Functional food based on mineral-enriched yeast produced by high efficiency culture technique

Abstract

Mineral is formed as a biological component and as nutrients. It is an essential component of the body that, when absent, makes life support impossible. Generally, minerals are provided to animals and humans by plants and groundwater. But nowadays, minerals are not supplied in high enough amounts to humans because of soil acidification. Nevertheless, 11 major elements (Fe, Zn, Cu, Mn, Co, I, Se, Mo, Cr, Mg, etc.) and 15 trace elements must be supplied to humans by any means, so artificial supplements have been developed to make up the shortage. Serious symptoms result from deficiencies in minerals, especially from selenium, iron, zinc, chromium, magnesium, and cobalt. These minerals do not facilitate absorption in the body, so easily absorbed supplements have been needed. Mineral-enriched yeast is preferred more than other supplements, because its fermentation is recognized as safer than chemical materials and it looks like food. But in cultivating yeast, fermentation requires complicated facilities, skillful techniques, and high operation costs. Therefore, the productivity of mineral-enriched yeast has been very low and has not been able to overcome today’s demand. But if the process of yeast cultivation can be improved, it is possible that productivity can be increased and become more economical. The purpose of this study is to improve the mass production of mineral-enriched yeast (selenium, zinc, iron, chromium, cobalt, and magnesium) and increase the efficiency of the process without the possibility of contamination, waste water generation, and fermentation failure. The end result would be to improve the ability to produce functional foods and farm products containing high amounts of minerals coming from mineral-enriched yeast.

In this study, mineral-enriched yeast was produced by a new method using freeze-dried yeast. This method can replace the yeast culture step in the normal fermentation process. Because the new method’s process is simple, it is possible to reduce the costs of culture maintenance and the installation of the fermentation apparatus and eliminate the occurrence of wastewater. The study’s experiments also confirmed that the theory of the new method was the same as that of normal culture. Mineral-enriched yeast is easy for people to eat and easy to feed to livestock. In this study, photosynthetic bacteria culture and feed additives were made of mineral-enriched yeast and functional foods with high mineral content were produced using the newly developed additives. These additives can control the amount of minerals fed to livestock and can also produce livestock products with high mineral content. When people eat these livestock products, they will not need to take medication-based mineral supplements.

미네랄은 생체성분으로서의 무기질로도 정의되며, 무기영양소이다. 3대 영양소인 당, 지방, 단백질을 보조해주는 단순한 구성성분일 뿐만이 아니라, 동물체내에는 존재하지 않으면 생명유지가 불가능한 필수원소들이다. 미네랄은 식품의 형태로 섭취하는 것이 가장 일반적인 공급의 방법이지만 토양 산성화로 인한 토양 내 미네랄 감소 등의 이유로 인간에게 충분한 공급이 되고 있지 않다. 그럼에도 불구하고 Fe, Zn, Cu, Mn, Co, I, Se, Mo, Cr, Mg 등의 11종의 필수 다량원소와 15종의 필수 미량원소는 반드시 생체에 공급되어야 하므로, 이들의 부족한 공급을 위한 인위적인 공급방식이 개발되어 왔다. 특별히 셀레늄, 철분, 아연, 크롬, 마그네슘과 코발트는 부족 시 결핍증상이 심각하다. 이들 미네랄은 특성상 체내에서의 흡수가 용이하지 않기 때문에 흡수가 잘되는 공급 원료와 공급 형태를 지속적으로 개발해 왔으며, 그 중 한 방법으로 효모 내에 미네랄이 고농도로 농축되도록 하는 방법이 개발되었는데, 발효방법으로 생산하여 안전하고, 식품형태이므로 선호도가 높다. 하지만 높은 효율로 배양하는 조건이 매우 까다롭고 배양여액과 세척 후 발생하는 폐수의 처리 비용 때문에 생산비용이 많이 발생하여 비싸다는 단점이 있다. 그래서 셀레늄, 철, 아연, 마그네슘, 크롬, 코발트 등을 함유하는 효모의 생산을 동결건조효모를 사용하여 고효율, 폐수발생이 없는 친환경적인 대량생산 하는 방법과 미네랄 함유 효모를 이용하여 미네랄 함량이 높은 기능성 식품을 개발하고자 하였다.

그 결과, 동결건조 효모를 사용하여 효모의 배양단계를 대체할 수 있었으며, 기존의 발효방법과 같은 원리로 생산됨을 실험을 통하여 확인 하였다. 미리 함량을 결정하여 생산하는 조건과 폐수가 발생하지 않는 조건을 확립하였고, 이를 통하여 배양장치 설치비용의 절감과 폐수처리비용을 낮추어서 고효율 생산을 할 수 있었다. 새로운 방법으로 생산한 미네랄 함유 효모는 광합성세균 배양액과 사료첨가제에 사용하여 유기태 미네랄이 함유된 새로운 농축산용 첨가제로 개발할 수 있었으며, 개발된 첨가제들을 벼, 배, 감, 파, 배추 등의 농산물과 닭고기, 계란, 돼지고기 등의 축산물 생산에 사용하여 미네랄 함량이 일반적인 제품보다 높게 함유된 기능성 식품을 생산하였다.