KR20210079620A - 식이섬유의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 당류가 저감되어 마일드한 단맛을 가지며, 고부가가치 부산물을 제공하는 식이섬유의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 식이섬유에 관한 것으로, 상기 식이섬유는 배소덱스트린을 액화시키는 단계, 및 상기 액화된 배소덱스트린에, 알파 아밀레이즈, 베타 아밀레이즈 및 말토제닉 아밀레이즈를 포함하는 효소를 첨가하여 당화시키는 단계를 포함하여 제조될 수 있다.
Description
본 발명은 식이섬유의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 당류가 저감되어 마일드한 단맛을 가지며, 고부가가치 부산물을 제공하는 식이섬유의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 식이섬유에 관한 것이다.
건강에 대한 관심이 높아짐에 따라 기능성을 갖는 식품 소재에 큰 관심이 모아지고 있다. 음식에 관한 이러한 소비자 경향에 의해, 최근 기능성을 갖는 식품 소재를 이용한 여러 가지 다양한 식품이 많이 시중에 나오고 있다.
그러한 식품 소재 중 하나로 식이섬유를 들 수 있는데, 식이섬유(dietary fiber)란 신체의 소화효소로 분해되지 않는 난소화성 고분자 섬유 성분을 말하는데, 주로 식물세포의 세포벽 또는 식물 종자의 껍질 부위에 분포되어 있다.
식이섬유는 신체에 흡수되지 않으므로 영양학적으로는 가치가 없는 것으로 인식되었다. 그러나 최근 기능성식품에 대한 관심이 고조되어 탄수화물, 단백질, 지방, 비타민, 무기질 및 수분 등 6대 영양소와는 다른 생리기능을 인정하여 "제7의 영양소" 라고 부르고 있다.
한편, 덱스트린은 일반적으로 전분을 미량의 산과 함께 150~180℃로 가열하여 분해시킨 배소 덱스트린(pyrodextrin)을 말하는데, 상기 배소 덱스트린을 사용하여 난소화성 말토덱스트린을 제조하는 종래기술로는 액화, 당화된 덱스트린에 활성탄을 투입, 미세입자 제거를 통해 여과시간을 단축시켜 난소화성 말토덱스트린을 제조하는 방법(특허문헌 1)이 개시되어 있다.
또한, 배소 덱스트린에 α-아밀레이즈를 작용시킨 후 글루코사이드 전달효소 및/또는 β-아밀레이즈를 작용시켜 식이섬유를 함유한 덱스트린을 제조하는 방법(특허문헌 2) 등이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같은 종래기술들은 맛을 좋게 하고, 혀에 대한 감촉을 좋게
할 목적으로 수소를 첨가하는 공정을 포함하고 있는데, 이러한 수소첨가 공정은 추가적인 촉매를 사용해야 하고, 고온 및 고압 장비를 활용해야 하기 때문에, 공정 추가에 의한 생산 단가 상승의 요인으로 작용하는 문제점이 있었다.
본 발명자들은 상기와 같은 종래기술의 문제점을 해결하기 위한 연구를 수행한 결과, 추가 효소 사용을 통하여 최적 당화조건을 확인함으로써, 수소 첨가 공정 없이도 마일드한 단맛을 가진 식이섬유를 제조할 수 있음을 알아내고, 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은 분리 및 정제 전에 특정 효소를 동시에 사용하여당조성을 변화시킴으로써, 고수율의 식이섬유를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기와 같은 방법으로 제조된 식이섬유를 제공하는 것이다.
본 발명은 상기와 같은 목적을 달성하기 위하여, 배소덱스트린을 액화시키는 단계, 및 상기 액화된 배소덱스트린에, 알파 아밀레이즈, 베타 아밀레이즈 및 말토제닉 아밀레이즈를 포함하는 효소를 첨가하여 당화시키는 단계를 포함하는 식이섬유의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기와 같은 방법으로 제조된 식이섬유를 제공한다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법에 의하면, 원료 주입액의 당 조성을 조절함으로써 크로마토 분리가 용이하여 고수율로 식이섬유를 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 당류가 저감되어 식후 혈당상승 억제에 도움을 주며, 부가가치가 높은 부산물 활용을 통하여 제조원가를 절감할 수 있는 장점이 있다.
도 1은 종래기술의 문제점 및 본원발명의 기술적 특징을 대비한 것이다.
도 2는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 1)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실험예 2에 따른 주입액(비교예 2)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 3)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 4)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실험예 2에 따른 주입액(실시예 1)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실험예 2에 따른 주입액(실시예 2)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 2는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 1)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 3은 실험예 2에 따른 주입액(비교예 2)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 4는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 3)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 5는 실험예 2에 따른 주입액(비교예 4)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 6은 실험예 2에 따른 주입액(실시예 1)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
도 7은 실험예 2에 따른 주입액(실시예 2)의 크로마토 분리 후의 당 조성 분석 결과를 나타내는 그래프이다.
본 발명의 일 구현예는 (a) 배소덱스트린을 액화시키는 단계, 및 (b) 상기 액화된 배소덱스트린에, 알파 아밀레이즈(α-amylase), 베타 아밀레이즈(β-amylase) 및 말토제닉 아밀레이즈(maltogenic amylase)를 포함하는 효소를 첨가하여 당화시키는 단계를 포함하는 식이섬유의 제조방법에 관한 것이다.
식이섬유는 다당류와 다당류 유도체의 고분자 물질로 보수성, 용해성, 점질성, 양이온 교환성, 흡착성 등의 특성이 있다. 즉 식이섬유는 일정량의 물을 흡수하여 보유하는 능력과 보유 수분에 의한 체적 증가 및 팽윤성 등의 특징이 있다. 식이섬유가 보유할 수 있는 수분량은 식이섬유의 종류와 구조에 따라 차이가 있다. 셀룰로스, 리그닌 등은 보수성이 낮으며 펙틴, 구아검 등은 높다.
수용성 식이섬유는 물에 녹으면 물과 결합하여 점도가 높은 졸(sol)이 되어 식품성분의 확산 속도를 억제하는 기능을 가지고 있다. 점도는 구조 변화에 따라 달라진다. 식이섬유는 구성 성분에 카복실기와 유산기를 가지고 있어 양이온을 흡착하며 담즙산, 콜레스테롤, 독성물질 등을 흡착하는 능력도 있다.
식이섬유의 생리적 기능성에는 변비, 치질, 대장암, 충수염 등의 예방에 효과적이며 고혈압, 동맥경화, 심장병 등의 순환기계 질환을 예방할 수 있다. 혈당치의 상승이 억제되어 당뇨병에도 좋으며, 비만 방지 효과도 있다.
식이섬유에 속하는 물질의 분류 방법은 학자에 따라 다양하다. 즉 화학구조를 기초로 한 분류, 동식물의 조직 등에서 섭취되는 식이섬유와 각각 분리된 형태로 섭취되는 것의 분류, 물에 대한 친화성으로 수용성 식이섬유와 불용성 식이섬유로 나누는 방법 등이 있다. 수용성 및 불용성 식이섬유로 분류하면 수용성 식이섬유에는 폴리덱스트로스, 펙틴, 구아검, 카라기난, 알긴산 등이 있으며, 불용성 식이섬유에는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌, 키틴 등이 있다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법에서, 상기 (a) 단계에 사용되는 상기 배소덱스트린으로는 공지의 배소덱스트린을 사용하는 것으로 족한데, 예컨대 옥수수 전분에 염산, 황산, 질산과 같은 산을 소량 첨가한 상태에서 열풍으로 예비 건조하는 단계를 거쳐 130℃ 내지 180℃ 정도로 가열하여 제조한 배소덱스트린을 사용할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
본 발명에 의한 상기 식이섬유의 제조방법의 상기 (a) 단계에서, 상기 액화는 상기 배소덱스트린을 pH 5.0~6.0으로 조절한 후, 100~110℃, 바람직하게는 105℃에서 5~15분, 바람직하게는 10분 동안 수행할 수 있다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법에서, 상기 (b) 단계의 상기 당화는 상기 효소를 첨가하여, pH 5.0~6.0 및 55~65℃, 바람직하게는 60℃의 조건에서 48~72시간, 바람직하게는 50~60시간 동안 수행할 수 있다.
본 발명에 의한 상기 식이섬유의 제조방법의 상기 (b) 단계에서, 상기 알파 아밀레이즈, 베타 아밀레이즈 및 말토제닉 아밀레이즈를 포함하는 효소를 동시에 첨가하는 것이 바람직한데, 이는 상기 효소를 동시에 처리하는 경우 가장 높은 총 식이섬유 함량을 얻을 수 있기 때문이다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법에서, 상기 효소는 풀루라네이즈(pullulanase)를 더 포함할 수 있다. 이 경우에도 가장 높은 총 식이섬유 함량을 얻기 위해서는, 알파 아밀레이즈, 베타 아밀레이즈, 말토제닉 아밀레이즈 및 풀루라네이즈를 포함하는 효소를 동시에 첨가하는 것이 바람직하다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법은 상기 액화된 배소덱스트린 대비, 상기 알파 아밀레이즈 0.01~0.1 %(w/w), 바람직하게는 0.01~0.03 %(w/w), 상기 베타 아밀레이즈 0.01~0.1 %(w/w), 바람직하게는 0.01~0.03 %(w/w) 및 상기 말토제닉 아밀레이즈 0.01~0.5 %(w/w), 바람직하게는 0.1~0.2 %(w/w)를 첨가할 수 있다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법은 상기 액화된 배소덱스트린 대비, 상기 풀루라네이즈 0.01~0.1 %(w/w), 바람직하게는 0.01~0.03 %(w/w)를 첨가할 수 있다.
본 발명의 상기 식이섬유의 제조방법은, (c) 상기 (b) 단계에 의해 수득한 당액을 여과하는 단계, (d) 상기 여과시킨 여액을 활성탄 처리에 의해 탈색하는 단계, (e) 상기 탈색된 여액을 이온교환수지에 통과시켜 정제하는 단계, 및 (f) 상기 정제 후 농축시킨 다음, 강산성 양이온 교환수지를 충진한 컬럼 크로마토그래피를 하여 식이섬유 당액을 수득하는 단계를 더 포함할 수 있다.
상기 (c) 단계의 여과는 당화시켜 얻은 당액을 고·액 분리하여 불순물을 제거하기 위한 것으로서, 상기 여과는 중력여과, 압력여과, 진공여과, 원심여과 등 당업계에 널리 알려진 방법에 의해 수행하는 것으로 족하므로, 이에 대한 상세한 설명은 생략한다.
상기 (d) 단계의 탈색은 상기 여과시킨 여액을 분말 활성탄 처리하여 탈색할 수 있는데, 상기 활성탄은 크기가 1~800 μm, 바람직하게는 1~100 μm의 범위인 미세 활성탄을 사용하는 것이 바람직하지만, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (e) 단계는 상기 탈색 처리한 여액 중의 이온 성분 등과 같은 불순물을 제거하기 위해 양이온 교환수지, 음이온 교환수지 및 양이온과 음이온교환수지가 혼합된 수지로 충진된 상온의 컬럼에 예컨대, 시간당 이온교환수지 2배 부피의 속도로 통액을 시켜 정제할 수 있으나, 이에 한정되는 것은 아니다.
상기 (f) 단계는 상기 (e) 단계로부터 수득한 정제된 당화액을 농축시킨 다음, 강산성 양이온 교환수지를 충진한 컬럼 크로마토그래피를 하여 고순도의 수용성 식이섬유 당액을 수득할 수 있다.
상기와 같은 공정을 거쳐 수득한 식이섬유 당액 중, 수용성 식이섬유의 함량은 69%(w/w) 이상, 바람직하게는 69~75%(w/w)일 수 있다.
본 발명의 다른 구현예는 상기의 방법에 의해 제조된 식이섬유에 관한 것이다.
본 발명의 상기 식이섬유는 당류가 저감되어 식후 혈당상승 억제에 도움을 줄 수 있는 장점이 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 상세히 설명한다. 그러나 이들 실시예는 본 발명을 구체적으로 설명하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 권리범위가 이들 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
<실시예 및 비교예> 수용성 식이섬유의 제조
이하의 실시예 및 비교예에서 사용한 효소는 알파 아밀레이즈(Termamyl classic, Fungamyl 800L, Novozymes社), 아밀로글루코시데이즈(Gal-New, Dupont社), 베타 아밀레이즈(Secura, Novozymes), 풀루라네이즈(Optimax L1000, Dupont社), 말토제닉 아밀레이즈(Maltogenase L, Novozymes社)이다.
또한, 이하의 실시예 및 비교예에서 특별한 언급이 없는 한, "%"는 "%(w/w)"이다.
<비교예 1>
배소덱스트린 35% 슬러리를 pH 5.0-6.0으로 조절한 후, 105℃에서 10분 동안 처리하여 액화를 실시하였다. 여기에, 하기의 표 1과 같이, Termamyl classic(Novo社) 0.09%, Gal-New(Dupont社) 0.34%를 동시에 첨가하여 60℃, pH 5.2-5.6의 조건에서 50시간 이상 당화를 실시하였다(제1 단계).
상기에서 수득한 당화액을 여과, 분말 활성탄 처리에 의한 탈색 및 이온교환수지에 의한 정제를 한 후, 50 Bx로 농축하여 강산성 양이온 교환수지(Diaion사 UBK-530, Na+형)를 유리 컬럼(2.5 ×100㎝) 2개에 충진하여 온도를 60℃로 유지하고, 직렬로 연결한 다음 S.V. 0.1의 속도로 통획하고 분획하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다(제2 단계).
<비교예 2>
효소로 Fungamyl 800L(Novozymes社) 0.022% 및 Secura(Novozymes) 0.025%를 사용한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다.
<비교예 3>
효소로 Maltogenase L(Novozymes社) 0.14%를 사용한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다.
<비교예 4>
효소로 Maltogenase L(Novozymes社) 0.14% 및 Secura(Novozymes) 0.025%를 사용한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다.
<실시예 1>
효소로 Maltogenase L(Novozymes社) 0.14%, Secura(Novozymes) 0.025% 및 Fungamyl 800L(Novozymes社) 0.022%를 사용한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다.
<실시예 2>
효소로 Maltogenase L(Novozymes社) 0.14%, Secura(Novozymes) 0.025%, Fungamyl 800L(Novozymes社) 0.022% 및 Optimax L1000(Dupont社) 0.02%를 사용한 것 이외에는 상기 비교예 1과 동일하게 실시하여, 수용성 식이섬유 당액을 얻었다.
<실험예>
이하의 실험예에서, DP1은 포도당, DP2는 말토오스, DP3는 말토트리오스, DP4는 말토테트라오스를 의미한다.
<실험예 1> 당화 조건별 당 조성 분석
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 2에서, 효소를 첨가하여 당화시킨 상기 제1 단계에 의해 수득한 당화액 중의 당 조성을 분석한 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
이때, 상기 당 조성 분석은 하기 표 2와 같은 조건으로 수행하였다.
| 컬럼 | Aminex HPX-42A Carbohydrate column(7.8 × 300 mm, BIO-RAD |
| 컬럼 온도 | 80℃ |
| 용리액 | 증류수(D.W) |
| 유속 | 0.6 mL/min |
| 검출기 | 시차굴절 검출기(Refractive Index Detector) |
<실험예 2> 크로마토 분리 후의 당 조성 분석
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 2에서, 효소를 첨가하여 당화시킨 당화액을 크로마토그래피하여 정제한(제2 단계) 후의 수용성 식이섬유 당액의 당 조성을 분석한 결과를 하기 표 3 및 도 2 내지 도 7에 나타내었다.
이때, DP1 내지 DP4의 분석방법은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하였고, 총 식이섬유(TDF) 함량의 분석방법은 식품공전 수용성 식이섬유 분석법 (나법)에 의해 수행하였다.
상기 표 3에서 보는 바와 같이, 종래에 사용되는 기술에서는 당조성 중 포도당 함량이 높아 분리 수율은 높아지나, 최종 제품의 포도당 함량도 동시에 높아지게 됨을 알 수 있다(비교예 1 참조).
이는 식후 혈당상승 억제에 도움을 주는 건강 기능성을 갖는 건강기능성 제품에는 적합하지 않으며, 너무 단맛이 높으면 식품에 사용하기가 어려운 문제점이 있다.
그러나, 실시예 1 및 실시예 2에서와 같이, 말토스의 함량이 많은 당 조성을 가진 주입액을 크로마토 분리하게 되면, 최종 제품에서의 포도당 함량을 1% 미만으로 줄일 수 있어, 당류 함량이 ½로 저감되어 마일드한 단맛을 가지게 되며, 말토제닉 아밀레이즈와 알파 아밀레이즈 및 베타 아밀레이즈를 동시에 처리하였을 때, 가장 높은 분리 수율을 얻을 수 있음을 확인할 수 있는 바, 식후 혈당상승 억제에 도움을 줄 수 있음을 알 수 있다.
<실험예 3> 크로마토 분리 후의 부산물 당 조성 분석
상기 비교예 1 내지 4 및 실시예 1 내지 2에서, 효소를 첨가하여 당화시킨 당화액을 크로마토그래피하여 정제한(제2 단계) 후에 생성된 부산물의 당 조성을 분석한 결과를 하기 표 4에 나타내었다.
이때, DP1 내지 DP4의 분석방법은 상기 실험예 1과 동일하게 수행하였다.
상기 표 4에서 보는 바와 같이, 실시예 1 및 실시예 2의 크로마토 분리후 생성된 부산물은 일반적으로 판매되어온 저가의 액당(비교예1)에서 고부가가치 제품인 물엿으로 판매가 가능해 진다.
상술한 바와 같이 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 통상의 기술자라면 하기의 청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (10)
- (a) 배소덱스트린을 액화시키는 단계; 및
(b) 상기 액화된 배소덱스트린에, 알파 아밀레이즈, 베타 아밀레이즈 및 말토제닉 아밀레이즈를 포함하는 효소를 첨가하여 당화시키는 단계를 포함하는 식이섬유의 제조방법. - 제1항에 있어서, 상기 효소를 동시에 첨가하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 효소는 풀루라네이즈를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 액화된 배소덱스트린 대비, 상기 알파 아밀레이즈 0.01~0.1 %(w/w), 상기 베타 아밀레이즈 0.01~0.1 %(w/w) 및 상기 말토제닉 아밀레이즈 0.01~0.5 %(w/w)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제3항에 있어서, 상기 액화된 배소덱스트린 대비, 상기 풀루라네이즈 0.01~0.1 %(w/w)를 첨가하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 액화는 상기 배소덱스트린을 pH 5.0~6.0으로 조절한 후, 100~110℃에서 5~15분 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 당화는 상기 효소를 첨가하여, pH 5.0~6.0 및 55~65℃의 조건에서 48~72시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항에 있어서,
(c) 상기 (b) 단계에 의해 수득한 당액을 여과하는 단계;
(d) 상기 여과시킨 여액을 활성탄 처리에 의해 탈색하는 단계;
(e) 상기 탈색된 여액을 이온교환수지에 통과시켜 정제하는 단계; 및
(f) 상기 정제 후 농축시킨 다음, 강산성 양이온 교환수지를 충진한 컬럼 크로마토그래피를 하여 식이섬유 당액을 수득하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법. - 제8항에 있어서, 상기 식이섬유 당액 중, 수용성 식이섬유의 함량은 69%(w/w) 이상인 것을 특징으로 하는 식이섬유의 제조방법.
- 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 식이섬유.
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