A comprehensive investigation on the properties of seaweed (Sargassum tenerrimum) protein isolates: Addressing the knowledge gap on drying methods
본 연구는 *Sargassum tenerrimum* 해조류로부터 추출한 단백질 분리물이 동결, 진공 또는 분무 건조 과정을 거쳐 처리되었을 때, 분무 건조가 우수한 유화 및 기포 형성 능력을 제공하고 동결 건조가 더 높은 페놀 함량을 보존하는 가운데, 뚜렷한 구조적 및 기능적 특성을 지닌 고품질의 안전하고 생리활성적인 단백질을 생성한다는 것을 입증한다.
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인구수가 세기 중반까지 거의 100억 명에 달할 것으로 예상되는 세상에서, 고품질 식품의 새로운 공급원을 찾는 것은 긴급한 과제가 되었습니다. 오랫동안 동물들이 식단 단백질의 대부분을 제공해 왔지만, 가축 사육에 따르는 환경적 비용은 과학자들이 대안을 찾기 위해 바다를 주목하게 만들고 있습니다. 바다의 거대한 숲으로 알려진 해조류는 미네랄, 섬유질, 비타민이 풍-부한 것으로 알려져 있지만, 주요 단백질 공급원으로서의 잠재력은 그동안 거의 활용되지 못했습니다. 문제는 해조류가 복잡한 유기체라는 점에 있습니다. 해조류의 세포는 단단하며 내부의 단백질 추출을 방해할 수 있는 화합물들로 가득 차 있습니다. 더욱이, 단백질을 추출한 후에는 저장 및 사용을 위해 건조해야 하는데, 물을 제거하는 데 사용하는 방식이 단백질의 구조, 다른 성분과 혼합되는 능력, 그리고 영양 가치를 근본적으로 변화시킬 수 있습니다. 서로 다른 건조 기술이 이 섬세한 해양 단백질에 어떤 영향을 미치는지 이해하는 것이 해조류를 미래의 실행 가능하고 지속 가능한 식품 자원으로 바꾸는 핵심입니다.
인도의 케랄라 해양 대학(Kerala University of Fisheries and Ocean Studies)과 중앙 수산 기술 연구소(Central Institute of Fisheries Technology)의 연구진은 *사르가숨 테네리뭄(Sargassum tenerrimum)*이라 불리는 흔한 갈조류를 사용하여 이 구체적인 문제를 해결하고자 했습니다. 그들은 남인도 팔크 베이(Palk Bay)의 연안 해역에서 해조류를 채취하여 세척한 뒤 고운 가루로 갈았습니다. 물의 산도를 변화시켜 식물 조직으로부터 단백질을 끌어내는 화학적 공정을 사용하여, 그들은 해조류의 나머지 부분으로부터 단백질을 분리했습니다. 그 결과 액체 단백질 추출물이 얻어졌으며, 연구진은 이를 세 개의 배치로 나누었습니다. 각 배치는 서로 다른 산업적 방법으로 건조되었습니다. 하나는 얼린 상태에서 진공 하에 직접 얼음을 제거하는 방식으로 동결 건조되었고, 다른 하나는 중간 온도의 진공 챔버에서 건조되었으며, 마지막 하나는 뜨거운 공기 흐름 속으로 분사되어 거의 즉각적으로 건조되었습니다. 연구의 목표는 이 세 가지 방법 중 어떤 방법이 단백질 함량, 안전성, 그리고 식품 내에서의 기능성 측면에서 최상의 최종 제품을 만들어내는지 확인하는 것이었습니다.
결과는 세 가지 방법 모두 단백질이 풍부한 분말을 성공적으로 생산했으나, 물을 제거하는 방식에 따라 품질이 크게 달랐음을 보여주었습니다. 분무 건조된 분말은 약 66%로 가장 높은 단백질 함량을 포함하고 있었고, 동결 건조된 샘플이 약 65%로 그 뒤를 바짝 쫓았으며, 진공 건조된 샘플은 50%를 약간 밑도는 수준으로 가장 낮았습니다. 중요한 점은, 연구진이 분말에서 납, 수은, 카드뮴과 같은 위험한 중금속을 테스트했을 때 검출 가능한 양이 없음을 발견했다는 것이며, 이는 추출 과정이 해조류를 효과적으로 정제했음을 확인해 줍니다. 그러나 건조 방식의 선택은 분말의 화학적 구성을 변화시켰습니다. 동결 건조된 샘플은 건강에 유익한 것으로 알려진 천연 식물 화합물인 페놀을 가장 많이 보유하고 있었던 반면, 분무 건조 과정의 높은 열은 이러한 화합물을 약간 감소시켰습니다. 그럼에도 불구하고, 분무 건조된 분말은 유해한 자유 라디칼을 중화하는 강력한 능력을 보여주어 여전히 상당한 항산화력을 지니고 있음을 시사했습니다.
과학자들이 분말의 물리적 특성을 조사했을 때, 차이점은 더욱 뚜렷해졌습니다. 강력한 현미경 아래에서 분무 건조된 입자들은 액체 방울이 빠르게 건조되면서 형성된 형태인 작은 속이 빈 구형으로 나타났습니다. 반면, 동결 건조된 분말은 수축된 벌집 모양의 조각처럼 보였고, 진공 건조된 샘플은 부서지고 으깨진 조각들로 구성되어 있었습니다. 이러한 구조적 차이는 연구진이 분말이 물과 기름에서 어떻게 행동하는지 테스트할 때 매우 중요하게 작용했습니다. 동결 건조된 분말은 물, 특히 물이 약간 알칼리성일 때 가장 잘 용해되어 매끄러운 혼합물을 만드는 데 가장 다재다능했습니다. 또한 가장 안정적인 에멀션을 형성했는데, 이는 드레싱이나 크리미한 음식을 만드는 데 필수적인 특성인 기름과 물을 효과적으로 결합할 수 있음을 의미합니다. 분무 건조된 분말은 용해도는 약간 떨어졌지만, 휘저었을 때 크게 팽창하는 거품 생성 능력이 뛰어나 가볍고 폭신한 음식 질감을 만드는 데 유용할 수 있었습니다.
연구는 동결 건조가 해조류 단백질의 가장 섬세한 구조적, 기능적 특성을 보존하여 고품질 식품 적용에 있어 우수한 선택이 되는 반면, 분무 건조는 매력적인 대안을 제공한다고 결론지었습니다. 분무 건조 방식은 높은 단백질 함량과 뛰어난 거품 형성 능력을 가진 분말을 생산하며, 운영 특성상 상업적 생산에 적합한 방법으로 간주됩니다. 연구진은 건조 과정이 단백질의 핵심 구조나 박테리아에 대항하는 능력을 파괴하지 않는다는 것을 발견했는데, 이는 분말이 일반적인 식중독균에 대해 강한 활성을 보였기 때문입니다. 궁극적으로, 이 연구는 해조류 단백질이 안전하고 강력한 자원임을 입증하며, 건조 방식의 선택을 통해 식품 제조업체가 최대의 영양 보존 또는 효율적인 대규모 생산과 같이 특정 목적에 맞춰 최종 제품을 맞춤 제작할 수 있음을 보여줍니다.
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