KR101150929B1 - 사탕무를 이용한 설탕의 제조방법 및 그 설탕 - Google Patents

Abstract

본 발명은 사탕무를 이용한 설탕의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국내에서도 생산되는 재료인 사탕무를 이용하여 기존의 설탕에 비해 손색이 없고 성능 면에서도 우수한 설탕을 제조하는 방법에 관한 것이다.
상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 사탕무를 이용한 설탕의 제조방법은,
(1) 사탕무를 세척하는 단계;
(2) 사탕무를 일정한 크기로 절단하는 단계;
(3) 절단한 사탕무를 추출조에 넣고 물과 혼합한 다음 75~80℃에서 2~3시간 추출을 하는 단계;
(4) 위 추출물을 공극 0.5~2mm짜리 필터로 1차 여과하는 단계;
(5) 1차 여과된 추출액을 50~60℃의 온도에서 15~20˚Brix가 될 때까지 1차 감압농축을 하는 단계;
(6) 1차 농축물에 포함되어 있는 불순물을 처리하기 위해 석회를 첨가한 후 침전물을 제거하는 2차 여과 단계;
(7) 2차 여과가 끝난 액을 마이크로 필터로 다시 한 번 여과를 시켜주는 3차 정밀 여과 단계;
(8) 50~60℃에서 수분의 함량이 5% 이하로 될 때까지 감압 농축을 하여 최대한 수분을 제거하는 단계;
(9) 수분이 제거된 사탕무 농축액에 입자화 촉진을 위해 크리스털 시드(crystal seed)로서 설탕을 약 2~5중량% 정도 넣고 진공 55~65mbar에서 7~9시간 동안 진공건조를 시키는 단계; 및
(10) 진공 건조를 한 제품을 50~60℃에서 건조시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

Description

사탕무를 이용한 설탕의 제조방법 및 그 설탕{The manufacturing method of sugar using sugar beet and the sugar}

본 발명은 사탕무를 이용한 설탕의 제조방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 국내에서도 생산되는 재료인 사탕무를 이용하여 기존의 설탕에 비해 손색이 없고 성능 면에서도 우수한 설탕을 제조하는 방법에 관한 것이다.

인류 문명의 발달과 함께 인간의 단맛에 대한 욕구로, 물엿이나 시럽의 제조기술 및 설탕의 공업적 생산 등 감미료의 생산 기술도 더불어 발전하여 왔다. 인류가 개발한 감미료 중에서 설탕은 자연에서 얻을 수 있는 가장 훌륭한 천연 감미료로서 오랫동안 식품산업에 이용되어 왔다.

설탕의 주요 감미 성분은 자당이라고 하는 이당류로 과당과 포도당이 하나씩 결합한 구조의 형태를 이루고 있으며, 과당과 포도당은 각각 단독으로 꿀이나 과실류에 널리 분포하고 강한 감미를 지니고 있다. 과당과 포도당의 환원기 구조는 상황에 따라 2종류로 변화하는데 과당과 포도당 속에는 각각 「α형」「β형」이라고 하는 2종류의 형태가 있다.

같은 종류의 당이라도 환원기의 구조형태가 틀리면 감미의 강도도 크게 달라지게 된다. 또한 이 α형과 β형의 비율은 여러 가지 요인에 따라 변화한다. 특히 온도에 따라 크게 변화하는 것으로 밝혀졌다.

설탕을 만드는 원료로서 대표적인 것인 사탕수수(감자당, 甘蔗糖)이다. 사탕수수는 옥수수와 비슷한 벼과(科)의 다년생 식물로 높이가 3～6m나 된다. 또 마디와 마디 사이의 부드러운 조직에는 다량의 자당을 함유하고 있다. 재배에 적합한 지역은 평균기온이 20～30℃의 열대나 아열대 지방이다. 세계적으로는 쿠바, 브라질, 아르헨티나, 오스트레일리아, 자바섬, 대만, 필리핀, 인도, 그리고 일본의 큐슈(九州) 등지에서 재배된다. 보통 재배지와 소비지가 멀리 떨어져 있는 경우가 많기 때문에 보통 재배지에서 굵게 정제하여 원료당 형태로 소비지에 운반된 후 다시 정제한다.

이 밖에 특수한 것으로 단풍당(mapple sugar)과 야자당(coconut sugar)이 있다. 이것으로 만들어지는 설탕은 보통 압착한 즙을 탈수시켜 만들기 때문에 매우 강한 풍미를 가지고 있다. 그러나 생산량이 적고 독특한 냄새가 있기 때문에 그다지 일반적인 소재로 이용되지 않는다.

본 발명에서 사용하는 사탕무(첨채당)는 모양이 무와 비슷한 명아주과(科)의 식물이다. 직경 10～15cm인 뿌리 부분에 자당이 함유되어 있다. 사탕무 재배는 주로 기온이 낮은 유럽, 아메리카북부, 일본의 북해도(北海島)에서 이루어진다. 사탕수수와는 달리 재배지가 소비지와 가까운 곳이 많기 때문에 보통 재배지에서 최종 단계까지 정제한다. 한국에서도 시험재배를 시도하였으나 활용처가 마땅치 않아 경제적 재배에는 이르지 못하고 있는 상황이다.

한편 근래에 이르러 설탕의 과다 섭취에 따른 치아우식증, 비만증, 당뇨병 및 심장질환 등과 같은 성인병에 시달리는 환자들이 급증한 한편, 소득 수준의 향상으로 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 설탕을 대체할 수 있는 감미료의 개발이 필수적으로 요구되고 있는 실정이다. 그렇지만 세계 각국의 노력에도 설탕을 대체할 수 있는 감미료 개발은 요원한 실정이다. 더욱이 설탕을 전량 수입해야 하는 우리나라의 상황에서 설탕을 대체할 수 있는 기능성 감미료의 개발은 의학적 가치뿐만 아니라 경제적 가치도 매우 크다고 할 수 있다.

현재 국내에서는 건강 지향적인 현대인의 시대적 흐름에 따라 농장별로 소규모로 사탕무를 재배하여 액체 천연당으로 가공하여 이용하고 있는 실정이다.

따라서 본 발명에서는 국내에서 친환경적으로 재배된 사탕무를 이용하여 사탕무에 함유된 영양분과 섬유질 등이 그대로 함유된 분말제품을 개발하고 그 가능성과 효능을 검증함으로써 수입개방에 대한 농가의 경쟁력 제고와 국민 복지 증진에 도움이 되고자 한다.

본 발명은 상기한 배경하에서 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 국내에서도 생산되는 재료인 사탕무를 이용하여 기존의 설탕에 비해 손색이 없고 성능 면에서도 우수한 설탕을 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.

상기한 목적을 달성하기 위한 본 발명은 사탕무를 원재료로 하여 설탕을 제조하는 것을 특징으로 한다.

더 구체적으로 본 발명에 따른 사탕무를 이용한 설탕의 제조방법은,

(1) 사탕무를 세척하는 단계;

(2) 사탕무를 일정한 크기로 절단하는 단계;

(3) 절단한 사탕무를 추출조에 넣고 물과 혼합한 다음 75~80℃에서 2~3시간 추출을 하는 단계;

(4) 위 추출물을 공극 0.5~2mm짜리 필터로 1차 여과하는 단계;

(5) 1차 여과된 추출액을 50~60℃의 온도에서 15~20˚Brix가 될 때까지 1차 감압농축을 하는 단계;

(6) 1차 농축물에 포함되어 있는 불순물을 처리하기 위해 석회를 첨가한 후 침전물을 제거하는 2차 여과 단계;

(7) 2차 여과가 끝난 액을 마이크로 필터로 다시 한 번 여과를 시켜주는 3차 정밀 여과 단계;

(8) 50~60℃에서 수분의 함량이 5% 이하 0% 초과가 될 때까지 감압 농축을 하여 최대한 수분을 제거하는 단계;

(9) 수분이 제거된 사탕무 농축액에 입자화 촉진을 위해 크리스털 시드(crystal seed)로서 설탕을 약 2~5중량% 정도 넣고 진공 55~65mbar에서 7~9시간 동안 진공건조를 시키는 단계; 및

(10) 진공 건조를 한 제품을 50~60℃에서 건조시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 한다.

이때 상기 (2) 단계에서는 사탕무를 가로세로 3~5cm의 크기로 절단하며, (3) 단계에서 사탕무와 물의 혼합비는 중량비로 1 : 1.5 내지 1 : 1.8인 것을 특징으로 한다.

본 발명은 또한 위 각 제조방법으로 제조되는, 사탕무를 이용한 설탕인 것을 특징으로 한다.

상기한 구성의 본 발명에 따르면, 국내에서 친환경적으로 재배된 사탕무를 이용하여 사탕무에 함유된 영양분과 섬유질 등이 그대로 함유된 설탕을 제조할 수 있다.

발명자들은 그 가능성과 효능을 실증하였다. 구체적으로, 본 발명에 따른 사탕무 설탕은 기존의 설탕과 비교해 볼 때 당도는 약간 낮지만 다양한 구성 및 유리아미노산을 함유하고 무기질 또한 타 제품에 비해 월등히 많이 함유하고 있으며, 총페놀 함량과 DPPH radical 소거활성능에서도 타 제품에 비해 우수한 결과를 보여, 현대의 건강지향적인 흐름에 맞는 우수한 감미료로 기능할 것으로 판단된다.

도 1은 본 발명에 따른 설탕의 제조공정을 간략히 나타낸 도면이다.

이하 본 발명을 실시예와 함께 상세히 설명한다.

■ 사탕무 : 본 실험에 사용한 사탕무는 순수 국내에서 재배된 친환경 원료로서 웰빙의 시대적 흐름에 따라 본 제품의 개발 원료로 사용하였다. 제품의 개발과 더불어 국내 재배면적 확대를 통해 당사에서 계약 재배를 추진할 예정이며 scale up 시킨 제조 공정을 확립하여 100% 수입에 의존하고 있는 설탕 및 유기농설탕 시장에 순수한 국내산 원료를 사용하여 만든 유기농 사탕무 설탕을 공급할 예정이다.

■ 세척 : 생산지에서 공급되는 원료는 원료 자체에 흙이나 이물질이 다량 흡착되어 있는 상태이므로 깨끗이 세척하는 공정을 거친다. 소량 생산에 있어서는 수작업으로 이루어지나 대량 생산체제에 있어서는 자동 세척기를 이용하는 것도 가능하다.

■ 절단 : 사탕수수의 경우는 절단 후 압착하여 즙을 받아 바로 다음 공정으로 이루어지지만 사탕무의 경우는 절단 후 착즙 시 조직이 단단하여 수율이 낮을 뿐만 아니라 기계적으로 힘들다. 그러므로 일정 크기로 자른 후 가수를 하여 추출을 하는 게 중요하다. 이때 크기는 표면적이 넓을수록 좋으나 너무 잘게 분쇄를 하면 추출액의 수율이 떨어지므로 반드시 일정 크기 모양으로 절단하여 추출한다. 가로세로 3~5cm가 가장 바람직하다.

■ 추출 : 가로세로 3~5cm의 크기로 절단한 사탕무를 추출조에 넣어 사탕무와 물을 중량비가 1 : 1.5 내지 1 : 1.8이 되도록 혼합한다. 실제 실시예에서는 1 : 1.7로 하였다. 그다음 75~80℃에서 2~3시간 추출을 하는 단계인데, 실험에서는 80℃에서 3시간 동안 추출을 하였다. 온도를 많이 올려주게 되면 당 성분 간의 반응이 일어나 쓴맛이 나타날 수 있으므로 반드시 위 온도로 하는 것이 바람직하다. 이때 추출된 추출액은 약 5˚Brix가 된다.

■ 1차 여과 : 추출된 추출액에는 미립자의 불순물이 섞여서 존재하므로 filter press로 1차 여과를 한 후 농축공정으로 진행된다. 필터는 공극 0.5~2mm짜리(실제 실험에서는 1mm짜리를 사용함)로 한다.

■ 1차 농축 : 1차 여과된 추출액을 50~60℃의 온도에서 1차 감압농축을 한다. 이때 농축 정도는 약 15~20˚Brix가 될 정도로 한다. 실험에서는 50℃의 온도에서 15˚Brix가 되도록 감압농축을 하였다.

■ 2차 여과 : 1차 농축물에 포함되어 있는 불순물을 처리하기 위해 석회를 첨가하는데 약 15~20˚Brix의 액에 석회를 첨가하면(이때 석회는 중량비로 액 대비 10중량%를 첨가하였다.) 산성도를 가지고 있는 액이 중화되고 불순물은 침전되어 하부에 가라앉는다. 침전물 제거를 통해 이물질을 없애고 결정화가 쉽게 된다. 한편 위와 같이 산성도를 가진 액을 중화시키는 것은 석회의 Ca이 농축액에 함유하고 있을지 모르는 N, P, S, Cl 등의 산성물질을 제거하여 줌으로써 천연당 섭취 시 우리 몸의 내부에서 일어나는 대사과정에서 원활한 역할을 하게 하기 위함이다.

■ 3차 정밀여과 : 2차 여과가 끝난 액에 미세한 이물질이 있을 가능성이 있으므로 마이크로 필터(micro filter, 공극 0.45마이크로짜리)를 통해 다시 한 번 여과를 시켜주고 2차 농축 공정을 진행한다.

■ 2차 농축 : 2차 농축 단계에서 가능한 수분을 많이 제거해 주어야 결정화를 하는데 문제가 발생하지 않기 때문에 50~60℃에서 감압 농축을 하여 최대한 수분을 제거한다. 실험에서는 50℃로 하였다. 이때 수분의 함량은 5% 이하로 하도록 한다. 이와 같이 할 경우 농축물은 약 95˚Brix 이상이 된다.

■ 진공 건조 : 수분 함량이 5% 이하인 사탕무 농축액에 입자화 촉진을 위해 crystal seed로서 설탕을 약 2~5중량% 정도 넣고 진공 약 55~65mbar에서 7~9시간 정도 진공건조를 시킨다. 실제 실험에서는 설탕을 3중량% 넣고 60mbar에서 9시간 동안 진공건조를 시켰다.

■ 건조 : 진공 건조를 한 제품은 아직까지 미량의 수분을 함유하고 있으므로 50~60℃(실제 실험에서는 60℃로 하였다)에서 3시간 건조를 시킴으로써 최종 제품을 얻었다.

상기와 같은 공정을 통해 얻은 사탕무 설탕을 가지고 실험을 하였다.

(1) 실험재료

본 실험에 사용한 재료는 시중에서 판매되고 있는 흑설탕(S사), 백설탕(S사), 유기농 설탕(C사), 유기농 마스코바도(B사)와 2009년 10월 상주에서 생산된 사탕무를 이용하여 제조한 천연당과 비교 분석용 시료로 사용하였다.

(2) 일반 성분 분석

시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 일반성분 분석은 AOAC법에 따라 실시하였다. 수분의 함량은 105℃ 상압 가열 건조법, 조단백질은 Kjeldahl 질소 정량법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조섬유는 Fibertec으로 측정하여 백분율로 나타내었다. 가용성 무질소물은 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 및 조섬유를 제외한 값으로 구하였다.

(3) pH, 당도 및 환원당 측정

시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 pH 측정은 시료를 5g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 pH meter(691 pH Meter, Metrohm, Swiss)를 사용하여 측정하였다.

시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 당도(˚Brix) 측정은 시료를 5g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 굴절 당도계(ATAGO N-1E,, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하여 평균값을 구했으며, ˚Brix 로 표시하였다.

시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 환원당 함량은 DNS법으로 측정하였다. 시료를 5g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액 1 mL에 DNS 시약 3 mL을 혼합하여 끓는 물에서 5분간 반응시키고, 얼음물에서 15분간 급속 냉각하였다. 반응액은 증류수를 가하여 25 mL로 정용한 후 UV/Vis-spectrophotometer(Libra S35, Biochrom Co., Cambridge, England)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하여 검량선을 이용하여 환원당량을 계산하였다. 환원당 함량의 검량선은 glucose를 이용하여 작성하였다.

(4) 색도 측정

시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 색도 측정은 원료를 색차계(Spectrocolorimeter, USXE/SAV/ UV-2, Hunterlab Overseas, Ltd, U.S.A)를 이용하여 명도(L-value, lightness), 적색도(a-value, redness) 및 황색도(b-value, yellowness) 값을 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때 표준 백색판(L=99.11, a=0.23, b=-0.28)을 사용하였다.

(5) 갈색도 및 탁도 측정

갈색도 측정은 시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당을 5g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 UV-VIS Spectrocolorimeter(Shimadzu UV-1601, Shimadzu Co, Japan)를 사용하여 420nm에서의 흡광도를 특정하였다. 이 흡광도에 희석배수를 곱하여 나타난 수치를 색깔의 강도, 즉 갈색도의 척도로 삼는다.

탁도의 측정은 시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당을 5g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 UV-VIS Spectrocolorimeter(Shimadzu UV-1601, Shimadzu Co, Japan)를 사용하여 645nm에서의 흡광도를 특정하여 희석배수를 곱한 값으로 하였다.

(6) 유리당 함량 측정

유리당은 Wilson과 Work 방법에 따라 시료를 약 5 g씩 정확히 칭량하여 80% 에탄올용액 100 mL를 가하여 환류냉각 추출장치에 넣어 부착된 heating mantle에서 80℃, 2시간 동안 당성분을 반복추출 후 Whatman No. 5로 여과하였다. 여과액은 hexane으로 지질을 제거하고 40℃ 진공 농축 건고 후 증류수 5 mL로 정용한 다음 Sepak C18를 통과시켜 0.2 μm membrane filter로 여과한 후 HPLC(Waters 2695, Waters Co., USA) 분석용 시료로 사용하였다. 이때 column은 carbohydrate column(ID 3.96×300 mm, Waters Co., USA)을 사용하였으며, column oven 온도는 35℃, mobile phase는 75% acetonitrile, flow rate는 1.4 mL/min, 시료주입량은 10 μL의 조건으로 Refractive Index(RI) detector(Waters 2414, Waters Co., USA)에서 검출하였다. 표준품은 xylose, fructose, glucose, sucrose, maltose 및 lactose(Sigma, U.S.A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 당성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 당성분의 함량을 산출하였다.

(7) 유기산 함량 측정

유기산은 Wilson과 Work 방법에 따라 시료 5 g에 80% 에탄올용액 100 mL를 가하여 환류냉각기가 부착된 heating mantle에서 80℃, 2시간 반복추출 후 Whatman No. 5로 여과하였다. 여과액은 hexane으로 지질을 제거하고 40℃ 진공 농축 건고 후 증류수 5 mL로 정용한 다음 고분자 물질과 색소를 제거하기 위하여 Sepak C18 cartridge 및 0.2 μm membrane filter로 여과한 후 HPLC(Waters 2695, Waters Co., USA)로 분석하였다. 이때 column은 YMC-pack ODS-AQ(YMC Co. 4.6 × 250 mm)를 사용하였으며, column 온도는 상온에서 분석하였고, mobile phase은 100 mM phosphate buffer, flow rate은 0.7 mL/min, 검출기는 photodiode array(PDA) detector(Waters 2996, Waters Co., USA)로 분석하였다. 표준품은 oxalic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, acetic acid, succinic acid 및 lactic acid(Sigma, U.S.A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 유기산 성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 유기산성분의 함량을 산출하였다.

(8) 구성 아미노산 함량

구성 아미노산을 분석하기 분쇄한 시료 1 g을 정밀히 취하여 시험관에 넣고 6N-HCl 10 mL를 가하여 감압 밀봉한 후 110℃의 dry oven에서 24시간 이상 동안 산가수분해 시켰다. Glass filter로 분해액을 여과하고 얻은 여액을 55℃에서 감압 농축 하여 염산과 물을 완전히 증발시킨 다음, 농축된 시료를 sodium citrate buffer(pH 2.20)로 25 mL 정용플라스크에 정용하여 0.45 μm membrane filter로 여과한 시료액을 아미노산 자동 분석기(Biochrom 30, Biochrom Ltd.,Cambridge, England)를 사용하여 다음과 같은 조건으로 분석하였다. Cation separation column(oxidised feedstuff column, 4.6mm×200 mm)을 사용하였고 0.2M sodium citrate buffer(pH 3.20,4.25)와 1.2M sodium citrate buffer(pH 6.45) 및 0.4M sodium hydroxide solution을 이동상으로 사용하였다. 이동상의 유속은 0.42 mL/min, ninhydrin 용액의 유속은 0.33 mL/min, column 온도는 48-95℃, 반응온도는 135℃로 하였고 분석시간은 65 min으로 하였다.

(9) 유리 아미노산 함량

유리 아미노산을 분석하기 위해 시료를 약 1 g씩 정확히 칭량하여 삼각플라스크에 넣고 80% ETOH 용액을 100 mL 가하여 약 24시간 진탕추출하고, 그 추출물을 감압여과하여, 45℃ Water bath에서 감압농축한 후 0.2M lithium citrate buffer(pH 2.2)용액 5 mL로 정용하고, Sepak C₁₈ 처리한 후 0.45 μm membrane filter로 여과하여 Automatic amino acid analyzer(Biochrom-30, Pharacia Biotech Co., Swiss)로 분석하였다(24). 이때 column은 Li form column으로 분석하였고 Flow rate(mL/h)는 Buffer 20, Ninhydrin 20 이었으며, injection volume은 40 μL 이었다.

(10) 무기질 함량

무기질 함량 측정은 AOAC법에 따라 정량하였다. 즉 시료 10 g에 질산을 가한 후 실온에서 12시간 이상 방치 후 100℃에서 24시간 이상을 가열하여 노란색의 맑은 용액이 될 때까지 실시하고 반응이 끝나면 다시 질산을 넣고 산이 완전히 증발할 때까지 재반응시켜 유기질을 제거한다. 유기질 제거 후 0.2 N 질산용액을 20 mL 가하여 24시간 재용출시킨 시료 용액을 0.45 μm membrane filter로 여과하여 50 mL volumetric flask로 정용한 후 분석용액으로 하였다. Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Zn 등은 ICP(Inductively Coupled Plasma, IRis Intrepid, Thermo Elemental Co., UK)로 A_393.366(85), A_228.616(147), A_324.754(103), A_259.940(129), A_766.491(44), A_285.213(117), A_257.610(130), A_202.030(166), A_588.995(57), A_213.856(157)에서 각각 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,150w이며, analysis pump rate는 100 rpm, nebulizer pressure와 observation height는 각각 20 psi 및 15 mm로 하였다.

(11) 총페놀 함량 및 DPPH radical 소거 활성 측정

총 페놀 화합물은 Folin-Denis법으로 측정하였다. 즉, 시료 5 g에 80% 에탄올용액 100 mL를 가하여 환류냉각기가 부착된 heating mantle에서 80℃, 2시간 반복추출 후 Whatman No. 5로 여과하였다. 여과액은 hexane으로 지질을 제거한 다음 40℃ 진공농축 건고 후 80% 에탄올용액 5 mL로 정용하였다. 위의 정용액 1 mL와 Folin-Denis시약 3 mL를 혼합하여 30분간 실온에 방치한 다음 10% Na₂CO₃ 용액 3 mL를 가하여 혼합하고 실온에서 1시간 정치시킨 후 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 표준검량곡선은 garlic acid를 이용하여 작성하였다.

DPPH(α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl) radical 소거활성은 Blios의 방법(22)에 준하여 변형하여 측정하였다. 각 추출물 1 mL에 60 μM DPPH 3 mL를 넣고 vortex한 후 15분 동안 암소에 방치한 다음 517 nm에서 흡광도를 측정하여 다음 식에 의하여 나타내었다.

<분석 결과>

1) 일반성분

시중 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 일반성분 분석 결과를 Table 5에 나타내었다.

일반성분 분석결과 수분 함량은 사탕무 천연당이 2.22±0.03으로 가장 많이 함유하고 있었으며 백설탕과 유기농 설탕이 0.45±0.05로 가장 낮은 값을 나타내었다. 조단백질은 사탕무 천연당에서 유일하게 4.06±0.7 함유되어 있었으며 다른 구간은 함유하고 있지 않은 것으로 나타났다. 조지방은 모든 구간에서 함유하고 있지 않은 것으로 나타났으며 조회분, 조섬유에 있어서 사탕무 천연당만이 유일하게 각각 6.36±0.45, 0.02±0.01의 값을 나타내고 다른 구간에서는 함유하지 않은 것으로 나타났다. 탄수화물은 백설탕, 유기농 설탕이 99.55로 가장 높은 값을 나타냈으며 열량에 있어서도 398.2로 가장 높은 값을 나타내었다.

2) pH, 당도 및 환원당

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 pH, 당도 및 환원당 분석결과를 Table 6에 나타내었다.

pH 분석 결과 백설탕이 7.57±0.01로 가장 높은 값을 나타내었고 흑설탕이 4.81±0.01로 가장 낮은 값을 나타내었다. 당도에 있어서도 백설탕이 93±0로 가장 높았고 사탕무 천연당이 78±0으로 가장 낮은 값을 나타내었다.

환원당 함량에 있어서는 마스코바도, 사탕무 제조설탕, 흑설탕 순으로 높은 값을 나타내었는데 각각 4799.98±15.1, 4169.98±29.82, 1814.98±6.03의 값을 나타내었다.

3) 색도

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 색도는 Table 7에 나타내었다.

L값(명도)에 있어서는 백설탕이 91.06으로 가장 높은 값을 나타내었고 사탕무 천연당이 57.10으로 가장 낮은 값을 나타내었다. a값(적색도)에 있어서는 사탕무 천연당이 16.79로 가장 높은 값을 나타내었고 마스코바도가 -1.67로 가장 낮은 갓을 나타내었다. b값(갈색도)에 있어서는 사탕무 천연당이 52.05로 가장 높은 값을 나타내었으며 백설탕이 1.67로 가장 낮은 값을 나타내었다.

4) 갈색도 및 탁도

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 갈색도 및 탁도는 Table 8에 나타내었다.

갈색도 값은 백설탕이 0.01±0로 가장 낮은 값을 나타내고 있으며 사탕무 제조설탕이 2.45±0로 가장 높은 값을 나타내고 있다. 탁도에 있어서도 백설탕이 0로 가장 낮은 값을 나타내고 있으며 사탕무 천연당이 0.25±0.005로 가장 낮은 값을 나타내고 있다.

5) 유리당 함량 (unit : g/100g)

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 유리당 분석결과는 Table 9에 나타내었다.

시중에 유통되고 있는 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕의 분석 결과 유일하게 sucrose만이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 마스코바도, 사탕무 천연당은 fructose, glucose, sucrose가 함유되어 있는 것으로 나타났다.

마스코바도, 사탕무 천연당의 fructose 함량은 각각 1.31 g/100g과 1.60 g/100g이었고, glucose 함량은 각각 4.79 g/100g, 4.04 g/100g이었다.

Sucrose는 백설탕이 99.81 g/100g으로 가장 많이 함유되어 있었고, 흑설탕이 99.49 g/100g, 유기농설탕 96.13 g/100g, 마스코바도 89.00 g/100g, 사탕무 천연당이 66.90 g/100g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다.

6) 유기산 함량(unit : mg/100g)

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 유기산 함량은 Table 10에 나타내었다.

백설탕과 유기농설탕의 경우 유기산을 함유하고 있지 않은 것으로 나타났고, 흑설탕의 경우 oxalic acid, acetic acid, succinic acid가 각각 0.6721 mg/100g, 0.0178 mg/100g, 0.0813 mg/100g으로 미량 함유되어 있는 것으로 나타났다. 마스코바도는 acetic acid와 succinic acid가 각각 0.0554 mg/100g, 0.1942 mg/100g으로 미량 함유되어 있었고, 사탕무천연당은 다른 종류의 설탕에 비해 함유하고 있는 유기산의 종류는 oxalic acid, lactic acid, acetic acid, citric acid, succinic acid 등으로 많았으며 그 함량도 월등히 높은 것으로 나타났다. 가장 많이 함유하고 있는 것은 oxalic acid로 3.2743 mg/100g이고 다음은 citric acid가 2.8485 mg/100g, lactic acid가 0.2621 mg/100g순으로 많이 함유하고 있는 것으로 나타났다. 유기산 함량 분석결과 사탕무 천연당이 비교 실험구간에 비해 월등히 많은 유기산을 함유하는 것으로 나타났다.

7) 구성 아미노산 함량(unit : ug/100g)

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 구성아미노산 분석결과는 Table 11에 나타내었다.

백설탕의 경우 유일하게 lysine만이 검출되었으며 12.03 ug/100g 이었고, 흑설탕은 유일하게 aspartic acid만이 검출되었으며 6.89 ug/100g 함유하고 있는 것으로 나타났다.

유기농 설탕과 마스코바도의 경우 aspartic acid, lysine 만이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 그 함량은 aspartic acid가 각각 6.12 ug/100g, 9.48 ug/100g이고, lysine이 각각 13.05 ug/100g, 10.56 ug/100g 함유하고 있었다.

사탕무 천연당의 경우는 다양한 구성아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났으며 proline 161.28 ug/100g > glutamic acid 123.42 ug/100g > aspartic acid 43.12 ug/100g > leucine 36.93 ug/100g > alanine 17.39 ug/100g 순으로 함유되어 있는 것으로 나타났다.

8) 유리아미노산 함량(unit : ug/100g)

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 유리아미노산의 분석결과는 Table 12에 나타내었다.

시중에 판매되고 있는 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕, 마스코바도에서 함유되어 있는 유리아미노산은 유일하게 ethanolamin 만이 검출되었으며 사탕무 천연당의 경우는 약 16종의 유리아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났다.

Ethanolamin은 사탕무 천연당이 27.6998 ug/100g으로 가장 많은 함량을 보였고, 흑설탕이 24.8748 ug/100g, 마스코바도 24.0808 ug/100g, 유기농 설탕 23.8059 ug/100g, 백설탕이 21.9735 ug/100g으로 설탕의 종류에 따라 약간의 차이를 보이지만 거의 비슷한 함량을 나타내었다.

사탕무 천연당이 함유하고 있는 유리아미노산의 함량을 살펴보면 alanine이 126.9087 ug/100g으로 가장 많은 함량을 보였고, aspargine 93.0645 ug/100g, isoleucine 88.7568 ug/100g, serine 83.0027 ug/100g순으로 함유되어 있는 것으로 나타났다.

9) 무기질 함량 (unit : mg/kg)

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 무기질 함량은 Table 13에 나타내었다.

Ca 함량에 있어서 사탕무 천연당이 2565.99로 가장 높은 값을 나타내고 있으며 백설탕이 17.4로 가장 낮은 값을 나타내고 있다. Na, K 함량에 있어서도 백설탕이 각각 13.3, 20.97로 가장 낮은 값을 나타내고 있으며 사탕무 천연당이 각각 2015.62, 10032.23로 가장 높은 값을 나타내고 있다.Co, Cu, Mo의 경우는 모든 구간에서 미량 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 전반적으로 사탕무의 무기질 함량이 다른 구간보다 많이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 유일하게 Fe의 함량만이 마스코바도가 23.7919의 함량으로 사탕무 천연당 12.3726보다 높은 값을 나타내었다. 사탕무 제조설탕의 다른 구간 보다 월등히 많은 무기질 함량을 보여주고 있는데 그 함량 순서는 K > Ca > Na > Mg 순이었다.

10) 총페놀 및 DPPH radical 소거 활성능

시중에 판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 총페놀 및 DPPH radical소거 활성능은 Table 14에 나타내었다.

총페놀은 황산화 작용과 밀접한 관계가 있는 인자로서 최근 많은 연구가 진행 되고 있으며, 각 식품의 원 재료에 대한 총 페놀 함량에 많은 관심을 가지고 있는 성분이다. 총 페놀 함량 실험 결과 사탕무 천연당이 다른 구간보다 월등히 높은 값을 보여주고 있는데 그 값은 280.96±6.23이고 백설탕이 0±0.24로 가장 낮은 값을 나타내었다.

DPPH radical 소거 활성능은 활성산소 제거 능력을 말하는데 활성산소란 대사 과정 중 생성되어 생체조직을 공격하여 세포를 산화, 손상시키는 주성분으로 인체에 유해한 작용을 하는 것으로 이를 제거하는 능력을 말하는데 이 값이 높으면 높을수록 제품의 우수한 기능을 갖게 되는 것이다.

DPPH radical 소거 활성능은 마스코바도가 81.16±2.1로 가장 높은 값을 나타내고 있으며 백설탕이 0으로 가장 낮은 값을 나타내고 사탕무 천연당은 63.47±1.15의 값을 나타내었다.

상기 실험 결과와 같이, 본 연구에서 개발한 사탕무의 천연당은 다른 제품에 비해 당도는 약간 낮지만 다양한 구성 및 유리아미노산을 함유하고 무기질 또한 타 제품에 비해 월등히 많이 함유하고 있는 것으로 나타났다. 총페놀 함량과 DPPH radical 소거활성능에서도 타 제품에 비해 우수한 결과를 나타내 현대인의 건강지향적인 흐름에 맞는 우수한 감미료로 기능할 것으로 사료된다.

Claims (4)

1. 삭제
2. (1) 사탕무를 세척하는 단계;
   (2) 사탕무를 일정한 크기로 절단하는 단계;
   (3) 절단한 사탕무를 추출조에 넣고 물과 혼합한 다음 75~80℃에서 2~3시간 추출을 하는 단계;
   (4) 위 추출물을 공극 0.5~2mm짜리 필터로 1차 여과하는 단계;
   (5) 1차 여과된 추출액을 50~60℃의 온도에서 15~20˚Brix가 될 때까지 1차 감압농축을 하는 단계;
   (6) 1차 농축물에 포함되어 있는 불순물을 처리하기 위해 석회를 첨가한 후 침전물을 제거하는 2차 여과 단계;
   (7) 2차 여과가 끝난 액을 마이크로 필터로 다시 한 번 여과를 시켜주는 3차 정밀 여과 단계;
   (8) 50~60℃에서 수분의 함량이 5% 이하 0% 초과가 될 때까지 감압 농축을 하여 수분을 제거하는 단계;
   (9) 수분이 제거된 사탕무 농축액에 입자화 촉진을 위해 크리스털 시드(crystal seed)로서 설탕을 2~5중량% 넣고 진공 55~65mbar에서 7~9시간 동안 진공건조를 시키는 단계; 및
   (10) 진공 건조를 한 제품을 50~60℃에서 건조시키는 단계;로 이루어지는 것을 특징으로 하는,
   사탕무를 이용한 설탕의 제조방법.
3. 제2항에 있어서,
   (2) 단계에서는 사탕무를 가로세로 3~5cm의 크기로 절단하며, (3) 단계에서 사탕무와 물의 혼합비는 중량비로 1 : 1.5 내지 1 : 1.8인 것을 특징으로 하는,
   사탕무를 이용한 설탕의 제조방법.
4. 제2항 또는 제3항의 제조방법으로 제조되는 것을 특징으로 하는,
   사탕무를 이용한 설탕.

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