경우, 실험동물을 이용해 확인한 결과, 혈청 내 콜레스테롤 저하 효과가 우수하다는 것을 확인하여 본 발명을 완성하였다.

이하 본 발명을 보다 상세하게 설명한다.

본 발명은 김치 제조 단계에서 발생되는 부산물을 원료로 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 김치 제조 단계에서 발생되는 부산물은 김치 제조 단계에서 발생된 배추, 무, 양파, 파 및 부추로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상의 부산물일 수 있고, 바람직하게는 배추 부산물 또는 무 부산물일 수 있다.

또한, 본 발명은 김치 제조시 발생되는 부산물에 물을 첨가하고 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 1차 식이섬유 제조단계; 상기 1차 식이섬유를 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 1차 식이섬유 건조 분쇄물 제조단계; 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 반응시켜 2차 식이섬유를 제조하는 단계; 및 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 건조하고, 분쇄하여 불용성 식이섬유를 수득하는 단계를 포함하는 김치 제조시 발생되는 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

보다 구체적으로, 본 발명은 김치 제조시 발생되는 부산물 100 중량부를 기준으로 상기 부산물에 물을 30 중량부 내지 200 중량부 첨가하고 80℃ 내지 150℃에서 1분 내지 100분 동안 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 1차 식이섬유 제조단계; 상기 1차 식이섬유를 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 1차 식이섬유 건조 분쇄물 제조단계; 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물의 100 중량부를 기준으로 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 500 중량부 내지 3,000 중량부 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 15℃ 내지 70℃에서 5시간 내지 20시간 동안 반응시켜 2차 식이섬유를 제조하는 단계; 및 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조하고, 분쇄하여 불용성 식이섬유를 수득하는 단계를 포함하는 김치 제조시 발생되는 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

상기 김치 제조시 발생되는 부산물은 배추 부산물 및 무 부산물로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다. 또한, 상기 가수분해효소는 아밀라아제(amylase), 프로테아제(protease) 및 아밀로글루코시드가수분해효소(amyloglucosidase)로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.

또한, 상기 불용성 식이섬유를 수득하는 단계는 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 상기 고형분을 물로 세척하고, 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조한 다음, 분쇄하는 방법으로 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의하여 제조된 불용성 식이섬유 및 상기 불용성 식이섬유를 유효성분으로 포함하는 식품에 관한 것이다. 상기 식품은 기능성 식품, 식품 첨가제 또는 기능성 음료일 수 있다.

상기 1차 식이섬유 제조단계는 김치 제조시 발생되는 부산물에 물을 첨가하고 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 방법으로 수행할 수 있다. 상기 김치 제조시 발생되는 부산물은 배추 부산물 및 무 부산물로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 1차 식이섬유 제조단계는 김치 제조시 발생되는 부산물 100 중량부를 기준으로 상기 부산물에 물을 30 중량부 내지 200 중량부 또는 40 중량부 내지 150 중량부 또는 50 중량부 내지 100 중량부 첨가하고, 80℃ 내지 150℃ 또는 90℃ 내지 140℃ 또는 100℃ 내지 130℃ 또는 110℃ 내지 125℃에서 1분 내지 100분 또는 5분 내지 75분 또는 10분 내지 50분 또는 10분 내지 30분 동안 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 고형분은 여과과정을 수행하여 여과지 위에 남은 잔여물일 수 있으며, 상기 여과과정은 여과지, 여과포 또는 여과막을 이용하여 수행할 수 있고, 상기 여과과정은 여과지, 여과포 또는 여과막으로 여과한 후, 압착하는 과정을 추가로 포함하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물 제조단계는 상기 1차 식이섬유를 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 방법으로 수행할 수 있다.

보다 구체적으로, 상기 1차 식이섬유를 30℃ 내지 80℃ 또는 40℃ 내지 75℃ 또는 50℃ 내지 70℃에서 1시간 내지 20시간 또는 5시간 내지 17시간 또는 10시간 내지 15시간 동안 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 건조하는 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이용하는 통상적인 방법으로 하여 건조될 수 있으며, 일 예로 열풍 건조법으로 수행할 수 있다.

상기 분쇄하는 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이용하는 통상적인 방법으로 수행할 수 있으며, 일 예로 파워밀을 이용하여 분쇄할 수 있다. 상기 분쇄된 분쇄물의 입자 크기는 특별히 한정하지는 않으며, 일 예로, 30 메쉬(mesh) 내지 200 메쉬(mesh) 또는 50 메쉬(mesh) 내지 150 메쉬(mesh) 또는 70 메쉬(mesh) 내지 120 메쉬(mesh)일 수 있고, 상기 분쇄물의 입자크기를 조절하기 위하여, 분쇄과정을 수행한 후, 추가로 일정 크기의 채로 거르는 과정을 수행할 수 있다.

상기 2차 식이섬유를 제조하는 단계는 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 반응시키는 방법으로 수행할 수 있다.

구체적으로, 상기 2차 식이섬유를 제조하는 단계는 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물의 100 중량부를 기준으로 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 500 중량부 내지 3,000 중량부 또는 700 중량부 내지 2,500 중량부 또는 1,000 중량부 내지 2,000 중량부 또는 1,100 중량부 내지 1,500 중량부를 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 15℃ 내지 70℃ 또는 25℃ 내지 65℃ 또는 35℃ 내지 60℃ 또는 45℃ 내지 55℃에서 5시간 내지 20시간 또는 7시간 내지 15시간 또는 9시간 내지 12시간 동안 반응시키는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 가수분해효소는 단백질 가수분해효소 또는 탄수화물 가수분해효소일수 있다. 상기 단백질 분해효소는 일 예로, 프로테아제(protease), 파파인(papain), 브로멜린(bromelin) 및 피신(ficin)으로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상일 수 있고, 바람직하게는 프로테아제일 수 있다.

상기 탄수화물 분해효소는 아밀라아제(amylase) 또는 아밀로글루코시드가수분해효소(amyloglucosidase)로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상일 수 있다.

이러한 측면에서 상기 가수분해효소는 아밀라아제(amylase), 프로테아제(protease) 및 아밀로글루코시드가수분해효소(amyloglucosidase)로 이루어진 군중에서 선택된 1종 이상인 것일 수 있다.

상기 가수분해효소는 미생물에서 분리되거나 유전자 재조합된 미생물에서 유래된 것일 수 있다.

상기 프로테아제(protease)는 단백질 또는 폴리펩타이드의 펩티드결합을 가수분해하는 효소의 총칭으로 동식물의 조직이나 세포, 미생물에 널리 존재한다. 일 예로, 펩신, 트립신, 키모트립신 등이 있다.

상기 아밀라아제(amylase)는 다당류를 가수분해하는 효소의 총칭으로서, 녹말(아밀로오스 및 아밀로펙틴)이나 글리코젠과 같이 α-결합의 글루코스로 되어 있는 다당에 작용하여 가수분해할 수 있다. 상기 아밀라아제는 고등 동물뿐만 아니라, 고등 식물, 곰팡이 및 세균 등 자연계에 널리 분포한다.

상기 아밀로글루코시드가수분해효소(amyloglucosidase)는 아밀로글루코다아제 또는 글루코아밀라아제(glucoamylase)라고 하며, 다당의 비환원성 말단에서 α-1,4 글루코시드결합을 포도당 단위를 축차분해하는 엑소형 효소이다. 탄수화물, 특히 다당류를 분해하는 효소이며 식품의 제조공정 및 가공과정에서 다양하게 사용되는 첨가물이다.

상기 2차 식이섬유를 제조하는 단계는 상기 가수분해효소를 첨가하고 반응시킨 후, 가수분해반응을 종결시키는 과정을 추가로 포함할 수 있다.

상기 가수분해반응을 종결시키는 과정은 첨가되는 효소의 종류에 다라 선택될 수 있으며, 일 예로 일정 시간 동안 가열하거나, 일정 온도 이하로 냉각시키는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 불용성 식이섬유를 수득하는 단계는 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 건조하고, 분쇄하는 방법으로 수행할 수 있다.

구체적으로, 상기 불용성 식이섬유를 수득하는 단계는 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 30℃ 내지 80℃ 또는 40℃ 내지 75℃ 또는 50℃ 내지 70℃에서 1시간 내지 20시간 또는 5시간 내지 17시간 또는 10시간 내지 15시간 동안 건조하고, 분쇄하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 불용성 식이섬유를 수득하는 단계는 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 상기 고형분을 물로 세척하고, 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조한 다음, 분쇄하는 방법으로 수행할 수 있다.

상기 고형분을 물로 세척하는 과정은 잔존하는 이 물질을 제거하기 위한 과정으로, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 방법으로 세척함으로써 수행할 수 있고, 상기 세척과정에 사용되는 물의 양은 고형분 100 중량의 200 중량부 내지 300 중량부로 사용될 수 있고, 상기 세척과정은 1회 내지 5회 또는 2회 내지 4회 수행할 수 있다.

상기 건조하는 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이용하는 통상적인 방법으로 하여 건조될 수 있으며, 일 예로 열풍 건조법으로 수행할 수 있다.

상기 분쇄하는 과정은 본 발명이 속하는 기술분야에서 이용하는 통상적인 방법으로 수행할 수 있으며, 일 예로 파워밀을 이용하여 분쇄할 수 있다. 상기 분쇄된 분쇄물의 입자 크기는 특별히 한정하지는 않으며, 상기 분쇄물의 입자크기를 조절하기 위하여, 분쇄과정을 수행한 후, 추가로 일정 크기의 채로 거르는 과정을 수행할 수 있다.

또한, 본 발명은 상기 제조방법에 의한 불용성 식이섬유일 수 있다.

상기 제조방법에 의해 제조된 불용성 식이섬유는 식품, 일 예로 건강기능성 식품에 첨가될 수 있다. 본 발명의 식이섬유를 식품 첨가물로 사용할 경우, 상기 식이섬유를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용될 수 있으며, 이 외에 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용될 수 있다.

또한 본 발명은 상기 불용성 식이섬유를 유효성분으로 포함하는 식품일 수 있다. 상기 식품은 식품 첨가물, 건강 기능성 식품 또는 건강 기능성 음료일 수 있다.

상기 식품의 종류에 특별한 제한은 없으며, 상기 식이섬유를 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 등이 있다. 상기 식품에는 통상적인 의미에서의 기능성 식품 및 건강기능식품이 모두 포함된다.

상기 건강 기능성 음료는 통상의 음료와 같이 여러 가지 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 일 예로, 포도당, 과당과 같은 모노사카라이드, 말토스, 슈크로스와 같은 디사카라이드, 및 덱스트린, 사이클로덱스트린과 같은 폴리사카라이드를 포함한 천연 탄수화물이나 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜 또는 타우마틴, 스테비아 추출물과 같은 천연 감미료나 사카린, 아스파르탐과 같은 합성 감미제를 포함하는 감미제가 포함될 수 있다.

상기 식품에 포함되는 식이섬유는 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 상기 식품에 포함된 식이섬유의 함량은 식품 전체 중량을 기준으로 0.01 중량% 내지 99.9 중량%일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.

이상 살펴본 바와 같이, 본 발명의 제조방법에 의하면, 종래에 폐기물로 처리되는 부산물로부터 기능성, 구체적으로 혈중 콜레스테롤 저하능이 우수한 불용성 식이섬유를 생산할 수 있으므로, 소득증대에 따른 농촌경제 활성화와 수입에 의존하던 식이섬유의 수입대체 효과로 인해 경제적 효과가 인정될 뿐만 아니라, 기존에 폐기물로 처리되어 환경오염이 문제되던 부산물을 활용하는 것이므로 환경적 측면에서 우수한 효과가 인정되어, 산업적 이용가치가 매우 크다 할 것이다.

도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 불용성 식이섬유를 제조하는 과정을 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 중성지방(triglyceride) 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 전체 콜레스테롤 농도(serum total cholesterol) 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 4는 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 HDL-콜레스테롤(HDL-C) 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 5는 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 LDL-콜레스테롤(LDL-C) 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 6은 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 VLDL-콜레스테롤(VLDL-C) 함량의 변화를 나타낸 그래프이다.
도 7은 본 발명의 일실시예에 따른 실험동물에 본 발명의 불용성 식이섬유를 투여한 후, 혈청 HDL-콜레스테롤 대비 혈중 전체 콜레스테롤(serum total cholesterol/HDL-C) 비율의 변화를 나타낸 그래프이다.

이하 본 발명의 실시예를 기재한다. 하기 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐 본 발명의 권리범위가 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.

<실시예 1> 김치 부산물 유래 불용성 식이섬유의 제조

대한민국 전라남도 소재 김치 공장에서 입수한 김치 부산물인 배추 부산물 및 무 부산물을 이용하여 불용성 식이섬유를 제조하였다. 상기 제조과정은 도 1에 기재된 방법으로 수행하였다.

보다 구체적으로, 상기 김치 제조시 발생되는 부산물 10 kg에 물 10 L를 첨가하고, 121℃에서 15분 동안 가열하여 살균하였다. 상기 살균 후, 여과포를 이용하여 압착하여 수용성 물질을 제거하고, 상기 여과포 위에 남은 잔류물을 수득하여, 1차 식이섬유라 명명하였다. 상기 1차 식이섬유를 60℃에서 12시간 동안 열풍 건조하고, 볼밀을 이용하여 100 mesh 크기로 분쇄하였다. 상기 분쇄물에 포함된 다당류, 단백질 및 회분 등의 영양분으로 작용할 수 있는 성분을 제거하기 위하여, 상기 분말 250 g에 대해 물 3 L를 첨가하고, 혼탁시킨 다음, 시판되는 amylase, protease 및 amyloglucosidase를 각각 0.5 mL씩 첨가하고 50℃에서 10시간 동안 반응시켰다. 상기 반응 후, 분해되지 않은 식이섬유를 수득하기 위하여, 여과지를 이용하여 여과하여, 상기 여과지 위에 남은 잔류물을 수득하였다. 상기 잔류물에 잔존하는 이물질을 제거하기 위하여, 3차례에 걸쳐서 증류수로 세척한 후, 다시 60℃에서 12시간 동안 열풍 건조하고, 분쇄기를 이용하여 분쇄하였다. 상기 분쇄된 최종 물질을 불용성 식이섬유로 명명하였다.

<실시예 2> 불용성 식이섬유의 기능성 확인

상기 실시예 1에서 수득한 불용성 식이섬유의 기능성을 확인하기 위하여, 상기 제조단계에서 1차 식이섬유 및 불용성 식이섬유 각각에 대해 일반 조성을 확인하였고, 상기 불용성 식이섬유를 식이시킨 실험동물의 혈액으로부터 콜레스테롤 함량을 측정하여, 콜레스테롤 저하능을 확인하였다.

2-1. 식이섬유의 일반성분 확인

상기 식이섬유 분말의 일반성분 분석은 상기 실시예 1의 1차 식이섬유 및 불용성 식이섬유에 대해 AOAC법(2000)에 의해 수행하였다.

구체적으로, 수분함량은 건조기에서 105℃ 상압건조법으로 측정하였고, 조회분함량은 550℃ 희화법을 사용하여 분석하였으며, 조단백질 함량은 Kjeldahl 법으로 측정하여 질소계수 6.25를 사용하여 환산하였고, 조지방은 Soxhlet 법으로 추출하였으며, 조섬유 함량은 AOAC법으로 분석하였다.

보다 구체적으로, 400 mL 플리카본 비이커(PC비이커)에 상기 각각의 식이섬유 1 g씩을 넣고 pH 8.2로 보정된 Mes-Tris buffer를 40 mL 가한 후, 내열성 α-amylase용액 50 μL를 가하여 97℃에서 40분간 반응시켰다. 반응 후, protease 용액 100 μL를 가하고 60℃에서 30분간 반응 후 0.561N HCl 5 mL를 가하고 흔들어 혼합하고, 60℃에서 pH를 pH4.0 내지 pH4.7의 범위로 조정한 후 amyloglucosidase 용액 300 μL를 가하고 60℃에서 30분간 반응하여 완료하였다. 미리 Celite를 넣어 항량시킨 유리여과기에 78% Ethanol 15 mL를 가하여 분산시킨 후, 흡인여과하여 Celite층이 고르게 형성되도륵 하였다. 잔사는 78% 에탄올, 95% 에탄올 및 아세톤의 순서로 각각 15 mL씩 2회 세척 후, 105℃의 건조기에서 건조하여 항량을 구하고 각각 조회분과 조단백질을 측정한 후 감하여 식이섬유를 구하였다. 상기 측정 결과를 하기 표 1에 나타내었다.

일반성분	함량
	1차 식이섬유	불용성 식이섬유
수분	5.18%	1.85%
회분	9.51%	6.27%
조단백질	16.33%	15.3%
조지방	3.65%	3.01%
식이섬유	65.33%	73.57%

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 불용성 식이섬유를 제조하는 과정에서, 영양원이 될 수 있는 성분 및 수분은 감소하고 식이섬유양을 증가되는 것이 확인되었다.

2-2. 실험동물의 사육

실험동물은 6주령 Sprague-Dawley계 수컷 흰쥐 72마리를 대상으로 하였으며, 체중을 측정하여 난괴법(randomized complete block design)에 의해 각각의 실험집단으로 분류하였다. 즉, 대조군(Control group, n=18), 비교군(고지방식이군, High fat diet group, n=18), 실험군 1(고지방식 + 0.1% 불용성식이섬유 투여군, High fat diet + 0.1% diet fiber supplement group, n=12), 실험군 2(고지방식 + 0.3% 불용성식이섬유 투여군, High fat diet + 0.3% diet fiber supplement group, n=12) 및 실험군 3(고지방식 + 1.0% 불용성식이섬유 투여군, High fat diet + 1.0% diet fiber supplement group, n=12)으로 구분하여 4주 동안 사육하였다. 보다 구체적으로, 상기 사료는 곡류 사료 원료를 이용한 배합사료로, 상기 실시예 1에서 제조된 불용성식이섬유를 사용하여, 하기에 기재된 표 2에 기재된 배합비율 및 영양소 함량에 따른 사료로 식이하였다. 상기 실험사료는 급여 전까지 서늘하게 보관하여, 급여시에 신선한 사료를 급여하였다.

모든 실험동물은 20℃의 온도조건, 50% 내지 60%의 상대습도조건 및 12시간 주기의 조명조건으로 조절된 사육실에서 1주일간 적응시킨 후, 각각의 사료로 식이를 시작하였고, 물과 식이는 자유롭게 식이(ad libitum)할 수 있도록 급여하였고, 1주일 간격으로 체중을 측정하였다.

Diet composition	대조군 (AIN-93G)	비교군 (HFD)	실험군 1	실험군 2	실험군 3
불용성 식이섬유 함량	0%	0%	0.10%	0.30%	1.00%
영양소 함량(단위)	gm%	gm%	gm%	gm%	gm%
Protein	20	24	24	24	24
Carbohydrate	64	40	40	40	40
Fat	7	24	24	24	24
Total kcal/gm	4.0	4.8	4.8	4.8	4.8
함량(Ingredient)	gm	gm	gm	gm	gm
Casein, lactic	200	200	200	200	200
L-Cystine	3	3	3	3	3
Corn Starch	397.486	165.886	165.046	163.376	157.516
Sucrose	100	73.5	73.5	73.5	73.5
Dextrose	132	97.55	97.55	97.55	97.55
Cellulose	50	50	50	50	50
Soybean Oil	70	70	70	70	70
Lard	0	130	130	130	130
t-Butylhydroquinone	0.014	0.014	0.014	0.014	0.014
AIN-93G Mineral Mix	35	35	35	35	35
AIN-93 Vitamin Mix	10	10	10	10	10
Choline Bitartrate	2.5	2.5	2.5	2.5	2.5
Diet fiber amount	0	0	0.837	2.511	8.370
Total	1000	837.45	837.45	837.45	837.45

2-3. 실험동물의 혈액 분석

각 측정시기별로, 사육기간이 경과된 실험동물은 희생 전 12시간 절식시킨 후, 경추분리에 의해 희생하였다.

상기 실험동물의 혈액의 채취는 동물의 복부에서부터 흉부까지 개복하고 심장박동이 유지되고 있는 상태에서 심장으로부터 직접 채혈하였다. 상기 채혈된 혈액은 3000 rpm에서 15분 동안 원심분리하여 혈청을 얻은 후 냉동보관 하였으며, 분석시까지 -70℃에서 냉동보관 하였다.

상기 채혈된 혈액의 분석은 Vitro Ektachem(Johnson & Johnson, USA)자동혈액분석기를 이용하여 2중 분석하였다.

일반적인 정상조건에서 식이성 중성지방과 콜레스테롤은 조직세포에서 합성된 지질과 균형을 유지하고, 혈관 내 순환 지단백질(Lipoprotein)의 농도는 항상성에 의해 적절하게 조절 될 수 있으나, 유전적인 요인과 환경적인 요인에 의해 체내 지질의 균형이 무너질 수 있으며, 이 결과 혈장 지단백질인 LDL 농도의 증가와 HDL 농도의 감소가 유발되어 고지혈증, 동맥경화증, 고혈압 또는 심혈관계 질환 등이 발병될 수 있다.

또한, 상기 LDL 농도의 증가와 HDL 농도의 감소로 인해 유발되는 고지혈증은 죽상경화유발성 지단백(atherogenic lipoprotein)을 증가시키고, 죽상경화 발병을 유발하는 LDL-C 증가와 HDL-C 감소는 또한 관상동맥질환의 위험율을 증가시키게 된다.

이러한 측면에서 상기 분석항목은 불용성 식이섬유를 고지방식에 첨가하여 지질대사 개선 기능을 관찰하기 위하여, 콜레스테롤 감소 효과 및 고지혈증 개선 효과를 평가하기 위해서 혈청 총 콜레스테롤(Serum Total Cholesterol, TC), 고밀도 지방단백질(High density lipoprotein, HDL-C), 중성지방(Triglyceride, TG), 초고밀도 지방단백질(Very High density lipoprotein, VLDL-C) 및 TC/HDL-C 비(TC/HDL-C ratio)를 측정하였으며, 저밀도 지방단백질(Low density lipoprotein, LDL-C)는 Friedewald(1972)가 제시한 방정식을 이용하여 산출하였다. 상기 분석결과를 도 2 내지 도 7에 나타내었다.

상기 측정결과의 통계처리는 SPSS Statistical package(Ver. 12.01)를 이용하여, 모든 자료에 대해 평균과 표준편차를 산출하는 방법으로 수행하였으며, 집단 간 및 투여기간 경과에 따른 평균치 차이를 검증하기 위하여 반복측정에 의한 이원변량분석(Two-way ANOVA by repeated measure)을 적용하였다. 또한, 평균치에서 유의한 차이가 나타난 변인에 대해서 사후검증(Post hoc, Duncan multiple range test)을 실시하였다. 본 연구에 대한 가설 검증수준은 p<0.05로 하였다.

상기 도 2에 나타낸 바와 같이, 혈청 중성지방 농도는 대조군(Control 집단, F=2.502ns) 및 비교군(HFD 집단, F=0.586ns)에서 투여 기간경과에 따라 유의한 차이는 없었으나, 실험예 1(불용성 식이섬유 0.1%, F=9.604, p<0.01), 실험예 2(불용성 식이섬유 0.3% , F=6.204, p<0.01) 및 실험예 3(불용성 식이섬유 1.0% 집단, F=5.600, p<0.05)에서는 초기수준에 비해 투여 2주후 유의하게 감소된 수준을 나타내었으며, 투여 4주후에도 초기수준에 비해 유의하게 감소된 수준을 유지함으로써, 본 발명의 불용성 식이섬유 투여가 혈청 중성지방을 억제하는 효과가 있는 것이 확인되었다.

또한, 도 3에 나타낸 바와 같이, 혈청 총 콜레스테롤 농도는 비교군(HFD 집단)의 경우, 투여 2주 후까지는 유의한 차이는 없었으나, 투여 4주 후에는 유의하게 증가된 수준(F=7.198, p<0.01)이 나타난 반면, 대조군(Control, F=2.906ns)에서는 유의한 차이는 없는 것으로 확인되었다. 상기 결과로부터 고지방식이가 혈청 콜레스테롤을 증가시키는 결과가 관찰되었다. 한편, 실험군 1(불용성 식이섬유 0.1%, F=9.138, p<0.01), 실험군 2(불용성 식이섬유 0.3%, F=11.971, p<0.001) 및 실험군 3(불용성 식이섬유1.0% 첨가 집단, F=10.700, p<0.001)은 투여 2주후 유의하게 감소된 수준을 나타내었으며, 투여 4주후에도 낮은 수준을 유지하는 결과를 나타냄으로써, 고지방식 식이를 하는 경우에도, 불용성 식이섬유를 식이하는 경우, 혈청 콜레스테롤을 억제하는 긍정적인 효과가 있는 것이 확인되었다.

또한, 상기 도 4에 나타낸 바와 같이, 말초조직의 콜레스테롤을 제거하는 HDL-C 농도는 대조군(Control 집단, F=3.665ns)과 비교군(HFD 집단, F=1.136ns)에서 투여 기간경과에 따라 유의한 차이는 없었으나, 불용성 식이섬유를 투여한 군에서는 유의적 차이를 나타내었고, 특히 첨가량이 증가함에 따라 유의적 차이가 명확해졌다. 구체적으로, 실험군 1(불용성 식이섬유 0.1% 집단, F=15.531, p<0.001)은 식이 전과 식이를 시작한 뒤 2주 및 4주가 경과된 시점에서 유의적 차이를 나타내었고, 실험군 2(불용성 식이섬유 0.3% 집단, F=16.801, p<0.001)도 식이 전과 식이를 시작한 뒤 2주 및 4주가 경과된 시점에서 유의적 차이를 나타내었으며, 실험군 3(불용성 식이섬유 1.0% 집단, F=9.587, p<0.01)은 식이를 시작한 뒤 2주가 경과된 시점에서 가장 효과적인 것으로 확인되었다.

또한, 혈청 HDL-C와는 대조적으로 동맥경화를 유도하는 물질인 LDL-C 농도는 대조군(Control 집단, F=1.624ns)에서는 유의적 차이는 없었으나, 비교군(HFD 집단)에서는 초기수준 및 식이를 시작한 뒤 2주가 경과된 시점에서는 유의적 차이가 없었으나, 식이를 시작한 뒤 4주가 경과된 시점에서는 유의하게 증가하였다(F=10.903, p<0.001). 한편, 실험군 1(불용성 식이섬유 0.1% 집단, F=32.187, p<0.001), 실험군 2(불용성 식이섬유 0.3% 집단, F=27.964, p<0.001) 및 실험군 3(불용성 식이섬유 1.0% 집단, F=20.446, p<0.001)에서는 각각 유의하게 감소된 수준을 나타내었다.

상기 결과로부터, 본 발명의 불용성식이섬유를 섭취하는 경우, HDL-C를 증가시키며, LDL-C 농도를 감소시키는데 긍정적인 효과가 있는 것으로 확인되었다. 한편, 도 7에 나타낸 바와 같이, VLDL-C 농도는 모든 집단에서 투여 기간경과에 따른 유의한 차이는 없는 것으로 확인되었다.

한편 동맥경화지수를 반영해주는 총콜레스테롤/HDL-C ratio와 관련하여, 대조군(Control 집단, F=3.282ns)에서는 유의한 차이는 없었으나, 비교군(HFD 집단)은 초기수준에 비해 실험 시작 후 4주가 경과된 시점에서 유의하게 증가된 수준(F=11.737, p<0.001)을 나타내었다. 상기 결과는 고지방식이는 동맥경화를 유도한다는 기존 보고와 일치하는 결과이었다.

한편, 고지방식에 본 발명의 불용성식이섬유를 첨가한 실험군 1(불용성 식이섬유 0.1%: F=58.155, p<0.001), 실험군 1(불용성 식이섬유 0.3%: F=50.867, p<0.001) 및 실험군 1(불용성 식이섬유 1.0%: F=29.084, p<0.001)에서는 초기수준에 비해 투여 2주후에서부터 유의하게 감소된 수준을 나타내어, 불용성 식이섬유 섭취가 동맥경화현상을 억제하는 효과가 있는 것으로 확인되었다.

상기 결과로부터, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 김치 제조공정에서 발생되는 부산물로부터 제조된 불용성식이섬유는 체내에서 쉽게 분해되어 영양소로 작용할 수 있는 다당류, 단백질 그리고 지방이 제거되어 다이어트 효과가 있을 뿐만 아니라, 혈중 지질 농도를 현저히 감소시키고, 혈중에 유익하다고 알려진 HDL을 증가시키면서, 고지혈증, 동맥경화 등을 유발하는 LDL은 감소시켜, 고지혈증, 대사성질환, 동맥경화 및 심혈관계질환의 예방 또는 감소에 유익할 것으로 예상되었다.

Claims (6)

1. 김치 제조시 발생되는 부산물 100 중량부를 기준으로 상기 부산물에 물을 30 중량부 내지 200 중량부 첨가하고 80℃ 내지 150℃에서 1분 내지 100분 동안 가열한 후, 여과하여 고형분을 수득하는 1차 식이섬유 제조단계;
   상기 1차 식이섬유를 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조하고, 분쇄하여 분쇄물을 수득하는 1차 식이섬유 건조 분쇄물 제조단계;
   상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물의 100 중량부를 기준으로 상기 1차 식이섬유 건조 분쇄물에 물을 500 중량부 내지 3,000 중량부 첨가하고 혼탁시킨 후에, 가수분해효소를 첨가하고 15℃ 내지 70℃에서 5시간 내지 20시간 동안 반응시켜 2차 식이섬유를 제조하는 단계; 및
   상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조하고, 분쇄하여 불용성 식이섬유를 수득하는 단계
   를 포함하는 김치 제조시 발생되는 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 김치 제조시 발생되는 부산물은 배추 부산물 및 무 부산물로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것을 특징으로 하는 김치 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
3. 제1항에 있어서,
   상기 가수분해효소는 아밀라아제(amylase), 프로테아제(protease) 및 아밀로글루코시드가수분해효소(amyloglucosidase)로 이루어진 군 중에서 선택된 1종 이상인 것인 김치 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
4. 제1항에 있어서,
   상기 불용성 식이섬유를 수득하는 단계는 상기 2차 식이섬유를 여과하여, 고형분을 수득한 후, 상기 고형분을 물로 세척하고, 30℃ 내지 80℃에서 1시간 내지 20시간 동안 건조한 다음, 분쇄하는 방법으로 수행하는 것인 김치 부산물로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
5. 제4항의 제조방법에 의하여 제조된 불용성 식이섬유.
6. 제5항의 불용성 식이섬유를 유효성분으로 포함하는 식품.

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