프로바이오기능성식품 제조시스템{Producing system of probiotic functional food}
락토바실러스 또는 비피더스, 효모를 이용한 기능성식품으로 프로바이오틱스(Probiotics)와 프리바이오틱스(Prebiotics) 등 기능성식품제조시스템에 관한 것이다.
락토바실러스 또는 비피도균, 효모를 이용한 기능성식품으로 프로바이오틱스(Probiotics) 프리바이오틱스(Prebiotics) 등 기능성식품이 건강증진에 대단히 효과적임이 밝혀져 소비가 날로 증가하고 있으나 유통가격이 높아 소비자의 접근이 어려운 문제가 있다. 이 식품제조에 가장 중요한 기술적과제는 사용하고자 하는 종균 이외에 잡균에 오염을 방지하는데 있다. 대기 또는 수질에 의하여 오염되는 오염원을 방지하기 위한 기존의 프로바이오식품제조방법을 살펴보면 배지생산단계와 미생물을 배양하는 단계와 배양된 미생물을 선별하기 위한 탈수단계와 탈수된 미생물을 냉동건조하는 단계와 건조된 미생물을 유분에 g당 1억마리 이상 혼합하는 단계를 거쳐 제품이 생산된다. 상기 방법에서는 탈수된 폐수를 처리하는 비용이 배보다 배꼽이 크다는 식으로 재료비보다 더 많이 소요되고 냉동건조에 필요한 에너지 소모가 많고 제조기간이 많이 소요되는 문제로 유통가격이 높을 수밖에 없었다. 본 발명은 기존의 문제를 해결하여 저렴한 기능성식품을 제조하는데 있다.
본 발명은 종균의 배양과정과 배양된 종균을 고체에 접종하여 g당 1억마리 이상 증식시키는 과정에서 발효효율을 높이는 동시에 공기나 용수, 사람에 의하여 오염될 수 있는 원인을 차단하는데 있다.
공장내부의 공기를 1차 프리필터, 2차 미디움필터, 5차 극미세필터 및 항균필터를 통과하여 순환되도록 함으로써 무균실을 제공하고, 무균공기로 종균을 배양하는 공정과; 곡류를 증자 또는 볶아 멸균하는 공정과 상기 공정에서 청결하게 생산된 미생물과 곡류를 혼합하여 발효 및 건조공정에 클린에어를 사용하여 오염을 해결하고 공정단축과 제조시간 단축 및 인력최소화로 본 발명의 목적을 달성한다.
건강한 사람에게는 장내에 500여종의 세균이 100조개가 존재하고 그중에는 젖산을 만드는 유산균이 많은데 이 유산균을 이용한 프로바이오틱스(probiotics)는 콜레스테롤 및 혈압강하, 면역기능 개선, 감염예방, 무기물의 흡수개량, 스트레스로 인한 유해균의 성장 방지, 과민성대장증후군과 결장염 개선 등의 효과가 있다. 프리바이오틱스(prebiotics)는 장내에서 선택적으로 유익균을 활성화하여 유해균의 항균작용으로 변비와 간 보호, 뇌질환 등 염증성 장 질환을 개선하고 장에 기생하는 병원균에 대항하여 위장 보호 작용을 하는 것으로 많은 임상실험과 연구를 통해 밝혀지고 있으며 일본에서는 낫도와 같은 식품을 개발하여 자국 민족에게 맞는 유 산균식품을 개발하여 건강 증진의 보조제로 사용되고 있다. 식약청에서도 이러한 관점에서 프로바이오틱기능이 있는 식품을 기능성으로 인증하고 있다. 락토바실러스 카제이(Lactobacillus casei)는 정장작용에 유용한 유산균으로 특히 위궤양의 원인균인 H.pylori균을 감소시키는 것으로 밝혀졌고 비피더스(bifidus)균은 장내 생존하는 젖산균으로 변비 설사를 예방하고 최근에는 술과 담배에서 나오는 독소인 아세트알데히드를 효과적으로 제거해 간을 보호하는 것으로 핀란드 헬싱키대학 미코살라스프로교수가 밝혔으며, 대만 국립 충싱대학 식품과학과 메이린교수도 “간세포를 손상시키는 유해가스를 막아주고 일부 유산균은 비타민 C, E 베타카로틴과 같이 항산화작용을 한다.”고 밝히고 있다. 또한 순천향대학병원 남해선(내과)교수는 간 질환자 60명을 세 그룹으로 나눈 뒤 A그룹엔 과즙, B그룹엔 유산균 음료, C그룹엔 시판 중인 간기능 개선제를 하루 두번 복용하게 했다. 그리고 8주 후 간 기능을 검사했더니 A그룹에선 간기능 개선효과가 발견되지 않았으나 B와 C그룹에선 간 기능이 활성화된 것으로 나타났으며 유산균 음료를 마신 그룹이 간기능개선을 보여주는 혈종 감마-GTP수치가 눈에 띄게 떨어졌음을 밝혔다. 본 발명의 시스템은 추출기에 한약재를 투입하여 추출물을 얻어 이를 배지로 하여 종균을 접종함으로써 발효가 가능하게 된다. 이때 한약재의 성분은 효소화되는 동시에 배지의 역할로 cc당 1억마리 이상의 종균이 배양된다. 그러므로 한약영양소의 배지에 프로바이오틱 기능을 가진 유산균과 프리바이오틱 기능을 가진 유산균을 접종하여 cc당 1억마리 이상 존재하는 액체를 멸균된 대두 및 현미 또는 한약 분말에 혼합하여 발효하면 한약효소와 g당 5억마리 또는 10억마리의 유용균이 포함된 프로바이오틱과 프리바이오틱이 결합하고 한약효소를 융합한 매크로바이오틱(macrobiotic) 기능성식품이 저렴하고도 청결하게 제조된다. 따라서 시중 유통가격을 대폭 낮출 수 있어 소비자의 접근이 용이하므로 국민건강증진에 크게 기여할 것으로 예상된다.
도1에 도시한 종균제조라인을 구체적으로 설명하면 한약재, 쌀겨, 대두, 설탕 등을 배지원료로 투입하고 120℃로 가열하여 배지용 추출물을 추출하는 추출기(1)와; 상기 추출물의 온도를 미생물배양이 가능한 온도로 감온하는 감온기(2)와; 상기 감온 된 추출물에 종균을 접종하여 배양하는 배양기(3)와; 상기 배양기의 온도를 일정하게 유지하는 온도조절기(4)와; 상기 구성을 자동으로 가동하는 제어장치(A)로 종균이 증가하고 한약재의 영영소가 효소화 된다. 추출기의 구성은 한약재 또는 곡류의 투입 및 배출과 용수의 급배수가 용이하며 보일러에서 공급되는 스팀 또는 전기 등 에너지로 가열하여 120℃가 유지되는 압력에 견고한 통상의 추출기이다. 감온기의 구성은 탱크 내부 또는 외부에 냉수라인이 구성되어 고온의 액체를 저온으로 감온하는 구조이다. 배양기에서도 냉온수가 회전되는 배관(자켓)이 구성되어 있어 소량을 제조하는 경우 감온기의 구성을 제외할 수 있다. 온도조절기의 구성은 액체발효기의 온도를 일정하게 유지하기 위한 수단으로 배양기의 온도를 감지하여 냉수 또는 온수를 공급하는 구성이다. 상기 배양기의 구 성은 밀폐가 가능한 탱크형태에 종균접종구와 별도의 구성으로 무균산소압축장치에서 생산된 클린에어가 미세하게 분출되는 산소분산장치, 온도조절이 가능한 냉온수회전배관과 배지교반이 가능한 교반장치가 구성된 통상의 배양기 또는 액상발효기이다. 도2에 도시한 고체제조 및 액체와 고체의 혼합과정을 설명하면, 곡류 또는 한약재 등 고체재료를 볶거나, 증자하는 멸균기(7)와; 상기 멸균된 고체재료를 저장하는 호퍼(8)와 결합되고, 상기 호퍼의 배출구로 토출된 고체물질을 이송하는 컨베어(9)와; 상기 컨베어로 이송된 고체물질과 상기 자동밸브에서 이송되는 종균을 혼합하는 혼합기(6)와; 상기 혼합기에 낙하된 액체와 고체가 수분함량 65%내외로 혼합공정을 제어장치(B)에 입력된 프로그램에 의하여 가동하거나 인위적으로 가동한다. 상기 혼합물은 혼합기 하단부에 구성된 토출구로 배출되어 컨베어를 통해 제환기(10)로 이송되고 제환하여 채반(11)에 받거나, 제환되지 않은 혼합물을 채반에 받아 발효건조기(12)에 구성된 선반(12-1)에 적재한다. 상기 멸균기의 구성은 스팀을 이용한 고압살균기 또는 솥을 이용하여 볶는 방법으로 고체재료를 100℃ 이상으로 가열하여 곡류 등 재료를 익히는 동시에 멸균하는 통상의 멸균기를 말한다. 상기 호퍼(8)의 구성은 호퍼 하단에 삼각봉(8-1)과 분산구(8-2) 및 지지대(8-3), 에어실린더(8-4), 토출구(8-3)의 구성을 특징으로 한다. 고체재료가 분말인 경우에 적체되어 토출이 불가능한 문제를 해결하기 위한 수단이다. 저장호퍼의 문제는 항시 토출구의 구경을 축소할 수 밖에 없어 경사진 부 위에 재료자체 무게 압력에 의하여 뭉쳐서 토출구로 배출되지 않는 문제는 불가피하다. 호퍼의 구성을 도3에 도시한 단면도를 설명하면 호퍼하단부 분산구(8-2)의 구성을 상세히 살펴보면 토출구 상단 사면으로 분할하여 분산구를 구성하고 압축공기 또는 스팀이 경사면을 스치며 분산 분출하도록 구성하여 경사면에 적체되는 문제를 완벽하게 해결하였고 지지대에 고정된 에어실린더가 상하로 작동함으로 뭉친 현상이 해체된다. 분산구에 만약 스팀을 사용하면 고체재료가 멸균되지 않았거나, 대기에 오염된 경우 멸균이 가능하여 안전한 효소식품을 제조할 수 있는 장점이 있다. 상기 혼합기는 내부에 리본형태의 회전체가 구성된 통상의 혼합기이다. 상기한 구성의 혼합기의 작동은 제어장치(B)에 입력된 프로그램에 의하여 자동밸브(5)에서 공급되는 액체와 컨베어(9)에서 공급된 고체재료가 발효에 가장 효과적인 수분함량 65%로 교반되어 혼합하거나 인위적 가동이 가능하도록 구성할 수 있다. 상기 혼합기에서 수분함량 65%인 반고체재료를 채반에 받거나, 제환기에서 제환하거나, 과립기를 구비하고 과립 등으로 성형하여 채반에 받아 발효건조기의 선반에 삽입한다. 본 발명의 요부인 발효건조기(12)의 구성을 도4에 도시한 단면도로 설명하면, 내부에 다수개의 채반을 수납하는 다수개의 선반(12-1)과; 상단 또는 하단에 대기의 세균을 필터링하는 필터(12-2)와; 공기흡입량을 조절하는 자동개폐가 가능한 흡기조절장치(12-3)와; 공기를 흡입시키는 펜(12-4)과; 흡입된 공기를 가열하는 히터(12-5)와; 사용된 공기를 배기하는 배기구(12-6)와; 발효로 발생하는 응축수를 용이하게 배출시키는 배수구(12-7)와; 내부 온도를 측정하는 센서와 타이머, 인버터를 구성하고 이들을 제어하는 제어장치(C)로 구성되어 있다. 상기 발효건조기의 사용효과를 살펴보면 혼합기에서 발효에 적합한 수분함량을 가진 반고체발효물질이 담긴 채반을 선반에 삽입하고 밀폐한 후 제어장치를 가동하면 히터가 발열되는 동시에 펜이 약하게 작동하여 적정온도가 되면 히터는 건조시까지 작동하지 않고 자체 열로 발효가 진행된다. 특별히 인버터를 구성한 목적은 내부 공기가 상하로 순환하지 않으면 상부는 고온이 되고 하부는 저온으로 형성되어 균일한 발효가 불가능하다. 이 같은 문제를 해결하기 위하여 펜의 회전속도를 조절하는 인버터를 구성한 것이다. 발효시에 펜을 저속으로 가동시켜 소량의 공기가 회전되어야 한다. 만약 다량의 공기가 회전되면 건조로 인하여 발효에 역작용을 가진다. 따라서 건조를 방지하는 정도에서 공기가 회전되면 발효속도가 증진되는 효과와 접종종균이 왕성하게 증가함으로 만약 정화되지 않은 대기 중 잡균에도 오염을 방지하는 효과가 있어 일석삼조의 효과를 얻게 된다. 개폐가 가능한 흡기조절장치의 구성은 기체흡입량을 조절하는 장치로 발효 시에는 미생물이 필요로 하는 소모량인 소량의 공기가 유입되도록 조금만 개방하고 건조시에는 완전히 개방시켜 다량의 기체가 유입되는 구성이다. 흡기조절장치의 개폐는 매우 중요하다. 만약 발효에 필요한 적정온도가 35℃인데 35℃에서 ± 5도 정도의 오차가 발생 될 경우 흡기조절장치를 개폐시켜 적정온도를 유지한다. 만약 온 도가 낮다고 히터를 사용하면 건조되어 발효에 필요한 수분함량이 부족하여 발효에 문제가 생긴다. 이와 같은 문제를 해결하는 방법으로 온도센서를 이용하여 자동으로 개폐 정도를 조절하는 프로그램을 제어장치에 입력하여 가동되도록 하였다. 발효가 완료된 후 건조단계에 이르면 자동으로 펜의 회전속도를 높이는 동시에 히터가 작동되고 필터를 통과한 외부공기를 흡수하여 건조하게 된다. 이때 흡수되는 외부 공기는 항균필터와 해파필터를 통과함으로 건조로 인하여 잡균에 오염되지 않게 된다. 특히 건조시에 다량의 산소가 발효물질에 유입됨으로 종균의 수가 급속도로 증가하는 효과를 덤으로 발생한다. 상기 구성에서 생산된 반제품을 분쇄하거나 파쇄하는 단계와 이를 포장하는 단계의 공장내부의 공기는 1차 프리필터, 2차 미디움필터, 5차 극미세필터 및 항균필터를 통과후 순환되도록 하여 무균실을 제공한다.
도1은 종균제조라인을 도시한 도면 도2는 고체제조 및 액체와 고체의 혼합과정을 도시한 도면 도3은 호퍼의 구성을 도시한 단면도 도4는 발효건조기의 구성을 도시한 단면도 1. 추출기 2. 감온기 3. 배양기 4. 온도조절기 A. 제어장치 5. 자동밸브 6. 혼합기 7. 멸균기 8. 호퍼 8-1. 삼각봉 8-2. 분산구 8-3. 지지대 8-4. 에어실린더 8-5. 토출구 9. 컨베어 B. 제어장치 10. 제환기 11. 채반 12. 발효건조기 12-1. 선반 12-2. 필터 12-3. 흡기조절장치 12-4. 펜 12-5. 히터 12-6. 배기구 12-7. 배수구 C. 제어장치 |
