KR20140129523A

KR20140129523A - 천마 발효물 및 그 발효방법

Info

Publication number: KR20140129523A
Application number: KR1020130047905A
Authority: KR
Inventors: 이은실
Original assignee: 영농조합법인 이도
Priority date: 2013-04-30
Filing date: 2013-04-30
Publication date: 2014-11-07
Also published as: KR101494592B1

Abstract

본 발명은 천마를 고체 형태에서 발효시켜서 추출 수율 및 생리활성 성분의 증대를 도모할 수 있는 천마 발효물 및 그 발효방법에 관한 것이다.
본 발명의 천마 발효방법은 건조된 천마를 분쇄하는 분쇄공정, 분쇄된 천마분을 멸균시키는 멸균공정, 멸균된 천마분에 발효균주를 첨가하여 발효시키는 발효공정, 발효된 천마발효물을 숙성시키는 숙성공정, 숙성된 천마숙성물을 건조시키는 건조공정, 건조된 천마숙성물을 볶는 덖음공정을 포함하며, 상술한 공정에 의해 천마 발효물이 제조된다.

Description

천마 발효물 및 그 발효방법{FERMENTATION SUBSTANCE OF GASTRODIA ELATA BLUME AND FERMENTATION METHOD THEREOF}

본 발명은 천마 발효물 및 그 발효방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 천마를 고체 형태에서 발효시켜서 추출 수율 및 생리활성 성분의 증대를 도모할 수 있는 천마 발효물 및 그 발효방법에 관한 것이다.

일반적으로 발효 산업은 주류, 장류, 김치류 등의 전통적인 발효식품과 치즈, 요구르트 등과 같은 동물성 원료를 발효한 유가공품 등을 포함하며, 근래에는 첨단 생물공학 기술을 이용하여 효율적이며 과학적으로 대량생산을 도모하고 있다.

그리고 발효식품 관련 기술은 새로운 원료로 탐색하고 제조공정을 개선하는 기술들이 주로 연구되었고, 향후에는 우수한 발효균주의 선발과 응용, 발효공정의 표준화, 최적 발효조건 설정, 새로운 발효장치와 포장용기 개발, 발효생산물에서 생리활성 물질 추출 등으로 관련 연구는 확대될 것으로 전망된다.

한편, 고체발효 시스템은 낮은 에너지 소모량과 높은 생산성에 불구하고 대량화 및 표준화의 어려움으로 인해 산업화 관점에서 관심을 받지 못하다가 최근에 들어 다품목 소규모 생산의 필요성 대두, 농산 및 임산물 부산물 등과 같은 바이오매스의 재활용 차원에서 각광받게 되면서 다시금 주목받게 되었고, 특히 근래에는 한방 발효차 산업이 발전하면서 기존의 액체발효법보다 고체발효법을 이용한 한방발효차에 대한 개발을 선호하고 있으며, 이러한 이유는 한방차의 원료가 고체로 이루어져 있고 고체 발효 물질을 제품화하는데 폐용출수의 처리 비용과 멸균 비용이 적게 소요되기 때문이다.

현재 한약재 발효에 관한 제품 및 연구는 유산균 등을 이용하여 단순히 발효시키는 수준에 머물러 있다.

종래의 천마 발효방법으로는 공개특허 제2013-0026123호(공개일자 2013.03.13)가 공개되어 있으며, 이 또한 엑기스를 이용하는 수준에 머물러 있다.

본 발명은 상기와 같은 종래의 문제점을 해결하기 위해 안출한 것으로서, 본 발명의 목적은 천마를 고체 형태에서 발효시켜서 추출 수율 및 생리활성 성분의 증대를 도모하는 동시에 폐용출수의 처리 및 멸균 비용의 감소를 기대할 수 있는 천마 발효물 및 그 발효방법을 제공하는 데 있다.

상기 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 천마 발효방법은 건조된 천마를 분쇄하는 분쇄공정, 분쇄된 천마분을 멸균시키는 멸균공정, 멸균된 천마분에 발효균주를 첨가하여 발효시키는 발효공정, 발효된 천마발효물을 숙성시키는 숙성공정, 숙성된 천마숙성물을 건조시키는 건조공정, 건조된 천마숙성물을 볶는 덖음공정을 포함한다.

이때, 상기 발효균주는 아스퍼질러스 오리재, 아스퍼질러스 나이거, 바실러스 서브틸리스 및 모나스쿠스 푸루푸레우스 중 선택된 어느 하나로 이루어진다.

본 발명의 천마 발효방법은 상기 건조공정으로 건조된 천마숙성물의 덩어리를 풀어서 형성된 알갱이를 여과하는 여과공정을 더 포함할 수 있다.

본 발명의 천마 발효방법에서 상기 멸균공정은 천마분에 수분을 분무하고 혼합한 후 80~150℃에서 20~30분간 멸균시키는 것이 바람직한데, 이때 상기 발효균주는 천마분 100중량부에 대해 1~20중량부로 첨가되어 20~40℃에서 1~10일간 발효되는 것이 바람직하다.

본 발명의 천마 발효방법에서 상기 숙성공정은 천마발효물을 40~100℃에서 24~52시간 동안 숙성시키는 것이 바람직하다.

한편, 본 발명의 천마 발효물은 상술한 천마 발효방법에 의해 제조된다.

상술한 수단으로 구현된 본 발명에 따르면, 추출 수율, 당도, 환원당, 총당, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 항산화활성 등이 우수하며, 이에 따라 귤피, 금은화, 단삼, 도라지, 부추, 사삼, 상엽, 죽엽, 천마, 칡, 하수오, 하엽 등을 포함하는 식용약재와 각종 차(茶), 화장품, 비누 등을 포함하는 미용용품 등의 제조 시 주요성분으로 포함시켜서 우수한 기능성 및 상품성을 기대할 수 있는 매우 유용한 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예에 의한 공정도.
도 2는 본 발명에 의한 실험예 1의 결과를 나타낸 그래프.
도 3은 본 발명에 의한 실험예 2의 결과를 나타낸 그래프.
도 4는 본 발명에 의한 실험예 3의 결과를 나타낸 그래프.
도 5는 본 발명에 의한 실험예 4의 결과를 나타낸 그래프.
도 6은 본 발명에 의한 실험예 5의 결과를 나타낸 그래프.
도 7은 본 발명에 의한 실험예 6의 결과를 나타낸 그래프.

이하에서는 본 발명의 천마 발효방법을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명한다.

본 발명에 의한 천마 발효방법은, 세척된 천마를 건조시키는 제1 건조공정, 건조된 천마를 분쇄하는 분쇄공정, 분쇄된 천마분을 멸균시키는 멸균공정, 멸균된 천마분에 발효균주를 첨가하여 발효시키는 발효공정, 발효된 천마발효물을 숙성시키는 숙성공정, 숙성된 천마숙성물을 건조시키는 제2 건조공정, 건조된 천마숙성물의 덩어리를 풀어서 형성된 알갱이를 여과하는 여과공정, 여과된 천마알갱이를 볶는 덖음공정을 포함한다.

먼저, 천마(Gastrodia elata Blume)는 뽕나무버섯균과 공생하는 기생식물인 난초과 천마속에 속하는 여러해살이풀이다. 천마속은 전세계에 약 25종이 있으며, 우리나라에는 천마, 한라천마, 애기천마가 자라고 있다. 땅속 살진 덩이줄기는 두껍고 다육질이며 타원형으로 길이는 약 10cm이고 지름은 3~4.5cm이며 그리 뚜렷하지 않은 환절이 있다. 줄기는 붉은 황적색 및 밤색으로 높이 60~100cm로 곧게 자라며 엽록소를 함유하지 않는다. 봄과 가을에 덩이줄기를 캐는데 가을에 캔 것이 더 좋다. 주요 성분으로 가스트로딘(gastrodin), p-하이드록시벤질 알콜(p-hydroxybenzyl-alcohol), β-시토스테롤(β-sitosterol), 다우코스테롤(daucosterol), 시트르산(citric acid), 메틸에테르(methyl ether), 팔미트산(palmitic acid), 수크로오스(sucrose) 등을 포함한다.

그리고 천마는 임상적 효능으로서 뇌신경 쇠약증, 진통, 두통, 중풍, 고혈압 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 신경을 튼튼하게 하고 피를 보하고 머리를 검게 하며 신장염과 당뇨병 등에 좋고, 근래에는 콜레스테롤을 저감시키는 등의 효능이 있는 것으로 보고되고 있다.

제1 건조공정은 천마에 함유된 수분을 건조시키는 공정으로서, 흐르는 물에 깨끗하게 세척된 천마를 건조시켜서 수분 함수율 10%미만으로 형성한 후 선별된 이물질을 골라낸다. 여기서, 천마는 30~60℃의 온도에서 12~48시간 동안 건조시키는 것이 바람직한데, 이는 천마의 건조 시간이 48시간을 초과하면 약제성분이 변질되고 12시간 미만이면 수분 함수율이 10%를 초과하기 때문이다.

분쇄공정은 건조된 천마를 분쇄기에서 분쇄하여 천마분으로 형성한 후 체에 걸러서 분진을 제거하는 공정이다.

멸균공정은 천마분의 포함된 균을 멸균시키는 공정으로서, 천마분에 수분을 분무하여 고르게 혼합한 후 80~150℃에서 20~30분간 멸균시킨다. 천마분에 수분을 공급하는 이유는 균주의 생육습도를 조절하기 위함이고, 수분 공급량은 천마분 100중량부에 대해 40~200중량부를 공급하는 것이 바람직하다.

발효공정은 멸균된 천마분에 발효균주를 첨가하여 발효시키는 공정으로서, 발효균는 천마분의 100중량부에 대해 1~20중량부로 첨가하여 20~40℃에서 1~10일간, 바람직하게는 1~5일간 발효시키며, 이는 오랜 기간의 발효에 의해 천마발효물에서 이취(異臭)가 생성될 수 있기 때문이다. 그리고 발효균은 천마분의 100중량부에 대해 발효균을 1~20중량부로 첨가하는 이유는 20중량부를 초과하여 첨가하면 향미에 방해가 되기 때문이다. 특히, 발효균주는 아스퍼질러스 오리재(Aspergillus oryzae), 아스퍼질러스 나이거(Aspergillus niger), 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 모나스쿠스 푸루푸레우스(Monascus purpureus) 및 기타 식품가공용으로 가능한 발효균주 중 선택된 어느 하나로 이루어지며, 그 중 아스퍼질러스 오리재를 선택하는 것이 바람직하다.

숙성공정은 천마발효물을 적당한 온도와 조건에서 숙성시켜서 잘 익히기 위한 공정으로서, 천마발효물을 40~100℃에서 24~52시간 동안 숙성시키며, 이에 의해 숙성된 천마숙성물에서는 더욱 깊은 맛을 우려낸다.

제2 건조공정은 천마숙성물을 다시 건조시키는 공정으로서, 천마숙성물을 30~60℃에서 12~48시간 동안 건조시킨다.

여과공정은 천마숙성물의 알갱이를 여과하는 공정으로서, 덩어리진 천마숙성물을 손으로 비벼서 풀어준 후 체를 이용하여 천마알갱이는 여과하고 미세입자는 골라낸다.

덖음공정은 여과된 천마알갱이를 볶아서 구수한 맛을 살리기 위한 공정으로서, 이러한 덖음공정은 천마알갱이를 150~200℃에서 원적외선으로 10~30분간 볶는 것이다.

이하, 실시예 및 실험예를 통해 본 발명의 구성 및 작용효과를 보다 구체적으로 설명한다.

<실시예 1>

세척된 천마를 수분 함수율 10%미만으로 건조시키는 제1 건조공정, 건조된 천마 10kg을 분쇄하는 분쇄공정, 천마분 100중량부에 대해 60, 100, 140중량부 별로 수분을 분무 및 혼합한 각각을 121℃에서 30분간의 멸균시키는 멸균공정, 각각의 천마분 100중량부에 대해 1중량부의 아스퍼질러스 오리재를 첨가하여 30℃에서 24, 48, 72시간 별로 배양기를 이용하여 발효시키는 발효공정, 각각의 천마발효물을 70℃에서 2일간 고압멸균기를 이용하여 숙성시키는 숙성공정, 각각의 천마숙성물을 57℃에서 48시간 동안 건조시키는 제2 건조공정, 각각의 덩어리진 천마숙성물을 비벼서 알갱이를 여과하는 여과공정, 여과된 각각의 천마알갱이를 180℃에서 원적외선으로 볶는 덖음공정을 거쳐 7㎏의 천마고체발효물을 제조하였다.

각각의 천마고체발효물 1g에 증류수 50㎖를 넣고 열수추출기를 이용하여 100℃에서 30분간 환류 추출하였으며, 이 추출액은 여과지(filter paper No.1, Watman)로 여과한 후(이하 ‘여과액’이라 함), 추출 중 소모된 오차를 방지하기 위해 여과액이 50㎖가 되도록 증류수를 보충하였다.

<비교예 1>

세척된 천마 1g에 증류수 50㎖를 넣고 열수추출기를 이용하여 100℃에서 30분간 환류 추출하였으며, 이 추출액은 여과지(filter paper No.1, Watman)로 여과한 후(이하 ‘여과액’이라 함), 추출 중 소모된 오차를 방지하기 위해 여과액이 50㎖가 되도록 증류수를 보충하였다.

<실험예 1>

실시예 1과 비교예 1에 의해 수득된 추출물의 추출율을 당도계로 측정하여 도 2에서 그래프로 나타내었으며, 이는 당도계의 단위 Brix%는 수용액 속에 녹아 있는 용질의 양을 %단위, 즉 ‘가용성 고형분’을 나타낸 것이므로 추출액의 수율을 측정할 수 있기 때문이다.

실험예 1 및 도 2의 결과로부터, 실시예 1에 의해 수득된 추출물의 당도가 비교예 1에 의해 수득된 추출물의 당도보다 최대 3배까지 증가하였으며, 이에 따라 실시예 1의 조건, 즉 발효조건에 따른 추출액의 수율은 함수율이 높고 발효시간이 길어질수록 증가함을 알 수 있다.

<실시예 2>

실험예 1에서 추출한 각각의 추출물을 5배로 희석한 용액 1㎖에 DNS(Dinitro salicylic acid)시약 1㎖을 첨가하여 끓는 물에 5분 동안 중탕한 뒤 차가운 물에 1분간 식히고 증류수 3㎖을 잘 혼합하여 UV-spectrophotometer를 이용하여 550㎚에서 흡광도를 측정하였다.

<비교예 2>

비교예 1에서 추출한 추출물을 5배로 희석한 용액 1㎖에 DNS(Dinitro salicylic acid)시약 1㎖을 첨가하여 끓는 물에 5분 동안 중탕한 뒤 차가운 물에 1분간 식히고 증류수 3㎖을 잘 혼합하여 UV-spectrophotometer를 이용하여 550㎚에서 흡광도를 측정하였다.

<실험예 2>

실시예 2와 비교예 2에서 측정된 흡광도는 표준물질 glucose를 이용하여 작성된 표준곡선을 통해 검량선을 작성하여 시료 100g 중의 glucose equivalents(mg GL/100g)로 환원당을 도 3에서 그래프로 나타내었다.

상기 실험예 2 및 도 3의 결과로부터, 실시예 2에 의해 수득된 추출물의 환원당 함량은 비교예 2에 의해 수득된 추출물의 환원당 함량보다 최대 4.4배 정도까지 증가하였으며, 이에 따라 실시예 2의 조건, 즉 발효조건에 따른 추출액의 환원당 함량이 함수율이 높고 발효시간이 길어질수록 증가함을 알 수 있다.

<실시예 3>

실시예 1에서 추출한 각각의 추출액을 100배로 희석한 용액 1㎖에 5% 페놀(Phenol) 시약 1㎖을 첨가하고 95% 황산(H₂SO₄ ₎ 5㎖을 강하게 반응시킨 후 30분간 방치시킨 다음 혼합하여 480㎚에서 흡광도를 측정하였다.

<비교예 3>

비교예 1에서 추출한 추출액을 100배로 희석한 용액 1㎖에 5% 페놀(Phenol) 시약 1㎖을 첨가하고 95% 황산(H₂SO₄ ₎ 5㎖을 강하게 반응시킨 후 30분간 방치시킨 다음 혼합하여 480㎚에서 흡광도를 측정하였다.

<실험예 3>

실시예 3과 비교예 3에서 측정된 흡광도는 표준물질 글루코스(glucose)를 이용하여 작성된 표준곡선을 통해 검량선을 작성하여 시료 100g 중의 glucose equivalents(mg GL/100g)로 총당을 도 4에서 그래프로 나타내었다.

상기 실험예 3 및 도 4의 결과로부터, 실시예 3에 의해 수득된 추출물의 총당 함량은 비교예 3에 의해 수득된 추출물의 총당 함량보다 최대 3.9배 정도까지 증가하였으며, 이에 따라 실시예 3의 조건, 즉 발효조건에 따른 추출액의 환원당 함량은 대부분 비슷하나 함수율이 높을 때 발효시간이 길어질수록 감소함을 알 수 있다.

<실시예 4>

실시예 1에서 추출한 각각의 추출액을 2배로 희석한 용액 200㎕에 Folin-Ciocalteu 시약 200㎕을 첨가하여 상온에서 6분 동안 반응시키고, 7% sodium carbonate(Na₂CO₃) 2㎖을 첨가하여 상온에서 90분간 방치시켰다.

<비교예 4>

비교예 1에서 추출한 추출액을 2배로 희석한 용액 200㎕에 Folin-Ciocalteu 시약 200㎕을 첨가하여 상온에서 6분 동안 반응시키고, 7% sodium carbonate(Na₂CO₃) 2㎖을 첨가하여 상온에서 90분간 방치시켰다.

<실험예 4>

실시예 4와 비교예 4의 시액을 725㎚에서 흡광도를 측정하여 표준물질 gallic acid를 통해 작성된 표준곡선을 이용하여 검량선을 작성한 시료 100g 중의 gallic acid equivalents(mg GAE/100g)로 총 폴리페놀 함량을 도 5에서 그래프로 나타내었다.

상기 실험예 4 및 도 5의 결과로부터, 실시예 4에 의해 수득된 시액의 총 폴리페놀 함량은 비교예 4에 의해 수득된 시액의 총 폴리페놀 함량보다 최대 2.9배 정도까지 증가하였으며, 이에 따라 실시예 4의 조건, 즉 발효조건에 따른 추출액의 총 폴리페놀 함량은 함수율이 높고 발효시간이 길어질수록 증가하는 것으로 나타났다.

<실시예 5>

실시예 1에서 추출한 각각의 시액 1㎖에 5% NaNO 300㎕을 넣고 5분간 방치하였다. 다시 10% AlCl₃를 300㎕을 넣고 6분간 방치한 다음 1M NaOH 2㎖을 첨가하여 혼합하였다.

<비교예 5>

비교예 1에서 추출한 시액 1㎖에 5% NaNO 300㎕을 넣고 5분간 방치하였다. 다시 10% AlCl₃를 300㎕을 넣고 6분간 방치한 다음 1M NaOH 2㎖을 첨가하여 혼합하였다.

<실험예 5>

실시예 5와 비교예 5의 시액을 510㎚에서 흡광도 값을 측정하였으며, 표준물질은 catechin을 이용하여 검량선을 작성한 후 시료 100g 중의 catechin equivalents(mg CA/100g)로 총 플라보노이드 함량을 도 6에서 그래프로 나타내었다.

상기 실험예 5 및 도 6의 결과로부터, 실시예 5에 의해 측정된 총 플라보노이드의 함량은 함수율이 높고 발효시간이 길어질수록 비교예 5에 의해 측정된 총 플라보노이드의 함량보다 증가하는 것으로 나타났지만 대부분이 비교예 5 보다 감소함을 알 수 있다.

<실시예 6>

실시예 1에서 추출한 각각의 추출액을 10배로 희석한 용액 200㎕와 0.15mM DPPH 용액 800uL를 혼합하고 암실에서 20분 방치하였다.

<비교예 6>

비교예 1에서 추출한 추출액을 10배로 희석한 용액 200㎕와 0.15mM DPPH 용액 800uL를 혼합하고 암실에서 20분 방치하였다.

<실험예 6>

실시예 6과 비교예 6의 시액을 517㎚에서 흡광도를 측정하여 도 7에서 그래프로 나타내었으며, 표준물질로는 ascorbic acid를 사용하고, 소거활성은 ascorbic acid의 농도에 따른 흡광도의 단순 회귀식에서 구한 ascorbic acid equivalents value (mg AA/100g)로 나타내었다. 참고로, DPPH는 안정한 프리라디칼(free radical)로서, 이들이 전자공여할 수 있는 다른 항산화 물질과 반응하게 되면 본래의 자색에서 무색으로 변하게 되므로, 단순하면서도 신속하게 측정 대상 시료의 전자공여에 의한 활성 라디칼 소거능을 측정하는 방법으로서 다양한 종류의 시료에 대하여 널리 이용되고 있다.

상기 실험예 6 및 도 7의 결과로부터, 실시예 6에 의한 시액의 항산화활성이 비교예 6에 의한 시액의 항산화활성에 비해 최대 13배 정도까지 증가하였으며, 이에 따라 실시예 6의 조건, 즉 발효조건에 따른 추출액의 항산화 활성은 함수율이 높고 발효시간이 길어질수록 증가함을 알 수 있다.

이상의 실험예들을 통해 살펴본 바와 같이, 본 발명의 천마 발효방법에 의하면 추출액의 수율, 당도, 환원당, 총당, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 항산화활성 등이 우수하므로 귤피, 금은화, 단삼, 도라지, 부추, 사삼, 상엽, 죽엽, 천마, 칡, 하수오, 하엽 등을 포함하는 식용약재, 각종 차(茶), 화장품, 비누 등을 포함하는 미용용품 등의 제조 시 주요성분으로 포함시켜서 우수한 기능성 및 상품성을 기대할 수 있다.

본 발명은 상술한 실시 예에만 한정되는 것이 아니라, 본 발명의 요지를 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 형태로 개량, 변경, 대체, 부가할 수 있음은 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 용이하게 이해할 수 있을 것이다. 이러한 개량, 변경, 대체, 부가에 의한 실시가 이하의 특허청구범위의 범주에 속하는 것이라면 그 기술사상 역시 본 발명에 속하는 것임은 자명하다.

10 : 제1 건조공정 20 : 분쇄공정
30 : 멸균공정 40 : 발효공정
50 : 숙성공정 60 : 제2 건조공정
70 : 여과공정 80 : 덖음공정

Claims

건조된 천마를 분쇄하는 분쇄공정, 분쇄된 천마분을 멸균시키는 멸균공정, 멸균된 천마분에 발효균주를 첨가하여 발효시키는 발효공정, 발효된 천마발효물을 숙성시키는 숙성공정, 숙성된 천마숙성물을 건조시키는 건조공정, 건조된 천마숙성물을 볶는 덖음공정을 포함하는 천마 발효방법.
청구항 1에 있어서,
상기 발효균주는 아스퍼질러스 오리재, 아스퍼질러스 나이거, 바실러스 서브틸리스 및 모나스쿠스 푸루푸레우스 중 선택된 어느 하나로 이루어지는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 1에 있어서,
상기 건조공정으로 건조된 천마숙성물의 덩어리를 풀어서 형성된 알갱이를 여과하는 여과공정을 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 1에 있어서,
상기 멸균공정은 천마분에 수분을 분무하고 혼합한 후 80~150℃에서 20~30분간 멸균시키는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 1 또는 청구항 2에 있어서,
상기 발효공정에서 발효균주는 천마분 100중량부에 대해 1~20중량부로 첨가되는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 5에 있어서,
상기 발효공정은 20~40℃에서 1~10일간 발효시키는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 1에 있어서,
상기 숙성공정은 천마발효물을 40~100℃에서 24~52시간 동안 숙성시키는 것을 특징으로 하는 천마 발효방법.
청구항 1의 방법으로 제조된 천마 발효물.