KR100629481B1 - 식물스테롤 함유 식품 및 이의 제조방법 - Google Patents

Abstract

식물스테롤-함유 식품, 및 이의 제조방법이 개시된다. 식품내에 함유되는 식물스테롤의 입자 크기는 나노미터-규모이며 본 발명의 식물스테롤-함유 식품은 콜레스테롤의 흡수를 저하시킨다.

식물스테롤, 나노미터, 콜레스테롤, 식품, 유화제

Description

식물스테롤 함유 식품 및 이의 제조방법{PLANT STEROL-CONTAINING FOOD, AND METHOD FOR PREPARING THE SAME}

본 발명은 식물스테롤 함유 식품 및 이의 제조방법에 관한 것으로, 좀 더 상세하게는 분산 입자의 크기가 수백 나노미터 이하인 식물스테롤을 함유하여 콜레스테롤 흡수를 저하시키는 효과를 갖는 식물스테롤 함유 식품 및 이의 제조방법에 관한 것이다.

고등 동물세포의 주요 성분으로서 뇌, 신경조직, 장기(臟器) 및 혈액등에 들어있는 스테로이드 화합물의 한 가지인 콜레스테롤(cholesterol)은 생체내에서 비타민 D, 성호르몬(테스토스테론, 프로게스테론 등), 부신피질 호르몬, 쓸개즙산(빌산) 등의 출발물질이 된다. 그러나, 혈중 콜레스테롤의 수치가 높아지면 고지혈증, 동맥경화, 부정맥, 심근경색과 같은 심혈관계 질병을 유발시키는 중요한 원인이 되는데, 식생활 습관의 변화로 인해 콜레스테롤의 함량이 높은 식품을 자주 섭취하게 되면서 콜레스테롤 과량 섭취에 의한 질병이 커다란 사회적 문제로 대두되고 있다.

외인성 및 내인성으로부터 유도되는 콜레스테롤은 소장내로 이동하여 대략 50% 정도가 흡수된다(Bosner, M.S., Ostlund, R.E., Jr., Osofisan, O., Grosklos, J., Fritschle, C., Lange, L.G. 1993). 이런 이유로 인하여 콜레스테롤이 장내로 흡수되지 못하도록 콜레스테롤을 제어하는 메커니즘은 콜레스테롤 관련 질병의 예방 및 치료에 매우 중요한 요소이다.

한편 콩, 옥수수, 나무(wood), 톨유(tail oil) 등의 식물에 광범위하게 존재하고 독성이 없는 천연물질로서 콜레스테롤과 구조적으로 아주 유사한, 시토스테롤(sitosterol), 캠페스테롤(campesterol), 스티그마스테롤(stigmasterol) 등으로 구성되는 식물스테롤(plant sterol 또는 phytosterol)과, 시토스탄올(sitostanol), 캠페스탄올(campestanol) 등으로 구성되는 식물스탄올(plant stanol 또는 phytostanol)을 통칭하여 이하 "식물스테롤"이라 한다.

상기 식물스테롤은 일상적인 섭취량으로는 혈중 콜레스테롤의 수준에 별로 영향을 미치지 않지만, 식물스테롤이 구조적으로 콜레스테롤과 유사하기 때문에 많은 양을 섭취하게 되면 장내 콜레스테롤 및 담즙 콜레스테롤의 흡수를 저해하여 혈중 콜레스테롤의 수준을 낮추는 것으로 알려져 왔다(미국특허 제5,578,334호). 또한, 식물스테롤의 콜레스테롤 흡수 저하작용을 이용하여 심장혈관질환, 심장관상동맥 및 고지혈증(hyperlipidemia)의 치료를 위한 약물로서 임상실험 등이 행하여지고 있고, 많은 연구결과들이 나오고 있다(Atherosclerosis 28:321-338).

이러한 기능에도 불구하고 식물스테롤은 물과 기름 어디에도 잘 녹지 않는 물리적 성질로 인하여 식품에 적용하기가 매우 어려워서 식물스테롤 함유 식품을 개발하는데 한계가 있었다.

몇몇 연구자들은 식물스테롤의 용해도를 증가시키기 위한 방법으로 식물스테 롤 유도체(derivatives)를 합성하는 연구를 하였다. 예를 들어 식물스테롤 에스테르(ester)의 형태는 오일상에서의 용해도가 우수하기 때문에 식물스테롤 에스테르를 오일 상에 적용하였다(Mattson F. H., R. A. Volpenhein. and B. A. Erickson, 1977). 미국특허 제5,502,045호에는 시토스탄올과 지방산(fatty acid)을 분자간 에스테르 반응(interesterification)을 이용하여 시토스탄올 지방산 에스테르로 제조하는 방법이 기재되어 있고, 상기 시토스탄올 지방산 에스테르를 오일상(마아가린)에 적용하여 LDL-C 수치를 16%정도까지 감소시킬 수 있는 것으로 보고하였다.

국제공개특허 WO99/15546호 및 WO99/15547호에는, 식물스테롤 또는 식물 스탄올에 수용성 또는 지용성 분자를 에스테르 결합으로 연결하여 수용성 및 지용성 성질을 갖는 식물스테롤 유도체를 합성하는 방법이 기재되어 있다.

그러나, 식물스테롤의 용해도를 증가시키기 위하여 합성된 식물스테롤 유도체는 식물스테롤보다 콜레스테롤의 흡수 저하효과가 좋지 않은 결과를 나타내고 있다(Mattson et al., The american journal of clinical nutrition 35: April 1982 pp 697-700).

따라서, 식물스테롤 유도체를 이용하여 용해도를 증가시키려는 노력과 함께, 식물스테롤 자체의 용해도나 생이용도(bioavailability)를 더욱 향상시키기 위한 연구도 지속적으로 시도되었다.

예를 들어, 미국특허 제5,932,562호에는 식물스테롤, 레시틴(lecithin) 및 라이소레시틴(Lysolecithin)을 일정비율로 조합하고 클로로포름(chloroform)등의 유기용매를 이용하여 녹인 후 수분산시키고 유기용매를 제거하는 과정을 통하여 미 세한 수용성 분말(water soluble powder)을 얻는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법에서는 식물스테롤의 사용량보다 많은 유화제를 사용하고, 사용된 라이소레시틴은 상당한 고가의 유화제이며, 마이셀(micelle)을 형성하기 위해 유기용매를 사용하므로 식품에 사용하기에는 문제가 있었다.

또한, 미국특허 제6,054,144호 및 미국특허 제6,110,502호에는 오리자놀 (oryzanol) 또는 식물스테롤을 단관능성 계면활성제(monofunctional surfactant), 다관능성 계면활성제(polyfunctional surfactant) 및 물을 이용하여 일정 비율로 혼합하고 건조(drying)하여 수분산성(water dispersible) 식물스테롤을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 상기 방법은 균질화(homogenization) 및 공기제거의 공정이 없는 것이 특징이며, 단관능성 계면활성제는 주로 폴리옥실렌 솔비탄 모노팔미테이트(monopalmitate)를 사용하고, 다관능성 계면활성제로는 주로 솔비탄 모노올레이트(monooleate)를 사용하였다.

유럽공개특허 제289,636호에는 식물스테롤과 슈크로스 지방산 에스테르(sucrose fatty acid ester) 및/또는 폴리글리세롤 지방산 에스테르(polyglycerol fatty acid ester)를 함유하는 액상의 폴리하이드록시 화합물(liquid polyhydroxy compound)을 일정비율로 혼합한 후, 물로 희석하여 안정한 상태의 에멀젼화 된(emulsified) 또는 용해된(solubilized) 스테롤을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

미국특허 제6,190,720호에는 식물스테롤, 유화제, 및 지방의 혼합물을 녹인 후 교반하면서 60℃ 정도로 냉각시켜 페이스트 형태의 식품첨가물을 제조하고 이를 샐러드 드레싱이나 마아가린 등의 오일베이스 식품에 적용하는 방법이 기재되어 있고, 유럽공개특허 제897,671호에는 식물스테롤 등의 고융점 지질을 비스테롤성 유화제와 혼합하여 녹인 후 스프레드, 드레싱, 우유, 치즈 등의 제품에 적용하는 방법이 기재되어 있으며, 상기 방법의 특징은 식물스테롤 등의 고융점 지질의 입자크기를 15㎛보다 작게 만든 후 유화제와 혼합하는 것이며, 제조과정에서 포화지방산이나 불포화지방산의 사용을 최소화하거나 사용하지 않을 수 있다는데 있다.

국제공개특허 WO00/33669호에는 유화제(지방산 모노글리세라이드) 용융액에 식물스테롤을 넣어 녹인 후, 이것을 우유, 요쿠르트 등의 단백질이 함유된 식품에 첨가하고 균질화하여 음식물에 혼합함으로써 콜레스테롤이 저하되는 식품이 기재되어 있다. 상기 방법에서는 단백질이 들어있는 식품에 첨가하여야만 분산안정성이 유지되고 단백질이 들어있지 않은 식품에서는 분산안정성이 유지되지 않는 단점이 있어, 단백질을 함유하고 있지 않은 식품에는 적용이 불가능하다.

또한, 미국특허 6,267,963호에서는 식물스테롤을 식품에 첨가할 때 일반적으로 식물스테롤을 녹여 식품에 넣는데 이 온도가 너무 높아 적용하는데 어려움이 따르므로 유화제와 식물스테롤을 혼합하여 녹이면 혼합물질이 만들어지고 이것은 식물스테롤의 융점보다 30℃ 이상 융점이 낮아져 이용하는데 편리하도록 하였으며 제조된 식품은 입자감이 적어 식품의 고유 향에 영향을 주지 않고 분산안정성이 우수하다고 기재되어 있다.

전술한 종래기술의 방법들을 이용하여 식물스테롤 함유 식품을 제조할 경우, 식물스테롤의 분산 입자크기가 수십 마이크로미터로 크기 때문에 식품의 기호성에 악영향을 주고 장기 안정성면에서도 층의 분리현상이나 이수현상(제품에서 물이 떨어져 나오는 현상)이 나타나는 등의 문제를 갖는다.

상술한 문제점을 해결하기 위하여 광범위한 연구를 수행한 결과, 식물스테롤의 분산안정성 및 생이용율 등을 확보하기 위해서는 분산 입자의 크기가 매우 중요하고, 그 입자의 크기가 나노미터 이하가 되도록 분산하는 것이 상기 문제점을 해결하는 방법이라는 결론을 얻었다. 나노미터 이하의 분산입자로 만들어진 식물스테롤 함유 식품은 분산안정성이 우수하여 식품베이스의 종류에 영향을 받지 않고, 식품의 중요한 물성 중 하나인 pH에 상관없이 적용 가능하며, 나노파티클 입자로 분산시키면 보다 안정적인 식물스테롤 함유 식품을 개발할 수 있음이 확인되었다. 이에 식물스테롤을 나노파티클로 분산시키기 위해 다양한 연구를 한 결과, 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제와 식물스테롤을 다른 추가 성분없이 열을 가하여 용융시키면 식물스테롤과 유화제가 용융되면서 직접적으로 균일하게 접촉할 수 있어 후속의 고속 교반공정 또는, 고속 교반공정과 균질화 공정을 거친 후에 형성된 마이셀의 크기가 매우 미세하고 그 크기가 나노미터에 이르게 되며, 본 발명은 이에 기초하여 완성되었다.

따라서, 본 발명의 목적은 식물스테롤의 분산 입자의 크기를 나노미터 크기로 조절하여 생이용도가 향상되어 복용량이 줄어들고, 식품 고유의 맛과 향을 유지 할 수 있으며, 식물스테롤의 입자감이 느껴지지 않아 식품의 기호성에 악영향을 주지 않고, 식품 베이스 종류와 pH에 따른 영향을 받지않고 다양한 식품에 적용할 수 있는 식물스테롤 함유 식품의 제조방법 및 상기 방법에 의해 제조된 식물스테롤 함유 식품을 제공하는데 있다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물스테롤 함유 식품의 제조방법은, 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60~200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계; 상기 용융혼합물을 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 고속 교반시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및 상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물스테롤 함유 식품의 다른 제조방법은, 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계; 상기 용융혼합물을 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 고속 교반시킨 다음, 균질화시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및 상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물스테롤 함유 식품의 또 다른 제조방법은, 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계; 상기 용융혼합물을 냉각한 후 분말화하여 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 고속 교반시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및 상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계로 이루어진다.

상기 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물스테롤 함유 식품의 또 다른 제조방법은, 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계; 상기 용융혼합물을 냉각한 후 분말화하여 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계; 상기 혼합물을 고속 교반시킨 다음, 균질화시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및 상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계로 이루어진다.

상기 다른 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 식물스테롤 함유 식품은 전술한 방법에 의해 제조된다.

이하 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보면 다음과 같다. 또한, 본 발명자들에 의해 국제특허출원 제PCT/KR01/01640호로 식물스테롤의 분산 입자의 크기를 나노미터 크기로 조절하는 식물스테롤의 분산방법이 출원된 바 있으며, 식물스테롤의 크기를 조절하는 상세한 사항은 상기 특허출원에 명시되어 있다.

본 발명에 따른 식물스테롤을 함유하는 식품의 제조방법은 식물스테롤과 유화제를 적정 비율로 혼합하고 이를 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계 를 포함한다.

본 발명에서 사용하고 있는 용어 "식물스테롤"은, 전술한 바와 같이, 시토스테롤, 캠페스테롤, 스티그마스테롤, 시토스탄올, 캠페스탄올 등으로 구성되는 식물스테롤 및 식물스탄올의 통칭이다.

본 발명에서 사용할 수 있는 유화제는, 식물스테롤의 분산 입자의 크기를 수백 나노미터 이하로 하여 분산시킬 수 있는, 슈크로즈 지방산 에스테르 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나 이상 선택되며, 그밖에 기타 식물스테롤을 포함한다.

다양한 분산실험의 결과, 본 발명에서 사용한 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 또는 폴리글리세린 지방산 에스테르 외의 다른 유화제를 분산시켰을 경우, 그 입자의 크기가 1㎛ 이상인 입자가 많이 존재하였으며, 이로 인하여 분산안정성이 낮아 분산 후 3일 이내에 침전 또는 이수 현상이 발생하는 등 식품으로 적용하는 것이 불가능했다. 이 중에서, 특히 HLB(hydriphilic lypophilic balance)의 값이 7이상, 바람직하게는 10∼16인 슈크로즈 지방산 에스테르가 적합하고, HLB값이 5∼11, 바람직하게는 7∼10인 솔비탄 지방산 에스테르가 적합하다. 또한, 폴리글리세린 지방산 에스테르의 경우에는 HLB값이 10∼20, 더욱 바람직하게는 12∼15이다. 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르 중에서는 입자분포에서 슈크로즈 지방산 에스테르가 더 작고 고른 입자 분포를 나타냈으며, 솔비탄 지방산 에스테르와 폴리글리세린 지방산 에스테르의 경우에는 많은 양을 사용할 경우 특이취를 약간 내는 것으로 나타나, 슈 크로즈 지방산 에스테르가 가장 바람직한 것으로 나타났다.

본 발명에서 사용되는 식물스테롤과 총 유화제와의 혼합비율은 무게비로 1 : 0.01∼20(w/w)이며, 바람직하게는 1 : 0.2∼2.0(w/w)이다. 이때, 유화제의 사용량이 식물스테롤 함량 대비 0.01배 미만이면 유화가 효과적으로 이루어지지 않아 침전이 발생하고 일부 유화된 입자의 크기도 수십 마이크로미터이며, 20배를 초과하면 식품으로서 유화제의 사용량이 많아 유화제의 맛이 느껴져 식품의 기호성에 악영향을 끼치게 된다.

또한, 상기 식물스테롤과 혼합되는 유화제의 양에 대하여 물에 혼합되는 유화제의 비율은 1 : 0.8(w/w)이하(즉 80중량% 이하)로 사용되며, 바람직하게는 1 : 0.5(w/w)이하(즉, 50중량% 이하)로 사용된다. 이 때, 물에 혼합되는 유화제의 비율이 0.8(w/w)을 초과하면 식물스테롤과 유화제의 용융혼합물에 혼합되는 유화제의 양이 상대적으로 줄어들어 나노파티클을 형성하기가 어렵다.

한편, 상기 식물스테롤과 유화제를 가열하여 혼합하는 온도는 60∼200℃이며, 바람직하게는 120∼150℃이다. 상기 온도가 60℃ 미만이면, 형성되는 마이셀의 입자크기가 수십-수백 마이크로미터 정도의 크기를 가져 식품으로 복용할 경우 입맛이 좋지 않고 생이용도가 떨어지며, 온도가 200℃를 초과하면 식물스테롤은 250℃까지도 안정하나 유화제는 열변성이 일어날 수 있는 문제점이 있다.

특히 식물스테롤은 난용성 물질로 물에 유화제를 넣고 식물스테롤을 넣어 유화시키게 되면, 유화의 효과가 떨어지게 되어 바로 침전현상이 나타나고, 이 때 형성된 입자의 크기는 수심∼수백 마이크로미터의 큰 입자크기를 가지게 된다. 따라 서 본 발명에서는 식물스테롤의 유화효과를 극대화하여 마이셀의 크기를 수백 나노미터 이하의 크기로 가질 수 있도록 중점적으로 연구를 하였다. 그 결과, 식물스테롤과 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르 또는 이들의 혼합물이 균질하게 섞여 있는 상태에서 유화시키면 유화효율이 극대화될 수 있으며, 식물스테롤과 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르, 폴리글리세린 지방산 에스테르 또는 이들의 혼합물을 균일하게 섞기 위해서는 식물스테롤의 융점(시토스테롤 약 140℃, 캠페스테롤 약 157℃, 스티그마스테롤 약 170℃)에 비슷한 온도로 가열하여 두 물질이 액체상태로 된 상태에서 섞어주는 방법을 선택한다.

본 발명에 따른 제조방법은, 전술한 바와 같이 제공된 용융혼합물을 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계를 포함한다. 이 때, 물에 혼합되는 유화제는 상기 식물스테롤과 혼합되는 유화제와 동일 유화제로 사용하는 것이 바람직하며, 대체가능한 다른 유화제를 사용하여도 무방하다. 또한, 상기 식물스테롤에 대한 물의 혼합비율은 1 : 10∼10000(w/w)으로 사용되며, 바람직하게는 1 : 10∼100(w/w)으로 사용된다.

한편, 본 발명에 따른 제조방법은, 상기 혼합물을 고속 교반, 또는 고속교반 및 균질화 공정을 통해 물에 식물스테롤을 분산시키는 단계를 포함하고, 이 단계에 의해 분산 입자의 분포가 항상 고르게 나타나 산업적으로 이용할 경우 생산공정에서 나타날 수 있는 입도 분포의 변동을 막아 항상 일정한 품질의 제품을 생산할 수 있게 된다.

상기 고속 교반 공정에 의해 나노파티클(nanoparticle) 마이셀의 형성이 완성되는데, 교반공정은 5,000~10,000rpm, 보다 바람직하게는 6,500∼7,500rpm에서 약 10분간 처리하는 것이 바람직하다. 이렇게 교반한 후의 분산된 마이셀의 크기는 측정결과, 90% 이상, 바람직하게는 95%이상이 300나노미터 이하인 것으로 나타났다.

또한 상기 교반 후 일부 뭉쳐있는 입자를 분쇄하기 위하여 균질화 공정을 거치게 된다. 균질화 방법으로는 고압 균질화기, 콜로이드 밀(colloid mill) 또는 초음파 균질기(sonicator) 등을 이용하며, 바람직하게는 고압 균질화기를 이용한다. 이 때 고압 균질화기의 압력은 2,000∼25,000psi, 보다 바람직하게는 7,000∼10,000psi이다. 이 공정을 거친 후의 식물스테롤의 마이셀의 크기는 95%이상, 바람직하게는 99%이상이 300나노미터 이하이다.

한편, 본 발명에 따르면, 상기 식물스테롤과 유화제를 혼합하여 식물스테롤의 융점과 비슷한 온도에서 가열 및 용융시킨 후에, 이를 냉각시킨 후 분말화하여 물 또는 유화제가 함유된 물에 넣고 고속 교반하면 식물스테롤 함유 분산액을 간편하게 만들 수도 있고, 또한 상기 식물스테롤과 유화제를 혼합하여 식물스테롤의 융점에 가까운 온도에서 가열 및 용융시킨 후에, 이를 냉각시킨 후 분말화하여 물 또는 유화제가 함유된 물에 넣고 고속 교반 후 고압 균질화하여 식물스테롤 함유 분산액을 간편하게 만들 수도 있다.

상기 고속 교반후 고압 균질화 공정을 거친 식물스테롤 분산액은 투명한 상태로 나타난다. 예를 들어, 식물스테롤이 1%인 경우 일반적으로 사용되는 유화방법 으로는 분산안정성이 유지되지 않아 바로 식물스테롤이 침전되는 현상을 발견하게 되며, 투과율(transmittance)면에서도 일반적인 유화방법을 사용할 경우 700nm에서 투과율이 0.16%인 반면, 본 발명에 의해 제조된 분산액의 경우 투과율이 80.0%이상을 나타낸다.

또한 상기와 같이 분말화한 형태는 액상의 상태보다 다루기가 용이하고 경제적이며, 제품의 유통과정에서 미생물의 오염에 대해 안전하며, 운송이 용이하여 물류비 등이 적게 소모되는 장점을 가지고 있다. 이와 같이, 본 발명에서는 식물스테롤과 유화제의 혼합물과 물 혼합물을 섞는 과정에서 식물스테롤과 유화제의 혼합물을 고온의 액체 상태에서 바로 물에 첨가할 수 있으며, 또는 혼합액을 냉각시킨 후 고체상태(분말 형태)에서 물에 첨가할 수 도 있다. 액체 상태로 넣을 경우 유화의 효율을 증가시키기 위하여 물 혼합물의 온도를 60∼140℃, 바람직하게는 70∼90℃로 가열하여 마이셀 입자의 크기를 작게 하기 위해 식물스테롤과 유화제의 가열 혼합 온도와 비슷하게 유지하는 것이 바람직하다. 이 때 100℃ 이상으로 가열하기 위해서는 가압조건이 필요하며 140℃ 정도로 가열하기 위해서는 5기압 정도의 압력이 필요하다.

반면, 물에 식물스테롤과 유화제를 넣고 가열 용융하지 않은 채 같은 조건하에서 교반한 후 향성된 마이셀의 크기를 측정한 결과 대부분 수십∼수백 마이크로미터인 것으로 나타난다. 따라서 식물스테롤과 유화제를 가열하여 녹인 후 혼합하여 주는 과정은 나노파티클을 형성하는데 매우 중요한 과정이며 항상 일정한 입자 분포를 가지기 위해서는 고속 교반 공정과 균질화 공정이 매우 중요하다.

따라서 본 발명은 식물스테롤과 유화제가 다른 성분이 없이 열을 가하여 식물스테롤과 유화제가 녹으면서 직접적으로 균일하게 접촉할 수 있어 유화과정 후에 형성된 마이셀의 크기가 매우 미세하고 그 크기가 수백 나노미터에 이르게 된다. 또한, 식물스테롤에 대한 용해도가 매우 우수한 유기용매를 사용하여 나노파티클을 만드는 종래 방법 대신에, 본 발명은 유기용매를 사용하지 않고서도 우수한 물성을 달성할 수 있어 식품에 적용하기에 적합하다.

본 발명에 따르면, 전술한 바와 같이 분산액을 제조하고, 제조된 식물스테롤 분산액을 증발(evaporation), 동결건조 또는 스프레이 건조(spray dry) 공정을 통해 수용성 식물스테롤 분말을 얻을 수 있고, 이 분말을 다시 물에 분산시킨 후 이를 식품에 적용하면 식물스테롤 함유 식품을 제조할 수 있다.

이렇게 본 발명에 따라 식물스테롤과 유화제를 가열하여 녹인 후, 그 혼합물을 물에 넣어 교반하고 고압으로 처리한 분산액은 식품 베이스에 넣어 식품을 제조할 수 있다. 이 식품은 식물스테롤 마이셀의 입자가 나노미터 크기를 가지므로 입자의 표면적이 증가하고, 입자의 곡률(curvature)이 증가하여 생이용도가 우수하고, 식품 고유의 맛과 향에 영향을 주지 않는다. 또한, 식물스테롤 입자가 느껴지지 않아 입맛이 우수하여 식품로서 적합하다. 식품의 안정성 측면에서도 분산안정성이 증가되어 냉장보관을 하여도 식물스테롤 마이셀 입자가 유지되어 층분리 현상이나 이수현상 등이 나타나지 않는다. 또한 온장 유통 제품에서도 분산 안정성이 유지되어 식품의 유통기간동안 제품의 안정성(stability)이 확보될 수 있다.

본 발명에 사용되어지는 식품 베이스는 비음료 식품으로서, 요쿠르트, 죽, 스프, 아이스크림, 마요네즈, 케찹, 요거트, 치즈, 샐러드유, 드레싱 그리고 마가린 등이 사용가능하다.

이하 실시예를 통하여 본 발명을 좀 더 구체적으로 살펴보지만, 하기예에 본 발명의 범주가 한정되는 것은 아니다.

이하 입자 분포도 분석은 Mastersizer(Malvern Instrument LTD, 영국)를 사용하여 분석하였다.

비교예 1

1L 용기에 물 500g을 넣고 약 80℃로 가열한다. 물에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%) 5g과 슈크로즈 스테아릴 에스테르(HLB 11) 4.25g을 넣고, 이 혼합액을 6,800∼7,000rpm으로 10분간 교반하였다. 이렇게 얻은 입자의 분석 결과를 하기 표 1에 기재하였다.

비교예 2

상기 비교예 1에서 제조된 혼압액을 고압 균질화기(homogenizer: Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)로 7000psi에서 1pass 처리하였다. 이렇게 얻은 입자의 분석 결과를 하기 표 2에 나타내었다. 또한, 상기 제조된 혼합액의 700nm에서의 투과율은 0.16%이었다.

실시예 1 내지 8

1L 용기에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%)과 슈크로즈 스테아릴 에스테르(HLB 11) 및 솔비탄 라우릴 에스테르(HLB 8.6)를 하기 표 3의 배합비로 혼합하고, 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반시킨 후, 이 용융혼합액을 약 80℃ 까지 가열시킨 물에 첨가하고 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하였다. 교반후 각 실시예에 따라 하기 표 3과 같이 고압 균질화기(Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)를 이용하여 7000psi에서 1pass 처리하였다.

실시예 1에 대한 입자의 분석결과를 하기 표 4에 나타내었고, 실시예 3, 5 및 7의 입자 분석결과는 하기 표 4와 비슷한 결과를 나타내었다. 또한, 실시예 2에 대한 입자의 분석결과는 하기 표 5에 나타내었으며, 실시예 4, 6, 및 8의 입자 분석결과는 하기 표 5와 비슷한 결과를 나타내었다. 또한, 실시예 2, 4, 6 및 8의 분산액의 700nm에서의 투과율은 80.0∼80.5%이었다.

실시예 9 내지 16

1L 용기에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%)과 슈크로즈 스테아릴 에스테르(HLB 11) 및 솔비탄 라우릴 에스테르(HLB 8.6)를 하기 표 6의 배합비로 혼합하고, 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반시킨 후, 이 용융혼합액을 1g의 슈크로즈 스테아릴 에스테르를 녹인 물(약 80℃)에 첨가하고 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하였다. 교반후 각 실시예에 따라 하기 표 6과 같이 고압 균질화기(Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)를 이용하여 7000psi에서 1pass 처리하였다.

실시예 9에 대한 입자의 분석결과를 하기 표 7에 나타내었고, 실시예 11, 13 및 15의 입자 분석결과는 하기 표 7과 비슷한 결과를 나타내었다. 또한, 실시예 10에 대한 입자의 분석결과는 하기 표 8에 나타내었으며, 실시예 12, 14, 및 16의 입자 분석결과는 하기 표 8과 비슷한 결과를 나타내었다. 또한, 실시예 10, 12, 14 및 16의 분산액의 700nm에서의 투과율은 80.5∼82.5%이었다.

실시예 17

1L 용기에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%) 5g과 폴리글리세린 모노 스테아레이트(HLB 12) 4.25g을 넣고 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반하여 준 후, 이 혼합액을 약 80℃까지 가열시킨 물 490.75g에 첨가하고 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하였다. 이 혼합액을 고압 균질화기(Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)로 7000psi에서 1pass 처리하였다.

고압 균질화 과정전의 입자 분석결과는 상기 표 4와 통상 실험오차범위(2%) 이내의 동일한 결과를 나타내었고, 고압균질화 과정후의 입자 분석결과는 상기 표 5와 실험오차범위 이내의 동일한 결과를 나타내었다. 또한, 고압균질화 과정 후의 식물스테롤 분산액의 700nm에서의 투과율은 80.0∼80.5%이었다.

실시예 18

1L 용기에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%) 5g과 폴리글리세린 모노 스테아레이트(HLB 12) 3.25g을 넣고 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반하여 준 후, 이 혼합액을 약 80℃까지 가열시킨 물 491.25g에 첨가하고 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하였다. 이 혼합액을 고압 균질화기(Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)로 7000psi에서 1pass 처리하였다.

고압 균질화 과정전의 입자 분석결과는 상기 표 7과 통상 실험오차범위(2%) 이내의 동일한 결과를 나타내었고, 고압균질화 과정후의 입자 분석결과는 상기 표 8과 실험오차범위 이내의 동일한 결과를 나타내었다. 또한, 고압균질화 과정 후의 식물스테롤 분산액의 700nm에서의 투과율은 80.2∼82.5%이었다.

실시예 19

1L 용기에 식물스테롤(시토스테롤 75%, 캠페스테롤 10%, 스티그마스테롤 및 시토스탄올 15%) 5g과 슈크로즈 스테아릴 에스테르(HLB 11) 4.25g을 혼합하고, 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반시킨 후, 이 용융혼합액을 약 80℃ 까지 가열시킨 물 500g에 첨가하고 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하여 분산액을 얻었다. 이 분산액을 스프레이 건조하여 수용성 식물스테롤 분말을 얻었다.

실시예 20

1L 용기에 식물스테롤(융점: 143℃) 5g과 슈크로즈 스테아릴 에스테르(HLB 11)4.25g을 혼합하고, 140℃에서 교반하면서 용융시켰다. 완전히 용융된 용융혼합액을 약 1분간 교반시킨 후, 이 용융혼합액을 실온으로 냉각하여 얻어진 고체를 분쇄하여 분말을 얻었다. 이 분말 9.25g을 6800∼7000rpm으로 약 10분간 교반하면서 90℃로 가열한 물 90.75g에 투입하여 분산액을 얻었고, 이 분산액을 고압 균질화기(Microfluidizer M110EHI, Microfluidics)로 7000psi에서 1pass 처리하였다.

실시예 21- 식물스테롤 함유 요쿠르트의 제조

가열 살균한 원유 60%, 하기 표 9에 기재한 분산액 10%, 탈지분유 5%, 올리고당 7%, 안정제 2%, 및 물 16%를 넣고 65℃에서 균일하게 혼합하였다. 이 혼합물을 210kg/㎠의 압력으로 균질기를 통과시켜 매우 작고 균일한 입자로들을 형성시킨 후, 95℃에서 10분간 가열 살균하였다. 살균 후 냉각하여 배양액의 온도가 42℃까지 떨어지면, 혼합 유산균 스타터를 0.01% 접종하여 42℃에서 배양하였다. 상기 배양물의 pH가 4.6까지 떨어지면 10℃ 이하로 냉각하여 배양을 중단시키고, 이 온도에서 6시간 숙성시켰다. 미리 가열 살균한 과일시럽 혼합액 25%를 상기 배양액 75%와 혼합한 후, 신속하게 산소차단성 용기에 충전하여 냉장보관하였다. 이렇게 제조한 요쿠르트를 30일동안 냉장 4℃에서 보관한 후 이수현상, 층분리현상 및 맛의 변화를 관찰하여 그 결과를 하기 표 9에 나타내었다.

실시예 22 - 식물스테롤 함유 죽의 제조

쌀 7.5g과 찹쌀 10.0g을 수세하여 냉수에 4시간 담가 불리고 체를 이용하여 탈수한 후 마쇄하였다. 마쇄쌀을 이중솥에 넣고 물 73.5g과 함께 가열하여 호화시키고 전분 3g을 보강하여 적당한 점성에 이를 때까지 10분간 더 가열하여 호화시켰다. 하기 표 10에 기재된 분산액 5.8g과 식염 0.2g을 혼합하여 호화를 완료하였다. 제조된 즉석 죽을 내열성 포장재에 일정량씩 담아 밀봉하고 레토르트 살균기로 130 ℃에서 30분간 살균하였다. 제조한 죽을 실온에서 3개월 보관한 후 5일 동안 온장 55℃ 보관한 후 이후현상, 층분리현상 및 맛의 변화를 관찰하여 결과를 하기 표 10에 나타내었다.

본 발명에 따른 방법에 의해 제조되는 식품에 있어서, 식물스테롤 입자의 크기가 나노미터 이하의 크기로 분포되어 생이용도가 향상되어 콜레스테롤 수치개선을 위한 복용량이 줄어들고, 식품 고유의 맛과 향에 대해 영향을 주지 않으며, 식품으로 섭취할 경우, 식물스테롤의 입자로 인하여 발생하는 껄끄러움을 발생시키지 않아 입맛(mouth feel)을 개선시키며, 식품 조성이나 pH에 따른 영향을 받지 않고 식품을 제조할 수 있게 된다. 또한, 유통기간 중 층분리 현상이나 이수현상이 나타나지 않는 등 식품의 안정성을 확보할 수 있다.

Claims (14)

1. 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계;

   상기 용융혼합물을 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계;

   상기 혼합물을 5,000-10,000rpm으로 교반시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및

   상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 입자의 크기가 300 나노미터 이하인 식물스테롤을 함유하는 식품의 제조방법.
2. 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계;

   상기 용융혼합물을 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계;

   상기 혼합물을 5,000-10,000rpm으로 교반시킨 다음, 균질화시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및

   상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 입자의 크기가 300 나노미터 이하인 식물스테롤을 함유하는 식품의 제조방법.
3. 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60∼200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계;

   상기 용융혼합물을 냉각한 후 분말화하여 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계;

   상기 혼합물을 5,000-10,000rpm으로 교반시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및

   상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 입자의 크기가 300 나노미터 이하인 식물스테롤을 함유하는 식품의 제조방법.
4. 슈크로즈 지방산 에스테르, 솔비탄 지방산 에스테르 및 폴리글리세린 지방산 에스테르로 이루어진 군으로부터 적어도 하나이상 선택되는 유화제 및 식물스테롤의 혼합물을 60~200℃에서 가열 및 용융시켜 용융혼합물을 제공하는 단계;

   상기 용융혼합물을 냉각한 후 분말화하여 물 단독 또는 유화제를 포함하는 물에 혼합시키는 단계;

   상기 혼합물을 5,000-10,000rpm으로 교반시킨 다음, 균질화시켜 식물스테롤이 물에 분산된 분산액을 얻는 단계; 및

   상기 분산액을 식품 베이스에 넣는 단계;

   를 포함하는 것을 특징으로 하는 분산 입자의 크기가 300 나노미터 이하인 식물스테롤을 함유하는 식품의 제조방법.
5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 식품이 300 나노미터 이하의 분산 입자크기를 갖는 식물스테롤을 95.0% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
6. 제5항에 있어서, 상기 식품이 300 나노미터 이하의 분산 입자크기를 갖는 식물스테롤을 99.0% 이상 함유하는 것을 특징으로 하는 제조방법.
7. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유화제가 슈크로즈 지방산 에스테르인 것을 특징으로 하는 제조방법.
8. 제7항에 있어서, 상기 슈크로스 지방산 에스테르가 7이상의 HLB값을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
9. 제8항에 있어서, 상기 슈크로스 지방산 에스테르가 10∼16의 HLB값을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
10. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 유화제가 폴리글리세린 지방산 에스테르인 것을 특징으로 하는 제조방법.
11. 제10항에 있어서, 상기 폴리글리세린 지방산 에스테르가 10∼20의 HLB값을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
12. 제11항에 있어서, 상기 폴리글리세린 지방산 에스테르가 12∼15의 HLB값을 갖는 것을 특징으로 하는 제조방법.
13. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 얻은 식물스테롤을 함유하는 식품.
14. 제13항에 있어서, 상기 식품은 요쿠르트, 죽, 스프, 아이스크림, 마요네즈, 케찹, 요거트, 치즈, 샐러드유, 드레싱 또는 마가린인 것을 특징으로 하는 식품.