KR20230141191A - 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 관한 것으로 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있도록 하기 위해, 햄프씨드를 선별하여 세척 후 일정량으로 정량하고 난 후, 햄프씨드를 파쇄하는 단계(S1); 상기 파쇄된 햄프씨드분말 100부피부에 대하여, 추출용매로서 물 400부피부와, 산 300부피부와, 알콜 300부피부를 혼합하여 햄프씨드추출혼합물을 형성한 다음, 상기 햄프씨드추출혼합물을 140∼160rpm의 조건으로 세팅된 교반기에서 3∼15℃의 온도로 24∼26시간 동안 진행한 후, Polypropylene filter를 이용하여 추출액을 여과하여 햄프씨드추출액을 획득하는 단계(S2); 상기 햄프씨드추출액의 알콜발효를 위해 효모균(Saccharomyces cerevisiae) 균주로 주모를 준비하는 단계(S3); 상기 햄프씨드추출액에 효모균(Saccharomyces cerevisiae)으로 된 주모를 혼합하여 알콜발효하는 단계(S4); 상기 햄프씨드의 알콜발효는, 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 YM broth(Yeast mold broth)에서 2일 동안 30℃에서 배양해 주모로 사용하되, 백설탕을 첨가하며 당도계로 당도를 측정해 10°brix로 된 설탕용액에 햄프씨드를 첨가한 후 파쇄하고, 배양시켜 둔 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 1%(v/v)로 접종해 30℃ 조건에서 배양시간 3일로 발효시킨 후 여과하여 알콜발효액을 획득토록 하고, 상기 알콜발효액의 초산발효를 위해 초산균(Acetobacter aceti) 균주로 종초를 준비하는 단계(S5); 상기 알콜발효액에 초산균(Acetobacter aceti)으로 된 종초를 혼합하여 초산발효하는 단계(S6); 상기 햄프씨드의 초산발효는, 햄프씨드 알콜 발효액 또는 알콜이 함유된 증류수에 파쇄한 햄프씨드를 첨가하고 초기산도를 5％로 조정한 후, 초산발효균을 접종하여 30℃에서 3일간 초산 발효시킨 후 여과하여 초산발효액을 획득토록 하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

Description

햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법{Manufacturing method of acetic acid fermented solution using hemp seed extract}
본 발명은 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있도록 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 관한 것이다.
현대사회는 의료 기술의 발전으로 인한 평균 수명의 연장과 국민의 생활수준 향상으로 건강에 대한 관심이 증가하고 있는 추세이며, 이로 인해 건강기능 식품에 대한 관심이 점차 높아지고 있다. 또한, 환경 변화 및 미용에 대한 관심이 증대되어 화장품과 의약품의 연계성으로 코스메슈티컬(cosmeceutical)시장과 더불어 코스메틱푸드(cosmetic food)라는 먹는 화장품의 등장으로 건강기능식품 시장은 더욱 급격한 성장을 보이고 있다. 최근 식생활 습관의 변화에 따른 다양한 생활 습관성 질병의 발생률 또한 증가하고 있으며, 천연물을 이용한 개선 연구가 활발하게 진행되고 있다.
대마(Cannabis sativa L.)는 삼과(Cannabinaceae)에 속하는 한해살이 식물로 중앙아시아가 원산지이고, 온화하고 습한 기후에서 잘 자라며, 국내에는 기원전 1세기 무렵부터 재배되었다고 알려져 있다. 대마의 섬유질은 옷감, 실 등을 만드는데 이용되며, 햄프씨드는 오일의 원료로 사용된다. 대마의 환각 성분은 주로 잎과 줄기에 함유되어 있으며, 씨에는 환각 성분이 소량 함유되어 있으나 껍질을 제거하면 건강식품으로 활용이 가능하다.
이러한 햄프씨드의 효능으로는 항산화, 면역력 강화, 동맥경화 예방, 정력 향상, 고혈압 개선, 변비 예방, 다이어트, 피부 미용, 고지혈증 예방, 그리고 항염 및 항암작용 등이 있다고 보고되고 있다[35]. 또한, 칼슘 함유량, 감마리놀렌산(Gamma Linolenic acid)이 함유되어 있어 슈퍼 푸드(Super food)로 인식되고 있다. 잣과 비슷한 형태를 가지는 햄프씨드(Hemp seed)는 다량의 필수 아미노산과 불포화 지방산과 탄수화물 함량이 적고 체내에서 생성되지 않는 비타민 B1, 2, 6, 그리고 식이 섬유가 다량 함유되어 있다고 알려져 있다.
햄프씨드의 함유 물질은 테트라하이드로칸나비놀(Tetrahydrocanabinol; THC)과 칸나비디올(Cannabidiol; CBD)이 대표적이다. THC는 환각 성분으로 알려져 있으며, CBD는 THC의 환각 효과를 억제한다고 보고 되고 있으며, 햄프씨드에는 THC 뿐만 아니라, 이를 억제하는 CBD 성분도 다량 함유되어 있다. 최근 보고에 따르면 THC의 경우 신경 보호 활성, 뇌 성장인자 유전자 발현 조절 등이 있으며, CBD는 항경련 효과, 알츠하이머, 항간질 등이 알려져 있으며 이에 대한 다양한 연구가 진행되고 있다.
우리나라는 삼을 단순히 섬유의 재료로만 이용하고 있는 실정이며, 선진국과 같이 삼을 고부가치 창출이 가능한 화장품 및 기능성식품으로의 활용이 저조한 실정이다. 또한, 최근 LOHAS 생활패턴의 확산으로 유기식품과 같은 친환경제품에 대한 요구가 커지는 추세로 삼은 재배기간이 짧고 병충해에 대한 저항력이 강하여 친환경 작물로 재배가 용이하기 때문에 향후 삼 관련 시장은 꾸준히 성장할 것으로 전망된다.
하지만, 햄프씨드를 이용한 다양한 연구와 제품들이 개발되고 있지만, 현재 알콜발효 및 초산 발효를 통한 생리활성 및 효능 증대에 관한 기술적 연구는 거의 이루어지지 않고 있으며, 기능성 식품에 관한 제품화 개발 또한 미미한 실정이다.
등록특허 제10-2205206호
이에 본 발명은 상기한 문제점을 일소하기 위해 창안한 것으로서, 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있도록 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 주안점을 두고 그 기술적 과제로서 완성한 것이다.
위 기술적 과제를 달성하기 위한 본 발명은, 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법을 구성함에 있어서, 햄프씨드를 선별하여 세척 후 일정량으로 정량하고 난 후, 햄프씨드를 파쇄하는 단계(S1); 상기 파쇄된 햄프씨드분말 100부피부에 대하여, 추출용매로서 물 400부피부와, 산 300부피부와, 알콜 300부피부를 혼합하여 햄프씨드추출혼합물을 형성한 다음, 상기 햄프씨드추출혼합물을 140∼160rpm의 조건으로 세팅된 교반기에서 3∼15℃의 온도로 24∼26시간 동안 진행한 후, Polypropylene filter를 이용하여 추출액을 여과하여 햄프씨드추출액을 획득하는 단계(S2); 상기 햄프씨드추출액의 알콜발효를 위해 효모균(Saccharomyces cerevisiae) 균주로 주모를 준비하는 단계(S3); 상기 햄프씨드추출액에 효모균(Saccharomyces cerevisiae)으로 된 주모를 혼합하여 알콜발효하는 단계(S4); 상기 햄프씨드의 알콜발효는, 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 YM broth(Yeast mold broth)에서 2일 동안 30℃에서 배양해 주모로 사용하되, 백설탕을 첨가하며 당도계로 당도를 측정해 10°brix로 된 설탕용액에 햄프씨드를 첨가한 후 파쇄하고, 배양시켜 둔 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 1%(v/v)로 접종해 30℃ 조건에서 배양시간 3일로 발효시킨 후 여과하여 알콜발효액을 획득토록 하고, 상기 알콜발효액의 초산발효를 위해 초산균(Acetobacter aceti) 균주로 종초를 준비하는 단계(S5); 상기 알콜발효액에 초산균(Acetobacter aceti)으로 된 종초를 혼합하여 초산발효하는 단계(S6); 상기 햄프씨드의 초산발효는, 햄프씨드 알콜 발효액 또는 알콜이 함유된 증류수에 파쇄한 햄프씨드를 첨가하고 초기산도를 5％로 조정한 후, 초산발효균을 접종하여 30℃에서 3일간 초산 발효시킨 후 여과하여 초산발효액을 획득토록 하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법을 제공한다.
이때, 상기 S2단계에서, 상기 햄프씨드추출액의 여과 후 농축이 완료된 햄프씨드 추출물은 -80∼-82℃ Deep freezer에 선 동결 후 동결건조를 진행하고 난 후, -120∼-130℃의 Vaccum trap을 통하여 15∼17℃에서 24∼26시간 후 완전히 진공상태로 만든 다음, 기압이 최저로 떨어진 상태에서 추가로 48∼52시간 동안 동결건조를 진행하여 분말 제형으로 제조토록 함을 특징으로 한다.
또한, 상기 효모균(Saccharomyces cerevisiae)은 YM(Yeast Mold) agar plate에서 30℃, 2일간 배양한 후 4℃에서 보관하면서 한 백금이를 200㎖ YM(Yeast Mold) broth가 들어있는 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종한 후, 30℃ 배양기 에서 2일간 정치 배양하여 주모로 사용토록 함을 특징으로 한다.
그리고, 상기 초산균(Acetobacter aceti)은 배양배지에서 30℃, 2일간 배양한 콜로니에서 한 백금이를 초산균 100중량부에 대해 Yeast Extract 0.5 중량부와, Glucose 0.5중량부와, MgSO4·7H2O 0.02중량부와, Ethanol 5.0중량부와, Acetic acid 1.0중량부가 혼합된 액상배지를 함유한 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종하고 30℃, 진탕 배양기에서 2일간 210 rpm으로 진탕배양한 후 종초로 사용토록 함을 특징으로 한다.
상기한 본 발명에 의하면 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있는 등의 효과가 있다.
이하 본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부한 도면을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다.
본 발명은 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있도록 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 관한 것으로 아래와 같은 순서를 통해 실시되도록 한다.
Ⅰ. 재료 및 방법
1. 실험재료 준비(햄프씨드)
[그림 1. 햄프씨드]
1) 추출액 제조
햄프씨드를 선별하여 세척 후 일정량으로 정량하고 난 후, 그 정량한 햄프씨드를 파쇄한다.(S1)
이때, 추출용매는 물, 산, 알콜을을 사용하며 원과 대비 10배 수로 정용하며, 보다 구체적으로는 상기 파쇄된 햄프씨드분말 100부피부에 대하여, 추출용매로서 물 400부피부와, 산 300부피부와, 알콜 300부피부를 혼합하여 햄프씨드추출혼합물을 형성한다.
그런 다음, 상기 햄프씨드추출혼합물을 140∼160rpm의 조건으로 세팅된 교반기에서 3∼15℃의 온도로 24∼26시간 동안 진행하며, 햄프씨드의 추출 후 Polypropylene filter를 이용하여 추출액을 여과하여 햄프씨드추출액을 획득한다.
[그림 2]
2) 추출액 분말화
상기 햄프씨드추출액의 여과 후 농축이 완료된 햄프씨드 추출물은 -80∼-82℃ Deep freezer에 선 동결 후 동결건조를 진행한다. 그런 다음, -120∼-130℃의 Vaccum trap을 통하여 15∼17℃에서 24∼26시간 후 완전히 진공상태로 만든 다음, 기압이 최저로 떨어진 상태에서 추가로 48∼52시간 동안 동결건조를 진행하여 분말 제형으로 제조한다. 그 후,분말 제형은 진공포장하여 보관토록 한다.
[그림 3]
3. 알콜 및 초산발효
1) 사용 균주 및 배지조성
알콜 발효를 위해 효모균(Saccharomyces cerevisiae)과 초산균(Acetobacter aceti)등 총 4종의 균주를 실험에 사용하였으며, 배양배지로 효모균은 YM(Yeast Mold) broth, 초산균은 Table 1 의 배지조성으로 30℃에서 48시간 배양하여 사용하였다.
[표 1] Cultural medium composition of acetic acid bacteria
2) 발효 균주의 배양
본 실험에서 사용된 알콜 발효균주인 S. cerevisiae 균을 YM(Yeast Mold) agar plate에서 30℃, 2일간 배양한 후 4℃에서 보관하면서 한 백금이를 200㎖ YM(Yeast Mold) broth가 들어있는 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종한 후, 30℃ 배양기 에서 2일간 정치 배양하여 주모로 사용하였다.
[그림 4]
본 실험에서 사용된 초산발효균주인 Acetobacter aceti 균을 PDA 배지에서 30℃, 2일간 배양한 콜로니에서 한 백금이를 [표 1]의 배지를 함유한 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종하고 30℃, 진탕 배양기에서 2일간 210 rpm으로 진탕배양한 후 종초로 사용하였다.
[그림 5]
3) 알코올 발효 및 초산 발효 진행 방법
① 알코올 발효 (햄프씨드 알코올 발효액 제조)
햄프씨드의 알코올 발효는 아래 [그림 6]와 같이 와인제조 방법으로 제조하였다. 알코올 발효를 위해서는 S. cerevisiae를 YM broth(Yeast mold broth, Becton Dickinson and company, Maryland, USA)에서 2일 동안 30℃에서 배양해 주모로 사용했다. 백설탕을 첨가하며 당도계(Pal-1, Atago, Tokyo, Japan)로 당도를 측정해 10°brix로 된 설탕용액에 햄프씨드를 첨가한 후 파쇄하고, 배양시켜 둔 S. cerevisiae를 1%(v/v)로 접종해 30℃ 조건에서 배양시간 3일로 발효시킨 후 여과하여 알콜발효액을 획득한 후 분석용 시료로 사용하였다.
[그림 6] 햄프씨드 알코올 발효 방법
위 [그림 6]에서 햄프씨드(Hemp seed)는 삼과에 속하는 1년생 초본인 삼(Hemp)의 성숙한 과실을 말하며, 본 발명의 그림, 표를 포함한 본문에 햄프씨드를 햄프씨드로 표기하기도 하였다.
② 햄프씨드 초산 발효액 제조
햄프씨드 초산 발효는 아래 [그림 7]과 같이 식초제조 방법으로 제조하였다. 햄프씨드 알콜 발효액 또는 알콜이 함유된 증류수에 파쇄한 햄프씨드를 첨가하고 초기산도를 5％로 조정한 후, 초산발효균을 접종하여 30℃에서 3일간 초산 발효시킨 후 여과하여 초산발효액을 획득한 후 분석용 시료로 사용하였다.
[그림 7]
4. 성분분석
1) 일반 성분분석
① 알콜함량
알콜함량측정은 발효액 증류법으로 100㎖를 증류장치에 넣고 증류하여 증류액 70㎖에 증류수를 가하여 최종 용량이 100㎖되도록 한 다음, 주정계(alcohol hydromrter)로 알콜 함량을 측정한 후 Gay-Lussac 주정환산표를 이용하여 15℃온도로 보정하고 알코올 퍼센트(%)로 표시하였다.
② 당도
당도는 300㎕을 취하여 굴절당도계를 사용하여 Brix로 측정하였다.
③ pH
pH는 pH meter를 사용하여 실온에서 측정하였다.
④ 총산
총산은 시료에 1%(v/v) phenolphthalein 지시약 2∼3방울 가한 후, 0.1N NaOH용액으로 시료가 미적색을 나타낼 때까지의 NaOH의 소비량(㎖)을 측정하였다. 시료 중 총산의 함량은 acetic acid으로 환산하여 %로 표시하였다.
2) 총 polyphenol함량 측정
시료중의 총 폴리페놀 함량은 Dewanto 등의 방법에 따라 Folin-Ciocalteu reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 것을 원리로 측정하였다. 즉, 각 시료 100 ㎕에 2% Na2CO3 용액 2 ㎖를 가한 후 3 분 방치하여 Folin-ciocalteu reagent(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA) 100 ㎕를 가하였다. 실온에서 30분 방치 후 반응액의 흡광도 값을 750 nm에서 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma Chemical Co.)를 사용하였다.
3) 환원당 함량 측정
환원당 함량은 검액 200㎕에 DNS(dinitrosalicylic acid)용액 600㎕와 혼합 후 100℃에서 10분간 중탕하였고, 이를 실온에서 방냉 후 550nm에서 흡광도를 측정하였다. 환원당 측정의 표준시약으로는 glucose를 사용하였다.
4) 단백질함량 측정
실험 전에 A (증류수 100 mL에 0.5 g CuSO4*?*5H2O와 1 g Na3C6H5O7*?*2H2O 용해) 및 B (증류수 1 L에 20 g Na2CO3와 4g NaOH 용해) 용액을 제조하였다. 시료 0.5㎖에 2.5 ㎖의 C (1㎖ A 용액과 50㎖ B 용액) 용액을 가한 후 10분간 실온에 방치하였다. 그 후, D (10㎖ Folin-Ciocalteu phenol reagent와 10 ㎖ 증류수) 용액 0.25㎖을 가하여 혼합한 후 20분간 실온에 방치한 다음, 분광광도계 (UV 1600 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선은 bovine serum albumin (Sigma, St. Louis, MO)를 이용하여 검량곡선을 작성한 후 함량 계산에 활용하였다.
5) Hempseed protein isolate (HPI)의 용해도 측정
용해도는 Wang 과 Kinsella 의 방법을 이용하여 측정하였다. 용해도 측정은 시료와 증류수 비율을 5 : 100(w/v) 으로 하고 0.1N-HCl 과 0.1N-NaOH용액으로 pH를 단계적으로 (pH 2.0, 4.0, 5.0, 7.0, 9.0, 11.0) 조정한 다음, 실온에서 1시간동안 추출한 후 여지로 여과하였다. 각각의 용해도는 분리된 여과액에 함유된 단백질과 폴리페놀을 정량하였다. 단백질함량은 Lowry 법으로 측정하여 단백질 용해도를 산출하였다.
∥. 결과 및 고찰
1. 탈피한 햄프씨드의 일반성분
껍질이 제거된 청삼종실 100g 에 포함된 총 단백질, 조지방, 포화지방산, 불포화지방산과 리놀레산, 리놀렌산의 함량을 아래 [표 2]와 같이 조사하였다.
본 실험에서 청삼 종실의 경우, 단백질과 지방의 함량은 각각 32.02% 와, 32.52% 로 높은 함량을 가지고 있었다. 그리고 포화지방산과불포화지방산 함량은 각각 3.65 g 과 28.87 g 으로 불포화 지방산이 전체 지방산의 약88% 를 차지하는 것으로 나타났다. 또한 청삼 종실에는 두 가지의 필수지방산인 리놀레산 (18:2 omega-6)과 리놀렌산 (18:3 omega-3)이 풍부하게 존재할 뿐만 아니라 그 비율이 3:1 로 영양학적으로 이상적인 비율로 존재하고 있음이 밝혀졌다.
[표 2]
2. 추출용매에 의한 유효성분 추출효과
1) 유효성분 추출에 미치는 알콜농도의 영향
유효성분 추출에 미치는 최적 알콜 농도를 조사하기 위하여 파쇄된 햄프씨드 5%을 알콜 농도 0%, 5%, 10%, 20%, 30% 농도에 각각 첨가한 후 30℃, 100rpm에서 2시간 추출한 후 폴리페놀 및 단백질 함량을 측정한 결과를 아래 [표 3] 및 [표 4]에 나타내었다.
[표 3]
[표 4]
2) 유효성분 추출에 미치는 초산농도의 영향
유효성분 추출에 미치는 초산농도의 영향을 조사하기 위하여 파쇄된 햄프씨드 5%를 초산 농도 0%, 0.5%, 1.0%, 3%, 5%에 각각 첨가하고 30℃, 100rpm에서 2시간 추출한 후 폴리페놀 및 단백질함량을 측정한 결과는 아래 [표 5] 및 [표 6]과 같다.
초산농도 3%까지는 초산농도가 증가할수록 폴리페놀함량 및 단백질함량은 비례하여 증가하였으나 초산농도가 5%이상일 때는 감소하는 경향을 나타내었다. 이와 같은 결과에 따라 햄프씨드를 이용한 식초제조시 초산농도는 5% 이하로 제조하는 것이 바람직한 것으로 나타났다.
[표 5]
[표 6]
3) pH 변화에 따른 폴리페놀, 단백질 pH 성분
용해도 측정은 파쇄한 햄프씨드와 증류수 비율을 5 : 100(w/v) 으로 하고 1N-HCl 과 1N-NaOH용액으로 pH를 단계적으로 (pH 2.0, 4.0, 6.0 8.0, 10.0, 12.0) 조정한 다음 30℃, 100rpm에서 2시간 추출한 후 여지로 여과하였다.
각각의 용해도는 분리된 여과액에 함유된 단백질과 폴리페놀을 정량한 결과는 아래 [표 7] 및 [표 8]에 나타내었다.
pH 7에서의 폴리페놀함량 및 단백질함량을 기준으로 하여 각 pH에서의 함량을 비교하였을 경우 pH 2에서는 함량을 증가시켰다가 pH 가 증가함에 따라 감소한 후 알칼리에서는 용해도가 급격히 증가하는 것으로 나타났다.
[표 7]
[표 8]
3. 햄프씨드의 알콜발효에 대한 분석 결과
1) pH 및 총 산도
알콜발효에 사용한 효모 균주는 Saccharomyces cerevisiae를 사용했으며, 24시간 간격으로 시료를 채취하여 분석하였다. 증류수에 설탕을 첨가하여 당 농도가 10 Brix용액에 5% 분말화된 햄프씨드를 첨가한 용액의 알코올 발효과정 중 발효시간에 따른 pH 변화와 총 산도는 아래 [표 9] 및 [표 10]에서와 같다.
발효 시작 초기 pH는 6.06으로 나타났으며 발효 3일째 까지 4.56으로 감소하는 경향을 보였다. 이는 효모들이 대사과정 중 각종 유기산 등 부산물을 생성해 pH가 감소했다는 보고와 유사하였다.
산도의 경우 발효 초기 0.48%에서 알콜 발효가 진행됨에 따라 소폭 증가하는 경향을 나타내었으며 발효 3일째에 0.78%정도였다. 이 또한 pH의 감소와 효모 생육의 상관관계처럼 효모들이 총 산도에 영향을 주었을 것으로 사료된다.
[표 9]
[표 10]
2) Brix 함량 변화
효모균주는 Saccharomyces cerevisiae, Saccharomyces cerevisiae LP 두 종류를 사용했으며 발효초기 Brix(%)는 설탕을 첨가하여 당 농도를 10.0%로 조정한 용액에 분말화된 햄프씨드를 5%를 첨가하여 30℃에서 정치배양하며 알콜 발효시켰다.
알코올 발효의 당도 변화는 아래 [표 11]에 나타내었다. 알콜발효가 진행됨에 따라 지속적으로 당도가 감소하여 발효종료 지점인 96시간에서의 당도는 4.2%로 감소하였고, 발효 48시간까지 4.8%로 급격하게 감소하는 경향을 나타내었으나 발효 72시간에서 96시간까지 큰 변화는 나타나지 않은 결과를 나타내어 햄프씨드를 이용한 알콜발효는 발효 72시간에 완료됨을 나타내었다.
[표 11]
3) 환원당 함량 변화
환원당은 알코올 발효 기질로 이용되어 감미도에 영향을 주는 중요한 성분이 된다. 발효초기 Brix(%)는 설탕을 첨가하여 당 농도를 10.0%로 조정한 용액에 분말화된 햄프씨드를 5%를 첨가하여 30℃에서 정치배양하며 알콜 발효시켰다. 환원당 함량은 24시간 간격으로 시료를 채취하여 측정하여 알콜 발효기간에 따른 환원당 함량 변화는 아래 [표 12]와 같다.
발효 초기 환원당 함량은 급격히 증가하였으나 발효가 진행됨에 따라 효모 발효에 의한 당분의 소비로 지속적으로 감소하는 경향으로 나타내었다. 그러나 발효초기와 발효가 종료된 시점에서의 환원당 함량의 차이는 발효 초기 함량에 비하여 약 2배정도 증가하는 것으로 나타났다.
[표 12]
4) 알코올 함량
발효초기 Brix(%)는 설탕을 첨가하여 당 농도를 10.0%로 조정한 용액에 분말화된 햄프씨드를 5%를 첨가하여 30℃에서 정치배양하며 알콜 발효시켰다. 알콜 발효기간에 따른 알코올 함량 변화는 아래 [표 13]과 같다.
Saccharomyces cerevisiae는 산업용 알코올생산에 널리 사용되어지고 있으며, 효모발효에 의한 알코올 생성은 주로 포도당, 과당 등 당류에 의해 알코올, 이산화탄소로 변하는 혐기적 변화이다.
알코올 발효는 원활한 동일한 균주를 사용한 선행 연구와 마찬가지로 1일째에 알코올 농도가 1.3% 이상 도달한 것으로 나타났으며, 약 3일째에 발효가 종료됨으로 알코올 함량은 거의 변하지 않았다. 이는 발효초기 당도의 소비가 급격하게 이루어 졌으나 이후 당도의 감소가 서서히 진행되는 것과 유사한 결과로 생각되며 선행 연구와 일치하는 원활한 알코올 생성능을 나타냈다.
[표 13]
5) 총 폴리페놀 함량 및 단백질 함량변화
알코올 발효의 폴리페놀 함량 및 단백질함량은 아래 [표 14]에 나타냈다. 폴리페놀은 활성 산소를 안정화하는 항산화력을 가진 식품에 존재하는 화합물이며, 유익한 생리활성을 유도하는 물질로써 기능성 식품의 지표로 참고된다.
설탕을 첨가하여 당 농도를 10.0%로 조정한 용액에 파쇄한 햄프씨드를 20% 및 40%를 첨가하여 30℃에서 정치배양하며 알콜 발효를 시켰을 경우, 폴리페놀함량은 발효가 진행됨에 따라 증가하는 경향을 나타내었고 발효가 거의 종료되는 시점에서는 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 알코올 발효 시 고형분과 함께 발효시켰기 때문에 고형분에 함유된 폴리페놀 물질이 발효중에 용출되어 높은 값으로 측정되었을 것으로 사료됐다.
[표 14]
설탕을 첨가하여 당 농도를 10.0%로 조정한 용액에 분말화시킨 햄프씨드를 5%를 첨가하여 30℃에서 정치배양하며 알콜 발효를 시켰을 경우 폴리페놀함량 및 단백질함량은 아래 [표 15]와 같이 발효가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 나타내었다.
[표 15]
6) 햄프씨드 Lab scale 알콜발효 공정도
이와 같은 결과를 바탕으로 햄프씨드를 이용한 알콜 제조공정도는 아래 [그림 8]과 같다.
[그림 8]
4. 햄프씨드 추출물 초산발효에 대한 분석 결과
초산균은 절대호기성균으로서 에탄올을 아세트알데히드로 전환한 후, 이를 다시 초산으로 산화시킨다. 이에 따라 발효에 의한 식초제조를 위해서는 적당량의 알코올을 함유하고 있어야 한다. 그러므로 햄프씨드를 활용한 식초음료 제조방법으로는,
① 햄프씨드 추출액에 효모를 이용하여 알코올 발효를 통하여 생성된 알코올에 초산균을 이용하여 초산을 생성시키는 방법이 있고,
② 햄프씨드에 적당량의 알코올을 첨가한 후 초산균을 이용하여 초산을 생성시키는 방법이 있다.
이에 따라 본 실험에서는 위의 방법에 따라 초산생성 가능성을 검토하여, 햄프씨드를 활용한 식초음료제조를 위한 방안을 검토하였다.
1) pH 및 총 산도
초산 1% 및 알콜 6% (알콜 첨가량은 : 12㎖/200㎖) 첨가용액에 햄프씨드 분말 5% 첨가한 후, 초산균 접종한 후 30℃에서 210rpm에서 진탕배양하여 초산발효를 시켰다.
초산발효의 기간에 따른 pH와 총 산도의 결과는 아래 [표 16]에 나타냈다. pH는 초기 초산 첨가량을 1% 한 후 초산발효를 시킨 결과 초산발효가 진행됨에 따라 수치가 낮아지는 것을 확인하였으며, 발효개시 전 4.53에서 발효 3일 까지는 pH 저하현상이 뚜렷하게 나타났으며 3일 이후부터는 거의 변화하지 않고 3.70의 결과를 나타내었다. pH변화가 거의 일어나지 않은 발효 3일을 전후하여 초산발효가 대부분 완료되었다고 여겨진다.
[표 16]
이러한 pH 저하현상과반대로 식초의 산도는 발효의 진행과 더불어 에탄올, 당, 기타성분이 초산으로 변하면서 총산이 증가하였는데 이것을 [표 17]에 나타내었다.
초기산도는 0.96% 정도였는데 발효 초기 급격히 증가하였고, 발효 3일 후 초산 농도가 식품공전에서 고시한 초산 함량 규격 4.0~20.0 w/v에 적합한 5.4 %를 나타내었으며 이는 산도와 pH가 연관성이 있다는 보고와 일치했다.
[표 17]
2) 초산발효 중 환원당 함량변화
식초원료에 함유되어 있는 당분은 발효과정 중 초산균의 대사작용으로 대부분 산으로 변화되고 일부는 에너지원으로 이용된다. 그래서 초산발효 후 식초중의 당함량은 미량이며 식초의 감미와 산미의 조화에 관여한다.
초산 1% 및 알콜 6% (알콜 첨가량은 : 12㎖/200㎖) 첨가용액에 햄프씨드 분말 5% 첨가한 후 초산균 접종한 후 30℃에서 210rpm에서 진탕배양하여 초산발효를 시켰다.
초산발효의 기간에 따른 환원당 함량 변화는 아래 [표 18]과 같다. 발효 초기 0일의 환원당 함량은 1.046%로 나타났으며, 초산발효 초기에는 환원당 함량이 증가하였다가 초산발효가 진행됨에 따라 급격히 감소하는 경향으로 나타났다. 이것은 초산균이 발효시작에서부터 3일까지 발효액 중의 당을 효과적으로 초산발효에 이용하여 환원당은 발효 중반 이후로는 거의 소모된다는 것을 짐작할 수 있다.
[표 18]
3) 총 폴리페놀 함량 및 단백질 함량
초산 발효의 폴리페놀 함량은 아래 [표 19]에 나타냈으며, 초산 발효에서 폴리페놀 함량은 파쇄한 햄프씨드를 20% 첨가하여 초산발효시킨 것은 발효되면서 0.5192mg%에서 3.3876mg% 로 유의적으로 증가했으며, 아래 [표 20]과 같이 분말화 시킨 햄프씨드를 이용하여 초산발효시킨 것은 감소하는 경향을 나타내었다.
[표 19]
[표 20]
4) 단백질 함량
초산 발효에 의한 단백질 함량 변화는 아래 [표 21] 및 [표 22]에서와 같다.
[표 21]
[표 22]
5) 초산발효중 에탄올 함량변화
햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효의 기간에 따른 알코올 변화를 살펴 보면, 알코올 성분은 발효를 통해 초산으로 전환되는 물질이며 일반적으로 초산발효가 진행됨에 있어 알코올 함량은 4~8%로 보고되어 진다. AF-0.5, AF-1.0 시료군의 초기 알코올 함량은 8%로 나타났으며, 두 시료군의 알코올 함량은 초산발효가 진행 될수록 지속적으로 감소하는 경향으로 나타났으나, AF-1.0군의 경우 발효 8일에서 발효 14일의 알코올 함량은 변화가 없는 것으로 나타났다. 이는 AF-1.0이 발효 8일에서 발효 14일까지 산도변화가 거의 없는 것에 대한 이유로 나타난 결과로 판단된다.
에탄올이 식초산으로 전환되는 비율인 발효율은 이로넉으로는 에탄올 중량의 1.64배인 1.64배의 식초산이 생성되는데 실지로는 이론값의 88∼90%의 효율을 보이게 된다. 이러한 이유는 발효과정 중 에탄올의 증발과 식초산이외의 다른물질로 전환되기 때문이다.
초산발효에서 일반적으로 산생성에 저해받는 알콜농도는 6% 정도로 알려져 있다.
6) 추출에 사용된 용매
추출용매에 의한 유효성분의 추출효과를 조사하기 위하여 추출용매를 물, 6% 알콜, 1% 산용액, 6% 알콜과 1% 산을 함유하는 용매에 햄프씨드(파쇄)를 10% 각각 첨가하여 100rpm에서 2시간 추출 후 유효성분의 함량을 측정한 결과는 다음과 같다.
폴리페놀성분은 알콜로 추출하였을 경우 물 추출과 비교하였을 때, 아래 [표 23]과 같이 폴리페놀 성분 추출을 증가시켰으나 산에 의한 추출과 알콜과 산이 함유된 용매로 추출시 폴리페놀성분 추출효율은 감소하는 것으로 나타났다.
[표 23]
단백질 성분도 폴리페놀 성분의 추출효과와 같이 알콜로 추출하였을 경우 물 추출과 비교하였을 때, 아래 [표 24]와 같이 단백질 성분 추출을 증가시켰으나 산에 의한 추출과 알콜과 산이 함유된 용매로 추출시 단백질성분의 추출효율은 감소하는 것으로 나타났다.
[표 24]
상술된 바와 같은 본 발명의 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법에 의하면, 국내 햄프씨드의 가공 및 소비 분야에 기여하기 위해 생리활성 물질이 풍부하다고 보고되어 있는 햄프씨드를 주원료로 하여 햄프씨드추출액을 획득하고, 그 햄프씨드추출액을 효모균으로 알콜발효 한 다음, 초산균으로 초산발효시켜 초산발효액을 획득하여 소비자가 편하고 쉽게 휴대하면서 먹을 수 있는 액상 및 분말제품을 제조할 수 있게 된다.
이상에서 설명한 본 발명은, 도면에 도시된 일실시 예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 본 기술 분야의 통상의 지식을 가진 자라면 이로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시 예가 가능하다는 점을 명확히 하여야 할 것이다. 따라서, 본 발명의 진정한 기술적 보호 범위는 첨부된 청구범위에 의하여 해석되어야 하며, 그와 동등한 범위 내에 있는 모든 기술적 사상은 본 발명의 권리범위에 포함되는 것으로 해석되어야 할 것이다.

Claims (4)

  1. 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법을 구성함에 있어서,
    햄프씨드를 선별하여 세척 후 일정량으로 정량하고 난 후, 햄프씨드를 파쇄하는 단계(S1);
    상기 파쇄된 햄프씨드분말 100부피부에 대하여, 추출용매로서 물 400부피부와, 산 300부피부와, 알콜 300부피부를 혼합하여 햄프씨드추출혼합물을 형성한 다음, 상기 햄프씨드추출혼합물을 140∼160rpm의 조건으로 세팅된 교반기에서 3∼15℃의 온도로 24∼26시간 동안 진행한 후, Polypropylene filter를 이용하여 추출액을 여과하여 햄프씨드추출액을 획득하는 단계(S2);
    상기 햄프씨드추출액의 알콜발효를 위해 효모균(Saccharomyces cerevisiae) 균주로 주모를 준비하는 단계(S3);
    상기 햄프씨드추출액에 효모균(Saccharomyces cerevisiae)으로 된 주모를 혼합하여 알콜발효하는 단계(S4); 상기 햄프씨드의 알콜발효는, 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 YM broth(Yeast mold broth)에서 2일 동안 30℃에서 배양해 주모로 사용하되, 백설탕을 첨가하며 당도계로 당도를 측정해 10°brix로 된 설탕용액에 햄프씨드를 첨가한 후 파쇄하고, 배양시켜 둔 효모균(Saccharomyces cerevisiae)을 1%(v/v)로 접종해 30℃ 조건에서 배양시간 3일로 발효시킨 후 여과하여 알콜발효액을 획득토록 하고,
    상기 알콜발효액의 초산발효를 위해 초산균(Acetobacter aceti) 균주로 종초를 준비하는 단계(S5);
    상기 알콜발효액에 초산균(Acetobacter aceti)으로 된 종초를 혼합하여 초산발효하는 단계(S6); 상기 햄프씨드의 초산발효는, 햄프씨드 알콜 발효액 또는 알콜이 함유된 증류수에 파쇄한 햄프씨드를 첨가하고 초기산도를 5％로 조정한 후, 초산발효균을 접종하여 30℃에서 3일간 초산 발효시킨 후 여과하여 초산발효액을 획득토록 하는 것을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 S2단계에서, 상기 햄프씨드추출액의 여과 후 농축이 완료된 햄프씨드 추출물은 -80∼-82℃ Deep freezer에 선 동결 후 동결건조를 진행하고 난 후, -120∼-130℃의 Vaccum trap을 통하여 15∼17℃에서 24∼26시간 후 완전히 진공상태로 만든 다음, 기압이 최저로 떨어진 상태에서 추가로 48∼52시간 동안 동결건조를 진행하여 분말 제형으로 제조토록 함을 특징으로 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 효모균(Saccharomyces cerevisiae)은 YM(Yeast Mold) agar plate에서 30℃, 2일간 배양한 후 4℃에서 보관하면서 한 백금이를 200㎖ YM(Yeast Mold) broth가 들어있는 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종한 후, 30℃ 배양기 에서 2일간 정치 배양하여 주모로 사용토록 함을 특징으로 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 초산균(Acetobacter aceti)은 배양배지에서 30℃, 2일간 배양한 콜로니에서 한 백금이를 초산균 100중량부에 대해 Yeast Extract 0.5 중량부와, Glucose 0.5중량부와, MgSO4·7H2O 0.02중량부와, Ethanol 5.0중량부와, Acetic acid 1.0중량부가 혼합된 액상배지를 함유한 500㎖ Erlenmeyer flask에 접종하고 30℃, 진탕 배양기에서 2일간 210 rpm으로 진탕배양한 후 종초로 사용토록 함을 특징으로 하는 햄프씨드 추출물을 이용한 초산발효 방법.
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