Advancing Protein Recovery from Brewery Spent Grain Using Enzyme-Assisted Extraction
본 연구는 초음파 전처리와 최적화된 가수분해 조건을 통해 강화된 효소 보조 추출법이 흑맥주박을 기능성 식품 적용에 적합한 우수한 수분 및 유지 보유 능력을 갖춘 고수율 단백질 농축물로 효과적으로 전환함을 입증한다.
원본 논문은 CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/) 라이선스로 제공됩니다. 이것은 아래 논문에 대한 AI 생성 설명입니다. 저자가 작성하거나 승인한 것이 아닙니다. 기술적 정확성을 위해서는 원본 논문을 참조하세요. 전체 면책 조항 읽기
양조장이 맥주를 만들 때마다, 젖은 섬유질 형태의 찌꺼기가 산더미처럼 남습니다. 브루어스 스펜트 그레인(brewers' spent grain)이라고 알려진 이 물질은 액체 상태의 맥즙을 걸러낸 후 남은 보리의 껍질과 외피입니다. 이는 양조 산업에서 발생하는 고형 폐기물의 거의 전부를 차지하는, 단일 품목 중 가장 큰 규모의 부산물입니다. 전 세계적으로 이는 매년 4,000만 톤 이상에 달합니다. 수십 년 동안 이 영양가 높은 물질은 단백질과 섬식이 풍부함에도 불구하고, 주로 가축의 사료로 쓰이거나 퇴비로 만들어지는 저가치 상품으로 취급되어 왔습니다. 세계가 늘어나는 인구를 먹여 살릴 더 지속 가능한 방법을 찾는 가운데, 과학자들은 이러한 농업 부산물을 폐기물이 아닌 가치 있는 식품 원료로 변환할 수 있을지 점점 더 자문하고 있습니다. 문제는 곡물 내부의 단백질이 식물 섬유로 이루어진 단단하고 나무 같은 구조 안에 꽉 갇혀 있어, 식품의 품질을 손상시킬 수 있는 강한 화학 물질이나 극심한 열을 사용하지 않고는 이를 추출하기가 어렵다는 점에 있습니다.
라트비아 생명과학기술대학교의 연구진은 흑맥주용 스펜트 그레인 속에 숨겨진 단백질을 열어줄 부드러운 효소 기반 방법을 개발함으로써 이 문제를 해결하고자 했습니다. 연구팀은 강한 산이나 염기를 사용하는 대신, 영양소를 파괴하지 않으면서 식물의 특정 구조만을 절단할 수 있는 특수 가위 역할을 하는 생물학적 도구인 효소를 사용했습니다. 연구진은 건조 중량 100g당 약 30g의 단백질을 함유한 스펜트 그레인 샘샘플로 시작했습니다. 곡물을 다루기 쉽게 만들기 위해, 연구진은 먼저 초음파 처리를 하여 음파를 이용한 미세한 진동을 일으킴으로써 곡물의 단단하고 섬유질이 많은 벽을 느슨하게 만들었습니다. 이 단계는 구조를 열어주어 효소가 그 안에 갇힌 단백질에 도달할 수 있게 하는 데 결정적인 역할을 했습니다.
그 후 연구팀은 어떤 것이 가장 잘 작동하는지 확인하기 위해 다양한 종류의 이 '생물학적 가위'들을 테스트했습니다. 연구진은 단백질을 직접 분해하는 효소뿐만 아니라, 셀룰로오스나 베타글루칸과 같이 단백질을 둘러싼 식물 섬유를 녹이는 효소들도 테스트했습니다. 이들은 단일 효소와 쌍으로 작용했을 때 결과가 더 나은지 확인하기 위해 개별적으로 그리고 함께 테스트했습니다. 실험 결과, 중성 단백질 절단 효소와 섬유 용해 효소의 조합이 가장 효과적인 팀이라는 것이 밝혀졌습니다. 이 두 효소가 함께 작용했을 때, 이들은 단독으로 작용할 때보다 훨씬 더 효율적으로 곡물의 단단한 외층을 분해하고 단백질을 액체로 방출할 수 있었습니다. 이 효소들의 양을 늘리고 더 오랜 시간 동안 작용하게 함으로써, 연구진은 고체 잔류물에 남은 단백질의 양을 건조 중량 100g당 13g 정도로 줄일 수 있었습니다. 이는 연구진이 곡물에서 사용 가능한 단백질의 절반 이상을 성공적으로 회수했음을 의미합니다.
추출된 단백질을 분말 형태로 건조한 후, 연구진은 이것이 실제 식품 적용에서 얼마나 잘 수행될지 조사했습니다. 연구진은 촉촉한 제과제나 안정적인 드레싱을 만드는 데 필수적인, 분말의 수분 및 유분 보유 능력을 테스트했습니다. 결과물인 단백질 농축물은 상당한 양의 수분과 유분을 보유하고 있었으며, 몇몇 측정 항목에서는 표준 상업용 대두 단백 분리물과 대등하거나 오히려 더 나은 성능을 보였습니다. 또한 연구팀은 이 분말이 거품을 생성하고 유지하는 능력, 즉 머랭이나 맥주 거품과 같은 공기가 들어간 식품에 중요한 특성을 확인했습니다. 스펜트 그레인 단백질이 만든 거품은 대조군인 대두만큼 안정적이지는 않았지만, 많은 식품 시스템에 사용하기에는 충분한 수준이었습니다. 새로운 단백질 분말의 색상은 흰색인 대두 단백질보다 더 어둡고 노란빛을 띠었는데, 이는 보리에 들어있는 천연 화합물과 건조 과정 중 발생한 반응의 결과이며, 색상이 눈에 띄지 않는 어두운 색상의 식품에 가장 적합함을 시사합니다.
마지막으로, 연구진은 자신들이 무엇을 만들어냈는지 이해하기 위해 단백질 분자의 크기를 분석했습니다. 분석 결과, 추출된 단백질은 보리의 주요 저장 단백질로 알려진 호르데인(hordein) 및 글루텔린(glutelin)에 해당하는 14,000에서 40,000 달톤(Daltons) 사이의 크기로 나타났습니다. 이는 이 공정이 목표로 했던 특정 단백질을 무익한 파편으로 분해하지 않고 성공적으로 분리했음을 확인시켜 주었습니다. 이 연구는 효소 보조 방식이 엄청난 양의 양조 폐기물을 고품질의 식물성 단백질 원료로 바꾸는 실용적이고 친환경적인 방법을 제공한다고 결 결론짓습니다. 가혹한 화학 물질을 피하고 온화한 조건을 사용함으로써, 이 방법은 단백질의 기능적 특성을 보존하며, 양조장이 제품을 다양화하고 식품 산업이 새로운 지속 가능한 식물성 영양원을 확보할 수 있는 길을 열어줍니다.
연구 분야의 논문에 파묻히고 계신가요?
연구 키워드에 맞는 최신 논문의 일일 다이제스트를 받아보세요 — 기술 요약 포함, 당신의 언어로.