KR101252823B1 - 미립자 밀기울-중력분 혼합체 및 이의 제조방법 - Google Patents

미립자 밀기울-중력분 혼합체 및 이의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 미립자 밀기울-중력분 혼합체 또는 미립자 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따른 미립자 밀기울-중력분 혼합체 또는 미립자 밀기울-중력분 복합분체를 사용하면 식이섬유 함량이 높고 지방 함량이 낮으면서 식감이 우수한 빵류 등의 식품 제조가 가능하고, 이에 따라 비만과 변비에 예방의 효과가 있다. 또한, 추가공정 없이 단순히 미립자 밀기울과 중력분을 혼합함으로써 향상된 품질의 건강기능식품을 제조할 수 있어 경제적인 면에서나 영약학적인 면에서 모두 유용하다.

Description

미립자 밀기울-중력분 혼합체 및 이의 제조방법{Mixture of fine particle of wheat bran-medium flour and method thereof}
본 발명은 미립자 밀기울-중력분 혼합체 또는 미립자 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법에 관한 것이다.
밀기울(wheat bran)은 호분층(aleurone layer)이 혼입되어 있고, 약 40~50%의 식이섬유 성분이 함유된 고 식이섬유 천연 식품 소재이다. 국내에서 유통되고 있는 밀기울은 주로 밀가루 제분을 위하여 밀을 가공하는 제분공정에서 생산되는 밀기울이 대부분으로서, 밀가루의 일부를 밀기울로 대체할 경우 반죽의 물성이 저하되어 최종 제품의 품질을 저하시킨다. 이러한 이유로 이들은 식품으로 사용되지 못하고 대부분 사료용으로 유통되고 있다.
한편, 밀기울에 다량 함유되어 있는 식이섬유는 "인산의 소화효소에 의하여 가수분해되지 않는 식물세포의 잔여물"로 정의되는 것으로서, 주요 성분들로는 셀룰로오스(cellulose), 헤미 셀룰로오스(hemicelluloses), 펙틴(pectin) 등의 다당류와 리그닌(lignin)과 같은 비당류가 있으며, 고분자 점성물질로서 소화 흡수율이 낮아 저칼로리 다이어트 식품으로 효과가 있다. 이러한 불용성 식이섬유를 섭취 시 수분흡수율이 크게 증가하여 음식물의 부피를 증가시켜 포만감을 줄 뿐만 아니라 장의 운동을 좋게 하고 변의 크기를 증가시키며 장에서의 이동시간 감소 및 장내에 잔존하는 많은 독소 제거에 도움을 주고, 습관성 변비치료 및 성인병 예방에 도움을 줄 수 있다.
밀기울을 이용한 식품에 대한 연구가 이루어졌으나(대한민국 공개특허 10-2001-0044467, 대한민국 공개특허 10-2007-0045771), 소량의 밀기울을 함유하고 입자 크기가 최소 55메시 또는 그 이상인 것을 사용함에 따라 식감이 거칠고 혼탁도가 증가하는 단점이 있는 것으로 보고되었다. 또한, 일반적으로 시중에서 판매되고 있는 통밀 가루로 제조한 제품에 있어, 고 식이섬유를 함유하는 건강식품임에도 불구하고 거친 식감과 어두운 색택으로 인하여 소비자들이 선호도가 낮은 한계가 있었다.
이에 본 발명자들은 밀기울을 분쇄하여 입도크기 2 내지 30㎛의 미립자를 제조하고 이를 중력분과 혼합한 밀기울-중력분 혼합체 또는 밀기울-중력분 복합분체(composite)를 이용하면 식이섬유 함량이 높고 지방 함량이 낮으면서 식감이 우수한 빵류 등의 식품을 제조할 수 있음을 확인하고 이에 본 발명을 완성하게 되었다.
본 발명의 목적은 밀기울을 분쇄하여 밀기울 미립자를 제조한 다음, 5 내지 30%(w/w)의 밀기울 미립자와 중력분을 혼합하여 밀기울-중력분 혼합체 또는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여, (a) 밀기울을 분쇄하여 밀기울 미립자를 제조하는 단계;(b) 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분을 1000 내지 20000rpm으로 원심분리하여 혼합하는 단계를 포함하는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 (b) 단계는 1~5kgf/cm2 의 공기압 조건에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에서, (a) 밀기울을 분쇄하여 밀기울 미립자를 제조하는 단계; (b) 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분을 혼합하는 단계를 포함하는 밀기울-중력분 혼합체를 제조하는 방법을 제공한다.
본 발명은 또 다른 구체예에 있어서, 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분이 혼합된 밀기울-중력분 혼합체 및 이를 포함하는 고식이 저칼로리 식품을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 밀기울 미립자의 입도 크기는 0.5 내지 9㎛인 것을 특징으로 할 수 있고, 상기 (a) 단계의 분쇄는 10분 내지 180분 동안 분쇄하는 것을 특징으로 할 수 있다.
본 발명에 있어서, 복합분체(composite)의 형성은 원심력과 고압의 공기에 의하여 발생하는 충격력, 정전기력, 반데르발스 힘 등에 의해 이루어졌으나, 이에 한정되는 것은 아니고 다양한 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명에서 사용된 용어 "보수력"은 수분을 유지하는 능력을 의미한다.
본 발명에서 사용된 "고식이 저칼로리 식품"은 빵류, 면류 또는 스낵류를 포함하고, 빵류는 식빵, 롤빵, 과자빵, 조리빵, 찐빵, 도넛, 케이크, 파이 등, 면류는 라면, 생면, 건조면, 스파게티 등, 스낵류는 쿠키, 튀김스낵, 구운스낵 등을 의미한다.
본 발명에 따른 미립자 밀기울-중력분 혼합체 또는 미립자 밀기울-중력분 복합분체를 사용하면 식이섬유 함량이 높고 지방 함량이 낮으면서 식감이 우수한 빵류 등의 식품 제조가 가능하고, 이에 따라 비만과 변비에 예방의 효과가 있다. 또한, 추가공정 없이 단순히 미립자 밀기울과 중력분을 혼합함으로써 향상된 품질의 건강기능식품을 제조할 수 있어 경제적인 면에서나 영약학적인 면에서 모두 유용하다.
도 1은 미립자 밀기울-중력분의 보수력을 나타낸 것이다(중력분: 시판 중력분; 통밀: 시판 통밀(밀기울 함량7%); 혼합7%: 미립자 밀기울 7%와 중력분 혼합체; 복합7%: 미립자 밀기울 7%와 중력분 복합분체; 혼합15%: 미립자 밀기울 15%와 중력분 혼합체).
도 2는 미립자 밀기울-중력분의 보유력를 나타낸 것이다
도 3은 미립자 밀기울-중력분 도넛의 조지방 함량을 나타낸 것이다(중력분: 중력분만을 이용하여 제조한 도넛; 통밀: 시판 통밀 가루로 제조한 도넛; 혼합7%: 미립자 밀기울 7%와 중력분을 단순 혼합하여 제조한 도넛; 복합7%: 미립자 밀기울 7%와 중력분 복합분체로 제조한 도넛; 혼합15%: 미립자 밀기울15%와 중력분 혼합체로 제조한 도넛).
도 4는 미립자 밀기울-중력분을 이용하여 제조한 도넛의 내부 단면을 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 하기의 실시예에 의해 상세히 설명한다. 단, 하기 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 실시예에 의해 한정되는 것은 아니다.
밀기울 미립자의 제조
기류식 분쇄기의 공기 주입구에 아임계 이산화탄소를 대신 공급하여, 아임계 이산화탄소에 의해 냉각된 밀기울을 햄머 밀(hammer mill)로 1차적으로 분쇄한 (평균입도 70-100㎛)다음, 볼 밀(Ball mill), 플래니터리 밀(Planetary mill), 제트 밀(Jet mill), 다단계 제트 밀을 이용하여 2차적으로 분쇄하였으며, 0~180분 동안 분쇄하여 밀기울 미립자를 제조하였다. 제조된 밀기울 미립자의 입도크기는 기기에 따라 각각 0.5-5μm, 4-9μm, 10-20μm로 분쇄되었다.
미립자 밀기울- 중력분 혼합체 또는 복합분체의 제조
상기 실시예에서 제조된 미립자 밀기울(5 μm)과 중력분을 단순 혼합하여 밀기울-중력분 혼합체를 제조하였다. 또한, 미립자 밀기울(5 μm)을 게스트 입자(guest particle)로 이용하고, 중력분을 호스트 입자(host particle)로 이용하여 밀기울-중력분 복합분체를 제조하였으며, 밀기울의 중력분 대체 비율을 0~30%로 조절하였다. 파우더 믹서를 이용하여 복합분체를 제조하는 경우, 파우더 믹서의 원형 칼날과 십자형 칼날을 이용하여 칼날의 회전 수를 3000~15000rpm으로, 1~10분 동안 혼합하여 주었다. 제트밀(Jet mill)을 이용하여 복합분체를 제조하는 경우에는, 제트밀의 CWS(cut off wheel speed)를 1000~5000rpm으로 단계별로 조절하여 복합분체를 제조하였다. 하이브리드 시스템(Hybridization system)을 이용하여 복합분체를 제조하는 경우에는, 5000~18000rpm의 범위에서 공기압은 1~5kgf/cm2 의 조건에서 복합분체를 제조하였다.
3-1: 미립자 밀기울- 중력분을 이용한 도넛의 제조
밀기울-중력분 100중량%의 1~2중량%의 베이킹파우더와 0.3~0.7중량%의 식염을 넣고 혼합 한 후, 6~8중량%의 버터를 녹여 15~23중량%의 전란과 20~24중량%의 설탕을 넣어주며 반죽기를 통하여 반죽하였다. 비닐팩에 넣어 20분간 상온에 방치하여 숙성하여, 롤성형기를 이용하여 2~5mm두께의 sheet를 제조 한 후, 성형기를 이용하여 φ2~4cm로 성형하여 180~190℃로 예열된 튀김기에서 100~150초 동안 유탕 처리하여 도넛을 제조하였다.
3-2: 밀기울- 중력분을 이용한 식빵의 제조
밀기울-중력분 100g에 이스트 1~2중량%, 설탕4~6중량%, 소금1~3 중량%, 탈지분유 2~5중량%를 넣고 혼합한 후, 190~200중량%의 물을 첨가하여 5분간 Kitchenaid(5k5ss,USA)를 이용하여 속도 2~4로 반죽하고, 3~4중량%의 버터를 반죽의 중간에 넣고 10분간 속도 4~6으로 반죽하였다. 완성된 반죽은 둥글리기를 하여 30~40℃, 상대습도 70~80%로 유지된 오븐에서 1시간 동안 1차 발효하였다. 1차 발효가 종료되면 420~470g을 칭량하여 재차 둥글리기를 실시하고 상온에서 15분간 중간발효과정을 거친 후, 밀대를 이용하여 반죽의 기포를 제거하고 성형하여 35~40℃, 상대습도 75~85%로 조절된 오븐에 넣어 2차발효 하였으며, 발효가 끝난 직후 윗불 160~180℃, 아랫불 170~190℃로 예열된 오븐에서 20분간 구워 식빵을 제조하였다.
보수력 및 보유력 측정
미립자 밀기울-중력분 1g과 증류수 또는 식물성 기름 10ml을 혼합하여 상온에서 30분간 교반하였다. 이를 2500~3000rpm에서 30분 동안 원심 분리한 후, 상등액의 부피를 측정하여 계산하였다.
보수력 실험 결과, 밀기울이 첨가됨에 따라 증가하는 경향을 나타내었고, 동일한 양의 밀기울 함량(7%)를 함유하고 있음에도 불구하고 시판 통밀보다 미립자 밀기울-중력분 단순 혼합체는 9.35%, 복합분체는 20.86% 증가하였다. 또한 미립자 밀기울의 대체 비율을 15%로 증가함에 따라, 7%의 밀기울을 함유한 시료보다 10.12% 증가하여 식이섬유 증가함에 따라 보수력이 증가하는 것을 확인하였다(도 1). 보유력 실험 결과, 중력분과 비교하여 통밀, 혼합7%, 복합7% 그리고 혼합15% 순으로 보유력이 감소하는 경향을 보였으며, 시판 통밀에 비해 미립자 밀기울-중력분 혼합체가 8.51%, 복합분체는 14.89% 감소하였으며, 미립자 밀기울의 함량을 15%로 증가함에 따라 보유력이 더 감소(14.17%)하는 결과를 나타냈다(도 2).
이로부터, 동일한 양의 밀기울(7%)을 첨가하는 경우에, 아임계 방법을 사용하여 미립자화한 밀기울이 일반 분쇄법에 비해 보수력 및 보유력에 있어서 우수한 효과를 나타냄을 확인하였고, 이는 배변 능력 향상 기능과 저 칼로리 소재로서의 이용 가능성을 의미한다. 또한, 단순 혼합만으로도 시판 통밀에 비해 보수력 및 보유력에 있어서 우수한 효과를 나타냄을 확인하였고, 이는 식품 가공 산업에의 이용에 있어 영양학적 가치를 지닌 경제적인 소재 개발이 가능함을 의미한다.
도넛의 조지방 함량 측정
상기 실시예 3-1에 따라 제조된 도넛의 조지방 분석은 Soxhlet 추출기를 이용하는 방법으로 0.5~2g의 시료를 유산지에 싸서 원통여지(thimble filter)에 넣어준 후, 디에틸에테르(diethyl ether)를 용매로 사용하여 12시간 동안 지방을 추출한 후, 조지방 함량을 계산하여 측정하였다.
유탕 도넛의 잔류 지방 함량 측정 결과는 상기 시료의 보유력 측정 결과와 유사하게 중력분과 시판 통밀에 비해 미립자 밀기울-중력분 혼합 또는 복합분체로 제조한 도넛의 잔류 지방 함량이 각각 5.57, 11.14%씩 감소하였다. 또한, 미립자 밀기울(15%)-중력분 혼합체로 도넛을 제조함에 있어, 도넛의 품질 특성을 악화시키지 않으며, 잔류 지방 함량이 시판 통밀(밀기울 7%)에 비해 19.9%, 감소하여 미립자 밀기울의 이용에 따른 고 식이섬유 저 칼로리 도넛의 개발 가능성을 확인하였다(도 3).
도넛 내부 분석
미립자 밀기울-중력분 혼합체 또는 복합분체를 이용하여 제조한 도넛의 내부 구조는 주사전자현미경 (S-2380N, Hitachi, Japan)을 이용하여 측정하였다. 양면테이프를 알맞은 크기로 잘라 표본대에 부착한 후 그 위에 관찰하고자 도넛의 내부 조각을 붙여, 준비된 표본은 SEM ion sputter coater를 이용하여 금-팔라듐(gold-palladium) 층으로 진공상태에서 60초간 코팅시켰다. 표본의 형태는 15kV의 가속전압(accelerating voltage)에서 관찰하였으며, 대표적인 화상을 출력하여 나타내었다.
미립자화 밀기울이 첨가되지 않은 중력분의 경우 도넛의 단면에 구멍이 거의 보이지 않는 평면 구조를 나타내었으며, 시판 통밀 가루로 제조한 도넛의 경우 미세한 망상 구조를 보였다. 이는 미립자화 밀기울-중력분 혼합체 또는 복합분체를 이용한 도넛, 특히 복합분체로 제조한 도넛에서 망상구조가 더욱 선명하게 이루며, 빈 공간이 많이 형성되는 것으로 나타났다(도 4). 이러한 망상 구조는 미립자 밀기울의 함량이 증가함에 따라 증가하는데, 이러한 구조적 차이는 도넛의 유탕 처리과정에서 조직 내부로 흡수되면서 팽창을 주도하는 역할을 하였던 기름성분이 유탕 공정이 종료된 후에는 조직의 팽창에 의하여 생성된 다공성 조직을 통해 흘러나옴으로써 잔류 지방함량의 감소에 기여한다.
식빵 품질 특성 평가
상기 실시예 3-2에 따라 미립자 밀기울-중력분을 이용하여 제조된 식빵의 부피는 Stable Micro Systems Vol scan Profiler (Volscan profiler, VSP 3000044, UK)를 이용하여 측정하였다. 일정한 간격으로 설정된(0.5mm) 레이저 스캐너가 수직으로 이동하며 식빵을 스캔하여 빵의 높이, 너비, 부피를 측정하였으며, 자동으로 비체적을 계산하였다.
제조된 식빵의 품질 특성 평가 결과, 표1과 같이 중력분, 미립자 밀기울을 함유한 모든 식빵의 부피가 시판 통밀로 제조한 것보다 높게 나타났으며, 복합분체(7%)를 이용하여 제조한 식빵의 부피(1503.0ml)가 중력분으로 제조한 것(1529.6ml)과 가장 유사하고, 그 다음으로 15%의 미립자 밀기울을 단순 혼합하여 제조한 식빵(1452.2ml)에서 높은 값을 보였다. 최종 식빵의 무게 측정 결과, 시판 통밀을 함유한 것에서 가장 높게 측정되었으며, 밀기울의 함량이 증가함에 따라 식빵의 무게가 감소하는 것을 확인하였다. 이는 중력분을 미립자 밀기울로 대체함에 따라 탄수화물의 무게가 감소하고, 영양학적 가치가 풍부하지만 칼로리가 없는 식이섬유의 무게가 증가함에 따른 결과로, 칼로리 감소와도 연관이 있을 것으로 사료된다. 단위 중량당 물질이 가지는 용적을 나타내는 비체적은 복합분체에서 가장 높은 값을 보였으며, 통밀로 제조한 식빵에서 가장 낮은 값을 보였다. 더불어, 높이와 너비를 측정한 결과, 부피와 유사하게 중력분이 높이123.2mm, 너비95.2mm로 가장 높은 값을 보였으며, 미립자 밀기울-중력분 복합분체(각각 110, 90.7mm)와 15%의 미립자 밀기울-중력분 혼합체(각각 109.2, 89.7mm )가 중력분과 가장 유사한 값을 보였다.
이러한 결과로부터, 시판 통밀을 사용하는 것에 비해 미립자 밀기울을 이용 할 경우, 식빵의 품질을 향상시킬 수 있고, 특히 미립자 밀기울-중력분 복합분체는 중력분과 가장 유사한 특징을 보이나, 경제적인 면과 영양학적인 면을 고려했을 때, 추가 공정 없이 단순하게 혼합하는 방법을 사용하면서 시판 통밀보다 2배 이상의 밀기울을 함유하여도 기존보다 향상된 품질의 식빵의 제조가 가능하다.
　 Volume
(ml) 		Weight
(g) 		Specific
Volume (ml/g) 		Max Height
(mm) 		Max Width
(mm)
중력분 1529.6 425.0 3.6 123.2 95.2
통밀 1306.6 429.0 3.1 100.1 88.5
혼합(7%) 1388.2 412.0 3.4 102.3 89.4
복합(7%) 1503.0 412.0 3.7 110.0 90.7
혼합(15%) 1452.2 406.0 3.4 109.0 90.0
관능평가
상기 실시예 3에 따라 제조된 도넛과 식빵의 관능검사는 실험 처리구에 따라 맛, 식감 및 종합적 기호도에 대한 평가를 실시하였다. 훈련된 관능요원 20명을 대상으로 각 처리구별 평가항목에 대하여 9점 척도법으로 평가를 실시하였다.
관능 평가 결과, 중력분만으로 제조한 식빵이 가장 높은 값을, 시판 통밀로 제조한 식빵이 가장 낮은 값을 보였으며, 식빵의 품질 특성에 중요한 요소로 작용하는 향과 색택, 맛 모두에 있어 강한 이취와 어두운 색택, 거친 식감과 맛으로 인해 종합적인 선호도가 가장 낮게 나타났다. 이와 비교하여, 동일한 양의 밀기울(7%)을 함유한 혼합 또는 복합분체를 이용한 식빵에 있어, 단순 혼합만으로도 시판 통밀로 제조한 식빵과 비교하여 긍정적인 효과를 보였으며, 혼합체보다는 복합분체를 이용하였을 경우 종합적 기호도가 향상되는 결과를 보였다. 또한, 미립자 밀기울의 함량을 15%로 증가한 소재를 이용한 식빵에 있어, 시판 통밀로 제조된 식빵 보다 향, 색택, 식감 등의 모든 평가 값이 높게 나타나, 미립자 밀기울 15%를 첨가하여 식빵 및 다른 빵류를 제조함에 있어 시판 통밀로 제조하는 것보다 효과적일 것으로 사료된다(표 2).
시료 선호도 평가
향 색택 식감 맛 종합적
기호도
중력분 5.63a 6.56a 6.44a 5.13a 5.31a
통밀 3.81c 4.36c 4.52c 3.34c 3.74c
혼합7% 4.81b 5.67b 5.94b 4.36b 4.89ab
복합7% 5.32ab 6.21ab 6.29ab 4.76ab 5.06ab
복합15% 4.56b 5.49b 5.39b 4.11b 4.46b
상기 실시예 1에서 제조한 10 내지 20 μm 크기의 밀기울 미립자를 포함하는 미립자 밀기울-중력분 복합분체 또는 혼합체를 이용하여 도넛 또는 식빵을 제조하고 보수력, 보유력 및 지방 함량 등을 측정한 결과, 대조군(시판 통밀)과 같은 정도의 효과를 나타내었을 뿐, 0.5 내지 9 μm 크기의 밀기울 미립자를 포함하는 밀기울-중력분 복합분체, 혼합체와 같은 뛰어난 효과를 나타내지 못함을 확인하였다.
상기 실시예는 단지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 국한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 자명할 것이다.

Claims (11)

  1. (a) 밀기울을 분쇄하여 입도 크기 0.5 내지 9㎛의 밀기울 미립자를 제조하는 단계;
    (b) 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분을 1000 내지 20000rpm으로 원심분리하여 혼합하는 단계를 포함하는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법.
  2. 삭제
  3. 제 1항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 분쇄는 10분 내지 180분 동안 분쇄하는 것을 특징으로 하는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    상기 (b) 단계는 1~5kgf/cm2 의 공기압 조건에서 혼합하는 것을 특징으로 하는 밀기울-중력분 복합분체를 제조하는 방법.
  5. (a) 밀기울을 분쇄하여 입도 크기 0.5 내지 9㎛의 밀기울 미립자를 제조하는 단계;
    (b) 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분을 혼합하는 단계를 포함하는 밀기울-중력분 혼합체를 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 제 5항에 있어서,
    상기 (a) 단계의 분쇄는 10분 내지 180분 동안 분쇄하는 것을 특징으로 하는 밀기울-중력분 혼합체를 제조하는 방법.
  8. 입도 크기 0.5 내지 9㎛의 5 내지 30 중량%(w/w)의 밀기울 미립자와 70 내지 95 중량%(w/w)의 중력분이 혼합된 밀기울-중력분 혼합체.
  9. 삭제
  10. 제 8항의 밀기울-중력분 혼합체를 포함하는 고식이섬유 저칼로리 식품.
  11. 제 10항에 있어서,
    상기 식품은 빵류, 면류 또는 스낵류인 것을 특징으로 하는 고식이섬유 저칼로리 식품.
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