KR20240113745A - 변성 우유 단백질 및 그의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
본 개시는 변성 유청 단백질 조성물을 포함한다. 이 조성물은 건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 단백질, 단백질의 총 중량에 대해 8 중량% 미만의 원형 글리코마크로펩티드(GMP), 2 중량% 초과의 효소-가수분해 GMP, 8 중량% 이상의 단백질분해 지수(proteolysis index), 및 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함한다.
Description
관련 출원에 대한 상호 참조
본 출원은 특허출원번호 2023년 1월 13일에 출원된 "변성 우유 단백질, 제조 방법 및 단백질 강화 식품"이라는 명칭의 미국특허출원 18/097,003의 계속 출원인, 2023년 11월 7일에 출원된 "변성 우유 단백질, 제조 방법 및 단백질 강화 식품"이라는 명칭의 미국특허출원 18/503,535의 우선권을 주장하며, 이들 각각은 그 전체가 본원에 참조로 포함된다.
분야
본 기술은 원형 글리코마크로펩티드(native glycomacropeptide) 수준이 낮은 변성 유청 단백질을 포함한, 변성 유청 단백질 조성물에 관한 것이다.
우유 단백질, 알도비온산 제품(aldobionic product), 및 갈락토올리고당과 같은 분유 유래 제품(powdered milk-derived product)이 다양한 식품 및 음료의 성분의 주요 공급원이 되었다. 예를 들어, 우유-유래 단백질이 영양 바, 스포츠 음료 및 요구르트 제품에서 단백질 강화의 주요 공급원이 되었다. 우유 단백질의 하나의 공급원은 치즈 제조의 부산물로 생산되는 유청(whey) 단백질이다. 치즈 제조 동안, 우유의 카제인 단백질이 치즈 커드(curd)를 형성하고, 액체 유청은 커드에서 배출되어 추가 가공을 위해 전용된다. 대부분의 치즈 제조 공정에서, 액체 유청은 유청 단백질과 상당한 양의 락토오스 및 미네랄의 혼합물이며, 이 혼합물은 락토오스 및 미네랄로부터 유청 단백질을 분리하기 위해 추가적인 정제를 거친다.
치즈 제조에서 유래된 유청 단백질은 또한 치즈 제조 효소 및 이들이 생성하는 가수분해된 단백질과 같은 추가 부산물을 포함한다. 원형 글리코마크로펩티드(GMP)는 근육 단백질 합성을 자극하고 격렬한 운동 및 저항 훈련의 기간 후 근육 조직의 주요한 구성 요소(building block)인 분지쇄 아미노산, 특히 류신이 적기 때문에, 원형 GMP는 근육 회복을 위한 단백질의 열등한 공급원으로 간주된다. 또한, 유청 단백질 조성 중 높은 원형 GMP 함량은 원치않는 풍미 및 불량한 공정 통합(process incorporation)을 초래하여, 제품에 강화될 수 있는 단백질의 총량을 감소시킬 수 있다. 이들 및 기타 과제가 본 기술에 의해 해결된다.
간단한 요약
일반적으로, 본 개시내용의 구체예는 변성 유청 단백질(denatured whey protein) 조성물을 포함한다. 상기 조성물은 건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 단백질, 단백질의 총 중량에 대해 8 중량% 미만의 원형 글리코마크로펩티드(GMP), 2 중량% 초과의 효소-가수분해(enzymatically hydrolyzed) GMP, 8 중량% 이상의 단백질분해 지수(proteolysis index), 및 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함한다.
일부 구체예에서, 변성 유청 단백질은 변성 효소-가수분해 치즈 유청 단백질(denatured enzymatically hydrolyzed cheese whey protein)을 포함할 수 있다. 추가적인 또는 대안적인 구체예에서, 원형 GMP는 단백질의 총 중량에 대해 약 7 중량% 이하이다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 4.5 ㎛ 이하의 D50 입자 크기 분포 값을 특징으로 한다. 또 다른 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 2.5 ㎛ 이하의 D10 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 8 ㎛ 이하의 D90 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 건조 중량 기준으로 최대 7.0 중량%의 지방을 포함할 수 있다. 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 적어도 2% 지방을 포함할 수 있다.
본 기술의 구체예는 또한 변성 유청 단백질 조성물을 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 효소 응고된(enzymatically coagulated) 우유로부터 치즈 유청을 여과하는 단계, 농축물(retentate) 및 투과물(permeate)을 생성하는 단계, 치즈 유청 농축물 중 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소와 치즈 유청 농축물을 조합하여 GMP-감소(GMP-reduced) 치즈 유청 농축물 조성물을 형성하는 단계 및 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 가열하여 변성 유청 단백질 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 변성 유청 단백질 조성물은 건조 중량 기준으로 적어도 60 중량%의 단백질, 단백질의 총 중량에 대해 8 중량% 미만의 GMP 및 2 중량% 초과의 효소-가수분해(enzymatically hydrolyzed) GMP, 8.0 중량% 이상의 단백질분해 지수, 및 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 기술의 구체예는 또한 변성 유청 단백질 조성물을 제조하는 방법을 포함한다. 이 방법은 효소 응고된 우유로부터 치즈 유청을 여과하는 단계, 농축물 및 투과물을 생성하는 단계, 치즈 유청 농축물 중 원형 글리코마크로펩티드를 감소시켜 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 형성하는 단계, 및 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 가열하여 변성 유청 단백질 조성물을 형성하는 단계를 포함한다. 변성 유청 단백질 조성물은 건조 중량 기준으로 적어도 60 중량%의 단백질, 단백질의 총 중량에 대해 11 중량% 미만의 GMP 및 2 중량% 초과의 효소-가수분해 GMP, 8.0 중량% 이상의 단백질분해 지수, 및 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함하는 것을 특징으로 할 수 있다.
추가 구체예에서, 치즈 유청 농축물 중 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소는 하나 이상의 알칼리 세린 프로테아제 효소 및 하나 이상의 중성 프로테아제 효소를 포함한다. 구체예에서, GMP의 감소는 치즈 유청 농축물을 치즈 유청 농축물 중 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소와 조합하는 것을 포함한다. 더 많은 구체예에서, 치즈 유청 농축물에서 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 알칼리 세린 프로테아제 효소 및 하나 이상의 중성 프로테아제 효소를 포함한다. 추가 구체예에서, GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물의 가열은 또한 치즈 유청 농축물 중 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소를 불활성화시킨다. 추가 구체예에서, GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물은 약 160℉ 이상의 온도까지 가열된다. 추가 구체예에서, GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물의 가열은 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 고 전단(high shear) 조건에 노출시키는 것을 추가로 포함한다. 또 다른 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 약 0.15 이하의 원형 GMP 대 총 유청 단백질(native GMP to total whey protein)의 중량비를 특징으로 한다. 추가로 또는 대안적으로, 변성 유청 단백질 조성물은 단백질의 총 중량에 비해 약 11 중량% 이하의 GMP를 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 단백질의 총 중량에 대해 약 7 중량% 이하의 GMP를 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 건조 중량 기준으로 최대 7 중량%의 지방을 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물 중 변성 유청 단백질은 약 5 ㎛ 이하의 D50 입자 크기 분포 값을 특징으로 한다.
본 기술의 구체예는 또한 변성 유청 단백질 조성물을 포함한다. 이 조성물은 건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 단백질, 단백질의 총 중량에 대해 11 중량% 미만의 원형 GMP, 건조 중량 기준으로 7 중량% 초과의 지방, 5.00 초과의 베타-락토글로불린 대 알파 락트알부민의 비율, 및 단백질의 총 중량 대비 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함한다.
일부 구체예에서, 변성 전 유청 단백질은 이미 적어도 30 중량%의 변성 단백질을 포함한다. 추가 구체예에서, 유청 단백질은 단백질의 총 중량에 대해 적어도 60 중량%의 베타 락토글로불린을 포함한다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구체예에서, 유청 단백질은 단백질의 총 중량에 대해 최대 12 중량%의 알파 락트알부민을 포함한다. 추가 구체예에서, 유청 단백질은 약 7 이상의 베타 락토글로불린 대 알파 락트알부민의 중량비를 포함한다. 추가 구체예에서, 원형 GMP는 단백질의 총 중량에 대해 약 10.5 중량% 이하이다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 0.3 ㎛ 이하의 D50 입자 크기 분포 값을 특징으로 한다. 또 다른 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 0.1 ㎛ 이하의 D10 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 한다. 추가 구체예에서, 변성 유청 단백질은 약 1.0 ㎛ 이하의 D90 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 한다.
본 기술의 구체예는 단백질 강화 식품(protein fortified food product)을 포함한다. 구체예에서, 상기 식품은 적어도 3 중량%의 총 단백질을 포함한다. 구체예에서, 단백질은 유청 단백질 조성물의 총 중량에 대해 8 중량% 미만의 원형 글리코마크로펩티드 및 2 중량% 초과의 효소-가수분해 글리코마크로펩티드를 포함하는 변성 유청 단백질 조성물을 포함한다.
본 기술의 구체예는 또한 단백질 강화 식품을 포함한다. 상기 식품은 적어도 3 중량%의 총 단백질을 포함한다. 단백질은 유청 단백질 조성물의 총 중량에 대해 11 중량% 미만의 천연 글리코마크로펩티드, 7 중량% 초과의 지방 및 5.00 초과의 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민 비율을 포함하는 변성 유청 단백질 조성물을 포함한다.
본 기술의 선택된 구체예의 특성 및 이점에 대한 추가적인 이해는 본 명세서의 나머지 부분 및 도면을 참조하여 실현될 수 있고, 도면에서 동일한 참조 번호가 유사한 구성요소를 지칭하기 위해 여러 도면에 걸쳐 사용될 수 있다. 일부 경우에, 복수의 유사한 구성 요소 중 하나를 나타내기 위해, 서브라벨(sublabel)이 참조 번호와 연관되고 하이픈 다음에 이어진다. 기존 서브라벨에 대한 명시 없이, 참조 번호가 언급되는 경우, 모든 이러한 복수의 유사한 구성 요소를 지칭하도록 의도된다.
도 1은 본 기술의 일부 구체예에 따른 형성 방법에서 선택된 작업(operation)을 도시하고;
도 2a는 건량 기준으로 80%의 단백질을 갖는 비변성 유청 단백질 조성물(whey protein composition: WPC)의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이며;
도 2b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이고;
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 입자 크기 분포를 비교한 그래프이며;
도 3a는 건량 기준으로 80%의 단백질을 갖는 비변성 유청 단백질 조성물(WPC)의 모세관 전기영동 프로파일을 나타내는 그래프이고;
도 3b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 유청 단백질 조성물의 모세관 전기영동 프로파일을 나타내는 그래프이며;
도 4a는 비변성 고지방 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이고;
도 4b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 고지방 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이며;
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 입자 크기 분포를 비교한 그래프이고; 및
도 5는 실시예 3에 따른 샘플의 예시이다.
도면 중 수개는 개략도(schematics)로 포함된다. 도면은 예시 목적을 위한 것이고, 척도(scale)에 대해 구체적으로 언급하지 않는 한, 척도에 따른 것으로 간주되지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 개략도로서, 도면은 이해를 돕기 위해 제공된 것이며 사실적인 묘사(realistic representation)와 비교하여 모든 양태나 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시 목적을 위해 과장된 내용을 포함할 수 있다.
도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징은 동일한 참조 번호를 가질 수 있습니다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소는 유사한 구성요소 및/또는 특징을 구별하는 문자가 참조 라벨 다음에 기재되어 구별될 수 있다. 명세서에서 첫 번째 숫자 참조 라벨만 사용되는 경우, 해당 설명은 문자 접미사에 관계없이 동일한 첫 번째 숫자 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소 및/또는 특징에 적용된다.
도 1은 본 기술의 일부 구체예에 따른 형성 방법에서 선택된 작업(operation)을 도시하고;
도 2a는 건량 기준으로 80%의 단백질을 갖는 비변성 유청 단백질 조성물(whey protein composition: WPC)의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이며;
도 2b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이고;
도 2c는 도 2a 및 도 2b의 입자 크기 분포를 비교한 그래프이며;
도 3a는 건량 기준으로 80%의 단백질을 갖는 비변성 유청 단백질 조성물(WPC)의 모세관 전기영동 프로파일을 나타내는 그래프이고;
도 3b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 유청 단백질 조성물의 모세관 전기영동 프로파일을 나타내는 그래프이며;
도 4a는 비변성 고지방 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이고;
도 4b는 본 개시의 구체예에 따른 변성 고지방 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포를 예시하는 그래프이며;
도 4c는 도 4a 및 도 4b의 입자 크기 분포를 비교한 그래프이고; 및
도 5는 실시예 3에 따른 샘플의 예시이다.
도면 중 수개는 개략도(schematics)로 포함된다. 도면은 예시 목적을 위한 것이고, 척도(scale)에 대해 구체적으로 언급하지 않는 한, 척도에 따른 것으로 간주되지 않는 것으로 이해해야 한다. 또한, 개략도로서, 도면은 이해를 돕기 위해 제공된 것이며 사실적인 묘사(realistic representation)와 비교하여 모든 양태나 정보를 포함하지 않을 수 있고, 예시 목적을 위해 과장된 내용을 포함할 수 있다.
도면에서, 유사한 구성요소 및/또는 특징은 동일한 참조 번호를 가질 수 있습니다. 또한, 동일한 유형의 다양한 구성요소는 유사한 구성요소 및/또는 특징을 구별하는 문자가 참조 라벨 다음에 기재되어 구별될 수 있다. 명세서에서 첫 번째 숫자 참조 라벨만 사용되는 경우, 해당 설명은 문자 접미사에 관계없이 동일한 첫 번째 숫자 참조 라벨을 갖는 유사한 구성요소 및/또는 특징에 적용된다.
상세한 설명
본원에서 언급된 유청 단백질은 우유에 있는 원형(native) 카파-카제인 단백질의 키모신(chymosin) 활성에 의해 절단되어 우유를 치즈 커드로 응고시키는, 실제로 주로 β-락토글로불린(β-Lg)과 α-락트알부민(α-La), 및 글리코마크로펩티드(GMP, 때로는 cGMP 또는 CMP라고도 함)를 포함하는 다양한 단백질의 집합이다. 정제 과정과 정제 정도에 따라, 유청 단백질을 총 고형분 중량의 백분율로 25-90 중량%의 단백질로 농축하여 농축 유청 단백질(whey protein concentrate: WPC)이 형성될 수 있거나, 유청 단백질을 총 고형분 중량의 백분율로 90-99 중량%의 단백질로 농축하여 분리 유청 단백질(whey protein isolate: WPI)이 형성될 수 있다.
치즈 제조에서 유래된 유청 단백질은 또한 치즈 제조 효소(cheesemaking enzyme) 및 이들이 생성하는 가수분해 단백질과 같은 추가 부산물을 포함한다. 예를 들어, 효소 응고된(enzymatically coagulated) 소 우유*에서 수득된 유청의 통상적인 조성물은 일반적으로 하기를 포함한다:
* 1 Walstra P, Wouters JTM, Geurts TJ. Milk Components, Dairy Science and Technology. 2nd ed. CRC Press; 2006:Chapter 2.
2 Foegeding EA, Luck P, Vardhanabhuti B. Encyclopedia of Dairy Sciences. 2nd ed. Elsevier Ltd.; 2011:Whey Protein Products.
가수분해된 단백질은 κ-카제인으로부터 가수분해되어 생성된 글리코마크로펩티드(GMP)를 포함하여, 파라-κ-카세인이 치즈 커드의 주요 성분을 형성할 수 있다. 더 작고, 가용성이 높은 GMP는 유청 단백질과 함께 전달되어, 건조 중량 기준으로 유청 단백질 분획에 존재하는 단백질의 13-20 중량%를 구성할 수 있다. 유감스럽게도, GMP는 근육 단백질 합성을 자극하고, 강렬한 운동과 저항 훈련 기간 후에 근육 조직의 주요 구성 요소인 분지쇄 아미노산이 적기 때문에, GMP는 근육 회복을 위한 열등한 단백질 공급원으로 간주된다.
또한, 유청 단백질 조성 중 높은 원형 GMP 함량은 원치않는 풍미 및 불량한 공정 통합(process incorporation)을 초래하여, 제품에 강화될 수 있는 단백질의 총량을 감소시킬 수 있다. 즉, 건조 중량 기준으로 유청 단백질 분획에 존재하는 단백질의 12 중량% 이상과 같은 높은 원형 GMP 함량은 액상 유청건조 유청, 유단백 농축물(dairy product concentrate) 및 우유의 일반적인 이취 및/또는 인공 향미인 판지 향미의 증가, 및 천연 우유 맛의 감소에 기여한다. 또한, 원형 유청 단백질은 식품이나 음료 제품의 물과 상호작용하여 식품이나 음료 제품의 점도를 부정적으로 증가시킬 수도 있다. 이러한 상호작용은 통합될 수 있는 유청 단백질 조성물의 양을 제한하여, 제품에 강화되는 단백질의 총량을 감소시킬 수 있기 때문에 문제가 된다.
본 기술은 단백질의 높은 중량 기준 총 백분율을 보이나, 원형 GMP에 기인하는 단백질의 감소된 백분율을 보이는, 분말 또는 변성 유청 단백질 조성물과 같은 변성 유청 단백질 조성물을 제공함으로써 이러한 문제를 극복한다. 즉, 본 기술은 놀랍게도 유청 단백질 조성물을 나머지 단백질(예를 들면, β-락토글로불린(β-Lg) 및 α-락트알부민(α-La))을 가수분해시키지 않으면, 선택적으로 GMP 수준을 감소시키도록 조심스럽게 처리하는 것에 의해, 원형 GMP 비율이 낮은 고단백질 변성 유청 단백질 조성물이 제공될 수 있다는 것을 발견했다. 이러한 변성 유청 단백질 조성물은 높은 중량%의 원형 GMP를 함유하는 조성물의 부정적인 효과를 나타내지 않는 것으로 관찰되었다.
예를 들어, 본 개시의 하나 이상의 구체예에 따른 조성물은 더 낮은 공정 점도(process viscosity) 및 감소된 판지 향미 및 증가된 우유 향미를 보일 수 있다. 즉, 본 개시는 놀랍게도 유청 단백질 조성물에서 원형 GMP가 효소에 의해 감소된 경우, 원형 GMP가 효소에 의해 감소되지 않은 조성물의 점도보다 약 10% 더 낮고, 비효소적으로 감소된(non-enzymatically reduced) 조성물의 점도보다 약 20%, 약 30%, 약 40%, 약 50% 더 낮도록 공정 점도가 감소한다는 것을 발견했다. 예를 들어, 본원에 논의된 바와 같이 효소적으로 감소되지 않은 조성물에서, 조성물의 공정 점도는 200 센티포이즈(centipoise) 초과, 예를 들어 201 센티포이즈 내지 500 센티포이즈일 수 있다. 반대로, 본 기술에 따른 조성물은 200 센티포이즈 미만, 예를 들어 약 175 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 150 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 125 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 100 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 75 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 50 센티포이즈 이하, 약 25 센티포이즈, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 공정 점도를 나타낸다. 일부 구체예에서, 본 기술에 따른 조성물은 또한 감소된 물 결합 능력을 가질 수 있다. 따라서, 본 기술에 따른 조성물은 이전에 유청 단백질 조성물로 가능하다고 믿었던 것보다 더 높은 수준으로 수분-함유 식품을 강화하는데 독특하게 적합할 수 있고, 이는 적어도 부분적으로는 물과의 상호작용 감소로 인해, 일반적으로 이 제형들과 관련되는 관찰된 점도 증가가 더 낮기 때문이다.
도 1은 본 기술의 일부 구체예에 따른 방법(100)의 예시적인 작업을 도시한다. 이 방법은 당업계에 공지된 다양한 가공 장치에서 수행될 수 있다. 방법(100)은 본 기술에 따른 방법의 일부 구체예와 구체적으로 연관되거나 연관되지 않을 수 있는 다수의 선택적인 작업을 포함할 수 있다. 예를 들어, 조성물 형성의 더 넓은 범위를 제공하기 위해 다수의 작업이 기술되나, 이 기술에 중요하지는 않거나 쉽게 이해될 수 있는 대안적 방법에 의해 수행될 수 있다.
본원에서 이용되는 유청 조성물 공급원료(feedstock)는 치즈제조 공정, 농축 유청 단백질(WPC), 우유로부터 유래된 것과 같은 분리 유청 단백질(WPI), 또는 이들의 조합으로부터 수득될 수 있다. 일부 구체예에서, 유청 공급원료는 치즈제조 공정으로부터 생성될 수 있고, 치즈제조 공정이 키모신과 같은 레닛(rennet) 효소를 사용하는 경우 "감미 유청(sweet whey)"으로 지칭될 수 있고, 커드를 형성하기 위해 산이 사용되는 경우 "산성 유청(acid whey)"으로 지칭될 수 있다. 감미 유청의 pH는 일반적으로 약 5.6 내지 6.6의 범위이나, 산성 유청의 pH 범위는 일반적으로 4.3 내지 4.6이다. 임의의 적절한 유청 공급원료가 활용될 수 있지만, 일부 구체예에서 변성 유청 단백질 조성물을 형성하기 위해 활용되는 유청 공급원료는 "감미 유청"이고, 따라서, 락토오스 및 미네랄로부터 여과되는 것으로 간주될 수 있다(102).
예를 들어, 일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료는 건조 중량 기준으로 25% 이상의 단백질, 약 50% 이상, 예를 들면, 약 60% 이상, 예를 들면 약 70% 이상, 예를 들면, 약 80% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 단백질의 단백질 조성물을 갖는 감미 유청으로부터 여과된(102) 유청 단백질 농축물일 수 있다. 구체예에서, 유청 단백질 농축물은 한외여과 또는 당업계에 공지된 기타 방법을 이용하여 농축될 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일부 구체예에서, 유청 단백질 농축물은 가공 전에 희석될 수 있고, 예를 들어, 물과 혼합하여 희석되어, 약 30% 이하, 예를 들어 약 18% 이하, 예를 들어 약 16% 이하, 예를 들어 약 15% 이하, 예를 들어 약 14% 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 용액 중 단백질 농도를 갖는 유청 단백질 공급원료를 형성할 수 있다.
일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료의 원형 GMP 수준은 β-락토글로불린 및/또는 α-락트알부민을 가수분해하지 않으면서, 원형 GMP 수준을 선택적으로 감소시키는 하나 이상의 효소를 이용하여 감소될 수 있다(103). GMP는 고가의 크로마토그래피 시스템을 사용하거나, 또는 치즈제조 공정을 거치지 않은, 우유에서 직접 정제한 원형 분리 유청 단백질을 치즈제조로부터의 농축 유청 단백질을 혼합하여 감소될 수 있다. 구체예에서, 하나 이상의 효소는 하나 이상의 프로테아제 효소일 수 있다. 하나 이상의 프로테아제 효소의 공급원은 특히, 미생물, 진균, 식물 및/또는 동물 공급원을 포함할 수 있다. 예를 들어, 하나 이상의 프로테아제 효소는 아스퍼길러스(Aspergillus) 속의 진균, 바실러스(Bacillus) 속의 박테리아(예를 들어, 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)) 및/또는 동물로부터 유래될 수 있다(예를 들어, 트립신, 키모트립신 등). 그럼에도 불구하고, 일부 구체예에서, 하나 이상의 프로테아제 효소는 산성 프로테아제 효소, 중성 프로테아제 효소, 알칼리성 프로테아제 효소, 또는 이들의 조합을 포함한다. 그러나, 일부 구체예에서, 하나 이상의 프로테아제 효소는 중성 프로테아제 효소, 알칼리성 프로테아제 효소, 또는 이들의 조합을 포함한다. 추가적으로, 또는 대안적으로, 프로테아제 효소는 엔도프로테아제, 엑소프로테아제, 또는 이들의 조합일 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 하나 이상의 프로테아제 효소는 아스파르트산 프로테아제, 세린 프로테아제, 시스테인 프로테아제, 또는 이들의 조합을 포함할 수 있다. 그럼에도 불구하고, 일 구체예에서, 하나 이상의 프로테아제 효소는 세린 프로테아제, 예를 들어 알칼리성 세린 프로테아제를 단독으로 또는 하나 이상의 중성 프로테아제 효소와 조합하여 포함할 수 있다.
선택된 하나 이상의 효소에도 불구하고, 선택된 하나 이상의 효소는 조성물 중 총 단백질의 중량을 기준으로 약 0.001 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.0025 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.005 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.0075 중량% 이상, 예를 들어, 약 0.01 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 양으로 유청 단백질 공급원료에 첨가될 수 있다. 전술된 범위는 유청 단백질 공급원료에 포함된 효소의 총량, 또는 유청 단백질 공급원료에 첨가된 각 효소의 양을 의미할 수 있다는 것이 이해되어야 한다.
그러나, 일 양태에서, 첨가되는 하나 이상의 효소의 양은 유청 단백질 공급원료에 존재하는 원형 GMP의 적어도 약 10 중량% 이상, 예를 들어, 약 15 중량% 이상, 예를 들어 약 20 중량% 이상, 예를 들어 약 25 중량% 이상, 예를 들어 약 30 중량% 이상, 예를 들어 약 35 중량% 이상, 예를 들어 약 40 중량% 이상, 예를 들어 약 45 중량% 이상, 예를 들어 약 50 중량% 이상, 예를 들어 약 60 중량% 이상, 예를 들어 약 65 중량% 이상, 예를 들어 약 70 중량% 이상, 예를 들어, 약 72.5 중량% 이상, 예를 들어 약 75 중량% 이상, 예를 들어 약 80 중량% 이상, 예를 들어 약 85 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값을 가수분해하도록 선택된다. 달리 말하면, 일부 구체예에서, 본 기술에 따른 변성 유청 단백질 조성물은 유청 단백질 공급원료와 비교하여, 전술된 백분율 중 임의의 하나 이상에 따라 감소된 양의 원형 GMP를 가질 수 있다.
선택된 하나 이상의 효소의 양에 관계없이, 유청 단백질 조성물 중 원형 GMP를 가수분해시키기 위해 GMP 선택적 효소(들)를 유청 단백질 공급원료에 첨가한다. 일부 구체예에서, 가수분해 단계는 약 72시간 이하, 예를 들어, 약 60시간 이하, 예를 들어, 약 48시간 이하, 예를 들어, 약 36시간 이하, 예를 들어, 약 24시간 이하, 예를 들어, 약 12시간 이하, 예를 들어, 약 10시간 이하, 예를 들어, 약 8시간 이하, 예를 들어, 약 5시간 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값 동안 지속될 수 있다. 가수분해는 약 60℉ 이하, 예를 들어, 약 55℉ 이하, 예를 들어, 약 50℉ 이하, 예를 들어, 약 45℉ 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 온도에서 일어날 수 있다.
그럼에도 불구하고, 일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료의 원형 GMP 수준은 고지방 공급원료(high-fat feedstock)를 활용함으로써 감소될 수 있다. GMP의 일부가 미세여과막을 투과하는 것인 미세여과(microfiltration) 공정으로부터의 유청 단백질 농축물을 사용하는 것에 의해, 바람직하게 낮은 원형 GMP 수준 및 높은 변성 유청 단백질 수준을 갖는 유청 단백질 공급원료가 제공될 수 있다. 따라서, 본 기술의 일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료의 건조 중량(dry basis weight)을 기준으로 지방 함량이 약 7% 이상, 예를 들어, 약 8% 이상, 예를 들어, 약 9% 이상, 예를 들어, 약 10% 이상, 예를 들어, 약 11% 이상, 예를 들어, 약 12% 이상, 예를 들어, 약 13% 이상, 예를 들어, 약 14% 이상, 예를 들어, 약 15% 이상, 예를 들어, 약 16% 이상, 예를 들어, 약 17% 이상, 예를 들어, 약 18% 이상, 예를 들어, 약 19% 이상, 예를 들어, 약 20% 이상, 예를 들어, 약 20.5% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값인 고지방 공급원료가 활용될 수 있다
일부 구체예에서, 고지방 공급원료에서 앞서 검토된 낮은 원형 GMP 및 높은 지방 수준은 미세여과 막(예를 들어, 약 0.5 마이크로미터 이하, 예를 들어, 약 0.4 마이크로미터 이하, 예를 들어, 약 0.3 마이크로미터 이하, 또는 예를 들어, 약 0.08 마이크로미터 이상, 또는 그 사이의 임의의 범위의 막공(pore) 크기를 갖는 미세여과막) 여과 공정을 이용하여 수득되거나 개선될 수 있다. 즉, 일부 구체예에서, 미세여과 막 공정은 원형 GMP를 포함한 일부 또는 모든 원형 단백질이 투과물로 통과할 수 있게 하면서, 변성 유청 단백질 및 지방을 유지하도록 선택될 수 있다. 일부 구체예에서, 고지방, 낮은 원형 GMP 공급원료를 제공하기 위해 기타 여과 방법이 활용될 수 있는 것으로 이해되어야 한다.
그러나, 미세여과막이 활용된 것인 구체예에서, 놀랍게도 α-락트알부민에 대한 β-락토글로불린의 비율이 증가될 수 있다는 것도 발견되었다. 즉, 이론에 구속되기를 원하지 않으나, β-락토글로불린은 α-락트알부민에 비해 조기 변성(early denaturation)이 더 쉽게 발생할 수 있다. 따라서, β-락토글로불린은 변성 유청 단백질과 함께 막에 대부분 유지되는 반면, α-락트알부민의 더 높은 비율은 투과물과 함께 통과된다. 일부 구체예에서, 본 기술에 따른 유청 단백질 공급원료 조성물은 약 2.75 이상, 예를 들어 약 3 이상, 예를 들어 약 3.5 이상, 예를 들어 약 4 이상, 예를 들어 약 4.5 이상, 예를 들어 약 5 이상, 예를 들어 약 5.5 이상, 예를 들어 약 6 이상, 예를 들어 약 6.5 이상, 예를 들어 약 7 이상, 예를 들어 약 7.5 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 β-락토글로불린 대 α-락트알부민의 비율을 나타낸다.
예를 들어, 일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료 조성물은 약 65 중량% 이상의 β-락토글로불린, 예를 들어 약 67.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 70 중량% 이상, 예를 들어, 약 72.5 중량% 이상, 예를 들어 약 75 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 β-락토글로불린을 포함할 수 있다. 추가적으로 또는 대안적으로, 구체예에서, 유청 단백질 공급원료 조성물은 약 15 중량% 이하의 α-락트알부민, 예를 들어 약 12.5 중량% 이하, 예를 들어 약 10 중량% 이하, 예를 들어 약 7.5 중량% 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 α-락트알부민을 포함할 수 있다.
원형 GMP를 감소시키기 위해 활용된 방법에도 불구하고, 원형 GMP-감소 공급원료(reduced native GMP feedstock)는 당업계에 공지된 바와 같이 변성에 적용될 수 있다(104). 예를 들어, 일부 구체예에서, 유청 단백질 조성물은 약 176℉ 이상, 예를 들어 약 140℉ 내지 약 300℉, 예를 들어 약 160℉ 내지 약 210℉, 예를 들어, 약 170℉ 내지 약 200℉, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 온도까지 가열될 수 있고, 가열은 출발 유청 단백질의 적어도 일부를 변성 유청 단백질로 전환시킨다. 유리하게도, 활용되는 경우, 그러한 가열은 또한 효소도 변성시킨다. 가열과 동시에, 슬러리를 혼합하거나 교반하여 변성 유청 단백질의 응집 수준을 감소시킬 수 있다. 슬러리는 약 1초 내지 약 120초, 예를 들어 약 2.5초 내지 약 105초, 예를 들어 약 5초 내지 약 90초, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값 동안 혼합되고 가열될 수 있다.
가열 동안 또는 가열 후에, 변성 유청 단백질 조성물은 기계적 전단 조건에 적용될 수 있다(105). 일부 구체예에서, 기계적 전단 조건은 유청 단백질을 추가로 변성시키고, 및/또는 하나 이상의 효소를 불활성화시킬 수 있거나 유청 단백질이 변성됨에 따라 형성될 수 있는 응집체를 감소시킬 수 있다. 본원에서 이용된 기계적 전단 조건은 일반적으로 약 1,000 s-1 이상의 전단이 적용되거나, 예를 들어 약 10,000 s-1 이상의 전단이 적용되거나, 예를 들어 약 50,000 s-1 이상이 적용되거나, 예를 들어 약 100,000 s-1 이상의 전단이 적용되고, 최대 약 500,000 s-1의 전단이 적용되는 것인 고전단 조건(high shear condition)을 의미한다. 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 전형적으로 고전단 혼합기, 콜로이드 밀(colloid mill) 또는 스윕 표면 열 교환기(swept surface heat exchanger)에 의해 약 120 내지 300℉의 온도에서 약 0.1 내지 120초 동안 전단된다.
그러나, 일부 구체예에서, 유청 단백질 조성물 중 단백질의 적어도 일부는 가열 전에 변성되는 것으로 이해되어야 한다. 예를 들어, 일부 구체예에서, 유청 단백질 공급원료는 유청 단백질 공급원료 중 단백질의 총 중량을 기준으로 약 5 중량% 이상, 예를 들어 약 20 중량% 이상, 예를 들어 약 25 중량% 이상, 예를 들어 약 30 중량% 이상, 예를 들어 약 35 중량% 이상, 예를 들어 약 40 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 변성 단백질(denatured protein)을 가질 수 있다.
그럼에도 불구하고, 가열 후 또는 본 기술의 변성 유청 단백질 조성물에서, 최종 단백질은 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 약 45 중량% 이상의 변성 유청 단백질, 예를 들어 약 50 중량% 이상, 예를 들어 약 55 중량% 이상, 예를 들어 약 60 중량% 이상, 예를 들어 약 65 중량% 이상, 예를 들어 약 70 중량% 이상, 예를 들어 약 75 중량% 이상, 예를 들어 약 77.5 중량% 이상, 예를 들어 약 80 중량% 이상, 예를 들어 약 85 중량% 이상, 예를 들어 약 90 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 변성 유청 단백질을 포함한다.
앞서 검토된 바와 같이, 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 고단백질 변성 유청 단백질 조성물일 수 있고, 따라서, 건조 중량 기준으로 약 50 중량% 이상, 예를 들어 약 55 중량% 이상, 예를 들어 약 60 중량% 이상, 예를 들어 약 65 중량% 이상, 예를 들어 약 70 중량% 이상, 예를 들어 약 75 중량% 이상, 예를 들어 약 80 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 단백질을 포함할 수 있다.
단백질의 최종 조성물에도 불구하고, 변성 유청 단백질 조성물은 선택적으로 가열 및 전단 후에 냉각되고 농축되며, 건조(106)되어 분말화되거나(powdered) 또는 변성된 유청 단백질 조성물을 생성할 수 있다. 건조 공정은 특히, 분무 건조, 가열 및 증발을 포함할 수 있다. 하기에서 더 자세히 논의되는 바와 같이, 변성 유청 단백질 조성물은 그 후, 포장되거나 또는 식품 또는 음료 조성물을 제조하기 위해 다른 성분에 직접 첨가될 수 있다.
원형 GMP를 감소시키기 위해 활용되는 방법에 관계없이, 본 기술에 따른 변성 유청 단백질 조성물은 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량을 기준으로 12 중량% 미만의 원형 GMP, 예를 들어 약 11 중량% 이하, 예를 들어 약 10 중량% 이하, 예를 들어 약 9 중량% 이하, 예를 들어 약 8 중량% 이하, 예를 들어 약 7 중량% 이하, 예를 들어 약 6.5 중량% 이하, 예를 들어 약 6 중량% 이하, 예를 들어 약 5.9 중량% 이하, 예를 들어 약 5 중량% 이하, 예를 들어 약 4 중량% 이하, 예를 들어 약 3 중량% 이하, 예를 들어 약 2 중량% 이하, 예를 들어 약 1 중량% 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 원형 GMP를 포함할 수 있다.
따라서, 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 약 0.15 이하, 예를 들어 약 0.125 이하, 예를 들어 약 0.1 이하, 예를 들어 약 0.09 이하, 예를 들어 약 0.085 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 원형 GMP 대 변성 유청 단백질의 중량비를 나타낼 수 있다.
또한, 전술로부터 이해될 수 있는 바와 같이, 유청 단백질 공급원료 중 GMP의 가수분해 동안, 가수분해된 GMP가 형성되고, 유리하게, 원하는 최종 용도에 따라 변성 유청 단백질 조성물에 남을 수 있다. 즉, 본 기술은 변성 GMP(적어도 하나의 가수분해 반응을 거친 GMP, 본원에서 효소-가수분해(enzymatically hydrolyzed) GMP라고도 함)가 원형 GMP와 동일한 부작용(예를 들면, 판지 향미/인공 향미)을 나타내지 않는다는 것을 확인했다. 따라서, 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량을 기준으로 약 1 중량% 이상, 예를 들어 약 2 중량% 이상, 예를 들어 약 3 중량% 이상, 예를 들어 약 4 중량% 이상, 예를 들어, 약 5 중량% 이상, 예를 들어, 약 6 중량% 이상, 예를 들어, 약 7 중량% 이상, 예를 들어, 약 8 중량% 이상, 예를 들어, 약 9 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 변성 GMP를 포함할 수 있다.
유사하게, 원형 GMP에 하나 이상의 효소가 작용하면서, 변성 유청 단백질 조성물은 일부 구체예에서 증가된 단백질분해 지수를 가질 수 있다. 단백질분해 지수는 샘플의 총 킬달 질소(total Kjeldahl nitrogen: TKN) 대비 비단백질 질소(non-protein nitrogen: NPN)의 증가의 척도이고, TKN을 결정하는 방법은 하기 실시예에 기술된다. 즉, 단백질이 효소 활성에 의해 비단백질 질소로 알려진, 트리클로로아세트산에 가용성이 되는 작은 펩티드 또는 1차 아미노산(primary amino acid)으로 분해됨에 따라 샘플에서 단백질분해 지수(PI)가 증가하고, 따라서, 단백질 가수분해물의 지표가 될 수 있다. 따라서, 일부 구체예에서, 본 기술에 따른 변성 유청 단백질 조성물은 약 6 중량% 이상, 예를 들어 약 7 중량% 이상, 예를 들어 약 8 중량% 이상, 예를 들어, 약 9 중량% 이상, 예를 들어, 약 10 중량% 이상, 예를 들어, 약 12.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 15 중량% 이상, 예를 들어, 약 17.5 중량% 이상, 예를 들어 약 20 중량% 이상, 예를 들어 약 22.5 중량% 이상, 예를 들어 약 25 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 단백질분해 지수를 가질 수 있다.
또한, 앞서 논의된 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 "고지방(high fat)"인 것으로 간주될 수 있고, 유청 단백질 공급원료의 건조 중량(dry basis weight)을 기준으로 약 7% 이상의 지방 함량, 예를 들어, 약 8% 이상, 예를 들어, 약 9% 이상, 예를 들어, 약 10% 이상, 예를 들어, 예를 들어, 약 11% 이상, 예를 들어, 예를 들어, 약 12% 이상, 예를 들어, 약 13% 이상, 예를 들어, 약 14% 이상, 예를 들어, 약 15% 이상, 예를 들어, 약 16% 이상, 예를 들어, 약 17% 이상, 예를 들어, 약 18% 이상, 예를 들어, 약 19% 이상, 예를 들어, 약 20% 등 이상, 예를 들어 약 20.5% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 지방 함량을 가질 수 있다. 그러나, 일부 구체예에서, 변성 유청 단백질 조성물은 7 중량% 미만, 예를 들어 약 6.5 중량% 이하, 예를 들어, 약 6 중량% 이하, 예를 들어 약 2 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 지방을 포함한다.
그럼에도 불구하고, 본 기술에 따른 변성 유청 단백질 조성물의 입자는 약 0.001 ㎛ 내지 약 11 ㎛, 예를 들어 약 0.005 ㎛ 내지 약 9 ㎛, 예를 들어 약 0.01 ㎛ 내지 약 7 ㎛, 예를 들어 약 0.015 ㎛ 내지 약 5 ㎛, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 평균 입자 직경을 가질 수 있다.
놀랍게도, 본 기술은 본원에 논의된 바와 같이 낮은 원형 GMP 변성 유청 단백질 조성물을 형성함으로써, 유청 단백질의 좁은 입자 크기 분포가 수득될 수 있고, 이는 본 기술의 변성 유청 단백질 조성물의 향미 특성을 더욱 향상시킬 수 있다는 것을 밝혔다. 예를 들어, 입자는 약 8 ㎛ 이하, 예를 들어 약 7 ㎛ 이하, 예를 들어 약 6 ㎛ 이하, 예를 들어 약 5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 4 ㎛ 이하, 예를 들어 약 3 ㎛ 이하, 예를 들어 약 2 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1.75 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1.5㎛ 이하, 예를 들어 약 1.25 ㎛ 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 D90 입자 크기 분포 값을 가질 수 있고, 이 값은 D90 샘플의 질량의 90%가 해당 크기 이하를 갖는 것인 입자 직경이다.
또한, 입자는 약 5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 4.5 ㎛ 이하. 예를 들어 약 4 ㎛ 이하, 예를 들어 약 3.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 3 ㎛ 이하, 예를 들어 약 2.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 2 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1 ㎛ 이하 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.75 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.3 ㎛ 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 D50 입자 크기 분포 값을 가질 수 있고, 이 값은 샘플의 질량의 50%가 해당 크기 이하를 갖는 것인 입자 직경이다.
추가적으로 또는 대안적으로, 입자는 약 3 ㎛ 이하, 예를 들어 약 2.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 2 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 1 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.5 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.4 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.3 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.2 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.1 ㎛ 이하, 예를 들어 약 0.05 ㎛ 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 D10 입자 크기 분포 값을 가질 수 있고, 이 값은 샘플의 질량의 10%가 해당 크기 이하를 갖는 것인 입자 직경이다.
앞서 논의한 바와 같이, 변성 유청 단백질 조성물은 변성 형태로 포장될 수 있거나 식품 또는 음료 제품에 혼입되어 강화 식품 및/또는 음료를 생성할 수 있다. 적합한 식품 및 음료 제품에는 단백질 바, 그래놀라 바, 요구르트, 마시는 요구르트, 푸딩 제품, 즉석 음료, 즉석 혼합 음료 분말, 베이커리 제품, 의료 영양 제품, 뉴트라슈티컬(nutraceutical) 제품, 육류 제품, 치즈, 버터, 곡물 제품, 크림치즈, 유제품 등을 포함할 수 있다.
본원에 논의된 바와 같은 변성 유청 단백질 조성물을 사용한 제품 및 제품을 강화하는 방법의 단지 예로서, 요구르트 조성물은 당업계에 공지된 바와 같이 형성될 수 있다. 예를 들어, 본 기술에 따른 변성 유청 단백질 조성물로 강화된 전유, 탈지유(defatted milk) 또는 이들의 조합을 함유할 수 있는 숟가락으로 떠먹을 수 있거나 마시는 요구르트 우유는 발효기로 보내질 수 있으며, 여기에서 요구르트 배양물이 첨가되어 요구르트 믹스를 생성한다. 그 후, 요구르트 믹스를 추가 성분이나 향료와 결합하여 포장할 수 있다.
본 명세서에 논의된 강화된 식품 및/또는 음료 제품은 약 500 센티포이즈(cP) 이하, 예를 들어 약 400 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 300 센티포이즈 이하, 예를 들어 약 250 센티포이즈 이하, 약 200 센티포이즈 이하, 약 150 센티포이즈 이하, 약 100 센티포이즈 이하, 약 50 센티포이즈 이하, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 점도를 가질 수 있고, 그에 대한 방법은 실시예에서 더 자세히 논의될 것이다.
또한, 본원에 논의된 강화된 식품 및/또는 음료 제품은 식품 및/또는 음료 제품의 중량을 기준으로 3% 초과, 또는 약 8 중량% 이상, 예를 들어, 약 8.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 9 중량% 이상, 예를 들어, 약 9.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 10 중량% 이상, 예를 들어, 약 12.5 중량% 이상, 예를 들어 약 15 중량% 이상, 예를 들어 약 17.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 20 중량% 이상, 예를 들어, 약 22.5 중량% 이상, 예를 들어, 약 25 중량% 이상, 예를 들어 약 27.5 중량% 이상, 예를 들어 약 30 중량% 이상, 또는 임의의 범위 또는 그 사이의 값의 단백질 수준까지 강화될 수 있다.
또한, 본 개시내용의 특정 구체예가 본질적으로 비제한적이고 예시적인 것으로 의도된, 하기 실시예에 따라 더 잘 이해될 수 있다.
실시예
테스트 방법 및 절차
글리코마크로펩티드
(
GMP
), 알파-
락트알부민
(Alpha-La) 및 베타-락토글로불린(Beta-Lg)의 정량화
GMP의 정량화는 Beckman Capillary Electrophoresis 시스템에 의해 결정되었습니다. 모세관은 100 x 800 ㎛의 슬릿 개구부(slit opening)을 갖는 DOV-1701OH Deactivated TSP 표준 FS 튜빙(600 mm x 50 ㎛)이었고, 0.1N HCl 용액으로 재생/활성화된다.
샘플 용액의 준비:
-각 샘플의 탈이온수(DI)로 1% 단백질 용액을 준비한다.
-균질해질 때까지 샘플을 볼텍싱한다(vortex).
-샘플 프렙(sample prep)으로 지속하기 전에 분말 샘플을 최소 30분 동안 수화시킨다.
-DTT(threo-1,4-Dimercapto-2,3-butanediol) 0.0787 g과 환원 완충액 30 g을 사용하여 샘플 완충액을 준비한다. 환원 완충액(reducing buffer)은 8M 우레아 용액 중 167 mM Tris, 42 mM 3-모르폴리노-프로판술폰산, 67 mM 에틸렌디니트릴로테트라아세트산 이나트륨, 0.5g/L 메틸 히드록시프로필 셀룰로오스로 구성된다.
-샘플을 수화시킨 후, 샘플 완충액과 샘플을 1:1 비율로 총 4 mL가 되도록 혼합한다.
-샘플을 볼텍싱하고, 1시간 동안 그대로 방치한다.
-PVDF 0.22㎛ 주사기 필터를 사용하여 샘플을 유리 바이알로 여과시킨다. 유리 바이알에 캡을 씌운다.
샘플 용액을 3.4 Kpa로 10초 동안 주입한다. 분리는 45℃에서 25 KV로 수행된다(초기 3분 이내에 0에서 25 KV로 증가시킴). 우유 단백질의 검출은 214 nm에서 수행된다. 각 단백질 성분의 양은 각 성분 피크의 피크 면적을 전체 피크 면적과 비교하여 결정된다. 이 예에서 다음과 같다:
지방의 정량화
지방 성분은 지방 추출을 위한 Roese-Gottlieb 절차의 Mojonnier 수정에 의해 결정된다(참조 방법 AOAC 989.05). Roese-Gottlieb 절차는 에테르를 사용하여 유제품에서 지방을 추출한다.
계산:
식 중에서:
-지방의 중량: (추출 후 샘플 비커의 중량) - (빈 비커의 중량).
-블랭크(blank): 분석적 블랭크 측정값(analytical blank determination)은 수득된 지방의 중량에서 빼야 한다.
-샘플의 중량: 추출 절차 전 샘플의 중량.
총 킬달 질소
(TKN)에 의한
단백질 분석의 정량화
Kjeldahl Nitrogen(참조 방법 AOAC 991.20)에 의한 단백질 분석은 질소 화합물의 중량 백분율(percent by weight)을 결정하기 위해 이용된다. 황산이 단백질과 기타 질소 화합물을 분해하여, 질소를 황산암모늄으로 전환시킨다. 반응속도를 증가시키고 황산의 끓는점을 높이기 위해 촉매를 사용한다. 표준 염산에 의한 암모니아의 적정이 단백질과 결합된 질소 및 가용성 질소의 양을 제공한다.
TKN(Crude Total Protein)의 결정
식 중에서:
-ΔmL = 샘플에 첨가된 표준화된(standardized) HCl의 양(mL) - 블랭크에 첨가된 양(mL)(종종 증류 장치로 계산되며 ΔmL로 제공됨)
-N = 분석 증명서로부터의 meq/mL 단위의 표준화된 HCl의 정확한 노르말 농도(normality).
-14.007 = mg/meq 단위의 질소의 화학식량(formula weight).
-상수 6.38은 질소 1그램당 유제품 단백질의 그램 수이다. 기타 상수는 황산암모늄의 경우 4.7218이고, l-트립토판의 경우 7.2904이다.
-W = 그램 단위의 샘플 크기.
-10으로 나누면 100g당 g으로 결과를 제공한다.
-결과는 중량 기준 단백질의 백분율(샘플 100 g당 그램의 #)로 표현된다.
NPN(non-protein nitrogen)의 결정
비단백질 질소(NPN)는 트리클로로아세트산에 용해되는 요소, 암모니아, 유리 아미노산, 크레아틴, 요산, 펩티드 및 인지질의 아미노 알코올로 구성된다(Ruska 및 Jonkus 2014). 일반적으로 30개 초과의 아미노산이면 폴리펩티드를 단백질로 분류하기에 충분하나, 명확한 규칙은 아니지만, 30개 미만의 아미노산으로 구성된 펩티드는 TCA 가용성 분획에서 발견될 가능성이 있고, 비단백질 질소로 분류된다. 이 방법은 단백질을 침전시키기 위해 트리클로로아세트산(TCA)의 첨가를 이용한다. 단백질을 여과시켜 제거하고, 여과액 중 비단백질 질소를 측정한다. 그 후, 비단백질 질소의 양을 결정할 수 있다.
샘플 준비
A. 샘플을 잘 혼합한다.
B. 150 mL 비커 또는 4oz 스냅-캡(snap-cap)을 칭량한다(tare). 분말 또는 고체 샘플의 경우, 칭량 전에 비커 또는 스냅-캡에 10-15개의 유리 볼을 첨가한다.
C. 테이블에 있는 칭량된 비이커 베이스(tared beaker base)에 적절한 갯수의 샘플을 옮긴다. 샘플 중량을 0.0001g에 가장 가까운 값으로 기록한다. 분말 또는 고체 샘플의 경우, 탈이온수(DI water) 20mL를 첨가하고 흔들어 샘플을 구성한다.
D. 눈금 실린더(graduated cylinder) 또는 자동 디스펜서를 사용하여, 샘플에 15 mLdml 33% TCA를 첨가한다.
E. 비이커나 스냅-캡을 다시 저울 위에 배치한다.
F. 샘플, TCA 용액 및 첨가된 물의 총 질량이 약 50g이 될 때까지 샘플에 탈이온수를 추가한다. 총중량을 기록한다.
G. 잘 섞고, 용액을 10분간 방치한다.
H. 느린 여과지(slow filter paper)를 통해 깨끗한 스냅-캡이나 비이커로 여과시킨다.
I. 약 7-10g의 여과액을 킬달 분해 튜브(Kjeldahl digestion tube)로 옮긴다. 첨가된 여과액의 정확한 질량을 기록한다.
J. 하기 계산을 위한 여과액의 질소(N)를 결정하기 위해 TKN(총 킬달 질소) 방법으로 테스트한다.
·mL = 샘플 증류액(sample distillate)을 적정하는 데 필요한 표준화된 HCl의 양
·N = 로트(lot) COA(분석 증명서:Certificate of Anaylsis)로부터 유래되거나 실험실에서 결정된 표준화된 HCl의 정확한 노르말 농도(meq/mL).
·14.007 = mg/meq 단위의 질소의 화학식량.
·6.38은 질소를 유제품 단백질(dairy protein)로 전환하는 인자이다.
·W = 사용된 샘플 여과액의 그램
·A = 사용된 샘플의 그램
·B = 샘플 용액의 총 그램
·10으로 나누는 것은 결과를 100g당 그램으로 전환한다.
순단백질(true protein)의 결정
순단백질은 비단백질 질소(NPN) 함량을 뺀 총 질소(TKN)(때때로 조단백질(crude protein)이라고도 함)의 척도이다. 순단백질 = TKN - NPN이며, 중량 기준 순단백질의 백분율(샘플 100 g당 순단백질의 그램)로 표현된다.
단백질분해 지수(PI: proteolysis index)의 결정
단백질분해 지수는 샘플의 총 킬달 질소(TKN) 대비 비단백질 질소(NPN)의 증가의 척도이다. 단백질이 효소 활성에 의해 비단백질 질소로 알려진 트리클로로아세트산에 용해되는 1차 아미노산 또는 작은 펩티드로 분해됨에 따라 샘플의 단백질분해 지수(PI)가 증가한다.
단백질분해 지수는 중량 기준 총 조단백질(TKN)에 대한 NPN 비율(총 조단백질 100 g당 NPN의 그램 수)로 표현된다.
변성 유청 단백질의 결정
변성 유청 단백질(DWP) 방법은 원형(native) 단백질이 일반적으로 용해되는 환경에서 단백질을 불용성으로 만드는 2차 및 3차 구조 모두의 붕괴 및 가능한 파괴를 거친 유청 단백질을 측정하는 것이다.
샘플 준비
-약 1.2%(w/w) 단백질의 샘플 용액을 준비한다. 0.1N HCl 또는 0.1N NaOH를 사용하여 pH를 6.8로 조정한다.
-pH 조정 후 샘플 중량 및 최종 용액 중량을 기록한다.
-테스트를 위해 부피를 두 부분으로 나눈다 -
-총 TKN을 위한 10 ml. TKN을 테스트한다. 이는 % 총 TKN일 것이다.
-하기와 같은 처리를 위한 비이커 중 DWP 분획을 위한 25g.
변성 유청 단백질(pH 4.6) 분획의 결정
-DWP 분획이 담긴 비커에 증류수 ~ 10 mL를 첨가한다.
-작은 자석 교반 막대를 비커에 넣는다. 비커를 교반 플레이트(stir plate)에 배치하고, pH 프로브 및 온도 보상기(temperature compensator)를 용액에 삽입한다. 교반기를 시작한다.
-총 조정(gross adjustment)을 위해 1 노르말 HCI를 첨가하고, 미세 조정(fine adjustment)을 위해 0.1 노르말 HCl을 첨가하여, pH를 4.60 ± 0.02로 조정한다.
-비이커를 저울에 배치한다. 증류수를 사용하여 용액의 무게를 ~ 50g이 되게한다(예를 들면, 용기 중량 + 50 g)으로 만듭니다. 중량을 0.0001 g에 가장 가깝게 기록한다.
- 용액을 실온에 1시간 동안 방치한다. 비이커 내용물을 10-15초 동안 휘저어서 혼합한다. 내용물을 원심분리 튜브로 옮긴다.
-튜브가 균형을 이루도록 원심분리기에 튜브를 배치한다. 10℃, 10,000rpm에서 15분간 원심분리한다. 속도를 감속하기 위해 브레이크를 사용하지 않는다.
-펠릿 물질을 옮기지 않고, 상층액 ~ 10 mL를 식별된 배양 튜브로 옮긴다. 이는 비변성(undenatured) 유청 단백질 분획이다. TKN에 대해 이 상층액을 테스트한다. 이것이 "비변성 유청 단백질 분획의 %TKN"이다.
변성 유청 단백질(DWP)을 계산한다:
입자 크기 분포의 결정
입자 크기 분포 분석은 Hydro EV를 갖춘 Malvern Mastersizer 3000을 사용하여 결정하였다. 방법 파라미터는 입자 굴절률(particle refractive index) 1.46, 입자 흡수 지수(particle absorption index) 0.0001 및 분산상 굴절률(dispersant refractive index) 1.33이며 분산제는 물이었다. 분석을 위해 Mie 산란 모델을 이용했다.
실시예
1
모짜렐라 치즈 제조의 감미 유청(sweet whey)으로부터의 건조 중량 기준으로 25% 초과의 단백질을 포함하는 유청 단백질 조성물(WPC)을 사용하여 글리코마크로펩티드(GMP)-감소 변성 유청 단백질 조성물을 제조하였다. 이 공정은 치즈 커드에서 분리된 저온살균(pasteurized) 감미 유청을 한외여과(UF)를 통해 농축한 WPC 농축물(건조 기준 80% 단백질)로 시작한다. 80% WPC(WPC80) 농축물을 온도가 조절되는 저장 탱크(holding tank)로 옮기고, 약 45℉ 이하에서 차갑게 유지시키며, 여기에서 물과 혼합되어 14% 단백질 용액이 제조된다. 저장 탱크는 5,000 lb 배치(batch)의 유청 단백질 혼합물을 포함했고, 여기에서 80% WPC 농축물로부터의 700 파운드의 단백질이 물과 혼합되어 희석된 유청 단백질 용액이 형성된다. 희석된 유청 단백질 용액은 프로테아제 효소가 첨가될 때까지 약 45℉ 이하의 온도로 보관 탱크에 유지된다.
하나 이상의 효소를 첨가하면, 이 경우 하나 이상의 프로테아제 효소가 유청 단백질 혼합물에서 GMP를 선택적으로 가수분해하는 단백질 가수분해의 인큐베이션 단계를 개시했고, 알파-락트알부민 및 베타-락토글로불린과 같은 다른 유청 단백질은 대부분 가수분해되지 않았다. 본 실험에서, 프로테아제 효소는 적어도 하나의 알칼리성 세린 프로테아제 효소와 적어도 하나의 중성 프로테아제 효소를 포함했다. 하나 이상의 프로테아제 효소를 유청 단백질 혼합물에 본 실시예에서 기질 중 총단백질의 중량 기준 약 0.001% 내지 약 5%, 또는 약 0.012% 이하의 수준으로 첨가했다. 5,000-파운드 배치의 경우, 약 38g의 효소를 첨가했다.
가수분해 단계는 45℉ 이하에서 교반하면서 최소 5시간 동안 지속되었으나, 주요 유청 단백질, 즉, 알파-락트알부민 및 베타-락토글로불린의 가수분해 없이 최대 72시간 이상 지속될 수 있다. 그 후, 효소 처리된 유청 단백질 혼합물을 190 ℉, 6초(176-195℉ 및 5-90초의 작동 범위)로 가열하고, 동시에 기계적 전단을 수행하여 효소 불활성화 및 유청 단백질 변성을 달성했다. 가열 및 기계적 전단 후, 결과적으로 생성된 변성 유청 단백질 혼합물에 선택적 냉각(예를 들면, 50℉) 및 농축(예를 들면, 증발 또는 나노여과)을 적용하고, 이어서 분무 건조에 의해 분말화된 GMP-감소 변성 유청 단백질 조성물을 생성한다.
도 2a 내지 2c에 도시된 바와 같이, 유청 단백질 공급원료와 비교하여 미립자화된(microparticulated) 변성 유청 단백질 조성물의 입자 크기 분포(D90으로 특징지어짐)는 약 1.7 마이크로미터(mm) 이하였고, 공급원료의 입자 크기 분포보다 더 좁은 범위를 나타냈다.
도 2a는 0.011 내지 9.86 마이크로미터의 입자 크기 범위를 갖는 비변성(피드) 입자 크기를 예시한다. GMP의 효소 가수분해 및 뒤이은 효소 불활성화 및 유청 단백질 변성 후에, 도 2b에 표시된 바와 같이 입자 크기가 0.017 내지 4.03 마이크로미터의 범위로 감소된다. 도 2c는 유청 단백질 공급원료와 샘플 1 모두에 대한 입자 크기 분포의 비교 오버레이(overlay)를 제공한다.
유청 단백질 조성물 공급원료 및 미립자화 변성 유청 단백질 조성물의 총 단백질의 중량을 기준으로 한 원형 GMP 수준은 모세관 전기영동(CE)에 의해 측정되고, 도 3a 및 3b에 도시된 바와 같이, CE 그래프에서 원형 GMP의 피크 면적(peak area)을 총 단백질 피크 면적으로 나눈 것으로 정의된다.
앞서 논의한 바와 같이, 변성 유청 단백질(DWP) 및 비단백질 질소를 총 질소로 나눈 것으로 정의되는 단백질분해 지수(PI)는 습식 화학 분석(wet chemical analysis)에 의해 결정된다. 표 1은 일반적인 치즈 유청 수준 12-25%, 이 경우 20.52%에서 8% 미만, 구체적으로 5.84%로 원형 GMP가 감소한 것을 보여준다. 마찬가지로, GMP 가수분해가 발생하면, 원형 GMP 단백질이 더 작은 조각으로 분해되어 비단백질 질소의 양이 증가하므로 단백질분해 지수가 동시에 증가한다. 도 3a 및 3b는 GMP가 가수분해 동안 실질적으로 감소하는 반면, 알파-락트알부민(a-La) 및 베타-락토글로불린(b-Lg)이 대부분 가수분해되지 않은 상태로 유지되는 것은 제어된 가수분해의 결과이며, 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민 비율의 최저 감소(<10%)에 의해 더 예시된다(표 1). 변성 유청 단백질의 증가는 효소 불활성화 절차 동안 시간 및 온도 처리의 직접적인 결과이다.
*-변성 유청 단백질 %
^-건조 기준 지방(fat on a dry basis) %
1 - 단백질분해 지수
2 - 건조 기준 단백질 %
실시예 2
고지방 유청 단백질 조성물(hfWPC) 공급원료의 피드 물질(feed material)은 미세여과 막 여과 공정을 통해 수득했다. 미세여과 공정의 농축물(retenate) 측면에서 채취한 피드 물질의 조성은 건조 기준으로 단백질 75.48%, 건조 기준으로 지방 17.66%였다. 고지방 유청 단백질 조성물 피드는 물을 첨가하여 14% 단백질(작동 범위 10~24%)로 조정하였다.
단백질의 변성은 피드를 130℉(작동 범위 120-150℉)로 예열하고, 그 후, 변성 온도 176-195℉로 가열하고, 5-90초 동안 유지하고, 입자 크기 조절을 위해 가열 동안 동시에 기계적으로 전단하여 달성되었다. 가열 및 전단 공정 후, 변성 유청 단백질 조성물을 50℉ 미만의 온도로 냉각하고, 분무 건조로 분말로 건조하여 샘플 2를 준비했다.
변성 고지방 유청 단백질 조성물을 총 고형분, 지방, 단백질, 변성 유청 단백질 및 입자 크기 분포에 대해 분석하였고, 그 결과, 즉, 즉 변성-전단 공정 전(피드) 및 후의 비변성 고지방 유청 단백질 조성물의 결과를 표 2 및 도 4a 내지 4c에 표시하였다. 도 4a는 고지방 WPC 공급원료가 0.011 내지 11.2 마이크로미터의 입자 크기 범위를 갖는다는 것을 보여준다. 도 4b에 도시된 바와 같이, 변성 및 전단 공정 후에, 입자 크기는 0.011 내지 2.75 마이크로미터의 범위로 감소되었다. 도 4c는 피드 고지방 WPC 공급원료 및 변성 고지방 WPC 모두에 대한 입자 크기 분포의 비교 오버레이를 제공한다.
앞서 언급한 바와 같이, 본 기술은 본원에서 형성된 고지방 WPC가 표 1에 표시된 바와 같이 WPC 80과 비교하여 다른 화학적 성질을 나타낸다는 것을 발견했다. 고지방 WPC의 출발 공급원료는 출발 사료 WPC 80에 비해 더 낮은 GMP(10.5 대 20.5%), 더 높은 변성 유청 단백질(DWP)(45.10 대 17.27%), 더 높은 건조 기반 지방 함량(17.66 대 6.35) 및 더 높은 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민의 비율(7.65 대 3.37)을 갖는다. 고지방 WPC의 생산은 한외여과 및 미세여과를 이용하나, WPC80의 생산은 한외여과만 이용한다. 한 가지 설명은 미세여과 막의 막공 크기로 인해, 대부분의 DWP와 지방이 농축물에 포획되는 반면 GMP, 알파-락트알부민, 베타-락토글로불린 및 기타 유청 단백질 중 일부는 투과물 측으로 통과한다는 것일 수 있다. 베타-락토글로불린은 알파-락트알부민에 비해 우유 및 후속 감미 유청 저온살균 동안 변성이 더 쉽게 발생하기 때문에, 유지된(retained) 단백질은 알파-락트알부민보다 더 많은 변성된 베타-락토글로불린을 포함한다. 따라서, 고지방 WPC의 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민의 비율은 WPC80의 경우보다 더 높다. 흥미롭게도, 출발 피드 물질의 상이한 DWP 값에도 불구하고, 최종 변성 고지방 WPC(hfWPC)와 변성 WPC80은 유사한 입자 크기 분포 및 변성 유청 단백질(DWP) 값을 달성했다(도 2c 대 4c 및 표 1 대 2를 비교한다).
실시예 3
변성 유청 단백질 조성물은 고단백 제품의 점도 관리에 있어 기능적 이점을 관찰하기 위해 마시는(drinkable) 요구르트 제품을 강화하는 데 활용되었다.
실시예 3에 따른 샘플은 다음과 같은 요구르트 제조 공정을 이용하여 준비하였다:
1. 기본 레시피(표 3)의 분말 및 액상 성분을 혼합하고 균질한 용액을 수득한다.
2. 80-85℃(176-185℉)에서 30분 동안 저온살균한다.
3. 42℃(108℉)로 식힌다.
4. 0.02%로 스타터 배양(CHR Mild 2.0)을 접종한다.
5. 발효 과정 동안 온도를 42℃(108℉)로 유지한다.
6. pH가 4.6에 도달하면 발효 과정을 중단한다.
7. 4℃(39℉)에서 보관한다.
| 마시는 요구르트 베이스 레시피 | 대조군(WPC 무첨가) 한외여과 우유로 강화된 10% 단백질 | 일반-GMP 비변성 WPC80으로 강화된 10% 단백질 | GMP-감소 변성 WPC80으로 강화된 10% 단백질 | GMP-감소 비변성 hfWPC로 강화된 10% 단백질 | GMP-감소 변성 hfWPC로 강화된 10% 단백질 |
| 성분 | 기본 레시피 중 W/W % | 기본 레시피 중 W/W % | 기본 레시피 중 W/W % | 기본 레시피 중 W/W % | 기본 레시피 중 W/W % |
| 탈지유 | 14.6 | 90.8 | 90.8 | 90.8 | 90.8 |
| 한외여과 우유 | 68.9 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 일반-GMP 비변성 WPC80 | 0.0 | 9.2 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| GMP-감소 변성 WPC80 | 0.0 | 0.0 | 9.2 | 0.0 | 0.0 |
| GMP-감소 비변성 HfWPC | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 9.2 | 0.0 |
| GMP-감소 변성 HfWPC | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 9.2 |
| 스위트 크림(sweet cream) | 3.8 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 락토오스 | 1.7 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 물 | 11.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 | 0.0 |
| 전체 | 100 | 100 | 100 | 100 | 100 |
그 후, 샘플 및 대조군을 단백질, 총 고형분 백분율 및 점도에 대해 분석하였고, 그 결과가 표 4에 표시된다.
| 마시는 요구르트- 강화 | 단백질 % | 총 고형물 % | 점도(cP) |
| 대조군(WPC 첨가 없음) | 10.00 | 18.00 | >25,000 |
| 일반-GMP 비변성 WPC80(대조군) | 8.32 | 14.42 | 4,040 |
| GMP-감소(Reduced GMP) 변성 WPC80 | 10.08 | 16.54 | 90 |
| GMP-감소 비변성 hfWPC(대조군) | 9.94 | 16.93 | 860 |
| GMP-감소 변성 hfWPC | 10.03 | 17.06 | 80 |
| 시판 대비물(Commercial Reference) | 7.54 | 14.02 | 580 |
*100rpm, 42℉에서 스핀들#6을 통한 Brookfield 점도계
다양한 수준의 단백질 강화가 소비자의 관심을 끌 수 있다. 마시는 요구르트의 단백질 강화의 예가 표 3, 4 및 도 1에 예시된다. 예시된 바와 같이, 본 기술에 따라 GMP-감소 변성 WPC80 조성물 및 GMP-감소 변성 hfWPC로 10% 단백질로 강화된 마시는 요구르트는 7.54% 단백질 수준을 갖는 시판 제품과 비교할 때 바람직한 더 낮은 점도를 갖는다. 따라서, 본 기술은 더 높은 강화 수준에서도 점도의 현저한 감소를 나타낸다. 감소된 점도는 1회 제공량당 단백질 증가 및 제품 섭취의 용이성으로 인해 소비자 경험에 유용하다.
설명된 바와 같이, 요구르트 응용 분야에서 단백질을 증가시키는 것은 어렵다. 요구르트의 점도는 일반적으로 단백질이 증가함에 따라 증가한다. 그 이유는 식품 강화에 일반적으로 사용되는 카제인 단백질 및 비변성 유청 단백질과 같은 단백질이 물과 결합하고 상호작용하여 점도가 더 높은 질감(texture)을 초래하기 때문이다. 요구르트와 같은 제품에서 본 기술에 따른 변성 유청 조성물을 사용하는 잇점은 단백질 함량을 강화되고 허용 가능한 점도를 유지할 수 있다는 것이다. 이는 대조군(WPC 무첨가), 일반-GMP(regular-GMP) 비변성 WPC80, 및 GMP-감소 변성 WPC80으로 강화된 요구르트의 점도 데이터를 비교하고, GMP-감소 변성 유청 단백질 조성물이 점도를 가져오는 실용적인 해결책을 보여주는 표 4에 표시된다. 표시된 바와 같이, 대조군 요구르트(WPC 무첨가)는 점성이 점도가 25000 cP를 초과하여 매두 매우 높고, 따라서, 부을 수 없고, 마시는 요구르트 제품으로 허용될 수 없다. 마찬가지로, 일반-GMP 비변성 WPC80으로 강화된 마시는 요구르트는 4040 cP의 점도를 갖고, 여전히 점성이 너무 높아 마시는 요구르트 제품으로 허용될 수 없다. 반면에, 본 기술에 따라 GMP-감소 변성 WPC80으로 강화된 요구르트는 부을 수 있고 마시는 요구르트 제품으로서 허용가능한 90 cP의 점도를 보였다. 또한, GMP-감소 변성 WPC80은 580 cP 점도에서 시판 대비물에 비해 매우 바람직한 성능을 나타냈다.
표 4는 GMP-감소 변성 유청 단백질 조성물이 원하는 저점도를 갖는 제품에 제공하는 실용적인 솔루션을 보여주는 예에서 대조군(WPC 무첨가), GMP-감소 비변성 hfWPC, 및 GMP-감소 변성 hfWPC의 점도 데이터를 보여준다. 데이터에서 알 수 있듯이, 대조군 요구르트(WPC 무첨가)는 점도가 25000 cP를 초과하여 점성이 매우 높아 부을 수 없었고 마시는 요구르트 제품으로 허용될 수 없었다. 이에 비해, GMP-감소 비변성 hfWPC로 강화된 마시는 요구르트는 860 cP의 더 낮은 점도를 나타냈으나, 이는 여전히 점성이 너무 높아 마시는 요구르트 제품으로 허용될 수 없다. 반면에, 본 기술에 따라 GMP-감소 변성 hfWPC로 강화된 요구르트는 부을 수 있고 마시는 요구르트 제품으로서 허용 가능한 점도 80 cP를 나타냈다.
실시예 4
고단백 제품의 점도 관리에서 기능적 이점을 관찰하기 위해, 숟가락으로 떠먹을 수 있는(spoonable) 요구르트 적용을 강화하기 위해 변성 유청 단백질 조성물을 활용했다.
그 후, 샘플 및 대조군을 단백질, 총 고형분 백분율 및 점도에 대해 분석하였고, 그 결과가 표 6에 표시된다:
| 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트- 강화 | 단백질 % | 총 고형물 % | 점도(cP) |
| 시판 대조물(Commercial Reference) | 10 | 22.04 | 11,000 |
| GMP-감소 비변성 hfWPC(대조군) | 14.6 | 20.17 | 63,000 |
| GMP-감소 변성 hfWPC | 14.75 | 20.4 | 12,000 |
| GMP-감소 변성 WPC80 | 14.93 | 20.83 | 9,000 |
표 5 및 6은 단백질 강화 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트의 예를 보여준다. 데이터는 본 개시에 따른 GMP-감소 변성 유청 단백질 조성물이 점도의 상응하는 증가 또는 허용가능한 질감의 변화 없이 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트의 단백질 함량을 증가시키는 데 더 높은 영향력을 나타낸다는 것을 보여준다. 10% 단백질을 함유한 시판 대조물인 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트는 11,000 cP의 점도를 가졌다. GMP-감소 비변성 hfWPC를 사용하여 단백질을 14.7%로 증가시켰을 때, 점도는 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트 제품에 대해서는 너무 높은, 63,000 cP였다. 그러나, 본 기술에 따른 GMP-감소 변성 hfWPC 또는 GMP-감소 변성 WPC80을 사용하여 단백질을 14.7%로 증가시켰을 때, 점도는 9,000~12,000 cP였고, 이는 10% 단백질의 시판 대조물 요구르트와 동일하다. 이는 점도를 유지하면서 숟가락으로 떠먹을 수 있는 요구르트의 단백질 함량의 증가를 달성하기 위해 본 기술에 따라 GMP-감소 변성 유청 단백질 조성물을 사용하는 것의 이점을 입증한다. 이러한 개선은 또한 보다 친숙한 점도와 질감으로 인해 소비자 경험을 향상시킨다.
실시예
5
묘사적 향미 분석(descriptive flavor analysis)을 위해 건조 기준 80% 단백질 비변성 유청 단백질 농축물, GMP-감소 변성 WPC 80, 비변성 고지방 WPC 및 변성 WPC 샘플을 각각 준비했다. 유청 단백질을 10%(w/v)로 재수화시켰다. 산물을 3자리 코드가 있는 뚜껑이 있는 수플레 컵에 분배하고, 평가하였다. 7명의 훈련된 패널리스트가 유청 단백질에 대해 확립된 감각 언어(sensory language)를 사용하여 음료를 2회 반복으로 평가했다. 풍미의 묘사적 분석은 Spectrum™ 방법으로 0 내지 15점 범용 강도 척도(0-to-15 point universal intensity scale)를 활용한다(Meilgaard and others 1999; Drake and Civille 2003). 종이 투표용지를 사용하였다. 각 패널리스트는 상이한 세션에서 각 제품을 2회 반복으로 평가했다. 일반 선형 모델 분산 분석 및 사후 검정(ad hoc test)으로 Fisher의 LSD(least significant difference)를 통해 데이터를 분석했다(SAS 버전 9.1, Cary, NC).
표 7은 훈련된 패널리스트의 샘플 분석을 요약한다. 본 기술에 따라 GMP를 감소시키고, 유청 단백질을 변성시킴으로써, 흔히 이취로 간주되고 많은 유제품 단백질에 존재하는 판지 향미가 크게 감소한다는 것은 예상치 못한 관찰이다. 또한, GMP의 감소는 유제품 적용에 적합한 제품의 유익한 향미 특성으로 간주되는 우유 향미(milky flavor)의 개선을 가져왔다.
GMP-감소 변성 WPC의 결과는 자연적으로 GMP가 낮은 변성 고지방 유청 단백질 조성물을 평가할 때 유사한 향미 관찰을 통해 더욱 입증된다. 다시, 단백질의 변성와 조합된 더 낮은 GMP는 지향적으로 판지 향미의 감소 및 우유 향미의 큰 증가를 가져오는 것으로 관찰되었다.
| 향(aroma) 강도 | 달콤한 향(sweet aromatic) | 판지 | 우유(milky) | 떫음 | |
| 비변성 WPC 80 | 2.2a | 1.3a | 2.5a | ND | 2.9a |
| GMP-감소 변성 WPC80 | 2.4a | 0.8b | 1.5b | 2.2a | 3.2a |
| 비변성 hfWPC | 1.6b | 0.5b | 2.6a | ND | 2.9a |
| 변성 hfWPC | 2.3a | ND | 2.3a | 1.4b | 2.5b |
향(aroma)과 향미(flavor) 강도는 0 내지 15점 범용 강도 척도로 평가하였드(Spectrum method, Meilgaard et al., 1999). ND - 미검출(not detected).
상이한 문자로 이어진 열의 평균은 상이하다(p<0.05). 나열되지 않은 속성은 이 샘플들에서 감지되지 않았다.
Claims (20)
- 변성 유청 단백질 조성물로서,
건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 유청 단백질;
상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 8 중량% 미만의 원형 글리코마크로펩티드(GMP) 및 2 중량% 초과의 효소-가수분해(enzymatically hydrolyzed) GMP;
8.0 중량% 이상의 단백질분해 지수; 및
상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물. - 청구항 1에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 변성 효소-가수분해 치즈 유청 단백질(denatured enzymatically-hydrolyzed cheese whey protein)을 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 2에 있어서, 상기 원형 GMP는 상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 약 7 중량% 이하인 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 4.5 ㎛ 이하의 D50 입자 크기 분포 값(particle size distribution value)을 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 2.5 ㎛ 이하의 D10 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 4에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 8.0 ㎛ 이하의 D90 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 1에 있어서, 건조 중량 기준으로 최대 7.0 중량%의 지방을 추가로 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 변성 유청 단백질 조성물을 제조하는 방법으로서, 상기 방법은
효소 응고된(enzymatically coagulated) 우유로부터의 치즈 유청을 치즈 유청 농축물(retentate) 및 투과물(permeate)로 여과시키는 단계; 및
상기 치즈 유청 농축물에서 원형 글리코마크로펩티드(GMP)를 감소시켜 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 형성하는 단계; 및
상기 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 가열하여 변성 유청 단백질 조성물을 형성하는 단계를 포함하고,
상기 변성 유청 단백질 조성물은:
건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 유청 단백질;
상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 11 중량% 미만의 원형 GMP;
8.0 중량% 이상의 단백질분해 지수 또는 5.00 초과의 베타-락토글로불린 대 알파 락트알부민 비율; 및
상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 특징으로 하는 것인 방법. - 청구항 8에 있어서, 상기 치즈 유청 농축물 중 원형 GMP의 감소는 상기 치즈 유청 농축물에서 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소와 상기 치즈 유청 농축물을 조합하여 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 형성하는 것을 포함하고, 상기 치즈 유청 농축물에서 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소는 하나 이상의 알칼리성 세린 프로테아제 효소 및 하나 이상의 중성 프로테아제 효소를 포함하거나, GMP의 감소는 상기 치즈 유청 농축물의 미세여과를 통해 일어나는 것인 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물의 가열이 또한 상기 치즈 유청 농축물에서 GMP를 선택적으로 가수분해하는 하나 이상의 효소를 불활성화시키는 것인 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물은 약 160℉ 이상의 온도까지 가열되는 것인 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물의 가열은 GMP-감소 치즈 유청 농축물 조성물을 고전단(high shear) 조건에 노출시키는 것을 추가로 포함하는 것인 방법.
- 청구항 8에 있어서, 상기 변성 유청 단백질 조성물은 원형 GMP 대 총 유청 단백질의 중량비가 약 0.15 이하인 것을 특징으로 하고 및/또는 상기 변성 유청 단백질 조성물은 상기 변성 유청 단백질 조성물 중 단백질의 총 중량에 대해 약 11 중량% 이하의 GMP를 특징으로 하는 것인 방법.
- 변성 유청 단백질 조성물로서,
건조 중량 기준으로 60 중량% 이상의 단백질;
단백질의 총 중량에 대해 11 중량% 미만의 원형 글리코마크로펩티드(GMP);
건조 중량 기준으로 7 중량% 초과의 지방;
5.00 초과의 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민 비율; 및
단백질의 총 중량에 대해 50 중량% 초과의 변성 유청 단백질을 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물. - 청구항 8에 있어서, 가열 전에 GMP-감소 치즈 유청 농축물은 이미 30 중량% 이상의 변성 단백질을 포함하는 것인 방법.
- 청구항 14에 있어서, 상기 변성 유청 단백질 조성물은 단백질의 총 중량에 대해 60 중량% 이상의 베타-락토글로불린을 포함하고, 및/또는 상기 변성 유청 단백질 조성물은 단백질의 총 중량에 대해 최대 12 중량%의 알파-락트알부민을 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 14에 있어서, 상기 변성 유청 단백질 조성물은 약 5 이상의 베타-락토글로불린 대 알파-락트알부민의 중량비를 포함하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 14에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 0.3 ㎛ 이하의 D50 입자 크기 분포 값을 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 14에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 0.1 ㎛ 이하의 D10 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
- 청구항 14에 있어서, 상기 변성 유청 단백질은 약 1.0 ㎛ 이하의 D90 입자 크기 분포 값을 추가로 특징으로 하는 것인 변성 유청 단백질 조성물.
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