KR20200119865A - 맥주박으로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 회수하고 이를 사용하기 위한 공정 - Google Patents
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Abstract
맥주박(brewer's spent grain)으로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 또는 정제하는 공정으로, 상기 공정은 맥주박을 제공하는 단계; 발효 브로스를 수득하기 위하여 상기 맥주막의 효소적으로 처리하여 당화시키고 젖산균 및/또는 초산균 및/또는 프로바이오틱스를 이용하여 상기 맥주박을 효소적으로 처리하고 상기 당화된 맥주박을 발효시키는 단계;및 상기 발효된 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 및/또는 정제하는 단계를 포함하는 공정.
Description
본 발명은 맥주박(brewer's spent grain)으로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 또는 정제하는 공정, 뿐만 아니라 맥주막으로부터 수득된 추출/정제된 단백질성 및/또는 섬유질성 물질의 용도에 관한 것이다.
맥주박(BSG, Brewers' spent grain)은 맥주 양조 과정에서 발생하는 가장 풍부한 부산물이다. 이 물질은 맥아즙(wort) 생성 후 고형분으로서 수득되는 보리 곡물 겉껍질로 구성된다. BSG는 당과 단백질이 풍부하기 때문에, 현재까지 이 생성물을 사용하는 주요 용도는 동물 사료였다. 그러나 BSG는 식이 섬유와 단백질이 많기 때문에, 바로 이러한 동일한 이유로, 특히 생체활성, 건강-증진 화합물의 잠재적인 공급원으로서 가치 있는 성분 조성을 고려할 때, 다른 분야의 적용에 관심이 있다.
BSG는 원래의 보리 알갱이를 덮은 종피(seed coat)-과피-겉껍질 층으로 이루어진다. 전분 함량은 일반적으로 낮으며, BSG의 조성은, 주로 전분이 없는 다당류(NSP; 아라비녹실란(AX) 형태의 헤미셀룰로스 및 셀룰로스)와 상당량의 단백질과 리그닌인 섬유질을 함유하며, 통상적으로 아라비녹실란(AX)이 가장 풍부한 성분을 구성한다. 따라서, BSG는 기본적으로 리그노셀룰로스계 물질이다. 섬유질은 건조 중량 기준으로 BSG 조성물의 약 절반을 구성하는 한편, 단백질은 건조 중량 기준의 30% 이하를 구성할 수 있다. 이러한 높은 섬유질 및 단백질 함량은 BSG를 식품 용용 분야의 흥미로운 원료로 만든다.
예측할 수 있는 바와 같이, 셀룰로스(β-(1,4)-연결된 글루코스 잔기)는 BSG에서 또 다른 풍부한 다당류이다. 또한 특정 수준의 (1-3,1-4)-β-D-글루칸이 존재할 수 있다. BSG에서 가장 풍부한 단당류는 자일로스, 글루코스 및 아라비노스이고, 또한 미량의 람노스와 갈락토스가 발견된다.
아라비녹실란(AX)은 BSG에서 건조 중량의 25% 이하를 구성한다. 이들의 대부분은 다른 섬유질 성분(셀룰로스 또는 리그닌) 또는 단백질과 관련되어 있으며, 생물학적으로 이용 가능하지 않다(물-추출 불가능한 아라비녹실란, WUAX). 적은 분량의 WUAX는 효소 처리를 통해 가용성(물-추출 가능한 아라비녹실란, WEAX)으로 만들 수 있다. WEAX의 섭취는, 프리바이오틱 효과, 식후 혈당 수치의 조절, 콜레스테롤 수준 저하, 종양 억제 및 면역조절 효과를 포함하여, 건강에 긍정적인 효과를 갖는 것으로 나타났다. 따라서, 인간 섭취를 위한 BSG 제제에서 WEAX의 비율을 증가시키는 것이 바람직하다.
BSG의 단백질 함량은 건조 중량 기준 당 통상적으로 약 30%의 수준으로 존재한다. 가장 풍부한 것은 호르데인, 글루테린, 글로불린 및 알부민이다. 필수 아미노산은 총 단백질 함량의 대략 30%이고, 리신이 가장 풍부한 한편, BSG 내 비필수 아미노산은 총 단백질 함량의 70% 이하를 구성한다. 리신은 종종 곡물 식품에서 결핍되기 때문에, 이는 중요하다. 추가적으로, BSG는 또한 다양한 무기질 성분을 함유하며, 특히, 규소, 인, 칼슘 및 마그네슘이 가장 풍부하다.
본 발명은 특히 단백질성 및/또는 섬유질성(fibraceous) 물질의 회수율을 향상시키기 위해 또는 회수된 단백질성 및/또는 섬유질성 물질의 기능적 가치를 증가시키기 위하여 우선 새로 수집된 BSG의 조성을 변경함으로써 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 회수하는 것에 관한 것으로, 이에 따라 식품 또는 사료의 보충제로 단백질 공급원 및/또는 증가된 수준의 건강-증진 WEAX로 사용될 때 장내 미생물 군집의 조직에 잠재적으로 유익한 효과가 있는 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 얻을 수 있다. 따라서, 본 발명은 맥주박의 신규 용도를 다룰 뿐만 아니라, 현재 가능한 맥주박의 더욱 높은 가치화(valorization)를 구체적으로 다룬다.
본 발명은 그로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 재료를 회수하기 위한 공급원으로서 이 재료를 사용함으로써 맥주 소비 곡물의 높은 평가를 달성한다. 회수된 단백질은 운동 선수와 장인(craftsmen)이 격렬한 운동에서 회복하기를 원하는 고 단백질 음료와 같은 다양한 용도에 적용될 수 있다. 섬유질성 물질은 예를 들어 식품 또는 사료를 보충하는 데 사용될 수 있으며, 섬유 함량을 증가시키기 위해 섬유질이 건강-촉진(healt-promoting) 물-추출 가능한 아라비녹실란(water-extractable arabinoxylan, WEAX)으로 구성된다.
특히, 본 발명은 맥주박으로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 회수하는 공정에 관한 것으로, 이 공정은 다음 단계를 포함한다:
- 맥주박(BSG)을 제공하는 단계;
- BSG의 효소 처리에 의해 당화 및 섬유질 가용화를 수행하는 단계;
- 발효액을 수득하기 위하여 젖산균 및/또는 초산균 및/또는 프로바이오틱스를 이용하여 상기 당화된 BSG을 발효시키는 단계;및
- 상기 발효된 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 및/또는 정제하는 단계.
본 발명은 또한 식품 또는 사료용 보충제로서 상기 정의된 바와 같은 회수된 단백질성 및/또는 섬유질성 물질의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 마지막으로 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질의 회수율을 개선하기 위한 젖산균(LAB)의 용도에 관한 것이다.
상기 맥주박의 효소 처리 단계는 다음과 같은 효소 활성을 갖는 하나 이상의 효소를 상기 맥주박에 첨가하는 단계를 포함한다: 알파-아밀라아제, 글루코-아밀라아제, 셀룰라아제, 자일라나아제, 프로테아제, 베타-글루카나아제 및/또는 이들의 혼합물.
상기 효소로 처리하면 건강을 촉진하는 건강-촉진(healt-promoting) 물-추출 가능한 아라비녹실란(water-extractable arabinoxylan, WEAX) 수준이 증가한다.
바람직하게는, 상기 발효 브로스의 발효는 젖산균, 바람직하게는 락토바실러 스 플란타룸 (Lactobacillus plantarum) 및/또는 락토바실러스 람노서스 (Lactobacillus rhamnosus ) 종, 더욱 바람직하게는 락토바실러스 플란타룸 F10 및/또는 락토바실러스 람노서스 GG(LGG®)에 의해 달성된다.
정의
보리는 맥주의 생산에 사용되는 주 원료이다. 그러나 옥수수나 쌀과 같은 다른 곡물이 통상적으로 맥아 보리와 함께 사용된다. 양조 과정에서 이들 곡물의 전분질 배젖은 효소 분해되어, 발효성(말토스와 말토트리오스, 및 낮은 백분률의 글루코스) 및 비-발효성 탄수화물(덱스트린), 단백질, 폴리펩티드 및 아미노산이 유리된다. 이에 따라 생성된 배지(효모의 작용에 의해 맥주로 발효될 것임)는 맥아즙으로 알려져 있다. 불용성 곡물 성분(주로 곡물 외피 포함)은 맥주박(BSG)이다. 여과조(lauter tun)를 사용하는 전통적인 양조에서, BSG 성분은 매시(mash)가 여과되어 맥아즙을 생성하는 층을 형성하기 때문에 중요한 역할을 한다. 따라서, 맥아의 초기 밀링은, 적절한 필터를 형성하도록, 곡물 외피가 손상되지 않도록해야 한다. 오늘날, 다수의 소규모 또는 수제 양조장은 여전히 이러한 매시 여과 방법을 사용하지만, 다수의 대형 양조장은 BSG의 여과 기능에 덜 의존하는 매시 필터를 사용하므로, 맥아는 더 광범위하게 밀링될 수 있다.
맥주박은 여과에 의해 맥아즙으로부터 분리된 모든 고형물을 함유하며; 이는 보리 맥아 및 부가물의 남은 것을 포함한다. 콘 그릿(corn grit)이 부가물로서 사용되는 경우, 맥주박은 주로 보리의 과피 및 겉껍질 부분과 옥수수의 비-전분 부분으로 구성된다. 맥주박은 지질, 리그닌, 단백질, 셀룰로스, 헤미셀룰로스 및 약간의 회분을 통상적으로 포함하는 리그노셀룰로스계 재료이다. 본 발명의 설명 및 청구범위에서, 용어 "맥주박"(BSG)은 본 명세서의 상기 정의에 따라 사용될 것이다.
제조수(product water)는, 양조 과정에서 사용되는 물을 지칭하며, 섭취에 적합하게 하기 위해 정의된 표준 과정을 거친 것이다.
유럽 위원회(European Commission)에서 정의한 바와 같은 영양 정의(http://ec.europa.eu/food/safety/labelling_nutrition/claims/nutrition_claims/index_en.htm)는 하기 표를 참조한다:
| 영양 강조 | 정의 |
| 저에너지 | 100 g 당 <20 kCal |
| 무지방 | <0.5% 지방 함량 |
| 저지방 | <1.5% 지방 함량 |
| 매우 저염 | <0.4% 염 함량 |
| 섬유질 공급원 | >3% 섬유질 함량 또는 100 kCal 당 >1.5 g 섬유질 |
| 저당 | <2.5% 당 함량 |
| 높은 섬유질 | >6% 섬유질 함량 또는 100 kCal 당 >3 g 섬유질 |
| 단백질 공급원 | 단백질에 의해 제공된 에너지가 >12% |
| 고단백질 | 단백질에 의해 제공된 에너지가 >20% |
AX의 분해는 효소적으로 또는 다른 방법으로 아라비녹실란(WEAX)의 가용성 분획을 증가시킨다. 이러한 분획은 아라비녹실란의 건강-증진 효과의 대부분을 담당한다. WEAX가 건강에 미치는 많은 긍정적인 효과들 중, 본 발명자들은 하기를 발견하였다:
1. 글루코스 대사가 손상된 개인에서 식후 당 수치의 감소(Lu et al., 2004, Garcia et al., 2007)
2. 종양 억제 활성(Cao et al., 2011)
3. 고지방 식이에서, 비만, 콜레스테롤 수치의 감소 및 유익한 장내 세균의 회복(Neyrinck et al., 2011)
4. 면역-강화 효과(Zhou et al., 2010)
5. 원위 결장에서 건강한 장내 세균 및 짧은 사슬 지방산을 촉진하는 것을 포함하는, 프리바이오틱 효과(Cloetens et al., 2010, Sanchez et al., 2009)
추가적으로, 맥주박으로부터의 아라비녹실란(BSG-AX) 제제가 더 잘-연구된 밀-유래 아라비녹실란과 동일한 프리바이오틱 효과를 나타낼 수 있다는 증거가 있는데, 즉:
6. BSG-AX는 소장에서 흡수되지 않고, 결장에 도달하지 못하며(Teixeira et al., 2017); BSG-AX는 장내 세균, 특히 예를 들어 비피도박테리아 속의 것들과 같은 유익한 종들의 증식을 촉진하고, BSG-AX는 상기 세균에 의한 짧은 사슬 지방산의 생산을 촉진한다(Reis et al., 2014).
상기 열거된 문헌의 효과는 하기 투여량에 의해 유도되었다:
(1) 0.12 g/kg 체중/일, (2) 0.4 g/kg 체중/일, (3) 10% 섭취, (4) 0.1 g/kg/ 일, (5) 0.14 g/kg 체중/일 및 0.6%(w/v), (6) 0.6 g/kg 체중/일.
추가적으로, 밀로부터 추출된 가용성 아라비녹실란의 용도에 관한 특허(Ekhart et al., 2012)는, 청구된 건강 효과, 즉 프리바이오틱 효과 및 고지방 식이와 연관된 증상의 감소를 수득하기 위해 0.08 g/kg/일의 1일 투여량이 적절할 수 있음을 권장한다.
유럽 식품 안전청은 밀 아라비녹실란의 섭취와 식후 글루코스 수치의 감소 사이에 인과관계가 있다고 결론지었다(Efsa Panel on Dietetic Products 2011). 제공된 증거에 근거하여, EFSA는 청구된 효과를 수득하기 위해서는, 섭취된 탄수화물의 4.8% w/w이 가용성 아라비녹실란이어야 함을 제안한다. 평균 2200 kcal 일일 섭취(EFSA Panel on Dietetic Products Nutrition and Allergies 2013)하며, 그 45%가 탄수화물인(EFSA Panel on Dietetic Products Nutrition and Allergies 2010) 건강한 70kg의 성인의 경우, 이는 0.17 g/kg 체중/일에 상응한다.
따라서, 0.1 g/체중 1kg/일 이상이, 긍정적인 건강 효과를 갖기에 충분한 WEAX 투여량인 것으로 간주된다.
본 명세서에서 기재된 섬유질-가용화 및 당화 효소 공정은 BSG에서 섬유질 물질의 회수를 허용하며, 여기서 상기 섬유질성 물질은 1.4%(w/v) 이상의 가용성 아라비녹실란을 포함한다.
마지막으로, 락토오스 프리는 이러한 화합물을 미량도 포함하지 않는 생성물을 지칭한다. 본 발명은 BSG의 발효를 통해 BSG로부터 회수된 단백질성 물질 또는 섬유질성 물질에 관한 것으로, 따라서 유제품을 함유하지 않아 락토오스 프리이다.
본 발명에 따른 방법은 일반적으로,
- 맥주박을 제공하는 단계;
- 맥주박의 효소 처리에 의해 당화 및 섬유질 가용화를 수행하는 단계;
- 발효액을 수득하기 위하여 젖산균 및/또는 초산균 및/또는 프로바이오틱스를 이용하여 상기 당화된 맥주박을 발효시키는 단계;및
- 상기 발효된 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 및/또는 정제하는 단계.
맥주박은 바람직하게는 일반적인 맥주 생산 방법으로부터 수득되며, 여기서 맥아 및 잠재적인 일부 부가물, 예컨대 옥수수, 쌀, 수수, 밀, 보리, 호밀, 귀리 또는 이들의 조합이 물과 혼합되어 매시를 형성하며, 여기서 효소-보리 맥아에서 유래하거나 매시에 별도로 첨가된-는 전분을 발효 가능한 당류, 통상적으로 글루코스, 말토스 및 말토트리오스의 혼합물로 분해할 수 있게 한다. 매싱 종료 시, 매시를 여과하여, 맥주에 추가 처리되는 발효 가능한 맥아즙을 수득한다. 매시 여과의 농축물이 맥주박(BSG)이다.
BSG는 본래의 보리 알갱이를 덮은 종피(seed coat)-과피-겉껍질 층을 포함한다. BSG의 조성은 주로, 전분이 없는 다당류(NSP; 아라비녹실란(AX) 형태의 헤미셀룰로스 및 셀룰로스) 및 상당량의 단백질 및 리그닌인 섬유질을 포함하며, 통상적으로 아라비녹실란(AX)이 가장 풍부한 성분을 구성한다. 따라서, BSG는 기본적으로 리그노셀룰로스계 재료이다. 섬유질은 건조 중량 기준으로 BSG 조성물의 약 절반을 구성하는 한편, 단백질은 건조 중량 기준의 30% 이하를 구성할 수 있다. 이러한 높은 섬유질 및 단백질 함량은 BSG를 식품 응용 분야에서 흥미로운 원료로 만든다.
예측될 수 있는 바와 같이, 셀룰로스(β-(1,4)-연결된 글루코스 잔기)는 BSG에서 또 다른 풍부한 다당류이다. 특정 수준의 (1-3,1-4)-β-D-글루칸이 또한 존재할 수 있다. BSG에서 가장 풍부한 단당류는 자일로스, 글루코스, 및 아라비노스인 한편, 미량의 람노스 및 갈락토스도 발견된다.
BSG의 단백질 함량은 통상적으로 건조 중량 기준 당 약 30%의 수준으로 존재한다. 가장 풍부한 것은 호르데인(hordein), 글루테린(glutelin), 글로불린(globulin) 및 알부민이다. 필수 아미노산은 총 단백질 함량의 약 30%를 차지하고, 리신이 가장 풍부한 한편, BSG 내 비-필수 아미노산은 총 단백질 함량의 70% 이하를 구성한다. 리신은 종종 곡물 식품에서 결핍되기 때문에, 이는 중요하다. 추가적으로, BSG는 또한 각종 무기질 성분을 함유하며, 특히 규소, 인, 칼슘 및 마그네슘이 가장 풍부하다.
라거 맥주 생산 과정으로부터 수득된 BSG는 통상적으로 헤미셀룰로스(건조 물질 기준 20 내지 25 w%); 셀룰로스(건조 물질 기준 12 내지 25 w%); 단백질(건조 물질 기준 19 내지 30 w%); 리그닌(건조 물질 기준 12 내지 28 w%); 지질(건조 물질 기준 약 10 w%); 회분(건조 물질 기준 2 내지 5 w%); 및 소량의 프룩토스, 락토스, 글루코스 및 말토스를 포함한다.
BSG는 매우 영양이 풍부하고, 미생물에 의한 부패에 매우 민감하므로, BSG의 열처리는 유통기한 증가를 위해 바람직하다. 이러한 관점에서, 75%(25%의 총 고형물)의 범위에 존재하는, BSG의 생산 시(맥아즙 여과) 그의 높은 수분 함량은, 재료의 불안정성을 증가시킨다. 이러한 이유로, 바람직하게는 신선한 폐곡물(spent grain)이 본 발명의 방법에 사용되고/거나, BSG는 안정화되거나, 바람직하게는 끓임에 의해 멸균 처리된다.
본 발명에 따른 방법에서, 바람직하게는 양조 과정 동안 (25%의 총 고형물 함량의 범위로) 생산된, 더욱 바람직하게는 생산 직후 수집된 BSG는 증류수 또는 바람직하게는 뜨거운 제조수와 혼합되어 최종 건조 물질 함량이 6 내지 10%, 더욱 바람직하게는 8 내지 9%가 된다. 이 현탁액의 고형물은 바람직하게는 커런덤 스톤 분쇄 기술(corundum stone grinding technology)을 사용하여 평균 입자 크기가 80pm 이하이고 절대 입자 크기가 300pm 이하로 분쇄됩니다. 분쇄된 현탁액은 예를 들어 60분 동안의 끓임과 같은 열처리에 의해 안정화를 위해 처리된다.
이어서, BSG와 물의 혼합물은 섬유질 가용화, 당화 및 발효, 바람직하게는 당화 및 발효의 동시 공정(SSF)에 노출된다. 본 발명에서 BSG의 섬유 가용화 및 당화에 사용되는 상용 효소 제품은 하기 활성 중 적어도 하나를 가질 것이다: 자일라나제(엔도-자일라나제 포함); 셀룰라제; 글루카나제(베타-글루카나제 포함); 글루코아밀라제, 프로테아제, 또는 이들의 혼합물. 바람직하게는, 효소 혼합물 용도는 전분, 덱스트린, 단백질 및 섬유 분해 활성을 함유할 것이다. 더욱 바람직하게는, 이들 활성은 글루코-아밀라제, 풀룰라나제, 알파-아밀라제, 베타-글루카나제, 자일라나제 및 프로테아제를 포함할 것이다. 자일라나제 및 프로테아제를 이용한 효소 처리는 WUAX를 가용화하고, 건강-증진 WEAX의 수준을 증가시킨다.
이러한 효소 처리의 예로서, BSG와 물의 혼합물에 하기 상용 제품에 첨가함으로써 실험을 수행하였다:
| 상용 제품 | 공급자 | 표시된 효소 활성 | 도스 |
| Ultraflo FABI | Novozymes | 베타-글루카나제 | 100 ppm |
| 엔도-자일라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Attenuzyme PRO | Novozymes | 글루코-아밀라제 | 500 ppm |
| 풀룰라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Flavourzyme | Novozymes | 프로테아제 | 200 ppm |
| 상용 제품 | 공급자 | 표시된 효소 활성 | 도스 |
| Ultraflo FABI | Novozymes | 베타-글루카나제 | 100 ppm |
| 엔도-자일라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Attenuzyme PRO | Novozymes | 글루코-아밀라제 | 500 ppm |
| 풀룰라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Food Pro PHT | DuPont | 프로테아제 | 100 ppm |
| Flavourzyme | Novozymes | 프로테아제 | 200 ppm |
| 상용 제품 | 공급자 | 표시된 효소 활성 | 도스 |
| Laminex BG2 | Danisco | 베타-글루카나제 | 100 ppm |
| 자일라나제 | |||
| Ultimase BWL40 | Novozymes | 베타-글루카나제 | 800 ppm |
| 자일라나제 |
| 상용 제품 | 공급자 | 표시된 효소 활성 | 도스 |
| Allzyme | Alltech | 베타-글루카나제 | 800 ppm |
| 엔도-자일라나제 | |||
| 셀룰라아제 | |||
| Attenuzyme PRO | Novozymes | 글루코-아밀라제 | 500 ppm |
| 풀룰라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Food Pro PHT | DuPont | 프로테아제 | 100 ppm |
| Flavourzyme | Novozymes | 프로테아제 | 200 ppm |
| 상용 제품 | 공급자 | 표시된 효소 활성 | 도스 |
| Rohament CL | AB-Enzymes | 베타-글루카나제 | 800 ppm |
| 엔도-자일라나제 | |||
| 셀룰라아제 | |||
| Attenuzyme PRO | Novozymes | 글루코-아밀라제 | 500 ppm |
| 풀룰라나제 | |||
| 알파-아밀라제 | |||
| Food Pro PHT | DuPont | 프로테아제 | 100 ppm |
| Flavourzyme | Novozymes | 프로테아제 | 200 ppm |
가수 분해 후, 유산균 및/또는 초산균 및/또는 프로바이오틱스로 후속적으로 발효되는 발효 가능한 브로스가 얻어진다. 바람직하게는 상기 미생물은 가수 분해 과정에서 첨가되어 동시 당화 및 발효 과정(SSF)을 수행한다. 상기 유산균은 단독으로 또는 효모(예: S. cerevisiae)와 함께 사용될 수 있다.
유산균의 예는 다음과 같다:
| 종 | 균주 | 대사 | 기원 |
| L. amylovorus | AB32 | 동형발효성 | 사워도우 |
| L. amylovorus | AB36 | 동형발효성 | 사워도우 |
| L. brevis | WLP672 | 이형발효성 | |
| L. brevis | JJ2P | 이형발효성 | 돼지 |
| L. paracasei | CRL431 | 이형발효성 | 유아 대변 |
| L casei | R10 | 이형발효성 | 치즈 |
| L casei | H2 | 이형발효성 | 인간 |
| L crispaticus | AB19 | 동형발효성 | 사워도우 |
| L. delbreuckii | WLP677 | 동형발효성 | |
| L. fermentum | AB15 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L. fermentum | AB31 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L. fermentum | F23 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L. gallinarum | AB13 | 동형발효성 | 사워도우 |
| L plantarum | F6 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L plantarum | F10 | 이형발효성 | 양조장 |
| L plantarum | F21 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L plantarum | R11 | 이형발효성 | 치즈 |
| L plantarum | R13 | 이형발효성 | 치즈 |
| L reuteri | AB38 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L reuteri | DSM20016 | 이형발효성 | 인간 장 |
| L reuteri | Ff2 | 이형발효성 | 돼지 |
| L reuteri | hh1P | 이형발효성 | 돼지 |
| L reuteri | R12 | 이형발효성 | 치즈 |
| L. rhamnosus | C7 | 동형발효성 | 치즈 |
| L. rhamnosus | C8 | 동형발효성 | 치즈 |
| L. rhamnosus | C9 | 동형발효성 | 치즈 |
| L. rhamnosus | GG | 동형발효성 | 인간 내장 |
| L. sakei | AB3a | 이형발효성 | 사워도우 |
| L. vaginalis | AB11 | 이형발효성 | 사워도우 |
| Leuconostoc citreum | TR116 | 이형발효성 | 사워도우 |
| L. holzapfelii | AB4 | 이형발효성 | 사워도우 |
| Leuconostoc lactis | E11 | 이형발효성 | 사워도우 |
| Leuc . Mesenteroides | DSM20240 | 이형발효성 | 루트 비어 |
| Weissella cibaria | MG1 | 이형발효성 | 사워도우 |
초산균(acetic acid bacteria)의 예는 G. oxydans 및 K. xylinus를 포함한다.
바람직하게는, 균주 L. planetarum F10 및 L. rhamnosus LGG가 발효 브로스에 바람직한 관능적 품질을 제공하기 위해 선택되는 것이 바람직하다.
BSG의 가수분해는 적어도 12 시간, 바람직하게는 24 시간 동안, 사용된 효소(들)의 작용 온도(통상적으로 약 55℃)에서 수행되어 아라비녹실란의 가용화를 보장하고, WEAX의 수준을 적어도 1.4%(w/v)의 건강-증진 수준으로 증가시킨다. 가수분해 후 약 25℃ 내지 37℃, 바람직하게는 30℃에서 8 시간 내지 24 시간의 발효가 뒤따른다. 바람직하게는, 가수분해 및 발효 단계는 하나의 단계(SSF)로 조합되고, 25 내지 37℃의 온도에서, 15 내지 24시간 동안, 더욱 바람직하게는 30℃의 온도에서 20 시간 동안 수행된다. 호기성 및 정치 조건이 발효 또는 SSF과정 동안 사용된다.
발효 또는 SSF는 pH, 추출, 총 산도(TTA) 및 환원당 농도와 같은 중요 파라미터에 따른다. 상기 공정은 예를 들어 총 산도(TTA)가 그 값을 두배, 바람직하게는 4.0 내지 8.0 mL/10mL의 브로스로, 및 더욱 바람직하게는 0.2 ~ 0.4pH 유닛의 드롭 및 0.5 ~ 1.0%의 추출물 증가(추출물은 Anton-Paar로 측정하고 브로스 100g 당 가용성 고체의 그램으로 정의됨)와 함께 종료된 것으로 여겨진다. 또한 발효액 내 알코올 농도를 측정한다. 발효액 내에서 0.20% 미만, 바람직하게는 0.15% 미만, 더욱 바람직하게는 0.10% 미만의 낮은 알코올 농도를 보장하기 위해 호기성 및 정치 조건이 사용된다.
발효가 종료되면, 발효 브로스는 전형적으로 pH 3.5 - pH 4.5, 바람직하게는 pH 3.8 - pH 4.2, 더욱 바람직하게는 pH 3.9 - pH 4.1 범위의 산도를 갖는다. 또한 상기 발효 브로스는 바람직하게는 저지방 함량(<1.5%) 및/또는 낮은 당 함량(<2.5%) 및/또는 높은 섬유 함량(>1.5 g fiber/ 100 kcal, 바람직하게는 >3 g fiber/ 100 kcal) 및/또는 충분한 수준의 건강-증진 가용성 아라비녹실란(1.4 % w/v 이상, 바람직하게는 3% 이상) 및/또는 높은 단백질 (>12 %, 바람직하게는 >20 %의 단백질에 의해 제공되는 에너지) 및/또는 매우 낮은 염 함량(<0.4 %)이다.
설명된 공정에서 유제품을 사용하지 않기 때문에 발효 브로스는 결과적으로 락토스 프리이다.
발효 후, 상기 발효 브로스의 pH는 바람직하게는 2.5 내지 3.5 범위의 pH, 바람직하게는 pH 2.7로 -바람직하게는 인산과 같은 산의 첨가에 의해 그리고 더욱 바람직하게는 황산과 같은 강산의 첨가에 의해- 조정되어 예를 들어 FP2 (Falcipain-2, 파파인 계열 시스테인 프로테아제)를 사용한 효소 처리에 의해 발효 브로스에서 단백질을 가수 분해할 수 있다.
그 후, 단백질성 물질은 예를 들어 흡착 공정에 의해 발효 브로스로부터 회수(추출, 정제 및/또는 분리)될 수 있다. 이러한 공정은 일반적으로 3개의 후속 프로세스 단계를 포함할 수 있다. 단백질 회수 과정의 첫 번째 단계는 고체 입자의 분리이다. 일반적으로 디스크 스택 원심 분리기(disc stack centrifuge), 스크롤 디캔터(scroll decanter) 또는 하이드로 사이클론(hydrocyclone)을 이러한 목적으로 사용할 수 있다. 후속 단백질 정제 단계와 관련된 장비에 최소한의 입자가 도입되도록하기 위해 2차 고체 제거 단계가 포함될 수 있다. 이를 달성하지 못하면 공정 아웃풋(output)이 크게 감소할 수 있다. 2차 여과에 사용되는 일반적인 장비에는 최대 포어 직경이 5, 적절하게는 4, 3, 2 또는 1pm 인 필터 백 또는 필터 카트리지가 포함될 수 있다. 위의 단백질 회수 단계 1 및 2에서 나온 스트림을 포함하는 불용성 고형물은 건조될 수 있다. 단백질성 물질의 회수를 위해, 가수 분해된 단백질 성분을 포함하는 정제된 액체 스트림은 크로마토그래피 단계에 의해 달성될 수 있는 1차 단백질 농축 공정에 공급다. 사용할 수 있는 크로마토그래피 유형에는 이온 교환(IEX), 크기 배제(size exclusion), 친화성 또는 액체 크로마토그래피 시스템에 사용되는 기타 적절한 유형과 같은 특성을 가진 흡착 매트릭스가 포함된다. 1차 단백질 농축 단계 후, 관심있는 특정 단백질의 농도와 순도를 높이기 위해 추가 단계가 필요할 수 있다. 이 단계를 위해 추가적인 크로마토그래픽 단계가 포함될 수 있다. 한외 여과/정용 여과(diafiltration) 또는 증발 단계를 사용하여 크로마토그래피 단계 후에 단백질 혼합물을 더 농축할 수 있다. 한외 여과/정용 여과용 필터 유형은 원하는 단백질의 물리적 및 화학적 특성에 따라 달라진다. 적합한 필터 재료는 예를 들어 친수성 또는 소수성 특성과 3-1000 kDa 사이의 명목상 분자량 차단도(molecular weight cut off)를 가질 것이다. 전체 공정의 마지막 단계에는 추가 농축, 특히 물 제거가 포함된다.
단백질 분말의 일반적인 수분 함량은 20% 미만이다. 이를 위해 교차 순환 및 순환 건조 건조기, 트레이 건조기, 터널 건조기, 회전 건조기, 드럼 건조기, 분무 건조기 및/또는 동결 건조기를 포함할 수 있는 건조기가 사용될 수 있다. 단백질이 고갈된 폐기물 스트림 및 선택적으로 첫 번째 또는 후속 크로마토그래피 단계에서 사용되는 동안 흡착 매트릭스의 평형 및 재생으로 인해 발생하는 스트림은 폐수 처리 시스템에 들어갈 수 있다. 이러한 스트림은 특히 혐기성 소화 시스템에 적합하다.
첫 번째 및 추가 크로마토그래피 단계에 적용할 수 있는 크로마토그래피 수지의 예는 Capto S (GE Healthcare) 및 Food-Grade Zeolite를 포함하지만 이에 제한되지 않는다.
상기 수지로부터 단백질성 물질의 용출은 당업자에게 잘 알려진 그리고 예를 들어 NaCl 용액, NaHC03 용액, Na2CO3, NaOH, ...를 포함하는 다양한 용리제에 의해 달성될 수 있다.
본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 용출된 단백질성 물질은 BSG를 발효시키는 단계없이 BSG로부터 회수된 단백질성 물질과 상이한 원하는 관능 특성 및 기능을 갖는 것으로 여겨진다. 본 발명에 따른 방법에 의해 수득된 단백질성 물질은 식품의 보충제(성분) 및/또는 발포제, 유화제, 식품 조리법에서 계란 또는 동물성 단백질 대체물, 다이어리 단백질(diary protein) 대체물, 베이킹 재료, ...로 사용하기에 특히 적합한 것으로 여겨진다.
또한 BSG 유래 산물이 산성 pH로 유지되기 때문에 BSG의 오염과 미생물학적 손상은 매우 제한적이다.
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Claims (11)
- 맥주박(brewer's spent grain)으로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 또는 정제하는 공정으로, 상기 공정은
- 맥주박을 제공하는 단계;
- 발효 브로스를 수득하기 위하여 젖산균 및/또는 초산균 및/또는 프로바이오틱스를 이용하여 상기 맥주박을 효소적으로 처리하고 상기 효소적으로 처리된 맥주박을 발효시키는 단계;및
- 상기 발효된 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 및/또는 정제하는 단계를 포함하는 공정.
- 제1항에 있어서,
상기 맥주박은 아라비녹실란(arabinoxylan)을 용해시키기 위해 효소로 처리되는 공정.
- 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 맥주박의 효소 처리 단계는 다음과 같은 효소 활성을 갖는 하나 이상의 효소를 상기 맥주박에 첨가하는 단계를 포함하는 공정: 알파-아밀라아제, 글루코-아밀라아제, 셀룰라아제, 자일라나아제, 프로테아제, 베타-글루카나아제 및/또는 이들의 혼합물.
- 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 발효된 BSG로부터 단백질성 및/또는 섬유질성 물질을 추출 및/또는 정제하는 단계 이전에 상기 발효 브로스에서 단백질을 가수분해하는 단계를 포함하는 공정.
- 선행하는 청구항 중 어느 한 항에 있어서,
발효 종료시 발효 브로스의 pH는 pH 3.5 - pH 4.5, 바람직하게는 pH 3.8 - pH 4.2, 더욱 바람직하게는 pH 3.9 - pH 4.1 범위인 공정.
- 제4항 또는 제4항 및 제5항에 있어서,
단백질 가수 분해 단계를 위해 상기 발효 브로스의 pH는 2.5 내지 3.5 범위의 pH, 바람직하게는 2.7의 pH로 조정되는 공정.
- 제6항에 있어서,
상기 발효 브로스의 pH는 황산 및/또는 인산을 첨가하여 조정되는 공정.
- 식품 보충제로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 확인된 공정으로부터 수득된 단백질성 물질의 용도.
- 사료 보충제로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 확인된 공정으로부터 수득된 단백질성 물질의 용도.
- 발포제(foaming agent), 유화제(emulsifying agent), 동물 또는 계란 단백질 대체물, 다이어리 단백질(diary protein) 대체물 및/또는 베이킹 성분으로서 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에서 확인된 공정으로부터 수득된 단백질성 물질의 용도.
- BSG에서 단백질성 또는 섬유질성 물질을 회수하기 위한 젖산균, 바람직하게는 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum) 및/또는 락토바실러스 람노서스(Lactobacillus rhamnosus) 종, 더욱 바람직하게는 락토바실러스 플란타 룸 F10 및/또는 락토바실러스 람노서스 GG(LGG®)의 용도.
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