보고서 정보
주관연구기관 |
대상(주) |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
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발행년월 | 2015-03 |
과제시작연도 |
2013 |
주관부처 |
농림축산식품부 Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs(MAFRA) |
등록번호 |
TRKO201500011157 |
과제고유번호 |
1545007269 |
사업명 |
고부가가치식품기술개발 |
DB 구축일자 |
2015-07-18
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500011157 |
초록
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● 전통발효법을 응용한 3단 발효식초의 과학적 규명 및 표준화
Ⅳ. 연구개발결과
○ 전통발효법을 응용한 3단 발효식초의 과학적 규명 및 표준화
- 원료 부분의 경우 원료 내 유리당 조성이 알코올 발효 수율과 연관이 있음을 확인 한 바, 현미의 경우 액화, 당화 효소분해를 통한 농축액 내 유리당 조성이 단당류인 포도당(glucose)으로 구성되도록 제조하는 것을 중요 관리사항으로 선정
- 알코올 발효 단계에서는 현미농축액 내 유리당 조성 뿐만 아니라, 원료 함량 및 온도가 효모균(S. cerevisiae)
● 전통발효법을 응용한 3단 발효식초의 과학적 규명 및 표준화
Ⅳ. 연구개발결과
○ 전통발효법을 응용한 3단 발효식초의 과학적 규명 및 표준화
- 원료 부분의 경우 원료 내 유리당 조성이 알코올 발효 수율과 연관이 있음을 확인 한 바, 현미의 경우 액화, 당화 효소분해를 통한 농축액 내 유리당 조성이 단당류인 포도당(glucose)으로 구성되도록 제조하는 것을 중요 관리사항으로 선정
- 알코올 발효 단계에서는 현미농축액 내 유리당 조성 뿐만 아니라, 원료 함량 및 온도가 효모균(S. cerevisiae)의 생육 및 알코올 생성 수율에 영향 줌을 확인하였으며, 이에 원료 함량은 Scale-up시 정확한 양 투입 및 온도 조절이 어려움을 고려하여, 원료 함량은 25Brix ~ 30Brix 사이가 되도록 설정하였으며, 온도의 경우 27℃ ~ 29℃의 범위로 관리기준으로 선정
- 정치(초산)발효 단계에서는 초기 초산균의 안정적인 생육 조건을 확인한 결과 산도 3%, 알코올 5%의 배지 조성이 중요함을 확인하였고, 35℃ 온도조건에서 산 생성 수율이 높음을 확인하였음. 이에 Scale-up 시 정확한 계량 및 온도 조절이 어려움을 감안하여, 산도 2% ~ 3%, 알코올 4% ~ 5%, 온도 34℃ ~ 36℃ 범위를 설정하였음. 또한 심부(초산)발효 단계로의 최적 전환시점을 확인하여, 발효 기간 별 초산균 생육 수준 및 유효성분를 확인한 결과 7일 이후 초산균생육 저하 및 총 아미노산 감소 경향이 나타날 수 있어 본 연구진은 정치(초산)발효 기간을 7일로 선정하였음.
- 심부(초산)발효 단계는 당사의 수십년 간의 연구를 통해 밝혀진 발효조건인 온도 31℃, 통기량 0.15vvm, 교반속도 400rpm의 관리 조건 뿐만 아니라, 잔여알코올 범위가 최종 발효산물인 초산 생성에 있어서 시간당 초산 생성율에 영향을 줌을 확인되어, 이에 심부(초산)발효 진행 시 exponential phase 시기부터 알코올발효액을 투입하되, 그 양을 잔여알코올이 0.5% ~ 2% 범위 사이에 투입되도록 하는 것을 관리기준으로 선정하였음
○ 3단 발효법을 이용한 막걸리 식초 제조 및 유효성 평가
- 정치(초산)발효 단계는 초기 초산균의 안정적인 생육 조건을 확보하기 위한 중요한 단계이다. 배지의 함량별 산생성율과 생육수를 확인해 본 결과, 35℃ 온도조건에서 산도 3%, 알코올 3%의 배지 조성에서 산생성율과 생육수가 가장 높았다. 발효기간별 초산균 생육 수준을 확인한 결과, 정치(초산)발효 5일에 생육수가 가장 활발하여 심부(초산)발효에 적합한 정치(초산)발효 기간은 5일로 선정하였음
- 정치(초산)발효 단계에 발효영양원의 함량 질소원으로 yeast extract 0.1%, 무기염류 MgSO4 0.05%가 산생성율이 높아 초산 발효가 잘 진행되어 정치(초산)발효시 산도 3%, 알코올 3%에 발효영양원으로 yeast extract 0.1%와 MgSO4 0.05%를 첨가하여 배지 조성을 확립
- 3단 발효 막걸리 식초(유통기한 36개월)를 제조하여 안전성 평가 발효식초의 규격에 적합하였음. 식판 막걸리식초와 관능 평가 결과 유의 적으로 차이를 보이지 않음.
- 3단 발효 막걸리 식초와 시판 막걸리식초의 영양학적 지표 분석 결과 발효시간이 오래 걸리는 정치 발효법(약 1~6개월) 대비 3단 발효 식초가 빠른 시간(약 21일)에 제조 가능하며 다른 영양학적 성분(아미노산, 미네랄)에는 차이가 없는 3단 발효 식초 제조가 가능함을 알 수 있었음
● 3단 발효법으로 제조된 식초의 Cross-sectional in vivo 연구
Ⅳ. 연구개발결과
1. 식초 및 식초 내 주요 유기산 성분들에 의한 비만 및 고강도 운동수행능력 개선 효능 평가
본 연구를 통하여 3T3-L1 지방전구세포의 분화 시 식초에 의한 지방축적 억제 효능을 확인하였으며, 지방합성에 관여하는 mRNA의 발현이 유의적으로 억제됨을 확인할 수 있었다. 또한 고지방 식이를 섭취하며 고강도 훈련을 수행한 쥐에게 식초의 주요 유기산 성분 중 초산 및 피루브산의 섭취시킨 경우, 지구력과 관련된 혈청 지표인 Creatine kinase, Urea nitrogen이 유의적으로 감소하였다. 지구력 훈련이 아닌 고강도 훈련을 수행 하였음에도 불구하고 slow muscle인 MHC I의 발현이 유의적으로 증가하였다. 따라서 계속된 연구에서는 지구력 증진과 fast-to-slow 근육 속성전환에 중점을 두어 연구를 수행하였다.
2. 3단발효 식초와 그 주요 유기산인 초산의 지구력 개선 효능평가 및 작용기전 확인
선행연구에서와 마찬가지로 3단 발효식초와 초산에 의하여 3T3-L1 지방전구세포의 분화 시, 지방축적 억제효능을 확인하였다. 그리고 3단 발효식초와 초산에 의한 지구력의 유의적 증가를 확인 하였고, 복부지방의 유의적 감소를 확인하여 지구력의 증가가 지방산 산화와 연관이 있음을 확인 할 수 있었다. 초산의 경구투여 시, 1차년도와 유사하게 지구력 관련 혈청 지표인 NEFA, Creatine kinase, Urea nitrogen이 대조군에 비해 유의적으로 감소하였다. Slow muscle인 soleus muscle에서 지방 산화와 관련된 CPT1β, UCP2, UCP3, HSL의 발현이 유의적으로 증가하였으며, 지방 산화관련 단백질들의 발현도 초산에 의하여 증가하였다. 특히, 초산에 의하여 slow muscle fiber인 MHC I의 발현이 크게 증가하였다. 3단 발효식초에 의한 지구력은 증가하였으나, 그 외의 지표들의 유의적 증가는 확인되지 않았다. 근육에서 지방 산화관련 단백질이 증가한 초산군의 근육을 조직면역염색하여 MHC I의 비율을 확인한 결과, 초산의 섭취 시, MHC I fiber의 비율이 대조군 보다 높게 나타난 것을 확인 할 수 있었다. 따라서 본 연구결과에서 초산의 투여가 운동에 따른 근육 AMPK, PPARδ, PGC-1α 등의 mRNA 및 단백질 발현 조절을 통하여 MHC isoform의 변화를 자극하고 지구력을 증가 시키며, CPT1, UCP, HSL 등의 지방산화관련 gene의 발현의 자극을 통하여 지구력 증가에 필요한 에너지를 보충한 것으로 사료된다. 동시에 기존에 보고된 바와 같이 ACC, SREBP-1c, FAS 등의 지방합성관련 gene의 발현을 억제하여 체지방감소에도 영향을 미친 것으로 분석된다.
Abstract
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● The process standardization and identification of health functionality about three-stage fermentation vinegar using traditional fermentation
IV. Results of research development
- The free sugar composition of the raw material associated with the alcoholic fermentation yield. Brown rice c
● The process standardization and identification of health functionality about three-stage fermentation vinegar using traditional fermentation
IV. Results of research development
- The free sugar composition of the raw material associated with the alcoholic fermentation yield. Brown rice concentrate was selected as the administrative matters that consists of glucose production.
- Alcohol fermentation is a key factor brown-rice concentrates content and temperature. Affects the growth of yeast(S. cerevisiae) and alcohol generated. So, brown-rice concentrates content to be 25 ~ 30Brix and temperature was set based on the administration to 27 ~ 29℃.
- Politics (acetic acid) in the fermentation stage acid 3%, alcohol 5% composition of the culture medium was confirmed the importance and at 35 ℃ temperature conditions to determine the acid yield is high. So we was set up acid 2-3%, alcohol 4-5% and 34 ℃ ~ 36℃. Fermentation by an acetobacter growth levels and active Ingredient confirmed. As a result, after seven days acetobacter growth levels and amino acids decreased. So we was set up a politics (acetic acid) fermentation 7 days.
- Rapid (acetic acid) conditions, 31℃, air 0.15vvm, was set up to manage the conditions of agitation speed 400rpm. This is part of our research for many years fermentation conditions. When the Rapid (acetic acid) fermentation was set up to manage the reference input to the range from 0.5 to 2%.
- Looked out the acid production rate and can be grown by the content of the Makgeolli vinegar medium. Politics (acetic acid) growth in the number of the most active 5 days fermentation. Politics (acetic acid) fermentation of Makgeolli vinegar was 5 days.
- Politics (acetic acid) fermentation in fermentation nutrients are yeast extract 0.1%, MgSO4 0.05% is high in acid production rate. So acid 3%, alcohol 3%, by the addition of MgSO4 0.05% yeast extract 0.1% was set as the medium composition.
- Three fermented Makgeolli vinegar (expiry date 36 months) were prepared to fit the standards of safety assessment fermented vinegar. There were no commercial Makgeolli vinegar with significantly different sensory evaluation.
- Three fermented Makgeolli vinegar and nutritional indicators analysis of commercial Makgeolli vinegar political fermentation (about 1-6 months), compared to a three-stage production was possible in a short time vinegar fermentation (about 21 days). Nutritional components (amino acids, minerals) have been found for three-satage fermention vinegar produced is possible there is no difference.
● Standardization of 3 stages vinegar fermentation which uses traditional fermentation methods and its functionality study
Ⅳ. Results of research development
1. The effect of vinegar and its organic acids on obesity and exercise ability
In the present study, we found that the vinegar inhibits the accumulation of lipid droplet during the differentiation of 3T3-L1 preadipocyte through down-regulation of mRNA expression involved in lipogenesis. Moreover, creatine kinase and urea nitrogen, indicators of increase in endurance capacity were significantly reduced in serum of high-intensity trained rats fed high-fat diet with acetic acid and pyruvic acid. Although the rats were high-intense trained, the mRNA expression of MHC I, indicator of slow muscle fiber, was significantly up-regulated. Thus, we performed the consecutive study more focued on the endurance capacity and fast-to-slow muscle fiber type transformation.
2. Estimation of muscle fiber type transformation by immunohistochemistry method and investigation of its mechanism
As the previous study, we found the inhibitory effect of 3 stages fermented vinegar and acetic acid on the accumulation of lipid droplet during the differentiation of 3T3-L1 preadipocyte. Additionally, acetic acid induced a significant increase in endurance capacity with a reduction of visceral adipose depots compared to a control group. Serum levels of non-esterified fatty acid (NEFA), and urea nitrogen were significantly lower in acetic acid-fed mice than in control mice. Importantly, in exercised mice, acetic acid significantly increased the muscle expressions of key enzymes involved in fatty acid oxidation and glycolytic-to-oxidative fiber type transformation at both gene and protein levels. These findings suggest that acetic acid improves endurance exercise capacity by promoting muscle oxidative properties, potentially mediated via AMPK dependent mechanisms and these observations provide an important basis for the application of acetic acid as a major component of novel ergogenic aids and warrant further clinical evaluation.
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