KR950002867B1 - 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법 및 그 이용 - Google Patents

Abstract

내용 없음.

Description

보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법 및 그 이용

도면은 본 발명의 제조공정도.

본 발명은 농작물인 보리 도정시 얻어지는 부산물에 해당하는 보리기울로부터 가치있는 식이섬유에 해당하는 수용성 베타글루칸(β-glucan)을 고순도, 대량 생산하는 방법을 제공함과, 아울러, 생산된 수용성 베타글루칸을 각종 가공식품(음료, 드링크, 기타제품)에 이용하는 기술을 제공하는데 그 목적이 있다. 일반적으로 식이섬유에 해당하는 베타글루칸은 체내에 흡수시 타 식이섬유가 갖는 비만증 예방 및 변비예방등의 알려진 모든 특성 이외에 혈중 콜레스데롤 함량을 감소시키는 특성을 지녀 고혈압, 동맥경화등에 약리효과가 있는 물질로서 알려져 있다. 이와같은 베타글루칸은 보리의 내배유 세포벽에 다량 존재하는 다당류로서 점성이 높아 식품가공시(특히 맥주제조시) 여과에 어려움이 있고 침전의 원인이 되어, 이에 대해 많은 연구가 계속되고 있는 것이다.

따라서, 본 발명은 식이섬유인 베타글루칸을 많이 함유하고 있는 식물로 알려진 보리를 원료물질로 하였으며, 또한 그 보리중에서도 보리 도정시 부산물로 생산되는 보리기울에 베타글루칸의 함량이 많은 것이 확인됨에 따라 본 발명에서는 폐자원에 해당하는 저가의 보리기울로부터 식이섬유인 베타글루칸을 고순도로 대량 생산하는 새로운 방법을 발명하게됨과, 생산된 베타글루칸을 각종 가공식품에 적용하여 산업화에 성공하게 된 것으로서 그 생산공정을 실시예를 통해 상세히 설명하면 다음과 같다.

생산공정

본 발명에서 베타글루칸을 생산하기 위한 대상물은 보리를 도정시 부산물로 생산되는 보리기울로서 베타글루칸이 많은량 함유되어 있어 보리기울을 대상물로 하였다.

제 1공정(배아분리공정) :

보리기울중에 함유되어 있는 본 발명의 생산대상물인 베타글루칸을 가공중 분해시키는 효소인 베타글루카나제(β-glucanase)가 배아부분에 다량 함유되어 있는 것이 확인되어, 30메쉬 정도의 망을 이용하여 배아부분을 제거한다.

제2공정(에탄올 침지공정) :

상기 제1공정으로 배아분리 처리된 보리기울은 70-95%의 에탄올 5배량 정도에 침지시켜 1시간정도 서서히 교반한다. 본 공정에서는 잔여의 베타글루카나제를 불활성화시켜줌과 동시에 보리기울의 조직을 팽윤시켜 생산하고자 하는 베타글루칸(β-glucan)의 추출이 용이한 상태로 하는 공정이다.

제3공정(정치 및 원심분리공정) :

상기 제2공정을 거친 후 1시간정도 정치시켜 고형분을 가라앉힌 후 상등액(에탄올)을 1차 분리하고, 다시 원심분리로 상등액(에탄올+불순물)과 고형분(보리기울)을 2차분리한다. (여기서, 상등액으로 1,2차 분리된 것은 다음 작업시 재사용할 수 있다.)

제4공정(단백질 분해공정) :

상기 제3공정으로 분리된 고형분을 단백질 분해조에 투입하고 0.1%정도의 단백질 분해 효소액을 고형분의 약 10배정도 가한후 30-50℃온도를 유지하여 1-2시간정도 분해반응시킨다. (여기서, 본 발명에서 생산하고자하는 베타글루칸이 단백질과 결합되어 있음에 따라 본 공정이 시도되는 것이다) 이때, 베타글루칸은 액상에 녹아있는 상태로 존재하는바, 이 용액에는 단백질 분해를 위해 사용한 효소의 잔여분이 용존되어 있다.

제5공정(분리공정) :

상기 제4공정을 거친것에 대해 단백질침전과 원심분리방법으로 단백질(분해효소포함) 및 기타 침전물을 제거하여 수용액 상태의 베타글루칸을 분리해낸다.

제6공정(베타글루칸 결정화공정) : 상기 제5공정에서 수용액 상태로 분리된 베타글루칸에 대해 95%정도의 에탄올을 1-2배량정도 첨가하고 1-2시간동안 유지시켜 상등액(에탄올)을 제거한후, 베타글루칸을 결정화한다. (여기서, 베타글루칸이 에탄올중에서 용해도가 극히 낮은 특성을 이용한 것이다)

제 7 공정(진공농축공정) :

상기 제6공정을 거쳐 결정화된 베타글루칸에 혼재되어있는 잔여의 에탄올을 제거하는 공정으로 55-65℃ 온도조건하에서 진공농축시켜 에탄올을 휘발시킨다.

제8공정(건조 및 분쇄공정) :

상기 제7공정으로 덩어리 상태의 베타글루칸을 건조와 분쇄과정을 거쳐 최종의 미립상태의 순도높은 베타글루칸을 생산 완료한다.

상기의 생산공정에서 여러실험을 통해 확인해본 결과, 본 발명의 대상인 베타글루칸이 가장 많이 함유된 것은 도정율 30%정도의 보리기울로 나타났다. 따라서, 본 발명에서 이용되는 보리기울은 도정율 30%정도의 것으로 조정하는 것이 가장 바람직하다. 또한, 상기 제4공정에서 단백질 분해효소로서는 파파인을 이용했으나 그 농도 0.1%정도와 고형분의 10배정도를 가함은 추출효율에 가장 적절한 것으로 실험을 통해 결정되어진 것이고, 온도조건 30-50℃와 시간조건 1-2시간은 단백질 분해효소로 인해 단백질 분해에 가장 적절한 반응조건을 제공하는 것으로 나타났다. 따라서 본 발명의 생산공정은 도면에서와 같이 도시할 수 있다. 이와같은 상기 생산공정에 따라 그 실시예를 들어 상세히 설명하면 다음과 같다.

실시예 1

본 발명의 실시예는 도면에 의한 공정에 따라 보리 1Kg(수분 12%함유)을 원통마찰식 정맥기를 이용하여 도정율 30%까지 도정하여 부산물로 얻어진 보리기울을 대상으로 하였다.

제1공정 : 상기 도정으로 얻어진 보리기울에서 가공중 베타글루칸의 분해를 촉진하는 베타글루카나제(β-glucanase)제거를 위하여 30메쉬의 망을 이용하여 배아부분을 분리하고, 망을 통과한 보리기울만을 베타글루칸 추출 시료로 하였다.

제2공정 : 제1공정으로 배아가 제거된 보리기울은 0.3Kg이었으며, 이에대해 80%에탄올 1.5를 첨가하여 60분동안 서서히 교반하였다. (본 공정을 통해 잔여의 베타글루카나제를 불활성화시키고, 베타글루칸을 용이하게 추출할 수 있도록 보리기울의 조직을 변화시켰다)

제3공정 : 제2공정으로 교반되어진 상태를 1시간동안 정치시켜 상등액을 회수하고, 원심분리로 고형분만을 얻었다.

제4공정 : 공정으로 얻어진 고형분에는 필요로하는 베타글루칸이 함유되어 있고, 또한, 상당부분이 단백질과 결합되어 있는바, 단백질 분해효소인 파파인(papain) 0.1%용액 3를 고형분에 가하여 40℃에서 1시간동안 교반하여 분해반응시켰다.

제5공정 : 제4공정으로 분해반응된 상태의 것을 원심분리하여 상등액을 회수하고, 고형분을 제거하였다.(상등액에는 필요로 하는 베타글루칸이 용해되어있다)

제6공정 : 제5공정으로 회수되는 수용액 상태의 상등액에 대해 95% 에탄올 3.3를 가하여 1시간동안 상등액을 제거하여 베타글루칸을 결정화시켰다.

제7공정 : 제6공정으로 결정화된 베타글루칸에 대해 60℃온도 조건하에서 진공농축시켰다.

제8공정 : 제7공정으로 진공농축되어 고형분상태의 베타글루칸을 건조시킴과 분쇄하여 고순도의 베타글루칸 11g을 얻어냈다.

실시예 2

본 실시예는 이미 제시한 공정도를 기준으로 하여 일반적인 파이롯트 프랜트 실험을 한 것이다. 공정의 설명은 앞에서 충분히 설명되었으므로 간단히 과정만을 설명하면 다음과 같다.

가. 시료인 보리기울을 30메쉬 망을 통과시켜 배아부분(망에 걸림)을 제거하였다.

나. 배아가 제거된 보리기울 10Kg에 80%(%) 에탄올 50L를 첨가하여 60분간 서서히 교반하였다.

다. 이어 원심분리하여 상등액을 제거하였다.

라. 고형분에 0.1% 파파인 100L를 가하여 단백질을 분해하였다.

마. 이어 원심분리를 하여 고체부분을 제거하였다.

바. 상등액에 95% 에탄올 110L를 가하여 베타글루칸을 결정화한 후 상등액을 가능한 한 많은량 제거하였다.

사. 이어 고형분을 건조하였다.

아. 건조 베타루칸 320g을 수득하였다.

이와같이 얻어지는 고순도의 베타글루칸은 현재 알려진 여러가지 식이섬유중의 하나로서 일반적으로 식이섬유가 갖는 비만증 예방 및 치료효과, 변비예방 및 치료효과등을 갖고 있다. 그러나 베타글루칸은 이러한 식이섬유의 특성이외에 다른 식이섬유가 갖고 있지않은 혈청중의 콜레스테롤 축적을 방지하는 기능을 갖고 있다. 즉, 이는 동맥경화증의 예방효과를 갖고 있다는 의미로, 이의 확인을 위해 본 발명자들은 랫트(rat)를 이용한 동물실험을 행한바 있다. 그 결과 동맥경화증 증세가 있는 두 그룹의 랫트 중 한개 그룹의 랫트에는 베타글루칸을 투여하고 다른 한개 그룹에는 베타글루칸을 투여않을시 베타글루칸 투여 그룹이 혈청중의 콜레스테롤 함량이 훨씬 적게 나타났다. 이는 베타글루칸이 혈청중의 클레스테롤 축적을 억제함을 의미하며 아울러 동맥경화증 예방에도 효과가 있다는 것을 증명하는 결과이다.

이러한 베타글루칸의 장점을 살려 본 발명자들은 본 발명의 두번째 목적인 음료, 드링크, 요구르트등의 식품을 제조한 바있다. 그 결과 보리기울로부터 제조된 베타글루칸은 수용성으로 음료, 드링크, 요구르트등의 제조시, 이의 첨가사용에 아무런 불편을 느끼지 못했고 제품의 성상에도 영향을 미치지 않았다. 이러한 제품의 가공시 베타글루칸의 첨가시기는 타원료 배합시 함께 첨가하면 되는 것으로 확인되었다. 이하, 상기한 본 발명의 두번째 목적인 음료, 드링크, 요구르트 등의 가공식품에 베타글루칸을 첨가이용함을 설명하기로 한다.

실시예 3

음료, 드링크, 요구르트의 제조는 식품가공의 일반적인 방법을 택하였다.

가. 음료 드링크의 경우

통상적으로 음료제조에 사용되는 구연산, 구연산나트륨, 당류, 비타민, 아미노산, 과즙, 후레바(flavor)등과 함께 5%의 베타글루칸을 사용하여 수종의 음료 및 드링크를 제조하였다. 그 결과 성상, 맛등 관능면에 있어서 베타글루칸 사용시 본래의 관능상 물질에 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 즉 관능상 본래의 품질에 영향을 미침이 없이 베타글루칸이 음료, 드링크제에 충분한 이용가치가 있다고 판단되었다.

나. 요구르트의 경우

유산균 발효시 랄지분유와 함께 2-5%범위에서 베타글루칸을 첨가 사용하여 요구르트를 제조하였다. 이 경우도 음료, 드링크와 같이 관능상에 영향을 미치지 않음을 학인하였다. 즉 본래의 관능상 품질에 영향을 줌이 없이 기능성 소재로 충분히 이용가치가 있음을 확인하였다.

이러한 몇가지 식품에의 이용 경우로 미루어 타 식품에도 무리없이 사용가능할 것으로 생각되었으며 이를 통해 식품의 여러분야에서 콜레스테롤 축적 방지, 즉 동맥경화 방지에 효과가 있는 식품을 제조할 수 있을 것으로 판단되었다.

Claims (6)

1. 보리기울의 배아부분을 분리하는 제1공정과, 배아분리처리된 보리기울을 에탄올에 침지하여 베타글루카나제를 불활성화시켜주는 제2공정과, 정치와 원심분리로 고형분을 분리해내는 제3공정과, 단백질 분해효소액으로 단백질을 분해시키는 제4공정과, 수용액상태의 베타글루칸을 침전과 원심분리방법으로 분리하는 제5공정과, 분리된 수용액상태의 베타글루칸을 에탄올을 이용하여 결정화시키는 제6공정과, 결정화된 베타글루칸에 잔류하는 에탄올을 진공 농축시키는 제7공정과, 농축된 덩어리 상태의 베타글루칸을 건조, 분쇄시키는 제8공정에 의한 일련의 제조공정으로 베타글루간 생산함을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.
2. 제1항에 있어서, 보리기울에 함유되어 있는 베타글루칸 분해효소인 베타글루카나제(β-glucanse)를 제거하기 위하여 20∼40메쉬의 망을 통과시켜 제1공정에서의 배아부분을 분리하는 것을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.
3. 제1항에 있어서, 베타글루카나제의 불활성화 및 베타글루칸의 추출수율을 높이기 위해 75∼95%에탄올에 침지, 교반하는 제2공정에서의 불활성화 처리함을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.
4. 제1항에 있어서, 보리기울의 단백질 분해를 위해 단백질분해효소(파파인등)을 가하여 30∼50℃ 조건에서 1∼2시간동안 분해 반응시키는 제4공정에서의 단백질 분해공정을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.
5. 제1항에 있어서, 수용액 상태의 베타글루칸의 결정화를 위해 70∼95%의 에탄올을 1∼2배정도 첨가하여 사용하는 제6공정에서의 결정화함을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.
6. 제1항에 있어서 베타글루칸을 함유하고 있는 추출물을 55∼65℃온도조건하에서 진공농축 및 건조시켜 제조하는 공정을 특징으로 하는 보리기울로부터 수용성 베타글루칸을 생산하는 방법.