본 연구에서는 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고, 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, pH 및 상대습도, 온도에 따른 젖산세균의 보호 효과를 알아보고자 하였다. 젖산세균 코팅 분말의 등온흡습곡선은 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 sigmoid형을 나타내었으나 시료간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 상대습도에 따라 20, 30, $40^{\circ}C$에서 저장하였을 때, 상대습도가 낮을수록, 저장 온도가 낮을수록 젖산세균의 생존율이 높았으며, 시료들 중 생강을 첨가하여 코팅한 젖산세균 분말의 생존율이 가장 높았다. 75%의 상대습도에서 $20^{\circ}C$와 $35^{\circ}C$에서 각 4주간 저장 실험한 결과, 코팅하지 않은 젖산세균은 1주 후 사멸한 반면, 코팅한 젖산세균은 유지되었으며 특히 생강을 첨가하였을 경우 젖산세균 보호 효과가 가장 높았다. 소화 모방 실험을 통해 위액의 낮은 pH에서 녹말 코팅의 보호막 효과를 확인하였다. 이를 통해 녹말로 코팅한 젖산세균 분말은 식품 조성물, 식품 첨가용 조성물로 이용 가능하다. 한편, 프로바이오틱스 제품 제조 시 젖산세균이 8-10 log CFU/g 이상 존재해야 하는데, 본 연구에서는 분무건조 후 약 7-8 log CFU/g로 다소 감소하였지만 이는 사료 조성물 또는 사료 첨가용 조성물로 응용이 가능하다고 생각된다.
본 연구에서는 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고, 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, pH 및 상대습도, 온도에 따른 젖산세균의 보호 효과를 알아보고자 하였다. 젖산세균 코팅 분말의 등온흡습곡선은 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 sigmoid형을 나타내었으나 시료간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 상대습도에 따라 20, 30, $40^{\circ}C$에서 저장하였을 때, 상대습도가 낮을수록, 저장 온도가 낮을수록 젖산세균의 생존율이 높았으며, 시료들 중 생강을 첨가하여 코팅한 젖산세균 분말의 생존율이 가장 높았다. 75%의 상대습도에서 $20^{\circ}C$와 $35^{\circ}C$에서 각 4주간 저장 실험한 결과, 코팅하지 않은 젖산세균은 1주 후 사멸한 반면, 코팅한 젖산세균은 유지되었으며 특히 생강을 첨가하였을 경우 젖산세균 보호 효과가 가장 높았다. 소화 모방 실험을 통해 위액의 낮은 pH에서 녹말 코팅의 보호막 효과를 확인하였다. 이를 통해 녹말로 코팅한 젖산세균 분말은 식품 조성물, 식품 첨가용 조성물로 이용 가능하다. 한편, 프로바이오틱스 제품 제조 시 젖산세균이 8-10 log CFU/g 이상 존재해야 하는데, 본 연구에서는 분무건조 후 약 7-8 log CFU/g로 다소 감소하였지만 이는 사료 조성물 또는 사료 첨가용 조성물로 응용이 가능하다고 생각된다.
Lactobacillus is a probiotic that suppresses the growth of pathogens while preventing constipation, diarrhea, and intestinal inflammation. However, various environmental conditions such as pH and temperature affect the growth of Lactobacillus. In this study, Lactobacillus plantarum was encapsulated ...
Lactobacillus is a probiotic that suppresses the growth of pathogens while preventing constipation, diarrhea, and intestinal inflammation. However, various environmental conditions such as pH and temperature affect the growth of Lactobacillus. In this study, Lactobacillus plantarum was encapsulated with starch using a spray dryer to protect the viability of the organism during storage and to increase its acid tolerance. The lower water activity and storage temperature resulting from this method influenced the survival of L. plantarum. In encapsulated Lactobacillus powders, viability of Lactobacillus was increased during storage at $20^{\circ}C$ relative to that of L. plantarum stored at $35^{\circ}C$ in the same water activity conditions. Furthermore, L. plantarum encapsulated in starch with ginger showed increased viability when compared to non-encapsulated L. plantarum stored without treatment. Finally, based on a simulated digestion test, encapsulated L. plantarum survived at a pH of 2, whereas the non-encapsulated L. plantarum did not. Thus, coating the encapsulated powder with these materials was effective in maintaining Lactobacillus viability.
Lactobacillus is a probiotic that suppresses the growth of pathogens while preventing constipation, diarrhea, and intestinal inflammation. However, various environmental conditions such as pH and temperature affect the growth of Lactobacillus. In this study, Lactobacillus plantarum was encapsulated with starch using a spray dryer to protect the viability of the organism during storage and to increase its acid tolerance. The lower water activity and storage temperature resulting from this method influenced the survival of L. plantarum. In encapsulated Lactobacillus powders, viability of Lactobacillus was increased during storage at $20^{\circ}C$ relative to that of L. plantarum stored at $35^{\circ}C$ in the same water activity conditions. Furthermore, L. plantarum encapsulated in starch with ginger showed increased viability when compared to non-encapsulated L. plantarum stored without treatment. Finally, based on a simulated digestion test, encapsulated L. plantarum survived at a pH of 2, whereas the non-encapsulated L. plantarum did not. Thus, coating the encapsulated powder with these materials was effective in maintaining Lactobacillus viability.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 동물 및 사람이 섭취하였을 때 위액의 낮은 pH를 견디며, 저장 및 유통 과정에서 이를 안정하게 보호하고자 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고자 한다. 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, 상대습도와 온도에 따른 젖산세균의 보호 효과를 알아보고자 한다.
본 연구에서는 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고, 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, pH 및 상대습도, 온도에 따른 젖산세균의 보호효과를 알아보고자 하였다. 젖산세균 코팅 분말의 등온흡습곡선은 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 sigmoid형을 나타내었으나 시료간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다.
따라서 본 연구에서는 동물 및 사람이 섭취하였을 때 위액의 낮은 pH를 견디며, 저장 및 유통 과정에서 이를 안정하게 보호하고자 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고자 한다. 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, 상대습도와 온도에 따른 젖산세균의 보호 효과를 알아보고자 한다.
제안 방법
녹말로 코팅한 젖산세균의 흡습 특성을 알아보고자 20, 30, 40℃의 온도에서 수분활성도에 따른 평형수분함량을 Fig. 1에 나타내었다. 일반적으로 대부분의 식품의 등온흡습곡선은 sigmoid 형을 나타내는데 본 연구에서도 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 형태로 corn starch 등과 같은 분말 식품에서 보고된 결과와 유사하였다(21).
초고속 균질기(ULTRA-TURRAX® T25, IKA® Labotechnik, Staufen, Germany)로 11,000 rpm에서 5분 동안 균질한 후 분무건조하여 분말화하였다. 분무건조는 160℃ 의 온도에서 0.7 m3/min의 분출 속도 (blower), 500 mL/h의 주입 속도(feeding rate) 및 200 kPa의 분사 압력(atomizing power)으로 실시하였다.
상대습도는 염화 리튬, 염화 마그네슘, 탄산 칼륨, 브로민화 나트륨, 염화 나트륨, 염화 칼륨의 포화 용액을 사용하여 항온기(HB-103M, Vision lab & instrument, Incheon, Korea)에서 각각 20, 30, 40℃로 유지하였다.
75%의 상대습도에서 20℃와 35℃에서 각 4주간 저장 실험한 결과, 코팅하지 않은 젖산세균은 1주 후 사멸한 반면, 코팅한 젖산세균은 유지되었으며 특히 생강을 첨가하였을 경우 젖산세균 보호 효과가 가장 높았다. 소화 모방 실험을 통해 위액의 낮은 pH에서 녹말 코팅의 보호막 효과를 확인하였다. 이를 통해 녹말로 코팅한 젖산세균 분말은 식품 조성물, 식품 첨가용 조성물로 이용 가능하다.
우리나라의 연평균 상대 습도인 약 75%의 환경에서 20℃와 35℃의 저장 온도에 따른 젖산세균 코팅 분말의 젖산세균 보호 효과를 알아보고자 4주간 저장 실험을 수행하였다. 저장한 젖산 세균 코팅 분말을 멸균 식염수로 현탁한 후 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 세균수를 측정하였다.
9 mL을 첨가하여 완전히 녹인 다음, 10분 동안 교반한 후 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 배양하였다. 이후 소장의 환경을 모방하고자 2 N 수산화 나트륨(NaOH) (Duksan Pure Chemical Co., Ltd.)를 이용하여 pH를 7로 보정한 후 시간에 따라 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 세균수를 측정하였다.
저장 온도, 상대습도 및 저장 기간에 따른 젖산세균 코팅 분말의 젖산세균 수를 측정하기 위해 멸균 식염수에 분말을 현탁하였고, 이를 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 37℃에서 24시간 동안 배양한 후 계수하였다.
우리나라의 연평균 상대 습도인 약 75%의 환경에서 20℃와 35℃의 저장 온도에 따른 젖산세균 코팅 분말의 젖산세균 보호 효과를 알아보고자 4주간 저장 실험을 수행하였다. 저장한 젖산 세균 코팅 분말을 멸균 식염수로 현탁한 후 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 세균수를 측정하였다.
젖산세균 코팅 분말의 모방 소화 실험을 수행하기 위해 pH 2인 위의 환경을 모방하고자 각 시료 0.1 g에 0.01 N 염산(HCl) (Duksan Pure Chemical Co., Ltd.) 9.9 mL을 첨가하여 완전히 녹인 다음, 10분 동안 교반한 후 MRS 고체 배지(Difco)에 도말하여 배양하였다. 이후 소장의 환경을 모방하고자 2 N 수산화 나트륨(NaOH) (Duksan Pure Chemical Co.
평형수분함량은 매 2시간 마다 꺼내어 데시케이터에서 30분간 방냉 후 무게를 측정하였고, 평형 상태에 도달할 때까지(±0.5 mg) 반복하는 단계적 측정 방법을 이용하였다.
녹말 50 g을 증류수 450 mL로 수화시킨 후 고압증기살균기(AC-11, Jeio-tech, Daejeon, Korea)를 이용하여 호화시켜 준비하였다. 호화된 녹말이 60℃로 냉각 된 후 젖산세균 현탁액 50 mL을 첨가하였고 1% (w/v) 감태(Ecklonia cava) 현탁액 50 mL 또는 1% (w/v) 생강 현탁액 50 mL을 각각 첨가한 후, 증류수를 이용하여 총 부피를 1,000 mL로 정량하였다. 초고속 균질기(ULTRA-TURRAX® T25, IKA® Labotechnik, Staufen, Germany)로 11,000 rpm에서 5분 동안 균질한 후 분무건조하여 분말화하였다.
대상 데이터
본 연구에서 사용한 균주 Lactobacillus plantarum은 (주)미래자원ML (Seoul, Korea)에서 제공받았으며 감태는 아쿠아그린텍(Jeju, Korea)에서 구입하였고, 생강은 경동시장(Seoul, Korea)에서 구입하였다. 상대습도를 설정하기 위한 포화 염 용액 제조에 사용한 염화 리튬(LiCl)과 염화 마그네슘(MgCl2)은 Daejung Chemicals & Metals co.
이론/모형
적정 저장 안정 수분함량인 단분자층 수분함량을 산출하기 위하여 다음과 같은 Brunauer-Emmett-Teller (BET) 식을 이용하였다.
성능/효과
일반적으로 대부분의 식품의 등온흡습곡선은 sigmoid 형을 나타내는데 본 연구에서도 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 형태로 corn starch 등과 같은 분말 식품에서 보고된 결과와 유사하였다(21). 20, 30, 40℃ 온도에서 감태 추출물을 첨가한 젖산세균 코팅 분말(L. plantarum encapsulated by starch with Ecklonia cava, S+E+L)의 평형수분함량이 가장 높은 것으로 나타났으며, 그 다음으로 생강 추출물을 첨가한 젖산 세균 코팅 분말(L. plantarum encapsulated by starch with ginger, S+G+L)의 평형수분함량이 높았다. 하지만 녹말 분말과 녹말만 넣은 젖산세균 코팅 분말의 평형수분함량은 유의적인 차이를 나타내지 않았다.
상대습도에 따라 20, 30, 40℃에서 저장하였을 때, 상대습도가 낮을수록, 저장 온도가 낮을수록 젖산세균의 생존율이 높았으며, 시료들 중 생강을 첨가하여 코팅한 젖산세균 분말의 생존율이 가장 높았다. 75%의 상대습도에서 20℃와 35℃에서 각 4주간 저장 실험한 결과, 코팅하지 않은 젖산세균은 1주 후 사멸한 반면, 코팅한 젖산세균은 유지되었으며 특히 생강을 첨가하였을 경우 젖산세균 보호 효과가 가장 높았다. 소화 모방 실험을 통해 위액의 낮은 pH에서 녹말 코팅의 보호막 효과를 확인하였다.
젖산세균 코팅 분말의 등온흡습곡선은 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 sigmoid형을 나타내었으나 시료간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 상대습도에 따라 20, 30, 40℃에서 저장하였을 때, 상대습도가 낮을수록, 저장 온도가 낮을수록 젖산세균의 생존율이 높았으며, 시료들 중 생강을 첨가하여 코팅한 젖산세균 분말의 생존율이 가장 높았다. 75%의 상대습도에서 20℃와 35℃에서 각 4주간 저장 실험한 결과, 코팅하지 않은 젖산세균은 1주 후 사멸한 반면, 코팅한 젖산세균은 유지되었으며 특히 생강을 첨가하였을 경우 젖산세균 보호 효과가 가장 높았다.
저장 온도에 관계없이 저장 1주 후 코팅하지 않은 젖산세균 분말(L)의 젖산세균은 사멸되어 검출되지 않았고, 녹말로 코팅한 젖산세균 분말(S+L)의 젖산세균은 35℃에서 저장 시 2주 후 검출되지 않았다. 생강을 첨가해 코팅한 젖산세균 분말(S+G+L)의 젖산세균 수도 저장 기간에 따라 감소하였으나, 다른 분말에 비해 가장 높은 생존율을 나타내었다. Kang과 Joo(25)의 연구에서 김치의 양념에 포함되는 생강이 젖산세균을 제외한 다른 유해한 미생물의 증식을 억제하며 젖산세균의 선택적 발효에 효과가 있다고 보고하였으며, 이는 생강 성분 중 페놀 화합물인 진제론(gingerone), 쇼가올(schogaol), 진제론(zingerone)에 의한 것으로 보고되었다(26).
또한 Ortakci와 Sert(28)의 연구에서 압출 코팅 방법으로 Lactobacillus acidophilus ATCC 4356를 캡슐화하여 인공적으로 제조한 위와 답즙의 환경에서 생균수를 측정한 결과, 위의 환경(pH 2)에서 120분 동안 배양했을 때 캡슐화한 세균은 약 62%가 생존한 반면, 캡슐화하지 않은 세균의 경우 60분이 되자 모두 사멸하였다. 이를 통해 젖산세균의 캡슐이 pH의 변화에 대해 안정성을 부여하여 세균의 보호막 역할이 가능함을 확인할 수 있다.
5에 나타내었다. 저장 온도에 관계없이 저장 1주 후 코팅하지 않은 젖산세균 분말(L)의 젖산세균은 사멸되어 검출되지 않았고, 녹말로 코팅한 젖산세균 분말(S+L)의 젖산세균은 35℃에서 저장 시 2주 후 검출되지 않았다. 생강을 첨가해 코팅한 젖산세균 분말(S+G+L)의 젖산세균 수도 저장 기간에 따라 감소하였으나, 다른 분말에 비해 가장 높은 생존율을 나타내었다.
본 연구에서는 분무건조법을 이용하여 젖산세균을 녹말로 캡슐화한 분말을 제조하고, 제조한 젖산세균 코팅 분말을 이용하여 다양한 수분활성도에 따른 평형수분함량을 측정하여 등온흡습곡선을 확립하고, pH 및 상대습도, 온도에 따른 젖산세균의 보호효과를 알아보고자 하였다. 젖산세균 코팅 분말의 등온흡습곡선은 수분활성도에 따라 평형수분함량이 빠르게 증가하는 sigmoid형을 나타내었으나 시료간의 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 상대습도에 따라 20, 30, 40℃에서 저장하였을 때, 상대습도가 낮을수록, 저장 온도가 낮을수록 젖산세균의 생존율이 높았으며, 시료들 중 생강을 첨가하여 코팅한 젖산세균 분말의 생존율이 가장 높았다.
6에 나타내었다. 코팅하지 않은 젖산세균(L)은 섭취시 위에서 머무는 10분 동안 위액의 강산(pH 2)에 의해 사멸되는 결과를 보인 반면, 젖산세균 코팅 분말(S+L, S+E+L, S+G+L)의 젖산세균은 약 5-6 log CFU/g로 감소하였다. 소화 과정에 따라 위를 거쳐 pH 7인 소장으로 가게 되는데 pH 7인 소장 환경에서 S+L와 S+G+L의 젖산세균은 그대로 유지되는 반면, S+E+L의 젖산세균은 소화 30분 후 약 4 log CFU/g로 감소하였다.
후속연구
이를 통해 녹말로 코팅한 젖산세균 분말은 식품 조성물, 식품 첨가용 조성물로 이용 가능하다. 한편, 프로바이오틱스 제품 제조 시 젖산세균이 8-10 log CFU/g 이상 존재해야 하는데, 본 연구에서는 분무건조 후 약 7-8 log CFU/g로 다소 감소하였지만 이는 사료 조성물 또는 사료 첨가용 조성물로 응용이 가능하다고 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
프로바이오틱스 생균제로 사용되는 것은?
프로바이오틱스는 숙주의 장내 미생물 균형을 향상시킴으로써 건강 증진 효과를 나타내는 활성 미생물 보충제를 의미하고, 프리바이오틱스는 이러한 세균의 성장을 돕는 영양분을 의미한다(1). 현재 프로바이오틱스 생균제로 사용되고 있는 것은 Bifidobacterium 속, Lactobacillus 속, Enterococcus 속 등이 있으며 이들의 면역조절 및 항암기능에 대한 연구들이 보고되고 있다(2,3). 그 중 Lactobacillus 균은 사람과 동물의 장내 환경 변화를 통해 E.
Lactobacillus 균의 효능과 활용되는 곳은?
coli 및 Salmonella 등의 병원균을 억제하여 장 질환 및 내인성 질병을 감소시키고, 장관 내에서 단백질, 비타민, 효소 등을 합성하며 영양소 소화율 개선 및 장관 면역 발달에 관여할 수 있다고 보고되어 왔다(4,5). 또한 변비, 설사, 장염의 개선 및 치료, 혈중 콜레스테롤 감소, 암예방, 정장작용 등의 효과로 인해 건강기능식품, 정장용 의약품으로 사용되고 있으며 항생제를 대신하여 사료 첨가제 등으로 널리 사용되고 있다(6,7).
프로바이오틱스란 무엇인가?
최근 들어 식품과 인체, 장내 미생물의 상관성 규명에 대한 관심이 증가함에 따라 프로바이오틱스(probiotics)와 프리바이오틱스(prebiotics)에 관련된 연구들이 증가하는 추세이다. 프로바이오틱스는 숙주의 장내 미생물 균형을 향상시킴으로써 건강 증진 효과를 나타내는 활성 미생물 보충제를 의미하고, 프리바이오틱스는 이러한 세균의 성장을 돕는 영양분을 의미한다(1). 현재 프로바이오틱스 생균제로 사용되고 있는 것은 Bifidobacterium 속, Lactobacillus 속, Enterococcus 속 등이 있으며 이들의 면역조절 및 항암기능에 대한 연구들이 보고되고 있다(2,3).
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