KR20210079018A - 고전단 혼합기를 이용한 식품 소재의 가공방법 - Google Patents

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KR20210079018A
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Abstract

본 발명은 식품 소재 효소분해물의 제조방법에 관한 것으로, 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합액을 고전단 혼합기를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 단계를 포함한다. 본원의 제조방법에 따르면, 식품 소재의 원재료가 전체적으로 이용되며 동시에 주요 유효성분들의 함량이 고함량으로 포함된 식품 소재 효소 분해물을 제공할 수 있다.

Description

고전단 혼합기를 이용한 식품 소재의 가공방법{METHOD FOR PROCESSING FOOD MATERIAL USING HIGH SHEAR MIXER}
본 발명은 식품 소재 효소분해물의 제조방법에 관한 것으로, 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합액을 고전단 혼합기를 이용하여 분쇄 및 혼합하는 단계를 포함한다.
펙티나아제(pectinase) 및 셀룰라아제(cellulase) 등의 효소들은 효모, 세균 또는 일부 고등식물 등에서 분리되며, 식물조직의 세포벽이나 세포 사이를 연결해주는 펙틴을 분해하여 과실이나 채소의 조직을 연화시키고, 당을 생산하거나 과일 가공 시에 생산 수율을 높이는 데 주로 사용된다. 최근에는 새로운 가공공정으로써 식품 가공 중 발생하는 부산물로부터 기능성 물질을 추출하기 위해 이용되고 있다. 그 예로 주스생산 공정에서 나오는 당근박으로부터 카로틴 추출을 위한 적정 cellulase : pectinase 비율, 농도 및 pH 등을 보고하였고(1), 오렌지 과피, 고구마 및 당근을 cellulase 및 pectinase로 분해하여 세포벽을 파괴함으로써 카로티노이드를 추출할 수 있는 효소농도 및 반응시간의 관계도 보고되었다(2). 또한 효소처리를 통해 콩나물의 항산화 성분의 추출을 증대시키고 항산화능 및 세포의 산화적 스트레스를 방어하는 효과를 높이는 것을 확인하였다(3).
식품 소재를 이용하는 대부분의 제품들은 열수추출 및 유기용매 등의 추출법을 사용하는데 이런 추출 방법은 원료가 포함하는 일부의 성분만 용출되어 나오는 단점이 있으며, 추출박(부산물)에 포함된 영양성분은 이용할 수 없는 한계가 있었다. 따라서 원료 전체를 이용할 수 있고 짧은 시간 안에 간단한 방법으로 유효성분의 함량을 높일 수 있는 연속식 혼합기(in-line mixer)를 이용한 효소처리 식소재를 제조하고자 한다.
[선행문헌]
(1) Stoll T, Schweiggert U, Schieber A, Carle R. 2003. Process for the recovery of a caroten-rich functional food ingredient from carrot pomace by enzymatic liquefaction. Innovative Food Sci Emerging Technol 4: 415-423.
(2) Cinar I. 2005. Effect of cellulase and pectinase concentrations on the colour yield of enzyme extracted plant carotenoids. Process Biochem 40: 945-949.
(3) Sung HM, Kim SJ, Kim KM, Yun SK, Jung HJ, Kim TY, Wee JH. 2014. Antioxidant activity of soy-sprout extracts prepared by enzyme and ultra high pressure. Korean Soc Food Sci Nutr 43(8), 1228～1235
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는,
셀룰라아제, 펙티나아제, 아밀라아제, 베타-글루카나제, 헤미셀룰라아제, 아라비나아제, 자일라나아제, 및 프로테아제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합물을 제공하는 제1단계;
상기 제1단계의 혼합물을 회전자/고정자 세트를 갖는 고전단 혼합기(high shear mixer)를 이용하여 35 내지 60℃의 온도 하에서 1,000 내지 2,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제2단계; 및
상기 제2단계의 혼합물을 상기 고전단 혼합기를 이용하여 80 내지 100℃의 온도 하에서 2,000 내지 4,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제3단계를 포함하는, 식품 소재 효소분해물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 또 다른 기술적 과제는, 상기 제조방법에 의해 제조된 식품 소재 효소 분해물을 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 기술적 과제로 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은,
셀룰라아제, 펙티나아제, 아밀라아제, 베타-글루카나제, 헤미셀룰라아제, 아라비나아제, 자일라나아제, 및 프로테아제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합액을 제공하는 제1단계;
상기 제1단계의 혼합물을 회전자/고정자 세트를 갖는 고전단 혼합기(high shear mixer)를 이용하여 35 내지 60℃의 온도 하에서 1,000 내지 2,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제2단계; 및
상기 제2단계의 혼합물을 상기 고전단 혼합기를 이용하여 80 내지 100℃의 온도 하에서 2,000 내지 4,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제3단계를 포함하는, 식품 소재 효소분해물의 제조방법을 제공한다.
식품 소재
본원의 식품소재 효소 분해물은 식품 소재가 가진 성분들을 전체적으로 이용하도록 가공한 점에 특징이 있다. 따라서, 식품 소재가 갖는 항산화, 항노화 및 항염 등의 효과를 나타내는 유효성분 뿐만 아니라 이들 유효성분의 전달 및 체내 흡수를 극대화하는 천연 성분들을 생체 이용에 적합한 형태로 가질 수 있다.
본 발명의 식품 소재 효소분해물의 제조방법에서, 식품 소재는 채소류, 잡곡류, 버섯류, 육류 및 과실류로 이루어진 군으로부터 선택될 수 있다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 채소류로는 엽채류, 경채류, 근채류, 과채류, 화채류 등을 들 수 있고, 보다 구체적으로는 당근, 고구마, 단호박, 무, 브로콜리, 파프리카, 오이, 양배추, 배추, 깻잎, 가지, 미나리, 부추, 상추, 애호박, 시금치, 감자, 근대, 적겨자채, 쑥갓, 연근, 고사리, 양파, 파, 도라지, 마늘, 고추, 생강, 수삼, 홍삼 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 잡곡류는 찹쌀, 현미찹쌀, 현미, 흑미, 흑향미, 쌀보리, 늘보리, 찹쌀보리, 늘쌀보리, 압맥, 할맥, 서리태, 적두, 흑태, 서먹태, 녹두, 백태거두, 청태, 강남콩, 차조, 기장, 수수, 율무, 및 옥수수로 이루어진 군으로부터 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 버섯류는 서지, 팽이 버섯, 시메지, 느타리 버섯, 아가리쿠스 버섯, 메시마코프 버섯, 영지, 노루궁뎅이 버섯, 구름 버섯, 주름 버섯, 잎새 버섯, 꽃송이 버섯, 치마 버섯, 흰목이 버섯, 동충하초로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 이상일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 육류는 소, 돼지, 닭, 오리, 생선 등일 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 있어서, 상기 과실류로는 인과류(仁果類), 핵과류(核果類), 장과류(漿果類류) 등을 들 수 있는데, 상기 인과류는 사과, 배, 비파, 석류, 감귤류, 복숭아 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.상기 핵과류로는 복숭아, 살구, 매실, 자두, 대추, 앵두 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.상기 장과류로는 포도, 소과수류, 딸기, 감, 무화과 체리, 올리브 등을 들 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 식품 소재는 당근 및 양파를 포함하는 것일 수 있다. 상기 식품 소재를 이용한 건강기능식품은 quercetin 및 βcarotene의 항산화 및 항노화를 나타내는 유효성분이 고함량으로 포함된 효소 분해물을 포함할 수 있다.
효소
본원에 사용되는 효소는 식품 소재가 갖는 세포벽이나 세포 사이를 연결해주는 펙틴을 분해하여 과실이나 채소 등 식품 소재의 조직을 연화시키고, 당을 생산하거나 생산 수율을 높이는데 사용되는 효소이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 효소는 셀룰라아제, 펙티나아제, 아밀라아제, 베타-글루카나제, 헤미셀룰라아제, 아라비나아제, 자일라나아제, 및 프로테아제로 이루어지는 군으로부터 선택되는 어느 하나 이상일 수 있다. 상기 효소는 셀룰라아제를 포함하는 것일 수 있으며, 구체적으로 셀룰라아제 및 펙티나아제를 포함하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 효소는 셀룰라아제, 펙티나아제, 아라비나아제, 베타-글루카나아제, 헤미셀룰라아제, 및 자일라나아제을 포함하는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 효소는 셀룰라아제를 80 내지 90 중량% 포함하는 것일 수 있다. 상기 효소는 셀룰라아제를 80 내지 90 중량% 포함하며 동시에 펙티나아제를 5 내지 20 중량% 포함하는 것일 수 있다. 본원에서 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 본원의 효소는 셀룰라아제를 80중량%, 펙티나아제를 15 중량%, 기타 당 분해효소를 5 중량% 포함할 수 있다. 본원의 실험예에 따르면, 셀룰라아제 및 펙티나아제를 혼합한 복합 효소를 사용한 경우 셀룰라아제 단독 및 펙티나아제 단독으로 사용한 경우보다 지표 물질의 함량이 높게 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 아라비나아제, 베타-글루카나아제, 헤미셀룰라아제, 및 자일라나아제를 포함하는 기타 당 분해효소를 추가로 포함시킴에 따라 주요 유효성분의 함량이 높게 나타났다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 셀룰라아제는 Celluclast®일 수 있으며, 상기 펙티나아제는 Pectinex® Ultra 일 수 있다. 또한, 상기 효소는 Viscozyme®를 포함할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 효소는 식품 소재 1kg 당 0.1 내지 5.0 g 첨가될 수 있다. 구체적으로, 상기 효소는 식품 소재 1kg 당 0.5 내지 2.0g 첨가될 수 있다. 다만, 식품 소재의 종류에 따라 변형될 수 있다. 구체적으로 상기 식품 소재의 함량당 효소의 양 및 최적의 pH는 아래의 표 1과 같다. 최적의 함량 ±10% 이내의 범위는 크게 효과에 차이를 나타내지 않고 사용될 수 있으므로, 본 발명의 범위에 해당된다.
NO. Sample (원료 1kg) 효소 pH
1 당근 0.625g 5.23
2 고구마 2g 4.71
3 단호박 1.38g 5.66
4 무 0.5g 5.80
5 브로콜리 0.5g 5.14
6 파프리카 0.5g 4.85
7 오이 0.15g 5.76
8 양배추 0.5g 5.01
9 배추 0.5g 5.70
10 깻잎 0.5g 5.58
11 가지 0.2g 5.15
12 미나리 0.5g 5.24
13 부추 0.5g 5.49
14 상추 0.5g 5.26
15 애호박 0.16g 5.32
16 시금치 0.5g 5.97
17 감자 3.3g 5.34
18 근대 0.5g 5.46
19 적겨자채 0.5g 5.19
20 쑥갓 0.5g 5.28
21 연근 0.71g 5.21
22 고사리 0.9g 5.22
23 양파 0.5g 4.91
24 파 0.5g 4.84
25 도라지 0.71g 5.32
26 마늘 0.5g 5.97
27 고추 0.5g 5.37
28 생강 0.5g 5.44
29 수삼 0.5g 4.81
30 홍삼 0.5g 5.02
혼합액의 제조
본원의 식품 소재 효소 분해물의 제조방법은, 전술한 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합액을 제공하는 제1단계를 포함한다. 이 때, 물은 식품 소재1 중량부를 기준으로 2 내지 10 중량부가 첨가될 수 있다. 상기 혼합액에서 효소와 식품 소재의 함량 비는 전술한 바와 같다.
한편, 상기 혼합액은 효소 반응이 나타나기에 적절한 수준의 약산성을 나타내는 것이 바람직하다. 일반적으로 상기 혼합액은 4.0 내지 6.0의 범위, 구체적으로 4.5 내지 5.5의 범위가 적합하다. 다만, pH값은 식품 소재의 종류에 따라 다소 달라질 수 있으며, 구체적으로 표 1에 기재한 pH값일 수 있다. 복수의 식품 소재가 사용된 경우 함량비율에 따라 평균 값을 낸 범위가 사용될 수 있다. 표 1에 기재한 최적의 pH ±10% 이내의 범위는 크게 효과에 차이를 나타내지 않고 사용될 수 있으므로, 본 발명의 범위에 해당된다.
상기 혼합액은 전체적으로 약산성을 나타낼 수 있도록 약산성 물질을 첨가된 것일 수 있다. 구체적으로 구연산, 구연산, 초산, 사과산, 주석산, 호박산, 젖산 및 레몬즙 등이 첨가될 수 있지만 이에 제한되지 않는다.
고전단 혼합기
본원에서 사용되는 용어 “고전단 혼합기”는 초당 5.1m(분당 1,000ft) 초과의 팁 속도를 가질 수 있고 가공될 공급 스트림으로 에너지를 공급하기 위해 외부의 기계적 동력 구동 장치를 요구하는 회전자-고정자 기계 장치(예를 들어, 콜로이드 밀 또는 회전자-고정자 분산 장치)를 지칭한다. 상기 고정자와 회전자 사이에는 간극이 구비되어 있어, 고전단 혼합기는 상기 간극의 범위보다 작은 크기로 분쇄하는데 사용될 수 있다 하나의 발전기 세트는 회전자와 고정자를 포함하며, 회전자와 고정자 사이의 간극은 조절 가능할 수 있다. 각 발전기 세트에서 회전자는 축을 중심으로 회전 가능하게 구동되며, 회전자만 회전하는 경우와 고정자와 회전자 모두 회전 가능하는 경우를 포함해서 구동 가능하다. 고정자는 고전단 혼합기 벽부에 고정가능하게 연결된다. 회전자는 원기둥 형상, 원뿔 형상 또는 디스크 형상 등으로 될 수 있으며, 고정자는 상기 회전자와 상보적인 구조를 가지며 공간적으로 회전자와 분리되어 있다. 상기 회전자 또는 고정자는 치부(tooth) 또는 스포크(spoke) 등의 복수의 돌출부를 가지고 있어, 상기 돌출부가 상응하는 고정자 또는 회전자와 간극(clearance)을 갖는다. 상기 간극의 크기가 나노입자의 크기 또는 분산성 등을 결정하는 중요한 역할을 한다. 본 발명의 고전단 혼합기는 상기와 같은 회전자 및 고정자 사이의 간극을 갖는 것이라면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 예를 들어, 국내등록특허 10-1658410 B1에 개시된 장치가 사용될 수 있다. 또한, 본원의 고전단 혼합기는 균일한 유체를 형성하도록 유체가 회전 혼합되는 연속식(in-line) 혼합 분산기일 수 있다.
효소반응 단계 (제2단계)
제2단계는 전술한 고전단 혼합기를 이용하여 식품 소재를 분말화하면서 동시에 효소반응을 일으키는 단계이다. 본원에서는 식품 소재의 분말화와 효소 반응을 하나의 단계로 진행하여 효율적으로 식품 소재 효소 분해물을 생산할 수 있도록 한다. 구체적으로, 고전단 혼합기를 이용한 분쇄 및 교반은 펙티나아제가 식품소재의 세포간 교착 물질인 펙틴을 분해하면서 셀룰라아제가 세포벽을 분해하는데 효율을 높일 수 있다. 본원에서는 식품 소재의 효소 반응에 최적의 분쇄 조건을 규명하였고 이는 본원 이전에 시도된 적 없다. 제2단계에 의해 세포 내 유효성분들이 화학적으로 생성될 수 있으며, 세포를 구성하는 기타 성분들도 상기 유효성분의 전달 및 흡수에 적합하도록 변화될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 제2단계에서 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.01mm 내지 2.0mm일 수 있다. 구체적으로, 0.01mm 내지 1.0mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 0.010mm 내지 0.040mm일 수 있다. 상기 범위보다 간극이 클 경우 효율적인 효소 반응이 나타나도록 할 수 없으며, 상기 범위보다 간극이 작을 경우 과도하게 분해되어 부산물이 생성될 수 있다. 본원에서 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.030mm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 회전자는 1,000 내지 3,000rpm으로 회전하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회전자는 1,000 내지 2,000rpm으로 회전하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 가장 적합한 유동속도를 나타내며, 효율적으로 효소 반응이 나타나도록 분쇄 및 혼합될 수 있다. 본원에서 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 상기 회전자의 회전속도는 1,500rpm이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제2단계는 30분 내지 1시간 수행되는 것일 수 있다. 이보다 오래 진행할 경우 유효성분들이 변질될 가능성이 있으며, 미생물이 오염될 가능성이 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제2단계는 35 내지 60℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로, 40 내지 60℃일 수 있으며, 보다 구체적으로 50 내지 60℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 온도 조건 하에서 효소 반응이 효율적으로 나타나며, 이보다 높은 온도에서 변성이 일어날 수 있으며, 낮은 온도에서 효소 반응이 효율적으로 나타나지 않을 수 있다.
숙성 단계
상기 제2단계의 효소 반응 이후에 저온 숙성시키는 단계를 포함할 수 있다. 구체적으로,　1 내지 15℃ (구체적으로 1 내지 10℃)의 온도로 유지하며 공기를 차단하여 혐기성 조건하에서 1 내지 10일 동안 저온 숙성시키는 것일 수 있다. 전술한 고전단 혼합기 내에서 상기 조건으로 숙성시킬 수도 있으며, 저온 냉장고나 항아리에 담아 숙성할 수도 있다. 저온 숙성을 통해 식품 소재 효소 분해물은 보다 깊은 맛을 낼 수 있고 색상을 맑고 투명하게 변화시킬 수　있다.
가열 단계 (제3단계)
제3단계는 전술한 고전단 혼합기를 이용하여 고온 조건에서 효소반응이 나타난 식품 소재를 가열하는 단계이다. 상기 단계를 통해 효소의 반응을 정지시키고, 식품 소재의 단단한 조직을 유연하게 하여 균질화가 잘 되도록 하여, 궁극적으로 유효성분들의 용출을 높일 수 있다. 나아가, 유해 미생물 억제을 억제할 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 제3단계에서 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.01mm 내지 2.0mm일 수 있다. 구체적으로, 0.01mm 내지 1.0mm일 수 있다. 보다 구체적으로, 0.010mm 내지 0.040mm일 수 있다. 상기 범위보다 간극이 클 경우 효율적으로 분산 및 균질화가 나타나지 않을 수 있고, 상기 범위보다 간극이 작을 경우 과도하게 분해되어 부산물이 생성될 수 있다. 본원에서 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.030mm일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 회전자는 2,000 내지 4,000rpm으로 회전하는 것일 수 있다. 보다 구체적으로, 상기 회전자는 2,500 내지 3,500rpm으로 회전하는 것일 수 있다. 상기 범위에서 가장 적합한 유동속도를 나타내며, 식품 소재 의 조직을 유지하는 범위에서 균질화의 효율을 높일 수 있다. 본원에서 제한되지 않는 일 실시예에 따르면, 상기 회전자의 회전속도는 3,000rpm이다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제2단계는 30분 내지 1시간 수행되는 것일 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 상기 제2단계는 80 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 구체적으로 90 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것일 수 있다. 상기 온도 조건 하에서 효소의 반응이 정지될 뿐만 아니라 미생물의 증식이 억제될 수 있다.
동결건조 단계
본원의 제조방법은, 제2단계 및 제3단계 이후 혼합액을 냉각한 후 동결건조하여 분말을 제공하는 제4단계를 포함할 수 있다. 동결건조는 공지된 방법이면 제한되지 않고 사용될 수 있다. 동결건조된 분말의 수분 함량은 1 내지 3 중량%일 수 있다. 수분 함량이 이보다 많은 경우 보관 안정성이 다소 떨어질 위험이 있다.
건강기능성 식품
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 전술한 제조방법에 의해 수득되는 식품 소재 효소분해물을 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품 조성물을 제공할 수 있다. 구체적으로, 상기 동결건조된 분말은 건강기능성 식품으로 활용될 수 있다.
본원의 일 구현예에 따르면, 블록 형태로 제품화할 수 있다. 이 경우 본원의 제조방법은, 상기 동결건조 단계에 의해 수득된 분말에 물을 첨가한 후 분말을 반죽하고 건조하는 제5단계를 포함할 수 있다. 구체적으로, 수분 함량이 50 내지 80중량%, 구체적으로 70 내지 80중량%가 되도록 물을 첨가한 후, 분말을 반죽한 후 건조하여 블록 형태의 건조물을 제조할 수 있다. 블록을 제조하기 위해 통상적으로 사용되는 부형제를 첨가할 수 있다. 경우에 따라 향미를 높이는 부형제(꿀, 올리고당 등)를 첨가할 수 있다.
본원에서 사용되는 용어 “건강기능식품”이라 함은 건강기능식품에 관한 법률에 따른 인체에 유용한 기능성을 가진 원료나 성분을 사용하여 제조 및 가공한 식품을 말하며, 인체의 구조 및 기능에 대하여 영양소를 조절하거나 생리학적 작용 등과 같은 보건 용도에 유용한 효과를 얻을 목적으로 섭취하는 것을 의미한다. 본원의 식품 소재 효소 분해물은 항산화 노화방지, 항염 용도의 유효성분으로 활용될 수 있다.
본원에서 건강기능식품 조성물은 상기 기재한 유효성분 이외에 추가로 약제학적으로 허용 가능한 담체를 1종 이상 포함하여 건강기능식품 조성물로 바람직하게 제제화할 수 있다.
상기 건강기능식품 조성물의 제제 형태는 정제, 캅셀, 분말, 과립, 액상, 환 등이 될 수 있다. 예를 들어, 정제 또는 캡슐제의 형태로의 제제화를 위해, 유효성분은 에탄올, 글리세롤, 물 등과 같은 경구, 무독성의 약제학적으로 허용 가능한 불활성 담체와 결합될 수 있다. 또한, 원하거나 필요한 경우, 적합한 결합제, 윤활제, 붕해제 및 발색제 또한 혼합물로 포함될 수 있다. 적합한 결합제는 이에 제한되는 것은 아니나, 녹말, 젤라틴, 글루코스 또는 베타-락토오스와 같은 천연 당, 옥수수 감미제, 아카시아, 트래커캔스 또는 소듐올레이트와 같은 천연 및 합성 검, 소듐 스테아레이트, 마그네슘 스테아레이트, 소듐 벤조에이트, 소듐 아세테이트, 소듐 클로라이드 등을 포함한다. 붕해제는 이에 제한되는 것은 아니나, 녹말, 메틸 셀룰로스, 아가, 벤토니트, 잔탄 검 등을 포함한다. 액상 용액으로 제제화되는 조성물에 있어서 허용 가능한 약제학적 담체로는, 멸균 및 생체에 적합한 것으로서, 식염수, 멸균수, 링거액, 완충 식염수, 알부민 주사용액, 덱스트로즈 용액, 말토 덱스트린 용액, 글리세롤, 에탄올 및 이들 성분 중 1 성분 이상을 혼합하여 사용할 수 있으며, 필요에 따라 항산화제, 완충액, 정균제 등 다른 통상의 첨가제를 첨가할 수 있다.
본 발명의 건강기능식품 조성물은 상기와 같이 제제화되어 기능성 식품으로 이용하거나, 각종 식품에 첨가할 수 있다. 본 발명의 조성물을 첨가할 수 있는 식품으로는 예를 들어, 음료류, 육류, 초코렛, 식품류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 사탕류, 아이스크림류, 알코올 음료류, 비타민 복합제 및 건강보조식품류 등이 있다.
또한 상기 건강기능식품 조성물은 유효성분인 식품 소재 효소분해물 이외에 여러 가지 영양제, 비타민, 광물 (전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 중진제 (치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 알긴산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 증점제, pH 조절제, 안정화제, 방부제, 글리세린, 알콜, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 그밖에 본 발명의 건강기능식품 조성물은 천연 과일 쥬스 및 과일 쥬스 음료 및 야채 음료의 제조를 위한 과육을 함유할 수 있다.
본원의 제조방법에 따르면, 식품 소재의 원재료가 전체적으로 이용되며 동시에 주요 유효성분들의 함량이 고함량으로 포함된 식품 소재 효소 분해물을 제공할 수 있다. 구체적으로, 본원의 제조방법은 식품 소재가 갖고 있는 항산화제, 항염, 항노화의 유효성분을 높은 함량으로 용출시킬 수 있으며, 식품 소재의 원재료에 포함된 세포 내 성분이나 섬유질 등을 제공할 수 있다. 주요 유효성분 이외에 식품 소재의 세포 내 성분들은 경구 투여시 위장관 내 전달과 흡수에 효과적으로 작용할 수 있다. 이에 따라 별도의 화학적으로 합성되는 담체나 부형제의 첨가를 최소화한 천연의 건강기능식품으로 활용이 가능하다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야 한다.
도 1은 본원의 실시예에 따른 식품 소재 효소분해물의 제조 과정을 나타낸 모식도이다.
도 2는 실시예 및 비교예의 quercetin의 정량결과를 나타낸 도이다.
도 3은 실시예 및 비교예의 βcarotene의 정량결과를 나타낸 도이다.
이하에서는 첨부한 도면을 참조하여 본 발명을 설명하기로 한다. 그러나 본 발명은 여러 가지 상이한 형태로 구현될 수 있으며, 따라서 여기에서 설명하는 실시예로 한정되는 것은 아니다.
본 명세서에서 사용한 용어는 단지 특정한 실시예를 설명하기 위해 사용된 것으로, 본 발명을 한정하려는 의도가 아니다. 단수의 표현은 문맥상 명백하게 다르게 뜻하지 않는 한, 복수의 표현을 포함한다. 본 명세서에서, "포함하다" 또는 "가지다" 등의 용어는 명세서상에 기재된 특징, 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것이 존재함을 지정하려는 것이지, 하나 또는 그 이상의 다른 특징들이나 숫자, 단계, 동작, 구성요소, 부품 또는 이들을 조합한 것들의 존재 또는 부가 가능성을 미리 배제하지 않는 것으로 이해되어야 한다.
이하 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예를 상세히 설명하기로 한다.
실시예 1
1. 식품 소재 및 효소를 혼합하는 단계 (제1단계)
깨끗하게 세척하고 세절한 당근 1kg 및 양파 1kg의 물기를 제거한 후 건조하였다. 상기 당근 및 양파로 구성된 식품 소재에 물, 구연산, 및 효소를 첨가하여 혼합하였다. 물은 10kg을 첨가하였으며, 구연산은 상기 식품 소재 1kg을 첨가하였다. 효소는 Celluclast 1.5L®을 2.625g만큼 사용하였다.
2. 혼합물의 효소 반응 단계 (제2단계)
제1단계의 혼합물을 회전자/고정자 세트를 갖는 연속식 혼합기(in-line mixer, K&S 컴퍼니)를 이용하여, 약 30분간 교반 및 혼합하였다. 50 내지 60℃의 온도로 유지하였으며, 1,000rpm 내지 2,000rpm으로 교반하였다. 해당 단계에서의 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.030mm으로 유지하였다.
3. 혼합물의 고온 반응 단계 (제3단계)
상기 제2단계에서 수득한 혼합물을 상기 고전단 혼합기를 이용하되, 90 내지 100℃의 온도하에서 2,000 내지 4,000rpm의 조건으로 약 30분 동안 교반하였다. 해당 단계에서의 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.030mm으로 유지하였다.
4. 동결건조 단계 (제4단계)
상기 제3단계에서 수득한 혼합물을 30℃이하로 냉각한 후 -45℃이하에서 예비 동결 후, 동결건조하여 수분함량 1 내지 3 중량%의 분말을 제조하였다.
5. 블록의 제조 (제5단계)
상기 동결건조된 분말에 수분 함량이 60 중량%가 되도록 물을 첨가한 후 분말을 반죽하였고 건조하여 블록 형태의 건조물을 제조하였다.
실시예 2
상기 실시예 1에서 효소가 Celluclast 1.5L® 100 중량% 대신 Pectinex® Ultra을 100 중량의 복합 효소를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 3
상기 실시예 1에서 효소가 Celluclast 1.5L® 100 중량% 대신 Celluclast 1.5L®을 80중량% 및 Pectinex® Ultra을 20 중량의 복합 효소를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실시예 4
상기 실시예 1에서 효소가 Celluclast 1.5L® 100 중량% 대신 Celluclast 1.5L®을 80중량% 및 Pectinex® Ultra을 15 중량%, 및 Viscozyme® 5 중량%의 복합 효소를 사용한 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
비교예 1
실시예 1에서 제1단계에서 효소를 첨가하지 않았으며, 고전단 혼합기를 이용하되 상온에서 2,000 내지 4,000rpm 의 조건으로 약 1시간 동안 교반하는 것을 제외하고, 실시예 1과 동일하게 제조하였다.
실험예 1 - 양파의 quercetin 분석
상기 실시예 내지 3 및 비교예 1에 따른 분말을 MeOH로 추출하여 10mg/mL로 70%(v/v) MeOH에 녹여 샘플을 만들어 HPLC 분석을 진행하였다. Quercetin의 STD는 SIGMA에서 구입하였다.
HECTOR M C18 컬럼을 이용하였고, 280nm의 UV detector, flow rate는 0.8mL/min으로 하였고, 분석시간은 다음 표 2과 같으며, 분석 결과는 도 2에 나타내었다.
time A%
(H2O)		 B%
(MeOH)
0 80 20
25 40 60
25.4 0 100
27 0 100
27.1 80 20
35 80 20
실험예 2 - 당근의 beta-carotene 분석
상기 제조예1에 따라 제조된 블록 형태의 건조물(T)과 비처리군(C)을 대상으로water 추출물을 50mg/ml로 acetonitrile/ methanol/ethyl acetate (20:73:7, v/v/v)에 녹여 HPLC 실험을 진행하였다. YMC-carotenoid column을 이용하였고, 450nm의 UV detector, flow rate는 0.9 mL/min로 하였고 분석시간은 다음 표3와 같으며, 분석 결과는 도 3에 나타내었다.
time A%
(MeOH/ACN/H2O)
(84/14/2)		 B%
(CH2Cl2)
0 95 5
5 70 30
25 45 55
30 10 90
35 95 5
42 95 5
분석결과를 도 2에 나타내었다. 분석결과 비처리군의 당근에서는 beta-carotene이 검출되지 않았으나 처리군의 경우 beta-carotene peak를 확인 할 수 있었다.
Quercetin 함량(mg/100g) Β-carotene 함량(mg/100g)
비교예 1 0.2 1
실시예 1 9 12
실시예 2 14 23
실시예 3 46 75
실시예 4 53 110
이상과 같이, 본 발명의 식품 소재 효소분해물의 제조방법에 따라 제조된 실시예 1 내지 4는 효소를 첨가하지 않은 비교예 1과 비교하여 지표물질인 Quercetin 및 βcarotene 함량이 높게 나타났다. 특히, Celluclast 1.5L®을 80중량% 및 Pectinex® Ultra의 복합 효소를 사용한 실시예 3이 상기 효소를 단독으로 사용한 실시예 1 및 2보다 현저히 우수한 결과를 나타내었다. 또한, Viscozyme®를 추가로 포함한 실시예 4에서 더 우수한 효과가 나타났다.
전술한 본 발명의 설명은 예시를 위한 것이며, 본 발명이 속하는 기술분야의 통상의 지식을 가진 자는 본 발명의 기술적 사상이나 필수적인 특징을 변경하지 않고서 다른 구체적인 형태로 쉽게 변형이 가능하다는 것을 이해할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 예를 들어, 단일형으로 설명되어 있는 각 구성 요소는 분산되어 실시될 수도 있으며, 마찬가지로 분산된 것으로 설명되어 있는 구성 요소들도 결합된 형태로 실시될 수 있다.
본 발명의 범위는 후술하는 특허청구범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (12)

  1. 셀룰라아제, 펙티나아제, 아밀라아제, 베타-글루카나제, 헤미셀룰라아제, 아라비나아제, 자일라나아제, 및 프로테아제로 이루어지는 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 효소, 식품 소재, 및 물을 포함하는 혼합물을 제공하는 제1단계;
    상기 제1단계의 혼합물을 회전자/고정자 세트를 갖는 고전단 혼합기(high shear mixer)를 이용하여 35 내지 60℃의 온도 하에서 1,000 내지 2,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제2단계; 및
    상기 제2단계의 혼합물을 상기 고전단 혼합기를 이용하여 80 내지 100℃의 온도 하에서 2,000 내지 4,000 rpm의 교반속도로 분쇄 및 혼합하는 제3단계를 포함하는, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 식품 소재는 당근 및 양파를 포함하는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  3. 제2항에 있어서, 상기 효소는 셀룰라아제를 80 내지 90 중량% 포함하며 동시에 펙티나아제를 5 내지 20 중량% 포함하는 것을 특징으로 하는, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 제1단계의 혼합액의 pH는 4.0 내지 6.0인 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 제1단계에서 상기 효소는 상기 식품 소재 1kg 당 0.1 내지 5.0g의 함량으로 첨가되는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 제2단계는 30분 내지 1시간 수행되는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 제2단계 및 제3단계에서 상기 회전자와 상기 고정자 사이의 간극은 0.01mm 내지 2.0mm 인 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  8. 제1항에 있어서, 상기 제3단계는 30분 내지 1시간 수행되는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  9. 제1항에 있어서, 상기 제3단계의 혼합액을 냉각한 후 동결 건조하여 분말을 제공하는 제4단계를 추가로 포함하는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  10. 제9항에 있어서, 상기 제4단계의 분말은 수분 함량이 1 내지 3 중량%인 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제4단계의 분말에 수분 함량이 50 내지 80 중량%가 되도록 물을 첨가한 후 분말을 반죽하고 건조하는 제5단계를 포함하는 것인, 식품 소재 효소분해물의 제조방법.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항의 제조방법에 의해 제조된 식품 소재 효소 분해물을 유효성분으로 포함하는 건강기능성 식품 조성물.
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