Raffinose 및 Stachyose를 가수분해하여 개발한 두유 제품의 품질 특성과 소화불량 증상에 미치는 영향

서 론

두유는 대두를 가공하여 제조한 식품으로 고품질의 단백질이 함유되어 있으며 무기질 및 필수 지방산 등이 풍부하다(Park JY 2018). 두유는 콜레스테롤이 함유되어 있지 않아 건강에 도움이 되고, 알레르기나 유당불내증이 있어 우유를 섭취할 수 없는 사람들은 우유의 대용품으로 두유를 소비하고 있다(Liu JR & Lin CW 2000; Han MH 등 2019). 또한, 다양한 연구를 통해서 두유는 골다공증과 고혈압 개선에 효과가 있으며 항산화 및 항당뇨에도 효과가 있다고 보고되었다(Ma Y & Huang H 2014; Yu HH 2016; Kumari M 등 2022).

두유의 주원료인 대두(soybean)는 다양한 생리활성 물질들이 풍부하고 영양학적 가치가 뛰어나 다양한 식품들의 원료로 사용되고 있다(Sedivy EJ 등 2017; Park JH & Kim GN 2023). 대두는 지방의 약 80%가 불포화지방산으로 구성되어 있어 심혈관계 질환 예방에 도움을 주며 피트산, 사포닌, 이소플라본 등의 생리활성 물질들이 풍부하게 함유되어 있다(Jeon KS & Park SI 2015; Lim SY 2016; Kim JS 등 2019). 또한, 항산화 효과가 있는 페놀 화합물을 포함하여 다양한 파이토케미컬 화합물들이 함유되어 있으며 대장암, 혈관질환, 골다공증 등의 질환 예방에 효과가 있다고 알려져 있다(Jeon SH 등 2005; Alghamdi SS 등 2018). 대두와 관련된 선행연구들에 따르면 대두에 풍부한 식이섬유는 혈당의 급격한 상승을 예방하여 당뇨 개선에 도움을 주고, 대두 펩타이드는 실험쥐의 혈중 high-density lipoprotein(HDL) 콜레스테롤의 농도는 높이고, 중성지방 및 low-density lipoprotein(LDL) 콜레스테롤의 농도는 감소시킬 수 있다고 보고되었다(Park JH 등 2010; Kim AR 등 2012; Chatterjee C 등 2018). 또한, 대두는 항산화 효과, 혈중 콜레스테롤 농도 저하, 고혈압을 개선시킬 수 있는 다양한 생리활성 물질들이 풍부하여 기능성 식품의 원료로 활용되기 좋으며 유당불내증 인구의 비율이 높은 우리나라 국민들을 대상으로 대두로 만든 두유는 우유의 좋은 대체식품이 될 수 있다(Setchell KD 등 2002; Fadly D 등 2021; Kim SH & Kang SA 2021).

최근 소비자들의 건강에 대한 관심이 크게 증가하고 식물성 식품에 대한 수요가 증가함에 따라 영양성분이 뛰어나고 건강상의 이점이 있는 두유의 선호도가 높아지고 있다(Messina M 2010; Pratiwi RD 등 2022). 그러나 두유는 주원료로 대두를 사용하기 때문에 라피노스(raffinose) 및 스타키오스(stachyose) 등의 올리고당 함량이 높아 복통 및 복부팽만감 등을 동반한 소화불량 증상을 유발할 수 있어 우유와 비교하여 대중적으로 소비되지 못하는 문제가 있다(Desai A 등 2002; Park JY 2018). 라피노스와 스타키오스는 단당류인 갈락토스(galactose), 프럭토스(fructose), 글루코스(glucose)로 구성된 올리고당이다. 그리고 위와 소장에서 소화효소에 의해 분해되지 않으므로 소화불량을 유발할 수 있으며 이는 소비자들이 두유를 섭취하지 않는 주요 원인이다(Hou A 등 2009; Urminská D 2022). 식품을 제조할 때 가수분해 효소를 첨가하는 것은 특정 성분을 분해하기 위해 효과적으로 사용될 수 있는 방법이다. PP0135 효소는 대두의 라피노스와 스타키오스를 이당류인 자당(sucrose) 또는 단당류인 갈락토스, 프럭토스, 글루코스 등으로 가수분해할 수 있는 효소이며 특히 대두를 주원료로 사용하는 두유 제품에 효과적으로 활용되는 효소다. 또한, PP0135 효소는 가수분해 효율이 뛰어나고 약 50℃ 전후에서 최적의 효율을 나타내며 pH를 조절하는 과정을 생략할 수 있으므로 산업적으로 활용하기 쉽다는 장점이 있다.

우유의 경우 유당불내증으로 우유를 섭취하지 못하는 소비자들도 우유를 섭취할 수 있도록 소화불량 증상을 개선하기 위한 연구들이 많이 수행되었다(Chon JW 등 2020). 또한 보고된 연구 결과들을 활용하여 유당(lactose)을 제거한 락토프리 우유 제품(lacto-free milk product)들이 판매되고 있으며 소비자들의 수요가 증가하면서 락토프리 우유 제품의 시장 규모도 커지고 있다(Lee MJ 등 2024). 두유와 관련된 최근의 연구들은 주로 두유의 영양학적 우수성 및 기능성을 조사하거나 원재료의 조성을 다르게 하여 두유 제품을 제조한 뒤 품질 특성을 조사하는 연구들이 수행되었다(Sung HJ 등 2022; Kim SY 등 2024). 그러나 우유처럼 소화불량 증상을 개선 시킬 수 있는 두유 제품을 개발하는 연구나 효소 처리 방법을 사용하여 두유 제품을 개발하는 연구는 미비한 실정이다. 또한, 락토프리 우유 제품처럼 소화불량 증상을 개선시킬 수 있는 두유 제품은 현재 국내에서 판매되고 있지 않다. 따라서 본 연구는 PP0135 효소를 사용하여 라피노스 및 스타키오스가 가수분해된 두유 제품을 제조한 뒤 물리학적 특성, 기호도, 소화불량 개선 효과 등을 조사하여 소화불량 증상을 개선할 수 있는 두유 제품을 개발하기 위해 수행되었다.

재료 및 방법

결 과

1. 라피노스 및 스타키오스 정량

HPLC 기법을 이용하여 시료 내 라피노스 및 스타키오스 함량을 정량 분석하였다(Fig. 1). 효소를 사용하지 않고 제조한 TS 제품의 라피노스 함량은 0.45±0.05 mg/mL, 스타키오스 함량은 2.87±0.22 mg/mL로 라피노스 및 스타키오스가 모두 검출되었다. 반면 효소를 처리하여 제조한 EHS 제품은 라피노스 및 스타키오스가 모두 검출되지 않아 PP0135 효소에 의해 라피노스 및 스타키오스가 효과적으로 가수분해된 것을 확인하였다.

Fig. 1.

The chromatograms of raffinose and stachyose analyzed using high-performance liquid chromatography methods. (A) Traditional soymilk, (B) enzymatically hydrolyzed soymilk.

2. 환원당 함량 측정

TS 제품과 EHS 제품의 환원당 함량을 측정한 결과는 Fig. 2에 제시하였다. EHS 제품의 환원당 측정값은 7.80±0.17 mg/mL로 TS 제품의 환원당 측정값인 4.97±0.15 mg/mL와 비교하여 유의적으로 높은 수치를 나타냈다(p<0.01). 이러한 결과는 PP0135 효소가 비환원당으로 분류되는 라피노스 및 스타키오스를 효과적으로 가수분해시켜 환원당으로 분류되는 글루코스, 갈락토스 및 프럭토스의 함량이 증가했다는 것을 의미한다.

Fig. 2.

A comparative analysis of the reducing sugar content of traditional soymilk and enzymatically hydrolyzed soymilk. TS: traditional soymilk, EHS: enzymatically hydrolyzed soymilk. Values are means±S.E. Statistical significance was analyzed by Student’s t-test (** p<0.01).

3. 물리학적 특성 평가

TS 제품과 EHS 제품의 비중, 점도 및 색도를 측정한 결과는 Table 1과 같다. TS 제품과 EHS 제품의 비중 값은 각각 1.017±0.01 및 1.018±0.01, 점도 값은 각각 4.80±0.35 및 5.00±0.20으로 두 그룹 간에 유의적인 차이는 없었다. 색도를 측정한 결과 TS 제품과 EHS 제품의 명도 L 값은 각각 82.27±0.03 및 82.51±0.08, 황색도 b값은 10.47±0.07 및11.25±0.27로 두 제품 간의 유의적인 차이가 없었으나 EHS 제품의 적색도 a값은 —0.21±0.13으로 TS 제품의 적색도 a값인 —0.81±0.01과 비교하여 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05).

Table 1.

Physical properties of traditional soymilk and enzymatically hydrolyzed soymilk

4. 기호도 평가

TS 제품과 EHS 제품의 외관, 단 냄새, 이취, 부드러움, 입안에서 느껴지는 질감, 단맛, 고소한 맛, 비린 맛 및 전체적인 기호도 등을 평가한 결과는 Table 2와 같다. TS 제품과 EHS 제품의 외관 점수는 각각 6.67±0.16점 및 6.24±0.17점으로 두 제품 간에 유의적인 차이는 없었다. 단 냄새 점수는 TS 제품이 3.93±0.19점, EHS 제품이 4.32±0.20점, 이취 점수는 TS 제품이 3.88±0.18점, EHS 제품이 3.82±0.20점으로 단 냄새와 이취 모두 유의적인 차이가 없었다. 부드러움 점수는 TS 제품이 6.25±0.21점, EHS 제품이 6.11±0.15점으로 평가되었고, 입안에서 느껴지는 질감 점수는 TS 제품이 6.26±0.17점, EHS 제품이 6.11±0.19점으로 두 제품 간에 유의적인 차이는 없었다. EHS 제품의 고소한 맛과 비린 맛 점수는 각각 5.73±0.20점 및 3.73±0.20점으로 TS 제품의 고소한 맛과 비린 맛 평가 점수인 5.49±0.19점 및 3.96±0.22점과 유의적인 차이가 없었다. 반면 EHS 제품의 단맛 평가 점수는 4.18±0.22점으로 TS제품의 단맛 평가 점수인 3.04±0.19점과 비교하여 유의적으로 높게 나타났다(p<0.01). 또한, TS 제품과 EHS 제품의 전체적인 기호도 점수는 각각 5.18±0.18점 및 5.67±0.20점으로 TS 제품과 비교하여 EHS 제품의 평가 점수가 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05).

Table 2.

Evaluation the palatability of traditional soymilk and enzymatically hydrolyzed soymilk

5. 소화불량 개선 평가

EHS 제품의 소화불량 개선 효과를 평가하기 위해 복통, 설사, 더부룩함, 복부팽만, 오심 및 전체적인 증상 등 소화불량 증상을 평가하였다(Fig. 3). 연구 참여자들은 기존의 일반 두유 제품을 섭취했을 때 발생된 소화불량의 증상을 기준으로(5점, 차이 없음) 삼아 EHS 제품을 음용한 뒤 느껴지는 소화불량 증상을 9점 척도로 평가하였다. 연구 참여자들은 소화불량 증상 평가 항목 중 복통은 7.67±0.38점, 설사는 7.33±0.50점, 더부룩함은 7.00±0.44점, 복부팽만은 7.56±0.42점, 오심은 7.22±0.60점, 전체적인 증상은 7.56±0.32점으로 평가하여 EHS 제품이 기존의 일반 두유 제품과 비교했을 때 소화불량과 관련된 증상이 보통(7점) 이상으로 개선된다고 응답하였다.

Fig. 3.

Evaluation of improved digestibility of traditional soymilk and enzymatically hydrolyzed soymilk. Values are mean±S.E.

고 찰

EHS 제품을 개발하기 위해 사용된 PP0135 효소는 대두를 원료로 사용하는 음료 제품에 활용되는 효소로써 삼당류인 라피노스와 사당류인 스타키오스를 효과적으로 가수분해할 수 있다. HPLC 기법을 이용해 EHS 제품의 라피노스 및 스타키오스 함량을 측정한 결과 PP0135 효소를 처리하지 않고 생산한 TS 제품은 라피노스 함량이 0.45±0.05 mg/mL, 스타키오스 함량이 2.87±0.22 mg/mL로 측정되었으나 PP0135 효소를 처리하여 생산한 EHS 제품은 라피노스 및 스타키오스가 검출되지 않았다. 각 제품의 환원당을 분석한 결과에서도 TS 제품과 비교하여 EHS 제품의 환원당 함량이 유의적으로 높게 측정되어 PP0135 효소의 사용으로 인해 비환원당으로 분류되는 라피노스 및 스타키오스가 효과적으로 가수 분해되었음을 확인하였다. 라피노스와 스타키오스 등의 올리고당은 대장까지 이동하여 원활한 배변 활동에 도움을 주고, 유산균 먹이로 활용되어 장내 유익균을 성장시키면서 유해균의 성장을 억제할 수 있다고 보고되었다(Collins SL 등 2018; Guarino MPL 등 2020). 그러나 라피노스 및 스타키오스는 위와 장에서 소화 흡수되지 않고 대장까지 이동한 뒤에 가스를 생성하기 때문에 두유 섭취 시 복통, 설사, 더부룩한 느낌, 복부 팽만감, 오심 등 소화불량 증상을 유발할 수 있는 주요 성분이다(Lee EJ 등 2007; Kuthiala R 등 2021). 본 연구에서 PP0135 효소를 처리하여 제조한 EHS 제품은 HPLC 기법을 이용한 분석 결과에서 라피노스 및 스타키오스가 검출되지 않았다. 또한, 환원당을 측정한 실험에서 라피노스 및 스타키오스 등의 비환원당이 가수분해되고 글루코스, 갈락토스, 프럭토스 등의 환원당 함량이 유의적으로 증가한 것을 고려할 때 PP0135 효소는 대두의 라피노스 및 스타키오스를 효과적으로 가수분해 시켰다고 판단된다.

TS 제품과 EHS 제품의 비중, 점도, 색도를 분석한 결과 적색도 a값을 제외하고 두 제품 간에 유의적인 차이는 없었으며 적색도 a값은 EHS 제품이 유의적으로 높게 나타났다. 식품의 색도 검사 항목에서 적색도 a값은 양수 값이 커질수록 적색이 짙고, 음수 값이 커질수록 녹색이 짙어짐을 의미한다(Choi HW 등 2023). 본 연구에서 TS 제품과 EHS 제품의 적색도 a값은 유의적인 차이를 보였지만 두 제품 모두 적색도 a값이 0에 가까웠기 때문에 외관상으로 적색이나 녹색이 나타나지 않았다. 또한, 외관을 평가한 기호도 조사 결과에서 두 제품의 평가 점수가 유의적인 차이가 없는 것을 볼 때 두 제품의 적색도 차이는 외관의 평가에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다. 두 제품의 기호도를 평가한 결과에서 외관, 단 냄새, 이취, 부드러움, 입안에서 느껴지는 질감 등에 대한 평가 점수는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 이러한 결과는 PP0135 효소를 사용하여 EHS 제품을 제조하는 것이 외관, 냄새, 촉감 등의 기호도에는 큰 영향을 미치지 않는다는 것을 의미한다. 반면 기호도 평가 항목 중 단맛과 전체적인 기호도의 점수는 EHS 제품이 TS 제품보다 유의적으로 높게 평가되었다. 라피노스는 갈락토스, 글루코스, 프럭토스가 각각 1분자씩 결합된 삼당류이며 스타키오스는 2분자의 갈락토스와 글루코스와 프럭토스가 각각 1분자씩 글리코사이드(glycoside) 결합으로 연결된 사당류이다(Chen Z 등 2023). TS 제품과 비교하여 EHS 제품의 단맛 평가 점수가 유의적으로 증가한 것은 PP0135 효소의 사용으로 올리고당인 라피노스와 스타키오스가 단당류로 가수분해되는 과정에서 상대적으로 감미도가 높은 단당류의 농도가 증가했기 때문으로 판단된다. 또한, 기호도 평가 항목 중 단맛과 전체적인 기호도 평가 점수만 두 제품 간에 유의적인 차이가 있을 것을 고려할 때 PP0135 효소의 사용으로 EHS 제품의 단맛이 증가하여 전체적인 기호도 점수가 높게 평가받은 것으로 추측된다. 식품의 단맛이 증가할수록 기호도가 증가하는 것은 아니지만 적정한 단맛이 식품의 선호도를 높일 수 있다는 Fernández-Carrión R 등(2022)의 연구 결과를 고려할 때 PP0135 효소의 사용으로 EHS 제품의 단맛이 증가한 것은 전체적인 기호도 평가에 긍정적인 영향을 주었다고 추측된다.

연구 참여자들은 5일간 하루 2회씩 EHS 제품을 섭취한 뒤 기존의 일반 두유 제품을 섭취했을 때와 비교하여 소화불량 증상이 보통 이상으로 개선되었다고 응답하였다. 본 연구는 소화불량 개선에 대한 평가가 연구 참여자들의 주관적인 판단으로 수행된 한계가 있으나 연구 참여자들은 EHS 제품을 섭취한 뒤 소화불량의 대표적인 증상인 복부 팽만감을 포함하여 모든 평가 항목에서 소화불량 증상이 개선되었다고 응답하였다. 또한, 연구 참여자들은 소화불량 증상에 대한 구체적인 증상을 작성한 결과에서도 기존 두유 제품을 섭취했을 때는 복통이 심했으나 EHS 제품을 섭취한 후에는 복통의 강도가 상당히 완화되거나 거의 없었다고 응답하였고, 기존의 두유 제품을 섭취했을 때는 항상 설사 증상이 나타났는데 EHS 제품을 섭취한 후에는 설사 증상이 나타나지 않거나 약간 묽은 변이 나오는 정도로 증상이 개선되었다고 응답하였다. EHS 제품을 섭취한 후에는 기존 두유 제품을 섭취했을 때 나타났던 더부룩한 느낌이 개선되거나 더부룩함이 지속되는 시간이 단축되었다고 응답하였고, 기존의 두유 제품을 섭취한 뒤에는 대부분 복부팽만 증상이 유발되었으나 EHS 제품을 섭취한 후에는 복부팽만 증상이 상당히 개선되거나 없었다고 응답하였다. 기존의 두유 제품을 섭취했을 때 오심 증상이 나타나지 않은 참여자들은 EHS 제품을 섭취한 후에도 오심 증상이 나타나지 않았으며, 기존의 두유 제품을 섭취한 뒤 오심 증상이 가끔 또는 빈번하게 나타났던 참여자들은 EHS 제품을 섭취한 후 오심 증상이 개선되거나 없었다고 응답하였다. 이런 결과들은 PP0135 효소를 사용하여 라피노스 및 스타키오스를 가수분해한 EHS 제품이 전반적으로 소화불량 증상을 개선할 잠재성이 있다는 것을 보여준다. 또한, 효소를 사용하여 두유 제품의 라피노스 및 스타키오스를 가수분해하는 방법은 두유 섭취로 인해 발생하는 소화불량 증상을 개선할 가능성이 있는 것으로 판단된다.

요약 및 결론

본 연구는 효소를 사용해 대두의 라피노스 및 스타키오스가 효과적으로 가수분해된 EHS 제품을 제조한 뒤 EHS 제품의 물리학적 특성과 기호도 및 소화불량 증상의 개선 효과를 조사하기 위해 수행되었다. 대두의 라피노스 및 스타키오스 성분을 효과적으로 가수분해하기 위하여 PP0135 효소를 사용하였고, HPLC 기법 및 환원당 측정 실험을 통해서 개발된 EHS 제품의 라피노스 및 스타키오스가 효과적으로 가수분해 되었음을 확인하였다. 효소를 사용하지 않고 제조한 TS 제품과 효소를 처리하여 생산한 EHS 제품의 비중, 점도, 명도 L값, 황색도 b값 등의 물리적 특성은 유의적인 차이를 보이지 않았다. 단, 적색도 a값은 두 제품 간에 유의적인 차이를 보였으나 제품의 외관 평가에 영향을 미치는 수준이 아니었기 때문에 두유 제조 시 PP0135 효소를 사용하는 것은 두유 제품의 물리학적 특성에 큰 영향을 주지 않는다고 판단된다. 기호도를 평가한 결과에서 EHS 제품은 PP0135 효소의 사용으로 라피노스 및 스타키오스 성분이 효과적으로 가수분해되어 감미도가 높은 단당류의 농도가 증가했기 때문에 단맛이 증가하여 전체적인 기호도가 상승한 것으로 추측된다. 또한, 평소에 소화불량 증상이 유발되어 두유를 섭취할 수 없었던 연구 참여자들은 EHS 제품을 섭취한 뒤에는 소화불량 증상이 개선되었다고 평가하였다. 따라서 두유 제품을 제조할 때 PP0135 효소를 사용하는 방법은 두유 제품 본연의 특징 및 품질을 유지하면서 두유 섭취로 인해 발생하는 소화불량 증상을 개선할 잠재성이 있다고 판단된다. 또한, 효소를 처리하는 것은 소화불량으로 인해 두유를 음용하지 못하는 소비자들을 대상으로 두유 제품을 개발하는 데 효과적인 방법으로 활용될 수 있다고 판단된다.

Acknowledgments

이 연구는 삼육네이처세븐에서 지원한 연구비로 수행되었습니다.

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