KR0172127B1 - 효소 개질 단백질 및 이의 제조 방법 - Google Patents
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Abstract
분리된 식물성 단백질의 제조방법은 알칼리성 수조를 이용하여 식물성 단백질을 추출하여 액제를 형성하는 단계를 포함한다. 상기 단계후 액제를 산성화시켜 그로 부터 식물성 단백질을 침전시킨다. 침전된 식물성 단백질을 효소적 가수분해 처리되도록 하여 분리된 식물성 단백질을 생성한다. 상기 단백질은 육류와 혼합시 맛과 기능적 특성이 향상된 생성물을 형성할 수 있도록 물리적 특성이 개선된 것이다.
Description
본 발명은 식품, 구체적으로는 식물성 단백질 식품 및 이의 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 식물성 단백질 식품의 제조 방법에 의하여 생성된 콩 단백질 및 이와 유사한 식품 단백질은 육류 완제품의 색상을 개선시켰으며, 유화 상태에서의 감촉, 풍미, 점도를 크게 향상시키는 한편, 이전에 제조된 식물성 단백질 식품들에 비하여 건조 밀도가 더 높았다. 이러한 특성들로 인하여 상기 단백질 제품들은 통상의 식물성 단백질 식품류에 비하여, 핫도그, 볼로냐(bologna) 및 육류 통조림과 같은 유화 음식물에 첨가하기에 더욱 적합하게 되었다.
미국 특허 제3,642,490호, 제3,694,221호, 및 제2,232,052호는 본 발명의 분야에 속하는 것으로서, 이들 발명들이 개시하고 있는 내용들은 본원에서 참고로 인용하였다.
본 발명은 콩류와 관련된 많은 문제점을 해결하고자 주로 콩류에 관하여 연구한 것에 관한 것이다. 따라서, 본 발명은 주로 콩류에 관하여 설명할 것이다. 그러나, 잇꽃(safflower), 목화씨, 참깨, 해바라기, 완두콩 및 땅콩 등과 같은 식물성 단백질도 사용될 수 있음은 자명하다. 또한, 본 발명을 보다 넓은 관점에서 보면 기타 다른 식물성 물질 또는 종유(oilseed) 물질, 생선 단백질류 및 미생물 단백질 제품들도 본 발명에 포함된다.
식물성 단백질 생성물을 제조하는 방법은 널리 공지되어 있으며, 각종 제조 공정에 사용되어 왔다. 또한, 식물성 단백질 물질로부터 음식물을 얻는 효소적 방법도 공지된 것이며, 이 방법의 대표적인 예가 미국 특허 제2,232,052호에 개시되어 있다. 일반적인 효소적 방법은 충분한 반응시간(통상, 사용된 효소의 최적 pH에서 여러 시간), 특정 pH 하에서의 가수분해 및 단백질 기질의 코어 단백질을 가수분해시키기에 효과적인 그 밖의 조건들을 필요로 한다. 상기 제조 방법은 회분식(batch)조작 방식으로 수행된다. 음식물, 가령 콩으로부터 단백질 식품을 제조하는 방법은 단백질 반응물을 부분 가수 분해, 탈아미드화 및 개질시키기 이하여 효소반응을 제어하는 것과 각종 제어 조작을 필요로 한다. 이 발명의 제조 방법은 회분식 뿐만 아니라 연속식으로도 실시될 수 있다. 연속식 방법을 실시한 결과 작용성이 매우 우수한 생성물이 산출된다.
종래의 가수분해 공정 및/또는 탈아미드화 공정에 의해 상업적으로 유용한 생성물을 얻었지만, 이 생성물을 육류와 혼합할 때 본 발명의 방법에 의해 수득한 육류 제품물에서와 같은 맛과 물리적 특성을 얻지는 못하였다. 하지만, 본 발명에 의하여 제조된 생성물은 미리 수화시킬 필요없이 육류와 부드럽게 혼합되어 핫도그, 볼로냐 및 그밖의 런천 미트와 같은 맛이 뛰어난 제품을 형성한다.
분리된 식물성 단백질류 제조에 현재 유용하게 사용되고 있는 상업적으로 성공한 제조 방법은 알카리성 수성욕을 사용하여 식물성 단백질을 추출하여 액제를 형성하는 단계, 이어서, 액제를 산성화시켜 식물성 단백질을 침전시키는 단계, 침전된 식물성 단백질을 다중 인산염으로 처리하여 이들의 물리적 특성을 향상시킨 다음, 침전된 식물성 단백질을 효소적 가수분해시키는 단계로 구성된다. 하지만, 이 방법은 분리된 식물성 단백질의 물리적 특성을 좀 더 향상시켜서 육류와 혼합시킬 때 맛이 향상되고 작용성이 우수한 제품을 생산하여야 한다는 여지를 남기고 있다.
따라서, 본 발명의 제조 방법은 산화 반응에서 유발된 색상 또는 냄새에 해로운 영향을 미치는 성분들을 단백질 추출 단계 중에 킬레이트화 반응으로 제거하기 위한 킬레이트제를 포함하는 알카리성 수용액을 이용하여 음식물로부터 식물성 단백질을 추출하는 단계, 상기 수용액을 산성화시켜 식물성 단백질을 침전시키는 단계, 침전된 식물성 단백질이 온화한(mild) 가수분해 반응을 일으켜 단백질의 반응성을 감소시키는 말단기가 변화되고, 표면 특성이 변화되어 유화 될 때 점도를 저하시키고, 유화되지 않았을 때에는 밀도를 높이도록 반응시간 및 농도를 조절하여 효소에 의한 가수분해 반응을 실시하는 단계를 포함한다. 이같은 말단기 변화 및 표면특성의 두가지 변화에 의하여 맛, 향 및 색상이 개선된 식물성 단백질을 생산함으로써 육류에 있어서 보다 육질에 가까운 조직은 가진 단단한 육류 제품을 생성하게 되었다.
식물성유에서 유래한 유용한 식료품을 개발하기 위한 광범위한 연구가 수행되어 왔다. 그 결과, 이들 중 몇가지 재료를 이용하여 통상 식물성 식용 단백질로 명명되는 식품들이 제조되어 왔다. 이같은 단백질을 제조하기 위하여 상업적으로 널리 사용되는 방법을 실시예 a에 기술한다.
[실시예 a-선행기술]
(1) 콩을 분쇄한 뒤, 헥산으로 오일을 추출하여 소위 콩 밀(soybean meal)이라 불리는 플레이크(flake)를 만든다. 이 플레이크를 수성욕에 첨가하고 식용의 알카리성 시약, 즉 수산화나트륨을 pH가 10이 될 때까지 첨가한다. 상기 물질은 30분 간 추출한 후 원심분리시킨다. 등전점이 약 pH 4.5가 될 때까지 염산을 첨가하여 액제로부터 콩 단백질을 침전시킨다. 침전물을 물로 세척하여 고형분이 15중량%인 수성 슬러리(slurry)를 만든다.
(2) 상기 슬러리에 수산화나트륨을 첨가하여 pH를 7.0으로 조정한다.
(3) 상기 슬러리를 85p.s.i.g 압력하의 제트 조리기(jet cooker)에 통과시키는 동시에 95p.s.i.g 압력하의 제트 조리기에서 배출된 증기를 75p.s.i.g로 압력이 유지되는 압력 보존실로 분출된다. 제트 조리기를 통과하는 슬러리는 증기에의해 305℉의 온도로 가열된다. 9초 후에 가열된 슬러리의 전진 부위를 대기압 이하의 압력이 걸린 수거기내로 갑자기 배출하여 바람직하지 않은 물질이 채워진 증기를 급속히 제거한다. 증기의 급속 제거로 상기 슬러리는 냉각된다. 증기가 적재된 성분을 정제된 슬러리로부터 제거한다.
(4) 상기 슬러리를 분무 건조기내에서 급속 건조(flash drying)하여 수분 함량이 5중량 %가 되도록 한다. 상기 선행 기술에 비추어서 본 발명의 제조 방법을 예시하고자 한다.
[실시예 1]
실시예 a의 방법에 준하여 콩 플레이크 100 파운드를 알카리성 수성욕에 첨가하되, 콩 플레이크를 첨가하기 전에 0.5% 다중 삼인산 나트륨을 먼저 상기 수성욕에 첨가하였다. 상기 재료를 30분 간 추출하고 원심분리한 후, 재 추출하였다. 실시예 a에서와 같이 등전점의 pH가 약 4.5가 될 때까지 콩 단백질을 침전시켰다. 침전물을 물로 세척하였다.
실시예 a에서와 같이 슬러리를 건조시키는 대신, 슬러리의 온도가 125℉에 달했을때(상기 물질의 pH는 6.5임) 브로멜라인 효소 수용액을 단백질의 건조 중량(dry weight)을 기준으로 0.01 중량%의 낮은 농도로 첨가하였다. 슬러리의 점도가 저하되기 시작할 때 효소 처리된 슬러리를 15분 간 반응시켰다.
15분이 경과한 후 온도를 상승시킴으로써 효소 반응을 중단시켰다. 이 슬러리를 분무 건조기내에서 급속 건조하여 실시예 a에서와 같이 수분 함량이 5 중량%가 되도록 하였다.
추출단계 도중에, 즉 침전이 일어나기 전에 단백질 액제를 처리하면 바람직하지 않은 화합물을 유리 및 제거시켜 색상, 향 및 안정성과 같은 물리적 특성이 향상된다. 온화한 효소 가수분해 반응은 분리된 단백질 생성물의 말단기 및 표면 특성을 변화시킴으로써 단백질을 개질시켜 육류 제품에서 육질이 개선되고 맛이 좋아진 우수한 제품을 제공한다.
실시예 1의 방법에 의해 제조된 분리된 콩 단백질의 특성을 하기 표 1에 나타내었다.
실시예 1의 방법으로 제조된 제품을 실시예 a의 방법으로 제조된 시판 제품과 비교하기 위하여 통용되는 육류군을 이용한 시험 데이터를 표 2에 나타내었다. 상기 육류군은 양질의 육류(37%), 내장 또는 기계 절단된 육류(13%) 및 소맥분과 전분(5.7%)을 함유하는 소고기 프랑크푸르트 소시지로 이루어졌다. 분리된 콩 단백질은 2.41% 정도 존재한다.
표 2의 데이터는 추출단계에서 다중 인산염을 사용함으로써 보다 우수한 제품을 제조할 수 있음을 보여준다. 본 발명의 분리된 콩 단백질은 실시예 a의 방법으로 제조된 단백질에 비하여 보다 단단하고 훨씬 더 안정하였다. 예를 들면, 안정성은 0.99(실시예 a)와 비교하여 0.35(실시예 1)이다. 이 외에도 본 발명의 제품은 유화된 육류의 색상을 더 선명하게 보이게하는 동시에 콩의 독특한 향이 덜 나도록 제조되었다. 또한, 본 제품은 육류와 더욱 유사한 향을 지니며 놀라운 인조 육질 감각을 지녔다.
[실시예 3]
실시예 1의 방법에 따르되, 물 추출단계에서 다중 삼인산나트륨 대신 헥사메타 인산염을 사용하여 또다른 단백질을 제조하였다. 실시예 1의 생성물과 비교하여 특성에 있어서 주목할만한 차이점은 발견치 못했으며 후가공처리까지 마친 육류 제품은 색상이나 맛에 있어서 비슷한 향상을 나타내었다.
본 발명에 있어서 킬레이트화 단계는, 제시한 바와 같이, 단백질을 개질시킴으로서 물리적 특성, 특히 색상이나 맛에 있어서 큰 향상을 가져온다. 킬레이트제로서 다중 인산염이 제시된 바 있지만, 에틸렌디아민 테트라아세트산, 아스코르브산 및 시트르산과 같은 다른 킬레이트가 사용될 수도 있다.
제조과정 동안의 pH는 수산화나트륨, 중탄산나트륨, 탄산암모늄, 다중 삼인삼나트륨, 염산 및 기타 통용되는 시약 같이 통용되는 식용 염기 및 완충제를 사용하여 조절한다. 최적 pH는 사용되는 각 효소에 따라 다소 다를수 있지만, 상기 제조 방법의 유효 pH 범위는 6 내지 10이다. 반응 온도는 약 10℃의 실온 내지 약 75℃로 다양할 수 있으며, 이는 상기 제조방법에 있어서 일반적으로 유효한 온도 범위이다. 각 반응계에 대한 최적 온도 조건도 상기 범위내에서 다소 달라질 수 있다.
본 발명의 분리된 단백질 제조 단계의 하나인 효소 가수분해 단계는 공지 단계이지만 본 발명에서는 그 조건이 더 온화해질수록 더욱 개선된 최종 생성물을 생성함을 발견하였다. 조건을 온화하게하는 방법으로는 효소의 농도를 감소시키는 것을 들 수 있다. 효소의 농도를 단백질의 건조 중량을 기준으로 0.01 내지 5.0 중량%로 첨가하기 보다는, 온화한 조건을 얻기 위해서는 도입된 반응 조건의 온도, 시간 및 효소의 활성도에 따라 0.01 내지 0.035 농도로 효소를 사용한다(효소 활성도란 표준 상태에서 카제인으로부터 표준양의 티로신을 생성하고, 전분으로부터 표준양의 말토우즈를 생성하는데 필요한 효소의 양으로 규정한다). 가수분해 단계에 소요되는 시간은 5분 내지 30분이며, 바람직하게는 약 10분 내지 15분이고, 이 시간은 효소의 농도와 활성도, 반응 온도에 따라 달라진다.
본 발명의 제조방법에 있어서 유효한 효소는 일반적으로 동물, 식물 및 미생물에서 얻을 수 있는 단백질 분해 효소들이다. 파파인, 트립신, 피신 및 다양한 박테리아성 단백질 분해 효소 및 진균성의 단백질 분해 효소를 비롯하여 다양한 단백질 분해 효소들이 만족스럽게 사용될 수 있음이 밝혀졌다. 단백질 분해 효소의 선택에 있어서 유일한 제한점은 제조 과정에 사용되는 pH에 의해 효소가 불활성화되지 않아야 하며 안정해야 한다는 것이다.
또한, 시스테인을 첨가하는 것이 안정성을 증가시킨다는 사실을 발견하였다. 본 발명에서 사용되는 시스테인은 침전 단계에서 앞서 추출 액제에 다중 인산염을 첨가하는 단계 및 온화한 가수분해 단계에서 부가물로서 첨가된다. 시스테인 및 다른 환원제들을 사용하여 추출된 응유물(curd)의 산화 반응을 저하시키거나 및/또는 감소시킬 수 있다. 또한, 상기 제조 방법은 고결방지제(anticaking agent), 분산제, 소포제 및 먼지 방지제 등과 같은 통상의 생성물들에서 단백질을 분리시키는 것을 포함한다. 시스테인은 중성 또는 산성의 응유 고형물을 기준으로 0.05 내지 0.2중량%의 함량으로 첨가될 수 있다.
현재 시판되고 있는 물질의 맛, 육질 및 취급 적성과 같은 기능적 특성들은 대부분의 식품의 용도에 있어서는 만족스럽지가 못하다. 하지만, 본 발명으로 제조된 신규의 단백질 물질은 기능적 특성들이 크게 개선되어 맛이 좋아졌으며 특히 육류에 사용시 우수한 색상을 제공한다. 점도를 감소시키기에 유효하며 우수한 육질과 풍미를 가질 수 있도록 본 발명은 반응 시간을 조절하여 온화한 조건하에 가수분해를 실시하였다.
상기 생성물은 카제인화물이나 우유와 같은 낙농 유도물에 대한 대체물로서 사용될 수 있으며, 이전에 제조된 분리된 단백질에 비하여 육류와 혼합하기에 훨씬 더 적합하다. 상기 생성물을 현탁액으로 첨가되거나 또는 육류 제품에 바로 첨가할 수 있는 건조 분말로서 첨가될 수 있다. 상기 생성물은 뛰어난 연한 육질, 부드러운 맛 및 우수한 색상을 가능케 한다. 기본적으로 얻을 수 있는 독특한 결과는 우수한 작용성 및 취급적성, 그리고 혼합 특성중의 하나인데 이는 다중 인산염 및 가수분해 단계로 인해 야기된 많은 변화들 중에서도 산화반응의 감소로 인하여 가능하게 된것이다.
본 발명의 특징을 조절함으로써 널리 공지되어 있지만 여전히 실험되고 있는 당해 기술 분야의 생성물을 개질시킬 수 있다. 따라서 아황산염, 소포제 등과 같은 물질을 제제내에 포함할 수 있다. pH값과 온도를 변화시킬 수 있다는 것은 이미 제시된 바이다. 이러한 세부사항은 본 발명의 범위에 속하는 것으로 간주되어야 한다. 본 명세서에서 언급한 본 발명의 실시 형태는 예시를 목적으로 제시한 것이므로 본 발명은 이에 제한되어서는 안된다.
Claims (16)
- 식물성 단백질을 육류와 혼합할 때 맛과 작용성이 향상된 생성물을 형성하도록 개선된 물리적 특성을 지닌 식물성 단백질을 식물성 단백질 밀(meal)로부터 제조하는 방법으로서, 상기 방법은 하기 (i) 내지 (iii) 단계를 포함하는 것이 특징인 식물성 단백질의 제조 방법: (i) 단백질을 추출하는 동안 산화과정에서 생기 색상이나 냄새에 유해한 성분을 킬레이트화시켜 제거하는 킬레이트제를 함유하는 알칼리 수용액을 사용하여 밀로부터 식물성 단백질을 추출하는 단계, (ii) 상기 용액을 산성화시켜 식물성 단백질을 침전시키는 단계, 및 (iii) 단백질의 반응성을 감소시키는 말단기들의 변화와 점도를 저하시키고 밀도는 증가시키는 표면 특성들의 변화를 유도하므로써 육류 제품에 사용할 때, 맛, 육질 및 색상이 향상되는 식물성 단백질을 생성할 수 있도록 반응 시간 및 농도 조건을 조절하여 침전된 식물성 단백질을 온화한 가수분해 반응이 일어나도록 효소 가수분해시키는 단계.
- 제1항에 있어서, 추출 단계를 여러번 실시한 후에 원심분리하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 추출 단계를 2회 실시한 후에 원심분리하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 가수분해시킨 후, 단백질을 승온에서 물리적 작업으로 제어된, 급속 동적 가열 처리를 실시하여 고형질이 13 내지 20%인 슬러리를 생성하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 식물성 단백질 밀이 잇꽃(safflower) 밀인 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 가수분해 단계에서 얻은 슬러리의 pH를 약 5.5 내지 7.5로 조절하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 가수분해 단계에서 얻은 슬러리의 pH를 약 6.5로 조절하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항 있어서, 식물성 단백질 밀이 콩 밀인 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제8항에 있어서, 효소가 동물 효소, 식물 효소 및 미생물 효소로 이루어진 군에서 선택되는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제9항에 있어서, 효소 가수분해 처리를 식물 단백질 분해 효소로 실시하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 식물 단백질 분해 효소가 브로멜라인인 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 가수분해되는 침전된 콩 물질이 L-시스테인을 포함하여 생성물의 안정성을 증가시키는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 효소를 슬러리내의 단백질의 건조 중량을 기준으로 약 0.01 중량% 내지 0.15 중량%로 첨가하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제10항에 있어서, 반응된 슬러리를 가열하여 효소를 불활성화시켜 반응을 중단시키는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제14항에 있어서, 슬러리를 급속 냉각(flash cooling)시켜 중량이 16 파운드/ft3내지 20 파운드/ft3인 건조 생성물을 형성하는 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
- 제1항에 있어서, 킬레이트제 인산염인 것을 특징으로 하는 식물성 단백질의 제조 방법.
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