WO2013069995A1 - 발효 옥수수글루텐의 제조방법 - Google Patents

발효 옥수수글루텐의 제조방법 Download PDF

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bacillus
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fermented
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서상현
조성준
강경일
박민주
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박승원
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    • C12P21/00—Preparation of peptides or proteins
    • C12P21/06—Preparation of peptides or proteins produced by the hydrolysis of a peptide bond, e.g. hydrolysate products

Definitions

  • the present invention relates to a method for producing fermented corn gluten for improving or improving the quality of corn gluten, a vegetable protein source, fermented corn gluten prepared by the method and a feed additive comprising the same.
  • Corn gluten is the source of vegetable protein.
  • the typical analysis of corn gluten is 8% moisture, 60.4% crude protein, 7.7% crude fiber, 2% crude fat, and 6% crude ash.
  • the high protein content of up to 65% contains the highest protein among the vegetable raw materials that can be used as feed.
  • fish meal having the best protein content among animal protein sources for feed contains about 60 to 65% protein.
  • vegetable protein has a lower digestibility compared to animal protein, a poor essential amino acid composition, and some vitamins, minerals and UGF (unknown growth factor) content is not good.
  • corn gluten is mainly made of denatured protein that is denatured in the manufacturing process, and the digestibility is lowered compared to other vegetable proteins such as soybean meal.
  • the present inventors earnestly endeavored to build a production system for improving the availability of corn gluten through improvement and improvement of corn gluten, a protein feed source, and as a result of low molecular weight of protein with increasing protein content by solid fermentation of corn gluten with Bacillus bacteria. It was confirmed that it is possible to produce a high quality fermented corn gluten with increased digestion absorption rate and feed utilization efficiency, and completed the present invention.
  • An object of the present invention (a) inoculating Bacillus bacteria in corn gluten added to the water; And (b) to provide a method for producing a fermented corn gluten comprising the step of obtaining a fermented corn gluten by solid culture of the bacteria inoculated in the corn gluten.
  • Another object of the present invention is to provide a fermented corn gluten comprising the low molecular weight protein prepared by the above method.
  • Another object of the present invention to provide a feed additive comprising the fermented corn gluten.
  • the present invention provides a high-quality fermented corn gluten with improved protein content as a protein feed source by the inoculation of a high concentration of protein, but limited in use due to low digestibility, inoculated with Bacillus strains, and a method for producing the same. do.
  • the present invention has a protein content of 15% or more higher than the conventional fermented soybean meal in a similar form, and has excellent utility and value.
  • Conventional fermented soybean meal has a protein content of 50-55%, despite its high quality due to the intermediate positioning of high protein fish meal (60-65%) and low protein soybean meal (45%).
  • the fermented corn gluten of the present invention has the same protein content as fish meal (60-65%), a high protein product can be said to be particularly excellent in availability and value.
  • the fermented corn gluten prepared according to the present invention further increases its value since the Bacillus bacterium, which is effective as a probiotic, in the final product remains in the form of spores, thereby maximizing the digestion effect when the feed is ingested.
  • the fermented corn gluten of the present invention can be widely applied as a high quality vegetable protein feed source due to improved digestibility due to low molecular weight protein and the same protein content as fish meal, which is a high protein product.
  • FIG. 1 shows a process diagram according to an embodiment of the present invention for producing fermented corn gluten.
  • Figure 2 shows the SDS-PAGE results of corn gluten.
  • Figure 3 shows the degradation of the protein according to the fermentation conditions of corn gluten.
  • the present invention provides a method of producing fermented corn gluten comprising the following steps:
  • Corn gluten used in the present invention is preferably used to receive the same kind of corn gluten produced in the same region, so that the final product fermented corn gluten to maintain the same quality, the quality difference of the raw corn gluten is the fermentation itself It doesn't matter much.
  • Corn gluten is a dry yellow powder that isolates proteins present in corn and is currently being used as a feed.
  • the corn gluten added with water used in the present invention can be used as long as it is a corn gluten containing water, for example, to obtain (purchase, etc.) corn corn gluten already pre-treated to contain water, or
  • the water-containing corn gluten prepared by hydrolyzing the obtained corn gluten can be used.
  • the hydrolysis treatment can be adjusted by directly spraying, mixing the appropriate amount of water to corn gluten.
  • the moisture content of the added corn gluten may be 30 to 70% (v / w), more preferably 40 to 60% (v / w). If the moisture content is lower than 30%, the fermentation rate of Bacillus bacteria is delayed due to low moisture, and in particular, the moisture is evaporated during fermentation, which is not suitable because Bacillus bacteria reach 20% of moisture content which is difficult to grow after the final fermentation. Is not. If the moisture content is higher than 70%, a costly problem occurs in the drying process, and because the corn gluten is small particles, agglomeration occurs, resulting in uneven fermentation.
  • the temperature of the water added to the corn gluten may be from room temperature to 100 °C, more preferably 15 to 100 °C.
  • the heat treatment may be performed to some extent to prevent contamination of various germs, and the present invention may also use corn gluten after heat treatment.
  • corn heat-treated heat treated for 5 to 30 minutes at a temperature of 50 to 120 °C preferably after the water addition can be used.
  • Bacillus bacteria are inoculated into the corn gluten to which the water is added.
  • Inoculation amount is 10 7 To 10 9 cfu / g is preferable, and when inoculated into heat-treated corn gluten has a bactericidal effect 10 6 To 10 9 It is desirable to have cfu / g. If the inoculation amount is less than this takes a long fermentation time and the economic value is reduced, there is a high possibility of contamination of various bacteria. 10 9 Inoculating more than cfu / g has a disadvantage in that the production conditions and the medium composition of the inoculation bacteria production is complicated and the production cost is difficult to use for feed production.
  • the Bacillus bacteria may be non-pathogenic Bacillus uniform, more preferably the non-pathogenic Bacillus is Bacillus subtilis (Bacillus subtilis), Bacillus licheniformis (Bacillus licheniformis), Bacillus toyoi (Bacillus toyoi) Bacillus can be selected from the group consisting of Bacillus coagulans and Bacillus polyfermenticus (Bacillus polyfermenticus).
  • One of the characteristics of the present invention is to improve the digestion utilization rate by lowering the molecular weight of proteins in corn gluten by solid culture of corn gluten using Bacillus bacteria.
  • corn gluten had limited use as a source of protein for feed due to the low digestibility of corn gluten.
  • the conventional method of processing maize gluten through acid hydrolysis or enzymatic decomposition process has high manufacturing cost and is used for food (seasoning). Is possible, but it has the disadvantage that it cannot be used for feed.
  • the present invention provides a method for preparing corn gluten containing low molecular weight protein through solid fermentation using Bacillus bacteria, thereby greatly expanding the applicability of corn gluten as a high protein source.
  • solid culture refers to culturing microorganisms using corn gluten remaining after extracting most of the starch and embryos from the corn and separating the corn bran.
  • the solid culture may be carried out at a temperature of 30 to 45 °C, more preferably 35 to 40 °C, most preferably 37 °C.
  • the fermentation is most preferably used by using an imperial or conventional drum and fermented soybean meal production, using a drum-type fermenter, but is not limited to this, in the case of high moisture can also use a liquid culture tank, etc. It can be said.
  • the method of the present invention may further comprise (c) drying and grinding the fermented corn gluten after step (b).
  • the solid fermentation is performed using a thermo-hygrostat or an empire, the residual moisture content after fermentation is considerably high, such as 20 to 50% (v / v), which may require a process of reducing the final moisture content.
  • the drying and pulverization may be carried out by various methods known in the art, but when excessively dried at high temperatures may cause additional denaturation of the protein of the final product may adversely affect the digestibility.
  • a hammer mill may be used as the grinding method.
  • FIG. 1 is a flowchart illustrating an embodiment of the method for preparing fermented corn gluten of the present invention as described above.
  • the present invention provides fermented corn gluten containing low molecular weight protein produced by the production method of the present invention.
  • fermented corn gluten the same contents as described in the method for preparing fermented corn gluten are omitted to avoid repetition.
  • low molecular weight protein refers to a protein having a lower molecular weight than corn gluten protein before fermentation, as the corn protein (zein protein) contained in corn gluten is degraded by proteolytic enzymes through solid fermentation. do. Fermented corn gluten of the present invention is characterized by containing a low molecular weight protein as described above.
  • the fermented corn gluten may have a protein content of 62 to 65% (w / w).
  • This protein content is equivalent to fishmeal, a high quality animal protein source, and is higher than the protein content (48-55% (w / w)) of fermented soybean meal, a vegetable protein source.
  • the present invention provides a fermented corn gluten containing low molecular weight protein by solid fermentation of corn gluten using Bacillus bacteria, and the content of such protein is increased, so that high quality vegetable that can replace animal protein The availability of corn gluten as a protein source can be significantly improved.
  • the present invention provides a feed additive comprising the fermented corn gluten of the present invention.
  • feed additive refers to a substance added to a feed for improving productivity or health of a target organism.
  • the feed additive may be prepared in various forms known in the art, may be used individually, and may be used in combination with a conventionally known feed additive.
  • the feed additive may be added to the feed at an appropriate composition ratio as a high content vegetable protein source to replace the animal protein, the composition ratio thereof can be easily determined by those skilled in the art.
  • the feed additive of the present invention may be added to animal feeds such as, but not limited to, chickens, pigs, monkeys, dogs, cats, rabbits, cattle, sheep, goats, and the like. By containing a large amount of vegetable protein can be provided and the effect of improving digestibility.
  • Example 2 Confirm the fermentation degree of corn gluten according to the initial hydrolysis content
  • the inoculated Bacillus strains and lactic acid bacteria were inoculated in corn gluten adjusted to 30%, 40%, 50%, 60%, 70% and 80% after fermentation.
  • the number of strains after time fermentation was measured and shown in Table 2 below.
  • the Lactobacillus plantarum (lactic acid bacteria) did not decompose zein protein, two major proteins of corn gluten well (2), but the high protein degradation rate of Bacillus subtilis (4 ⁇ 6).
  • three of the Bacillus experimental group was shown that the degree of fermentation is falling, which is determined by incubation at 50 °C higher than the optimum temperature for Bacillus strains to grow.
  • Example 3 After fermenting corn gluten under the conditions of Example 3, the protein content of the fermented corn gluten was measured. Experimental method was the same as in Example 3, the protein content measurement experiment was used Kjeldahl method, the instrument was used FOSS Kjeltec 8400. The relevant experimental results are shown in Table 3.
  • the protein content of corn gluten after fermentation was all 62 ⁇ 65% level was confirmed that slightly increased compared to the protein content of about 62% before fermentation.
  • the protein content of the fermented corn gluten is a protein equivalent to fish meal, a high-quality animal protein product.

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Abstract

본 발명은 식물성 단백질원인 옥수수글루텐의 품질을 개량 또는 개선하기 위한 발효 옥수수글루텐의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 발효 옥수수글루텐 및 이를 포함하는 사료 첨가제에 관한 것이다. 본 발명은 단백질 함량이 높으나, 낮은 소화율로 인하여 사용량이 제한적인 옥수수글루텐을 바실러스 균주를 접종하여 고체배양함으로써 단백질 사료원으로서의 특성이 개량 또는 개선된 고품질 발효 옥수수글루텐 및 이의 제조방법을 제공한다.

Description

발효 옥수수글루텐의 제조방법
본 발명은 식물성 단백질원인 옥수수글루텐의 품질을 개량 또는 개선하기 위한 발효 옥수수글루텐의 제조방법, 상기 방법에 의해 제조된 발효 옥수수글루텐 및 이를 포함하는 사료 첨가제에 관한 것이다.
인간에게 치명적인 질병을 일으키는 광우병 등의 질병이 사료에 첨가되는 동물성 단백질 성분에 기인한 결과로 판정되면서 전세계적으로 사료에 첨가되는 동물성 단백질을 식물성 단백질로 대체하려는 움직임이 급속도로 진행되고 있다.
식물성 단백질 원료로 옥수수글루텐이 있는데, 옥수수글루텐의 대표적인 일반성분 분석값은 수분 8%, 조단백질 60.4%, 조섬유 7.7%, 조지방 2%, 조회분 6% 수준이다. 특히, 단백질의 경우 높은 경우 65%까지의 함량을 보이고 있어 사료로 사용가능한 식물성 원료 중 가장 높은 단백질을 함유하고 있다. 한편, 사료용 동물성 단백질원 중에서 가장 우수한 단백질 함량을 갖는 어분의 경우 60 내지 65% 정도의 단백질을 함유하고 있다.
그러나, 일반적으로 식물성 단백질의 경우 동물성 단백질에 비해 소화율이 떨어지며 필수 아미노산 조성이 좋지 않으며 일부 비타민, 광물질 및 UGF(unknown growth factor) 함량이 우수하지 못하다. 더욱이, 옥수수글루텐은 제조공정상 변성된 비용해성 단백질이 주를 이루고 있어, 대두박 등의 다른 식물성 단백질에 비해서도 소화율이 떨어지기 때문에 사료 사용량에 제한을 두고 있는 실정이다.
따라서, 옥수수글루텐을 양질의 고단백 사료로 사용하기 위해서는 옥수수글루텐의 품질 즉, 단백질 부분의 소화율을 향상시킬 수 있는 저렴하고 효율적이며 대량 처리가 가능한 새로운 가공방법의 개발이 요구된다.
옥수수글루텐에 대한 연구로, 옥수수글루텐 가수분해물의 제조방법 및 이로부터 제조된 옥수수글루텐 가수분해물(공개번호 2009-0121253), 옥수수 및 소맥의 글루텐을 이용한 펩타이드의 제조방법(공개번호 1996-0022556), 고농도 글루타민산염 함유 천연복합아미노산 조미료의 제조방법(공개번호 2009-0076428) 등 옥수수글루텐에 효소 또는 산처리하는 방법을 이용하여 이용성을 높이는 연구가 어느 정도 진행되었다. 그러나, 이러한 연구들은 조미료 제조용으로 산가수분해나 효소분해 과정이 주를 이루는 방법들이기 때문에 제조비용이 높아 식품용으로의 사용은 가능하나, 사료용으로의 사용이 불가능한 단점을 가지고 있다. 이렇듯, 현재까지 옥수수글루텐의 사료이용성을 증가시키기 위한 연구는 거의 이루어지지 않은 상황이다.
본 발명자들은 단백질 사료원인 옥수수글루텐의 개량 및 개선을 통하여 옥수수글루텐의 이용성을 향상시키기 위한 생산 시스템 구축을 위해 예의 노력한 결과, 옥수수글루텐을 바실러스 균으로 고체발효시킴으로써 단백질 함량의 증가와 함께 단백질의 저분자화로 인한 소화 흡수율과 사료이용 효율이 증가된 고 품질의 발효 옥수수글루텐을 제조할 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 목적은 (a) 수분이 첨가된 옥수수글루텐에 바실러스 균을 접종하는 단계; 및 (b) 상기 옥수수글루텐에 접종된 균을 고체배양하여 발효 옥수수글루텐을 수득하는 단계를 포함하는 발효 옥수수글루텐의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법에 의해 제조된, 저분자화된 단백질을 포함하는 발효 옥수수글루텐을 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 발효 옥수수글루텐을 포함하는 사료 첨가제를 제공하는 것이다.
(a) 본 발명은 단백질 함량이 높으나, 낮은 소화율로 인하여 사용량이 제한적인 옥수수글루텐을 바실러스 균주를 접종하여 고체배양함으로써 단백질 사료원으로서의 특성이 개량 또는 개선된 고품질 발효 옥수수글루텐 및 이의 제조방법을 제공한다.
(b) 특히, 본 발명은 기존에 비슷한 형태의 발효 대두박에 비해 15% 이상 높은 단백질 함량을 가지고 있어 활용성 및 가치가 뛰어나다. 기존의 발효 대두박류의 경우 50 ~ 55% 수준의 단백질 함량을 가지고 있어, 그 함량이 고단백인 어분(60 ~ 65%)과 저단백인 대두박(45%)의 중간 정도의 포지셔닝에 의해 높은 품질에도 불구하고 이용성이 높지 않았으나, 본 발명의 발효 옥수수글루텐은 고단백 제품인 어분(60 ~ 65%)과 동일한 수준의 단백질 함량을 가지고 있어 이용성 및 가치가 특히 우수하다고 할 수 있다.
(c) 기존의 산 또는 효소처리를 통해 제조한 조미소재(식품용) 옥수수글루텐은 공정의 복잡성 및 가격적인 부담으로 인하여 사료용으로 사용이 불가능하였으나, 본 발명은 발효 옥수수글루텐을 낮은 제조가격으로 생산할 수 있어 옥수수글루텐의 사료 이용성을 높일 수 있다.
(d) 더욱이 본 발명으로 제조된 발효 옥수수글루텐은 최종제품에 생균제로서의 효과가 있는 바실러스균이 포자형태로 남아있어 사료 섭취시 소화 효과를 극대화할 수 있으므로 그 가치가 더욱 상승하게 된다.
(e) 상술한 바와 같이 본 발명의 발효 옥수수글루텐은 저분자화된 단백질 등으로 인한 소화율 향상 및 고단백 제품인 어분과 동일한 단백질 함량 등으로 인하여 고품질의 식물성 단백질 사료원으로서 폭넓게 적용될 수 있다.
도 1은 발효 옥수수글루텐을 제조하기 위한 본 발명의 일 실시예에 따른 공정도를 나타낸다.
도 2는 옥수수글루텐의 SDS-PAGE 결과를 나타낸다.
도 3은 옥수수글루텐의 발효조건에 따른 단백질의 분해도를 나타낸다.
(1) 옥수수글루텐(control)
(2) 옥수수글루텐 50% 가수 + 락토바실러스 플란타룸(30℃, 48시간 배양)
(3) 옥수수글루텐 70% 가수 + 바실러스 서브틸리스(50℃, 48시간 배양)
(4) 옥수수글루텐 40% 가수 + 바실러스 서브틸리스(37℃, 24시간 배양)
(5) 옥수수글루텐 50% 가수 + 바실러스 서브틸리스(37℃, 24시간 배양)
(6) 옥수수글루텐 50% 가수 + 바실러스 서브틸리스 (40℃, 24시간 배양)
상기의 목적을 달성하기 위한 하나의 양태로서, 본 발명은 다음의 단계를 포함하는 발효 옥수수글루텐의 제조방법을 제공한다:
(a) 수분이 첨가된 옥수수글루텐에 바실러스 균을 접종하는 단계; 및
(b) 상기 옥수수글루텐에 접종된 균을 고체배양하여 발효 옥수수글루텐을 수득하는 단계.
발효 옥수수글루텐을 제조하기 위한 본 발명의 제조방법을 단계별로 상세하게 설명하면 다음과 같다.
(a) 수분이 첨가된 옥수수글루텐에 바실러스 균을 접종하는 단계
본 발명에 이용되는 옥수수글루텐은 최종 산물인 발효 옥수수글루텐이 동일한 품질을 유지할 수 있도록, 동일한 지역에서 생산된 동일한 종류의 옥수수글루텐을 공급받아 이용하는 것이 바람직하나, 원료인 옥수수글루텐의 품질차이는 발효 자체에 큰 문제가 되지 않는다. 옥수수글루텐은 옥수수 중에 존재하는 단백질을 분리하여 건조한 황색 분말로서, 현재 사료로서의 이용성이 증가되고 있다.
본 발명에 이용되는 수분이 첨가된 옥수수글루텐은 수분을 함유하는 옥수수글루텐이면 그 출처에 제한 없이 사용할 수 있으며, 예를 들면, 이미 수분을 함유하도록 전처리된 옥수수글루텐을 수득(구매 등)하여 사용하거나, 수득한 옥수수글루텐을 가수처리하여 제조한 수분 함유 옥수수글루텐을 사용할 수 있다. 이때, 가수처리는 옥수수글루텐에 적당량의 물을 직접 분무, 혼합하여 수분함량을 조절할 수 있다.
바람직하게, 상기 수분이 첨가된 옥수수글루텐의 수분함량은 30 내지 70%(v/w)일 수 있고, 보다 바람직하게는 40 내지 60%(v/w) 일 수 있다. 수분함량이 30% 보다 낮은 경우에는 저수분으로 인하여 바실러스 균의 발효속도가 지연되며, 특히 발효 중에 증발되는 수분으로 인하여 최종발효 후 바실러스 균이 자라기 어려운 수분함량인 20% 수준에 이르게 되기 때문에 적합하지가 않다. 수분함량이 70% 보다 높은 경우에는 건조 공정에서 비용이 많이 드는 문제점이 발생하며, 옥수수글루텐은 입자가 작기 때문에 뭉침 현상이 일어나게 되어 불균일한 발효가 일어나게 된다.
바람직하게, 상기 옥수수글루텐에 첨가한 물의 온도는 상온 내지 100℃일 수 있으며, 보다 바람직하게는 15 내지 100℃일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에 따르면, 열처리에 따른 옥수수글루텐의 고체발효 효율을 확인한 결과, 옥수수글루텐의 초반 증자(열처리)과정 없이도 충분히 발효시킬 수 있음을 확인하였다. 다만, 원가를 낮추기 위해 균주 접종량을 줄일 경우 잡균의 오염을 방지하기 위하여 열처리를 어느 정도 할 수 있으므로, 본 발명은 수분 첨가 후 열처리된 옥수수글루텐 또한 이용할 수 있다.
열처리된 옥수수글루텐을 이용하는 경우에는, 바람직하게 수분첨가 후 50 내지 120℃의 온도로 5분 내지 30분 동안 열처리된 옥수수글루텐을 이용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 상기 수분이 첨가된 옥수수글루텐에 바실러스 균을 접종한다.
수분이 첨가된 옥수수글루텐에 균주를 접종할 경우에는, 바실러스 균을 배양액 그대로 접종하거나, 또는 적절히 살균수로 희석하여 가능한 한 균일하게 접종하는 것이 바람직하다.
접종량은 107 내지 109 cfu/g이 되게 하는 것이 바람직하며, 열처리된 옥수수글루텐에 접종하는 경우에는 살균효과가 있기 때문에 106 내지 109 cfu/g이 되게 하는 것이 바람직하다. 접종량이 이보다 적을 경우에는 오랜 발효 시간이 소요되어 경제적인 가치가 떨어지게 되며, 잡균이 오염될 가능성이 높은 단점이 있다. 109 cfu/g을 초과하여 접종하는 경우에는 접종균 생산의 조건 및 배지조성이 복잡해져 생산원가에 부담이 되어 사료제조에 사용하기 어려운 단점이 있다.
바람직하게, 상기 바실러스 균은 비병원성 바실러스 균일 수 있으며, 보다 바람직하게 상기 비병원성 바실러스균은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 토요이(Bacillus toyoi), 바실러스 코어귤런스(Bacillus coagulans) 및 바실러스 폴리퍼맨티쿠스(Bacillus polyfermenticus)로 이루어진 군으로부터 선택된 바실러스 균일 수 있다.
(b) 옥수수글루텐에 접종된 균을 고체배양하여 발효 옥수수글루텐을 수득하는 단계
본 발명의 특징 중 하나는, 바실러스 균을 이용하여 옥수수글루텐을 고체배양시킴으로써 옥수수글루텐 내 단백질 등을 저분자화 시켜 소화 이용률을 향상시키는 것이다. 종래에는 옥수수글루텐의 낮은 소화율로 인하여 사료의 단백질 공급원으로서 사용에 제한이 있었으며, 종래의 산가수분해나 효소분해 과정을 통한 옥수수글루텐의 가공방법은 제조비용이 높아 식품용(조미료 제조용)으로의 사용은 가능하나, 사료용으로의 사용이 불가능한 단점을 가지고 있었다. 이러한 상황에서, 본 발명은 바실러스 균을 이용한 고체발효를 통하여 저분자화된 단백질을 함유하는 옥수수글루텐의 제조방법을 제공함으로써, 고 단백질 공급원인 옥수수글루텐의 사료로서의 이용성을 크게 확대시킬 수 있다.
본 발명에서 용어, "고체배양(발효)"은 옥수수로부터 대부분의 전분과 배아를 뽑아내고 옥수수겨를 분리시킨 후 남는 옥수수글루텐을 사용하여 미생물을 배양하는 것을 의미한다.
바람직하게, 상기 고체배양은 30 내지 45℃, 보다 바람직하게는 35 내지 40℃, 가장 바람직하게는 37℃의 온도에서 수행할 수 있다.
상기 발효는 기존 장류 및 발효 대두박 제조에 사용되는 제국기를 사용하거나, 드럼형 발효기를 이용하여 제조하는 것이 가장 바람직하나, 이에 제한되는 것은 아니며, 고수분의 경우 액상배양탱크 등을 활용하는 방법도 가능하다고 할 수 있다.
(c) 발효 옥수수글루텐의 건조 및 분쇄하는 단계
바람직하게, 본 발명의 방법은 상기 단계 (b) 이후에 (c) 상기 발효 옥수수 글루텐을 건조 및 분쇄하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 항온항습기나 제국기 등을 이용하여 고체발효를 진행할 시 발효 종료 후 잔존 수분함량은 20 내지 50%(v/v)로 상당히 높아, 최종 수분함량을 줄이는 과정이 필요할 수 있다.
상기 건조 및 분쇄는 당업계에 공지된 다양한 방법으로 실시할 수 있으나, 과도하게 고온으로 건조할 경우 최종제품의 단백질에 추가적인 변성을 일으켜 소화이용률에 악영향을 끼칠 수 있으므로 주의해야 한다. 바람직하게, 분쇄 방법으로 해머밀(hammer mill)을 이용할 수 있다.
상기에서 설명한 본 발명의 발효 옥수수글루텐의 제조방법에 따른 일 실시예의 공정도를 도 1에 도시하였다.
다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 저분자화된 단백질을 함유하는 발효 옥수수글루텐을 제공한다.
상기 발효 옥수수글루텐과 관련하여, 발효 옥수수글루텐의 제조방법에서 설명한 사항과 동일한 내용은 반복을 피하기 위하여 생략한다.
본 발명에서 용어, "저분자화된 단백질"이란 옥수수글루텐 내 포함되어 있는 옥수수 단백질(zein 단백질)이 고체발효를 통하여 단백질분해효소에 의하여 분해됨으로써, 발효하기 전의 옥수수글루텐 단백질보다 분자량이 적은 단백질을 의미한다. 본 발명의 발효 옥수수글루텐은 상기한 바와 같은 저분자화된 단백질을 함유하는 것을 특징으로 한다.
바람직하게, 상기 발효 옥수수글루텐은 단백질 함량이 62 내지 65%(w/w)일 수 있다. 이러한 단백질 함량은 고급 동물성 단백질 공급원인 어분과 동등한 함량이며, 식물성 단백질 공급원인 발효 대두박의 단백질 함량(48~55%(w/w)) 보다 높은 수준이다.
본 발명의 일 실시예에서는, 수분이 첨가된 옥수수글루텐을 바실러스 서브틸리스를 이용하여 고체배양한 결과, 유산균을 이용한 고체배양과 달리, 옥수수글루텐 내 단백질을 분해하여 저분자화 시킬 수 있음을 확인하였다(도 3). 나아가, 본 발명의 방법에 따라 제조된 발효 옥수수글루텐의 단백질 함량이 발효 전에 비해 향상되었음을 확인하였다(표 3). 이상과 같이, 본 발명은 옥수수글루텐을 바실러스 균을 이용하여 고체발효시킴으로써 저분자화된 단백질을 함유하고, 이러한 단백질의 함량이 증가한 발효 옥수수글루텐을 제공함으로써, 동물성 단백질을 대체할 수 있는 고 품질의 식물성 단백원으로서 옥수수글루텐의 이용성을 현저히 향상시킬 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 발명은 본 발명의 발효 옥수수글루텐을 포함하는 사료 첨가제를 제공한다.
본 발명에서 용어, "사료 첨가제"란 대상생물의 생산성 향상이나, 건강을 증진시키기 위하여 사료에 첨가되는 물질을 의미한다.
상기 사료 첨가제는 당업계에 공지된 다양한 형태로 제조될 수 있으며, 개졀별적으로 사용될 수 있고, 종래 공지된 사료 첨가제와 병용하여 사용될 수 있다.
상기 사료 첨가제는 동물성 단백질을 대체하는 고 함량의 식물성 단백질 공급원으로서 적절한 조성비로 사료에 첨가될 수 있으며, 이의 조성비는 당업자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.
본 발명의 사료 첨가제는 이에 제한되는 것은 아니나, 닭, 돼지, 원숭이, 개, 고양이, 토끼, 소, 양, 염소 등과 같은 동물용 사료에 첨가될 수 있고, 특히 본 발명의 사료 첨가제는 발효 옥수수글루텐을 함유함으로써 다량의 식물성 단백질 공급 및 소화이용률 향상의 효과를 제공할 수 있다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로서, 본 발명의 요지 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 옥수수글루텐의 고체발효에 미치는 열처리의 영향
옥수수글루텐에 동일한 함량으로 수분을 가수한 다음 60에서 120℃ 사이로 열처리를 하고, 최적 발효온도인 37℃로 온도를 낮춘 후 각 실험군에 대해 동일한 접종균수로 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis)를 접종하였다
표 1 열처리에 따른 옥수수글루텐의 고체발효
가수 후 수분함량 열처리 여부 접종 균수(cfu/g) 24hr 발효 후 균수(cfu/g)
50% 무 1.5×107 1.2×109
50% 60℃ 10분 1.5×107 3.0×109
50% 60℃ 30분 1.5×107 2.2×109
50% 80℃ 10분 1.5×107 2.5×109
50% 80℃ 30분 1.5×107 2.8×109
50% 100℃ 10분 1.5×107 3.0×109
50% 100℃ 30분 1.5×107 3.6×109
50% 120℃ 10분 1.5×107 3.1×109
50% 120℃ 30분 1.5×107 3.2×109
표 1에 나타난 바와 같이, 열처리 여부와 관계없이 접종한 균이 충분하게 자라는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과를 통하여, 옥수수글루텐의 경우 초반 증자(열처리)과정 없이도 충분히 발효가 되는 것은 확인할 수가 있었다.
실시예 2: 초기 가수함량에 따른 옥수수글루텐의 발효 정도 확인
초기 수분함량에 따른 발효 정도를 확인하기 위하여, 가수 후 수분함량을 30%, 40%, 50%, 60%, 70% 및 80%로 조절한 옥수수글루텐에 바실러스 균주와 유산균을 각각 접종한 다음 24시간 발효 후의 균주 수를 측정하여, 하기 표 2에 나타내었다.
표 2 초기 가수함량에 따른 옥수수글루텐의 발효 정도
가수 후 수분함량 균 24hr 발효 후 균수(cfu/g)
30% Lactobacillus plantarum 8.2×106
30% Bacillus subtilis 1.2×107
40% Lactobacillus plantarum 7.0×106
40% Bacillus subtilis 1.5×109
50% Lactobacillus plantarum 2.8×107
50% Bacillus subtilis 3.0×109
60% Lactobacillus plantarum 3.6×107
60% Bacillus subtilis 3.1×109
70% Lactobacillus plantarum 3.6×108
70% Bacillus subtilis 3.0×109
80% 뭉침현상이 심하여 균일 발효가 어려움 -
그 결과, 표 2에 나타난 바와 같이, 초기 접종균주가 1.0×107 cfu/g임을 고려하면, 옥수수글루텐의 수분함량이 30%인 경우 바실러스 균주(1.2×107 cfu/g)는 약간 증식하였으나, 락토바실러스 균주(8.2×106 cfu/g)는 증식이 이루어지지 않았다. 나아가, 바실러스 균주는 수분함량 40% 이상에서 좋은 증식을 보여 옥수수글루텐에서 배양시 최소 수분함량이 30% 이상임을 알 수 있었다. 락토바실러스 균주의 경우에는 바실러스 균주에 비해 배양속도가 떨어졌으며, 특히 수분함량 40% 이하에서는 거의 증식하지 못하였다. 이러한 결과를 통하여, 옥수수글루텐에서 좋은 성장을 보이는 바실러스 균주가 유산균에 비하여 최종제품 제작에 적합하다는 것을 알 수 있었다.
실시예 3: 옥수수글루텐의 발효조건에 따른 단백질 분해도 확인
SDS-PAGE를 통하여 옥수수글루텐에 있는 단백질의 종류를 확인하였으며, 그 결과를 도 2에 나타내었다. 그 결과, 도 2에 나타난 바와 같이, 옥수수글루텐은 단순하게 2가지 단백질로 구성되어 있음을 알 수 있었다.
상기 도 2에서 보인 옥수수글루텐의 주요 단백질을 발효를 통하여 저분자화할 경우 최종제품의 소화 이용률을 높일 수 있어, 실제 발효조건에 따른 옥수수글루텐 내 단백질의 분해 여부를 확인하였다. 가수 후 수분함량 50%인 옥수수글루텐에 락토바실러스 플란타룸을 접종하고 30℃로 48시간 배양한 후의 옥수수글루텐 구성 단백질의 분해 결과(2), 가수 후 수분함량 70%인 옥수수글루텐에 바실러스 서브틸리스를 접종하고 50℃로 48시간 배양한 후의 옥수수글루텐 구성 단백질의 분해 결과(3), 가수 후 수분함량 40%인 옥수수글루텐에 바실러스 서브틸리스를 접종하고 37℃로 24시간 배양한 후의 옥수수글루텐 구성 단백질의 분해 결과(4), 가수 후 수분함량 50%인 옥수수글루텐에 바실러스 서브틸리스를 접종하고 각각 37℃ 및 40℃로 24시간 배양한 후의 옥수수글루텐 구성 단백질의 분해 결과(5, 6)를 도 3에 나타내었다.
그 결과, 도 3에 나타난 바와 같이, 락토바실러스 플란타룸(유산균)의 경우 옥수수글루텐의 주요 2가지 단백질인 zein 단백질을 잘 분해하지 못하였으나(2), 바실러스 서브틸리스의 경우 단백질 분해율이 높음을 알 수 있었다(4~6). 한편, 바실러스 실험군 중 3번의 경우에는 발효 정도가 떨어지는 것으로 나타났는데, 이는 바실러스 균주가 자랄 수 있는 최적온도보다 높은 50℃에서 배양함에 따른 것으로 판단된다. 이러한 결과를 통하여, 최종제품 생산조건으로 최대 45℃ 이하에서 진행할 경우 최적의 결과를 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
실시예 4: 옥수수글루텐 발효 후 단백질 함량 확인
상기 실시예 3의 조건으로 옥수수글루텐을 발효시킨 후 발효 옥수수글루텐의 단백질 함량을 측정하였다. 실험방법은 상기 실시예 3과 동일하며, 단백질 함량 측정 실험은 Kjeldahl 법을 이용하였고, 기기는 FOSS Kjeltec 8400을 사용하였다. 관련된 실험결과는 표 3에 나타내었다.
표 3
원료 및 가수비 균주 및 배양조건 단백함량 (수분보정 7% 기준)
옥수수글루텐(control) control (배양없음) 62%
옥수수글루텐 50% 가수 락토바실러스 플란타룸(30℃, 48시간 배양) 62%
옥수수글루텐 70% 가수 바실러스 서브틸리스(50℃, 48시간 배양) 63%
옥수수글루텐 40% 가수 바실러스 서브틸리스(37℃, 24시간 배양) 64%
옥수수글루텐 50% 가수 바실러스 서브틸리스(37℃, 24시간 배양) 65%
옥수수글루텐 50% 가수 바실러스 서브틸리스(40℃, 24시간 배양) 63%
그 결과, 발효 후 옥수수글루텐의 단백질 함량은 모두 62 ~ 65% 수준으로 발효 전 62% 정도의 단백질 함량에 비하여 약간 증가하였음을 확인할 수 있었다. 상기 발효 옥수수글루텐의 단백질 함량은 고급 동물성 단백제품인 어분과 동등한 함량의 단백질이다. 이러한 결과는 본 발명의 방법에 제조된 발효 옥수수글루텐을 동물성 단백원을 대체하는 고 품질의 식물성 단백원으로서 유용하게 사용할 수 있음을 나타낸다.

Claims (8)

  1. 다음의 단계를 포함하는 발효 옥수수글루텐의 제조방법:
    (a) 수분이 첨가된 옥수수글루텐에 바실러스 균을 접종하는 단계; 및
    (b) 상기 옥수수글루텐에 접종된 균을 고체배양하여 발효 옥수수글루텐을 수득하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 상기 수분이 첨가된 옥수수글루텐은 수분함량이 30 내지 70%(v/w)인 것인 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 수분이 첨가된 옥수수글루텐은 수분 첨가 후 50 내지 120℃로 5분 내지 30분 동안 열처리된 것인 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 바실러스 균은 비병원성 바실러스 균인 방법.
  5. 제4항에 있어서, 상기 비병원성 바실러스 균은 바실러스 서브틸리스(Bacillus subtilis), 바실러스 리케니포미스(Bacillus licheniformis), 바실러스 토요이(Bacillus toyoi), 바실러스 코어귤런스(Bacillus coagulans) 및 바실러스 폴리퍼맨티쿠스(Bacillus polyfermenticus)로 이루어진 군으로부터 선택되는 것인 방법.
  6. 제1항에 있어서, 상기 고체배양 온도는 30 내지 45℃인 방법.
  7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된, 저분자화된 단백질을 함유하는 발효 옥수수글루텐.
  8. 제7항에 따른 발효 옥수수글루텐을 포함하는 사료 첨가제.
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