KR20170032694A - 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법 - Google Patents

고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법 Download PDF

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Abstract

고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법이 개시된다.

Description

고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법{The method of manufacturing fermented berry and vegetable drink with increased high antioxidative activity}
본 발명은 고항산화 활성을 가지는 기능성 베리과채 음료 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
요즈음의 청소년 세대들은 기성세대가 성장한 시대보다 먹거리가 훨씬 풍부한 환경에서 성장한다. 그러나, 환경 오염으로 인해 과일이나 채소들이 충분한 영양소를 가지지 못한데서 비롯된 심각한 영양결핍을 초래하고 있으며, 이로 인해 아토피, 비염, 시력저하, 각종 면역저하와 관련된 희귀 난치성 질환에 시달리기도 한다.
따라서, 각종 먹거리들은 인스턴트 식품 위주로 공급되고 그로 인한 건강문제가 회자되는 현대사회에 있어서, 음식문화의 새로운 패러다임을 구축해야 할 필요성이 있다. 최근 부각되기 시작한 베리(Berry) 열풍의 이면에는, 기존 과일들이 함유하고 있는 파이토케미컬(phytochemical) 등 항산화 수치라는 개념이 존재한다.
항산화수치(ORAC; Oxide Radical Absorbance Capacity)는 각종 생활습관병의 발생과 밀접한 연관성이 있는 활성산소를 흡수하는 능력치를 말한다. 인간의 질병과 노화를 진행시켜 결국 사망에 이르게 하는 활성산소를 얼마나 제거하느냐에 따라 건강과 장수의 요건이 달려 있는 것이다.
항산화 활성이 보고되고 있는 베리류에는 복분자(blackberry), 라스베리(raspberry), 크랜베리(cranberry), 블루베리(blueberry), 아사이베리(acai berry) 등이 있다.
베리(Berry)류는 수분, 탄수화물, 단백질, 그 밖의 다량의 식이섬유와 칼륨, 망간, 철분으로 이루어져 있고, 달고 신맛이 강하며, 붉은 빛의 갈색을 띤다. 베리류가 갖고 있는 특유한 붉은색과 푸른빛을 띄는 페놀안토시아닌, 기타 플라보노이드와 같은 식물성 영양소 성분은 항암, 항염증, 항산화 작용을 한다고 보고되어 있다.
이러한 베리류들은 슈퍼과일(Super fruit)로 분류되고, 피부세포의 건강을 증진하는 식물성 영양소, 비타민 및 미네랄 성분은 염증을 치료하는 플라보노이드 성분과 피부세포의 성장을 돕는 필수 아미노산 및 콜라겐을 유지시키는 식물성 스테롤(phytosterol)을 함유하고 있어, 각각의 유효성분에 따른 피부 개선에 도움을 주는 효과가 있다.
아사이베리(Acai Berry)는 열대나무 아사이에서 수확하는 매우 강력한 항산화 열매로서, 아사이베리에는 필수 지방산인 오메가 3, 리놀레산, 리놀렌산이 다량 함유되어 있으며, 또한 콜레스테롤 레벨을 조절하는데 도움을 주고, 비타민과 미네랄 등 각종 식물성 영양분이 고루 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.
아로니아 나무(Aronia mandschurica)는 북미가 원산지인 관목으로서, 장미과에 속하며, 작고 신맛이 나는 열매가 열리는데, 늦여름에 열매가 익고 곧바로 떨어진다. 아로니아(Aronia)는 아로니아 나무의 열매를 의미하는 것으로, 아로니아, 블랙초크베리(Black Chokeberry), 혹은 쵸크베리 라고도 불린다.
아로니아는 다량의 당류(20%)와 안토시아닌(Antocyanin), 폴리페놀(Polyphenol), 비타민B1, B2, 판토텐산, 프라보노이드(flavonoid) 등을 함유하고 있다. 특히 안토시아닌의 함량이 매우 높아 자연계에 있는 식물들 중 안토시아닌의 함량이 가장 높은 편에 속한다.
안토시아닌은 꽃이나 과실 등에 포함되어 있는 안토시아니딘의 색소배당체로서 가수분해에 의해 하나 또는 둘의 단당류와 아글리콘으로 분류되며, 주요 지표물질은 Cyanidin 3-O-galactoside 이다. 안토시아닌은 기본적으로 세포 내에서는 모두 배당체로 존재하여 적색, 청색, 보라색을 나타내며 산으로 가수분해하면 적색부분(Anthocyanidin)과 당 부분으로 나누어지는 수용성 색소로서, 세포의 노화를 촉진시키고 각종 성인병의 원인이 되는 활성산소를 제거하는 항산화 작용, 발암물질의 작용을 억제하는 항변이원성 작용, 체내의 콜레스테롤 제거 작용 등의 다양한 효능이 밝혀지고 있다.
크랜베리(Cranberry)는 우수한 항암효과, 항산화 효과를 지닌 폴리페놀류(안토시아닌)를 포함하고 있다. 주요과일 중 가장 높은 함량의 폴리페놀을 함유하고 있으며(농업, 식품화학회지, 2001), 세균 부착 억제효과가 있어 요로 감염, 위궤양 등의 예방효과가 있다. 미국특허 제 7,270, 837에서는 크랜베리 추출물을 이용하여 식품, 의약품 또는 화장품 조성물로 이용하는 기술이 기재되어 있다.
산머루는 포도과에 속하는 낙엽 성 덩굴식물로 동북아시아 지역, 중국 및 한국 북반구의 해발 100~1,300m 에 분포 한다. 열매는 술을 담그기 위하여 오래전부터 와인처럼 머루주를 만드는데 쓰였으며, 민간처방으로 머루잎 추출물은 구토 및 설사, 동상, 빈혈에 사용되었다.
산머루는 과실형태로 판매되기 보다는 과실주 형태로 유통되고 있으며, 머루를 주재료로 하여 제조한 머루주는 포도주보다 강하고 안토시아인과 페놀성분이 많이 함유되어 있는 것으로 알려져 있다.
시금치에 함유되어 있는 유황아연산은 비타민과 유사한 산화방지물질이면서, 특히 지방의 용해성과 수용성 능력을 동시에 구비하고 있어 만능 항산화제로 각광을 받고 있으며, 시금치에 대표적인 항산화물질인 베타카로틴과 루테인(lutein)이 보통 0.0019%, 0.0033% 함유되어 있어 활성산소 소거작용, 소장점막에서 비타민 A(retinol)로 전환되어 항산화, 시신경 보호 작용 등 다양한 기능을 하는 기능성 물질이다. 시금치에 함유되어 있는 항산화물질인 루테인과 제아크산틴(zeaxanthin)의 섭취량을 반으로 줄일 경우 폐의 기능이 약 1년에서 2년 정도 노화한 상태를 보이는 것으로 확인되었으며 비타민 C, E와 병용시 폐의 기능은 더욱 향상되었다.
한편, 최근 생활수준이 향상됨에 따라 천연 과실 주스나 드링크에 대한 소비자들의 기호성이 다양해지고 고급화되면서, 기능성 음료에 대한 선호도가 높아지고 있다.
그 동안 베리 및 채소를 갈아서 마시거나 비열처리 등을 이용하여 유용성 성분의 섭취 수준을 향상시킬 수 있는 방향으로만 연구되고 있고, 특히, 베리류는 아사이베리 정도만 국한적으로 항산화활성 연구가 되고 있고 다양한 베리류를 이용한 제품개발 및 초산발효를 통한 항산화 증진 연구는 거의 전무한 실정이다.
식초는 총산도가 4% 이상으로 규정되어 있으나 최근에는 조미료로서의 개념을 벗어나 음료로서의 개념이 확산되고 있는 실정으로 고농도의 초산생산 보다는 과실의 특성이 살아 있는 초산음료로서의 가치성이 더욱 강조되고 있으며, 초산 발효 후에 산미의 기본이 되는 초산 이외에도 다양한 유기산류, 당류, 아미노산류 및 에스테르류를 함유하고 있어서 독특한 향과 맛으로 식욕을 자극하고, 체지방 감소, 항산화 효과 작용을 한다. 특히 베리류를 초산발효 했을경우 베리류만의 특유의 상큼한 신맛과 향미, 기능성 증진으로 인해 기존의 건강초를 더욱 부각시킬 수 있는 장점을 가지고 있다.
따라서, 음료의 맛과 영양, 그리고 항산화활성의 베리류를 과학적인 통계기법을 적용하여 황금 배합비율을 한 과채음료 개발이 필요한 실정이다.
본 발명의 목적은 아사이베리를 포함한 다양한 과채류를 통계적으로 접근하여 고항산화 활성 기능을 갖는 베리 과채류간의 황금 배합비를 산출하고, 이 기질에 효모를 접종하여 1차적으로 알코올 발효를 유도한 후 다시 초산균을 접종하여 2차 초산발효를 시켜서 항산화능이 강화된 초산발효 과채음료를 제조하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다.
고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법 설명한다. 아사이베리, 아로니아, 크랜베리, 산머루, 시금치를 혼합하여 1L의 혼합음료를 제조한 후, 실온에서 10brix로 희석한 후, 효모 (Saccharomyces cerevisiae KSH-Y1, KCTC 188224P)를 접종하여 알코올 발효를 수행하고, 초산균 (Acetobacter pasteuriaunus, subsp. pasteruianus KCTC 22322)을 접종하여 20℃내지 40℃에서 200rpm으로 교반하여 초산 발효를 수행할 수 있다. 이후에, 초산발효 혼합물로부터 침전물을 제거하는 1차 여과를 하여 상등액을 취한 후, 규조토 여과를 통해 2차 여과를 수행하여2회의 여과 후 얻어진 상등액을 80℃내지 100℃에서 순간 살균한 후 냉각시킬 수 있다.
여기에서, 규조토 여과는 #200 혹은 #500 일 수 있다. 2회의 여과 후 얻어진 상등액을 1.0㎛ 필터를 이용하여 3차 여과를 수행할 수 있다.
일측에 따르면, 혼합음료는 아사이베리 73.41% 아로니아 16.59%, 크랜베리 10.00% 중량부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 혼합음료는 아사이베리 80.00% 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00% 중량부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 혼합음료는 아사이베리 65.71% 아로니아 25.29%, 크랜베리 10.00% 중량부를 포함할 수 있다.
일측에 따르면, 혼합음료는 아사이베리 74.00% 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 3.00%, 시금치 3.00% 중량부를 포함할 수 있다.일측에 따르면, 혼합음료는 아사이베리 72.41% 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 3.00%, 시금치 3.00% 중량부를 포함할 수 있다.
본 발명에 따르면, 베리와 채소를 혼합한 고항산화 기능성을 지니는 베리 과채음료 및 베리 과채음료를 기질로 하여 발효한 초산 발효 음료는 발효전의 베리 과채음료보다 항산화활성이 뛰어나며, 기호성에 있어서도 서구화 된 탄산/이온음료에 대처할 수 있는 음료로서 가치가 있을 뿐만 아니라 웰빙 트랜드에 맞는 기능성 음료로서 그 가치를 제공할 수 있다.
도 1은 베리 과채류를 이용하여 발효초의 제조공정을 나타낸 블록도이다.
도2는 베리 과채류의 초산발효 시간에 따른 ORAC 항산화활성의 변화를 보여준 그래프이다.
도 1은 베리 과채류를 이용하여 발효초의 제조공정을 나타낸 블록도이며, 도2는 베리 과채류의 초산발효 시간에 따른 ORAC 항산화활성의 변화를 보여준 그래프이다. 이를 참조하여 설명한다.
본 발명의 베리과채 음료는 아사이베 착즙액, 아로니아 착즙액, 크랜베리 착즙액, 산머루 착즙액, 시금치 착즙액을 포함할 수 있다. 본 발명의 베리 과채류 음료에서 주재료인 베리 착즙액은 베리를 착즙수단으로 착즙하여 얻은 후 여과 수단을 이용하여 여과한 것을 사용할 수 있다.
기능성 성분은 착즙액, 추출액, 페이스트, 분말 중에서 선택된 어느 하나의 액상 또는 분말 형태로 베리 과채 음료에 더 포함 될 수 있다.진탕 배양기에서 맥아 액체 배지에 사카로마이세스 세레비아제(Saccharomyces cereviaise) DCCM 11215 종균을 10g/L, peptone 20g/L, Dextrose 20g/L를 발효 기질에 접종하여 알코올 발효시키는 단계; 다음에 알코올 발효액에 Acetobacter pasteuriaunus , subsp . pasteruianus KCTC 22322를 접종하여서 된 종초를 접종하고 초산 발효시키는 단계 및 상기 초산 발효액에 정제수 혹은 과일 농축액을 첨가하여 최종산도 1%(v/v)가 되도록 구성하는 단계로 구성되어 있는 것을 특징으로 한다.
기능성 성분의 고상형, 액상화, 분말화는 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 당업자가 적의 선택하여 실시 할 수 있으면 족하고, 이러한 기능성 성분의 고상형, 액상형, 분말화에 대한 내용은 본 발명의 내용이 아니므로 이하 자세한 내용은 생락하기로 한다.
항산화활성은 유해산소 흡수능력(ORAC, oxygen radical absorbance capacity)assay 방법을 수행한다. 항산화능 측정방법 중의 하나인 유해산소 흡수능력 분석법(ORAC)은 radical chain reaction의 가장 핵심적인 단계인 수소 전자전달과 관련하여 항산화 물질의 free radical 소거 능력을 측정하는 방법이다. 이 방법은 식품내에 존재하는 친수성 성분과 친유성 성분 모두에 반응하기 때문에 음료형태의 제품을 포함해서 응용 범위가 넓다는 장점을 가지고 있다. 또한 항산화 대조물로 수용성 비타민E를 사용하여 형광 물질을 결합시킴으로써 반응 감도가 예민하여 정확도를 높일 수 있는 방법이기도 하다.
본 발명은 유해산소 흡수능력(Oxygen radical absorbance capacity)을 측정하기 위하여 ORAC assay kit(Cell Biolabs, INC. STA-345) 를 사용하여 Black well plate에 시료 25㎕, 4nM fluorescein 150㎕를 첨가하고 측정 직전에 과산화 라디칼의 생성을 위해 80mg 2,2-azobis-(2-methylpropionamidine) dihychloride(AAPH, Sigma-Aldrich Co.)를 첨가하였다. Fluorescein microplate reader(Varioscan Flash, Thermo, CA USA)를 이용하여 485nm에서 전자여기 후 535nm에서 방출되는 조건으로 37℃에서 60분간 30초 마다 fluorescence의 감소율을 측정하였다. 결과값은 시료 첨가구와 무첨가구(control)의 Area Under Curve(AUC)값을 나타낸 후 Trolox를 이용하여 작성한 검량선(y=0.671x + 2.2757, R2 = 0.9837)에 대입하여 나타내었다.
Area under curve(AUC)=1+RFU1/RFU0+ RFU2/RFU0+···.+ RFU59/RFU0+ RFU60/RFU0
RFUx: Relative fluorescence value of time points
DPPH 라디칼 소거능은 아스코르브산 및 토코페롤, polyhydroxy 방향족 화합물, 방향족 아민류로부터 수소나 전자를 받아 환원될 때 보라색이 탈색되어지는 원리를 이용한다. 다양한 천연소재로부터 항산화 물질을 탐색하기 위해 많이 이용되고 있으며, 비교적 짧은 시간 내에 항산화능을 측정 할 수 있어 널리 사용되고 있는 방법이다. DPPH는 free radical에 대한 시료의 항산화 활성을 평가하기 위하여 95% 메탄올에 용해시킨 0.2mM DPPH 용액 0.18mL 을 첨가하여 혼합 후 암소에서 45분 동안 방치하고 microplate reader(varioscan Flash, Thermo, CA USA)를 사용하여 517nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거능을 아래의 식으로 계산한 후 농도별 라디칼 소거능에 대한 검량선에서 라디칼 소거능이 50%되는 농도인 IC50 값을 구하였다.
DPPH(%) = [(DPPH의 흡광도 시료의 흡광도)/DPPH의 흡광도] X 100
이하 본 발명의 내용을 실시예를 통하여 구체적으로 설명한다. 그러나, 이들은 본 발명을 보다 상세하게 설명하기 위한 것으로 본 발명의 권리범위가 이들에 의해 한정되는 것은 아니다.
실시예에 사용된 원료(베리류, 과채류)의 최적 배합비 및 synergy effect을 통계적으로 평가하기 위하여 혼합물설계를 적용하였으며, 최적화를 위해 Design expert 9.0(Stat-Easy Co., Minneapolis, MN, USA)을 이용하였다. 아사이베리, 아로니아, 크랜베리, 산머루, 시금치의 혼합제한 범위는 아사이베리는 30~80%, 아로니아 10~30%, 크랜베리 10~30%, 산머루 0~30%, 시금치 0~30%로 설정하였고, 다섯 가지 첨가물의 총 함량이 100%가 되도록 하였다.
총21개의 실험점(실시예 1 ~ 실시예21) 중, 15개의 실험점과 lack of fit (적합성 결여; 실험오차가 차지하는 비율)의 계산을 위한 3개의 실험점, 3개의 반복점 (재현성)이 설정되었다. 실험디자인에 의해 배열되는 순서에 대한 block의 오차를 없애기 위해 실험순서를 무작위로 실행하였다.
실시예를 통해 항산화에 최적화 된 배합비를 기질로하여 초산발효를 진행하였으며, 통계적으로 최적화 된 항산화력이 우수한 베리 음료보다도 더욱 항산화 활성이 높은 초산발효 과채음료를 제조하여 본 발명을 완성하였다.
[실시예 1]
아사이베리 54.94%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 17.34%, 산머루 12.92%, 시금치 4.8%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다
[실시예 2]
아사이베리 40.88%, 아로니아 16.36%, 크랜베리 22.15%, 산머루 20.61%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 3]
아사이베리 30.00%, 아로니아 30.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 20.00%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 4]
아사이베리 52.01%, 아로니아 17.99%, 크랜베리 30.00%, 산머루 0%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 5]
아사이베리 48.61%, 아로니아 23.26%, 크랜베리 18.03%, 산머루 0%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 6]
아사이베리 65.67%, 아로니아 12.46%, 크랜베리 20.53%, 산머루 1.34%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 7]
아사이베리 79.77%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.23%, 산머루 0%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 8]
아사이베리 30.00%, 아로니아 17.51%, 크랜베리 30.00%, 산머루 12.49%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 9]
아사이베리 50.00%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 30.00%, 산머루 0%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 10]
아사이베리47.12%, 아로니아 24.40%, 크랜베리 11.25%, 산머루 13.46%, 시금치 3.78%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 11]
아사이베리30.00%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 30.00%, 산머루 30.00%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 12]
아사이베리70.00%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 0%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 13]
아사이베리31.25%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 18.75%, 산머루 30.00%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 14]
아사이베리48.61%, 아로니아 23.36%, 크랜베리 18.03%, 산머루 0%, 시금치 10.00%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 15]
아사이베리30.00%, 아로니아 30.00%, 크랜베리 20.00%, 산머루 20.00%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 16]
아사이베리50.00%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 30.00%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 17]
아사이베리33.75%, 아로니아 30.00%, 크랜베리 30.00%, 산머루 0%, 시금치 6.25%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 18]
아사이베리60.00%, 아로니아 30.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 0%, 시금치 0%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 19]
아사이베리47.12%, 아로니아 24.40%, 크랜베리 11.25%, 산머루 13.46%, 시금치 3.78%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 20]
아사이베리54.94%, 아로니아 10.00%, 크랜베리 17.34%, 산머루 12.92%, 시금치 4.80%를 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
[실시예 21]
아사이베리30.00%, 아로니아 25.32%, 크랜베리 10.00%, 산머루 30.00%, 시금치 4.68 혼합하여 1L의 베리과채 음료 제조 후 가열온도 98℃에서 60초간 살균하였다. 살균 후 방냉하고 -20℃에 보관하면서 ORAC, DPPH항산화 활성을 측정하였다.
베리과채농축액 5종의 혼합물 설계에 의한 항산화 활성
실시예 Response 실시예 Response
DPPH IC50
(mg/mL)		 ORAC
(μmol TE/g)		 DPPH IC50
(mg/mL)		 ORAC
(μmol TE/g)
1 2.86 216.12 12 1.54 292.53
2 2.55 187.04 13 2.15 200.19
3 1.72 206.53 14 1.67 238.25
4 1.74 203.94 15 1.82 208.10
5 1.26 234.86 16 2.67 218.44
6 1.57 235.30 17 1.37 226.24
7 1.31 348.74 18 0.69 267.87
8 2.70 189.32 19 1.57 238.90
9 2.37 219.65 20 2.51 232.44
10 1.65 212.49 21 2.04 214.80
11 3.81 183.88
표1 에 보는 바와 같이 혼합물 설계의 배합비에 따라 만들어진 과채류 혼합농축액의 DPPH 라디컬 소거능의 IC50은 0.69~3.81mg/mL의 범위를 보였고, ORAC value 수치는
187.04~348.74 μmol TE/g 의 범위를 나타내었다. 시중에 판매되는 베리함유 드링크 제품의 ORAC value의 최대값이 100 μmolTE/g 인 것을 감안하면 본 발명에 의한 베리과채류의 항산화활성이 매우 높음을 알 수 있다.
혼합물 내의 각 성분이 미치는 영향을 알아보기 위해 설정도나 반응별로 모델링화하였고, 분석은 모델에 의한 F-test를 통하여 유의성 검사를 하였다.
혼합물 설계에 대한 모델식 및 회귀분석
Response Model Prob>F Prob>F
(Lack of Fit tests)		 모델식1)
DPPH radical
Scavenging activity		 Linear <0.001 0.74 1.38 X A - 0.85 X B + 3.38 X C + 3.79 X D + 2.81 X E
ORAC value Linear <0.001 0.78 188.22 X A + 133.41 X B + 46.94 X C + 80.75 X D + 157.41 X E
1) A: 아사이베리, B: 아로니아, C: 크랜베리, D: 산머루, E: 시금치
표2는 배합비에 따른 DPPH IC50, ORAC value 는 통계적으로 분석하여, 모든 반응값에 대한 적합한 모델은 선형 상태인 linear model (p<0.05)로 확인되었다. 순수오차와 잉여오차의 비교에 의한 lack of fit (적합성결여)는 DPPH IC50, ORAC value 는 각각 0.74, 0.78의 probability 값을 가져 모델에 대한 적합성을 확인하였다. 특히, 예측된 canonical식에서 결정된 계수들은 각 과채류 혼합농축액에 의한 효과가 반응에 미치는 영향을 수치로 보여주고 있는 것으로 혼합한 성분들 간의 상호작용 효과를 볼 수 있다.
[실시예 22]
Trace Plot을 통한 model 분석
선형 및 비선형 모델에서 적용된 각 성분들의 constraint 값에 미치는 영향을 trace plot 으로 분석하였다. Trace plot에서 나타나는 기울기 및 곡선의 형태는 각 성분들이 각 종속변수
에 어떠한 반응을 나타내는지 보여준다. 각 성분들이 첨가한 성분에 복합적으로 상호작용하는 경우에는 비선형의 모델이 적용되며, 독립적인 기여도를 나타내면 선형모델이 선정된다. 과채류 혼합농축액의 DPPH IC50 의 결과 아사이베리, 아로니아, 크랜베리, 산머루, 시금치의 성분들이 상호작용 없이 각각 독립적으로 작용했음을 알 수 있다.
크랜베리(C-C), 산머루(D-D)의 함량이 증가할수록 DPPH IC50 값이 증가하였고, 아사이베리(A-A), 아로니아(B-B)의 함량이 증가할수록 DPPH IC50 값이 감소하였다. 이는 아사이베리와 아로니아 외 나머지 성분은 DPPH IC50 값을 증가시키는 부정적인 요인임을 추측할 수 있다.
한편, ORAC value에 대한 trace plot을 분석한 결과 마찬가지로 linear한 모델이 선정되어 각 성분들이 독립적으로 작용했음을 볼 수 있다. 아사이베리(A-A)의 함량이 높아질수록 ORAC value 값이 현저히 증가함을 알 수 있다. 위의 결과에서 보듯이, 아사이베리는 다른 성분들에 비해 DPPH IC50과 ORAC value에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있다.
[실시예 23]
통계적 과채음료 최적 배합비 도출
과채류 혼합농축액의 통계적 최적 배합비는 canomical 계수를 이용하여 목적 성분 아사이베리, 아로니아, 크랜베리, 산머루, 시금치로 하고, 반응값은 항산화능을 평가하는데 주요 종속변수로 DPPH IC50, ORAC value로 결정하였다. 반응의 범위는 DPPH IC50 은 망소특성으로, ORAC value 는 망대특성으로 하여 Numerical point로 예측하였다.
통계적 배합비 산출을 위한 평가 지표범위 설정
Contraint name Goal Lower limit Upper limit
DPPH radical scavenging activity
IC50(mg/mL)		 minimize - 2.0
ORAC value(μmolTE/g) maximize 240 -
과채농축액 5종의 최대 항산화활성을 가지는 최적 배합비 솔루션
NO 아사이베리 아로니아 크랜베리 산머루 시금치 DPPH IC50
(mg/mL)		 ORAC
(μmolTE/g)
1 73.41 16.59 10.00 0.00 0.00 1.40 277.39
2 80.00 10.00 10.00 0.00 0.00 1.38 306.03
3 65.71 25.29 10.00 0.00 0.00 1.45 245.07
4 74.00 10.00 10.00 3.00 3.00 1.64 264.31
5 72.41 10.00 10.00 4.59 3.00 1.74 258.22
솔루션은 통계적으로 컴퓨터가 입력된 실험값을 기초로 하여 시뮬레이션 후 제공된 배합비로 5가지 솔루션외에 모델식을 이용하여 다양한 형태의 솔루션이 가능하며 5가지로 한정한 것은 아니다. 본 발명에 있어서 솔루션이라고 하면 단순히 포인트 실험에 의해 최적화 조건을 선정한 것이 아니라 실험 결과를 바탕으로 컴퓨터의 통계프로그램이 모델식을 산출하고, 목표값을 입력하면 컴퓨터가 최적 배합비를 출력하여 제공하는 본 발명의 황금 배합비율이라고 정의한다.
또한 혼합물 설계와 같은 전문적인 프로그램을 사용하지 않고 원료 5가지를 바탕으로 상기의 표와 같은 배합비 솔루션을 제공하기 위해서는 대략적으로 20,000번 이상 실험을 해야 되며 20,000번의 다양한 실험을 해도 상기의 솔류션과 같이 정밀하게 최적배합비를 산출할 수 없어 5가지 원료에 대한 시너지와 각각의 항산화력을 모두 실험한 것은 신규성이 있으며, 해당 기술 분야의 숙련된 당업자라 하더라도 재현하기 어렵다고 판단된다.
[실시예 24]
소비자 기호도 조사 결과
과채즙 원액 5종(솔루션 1 ~ 5)을 각각 100% 원액으로 하여 관능검사 시료로 하였다. 척도
훈련에 사용된 표준물질로 단맛에는 설탕(삼양사, 대한민국), 짠맛은 정제소금(㈜한주, 대한민국), 신맛은 함수구연산(대정화금, 대한민국), 쓴맛에는 무수카페인(Acros Organics, USA), 떫은맛에는 명반(유니케미, 대한민국)을 사용하였다. 용어도출과 척도훈련 단계에서 정의된 속성과 강도를 기반으로 원액시료의 속성 강도를 3반복 평가하였다.
종합기호 및 종합선호도 평가
솔루션-1 솔루션-2 솔루션-3 솔루션-4 솔루션-5
종합기호
평균		 5.00 5.14 5.23 4.84 5.27
종합선호
순위합1)		 264abc 2) 288ab 232c 300a 260bc
1) 순위합이 적을수록 선호도가 높은 시료임
2) 동일한 문자는 시료간 유의차가 없다는 것을 의미함(p<0.05)
다중비교는 각 속성별로 5개 시료 평균에 대해 LSD 검증함.
소비자 종합 기호도 평가 결과 표5에서 보듯이 솔루션-3의 선호도가 가장 높았으며, 솔루션-1의 선호도도 나쁘지 않은 것으로 나타났다. 솔루션-4가 상대적으로 종합선호도가 낮게 나타났다.
항산화력과 소비자 기호도 조사를 종합적으로 볼 때 솔루션-1과 솔루션-3이 제품개발에 적합할 것으로 판단되며 더욱 좋게는 솔루션-1이 최적이라고 본 발명에서는 판단하였다.
[실시예 25]
베리 과채 음료(솔루션-1)의 발효초의 제조
실시예23과 실시예24를 통해서 베리 과채 음료의 시너지 효과 기반 항산화활성이 최대인 과채음료를 제조한 후 저장용기에 옮겨 -40℃ 냉동실에서 냉동보관하면서 본 발명에 사용하였다.
상기 제조된 베리 과채음료를 이용하여 도1과 같이 베리 과채 음료 발효초를 제조하였다. 즉, 베리 과채음료(glucose 39.32g/L, 17.4brix)을 정제수를 이용하여 실온에서 10brix로 희석한 후, 효모 (Saccharomyces cerevisiae KSH-Y1, KCTC 188224P)를 접종하여 알코올발효를 수행하고, 초산균 (Acetobacter pasteuriaunus , subsp. pasteruianus KCTC 22322)을 접종하여 30℃ 온도에서 200rpm으로 교반하면서 12, 24, 36, 48시간 초산발효를 수행하였다. 이때, 총산은 초산으로서 4 내지 5 중량%가 되도록 하였다. 그 후 발효 혼합물로부터 침전물을 제거하는 1차 여과를 통해 상등액을 취한 후, 다시 규조토 여과(#200, #500)를 통해 2차 여과를 수행하였다. 2회의 여과 후 얻어진 상등액을 90℃에서 40초 동안 순간살균한 후 냉각시키며, 1.0㎛ 필터를 이용하여 3차 여과를 수행하여 베리 과채음료 초산발효초를 제조하였다.
[실시예 26]
베리 과채 음료(솔루션-1)의 발효초를 이용한 음료의 제조
실시예 25에서 제조한 베리 과채 음료 발효초를 이용하여 하기 표6과 같은 조성으로 음료를 제조하였다. 즉, 홍삼농축액 0.2 중량%, 액상과당 7 중량%, 이소말토올리고당 4 중량%, 베리 과채 음료 초산발효액 11%, 아로니아농축액 6%, 적도포농축액 6%, 블루베리농축액 6%, 함수구연산 0.02 중량%, 비타민C 0.01 중량%, 천연블루베리향(SK-C2196) 0.05 중량%, 정제수 59.72 중량%를 포함하는 음료를 제조하였다.
이때, 제조된 음료의 당도는 21.5brix, pH는 4.2, 당도 21.5, 비중 1.0897 이었다.
초산음료 배합비
NO 원료명 배합비율(w/w, %) 사용량(kg)
1 홍삼농축액 0.2 2
2 액상과당 7.0 70
3 이소말토올리고당 4.0 40
4 베리 과채 초산발효액 11.0 110
5 아로니아 농축액 6.0 60
6 적포도 농축액 6.0 60
7 블루베리 농축액 6.0 60
8 함수구연산 0.02 0.2
9 비타민C 0.01 0.1
10 천연블루베리향 0.05 0.5
11 정제수 59.72 597.2
[실시예 27]
베리 과채 음료(솔루션-1)의 발효초를 이용한 음료의 항산화 활성
실시예 중 음료를 제조하기 전인 초산발효액 상태에서 비발효된 베리 과채 농축액과 항산화 활성을 비교하기 위해 DPPH 라디칼 소거활성, ORAC 항산화활성을 검정하였다.
음성 대조구 실험은 시료 대신에 증류수를 취하여 실험하였다.
베리 과채액 및 베리 과채 초산발효액 항산화 활성
시료 DPPH IC50
(mg/mL)		 ORAC
(μmol TE/g)
솔루션-1
(베리 과채액)		 1.49 ± 0.03 282.34 ± 11.92
솔루션-1 초산발효액 1.01 ± 0.07 364.03 ± 20.11
표7에서와 같이 베리 과채류의 혼합물보다 베리 과채류를 초산발효한 시료군에서 ORAC 항산화활성이 약 30% 증진되는 것을 확인할 수 있었다.
[실시예 28]
초산발효 음료의 관능평가
관능평가는 초산발효음료 배합비에 솔루션-1 원액만 대체하여 음료를 제조 한 후 비교 평가를 실시하였다.
초산발효 음료의 종합기호 및 종합선호도 평가
솔루션-1 음료 솔루션-1 초산발효음료
종합기호
평균		 5.11 5.09
종합선호
순위합1)		 273a 2) 271a
1) 순위합이 적을수록 선호도가 높은 시료임
2) 동일한 문자는 시료간 유의차가 없다는 것을 의미함(p<0.05)
다중비교는 각 속성별로 5개 시료 평균에 대해 LSD 검증함.
소비자 종합 기호도 평가 결과 표8에서 보듯이 솔루션-1 음료와 솔루션-1 초산발효 음료의 선호도에 유의적인 차이가 없었으며 솔루션-1초산발효 음료의 경우 선호도가 나쁘지 않은 것으로 나타났다. 따라서 초산발효 음료의 경우는 항산화력이 우수하면서도 관능이 나쁘지 않아 음료로 시판되어도 좋을 것으로 판단된다.
이상과 같이 실시예에서는 구체적인 구성 요소 등과 같은 특정 사항들과 한정된 실시예 및 도면에 의해 설명되었으나 이는 본 발명의 보다 전반적인 이해를 돕기 위해서 제공된 것이다. 또한, 본 발명이 상술한 실시 예들에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상적인 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 사상은 상술한 실시 예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 특허청구범위와 균등하거나 등가적 변형이 있는 모든 것들은 본 발명 사상의 범주에 속한다고 할 것이다.

Claims (9)

  1. 아사이베리, 아로니아, 크랜베리, 산머루, 시금치를 혼합하여 1L의 혼합음료로 제조한 후, 실온에서 10brix로 희석한 후, 효모 (Saccharomyces cerevisiae KSH-Y1, KCTC 188224P)를 접종하여 알코올 발효를 수행하고, 초산균 (Acetobacter pasteuriaunus, subsp. pasteruianus KCTC 22322)을 접종하여 20℃내지 40℃에서 200rpm으로 교반하여 초산 발효를 수행하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 초산발효 혼합물로부터 침전물을 제거하는 1차 여과를 하여 상등액을 취한 후, 규조토 여과를 통해 2차 여과를 수행하여2회의 여과 후 얻어진 상등액을 80℃내지 100℃에서 순간 살균한 후 냉각시키는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 규조토 여과는 #200 혹은 #500 인것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  4. 제2항에 있어서,
    상기 2회의 여과 후 얻어진 상등액을 1.0㎛ 필터를 이용하여 3차 여과를 수행하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 혼합음료는 아사이베리 70% 내지 80%, 아로니아 10%내지 20%, 크랜베리 10.00% 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 혼합음료는 아사이베리 60% 내지 70%, 아로니아 20% 내지 30%, 크랜베리 10.00% 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 혼합음료는 아사이베리 74.00% 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 3.00%, 시금치 3.00% 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서,
    상기 혼합음료는 아사이베리 72.41% 아로니아 10.00%, 크랜베리 10.00%, 산머루 3.00%, 시금치 3.00% 중량부를 포함하는 것을 특징으로 하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
  9. 제4항에 있어서,
    상기 3차 여과를 수행한 발효초에 홍삼농축액 0.2 중량%, 액상과당 7 중량%, 이소말토올리고당 4 중량%, 베리 과채 음료 초산 발효액 11%, 아로니아농축액 6%, 적도포농축액 6%, 블루베리농축액 6%, 함수구연산 0.02 중량%, 비타민C 0.01 중량%, 천연블루베리향(SK-C2196) 0.05 중량%, 정제수 59.72 중량%을 더 포함하는 고항산화 활성을 가지는 초산발효 베리과채 음료의 제조방법.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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KR20190043727A (ko) * 2017-10-19 2019-04-29 동의대학교 산학협력단 블루베리 추출물을 유효성분으로 함유하는 운동능력 증강용 식품 조성물
KR20200074628A (ko) * 2018-12-17 2020-06-25 한남대학교 산학협력단 천연 식재료를 활용한 항산화 음료 조성물

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