KR100785367B1 - 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명은 폐기되는 자원의 재활용, 고부가가치 식품원료 생산, 생산 소재를 활용한 다양한 가공제품의 개발 등 다각적인 효과를 가진다.

콩 껍질, 불용성 식이섬유

Description

콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법{Method for preparing insoluble fiber from soy hull}

도 1은 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 과정을 나타낸 것이다.

본 발명은 콩껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법에 관한 것이다.

일반적으로 식이섬유는(Dietary fiber) 인간의 소화관에서 분비되는 효소에 의해 소화되지 않는 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemi-cellulose), 펙틴(pectin), 검류(gums), 리그닌(lignin) 등의 식물성 다당류와 키틴(chitin), 키토산(chitosan)과 같은 동물성 급원의 난소화성 다당류까지 포함한다. 식이섬유는 용해성에 따라 불용성 및 수용성으로 구분되며, 전자는 주로 분변과 메트릭스를 형성하여 분변량 증가, 설사 개선 등의 정장작용이 탁월한 것으로 알려져 있으며, 후자의 경우는 장내 유용 균총 증식, 지질대사 개선 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 이러한 식이섬유의 주요 공급원은 미나리, 당근, 파슬리 등의 녹황색 채소 및 사과, 배등의 과일류와 건 미역, 건 다시마, 김 등의 해조류와, 과거부터 주식으로 사용하여 온 곡물 등을 들 수 있다. 특히, 곡물들의 식물 세포벽 및 세포 내 용물에 포함되어 있는 식물성의 난소화성 성분을 조섬유라 칭해 왔는데, 대표적인 것으로 쌀, 옥수수와 같은 곡류 및 두류의 껍질이 불용성 식이섬유 성분인 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스를 다량 함유하고 있어 정장작용에 효과가 높은 우수한 식이섬유 소재가 될 수 있다. 특히, 우리나라의 전통 식품 중 하나인 콩은 일반적으로 양질의 단백질과 지질의 급원으로 사용되기도 하고 된장, 간장 등의 발효식품 및 두부, 콩나물, 콩가루 등의 비발효 식품까지 그 용도가 다양하게 사용되어 온 식품재료로서 식이섬유를 풍부하게 함유하고 있다.

그러나, 일반적으로 식품에 높은 함량으로 포함된 식이섬유는 대개 외관, 향, 조직감 등 식품의 품질에 좋지 않은 영향을 미치기 때문에 제품의 품질저하를 최소화하면서 식이섬유 보강식품을 생산하는 것이 중요하다. 이처럼 식물성 식이섬유의 첨가가 제품의 품질에 영향을 주는 이유는, 곡류나 식물성 원료에는 5% 이하의 식이섬유가 포함되어 이를 정제하기가 어려우므로 곡류 등을 제품에 직접 첨가하기 때문이다. 따라서, 간단하고 경제적인 방법으로 높은 순도를 가진 식이섬유를 대량 생산할 수 있는 제조 방법이 요구되어 왔으며, 이는 식품 고유의 특성을 유지하면서도 고기능성을 가진 식품개발에 이용될 수 있다.

한편 두유 및 두부 생산에 사용되고 발생되는 콩 부산물인 껍질과 비지는 거의 대부분의 폐기물로 버려지고 있는 실정이다. 콩의 껍질은 64%가 식이섬유로 구성되어 있다. 상기 식이섬유는 셀룰로오스가 50%, 헤미셀루로오스가 13%로 구성되어 있어 정장작용에 탁월한 식이섬유 제조 원료가 될 수 있다. 그러나, 미국대두협회의 자료에 따르면, 2003년 국내에 약 150 만톤의 대두가 수입되어 활용되었으며, 이를 통하여 약 4만 5 천톤에 이르는 대두 껍질이 폐기되는 부산물로 발생한 것으로 추산되고 있다. 하지만, 콩 껍질에서 식이섬유를 추출 정제하여 산업화하려는 연구는 매우 부족한 실정이다.

따라서, 본 발명의 목적은 부산물로 폐기되는 콩껍질을 활용하여 고농도의 불용성 식이섬유를 간편하고 경제적인 방법으로 추출 정제 생산하는 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 콩껍질로부터 불용성 식이섬유를 간편하고 경제적인 방법으로 추출하는 최적의 방법을 제공한다.

본 발명이 제공하는 콩껍질로부터 불용성 식이섬유 추출 정제 방법은,

1) 콩껍질을 2-20배량의 알카리 용액으로 pH 12.0-12.5로 조정하여 침지 가열하여 추출하는 단계;

2) 상기 1)단계 추출액을 여과하여 불용성 슬러지를 획득하는 단계;

3) 상기 2)단계 결과 얻어진 슬러지를 2-5배량의 물에 분산시키고 산 용액을 이용하여 pH 6.5-7.2로 중화하는 단계;

4) 상기 3)단계 용액에 과산화수소를 첨가하여 표백/살균하는 단계;

5) 상기 4)단계 용액을 여과하여 불용성 물질을 수거하고 건조하는 단계; 및

6) 상기 5)의 결과물을 분쇄하여 분말제품을 만드는 단계를 포함한다.

이하에서는 본 발명의 콩 껍질을 이용한 불용성 식이섬유의 제조방법을 단위 공정에 따라 더욱 상세하게 기술한다.

<제1단계: 알카리용액에 침지하여 가열추출하는 단계>

콩 껍질을 2-20배량, 바람직하게는 10-12배량의 알카리 용액에 침지시켜 추출한다. 상기 알카리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 수산화칼륨, 및 이의 혼합으로 제조할 수 있으며, 알카리 용액의 농도는 침지액의 pH가 12.0-12.5가 되게 조정할 수 있는 농도를 사용하며 바람직하게는 1.25-2.0%의 수산화나트륨용액을 사용하는 것이 좋다. 추출온도는 60-100℃, 바람직하게는 85-100℃가 되도록 가온하는 것이 필요하다. 상기의 추출조건에서 4시간 동안 추출을 진행한다.

<제2단계: 추출액을 여과하여 불용성 슬러지를 획득하는 단계>

상기 1단계의 추출이 종료된 후, 용액을 여과하여 불용성 슬러지를 획득한다. 여과의 방법은 여과망, 여과지(membrane), 원심분리 등의 다양한 방법을 활용할 수 있다. 통상의 경제적인 방법으로는 부직포를 이용한 여과망을 사용할 수 있으며, 80mesh정도의 여과망으로 소기의 목적을 달성할 수 있다.

<제3단계: 슬러지를 용액에 분산시키고 산으로 중화하는 단계>

상기 2단계에서 얻어진 슬러지에 2-5배량, 경제적인 측면에서 바람직하게는 2.5배량의 물을 첨가하여 분산시킨다. 분산된 용액에 산 용액을 첨가하여 pH를 6.5-7.2, 바람직하게는 pH 7.0으로 중화시키는 것이 중요하다. pH가 6.5 이하가 될 경우 다음 단계인 표백이 잘 이루어지지지 않으며, pH가 7.2 이상일 경우 과다한 기포가 발생되어 수율에 손실을 가져 올 수 있다. 상기 중화용액으로 사용하는 산 용액은 식품 공전 상 허용되는 화학약품을 사용할 수 있다. 예를 들면, 염산, 인 산, 초산 등이 있다. 본 발명의 실시예에 따르면 상기 산 용액은 85% 인산을 슬러지를 분산시킨 용액에 0.17% (w/w) 농도로 첨가하는 것이 가장 바람직하다.

<제4단계: 과산화수소를 첨가하여 표백/살균하는 단계>

상기 3단계의 중화된 용액에 과산화수소를 첨가하여 표백을 시킬 수 있다. 첨가하는 과산화수소량은 35% 과산화수소 농도 용액을 상기 1단계에서 사용한 콩껍질 원료의 0.2-1.0배량, 경제적인 측면에서 바람직하게는 0.2-0.25배량을 사용하는 것이 좋다. 반응온도는 80-100℃를 유지하게 가온하는 것이 필요하며, 반응시간은 1-4시간 동안 실시하나, 반응 중에 pH 강하가 나타나므로 pH 6.0 미만으로 내려가지 않는 범위에서 반응시간을 선택하는 것이 중요하다. pH 6.0 미만에서는 과산화수소의 분해에 의해 소기의 목적을 달성할 수 없다. 본 발명의 실시예에 따르면, 35% 과산화수소를 최초 콩껍질의 0.2배량 첨가하여 90-100℃에서 1.5시간 반응시키는 것이 가장 바람직하다.

<제5단계: 표백이 끝난 용액을 여과하고, 불용성 슬러지를 회수하여 건조하는 단계>

상기 4단계 결과물을 여과하는 방법은 제2단계와 동일한 방법으로 실시할 수 있다. 여과를 통하여 회수된 불용성 슬러지는 열풍건조, 동결건조 등의 일반적인 건조 방법을 통하여 건조될 수 있다. 건조 후 수분 함량은 유통상의 안전성 확보를 위하여 바람직하게는 10% 미만이 되도록 하는 것이 좋다.

<제6단계: 분쇄하여 제품을 만드는 단계>

추출 정제된 식이섬유를 분쇄하여 제품을 만드는 공정은 상기 제5단계의 여 과를 통한 불용성 슬러지를 회수한 후 언제든지 실시할 수 있다. 예를 들면, 건조 전 또는 후에 분쇄가 이루어 질 수 있으며, 전후 모두에 분쇄를 실시할 수도 있다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것으로 이들 실시예에 의해 본 발명의 범위가 한정되지 않는다는 것은 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자들에게 있어서 자명할 것이다.

<실시예 1>

220kg의 콩껍질을 2530kg의 1.28%(w/w) 수산화나트륨용액에 침지시킨 후, 90℃에서 4시간 알카리 추출을 실시하였다. 추출액을 80mesh 망으로 여과하여 440kg의 불용성 슬러지를 수거하였다. 이 불용성 슬러지에 물 1100kg을 가하여 현탁시킨 후, 85% 인산 2.64kg을 첨가하여 중화시켰다. 상기 용액에 35% 과산화수소 44kg을 첨가하고 90℃에서 1시간 반 동안 표백을 실시하였다. 반응이 종료된 후, 용액을 80mesh 여과망으로 여과하여 불용성 슬러지 398kg을 수거하였다. 슬러지를 조분쇄한 후 60℃에서 12시간 열풍건조시킨 후, 건조물을 분쇄하여 80mesh입자로 정선하였다. 상 기 결과를 통하여 불용성 식이섬유 분말 101kg을 수득할 수 있었다. 생산된 식이섬유의 순도는 85%였다.

<실시예 2>

10kg의 콩껍질을 90℃로 가열된 열수 110kg에 침지시킨 후, 30%(w/w) 수산화 나트륨용액 6kg을 첨가하여 알카리 상태로 만들어 4시간 동안 가열하며 추출을 실시하였다. 추출액을 80mesh 망으로 여과하여 18kg의 불용성 슬러지를 수거하였다. 이 불용성 슬러지에 물 50kg을 가하여 현탁시킨 후, 85% 인산 0.4kg을 첨가하여 중화 시켰다. 상기 용액에 35% 과산화수소 4kg을 첨가하고 95℃에서 1시간 동안 표백을 실시하였다. 반응이 종료된 후, 용액을 80mesh 여과망으로 여과하여 불용성 슬러지 12kg을 수거하였다. 슬러지를 조분쇄한 후 60℃에서 12시간 열풍건조시킨 후, 건조물을 분쇄하여 80mesh입자로 정선하였다. 상 기 결과를 통하여 불용성 식이섬유 분말 2.5kg을 수득할 수 있었다. 생산된 식이섬유의 순도는 90%였다.

본 발명에서 제공하는 식이섬유제조방법을 통하여 대두 가공 부산물인 콩껍질을 이용하여 간편하고 경제적인 방법을 통하여 고순도의 불용성 식이섬유를 제조할 수 있다. 상기 발명은 폐기되는 자원의 재활용, 고부가가치 식품원료 생산, 생산 소재를 활용한 다양한 가공제품의 개발 등 다각적인 효과를 가진다.

Claims (3)

1. a) 콩 껍질을 2-20배량의 알카리 용액으로 pH 12.0-12.5로 조정하여 침지 가열하여 추출하는 단계;

   b) 상기 a)단계 추출액을 여과하여 불용성 슬러지를 획득하는 단계;

   c) 상기 b)단계 결과 얻어진 슬러지를 2-5배량의 물에 분산시키고 산 용액을 이용하여 pH 6.5-7.2로 중화하는 단계;

   d) 상기 c)단계 용액에 과산화수소를 첨가하여 표백/살균하는 단계;

   e) 상기 d)단계 용액을 여과하여 불용성 물질을 수거하고 건조하는 단계; 및

   f) 상기 e)의 결과물을 분쇄하여 분말제품을 만드는 단계를 포함하는 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
2. 제 1항에 있어서, 상기 알카리 용액은 수산화나트륨, 수산화칼슘, 및 수산화칼륨으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.
3. 제 1항에 있어서, 상기 산 용액은 염산, 인산, 및 초산으로 구성된 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 콩 껍질로부터 불용성 식이섬유를 제조하는 방법.

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