홍삼 추출물을 첨가한 두유의 이화학적 특성과 유효 성분 분석

Abstract

대두(Glycine max(L.) Merrill)는 극동아시아에서 가장 오래된 작물의 하나로, 수세기 동안 우리나라, 중국, 일본, 동남아시아에서 다양한 형태로 단백질과 지질을 공급하는 중요한 원료이다. 최근 전 세계적으로 1,370 억 톤이 생산되며, 특히 미국, 브라질, 중국, 아르헨티나, 인도 등이 주요한 수출국이다. 대두는 영양적으로도 우수하고, 각종 기능성 성분이 많이 함유되어 있지만, 특히 영양학적으로 우수한 단백질이 40% 이상으로 소고기 보다 많이 함유되어 있는 아시아 지역에서는 가장 중요한 단백질 공급원이 되어 왔다(1). 대두에 함유된 영양소인 단백질뿐만 아니라 지방, 올리고당, 기능성 성분인 isoflavone, phytic acid, phytosterol, saponin, 식이섬유 등과 같은 다양한 성분들의 기능성이 밝혀지게 되면서 대두 가공품들이 큰 주목을 받고 있다. 이러한 연구 결과들이 속속 발표되고 대두의 유용성이 일반 소비자들에게도 널리 알려지게 되면서 세계 각국에서 대두 가공품 시장이 크게 성장하고 있다. 1999년 10월 미국 FDA는 그동안의 임상 연구 결과를 바탕으로 대두 단백질의 섭취가 심혈관계 질환의 예방이나 증상완화에 도움이 될 수 있다는 결론을 내리고, "하루에 대두 단백질을 25 g 섭취하면 관상 심장 질환의 위험성을 낮출 수 있다 "는 내용의 표시를 1회 분량 당 6.25 g 이상의 대두 단백질을 함유하고 있는 식품에 표시할 수 있게 허용함으로서 대두의 유용성에 대한 관심이 모아지게 되었다(2, 3). 대두 생리기능성 물질 중 대두단백질, peptide 와 식이섬유에 대한 국내 연구는 오래 전부터 진행되어 왔으며, 1990년대에는 대두 올리고당에 관하여, 그리고 최근에는 대두 isoflavone의 생리 기능성 및 생산에 대한 연구가 활발히 진행되고 있고 어느 정도 가시적인 성과를 보이고 있다. 또한, 대두에는 다량의 식이섬유가 함유되어 있으며, 특히 대두피 부분에 많다. 대두피(soybean hull)는 대두에 8∼10% 정도 함유되어 있어(4), 대두가공 산업에서는 부산물로 미국에서는 연간 9.1× 105 M/T 정도가 생산되어 6.6 cents/kg 정도의 매우 싼 가격에 팔린다. 국내의 경우도 식용 및 가공용 콩소비량은 2006년 기준으로 약 45만 M/T 정도이고, 이중 8∼10%가 대두피라는 보고가 있으며 매년 약 4만 M/T 정도의 대두피가 대두 가공 부산물로 생산되고 있는 것으로 추정된다(5). 대두피에는 여러 종류의 식이섬유가 함유되어 있으나, 이 중 대두피에 많이 함유되어 있는 Bowman-Birk trypsin inhibitor는 항암 효과를 보이는 것으로 보고 되어있다(6, 7). 또한 Murray-Kolb 등(8) 에 의하면 대두피에는 phytate 함량이 대두의 다른 부위에 비하여 낮기 때문에 철분의 흡수 및 이용에 방해가 적어 매우 우수한 철분 공급원이 될 수 있다고 한다. 또한, 대두피에는 peroxidase 활성이 매우 높은 것으로 알려져 있다. 1990년대에는 대두피가 peroxidase를 산업적으로 생산하는 원료로 사용되기도 하였는데, 대두피에는 peroxidase 이외도 chitinase가 존재한다(9, 10). 대두는 생리활성 물질 소재로서의 활용을 위한 연구가 가장 많이 이루어지고 있다. 생물 산업의 발달에 따른 대두의 전통적인 기술에 의한 이용이 아니라 기능성 식품으로써의 필요성이 급격하게 증대되고 있으므로, 이에 활성 미세대두분말을 이용한 기능성 대두 가공 식품의 연구는 다양한 가능성을 지닌 분야라 할 수 있다(11-13). 과거의 식품은 신체구성 성분과 에너지원으로 작용하는 1차적인 영양기능만을 중시하였으면, 현대의 식품은 소비자의 기호성에 관여하는 2차적 감각기능과 다양한 생리활성에 관여하는 3차적 생리조절기능이 대두되고 있으며, 이에 따른 소비자의 선호도는 3차적 생리조절기능 성분을 함유한 천연의 식품소재에서 건강기능식품을 찾는 경향이 두드러지고 있다(14-19). 인삼은 오가피나무과 인삼속에 속하는 다년생 초본류로서 한방에서는 그 뿌리를 주로 이용하고 있는 우리나라를 대표하는 약용작물 중의 하나이다(20). 홍삼(紅蔘) 은 안정성과 저장성 면에 있어 다른 유형의 삼에 비해 탁월한 것으로 알려져 있다. 인삼과 홍삼의 주요 생리활성 성분으로는 사포닌을 비롯하여 정유성분, 폴리아세틸렌, 페놀성분, 배당체 및 산성펩타이드 등이 있으며 그 밖에도 비타민, 당류, 무기질과 같은 다양한 영양 성분이 함유되어 있다. 그 중에서도 가장 대표적인 생리활성물질인 사포닌의 경우 1960년대 일본에서 화학적인 연구가 시작되었으며, 특히 인삼에 함유된 인삼 사포닌은 인삼 속(Panaxgenus)식물에만 함유된 특이한 모형의 담마린(dammarane)계 triterpene glycoside로 인삼의 사포닌을 ginsenoside라고 부르며, 최근까지 약 33종 정도의 구조가 밝혀졌다. 인삼의 화학 성분 중 가장 대표적인 생리, 약리 활성 물질인 사포닌 성분의 차이를 살펴보면, 함유 사포닌의 종류 면에서 홍삼은 백삼보다 많은 종류의 ginsenoside들을 함유하고 있으며, 일부 ginsenoside들은 함량 증가가 일어나는데, 지금까지 밝혀진 사포닌(ginsenoside)을 보면, 홍삼에서 30종, 백삼에서 22종이 분리 보고되고 있다. 여러 연구 사례를 통해 홍삼 제조 과정 중 수삼 중의 사포닌 성분의 증감과 변환이 확인 되었는데 이는 백삼 특유 성분으로 존재하는 malonyl ginsenoside(M-G)-Rb1, -Rb2, -Rc, -Rd 등이 일반 ginsenoside와 다르게 수용성이 강하고 일반 ginsenosides는 물에 난용성인 malonyl기는 불안정하여 홍삼 제조과정 중 malonyl기가 쉽게 이탈 또는 분해되어 각각 ginsenoside -Rb1, Rb2, Rc, Rd로 변환되거나 혹은 ginsenoside- Rb1, gin senoside-Rs1, -Rs2, -Rs3로 변화되기 때문이다. 따라서 동일한 원료 수삼으로부터 제조된 홍삼과 백삼의 미량사포닌들의 함량을 보면 백삼보다 홍삼에서 함량이 높다는 것이 확인되고 있다(21). 백삼과 인삼 사이의 사포닌의 특성과 홍삼 사포닌의 기능성 역할을 Table 1(Soldatif 외, 1984)에 요약하였으며 Figure 1은 고려 인삼 내에 존재하는 주요 사포닌에 대한 요약하였다(22-25). 인삼 가공 음료의 연구에서 가장 중요한 부분은 생리활성 물질의 극대화라고 할 수 있으나, 실제 소비자의 기호에 적합한 조미, 조향 기술 또한 매우 중요하다. 최근 들어 국내에서 재배된 인삼의 향이 약하며, 해가 갈수록 향이 약해지고 있다는 지적이 국내외에서 빈번하게 발생하고 있다. 그러나 인삼에 대한 연구는 거의 대부분의 인삼의 생리활성성분의 연구에 중점을 두고 있으므로, 인삼의 품질 및 기호도와 직접적으로 관련된 향기 성분에 대한 연구는 매우 적은 실정이다. 일부 연구자들이 국내 인삼과 중국인삼을 구별하기 위한 지표로 β-panasinsene과 γ-muurolene의 비율을 제시하기는 하였으나 이는 상업적으로 적용하기는 힘든 것으로 사료된다. 인삼의 향기성분 추출방법으로 수삼의 동결건조 시 증류되는 휘발성 물질 분리와 증류방법 등을 통한 연구보고와 한국 홍삼과 중국 홍삼의 향유형 및 강도를 관능적으로 비교하고 홍삼 또는 인삼의 headspace에서 direct extraction method를 사용하여 인삼 제품의 향특성 연구도 보고된 바 있으나, 전세계적으로 보편화할 수 있는 건강 기능성 음료의 다변화 연구에 있어서 인삼과 홍삼 고유의 향에 대한 기술적인 분석 방법의 개발이 매우 중요할 것이다. 본 연구에서 현재 연구 완료한 dynamic headspace analysis, solid -phase microextration method를 활용한 대두의 beany flavor의 표준화 방법을 응용하여 소비자의 기호도에 부합하는 인삼과 홍삼 첨가 고기능성 음료의 연구도 가능할 것으로 여겨진다. 2000년 미국 심장학회는 대두 단백을 ”심장을 건강하게 하는 식품“으로 인정함으로써 대두의 효능에 대한 소비자의 인식 변화에 더욱 큰 신뢰를 주고 있다. Mintel사의 Global New Product database에 따르면, 2004년 9월에서 2005년 9월까지 1년간 출시된 신제품은 serving 당 18∼32 g의 고단백을 함유한 high protein soy beverage, 콩과 주스 혼합음료, 라이트 타입의 두유나 티와 두유가 혼합된 제품 등 새롭고 다양한 종류의 두유 제품군, 어린이용 두유, 두유분말 타입의 음료와 식사 대용식에 이르는 다양한 개별 제품군, 유기농 제품 등이었다. 또한, 2004년 발표된 SPINS Topline Report & Information Resources에 따르면 대두는 전통적인 두유의 개념에서 벗어나 다양한 가공 식품에 적용됨으로써, 무한한 성장의 가능성이 있는 것으로 예상되었다(26). 최근 인삼이나 홍삼을 동결 건조 처리하여 미세분말을 제조한 후 이를 활용한 인삼 음료가 시판되고 있으나, 이 또한 인삼이나 홍삼 자체를 활용한 제품에 국한되어 있으므로 국제화에 적합한 새로운 인삼 제품의 연구는 매우 시급한 실정이다. 인삼의 대표적인 유효 성분인 사포닌은 현재까지 상업적으로 이용할 수 있는 추출 방법이 매우 제한적이다. 국내에서는 단지 물과 에탄올(주정)을 일정 비율로 혼합하여 극성도를 단계적으로 조절하여 추출하는 방법이 가능하긴 하나, 실제 ginsenoside의 추출 수율은 그다지 높지 않다. 과거부터 다양한 형태의 연구가 진행되고 있으며 국내에서는 메탄올과 물포화 부탄올의 분배계수를 이용한 과거의 방법을 개량하여 새로운 형태의 new solvent extraction(2001)과 High-speed counter current chromatography(2004)법들이 시도되고 있으나, 현재까지 상업화는 어려운 것으로 알려져 있다. 또한, 국내외에서 soxhlet, heat reflux, untrasount-assisted, microwave-assisted, supercritical CO2 extraction 등을 활용하여 crude saponin을 포함한 gisenoside를 추출하고자 하였으나, 상업적으로 고부가가치를 지닌 제품화는 현재 미비한 상태이다(27). 현재 세계 각국에서는 수명 연장에 따른 인구구성의 노령화, 비만, 암, 심장병, 고혈압 등의 생활습관 병이 중대한 관심사가 되고 있어, 식품을 통하여 적극적으로 건강을 유지하고자 하는 식품의약으로의 연구 노력이 활발하게 진행 중이다. 생명과학 발달의 결과 건강, 장수 생활에 대한 관심이 높아지면서 일상의 식품 섭취를 통한 wellbeing을 구현하고자 하는 욕구가 강하게 대두되고 있으며, 기능성 식품에 대한 관심 또한 다양해져서 각종 기능성 제품들이 생산되고 있으며, 시장 규모도 급성장하는 추세에 있다. 즉, 생리활성 기능성을 가지는 생물 신소재에 대한 탐색, 구조해석, 생리활성 기전의 구명에서부터 제품화에 이르는 연구 개발이 시급한 실정이다. 이러한 측면에서 단백질 단위 중량 당 가격이 여타의 작물에 비하여 상당히 저렴하며, 단백질과 각종 기능성 성분을 다양한 형태로 이용이 가능한 활성 미세대두분말은 신소재로써의 가치가 높을 뿐만 아니라, 친환경적 작물인 대두와 전통적인 인삼을 생물 산업의 신소재로 한 체계적인 연구 및 제품 개발이 절실하게 요구되고 있다. 이에, 본 연구에서는 다양한 사포닌을 함유하고 있는 홍삼 추출물을 첨가한 생 대두 미세분말의 두유 제조를 통하여, 기능성 원료의 제조공정을 최적화하고, 이를 통한 기능성 두유를 제조하여 소비자의 기호에 적합한 전 두유를 만들기 위하여 산지에 따른 생 대두 미세분말의 제조공정과 미분쇄 과정, 홍삼의 종류에 따른 사포닌 추출과 이를 첨가한 전 두유의 이화학적 특성과 생리활성물질의 함량을 분석하고자 한다.|Red ginseng sticks, red ginseng extract, and powdered ginseng were used to produce red ginseng whole soymilk. The analysis of content and types of saponin, from red ginseng, showed no significant difference on processing methods of red ginseng. Extraction of saponin from ginseng using efficient food solvents of distilled water and ethanol showed more saponin by ethanol than water. The extracts were prepared by the SPE method for simplicity and efficiency of the manufacturing processes. The analysis of red ginseng extracts at various concentrations and of different origin revealed the characteristics of whole soymilk containing saponin extracts from red ginseng. Higher concentrations of saponin increased the sweetness but at the same time decreased pH level, resulting in solidified soymilk, losing its product properties. The viscosity analysis of whole soymilk indicated that adding 0.75% ginseng extracts gave soymilk the best overall acceptable quality. The evaluation results of protein content revealed that whole soymilk with more red ginseng extracts had higher content of water disposable proteins. The sensory evaluation of whole soymilk showed that excessive concentration of red ginseng extracts attribute to lower sensory levels because of strong odor from ginseng. As a result, whole soymilk manufactured using Korea soyflour with 0.50% red ginseng extracts showed the best product quality in terms of both functional and sensory aspects. In conclusion, the sensory evaluation and assessments on nutraceutical substances and physico-chemical properties conducted on whole soymilk manufactured from soyflour originated from korea, china and america and added with red ginseng extracts in a concentration of 0, 0.25, 0.50, 0.75, or 1.00% showed that excessive amount of red ginseng extracts reduced sensory properties of the product and was also associated with faster solidification of the soymilk.