KR20030097264A - 이소플라본이 완전히 가수분해된 두유 발효유 및 그 제조방법 - Google Patents
이소플라본이 완전히 가수분해된 두유 발효유 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 두유 발효유의 제조 방법 및 제조된 두유 발효유에 관한 것으로, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 유산균 스타터로 이용하여 두유를 발효시킴으로서, 두유 내의 이소플라본을 생리 활성이 높은 이소플라본 비배당체(isoflavone aglycone)의 형태로 함유하고, 두유의 복부 팽만감을 유발하는 알파-디-갈락토실 올리고사카라이드 (α-D-galactosyl-oligosaccharide)를 분해시켜 영양가가 높고 소화 흡수가 용이한 고기능의 두유 발효유를 제공한다.
Description
본 발명은 두유 발효유의 제조 방법 및 제조된 두유 발효유에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 이용하여, 생리 활성이 높은 이소플라본 비배당체 (isoflavone aglycone)를 함유한 두유 발효유의 제조 방법 및 제조된 대두 발효유에 관한 것이다.
대두는 필수 영양소를 골고루 함유하고 있는 고단백질 식품으로, 필수 아미노산의 조성이 우수하며, 지방의 대부분이 불포화 지방산으로 구성되어 있어 심혈관계 질환을 포함한 각종 질환의 예방 및 치료 효과가 있어 현대에 들어와서 그 이용성이 증대되고 있다.
대두에는 단백질 가수분해효소인 트립신의 저해제와 적혈구 응집소로 렉틴이라고 불리는 단백질이 함유되어 있기는 하나, 이러한 항영양성 물질은 열에 의해서 대부분 파괴되기 때문에 식용에는 별문제가 없다. 대두에는 단백질, 비타민 B군, 철분 이외에 이소플라본 (isoflavone)이라는 식물성 호르몬 (phytoestrogen)이 함유되어 있는데, 이는 여성호르몬인 에스트로겐과 유사한 역할을 하는 대체물질로서, 유방암, 대장암, 전립선암 등의 암질환, 심혈관질환 및 골다공증 등에 유익한 물질이다.
이러한 이소플라본은 대두 중에 주로 배당체 형태인 다이드진 (daidzin) 및 제니스틴 (genistin)으로 존재하고 있으며, 이는 대장내의 박테리아가 생성하는 베타-글루코시다제 (β-glucosidase)에 의하여 가수분해되어 이소플라본 비배당체 형태인 다이드제인 (daidzein) 및 제니스테인 (genistein)전환된 후 흡수된다.
이소플라본 배당체는 그들의 비배당체 형태에 비하여 그 생리 활성이 떨어지고 흡수율 또한 매우 낮다.
이러한 대두를 이용한 식품 중 가장 손쉽게 섭취할 수 있는 식품으로는 두유를 들 수 있는데, 두유는 대두의 물 추출물로서 고단백질 식품이나 콜레스테롤 또는 유당은 함유하지 않으므로, 락타제 (lactase)가 결핍되어 우유 중의 유당을 소화시키지 못하는 사람들에게 우유 대체식품으로 이용되어 왔다.
그러나, 두유는 특유의 콩비린내 (beany flavor)와 더불어, 인체 내에서 소화되지 않는 알파-디-갈락토실 올리고사카라이드 (α-D-galactosyl oligosaccharides)를 함유하고 있어 복부팽만감을 유발할 수 있어 생으로 대두를 섭취하는 것은 쉽지 않았으며, 이러한 문제점을 극복하고 영양가를 높이기 위하여 발효의 방법이 도입되기도 하였으나, 이를 완전히 극복하지는 못하였다.
또한, 두유에 함유되어 있는 이소플라본 배당체인 다이드진(daidzin) 및 제니스틴 (genistin)을 생리 활성이 높고 소화 흡수가 잘되는 그들의 비배당체 형태인 다이드제인 (daidzein) 및 제니스테인 (genistein)으로 변환하기 위한 시도로서 종래에는 산과 알칼리 가수분해 방법이나 정제된 효소를 이용하였으나, 목적 물질의 파괴 및 고비용 등의 단점을 지니고 있었고, 장내 상주 박테리아를 이용한 생전환 (bioconversion)의 개념을 이용한 방법은 시도되지 않았다.
따라서, 본 발명은 이러한 종래 기술의 문제점을 개선하기 위하여 발명된 것으로서, 두유에 함유되어 있는 이소플라본 배당체가 생리 활성이 높은 비배당체 형태로 100% 전환된 기능성 두유 발효유 제조방법 및 제조된 두유발효유를 제공하고자 한다.
본 발명의 또 다른 목적은 두유 특유의 콩비린내와 복부 팽만감 증상이 제거된 두유 발효유의 제조방법 및 제조된 발효유를 제공하고자 한다.
도 1 은 37℃에서 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57) 배양시 배양시간에 따른 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성 및 세포성장을 도시한 그래프이다.
도 2 는 37℃에서 두유를 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)로 접종시 발효시간에 따른 생균수를 도시한 그래프이다.
도 3 은 37℃에서 두유를 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)로 접종시 발효시간에 따른 pH 변화를 도시한 그래프이다.
도 4 는 37℃에서 두유를 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)로 접종시 발효시간에 따른 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성을 도시한 그래프이다.
본 발명은 이러한 목적을 달성하기 위하여, 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성 및 알파-갈락토시다제 (α-galactosidase) 활성을 갖는 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 이용함으로써 두유 내의 이소플라본이 모두 비배당체 형태로 존재하는 생리 활성이 우수하고 복부 팽만감 증상이 해소된 발효된 두유를 제공한다.
비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 편성 혐기성균으로 항온 동물의 장내에 서식하면서, 장내 균총을 개선하며, 혈청 콜레스테롤 감소, 잠재적인 병원균의 성장 억제, 면역반응 및 항암 활성을 자극함으로써 건강을 증진시키는 유익한 균이다.
본 발명에 따르면, 두유의 제조는 기존의 방법을 일부 변형하여 대두를 정수에 수침시킨 후 정수와 혼합하여 마쇄한 후 비지를 여과하여 제거하고 살균하는 기존의 일반적인 발효조건으로 행할 수 있다.
발효의 방법은 통상의 발효 조건으로 행할 수 있고, 두유를 발효시키기 위하여 스타터로 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 접종한 후 pH 5-7, 30-40℃, 바람직하게는 37℃에서 배양시킴으로써 발효된 두유를 얻는다. 이때, 균주가 편성 혐기성임을 감안하여 혐기적인 조건에서 배양하여야 한다.
비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 BHI(brain heart infusion) 배지에서 배양시키나, 편성 혐기성이므로, 시스틴 (cystein)이 첨가된 변형된 BHI 배지에서 배양하는 것이 바람직하다.
두유에 접종된 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성을 가지므로, 대두 발효유 내의 이소플라본 배당체를 그들의 비배당체 형태로 100%의 전환율로 전환시킬 뿐만 아니라, 알파-갈락토시다제(α-galactosidase)활성을 가지므로, 대두에 함유된 복부 팽만감의 원인이 되었던 비소화성당인 알파-디 가락토실 올리고사카라이드(α-D-galactosyl oligosacharides)를 분해하여, 결국, 생리 활성이 우수하며, 영양가 풍부하고, 소화 흡수가 용이한 고기능성 대두 발효유를 공급할 수 있다.
또한, 대두 중 진품콩 1호는 대두 특유의 콩비린내를 유발하는 에틸비닐케톤류를 생성하는 세 종류의 리폭시게나제 이소자임 (lipoxigenase isozyme)중에서 2 종류(L-2 및 L-3)가 결여되어 있고, 진품콩 2호는 모든 리폭시게나제 이소자임(lipoxigenase isozyme)(L-1, L-2 및 L-3)이 결핍되어 있으므로, 이들을 사용시 대두 제품의 콩비린내를 제거할 수 있으므로, 더욱 바람직하다.
하기의 실시예에서 본 발명을 더욱 상세하게 설명하고자 한다.
[실시예 1]
미생물 및 배지조건
다섯 종류의 상업적인 비피더스균 (Bifidobacterium animalisATCC 25527,B. adolescentisATCC 15703,B.longum ATCC15707,B. bifidumATCC 29521 및B. infantisATCC 15697, American type Culture Collection에서 구입) 및 건강한 한국인의 분변에서 분리한 10 종류의 비피더스균 (Bifidobacterium sp.Int-57,B.bifidumBGN 2,B. bifidumBGN 3,B. bifidumBGN 4,Bifidobacterium sp.RD 13,Bifidobacteriumsp. SJ 32,Bifidobacteriumsp. RD 54,Bifidobacteriumsp. RD 3,Bifidobacteriumsp. RD 65 및Bifidobacteriumsp. SH5, 서울대학교 식품 영양학과 지근억 박사님으로부터 분양)을 준비하였다.
비피더스균의 배양은 BHI 액체배지(미국 Difco사에서 구입)에 5% L-cystein-HCl(w/w)(미국 Sigma Chemical Co.에서 구입)을 첨가한 변형된 BHI 액체배지를 이용하여 37℃에서 24시간 동안 혐기적 조건 하에서 2회 계대 배양 후 사용하였다. 상기 15종류의 비피더스균을 BHI 액체배지에 1% 되도록 접종한 후 6시간 간격으로 균주의 성장과 β-글루코시다제 활성을 측정하였다.
[실시예 2]
β-글루코시다제 활성의 분석
이소플라본 배당체의 대사에 관여하는 β-글루코시다제 활성이 가장 높은 비피더스균을 선별하기 위하여, 이 효소의 활성을 분석하였다.
분석 방법은 파라-니트로 페닐-베타-글루코피라노사이드 (p-nitrophenyl-β-glucopyranoside)의 가수분해 정도 즉, 생성된 파라-니트로페놀 (p-nitrophenol)을 측정함으로서 분석되었다.
비피더스균 배양액을 4℃에서 15분 동안 11,000rpm의 속도로 원심분리하고, 0.2M 인산염나트륨 완충액(pH 6.0)으로 두 번 세척하고 동일한 완충액에 재현탁시킴으로써 균체를 회수하였다. 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성은 아세톤-톨루엔 용액(부피 비로 9:1) 및 1mM의 파라-니트로페닐-베타-글루코피라노사이드 (p-nitrophenyl-β-glucopyranoside)를 첨가하여 그 혼합물을 45℃에서 반응시킨 후 0.5 M 탄산염나트륨 용액을 첨가하여 반응을 종결시켰다.
반응액의 상층액에 유리된 파라-니트로페놀의 함량은 모델 DU 530 스펙트로미터 (미국 Beckman에서 구입)을 사용하여 400nm에서 측정되었다. 효소의 1 단위는 1분당 기질로부터 1μmol의 파라-니트로페놀을 유리시킨 효소의 양으로 정의하였다. 각 실험은 3반복 실시하였으며, 그 값은 이들 결과의 평균값으로 나타내었다.
실험 결과, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)에서 효소활성이 가장 높게 나타났으므로, 이 균주를 본 발명의 두유 발효시 이용하였다.
변형된 BHI 배지에서 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성은 도 1에 도시된 바와 같이, 균주의 성장 정지기에 해당하는 18-36 시간 배양 후 최고치에 도달하였으며, 그 후 사멸기 동안은 감소하였다.
또한, 도 1에 도시된 바와 같이, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)의 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성은 배양 6시간 후 24.40 mU/ml 이었고, 대수증식기에 갑자기 증가한 후 최고치인 45.70mU/ml에 도달한 후 빠르게 감소하였다. 그러나, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 배양기의 마지막에도 높은 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성인 15.17 mU/ml를 나타냄을 알 수 있다.
[실시예3]
두유의 제조 및 발효
두 종류의 황색 대두, 진품콩 1호 (이하, JP#1라 칭함)와 진품콩 2호 (이하, JP#2라 칭함) 및 두 종류의 검은콩, 검정콩 1호 (이하, BL#1라 칭함)와 검정콩 2호 (이하, BL#2라 칭함)는 한국농촌 진흥청 작물시험장에서 분양 받았다.
상기한 대두를 수세한 후 20℃에서 8시간동안 정수에 수침시킨 후 물은 따라 버리고 수침 시킨 대두를 원료 무게의 10배에 해당하는 정수를 이용하여 분쇄하였다. 면포를 이용하여 여과시킨 후 121℃에서 15분간 가압 멸균하여 두유를 준비하였다.
그 후 두유에 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 106cfu/ml 농도로 접종하여 37℃에서 발효시켰다.
시료를 6시간 간격으로 24시간 동안 취하여 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)의 생균수를 BL 고체배지 (미국 Difco사에서 구입)를 이용하여 측정하였다. 혐기적 배양을 위하여 혐기성 용기 (Anaerobic jar) (미국 Difco사에서 구입)와 가스팩 시스템 (영국 OXOID Ltd에서 구입한 AnaeroGenTMCompact)을 이용하여 37℃에서 2-3일간 배양하였다.
도 2는 각각의 두유 (BL#1 두유, BL#2 두유, JP#1 두유, JP#2 두유)에서 균주의 생균수를 나타낸다. 상기한 도면을 검토 시 12시간의 발효 후 모든 두유에서 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)의 생균수는 108cfu/ml 이상이었으며, 이 후 발효 24시간 후에도 뚜렷한 변화를 보이지 않았다.
Shulter-Malyoth 등에 의하면 발효유의 섭취를 통한 건강상의 유익한 효과를 얻기 위해서는 발효유 섭취시 1 ml 당 106-108cfu의 비피더스균을 함유하고 있어야 한다고 지적하고 있고, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 이용하여 제조한 본 발명의 두유 발효유 섭취시 이러한 효과를 볼 수 있으므로, 본 균주는 건강상의 유익한 효과를 제공할 수 있는 대두 발효유 스타터임을 알 수 있다.
[실시예 4]
두유의 pH 및 적정산도
각 시료의 pH는 pH 미터로 측정되었다. 적정산도는 0.1N 수산화나트륨 용액을 이용한 중화적정법을 이용하여 측정하였으며, 젖산(lactic acid) %로 나타내었다. 각 실험은 3반복 실시하였으며 결과는 도 3과 같다.
두유의 pH는 발효 6시간 후부터 급속히 감소하기 시작하여 18시간 후에는 유의적인 변화를 보이지 않았다. 두유 발효 중의 pH 감소는 JP#1 두유가 2.45 pH 단위 감소로 가장 크게 감소하였고, BL#2 두유, JP#2 두유 및 BL#1 두유에서 각각 2.38, 2.32 및 2.29 pH 단위 감소하였다. Kamaly는B. longum및B. bifidum에 의한 pH 변화가 각각 1.01 및 1.30 pH 단위 감소함을 보고한 바 있는데, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 이용한 발효의 경우 pH 감소가 크게 나타남을 알 수 있다.
또한, Angeles 및 Marth는 약 pH 5.7에서 두유가 커드(curd)를 형성하며,Park 및 Lee는 상업적인 요구르트의 pH는 4.2 내지 4.4의 범위인 것을 보고한 바 있는 데, 본 발명의 경우 두유 발효시 pH는 18시간의 발효 후 두유 단백질의 응고로 커드를 형성하는 pH의 범위에 도달할 뿐 만 아니라, 상업적인 요구르트의 pH에 도달하므로, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)를 이용한 대두 발효유는 발효유로서 적합한 pH를 갖는다는 것을 알 수 있다.
적정산도의 경우, BL#1 두유, BL#2 두유 및 JP#1 두유의 경우 초기에는 0.18%에서 발효의 종반에는 각각 1.21, 1.15, 및 1.08%로 증가하였다. 또한 JP#2 두유의 적정산도는 24시간 발효 후 비교적 낮은 0.9%로 증가하였다.
[실시예 5]
두유 발효중의 이소플라본의 분석 및 베타-글루코시다제 활성
이소플라본의 분석은 HPLC를 이용하여 실시하였으며, 제니스틴, 다이드제인 및 제니스테인의 표준품은 미국 Sigma Chemical Co.에서 구입하였으며, 다이드진의 표준품은 미국의 Indofine 으로부터 구입하였다.
상기한 각 두유 발효유는 80% 에탄올을 이용하여 50℃에서 24시간동안 추출한 후 상층액을 필터 시스템으로 여과한 후 그 여과액을 HPLC로 분석하였다.
이동상은 0.1%의 아세트산을 함유한 아세토니트릴 및 0.1%의 아세트산을 함유한 3차 증류수를 이용하였다. 시료 20㎕를 주입 후 아세토니트릴을 15%에서 35%로 50분에 걸쳐 증가시키고 10분 동안 35%에서 유지시켰다. 이동상의 유속은 1㎖/분으로 하였으며, 이소플라본은 254nm에서 측정되었다. 두유 발효중의 이소플라본 함량 및 조성 변화는 하기 표 1과 같다.
| 발효시간 (h) | 이소플라본 배당체(㎍/㎖) | 이소플라본 비배당체(㎍/㎖) | ||||
| 다이드진 | 제니스틴 | 다이드제인 | 제니스테인 | |||
| BL#1두유 | 0 | 21.25 | 38.90 | 9.28 | 3.33 | |
| 18 | n.d.* | n.d. | 21.23 | 19.87 | ||
| BL#2두유 | 0 | 47.40 | 94.08 | 11.73 | 8.15 | |
| 18 | n.d. | n.d. | 42.30 | 56.26 | ||
| JP#1두유 | 0 | 98.76 | 129.61 | 21.52 | 15.36 | |
| 18 | n.d. | n.d. | 57.81 | 55.15 | ||
| JP#2두유 | 0 | 59.89 | 85.43 | 13.14 | 8.00 | |
| 18 | n.d. | n.d. | 48.39 | 45.94 |
* n.d.: 발견되지 않음
상기한 표에서 알 수 있는 바와 같이, 두유에 함유되어 있는 이소플라본 배당체인 다이드진 및 제니스틴은 비교적 짧은 18시간의 발효 후 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)에 의하여 생성된 베타-글루코시다제 (β-glucosidase)에 의한 가수분해 반응에 의하여, 100% 완전히 가수분해되어 다이드제인 및 제니스테인으로 전환됨을 알 수 있다.
또한, 도 4에 도시된 바와 같이, 두유 발효 중의 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성은 12시간 발효 후 급격히 증가되었고 24시간 발효 후 BL#1 두유, BL#2 두유, JP#2 두유에서 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성은 각각 59.528, 40.643, 70.844 및 56.962mU/ml로 증가되었다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 두유 발효를 위한 스타터 균주로 적합하고, 이를 이용한 두유 발효유는 하기와 같은 효과를 갖는다.
첫째, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 높은 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성을 가지므로, 대두 내의 이소플라본 배당체를 생리 활성이 우수하고, 체내 흡수율이 높은 이소플라본 비배당체 형태로 100% 전환시켜, 기능성 두유 발효유를 공급하게 된다.
둘째, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 알파-갈락토시다제 (α-galactosidase) 활성을 가지므로, 두유 섭취시 문제가 될 수 있는 난소화성당인 알파-디-갈락토실 올리고사카라이드 (α-D-galactosyl-oligosaccharides)를 분해 시켜 소화 흡수가 용이한 두유 발효유를 제공하게 된다.
셋째, 진품콩 1호 및 진품콩 2호는 두유 특유의 콩비린내를 유발하는 리폭시게나제 이소자임(lipoxigenase isozyme)이 결핍되어 있으므로, 이를 사용하여 제조한 두유 발효유는 대두 특유의 비릿한 맛 또한 없앨 수 있는 효과를 가진다.
따라서, 본 발명은 실험을 통하여, 콩비린내를 유발하는 효소가 결핍된 진품콩으로 두유를 제조하고, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 접종하여 이 균주가 갖는 높은 베타-글루코시다제 (β-glucosidase) 활성, 알파-갈락토시다제 (α-galactosidase) 활성 및 발효유 제조시 스타터로서의 적합성을 이용하여 두유 발효유를 제조함으로서, 두유 중의 이소플라본 배당체를 생리활성이 높은 이소플라본 비배당체로 완전 전환시키고 소화흡수력이 뛰어난 고기능성 두유 발효유를 공급하는 효과를 갖는다.
Claims (5)
- 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)을 유산균 스타터로 이용하여 두유를 발효시키는 단계를 포함한 두유 발효유 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 두유 발효시간은 18시간인 것을 특징으로 하는 두유 발효유 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 비피도박테리움 아이엔티-57 (Bifidobacteriumsp. Int-57)은 시스틴(cystein)이 첨가된 배지에서 배양된 것을 특징으로 하는 두유 발효유 제조방법.
- 제 1항에 있어서, 대두는 진품콩인 것을 특징으로 하는 두유 발효유 제조 방법.
- 제 1항 내지 제 4항의 어느 한 항의 방법으로 제조된 이소플라본을 비배당체 형태로 포함한 두유 발효유.
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| KR (1) | KR100485267B1 (ko) |
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| KR101146102B1 (ko) * | 2009-09-10 | 2012-05-16 | 재단법인 강릉과학산업진흥원 | 활성형 이소플라본 함량이 높은 전두유 제조방법 |
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| CN113558193A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-10-29 | 苏州大学 | 一种富含大豆异黄酮苷元的发酵饮料的制备方法 |
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2002
- 2002-06-20 KR KR10-2002-0034557A patent/KR100485267B1/ko not_active IP Right Cessation
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