KR20020042297A - 효모 세포벽 성분을 이용한 미세캡슐의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미생물의 세포벽 성분을 이용한 미세캡슐 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 포집 월(wall)로 이용한 새로운 미세캡슐 제조방법과 유용물질을 포집한 효모 세포벽을 특정 피복물질로 재포집하여 분말화하는 2차 포집방법에 관한 것이다.

본 발명에 따르면, 60 ~ 70% 농도의 에탄올을 이용하여 70% 이상의 높은 포집률을 달성할 수 있으며,. 재포집된 미세캡슐은 열안정성과 수분안정성을 현저히 향상시킬 수 있다.

Description

효모 세포벽 성분을 이용한 미세캡슐의 제조방법{Process for producing microcapsule using yeast cell wall components}

본 발명은 미생물의 세포벽 성분을 이용한 미세캡슐 제조방법에 관한 것으로서, 구체적으로는 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 포집 월(wall)로 이용한 새로운 미세캡슐 제조방법과 2차 포집방법에 관한 것이다.

1980년대 곰팡이나 효모 등 크기가 크며 외벽이 단단한 미생물을 이용함으로써 그 내부에 염료, 향기성분, 표백물질, 의약품 등의 활성물질을 포집하는 기술이 연구되어 '무카본 종이(carbonless paper)'라는 미생물 내에 염료를 포집함으로써 손에 묻어나지 않고 외부의 충격이나 자극이 있을 경우에 방출이 이루어지는 개념의 응용분야가 개척되어왔다.

초기에는 포집능력을 갖는 미생물로 고지방을 함유한 곰팡이를 이용하였는데 이를 위해 질소 결핍 배지에서 곰팡이를 배양함으로써 40 ~ 60%의 고지방을 함유하는 곰팡이를 얻었고 이를 이용해 염료, 플레이버(flavor), 아로마(aroma) 등을 포집하여 단백질분해효소(proteolytic enzyme)에 의해 방출을 촉진하거나 희석한 알데하이드(aldehyde) 용액으로 방출을 억제하였다 (US Patent 4,001,480).

이에 이어 곰팡이, 효모를 이용하여 다양한 물질에 대한 포집실험이 수행되었는데 방향족 고리(aromatic ring) 구조를 갖는 물질일수록 포집이 잘 이루어진다는 이론으로 수용액상에서 다양한 향기성분에 대한 포집을 실시하였다 (EU Patent 87303135.5). 향기 성분뿐만 아니라 빛에 민감한 농약이나 병충해약 성분 등을 효모에 포집함으로써 안정성을 확보하였다 (WO Patent 90/19417).

이러한 초기의 특정 고지방 함유 미생물에서 점차적으로 지방의 함량과 무관하게 포집하는 기술들이 개발되기 시작하여 에탄올 등의 용출 촉진제(elution promoting agent)를 사용하거나 프로테아제(protease)의 처리로 세포 내 물질의 제거를 촉진하여 포집률을 향상하는 방법이 제시되었고 (EU patent 91303553.1), 알카리 조건에서 글루카나제(glucanase), 마나제(manase)의 처리로 세포벽을 약화 시킨 후 포집을 촉진시키는 방법들도 제안되었다 (EU Patent 91305102.5). 그러나 이들 방법은 효모 세포 전체를 이용하거나 약간의 세포질을 제거한 후 포집하기 때문에 포집 공간이 적어 포집이 제한적이고 세포질 유래의 독특한 효모 향으로 응용에 한계가 있으며 용매나 효소의 추가 처리비용으로 상업화에 어려움이 있다.

이와 같이 효모는 가격이 저렴하고 식품에 사용할 수 있는 안정성과 높은 포집능과 안정성에도 불구하고 그 독특한 향 때문에 사용에 제한적인 단점을 갖고 있다. 이에 과산화수소와 실리케이트(silicate)를 이용하여 알카리조건에서 탈향함으로써 표백물질의 포집과 그 응용을 위한 노력이 이루어졌다 (WO Patent 93/11869와 US Patent 5,496,728). 그러나 이 방법은 과산화 수소 및 산, 알카리 처리공정으로 인한 추가적인 내산 및 내알카리성의 특수설비가 필요하며 이로 인한 원료 가격상승으로 역시 상업화에는 많은 어려움이 있다.

또한, 종래의 효모를 이용한 포집방법에서는 효모를 이용한 포집 이후 분무건조나 냉동건조에 의해 분말화되고 있으나 세포벽 성분은 미세한 입자구조와 지방함량으로 분무건조 시 생산수율이 떨어지고 유용성분의 손실이 발생하는 문제점이 있고, 냉동건조 시 건조비용이 많이 들어 대량생산을 위한 상업적인 방법으론 부적합하였다.

또한, 일반적인 미세캡슐 분말 제조에 사용되는 피복 물질인 검(Gum)류나 변성전분, 덱스트린과 같은 수용성 피복물질은 포집용매인 에탄올에 분산되지 않고 고착화되는 문제점이 있으며 열안정성이 낮을 뿐만 아니라 수분과의 접촉시 한꺼번에 방출되는 단점이 있어 고온 및 액상 형태로의 활용이 제한되었다.

따라서, 효소나 유기용매를 사용하지 않고도 충분한 포집공간의 확보와 효모 특유의 향의 제거가 가능하며, 건조 시 생산수율의 상승과 유용성분의 손실을 최소화하여 상업화가 가능하고 높은 열안정성과 수분과의 접촉 시 방출을 지연할 수 있는 새로운 효모를 이용한 포집방법에 대한 필요성이 제기되었다.

이에 본 발명자들은 생효모나 곰팡이 등의 미생물 전체를 이용하거나 효소나 유기용매를 처리함으로써 포집률을 향상하고자 한 기존 방법과 달리 산업적으로 효모의 세포 내 물질을 추출하고 남은 폐박인 효모 세포벽 성분을 활용함으로써 가격적인 잇점과 포집 공간의 충분한 확보와 더불어 세포질로부터 유래하는 효모 본연의 향의 제거가 가능하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

또한, 본 발명자들은 기존 특허에서 효모의 포집 공정시 수용액상태나 에탄올, 메탄올 등의 저급 알코올을 사용함으로써 포집률의 향상을 도모하였으나 100% 알코올에서는 세포막 또는 세포벽의 고착화로 오히려 수용액상태에 비해 포집이 저해됨을 확인하고 60 ~ 70% 에탄올을 포집 용매로 사용함으로써 70% 이상의 포집이 가능하다는 것을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

또한, 본 발명자들은 기존방법이 효모를 이용한 포집 이후 분무건조 시 세포벽 성분의 미세한 입자구조와 지방함량으로 인해 생산수율이 떨어지는 문제점이 있고 냉동건조 시 건조비용이 많이 들어 대량생산을 위한 상업적인 방법으론 부적합한 반면에, 유용물질을 포집한 효모 세포벽을 특정 피복물질로 재포집(2차 포집)하여 분말화함으로써 건조 시 생산수율의 상승과 유용성분의 손실을 최소화하는 동시에 높은 열안정성과 수분과의 접촉 시 방출을 지연할 수 있음을 발견하고 본 발명을 완성하였다.

따라서, 본 발명의 목적은 효모 세포벽 성분을 이용하여 기질을 포집하는 방법으로 특히 포집이 어려운 구조를 갖는 파풍미유 등의 포집률을 향상시키기 위해 포집 용매의 선정, 용매의 농도, 용매의 배합비, 포집 온도, 포집 시간을 변수로 한 포집 방법의 선정을 통하여 상업적으로 대량생산 및 이용이 가능한 미세캡슐의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

또한, 본 발명의 목적은 기존의 미세캡슐 분말의 열안정성 부족과 특히 수분과의 접촉 시 포집된 풍미를 모두 방출해버리는 한계점을 극복하기 위해 유용물질을 포집한 효모 세포벽을 특정 피복물질로 재포집하여 분말화함으로써 건조 시 생산수율의 상승과 유용성분의 손실을 최소화하고 열안정성과 수분안정성을 현저히 향상시킨 새로운 미세캡슐의 제조방법을 제공하는 데에 있다.

이러한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 이용하여 기질을 포집시키는 것을 포함하는 미세캡슐의 제조방법을 제공한다.

본 발명에서, 효모 세포벽 성분이란 효모 엑기스 제조후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분으로서, 주로 효모 세포벽 및 세포막으로 구성되며 일부의 세포질을 포함할 수 도 있다.

본 발명에서, 기질이란 효모 세포벽 성분에 포집되어 산업적으로 이용될 수 있는 수용액 또는 오일 형태의 향기성분, 기능성 물질, 염료 및 그들의 혼합형태를 포함한다.

본 발명에서는 생효모나 곰팡이 등의 미생물 전체를 이용하거나 효소나 유기용매를 처리함으로써 포집률을 향상하고자 한 기존 방법과 달리, 산업적으로 효모의 세포 내 물질을 추출하고 남은 폐박인 효모 세포벽 성분을 활용함으로써 가격적인 잇점과 포집 공간의 충분한 확보와 더불어 세포질로부터 유래하는 효모 본연의 향의 제거가 가능하다. 즉, 열수 추출에 의해 효모 엑기스를 회수하고 남은 폐박이기 때문에 효모의 향이 제거되어 사용에 유리하고 효모 내부에 포집을 위한 공간이 많아 포집에 유리하다. 또한 본 발명을 통해 대부분 폐기되거나 건조하여 동물의 사료 정도로 이용되고 있는 효모 세포벽 성분을 활용하여 유용성분 포집함으로써 고가의 제품화가 가능하다.

본 발명에서, 바람직하게는 포집용매로 60 ~ 70% 에탄올을 사용하여 50℃ 이상에서 1시간 이상 교반하여 기질을 포집시키는 미세캡슐의 제조방법을 제공한다.

기존 특허에서 효모의 포집 공정시 수용액상태나 100% 에탄올, 메탄올 등의 저급 알코올을 사용함으로써 포집률의 향상을 도모하였으나 본 발명에서는 100% 알코올에서는 오히려 세포막 또는 세포벽의 고착화로 인해 수용액상태에 비해 포집이 저해됨을 확인하고 60 ~ 70% 에탄올을 포집 용매로 사용함으로써 70% 이상의 포집이 가능하게 되었다.

또한, 포집을 위한 공정 조건으로써 온도는 20 ~ 50℃ 까지는 온도의 상승에 따라 포집률이 증가하였으나 그 이후에는 커다란 차이가 없었으며, 포집 시간은 1시간 이후에 포집률이 유사해지므로, 본 발명에서는 50℃ 이상에서 1시간 이상 교반하는 것이 바람직하였다.

본 발명의 또 다른 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 a) 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 이용한 기질의 1차 포집 단계, 및b) a) 단계에서 1차 포집이 완료된 유화물에 피복물질을 첨가하고 가수하여 혼합 후 분무건조로 분말화하는 2차 포집 단계를 포함하는 미세캡슐의 제조방법을 제공한다.

종래에는 효모를 이용한 포집 이후 분무건조나 냉동건조에 의해 분말화되고 있으나 세포벽 성분은 미세한 입자구조와 지방함량으로 분무건조 시 생산수율이 떨어지는 문제점이 있고 냉동건조 시 건조비용이 많이 들어 대량생산을 위한 상업적인 방법으론 부적합하였다. 그러나, 본 발명에서는 유용물질을 포집한 효모 세포벽을 특정 피복물질로 재포집(2차 포집)하여 분말화함으로써 입자구조를 크게 하고 분말물성을 우수하게 하여 건조기 내벽에 달라붙는 것을 방지하기 때문에 건조 시 생산수율의 상승과 유용성분의 추가 포집으로 손실을 최소화할 수 있었다.

본 발명에서, 2차 포집용 피복물질로는 우선적으로 포집용매인 에탄올에 잘 분산되어야 하므로, 비호화 변성전분 또는 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명에 사용될 수 있는 비호화 변성전분은 효소나 산에 의해 가수분해되어 일부의 구조가 변형된 전분으로 호화(gelatinization)되지 않아 에탄올에 분산이 가능하며, 사이클로덱스트린은 복수의 글루코스가 환상구조를 이루고 있는 물질로서 에탄올에 가용적이며 내부에 향기 포집능이 우수하다.

피복 물질로서 일반적인 미세캡슐화에 사용되고 있는 검(Gum)류나 변성전분, 덱스트린과 같은 수용성 피복물질은 포집용매인 에탄올에 분산되지 않고 고착화되는 문제점이 있어 비호화 변성전분을 이용하여 그 문제점을 해결하는 동시에 높은 열안정성과 수분과의 접촉 시 방출을 지연하는 특성을 부여하였다.

본 발명에서, 2차 포집된 분말은 180℃에서 30분간 열처리에 의해 포집된 풍미의 1.1% 만을 방출하고 86.1% 를 보호하는 탁월한 열안정성을 보였다. 또한 수용액 상에서 상온, 5분의 처리에 의해 4.8% 만을 방출하는 안정성을 보였고 100℃, 30분간의 처리에도 15%만을 방출하고 70% 이상을 보존하는 수분에 대한 보호효과도 우수하였다.

이와 같은 탁월한 열안정성 및 수분안정성으로 인해 본 발명의 생성물은 통상적으로 이용되는 미세캡슐 분말 형태 뿐만 아니라 수분에 대한 지연 방출 특성으로 액상의 형태로도 활용이 가능하다. 효모 세포벽에 의한 액상에서의 조절방출 특성과 더불어 2차 포집에 의한 탁월한 열안정성으로 많은 활용이 기대된다. 적합한 적용분야로는 예를 들면, 끓는 물에서 방출이 지연되는 스프류, 특정 성분이 입에서 씹었을 때 방출이 이루어지는 검(gum) 등의 식품류, 유탕 과정에서 열안정성을 요하는 물질, DHA와 같이 기질 특유의 냄새가 문제인 기능성 물질, 열안정성과 산화안정성을 요구하는 유지 및 기능성 물질, 2가지 이상의 성분의 순차적인 방출을 원하는 제품, 치약이나 화장품과 같이 외부적인 충격에 의해서만 방출을 원하는 기능성 물질, 소스나 스프 등의 액상형태의 식품에서 안정성을 필요로 하는 향기성분 등이 있다.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

본 발명에서는, 효모 세포벽 성분 내로의 파풍미 포집률의 향상을 위하여 에탄올의 사용으로 세포벽 및 세포막의 유동성을 증가시키는 방법을 이용하였다. 포집률 분석시, 60% 에탄올에 의해 추출이 가장 잘 이루어졌기 때문에 포집에 있어서도 60 ~ 70% 에탄올이 포집용매로 가장 효과적이었다. 이는 100% 에탄올은 미생물의 세포막이나 세포벽을 순간적으로 고착화시킴으로써 물질의 이동이 어려운 반면, 60 ~ 70%의 에탄올은 세포막 및 세포벽의 유동성을 증가시켜 포집 및 추출이 가장 잘 이루어지는 것으로 보인다.

선정된 포집용매를 이용하여 포집 용매량, 포집 온도, 포집 시간을 변수로 하여 포집 방법을 최적화한 결과, 건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60% 에탄올 7kg을 첨가하여 50℃, 1시간 동안 200 rpm으로 교반하는 방법으로 70% 이상의 포집률을 얻었다.이와 같이 얻어진 포집 유화물의 응용에 편리한 분말형태로 건조하기 위하여 본 발명에서는 열안정성과 물성개량 효과가 우수한 피복물질을 첨가해 가수하고 교반한 후 분무건조로 재포집함으로써 분말 물성과 생산 수율의 향상과 더불어 풍미의 재포집과 열안정성을 향상시켰다. 분무건조를 위한 피복물질은 우선적으로 포집용매인 60% 에탄올에 잘 분산되어야 하므로 일반적인 수용성 피복물질들은 고착화되는 문제점이 있어 비호화 변성전분 또는 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)을 피복물질로 하였다.

비호화 변성전분과 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)에 의해 2차 포집된 분말의 포집률 양상을 분석한 결과, 효모 세포벽에 의한 1차 포집률은 71.1% 로 동일하였고 피복물질에 의한 2차 포집률에서 비호화 변성전분이 16.1% 로 사이클로덱스트린에 비하여 4.6% 의 포집이 더 이루어졌으나 관능상으로 느껴지는 풍미에서는 오히려 적게 나타나 풍미 보존능이 우수하였다.

효모 세포벽 성분에 의한 1차 포집된 파풍미는 분말상태에서 열처리 조건에 따라 풍미 방출이 증가하여 180℃에서 30분간 열처리에 의해 포집된 풍미의 48.5% 를 방출하여 19.5%가 잔존하는 반면, 사이클로덱스트린에 의해 2차 포집된 분말은 13.6% 로 방출이 억제되어 69.2% 의 풍미를 보호하였고 비호화 변성전분에 의한 포집 분말은 포집된 풍미의 1.1% 만을 방출하고 86.1% 를 보호하는 우수한 열안정성을 보였다.

수용액 상에서의 방출특성은 효모 세포벽에 의해 상온에서 5분 및 100℃에서 60분간의 열처리에도 포집된 풍미의 10% 이내로 방출하고 64% 이상을 보존하는 안정성을 보였고, 비호화 변성전분에 의해 포집된 풍미는 수용액 상에서 상온, 5분의 처리에 의해 4.8% 만을 방출하는 안정성을 보였고 100℃, 30분간의 처리에 의해 15% 를 방출하고 70% 이상을 보존하였다.이와 같이 본 발명에 따르면, 비호화 변성전분에 의한 2차 포집에 의해 건조분말 상태에서의 열안정성이 크게 향상되었고 상온의 수용액에서 풍미 보호효과가 있었다. 그리고 효모 세포벽에 의해 포집된 풍미는 수용액에서 거의 방출이 억제되는 안정성을 보였다.

이하, 실시예에 의해 본 발명을 더욱 구체적으로 설명하지만, 본 발명은 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

[포집률 분석방법]

하기 실시예들에 따른 미세캡슐의 정확한 포집률 분석을 위하여 실시예 1에 따라 제조된 분말 0.1g에 0, 20, 40, 60, 80, 100%(V/V) 농도의 표준물질을 포함하는 에탄올 5g을 용매로 하여 5분간 추출하고 원심분리기(centrifuge)로 3000 rpm, 5분간 고액분리하여 0.45㎛ 필터(filter)로 여과하여 가스 크로마토그래피(gas chromatography)로 정량하였다.

포집률 (%) = 포집된 파풍미 / 초기 투입된 파풍미 x 100

환산상수(0.21)는 파풍미유 중 대표적인 파향인 DPDS(Dipropyl disulfide)의 비율로 파풍미유 중 DPDS가 21%를 차지하는 것을 의미하며 이는 실험에 의해 계산되었다.

하기 표 1에 나타낸 바와 같이, 실시예 1에 따라 제조된 동일한 시료에 대해 60% 에탄올에 의해 가장 잘 추출되므로 60% 에탄올을 추출용매로 사용하여 포집률을 분석하였다.

에탄올 농도별 추출율 비교

에탄올 농도(%)	0	20	40	60	80	100
분석된 포집률(%)	0.51	3.21	5.76	8.8	6.03	0.72

[실시예 1]

지스트 브로케이드(Gist brocade)로부터 공급받은 건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분(Celltex-Mx, Gist-brocade, 네덜란드) 1kg에 파풍미유 1kg을 혼합하여 5kg의 증류수를 가수하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 40℃, 4시간 동안 200 rpm으로 교반 후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다.

[실시예 2 ~ 3]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60, 70% 에탄올 5kg을 각각 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 40℃, 4시간 동안 200 rpm으로 교반 후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다.

[실시예 4 ~ 7]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60% 에탄올 7, 9,11, 13kg을 각각 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 40℃, 4시간 동안 200 rpm으로 교반 후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다.

[실시예 8 ~ 9]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60% 에탄올 7kg을 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 각각 50, 60℃로, 4시간 동안 3,000 rpm으로 교반 후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다

[실시예 10 ~ 13]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg에 파풍미유 1kg을 혼합하여 60% 에탄올 7kg을 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 50℃로, 각각 1, 2, 3, 4시간 동안 200 rpm으로 교반 후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다.

[실시예 14 ]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60% 에탄올 7kg을 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 50℃, 1시간 동안 200 rpm으로 교반 한 후, 사이클로덱스트린(cyclodextrin: Cydex-S, 태경, 한국) 2kg 과 증류수 2kg을 투입하여 균질혼합기(homomixer)로 3000 rpm, 3분 동안 혼합하고 초기 온도(inlet temperature) 170℃, 분무기 회전속도(atomizer speed) 10000 rpm으로 분무건조하여 분말화하였다.

[실시예 15]

2차 포집 피복 물질로 비호화 변성전분(enzymatic modified waxy corn starch: Flomax-5, National starch, USA) 를 사용한 것을 제외하고는, 실시예 14와 동일한 방법으로 포집하였다.

[비교예 1 ~ 5]

포집 용매로 0, 20, 40, 80, 100%의 에탄올 5kg씩을 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 2 내지 3과 동일한 방법으로 포집하였다.

[비교예 6 ~ 8]

포집 용매로 60% 에탄올 2, 3, 5 kg을 각각 첨가한 것을 제외하고는, 실시예 4 내지 7과 동일한 방법으로 포집하였다.

[비교예 9 ~ 10]

포집시 온도를 20, 403℃로 각각 달리한 것을 제외하고는 실시예 8 내지 9와 동일한 방법으로 포집하였다.

[비교예 11]

포집 시간을 30분으로 한 것을 제외하고는, 실험예 10 내지 13과 동일한 방법으로 포집하였다.

[비교예 12]

건조 분말 상태의 효모 세포벽 성분 1kg과 파풍미유 1kg에 60% 에탄올 7kg을 첨가하여 진탕 배양기(shaking incubator)에서 50℃, 1시간 동안 200 rpm으로 교반후, 포집되지 않은 풍미는 원심분리기(centrifuge)로 200 x g, 5분간 2회 세척하고 건조하여 분말화하였다.

에탄올 농도별 포집률 비교

구분	포집률	에탄올 농도(%)	용매량(kg)	포집온도(℃)	포집시간(시간)
비교예 1	21.3	0	5	40	4
비교예 2	30.7	20
비교예 3	30.8	40
비교예 4	20.0	80
비교예 5	9.0	100
실시예 2	55.3	60
실시예 3	49.6	70

포집률(%) = 포집된 DPDS / 초기 투입된 DPDS x 100

상기 표 2와 같이, 에탄올 농도 0, 20, 40, 80, 100 %보다 에탄올 농도 60 또는 70 %가 포집률이 훨씬 높으며, 특히 60% 에탄올 사용 시 55.3%의 포집률로 가장 높아 포집 용매로 선정하였다.

포집 용매 첨가량별 포집률 비교

구분	포집률	에탄올 농도(%)	용매량(kg)	포집온도(℃)	포집시간(시간)
비교예 6	22.7	60	2	40	4
비교예 7	39.6		3
비교예 8	41.2		5
실시예 4	66.7		7
실시예 5	71.2		9
실시예 6	67.6		11
실시예 7	71.2		13

포집률(%) = 포집된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

상기 표 3과 같이, 첨가된 용매량에 따라 포집률이 증가하여 7배 이상의 용매 첨가 시 포집률에 대한 큰 변화가 없는 것으로 나타나 포집률과 경제성을 검토하여 효모 세포벽 성분과 포집 용매의 비를 7배로 선정하였다.

포집 온도별 포집률 비교

구분	포집률	에탄올 농도(%)	용매량(kg)	포집온도(℃)	포집시간(시간)
비교예 9	44.5	60	7	20	4
비교예 10	57.5			40
실시예 8	68.0			50
실시예 9	71.6			60

포집률(%) = 포집된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

포집 시간별 포집률 비교

구분	포집률	에탄올 농도(%)	용매량(kg)	포집온도(℃)	포집시간(시간)
비교예 11	60.0	60	7	50	0.5
실시예 10	68.0				1
실시예 11	70.6				2
실시예 12	71.6				3
실시예 13	71.7				4

포집률(%) = 포집된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

상기 표 4, 5와 같이, 상기 선정된 용매를 이용하여 포집 온도 및 시간의 변수에 따른 포집률 양상에서 50℃ 이상의 온도에서 포집률의 큰 변화가 없는 것으로 포집률과 작업의 안정성을 검토하여 50℃를 포집 온도로 선정하였으며, 50℃에서 1시간 이상 포집 시 포집률의 큰 변화가 없는 것으로 1시간을 포집 시간으로 선정하였다.

2차 포집에 의한 포집률 양상

구분	1차 포집률(%)	2차 포집률(%)	전체 포집률(%)	2차 포집 피복물질
비교예 12	68		68	사용 안함
실시예 14	71.1	11.5	82.6	싸이클로덱스트린
실시예 15	71.1	16.1	87.2	비호화 변성전분

1차 포집률(%) = 효모 내에 포집된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

2차 포집률(%) = 2차 피복 물질에 포집된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

상기 표 6 과 같이, 비교예 12의 효모 세포벽 성분에 비하여, 실시예 14의 싸이클로덱스트린와 실시예 15의 비호화 변성전분에 의해 각각 11.5와 16.1%의 2차 포집이 이루어졌고 특히 비호화 변성전분에 의해 4.6% 의 포집이 더 이루어졌다.

포집된 풍미의 방출특성

구분	풍미 방출율 (%)
	건조 상태(30분)	수용액 상태
		25℃	100℃
	100℃	125℃	150℃	180℃	5분	30분	60분	120분	180분
비교예 12	9.4	8.2	17.3	48.5	6.6	6.4	6.5
실시예 14	10.4	10.4	12.4	13.6	8.8	14.0	12.0	16.0	14.8
실시예 15	1.5	3.3	1.1	1.1	4.8	15.2	15.6	20.0	19.2

풍미 방출율 (%) = 방출된 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

포집된 풍미의 열 안정성 및 수분에 대한 안정성

구분	풍미 잔존률 (%)
	건조 상태(30분)	수용액 상태
		25℃	100℃
	100℃	125℃	150℃	180℃	5분	30분	60분	120분	180분
비교예 12	58.6	59.8	50.7	19.5	63.9	64.1	64
실시예 14	72.4	72.4	70.4	69.2	74	68.8	70.8	66.8	68
실시예 15	85.7	83.9	86.1	86.1	82.4	72	71.6	67.2	68

풍미 잔존률(%) = 잔존하는 파풍미유 / 초기 투입된 파풍미유 x 100

상기 표 7, 8과 같이, 효모 세포벽 성분 내에 포집된 파풍미는 분말상태에서100℃에서 180℃ 범위의 열처리 조건에 따라 풍미 방출이 증가하여180℃에서 30분간 열처리에 의해 포집된 풍미의 48.5%를 방출하여 19.5%가 잔존하였고, 수용액 상에서는 100℃에서 60분간의 열처리에도 포집된 풍미의 10% 이내로 방출하고 64% 이상을 보존하는 안정성을 보였다. 사이클로덱스트린(Cyclodextrin)에 의한 2차 포집분말은 분말상태에서 100℃에서 180℃ 범위의 열처리 조건에서 포집된 풍미의 10 ~ 13.6%의 방출을 보였으며 70% 이상의 풍미가 잔존하였고, 수용액 상에서 상온, 5분 및 100℃에서 60분간의 열처리에서 포집된 풍미의 12% 이내로 방출하고 70.8% 를 보존하여 사이클로덱스트린에 의해 추가로 포집된 풍미가 수용액과의 접촉으로 모두 방출되었다. 이에 반하여, 비호화 변성전분에 의한 2차 포집분말은 분말상태에서 180℃에서 30분간 열처리에서 1.1% 만을 방출하고 86% 이상을 보존하는 뛰어난 열안정성을 보였고, 수용액 상에서 상온, 5분 처리에 의해 4.8% 만을 방출하는 안정성을 보였고 100℃에서 60분간 처리에 의해 15% 를 방출하고 71.6% 를 보존하였다.

본 발명에 따르면, 효모에서 엑기스 성분을 추출하고 남은 폐박을 활용하여 높은 포집 및 보호가 가능한 미세캡슐을 제조할 수 있으며, 효모 세포벽은 생효모를 이용하는 것에 비해 값이 저렴하고 냄새가 적으며 포집공간이 많아 포집률이 높을 뿐만 아니라 완벽한 세포벽의 보호막 구조로 둘러싸여 있기 때문에 포집한 유용물질을 조절 방출하고 수분에 대한 안정성을 확보할 수 있었다.

또한, 본 발명에 따르면, 피복물질을 이용한 2차 포집으로 탁월한 열안정성의 향상으로 열에 민감한 향기성분 및 기능성 성분의 보호와 조절 방출이 가능하여특정 풍미를 조절방출하는 검(gum), 사탕, 초콜릿 등의 식품과 열안정성을 요구하는 유탕식품, 기능성 성분의 조절 방출이 가능한 비누, 치약, 화장품 등의 생활용품에 활용이 가능하다. 또한 기존의 미세캡슐용 피복물질의 한계점이었던 수분과의 접촉에도 안정하므로 소스류나 액상 스프류 등의 열안정성이 떨어지는 향기 성분에 적용이 가능하고 열안정성이나 산화 안정성이 떨어지는 기능성 성분의 보호 및 조절방출을 통해 제약 및 식품산업에 그 활용이 기대된다.

Claims (5)

1. 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 이용하여 기질을 포집시키는 것을 포함하는 미세캡슐의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 포집용매로 60 ~ 70% 에탄올을 사용하고 50℃ 이상으로 1시간 이상 교반하여 포집하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐의 제조방법.
3. a) 효모 엑기스 제조 후 나오는 폐박인 효모 세포벽 성분을 이용한 기질의 1차 포집 단계, 및 b) a) 단계에서 1차 포집이 완료된 유화물에 피복물질을 첨가하고 가수하여 혼합 후 분무건조로 분말화하는 2차 포집 단계를 포함하는 미세캡슐의 제조방법.
4. 제 3 항에 있어서, 1차 포집단계에서 포집용매는 60 ~ 70% 에탄올을 사용하고 50℃ 이상으로 1시간 이상 교반하는 것을 특징으로 하는 미세캡슐의 제조방법.
5. 제 3 항 또는 제 4 항에 있어서, 2차 포집단계에서 피복물질은 비호화 변성전분 또는 사이클로덱스트린인 것을 특징으로 하는 미세캡슐의 제조방법.