KR20190082659A - 이소말토올리고당 조성물의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

감미도가 90 이상인 이소말토올리고당(IMO) 조성물 및 이의 제조방법을 제공한다. 이에 의하면, 프룩토스를 추가하는 공정 없이도 감미도가 높은 이소말토올리고당을 제공할 수 있다.

Description

이소말토올리고당 조성물의 제조 방법{Method for preparing isomaltooligosaccharide composition}
이소말토올리고당 조성물의 제조방법에 관한 것이다.
이소말토올리고당(IMO)은 장내 유익균의 증식과 유해균의 억제에 도움을 주고, 변비 개선에 효과가 있는 등 인체에 대한 생리 기능성이 뛰어난 올리고당이다. 따라서, 국내 및 세계 등지에서 올리고당 시장을 주도하고 있는 기능성 당질 소재이다.
그러나, 일반적으로 이소말토올리고당에는 감미도가 높은 당류가 많이 함유되어 있지 않기 때문에, 설탕의 40~50% 수준의 감미도를 나타낸다. 따라서, 이소말토올리고당의 감미도를 높이기 위해 제조 공정 중 프룩토스와 글루코오스와 같은 감미도를 높일 수 있는 성분을 별도로 정제 및 분리하여 추가하는 방법 등이 이용된다. 예를 들어, 대한민국 공개특허 제10-2014-0136244호는 기존 이소말토올리고당 제품들보다 차별화된 감미질 및 감미도를 갖기 위해 당화원료로써 정제된 프록토스 시럽과 액화액을 혼합한 후 당화하여, 이소말툴로스가 포함된 이소말토올리고당을 제조함을 개시하고 있다. 상기 방법에 의해 제조된 이소말토올리고당은 기존 이소말토올리고당 제품 대비 1.7~2배 높은 감미도를 가지고 있으나, 설탕을 1 대 1로 대체하기에는 감미도가 충분하지 못하고, 제조 공정이 복잡하여 제조가 용이하지 않다는 문제점이 있었다. 따라서, 이러한 문제점을 극복하기 위해 설탕 수준의 높은 감미도를 가지며 단순한 제조공정을 가지는 이소말토올리고당을 제조하는 방법을 개발할 필요가 있다.
일 양상은 전분 슬러리를 액화 효소와 접촉시켜 액화액을 얻는 단계; 상기 액화액에 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 접촉시켜 이소말토올리고당을 포함하는 당화액을 얻는 단계; 상기 당화액에 이성화효소(isomerase)를 접촉시켜 프룩토스를 생성하는 단계를 포함하는 이소말토올리고당 조성물을 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
일 양상은 전분 슬러리를 액화 효소와 접촉시켜 액화액을 얻는 단계; 상기 액화액에 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 접촉시켜 이소말토올리고당을 포함하는 당화액을 얻는 단계; 상기 당화액에 이성화효소(isomerase)를 접촉시켜 프룩토스를 생성하는 단계를 포함하는 이소말토올리고당 조성물을 제조하는 방법을 제공한다. 일 구체예에서, 상기 이소말토올리고당 조성물은 이소말툴로오스를 포함하지 않는 것일 수 있다. 일반적으로 이소말툴로스는 과당 및 액화액을 효소반응 시켰을 때 생성된다. 그러나, 일 구체예에 따른 방법은 과당액을 원료로 사용하지 않기 때문에 이소말툴로스가 생성되지 않으며, 이소말툴로오스를 포함하지 않음으로써, 프룩토스의 함량이 증가되었는 바, 감미도가 높은 이소말토올리고당 조성물을 제조할 수 있는 효과가 있다.
본 명세서 내 용어, "올리고당"은 수 개 정도의 당류(saccharide)가 결합하여 형성된 탄수화물을 의미한다. "이소말토올리고당(isomaltooligosaccharide: IMO)"은 단쇄 탄수화물(short chain carbohydrate)의 혼합물로서, α-D-(1,6)-연결에 의한 글루코스의 올리고머를 포함할 수 있다. 이소말토오스(isomaltose), 파노오스 (panose), 이소말토트리오스(isomaltotriose), 이소말토테트라오스(isomaltotetraose), 이소말토펜타오스(isomaltopentaose), 니게로오스(nigerose), 코지비오스(kojibiose), 또는 트레할로오스(trehalose)를 당류로서 포함하는 것일 수 있다. 상기 올리고당은 1 내지 9개의 분지(branched) 당류를 포함하는 것일 수 있으며, 상기 분지된 당류는 1 내지 8개의 당류로 구성된 것일 수 있다. 예를 들면, 상기 이소말토올리고당은 코지비오스, 트레할로오스, 및 니게로오스 등의 분지 2당류를 포함하는 것일 수 있다. 상기 이소말토올리고당은 옥수수, 밀, 보리, 콩, 쌀, 감자, 고구마, 보리 또는 수수 등의 작물의 전분으로부터 효소를 이용하여 당업자가 쉽게 얻을 수 있으며, 상업적으로 판매되는 임의의 제품일 수 있다.
본 명세서 내 용어, 용어 "당화"는 전분 등의 무미한 다당류를 가수분해하여 감미가 있는 당으로 바꾸는 반응을 의미한다. 당화는 당화 효소를 이용한 효소적 반응 또는 화학적 반응을 통해 진행될 수 있다.
상기 전분 슬러리는 전분 가루가 적절한 용매(예를 들면, 물)와 혼합된 현탁액을 의미하며, 전분 슬러리 총 중량에서 전분의 비율이 20 내지 40%, 또는 25 내지 35%(w/w)일 수 있다.
일 구체예에 따른 방법은 전분 슬러리를 액화 효소와 접촉시켜 액화액을 얻는 단계를 포함한다. 상기 액화 효소는 전분을 액화하는 효소를 포함하는 것으로서, 알파-아밀라아제, 사이클로덱스트린 글리코실트랜스퍼레이즈, 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 액화 효소는 전분 슬러리 고형분의 총 중량을 기준으로 0.04 내지 0.05%(w/w)일 수 있다. 상기 액화 효소를 전분 슬러리와 접촉시켜 액화액을 얻는 단계는 pH 5.5 내지 6.0, 온도 100 내지 110℃에서, 5분 내지 180분간 수행하는 것일 수 있다.
일 구체예에 따른 방법은 상기 액화액에 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 접촉시켜 이소말토올리고당을 포함하는 당화액을 얻는 단계를 포함한다. 이때, 상기 액화액에 제1 당화 효소를 접촉시킨 후, 제2 당화 효소를 접촉시킬 경우, 이소말토올리고당의 함량이 낮아진다는 문제점이 있으며, 상기 액화액에 제2 당화 효소를 접촉시킨 후, 제1 당화 효소를 접촉시킬 경우, 당화액을 제조하는데 필요한 당화 효소의 함량이 증가한다는 문제점이 있다. 따라서, 상기 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 동시에 접촉시킴으로써, 이소말토올리고당의 당화 시간을 단축시킬 수 있을 뿐만 아니라, 최적의 이소말토올리고당의 함량을 갖는 당화액을 제조할 수 있다는 효과가 있다. 상기 당화 효소는 전분을 당화시키는 효소를 의미한다. 상기 제1 당화효소는 전분을 가수분해하여 분자량이 작은 당류를 생성하는 효소들을 포함한다. 이후, 생성된 분자량이 작은 당류는 트랜스글루코시데이즈 등의 효소의 반응기질로 사용된다. 상기 제1 당화 효소는 글루코아밀라아제, 알파-아밀라아제, 베타-아밀라아제, 아이소아밀라아제, 풀룰라나아제(pullulanase), 또는 이들의 조합일 수 있다.
글루코아밀라아제는 전분이나 덱스트린을 가수분해하여 포도당을 만드는 효소로서, 직쇄당뿐만 아니라 분지당과 같은 이소말토올리고당 성분들(α-(1,6) 결합)도 가수분해하여 포도당을 만들 수 있다. 일반적으로 이소말토올리고당의 제조시 글루코아밀레이즈는 사용되지 않는다. 그러나, 일 실시예에서 일반적으로 이소말토올리고당의 제조시 쓰이지 않는 글루코아밀라아제를 주로 이용하여 이소말토올리고당과 포도당만이 존재하는 1차 당액을 만드는 레시피를 개발하였다. 따라서, 법적 규격을 만족시킬수 있는 이소말토올리고당의 함량을 유지하면서 그 외의 성분들은 모두 포도당으로 분해시킬 수 있다.
알파-아밀라아제는 전분이나 덱스트린을 무작위로 가수분해하는 효소로서, 이소말토올리고당(α-(1,6) 결합) 성분은 분해하지 못하기 때문에 주로 이소말토올리고당의 제조시 이용되는 효소이다.
베타-아밀라아제는 전분이나 덱스트린을 분해하여 말토오스(2당류)로 만드는 효소로서, 이소말토올리고당 성분((α-(1,6) 결합))은 분해하지 못한다.
풀룰라나아제는 DP 3~5정도의 플루란(말토트리오스나 말토테트라오스과 같은 직쇄당에 포도당 한 두개가 α-(1,6) 결합으로 구성된 당에 있는 α-(1,6) 결합을 분해하는 효소로서, 알파아밀레이즈나 베타아밀레이즈가 분해하지 못하는 기질들을 분해하여 트랜스글루코시데이즈가 이소말토올리고당 성분을 만드는 것을 도와줄 수 있다.
상기 제1 당화 효소는 액화액 고형분의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 0.08%(w/w)일 수 있다. 예를 들어, 0.02 내지 0.08%(w/w), 0.02 내지 0.07%(w/w), 0.02 내지 0.06%(w/w), 0.02 내지 0.05%(w/w), 0.02 내지 0.04%(w/w), 0.03 내지 0.08%(w/w), 0.03 내지 0.05%(w/w)일 수 있다. 이때, 제1 당화 효소의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 이소말토올리고당의 감미도가 낮아진다는 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우, 이소말토올리고당의 함량이 법적 규격에 미달된다는 문제점이 있다.
상기 제2 당화 효소는 이소말토올리고당을 생성하는 효소들을 포함한다. 상기 제2 당화효소는 트랜스글루코시데이즈, 분지 효소(branching enzyme), 덱스트란 수크라아제, 아밀로 슈크라아제, 또는 이들의 조합일 수 있다.
트랜스글루코시데이즈는 이소말토올리고당의 제조시 가장 대중적으로 이용되는 효소로서, 이소말토올리고당의 성분인 α-(1,6) 결합을 포함한 당류를 생성할 수 있다. 주로 중합도(DP) 2~4의 직쇄당들을 기질로 이용하는데, 직쇄당에서 포도당이나 말토오스를 분해한 후, 다른 중합도 2~4의 당에 α-(1,6) 결합을 붙여 이소말토올리고당 성분들을 만들 수 있다. 트랜스글루코시데이즈는 분자량이 큰 기질(전분, 덱스트린)에 대해 직접적으로 반응하기 힘들다. 따라서, 알파-아밀레이즈, 베타-아밀레이즈 또는 플루라네이즈 등의 가수분해효소를 같이 반응시키면 트랜스글루코시데이즈가 반응하기 좋은 기질을 동시에 제공하므로, 이소말토올리고당의 제조시에 유용하다.
분지 효소(branching enzyme)는 트랜스글루코시데이즈와 유사하게 α-(1,6) 결합을 만드는 효소이다.
덱스트란 수크라아제 및 아밀로 슈크라아제는 설탕을 분해하여 나온 포도당을 직쇄당등에 붙여 분자량이 큰 이소말토올리고당을 만드는 효소이다.
상기 제2 당화 효소는 액화액 고형분의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 0.08%(w/w)일 수 있다. 예를 들어, 0.02 내지 0.08%(w/w), 0.02 내지 0.07%(w/w), 0.02 내지 0.06%(w/w), 0.02 내지 0.05%(w/w), 0.02 내지 0.04%(w/w), 0.03 내지 0.08%(w/w), 0.03 내지 0.05%(w/w)일 수 있다. 이때, 제2 당화 효소의 함량이 상기 범위 미만인 경우, 이소말토올리고당의 함량이 법적 규격에 미달된다는 문제점이 있고, 상기 범위를 초과하는 경우, 조성물의 감미도가 낮아진다는 문제점이 있다. 상기 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 접촉시켜 당화액을 얻는 단계는 pH 4.7 내지 5.5, 온도 55 내지 60℃에서 24시간 내지 72시간 동안 수행하는 것일 수 있다. 이때, 상기 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소의 최적 pH 조건이 다르기 때문에 pH가 상기 범위 미만인 경우, 이소말토올리고당의 최적 함량에 미달된다는 문제점이 있으며, 상기 범위를 초과하는 경우, 조성물의 감미도가 낮아진다는 문제점이 있다.
일 구체예에 따른 방법은 상기 당화액에 이성화효소(isomerase)를 접촉시켜 프룩토스를 생성하는 단계를 포함한다. 상기 당화액을 얻는 단계 이후 얻은 당화액은, 당해 분야에 잘 알려진 방법에 따라, 여과, 탈색, 이온 교환, 또는 농축시키는 단계를 더 거칠 수 있다.
상기 이성화 효소는 덱스트로오스 이소머라아제, 글루코스 이소머라아제 또는 이들의 조합일 수 있다. 상기 이성화 효소는 덱스트로오스 또는 글루코스를 프룩토스로 변환시킬 수 있다.
이성화 효소를 이용한 이성화 반응은 pH 7.5 내지 8.5, 또는 7.8 내지 8.0, 온도 50 내지 65℃, 또는 53 내지 60℃의 조건에서 수행하고, 이성화 이전 포도당의 함량이 고형분 기준으로 50 내지 90%, 또는 75 내지 90% (w/w), 또는 이성화 이후 프룩토스 함량이 고형분 기준으로 30 내지 45%, 또는 35 내지 45% (w/w)가 되도록 수행하는 것일 수 있다. 또한, 당액의 고형분의 함량이 40 brix 이하, 38 brix 이하, 또는 30 brix이하일 때 수행하는 것일 수 있다.
일 양상에서, 상기 이성화 효소를 이용하여 프룩토스를 생성하는 단계는 이소말토올리고당이 생성된 이후 수행된다. 덱스트로스 이소머라아제 등의 이성화 효소의 반응 pH(7.5 내지 8.5) 및 반응 온도는 당화 효소들의 반응 pH(4.5 내지 5.5) 및 온도와 매우 다르므로, 이소말토올리고당을 생성하는 당화 효소들과 함께 이성화 효소를 사용할 수는 없다는 것이 당해 분야의 일반적인 상식이었다. 그러나, 일 실시예에서, 본 발명자들은 이소말토올리고당의 제조 공정 도중에 이성화 효소를 첨가하여 제1 및 제2 당화 효소와 이성화 효소가 반응하도록 하는 방법을 개발하였다. 따라서, 이소말토올리고당 조성물의 당 조성의 변형이 자유로우며, 감미도가 낮은 성분인 중합도 3 이상(DP3+)의 당류의 함량을 5 내지 7% 수준으로 낮출 수 있고, 감미도가 높은 성분인 중합도 2 이하(DP1, DP2)의 단당류 또는 이당류의 함량을 85 내지 97%로 높일 수 있다. 그러므로, 설탕과 비슷한 수준의 감미도를 갖는 이소말토올리고당을 생산할 수 있다. 아울러, 제조된 이소말토올리고당에서 이성화효소에 의해 덱스트로오스를 프룩토스로 변환시킴으로써 프룩토스를 생산하므로, 감미도를 높이기 위한 당류를 별도로 생산, 및 정제하고, 이소말토올리고당에 추가하는 공정을 생략할 수 있다. 다만, 필요에 따라 추가적으로 프룩토스를 첨가하는 것도 가능하다. 상기 이성화 효소는 분말 형태, 또는 액상 형태일 수 있다.
다른 양상은, 고형분의 총 중량을 기준으로, 3 내지 10%(w/w)의 중합도 3 이상의 당류, 85 내지 97%(w/w)의 단당류 및 이당류를 포함하는 이소말토올리고당 조성물을 제공한다.
상기 조성물은 75 내지 85%(w/w)의 단당류를 포함하는 이소말토올리고당 조성물일 수 있다. 단당류는 글루코스, 프룩토스, 마노스, 갈락토스, 또는 리보스를 포함할 수 있다. 상기 프룩토스의 함량은 30 내지 40%(w/w)일 수 있다.
일 양상에 따른 이소말토올리고당 조성물은 감미도가 높은 단당류 및 이당류의 함량이 높아, 높은 감미도를 제공할 수 있다. 상기 이소말토올리고당 조성물은 감미도가 88 이상, 89 이상, 90 이상, 91 이상, 92 이상, 93 이상, 94 이상, 또는 95 이상일 수 있다.
상기 조성물이 식품용 조성물인 경우, 당해 기술분야에 공지되어 있는 통상적인 식품의 제형으로 제제화될 수 있다. 상기 식품용 조성물은 예를 들어 산제, 과립제, 정제, 환제, 캅셀제, 현탁액, 유제, 시럽제, 침제, 액제, 엑스제 등의 일반적인 제형으로 제조될 수도 있고, 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스넥류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 젤리, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등의 임의의 식품 형태로 제조될 수도 있다. 상기 식품의 제제화를 위해 식품학적으로 허용 가능한 담체 또는 첨가제를 사용할 수 있으며, 제조하고자 하는 제형의 제조에 당해 기술분야에서 사용 가능한 것으로 공지되어 있는 임의의 담체 또는 첨가제가 이용될 수 있다. 상기 첨가제로서 각종 영양제, 비타민, 전해질, 풍미제, 착색제, 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산 음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그 이외에도 천연 과일쥬스, 과일쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다. 이러한 첨가제 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있으며, 첨가제의 비율은 조성물 전체 중량을 기준으로 0.001 내지 5 중량%, 구체적으로 0.01 내지 3 중량%일 수 있다.
상기 음료는 상기 조성물을 감미제로서 사용하는 것일 수 있으며, 통상적으로 음료에 사용되는 다양한 향미제 또는 천연 탄수화물 등을 더 함유할 수 있다. 상기 천연 탄수화물로는 단당류(예: 포도당, 과당 등), 이당류(예: 말토즈, 수크로즈 등), 다당류(예: 덱스트린, 시클로덱스트린 등)와 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜이 함유될 수 있다. 또한, 향미제로서 천연 향미제(예: 타우마틴, 스테비아 추출물 등) 및 합성 향미제(예: 사카린, 아스파탐 등)를 함유할 수 있다.
일 양상에 따른 이소말토올리고당의 제조방법에 의하면, 공정을 단순화시켜 원가를 절감하면서도 설탕수준의 감미도가 높은 이소말토올리고당을 제공할 수 있다. 또한, 이소말툴로오스를 포함하지 않음에도 불구하고 설탕과 비슷한 수준의 감미도를 가질 수 있으므로 설탕의 대체 감미료로 활용될 수 있다.
도 1은 일 양상에 따른 이소말토올리고당 조성물의 제조 공정을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
도 2는 일 양상에 따른 이소말토올리고당 조성물의 감미도를 평가한 그래프이다.
이하, 본 발명의 이해를 돕기 위하여 바람직한 실시예를 제시한다. 그러나 하기의 실시예는 본 발명을 보다 쉽게 이해하기 위하여 제공되는 것일 뿐, 하기 실시예에 의해 본 발명의 내용이 한정되는 것은 아니다.
[실시예]
실시예 1. 이소말토올리고당 조성물의 제조
2,600 g의 옥수수 전분 및 6,000 g의 물을 용기 내로 첨가하여 전분 슬러리를 제조하였다. 액화 효소인 알파-아밀라아제(Liquozyme Supra 2.2X, 노보자임스코리아)를 전분 슬러리의 고형분의 총 중량을 기준으로 0.04 내지 0.05%(w/w)를 pH 5.5 내지 6.0에서 상기 전분 슬러리에 첨가하였다. 100 내지 110℃의 온도에서 5 내지 30분 동안 반응시켜 포도당 당량(dextrose equivalent: DE)이 8 내지 17의 액화액을 얻었다. 이후, 상기 액화액에 당화 효소를 접촉시켜 당화액을 얻었다. 구체적으로, 액화액의 고형분 총 중량을 기준으로 글루코아밀라아제(Dextrozyme 2.0X, Novozymes) 0.026%~0.06%(w/w)와 트랜스글루코시데이즈(Transglucosidase L "Amano", AMANO) 0.03%~0.06%(w/w)를 pH 4.8~5.3 에서 첨가하여 온도 55~60℃에서 24시간~70시간 동안 반응시켰다.
이렇게 하여, 덱스트로오스가 포함된 이소말토올리고당액을 얻었다. 이후, 미반응 물질을 여과하고, 입상 활성탄으로 충진된 탄소 컬럼에 70 내지 75℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 통과시켜 탈색하였다. 이어서, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하였다. 이후, 얻은 이소말토올리고당액 중 포함된 덱스트로오스를 프룩토스로 변환하였다. 구체적으로, 이소말토올리고당액을 이성화효소(Gensweet IGI, Dupont)가 충진된 칼럼에 온도 53 내지 60℃ 및 pH 7.5 내지 8.0에서 통과시켜 프룩토스 함량이 고형분 기준으로 30 내지 45% (w/w)인 이성화액을 얻은 후, 양이온 교환 수지(PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지(WA30, 삼양사)를 이용하여 이온성 물질을 제거하였다. 이온 정제된 용액에 분말탄을 넣어 70 내지 75℃의 온도에서 30분 내지 1시간 동안 탈색 반응을 시키고, 5A 및 5C 여과지를 이용하여 여과시키고, 농축기를 이용하여 75 내지 82 Bx의, 감미도가 높은 이소말토올리고당 조성물을 얻었다.
[비교예]
비교예 1. 이소말토올리고당 조성물의 제조
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 액화액을 얻었다. 이후, 상기 액화액에 당화 효소를 접촉시켜 당화액을 얻었다. 구체적으로, 액화액의 고형분 총 중량을 기준으로 글루코아밀라아제(Dextrozyme 2.0X, Novozymes) 0.05%~0.10%(w/w) pH 4.0~4.5 에서 첨가하여 온도 55~60℃에서 24시간 동안 반응시켰다.
이렇게 하여, 얻어진 덱스트로오스액의 미반응 물질을 여과하고, 입상 활성탄으로 충진된 탄소 컬럼에 70 내지 75℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 통과시켜 탈색하였다. 이어서, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하였다. 이후, 얻어진 용액을 45 내지 50 brix로 농축하고, 이성화효소(Gensweet, Dupont)가 충진된 칼럼에 54 내지 60℃ 및 pH 7.5 내지 8.0으로 통과시켜 프룩토오스 함량이 고형분 기준으로 40 내지 45%인 이성화 액을 얻었다. 이후, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하고, 입상탄을 사용하여 탈색시킨 다음 농축기를 이용하여 55 내지 60 brix의 프록토오스 농축액을 얻었다. 상기 프록토오스 농축액을 60 내지 62℃에서 분리기 수지(Dowex Monosphere 99ca/320, Dow)가 충진된 칼럼을 이용하여 고형분 기준으로 프룩토오스 함량이 85% 이상인 고순도 프록토오스 용액을 얻었다. 이후, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하고, 입상탄을 사용하여 탈색시킨 다음 농축기를 이용하여 70 내지 80 brix의 프룩토오스 농축액을 얻었다.
이후, 프룩토오스 함량이 고형분 기준 55 내지 57%가 되도록 상기의 프록토오스 함량이 40 내지 45%인 프룩토오스 농축액(55~60 brix)과 혼합하고, 물을 가하여 35 내지 38 brix의 당액을 제조하였다. 상기 당액에 상기 액화액(35 내지 38 brix)을 상기 당액의 총 중량을 기준으로 40% 정도 혼합하여 당화 원료를 제조하였다. 이후, 얻어진 당화 원료에 당화원료의 고형분의 총 중량을 기준으로, 진균성 알파아밀라아제(Clarase L, Dupont) 0.03 내지 0.06%, 플루라아제(Optimax L 1000, Dupont) 0.011~0.014%, 트랜스글루코시다아제 (Transglucosidase L "Amano", 세인코퍼레이션) 0.024~0.027%를 첨가하여, 온도 55 내지 60℃ 및 pH 5.2 내지 5.6에서 40 내지 48시간 동안 반응시켜 이소말토올리고당액을 얻었다. 얻어진 용액의 미반응 물질을 여과하고, 입상 활성탄으로 충진된 탄소 컬럼에 70 내지 75℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 통과시켜 탈색하였다. 이어서, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하였다. 그런 다음 얻어진 용액을 75 내지 77 brix로 농축하여 이소말토올리고당 조성물을 얻었다.
비교예 2. 일반 이소말토올리고당 조성물의 제조
상기 제조예 1과 동일한 방법으로 액화액을 얻었다. 이후, 상기 액화액에 당화 효소를 접촉시켜 당화액을 얻었다. 구체적으로, 액화액의 고형분 총 중량을 기준으로 진균성 알파아밀라아제(Clarase L, Dupont) 0.03 내지 0.06%, 플루라아제(Optimax L 1000, Dupont) 0.011~0.020%, 트랜스글루코시다아제 (Transglucosidase L "Amano", 세인코퍼레이션) 0.03~0.05%를 첨가하여, 온도 55 내지 60℃ 및 pH 5.2 내지 5.6에서 40 내지 48시간 동안 반응시켜 이소말토올리고당 용액을 얻었다. 얻어진 용액의 미반응 물질을 여과하고, 입상 활성탄으로 충진된 탄소 컬럼에 70 내지 75℃의 온도에서 30분 내지 2시간 동안 통과시켜 탈색하였다. 이후, 양이온 교환 수지 (PK218, 삼양사) 및 음이온 교환 수지 (WA30, 삼양사)를 사용하여 40 내지 50℃에서 50 내지 150 L/분의 유속으로 상기 용액으로부터 이온 성분을 제거하였다. 이후, 얻어진 용액을 75 내지 77 brix로 농축하여 이소말토올리고당 조성물을 얻었다.
[실험예]
이소말토올리고당 조성물의 당류 조성 분석
상기 실시예 1 및 비교예 1~2의 이소말토올리고당 조성물의 당류 조성을 분석하였다. 구체적으로, 상기 조성물을 고성능 액체 크로마토그래피(HPLC)를 이용하여 분석하여, 그 결과를 하기 표 1에 나타냈다. 이때, 분리 칼럼은 ∮7.8 mm ×300 mm Aminex HPX-42A Carbohydrate column (제조사: Bio-Rad)과 ∮4.6 mm × 250 mm YMC Polyamine Ⅱ column을 사용하였다. 하기 표 1에서 각 당류의 함량은 각 당액 조성물 또는 물엿에 포함된 당류 전체 중량을 기준으로 백분율로 환산한 값이다. 또한, 이소말토올리고당 함량(IMO%)은 식품공전의 올리고당 분석법을 이용하여 함량을 계산하였다.
당조성 (DB%) 실시예 1 비교예 1 비교예 2
프룩토스 39.0 33.2 0.0
글루코스 41.6 35.5 24.4
이소말툴로오스 0.0 6.0 0.0
말토오스 2.4 6.2 10.80
이소말토오스+코지비오스+니게로오스 11.9 8.6 11.79
말토트리오스 및 그 이상의 다당류 6.9 10.6 53.01
IMO% 15.4 17.8 53.39
그 결과, 표 1에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 경우, 감미도가 높은 단당류 성분인 프룩토스와 글루코스를 78% 이상 포함하는 것을 확인할 수 있었다. 반면, 비교예 1의 경우, 단당류 성분을 약 69%, 비교예 2의 경우, 단당류 성분을 약 25% 포함하는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 김미도가 높은 성분인 단당류의 함량 차이로 인해, 실시예 1(감미도 95~100)은 비교예 1(감미도 80~85) 및 비교예 2(감미도 45~50)와 비교하여 상대적으로 더 강한 단맛을 느낄 수 있다.
또한, 비교예 1의 경우와 달리, 실시예 1의 경우 이소말툴로오스를 포함하지 않는 것을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예 1의 조성물은 비교예 1~2와 당류의 조성이 다르기 때문에 감미질 및 감미도가 다른 특징이 있다.
이소말토올리고당 당액 조성물의 물성 분석
상기 실시예 1 및 비교예 1~2의 이소말토올리고당 조성물의 점도를 분석하였으며, 하기 표 1에 나타냈다. 구체적으로, 상기 조성물을 75.0 brix로 정확하게 조정한 후, 점도계를 이용하여 점도를 분석하였다. 이때 사용한 점도계와 조건은 Brookfield, spindle no. SCH25, rpm 12, 20℃ 이다.
　 실시예 1 비교예 1 비교예 2
점도(cps) 20℃, 75Bx 1,500 1,800 2,240
그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 실시예 1의 조성물은 비교예 1~2의 조성물에 비하여 점도가 낮은 것을 확인할 수 있었다. 즉, 실시예 1의 경우, 비교예 2에 비하여 흐름성(flowability)이 좋아 사용이 편리하다는 이점이 있다.
이소말토올리고당 당액 조성물의 감미도 비교
상기 실시예 1의 이소말토올리고당 조성물의 감미도를 평가하였다. 구체적으로, 당해 분야의 전문가 10인으로 구성된 평가원들에게 설탕 및 실시예 1의 조성물을 희석하여 7, 10, 13 brix로 맛보게 한 후, 고형분 중량기준으로 설탕 감미도를 10으로 하여 그 상대 감미도를 측정하였다. 정확한 측정을 위해 블라인드 테스트를 진행하였고, 섭취 사이에는 깨끗한 물로 입을 헹구고 일정 휴식시간을 취하여 섭취 순서에 따른 영향이 없도록 하였다.
그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이 실시예 1의 이소말토올리고당 조성물은 설탕 감미도의 96% 이상의 수준을 갖는 것을 확인하였다. 즉, 상기 조성물은 설탕을 1 대 1로 대체할만한 감미료로 사용될 수 있다.
당액의 성분 함량에 따른 이성화 이후 감미도 비교
(1) 이소말토올리고당의 함량에 따른 감미도 비교
상기 실시예 1의 이소말토올리고당 조성물의 이소말토올리고당 함량에 따른 감미도(이성화 이후)를 비교하였다. 구체적으로, 당해 분야의 전문가 10인으로 구성된 평가원들에게 설탕 및 실시예 1의 조성물 적량을 맛 보게 한 후, 그 감미도 및 감미질을 5단계(매우 유사, 유사, 약하게 유사, 약함, 및 매우 약함)로 평가하게 하였다. 정확한 측정을 위해 블라인드 테스트를 진행하였고, 섭취 사이에는 깨끗한 물로 입을 헹구어 섭취 순서에 따른 영향이 없도록 하였다.
평가항목 이소말토올리고당 함량 (고형분 기준 w/w)
10~35% 35%~50% 50%~75% 75%~100%
설탕 감미도와 비교(평균) 유사함 약함 매우약함 매우약함
설탕 감미질과의 유사도(평균) 유사함 약하게 유사함 약함 약함
그 결과, 표 3에 나타난 바와 같이 이소말토올리고당 함량이 10~35%(고형분 함량)인 당액을 이성화 시켰을 때, 설탕의 감미도 및 감미질과 유사한 것을 확인할 수 있었다. 따라서, 상기 조성물을 식품용 조성물로 이용할 경우, 상기 조성물의 함량을 10~35%로 포함함으로써 설탕을 대체할 수 있는 감미료로 사용할 수 있다.
(2) 글루코스의 함량에 따른 이성화 이후 감미도 비교
이성화 단계 전, 당화 단계에서 글루코스의 함량에 따른 이소말토올리고당 조성물의 감미도를 비교하였다. 구체적으로, 당화 단계에서 글루코스 함량을 하기 표 4와 같이 조절하였다는 점을 제외하고는 실시예 1과 동일한 방법으로 이성화 단계를 수행하여 이소말토올리고당 조성물을 제조하였다. 이후, 당해 분야의 전문가 10인으로 구성된 평가원들에게 설탕 수용액 10%(w/w)과 실시예 1의 조성물 10%(w/w)를 맛보게 한 후, 고형분 중량기준으로 설탕 감미도를 100으로 하여 그 상대 감미도를 측정하였다. 정확한 측정을 위해 블라인드 테스트를 진행하였고, 섭취 사이에는 깨끗한 물로 입을 헹구고 일정 휴식시간을 취하여 섭취 순서에 따른 영향이 없도록 하였다.
평가항목 글루코스 함량 (고형분 기준 w/w))
0%~30% 30%~50% 50%~75% 75%~90%
상대 감미도 (설탕100 기준) 60 이하 60~75 75~105 105~115
표 4에 나타난 바와 같이, 당액의 글루코스 함량이 50~90% 이상일 때, 보다 우수한 감미도를 갖는 조성물을 제조할 수 있다.

Claims (10)

  1. 전분 슬러리를 액화 효소와 접촉시켜 액화액을 얻는 단계;
    상기 액화액에 제1 당화 효소 및 제2 당화 효소를 접촉시켜 이소말토올리고당 당화액을 얻는 단계;
    및 상기 당화액에 이성화효소(isomerase)를 접촉시켜 고형분 총 중량을 기준으로 30 내지 45%(w/w)의 프룩토오스를 생성하는 단계를 포함하는 이소말토올리고당 조성물을 제조하는 방법.
  2. 청구항 1에 있어서, 상기 이소말토올리고당의 함량은 조성물 고형분의 총 중량을 기준으로 10 내지 35 %(w/w)인 방법.
  3. 청구항 1에 있어서, 상기 이소말토올리고당 당화액은 조성물 고형분의 총 중량을 기준으로 50 내지 90 %(w/w)의 포도당을 포함하는 것인 방법.
  4. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 당화 효소는 글루코아밀라아제, 알파-아밀라아제, 베타-아밀라아제, 아이소아밀라아제, 풀룰라나아제(pullulanase), 또는 이들의 조합인 방법.
  5. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 당화 효소는 트랜스글루코시데이즈, 분지 효소(branching enzyme), 덱스트란 수크라아제, 아밀로 슈크라아제, 또는 이들의 조합인 방법.
  6. 청구항 1에 있어서, 상기 제1 당화 효소는 액화액 고형분의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 0.08%(w/w)인 방법.
  7. 청구항 1에 있어서, 상기 제2 당화 효소는 액화액 고형분의 총 중량을 기준으로 0.02 내지 0.08%(w/w)인 방법.
  8. 청구항 1의 방법으로 제조된, 고형분의 총 중량을 기준으로 3 내지 10%(w/w)의 중합도 3 이상의 당류를 포함하며, 85 내지 97%(w/w)의 단당류 및 이당류를 포함하는 이소말토올리고당 조성물.
  9. 청구항 8에 있어서, 75 내지 85%(w/w)의 단당류를 포함하는 것인 이소말토올리고당 조성물.
  10. 청구항 8에 있어서, 프룩토스의 함량이 30 내지 45%(w/w)인 이소말토올리고당 조성물.
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