KR100202441B1 - 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스의 제조방법 - Google Patents

과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 아세토박터(Acetobacter) 균주를 이용하여 초모(starter)를 제조하고, 그를 이용하여 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 미생물 셀룰로오스 제조방법은 () 초모(starter) 제조용 배지에 미생물 셀룰로오스를 생산하는 미생물을 접종하고, 진탕배양하여 초모를 수득하는 공정; () 전기에서 수득한 초모를 과일쥬스에 접종하고 정치배양하여, 미생물 셀룰로오스를 생산하는 공정; 및, (

Description

과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스의 제조방법
본 발명은 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스(microbial cellulose)를 제조하는 방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 아세토박터(Acetobacter) 균주를 이용하여 초모(starter)를 제조하고, 그를 이용하여 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스를 제조하는 방법에 관한 것이다.
미생물 셀룰로오스는 다수의 박테리아, 특히 아세토박터 속 균주의 배양에 의해 생산되는 고분자 물질로서, 정치배양 조건에서는 배양액상에 겔상의 반투명한 막(pellicle) 형태로 생성되며, 그 반투명막 내에 균체가 존재한다(참조: 영국특허 제2131701호). 전기 미생물 셀룰로오스는 주로 과일쥬스로부터 생산되는데, 일찌기 동남아시아 주로 필리핀에서 전통 발효법에 의해 제조되어온 나타 데 코코(Nata de coco)가 바로 미생물 셀룰로오스이다. 나타 데 코코는 코코낫 열매로부터 얻어진 코코낫 수(coconut water) 또는 코코낫 밀크(coconut milk)에 설탕과 초산(acetic acid)를 포함한 배지의 정치배양에서 얻어진다. 그 외에도, 파인애플 또는 토마토 등의 과실류를 이용하여 일부 발효 생산되어 왔으며, 이는 나타 데 피나(Nata de pina) 또는 나타 데 토마토(Nata de tomato)로 불리운다.
미생물 셀룰로오스는 식이섬유로서 디저트, 다이어트 식품 및 식이 음료로 이용될 뿐 아니라, 보수성, 보형성, 분산성 등 구조 및 물리 화학적 특성 때문에 식품의 안정제, 겔화제 및 증점제로서 높은 효과를 발휘하며, 최근에는 식품 이외의 분야, 즉 분리막, 의료용 및 화장용 패드에의 응용 등 다양한 분야의 소재로 이용되고 있다.
한편, 미생물 셀룰로오스의 발효생산을 위한 종래의 초모 제조방법은, 미생물 셀룰로오스가 겔상의 반투명막 덩어리(mass)로 생성되므로, 그 자체를 초모로 사용할 수 없어, 생성물의 분해과정이 수반되어야 하는 등 제조공정이 복잡하였다. 예를 들면, 초모는 3, 5 또는 15일 배양후 미생물 셀룰로오스가 생성된 플라스크에 유리 구슬(glass bead)을 넣어 1일 진탕시켜 균주를 분리하거나, 분쇄기로 미생물 셀룰로오스를 균질화시켜 제조하거나, 혹은 미생물 셀룰로오스 절편으로 제조한다.
미생물 셀룰로오스 발효에 있어서, 접종균으로 사용되는 초모는 생산물의 품질, 생산량 및 발효 시간 등에 영향을 미치기 때문에, 당업계에서는 균체활성이 높으면서도, 간단히 수득할 수 있는 초모 및 그를 이용하여 미생물 셀룰로오스를 간편하면서도 고수율로 제조할 수 있는 방법이 절실히 요구되고 있다.
이에, 본 발명의 발명자들은 미생물 셀룰로오스 생성물의 분해공정없이 간단히 초모를 제조하고자 예의 연구노력한 결과, 초모 제조용 배지에 아세토박터를 접종 진탕배양함으로써 생산되는 미생물 셀룰로오스가 입자(particle) 또는 침전물(pellet) 형태의 분산 상태로 제조되어 분해과정없이 간단히 초모를 수득할 수 있고, 또한 그를 이용하여 고수율의 미생물 셀룰로오스를 간편하게 제조할 수 있음을 발견하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 목적은 아세토박터의 발효에 의해 초모를 제조하고, 그 초모를 이용하여 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스를 제조하는 방법을 제공하는 것이다.
이하, 본 발명에서 초모의 제조 및 그를 이용하여 과일쥬스로부터 미생물 셀룰로오스를 제조하는 방법을 공정별로 설명하고자 한다.
[제 1공정: 초모의 제조]
(1) 초산(vinegar of acetic acid)를 포함한 과일쥬스, 또는 펩톤(옥소이드) 5%, 효모추출액(옥소이드) 5%, Na2HPO42.7%, 구연산 1.15% 및 글루코오스 20.0%로 구성된 배지(pH 6.0)에 미생물 셀룰로오스를 생산하는 미생물, 바람직하게는 아세토박터(Acetobacter) 균주를 접종하고 진탕배양시켜, 입자(particle) 또는 침전물(pellet)의 미생물 셀룰로오스가 분산된 형태로 생산되도록 한다. 이러한 분산 형태의 입자 또는 침전물 내부에는 균체가 존재하므로, 배양액 자체를 초모로 사용한다.
(2) 또한, 배양액 대신에 미생물 셀룰로오스로부터 균체만을 수득하여, 그를 초모로 이용할 수도 있다. 즉, 상기한 배양액에 셀룰레이즈를 첨가하여 셀룰로오스를 분해시킨 다음, 원심분리하여 셀룰로오스가 함유되어 있는 상등액을 제거하고, 침전된 균체만을 수득하여 동량의 새로운 배지를 첨가하여, 이를 본배양을 위한 초모로 사용한다.
[제 2공정: 과일쥬스로부터 나타 데 코코의 제조]
상기에서 제조된 초모를 초산이 포함된 과일쥬스에 3 내지 8%(v/v), 가장 바람직하게는 5%(v/v)로 접종하고, 25 내지 35, 가장 바람직하게는 30에서 5 내지 20일, 보다 바람직하게는 7 내지 15일 정치배양하여, 배양액 표면에 생성된 투명한 겔 상태의 미생물 셀룰로오스를 제조한다.
[제 3공정: 미생물 셀룰로오스의 후처리, 절단, 포장 및 살균 공정]
상기에서 수득한 미생물 셀룰로오스를 중성화시키고, 후처리 탱크에서 여분의 불순물을 제거한 다음, 가로, 세로 및 길이가 각각 5내지 20가 되도록 적절히 절단하고, 생수로 세척하여 산미 및 산향을 제거하고, 과일 쥬스 또는 시럽을 첨가하여 맛과 향을 증진시킨다. 이러한 후처리 및 절단공정을 거친 미생물 셀룰로오스를 병, 팩 또는 비닐 포장재 등에 충전 및 밀봉시켜 당업계의 통상적인 방법으로 살균(pasteurization)하여, 최종적인 식이식품인 미생물 셀룰로오스를 제조한다.
이하, 본 발명을 실시예에 의하여 더욱 구체적으로 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 구체적으로 설명하는 것으로, 이들 실시예에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아니라는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서 자명할 것이다. 특히, 본 발명의 취지에 따라 아세토박터 균주는 하기 실시예에 사용된 아세토박터 균주에 한하지 않고, 미생물 셀룰로오스를 생산하는 기능을 가지는 모든 균주가 이용될 수 있으며, 또한 과일쥬스 역시 하기 실시예에 사용된 사과쥬스에 한하지 않고, 미생물 셀룰로오스를 생산되는 모든 과일 쥬스가 이용될 수 있다. 아울러, 본 발명으로부터 제조되는 초모는 1:2.5(v/v) 이상의 비율이 되는 배양용기에 넣어, 진탕배양에 의해 미생물 셀룰로오스를 입자 또는 침전물의 분산된 형태로 초모를 제조하는 방법외의 방법을 이용하여, 미생물 셀룰로오스가 분산된 형태로 제조하는 것이 이용될 수 있다.
[실시예 1]
[초모의 제조]
다음과 같은 3가지 방법으로 초모를 제조하였다.
[실시예 1-1]
사과쥬스를 생수로 당도 5Brix가 되도록 희석하여 초산 1%(v/v)을 가한 배지(pH 3-4) 400ml를 1L 삼각플라스크에 넣고, 아세토박터 균주(Acetobacter xylinum, ATCC 53582)를 접종하여 30, 150rpm 조건에서 5일간 진탕배양시켰다. 이때, 배양액의 살균공정은 필요하지 않았다. 1 내지 3일 후에 미생물 셀룰로오스는 입자 또는 침전물 모양의 미생물 셀룰로오스가 분산된 형태로 생산되는데, 이러한 분산 형태의 입자 또는 침전물 내부에 균체가 존재하므로, 배양액 자체를 본 배양의 접종균, 즉 초모로 사용하였다.
이는, 종래의 일반적인 배양(전기 부피비가 1:2 이하)에서 배양 1 내지 2일 후부터 제조된 미생물 셀룰로오스가 겔상의 반투명막 덩어리 형태를 나타내므로, 이를 분해하여 초모로 사용하는 것과는 대조적으로 매우 간편한 방법으로 판단되었다.
[실시예 1-2]
상기 실시예 1-1에서의 초산을 포함한 당도 5Brix의 사과쥬스 대신에 다음의 배지를 초모 제조용 배지로 사용하는 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일하게 초모를 제조하였다: 펩톤(옥소이드) 5%, 효모추출액(옥소이드) 5%, Na2HPO42.7%, 구연산 1.15% 및 글루코오스 20.0%를 포함하는 살균된 배지(pH 6.0) 400ml를 1L 플라스크에 넣고, 상기 아세토박터 균주를 접종하여 30, 150rpm 조건에서 1일간 진탕배양시켰다.
[실시예 1-3]
배양액 자체를 초모로 제공하는 상기의 실시예와는 달리, 미생물 셀룰로오스로부터 균체만을 수득하는 방법으로 초모를 제조할 수도 있다. 즉, 살균된 실시예 1-2의 초모 제조용 배지 400ml를 1L 플라스크에 넣고, 아세토박터 균주를 접종하여 30, 150rpm 조건에서 5일간 진탕배양시켰다. 배양 후 시판 셀룰레이즈(Celluclasta, Novo Co., USA)를 0.1% 첨가하여 1일, 30에서 반응시켜 생성된 셀룰로오스를 분해시켰다. 그런 다음, 전기 배양액을 800rpm으로 5분간 원심분리하여 셀룰로오스가 함유되어 있는 상등액을 제거하고, 동량의 새로운 배지를 첨가하여, 얻어진 배양액을 본배양을 위한 초모로 사용하였다.
[실시예 2]
[사과쥬스로부터의 나타 데 코코 제조()]
실시예 1-1에서 제조된 배양액 초모75mL를 초산 1%(v/v)와 설탕 15%(w/v)가 포함된 당도 5Brix의 사과쥬스 1.5L가 들어 있는 가로 300X 세로 230X 높이 100의 플라스틱 발효용기(tray)에 접종하고, 30에서 15일간 정치배양하여 배양액 표면에 생성된 투명한 겔 상태의 미생물 셀룰로오스를 17.0g/L의 수율로 수득하였다. 전기에서 수득한 미생물 셀룰로오스를 살균, 후처리 과정을 거쳐 가로 15, 세로 15, 길이 15가 되도록 절단하여 식이 식품으로서의 나타 데 코코를 제조하였다.
[실시예 3]
[사과쥬스로부터의 나타 데 코코 제조()]
실시예 1-2의 초모 및 초모 제조용 배지를 사용하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 투명한 겔 상태의 미생물 셀룰로오스를 제조하였다. 그런 다음, 실시예 2와 마찬가지로 살균, 후처리, 절단과정을 거쳐 식이 식품으로서의 나타 데 코코를 제조하였다.
[실시예 4]
[사과쥬스로부터의 나타 데 코코 제조()]
실시예 1-3의 초모를 실시예 1-2의 초모 제조용 배지에 접종하는 것을 제외하고는, 상기 실시예 2와 동일한 방법으로 투명한 겔 상태의 미생물 셀룰로오스를 제조하였다. 그런 다음, 실시예 2와 마찬가지로 살균, 후처리, 절단과정을 거쳐 식이 식품으로서의 나타 데 코코를 제조하였다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명에 의해 제조된 초모는 입자 또는 침전물의 분산 형태로 된 미생물 셀룰로오스 배양액이므로, 과일로부터 생산되는 미생물 셀룰로오스 배양에의 접종균으로 사용이 용이하고, 동일 품질의 미생물 셀룰로오스를 얻을 수 있다. 또한, 본 발명의 방법으로 제조된 미생물 셀룰로오스는 인체내에서 소화 흡수되지 않는 섬유질을 주성분으로 하고, 물 흡수, 유기물 흡착, 금속이온 흡착 및 겔 형성과 같은 생리작용을 하기 때문에, 식물 섬유가 결핍된 식사 또는 적은 식사를 하는 현대인에게서 유발되는 장 질환인 변비, 맹장염과 대장암 등이나, 대사성 질환인 비만과 당뇨병 등에 예방 효과가 있을 뿐만 아니라, 다이어트 및 건강 식품으로도 유용하게 사용될 수 있다.

Claims (7)

  1. () 초모(starter) 제조용 배지에 미생물 셀룰로오스를 생산하는 미생물을 접종하고, 진탕배양하여 초모를 수득하는 공정; () 전기에서 수득한 초모를 과일쥬스에 접종하고 정치배양하여, 미생물 셀룰로오스를 생산하는 공정; 및, () 전기에서 생산된 미생물 셀룰로오스를 후처리, 절단, 포장 및 살균하는 공정을 포함하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 초모 제조용 배지는 초산을 포함한 과일쥬스 또는 펩톤(옥소이드) 5%, 효모추출액(옥소이드) 5%, Na2HPO42.7%, 구연산 1.15% 및 글루코오스 20.0%로 구성된 배지(pH 6.0)인 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 미생물 셀룰로오스를 생산하는 미생물은 아세토박터(Acetobacter) 속의 균주인 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  4. 제1항에 있어서, 진탕배양은 생산되는 미생물 셀룰로오스가 입자(particle) 또는 침전물(pellet) 형태의 분산 상태로 되도록 하는 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  5. 제1항에 있어서, 초모는 진탕배양액 자체이거나, 진탕배양액에서 셀룰레이즈를 첨가하여 셀룰로오스를 제거하고 원심분리하여 수득한 균주로 하는 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  6. 제1항에 있어서, 초모를 과일쥬스에 3 내지 8%(v/v)로 접종하고, 25 내지 35에서 5 내지 20일 동안 정치배양하는 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
  7. 과일쥬스는 사과쥬스인 것을 특징으로 하는 과일쥬스로부터의 미생물 셀룰로오스 제조방법.
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