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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 22
제1절 연구개발의 목적 22
제2절 연구개발의 필요성 22
제2장 국내외 기술개발 현황 25
제1절 세계적 수준 25
제2절 국내수준 26
제3절 국내·외 연구현황 27
제4절 향후 전망 28
제3장 연구개발 수행 결과 및 내용 29
제1절 수액 생산을 위한 기초조사 29
1. 자생지 생육환경조사에 의한 적지도출 29
2. 고로쇠나무와 다래나무의 생태적 환경과 수액 유출 관계 31
3. 환경별 수액유동 변화 조사 33
제2절 수액의 품질특성 및 채취시기별 변화 36
1. 고로쇠나무, 자작나무 및 다래나무 수액의 이화학적특성 분석 36
2. 고로쇠나무, 자작나무 및 다래나무 수액의 채취시기별 이화학적특성 분석 39
제3절 수액의 기능성물질 탐색 및 생리활성 평가 45
1. 고로쇠나무, 자작나무 수액의 생리활성 평가 45
2. 다래나무 수액의 생리활성 평가 57
제4절 수액의 저장성향상 기술 (I) : 전기분해기술 62
1. 전극소재의 선정 및 특성 평가 62
2. 전극 선정을 위한 코팅에 따른 성능평가 63
3. Lab test용 전기분해장치 제작 64
4. 수액유형별 전극의 영향 및 살균력 65
5. 전기분해처리 고로쇠나무와 자작나무 수액의 살균력 평가 67
6. 전기분해처리 고로쇠나무와 자작나무 수액의 영양성분 변화 71
8. 전기분해처리 자작나무 수액의 저장성 평가 81
9. 전기분해처리 다래나무 수액의 저장성 평가 87
제5절 수액의 저장성향상 기술 (II) : 한외여과+UV기술 94
1. 한외여과장치 시스템 구성 94
2. 한외여과장치의 제균력 평가 97
3. 한외여과처리 수액의 이화학적특성 변화 99
4. 한외여과처리 고로쇠나무 수액의 저장성 평가 105
5. 한외여과처리 자작나무 수액의 저장성 평가 110
6. 한외여과처리 다래나무 수액의 저장성 평가 114
7. 한외여과처리와 UV살균장치 병용처리 수액의 저장중 품질변화 119
8. 수액의 채취 목적에 따른 살균장치의 선정 결론 121
제6절 산지형 수액원료 살균채취 시스템의 유효성, 안전성 검증 122
1. 산지형 수액원료 한외여과살균장치 유효성 검증 122
2. 산지형 수액원료 한외여과살균장치 안전성 검증 126
3. NZW 토끼에 대한 전극 가혹조건 용출물의 피부자극시험 131
4. 잔류염소제거 검증 136
제7절 천연 임산수액의 식품산업화 기술개발 138
1. 천연수액 제조 매뉴얼 개발 138
2. 발효제품 제조 매뉴얼 작성 140
3. 산지형 원료채취 시설 연구 142
4. 개발 제품에 대한 유통기간의 시험설정 연구 145
5. 해당군청의 품목제조보고서 획득 152
6. 자작나무 수액 제품의 미생물 오염 및 성분 분석 156
제8절 제품 및 개발 상품의 마켓 테스트 163
1. 개발 제품에 대한 소비자 선호도 조사 163
2. 개발제품의 Buyer Quality Test 164
3. 결과 및 고찰 168
4. 개발상품 국내 시장 론칭 171
제4장 목표달성도 및 관련분야의 기여도 172
제1절 목표달성도 172
제2절 연구실적 자료 174
제3절 관련분야의 기여도 178
제5장 연구개발결과의 활용계획 180
제1절 활용계획 180
제2절 기대효과 180
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 183
제7장 참고문헌 184
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I. 제목
"임산물(수액)의 기능성물질을 활용한 고부가가치 상품화"
II. 연구개발의 목적 및 필요성
1. 연구개발의 목적
1) 수액채취 방법개선 및 품질향상
우리나라에서 전통적으로 채취되어 온 수액은 주로 고로쇠나무나 자작나무이다. 특히 자작나무는 수액의 음료화를 겨냥해 이미 오래전부터 꾸준히 조림되어 왔다. 그러나 채취된 수액은 당류 및 영양물질이 많아 세균이 번식되기 쉽기 때문에 아직까지 저장방법이 개발되지 않아 음료화하지 못한 실정임.
따라서 본 연구는 수액채취가 가능한 몇 수종에 대하여 장기간 유통이 가능한 음료로 개발하고자 함.
2) 수액음료의 상품화
자작나무나 고로쇠나무 이외에도 봄철 수액유동이 활발한 다래나무의 수액 음료를 개발함으로써 임업생산 가치의 증대 및 소득에 기여하도록 하고자 함.
2. 연구개발의 필요성
1) 기술적인 측면
▶ 수액 생산량 증대 및 위생적 채취에 의한 유통기간 연장.
▶ 수입에 의존하는 기능성 제품의 국내생산 기반기술을 확립.
▶ 아연, 마그네슘 등과 같은 무기성분을 원료로 한 천연상품 출시.
▶ 자작나무수액 및 고로쇠 수액 등 유사수액의 상품화가 가능.
▶ 자작나무에는 자일리톨의 원료가 되는 크실린과 항산화 및 항 에이즈 치료제의 원료가 되는 베츄린과 항히스타민성분의 후라보노이드 배당체가 많이 존재해 있어 관련분야에의 기술 축적.
2) 경제 · 산업적인 측면
▶ 임산물의 다각적 이용에 따른 임업가치 향상.
▶ 2003년 건강기능성식품 시장은 대략 3~4조원 규모로 추정되며 소비자의 예방의학에 대한 관심 증대 등으로 매년 20% 이상의 성장이 기대됨.
▶ 건강기능성 식품법 시행에 따라 기능성식품시장의 신뢰성이 높아지고 유통구조 개선으로 시장확대.
▶ 당뇨, 비만, 고혈압 등의 생활습관병 예방 제품개발에 따른 수입대체효과.
▶ 다양한 기능성음료, 캔디, 포말이나 겔 유제 타입의 디저트, 수프, 소스, 샐러드 드레싱 등으로 상품화함으로서 새로운 시장 개척.
3) 사회 · 문화적인 측면
▶ 최근 건강한 삶을 추구하는 웰빙시대를 맞이하여 건강기능 식품에 관한 관심이 증가하고 있으며 남녀노소를 막론하고 식품선택의 요인으로 천연성과 기능성을 고려하는 것으로 보고됨.
▶ 건강한 삶을 추구하는 웰빙시대의 건강식품소재로서 자연유래의 자작나무수액을 이용한 생활습관에 의한 질병 예방 소재의 개발은 시의 적절한 과제라고 생각됨.
III. 연구개발 내용 및 범위
세부과제 1 : 수종별 수액 채취방법 및 특성분석
- 1차년도
수액 생산을 위한 기초조사 및 수액조성물의 이화학적 특성, 영양성분 분석
▶ 외부환경과 수액유동 간의 관계 구명
▶ 고로쇠나무, 자작나무 수액의 이화학적특성분석
▶ 고로쇠나무, 자작나무 수액의 영양성분 분석
- 2차년도
수액채취 방법 개선 및 수액의 기능성물질 탐색, 생리활성 평가
▶ 자생지 특성 조사 및 분석
▶ 위생적 수액채취 방법 개발
▶ 고로쇠나무, 자작나무 수액의 생리활성평가
▶ 각 세부과제별 채취, 가공 및 살균된 시료 및 제품에 기능성물질 탐색 및 생리활성 평가
- 3차년도
외부환경과 수액유통 간의 관계 구명 및 시료 및 제품의 물질분석
▶ 환경별 수액유동 변화 조사
▶ 다래 수액의 이화학적특성분석
▶ 다래 수액의 영양성분분석
▶ 다래 수액의 생리활성평가
▶ 각 세부과제별 채취, 가공 및 살균된 시료에 대한 이화학적 및 영양성분분석
세부과제 2 : 수액을 이용한 상품 개발
고로쇠나무, 자작나무 수액의 기능을 활용 상품개발
▶ 상황버섯, 영지버섯 등 담자균 발효기법을 이용한 기능성 고로쇠나무, 자작나무 발효음료 제조기술 개발
▶ 기능성 고로쇠나무, 자작나무 발효음료 제조 매뉴얼 개발
▶ 미생물학적 안전성과 물리화학적 안정성 연구를 통한 고로쇠나무, 자작나무 발효수액 제품의 유통기한 설정시험
고로쇠나무, 자작나무 수액상품의 산업화 및 산업화 기술개발
▶ 상황버섯, 영지버섯 등 담자균 발효기법을 이용한 기능성 단풍나무 발효음료 제조기술 개발
▶ 기능성 단풍나무 발효음료 제조 매뉴얼 개발
▶ 고로쇠나무, 자작나무 발효수액 시험생산
▶ 미생물학적 안전성과 물리화학적 안정성 연구를 통한 단풍나무 발효수액 제품의 유통기한 설정시험
▶ 고로쇠나무, 자작나무 발효수액 제품의 전시참가 및 소비자 선호도 조사
다래나무 수액의 기능을 활용 상품개발
▶ 다래나무 발효수액 시험생산
▶ 다래나무 발효수액 제품의 전시참가 및 소비자 선호도 조사
▶ 다래나무 수액 Buyer Quality Test
세부과제 3:
전기분해기술을 이용한 수액의 살균장치 연구
▶ 살균장치의 설계 및 제작 (Lab scale)
▶ 이화학적 특성 연구
▶ 전극판의 스케이링 형성연구
▶ 전해조의 크기 및 분당 생산량 결정
▶ 전력공급 및 각 부품의 결정
▶ THM의 생성에 관한 연구
▶ 잔류염소 잔존량 및 제거방법 연구
한외여과기술을 이용한 수액의 살균장치 연구
▶ 산지형 시제품의 설계 및 제작
▶ 여과살균 전, 후의 영양성분비교
▶ 여과살균 전, 후의 저장성 검증
▶ 장치의 성능검증
▶ 사용자 매뉴얼 작성
한외여과살균장치 scale up 및 제품의 안전성, 유효성평가
▶ 시제품 보완 및 제품현장적용 시험
▶ 성능시험, 안전성 검증
▶ 잔류염소제거 검증
▶사용자 매뉴얼 작성
IV. 연구개발 결과
▶ 고로쇠나무 자생지는 해발고 600~1000m사이에 주로 분포하며, 수계로부터 거리가 멀어질수록 출현본수가 감소하는 것으로 분석됨.
▶ 고로쇠나무보다 수액유출량이 많고 수액이 식품으로 등록된 다래의 분포 특성이 고로쇠나무와 유사하며, 수액 채취 시기가 서로 다르기 때문에 고로쇠나무 수액 채취라인을 이용한 다래 수액채취가 가능함.
▶ 고로쇠나무 수액의 이화학적특성 및 영양성분 분석
▶ 고로쇠나무 수액의 조회분, 조단백함량은 0.03%, 6.79%였고, 주요 미네랄, 유리당 및 유기산은 각각 칼슘, sucrose 및 malic acid이었고, pH는 7.45이었음.
▶ 자작나무 수액의 조회분, 조단백함량은 0.02%, 21.45%였고, 주요 미네랄, 유리당 및 유기산은 각각 칼슘, fructose, glucose 및 malic acid이었고, pH는 5.85이었음.
▶ 고로쇠나무 수액의 저장성 평가
▶ 고로쇠나무 수액의 저장성을 평가하기 위하여 채취 수액을 -1, 0, 4 및 20℃에서 19동안 저장하면서 pH, 갈변도, 유리당 및 미생물의 변화를 살펴 본 결과 4℃이하의 온도에서 약 7일간 섭취하는 것이 바람직할 것으로 판단됨.
▶ 한외여과방법을 이용한 고로쇠나무 수액의 저장성 평가
▶ 한외여과 전후 이화학적특성 및 영양성분의 변화는 미비 하였으며, 여과 후 수액내 미생물은 검출되지 않았음.
▶ 여과 전 수액의 pH는 저장 중 감소하였고, 총 산도, 갈색도 및 탁도는 증가하는 경향이었으나 여과 후 수액은 큰 변화가 없었음.
▶ 고로쇠나무와 다래의 생태적 환경과 수액 유출 관계
▶ 고로쇠나무는 지형과 해발고, 사면방향 등에 영향을 받는데, 지형조건은 계곡~사면중부에 85%, 해발고도는 600~1000m사이에 62.2%가 분포하였으며 사면방위는 북동, 북, 북서 방향에 65.4%가 분포하고 다래와 생태적 지위를 같이 하는 것으로 분석됨.
▶ 고로쇠나무와 다래는 출수 시기가 서로 다르기 때문에 중복되는 5일 정도를 제외하면, 고로쇠나무(2월~3월24일 출수) 수액 집수라인을 이용하여 다래(3월 20일~4월 20일 출수) 수액을 채취할 수 있음.
▶ 고로쇠나무, 자작나무 수액의 채취시기별 특성
▶ 고로쇠나무와 자작나무 수액의 갈변도, 탁도, 조단백질, 조회분, 무기성분 중 특히 칼륨이 채취 후반기로 갈수록 증가함.
▶ 고로쇠나무수액의 pH는 후반기로 갈수록 약간 감소하였으며, 총산도는 변화가 없었고, 자작나무수액의 pH는 후반기로 갈수록 감소하며, 총산도는 증가함.
▶ 고로쇠나무, 자작나무 수액을 이용하여 항산화활성, 항암활성, 항당뇨 및 항고혈압활성 측정 결과 활성이 없었음.
▶ 고로쇠, 자작나무수액을 시료로 하여 비장세포의 마이토젠 활성측정 결과 채취시기별로 비교해 볼 때 자작나무수액이 가장 긴 기간 동안 활성을 가진 물질이 유출되어 나오는 것을 알 수 있었음.
▶ 마우스의 복강세포로부터 취한 세포에서 마크로파지 활성에 대한 시험에서 자작나무수액이 가장 활성이 좋았고, 채취시기별 면역활성의 변화에서 고로쇠 및 자작나무수액은 중반부에 채취한 시료에서 유의적인 변화를 나타냄.
▶ 한외여과방법을 이용한 자작나무 수액의 저장성 평가
▶ 한외여과 전후 이화학적특성 및 영양성분의 변화는 미비 하였으며 여과 후 -1, 4, 10℃에서 5일경부터 균이 증식하기 시작하여 온도에 상관없이 균이 증식하였고, 이로 인해 pH나 총산도는 변화가 없었지만 갈변도와 탁도가 제균 후 감소된 것이 제균 전의 상태로 증가하는 것을 알 수 있었음.
▶ 여과 전 pH는 거의 변화가 없었고 총 산도는 10℃에서 소폭 증가하였으며, 갈변도와 탁도 역시 소폭으로 증가하였음.
▶ 전기분해살균장치 자작나무 수액의 살균 및 저장성 평가
▶ NaCl 0.01% 첨가 수액에서 통과 직후 균수는 4.0x10¹ 검출되었으며 30일 저장기간 동안 계속 증식되었고, -1, 4, 10℃저장 중 pH는 감소, 총 산도, 갈변도, 탁도는 증가하였으며 ORP는 큰 변화가 없었음.
▶ 0.1 및 0.2% 소금농도에서는 전기분해장치 통과 직후 균이 검출되지 않았고 저장 중에도 미생물이 검출되지 않았으며 pH, 총 산도, 갈변도, 탁도 및 ORP의 큰 변화가 없었음.
외부환경과 수액유동 간의 관계 구명 및 시료 및 제품의 물질분석
▶ 수액 출수량과 기상인자 간의 상관성을 분석한 결과, 일 최고온도, 온도편차, 습도편차, 최저습도 등의 인자와 유의한 상관관계가 있는 것으로 분석됨.
▶ 다래나무 수액의 채취시기별 특성
▶ 다래나무 수액의 갈변도, 탁도, 조단백질, 조회분, 무기성분 중 특히 칼륨이 채취 후반기로 갈수록 증가함.
▶ 다래나무수액의 pH는 채취시기별로 이렇다 할 변화가 없었으며, 총산도는 변화가 없다가 채취후반기에 크게 증가함.
▶ 다래나무 수액의 생리활성
▶ 다래나무 수액을 이용하여 항산화활성, 항암활성, 항당뇨 및 항고혈압활성 측정 결과 활성이 없었음.
▶ 다래나무수액을 시료로 하여 비장세포의 마이토젠 활성측정 결과 다래나무수액의 후반기에 채취한 시료 AA-7에서 유의적으로 활성이 증가함.
▶ 다래나무수액의 마우스의 복강세포로부터 취한 세포에서 마크로파지 활성은 수액채취 전 기간에 있어서 1.17~1.25배의 범위에서 큰 변화가 없었음.
▶ 한외여과방법을 이용한 다래나무 수액의 저장성 평가
▶ 다래나무수액의 한외여과장치 통과 후 이화학적 특성에는 큰 변화가 없었으며, 여과 후 갈색도 및 탁도는 감소하였고 수액 내 미생물은 검출되지 않았음.
▶ 한외여과 전 다래나무수액은 저장 중 pH가 증가하고 총산도가 감소하였으며 갈변도와 탁도는 증가를 나타내었으나 여과 후 수액에서는 변화가 미비하였음.
▶ 또한 다래나무수액을 한외여과한 후 -1, 4, 10℃에서 61일간 저장하면서 온도에 상관없이 미생물은 검출되지 않았음.
▶ 전기분해 살균장치 다래나무 수액의 살균 및 저장성 평가
▶ 다래나무수액을 전기분해처리 후 저장성을 평가한 결과 0.01% 소금농도로 통과한 직후에는 균이 검출되지 않았지만 30일째 3.6x10³CFU/mL의 균이 검출되었음.
▶ 나머지 0.1 및 0.2% 소금농도에서는 전기분해장치 통과 직후 균이 검출되지 않았고 30일 저장에서도 미생물이 검출되지 않았음.
▶ 저장에 따른 이화학적특성 변화를 알아본 결과 다래나무 수액은 모든 시험항목에 있어 저장중의 큰 변화가 없었으며, 잔류염소량은 0.09~0.59의 범위에서 시간이 지나면서 감소하였음.
V. 연구결과 활용에 대한 건의
본 연구 결과는 임산물인 수액을 상품화시키기 위한 기초연구와 제품 개발이 병행되었다. 고로쇠나무 수액의 경우 채취된 원액으로 유통되지만 자작나무와 다래 수액은 채취시기가 늦어 기온이 많이 상승된 시기에 채취되므로 변질되기 쉽기 때문에 가공기술을 이용한 제품화가 필요하다. 그러나 자작나무 수액은 대중음료로 제품화시키기에 원재료의 공급이 문제가 되며 다래 수액은 아직 채취가 활성화 되지 않은 상태이다. 다래는 수액의 유출량이 많고 임목생장을 위해서는 제거해야할 대상 식물이기 때문에 본 연구에서 개발된 다래 음료를 제품화하고 원료를 공급할 수 있도록 체계화시키면 임가 소득 증대에 크게 도움이 될 것으로 기대된다.
따라서 다래 수액을 채취하면서 제균, 살균시킬 수 있는 시설에 대한 지원이 필요할 것으로 판단되고, 쉽게 변질될 수 있는 수액의 유통 질서의 확립과 수액 표준화에 대한 지원이 필요함.
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