KR101093599B1 - 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법에 관한 것이다. 본 발명은 식품으로 활용하는 농산물, 축산물, 임산물, 수산물 등의 원료를 세척 및 절단, 조분쇄하는 전처리공정과, 상기 공정에서 얻은 조분쇄물을 -30~-40℃에서 급속 동결시킨 후 진공건조 하여 무수한 미세 빈 공간을 지닌 다공성구조를 만드는 건조공정과, 이 후에 다공성 건조물을 기류방식 나노분쇄기로 공중부양시키며 미세분쇄하는 분쇄공정으로 이루어짐을 특징으로 한다.

따라서, 본 발명에 따른 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법은 가열처리공정을 거치지 않음으로써 열에 의한 영양성분과 기능성 성분의 손실 및 맛, 향, 색 등의 변화를 최소화할 수 있고, 다공성구조에 의해 미세분쇄시 충격력, 전단력 등 가하는 힘의 정도를 작게 하여도 쉽게 미세분쇄되는 특징을 가지며, 미세분쇄입자의 세포손상이 적고 분산성 및 용해성 등이 매우 우수한 분말을 제조할 수 있는 효과를 갖는다.

미세분말, 다공성, 기류방식분쇄, 동결건조, 분산성

Description

세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법{The method for making micro-particles which are minimized their cell structure damage}

본 발명은 세포손상을 최소화한 미세분말 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 가열처리공정을 거치지 않음으로써 열에 의한 영양성분과 기능성성분의 손실 및 맛, 향, 색 등의 변화를 최소화할 수 있고 다공성구조에 의해 미세분쇄시 충격력, 전단력 등 가하는 힘의 정도를 작게 하여도 쉽게 분쇄되는 특징을 가지며 미세분쇄입자의 세포 손상이 적고 분산성 및 용해성 등이 매우 우수하게 되는 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법에 관한 것이다.

분쇄는 전단(shear), 압착(compression) 또는 충격(impact)에 의해 고체 식품원료의 평균크기를 감소시키는 공정으로 원료로부터 원하는 성분을 효율적으로 추출할 때, 특정제품의 입자규격을 맞출 때, 입자의 크기를 줄여 입자당 표면적을 증대시킬 때, 다른 원료들과 혼합시 균일하게 섞이게 하기 위하여 이용하는 방법으로 식품가공업계에서 널리 이용되고 있다.

일반적으로 널리 이용하고 있는 분쇄방법은 롤 밀, 해머 밀, 디스크 밀, 볼밀 등을 목적에 따라 이용하고 있으며, 이렇게 원료를 분쇄 후 진동체를 이용하여 입자를 크기별로 분리하여 사용하고 있다. 그러나 이러한 분쇄방법은 마찰열에 의하여 분쇄원료가 열에 의한 영향을 크게 받게 된다.

건조식품은 일반적으로 자연건조나 열풍건조에 의하여 원료에 함유되어있는 수분을 수증기로 날려 보내어 저장성을 높인 것이나, 이는 건조시 원료가 함유하고 있는 수분이 원료표면에서부터 증발하여 원료내부와 수분함량의 차이를 유도함으로써 원료 내부의 수분이 지속적으로 표면으로 이동하면서 건조되게 된다.

이에 따라 수분과 함께 수용성물질이 건조기간 중 지속적으로 표면으로 이동하게 되어 건조 후에도 표면에 축적하게 되며 내부수분 및 물질이 원료표면으로 이동함에 따라 수축현상이 발생하고, 표면경화현상이 일어나면서 매우 단단한 조직을 형성하게 된다. 또한 열풍건조시에는 열에 의한 갈변현상 및 색소의 파괴, 영양성분 및 열에 약한 기능성 물질 등의 손실을 초래하게 된다.

또한 분말의 제조시 이용하는 분쇄공정은 전단(shear), 압착(compression) 또는 충격(impact)에 의해 건조원료의 평균크기를 감소시키는 공정으로 원료로부터 원하는 성분을 효율적으로 추출할 때, 특정제품의 입자규격을 맞출 때, 입자의 크기를 줄여 입자당 표면적을 증대시킬 때, 다른 원료들과 혼합시 균일하게 섞이게 하기 위하여 이용하는 방법으로 널리 이용되고 있다.

분쇄방법으로는 자연건조나 열풍건조에 의하여 수축 및 경화된 건조물을 롤 밀, 해머 밀, 디스크 밀, 볼밀 등을 목적에 따라 이용하여 분쇄한 후 진동체를 이 용하여 입자를 크기별로 분리하여 사용하고 있다.

그러나 이러한 분쇄방법은 경화된 원료를 분쇄할 때 발생하는 고온의 마찰열에 의하여 원료의 영양성분의 손실 및 맛, 향, 색 등의 특성변화 및 세포구조 등의 손상을 입게 되어 원료자체의 특성을 잃게 되는 커다란 단점이 있었다.

국내에서 분말제조에 대한 주요 특허를 살펴보면, 특허 제0349623호에는 디저트용 인스턴트 과일젤리믹스의 제조방법을 설명하고 있고, 특허 제0844080의 과립형 선식 및 그 제조방법에서는 곡류나 야채를 증자 후 건조하여 분말화한 후 당 등을 혼합하여 과립으로 만들어 물에 대한 분산성을 높이는 방법을 특징으로 하며, 특허 제0873015호의 나노전분입자의 제조방법에서는 전분가수분해효소를 이용하여 전분을 가수분해한 후 건조하여 균질기(homogenizer)로 나노 분쇄한 것을 특징으로 하며, 특허 제0483243호의 분말조성물에서는 탈지난황을 물과 혼합하고, 생성된 혼합물을 분무-건조시켜, 표면에 세공을 갖는 다공성 탈지난황입자를 제조하고, 생성된 탈지난황입자를 기능성 식품재료와 혼합하고, 생성된 혼합물을 감압 하에 건조시키는 것 등의 분말조성물의 제조방법이 제시되어 있다.

상기한 분말의 제조방법들은 대부분이 분쇄방법으로 볼밀, 제트 밀, 균질기 (homogenization), 초음파(ultrasonication)를 이용한 분쇄법 등을 사용하여 분쇄시 마찰열에 의한 열변성이 초래되는 문제점이 있었다.

본 발명은 상기한 바와 같은 종래의 제반 폐단 및 문제점을 해결하기 위하여 연구개발한 것이다.

본 발명의 목적은 식품으로 활용하는 농산물, 축산물, 임산물, 수산물 등의 원료를 전처리하고 급속 동결건조한 후 진공을 걸어 다공성구조로 만든 다음 기류방식 나노분쇄기로 공중부양 시키면서 분쇄함으로써 식품원료가 갖는 원료 고유의 색, 맛, 향 등의 특성이 유지되고 안정적이며, 다른 식품원료와 혼합시 용해성 및 분산성이 매우 우수하게 되는 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법을 제공하는데 있다.

상기한 바와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법은 원료를 세척 및 절단, 조분쇄하는 전처리 공정과, 이렇게 전처리한 조분쇄물을 -30℃~-45℃에서 급속 동결시켜 세포내에 존재하는 미세한 물입자들을 얼음으로 고체화시킨 후 진공을 걸어 20~30℃정도의 저온에서 수증기로 승화시켜 건조함으로써 무수한 미세 빈공간을 지닌 다공성구조를 만드는 단계와, 이러한 다공성구조의 건조물을 기류방식 나노분쇄기로 공중 부양시키면서 미세분쇄하는 단계를 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 한다.
상기 기류방식 나노분쇄기는 분쇄하고자하는 원료가 투입된 분쇄조의 내부로 공기를 고속으로 분사시켜 충돌시킴과 동시에 부양시키면서 원료 상호 간의 충돌로 분쇄하여 미세분쇄물을 얻는 통상적인 분쇄기의 하나이다.

본 발명에 따른 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법은 건조시 가열처리공정을 거치지 않음으로써 열에 의한 영양성분과 기능성 성분의 손실 및 맛, 향, 색 등의 변화를 최소화할 수 있고, 다공성구조에 의해 미세분쇄시 충격력, 전단력 등 가하는 힘의 정도를 작게 적용하여도 쉽게 미세분쇄되는 특징을 가지며, 제조된 미세분쇄입자는 세포손상이 적고 분산성 및 용해성 등이 매우 우수한 특징을 지니게 된다.

이들 미세분쇄물은 다공성구조를 지닌 10~30μm 정도의 마이크로입자로 식품, 화장품, 의약품 등에 필요한 유용한 물질 추출시 추출효율을 증대시킬 수 있으며 수분함량이 2~5%이하로 밀폐포장을 하여 저장기간이 2~5년 정도 가능하게 된다.

본 발명에 따른 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법은 가열처리공정을 거치지 않음으로써 열에 의한 영양성분과 기능성 성분의 손실 및 맛, 향, 색 등의 변화를 최소화할 수 있고 다공성구조에 의해 미세분쇄시 충격력, 전단력 등 가하는 힘의 정도를 작게 하여도 쉽게 미세분쇄 되는 특징을 가지며 미세분쇄입자의 세포손상이 적고 분산성 및 용해성 등이 매우 우수한 특징이 있다.

이들 미세분쇄물은 다공성구조를 지닌 10~30μm 정도의 마이크로입자로 식품, 화장품, 의약품 등에 필요한 유용한 물질 추출시 추출효율을 증대시킬 수 있으며 수분함량이 2~5%이하로 밀폐포장을 함으로써 저장기간이 2~5년 정도로 연장되게 된다는 효과를 갖는다.

이하, 본 발명에 따른 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법을 실시 예 를 통하여 상세하게 설명하기로 한다. 이들 실시 예는 오로지 본 발명을 설명하기 위한 것인바, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시 예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

실시예1: 미세 연근분말의 제조

연근 1㎏을 -40℃에서 급속 동결한 후 동결파이프에 1torr 진공을 걸어 20℃의 낮은 온도에서 미세한 얼음을 승화시켜 수분함량이 3%인 다공성구조를 지닌 연근건조물을 만든다. 건조된 연근을 기류방식 나노분쇄기에 넣어 공중 부양시키면서 입자자체의 충돌에 의한 충격력에 의하여 분쇄된 미세 연근분말을 그림1과 같이 제조하였다.

그림1: 동결건조 후 기류방식 나노분쇄기로 분쇄한 연근분말

비교예1-1: 연근분말의 제조(열풍건조)

생연근분말을 5mm두께로 절단하여 80℃ 열풍건조기에서 건조한 후 롤밀분쇄기로 분쇄하여 그림2와 같이 연근분말을 제조하였다.

그림2: 열풍건조 후 롤밀분쇄기로 분쇄한 연근분말

실시예2. 가공방법을 달리한 연근분말의 색도변화

실시예1의 방법으로 제조한 연근분말과 비교예1-1의 연근분말의 색도변화는 표1과 같다. 생연근을 동결건조한 후 기류방식 나노분쇄기로 분쇄한 연근분말의 L값(밝기)은 85.7646으로 열풍건조 분말의 L값 72.0867보다 훨씬 높으며 a값(적색도)과 b값(노란색)도 크게 감소된 것으로 나타났다.

표1. 가공방법을 달리한 연근분말의 색도변화

실시예3. 미세분쇄입자의 형태변화

실시예1과 비교예1-1의 방법으로 제조한 연근분말의 입자형태를 광학현미경으로 200배, 400배, 1,000배 확대하여 관찰한 것을 그림3과 그림4에 나타내었다.

동결건조 연근분말의 정상형태의 전분입자

그림3. 동결건조 및 기류방식 미세분쇄방법에 따른 연근전분입자의 변화상태(상층 왼쪽으로부터 시계방향으로 확대율 200배, 400배, 1,000배. 1,000배)

열풍건조 연근분말 - 손상전분의 모습

그림4. 열풍건조 및 롤 밀 분쇄방법에 따른 연근의 전분입자의 변화상태(상층 왼쪽 으로부터 시계방향으로 확대율 200배, 400배, 1,000배. 1,000배)

열풍건조 후 롤밀분쇄기로 분쇄한 연근분말의 경우는 열풍건조시 연근 표면에서부터 수분이 증발함에 따라 연근 내부의 수분이 지속적으로 표면으로 이동하면서 조직의 수축현상이 일어나고 변형되며, 수분증발 이후에도 표면이 경화되어 단단한 건조물을 형성하게 된다. 따라서 이를 분쇄할 경우 강한 압력과 마찰을 주어 분쇄하게 됨에 따라 연근의 전분입자들이 크게 손상을 입어 전분 고유의 특성을 잃게 된다.

반면, 동결건조방법으로 제조한 연근분말은 연근을 -40℃로 급속 동결하여 미세한 물분자들이 조직 사이사이에서 그대로 미세한 얼음조각을 형성하게 한 후, 진공을 걸어서 얼음이 수증기로 바로 승화되게 하여 건조시키는 방법이어서 조직의 경화현상 없이 연근형태를 그대로 유지하고 미세수분이 있던 자리가 모두 빈공간이 되어 다공질구조가 되도록 하여 기류방식 나노분쇄기로 공중부양 시키며 입자들간의 충돌력으로 분쇄시 작은 충격력으로도 쉽게 분쇄할 수 있어 연근의 세포입자가 거의 손상됨이 없이 그대로 유지될 수 있었다.

실시예4. 가공조건을 달리하여 제조한 연잎분말

연잎 1㎏을 -40℃에서 급속 동결한 후 동결파이프에 1torr 진공을 걸어 20℃의 낮은 온도에서 미세한 얼음을 승화시켜 수분함량이 3%인 다공성구조를 지닌 연잎건조물을 만든다. 건조된 연잎을 기류방식 나노분쇄기에 넣어 공중 부양시키면서 입자 자체의 충돌에 의한 충격력에 의하여 분쇄된 미세 연잎분말을 그림5와 같이 제조하였다.

그림5. 동결건조 후 기류방식 나노분쇄기로 분쇄한 연잎분말

비교예4-1. 연잎분말의 제조(열풍건조)

생연잎을 5mm두께로 절단하여 80℃ 열풍건조기에서 건조한 후 롤밀분쇄기로 분쇄하여 그림6과 같이 연잎분말을 제조하였다.

그림6. 열풍건조 후 롤밀분쇄기로 분쇄한 연잎분말

열풍건조 연잎가루는 건조시 열풍에 의해 조직이 경화되고 갈변되어 있어 이를 제면이나 제과ㆍ제빵 소재로 이용할 경우 연잎의 색을 제대로 살릴 수 없으며, 반죽이나 완제품에 고르게 분산되기 어렵고 분산형태도 원료의 색과 다른 갈색 점들을 형성하여 제품의 품질저하를 가져왔다.

연잎을 동결건조 하여 기류방식 나노분쇄기로 미세 분쇄함으로써 그림5와 같이 연잎입자가 다른 원료들과 고르게 섞이기 쉽게 하였으며, 미세입자를 만들어 줌으로써 물이나 다른 원료들과 반응할 수 있는 반응표면적을 넓게 하여 제과ㆍ제빵, 제면시 연잎 고유의 밝은 연두색을 살릴 수 있었으며 각각의 반죽이나 완제품에 고르게 분산되어 균일한 색상과 조직을 만들 수 있었다.

실시예5. 가공조건을 달리하여 제조한 연근분말과 연잎분말의 입도분석

실시예4와 비교예4-1의 방법으로 제조한 연잎분말의 입도분석을 한 결과는 표2 및 그림7과 같이 연잎의 일반분쇄의 평균입경은 미세분쇄 입경보다 약 8~10배 정도 컸다.

표2. 연근과 연잎의 분쇄방법에 따른 입도분석

일반분쇄: 연잎평균입경 (207㎛) 미세분쇄: 연잎평균입경 (26㎛)

그림7. 분쇄방법에 따른 입도분석표

분쇄입자의 입도가 작을수록 다른 원료와 혼합하여 제품을 만들 때 고르게 분산되어 연잎의 색, 맛, 향 등을 풍부하게 나타낼 수 있게 된다. 또한 기능성물질을 추출하기 위하여 효소나 용매와 반응시킬 때 반응할 수 있는 표면적이 크게 증가함으로써 추출시간 및 추출효율을 증진시킬 수 있게 된다.

실시예5. 동결건조 후 기류방식 나노 분쇄한 연근분말의 이용

제과ㆍ제빵용 가공적성을 알아보기 위하여 그림8과 같이 쿠키 시제품을 제조하여 보았으며 그 결과 쿠키의 반죽을 차지게 하고 구수한 향과 맛의 특성을 최대한 부여하여 기호도를 크게 높였다.

그림 8. 연근 4%첨가 건빵

실시예6. 동결건조 후 기류방식 나노 분쇄한 연잎분말의 이용

동결건조 미세분쇄연잎분말은 분산성이 뛰어나 연잎젤리, 연잎캔디, 연잎국수, 연잎냉면, 연잎 수제비 등을 만든 결과 그림9, 그림10, 그림11, 그림12와 같은 연잎 고유의 밝은 연두빛과 연잎향이 매우 우수한 제품들을 만들 수 있었다.

동결건조 연잎분말 1%첨가 동결건조 연잎분말 2%첨가

그림9. 연잎분말의 첨가량을 달리한 연잎젤리

그림10. 연잎캔디 시제품

(열풍건조 연잎분말첨가 국수) (동결건조 후 미세분쇄 연잎분말첨가 국수)

그림11. 전처리 및 분쇄방법을 달리한 연잎분말첨가 국수

(열풍건조 연근분말첨가 냉면) (동결건조 후 연근분말첨가 냉면과 수제비)

그림12. 전처리 및 분쇄방법을 달리한 연근분말첨가 냉면과 수제비

미세분말입자를 식품용으로 이용할 경우, 열의 전달이 용이하여 낮은 온도에서 쉽게 반응하며, 용해성이 향상되고, 용액 상에서 쉽게 침전되지 않아 분산성이 향상되고, 흡습성은 저하되는 반면 물에 대한 보수성은 향상되는 특징을 갖게 된다.

본 발명에 의해 제조된 분말의 용도로서는, 건강기능식품, 차음료를 비롯한 각종 분말음료, 분말수프, 분말조미료 등으로 해서 사용가능하다. 또한, 착색, 향기부여, 맛부여, 풍미부여, 영양보강 등을 목적으로 하여 각종 음식물에 배합할 수도 있다. 예를 들면, 아이스크림, 감 얼음, 젤리 등의 빙과, 떡, 엿, 팥소, 만두, 팥소가 든 둥근 찹쌀떡, 고사리 떡, 양갱 등의 일본식 과자, 푸린, 쿠키, 비스켓, 케이크, 캔디, 추잉검, 초콜릿, 바바루아 등의 양과자, 우동, 메밀국수, 소면, 냉면 등의 국수 종류, 마카로니, 스파게티 등의 파스타류, 어묵, 오뎅, 생선 굳힌 식 품 등의 수산 연제품(練製品), 주먹밥, 지에밥, 팥 찰밥, 볶음밥 등의 쌀밥 가공품, 햄, 소시지 등의 축산 가공품, 우유, 연유, 요구르트, 버터, 치즈 등의 유제품, 두부, 달걀부침, 슈마이, 하루 마키, 만두, 햄버그, 초밥, 튀김, 후라이 등의 각종 가공식품, 차음료, 허브티, 탄산음료, 스포츠음료, 알코올음료, 커피음료, 코코아음료, 과실주스, 야채주스, 녹즙 등의 음료를 예시할 수 있다.

Claims (2)

1. 식품으로 활용하는 농산물과 임산물의 원료를 선별 세척 및 절단, 조분쇄하는 전처리 공정과,

   이렇게 전처리한 조분쇄물을 -35~-45℃로 급속 동결하여 원료의 내부에 존재하는 미세한 물분자들을 미세한 얼음결정으로 만들고 이후에 진공을 걸어주어 원료의 내부에 형성되어있던 미세한 얼음입자가 수증기로 승화되도록 하여 얼음입자들이 존재하던 곳을 빈 공간으로 만들어 원료조직을 다공성구조로 만들면서 수분함량은 3~5% 이하가 되도록 건조하는 건조공정과,

   이러한 다공성구조의 건조물을 기류방식 나노분쇄기로 공중 부양시키면서 입자 자체의 충돌에 의한 충격력을 이용하여 미세분쇄물로 분쇄하는 분쇄공정을 포함하여 이뤄지는 것을 특징으로 하는 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법.
2. 제1항에 있어서,

   상기 미세분쇄물은 식품, 화장품, 의약품 등에 필요한 유용한 물질 추출시 추출효율을 증대시킬 수 있도록 다공성구조를 지닌 10~30μm 정도의 마이크로입자로 분쇄된 것을 특징으로 하는 세포손상을 최소화한 미세분말의 제조방법.