표고버섯 골목의 바이오에탄올 생산 자원으로서의 활용 가능성을 모색하고, 새로운 당화 공정으로 주목받고 있는 초임계수 가수분해 공정에 대한 기초 기술을 제공하기 위하여 버섯 골목으로 사용되는 상수리나무 정상재를 다양한 초염계수 가수분해 공정에 적용하고 분해산물의 분석을 실시하였다. 초임계수 가수분해 반응 시간 및 온도의 증가에 의하여 수용성 분해산물 및 비수용성 잔사의 색 진해짐, 분해율의 증가 그리고 비수용성 잔사의 결정화도가 증가하였다. 반응 압력의 증가는 낮은 반응 온도와 짧은 반응 시간 조건에서만 분해 산물의 색변화 및 분해율의 증가에 영향을 주었다 초염계수 가수분해는 반응 초기에 hemicellulose의 분해가, 반응 후기에는 cellulose 분해가 진행되었다. 반응 시간의 증가는 당화 수율을 향상시켰고 반응 온도의 증가는 $415^{\circ}C$까지는 당화 수율을 증가시켰지만 $415^{\circ}C$ 이상에서는 급격히 감소시켰다. 낮은 반응 온도조건에서 반응 압력의 증가는 당화 수율을 증가시컸지만, 높은 반응 온도 조건에서는 오히려 당화 수율을 감소시켰다. 확인된 당화 수율의 결과를 토대로 상수리나무 정상재의 최적 초엄계수 가수분해 조건은 $415^{\circ}C$, 23 MPa, 60초로 결정하였으며, 당화 수율은 2.68%로 확인되었다. 결정된 최적 조건에서 골목의 초임계수 가수분해를 실시한 결과 당화 수율이 3.58%로 정상재의 당화 수율보다 높았다. GC-MS를 이용한 수용성 분해산물의 분석 결과, 주요 분해 산물은 1,1'-oxybis-benzene과 1,2-benzendicarboxylic acid로 확인되었고, 낮은 분해율을 보인 반응 조건에서는 pentadecanoic acid, 14-methyl-heptadecanoic acid 등과 같은 지방산류가 공통적으로 검출되었다. 반응 온도 및 시간이 증가함에 따라 phenol, benzene류의 증가가 확연되었지만 비수용성 잔사에서는 반응 압력의 차이에 의한 분해 산물의 변화는 없었다. 비수용성 잔사의 성분 분석 결과 60.6~79.2%의 holocellulose를 함유하고 있었고, 산 촉매 가수분해에 의하여 49.2~67.5%의 당화 수율을 보여주었다. 희산을 이용한 수용성 분해산물의 2차 가수분해에 의하여 수용성 분해 산불 내 당화 수율이 큰 폭으로 향상되었다.
숙취해소효과가 우수한 제품을 개발하기 위하여, 약용식물 25종의 열수추출물에 대하여 in vitro에서 ADH와 ALDH의 저해 및 활성작용이 우수한 약용식물 12종을 선발, 일정 비율로 혼합한 약용식물 추출액에 대하여 발효를 행한 후 in vitro 및 in vivo실험을 통하여 숙취해소효과를 검토하였다, 그 결과, 감초 -0.3%, 갈근 -3.2%, 구기자 -1.7%, 맥문동 4.8%, 속새 8.3%, 오가피 3.5%, 및 지구자 -2.1%를 보여 지구자를 비롯한 7종의 추출물이 90%이상의 강한 저해활성을 보였고, ALDH활성에서는 오가피가 166.3%로 활성이 가장 촉진되었고, 뒤이어 구기자, 속새 및 백복령도 1.5배 이상의 활성을 촉진하였으며 이 외에 맥문동, 인진쑥, 작약, 차전초, 지구자, 홍삼 및 흑두에서도 효소활성을 촉진하는 것으로 나타나는 등 갈근을 포함하여 약 10여종의 약용식물에서 130%이상의 활성을 증가시키는 결과를 보여주었다. 12종으로 조성 혼합된 약용식물 추출물에서는 ADH활성이 -20.22%인데 비하여 추출발효액은 -62.63%정도 ADH저해활성이 높았으며, ALDH활성은 추출물에서는 173.20%이었으며, 추출발효액은 280.17%로 ALDH활성이 추출액보다 약 1.6배가 증가됨을 볼 수 있었다. 또한 흰쥐를 이용하여 약용식물 추출발효물의 숙취해소효과를 보기 위해 알코올 투여 후 시간에 따른 혈중 알코올과 아세트알데히드의 농도를 측정한 결과, 알코올 섭취 후 3시간 경과시 추출 발효물 400 mg/kg 처리군이 시판 숙취개선음료 처리군보다 24.1% 정도 우수한 효능을 보였고, 추출발효물 공급 3시간 경과 시부터 7시간까지 혈중 아세트알데히드의 감소폭은 추출 발효물 400 mg/kg 처리군에서 -65.1%로 시판 숙취개선음료를 공급한 군에서 -57.5%를 나타냈다.
본 연구에서는 탄수화물 주원료에 과일을 넣어 호화 및 가열과정을 거쳐 새로운 맛과 영양, 항산화능 효과가 향상되는 당화 과일죽의 조리법을 기본으로 한다. 죽의 기본 원료인 쌀가루에 당화과정을 거쳐 생성된 쌀 당화액(rice mash)과 남녀노소 누구나 수용성이 높은 과일 바나나를 0~45%를 넣고 제조한 당화 바나나죽의 품질 특성과 항산화성을 조사하였다. 바나나 첨가량을 0, 15, 30 및 45% 수준으로 첨가한 당화 바나나죽의 수분, 조회분, 조지방 및 조섬유는 그 첨가량에 따라 증가하는 경향이었다. 바나나의 첨가수준을 0~45%로 달리하여 제조한 당화 바나나죽의 pH는 6.58~5.23 범위로 바나나 첨가량이 많아질수록 유의적으로 감소된 반면(P<0.05), 총산도는 0.03~0.13 범위로 증가되었으나 유의적이지 않았다. 당화 바나나죽의 당도는 바나나 0~45% 첨가 수준에 따라 10.80~14.20으로 증가되었으나 유의적 차이는 없었다. 바나나를 0~45% 수준으로 첨가한 당화 바나나죽의 점도는 2683.3~1920.0 cP로서 바나나 첨가량이 많아질수록 상대적으로 점도가 낮아지는 경향이었다. 당화 바나나죽의 L값은 바나나 0~45% 첨가수준에 따라 75.69~49.82로 감소된 반면(P<0.05), a값과 b값은 각각 0.17~4.10, 9.09~10.47로 증가하였다(P<0.05). 바나나를 15~45% 수준으로 첨가한 당화 바나나죽의 유리당은 glucose, fructose, maltose, sucrose가 검출되었고, 총 유리당 함량도 바나나 첨가량에 따라 증가하는 경향이었다(P<0.05). 관능적 특성 조사 결과에서 바나나 15~45% 첨가구(BA15, BA30, BA45)는 바나나 무첨가구(BA0)보다 색, 향, 맛, 입안에서의 느낌, 조직감 및 전반적인 기호도가 좋았는데, 특히 바나나 30% 첨가구는 바나나 45% 첨가구와는 달리 맛 특성에서 유의적으로 높은 점수를 보였다(P<0.05). 바나나를 0~45% 수준으로 첨가한 당화 바나나죽의 total polyphenol 함량, DPPH 소거능 및 ABTS 라디칼 소거 활성은 바나나 첨가량에 따라 증가되는 경향이었다. 이상으로 물 대신에 쌀 당화액을 조리수로 이용한 당화 바나나죽은 탄수화물 중심인 쌀에 영양과 향미가 좋은 완숙 바나나를 최대 45% 수준까지 첨가하여 죽을 제조할 경우, 유리당, 당도, 관능적 특성 및 항산화능력이 향상되었다. 다만 관능적 특성상에는 최대 30% 수준에서 전체적 기호도가 좋았음을 확인하였으므로 향후 바나나를 비롯한 새로운 과일죽 제품개발에 기초자료로서 활용되기를 기대한다.
본 연구에서는 다양한 발효균 starter를 이용한 당화 혼합곡물 음료 개발의 가능성을 확인하고자 하였다. 혼합곡물의 수분 흡수 지수를 측정한 결과, 쌀 60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 나타났다. 7종의 균주와 2가지의 혼합 균주를 이용하여 제조된 발효균 starter의 당화력은 0.13~3.58 units/g으로 형성되었다. Starter를 이용하여 제조한 당화 혼합곡물 음료의 가용성 고형분($^{\circ}Brix$)은 당화가 진행되는 동안 증가하는 것이 관찰되었고, 15시간 동안 당화를 진행하는 것이 효율적인 것으로 평가되었으며, C sample에서 $17.55{\pm}0.05$로 가장 높게 관찰되었다. 수분 함량은 77.9~80.7%로 높게 나타났으며, 조단백질, 조지방, 조회분 함량은 3.7~7.5%, 0.37~0.97%, 1.81~7.47%로 다양하게 나타났다. 음료의 점도를 측정한 결과, 60~528.3 CP로 다양하게 나타났다. 또한 음료의 유리아미노산을 측정한 결과, 아르기닌과 필수 아미노산이 다양하게 함유되어 있는 것으로 나타났다. 그 중 G sample에서 필수 아미노산으로 알려진 루신, 이소루신, 발린, 트레오닌과 단맛을 나타내는 알라닌, 라이신, 세린의 함량이 다른 당화 음료보다 높게 분석되었다. 이와 같은 결과는 발효균 starter가 가지는 고유의 효소 활성에 따라 나타난 것으로 예상된다. 이와 같이 Aspergillus oryzae CF1003, Asp. acidus KACC46420, Rhizopus delemar KACC-46149, Rhz. oryzae KACC45714, Rhz. oryzae KACC46148, Asp. oryzae CF1001, Asp. acidus CF1005의 7가지 균주 각각을 이용하여 제조한 starter와 이 균주들을 혼합한 starter를 이용한 당화물의 제조에 관한 기초 자료와 일반 성분을 검토함으로써 혼합곡물을 이용한 기능성 식품 개발을 위한 기초 자료를 제시하였다.
억새의 식물학적인 분류 및 형태, 선진국의 억새 육종, 재배 및 이용 현황 그리고 우리나라의 억새 연구성과 등을 고찰함으로서 향후 우리나라 에너지 자급율 제고를 위한 억새 연구방향을 제시하고자 국내외 연구결과를 요약하면 다음과 같다. 억새속 식물에는 17개종이 존재하는데 이 중 바이오 에너지용으로 중요한 종은 한국 등 동아시아가 원산인 참억새(M. sinensis)와 물억새(M. sacchariflorus) 그리고 이들 두 종의 종간 교잡종인 3배체 억새(M. x giganteous) 등이다. 여러 가지 에너지작물 중 억새는 연간 바이오매스 수량이 많고 저온, 염해, 습해 등 열악 환경 적응성과 질소이용효율이 우수하며 에너지 산출/투입 수지가 가장 높고 지상부 줄기와 땅속줄기에 다량의 탄소를 저장하기 때문에 탄수수지가 가장 높다. 유럽, 미국 및 캐나다 에서는 1930년대부터 일본으로부터 3배체 억새를 도입하여 연료용 펠릿 생산, 열병합발전, 양액재배 배지, 건축자재 및 강화 플라스틱 원료로 이용한다. 현재 재배되는 3배체 억새 단점보완을 위한 품종육성연구와 사탕수수와 억새교잡종인 "Miscane" 육성 연구가 진행되고 있다. 우리나라에서는 2007년 억새 유전자원 수집이 착수된 이후 2009년에 바이오매스 수량이 많은 "거대억새1호"와 억새를 증식효율을 높일 수 있는 "억새대량증식방법"을 개발하였다. 향후 우리나라 억새산업 발전을 위해서는 분자육종 등 새로운 육종기법을 활용하여 우리나라뿐만 아니라 해외에서도 재배할 수 있는 우량 신품종을 육성하는 한편 바이오매스의 전처리, 당화 및 발효 등 셀룰로오스계 에탄올 생산공정에 관한 연구도 강화해야 할 것이다.
쌀을 이용한 기능성 식품개발을 위하여 쌀전분에서 직접 발효가능한 amylolytic Bifidobacterium을 한국인에서 분리하여 쌀발효를 통한 bifidus발효식품을 개발 하고자 하였다. 한국인 38명으로부터 한천배지에서 amylolytic Bifidobcterium 18균주를 선발하였고 이중 amylase 활성이 높은 4균주를 최종선발하였다. Bif. sp. FBD-12는 세포외 amylase역가가 0.17 U/mg였고 세포내 역가는 1.8 U/mg로 가장 우수한 균이었다. 그리고 이중 Bif. sp. FBD-12, Bif. sp. FBD-16, Bif. sp. FBD-17은 산에 대한 내성이 강했으나 Bif. sp. FBD-6는 내산성이 비교적 약해 pH 5.0배지에서의 생육이 대조구의 $10^2$로 감소하고 있었다. 이들을 이용하여 쌀을 발효한 결과 초기균수 $10^6\;CFU/mL$에서 $10^9\;CFU/mL$까지 생육이 잘 이루어지고 있음을 알았다. 발효물의 기호와 기능을 제고하기 위하여 배지환원제인 cysteine대신 ascorbic acid를 0.1%첨가했을 때 같은 생육효과를 보여 주었으며 분리대두단백첨가 쌀배지에서 발효시켰을 때 3%첨가시가 가장 좋았다. 쌀배지에 0.1%의 ascorbic acid와 3% 분리대두단백을 첨가하여 발효시켰을 때 발효가 빨리 일어나 초기 $10^7\;CFU/mL$에서 12시간만에 $10^9\;CFU/mL$까지 증가하였고, pH는 초기 6.5에서 3.8로 저하되었다. 산도도 $0.8{\sim}1.0%$로 증가하였으며 환원당도 증가하였는데 Bif. sp. FBD-6은 2mg/mL에서 15.5 mg/mL이 생성되어 cysteine만을 첨가했을 때에 비해 현저히 향상된 발효특성을 보여주었다. 발효물에 대한 관능검사결과 Bif. sp. FBD-12에 의한 발효물은 기호도가 양호하게 나타나 Bifidobacterium에 의한 쌀식품개발에 대한 가능성을 제시해주고 있다.
건강식품으로서의 각광을 받고 있는 표고버섯을 이용하여 적절한 가공방법을 모색하여 고부가가치를 갖는 식품으로 개발을 하고자 표고버섯 추출액을 첨가하여 조청을 제조하고 여러 가지 실험을 행한 결과 다음과 같은 결과를 얻었다. 표고버섯 추출액을 당화액에 일정 비율로 첨가하여 졸이기를 한 조청의 일반성분은 조단백질, 회분과 조지방 함량은 거의 변화가 없었으며, 탄수화물 함량은 감소하였다. 무기성분의 경우 무첨가구가 2,642.34 mg/kg, 추출액을 7:3의 비율로 첨가한 첨가구가 1,916.03 mg/kg, 5:5첨가구는 2,674.24mg/kg, 3:7 첨가구가 2,558.35mg/kg으로 버섯 추출액 첨가량에 따른 변화는 관찰할 수 없었다. 시료별 유리당 함량은 maltose > glucose > fructose 순으로 분석되었으며 표고버섯 추출액의 첨가 수준이 높아질수록 유리당 함량은 증가하였고, 아미노산 분석 결과 총 17종의 아미노산이 검출되었는데, 가장 많이 함유된 아미노산은 glutamic acid이었으며, 그 외 성분은 함량이 조금씩 차이를 보였다. 조청의 지방산 조성은 무첨가구의 경우 linoleic acid가 $23.8\%$로 가장 높은 비율을 차지하였고, palmitic acid$(22.3\%)$, oleic acid$(19.0\%)$, myristic acid$(14.2\%)$와 caproic acid$(9.4\%)$ 순이었으며 버섯 추출액을 첨가한 시료의 경우 그 양상이 다양하게 분석되었으며, 포화지방산(SFA)과 불포화지방산(USFA)의 비율도 변화가 없었다. 조청의 pH를 측정한 결과 $5.5\~5.7$로 시료간 차이를 보이지 않았으며, 환원당의 경우 무첨가구가 $40.38\%$, 당화액과 추출액의 혼합비가 7:3인 시료는 $39.94\%$, 5:5 첨가구는 $39.16\%,\;3:7$첨가구의 경우 $44.70\%$로 나타나 무첨가구에 비해 큰 차이를 보이지 않았으며, 단지 3:7 첨가구만이 다소 높은 결과를 보였다. 또한 점도와 고형분 함량은 무 첨가구가 각각 $132{\times}10^3$ cps와 $74.32\%$, 당화액과 추출액의 혼합비가 7:3인 첨가구가 $27.6{\times}10^3$cps와 $64.96\%$, 5:5 첨가구가 $25.6{\times}10^3$cps와 $60.90\%$, 3:7 첨가구가 각각 $21.9{\times}10^3$cps와 $55.19\%$로 첨가량이 증가하면서 두 항목 모두 크게 감소하는 결과를 보였다. 색도를 분석한 결과 L값, a값, b값 모두 표고버섯 분말 함량이 증가하면서 감소하였고, 모든 처리구에서 기존 무첨가구와 극히 현저한 차이를 보이는 것으로 나타났다. 시료별 관능검사 결과에서 색 (color), 먹을때의 느낌 (chewiness)과 단맛(sweetness)의 경우 무첨가구와 모든 처리구가 유의적인 차이를 보였으며, 향미 (flavor)와 전반적인 기호도(overall acceptability)에서 당화액과 추출액의 혼합비가 7:3인 시료구만이 무첨가구와 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이러한 결과로 보아 표고버섯 추출액을 당화액에 첨가하여 조청을 제조할 경우 적정 첨가 수준으로 당화액과 추출액의 비가 3:7의 범위를 넘지 않아야 버섯의 장점을 살리면서 기존 조청의 특성을 변화시키지 않는 제품을 제조할 수 있을 것으로 보인다.
담수조류인 그물말 (Hydrodictyon reticulatum, HR)의 실용적 당화조건 확립을 위해 산 가수분해 방법으로서 one-step acid hydrolysis과 two-step acid hydrolysis, 그리고 산가수분해 후 효소가수분해를 병행하는 combined hydrolysis를 검토하였다. One-step acid hydrolysis의 경우, $120^{\circ}C$에서 HR 4% 고형분을 2% 황산 용액에 넣어 1시간 동안 반응시킬 경우가 적정하였다. Two-step acid hydrolysis의 적정조건은 1차 가수분해시 HR 건조중: 72% 황산을 1 g : 1.5mL로 하여 $60^{\circ}C$에서 1시간 반응시킨 다음, 증류수 23.5 mL를 첨가하고 $120^{\circ}C$에서 1시간 가수분해시키는 것이었다. Combined hydrolysis의 경우, 2% 염산에 25%의 HR 고형분을 넣고 $120^{\circ}C$에서 1시간 반응시킨 후, citrate buffer로 4% 고형분 함량이 되도록 희석하고 E1+E2 효소를 각각 1+0.2 mL g $DM^{-1}$ 수준으로 첨가하여 $50^{\circ}C$에서 1~2일 동안 반응시키는 것이 바람직하였다. Glucose 생성량, 발효억제물질(HMF, furfural) 생성량, 강산 사용제한 등을 종합적으로 감안할 때, combined hydolysis가 보다 유용할 것으로 판단되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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서비스 이용으로 발생한 분쟁에 대해 소송이 제기되는 경우 민사 소송법상의 관할 법원에 제기합니다.
[부 칙]
1. (시행일) 이 약관은 2016년 9월 5일부터 적용되며, 종전 약관은 본 약관으로 대체되며, 개정된 약관의 적용일 이전 가입자도 개정된 약관의 적용을 받습니다.