KR790001593B1 - 섬유소로부터 먹을수 있고 소화 잘되는 단백질의 제조방법 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

[발명의 명칭]

섬유소로부터 먹을수 있고 소화 잘되는 단백질의 제조방법

[발명의 상세한 설명]

본 발명은 먹을수 있고 소화가 잘되는 단백질을 비가용성이고 인체에 소화가 않되는 섬유소로부터 생산하고져 하는 것이고, 이것을 생산하는데는 섬유소를 알카리 산화하고 중화시킨후 최종으로 특수종류의 박테리아인 제누스 셀루로 모나스족(Genus Cellulomonas)을 공기 접촉하에 첨가한다. 이 박테리아는 자연적으로 부패하고 있는 섬유소에서 분리하는 것으로 중화되고 산화되여 있는 섬유소를 용이하게 파괴하며 또 동화작용을 일으켜서 목적하는 제품을 얻게되고 또 이 방법이 되풀이 되면서 식품을 생산하게 되여 50%의 단백질을 포함하는 우수한 아미노산을 얻는데 본 발명의 요지가 있다.

요사이는 급속도로 자연단백질의 공급능력이 부족해져 가고 있다. 이것은 선진 각국에서도 이미 심각한문제가 되고 있는 것이고 다음 10년 이내에 해결을 보아야 하는 중대한 문제가 되고 있다.

각종 동물성단백질 즉, 고중합체(高重合體)는 22개의 아미노산으로 구성되고 있는 것으로 인간의 음식물에 기본적인 요소가 되고 있다. 그 이유는 이 아미노산중의 어떤 것은 인체세포의 구성과 정규적인 신진대사를 위하여 필요하며 동물성단백질의 획득이 사람에게 가장 중요한 것이므로 인체내에 이것의 부족을 느끼게 되는 경우에는 실로 중대한 관심사임을 이해하고 남음이 있다.

또 다른면에서 섬유소는 전지구상에 있는 유기성물질에 얼마든지 포함되여 있으나 불행하게도 사람이나 동물에 영향이 되지 못하며 정상적 방법으로는 소화시킬 수 있는 물질이 못되는 것이고 또, 섬유소는 폐기되는 물질의 주성분을 이루고 있으나, 이것을 사람이 처분해 버리게 되므로 이러한 문제는 머지 않은 장래에 반드시 해결해야 할 중요한 문제의 하나로 등장하고 있는 것이다.

현존하고 있는 수백만 종류의 미생물은 인체영향에 기본이 되고 있는 아미노산종류의 각종단백질을 포함하고 있다.

또한 이러한 미생물들은 포유동물에도 어느정도 유해하지 않는 것이다.

그러므로 이러한 미생물에서 음식에 공급하는 물질을 얻을려고 하는 계획은 대단히 바람직한 일이라고 말할 수가 있고 또, 섬유소를 이용하여 이러한 미생물들을 배양하는 매개체의 기본체로 할 수 있다는 사실도 극히 생각할 수 있는 문제인 것이다.

섬유소는 장쇄(長鎖)상의 무수 탄수화물 혹은 간단한 당류로 구성되고 있는 것으로 1개 또는 4개의 탄소원소를 통해서 각각 연결되여 있다. 명백히 이러한 간단한 당류는 (만약 실제방법에 있어서 이런 당의 작용 음식물을 발견하게 될수가 있다고 한다면) 미생물들의 번성에 있어서 배양기의 역할을 할수가 있게 된다.

그러나 이런 당류에서 유효한 에너지의 방출을 얻어서 연구에 급속한 결과를 내기에는 많은 장해물이 있었다.

우선 첫째, 섬유소는 항상 고중합체의 리그닌분을 자연적으로 내포하고 있고 이것이 소섬유질을 외부에서 보호벽의 형태로 싸주고 있는데 이 보호벽은 단지 강한 산류, 알카리류 혹은 특별한 펄푸화물에 의해서만 침투가 가능하다.

둘째, 자연섬유소는 고도의 결정형인 결정격자(格子)를 가지고 있는바. 이 결정격자는 대부분의 약품의 작응을 거부하고 있는 살아있는 미생물체이거나 혹은 능동적인 효소로 되여 있고, 셋째, 장쇄분자에 단당 단위를 연결하는 결합상태는 베-타(Beta)형에 속하고 있다.

즉, 각 단당 단위는 전화당이 되여 있어 이 결합은 반추동물을 제외한 모든것의 동화작용을 방해하고 있다.

초기의 연구가들은 미리 가수분해나 펄푸처리를 한 섬유소에서 단당체를 추출하고 여기다 미생물을 배양 해보았다.

예를들면, 공장에서 나오고 있는 펄푸처리공정에서 나오는 유화폐액(硫化廢液)은 충분히 용해하고 있는 목당(木糖)을 포함하고 있으며 이것은 박테리아를 충분히 배양할 수가 있다.

그러나 이러한 당류의 구득은 유화폐액에서 목당을 축출해야 되고 이 폐액에서 무기염물질을 제거해야 되는데 이 물질이 조금만 남아있어도 박테리아를 죽게하는 결과가 되여 이 물질을 제거하는 것은 근본 연구과제나 동일하게 중요하며 또 기술적인 문제에 속하는 것이다. 이러한 문제해결에 많은 노력이 경주되였으나 결국은 시간과 경비의 소모에 불과했으며 종말에는 바람직한 이용방법이 없다는 결론이 나오게 되었다.

흥미있는 사실은 어느연구가들도 가수분해되지 않고 있는 섬유소에서 불용성 당중합체 내에서 잘 번식할 수 있는 미생물을 식품에 이용하려고 아무도 생각해보지 않은 것이다.

여기에는 의심할 것도 없이 문제를 추구해 볼만한 가치가 없다고 생각을 하였다. 그 이유는 자연발생적인 섬유소에 있는 단 당중합체에 미생물의 침공이 일어나고 있으나 극히 미세하고 느리며 또 식품이나 식품 보충물로 이용할 수 있는 어떤 특정의 물질을 얻을려면 그 양이 많이 필요하다고 생각하였기 때문이다. 그러므로 섬유소의 사전처리나 또는 무처리나 간에 두가지가 전부 옛날 연구가들에게는 바람직한 방법이 아니라는 결정이 내려졌고, 또 그 듸렘마는 지금도 계속되고 있는 것이다.

본 발명의 목적은 미생물을 식품 혹은 식품 보조물로써 이용할 수 있도록 그 제조공정을 알아내는데 있다.

본 발명의 또 다른목적은 식품 또는 식품 보조물로써의 미생물을 구득하는 공정을 발명함에 있어서 섬유소질을 기재로써 이용하는 것이며 이 기재에 미생물이 동화작용을 할수 있도록 함에 있고, 또 식품 또는 식품 보조물로써의 미생물의 구득을 위한 발명공정은 미가수분해의 섬유소질을 미생물 동화작용의 기재로써 이용하고져 함에 있으며, 더욱이 나아가서는 본 발명의 목적으로써는 식품으로서의 미생물을 구득함에 있는 것이고, 이 음식물에는 우수한 아미노산을 포함하고 있는 고품위의 단백질을 얻고저 함에 있다.

그러므로 본 발명은 먹을수 있고 소화 잘되는 단백질을 신속하고 대량으로 생산할 수 있도록 하는 것으로서 일정한 종류의 미생물을 공기접촉하에서 섬유소에 접촉시켜 주는 공정이고, 여기에 사용하는 섬유소는 알카리 산화를 시키고 나서 중화시켜 준것을 사용한다.

또 식품 생산물로서 얻어진 미생물은 약 50%의 우수한 아미노산류를 포함하고 있다.

더욱이 여기서 사용하고 있는 미생물들은 아래의 방법으로 얻은 셀루로모나스류의 특수 박테리아족은 것이다.

즉, (1) 자연 부패된 섬유소 물질의 쌤풀의 구득,

(2) 영양배양기를 이용해서 자연 부패 섬유소물질에서 배양 박테리아의 구득,

(3) 배양박테리아에서 취한 쌤풀을 물로 희석하며 또 이 쌤풀의 영양배양기는 한개의 미생물이 구해지게끔 준비해야 하는데 이때에 물은 완전히 제거한다.

(4) 위의 쌤풀에 소량의 섬유소 물질을 대치시키고,

(5) 위의 용액속에서 미생물을 배양하고 수집하면 그 속에 섬유질물질이 용해되고 있다.

이러한 미생물들은 중성화된 또는 산화된 섬유소를 용이하게 깨트리고(그러나 반대로 자연성 섬유소나 처리하지 않은 섬유소는 대단히 그 속도가 느리다) 제조된 제품에 동화작용을 시켜 주고 또 이 작용이 가중되여 간다.

(여기에는 단당류의 특별한 축출이나 정제작업은 필요치 않다. 그 이유는 예를들면, 섬유소는 전적으로 산으로 가수분해를 항시 실시해야 되기 때문이다.)

미생물류나 신속한 동화작용이나 또는 미생물류의 가중작용 결과에 의한 섬유소분자들의 신속한 반응은 알카리 산화로써 가능해지는 것이며, 알카리 산화에서는 섬유소의 소섬유를 싸고 있는 리그닌의 보호벽에 중합작용을 일으키게 해주어 소섬유의 상당한 부분의 자연 결정체를 파괴 해준다. 그러므로 섬유분자들은 미생물류가 작용해서 형성된 2개의 효소(규명중에 있음)에 의하여 작용되며, 2개의 효소중 한개는 베-타 결합을 파괴하고 단당단위의 장쇄를 단쇄로 변경시켜서 일차적으로 2당류를 구성하고 다른 하나는 2당류에 반응하며 미생물의 작용으로 소화될 수 있는 물질로 변한다.

이런 공정의 이용으로써 국내외적으로 동물성 단백질의 가장 중요한 결점을 타개하는데 상당한 진전을 보이게 되였다. 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하면, 본 발명의 공정에 있어서 어떠한 종류의 섬유도 시험재료로써 이용할 수가 있으나 가장 많이 사용되고 있는 각종 섬유물질들은 면사찌거기, 감자찌거기(bagasse), 볏짚, 톱밥 죤손초(Johnson grass), 목장초, 알팔파 밀(alfalfa meal), 면실피(棉實皮) 옥수수대, 보리짚, 사탕수수대 등이다.

버려진 섬유물질은 값이 싸므로 제법 좋은 재료가 되나 본 발명의 공정에서 표시할 수 있는 섬유의 자원으로써 추천할 정도의 것은 못된다고 생각한다. 버려진 섬유질중에 적당한 처리과정을 거쳐서 많이 사용되고 있는 것은 공장에서의 폐기물인 포장폐물이나 혹은 불합격 인쇄서적 및 잡지물, 농수산물의 폐기물인 바가세(bagasse) 또는 종이, 가방 같은 폐기 지물, 신문지, 버리는 기저귀 등도 대단히 유효하고 퇴화한 자연성 리그닌이나 자연성 섬유질, 혹은 발효공정에의 미반응 중합물질등도 물리적 또는 화학적 방법을 거치면 대단히 유효하다.

예를들면, 여과지 같은 것은 리그닌을 없애기 위하여 처리가 되여 있는 것으로 산이나 알칼리로 처리함으로써 또는 산화처리로써, 본 발명품의 실용화 단계에 있어서의 섬유자연으로서 사용할 수가 있다.

본 발명품은 제품의 가격이 저려하고 또 바가세 같은 폐기섬유질이나 도시에서 나오는 폐기섬유질등의 것을 이용할 수 있는 것이 본 발명의 특징이라고 할 수가 있다.

셀루로오스 물질은 첫째로 수성 알카리와 접촉한다. 오히려 수산화 알카리 금속은 수산화 알카리 금속의 무게에 의해서 약 2-50%의 농도를 갖는다.

이런 접촉은 탱크나 큰통에 담겨 있는 알카리용액속에 천연상태의 셀루로오스물질을 침전시켜 줌이 더욱 효과적이다. (줄기, 외피, 섬유질, 잎등) 셀루로오스 물질은 처음에 알카리 용액과 거기에 담겨있는 셀루로오스 물질사이에 보다 세밀한 접촉을 시키기 위해서 그라인딩 하거나 자르거나 보다 작은 조각으로 부순다.

다른 방법으로는 알카리용액을 원상태의 셀루로오스 물질에 바르거나 뿌려주기도 한다.

알카리용액은 수용액으로 하고 있어서 알카리성이 강하지 앙ㄶ다. 대부분 가성소오다가 많이 사용된다. 셀루로오스 물질의 산화를 촉진하기 위하여 알카리용액은 염화코발트(Ⅱ) 같은 산화촉매를 겸용하여야 한다. 사용의 비는 사용한 알카리 백만부에 대하여 염화코발트 2부-500부가 사용된다.

셀루로오스 물질이 수성알카리와 반응한 후에 수성알카리로부터 분리되고 산소가 존재하고 열이 공급되는 산화조에 투입하고 또 셀루로오스 물질의 온도는 25℃-100℃까지 허용된다.

알카리용액에서 셀루로오스 물질의 분리는 학계에 알려진 여과법이나 데칸트나 원심분리기등 일반화되여 있는 방법에 의하여 이루어지고 있다.

그러나 분쇄한 섬유질을 사료로 사용할때 가장 효과적인 방법은 알카리용액을 분쇄한 섬유질 스라리에 연속적으로 작동하는 스크린(모넬 학금으로 제조한것) 위에 분사시켜 주는 것이다. 여기서 대부분의 알카리용액은 빠져 나와서 다시 알카리 탱크로 돌아와 재차 사용하게 된다. 다음에 섬유질을 실은 스크린(모넬 합금으로 제조한것)은 압착 로오라 밑을 통과하며 여기서 압력에 의하여 섬유질에 남아 있는 과잉 알카리용액은 제거된다.

이 가압된 섬유는 산화솥에 옮겨지며 여기에 공기를 취입하여 주어 산화와 가수분해작용을 촉진시켜 준다.

알카리를 처리한 섬유질이 산화솥에 남아있는 시간은 그렇게 정밀하지 않아도 좋다. 즉, 1분간에서 수시간 또는 더 길어도 관계없다. 실지로 장시간을 처리할수록 미생물들에 의한 섬유질이 더 많이 소모되는 것이나 시간이 짧을수록 더욱 경제적이다. 산화솥에 있는 산화된 알카리 처리 섬유는 직접 발효실로 유도한다. 발효실은 밀폐용기로 되어 있고 통풍관이 비치되고 있어서 도입된 공기의 상승으로 맹열한 교반 작용을 할 수 있게 되어 있고, 또 발효과정에서의 "pH"는 우선 미생물들이 유도되기 전에 약 5-9정도로 조정되거나 혹은 발효에 들어가기전에는 우선 중성화 된 것이 좋다. 이런 중성화작업은 산화된 알카리 처리된 섬유질을 염산 혹은 질산의 액체가 들어 있는 탱크에 유함으로서 용이하게 완성할수가 있다. 탱크내의 염산류의 량은 주의 깊게 조정하여 수소이온 농도가 중성의 위치에 있도록 하여야 한다. 이때에 교반 작업은 계속해주어야 한다.

중성화작업이 완료(pH의 변화가 없어진다)된 후에는 섬유질을 중화 탱크에서 주의깊게 분리하여 발효실로 유도한다.

이때에는 기록을 해두는 것이 중요하다. 즉, 만약에 산화된 알카리 처리 섬유질이 중화과정에서 분리가 되고 있지 않고 그대로 중화탱크의 물질이 발효실로 옮겨져 있다고 한다면 그속에 존재하고 있는 염류는 본 발명의 최종공정에 들어가는 미생물류 처리에 있어서 그것의 활성을 파괴해주는 결과를 초래케되는 성질이나 농도가 된다. 중화되고 산화된 알카리 처리 섬유물질은 다음에 특수종류의 박테리아에 의한 처리탱크로 옮겨진다. 여기는 영양기가 있으며 pH=5-7로 종정되어 있고 공기접촉식 발효실로 되어 있고 수중에서 처리토록 하고 있다.

이용되는 박테리아는 아래의 공정에 분리된 것이다.

[미생물류의 분류]

부패한 사탕수수대와 토양의 혼합물을 루이지이나 대학구내 근처에 있는 사탕수수 농장에서 구득할 수 있다. 약 1그람의 토양과 사탕수수 부스러기를 0.1%의 이스트와 여과 지편을 투입하고 있는 광물성 염의 용액으로 되어 있는 배양기에 투입한다. 또 광물성염의 수용액은 NaCl 6.0g : (NH₄)₂SO₄, 1.0g : KH₂PO₄, 0.5g; K₂HPO₄, 0.5g; MgSO₄, 0.1; CaCl₂, 0.1g;의 1릿타의 증류수로 구성되고 있다.

30℃에서 3-7일간 반응을 시키면서 계속 교반해준다.

그러면 여과지위의 액체와 공기가 접촉되는 부분에 황색물질이 보이기 시작한다. 황색물질이 보이기 시작 하자마자 여과지를 살균된 철선으로 꺼내서 새 배양기에 투입한다.

이 방법을 수차 반복하여 주면 섬유에 산소성분이 풍부해져서 미생물에 이용할 수 있게 된다. 배양기가 많아진 여과지는 제거되어 소량의 살균된 물에 투입하여 그 힘을 약하게 하고 다음의 매체, 즉, 영양 배양기 카-보-옥씨 메칠 배양기 여과지 배양기(영양 배양기판이 여과지를 덮고 있다.)가 포함되고 있는 판에 배열해 놓는다.

이러한 각 매체에서 발달한 여러가지 물질의 대표적인 것들은 빼내서 시험관 속에 있는 신선한 매체에 투입한다.

시험관에서는 여과지에서 볼 수 있는 정도의 퇴화를 표시하고 있어서 이것을 액체 또는 고체 매체에 교대로 옮겨서 미생물류를 풍부하게 해주고 또 이 섬유화된 미생물을 분리한다. 분리된 부분은 더욱 더 최종적인 희석방법에 의하여 정재되는데 그 방법은 다음과 같다.

여과지에 작용한 배양기는 최대의 집단으로 성장되며 희석시켜서 신선한 매체로 만들어진다. 약 100개의 시험관에 들어있는 분리된 매체는 여과지 조각들을 포함하고 있으며 각 고도의 희석에서 나눌수 있는 수로써 투입한다.

이러한 시험관들은 7-10일간 배양되고 여과지의 퇴화의 증거를 시험해 본다. 여과지에 작용을 보이는 시험관들은 이것을 희석하고 또는 되풀이하여 용기내의 영양이 여과지에 작용을 가능해질 때까지 계속한다. 분리된 배양기의 순도는 현미경 시험으로 확인하고 동시에 여러개의 배양기 판의 형태도 확인한다.

본 발명의 특징과 확인 :

분리된 배양기는 특수한 방법으로 시험을 하는데 이 방법은 수공식에 의한 세균학적 방법에 따른다. (참조 : 수공식, 세균학적방법, 미국세균학회, 뉴욕시 맥그로힐 서적회사 출판 1957년 315면) 또 버-기의 종족의 수공식 확인법을 참고할 것 (부라-드씨, 뮤레이씨 및 스미스씨 공저, 버-기의 수공식 세균결정법 제7판 벌치모-시의 윌리암 및 윌키스사 출판)

[조효소용액의 제조]

미생물은 염기성염과 0.005%의 축출이 이스트와의 혼합물이 포함되고 있는 용액성 배양기에서 성장한다. 약 4일간을 투입 해두고 계속 교반해준다. 여과물은 원심분리 해주는데 4℃에서 20초동안 5,000R.P.M의 회전을 시켜둔다. 표면에 떠올라와 있는 물건을 수집하여 효소용액으로 사용한다.

[배양기의 제조]

다음의 배양기는 여러가지 계통에서 얻을수가 있다. 즉, 여과지(왓트맨 제1호 떠부루 및 알 발스톤 주식회사 제) 셀루비오스(Cello bise) (디휘코 연구소제), CM-섬유소(칼 위 라이써 및 슐 회사제) 면섬유(존손 및 죤손 뉴-부루윅 쥬-저-지 주소제 제품) 종이타월(가-랜드씨의 Soft-knit, Single towel, 저-포드 하워드 종이회사 출판)등이다. 아조(AzO)섬유는 파라 아미노산 셀루로오스를 β-나후톨과 처리함으로써 얻어지며 적색섬유소가 된다.

바가스 대나 화이퍼 또는 알카리처리를 한 사탕수수나 안한 것은 루이지아니 대학 화학기술부에서 제조한다.

[섬유활성도의 결정]

(1) 시각적 결정

미생물은 분리배양기가 들어있는 시험관 속에 식종되고 약 30℃에서 배양한다. 여과지의 가시적 퇴화현상을 가끔 기록한다. 여과지의 파손현상은 대체로 공기와 액체의 접촉면에서 발생한다. 가시적 결정은 예비 스크린 테스트법을 사용하여 섬유화 미생물류를 알수가 있다.

(2) 중량식 결정

미생물은 기본배양기에 식종되고 여기에는 제한된 여러가지의 섬유성 배양기가 들어있다. 미리 정해진 배양시간후에 배양체는 구-취크루씨불(Gooch crucibles) (파이렉스질, 31ml 용량 M-유공성)을 통해서 여과된다.

쿠루써불 위의 잔재는 소화되지 않은 섬유질이 남아 있는데 이것은 렘백의 세척법 [(램백 W.J. 및 A.R. 커-마법 1967 년판) 포자점액수조(Sporocytophaga myxococcoidos)에 의한 섬유분해로써의 제조효과 "Appl" Microbiol, 15, 300-303] 조정후 라스코를 준비하여 여기에 가열 살균된 배양체에 식종되고 있고 이것과 동량의 배양기를 투입한다.

섬유의 분해범위는 실험후 라스코의 무게의 손실과 105℃에서의 건조된 고정무게의 차이를 비교한다.

(3) 색채지 결정법

배양체나 효소용액의 작용시킨 가용성 배양기의 량은 도보이스씨등에 의한 석탄산-황산 방법으로 결정한다. (도보이스, M.K.A. 길레스, J.K. 하밀톤, P.A. 레버 및 F. 스미스씨의 1956년판 설탕 및 그 관련 물질의 색채 결정법) 미리 정해진 배양기간을 거친후 혼합된 반응물질을 농축하고 여과하여 불용해물질을 제거한다. 표면에 떠 있는 정제물이나 혹은 여과물은 제거하고 가용성배양기는 그 량을 측정한다.

[착색지법]

수산화 효소는 이온 교환수지에 통과시키고 유출물은 증발 건조시킨다. 잔재물은 적당량의 물로 용해한다. 샘플의 약 10-20 마이크로 릿타를 왓트맨 No. 1의 여과지에 줄을 지어놓는다. 그러면 쌤풀을 용제와 같이 점점 발달해 나간다. (여기에 용재는 1-푸로파놀 : 피리진 : 식초산 : 물=8:8:1:4: V/V) 약 24시간을 발달시켜 주면 충분히 발달한 것을 얻을수 있다. 환원되지 않은 설탕을 검출 해보기 위하여 씨훠내리씨 등 방법(씨훠내리 J.A. 및 J. 스미스의 1954년도 색채지상의 구르코스화물질 및 기타 탄화수소물 검출법 AnAl. Chem. 26, 1,102-1,134)이 사용된다. 여과지는 옮겨서 건조시키고 포타슘 메타 페리오 데이트(Potassium meta periodate) 용액을 산포 처리한다.

약 6분후에 이 처리된 색채지에 벤진용액(50% 알콜용액에 0.1벤진 : 0.2 NHCl=10:2:2 V/V)을 산포처리한다. 탄수화물이 청색바탕 위에 무생지에 나타난다.

환원되는 설탕은 스타-알씨 법으로 검출한다.

(스타-알의 1961년판 돈위-트식 색채지법 Ⅵ. 및 이것은 색체판에 아니린 후라레이트 용액(0.93g의 아니린과 1.6g의 후타린산을 100cc, 함수 부타놀에 용해시킨 것)을 산포 해주고 120℃에서 약 10분간 가열한다. 환원 설탕은 백설바탕에 적색, 밤색 혹은 갈색점의 형태로 나타난다.

종래에 미생물류를 이용하는 섬유질의 순수 배양체를 분리하는데 많이 사용되고 있는 기술은 대단히 어려운 것이 많았다. 그 이유는 액체 배양기에 섬유가 불용인고로 분리시킬수 있는 적당한 고형 배양기가 없었기 때문이다.

그러므로 섬유질을 다른 가용성 배양기 즉, 세루비오스, 섬유소 유도물등에 대치해 보고져 많은 노력들을 하였다.

섬유질 유도체의 배양기에 관한 많은 노력끝에 미생물을 이용할 수 있는 비교적 순수한 배양기가 발견되었다.

그러나 현미경의 시험결과 분리된 물질은 최소한 2-3종의 다른 박테리아로 구성되어 있고 항시 고형배양기와 함께 살고 있다는 것이 밝혀졌다.

그런데 이것들의 분리방법은 통상적인 종래의 기술로서는 거진 불가능한 것을 알게 되었다. 섬유질의 수산화작용을 가능케 해주고 있는 단세포의 영양가는 상술함과 같이 희석방법을 응용함으로서 최종적으로 가능케 되었다.

이 방법은 분리를 절대로 가능케 해주고 있으며 설혹 배양기 속에 극소의 종족이 있더라도 희석방법과 배양기 선정방법을 잘 함으로써 가능하다. 미생물에 이용될수 있는 섬유질의 분리된 종족은 극히 적고, 음전기적이고, 비활성적이며 가늘고 긴모양의 박테리아다. 이것이 영양배양기에서 배양되나 극열하게 배양을 못하고 조그만 부라쉬모양의 형태로 발전한다.

여기에 촉매역할 물질로서 양성물질을 투입하면 게라찐을 서서히 수산화시켜주고 섬유질을 침식한다.

이러한 특징은 버-기씨의 저서인 "세포족들에 관한 기술"에서 역시 동일한 것을 알수 있다. 10종의 모든 세포족이 대체로 활성이나 다만 후라비제나우다 및 에씨듀라는 다르다. 마지막 이름의 종족은 이것이 초산염의 환원제가 아니다. 그러므로 위의 처음 두개의 종족이 유효하게 이용할 수 있는 분리가능의 종족으로 적합하다. 분리된 미생물은 용제속에서 세포를 배출한다. 용제속의 효소와 활동은 미생물의 성장이 정지되고 있는 초기과정에서 예민하게 증가하고 배양의 진행은 감소되는 것을 볼수 있다.

그러나 용제속에서의 단백질의 배출은 세포가 성장하는 초기의 정지상태에서 계속적으로 증가한다. 최대의 효소활동도는 용해한 섬유의 량으로 측정할수 있는 것으로 pH=4.7, 6.8의 범위에서 관찰할 수가 있다.

미생물의 성장에서 제일 적당한 "pH"의 범위는 6-8로 결징하고 있다. 미생물은 여러가지 종류의 섬유물질에 이용할 수가 있다. 재생된 섬유질, 예를들면 여과지 또는 종이타월은 알카리 처리한 바가세와 마찬가지로 용이하게 처리할 수가 있다. 그러나 자연성섬유 예를들면, 면섬유 또는 처리하지 않은 바가세는 처리하기가 힘이 들거나 혹은 전연 불가능하다.

이와같이 생각해서 명백한 것은 화학적이나 물리적인 처리방법에 의해서 섬유소의 구조, 모양이 변한다는 것이다.

그 결과 효소작용으로 퇴화도 감지할 수가 있다.

제1도표는 미생물에 의하여 바가세의 침식 소화에 있어서 알카리 처리의 효과를 표시하고 있다.

알카리의 농도와 반응시간이 증가하므로 비례적으로 소화 침식의 정도도 증가한다.

그러므로 자연섬유에 있어서 어느정도의 물리적 및 화학적 사전처리를 하는 것은 그 효과면에서 미생물 이용에 필요하다.

[제 1 도표]

미생물의 세포 단백에 있어서의 기초 아미노산의 함량은 결정되었고 그 얻어진 값은 "FAO"가 결정한 단백질의 기준(내쇼날아카데미 오부싸이안스-내쇼날 리사-치 카운셀의 1963년판 "단백질 성질의 평가 "제74면 1,100편) 및 기타 식물과 동물에서의 단백질류와 비교해 보았다. 세포 단백의 기본 아미노산 기준은 "FAO" 결정의 단백질기준에 비교하여 손색이 없었다. 리신(아미노산의 일종)은 많은 식물에 부족하고 있는 것으로서 특히 쎄리얼종 곡물은 위의 기준 단백질의 함량보다 많은 단백질을 포함하고 있었다. 류신 또는 바리(아미노산의 일종)에 있어서 기본 아미노산의 함량은 기타물질이나 또는 "FAO"결정의 단백질 기준보다 훨씬 많은량의 단백질을 포함하고 있었다.

위에서 분리방법을 설명한바 있는 세루로 모나스(Cellulomonas) 족은 발효 초단계에서 디아민(비타민 B₁)이 존재해 있을 경우에는 그 값이 변하고 있다. 만약 미생물에 디아민을 빼고 배양해 볼것 같으면 조금 엷은 크림색을 표시하고 있고 또 비교적 길고 굵은 모양으로 성장하고 있으며 만약 이스트를 축출해내고 디아민을 초기 배양체에 첨가해주면 미생물은 밝은 황색으로 성장하며, 비교적 짧고 굵은 성장을 보이고 있다. 중화, 산화시키고 또 알카리처리를 한 섬유질을 발효실에 투입하고 또 공기를 계속적으로 취입하여 충분히 교반해주어 전술과 같이 분리된 세균의 배양기가 영양기와 더불어 첨가된다고 하면 형성된 제품의 질은 다음 제2도표에서 볼수 있는 결과가 나온다.

세포의 농도가 소요의 정도(발효실 내에서의 액체상의 광학적 비중 측정법으로 결정한것)에 도달했다고 한다면 이 시점에서 보충적인 중화, 산화나 알카리처리 섬유질의 첨가와 영양기를 첨가의 비율을 조정해줌으로써 현 상태를 계속 유지할 수가 있다.

발효실의 온도는 25℃-20℃에서 조정되나 30℃-35℃가 더욱 좋은 조건이고 pH는 5-9정도가 좋다.

공기는 계속적으로 취입되어야 하고 또 교반작업도 계속 실시해주어야 한다.

[제 2 도표]

발효작업을 시작할때에는 이스트를 섬유물질의 중량에 비하여 0.005-0.05%정도 첨가해주는 것이 좋은 결과를 가져다 준다. 또 본 발명 과정을 단속공정(batch process)을 사용할 때에 발효에 가장 좋은 작업시간은 2-4일이고 만약 연속공정법을 사용하는 경우에는 상당히 시간이 더 걸기게 되여 결국 1.1배 혹은 1.4배의 시간이 더 소요되어야 한다.

발효실에서의 내용물이 이동될때(단속공정에서는 적당한 시간이 경과되면 또 연속법에서는 계속적이며 적당시간 경과되면) 데칸트(decant)하거나 여과 혹은 원심분리식으로 실시하여 처리되지 않은 섬유질 또는 상당부분의 리그닌질을 제거한다. 여과물 표면에 남아 있는 물질은 대개의 경우 미생물류를 포함하고 있고 이것은 식료품이나 혹은 식품 보충물로써 이용된다. 미생물류의 수거작업은 몇가지의 기술적인 방법에 의하여 실시된다. 더욱이 미생물류는 농축장치에 보내지며 또 이것은 고속도 원심분리기로 이송되어 더욱 농축되고 최종적으로 건조실에 가서 분사식 방법으로 완전 건조된다.

여과물의 표면물 처리에 있어 가장 좋은 방법은 대체로 그러하듯이 염산이나 질산 같은 양성화물질의 용액을 사용하여 표면물질의 pH를 1.5-6.5 범위로 함에 있다. 이렇게 함으로써 최종적인 농축작업이나 또는 수분을 제거하고 미생물류를 회수하여 이를 이용하는데 가장 용이하게 된다.

본 발명의 단백질의 소화정도를 알아보기 위하여 쥐의 성장시험을 실시해 보았다.

스푸라규-다우레이 족의 젖 떨어진 쥐를 사용하여 본 발명의 단백질을 공급치 않고 10일간을 키운 쥐와 또 본 발명의 조 단백질을 10%, 20%, 혹은 40% 포함하고 있는 식료품을 공급하면서 10일간을 키워본 쥐와 비교하면 본 발명품의 단백질을 20%이상 포함시킨 식품을 먹은 쥐는 체중이 늘고 있으며 그렇지 않은 쥐는 체중이 줄고 있었다. 그리고 독성은 어떤 경우에도 발견치 못하였다. 이 시험은 본 발명을 이용하여 동물시험에 이용한 좋은 결과다.

최종 건조공정에서 나오는 제품은 킬달분석법으로 8%의 질소 함량을 표시하고 있어서 단백질의 함량으로는 약 50% 정도가 된다. 본 발명의 아미노산 성분은 고도의 유효한 단백질분 표시할 수 있는 정도 포함되고 있음을 알았다.

이러한 성분표는 제 3 도 표에서 표시하고 있다.

또 본 발명 생산품은 동물의 사료 및 그 보충물 또는 인간의 식품과 그 보충물로서 동물과 인간이 완전히 먹을수 있으며 또 완전히 소화시킬수 있는 것으로 이용할수 있음을 알았다.

다음예에서 모든 부분과 퍼센트는 중량으로 되여 있고, 본 발명을 그대로 설명하고 있으며 그 범위에 제한을 가하는 설명은 아니다.

[실시예 1]

사탕수수 바가세(설탕을 축출하고 난후에 남은 사탕수수줄기) 윌리 밀 나이프 캇타(wiley mill knife cutter)에서 1/8"을 통해서 간다. 갈린 물질은 5ppm의 CaCl₂를 포함한 10%의 가성소다와 함께 혼합한다.

이 바가세는 알카리 혼합물(slurry)속에서 30분에서 45분까지 담아둔다. 이 혼합물은 3-7%의 고체이다.

이 혼합물을 계속해서 양적제한이 없는 물에 60-65%의 물질을 환원하는 고체 액체 분리기에 주입 해준다.

이 물질에 복사열을 보내주고 계속해서 바가세를 공기가 통하는 밸브오븐에 넣어준다. 이 바가세를 4분간 열이 있는 곳에 넣어둔다. 이 바가세가 오븐으로 부터 나오면 35-45%의 수분을 제거한다. 오븐에 있는 물질의 온도는(28℃)에서 시작하고, 그리고 그것은 오븐속에서 금방 100℃로 오른다.

이렇게 취급된 바가세가 건조되여 오븐으로부터 나오면 1/16" 두께의 엷은 갈색의 조각이 된다. 이 물질 3,880g을 194g의 발효상자에 넣는다. 이 물질은 탄화수소 761g을 포함한다. 그리고 염(소금)을 발효될 물질에 첨가한다.

NaCl, 800g (NH₄)₂SO₄, 194g KH₂PO₄, 97g K₂HPO₄, 97g; NaSO₄, 19.4g CaCl₂, 19.4g이다.

이 물질은 HCl의 첨가로 pH=7까지 간다.

이때 중화는 NaCl 630으로 발생한다.

이 물질은 증기의 주입으로 2시간동안 100℃까지 온도가 오른다.

배양기는 냉각되며 20ℓ의 세루로 모나스가 되고 분리법은 상술했으며, 여과지 위에서 도표 2-D에 표시된 배양기와 함께 자란다.

계속적으로 발효기 안에서 교반해야 한다. 특히 배기관과 공기상승장치 하에 건조상태에서 힘있게 교반해야 한다. 그 과정에는 96시간이 걸린다.

온도, pH, 공기 취입정도, 포화 탄산가스의 정도 그리고 가용성 탄화수소의 농축과 세포 (Cell)의 농도는 그 상술함과 같다. 이 자료는 아래 표에서 알수 있다.

이 과정을 분석 해보면 250.1g의 세포에 52%의 단백질을 포함한다. 따라서 생성되는 물질의 효율적인 비율은 다음과 같이 계산한다.

세포의 생성(g)/신진대사된 탄화수소(g)=0.512

단백질의 생성(g)/신진대사된 탄화수소(g)=0.266

신진대사된 탄화수소(g)/탄화수소의 공급(g)=0.643

도표의 설명은 다음과 같다.

가중되는 시간=2.5시간 성장율=0.276시간

이 물질은 푸레이트 및 후트레임식 휠타푸레스(plate 및 frame filter press) 장치로 얻어지는데 여기에는 불용성섬유질은 전부 제거되여 있다. 그 용액은 첨가에 의해서 pH=2.6까지 간다. 그리고 그 세포는 침전되며, 침전된 세포는 원심분리기에 의해서 분리된다. 세포는 킬달분석법에 의해서 단백질함량이 분석되고 단백질은 아미노산 분석법에 의해서 분석된다.

세포의 단백질 비율에 대한 아미노산 측정도는 도표 3에서 나타난다.

[제 3 도표]

이 견본은 110℃에서 22시간 동안 6NHCl의 HCl과 같이 가수분해 한 것이며 "Beckman" 모델116 아미노산분석기에 의해 측정한 것이다.

[실시예 2]

모든 사탕수수 바가세는 실시예 1. 에서와 같은 방법으로 화학적 취급한다. 3,870g의 사용된 물질은 774g의 탄화수소를 포함하는데 이 물질은 실시예 1. 에서 사용된 같은 발효물질을 쓴다. 같은 영양기의 염이나 살균소독 경과와 접종경과는 실시예 1. 에서 설명된 바와 같이 사용된다.

그 발효물질은 포화 탄산가스도가 21ℓ/min에서 90.25시간 동안 경과한다. 견본은 다른시간과 예 1. 에서 주어진 같은 자료에 의해서 분석된다.

다음의 표는 이같은 과정에서 얻어진 자료이다.

이 자료의 도표분석은 다음과 같은 결과를 만든다.

가중시간=2.6시간 성장률=0.265시간

[실시예 3]

200메쉬의 정화된 면이 같은 세루로모나스 배양에 탄화수소원으로 쓰인다.

3,000g의 순수한 탄화수소가 300ℓ에 첨가되며, 다음의 배양기염과 성장 촉진 물질이 첨가된다.

NaCl, 1,800g; (NH₄)₂SO₄, 300g; KH₂PO₄, 300g; K₂HPO₄, 300g; MgSO₄, 60g; CaCl₂, 30g; 미량금속 300g; 포도당 150g; 효모 엑기스 30g.

이 물질은 125℃에서 30분간 살균하고 30℃로 냉각한다. 이 물질은 6ℓ의 도표 2-D에서 서술한 배양기 염과 면에서 배양되고 특별히 재배된 세루로모나스와 같은 방법으로 배양한다. 이 발효는 89시간동안 30℃-34℃ 사이에서 pH-6.5-7.5로 교반과 공기의 주입을 한다. 세포는 부분세척과 불가용성의 섬유질의 침전 및 고속도의 원심분리법으로 배양물질로 부터 얻어진다. 이 자료의 분석은 다음과 같은 값을 가진다.

세포의 생성(g)/신진대사된 탄화수소(g)=0.442

단백질의 생성(g)/신진대사된 탄화수소(g)=0.240

신진대사된 탄화수소(g)/탄화수소의 공급(g)=0.690

이 과정에서 얻어진 세포는 킬달식분석법에 의해서 조(粗) 단백질함량을 얻는다.

조(粗) 단백질의 함량은 52.3%이다.

Claims (1)

1. 섬유질을 성장 촉진 물질이 함유된 영양기속에서 미생물셀루로 모나스(Cellulomonas)와 작용시킨후, 섬유질을 2-50% 알카리금속 수산화물용액과 접촉함에 있어서 이때 염화코발트 2-500부에 알카리 1,000,000부를 사용하여, 불용성 배양기를 수성배양기에서 분리해주고 남아있는 수성배양기에서 균체를 분리하여, 불용물로 부터 분리된 수성배양기에 액체단백 공여체를 가하여 pH 1.5-6.5가 되도록 하여 수성배양기에서 물을 제거하고 미생물을 회수한후, 수성배양기는 발효실로 보내서 산화섬유질과 접촉토록 하여 반응시간을 촉진간소화하는 섬유질에서 먹을수 있고 소화 잘되는 단백질의 제조방법.