WO2020013388A1 - 아질산 이온을 함유하는 부추발효물의 제조방법 및 그 조성물 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 부추에 효모를 접종하고 발효시키는 방법에 의하여 아질산이온을 생성시키고 여기에 아질산이온의 안정화를 위하여 안토시아닌을 첨가하여 얻어지는 부추발효조성물의 제조방법에 관한 것으로 천연의 아질산이온의 섭취에 의하여 체내에서 일산화질소로 전환되어 혈압강하, 면역증강, 혈행개선 등의 다양한 생리활성을 얻게하는 부추발효조성물의 제법 및 조성물에 관한 것이다. 안토시아닌은 아로니아, 자색옥수수, 흑미, 블루베리 등의 베리류, 서리태 등에서 추출물의 형태로 얻을 수 있는 것으로 아질산이온의 열안정성을 향상시킬 수 있어, 이를 부추발효액에 첨가하여 아질산이온이 안정화된 부추발효액을 제조하는 방법 및 그 조성물을 제공한다.

Description

아질산 이온을 함유하는 부추발효물의 제조방법 및 그 조성물
본 발명은 부추에 효모를 접종하고 배양하는 방법에 의하여 부추 자체에 함유된 효소성분과 배양한 효모에 의하여 아질산 이온의 생성을 증가시키는 발효방법 및 이를 안정화 시키는 것을 특징으로 하는 식품용 조성물에 관한 것이다.
식물체에는 뿌리에서 흡수한 비료의 성분인 다수의 질산이온을 함유하고 있는 것이 일반적으로 많이 알려져 있다. 그리고 질산이온은 식물체 내에서 질산이온 환원효소(Nitrate reductase)의 작용에 의하여 아질산이온으로 환원되고 이는 단백질의 합성에 사용되어 식물체 내에서 단백질을 합성하게 된다. 이러한 식물체의 질산이온은 인간이 채소로 식물체를 섭취하는 과정에서 아질산으로 환원되게 되고, 이는 인체에 흡수되어 다시 일산화질소로 전환되어 인체내에서 다양한 생리활성을 나타내게 된다. 따라서 식물체에 있는 질산이온의 농도를 최대한 빠르시간 내에 아질산이온으로 전환하고, 이를 섭취하게 할 수 있다면 이는 일산화질소의 농도를 증가시켜 면역증강, 혈류개선 등과 같은 유익한 생리활성을 나타내게 할 수 있다.
따라서, 본 발명에서는 식물체를 특히 식용가능한 채소류를 이용하여 환원효소를 가진 효모를 접종하고 발효하는 방법을 개발하여 질산이온을 환원시켜 아질산이온으로 전환하고 이를 안정화 하기 위하여 (아)질산이온의 음이온에 대한 카운터 이온으로 양이온의 안토시아닌을 함유한 자색옥수수추출물을 첨가하여 (아)질산이온을 안정화시켜 고온에서 소실됨이 없이 안정한 농도를 유지하게 하여 섭취 시 체내에서 일산화질소로 환원되어 다양한 생리활성을 나타내게 되는 식품용 조성물을 제공하게 된다.
일산화질소는 인체내에서 혈관확장에 의한 혈압강하, 면역증강, 혈류개선 등 다양한 생리활성을 가진 것으로 알려져 있으나, 이를 증가시키는 것은 일반적인 방법에 의하여 달성하기 어려운 부분이었다. 본 발명에서는 일산화질소를 증가시켜 다양한 생리활성을 얻기 위한 방안으로 일산화질소의 전단계인 아질산이온의 농도를 증가시킨 채소발효물을 개발하고자 하였고, 또한 질산이온 또는 아질산이온이 액상 상태에서 가열살균하게 되면 소실되는 점을 해결하여 안정성이 확보된 발효물을 확보하여 아질산이온의 농도가 높게 유지되는 채소발효물을 얻고자 하는 것이 본 발명을 통하여 해결하여야 할 주된 과제이다.
아질산이온의 농도가 증가된 채소발효물의 제조를 위하여 채소류에 함유된 질산이온의 농도를 조사하여 가장 함량이 높고, 원료의 공급이 안정적이며 대량공급이 가능한 채소로 부추를 선정하였고, 질산이온을 아질산이온으로 전환하는 균체를 바실러스, 효모 등을 대상으로 테스트하여 활성균주를 선발하고, 효능이 확인된 균체를 대상으로 아질산이온의 생성을 극대화 하는 조건을 결정하며, 생성된 아질산이온의 안정화를 위한 조건을 개발하기 위하여 음이온인 아질산이온을 안정화시킬 수 있는 카운터 이온으로 양이온의 안토시아닌을 함유하는 자색옥수수추출물을 첨가하는 방법에 의하여 아질산이온의 안정성을 향상시켜 제품화를 위한 살균공정에서도 아질산이온의 소실없이 높은 농도를 유지하게 하는 방법을 통하여 본 발명의 과제를 해결하여 발명을 완성하였다.
본 발명은 채소를 특히 부추를 이용한 안정화된 아질산이온을 함유하는 발효물의 제조방법에 관한 것으로 발효에 의하여 아질산이온을 생성하게 하고, 이를 발효음료의 형태 등으로 섭취함에 의하여 체내에서 일산화질소로 전환되게 하여 혈관확장에 의한 혈압강하, 면역증강, 혈류개선 등의 다양하고 매우 유용한 생리활성을 얻을 수 있는 것으로 액상의 기능성 음료, 분말화에 의한 건강기능식품 등으로 용이하게 활용 가능하다.
도 1 : 아질산염, 질산염 및 안토시아닌의 화학적 구조와 이온결합 도식
이하, 본 발명을 구성하는 세부 기술적 내용에 대하여 다음과 같이 상세히 설명한다. 다만, 본 발명을 설명하는 과정에서 관련분야의 통상적인 기본사항들로 인식될 수 있는 사안이라고 판단되는 부분에 대해서는 상세한 설명을 생략한다.
본 발명은 채소로 즐겨먹고 있는 부추에 자체적으로 선별한 균주인 Saccharomyces cerevisiae MD315를 접종하고, 호기조건하에서 배양하는 방법에 의하여 부추에 함유된 질산이온을 아질산이온으로 전환하고, 여기에 질산이온의 안정화를 위하여 안토시아닌을 함유한 자색옥수수 추출물을 첨가하여 이온결합에 의한 안정화공정을 적용하여 최종적으로 안정화된 아질산이온을 함유하는 부추발효조성물을 얻게 된다.
부추는 비타민 A, B1, B2, C 등과 미네랄로서 칼슘, 철분 등이 함유되어 있고 정장작용을 해서 혈액을 맑게 해주며, 식욕증진효과가 있고, 소염, 항균, 해열작용을 하는 것으로 알려져 있다. 또한 부추의 독특한 향기는 신경을 진정시키는 것으로도 알려져 있다. 이외에도 부추는 간장기능을 강화시켜 주고, 몸이 차거나 하복부가 냉한 경우에도 도움이 될 수 있다. 부추에 함유된 황성분은 피로회복 및 자양강장효과를 가지고 있고 부추의 섬유질은 변비에 효과적이며, 베타카로틴이 함유되어 있어 활성산소제거 및 노화방지에 효과적이다.
일반적으로 아질산이온은 경구로 섭취할 경우 체내에서 일산화질소로 전환되어 혈관확장, 혈행개선, 발모, 위장관 운동향상, 항산화, 발기불능개선, 혈압강하, 항당뇨 등 다양하고 핵심적인 생리활성 강화 효과를 얻을 수 있다. 전환된 일산화질소는 혈관에서 수초간 신호전달물질의 역할을 수행한 후 분해되어 없어진다. 루이스이그나로 박사에 의하여 발견되어 노벨생리의학상을 수상하게 한 생리활성물질로 기존의 혈압과 같은 만성질환에 의한 부작용을 해소하여 건강을 회복하는데 중요한 소재가 될 수 있다.
본 발명에서는 이러한 일산화질소의 생리활성을 이용하기 위한 방안으로 천연의 발효에 의한 아질산이온의 생산을 연구하였고, 아질산이온으로의 전환을 극대화하기 위하여 활성이 확인된 효모균주인 Saccharomyces cerevisiae MD315 균주를 선별하였고, 최적화된 발효공정을 확립하는 방법에 의하여 아질산이온을 최대로 생성하는 조건을 결정하였다. 부추를 세척하고 세절한 다음 부추무게의 3~10배수에 달하는 물을 가하고 살균한 다음 여기에 선별된 효모균주인 MD315균주를 접종하고 섭씨 30~35도에서 2~4일간 가장 좋게는 3일간 호기조건을 위하여 공기를 버블링하여 주면서 배양하는 방법에 의하여 아질산이온을 생성하는 발효공정을 수행하게 된다. 발효가 완료되면 100~1,000ppm의 아질산이온을 함유하는 발효액이 얻어지고, 이를 여과하여 부추박을 제거하고 얻어진 액상의 발효물을 얻고 이를 분석하여 아질산이온의 함량에 대하여 안정화를 위한 안정화제로서 안토시아닌을 함유하는 추출물을 첨가하고, 혼합하는 공정에 의하여 음이온의 아질산이온이 양이온의 안토시아닌과 이온성 결합을 형성하게 하여 이어지는 농축 및 살균공정에서도 아질산이온의 소실을 최소화하는 효과를 얻게 하며 동시에 첨가한 안토시아닌이 가지는 항산화, 간기능개선 등의 생리활성을 얻을 수 있게 한다.
MD315 균주를 접종하고 발효하는 공정은 통상적으로 3일이 가장 적합하였고 3일이 초과되는 경우 오히려 생성된 아질산이온이 감소하는 결과를 보였다.
아질산염이 함유된 부추발효액은 고온살균과정에서 소실되므로 이를 방지하기 위하여 첨가하는 양이온의 안토시아닌은 질산이온 및 아질산이온과 이온결합을 형성할 수 있으므로 아질산이온의 양을 기준으로 무게비로 1:0.001~2.0의 비율로 첨가하되 가장 좋게는 1:0.05~0.5의 무게비로 첨가하는 것이 좋으며, 첨가하는 원료로는 안토시아닌으로서 C3G(Cyanidin-3-glucoside, 분자량 449)를 함유하는 추출물 또는 그 정제물이 가장 적절하며 대표적으로 복분자추출물, 자색옥수수추출물, 아로니아추출물, 블루베리 추출물, 오디추출물, 오미자추출물, 블랙커런트추출물, 빌베리추출물, 블랙베리추출물, 자색고구마추출물, 비트루트추출물 및 이들 추출물의 정제물, 천연색소로서 식품첨가물인 자색색소 등을 들 수 있으며, 가장 좋게는 자색옥수수추출물을 들수 있으며, 2%(w/w) 안토시아닌 함유 추출물의 경우 아질산 이온(NO2-, 분자량 46)의 함량 1에 대하여 1:0.05~50의 무게비로 첨가할 수 있다. 안정화를 위하여 첨가하는 추출물의 양은 아질산이온의 양에 대한 안토시아닌의 무게비로 1:0.001보다 낮을 경우 안정화효과가 현저하게 줄어들 수 있고, 1:2.0보다 클 경우 필요량보다 지나치게 많은 양의 첨가를 초래하여 경제성이 저하되게 되며 동시에 가열에 의하여 오히려 아질산이온의 환원을 초래하여 아질산이온이 감소되는 결과를 가져올 수 있다.
안토시아닌이 첨가된 부추발효액은 저온진공건조 공정에 의하여 농축하고 살균하여 고함량의 아질산이온을 함유하며 안정화된 상태의 부추발효조성물을 얻게 된다.
안토시아닌은 부추발효액에 첨가되어 아래의 표1에서 보인 바와 같이 아질산 이온이 살균조건에서도 분해되지 않고 안정하게 유지되는데 결정적인 역할을 한다.
일반적으로 안토시아닌은 Cyanin, Pelargonin, Peonidin, Delphinidin, Petunidin, Malvidin 등 여러가지가 있으며, 본 발명에서 언급된 안토시아닌은 그 작용기전 상 당의 결합유무에 영향을 받지 않아 안토시아닌 및 안토시아니딘 등이 대상이 된다고 할 것이다. 그 이유는 본 발명의 결합이 이온결합이므로 당의 결합 유무는 안토시아닌의 전하구성에 영향을 주지 않아 당의 결합유무와 무관하게 이온 결합으로 안정화 효과를 얻을 수 있기 때문이다. 따라서 이러한 안토시아닌을 함유한 추출물을 효소처리 또는 발효에 의하여 당을 제거한다고 하여도 본 발명의 이온 결합에 의한 안정화 효과는 동일한 기술적 사상에 기반하여 적용이 된다고 할 것이다.
자색옥수수 추출물(안토시아닌 2% 함유) 첨가 후 살균조건에 따른 아질산이온의 함량변화(살균 후 남은 아질산 이온의 비율(%))
아질산:자색옥수수추출물=1:0.3 아질산:자색옥수수추출물=1:0.0(무첨가 경우)
60℃, 1시간 99 75
70℃, 1시간 99 63
80℃, 1시간 99 60
90℃, 1시간 95 53
100℃, 1시간 89 43
100℃, 2시간 83 35
이하, 본 발명의 발효공정 및 조성물의 제조방법에 대하여 실시예를 통하여 상세히 설명한다.
[실시예 1]
원료로 생부추를 마트에서 구입하여, 손질하고, 세척하고 2~5Cm 크기로 절단하여 500g 준비하고, 여기에 물을 부추무게의 5배수인 2.5L를 가하고, 살균한 다음 여기에 접종용 효모(MD315)를 전체 부피의 0.5%(v/v)의 양을 첨가하고, 제균된 공기를 공급하여 전체 배양액 부피를 기준으로 0.3vvm(volume/volume/min)으로 공급하여 준다. 배양온도는 섭씨30도로 유지하고 70시간 동안 배양하였다. 발효가 종료된 시점의 pH는 79였고, 발효액을 여과하여 부추박을 제거하고 2.45L의 발효액을 얻었고, 이때의 아질산이온의 농도는 345ppm 이었다. 이 중 200ml을 취하여 자색옥수수추출물로 안토시아닌의 함량이 2%(w/w)인 추출물을 준비하여 아질산이온과 1:2의 비율로 첨가하기 위하여 690ppm이 되도록 6.9g을 첨가하고 잘 용해한 다음 이를 살균하기 위하여 90℃에서 1시간 동안 살균하고 냉각하여 최종적으로 본 발명의 안토시아닌을 함유하는 부추발효물을 얻게되었다. 최종적으로 살균이 완료된 부추발효물 중의 아질산이온의 농도는 330ppm으로 초기의 발효액 대비 95% 이상의 아질산이온이 남아있음을 확인할 수 있었다.
[실시예 2]
상기 실시예 1에서 얻어진 발효액을 200ml씩 11개로 분주하고 여기에 안정화제로서 1)무첨가, 2)블루베리추출물(안토시아닌 0.5%(w/w)), 3)아로니아추출물(안토시아닌 0.7%(w/w)), 4)복분자추출물(안토시아닌 1.0%(w/w)), 5)흑미추출물(안토시아닌 0.2%(w/w), 6)오디추출물(안토시아닌 0.8%(w/w)), 7)일반옥수수추출물(안토시아닌 0%) 8)서리태추출물(안토시아닌 0.3%(w/w), 9)오미자추출물(인토시아닌 0.2%(w/w)), 10)비타민 C, 100mg, 11)자색옥수수추출물(안토시아닌 2%(w/w)을 각각 첨가하고 90℃에서 1시간동안 살균한 다음 잔존하는 아질산이온의 농도를 분석하고 잔존하는 비율을 계산하였다. 그 결과를 다음의 표2에 보였다.
200ml의 발효액에 추출물을 첨가 하고 살균공정 후 잔존하는 아질산 이온의 비율(%)
1) 2) 3) 4) 5) 6) 7) 8) 9) 10) 11)
첨가량(g) 0 4 4 4 4 4 5 4 4 0.1 0.00345
아질산이온잔량(%) 55 88 89 92 76 88 61 78 75 68 66
본 발명의 부추발효물에 함유된 천연의 아질산이온을 살균공정에서의 소실을 최소화하기 위하여 안토시아닌을 첨가하는 것은 매우 효과적임을 확인 할 수 있다. 또한 본 발명의 최소첨가농도인 아질산이온 : 자색옥수수추출물(안토시아닌 2%(w/w))dml 비가 1: 0.05ml 비율인 11)에서도 다소 미약하지만 안정화 효과를 확인할 수 있었다.
본 발명은 경구로 섭취 시 체내에서 심혈관계에서 가장 중요한 신호전달물질인 일산화질소로의 전환이 가능한 아질산이온을 안정적으로 공급하게 하는 부추발효물의 제조방법 및 그 안정화 조성물에 관한 것으로 심혈관계 질환의 예방 및 회복을 위한 식품, 건강기능식품, 천연물의약품 등으로의 응용이 가능하여 음료, 분말, 캡슐, 정제 등의 형태로 제품화가 가능하다.

Claims (4)

  1. 부추발효조성물의 제조방법으로서
    1)부추를 세척하고 세절한다음 물을 3~10배수 가하고 여기에 발효를 위하여 효모(Saccharomyces cerevisiae) MD315균주를 접종하고 2~4일간 배양하여 아질산이온이 생성되어 함유된 부추발효액을 얻고,
    2)부추발효액에 함유된 아질산 이온의 함량을 기준으로 아질산이온 : 안토시아닌의 무게비로 1: 0.001~2.0의 비율로 첨가하고 용해하여 얻어지는 것을 특징으로 하는 아질산이온을 함유하며 안토시아닌에 의하여 아질산이온의 열안정성이 증가되는 것을 특징으로 하는 부추발효조성물의 제조방법.
  2. 식물 유래의 아질산이온의 열안정성을 증가시키기 위하여 아질산이온 : 안토시아닌을 무게비로 1 : 0.001~2.0의 비율로 함유하는 것을 특징으로 하는 아질산이온의 안정성이 향상된 식품용 조성물.
  3. 제2항에서 안토시아닌은 블루베리, 자색옥수수, 복분자, 오미자, 아로니아, 흑미, 오디, 서리태, 블랙커런트, 빌베리, 블랙베리, 자색고구마, 비트루트, 중 한가지 이상에서 추출한 추출물 또는 정제물 중 한가지인 것을 특징으로 하는 식품용 조성물.
  4. 제1항에서 생성되는 아질산 이온의 함량이 100~1,000ppm인 것을 특징으로 하는 부추발효물의 제조방법.
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