초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
□ 잡곡발효음료의 품질향상방법 개발
1) 균주별 액체배양 특성
양조용 곰팡이 12균주에 대하여 WEB(wheat extract broth), PDB(potato dextrose broth),MEB(malt extract broth) 배지에서의 배양특성 및 전분분해 효소 활성을 조사하였다. PDB 배지에서의 균체 생산량은 1.26(R. oryzae KACC 45741)∼4.80(A. oryzae KACC 46959) g/100 mL로 WEB, MEB 배지보다 각각 2.3∼9.2배, 1.7∼14.6배

Ⅳ. 연구개발결과
□ 잡곡발효음료의 품질향상방법 개발
1) 균주별 액체배양 특성
양조용 곰팡이 12균주에 대하여 WEB(wheat extract broth), PDB(potato dextrose broth),MEB(malt extract broth) 배지에서의 배양특성 및 전분분해 효소 활성을 조사하였다. PDB 배지에서의 균체 생산량은 1.26(R. oryzae KACC 45741)∼4.80(A. oryzae KACC 46959) g/100 mL로 WEB, MEB 배지보다 각각 2.3∼9.2배, 1.7∼14.6배 낮았다. A. oryzae의 경우, 상업유통 균주인 Suwon, CF1001, CF1003 균주들이 야생균주인 KACC 46421, KACC 46423, KACC 46424, KACC 46959보다 건조 균체량이 높았다. Rhizopus sp.의 산 생성량은 WEB, PDB, MEB 배지에서 각각 0.12∼0.47, 0.22∼1.0, 0.16∼0.68% (as lactic acid)이었으며, A. oryzae는 0.06∼0.11, 0.03∼0.04, 0.06∼0.08%(as citric acid) 범위이었다. 전분분해 효소 활성은 Rhizopus sp.의 경우, R. delemer KACC 46419 균주만 WEB와 MEB에서 각각 0.013 U, 0.019 U의 활성을 보인 반면, A. oryzae의 효소 활성은 WEB, PDB, MEB 배지에서 각각 0.019∼0.037, 0.017∼0.033, 0.028∼0.046 U 범위였다.
2) 균주별 고체배양 특성
야생균주 대부분이 포자를 생성하였다. pH는 A. oryzae가 5.06∼6.36으로 가장 높았고, A.acidus는 총산함량이 2.48%로 Rhizopus sp. (0.72∼0.97%)와 A. oryzae(0.11∼0.22%)에 비하여 10배 이상 높게 나타났다. 가용성 고형분 함량은 A. oryzae가(2.17∼3.87 °Brix) 가장 높게 나타났다. 환원당함량은 A. acidus KACC 46420에서 654.74 mg/g으로 가장 높게 나타났다.
전분분해 효소활성에서 Rhizopus sp.는 모든 균주에서 활성이 관찰되지 않았다. 이와 반대로, A. oryzae는 5.13∼7.02 mm로 가장 높았으며, A. acidus의 비하여 최대 1.5배 정도 차이가 났다. 당화력은 A. oryzae KACC 46959(3.03 U), 46424(2.99 U), CF1001(2.74 U)순으로 나타났고, A. acidus는 Rhizopus sp.보다 최대 30배정도까지 높게 관찰되었다. Rhizopus sp.의 α-amylase활성은 관찰되지 않거나, 매우 낮은 활성을 나타냈다. A. oryzae는 A. acidus보다 최대 1.6배 정도 높은 α-amylase활성을 보여 가장 높게 나타났다. 위의 결과를 바탕으로 효소활성이 높았던 A. oryzae CF1001, CF1003, KACC 46959, 46421 및 A. acidus KACC 46420를 대상으로 잡곡음료를 만들었으며, 그 결과 A. oryzae CF1001 균주가 선호도 평가에서 높게 나타났다.
3) 잡곡의 품종 선정
잡곡 품종별 일반성분 함량은 수수 품종 중에서 동안메수수 10.24%, 황금찰 10.62%, 조 품종 중 삼다메 8.28%, 노란차조 11.39%로 찰 품종에서 단백질 함량이 높게 나타났다. 전분분해율은 동안 메수수 74.71%, 황금 찰수수 76.86%, 삼다메 63.71%, 노란차조 81.85%, 만홍찰 80.64%, 이백찰 83.43%로 나타났으며, 가용성 고형분 함량은 동안 메수수가 11.77 °Brix, 황금 찰수수는 12.00 °Brix, 삼다메는 10.07 °Brix, 노란차조 13.00 °Brix, 만홍찰은 12.57 °Brix,이백찰은 13.33 °Brix로 나타났다. 음료의 유기산 분석결과 lactic acid의 함량이 38.218-68.042 mg%로 모든 품종에서 lactic acid의 함량이 가장 높았다. 총 유기산의 함량은 메수수가 가장 높았고, 품종별 총 유기산의 함량은 수수에서는 메수수(94.918 mg%)가 높고, 조에서는 노란차조(91.124 mg%)가 높았으며, 기장에서는 만홍찰(65.202 mg%)이 더 높게 관찰되었다. 당 성분별로는 glucose의 함량이 가장 높게 검출이 되었고, maltose,isomaltose순으로 나타났다. 품종별로는 총 유리당 함량이 황금찰(8782.51 mg%)에서 높게 나타났고, 조에서는 노란차조(9341.49 mg%)가 높게 나타났고, 기장에서는 이백찰(10115.98 mg%)이 높은 것으로 관찰되었다.. 관능평가 결과 수수 품종에서는 황금찰이(3.5 point), 메수수(3.3 point)보다 높았고, 조 품종에서는 노란차조가(3.5 point), 삼다메(3.0 point)보다 높은 결과를 나타냈다. 또한 기장 품종에서는 이백찰이(3.6 point), 만홍찰(3.2 point)로 전체 찰품종이 메품종보다 높은 결과를 나타냈다.
4) 풍미증진
로스팅에 의해 색도가 변하였으나 acrylamide는 검출되지 않았고 전체적인 기호도가 수수는 44.4%, 조는 69.7%, 기장은 54.1% 상승하였다. Protease 첨가에 의해서 총산함량이 증가하였다.
Tannase처리는 tanin함량을 감소시키지 못하였으나 amylase 참가에 의해서 관능평가 점수가 3점에서 3.9-6.0점으로 상승하였다. 고합균질처리에 의하여 고형분의 침전속도가 시간당 1.51mm에서 0.047mm로 부유안전성이 개선되었고 전체적인 기호도가 2.60에서 4.53으로 향상되었다.
살균온도의 증가에 따라서 색도의 변화가 관찰되었으나 폴리페놀 및 비타민 함량은 감소되지 않았다.
□ 잡곡발효음료의 품질향상방법 개발
1) 잡곡발효음료의 대량생산 모델 개발
다양한 발효 균주를 이용한 잡곡발효음료 개발의 가능성을 확인하고자 7종의 균주와 2가지의 혼합균주를 이용하여 잡곡발효물을 제조하였다. 중심합성실험계획법에 의해 당화온도 50.71℃,호화시간 45.12분이 최적 당화조건으로 선정되었으며, 당화온도가 호화시간에 비하여 Brix% 증가에 더 많은 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 혼합곡물의 수분흡수지수를 측정한 결과, 쌀60분, 차조 120분, 기장 120분, 메밀 120분, 수수 180분으로 나타났다. 7종의 균주와 2가지의 혼합균주를 이용하여 제조된 발효균 starter의 당화력은 0.13~3.58 units/g으로 형성되었다.
Starter를 이용하여 제조한 당화혼합곡물음료의 가용성 고형분(Brix%)은 당화가 진행되는 동안 증가하는 것이 관찰되었고 20시간동안 당화를 진행하는 것이 효율적인 것으로 평가되었으며, C sample에서 17.55±0.05로 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. 이와 같은 결과는 발효균 starter가 가지는 고유의 효소 활성에 따라 나타난 것으로 판단된다. 잡곡당화음료의 휘발성 향기성분은 33가지 동정성분과 29가지의 미지 성분이 분석되었다.
2) 잡곡발효음료의 기능성 평가
소장 내 당흡수와 관련된 α-glucosidase 활성억제능은 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다. HepG2 세포의 glucose uptake 활성을 확인한 결과, 인슐린에 관계없이 glucose uptake 가 증가하였으며, 관련 단백질인 GLUT-2, -4의 발현 또한 증가하는 것으로 나타났다. 세포 내 당소모대사 관련 효소인 GK와 PDH도 증가하는 것으로 나타났으며, 잉여로 남은 glucose를 지방으로 전환 저장하는 ACL, ACC 유전자도 증가하는 것으로 나타났다. 이를 통해 잡곡당화음료가 glucose uptake와 세포 내 당소모대사 증가를 도우며, 남는 glucose를 지방으로 전환 저장시키는데 도움을 줄 것으로 사료된다. 색도는 비교적 밝으며 붉은색보다는 노란색이 더 많이 측정되었다. 관능검사 결과, 종합적으로 C와 G, H가 상대적으로 높은 평가를 받았으며, 제조된 잡곡발효물의 세포독성은 10,000 ppm까지 관찰되지 않았다. 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량에서 총 폴리페놀은 7.51~7.94 mg/g으로 모든 잡곡발효물에서 유사한 함량을 나타냈으나, 플라보노이드 함량은 C 샘플에서 15.62mg/g으로 가장 많은 것으로 나타났다. 또한 잡곡발효물의 항산화 활성을 조사한 결과, 전자공여능에서는 C 샘플에서 4.48%로, 환원력에서는 G샘플이 0.247로 가장 높았으며, SOD 유사활성 측정에서는 E를 제외한 모든 샘플에서 농도 비례적으로 활성이 증가하였고, F 샘플 10,000 ppm에서 55.15%로 가장 높은 활성을 나타내었다.

Abstract ▼

1) Quality improvement
In this study, twelve strains of brewing fungi were individually cultivated on wheat extract broth (WEB), potato dextrose broth (PDB) and malt extract broth (MEB) in order to determine the microorganism with good culture characteristics as well as with amylolytic activity.

1) Quality improvement
In this study, twelve strains of brewing fungi were individually cultivated on wheat extract broth (WEB), potato dextrose broth (PDB) and malt extract broth (MEB) in order to determine the microorganism with good culture characteristics as well as with amylolytic activity. The strain cultured in PDB exhibited mycelia production from 12.6 g/L (Rhizopus oryzae KACC 45714) to a maximum of 48.0 g/L (Aspergillus oryzae KACC 46959), which was 2.3∼9.2 times lower than that of the strain cultured in WEB and 1.7∼14.6 times lower than that of the strain cultured in MEB. According the results, we found that the commercial strains of A. oryzae Suwon, CF1001 and CF1003 had a higher dry cell mass than the wild-type strains KACC 46421, 46423, 46424 and 46959. For Rhizopus sp., the acidity levels in WEB, PDB and MEB were 0.12∼0.47%, 0.22∼1.0% and 0.16∼0.68% (equivalent lactic acid concentration) respectively. For A. oryzae, the acidity levels were 0.06 ∼0.11%, 0.03∼0.04% and 0.06∼0.08% (equivalent lactic acid concentration), respectively.
Amylase enzyme from Rhizopus delemar KACC 46419 exhibited an enzyme activity of 0.013 U and 0.019 U in WEB and MEB cultures, respectively. The enzyme activity of the amylase enzyme from A. oryzae was 0.019∼0.037, 0.017∼0.033 and 0.028∼0.046 U in WEB, PDB and MEB cultures, respectively.
The inoculated koji to observed with starter fungi that were activated by liquid culture.
Most of wild strain produced spores. The enzyme activity of all strains of Rhizopus sp. was not detected. whereas the enzyme activity contents of A. oryzae showed highest ranges of 5.13∼7.02mm, that was showed maximum 1.5 times in A. acidus. The saccharification power indicated that A. oryzae was observed high in order of KACC 46959 (3.03 U), 46424 (2.99 U), and CF1001 (2.74 U). Also, A. acidus was showed maximum 30 times higher than Rhizopus sp.. The result of α-amylase of Rhizopus sp. was not detected or very lower. A. oryzae was showed 1.6 times higher than A. acidus. The select the best MEB culture was incubated strains, after the enzyme activity and overall liking score of A. oryzae (CF1001) was showed highest in koji. The result of composition analysis of quality characteristics by various grains species showed the highest starch hydrolysis, Brix and total sugars in Hwang-gum chal, Yellow-chajo, Lee-baek chal, also which showed the highest sensory evaluation.
While the color was changed, but acrylamide was not detected and the overall acceptability of beverage increased(sorghum 44.4%, Italian millet 69.7% and hog millet 54.1%) by roasting. Protease was increased acidity of beverage. Tannase treatment did not reduce tanin. Amylase lead to increasement of the sensory evaluation score from 3 to 3.9~6.0. High pressure homogenization was increased suspension stability of beverage’s solid and overall acceptability(from 2.60 to 4.53). The color was changed depend on sterilization temperature, while the polyphenol and vitamin content was not reduced.
2) Mass production
The purpose of this study was to evaluate the functional characteristics of fermented mixed grain beverages obtained by using different microbial species, and establish the production conditions through the optimization of the production process of fermented mixed grain beverages. The optimum condition was selected using the response surface methodology (RSM), through a regression analysis with the following independent variables; the gelatinization temperature, saccharogenic time and dependent variable; ΔE value (y). It was found that the condition with the lowest ΔE value occurred with combined 45 min (saccharogenic time) and 50 ℃ (gelatinization temperature). Various fermented mixed grain beverages were prepared by the fermentation of Aspergillus oryzae CF1003 (A), Asp. acidus KACC46420 (B), Rhizopus delemar KACC46149 (C), Rhi. oryzae KACC45714 (D), Rhi. oryzae KACC46148 (E), A-E mixed strains (F), Asp. oryzae CF1001 (G), Asp. acidus CF1005 (H) and A+H mixed strains (I), and the visual appearance, flavor, taste and the antioxidant capacity of each fermented beverage was assessed. Firstly, the chromaticity and aesthetic quality of the fermented beverage was measured; all the fermented beverages appeared yellow. Among them, the C-, G-, H- and I-fermented beverages were assigned scores of 3.319, 3.206, 3.170 and 3.025 points, respectively, following a sensory evaluation, while the others were assigned less than 3 points.
The cytotoxicity of these beverages was evaluated using the commercially available Cell Counting Kit (CCK-8). Cytotoxicity was not observed at the various concentrations (3,000, 5,000 and 10,000 ppm) tested in our experiments. The polyphenol contents of the different beverages were similar, while their flavonoid content differed significantly. In particular, the flavonoid contents of the C- and E-fermented beverages was significantly higher that of the other beverages.
Although the electron donating ability and reducing power of the fermented beverages was very low, SOD-like activity in all beverages (with an exception of the E-fermented beverage) was observed to increase in a concentration-dependent manner. Specifically, the SOD-like activity of F at 10,000 ppm was measured as more than 50%. Interestingly, the antioxidant activity of the beverages was not related to their polyphenol or flavonoid level. Furthermore, the study indicates that the aesthetic quality of G- and H-fermented beverages was the highest and this was completely independent of their antioxidant capacity. The saccharogenic power of strains was higher in Sample F and G. The soluble solid (Brix%) of saccharogenic mixed grain beverages were the highest on Sample C. The moisture, crude protein, crude lipid, and crude ash content of various saccharogenic mixed grain beverages showed a range of 77.9~80.7%, 3.7~7.5%, 0.37~0.97% and 1.81~7.47%, respectively.
The viscosity of various saccharogenic mixed grain beverages were a range of 60~528(cp) The free amino acid contents of saccharogenic mixed grain beverages were range of 347~1,352 μg/ 100 g, respectively. The volatile compounds were analyzed quantitatively by GC-MS. Assessment of antidaibetes activity of saccharogenic mixed grain beverages was determined by measurement of α -glucosidase inhibition activity, and glucose uptake activity and glucose metabolic protein expression by reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and western blot analysis. Results of volatile compounds analysis, 62 kinds of volatile compounds were detected in saccharogenic mixed grain beverages. Palmitic acid (9.534% ratio), Benzaldehyde (8.948% ratio), Benzyl ehtyl ether (8.792% ratio), ethyl alcohol (8.35% ratio) and 2-amyl furan (4.826% ratio) were abundant in saccharogenic mixed grain beverages. In terms of functional, we have confirmed that α-glucosidase inhibition activity, glucose uptake activity and glucose-metabolic proteins were upregulated by treatment of saccharogenic mixed grain beverages according to concentration dependent manner.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 8
• 목차 ... 11
• 제 1 장 서 론 ... 12
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 14
• (1) 국내 연구 현황 ... 14
• (2) 국외 연구 현황 ... 14
• 제 3 장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 16
• Ⅰ. 누룩미생물을 이용한 잡곡발효음료의 품질개선 ... 16
• 제1절 잡곡발효음료 제조용 균주선정 ... 16
• 제2절 쌀누룩을 이용한 잡곡발효음료의 품질특성 ... 26
• 제3절 잡곡발효음료의 품질향상 방법 탐색 ... 38
• Ⅱ. 잡곡발효음료의 대량생산기술 개발 및 기능성 탐색 ... 47
• 제 1절 잡곡발효음료의 생산방법 탐색 ... 49
• 제 2절 잡곡발효음료의 대량생산 모델개발 ... 83
• 제 3절 잡곡발효음료의 기능성 평가 ... 109
• 제 4 장 연구개발목표 달성도 및 대외기여도 ... 129
• 1절 목표대비 대외 달성도 ... 129
• 2절 정량적 성과 ... 129
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 130
• 가. 추가연구의 필요성 ... 130
• 나. 기업화 추진방안 ... 130
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 131
• 1. 동경 대형마켓 시장조사 (2013. 5. 13 ~ 5. 15) ... 131
• 2. 동경 식품개발전 2013 (2013. 10. 9 ~ 10. 11) ... 132
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 135
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 135
• 제 9 장 참고문헌 ... 136
• 끝페이지 ... 146