KR100687891B1 - 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 초임계 유체를 이용하여 곡물에 미세공(micro-pore)을 형성시키고 그 미세공에 유용물질을 함침시키는 공정을 포함하는 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법 및 전기 방법으로 제조된 유용물질이 함침된 곡물을 제공한다. 본 발명의 초임계 이산화탄소를 이용한 기능성 곡물의 제조방법은 곡물에 초임계 이산화탄소를 가하여, 곡물에 미세공을 형성시키고, 기능성을 부여하는 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소를 가하여, 미세공이 형성된 곡물에 유용물질을 함침시키며, 감압에 의하여, 전기 유용물질이 함침된 곡물로부터 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함한다. 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물은 유용물질의 손실이 방지되고 곡물 고유의 맛과 향이 손상되지 않으므로, 전기 기능성 곡물을 이용한 다양한 기능성 식품의 제조에 널리 활용될 수 있을 것이다.
초임계 이산화탄소, 곡물, 함침, 미세공
Description
도 1은 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물을 제조하기 위한 곡물가공장치의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호 설명>
1... 곡물탱크 2... 감압조절기
3... 이산화탄소 분리기 4... 냉각기
5... 저장조 6... 순환 펌프
7... 유용물질 용해조 8... 열교환기
도 2a는 초임계 이산화탄소로 가공되지 않은 쌀의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 2b는 초임계 이산화탄소로 가공된 쌀의 표면을 나타내는 SEM 사진이다.
도 3은 도정된 쌀로부터 수득한 미분의 각 구역을 나타내는 모식도이다.
본 발명은 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법에 관한 것이다. 좀 더 구체적으로, 본 발명은 초임계 유체를 이용하여 곡물에 미세공(micro-pore)을 형성시키고 그 미세공에 유용물질을 함침시키는 공정을 포함하는 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법 및 전기 방법으로 제조된 유용물질이 함침된 곡물에 관한 것이다.
쌀은 우리나라뿐만 아니라 아시아인의 주식으로 사용되고 있는 귀중한 곡식이다. 현대인들이 경험하는 많은 질병들이 섭취하는 음식과 중요한 상관관계가 있음이 밝혀지고 있음을 고려할 때, 주식인 쌀의 중요성이 크게 대두되고 있다. 벼는 20%(w/w)의 껍질(왕겨)과 80%(w/w)의 현미로 구성되고, 현미는 또한 쌀겨(미강), 쌀눈(배아) 및 백미(배유)로 나눌 수 있다. 쌀의 영양성분을 분석해보면, 쌀겨부분에 29％, 쌀눈에 66％, 그리고 백미부분에 5％의 영양이 분포되어 있다. 현미는 백미에 비하여 비타민군이 2-16배, 미네랄 성분이 1.3-2배, 섬유소 3.3배, 단백질 1.3배에 이르는 영양분을 함유하고 있어, 최고의 건강식, 다이어트식으로 꼽히고 있다. 현재 우리들이 섭취하는 쌀은 백미로서 현미의 쌀겨(미강)층과 쌀눈(배아)을 벗기어 낸 전분층(배유)을 의미하며, 현미에 포함된 많은 영양분을 섭취하지 못하고 있다. 따라서, 영양섭취의 측면에서 볼 때, 백미보다 현미가 바람직하다는 것은 명확한 사실이나, 조선시대 이후 사용되어 온 백미의 관습적인 사용과 그 백미의 부드러움에 익숙한 현대인들의 입맛에 현미로 백미를 대체하기에는 무리가 있다.
이에, 백미의 품질을 개량하여, 영양성분의 손실을 최소화하려는 노력이 계속되고 있으나, 근래에 들어 수입개방과 외식산업의 부흥으로 외국산 주식이 우리생활에 깊게 침투하고 있어 쌀 소비량이 감소하는 추세를 감안한다면, 단순히 백미의 품질을 향상시키는 것만으로는 충분하지 않다고 할 수 있는 바, 최근에는 백미에 특별한 기능성을 부여하려는 연구가 활발히 진행되고 있다.
예를 들어, 대한민국 특허공개공보 제 95-005177호에는 곡물분말과 인삼잎 분말을 혼합하고, 곡물형태로 가공하여 제조하는 인삼 쌀의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제 411927호에는 매실즙을 쌀에 분사하여 표면을 코팅한 후, 건조하는 단계를 포함하는 매실성분이 부가된 쌀 및 그의 제조방법이 개시되어 있으며, 대한민국 특허등록 제 447585호에는 녹차추출물을 쌀에 분사하여 녹차엑기스가 함유된 기능성 쌀 및 그의 제조방법이 개시되어 있고, 대한민국 특허등록 제 448697호에는 베타글루칸 농축분말, 클로렐라 분말 및 곡물 분말을 혼합하고, 곡물알갱이 형태로 타정하는 공정을 포함하는 식이섬유 쌀 및 그의 제조방법이 개시되어 있다.
그러나, 상기와 같이 곡물분말과 유용성분을 혼합하여 곡물형태로 제조한 쌀의 경우에는, 취사가 불편하고 곡물고유의 식감이 없어, 소비자로부터 외면받고 있는 실정이며, 쌀의 표면에 유용성분을 코팅하여 제조된 기능성 쌀의 경우에는, 조리시에 유용성분이 직접적으로 밥의 외부에 노출되어, 쌀 고유의 맛과 향을 변질시키기 때문에, 역시 소비자들로부터 외면 받고 있는 것이 현실이다. 만일, 쌀 고유의 맛과 향을 유지시킬 수 있으면서도, 기능성을 나타낼 수 있는 쌀을 개발할 수 있다면, 기능성 쌀의 개발 뿐만 아니라, 전기 기능성 쌀을 이용한 다양한 기능성 식품의 개발에 전기를 마련할 것으로 기대되어, 활발한 연구가 진행되고 있으나, 아직까지는 별다른 연구성과가 보고되지 않고 있는 실정이다.
따라서, 고유의 맛과 향이 유지되면서도, 기능성을 나타낼 수 있는 쌀을 제조할 수 있는 방법을 개발하여야 할 필요성이 끊임없이 대두되었다.
이에, 본 발명자들은 고유의 맛과 향이 유지되면서도, 기능성을 나타낼 수 있는 쌀을 제조할 수 있는 방법을 개발하고자 예의 연구 노력한 결과, 초임계 이산화탄소를 이용하여, 쌀 내부에 마이크로 미세공을 만들고, 유용성분을 함침시킬 경우, 쌀 고유의 맛과 향이 유지되면서도 기능성을 나타낼 수 있는 쌀을 제조할 수 있을 뿐만 아니라, 이러한 유용성분을 쌀 이외의 다양한 곡물에 함침시킬 수 있음을 확인하고, 본 발명을 완성하게 되었다.
결국, 본 발명의 주된 목적은 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전기 방법으로 제조한 유용물질이 함침된 곡물을 제공하는 것이다.
본 발명의 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법은 (ⅰ) 곡물에 40 내지 80℃ 및 100 내지 600bar의 조건으로 초임계 이산화탄소를 가하여, 곡물의 표면으로부터 내부에 이르는 미세공을 형성시키는 공정; (ⅱ) 전기 미세공이 형성된 곡물에, 40 내지 90℃ 및 100 내지 700bar의 조건하에, 곡물에 기능성을 부여하는 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소를 가하여, 미세공이 형성된 곡물에 유용물질을 함침시키는 공정; 및, (ⅲ) 감압에 의하여 전기 유용물질이 함침된 곡물에 가하여진 초임계 이산화탄소를 기체형태로 전환시키고, 전환된 기체형태의 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함한다. 이때, 곡물은 특별히 이에 제한되지 않으나, 쌀, 보리, 밀, 조, 수수, 옥수수, 호밀, 피, 귀리, 기장 등을 사용함이 바람직하고, 유용물질은 특별히 이에 제한되지 않으나, DHA(Docosahexaenoic acid), EPA(Eicosapentaenoic acid), α-토코페롤(α-tocopherol) 등의 곡물에 기능성을 부여할 수 있고, 초임계 이산화탄소에 용해될 수 있는 비극성 물질; 또는, 사포닌(saponin), 플라보노이드(flovonoid) 등의 곡물에 기능성을 부여할 수 있고, 초임계 이산화탄소와 보조용매인 물 또는 에탄올의 혼합용매에 용해될 수 있는 극성 물질을 사용함이 바람직하다.
본 발명자들은 보다 효과적으로 곡물에 유용물질을 포함시킬 수 있는 방법을 개발하던 중, 곡물의 외부에 유용물질을 도포할 경우에는 유용물질이 쉽게 손실되고, 곡물 고유의 맛과 향을 손상되지만, 곡물의 내부에 유용물질을 함침시킬 경우 에는 유용물질의 손실이 방지되고 곡물 고유의 맛과 향이 손상되지 않는다는 점에 착안하여, 곡물 내부에 유용물질을 함침시킬 수 있는 방법을 개발하고자 다양한 연구를 수행하였다. 그 결과, 초임계 이산화탄소를 사용하여, 표면으부터 내부에 이르는 미세공을 곡물에 형성시킨 후, 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소를 미세공이 형성된 곡물에 가하고, 감압하여 이산화탄소를 제거하는 방법을 사용할 경우, 내부에 유용물질이 함침된 곡물을 제조할 수 있음을 확인하였다. 이에 적절한 초임계 이산화탄소의 조건을 확립하기 위하여, 지속적으로 연구한 결과, 40 내지 80℃ 및 100 내지 600bar의 조건으로 초임계 이산화탄소를 곡물에 가하면, 곡물의 표면으로부터 내부에 이르는 미세공을 형성시킬 수 있고, 40 내지 90℃ 및 100 내지 700bar의 조건으로 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소를 미세공이 형성된 곡물에 가하면, 곡물의 내부에 유용물질이 효과적으로 함침시킬 수 있음을 확인하였다.
본 발명의 일 실시태양에 의하면, 본 발명의 초임계 이산화탄소를 이용한 기능성 곡물의 제조는, 곡물탱크, 감압조절기, 이산화탄소 분리기, 냉각기, 저장조, 순환 펌프, 유용물질 용해조 및 열교환기를 포함하는 곡물가공장치에 의하여 수행됨이 바람직하다. 도 1은 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물을 제조하기 위한 곡물가공장치의 구성을 개략적으로 나타낸 모식도이다. 도 1에서 보듯이, 전기 곡물가공장치는 곡물탱크(1), 감압조절기(2), 이산화탄소 분리기(3), 냉각기(4), 저장조(5), 순환 펌프(6), 유용물질 용해조(7) 및 열교환기(8)로 구성된다.
전기 곡물가공장치를 이용하여, 기능성 곡물을 제조하는 방법을 구체적으로 설명하면 다음과 같다: 먼저, 미세공이 형성된 곡물을 수득하기 위하여, 곡물탱크(1)에 곡물을 충진하고, 열교환기(8)를 통하여 추출에 적합하게 가열된 초임계 이산화탄소를 곡물탱크(1)의 하단부에 주입하면, 주입된 초임계 이산화탄소가 충진된 곡물과 접촉하여 곡물에 미세공을 형성함과 동시에 곡물에 함유된 지방성분을 추출한 후, 추출된 지방성분과 초임계 이산화탄소를 곡물탱크의 밖으로 방출시킨다. 추출된 지방성분과 초임계 이산화탄소가 방출된 후에는 곡물탱크(1)에 미세공이 형성된 곡물이 잔류하게 된다.
한편, 방출된 초임계 이산화탄소와 추출된 지방성분의 혼합물은 감압조절기(2)를 경유하며 감압되면서 이산화탄소 분리기(3)로 이송되고, 이산화탄소 분리기(3)에서는 이산화탄소와 추출된 지방성분이 분리된다. 이 중, 분리된 이산화탄소는 냉각기(4)를 통하며 액화된 다음, 저장조(5)에 저장된다. 저장된 액화 이산화탄소는 순환 펌프(6)를 통하여 가압되어 초임계 상태로 열교환기(8)를 통하여 다시 곡물탱크(1)에 주입될 수 있다.
다음으로, 미세공이 형성된 곡물의 내부에 유용물질을 함침시키기 위하여, 미세공이 형성된 곡물이 담겨진 곡물탱크(1)에, 유용물질 용해조(7)에서 유용물질이 용해된 액상 이산화탄소를 열교환기(8)를 통하여 함침에 적합하게 가열하고 가압하여 초임계 상태로 전환시켜서 주입하면, 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소는 곡물탱크(1)에서 일정시간 동안 잔류하면서, 곡물에 형성된 미세공 내부로 침투 한다. 이때, 감압조절기(2)를 통하여 곡물탱크(1) 내부의 압력을 강하시키면, 곡물의 미세공 내부에서, 초임계 이산화탄소는 기화되면서 곡물탱크(1)의 외부로 방출되고 용해되었던 유용물질은 석출되어 미세공에 정착하게 되므로, 결과적으로는 내부에 유용물질이 함침된 곡물이 곡물탱크(1)에 잔류하게 된다.
한편, 곡물탱크(1)의 외부로 방출된 기화된 이산화탄소는 이산화탄소 분리기(3)로 이송되어, 이산화탄소와 불순물이 분리된다. 이 중, 분리된 이산화탄소는 냉각기(4)를 통하며 액화된 다음, 저장조(5)에 저장된다. 저장된 액화 이산화탄소는 순환 펌프(6)를 통하여 가압되어 초임계 상태로 열교환기(8)를 통하여 다시 곡물탱크(1)에 주입될 수 있다.
본 발명의 유용물질이 함침된 곡물은 유용물질의 손실이 방지되고 곡물 고유의 맛과 향이 손상되지 않으므로, 전기 기능성 곡물을 이용한 다양한 기능성 식품의 제조에 널리 활용될 수 있을 것이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 보다 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.
실시예 1: 유용물질이 함침된 곡물의 제조
곡물로서 쌀을 이용하고, 유용물질로서 DHA(Docosahexaenoic acid)를 사용하며, 초임계 이산화탄소를 사용하여, DHA가 함침된 쌀을 제조하였다.
실시예 1-1: 미세공(micro-pore)이 형성된 쌀의 수득
쌀 10g을 도 1에 개시된 곡물제조장치의 곡물탱크에 담고, 온도 50℃, 압력 400bar인 초임계 이산화탄소를 분당 5ml의 유량으로 30분간 주입하여 쌀을 가공한 다음, 가공된 쌀을 꺼내 표면의 변화를 주사전자현미경(SEM: Scanning Electron Microscope, HITACHI S2400)으로 관찰하였다(참조: 도 2a, 도 2b). 도 2a는 초임계 이산화탄소로 가공되지 않은 쌀의 표면을 나타내는 SEM 사진이고, 도 2b는 초임계 이산화탄소로 가공된 쌀의 표면을 나타내는 SEM 사진이다. 도 2a 및 2b에서 보듯이, 초임계 이산화탄소로 가공되지 않은 쌀에 비하여, 초임계 이산화탄소로 가공된 쌀의 표면에는 직경 1 내지 30㎛ 크기의 수많은 미세공들이 형성됨을 알 수 있었다.
실시예 1-2: 미세공을 형성시키기 위한 초임계 이산화탄소의 처리조건
효과적으로 쌀의 표면에 미세공을 형성할 수 있는 초임계 이산화탄소의 처리조건을 확립하고자 하였다.
실시예 1-2-1: 시간조건의 확립
시간을 30분 내지 150분으로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법에 의하여 미세공이 형성된 쌀을 각각 수득하고, 각각의 수득한 쌀에 형성된 미세공의 수 및 평균직경을 비교하였다(참조: 표 1a).
| 시간(분) | 단위면적당 미세공 수(개/㎟) | 미세공의 평균직경(㎛) |
| 30 60 90 120 150 | 975 1169 1259 1304 1325 | 19.4 25.2 27.5 29.8 30.3 |
상기 표 1a에서 보듯이, 처리시간이 길어질수록 미세공이 많이 그리고 크게 형성되지만, 120분 이상의 시간동안 처리할 경우에는, 쌀의 표면에 다수의 미세균열(crack)이 발생하여, 상품성이 저하됨을 알 수 있었다.
실시예 1-2-2: 압력조건의 확립
압력을 100 내지 500bar로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법에 의하여 미세공이 형성된 쌀을 각각 수득하고, 전기 각각의 수득한 쌀의 단위면적당 미세공의 수 및 단위면적당 미세공 면적의 비율을 비교하였다(참조: 표 1b).
| 압력(bar) | 단위면적당 미세공 수(개/㎟) | 단위면적에서 미세공 입구면적 비율(%) |
| 100 200 300 400 500 | 128 379 791 975 1030 | 8 21 53 72 79 |
상기 표 1b에서 보듯이, 압력이 증가할수록 미세공의 형성이 촉진됨을 알 수 있었다. 즉, 초임계 이산화탄소의 압력이 높아질수록, 단위면적당 미세공의 수가 증가할 뿐만 아니라, 전체 표면적에서 미세공 면적의 비율이 증가함을 알 수 있었다.
실시예 1-2-3: 온도조건의 확립
온도를 40 내지 80℃로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-1과 동일한 방법에 의하여 미세공이 형성된 쌀을 각각 수득하고, 전기 각각의 수득한 쌀의 단위면적당 미세공의 수 및 단위면적당 미세공 면적의 비율을 비교하였다(참조: 표 1c).
| 온도(℃) | 단위면적당 미세공 수(개/㎟) | 단위면적에서 미세공 입구면적 비율(%) |
| 40 50 60 70 80 | 523 975 1038 1085 1098 | 43 72 75 80 81 |
상기 표 1c에서 보듯이, 온도가 증가할수록 미세공 형성이 촉진됨을 알 수 있었다. 즉, 초임계 이산화탄소의 온도가 높아질수록, 단위면적당 미세공의 수가 증가할 뿐만 아니라, 전체 표면적에서 미세공 면적의 비율이 증가함을 알 수 있었다. 다만, 60℃ 이상의 온도에서는 미세공의 증가추세가 점차로 둔화되는 양상을 나타내며, 80℃ 이상의 온도에서는 더 이상 미세공이 증가되지 않음을 알 수 있었다.
실시예 1-3: 유용성분이 함침된 쌀의 제조
미세공이 형성된 쌀의 내부에 DHA(Docosahexaenoic acid)를 함침시켜서, DHA가 함침된 쌀을 제조하였다.
먼저, 전기 실시예 1-1에서 수득한 미세공이 형성된 쌀 10g을 도 1에 개시된 곡물제조장치의 곡물탱크에 담고, 유용물질 용해조에 DHA를 주입하였다. 이어, 저장조에 저장된 액상 이산화탄소를 유용물질 용해조에 주입하여 액상 이산화탄소에 DHA를 용해시켰으며, DHA가 용해된 액상 이산화탄소를 열교환기를 통하여 온도 50℃, 압력 400bar인 초임계 상태로 전환시켜서 분당 5ml의 유량으로 곡물탱크에 주입하고, 곡물탱크내에서 1시간 동안 정치시켰다. 이어, 감압조절기를 통하여 함침조의 압력을 1시간에 걸쳐서 곡물탱크 내부의 압력을 1기압까지 감소시키면서, 이산화탄소를 배출시켜서, DHA가 함침된 쌀을 제조하였다.
실시예 1-4: 미세공이 형성된 곡물에 유용물질을 함침시키기 위한 초임계 이산화탄소의 처리조건
효과적으로 미세공이 형성된 쌀에 DHA를 함침시킬 수 있는 초임계 이산화탄소의 처리조건을 확립하고자 하였다.
실시예 1-4-1: 압력조건의 확립
초임계 이산화탄소의 압력을 200 내지 600bar로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-3과 동일한 방법에 의하여 DHA가 함침된 쌀을 제조하고, 각각의 제조된 쌀 1g에 함침된 DHA의 양을 측정 및 비교하였다.
이때, 쌀 1g에 함침된 DHA의 양은 공지된 DHA 메틸에스테르 분석법을 이용하여 측정하였다. 즉, 각각의 제조된 쌀 5g을 헥산 50ml로 추출하고, 추출물을 1ml로 농축시켰다. 이어, 전기 농축된 추출물에 표준물질인 펜타데칸(n-pentadecane) 및 200㎕의 1N KOH용액 가하여, 메틸화시키고, 이를 GC(고정상: capillary Wax 칼럼, 감지기: FID(flame ionization detector, 온도조건: 170℃에서 2분간 유지 후 분당 5℃ 씩 승온 시켜 240℃에 도달한 후 20분간 유지)에 적용하여, DHA의 농도를 측정하고, 비교하였다(참조: 표 2a).
| 압력(bar) | 함침된 DHA의 함량(mg/g 쌀) |
| 200 300 400 500 600 | 0.35 0.76 1.01 1.98 2.35 |
표 2a에서 보듯이, 초임계 이산화탄소의 압력이 높을수록 DHA 함침 효율이 높아짐을 알 수 있다. 이러한 결과는, 초임계 이산화탄소의 압력이 높을수록 초임계 이산화탄소에 더 많은 양의 DHA가 용해되어 곡물탱크에 공급되었기 때문인 것으로 분석되었다.
실시예 1-4-2: 온도조건의 확립
초임계 이산화탄소의 온도를 40 내지 80℃로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-3과 동일한 방법에 의하여 DHA가 함침된 쌀을 제조하고, 각각의 제조된 쌀 1g에 함침된 DHA의 양을 전기 실시예 1-4-1의 방법으로 측정하고 비교하였다(참조: 표 2b).
| 온도(℃) | 함침된 DHA의 함량(mg/g 쌀) |
| 40 50 60 70 80 | 0.78 1.01 1.23 1.31 1.38 |
표 2b에서 보듯이, 초임계 이산화탄소의 온도가 높을수록 DHA 함침 효율이 높아짐을 알 수 있었다. 이러한 결과는, 초임계 이산화탄소의 온도가 높을수록 초임계 이산화탄소에 더 많은 양의 DHA가 용해되어 곡물탱크에 공급되었기 때문인 것으로 분석되었다. 다만, 90℃ 이상의 온도에서는 DHA가 변성되는 현상이 발생하였으므로, 80℃ 이하의 온도를 유지함이 바람직함을 알 수 있었다.
실시예 1-4-3: 감압조건의 확립
초임계 이산화탄소의 압력을 400bar에서 1기압으로 감압시키는 시간을 10 내지 120분으로 변화시키는 것을 제외하고는, 실시예 1-3과 동일한 방법에 의하여 DHA가 함침된 쌀을 제조하고, 각각의 제조된 쌀 1g에 함침된 DHA의 양을 전기 실시예 1-4-1의 방법으로 측정하고 비교하였다(참조: 표 2c).
| 감압 시간(분) | 감압 속도(bar/분) | 함침된 DHA의 함량(mg/g 쌀) |
| 10 20 30 40 50 60 90 120 | 40 20 13.3 10 8 6.7 4.4 3.3 | 0.19 0.32 0.52 0.78 0.92 1.01 1.00 1.02 |
상기 표 2c에서 보듯이, 감압속도가 감소될수록 DHA 함침효율이 높아짐을 알 수 있었다. 다만, 감압속도가 6.7bar/분 이하인 경우에는, 더 이상 DHA 함침효율이 증가되지 않았다.
실시예 2: DHA가 함침된 쌀 내부에서의 DHA 분포
전기 실시예 1에서 제조된 DHA가 함침된 쌀 내부에서의 DHA 분포를 확인하였다.
전기 실시예 1-3에서 제조된 DHA가 함침된 쌀을 도정기를 이용하여 3분도로 도정하여, 각각의 미분을 수득하였다. 이때, 수득한 미분은 쌀의 바깥부분부터 1, 2 및 3개의 구역에서 도정된 미분으로 분류하고, 최종적으로 도정되어 남은 쌀을 분쇄하여 4구역의 미분으로 간주하였다(참조: 도 3). 도 3은 도정된 쌀로부터 수득한 미분의 각 구역을 나타내는 모식도이다. 전기 수득한 각 구역의 미분 1g에 함침된 DHA의 양을 전기 실시예 1-4-1의 방법으로 측정하고 비교하였다(참조: 표 3).
| 구역 | 중량(g) | 중량 비율(%) | 분포된 DHA 총량(mg) | DHA 분포 비율(%) |
| 1 2 3 4 | 0.12 0.11 0.09 0.68 | 12 11 9 68 | 0.56 0.22 0.09 0.14 | 55.4 21.8 8.9 13.9 |
| 합계 | 1.00 | 100 | 1.01 | 100 |
상기 표 3에서 보듯이, 본 발명의 DHA가 함침된 쌀은 쌀의 내부에까지 DHA가 함침되어 있음을 알 수 있었다. 이러한 결과로부터, 본 발명의 제조방법을 사용할 경우, 유용성분을 곡물의 내부에 효과적으로 함침시킬 수 있다는 사실을 알 수 있었으므로, 본 발명의 제조방법이 단순히 유용물질을 곡물의 표면에 코팅하는 방법과는 명백하게 구별됨을 확인할 수 있었다.
실시예 3: 곡물에 함침 가능한 유용물질의 확인
본 발명의 제조방법이 전기 실시예 1에서 사용된 DHA외에도 다양한 유용물질에 적용될 수 있는지를 확인하고자 하였다.
즉, 유용물질로서 DHA 대신에 EPA(Eicosapentaenoic acid), α-토코페롤(α-tocopherol), 사포닌(saponin), 및 플라보노이드(flovonoid)의 일종인 쿠에르세틴(quercetin)을 사용하는 것을 제외하고는, 전기 실시예 1-3의 방법을 이용하여, 각각의 물질이 함침된 쌀을 제조하고, 각각의 제조된 쌀 1g에 함침된 물질의 양을 측정 및 비교하였다. 이때, 대조군으로는 전기 실시예 1-3에서 제조된 DHA가 함침된 쌀을 사용하였다(참조: 표 4a).
| 유용물질 | 유용물질의 함량(mg/g 쌀) |
| DHA(대조군) EPA α-토코페롤 사포닌 쿠에르세틴 | 1.01 1.12 1.09 0.15 0.11 |
상기 표 4a에서 보듯이, DHA, EPA, α-토코페롤은 높은 함량으로 쌀에 함침되었으므로, 함침효율이 우수함을 확인하였다. 그러나, 사포닌 및 쿠에르세틴은 상대적으로 함침효율이 낮음을 확인하였다. 이러한 결과는 유용물질의 초임계 이산화탄소에 대한 용해도 차이에 의해서 발생한 결과라고 분석되었다.
이에, 유용물질로서 사포닌 및 쿠에르세틴을 사용하고, 이들의 용해도를 향상시키기 위한 보조용매인 에탄올을 1%(v/v)의 함량으로 초임계 이산화탄소와 혼합한 것을 사용하는 것을 제외하고는, 전술한 바와 동일한 방법으로 각각의 유용물질이 함침된 쌀을 제조하고, 각각의 제조된 쌀 1g에 함침된 물질의 양을 측정 및 비교하였다(참조: 표 4b).
| 유용물질 | 보조용매를 사용하지 않은 경우의 유용물질의 함량(mg/g 쌀) | 보조용매를 사용한 경우의 유용물질의 함량(mg/g 쌀) |
| 사포닌 쿠에르세틴 | 0.15 0.11 | 1.32 1.20 |
상기 표 4b에서 보듯이, 보조용매를 사용한 경우에는, 사포닌 및 쿠에르세틴을 유용물질로 사용하더라도, 우수한 함침효율을 나타냄을 확인하였다.
이상의 실험결과를 종합하면, 초임계 이산화탄소에 용해되는 유용물질은 모두 쌀에 함침시킬 수 있으나, 초임계 이산화탄소에 대한 유용물질의 용해도 특성에 따라, 보조용매를 필요로 함을 확인할 수 있었다.
실시예 4: 유용물질이 함침된 다양한 곡물의 제조
본 발명의 제조방법을 이용할 경우, 쌀 이외의 다양한 곡물에도 유용물질을 함침시킬 수 있는지 확인하였다.
즉, 쌀 이외의 곡물인 보리, 밀, 조, 옥수수, 수수, 호밀, 피, 귀리 및 기장 10g을 도 1에 개시된 곡물제조장치의 곡물탱크에 담고, 온도 50℃, 압력 400bar인 초임계 이산화탄소를 분당 5ml의 유량으로 60분간 주입하여 곡물에 미세공을 형성시켰다.
이어, 미세공이 형성된 각 곡물을 도 1에 개시된 곡물제조장치의 곡물탱크에 담고, 유용물질 용해조에 DHA를 주입하였다. 이어, 저장조에 저장된 액상 이산화탄소를 유용물질 용해조에 주입하여 액상 이산화탄소에 DHA를 용해시켰으며, DHA가 용해된 액상 이산화탄소를 열교환기를 통하여 온도 50℃, 압력 400bar인 초임계 상태로 전환시켜서 분당 5ml의 유량으로 곡물탱크에 주입하고, 곡물탱크내에서 1시간 동안 정치시켰다. 이어, 감압조절기를 통하여 함침조의 압력을 1시간에 걸쳐서 곡물탱크 내부의 압력을 1기압까지 감소시키면서, 이산화탄소를 배출시켜서, DHA가 함침된 각각의 곡물을 제조하였다.
끝으로, 전기 제조된 각각의 곡물 1g에 함침된 DHA의 양을 전기 실시예 1-4-1의 방법으로 측정 및 비교하였다(참조: 표 5).
| 곡물 | 함침된 DHA 함량(mg/g 곡물) |
| 보리 밀 조 수수 옥수수 호밀 피 귀리 기장 | 0.93 0.98 0.78 0.82 0.96 0.92 0.67 0.71 0.64 |
상기 표 5에서 보듯이, 곡물에 따라 다소 차이는 있으나, DHA가 함침될 수 있음을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 제조방법은 쌀 이외의 다양한 곡물에 적용할 수 있음을 확인하였다.
실시예 6: 유용물질이 함침된 곡물의 유용물질 손실율 측정
종래의 유용성분이 가하여진 곡물은 수세 등의 과정을 통하여, 유용성분이 쉽게 손실되지만, 본 발명의 유용성분이 함침된 곡물은 함침의 특성상 수세 등의 과정을 거칠 경우에도 유용성분이 쉽게 손실되지 않을 것으로 예측되어, 이를 확인하고자 하였다.
먼저, 전기 실시예 1-3의 방법에 따라, DHA가 함침된 쌀(실험군 1)을 제조하고, 또 다른 실험군으로서 쌀의 표면에 DHA가 용해된 에탄올을 분무살포하여, 쌀 1g 당 1mg의 DHA가 쌀의 표면에 흡착된 곡물(실험군 2)을 제조하였다.
이어, 전기 각 실험군의 쌀을 물에 침지하고, 5,000rpm으로 10분동안 교반한 다음, 여과하여 각각의 쌀을 수득하는 수세과정을 3회 반복하였다. 그런 다음, 수세하기 이전의 각각의 쌀에 함유된 DHA 함량과 수세한 후의 각각의 쌀에 함유된 DHA 함량을, 전기 실시예 1-3의 방법을 이용하여 비교하고, 수세과정을 통한 DHA의 손실율을 다음과 같이 산출하였다(참조: 표 6).
손실율(%) = (1 - 수세이후의 DHA 함량/수세이전의 DHA 함량) X 100
| 실험군 | 수세이전의 DHA 함량(mg/g 쌀) | 수세이후의 DHA 함량(mg/g 쌀) | DHA 손실율(%) |
| 실험군 1 | 1.01 | 0.94 | 6.9 |
| 실험군 2 | 1.00 | 0.45 | 55 |
상기 표 6에서 보듯이, 본 발명의 유용성분을 함침시킨 곡물(실험군 1)은 수세이후에도 함침된 유용물질이 거의 손실되지 않았으나, 유용물질을 코팅시킨 곡물(실험군 2)은 수세이후에 절반 이상의 유용물질이 손실됨을 확인하였다.
따라서, 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물은 수세에 의하여 유용물질이 손실되지 않음을 알 수 있었다.
실시예 7: 유용물질이 함침된 곡물의 관능평가
전기 실시예 1-3의 방법에 따라, DHA가 함침된 쌀(실험군 1)을 제조하고, 또 다른 실험군으로서 쌀의 표면에 DHA가 용해된 에탄올을 분무살포하여, 쌀 1g 당 1mg의 DHA가 쌀의 표면에 흡착된 곡물(실험군 2)을 제조하였다. 이때, 대조군으로는 DHA가 처리되지 않은 쌀을 사용하였다.
이어, 전기 대조군과 각 실험군의 쌀을 이용하여, 통상의 방법으로 밥을 제조하였다. 전기 제조된 대조군 및 실험군의 밥을 관능평가요원 30명에게 제공하고, 5점 측정법(1점: 매우 나쁘다, 2점: 나쁘다, 3점: 보통이다, 4점: 좋다, 5점: 매우 좋다)으로 각 실험군의 밥의 맛과 향을 평가하였다(참조: 표 7).
| 실험군 | 맛 | 향 |
| 대조군 | 4.2 | 4.3 |
| 실험군 1 | 3.9 | 4.1 |
| 실험군 2 | 2.4 | 2.5 |
상기 표 7에서 보듯이, 본 발명의 유용성분을 함침시킨 곡물(실험군 1)은 다소의 차이는 있으나 대조군과 거의 동등한 수준의 맛과 향을 나타내었으나, 유용성분을 코팅시킨 곡물(실험군 2)는 전기 대조군과 실험군 1에 비하여 현저히 낮은 수준의 맛과 향을 나타냄을 알 수 있었다.
따라서, 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물은 곡물 고유의 맛과 향이 손상되지 않음을 알 수 있었다.
이상에서 상세히 설명하고 입증하였듯이, 본 발명은 초임계 유체를 이용하여 곡물에 미세공(micro-pore)을 형성시키고 그 미세공에 유용물질을 함침시키는 공정을 포함하는 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법 및 전기 방법으로 제조된 유용물질이 함침된 곡물을 제공한다. 본 발명의 유용물질이 함침된 곡물은 유용물질의 손실이 방지되고 곡물 고유의 맛과 향이 손상되지 않으므로, 전기 기능성 곡물을 이용한 다양한 기능성 식품의 제조에 널리 활용될 수 있을 것이다.
Claims (7)
- (ⅰ) 곡물에 40 내지 80℃ 및 100 내지 600bar의 조건으로 초임계 이산화탄소를 가하여, 곡물의 표면으로부터 내부에 이르는 미세공을 형성시키는 공정;(ⅱ) 전기 미세공이 형성된 곡물에, 40 내지 90℃ 및 100 내지 700bar의 조건하에, DHA(Docosahexaenoic acid), EPA(Eicosapentaenoic acid), α-토코페롤(α-tocopherol), 사포닌(saponin) 및 플라보노이드(flovonoid)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 유용물질이 용해된 초임계 이산화탄소를 가하여, 미세공이 형성된 곡물에 상기 유용물질을 함침시키는 공정; 및,(ⅲ) 감압에 의하여 상기 유용물질이 함침된 곡물에 가하여진 초임계 이산화탄소를 기체형태로 전환시키고, 전환된 기체형태의 이산화탄소를 제거하는 공정을 포함하는, 유용물질이 함침된 곡물의 제조방법.
- 제 1항에 있어서,곡물은 쌀, 보리, 밀, 조, 수수, 옥수수, 호밀, 피, 귀리 또는 기장인 것을 특징으로 하는유용물질이 함침된 곡물의 제조방법.
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 삭제
- 제 1항의 방법으로 제조되어, 표면으로부터 내부에 이르는 미세공이 형성되고, 전기 미세공의 내부에 DHA(Docosahexaenoic acid), EPA(Eicosapentaenoic acid), α-토코페롤(α-tocopherol), 사포닌(saponin) 및 플라보노이드(flovonoid)로 구성된 그룹으로부터 선택되는 유용물질이 함침된 곡물.
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