KR20230092209A - 농축기술을 이용한 김치발효 및 이를 이용한 기능식품 조성물 - Google Patents

농축기술을 이용한 김치발효 및 이를 이용한 기능식품 조성물 Download PDF

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KR20230092209A
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Abstract

본 발명은 김치의 재료가 되는 채소의 원물 농축액을 유산균으로 발효시켜 제조한 김치 발효 식품조성물에 관한 것이다. 본 발명의 김치 발효 식품조성물은 김치의 맛, 향, 및 효능은 그대로 유지하면서도, 염장 단계를 제거하여 나트륨(Na+)을 포함하지 않고, 휴대 간편성과 보관성이 향상되었으므로, 식품 분야에서 크게 이용될 것으로 기대된다.

Description

김치 발효 식품조성물 및 이의 제조방법{Kimchi food composition fermented with lactic acid bacteria and manufacturing method thereof}
본 발명은 김치 발효 식품조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
김치는 소금에 절인 채소와 양념으로 이루어지는 한국의 전통 음식으로서, 소화촉진이나 면역력 강화 등의 생체 조절 기능과, 항균성, 소염성, 항돌연변이성, 항암성 등을 통한 질병의 예방, 혈중 콜레스테롤의 저하, 생체리듬의 조절, 노화억제, 체중 조절 등 다양한 유익한 효과들이 보고되어 왔다. 따라서 최근에는 미국, 유럽, 동남아시아 등 외국에서도 김치를 맛보고, 이를 다양한 요리에 접목시키고자 하는 노력이 뒤따르고 있다.
그러나 김치는 발효식품으로서 다른 건강 기능 식품에 비해 유통기한이 매우 짧은 편이며, 강한 맛과 고유의 향에 익숙하지 못한 외국인들에게는 접근하기 힘든 식품으로 인식될 위험이 있고, 염장 과정에서 투입되는 대량의 나트륨(Na+)으로 인해 고혈압 및 위장 장애를 야기한다는 우려가 있다. 또한 김치마다 재료의 혼합비와 발효 온도 등에 따라 맛과 향이 매우 달라질 수 있어, 염장 과정을 제거하고, 맛과 향을 표준화시킨 김치의 필요성이 대두되고 있다.
따라서 본 발명은 상기와 같은 문제를 해결하기 위해 안출된 것으로, 김치의 재료가 되는 채소의 원물 농축액을 유산균으로 발효시켜 제조한 김치 발효 식품조성물에 관한 것이다. 본 발명의 김치 발효 식품조성물은 김치의 맛, 향, 및 효능은 그대로 유지하면서도, 염장 단계를 제거하여 나트륨(Na+)을 포함하지 않고, 휴대 간편성과 보관성이 향상되었으므로, 식품 분야에서 크게 이용될 것으로 기대된다.
본 발명은 유산균으로 발효시킨 김치 발효 식품조성물 및 이의 제조방법에 관한 것이다.
본 발명은 배추 농축액, 및 무 농축액을 포함하고 유산균으로 발효된 김치 발효 식품조성물을 제공한다.
또한 본 발명은 배추 농축액, 및 무 농축액을 포함하고 유산균으로 발효된 김치 발효 식품조성물을 제조하는 방법을 제공한다.
그러나 본 발명이 이루고자 하는 기술적 과제는 이상에서 언급한 과제에 제한되지 않으며, 언급되지 않은 또 다른 과제들은 아래의 기재로부터 당 업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
이하, 본원에 기재된 다양한 구체예가 도면을 참조로 기재된다. 하기 설명에서, 본 발명의 완전한 이해를 위해서, 다양한 특이적 상세사항, 예컨대, 특이적 형태, 조성물 및 공정 등이 기재되어 있다. 그러나, 특정의 구체예는 이들 특이적 상세 사항 중 하나 이상 없이, 또는 다른 공지된 방법 및 형태와 함께 실행될 수 있다. 다른 예에서, 공지된 공정 및 제조 기술은 본 발명을 불필요하게 모호하게 하지 않게 하기 위해서, 특정의 상세사항으로 기재되지 않는다. "한 가지 구체예" 또는 "구체예"에 대한 본 명세서 전체를 통한 참조는 구체예와 결부되어 기재된 특별한 특징, 형태, 조성 또는 특성이 본 발명의 하나 이상의 구체예에 포함됨을 의미한다. 따라서, 본 명세서 전체에 걸친 다양한 위치에서 표현된 "한 가지 구체예에서" 또는 "구체예"의 상황은 반드시 본 발명의 동일한 구체예를 나타내지는 않는다. 추가로, 특별한 특징, 형태, 조성, 또는 특성은 하나 이상의 구체예에서 어떠한 적합한 방법으로 조합될 수 있다.
명세서에서 특별한 정의가 없으면 본 명세서에 사용된 모든 과학적 및 기술적인 용어는 본 발명이 속하는 기술분야에서 당업자에 의하여 통상적으로 이해되는 것과 동일한 의미를 가진다.
본 발명의 일 구체예에서 발효란, 미생물이 자신이 가지고 있는 효소를 이용해 유기물을 분해시키는 과정을 말한다. 발효라고 하는 것은 효소작용에 의해 유기물이 간단한 화합물로 변화해 자유에너지를 내놓는 현상이지만, 일반적으로는 미생물이 유기물을 분해해서 대사물을 축적하는 현상을 말한다. 즉, 효모가 당을 무산소적으로 분해해서 에틸알코올과 이산화탄소로 하는 알코올 발효, 락트산균이 당을 무산소적으로 분해해서 락트산으로 하는 락트산 발효 등이 전형적인 발효이지만, 현재는 아세트산균이 공기 중의 산소를 이용해서 알코올을 아세트산으로 산화시키는 현상, 곰팡이가 공기 중의 산소를 이용해서 글루코오스를 글루콘산으로 산화시키는 현상 등도 각각 아세트산 발효, 글루콘산 발효 등으로 부르고 있다. 이외에 미생물에 의한 아미노산, 비타민, 항생물질의 생산도 예를 들면 글루탐산 발효, 리보플라빈 발효, 페니실린 발효 등으로 불리는데, 그다지 좋은 호칭은 아니다. 발효작용명은 생산물로 부르는 것이 원칙이나, 때로는 셀룰로오스 발효, 펙틴 발효 등으로 기질의 이름을 붙이기도 한다. 본 발명에 있어서 상기 발효는 유산균을 이용하는 것이고, 상기 유산균은 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum)인 것이 바람직하나, 김치에서 분류된 유산균이라면 제한없이 이용될 수 있으며, 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides), 류코노스톡 덱스트라니쿰(Leuconostoc dextranicum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis), 페디오코코스 펜토사쿠스(Pediococcus pentosacues) 등이 이용 가능하다.
본 발명의 일 구체예에서 추출이란, 재료가 되는 원물로부터 유효성분을 뽑아내는 것이다. 그 방법에 따라 고온 또는 저온의 열을 이용한 추출, 알코올 또는 유기용매를 이용한 추출, 진공을 이용한 추출, 압력을 이용한 추출 등이 가능하다. 또한 추출된 추출물은 필요에 의해서 특정 농도로 농축될 수 있다. 이 경우에는 저온가열 농축법, 저온진공법 농축법, 또는 가열 농축법이 이용 가능한다. 본 발명에 있어서 상기 추출은 열수 추출법을 이용한 것이나, 당 업계에 알려져 있는 추출법이라면 제한없이 이용 가능하다.
본 발명의 일 구체예에서 당이란, 일반적인 의미에서 단맛을 지닌 물질을 의미한다. 생화학적 관점에서는 물에 녹을 수 있는 비교적 작은 탄수화물(carbohydrate)이다. 가장 간단한 당류는 단당류(monosaccharide)로서 포도당(glucose), 과당(fructose), 갈락토스 (galactose) 등이 있다. 이들 단당류 2 개로 이루어진 이당류 (disaccharide)중 대표적인 것은 포도당과 과당이 연결된 설탕(sucrose), 포도당 2개가 연결된 엿당 (maltose), 포도당과 갈락토스가 연결된 젖당(lactose)등이 있다. 단당류가 3개~10개 정도로 이루어진 짧은 탄수화물을 올리고당(oligosaccharide)이라고 하는데, 주로 단백질과 지질에 다양한 종류로 연결되어 당단백질(glycoprotein)이나 당지질(glycolipid)를 이룬다. 시중에서 판매되는 감미료인 "올리고당"은 식품에 자연적으로 존재하는 이눌린(inulin)이라고 하는 비교적 소규모의 다당류(polysaccharide)를 가수분해하여 만들어진, 여러 개의 과당(fructose)이 연결된 프럭토올리고당(fructooligosaccaride)이다. 이들 이당류 및 올리고당을 섭취하면 체내에서 각각의 단당류로 분해되어 에너지원으로 사용된다. 통상적으로 전통적인 김치 제조 시 당도를 높이고 미생물의 발효를 증진시키고자 하는 목적으로 설탕, 꿀, 또는 풀(곡물을 끓여 얻은 점액질의 상층액) 등의 당 성분이 포함된다. 그러나 김치에 첨가되는 당은 김치의 혈당지수(Glycemic index; GI)를 올리고, 유산균 이외의 기타 잡균을 증식시키는 원인으로 지목되고 있다. 본 발명의 김치 발효 식품조성물은 김치의 재료로서 배추, 무, 마늘, 생강, 고추, 양파, 배 등 과채류 이외에 일체의 정제된 당(단당류, 이당류, 올리고당)이나 곡물로부터 추출된 당을 포함하지 않는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구체예에서 염장이란, 식품 보장법의 일종으로 어류, 육류, 채소 등의 식품에 다량의 식염을 뿌리든가(마른간법), 식품을 진한 식염수에 침지(물간법)해서 저장하는 것을 의미한다. 통상적으로 전통적인 김치 제조 시 주재료가 되는 배추를 소금물에 침지한 후, 여기에 각종 부재료 채소와 양념을 혼합하여 김치를 제조한다. 따라서 김치는 한국의 대표적인 발효식품임과 동시에 염장식품이며, 다량의 나트륨(Na+)을 포함하고 있다. 본 발명의 김치 발효 식품조성물은 배추뿐만 아니라 모든 채소류를 염장시키지 않고 신선한 원물 그대로 이용하는 것을 특징으로 한다.
본 발명의 일 구체예에서 식품조성물이란, 김치의 재료가 되는 채소의 원물 농축액을 유산균으로 발효시켜 제조한 김치 발효 식품조성물을 의미한다. 본 발명의 식품조성물은 각종 식품류, 예를 들어, 음료, 우유, 유산균 함유 유제품, 껌, 차, 비타민 복합제, 분말, 과립, 환, 정제, 블록, 캡슐, 과자, 떡, 빵, 겔 등의 형태로 제조될 수 있다. 본 발명의 식품조성물은 독성 및 부작용이 거의 없는 천연식품 및 이의 발효물로 구성된 것이므로 장기간 복용 시에도 안심하고 사용할 수 있다. 본 발명의 식품 조성물이 식품에 포함될 때 그 양은 전체 중량의 0.1 내지 100%의 비율로 첨가할 수 있다. 여기서, 상기 식품조성물이 음료 형태로 제조되는 경우 지시된 비율로 상기 식품조성물을 함유하는 것 외에 특별한 제한점은 없으며 통상의 음료와 같이 여러가지 향미제 또는 천연탄수화물 등을 추가 성분으로서 함유할 수 있다. 즉, 천연탄수화물로서 포도당 등의 모노사카라이드, 과당 등의 디사카라이드, 전분 등의 폴리사카라이드 및 덱스트린, 시클로덱스트린 등과 같은 통상적인 당 및 자일리톨, 소르비톨, 에리트리톨 등의 당알콜 등을 포함할 수 있다. 상기 향미제로서는 천연 향미제(타우마틴, 스테비아 추출물(예를 들어 레바우디오시드 A, 글리시르히진등) 및 합성 향미제(사카린, 아스파르탐 등) 등을 들 수 있다. 그 외 본 발명의 식품조성물은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성풍미제 및 천연풍미제 등의 풍미제, 착색제, 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. 이러한 성분은 독립적으로 또는 조합하여 사용할 수 있다. 이러한 첨가제의 비율은 그렇게 중요하진 않지만 본 발명의 조성물 100 중량부 당 0.1 내지 100 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
본 발명의 일 구체예에서, 배추 농축액, 및 무 농축액을 포함하는 김치 발효 식품조성물을 제공하고, 상기 배추 농축액은 17.5 내지 22.5 brix이고, 무 농축액은 7.5 내지 12.5 brix인 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물은 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 및 배 농축액으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 마늘 농축액은 12.5 내지 17.5 brix이고, 생강 농축액은 17.5 내지 22.5 brix 이며, 고추 농축액은 7.5 내지 12.5 brix이며, 양파 농축액은 2.5 내지 7.5 brix이며, 배 농축액은 7.5 내지 12.5 brix인 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물 100 부피%에 대하여, 배추 농축액은 65 내지 85 부피%로 포함되고, 무 농축액은 10 내지 15 부피%로 포함되는 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 배추 및 무는 염장되지 않는 것을 특징으로 하는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 발효는 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides), 류코노스톡 덱스트라니쿰(Leuconostoc dextranicum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis), 또는 페디오코코스 펜토사쿠스(Pediococcus pentosacues)로 수행되는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 발효는 48시간 이상 수행하는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물은 정제된 형태의 단당류, 이당류, 올리고당, 또는 풀(곡물을 끓여 얻은 점액질의 상층액)을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물은 액상, 분말, 과립, 블록, 캡슐, 또는 겔의 형태로 제공되는 것인 김치 발효 식품조성물을 제공한다.
본 발명의 다른 구체예에서, 배추 농축액, 및 무 농축액을 제조하는 단계; 및, 상기 배추 농축액과 무 농축액을 혼합하는 단계;를 포함하는 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하고, 상기 배추 농축액은 17.5 내지 22.5 brix로 제조하고, 무 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 또는 배 농축액을 제조하는 단계; 및, 상기 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 및 배 농축액으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 혼합하는 단계;를 추가로 포함하는 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 마늘 농축액은 12.5 내지 17.5 brix로 제조하고, 생강 농축액은 17.5 내지 22.5 brix로 제조하며, 고추 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하며, 양파 농축액은 2.5 내지 7.5 brix로 제조하며, 배 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물 100 부피%에 대하여, 배추 농축액은 65 내지 85 부피%로 혼합하고, 무 농축액은 10 내지 15 부피%로 혼합하는 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 배추 및 무는 염장하지 않는 것을 특징으로 하는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 배추 농축액, 및 무 농축액을 제조하는 단계; 및, 상기 배추 농축액과 무 농축액을 혼합하는 단계;를 포함하는 김치 발효 식품조성물을 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides), 류코노스톡 덱스트라니쿰(Leuconostoc dextranicum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis), 또는 페디오코코스 펜토사쿠스(Pediococcus pentosacues)로 발효하는 단계를 추가로 포함하는 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 발효는 48시간 이상 수행하는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물은 정제된 형태의 단당류, 이당류, 올리고당, 또는 풀(곡물을 끓여 얻은 점액질의 상층액)을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공하며, 상기 김치 발효 식품조성물은 액상, 분말, 과립, 블록, 캡슐 또는 겔의 형태로 제조되는 것인 김치 발효 식품조성물의 제조방법을 제공한다.
이하 상기 본 발명을 실시예에 입각하여 상세히 설명한다.
본 발명의 김치 발효 식품조성물은 소화촉진이나 면역력 강화 등의 생체 조절 기능과, 항균성, 소염성, 항돌연변이성, 항암성 등을 통한 질병의 예방, 혈중 콜레스테롤의 저하, 생체리듬의 조절, 노화억제, 체중 조절 등 김치 고유의 효능을 그대로 유지한다. 또한 본 발명의 김치 발효 식품조성물은 김치 고유의 맛과 향을 유지하면서도, 염장 단계를 제거하여 나트륨(Na+)을 포함하지 않고, 휴대 간편성과 보관성이 향상되었으므로, 식품 분야에서 크게 이용될 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 배추 농축액의 농도별(10 brix, 15 brix, 20 brix, 및 30 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 무 농축액의 농도별(5 brix, 10 brix, 15 brix, 및 20 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 마늘 농축액의 농도별(5 brix, 10 brix, 15 brix, 및 20 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 생강 농축액의 농도별(5 brix, 10 brix, 15 brix, 및 20 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 고추 농축액의 농도별(5 brix, 10 brix, 15 brix, 및 20 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 6은 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 양파 농축액의 농도별(5 brix, 10 brix, 15 brix, 및 20 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 7은 본 발명의 일 구체예에 따른, 김치 원료 중 배 농축액의 농도별(10 brix, 15 brix, 20 brix, 및 30 brix) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 8은 본 발명의 일 구체예에 따른, 배추농축액 20brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 9는 본 발명의 일 구체예에 따른, 무농축액 10brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 10은 본 발명의 일 구체예에 따른, 마늘농축액 15brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 11은 본 발명의 일 구체예에 따른, 생강농축액 20brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 12는 본 발명의 일 구체예에 따른, 고추농축액 10brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 13은 본 발명의 일 구체예에 따른, 양파농축액 5brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 14는 본 발명의 일 구체예에 따른, 배농축액 10brix의 시간별(6hr, 23hr, 48hr, 및 117hr) 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 15는 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 제조예 1 내지 3의 24시간, 및 48시간 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 나타낸 것이다.
도 16은 본 발명의 일 구체예에 따른, 본 발명의 제조예 2, 및 제조예 3의 맛 선호도, 향 선호도, 및 전체적인 맛 밸런스 관능시험 결과를 나타낸 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 농도별 채소 원물의 농축액 준비, 및 L. plantarum의 생육 패턴 분석
배추, 무, 마늘, 생강, 고추, 양파, 및 배를 이용하여 각 원물들을 열수 추출하여, 배추 39brix, 무 58brix, 마늘 64brix, 생강 64brix, 고추 20brix, 양파 70brix, 배 70brix의 농축액을 수득하였다. 이를 채소의 특성에 따라 저온가열 농축, 저온진공법에 의한 농축, 또는 가열 농축을 통해 원물별로 5brix, 10brix, 15brix, 20brix, 또는 30brix의 시료를 제조하였다. 상기 농도별 시료에 김치유산균인 락토바실루스 플란타룸(Lactobacillus plantarum)을 1x 107 dfu/ml 접종하고, 37℃ 온도 조건에서 3 내지 6일 동안 발효를 진행하였다. 배양된 생균수 결과를 하기 표 1에 나타내었다.
원재료 농축액 5brix 10brix 15brix 20brix 30brix
배추 Ext 3.6 x 106 1.4 x 107 2.0 x 1010 *ND
무 Ext 6 x 101 5.4 x 107 5.2 x 107 6 x 103
마늘 Ext *ND *ND 4.1 x 101 *ND
생강 Ext 5.0 x 106 3.4 x 106 *ND *ND
고추 Ext *ND *ND *ND *ND
양파 Ext 4.2 x 101 1 x 101 *ND *ND
배 Ext *ND 3.0 x 106 3.3 x 106 *ND 6 x 101
* ND: not detected
실험 결과, 채소의 농축액 별로 김치유산균의 생육 정도가 상당히 상이하였다. 상기 생균수 측정 시험은 초기 접종균수를 1x 107 dfu/ml로 배양을 시작하였으므로, 초기 접종 균수보다 생균수가 적은 것은 배양액으로 사용된 농축액이 L. plantarum에 대해 생육 억제능 또는 사멸능이 있는 것으로 판단 할 수 있다. 이를 토대로, 각 채소 농축액 중 원물의 발효 효율이 가장 우수한 최적의 brix를 확인하고 농축 표준값을 찾아내고자 하였다.
(1) 배추 농축액
김치 제조에서 주재료인 배추는 L. plantarum의 생육에 좋은 영양소로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 특히 3일 배양 후 농축액 농도 20brix 배양액에서 2.0*1010 cfu/ml 생균수를 보여 최적 배양 농도임을 확인하였다. 농도 20brix 배양액은 현미경 관찰에서도 가장 균수가 많은 것으로 확인되었다. 30 brix 배양액에서 균체수가 감소한 것은 높은 삼투압에 의한 생육 저해 영향인 것으로 판단된다. 배추 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 1에 나타내었다.
(2) 무 농축액
김치의 주재료 중 하나인 무를 이용한 무농축액은 4일 배양 후 10brix와 15brix에서 생균수가 급격히 늘어나는 것으로 나타났으며, 이 범위를 벗어나 brix가 낮거나 높으면 생육에 부정적 영향을 주는 것으로 나타났다. 또한, 5brix에서는 생균수 증식이 시작된 후 빠르게 영양성분 고갈이 나타났을 것으로 사료되는 바, 만약 5brix 농도의 배양액을 이용한다면 배양 기간을 1~2로 다소 짧게 잡아야 할 것으로 판단된다. 무 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 2에 나타내었다.
(3) 마늘 농축액
4일 배양한 마늘 농축액의 현미경 관찰 결과 10, 15, 20 brix에서 L. plantarum이 증식 한 것으로 보이나, 생균수는 15brix에서 41cfu/ml로 측정되어 초기 접종농도보다 현저히 낮은 생균수인 것으로 나타났다. 기타 농축액 농도에서는 생균수가 검출되지 않았다. 이는 마늘 농축액이 L. plantarum의 생육을 억제함을 나타낸다. 마늘 농축액의 이러한 특징은 김치를 장기 보관할 경우 김치가 빠르게 숙성되어 시어 버리는 것을 방지하는데 기여할 수 있다. 마늘 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 3에 나타내었다.
(4) 생강 농축액
생강농축액의 경우에도 4일 배양 시 5 내지 20brix의 농도에서 육안으로 균체가 관찰되었으나, 생균수 측정을 하였을 때는 생균이 거의 측정되지 않았다. 이는 마늘농축액과 마찬가지로 생균의 생육주기가 빨라서 균체 자체는 육안으로 관찰되지만, 생균이 사멸하여 생균수 측정은 안되었을 것으로 예측된다. 추가로 농축액별 최적 Brix 확인 시험 결과, 현미경 검경상 최대 균수를 보인 20Brix에서 생균수 측정되어 검경과 생균수 측정에 상관관계가 있으므로, 예측이 타당함이 확인되었다. 생강 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 4에 나타내었다.
(5) 고추 농축액
고추농축액의 경우에도 4일 배양액 시 5 내지 20 brix의 농도에서 모두 현미경 관찰 시 균체가 확인되지만 생균수가 측정되지 않은 것으로 보아, 증식 후 사멸되는 것을 확인하였다. 고추 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 5에 나타내었다.
(6) 양파 농축액
양파농축액 또한 마늘 농축액, 생강 농축액과 마찬가지로 5 내지 20brix에서 육안으로 균체가 확인되었으나, 생균측정을 하였을 때는 4일 배양에서 42 cfu/ml로 생균수 측정되어, 생균의 빠른 생육주기로 인하여 빠르게 증식 후 사멸하는 것으로 확인되었다. 양파 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 6에 나타내었다.
(7) 배 농축액
배 농축액도 4일 배양 결과 5 내지 20brix에서 육안으로 균체가 관찰되었으나, L. plantarum 생균측정을 하였을 때는 생균이 거의 관찰되지 않아, 생균수가 유지 또는 감소되는 것으로 나타났다. 마찬가지로 생균의 생육주기가 빠른 이유로 균체 자체는 육안으로 확인되지만, 생균이 사멸하여 생균 측정이 안되었을 것으로 판단된다. 배 농축액 농도별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 7에 나타내었다.
실시예 2: 원물 농축액별 최적 배양조건 확립
상기 실시예 1의 실험 결과 채소 원물별 발효의 생육주기가 다르게 나타나므로, 원물별 가장 적합한 생육조건 확립을 위해, 각 채소 원물별 현미경관찰 결과와 생균수 측정에서 모두 가장 높은 균수를 나타낸 농도를 표준 시료로 설정하여 배양 시간별 생균수를 측정하였다. 구체적으로, 실시예 1의 실험 결과 채소 원물별 최적의 농도로 선정된 배추농축액 20brix, 무농축액 10brix, 마늘농축액 15brix, 생강농축액 20brix, 고추농축액 10brix, 양파농축액 5brix, 또는 배농축액 10brix의 각 농축액 50ml에 L. plantarum seed 배양액 1ml를 접종(초기 접종농도: 3.7 x 107 cfu/ml)하고 80rpm, 37℃ 조건으로 배양하였다. 이 때, 시간별로 현미경 검경하여 배양 과정에서의 세균의 증감과 세포의 모양을 관찰하고, 생균수를 측정하여 각 농축액별 해당 brix에서의 생육에 미치는 영향을 조사하였다. 그 결과를 하기 표 2에 나타내었다.
항목
(단위: cfu/ml)		 6hr 23hr 48hr 117hr
배추농축액 20brix 8.0 x 107 1.36 x 107 3.2 x 109 1.91 x 107
무농축액 10brix 2.7 x 108 3.2 x 108 3.1 x 109 *ND(105)**
마늘농축액 15brix 3.6 x 107 5.5 x 107 1.1 x 108 *ND(104)**
생강농축액 20brix 5.9 x 107 4.7 x 107 9.4 x 107 3.0 x 107
고추농축액 10brix 9.2 x 106 2.0 x 107 3.0 x 104이하 *ND(101)**
양파농축액 5brix 3.1 x 107 9.8 x 107 2.3 x 108 *ND(104)**
배농축액 10brix 4.6 x 107 1.3 x 107 6.0 x 107 *ND(104)**
* ND: not detected, ( )**: 희석배수
실험 결과, 김치 제조에 사용되는 원료의 농축액 중에서 L. plantarum의 배양원료로서 가장 적합한 것은 주재료인 배추농축엑 20brix와 무농축액 10brix인 것으로 나타났다. 향신료인 마늘, 생강, 고추는 L. plantarum의 생육에 적합한 배양액은 아닌 것으로 판단되나, 김치를 장기 보존해야 할 필요성이 있을 때 L. plantarum의 생육을 천천히 진행시키고자 하는 목적으로 첨가될 수 있다. 부재료인 양파의 농축액도 48시간에 2.3 x 108 cfu/ml까지 증가하고 이후 검출되지 않아, 급격히 영양성분이 고갈되어 장기 배양액으로는 적합하지 않은 것으로 나타났다. 부재료인 배농축액 또한 48시간에 6.0 x 107으로 소량 생균수가 증가하였으나 117시간에 검출되지 않아, 빠르게 영양성분이 고갈되어 생육이 제어되는 것으로 조사되어 단기(24시간 이하)와 장기(117시간 이상) 배양용으로는 적합하지 않은 것으로 조사되었다. 전체적으로, 양파농축액의 6시간 배양액을 제외하고는 L. plantarum의 초기접종 농도인 3.7 x 107 cfu/ml 보다 생균수가 증가하는 것으로 조사되었으나, 농축액별로 증가 속도에 현저한 차이가 있으므로, 김치 제조 시 사용되는 원료들의 배합비, 및 발효 시간이 중요할 것으로 판단된다. 구체적인 농축액별 최적농도에서의 117시간 이내 배양 분석결과를 하기에 나타내었다.
(1) 배추 농축액
배추 농축액 20brix에서는 L. plantarum가 이론적 초기 접종농도 3.7 x 107 cfu/ml에 비하여 배양 23시간까지 증가하지 않았지만, 48시간에 3.2 x 109 cfu/ml까지 증식하여, 배추 농축액은 L. plantarum 배양액의 좋은 소재이지만, 유산균이 배추 농축액에 적응하는데 시간이 필요한 것으로 확인되었다. 또한 117시간의 현미경 사진에서 L. plantarum의 분리가 억제되고 생균수가 1.9 x 107 cfu/ml으로 감소하는 것으로 보아 영양성분이 고갈되었음을 알 수 있었다. 배추농축액 20brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 8에 나타내었다.
(2) 무 농축액
무 농축액 10brix에서는 L. plantarum가 초기 6시간 배양액에서 2.7 x 108 cfu/ml으로 이론적 초기 접종농도 3.7 x 107 cfu/ml에 비하여 10배 넘게 생균수가 증가하여, 김치 속 재료 중에서 무가 초기 숙성과정에 가장 많은 영향을 미치는 재료인 것으로 ?m인되었다. 이후, 1일 정도까지는 생균수가 3.2 x 108 cfu/ml로 유지되지만, 2일까지 다시 10배 증가하고 검경상 5일 정도까지 생균수가 증가하는 것이 확인되었다. 그러나 117시간의 생균수는 105 희석에서 생균수가 검출되지 않았다. 따라서 무 농축액은 L. plantarum 배양액의 좋은 배양액 소재이며, 최고 증식되는 시점은 접종 후 2~5일 사이인 것으로 추정되었다. 무농축액 10brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 9에 나타내었다.
(3) 마늘 농축액
마늘 농축액 15brix에서는 L. plantarum을 접종 후 1일 경과할 때까지 생균수가 크게 증가하지 않았지만, 사멸에 이르게 하지도 않는 것으로 조사되었다. 현미경 검경상으로 117시간에 균수가 증가하는 것으로 보아 마늘 농축액에서는 L. plantarum의 생육이 천천히 진행되는 것을 알 수 있었다. 또한 배양 5일 경과 시 균체가 분리되지 않는 것이 대부분이고 생균수도 104 희석에서 확인되지 않는 것으로 보아, 영양성분이 고갈되었음을 알 수 있었다. 마늘농축액 15brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 10에 나타내었다.
(4) 생강농축액
생강 농축액 20brix에서는 L. plantarum을 접종 한 직후 약간의 생균수 증가가 있었고, 2일 배양까지 생균수가 증가하였으나, 1 x 108 cfu/ml을 넘지 못하는 것으로 보아 배양액으로는 적합하지 않은 것으로 나타났다. 생육을 촉진하지 않으면서 생육 속도를 조절하는 것은 김치발효 유산균뿐만 아니라 기타 균들의 생육도 조절할 수 있으므로, 김치 맛을 나쁘게 하는 이상발효를 억제할 수 있다. 또한 117시간 배양 시 생균수가 3.0 x 107 cfu/ml으로 소량 감소하였으나, 현미경 관찰 결과 균체가 살아 있음이 확인되고 균체의 분리도 비교적 유지되고 있음으로 보아, 생강 농축액 20brix는 L. plantarum의 생육을 크게 증가시키지는 못하지만 사멸을 방지하는 역할을 하여 김치의 과발효를 막고 천천히 발효가 진행되는 역할을 하는 것으로 판단된다. 생강농축액 20brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 11에 나타내었다.
(5) 고추 농축액
고추 농축액 10brix에서는 1일 배양시까지 생균수가 유지되나, 이후 급격히 감소하는 것으로 확인되었다. 고추농축액은 L. plantarum의 생육을 억제하여 김치가 천천히 숙성되는데 기여하므로, 장기 보존을 가능하게 하는 것으로 판단된다. 고추농축액 10brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 12에 나타내었다.
(6) 양파 농축액
양파 농축액에서는 5brix에서 L. plantarum의 생육을 억제하지 않으며, 48시간 배양 시 2.8 x 108 cfu/ml로 균수가 소량 증가하는 것을 확인하였다. 이후에 생균수가 감소하는 것은 생육에 필요한 영양성분의 고갈에 의한 것으로 판단된다. 양파농축액 5brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 13에 나타내었다.
(7) 배 농축액
배 농축액에서는 10brix에서 L. plantarum의 생육을 저해하지 않으며, 초기부터 48시간까지 균수가 소량 증가하거나 또는 유지하지만, 이후 5일에는 균수가 감소하여 104 희석엑에서 생균수가 검출되지 않았다. 이것은 영양성분의 고갈이 원인인 것으로 판단된다. 배농축액 10brix의 시간별 균수 배양 양상을 촬영한 사진을 도 14에 나타내었다.
실시예 3: 최적의 혼합 농축액 배합비 확인
실시예 1 및 2의 결과를 바탕으로 하기 표 3과 같이 배추농축액 20brix, 무농축액 10brix, 마늘농축액 15brix, 생강농축액 20brix, 고추농축액 10brix, 양파농축액 5brix, 및 배농축액 10brix을 부피%로 혼합하여 121℃, 및 1.2기압에서 15분 멸균 후 냉각하였다. 여기에 L. plantarum 종균을 2 부피%로 접종하고, 37℃에서 80rpm으로 24시간, 또는 48시간 배양하였다. 제조예 1과 2의 경우에는 일반적으로 김치를 담글 때 사용되는 설탕 등당의 대체재로 포도당을 추가하였다.
구분 제조예 1 제조예 2 제조예 3
배추농축액 75 65 85
무 농축액 10 15 10
마늘농축액 1 2 1
생강농축액 0.2 2 0.2
고추농축액 0.1 0.3 0.1
양파농축액 0.2 2 0.2
배농축액 3.5 3.7 3.5
포도당 10 10 -
합계 100.00 100.00 100.00
상기 시험 결과를 하기 표 4, 및 도 15에 나타내었다.
시간 제조예 1 제조예 2 제조예 3
24시간 3.4 x 108 cfu/ml 2.2 x 109 cfu/ml 1.6 x 109 cfu/ml
48시간 4.9 x 108 cfu/ml 6.7 x 108 cfu/ml 1.6 x 109 cfu/ml
시험 결과, 제조예 1과 2를 비교할 때, 동일하게 포도당이 첨가된 경우라면 김치의 주재료인 배추농축액과 무농축액이 75:10의 비율로 혼합된 경우보다 65:15로 혼합된 경우에 24시간과 48시간에서 모두 L. plantarum이 더 잘 배양되는 것으로 나타났다. 또한 제조예 1과 3을 비교할 때, 당 공급원으로서 포도당이 첨가된 경우보다 포도당 첨가 없이 채소 원물 농축액만으로 구성된 경우에 24시간과 48시간에서 모두 L. plantarum이 더 잘 배양되는 것으로 나타나, 채소 원물 농축액만으로도 L. plantarum 배양이 가능함이 확인되었다. 배추농축액과 무농축액이 65:15로 혼합되고, 포도당이 첨가된 제조예 2는 24시간의 생균 수가 48시간에서의 생균 수보다 더 높은 것으로 나타나, 단기(24시간 이내) 배양에 적합한 것을 알 수 있었다. 포도당이 첨가되지 않고 채소 원물 농축액만으로 구성된 제조예 3은 24시간과 48시간에서의 생균 수가 동일하게 나타나, 장기(48시간 이상)까지 김치의 맛을 동일하게 유지하기에 적합한 것을 알 수 있었다.
실시예 4: 혼합 농축액 배합비의 관능 결과 확인
실시예 3에서 L. plantarum이 안정적으로 배양됨을 확인한 제조예 2와 제조예 3에 대하여 상용화를 위한 관능평가를 실시하였다. 구체적으로, 48시간 배양된 제조예 2 또는 제조예 3 시료를 김치 젖산균이 1억마리/g 이상 함유하도록 2~10 부피%로 조정하고, 백포도농축액을 10~20 부피% 사용하여 전체 당도를 10 brix로 설계하였다. 나머지는 정제수로 70~88 부피% 적용시켰다. 관능평가는 남녀 각 10대 5명, 20대 5명, 30대 5명, 40대 5명, 50대 5명으로 총 50명을 대상으로 맛 선호도, 향 선호도, 및 전체적인 맛 밸런스 항목을 100점 만점 기준으로 평가하였다. 그 결과를 하기 도 16에 나타내었다.
시험 결과, 제조예 2와 제조예 3은 맛 선호도와 향 선호도에서는 유의미한 차이가 없었으나, 전체 맛 밸런스에서는 제조예 3이 제조예 2보다 약 34% 평가값이 증가하였다. 이로써 제조예 3이 장기(48시간 이상) 보관 안정성이 증가함으로서, 전체적인 맛 밸런스를 확보하는데 유리하다는 것을 알 수 있었다.
이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 청구범위에 기재된 본 발명의 기술적 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 수정 및 변형이 가능하다는 것은 당 기술분야의 통상의 지식을 가진 자에게는 자명할 것이다.

Claims (20)

  1. 배추 농축액, 및 무 농축액을 포함하는, 김치 발효 식품조성물.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 배추 농축액은 17.5 내지 22.5 brix이고, 무 농축액은 7.5 내지 12.5 brix인 것인, 김치 발효 식품조성물.
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물은 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 및 배 농축액으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 추가로 포함하는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  4. 제 3항에 있어서,
    상기 마늘 농축액은 12.5 내지 17.5 brix이고, 생강 농축액은 17.5 내지 22.5 brix 이며, 고추 농축액은 7.5 내지 12.5 brix이며, 양파 농축액은 2.5 내지 7.5 brix이며, 배 농축액은 7.5 내지 12.5 brix인 것인, 김치 발효 식품조성물.
  5. 제 1항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물 100 부피%에 대하여,
    배추 농축액은 65 내지 85 부피%로 포함되고, 무 농축액은 10 내지 15 부피%로 포함되는, 김치 발효 식품조성물.
  6. 제 1항에 있어서,
    상기 배추 및 무는 염장되지 않는 것을 특징으로 하는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  7. 제 1항에 있어서,
    상기 발효는 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides), 류코노스톡 덱스트라니쿰(Leuconostoc dextranicum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis), 또는 페디오코코스 펜토사쿠스(Pediococcus pentosacues)로 수행되는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  8. 제 1항에 있어서,
    상기 발효는 48시간 이상 수행하는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  9. 제 1항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물은 정제된 형태의 단당류, 이당류, 올리고당, 또는 풀(곡물을 끓여 얻은 점액질의 상층액)을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  10. 제 1항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물은 액상, 분말, 과립, 블록, 캡슐, 또는 겔의 형태로 제공되는 것인, 김치 발효 식품조성물.
  11. (a) 배추 농축액, 및 무 농축액을 제조하는 단계; 및,
    (b) 상기 배추 농축액과 무 농축액을 혼합하는 단계;를 포함하는, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  12. 제 11항에 있어서,
    상기 배추 농축액은 17.5 내지 22.5 brix로 제조하고, 무 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  13. 제 11항에 있어서,
    (c) 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 또는 배 농축액을 제조하는 단계; 및,
    (d) 상기 마늘 농축액, 생강 농축액, 고추 농축액, 양파 농축액, 및 배 농축액으로 이루어진 군에서 어느 하나 이상을 혼합하는 단계;를 추가로 포함하는, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  14. 제 13항에 있어서,
    상기 마늘 농축액은 12.5 내지 17.5 brix로 제조하고, 생강 농축액은 17.5 내지 22.5 brix로 제조하며, 고추 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하며, 양파 농축액은 2.5 내지 7.5 brix로 제조하며, 배 농축액은 7.5 내지 12.5 brix로 제조하는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  15. 제 11항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물 100 부피%에 대하여,
    배추 농축액은 65 내지 85 부피%로 혼합하고, 무 농축액은 10 내지 15 부피%로 혼합하는, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  16. 제 11항에 있어서,
    상기 배추 및 무는 염장하지 않는 것을 특징으로 하는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  17. 제 11항에 있어서,
    (c) 상기 (b)를 락토바실러스 플란타룸(Lactobacillus plantarum), 류코노스톡 메센테로이데스(Leuconostoc mesenteroides), 류코노스톡 덱스트라니쿰(Leuconostoc dextranicum), 락토바실러스 브레비스(Lactobacillus brevis), 또는 페디오코코스 펜토사쿠스(Pediococcus pentosacues)로 발효하는 단계;를 추가로 포함하는, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  18. 제 17항에 있어서,
    상기 발효는 48시간 이상 수행하는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  19. 제 11항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물은 정제된 형태의 단당류, 이당류, 올리고당, 또는 풀(곡물을 끓여 얻은 점액질의 상층액)을 포함하는 않는 것을 특징으로 하는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
  20. 제 11항에 있어서,
    상기 김치 발효 식품조성물은 액상, 분말, 과립, 블록, 캡슐 또는 겔의 형태로 제조되는 것인, 김치 발효 식품조성물의 제조방법.
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