KR101336680B1

KR101336680B1 - 건조 미생물 균체의 제조방법

Info

Publication number: KR101336680B1
Application number: KR1020087015836A
Authority: KR
Inventors: 히데쓰구 나카자와; 도고 호타; 히로유키 사토
Original assignee: 아지노모토 가부시키가이샤
Priority date: 2005-12-28
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: CN101346460B; BRPI0620775A2; EP1970437A1; US8399038B2; CN101346460A; US20080292762A1; WO2007077959A1; KR20080081162A; AU2006334054B2; AU2006334054A1; EP1970437A4

Abstract

[목적] 미생물 균체의 품질을 저하시키지 않고 게다가 미분화의 문제가 없는, 염가의 미생물 균체의 가열 처리 방법에 의해 건조 미생물 균체를 제조하는 방법을 개발한다.

[해결수단] 상기 과제는 미생물 균체를 200 내지 450℃(품온)에서 1 내지 30초간 가열함을 특징으로 하는, 건조 미생물 균체의 제조방법에 의해 해결된다.

건조 미생물 균체, 가열 처리, 품온, 압출기

Description

건조 미생물 균체의 제조방법{Method for production of dried microorganism cell}

본 발명은, 각종 발효 균체, 활성 오니 등의 미생물 균체를 품질을 저하시키지 않고 가열 처리함으로써 건조 미생물 균체를 제조하는 방법에 관한 것이다.

발효 브로스중의 미생물 균체를 막 여과 또는 원심분리기 등에 의해서 농축시키고, 수득된 미생물 균체 중액을 유동 건조기내에서 분무하여 건조시키는 방법이 일반적이다.

예를 들면, 특허문헌 1[참조: 일본 공개특허공보 제(평)5-123165호]에는, 아미노산 발효균의 현탁액을 회전 디스크형 증발기를 사용하여 건조시키고, 이어서 밀폐형 건조기를 사용하여 추가로 건조시키는 방법이 개시되어 있다. 이러한 방법에서는, 종래에 미분 형태이던 건조 미생물 균체의 취급성을 개선하기 위해서 플레이크 형태로 제조하며, 2회의 건조 단계 모두에서 증기를 사용하여 고온에서 1시간 이상 가열한다.

이와 같이 종래의 미생물 균체 건조에서는, 고온에서 장시간 가열되기 때문에, 건조 미생물 균체의 품질의 저하, 예를 들면, 건조 미생물 균체는 메이라드(Maillard) 반응에 따르는 착색이 일어나기 쉽고, 다갈색으로 변색된다. 또한, 미생물 균체 단백질중의 아미노산, 특히, 필수 아미노산이면서 가장 열에 약한 리신이 건조시의 열로 붕괴되어 버린다. 또한, 스프레이 건조에서는, 미분화되어 건조되기 때문에 미생물 균체는 분진이 되기 쉽고, 취급이 곤란하며 게다가 분진 폭발의 위험성도 고려할 필요가 생긴다. 또한, 생산성도 낮기 때문에 건조에 필요한 비용이 높아진다.

취득된 미생물 균체 중액, 또는 추가로 미생물 균체 중액을 필터 프레스 등으로 압착 여과하여 수득한 미생물 균체 케이크를 드럼 드라이어로 건조시키는 기타 방법도 있지만, 설비 생산성이 낮고 고비용이다.

본 발명자들은 이러한 과제를 해결하고자, 미생물 균체의 품질을 저하시키지 않고 또한 미분화의 문제가 없이, 염가의 가열 처리 방법에 의해 건조 미생물 균체를 제조하기 위해 예의 검토하였다.

그 결과, 압출기를 사용하여 원재료를 신속하게 반송시키면서 혼합, 혼련 및 가열할 수 있는 스크류 위에 원재료를 연속적으로 투입하고, 스크류 내 원재료의 품온(品溫)이 초고온(200 내지 450℃)에 도달하도록 하는 순간(1 내지 30초간)적인 가열 상태하에 처리를 실시하였다. 구체적으로는, 원재료를 투입구로부터 온도 구배를 가하여 가열하면서, 스크류 내에서 신속히 반송시켜 스크류의 출구에 도달한 원재료는 압력을 가하지 않고서 그대로 대기(1기압)중에 방출시키는 방법으로 초고온 순간 가열을 실시하였다.

본원에서, 본 가열 처리에 있어서 중요한 점은, 압출기 스크류 선단에 있는 다이(개도 조정 밸브)를 장착하지 않고서 개방계로 하며, 출구 선단에서 가열 원재료에 압력을 가하지 않도록 하는 것에 있다. 이에 의해, 처음으로, 이와 같은 초고온(200 내지 450℃)에서의 순간(1 내지 30초간)적인 가열을 실현할 수 있다. 압출기를 사용하는 일반적인 방법에서는, 스크류 출구에 다이(개도 조정 밸브)가 장착되고, 가열된 원재료가 슬릿을 통과함으로써 선단 압력이나 체류 시간이 조정되어 살균 처리를 실시하지만, 선단에 압력이 가해진 상태에서는 체류 시간이 길어지고, 초고온(200 내지 450℃) 하에서 가열하면 미생물 균체 단백질은 거의 눌어 붙어버려 단백질로서의 기능을 전혀 할 수 없게 된다.

본 발명은 이러한 지견에 기초하여 이루어진 것이며, 미생물 균체를 압출기에 송입하고, 이의 내부에서 품온이 200 내지 450℃에 도달하도록 1 내지 30초간 가열 처리함을 특징으로 하는, 건조 미생물 균체의 제조방법을 제공하는 것이다.

본 발명의 압출기에 의한 초고온(200 내지 450℃) 순간(1 내지 30초간) 가열 처리형의 연속 건조 방법에서는, 건조에 필요한 체류 시간이 매우 짧기 때문에, 건조된 미생물 균체의 품질의 품질 저하가 거의 없거나, 오히려 향상된다.

예를 들면, 건조된 미생물 균체의 갈변에 의한 변질이 거의 없고, 영양가의 감소도 없다. 미생물 균체 단백질중의 아미노산, 특히 리신의 감소가 없다. 또한, 미생물 균체 단백질의 소화성이 향상된다. 가열 후, 미생물 균체는 압출기의 스크류 출구에서 배출되는 동시에 수분은 기화열을 빼앗으면서 순간적으로 기화함에 따라, 미생물 균체의 품온이 극적으로 저하되면서 건조된다. 이로 인해, 건조후에 즉시 미생물 균체를 다시 냉각시키지 않아도, 품질의 저하가 거의 일어나지 않는다.

또한, 건조 미생물 균체를 과립상으로 취득할 수 있기 때문에, 제품의 취급 조작성이 매우 양호하며, 또한 분진 폭발 등의 위험성도 없다.

또한, 가열의 체류 시간이 매우 짧기 때문에, 설비 생산성이 높고, 건조에 필요한 비용을 절감할 수 있다.

이와 같이, 본 발명에 의한 가열 처리 방법은 지금까지의 수 많은 문제점을 해소할 수 있기 때문에 장점이 있는 매우 유효한 건조 방법이라고 할 수 있다.

발명을 실시하기 위한 최상의 형태

본 발명의 제조방법에 사용되는 장치는 특별히 한정되지 않는다. 소정의 온도로 가열 처리할 수 있고, 소정의 피가열 시간이 주어지는 장치를 사용할 수 있다. 바람직한 실질적 장치의 일례로서 압출기를 들 수 있다. 또한, 압출기는, 200 내지 450℃로 가열할 수 있는 것이면 양호하며, 시판품을 그대로 또는 개조하여 사용할 수 있다.

본 발명에서, 미생물 균체를 약 200 내지 450℃로 약 1 내지 30초간 가열하지만, 200 내지 450℃의 온도가 엄밀하게는 품온이다.

바람직한 가열 온도는 약 250 내지 400℃(품온), 보다 바람직하게는 250℃ 내지 370℃, 특히 바람직하게는 280℃ 내지 350℃이다. 또한, 바람직한 가열 시간은 약 1 내지 20초간, 보다 바람직하게는 5초 내지 15초간, 특히 바람직하게는 약 2 내지 10초간이다. 가열 시간은, 압출기에 장착되어 있는 히터를 조정함으로써 그리고 미생물 균체의 투입 속도와 스크류의 회전 속도를 조정함으로써 제어할 수 있다. 그러나, 1 내지 30초 동안에 미생물 균체를 압출기를 통과시키는 것은 곤란하다. 따라서, 이에 대한 대책으로서, 압출기 배출단의 다이를 떼어 내거나 배출구 직경이 압출기로 교체하는 등에 의해서, 압출기 내의 이송 속도를 빠르게 한다. 또한, 압출기 내부 전체를 200 내지 450℃로 가열하지 않고, 일부로 억제하는 것이 양호하다. 이러한 가열 부위를 상류 또는 중류로 결정한 경우에 이의 하류측을 200℃ 미만으로 냉각시킬 필요가 있기 때문에, 가열 부위를 하류측(배출구측)으로 결정하는 것이 양호하다.

본 발명에서 원료가 되는 미생물 균체란 글루탐산, 글루타민, 리신, 아르기닌, 페닐알라닌, 트레오닌 등의 각종 아미노산 발효를 실시하기 위해 생육시킨 발효 균체(브레비박테리움 플라붐(Brevibacterium flavam), 브레비박테리움 락토퍼멘툼(Brevibacterium lactofermentum), 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum), 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli) 등) 및 이노신, 구아노신 등의 각종 핵산 발효를 실시하기 위해 생육시킨 발효 균체(바실러스 섭틸리스(Bacillus subtilis) 등) 및 활성 오니 균체 등이다. 단, 기타 일반적인 세균, 곰팡이, 효모 등의 미생물 균체라도 가열 건조는 가능하고, 특별히 미생물이 특정되지는 않는다.

이러한 발효 브로스 중에서 생육한 발효 미생물 균체는, 통상적으로 발효 브로스의 막 여과 또는 원심분리, 또는 압착 여과기 등에 의해 농축 및 탈수된 것을 원료로서 사용함으로써 보다 효율적으로 가열 건조시킬 수 있다. 통상적으로 원료가 되는 가열전의 미생물 균체의 수분 함량은 20 내지 90%(고형물 함량으로 10 내지 80%), 바람직하게는 40 내지 60%(고형물 함량으로 40 내지 60%)이다.

본 발명의 가열 처리 방법으로 수득되는 건조 미생물 균체는 이의 수분 함량에 의해서 형상을 변화시키는 것이 가능하다. 즉, 수분 함량이 대략 5% 미만이면 분말상이 되고, 대략 5 내지 15%이면 과립상이 되고, 대략 15% 이상이면 덩어리상이 된다.

이하, 실시예에 의해서 본 발명을 구체적으로 설명한다. 또한, 실시예에 있어서의 시험관내 평가 항목은 다음 방법에 준하여 실시하였다.

<시험관내에서의 측정법>

<미생물 균체중의 전체 질소량의 측정>

미생물 균체 시료의 약 5g을 유발로 분쇄한 후, 이의 약 20mg을 정확히 칭량한다. 이것을 가부시키가이샤 스미카분세키센터사 제조의 고감도 N,C-ANALYZER SUMIGRAPH NC-800 자동분석계(측정 원리; 시료를 순수 산소 가스 중에서 완전 연소(840℃)시켜, 생성된 질소 가스와 이산화탄소 가스를 가스 크로마토그래피에 의해 분석)에 의해 전체 질소 분석을 하여 전체 질소량을 구하였다. 분석된 전체 질소량 N(%)에 단백질 환산 계수인 6.25(g/g)를 곱하여 균체 중의 전체 단백질 함유율 PO(%)를 수학식 1을 사용하여 구하였다.

<수용성 단백질(WSP)의 측정>

FALCON 제조의 50ml 코니칼 튜브에 전체 질소 분석에 사용한 미생물 균체를 넣고, 소정의 가열 처리를 하여 수득된 가열 처리 시료 4.00g를 칭량하고, 여기에 약 40ml의 물을 가하고 교반하여 pH가 6.2 내지 6.8인 것을 미리 확인(범위 외일 때에는 묽은 염산 또는 묽은 수산화나트륨 수용액으로 조정)한 후, 추가로 물을 가하여 용량을 50ml로 조정하고, 코니칼 튜브에 뚜껑을 덮었다. 이러한 코니칼 튜브를 왕복 진탕기로 40℃에서 100rpm로 90분간 진탕하고, 그 후 즉시 원심분리기로 3,000rpm에서 10분간 원심분리하여 상청액과 잔사를 분리하였다. 회수한 상청액은 추가로 0.45㎛의 밀리포어 필터(Cellulose Acetate Filter; Toyo Roshi Kaisha, Ltd.제조)로 여과하고, 수득된 여과액을 수용성 단백질(「WSP」라고 약칭하는 경우도 있다) 측정용 시료로서 사용하였다. 한편, 당해 잔사의 전량을 소화 효소(펩신)에 의해 가용화된 단백질을 측정하기 위한 시료로서 사용하였다. 한편, 미생물 균체 중의 전체 질소량의 측정에 의해 가열 처리 시료중의 전체 질소량 N1(%)으로부터 단백질 함유율 P1(%)을 수학식 1로부터 구하였다.

(2) <측정>

가용성 대두 단백질(단백질 함량 61.8%)의 수용액을 표준으로서 사용하여 비 색 분석법의 브래드포드(Bradford)법(키트는 Bio-Rad사 제조를 사용)으로 실시하고, 전처리 조작에서 수득한 당해 여과액 중의 수용성 단백질의 농도 Cp(g/L)를 구하였다. 이 농도에 근거하여 수학식 2를 사용하여 여과액 중의 수용성 단백질량 WSP(g)을 구하였다.

<불용성 단백질(ISP)량의 계산 방법>

불용성 단백질량(ISP)(g)을 가열 처리 시료 4.00g 중의 단백질량 P1(g)과 수용액중에 용해된 수용성 단백질량 WSP(g)의 차로부터 계산하여 구하였다.

<지표 항목[A]의 계산 방법>

지표 항목[A]는 ISP과 WSP의 비로 나타내었다.

<불용성 단백질(ISP)의 소화 효소에 의한 가용화 단백질(PSP)량의 측정>

(1) 수용성 단백질(WSP) 측정의 전처리 조작에서 수득한 잔사(불용성 단백질(ISP))에 물 약 20ml를 가하고 혼합하여 슬러리액을 제조하고, 6N 염산을 가하여 pH를 2.0으로 조정한 후, 추가로 물을 가하여 액량을 40ml로 제조하였다.

코니칼 튜브는 뚜껑을 덮고, 왕복 진탕기로 37℃에서 100rpm의 진탕을 슬러리액의 액온이 37℃가 될 때까지 약 10분간 실시하였다.

(2) 온도 및 pH가 일정해진 시점에서, 미리 칭량해 놓은 0.50g의 소화 효소 분말(펩신: 와코쥰야쿠고교 가부시키가이샤 제조의 돼지 위점막 유래 펩신 1:0,000)을 한번에 첨가하고, 손으로 단시간(약 15초간) 격렬하게 혼합하여 소화 효소를 용해시킨(이후, 효소 분해용 슬러리액이라고 한다) 직후에, 이 액의 약 0.3ml을 샘플링하고, 0.45㎛의 밀리포어 필터로 여과를 실질적으로 효소 분해가 시작되지 않은 1분 이내에 실시하여, ISP 잔사를 제거한 여과액-1을 수득하였다.

(3) 나머지 효소 분해용 슬러리액은 그대로 37℃에서 100rpm으로 진탕하고, 펩신에 의한 불용성 단백질(ISP)의 가용화 반응을 60분간 실시하였다. 반응후에는 즉시 반응액의 일부 약 0.3ml을 샘플링하고, (2)와 동일하게, 0.45㎛의 밀리포어 필터로 여과하여, 여과액-2(ISP의 가용화 단백질 측정액)를 수득하였다.

(4) (2) 및 (3)에서 수득된 여과액-1 및 여과액-2를 각각 약 20mg씩 정확히 칭량하여, 가부시키가이샤 스미카분세키센터사 제조의 고감도 NC-ANALYZER SUMIGRAPH NC-800 자동분석계로 전체 질소의 분석을 실시하여, 각각의 분석치 Nb(%) 및 N60(%)를 수득하였다.

(5) 이렇게 하여 수득된 반응 전후에서의 전체 질소의 분석치 Nb(%) 및 N 60(%)으로부터, 불용성 단백질(ISP)이 60분후에 가용화한 단백질의 양(ISP의 가용화 단백질(PSP)량(g))을 수학식 5에 의해 구하였다.

(6) PSP(g)와 (ISP)(g)의 비를 다음 수학식에 의해 구하여, 지표 항목[B]로 하였다.

리신 생산균인 에스케리키아 콜라이 WC196주(에스케리키아 콜라이 AJ13069주로 명명되고, 평성 6년 12월 6일부로 공업기술원 생명공학공업기술연구소(현 독립행정법인 산업기술종합연구소 특허생물기탁센터, 우편 305-8566 니혼 이바가키켄 츠쿠바시 히가시 1쵸메 1반치 1 츄오 다이6)에 수탁번호 FERM P-14690로서 기탁되고, 평성 7년 9월 29일에 부다페스트 조약에 근거하여 국제기탁으로 이관되어, 수탁번호 FERM BP-5252가 부여되어 있다)를 배양하여 수득된 발효 브로스중의 발효 미생물을 가열 살균(120℃, 3분간)한 후, 통상의 막 여과 및 원심분리에 의해서 리신 생산균을 농축하여 수분 80%의 리신 균체 중액(고형물 함량 20%)을 취득하였다. 또한, 취득한 수분 80%의 리신 균체 중액을 압착 여과기에 의해서 탈수시켜, 수분 60%의 미생물 균체 케이크를 수득하였다. 또한, 수분 80%의 미생물 균체 중액을, 유동 건조기(VOMM(주) 제조의 터보드라이어)를 사용한 건조(건조 조건: 송풍 온도 185℃, 미생물 균체의 품온 107℃, 체류 시간 25분간)를 실시하여 수분 5.2%의 건조 미생물 균체를 취득하였다(시험구 1). 다음에, 이렇게 하여 수득된 수분 80%의 미생물 균체 중액 및 수분 60%의 미생물 균체 케이크를 각각의 압출기에 의해 가열 건조 처리하였다. 또한, 압출기에는, 스크류의 출구에 장착되어 있는 다이를 떼어 낸 가부시키가이샤 니혼세코쇼 제조의 실험실용 2축 압출기「Mark II」(스크류 크기: 길이 450mm, 입구 직경 30mm)을 사용하여, 운전에서의 스크류 회전수를 400rpm으로 실시하였다. 수분 80%의 미생물 균체 중액의 경우에 건조 미생물 균체를 취득할 수 있었지만 생산성은 매우 낮았다(시험구 2). 수분 80%의 미생물 균체 중액을 더욱 압착 여과하여 수득한 수분 60%의 미생물 균체 케이크의 가열 건조를, 품온 300℃에서 가열 시간을 15초간(시험구 3), 10초간(시험구 4), 5초간(시험구 5), 품온 400℃에서 가열 시간을 7초(시험구 6), 품온 250℃에서 가열 시간을 20초(시험구 7) 및 품온 200℃에서 가열 시간을 25초(시험구 8)로 하여 실시한 결과, 매우 효율적으로 건조가 이루어졌다. 시험구 1, 시험구 3, 시험구 4, 시험구 5, 시험구 6, 시험구 7 및 시험구 8에서 수득된 각각의 리신 발효 건조 미생물 균체의 품질 평가의 결과를 표 1에 기재한다.

가열 건조후의 착색도의 순위 매김:

1; 건조전, 2; 약간 착색 있음, 3; 착색 있음, 4; 강한 착색 있음, 5; 탄 상태

건조 미생물 균체 단백질중 리신의 회수율의 분석:

리신 균체 5.0g를 6N-염산 중에서 103℃, 24시간 가열 처리한 후, 유리된 리신을 아미노산 분석기로 분석하여 측정하였다.

표에 나타난 바와 같이, 본 발명에 의한 가열 건조 방법에 의해서 수득된 건조 미생물 균체는 거의 착색되지 않고 미생물 균체 단백질 중의 리신의 감소도 거의 없는 것을 알 수 있다. 또한, 수득되는 건조 미생물 균체는 과립상이고, 미분에 의해 작업 환경을 악화시키는 것과 같은 경우가 없기 때문에, 현장에서의 취급이 용이하다. 또한, 가열의 체류 시간은 약 15초로 짧고, 유동 건조법의 100분의 1의 시간이다. 따라서, 가열 건조의 생산성이 매우 높기 때문에 염가의 비용으로 제품을 수득할 수 있다.

상기의 시험구 1, 3, 4, 5에서 수득된 건조 미생물 균체, 및 수분 80%의 미생물 균체 중액을 더욱 압착 여과하여 수득한 수분 60%의 미생물 균체 케이크를 품온 200℃에서 가열 시간을 15초(시험구 9), 품온 200℃에서 가열 시간을 5초(시험구 10), 품온 250℃에서 가열 시간을 15초(시험구 11), 품온 250℃에서 가열 시간을 5초(시험구 12), 품온 350℃에서 가열 시간을 15초(시험구 13), 품온 350℃에서 가열 시간을 5초(시험구 14), 품온 400℃에서 가열 시간을 15초(시험구 15), 품온 400℃에서 가열 시간을 5초(시험구 16)로 하여 실시한 결과 수득된 건조 미생물 균체, 및 가열 건조 전의 리신 발효 균체 케이크에 관해서, 시험관내 시험에 의해 반추 동물에서의 바이패스(bypass) 특성(파라미터[A]에 해당), 소화성(파라미터[B]에 해당) 및 반추 동물의 소장에서의 유효 단백질성(파라미터[A]·[B]에 상당)을 평가한 결과를 표 2에 기재한다.

상기 결과로부터 명백한 바와 같이, 본 발명에 의한 가열 처리법에서 수득된 건조 미생물 균체 단백질의 소화성을 나타내는 파라미터인 [B]값은, 종래의 건조 방법에서 수득된 건조 미생물 균체 단백질과 비교해서 대부분의 시험구에서 향상되었다. 따라서, 미생물 균체의 건조와 동시에 미생물 균체 단백질의 품질이 향상되되었고, 본 발명에 의한 가열 처리법에서 수득된 건조 미생물 균체 단백질은 사료 첨가물로서 유효한 것이 확인되었다. 또한, 반추 동물의 소장에서의 유효 단백질성을 나타내는 파라미터인 [A]·[B]값도 대부분의 시험구에서 향상되었기 때문에, 반추 동물용 사료로서도 유효한 것으로 확인되었다.

본 발명에서 수득되는 건조 미생물 균체는 단백질의 변질이 적고, 사료 첨가물 등으로서 이용할 수 있다.

Claims

압출기에서 연소를 회피하면서 미생물 균체의 온도가 250 내지 400℃가 되도록 1 내지 30초간 가열 처리함을 포함하는, 건조 미생물 균체의 제조방법으로서, 상기 건조 미생물 균체가 에스케리키아 콜라이(Escherichia coli) 또는 코리네박테리움 글루타미쿰(Corynebacterium glutamicum)인, 방법.
제1항에 있어서, 상기 가열 처리가, 미생물 균체의 온도가 250 내지 370℃가 되도록 1 내지 20초간 수행됨을 특징으로 하는, 건조 미생물 균체의 제조방법.
제1항에 있어서, 가열 처리 후, 건조 미생물 균체에 포함되는 수분 함량이 5 내지 15%임을 특징으로 하는, 건조 미생물 균체의 제조방법.
제1항에 따른 방법에 의해 제조된 건조 미생물 균체를 포함하는 동물 사료.
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