KR101323521B1 - 고함량의 섬유를 갖는 저칼로리 압출 팽창 식품의 제조 - Google Patents

고함량의 섬유를 갖는 저칼로리 압출 팽창 식품의 제조 Download PDF

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해롤드 아이. 레빈
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Abstract

본 발명은 1종 이상의 곡분의 실질적인 부분을 감소된 칼로리의 고섬유 대용 곡분으로서 호화 효소-저항성 전분 III형 성분 또는 증량제로 대체함으로써 압출 기능성 및 압출성의 실질적인 손실 없이 높은 생산율로 생산되는, 압출된, 바로 팽창되는 감소된 칼로리의 고섬유 식제품, 예를 들어 즉석(ready-to-eat, RTE) 시리얼, 또는 단맛 또는 짠맛 스낵에 관한 것이다. 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상인 융점을 갖는 효소-저항성 전분 III형을 함유하고, 보수력이 전분계 증량제 g당 물 3g 미만일 수 있다. 호화된 전분계 증량제의 총 식이섬유 보유율은 약 100℃ 이상의 다이 온도 및 약 150psig 이상의 다이 압력을 사용하여 압출한 후에 약 90중량％ 이상일 수 있다.
저칼로리, 즉석 시리얼, 스낵, 난소화성 전분, 효소-저항성 전분

Description

고함량의 섬유를 갖는 저칼로리 압출 팽창 식품의 제조 {PRODUCTION OF LOW CALORIE, EXTRUDED, EXPANDED FOODS HAVING A HIGH FIBER CONTENT}
도 1은 본 발명에 따른 팽창 식품의 제조에 사용될 수 있는 중간전단 스크루 프로필을 갖는 2축 스크루 압출기의 개략도이다.
도 2는 대조물, X-150, 하이 메이즈(Hi Maize) 1043 및 화이버스타(Fiberstar) 70 난소화성 전분을 함유하는 샘플의 압출 취성(brittleness) 데이터를 나타낸다.
도 3은 대조물, X-150, 하이 메이즈 1043 및 화이버스타 70 난소화성 전분을 함유하는 압출 시리얼 샘플의 기포 구조를 나타낸다.
도 4는 대조물, X-150, 하이 메이즈 1043 및 화이버스타 70 난소화성 전분을 함유하는 압출 시리얼 샘플의 압출 시리얼 보울(bowl) 수명을 나타낸다.
도 5는 대조물, 노벨로즈(Novelose) 330 또는 하이 메이즈 330 난소화성 전분을 함유하는 샘플의 압출 취성 데이터를 나타낸다.
도 6은 하이 메이즈 1043, X-150, 대조물 및 화이버심(Fibersym) 70(화이버스타 70으로도 불림) 및 노벨로즈 330(하이 메이즈 330으로도 불림)의 변조 시차 주사 열량계(MDSC) 분석(역 열흐름)의 결과를 도시하는데, 이때 실선은 난소화성 전분 성분의 경우를 나타내고, 점선은 난소화성 전분 성분으로 제조한 시리얼의 경 우를 나타낸다.
<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>
1: 2축 스크루 압출기
3: 무수 분말 혼합물
5: 압출기
8, 10: 혼합 및 운송 요소
18, 20: 혼련 블록 요소
25: 압출기 다이
[문헌 1] 미국 특허 제4,777,045호
[문헌 2] 미국 특허 제4,756,921호
[문헌 3] 미국 특허 제4,837,112호
[문헌 4] 미국 특허 제5,169,662호
[문헌 5] 미국 특허 제5,176,936호
[문헌 6] 미국 특허 제5,480,669호
[문헌 7] 미국 특허 제6,013,299호
[문헌 8] 미국 특허 제6,352,733호
[문헌 9] 미국 특허 제6,613,373호
[문헌 10] 미국 특허출원 공개공보 제2004/0047963호
[문헌 11] 국제 특허출원 공개공보 WO 제99/22606호
[문헌 12] 문헌[Atwell et al., "The Terminology And Methodology Associated With Basic Starch Phenomena", Cereal Foods World, Vol. 33, No. 3, pp.306-311 (March 1988)]
[문헌 13] 문헌[AOAC, method 991.43, J. Assoc. Anal. Chem., 68(2), pp.399(1985)]
[문헌 14] 문헌[AOAC, Official Methods of Analysis, J. Assoc. Anal. Chem., 15th ed. pp. 1105-1106(1990)]
본 발명은 즉석(ready-to-eat, RTE) 시리얼 및 고함량의 섬유를 갖는 스낵과 같은, 저칼로리의 압출된, 바로 팽창되는 식품의 제조에 관한 것이다.
즉석(RTE) 시리얼 및 스낵과 같은 팽창 압출 전분계 식품의 대량 제조에서, 압출 조리를 사용하여 높은 생산율 및 바람직한 제품 특성(예: 낮은 부피 밀도, 균일한 기포 구조, 바삭하거나 아삭한 질감, 및 RTE 시리얼의 경우에는 장시간의 보울 수명)을 달성할 수 있다. 즉석(RTE) 시리얼 및 스낵과 같은 압출 팽창 식품에 밀가루와 같은 고칼로리 전분계 성분의 대체물로서의 불용성 및 가용성 식이섬유를 강화하는 것은 배합물의 압출 기능성 또는 압출성에 불리한 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 생산율이 감소하거나, 압출기 서징(surging)이 증가하거나, 또는 밀가루와 같은 전분계 성분을 대신하는 식이섬유의 결과로서 제품 특성(예: 부피 밀도, 기포 구조, 질감, 맛, 입안 감촉 및 보울 수명)이 손해를 입을 수 있다. 일반적으로, 식이섬유는 밀가루와 같은 전분계 성분보다 실질적으로 높은 보수력을 갖는다. 식이섬유는 다량을 물을 흡수하는데, 이로 인해 스낵 또는 RTE 배합물을 팽창시키기가 더 어려워지고 강화량의 식이섬유를 함유하지 않는 전분계 배합물에 필적하는 낮은 부피 밀도, 균일한 기포 구조 및 바삭함을 달성하는 것이 더 어려워진다. 더 낮은 부피 밀도를 얻기 위하여 첨가되는 물의 양을 감소시키면 반죽 점도가 증가되고, 이는 압출기 배압을 증가시키고 처리량 또는 생산율을 감소시키는 경향이 있다. 생산율 문제 및 생성물 특성 문제는, 밀가루와 같은 전분계 성분을 대체하는데 사용되는 식이섬유의 양이 커질수록 증가하는 경향이 있다.
팽창 스낵 및 RTE 시리얼의 식이섬유 강화는 일반적으로 전곡의 겨, 또는 바깥쪽의, 일반적으로는 비소화성 바깥 껍질(예: 밀겨 및 옥수수 겨)에 의해 달성되었다(반더비어(Vanderveer) 등에게 허여된 미국 특허 제4,777,045호 및 칼란드로(Calandro) 등에게 허여된 미국 특허 제4,756,921호 및 제4,837,112호, 스파이서(Spicer)에게 허여된 미국 특허 제5,169,662호 및 크레이턴(Creighton) 등의 미국 특허 제5,176,936호에 개시되어 있음). 그러나, 미국 특허 제5,480,669호에 따라, 조리 압출하려는 반죽 조성물에 난소화성 전분을 첨가하면, 난소화성 전분을 함유하지 않거나 다른 형태의 식이섬유(예: 귀리겨 또는 밀겨)로 강화된 식제품에 비하여 팽창성이 증가된 섬유 강화형 식제품이 생성될 것이다.
효소-저항성 전분(RS)은 건강한 개체의 소장에서 소화되지 않는 전분의 한 분획이다. 임의의 유형의 난소화성 전분은 대장에서 미생물군에 의해 부분 발효될 수 있다. 난소화성 전분은 4가지 유형으로 분류될 수 잇다. 식물 세포에 고정되어 있는, 물리적으로 얻기 어려운 전분은 I형 난소화성 전분으로서 분류된다. 이것은 부분 분쇄된 곡물 및 씨 및 콩류를 갖는 식료품에서 발견할 수 있다. 비조리형 즉석 전분-함유 식품(예: 바나나)에 존재하는 고유의 과립 전분은 II형 난소화성 전분으로서 분류된다. II형 난소화성 전분의 효소 감수성은 과립 전분의 높은 밀도 및 부분 결정도에 의해 감소된다. I형 및 II형 난소화성 전분은 융점이 낮고 압출과 같은 고온 가공하에서 견디지 못한다.
전분을 처리하여 비소화성 전분 분획을 얻을 수 있다. 처리 유형에 따라, III형 또는 IV형 난소화성 전분이 생성될 수 있다. IV형 난소화성 전분에서, 효소 저항성은 전분을 화학적으로 또는 열적으로 개질함으로써 도입한다. 개질은 열처리에 의한, 알파-(1-4) 또는 알파-(1-6) 결합이 아닌, 글리코사이드 결합의 형성일 수 있다. 이러한 기타 글리코사이드 결합의 형성은 전분분해 효소에 대한 전분의 이용가능성을 감소시킬 수 있다. 또한, 전분의 소화성은 가교 또는 히드록시프로필 기와 같은 다양한 치환체의 존재에 의해 감소될 수 있다. 그러나, 식품내 다양한 화학적 개질 전분의 사용에 대하여 미국 식품의약청(FDA)에 의한 법적 제한이 제기된 바 있다.
전분의 임의의 열-수분 처리후에 형성되는 비소화성 전분 분획이 III형 효소-저항성 전분이다. 전분의 열-수분 처리는 알파-(1-4) 또는 알파-(1-6) 결합이 아닌 글리코사이드 결합의 형성없이 결정질 영역을 생성시킨다. III형 난소화성 전분은 매우 열안정성이고, 칼로리 감소된 압출 시리얼을 생성하기에 매우 유리하다(단, 압출중에 겪는 중간 내지 고전단 조건에 의해 실질적으로 불리한 영향을 받지 않는다면). 효소 저항성을 제공하는 결정 구조가 압출중에 파괴되거나 용융된되면, 또한 결정이 효소 저항성이 아닌 저융점 형태로 재결정화한다면, 압출 제품에서 칼로리 감소가 달성되지 않을 것이다.
헤인스(Haynes) 등에게 허여된 미국 특허 제6,013,299호, 제6,352,733호 및 제6,613,373호, 미국 특허출원 공개공보 제2004/0047963호, 및 1999년 5월 14일자로 공개된 국제 특허출원 공개공보 WO 제99/22606호에는 융점이 약 140℃ 이상인 III형 노화 효소-저항성 전분을 포함하는 전분계 조성물을 생성하는 방법이 개시되어 있다. 헤인스 등은 실질적으로 비호화된 밀가루 및 호화된 전분계 증량제를 포함하는 대용 곡분을 개시하였는데, 이는 전분계 증량제의 총 전분 함량을 기준으로 아밀라제-저항성 전분 III형 약 25중량％ 이상을 포함한다. 난소화성 전분 성분은 변조 시차 주사 열량계(modulated differential scanning calorimetry, MDSC)에 의해 결정된 용융 엔탈피가 약 130 내지 약 160℃에서 약 0.5 내지 약 4.0주울/g이고, 보수력이 무수 난소화성 전분 성분 g당 물 3g 미만이다. 난소화성 전분은 MDSC에 의해 결정된 융점 또는 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상이다. 효소-저항성 전분 III형은 난소화성 전분 성분이 가열에 의해 실질적으로 변하지 않는 크래커, 쿠키 또는 저칼로리 쿠키와 같은 제과 제품을 생성하는데 사용될 수 있다고 개시되어 있다. 헤인스 등의 식제품은 압출되고, 시이트화되고 절단되거나 회전 성형된 막대형 제품일 수 있다.
본 발명은 고함량의 식이섬유를 갖는, 즉석(RTE) 시리얼 및 팽창 스낵과 같은 압출된, 바로 팽창되는 식제품의 대량 제조 방법을 제공한다. 즉석(RTE) 시리얼 및 스낵과 같은 압출 팽창 식품에 밀가루와 같은 고칼로리 전분계 성분의 대체물로서의 식이섬유를 강화하여도 섬유 강화되지 않은 제품에 필적하는 높은 생산율 및 바람직한 제품 특성이 달성될 수 있다. 시차 주사 열량계(DSC)에 의해 결정된 융점이 약 140℃ 이상이고 보수력이 무수 난소화성 전분 성분 g당 물 3g 미만인, 효소-저항성 전분 III형을 포함하는 전분계 조성물을 사용하면, 압출된, 바로 팽창되는 식제품의 제조에 다른 난소화성 전분을 사용하는 것에 비하여 예상외로 우수한 압출 기능성 및 압출성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 본 발명에 따라 생성된 RTE 시리얼과 같은 압출 팽창 식제품은 부피 밀도, 수분함량, 바삭하고 아삭한 질감, 보울 수명 및 기포 구조의 면에서 우수한 압출 특징을 나타낸다. 팽창 제품은 고온 및 고전단 가공(예: 압출)하에 파괴되는 경향이 있는 II형 또는 IV형 난소화성 전분, 또는 저융점 III형 난소화성 전분과 같은 다른 난소화성 전분을 사용하는 경우의 생산율 및 칼로리 감소와 비교할 때, 다량의 칼로리 감소를 위하여 다량의 난소화성 전분을 사용하여 예상외로 높은 생산율로 생성될 수 있다.
압출 조리에 의한 섬유 강화된, 팽창 식제품의 제조에서, 고칼로리 곡분 성분은 압출 기능성 및 압출성의 실질적인 손실 없이 낮은 보수력 및 높은 융점을 갖는 다량의 호화된 아밀라제 저항성 전분 III형 성분에 의해 대체될 수 있다. 난소화성 전분 III형의 압출기 서징 및 실질적 열화는 높은 생산율에서도 방해되는 한편, 섬유 비강화 팽창 제품에 필적하는 부피 밀도, 수분함량, 바삭하고 아삭한 질감, 균일한 기포 구조, 맛, 입안 감촉 및 보울 수명을 갖는 팽창 제품이 얻어진다. 본 발명의 실시양태에서, 난소화성 전분 성분 또는 증량제는 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크가 온도 약 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제 저항성 전분 III형(본원에서 "X-150"으로도 부름) 30중량％ 이상을 포함할 수 있고, 전분계 증량제의 보수력은 전분계 증량제 g당 물 3g 미만일 수 있다. 고함량의 난소화성 전분을 갖는, 즉석(RTE) 시리얼 또는 스낵과 같은 팽창 식제품은 물, 1종 이상의 가루, 및 호화된 전분계 증량제를 혼합하여 반죽을 형성하고, 반죽을 압출 조리하고, 조리된 반죽을 약 100℃ 이상, 바람직하게는 약 125℃ 이상의 다이 온도 및 약 150psig 이상, 바람직하게는 약 250psig 이상의 다이 압력의 다이를 통해 압출시켜 조리된 반죽을 실질적으로 팽창시키고, 팽창되고 조리된 반죽을 조각으로 절단함으로써 생성될 수 있다. 호화된 전분계 증량제의 총 식이섬유 보유율은 압출 후 약 90중량％ 이상일 수 있다. 증량제가 증량제 및 1종 이상의 곡분의 중량을 기준으로 약 50중량％ 이상의 바람직한 양으로 사용되는 경우에도 높은 생산율이 사용될 수 있다. 또한, 증량제가 이렇게 다량으로 사용되더라도, 부피 밀도가 약 0.25 내지 약 0.45g/㎤이고, 평균 피크 힘 취성(average peak force brittleness) (부서짐이 발생하는 힘의 평균)이 약 3000g 이상이고, 평균 피크 거리 취성(average peak distance brittleness) (부서짐이 발생할 때 변형된 길이의 평균)이 약 4㎜ 미만인 팽창 제품이 생성될 수 있다.
압출 기능성 및 압출성의 실질적인 손실 없이 높은 생산율로 압출된, 바로 팽창되는 고섬유의, 칼로리 감소된 식제품(예: 즉석(RTE) 시리얼 또는 단맛 또는 짠맛 스낵)의 생성은 1종 이상의 곡분의 실질적인 부분을 칼로리 감소된 고섬유 대 용 곡분으로서 호화 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제로 대체함으로써 달성된다. 본 발명에서 사용되는 대용 곡분은 매우 열안정성이면서 고전단 조건하에 매우 안정한, 매우 고융점의 III형 난소화성 전분을 포함한다. 이것은 칼로리 감소된, 압출 시리얼 및 스낵의 제조에 매우 유리한데, 효소 저항성을 제공하는 결정 구조가 압출중에 중간 내지 고전단에 의해 파괴되고 용융되고, 결정이 효소 비저항성인 저융점 형태로 재결정화한다면, 압출 제품에서 칼로리 감소가 달성되지 않을 것이기 때문이다. 따라서, 본 발명은 압출에 의해 실질적으로 변하지 않는 것으로 밝혀진, 고융점, 고전단하에서도 매우 잘 견디는 난소화성 전분 III형 성분을 사용한다. 본 발명의 실시양태에서, 호화된 전분계 증량제의 총 식이섬유 보유율은 중간전단 이상의 압출 조건하에서 압출 조리한 후 약 90중량％ 이상이다.
본 발명에서 사용되는 고융점의 난소화성 전분 III형(RS III형으로도 불림)은 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상, 바람직하게는 약 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 약 150℃ 이상인 융점을 갖는다. 본 발명에서 사용되는 고융점의 효소-저항성 전분 III형은 또한 본원에서 "X-150"이라고 부른다. 또한, 효소-저항성 전분 III형을 함유하는 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상, 바람직하게는 약 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 약 150℃ 이상인 융점을 가지고, 본질적으로 아래로 50℃까지 다른 피크가 존재하지 않는데, 이는 실질적으로 아밀로즈-지질 복합체 및 전분의 다른 결정질 형태가 없음을 나타낸다.
또한, 본 발명에서 사용되는 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는, 첨가 된 물을 압출된 반죽의 팽창에 더 많이 이용가능하게 만드는 낮은 보수력을 가지고, 반죽 점도 및 압출기 배압을 감소시키고, 압출기 처리량 또는 대량 생산율을 증가시킨다. 보수력이 낮으면, 스낵 또는 RTE 배합물의 팽창을 더 어렵게 만드는 물의 다량 흡수가 방지된다. 본 발명에 따라 저보수력의 난소화성 전분 III형 성분을 사용하면, 강화량의 식이섬유를 함유하지 않는 전분계 배합물과 동등한 낮은 부피 밀도, 균일한 기포 구조 및 바삭함을 얻을 수 있다. 다량, 바람직하게는 약 50중량％ 이상의 1종 이상의 곡분 또는 다른 전분계 성분은, 생산율 문제 및 제품 특성 문제(예: 지나치게 높은 부피 밀도, 바삭함 손실, 짧은 보울 수명 및 불균일한 기포 구조) 없이 난소화성 전분 III형 성분으로 대체할 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 보수력이 건물질 또는 무수 전분계 증량제 g당 물 3g 미만일 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 난소화성 전분 III형 성분 또는 호화된 효소-저항성 증량제 또는 대용 곡분의 보수력은 통상의 비호화된 밀가루의 보수력(무수 밀가루 g당 물 약 0.6g)에 근접하여서, 첨가 식이섬유의 부재하에 밀가루를 가지고 생성한 팽창 제품에 필적하는 생산율 및 제품 특성(예: 부피 밀도, 바삭함, 장시간의 보울 수명 및 균일한 기포 구조)을 달성할 수 있다. 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제의 보수력의 예는 약 250중량％ 미만, 바람직하게는 약 100중량％ 내지 약 200중량％이다(예컨대, 무수 난소화성 전분 III형 성분 g당 물 1.0 내지 2.0g).
본 발명의 실시양태에서, 고섬유, 저칼로리의 압출 팽창 식제품은 부피 밀도가 약 0.25 내지 약 0.45g/㎤일 수 있고, 적어도 실질적으로 균일한 기포 구조, 장 시간의 보울 수명, 및 바삭하고 아삭한 질감을 나타내고, 평균 피크 힘 취성이 약 3000g 이상이고, 평균 피크 거리 취성이 약 4㎜ 미만이다.
효소-저항성 전분 III형, 난소화성 전분을 함유하는 호화된 증량제 또는 효소-저항성 전분 III형 성분, 및 본 발명에 사용될 수 있는 증량제를 함유하는 대용 곡분, 및 이들의 제조 방법은 본원에 참조로 인용된, 헤인스 등에게 허여된 미국 특허 제6,013,299호, 제6,352,733호 및 제6,613,373호, 미국 특허출원 공개공보 제2004/0047963호, 및 1999년 5월 14일자로 공개된 국제 특허출원 공개공보 WO 제99/22606호에 개시되어 있다. 헤인스 등에 의해 개시된 바와 같이, 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 융점 또는 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상, 바람직하게는 약 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 약 150℃ 이상인 고융점의 효소-저항성 전분 III형 또는 RS III형은 아밀로펙틴 결정의 융점보다 높은 핵형성 온도를 사용하여 고수율로 얻을 수 있다. 효소-저항성 전분 III형 조성물은 일반적으로 약 130 내지 약 160℃의 범위내에서 용융되고, 흡열 피크 온도 또는 융점이 약 140℃ 이상이다. 본질적으로 아래로 50℃ 이하까지 다른 피크는 존재하지 않지만, 소량의 아밀로즈-지질 복합체의 존재를 나타내는 작은 피크가 존재할 수 있다. RS III형은 적어도 실질적으로 아밀로펙틴 결정 및 아밀로즈-지질 복합체를 함유하지 않는 호화된 전분 조성물로부터 핵형성되어, RS III형의 수율을 증가시킨다. RS III형의 수율은 최초 또는 출발 전분 성분의 중량을 기준으로 약 25중량％ 이상, 바람직하게는 약 30중량％ 이상, 가장 바람직하게는 약 35중량％ 이상일 수 있다. 수율은 더 엄중한 프로스키(Prosky) 섬유 분석에 의해 결정된다.
헤인스 등의 방법에서 생성되는, 본 발명에 사용되는 효소-저항성 전분 III형은 α-아밀라제, β-아밀라제, 아밀로글루코시다제 및 판크레아틴과 같은 효소에 저항성이고, 제과 제품은 물론 팽창 압출 식제품에 감소된 칼로리 또는 저칼로리의, 매우 기능성인 성분을 제공한다.
헤인스 등에 의해 개시된 바와 같이, 효소-저항성 전분을 제조하는데 사용되는 전분은 임의의 원료로부터 유도할 수 있다. 사용될 수 있는 전분의 예는 옥수수, 감자, 고구마, 밀, 쌀, 사고(sago), 타피오카, 나종 옥수수, 수수, 콩류 전분, 맥주박 및 이들의 혼합물이다. 사용될 수 있는 콩류 전분의 예는 완두콩 전분(예: 주름진 완두콩 또는 매끄러운 완두콩 전분), 잠두, 녹두, 적강낭콩 및 렌즈콩 전분이다. 전분은 탈지되거나 화학적으로 개질될 수 있고(예를 들어, 변환, 유도체화 또는 가교), 여전히 난소화성 전분을 생성한다. 전분은 또한 부분적으로 또는 완전히 전호화될 수 있다. 그러나, 상업적으로 이용가능한 전호화 전분은 천연의 난소화성 전분 III형의 결정을 용융시키거나 파괴하는 온도에서 호화될 수 있다. 따라서, 일반적으로 출발 전분으로서 생전분을 사용하는 것이 바람직하다.
고함량의 아밀로즈 또는 긴 선형 분지쇄를 갖는 고함량의 아밀로펙틴을 갖는 전분이 바람직하다. 긴 선형 분지쇄의 아밀로펙틴은 결정화의 면에서 볼 때 아밀로즈로서 기능하고, 요오드 시험에 의해 아밀로즈로서 분석된다. 출발 전분은 바람직하게는 직쇄를 다량 함유하여, 아밀로즈 및/또는 아밀로펙틴으로부터 유도된, 약 20개 이상의 글루코즈 단위, 바람직하게는 약 100개 이상의 글루코즈 단위의 결정질 쇄를 갖는 난소화성 전분을 제공한다.
헤인스 등의 공정에서 출발 전분으로서 바람직하고 본 발명에 사용하기 위한 RS III을 제조하는데 사용될 수 있는 출발 전분은 아밀로즈 및 아밀로펙틴의 총중량을 기준으로 40중량％ 보다 많은 아밀로즈, 바람직하게는 약 50중량％보다 많은 아밀로즈, 가장 바람직하게는 약 60중량％보다 많은 아밀로즈를 함유하는 전분이다. 출발 전분은 또한 바람직하게는 지질 함량이 낮은데, 예를 들어 약 0.1중량％ 미만, 바람직하게는 약 0.05중량％ 미만이어서, 바람직하지 않은 아밀로즈-지질 복합체의 생성이 방지된다. 바람직한 출발 전분의 예는 아밀로옥수수 전분 및 주름진 완두콩 전분인데, 이들의 높은 아밀로즈 함량 또는 높은 겉보기 아밀로즈 함량 때문이다. 아밀로옥수수는 아밀로즈 함량이 약 52중량％ 내지 약 80중량％이고, 지질 함량이 약 0.09중량％이다. 주름진 완두콩 전분의 아밀로즈 함량은 약 63중량％ 내지 약 75중량％일 수 있다. 또한, 주름진 완두콩 전분의 지질 함량은 겨우 약 0.01중량％인데, 이는 아밀로즈-지질 복합체의 형성을 방지하는데 유리하다. 헤인스 등의 공정에서 출발 전분으로서 사용될 수 있고 본 발명에 사용하기 위한 RS III을 제조하는데 사용될 수 있는 상업적으로 입수가능한 고 아밀로즈 함량의 전분은, 미국 뉴저지주 브릿지워터 소재의 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니(National Starch and Chemical Company)의 제품인 하일론(HYLON) V(아밀로즈 약 50％를 함유하는 옥수수 전분), 또는 하일론 VII(아밀로즈 약 70％를 함유하는 옥수수 전분)이다.
헤인스 등의 문헌에 개시된 바와 같이, 매우 고융점의 효소-저항성 전분(RS III)이 고수율로 생성된다(식이섬유의 결정을 위한 매우 엄중한 프로스키 방법에 의해 결정됨). 고수율의 효소-저항성 전분은 상대적으로 짧은 결정-핵형성 및 결정-증식 시간을 사용하여 연속적으로 일정하게 달성될 수 있다. 고수율의 효소-저항성 전분은 실질적인 변색을 방지하거나 생성물에 불쾌한 냄새를 부여하는 성분의 생성을 방지하는 가공 조건을 사용하여 달성된다. 또한, 더 낮은 융점의 아밀로펙틴 결정, 더 낮은 융점의 아밀로즈 결정 및 더 낮은 융점의 아밀로즈-지질 복합체의 생성(이들은 모두 고융점 난소화성 전분 III형 결정의 수율을 감소시키는 경향이 있음)은 헤인스 등의 방법에서 실질적으로 방지된다.
헤인스 등의 방법에 따르면, RS III을 제조하기 위한 방법의 제1 단계에서, 전분 성분을 물의 존재하에 가열하여 전분을 적어도 실질적으로, 바람직하게는 완전히 호화시킨다. 일반적으로, 전분의 호화는 a) 충분한 양의 물, 일반적으로는 전분의 중량을 기준으로 약 30중량％ 이상의 물을 첨가하고 전분과 혼합하고, b) 전분의 온도를 약 80℃(176℉), 바람직하게는 100℃(212℉) 이상으로 올릴 때 일어난다. 호화 온도는 전분과의 상호반응에 이용가능한 물의 양에 따라 좌우된다. 이용가능한 물의 양을 낮출수록, 일반적으로 겔화 온도는 높아진다. 겔화는 과립 팽윤, 고유의 결정 용융, 복굴절의 손실 및 전분 가용화와 같은 특성의 비가역적 변화에 나타나는, 전분 과립내 분자 순서의 붕괴(파괴)로서 정의될 수 있다. 호화의 초기 단계의 온도 및 호화가 일어나는 온도 범위는 전분 농도, 관찰 방법, 과립 유형, 및 관찰중인 과립 집단의 불균일성에 의해 좌우된다. 페이스트화(pasting)는 전분 용해시 호화 후의 2단계 현상이다. 이것은 과립 팽윤의 증가, 과립으로부터의 분자 성분의 삼출(즉, 아밀로즈에 이어서 아밀로펙틴), 및 마지막으로는 과립 의 전체적인 파괴를 포함한다. 문헌[Atwell et al., "The Terminology And Methodology Associated With Basic Starch Phenomena", Cereal Foods World, Vol. 33, No. 3, pp.306-311 (March 1988)]을 참조한다. 본 발명의 실시양태에서, 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제 또는 대용 곡분내 전호화된 전분의 전분 과립, 및 압출 팽창 식제품의 전분은 약 90％ 이상, 바람직하게는 약 95％ 이상, 가장 바람직하게는 완전하게 호화될 수 있다.
RS III을 제조하기 위한 헤인스 등의 방법의 제1 단계에서 전분 성분의 호화는 전분 성분에 존재할 수 있는 임의의 아밀로즈-지질 복합체의 융점보다 높고 효소-저항성 전분 III형의 융점보다는 낮은 온도에서 수행된다. 바람직한 실시양태에서, 전분은 호화될 뿐만 아니라 페이스트화된다. 사용될 수 있는 전형적인 전분-호화 온도는 약 110 내지 약 130℃이고, 압력은 약 1.05 내지 약 21㎏/㎠(약 15 내지 약 30psi)일 수 있다. 호화중에는 물론 후속 핵형성 및 증식 단계중에, 전분 대 물의 중량비는 약 0.15:1 내지 약 1:1, 바람직하게는 약 0.4:1 내지 0.7:1일 수 있다.
방법의 제2 단계는 1주기 이상의 결정 핵형성 및 증식을 포함한다. 중요한 냉각 단계에서, 호화된 전분을 아밀로펙틴 전분의 융점보다 높은 결정 핵형성 온도로 냉각시켜 아밀로펙틴이 핵형성 및 증식하지 않도록 방지한다. 사용되는 핵형성 온도는 또한 바람직하게는 전분 성분에 존재할 수 있는 임의의 아밀로즈-지질 복합체의 핵형성에 유리하지 않다. 아밀로펙틴의 융점 미만으로 냉각하지 않음으로써, 고융점 아밀로즈 결정의 핵형성 및 성장과 경쟁하거나 이를 방해하는 것으로 생각 되는 아밀로펙틴 결정의 핵형성 및 성장이 방지된다. 전형적인 핵형성 온도는 약 55 내지 약 100℃, 바람직하게는 약 60 내지 약 80℃이다. 호화 전분은 핵형성 온도에서 고융점의 효소-저항성 전분의 상당량의 결정을 핵형성시키기에 충분한 시간동안 유지시킨다. 전형적인 핵형성 시간은 약 0.5시간 내지 약 3시간, 일반적으로 약 1시간이다. 더 긴 핵형성 시간(예를 들어, 약 24시간 이하)이 사용될 수 있지만, 수율을 실질적으로 증가시키지는 않는다. 호화 전분을 핵형성 온도로 냉각시키는 속도는 가능한 빨라야 하고, 약 1℃/분 이상, 바람직하게는 약 3℃/분 이상, 가장 바람직하게는 약 4℃/분 이상일 수 있다.
호화 전분을 핵형성 온도에서 유지시킨 후, 호화 전분의 온도를 임의의 아밀로즈-지질 복합체의 융점보다 높게, 바람직한 효소-저항성 전분의 융점 미만인 결정-증식 온도로 상승시킨다. 따라서, 핵형성중에 형성될 수 있는 임의의 아밀로즈-지질 복합체는 효소-저항성 전분 결정의 증식 또는 성장중에 재용융될 것이다. 온도는 핵형성 온도로부터 약 1℃/분 이상, 바람직하게는 약 3℃/분 이상, 가장 바람직하게는 약 4℃/분 이상의 속도로 결정-증식 온도까지 상승시켜, 아밀로즈-지질 복합체와 같은 바람직하지 않은 결정의 임의의 실질적인 증식을 방지할 수 있다. 효소-저항성 전분의 결정을 성장시키기 위한 전형적인 결정-증식 온도는 약 115 내지 약 135℃, 바람직하게는 약 120 내지 약 130℃일 수 있다. 온도를 결정-증식 온도로 유지시키기 위한 전형적인 시간은 일반적으로는 약 12시간 미만, 바람직하게는 약 5시간 미만, 가장 바람직하게는 약 0.5 내지 약 3시간이다.
호화 전분을 냉각시키는 단계, 호화 전분을 핵형성 온도로 유지시키는 단계, 호화 전분의 온도를 결정-증식 온도로 상승시키는 단계, 및 온도를 결정-증식 온도로 유지시켜 결정을 성장시키는 단계를 1주기 이상, 바람직하게는 2 내지 4주기에서 순차적으로 수행하여, 고융점 효소-저항성 전분의 수율을 증가시킬 수 있다. 헤인스 등의 발명의 실시양태에서, 약 10 내지 12주기가 사용될 수 있다.
결정 증식의 마지막 단계 후에, 호화 전분을 약 실온, 또는 약 20 내지 약 50℃로 냉각시킨 다음, 건조시킬 수 있다. 전형적인 냉각 속도는 평균 약 1℃/분 이상, 바람직하게는 평균 약 3℃/분 이상, 가장 바람직하게는 평균 약 4℃/분 이상일 수 있다. 건조는 실온 또는 승온에서 수행될 수 있다. 따라서, 호화 전분은 결정-증식 온도로부터 실온으로 또는 실온보다 높은 건조 온도로 냉각시킬 수 있다. 전형적인 건조 온도는, 건조 방식에 따라, 약 20 내지 약 130℃, 바람직하게는 약 75 내지 약 85℃, 예컨대, 오븐-건조의 경우 80℃일 수 있다.
온도 순환은 고융점 효소-저항성 전분 III형을 단리할 필요없이, 수율을 증가시키고 칼로리를 다량 감소시킨다. 고융점 난소화성 전분 III형 조성물의 건조를 수행하여 약 0.7 미만의 저장안정성 수분활성 또는 상대습도를 얻는다. 건조된 제품의 수분함량은 상업적으로 입수가능한 곡분의 수분함량에 근사할 수 있다. 건조된 증량제 또는 대용 곡분의 전형적인 수분함량은 약 8중량％ 내지 약 14중량％일 수 있다. 건조된 조성물을 증량제 또는 대용 곡분로서 사용하여, 결정 고체 손실을 방지하고 고융점 난소화성 전분 III형의 단리와 관련된 비용의 증가를 방지한다.
헤인스 등의 발명의 실시양태에서, 풀루라나제(pullulanase)와 같은 분지제 거 효소를 사용하여 고융점 효소-저항성 전분 III형의 수율을 증가시킬 수 있다. 분지제거는 실질적인 양의 고융점 효소-저항성 전분 III형이 증식하기 전 또는 바람직하게는 증식한 후에 일어날 수 있다.
헤인스 등의 방법의 다른 실시양태에서, 고융점 효소-저항성 전분 III형의 종결정을, 아밀로펙틴 결정의 융점보다 높고 임의의 아밀로즈-지질 복합체의 융점보다 높고 고융점 효소-저항성 전분의 융점보다 낮은 호화 전분과 혼합하여 효소-저항성 전분 III형의 결정을 핵형성할 수 있다.
헤인스 등의 방법의 바람직한 실시양태에서, 제2 단계 생성물의 굽기 특징 또는 굽기 기능성을 실질적으로 개선시키는 제2 단계 핵형성/증식 온도 순환으로부터 얻어지는 효소-저항성 전분 III형 생성물의 열처리를 포함하는 제3 단계를 수행할 수 있다. 헤인스 등의 열처리 방법에 의해 얻어지는 효소-저항성 전분 III형은 본 발명의 압출 팽창 식제품의 제조에 사용하기에 바람직하다. 본 발명자들에 의하면, 열처리를 사용하여 얻은 RS III은 팽창 식품의 제조시 우수한 압출 기능성 및 압출성을 제공하는 것으로 밝혀졌다. 헤인스 등의 문헌에 개시된 바와 같이, 열처리는 실질적으로 효소-저항성 전분 또는 총 식이섬유의 양 또는 수율을 증가시킨다. 약 140℃ 이상의 온도에서 용융하는 효소-저항성 전분 III형의 함량에 실질적으로 불리한 영향을 주지 않으면서, 효소-저항성 전분 함량 또는 식이섬유 함량이 더 많이 얻어진다. 물의 존재하의 열처리는 전분의 비정질 영역을 치밀화시켜 이들 영역이 효소에 덜 접근하도록 만드는 것으로 생각된다. 접근성의 감소는 효소-저항성 전분 또는 총 식이섬유의 양을 증가시킨다. 그러나, 엔탈피의 변화는 열처리가 결정질이 아닌 효소-저항성 전분의 양을 증가시킴을 뜻하는 것으로 해석된다.
헤인스 등에 의해 개시된 바와 같이, 열처리는 약 100 내지 약 140℃, 바람직하게는 약 125 내지 약 135℃, 가장 바람직하게는 약 128 내지 약 132℃의 온도에서 수행될 수 있다. 열처리 시간은 약 5분 내지 약 6시간, 바람직하게는 약 30분 내지 약 90분, 가장 바람직하게는 약 50분 내지 약 70분일 수 있다. 열처리중에 효소-저항성 전분의 수분함량은 약 1 내지 약 30중량％, 바람직하게는 약 14 내지 약 24중량％, 가장 바람직하게는 약 16 내지 약 20중량％일 수 있다.
헤인스 등의 방법에 의해 얻어지고 본 발명에 사용될 수 있는, 정제되지 않은 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는, 엄중한 프로스키 방법에 의해 결정되는 바와 같이, 효소-저항성 전분 III형 약 25중량％ 이상, 바람직하게는 30중량％ 이상, 가장 바람직하게는 45중량％ 이상을 포함한다. 잔여 생성물은 호화된 비정질 또는 비결정화 전분을 포함한다. 바람직한 실시양태에서, 이것은 아밀로즈-지질 복합체 및 난소화성 전분 III의 융점보다 낮은 융점을 갖는 다른 결정화된 전분 생성물을 적어도 실질적으로 함유하지 않고, 가장 바람직하게는 본질적으로 또는 완전히 함유하지 않는다.
본 발명에 사용될 수 있는 헤인스 등의 난소화성 전분 III형 성분의 보수력은, 건물질 g당 물 3g 미만인데, 난소화성 전분 III형 성분의 수율 및 결정의 품질에 의해 좌우된다. 일반적으로, 비정질 영역이 적고 결정질 영역이 많을수록, 난소화성 전분 III형 성분이 물과 결합하거나 물을 보유하는 능력이 적다. 보수력이 낮을수록, 일반적으로 더 낮은 점도의 반죽 및 압출속도에 대한 유리한 영향, 및 부피 밀도 및 바삭함과 같은 팽창 제품 특성이 얻어진다.
헤인스 등에 의해 개시되고 본 발명에 사용될 수 있는, 단리된 고융점의 효소-저항성 전분의 엔탈피 값은, 결정의 완전함 또는 결정내 비정질 영역 또는 부분의 수에 따라, 약 5J/g보다 크고, 바람직하게는 약 8 내지 약 15J/g일 수 있다. 일반적으로, 엔탈피 값이 클수록, 비정질 영역이 적고 보수력이 낮아진다. 본 발명에 사용되는, 약 130 내지 약 160℃의 온도에서 효소-저항성 증량제 또는 성분, 또는 대용 곡분의 엔탈피는 증량제 또는 성분, 또는 대용 곡분의 중량을 기준으로 약 0.5 내지 약 4J/g, 바람직하게는 약 1 내지 약 3J/g, 가장 바람직하게는 약 2.5J/g일 수 있다. 압출 후, 팽창된 압출 식제품(예: 즉석 시리얼)의 효소-저항성 증량제 또는 성분, 또는 대용 곡분의 엔탈피 값은 약 130 내지 약 160℃의 온도에서 배합식에 사용된 증량제 또는 대용 곡분의 중량 또는 함량을 기준으로 약 0.5 내지 약 4J/g, 예를 들어 약 3.2J/g, 바람직하게는 약 1 내지 약 3J/g, 가장 바람직하게는 약 2.5J/g일 수 있다. 압출 후 증량제 또는 난소화성 전분 III형 성분, 또는 대용 곡분은 바람직하게는 압출전 증량제 또는 성분, 또는 대용 곡분의 엔탈피 값과 적어도 실질적으로 동일하거나 또는 본질적으로 동일하다.
매우 높은 융점의 효소-저항성 전분 III형 성분 또는 성분의 효소 저항성 및 낮은 칼로리 값은 중간 내지 고전단 조건하에서 또한 압출기 다이를 나올 때 시리얼 및 스낵을 실질적으로 팽창시키기에 충분한 승온 및 승압에서의 압출 조리에 의해 실질적으로 변하지 않는다. RS III형 성분 또는 증량제는 실질적으로 효소 저 항성 채로 남고 감소된 칼로리 값을 나타낸다. 순수한 또는 100중량％(수율 100％) 효소-저항성 전분 III형(MDSC에 의해 결정된 융점 또는 흡열 피크가 140℃ 이상, 바람직하게는 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 150℃ 이상임)은 압출 조리 및 팽창 후에도 칼로리 값이 본질적으로 0이거나 또는 약 0.5칼로리/g 미만이다. 난소화성 전분 III형이 아닌 전분의 칼로리 값은 약 4칼로리/g이다. (기술적으로 칼로리 값은 ㎉/g이지만, 본원에서는 흔히 사용되는 단위인 칼로리/g으로 논의한다.) 따라서, 본 발명의 실시양태에서 RS III형(MDSC에 의해 결정된 융점 또는 흡열 피크가 140℃ 이상, 바람직하게는 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 150℃ 이상임)의 수율이 30％ 이상인 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 압출 조리 및 팽창 후에도 칼로리 값이 약 2.8칼로리/g(0.7×4㎈/g+0.3×0㎈/g=2.8㎈/g) 미만이다. 바람직한 실시양태에서, RS III형(MDSC에 의해 결정된 융점 또는 흡열 피크가 140℃ 이상, 바람직하게는 145℃ 이상, 가장 바람직하게는 150℃ 이상임)의 수율이 50 내지 60％인 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 압출 조리 및 팽창 후에도 칼로리 값이 약 1.6 내지 2.0칼로리/g(0.4×4㎈/g+0.6×0㎈/g=1.6㎈/g, 및 0.5×4㎈/g+0.5×0㎈/g=2.0㎈/g) 미만일 것이다.
RS III형의 수율 또는 양은 섬유 분석에 의해 결정된다. 몇몇 방법은 난소화성 전분의 시험관내 결정에 이용가능하다. 프로스키 방법(문헌[AOAC, method 991.43, J. Assoc. Anal. Chem., 68(2), pp.399(1985)] 및 문헌[AOAC, Official Methods of Analysis, J. Assoc. Anal. Chem., 15th ed. pp. 1105-1106(1990)])에서, 섬유 분획은 상이한 효소(예: 100℃에서 열안정성인 알파-아밀라제)와 함께 배 양한 후 전분 샘플에서 단리된다. 이 잔사에서, RS는 오직 2N 수산화칼륨으로 가용화한 후에만, 60℃에서 아밀로글루코시다제 소화에 이용가능한 전분으로서 결정된다. 프로스키 방법에서 난소화성 전분의 수율은 다른 사용 방법에서보다 낮은데, 이는 프로스키 방법이 더 엄하기 때문이다. 100℃의 배양 온도를 사용하는 경우, 전분은 호화되고 RS III형은 정량되지 않는다. 또한, 약 50℃의 융점을 나타내는 노화된 아밀로펙틴, 및 90 내지 110℃의 융점을 갖는 아밀로즈-지질 복합체는 100℃에서 열안정성 알파-아밀라제와 함께 배양할 때 쉽게 가수분해된다.
난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 다량의 호화 전분을 함유할지라도, 압출기 처리량 또는 생산율의 면에서 우수한 압출 기능성 및 압출성, 및 팽창 제품 특성(예: 부피 밀도, 바삭함, 보울 수명, 맛 및 균일한 기포 구조)을 나타낸다. 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제는 단독 사용되거나 또는 바람직하게는 호화되지 않는 또는 실질적으로 비호화된 곡분과 함께 사용되어, 감소된 칼로리의 압출 팽창 식품(예: 감소된 칼로리의, 즉석 시리얼) 및 감소된 칼로리의 짠맛 및 단맛 스낵의 제조를 위한 반죽을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 압출 팽창 식제품의 실질적인 칼로리 감소는 상당량의 1종 이상의 통상의 호화되지 않는 곡분을 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제로 대체함으로써 달성될 수 있다. 실질적으로 비호화된 곡분(칼로리 감소되지 않은 밀가루) 및 칼로리 감소량의 호화된 전분계 증량제(감소된 칼로리의 대용 곡분)(예: 헤인스 등의 문헌에 개시된 것)를 포함하는 대용 곡분을 본 발명에 사용할 수 있다. 대용 곡분을 RTE 시리얼 및 스낵 성분과 혼합하여 중간전단 내지 고전단 조리 압출기에서 우수한 압출 기능성 및 압출성을 나타내는 반죽을 제공할 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 사용되는 대용 곡분은 통상의, 칼로리가 감소되지 않은 곡분에 비하여, 칼로리가 약 12.5중량％ 이상, 바람직하게는 약 15중량％ 이상, 가장 바람직하게는 약 25중량％ 이상, 예를 들어 약 35 내지 약 40중량％ 감소된다. 대용 곡분은 칼로리가 감소된 다른 증량제 또는 당 대체물(예: 폴리덱스트로즈)과 함께 사용되어, 칼로리가 약 25％ 이상 감소된, 감소된 칼로리의 압출 팽창 RTE 시리얼 및 감소된 칼로리의 압출 팽창 스낵을 생성하기 위한 반죽을 얻는다.
본 발명의 대용 곡분 및 반죽은 융점 또는 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상인 효소-저항성 전분 III형 약 12.5중량％ 이상, 바람직하게는 약 15중량％ 이상, 가장 바람직하게는 약 25중량％ 이상, 예를 들어 약 35 내지 약 40중량％ 이상을 포함할 수 있고, 중량％는 각각 대용 곡분 또는 반죽의 총 전분 함량을 기준으로 한다.
본 발명에 사용되는 대용 곡분 및 반죽을 생성할 때 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제와 함께 사용될 수 있는 곡분 성분 또는 전분질 물질은 임의의 분쇄된 곡물 또는 식용가능한 씨 또는 야채 가루, 이들의 유도체 및 이들의 혼합물일 수 있다. 사용될 수 있는 곡분 성분 또는 전분질 물질의 예는 밀가루, 옥수수가루, 옥수수 마사(masa) 가루, 귀리가루, 보리가루, 호밀가루, 쌀가루, 감자가루, 수수가루, 타피오카가루, 그라함(graham) 밀가루, 또는 전분(예: 옥수수 전분, 밀 전분, 쌀 전분, 감자 전분, 타피오카 전분), 물리적 및/또는 화학적으로 개질된 곡 분 또는 전분(예: 전호화 전분), 및 이들의 혼합물이다. 곡분은 탈색되거나 탈색되지 않을 수 있다. 밀가루 또는 밀가루와 다른 곡물가루의 혼합물이 바람직하다.
호화된 전분계 증량제, 또는 RS III 성분의 양은 일반적으로, 호화된 증량제 및 곡분 성분(예: 통상의 비호화 밀가루)의 총량을 기준으로, 약 25중량％ 이상, 예를 들어 약 40중량％ 이상, 바람직하게는 45중량％보다 많이, 가장 바람직하게는 약 50 내지 약 75중량％일 수 있다.
본 발명의 조성물내 곡분 성분 및 RS III 증량제의 총량은, 예를 들어 반죽의 양을 기준으로 약 30 내지 약 95중량％, 바람직하게는 약 50 내지 약 90중량％, 예를 들어 약 70 내지 약 85중량％일 수 있다. 달리 나타내지 않는 한, 모든 중량％는 본 발명의 반죽 또는 배합물을 형성하는 모든 성분의 총량을 기준으로 한다(단, 향 칩(flavor chip), 견과류, 건포도 등과 같은 함유물은 제외함). 따라서, "반죽의 총량"은 함유물의 중량을 제외한다.
곡분 성분은 통상의 대용 곡분 또는 증량제(예: 폴리덱스트로즈, 홀로셀룰로즈, 미정질 셀룰로즈, 이들의 혼합물 등)에 의해 전부 또는 부분적으로 대체될 수 있다. 옥수수겨, 밀겨, 귀리겨, 쌀겨, 이들의 혼합물 등을 또한 곡분 성분 대신에 전체 또는 부분적으로 사용하여 색을 향상시키거나 질감에 영향을 줄 수 있다.
본 발명에서 생성되는 제품의 질감을 개질하기 위하여 사용될 수 있는 공정-적합성 성분으로는 당, 예를 들어 슈크로즈, 프럭토즈, 락토즈, 덱스트로즈, 갈락토즈, 말토덱스트린, 옥수수 시럽 고체, 수소화 전분 가수분해물, 단백질 가수분해물, 글루코즈 시럽, 이들의 혼합물이 있다. 환원당(예: 프럭토즈, 말토즈, 락토즈 및 덱스트로즈) 또는 환원당 혼합물을 사용하여 갈변을 촉진할 수 있다. 프럭토즈는 그의 즉석 이용가능성 및 일반적으로 더 증진된 갈변 및 향-발생 효과 때문에 바람직하다. 전형적인 프럭토즈원으로는 전화 시럽, 고프럭토즈 옥수수 시럽, 당밀, 황설탕, 메이플(maple) 시럽, 이들의 혼합물 등이 있다.
질감부여 성분(예: 당)을 고체 또는 결정질 형태(예: 결정질 또는 과립화 슈크로즈, 과립화 황설탕, 또는 결정질 프럭토즈) 또는 액체 형태(슈크로즈 시럽 또는 고프럭토즈 옥수수 시럽)의 다른 성분들과 혼합할 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 습윤 당이 사용될 수 있는데, 그 예는 고프럭토즈 옥수수 시럽, 말토즈, 소르보즈, 갈락토즈, 옥수수 시럽, 글루코즈 시럽, 전화 시럽, 꿀, 당밀, 프럭토즈, 락토즈, 덱스트로즈, 및 이들의 혼합물이다.
습윤 당 이외에, 기타 습윤제, 또는 당이 아니거나 슈크로즈에 비하여 당도가 낮은 습윤제의 수용액을 또한 반죽에 사용할 수 있다. 예를 들어, 글리세롤, 당알콜(예: 만니톨, 말티톨, 크실리톨 및 소르비톨) 및 다른 폴리올을 습윤제로서 사용할 수 있다. 습윤 폴리올(즉, 다가 알콜)의 추가의 예로는 글리콜, 예를 들어 프로필렌 글리콜, 및 수소화 글루코즈 시럽이 있다. 기타 습윤제로는 당 에스테르, 덱스트린, 수소화 전분 가수분해물, 및 다른 전분 가수분해 생성물이 있다.
본 발명의 실시양태에서, 본 발명의 반죽의 총 당 고체 함량 또는 질감부여 성분 함량은 반죽의 중량을 기준으로 0 내지 약 50중량％일 수 있다.
당 고체는 통상의 당 대체물 또는 통상의 증량제(예: 폴리덱스트로즈, 홀로셀룰로즈, 미정질 셀룰로즈, 이들의 혼합물 등)에 의해 전부 또는 부분적으로 대체 될 수 있다. 폴리덱스트로즈는 본 발명의 칼로리 감소된 제과 제품을 제조하기에 바람직한 당 대체물 또는 증량제이다. 전형적인 대체량은 원래 당 고체 함량의 약 25중량％ 이상, 예를 들어 약 40중량％ 이상, 바람직하게는 약 50중량％ 내지 약 75중량％일 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 통상의 당 대체물, 통상의 증량제 또는 통상의 대용 곡분, 바람직하게는 폴리덱스트로즈의 양은 반죽의 양을 기준으로 약 10 내지 약 35중량％, 바람직하게는 약 15 내지 약 25중량％일 수 있다.
본 발명의 반죽의 수분함량은 반죽의 적당한 발포, 기계가공 및 절단이 가능하도록 바람직한 점조도를 제공하기에 충분하여야 한다. 본 발명의 반죽의 총 수분함량은 따로 첨가되는 성분으로서 포함되는 임의의 물, 및 곡분에 의해 제공되는 수분(보통 약 12 내지 약 14중량％의 수분을 함유함), 및 배합물에 포함되는 다른 반죽 첨가제(예: 고프럭토즈 옥수수 시럽, 전화 시럽 또는 기타 액체 습윤제)의 수분함량을 포함할 것이다.
따로 첨가되는 물을 포함하여, 반죽내 수분의 모든 출처를 고려하여, 본 발명의 반죽의 총 수분함량은 일반적으로 반죽의 양을 기준으로 약 30중량％ 미만, 바람직하게는 약 20중량％ 미만이다. 첨가되는 물의 양은 일반적으로 압출 조리기에 공급되는 무수 성분 또는 분말 공급물의 총량을 기준으로 약 2 내지 15중량％, 바람직하게는 약 5 내지 약 10중량％의 양이다.
본 발명의 반죽 및 압출 팽창 식제품을 얻기 위하여 사용될 수 있는 유성 조성물은 조리 또는 제과 용도에 유용한 임의의 공지된 쇼트닝(shortening) 또는 지 방 블렌드 또는 조성물을 포함할 수 있고, 이들은 통상의 식품등급 유화제를 포함할 수 있다. 분별화되고, 부분적으로 수소화되고/수소화되거나 에스테르교환되는 식물성 오일, 라드(lard), 바다 오일 및 이들의 혼합물을 본 발명에 사용할 수 있다. 공정-적합성인, 식용가능한 감소된 칼로리 또는 저칼로리의, 부분 소화성 또는 비소화성 지방, 대용 지방 또는 합성 지방(예: 슈크로즈 폴리에스테르 또는 트리아실 글리세라이드)이 또한 사용될 수 있다. 경지방 및 연지방 또는 쇼트닝 및 오일의 혼합물을 사용하여 유성 조성물에서 바람직한 점조도 또는 용융 프로필을 달성할 수 있다. 본 발명에 사용하기 위한 유성 조성물을 얻기 위하여 사용할 수 있는 식용 트리글리세라이드의 예로는 식물성 출처(예: 대두유, 야자인유, 야자유, 평지자유, 홍화유, 참깨유, 해바라기씨유 및 이들의 혼합물)로부터 유도된 천연 트리글리세라이드가 있다. 바다 및 동물 오일, 예를 들어 정어리 오일, 청어 오일, 바바수(babassu) 오일, 라드 및 동물수지를 또한 사용할 수 있다. 유성 조성물을 얻기 위하여 합성 트리글리세라이드, 및 지방산의 천연 트리글리세라이드를 또한 사용할 수 있다. 지방산은 탄소수 8 내지 24의 쇄 길이를 가질 수 있다. 실온, 예를 들어 약 75℉ 내지 약 95℉에서의 고체 또는 반고체 쇼트닝 또는 지방을 사용할 수 있다. 본 발명에 사용하기에 바람직한 유성 조성물은 대두유를 포함한다.
본 발명에 따라 제조될 수 있는 압출 팽창 식제품으로는 지방 감소, 저지방 또는 무지방 제품인, 감소된 칼로리의 식제품이 있다. 본원에 사용되는 바와 같이, 지방 감소 식제품은 지방 함량이 표준 또는 통상의 제품으로부터 25중량％ 이상 감소된 제품이다. 저지방 제품은 기준량 또는 라벨 서빙(label serving)당 지 방 3g 이하의 지방 함량을 갖는다. 그러나, 작은 기준량(즉, 30g 이하 또는 2테이블스푼 이하)의 경우, 저지방 제품은 제품 50g당 3g 이하의 지방 함량을 갖는다. 무지방 또는 제로-지방 제품은 기준량 및 라벨 서빙당 지방 0.5g 미만의 지방 함량을 갖는다.
전술한 것 이외에, 본 발명의 반죽은 즉석 시리얼, 단맛 스낵 및 짠맛 스낵과 같은 압출 팽창 식제품에 통상적으로 사용되는 기타 첨가제를 포함할 수 있다. 이러한 첨가제는, 예를 들어 통상적인 양의 비타민, 무기질, 우유 부산물, 달걀 또는 달걀 부산물, 코코아, 바닐라 또는 기타 향, 천연 또는 인공 과일향, 양념(예: 계피 및/또는 육두구), 꿀향, 무수 꿀, 아몬드향 및 메이플향, 및 함유물(예: 견과류, 건포도 및 코코넛) 등을 포함할 수 있다.
팽창된 즉석 시리얼 및 스낵에 포함시키기에 적합한 단백질원을 본 발명의 반죽에 포함시켜 마이얄 갈변(Maillard browning)을 촉진하거나 단백질 강화를 제공할 수 있다. 단백질원은 무지방 무수 우유 고체, 건조 또는 분말 달걀, 이들의 혼합물 등을 포함할 수 있다. 단백질원의 양은, 예를 들어 반죽의 양을 기준으로 약 5중량％ 이하일 수 있다.
본 발명의 반죽 조성물은 반죽의 중량을 기준으로 팽창 시스템 약 5중량％ 이하를 함유할 수 있다. 사용될 수 있는 화학 팽창제 또는 pH 조절제의 예로는 알칼리성 물질 및 산성 물질(예: 중탄산나트륨, 중탄산암모늄, 칼슘산 포스페이트, 나트륨산 피로포스페이트, 인산이암모늄, 타르타르산, 트리나트륨 포스페이트 도데카히드레이트, 이들의 혼합물 등)이 있다. 효모는 단독 사용되거나 화학 팽창제와 병용될 수 있다.
본 발명의 반죽은 항진균제 또는 방부제(예: 칼슘 프로피오네이트, 칼륨 소르베이트, 소르브산 등)를 포함할 수 있다. 전형적인 양은 미생물 보존 안정성을 확보하기 위하여 반죽의 약 1중량％ 이하일 수 있다.
유화제는 본 발명의 반죽에 유효한 유화량으로 포함될 수 있다. 사용될 수 있는 전형적인 유화제로는 모노- 및 디-글리세라이드, 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르, 레시틴, 스테아로일 락틸레이트 및 이들의 혼합물이 있다. 사용될 수 있는 폴리옥시에틸렌 소르비탄 지방산 에스테르의 예는 폴리옥시에틸렌(20) 소르비탄 모노스테아레이트(폴리소르베이트 60), 폴리옥시에틸렌(20) 소르비탄 모노올리에이트(폴리소르베이트 80) 및 이들의 혼합물과 같은 수용성 폴리소르베이트이다. 사용될 수 있는 천연 레시틴의 예로는 대두, 평지자, 해바라기 또는 옥수수와 같은 식물로부터 유도된 것, 및 난황과 같은 동물 공급원으로부터 유도된 것이 있다. 대두유 유도성 레시틴이 바람직하다. 스테아로일 락틸레이트의 예는 알칼리 및 알칼리토 스테아로일 락틸레이트(예: 나트륨 스테아로일 락틸레이트, 칼슘 스테아로일 락틸레이트), 및 이들의 혼합물이다. 사용될 수 있는 유화제의 전형적인 양은 반죽의 약 3중량％ 이하이다. 본 발명의 반죽의 제조는 압출 팽창 식품(예: 즉석 아침식사용 시리얼) 및 압출 팽창 스낵의 생산에 사용되는 통상의 반죽 혼합 기법 및 설비를 사용하여 수행될 수 있다. 예를 들어, 반죽은 통상의 1축 또는 2축 조리 압출기를 사용하여 압출 다이를 통해 압출 조리 및 압출될 수 있다. 무수 성분 및 첨가수를 적어도 실질적으로 균질하게 혼합하고 가열하여 조리된 반죽을 얻은 다음, 팽창 스택 및 시리얼의 생산에 사용되는 통상의 압출 다이의 하나 이상의 개구를 통해 조리된 반죽을 압출시키기 위하여, 압출기에 통상의 중간 내지 고전단 스크루 형태를 장착할 수 있다. 중간 내지 고전단 조건이 사용되는 본 발명의 실시양태에서, 성형가능한 혼합물 또는 반죽을 얻기 위하여 성분들을 혼합하고 가열하는 동안 특정한 기계적 입력은 150Wh/㎏보다 클 수 있다. 난소화성 전분 III형 성분을 1종 이상의 곡분 성분과 예비배합하여 다른 반죽 성분과 혼합하기 위한 실질적으로 균질한 혼합물을 얻을 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 통상의 배치식 또는 연속식 혼합기를 사용하여 모든 성분을 포함하는 반죽을 만들 수 있다. 그 후, 부서지기 쉬운 반죽일 수 있는 반죽을 1축 스크루 압출기로 공급할 수 있다. 1축 스크루 압출기는 다이 플레이트에 대하여 반죽을 압착시키고 부스러기를 연속식 반죽상으로 가소화한 다음, 이를 압출 다이를 통해 압착시킨 후 개별 입자로 절단할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 반죽은 성분들을 실질적으로 가열하지 않고 통상적인 배치식 혼합기에서 또는 통상의 혼합기 또는 압출기만을 연속적으로 사용하여 제조할 수 있다. 그 다음, 반죽을 조리 및 압출하기 위한 조리 압출기로 공급할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 성분들을 혼합하고 가열하기 위하여 무수 성분 및 습윤 성분을 조리 압출기에 따로따로 공급하여, 조리 압출기의 다이 플레이트를 통해 압출되는, 조리되거나 적어도 실질적으로 호화된 반죽을 얻는다. 반죽을 연속적으로 혼합하고 조리한 후, 반죽을 압출 다이 플레이트를 통해 압출시키는 단계를 가능케 하는 1축 또는 2축 스크루 조리 압출기가 유리하게 사용된다. 공회전 교차식 2축 스크루 압출기(예: 스위스 소재의 부흘러(Buhler), 프랑스 소재의 클렉스트라(Clextral), 독일 소재의 베르너 안트 플라이더러(Werner and Pfleiderer), 영국 소재의 APV 또는 미국 소재의 웽거(Wenger)로부터 입수가능한 것) 또는 공혼련기(스위스 소재의 부스(Buss)로부터 입수가능함)를 본 발명의 실시양태에 사용할 수 있다. 사용되는 조리 압출기는 다수의 분리 온도조절 배럴 부분, 예를 들어 4 내지 8개의 배럴 부분을 가질 수 있다. 예를 들어, 팽창된 즉석 시리얼 및 스낵을 제조하기 위하여 6개의 온도조절 배럴 부분, 중간전단 스크루 프로필 및 1/4인치 2-스트랜드(strand) 다이를 갖는 베르너 ＆ 플라이더러 ZSK 25 MC 2축 스크루 조리 압출기를 본 발명에 사용할 수 있다.
본 발명의 방법에 따르면, 무수 성분 및 첨가되는 습윤 성분(예: 물)의 적어도 실질적으로 균질한 예비블렌드를 혼합하고, 적어도 저전단 혼합 조건하에, 바람직하게는 중간전단 혼합 조건하에 가열하여, 난소화성 전분 III형 성분 또는 대용 곡분을 실질적으로 파괴하거나 분해함 없이, 1종 이상의 곡분 성분 및 난소화성 전분 III형 성분 또는 대용 곡분을 가소화할 수 있다. 바람직한 실시양태에서, 무수 성분 및 습윤 성분 또는 가소화제를 조리 압출기의 상류 말단에 첨가하고, 혼합하고, 전분의 호화 온도보다 높게, 그러나 난소화성 전분 III형의 융점 또는 흡열 피크 온도 이하로 가열하면서, 압출기내에서 이들 성분을 혼합하고 운송한다. 짧은 체류시간동안 더 고온을 사용할 수 있지만, 프로스키 방법에 의해 측정된 총 식이섬유 함량의 손실을 가져올 수 있는 결정의 용융을 실질적으로 또는 본질적으로 완전히 피하는 온도를 사용하는 것이 바람직하다. 본 발명의 실시양태에서, 전분은 전분을 실질적으로 구조파괴하고 덱스트린화함이 없이 일부분 이상 호화된다. 호화 정도는, 예를 들어 약 75％ 이상, 예를 들어 약 90％ 이상이거나 또는 본질적으로 완전히 호화될 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 전분의 적어도 실질적인 호화를 달성하기 위하여, 전분 및 가소화제(바람직하게는 물) 혼합물을 약 100℃ 이상, 바람직하게는 약 120 내지 약 150℃, 약 125 내지 약 140℃의 블렌드의 압출 조리 온도에서 압출기 길이(l/d) 약 2 이상, 바람직하게는 약 3 내지 약 5 이상의 시간동안 유지시킬 수 있다. 예를 들어, 약 25％보다 많은, 예를 들어 약 50 내지 약 70％의 아밀로즈 함량을 갖는 전분에 있어서, 전분의 적어도 실질적인 호화를 확보하기 위하여, 중간 피치(pitch) 스크루 요소를 사용하여 약 150 내지 약 200rpm의 낮은 스크루 회전 속도에서 압출기내의 생성물 온도를 약 125℃에서 충분한 시간동안, 바람직하게는 압출기 길이 약 3 내지 약 5 l/d, 예를 들어 약 3 l/d의 시간동안 유지시키는 것이 필요할 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 전형적인 스크루 속도는 약 75 내지 약 275rpm, 바람직하게는 약 175 내지 약 225rpm일 수 있다. 높은 rpm은 더 많은 전단을 일으키고, 전분을 더 크게 덱스트린화하고 구조파괴하는 경향이 있다. 낮은 스크루 속도(rpm)도 또한 충전 정도를 증가시키므로 열전달 능력(즉, 가열 및 냉각)을 증가시킨다. 본 발명의 실시양태에서, 생성된 토크(torque)는 약 40 내지 약 60％일 수 있다.
본 발명의 실시양태에서, 조리 부분 또는 호화 부분 또는 가소화 대역내에서 유지되는 압력은 약 5 내지 100바, 바람직하게는 약 10 내지 50바일 수 있다.
조리 과정동안 압출기내에서 사용되는 전단의 전체적인 정량적 크기는 특정한 기계적 에너지 입력이다. 본 발명의 저전단 혼합 실시양태에서, 조리하는 동안의 특정 기계적 입력은 약 0.120kWh/㎏ 미만일 수 있다. 본 발명의 중간전단 혼합 실시양태에서, 조리하는 동안의 특정 기계적 입력은 약 0.12kWh/㎏ 내지 약 0.24kWh/㎏, 바람직하게는 약 0.15 내지 약 0.20kWh/㎏, 가장 바람직하게는 약 0.16 내지 약 18kWh/㎏일 수 있다. 본 발명의 고전단 혼합 실시양태에서, 조리하는 동안의 특정 기계적 입력은 약 0.24kWh/㎏보다 클 수 있다(예를 들어, 0.25 내지 약 0.35kWh/㎏, 또는 그 이상). 바람직한 실시양태에서, 조리하는 동안의 특정 기계적 입력은 약 0.24kWh/㎏ 미만, 바람직하게는 약 0.20kWh/㎏ 미만, 가장 바람직하게는 약 0.18kWh/㎏ 미만이다. 가장 바람직하게는, 조리하는 동안 중간전단 혼합을 본 발명에 사용한다.
압출기내에서의 성분들의 혼합은 저전단 또는 중간전단 혼합을 달성하기 위한 적당한 압출 스크루 형태를 사용하여 이행될 수 있다. 예를 들어, 압출기 배럴내의 축방향 배향된 누출흐름을 제공하기 위하여 서로 기울어져 엇갈려 있는, 교호 소피치 운송 요소 및 분배성 혼합 요소의 혼합물을 저전단 혼합에 사용할 수 있다. 교호 운송 요소 및 분배성 혼합 요소의 혼합물은 덩어리를 전단시키지 않고 물질흐름을 연속적으로 방해하여 낮은 기계적 에너지 입력량으로 물질을 혼합시킨다. 중간전단 혼합을 달성하기 위하여, 교호 소피치 운송 요소 및 혼련 블록의 혼합물, 및 임의로는 역스크루 요소를 사용할 수 있다. 고전단 혼합을 위하여, 중간전단 스크루 형태에 비하여 더 많은, 더 긴 혼련 블록 및 역스크루 요소를 사용할 수 있다.
본 발명의 다른 실시양태에서, 베르너 안트 플라이더러로부터 상업적으로 입수할 수 있는 ZME형, TME형, SME형 및 소위 IGEL형 요소의 스크루 요소와 같은, 저전단 분배성 혼합을 촉진하는 기타 압출기 스크루 형태를 사용할 수 있다. 중간전단 및 고전단 혼합을 위하여, 상업적으로 입수가능한, 다양한 길이 및 피치를 갖는 역스크루 요소 및 혼련 블록인 스크루 요소를 사용할 수 있다. 예를 들어, 상업적으로 입수가능한, 길이 12 내지 24㎜의 혼련 블록 또는 역스크루 요소를 중간전단 혼합 스크루 형태에 사용할 수 있다. 고전단 혼합 형태에 또한 길이 336㎜의, 상업적으로 입수가능한 혼련 및 역스크루 요소를 사용할 수 있다.
성분들을 충분히 혼합하고 분배하여 적어도 실질적으로 균질한 혼합물 또는 블렌드 또는 반죽을 얻기 위하여, 분배성 혼합 부분의 총 길이는 약 3 내지 12 l/d, 바람직하게는 약 4 내지 6 l/d일 수 있다.
그 다음, 난소화성 전분 III형 성분 또는 증량제 및 기타 성분, 또는 반죽의 적어도 실질적으로 균질한 혼합물을 압출기 다이 플레이트를 향해 운송할 수 있다. 운송은 혼합물을 압출하기 전에 혼합물이 다이 플레이트의 개구를 통해 강제로 보내질 수 있도록 충분한 압력을 구성하는 저피치 압출기 스크루 운송 요소의 사용에 의해 달성될 수 있다. 저피치 요소의 다른 기능은 마지막 압출기 배럴 부분내의 충전 정도를 증가시킨다는 것이다. 증가된 충전 정도는 최적의 점도 조절 및 후속 다이 개구를 통한 압출을 달성하기 위한 압출기 배럴내 혼합물의 온도 프로필의 제 어를 가능케 한다.
본 발명에서 사용할 수 있는 중간전단 혼합 스크루 형태(1)가 도 1에 예시되어 있다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 무수 성분의 무수 분말 혼합물(3)을 압출기(5)의 제1 배럴에 첨가한다. 제1 배럴에서, 16/16(피치/길이, ㎜) 혼합 및 운송 요소(8) 다음에, 분말을 혼합시키고 제2 및 제3 배럴로 운송하는 더 넓은 피치 36/36의 두 혼합 및 운송 요소(10)가 있는데, 분말과의 혼합을 위해 물(12)이 첨가된다. 물과 분말을 혼합하기 위하여, 4개의 더 작은 피치 24/24 요소(14) 다음에, 더욱 더 작은 피치 16/16 요소(16)가 사용된다. 전단은 두 혼련 블록 요소(18,20)를 갖는 혼련 블록 부분(17)의 사용에 의해 증가된다. 제1 또는 상류 혼련 블록 요소(18)는 45°각도의 5개 블록을 가지고, 길이가 24㎜이다(KB45/5/24라고 불림, 이때 KB는 혼련 블록을 나타내고 숫자는 각도/블록 수/길이를 나타냄). 제2 또는 하류 혼련 블록(20)은 KB45/5/12이다. 나중의, 더 짧은 혼련 블록 요소(20) 다음에, 혼련 블록 요소(18,20)보다 더 적은 전단을 일으키는 6개의 더 작은 피치 24/24 혼합 및 운송 요소(14)가 있다. 나머지 스크루 요소에 있어서, 교호 혼련 또는 증가된 전단 요소 뒤에 있는 더 이완된 혼합 및 운송 요소의 패턴은 압출기 다이(25)를 통한 반죽의 압출을 위하여 700㎜ 스크루의 끝까지 3번 더 반복된다. 혼련 블록 부분(28)과 혼련 블록 부분(28)의 길이 사이의 거리는 나머지 혼련 블록 부분(28)이 다이(25)에 더 가까워짐에 따라 감소된다. 따라서, 상류로부터 하류 방향으로의 나머지 축 요소는 1개의 KB45/5/24 요소(18), 1개의 KB45/5/12 요소(20), 5개의 24/24 요소(14), 2개의 KB45/5/12 요소(20), 3개의 24/24 요소(14), 1 개의 KB45/5/12 요소(20), 1개의 넓은 피치 36/36 요소(10), 1개의 24/12 요소(30) 및 1개의 24/24 요소이다.
본 발명의 실시양태에서, 조리된 반죽을 다이를 통해 약 100℃ 이상, 바람직하게는 약 125℃ 이상, 예를 들어 약 130 내지 약 160℃의 다이 온도 및 약 150psig 이상, 바람직하게는 약 250psig 이상, 예를 들어 약 200 내지 약 1000psig, 바람직하게는 약 300 내지 약 800pisg의 다이 압력에서 압출하여 조리된 반죽을 실질적으로 팽창시킬 수 있다. 압출물은 다이 바로 밖의 대기압에 노출되면 팽창하는데, 이를 수분의 "갑작스런 증발"이라 부른다.
반죽은 전형적인 개구 직경이 약 1 내지 약 10㎜, 바람직하게는 약 3 내지 약 8㎜, 예를 들어 약 3 내지 약 4㎜인 압출 다이를 통해 압출될 수 있다. 압출물 로프(rope) 및 제품의 직경은, 반죽 조성물이 다이를 나올 때, 실질적인 팽창으로 인하여 다이 개구의 직경보다 약 25 내지 약 300％, 바람직하게는 약 50 내지 약 200％ 더 클 수 있다. 다이를 나올 때 직경의 증가와 함께 팽창되거나, 팽화되거나, 발포성이거나, 균일한 기포 구조가 실질적으로 발달할 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 압출 팽창된 로프는 약 1.25 내지 약 30㎜의 횡단면 직경을 가질 수 있다.
팽창 및 조리된 반죽 또는 삼출물 로프를 회전 절단기, 펠렛화기 또는 회전 나이프를 사용하여 다이 면에서 절단할 수 있다. 다른 실시양태에서, 삼출물 로프는 즉석 시리얼 또는 팽창된 단맛 또는 짠맛 스낵을 제조하기 위한 통상의 절단 또는 성형 수단을 사용하여 다이로부터 절단할 수 있다. 절단 조각은 길이:직경 비 (l/d 비)가 약 0.5 내지 10, 예를 들어 약 1 내지 3일 수 있다. 일반적으로, 다이 면에서 절단할 때, 절단 조각은 l/d 비가 약 0.5 내지 약 3, 바람직하게는 약 1 내지 약 2일 수 있다. 다이로부터 절단할 때, 절단 조각은 한입 크기의 막대형 또는 더 긴 모양을 제공하는 것과 같은, 임의의 바람직한 l/d를 가질 수 있다.
본 발명의 방법에 따라, 입도는 보울 수명의 조절을 위하여 펠렛 또는 조각의 표면 대 체적 비를 조절하도록 변할 수 있다. 입도는, 예를 들어 압출 다이 개구에 상이한 직경을 사용함으로써 변할 수 있다. 입도는 또한 압출기 말단의 다이 플레이트에서 또는 로프가 단거리 운송된 후 압출기로부터 멀리 있는 다양한 속도의 절단기의 사용에 의해 변할 수 있다. 절단기의 속도를 변화시킴으로써, 절단 조각의 크기는 주어진 압출기 처리량에 대하여 변할 수 있다. 다이 플레이트로부터 단거리 이격된 가변 절단기(예를 들어, 약 0.5미터 내지 약 5미터)를 사용하면 추가의 표면 냉각, 추가의 표면 건조 및 감소된 점착성을 허용하여 로프가 조각으로 더 잘 절단되도록 한다.
본 발명의 실시양태에서, 압출된 조각을, 예를 들어 역회전 플레이킹(flaking) 롤을 사용하는 통상의 플레이킹 공정에 적용시켜, 인간 또는 동물 소비용 플레이크(flaked) 즉석 시리얼 또는 다른 플레이크 제품을 생성할 수 있다.
절단 및 임의의 플레이킹 후, 생성된 조각 또는 플레이크를 임의로는 충분히 연장된 저장안정성 또는 보관수명을 확보하는 충분히 낮은 수분함량으로 건조시킬 수 있다. 예를 들어, 조각을 건조시켜 약 9개월 이상동안, 바람직하게는 약 18개월 이상동안, 가장 바람직하게는 약 36개월 이상동안의 저장안정성 또는 보관수명 을 얻을 수 있다. 본 발명의 실시양태에서, 건조는 성분의 열안정성에 불리한 영향을 주지 않는 건조 온도를 사용하는 통상의 건조 설비를 사용하여 수행할 수 있다. 전형적인 건조 온도는 약 20 내지 약 120℃, 바람직하게는 약 60 내지 약 100℃, 더 바람직하게는 약 70 내지 약 90℃일 수 있다. 건조는 임의의 함유물을 제외한, 팽창 식제품의 중량을 기준으로, 약 12중량％ 미만, 바람직하게는 약 6중량％ 미만, 예를 들어 약 1 내지 약 4중량％의 수분함량을 달성하도록 수행될 수 있다.
본 발명의 팽창 압출 제품은 방부제 비함유 미생물 보관안정성을 위하여 상대 증기압("수분활성")이 약 0.7 미만, 바람직하게는 약 0.6 미만일 수 있다.
팽화된 공, 고리, 가닥, 막대, 별, 송이, 동물 모양 형태의, 감소된 칼로리의 즉석 시리얼, 및 기타 통상의 시리얼 모양 및 형태, 및 감소된 칼로리의 팽창 스낵(예: 치즈 볼, 치즈 스틱, 팽화 쌀 크래커 등)의 제조에 본 발명의 즉석 시리얼 반죽 또는 스낵 반죽을 사용할 수 있다.
본 발명을 하기 실시예에서 추가로 설명하는데, 달리 기술하지 않는 한, 모든 부, 비 및 비율은 중량 기준이고, 모든 온도는 ℃이다.
실시예 1
이 실시예에서, 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제-저항성 전분 III형 30중량％ 이상을 가지고 전분계 증량제(이후 X-150으로도 불림) g당 물 3g 미만의 보수력을 갖는 효소-저항성 전분 III형 성분 또는 증량제의 압출 기능성은 팽창 식제품의 제조에서 예 상외로 우수한 것으로 나타났다. 대조물로서 통상의 비가열처리된 밀가루를 사용하여, X-150의 예상외의 우수한 기능성을 하기 1) 내지 3)의 압출 기능성과 비교한다:
1) 상업적으로 입수가능한, 효소-저항성 전분 II형 성분(내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니에 의해 제조된 하이 메이즈 1043);
2) MDSC에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 실질적으로 140℃ 미만인 상업적으로 입수가능한 RS III형(하이 메이즈 330으로도 알려진 노벨로즈 330, 내셔널 스타치 캄파니); 및
3) 상업적으로 입수가능한, 효소-저항성 전분 IV형 성분(MGP 인그리디언츠(MGP Ingredients)에 의해 제조된, 화이버스타 70으로도 알려진 화이버심 70).
X-150 RS III형 성분 또는 증량제
본 발명에 사용되는, 흡열 피크 온도가 약 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제-저항성 전분 III형을 갖는 효소-저항성 전분 III형 성분 또는 증량제(X-150)는, 본원에 참조로 인용된, 헤인스 등에게 허여된 미국 특허 제6,013,299호, 제6,352,733호 및 제6,613,373호, 실시예 6, 샘플 MC-15에 개시된 바와 같이 생성될 수 있다. 본 발명에 사용될 수 있는, 본원에 개시된 바와 같은 X-150 RS III형 성분 또는 증량제는 열처리 후 난소화성 전분 III형 함량 또는 수율이 약 45.7％(건물질 기준)이고, 난소화성 전분 단리물의 용융 개시 온도가 약 129.6℃이고, 난소화성 전분 단리물의 융점 피크가 약 151.2℃이고, 난소화성 전분 단리물의 최종 융점이 약 165.2℃이고, 결정질 용융물의 효소-저항성 전분 엔탈피가 약 8.9J/g일 수 있다. 하기 표 3 및 표 4, 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 본 발명에서 압출 기능성을 설명하도록 사용되는 X-150 RS III형 성분(원료)의 이론적 총 섬유 함량은 50중량％이고, MDSC 엔탈피(역 열흐름)는 약 3.20J/g이고, 난소화성 전분 단리물의 용융 개시 온도는 약 140℃이고, 난소화성 전분 단리물의 융점 피크는 약 158℃이고, 난소화성 전분 단리물의 최종 융점은 약 169℃였다.
하이 메이즈 1043(난소화성 전분 II형)
하이 메이즈 1043은 그의 제조사 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니에 따르면 다음과 같은 특징을 나타낸다:
색: 백색 내지 회백색
형태: 미분
평균 입도: 10 내지 15미크론
수분: 최대 13％
총 식이섬유(AOAC 방법 991.43): 최소 60％(건물질 기준)
칼로리: 약 1.6㎉/g
노벨로즈 330 또는 하이 메이즈 330(난소화성 전분 III형)
노벨로즈 330 또는 하이 메이즈 330은 그의 제조사 내셔널 스타치 앤드 케미칼 캄파니에 따르면 다음과 같은 특징을 나타낸다:
색: 백색 내지 회백색
형태: 미분
평균 입도: 40미크론
수분(CML-100): 8％
총 식이섬유(AOAC 방법 991.43): 최소 30％(건물질 기준)
칼로리: 약 2.8㎉/g
화이버심 70(난소화성 전분 IV형)
화이버심 70은 그의 제조사 MGP 인그리디언츠에 따르면 다음과 같은 특징을 나타낸다:
색: 백색 내지 회백색
형태: 미분
수분: 10.6％(전형적)
총 식이섬유(AOAC 방법 991.43): 최소 70％(건물질 기준)
칼로리: 약 3.6㎉/g
압출 기능성은 밀도, 수분함량, 질감(취성) 및 기포 구조를 측정하여 평가하였다. 밀가루 대조물의 경우에 달성된 특성에 가까운 시리얼 특성을 획득한 난소화성 전분 성분은 최상의 압출 기능성을 갖는 것으로 생각되었다. 총 식이섬유를 사용하여 난소화성 전분 성분의 열안정성 및 전단안정성을 결정하였다.
압출 팽창 RTE 시리얼에 대한 표준 배합식에 따라 대조물을 생성하였다. 시험 샘플에서, 배합식내 총 곡분 중량(밀가루, 곡물 미분 및 보리 맥아 가루 포함)의 50％를 난소화성 전분, 즉 X150(변수 1), 하이 메이즈 1043(변수 2), 화이버심 70(변수 3), 또는 노벨로즈 330(배합식 1 및 2)으로 대체하여, 대용 곡분로서의 이들의 기능성을 시험하였다. 시험에 사용되는 설비, 배합식, 혼합 과정, 압출 과정 및 측정 과정은 다음과 같았다:
설비
규모
칭량 용기
호바트(Hobart) 혼합기: M-802 U; 보울 용량=80쿼트; 3HP 모터; 패들 부착
베르너 ＆ 플라이더러 ZSK 25 MC 2축 스크루 압출기; 1/4" 2-스트랜드 다이를 가짐, 중간전단 스크루 프로필로 구성됨(도 1에 도시됨)
계량 펌프: 어메리컨 레와 인코포레이티드(American Lewa, Inc.), 트리플렉스 피스톤 펌프(Triplex Piston Pump); 용량: 0-30 lb/hr
압출기에 대한 분말 공급기: 애큐리트 로스-인-웨이트(Accurate Loss-in-Weight) 공급기; 용량: 0-60 lb/hr
샘플 채취용 플락스틱 봉지.
배합식:
배합식은 하기 표 1에 나타내었다:
Figure 112006077096919-pat00001
혼합:
표 1에 나타낸 각 배합물내의 모든 무수 성분을 호바트 혼합기에서 4분동안 혼합하여 무수 공급물의 균질성을 확보하였다.
압출:
시리얼 샘플을 제조하기 위하여 압출기에 사용되는 작동 조건을 하기 표 2에 나타내었다:
Figure 112006077096919-pat00002
측정:
부피 밀도, 수분함량, 엔탈피, 용융 피크 온도, 색, 총 식이섬유 함량, 취성, 기포 구조 및 보울 수명의 측정은 다음과 같이 행하였다:
a. 부피 밀도는 a) 원통형 조각의 시리얼을 절단하고, 이를 칭량하고, 그의 직경 및 높이를 측정하고; b) 조각의 중량을 그의 체적(원통형 조각의 치수로부터 계산함)으로 나눔으로써 계산하였다.
b. 수분％는 진공 오븐내에서 16시간동안 70℃에서 가열함으로써 결정하였다.
c. 원료의 MDSC 엔탈피 및 용융 피크 온도는 실시예 2에서와 같이 측정하였다.
d. 시리얼의 MDSC 엔탈피 및 용융 피크 온도는 실시예 2에서와 같이 측정하였다.
e. 시리얼 샘플을 분쇄하고, 헌터 랩 유니버설 소프트웨어(Hunter Lab Universal Software) 4.01판이 장착된 헌터 랩 비색계(미니스캔(Miniscan) XE, 모델 번호 45/0-L, 헌터 어쏘씨에이트 래버러토리즈 인코포레이티드(Hunter Associate Laboratories Inc., 미국 버지니아주 레스톤 소재)를 사용하여 그의 L*, a* 및 b* 값(국제조명위원회의 표준 색 측정값임)을 측정하였다.
f. 프로스키 방법(문헌[AOAC method 991.43, J. Assoc. Anal. Chem., 68(2), pp.399(1985)] 및 문헌[AOAC, Official Methods of Analysis, J. Assoc. Anal. Chem., 15th ed., pp.1105-1106(1990)])을 사용하여 각 시리얼의 총 식이섬유 함량을 측정하였다.
g. 무수 압출 시리얼의 취성은 25㎏ 하중계가 장착된 질감 분석기(TA-XT2, 텍스쳐 테크날러지스 코포레이션(Texture Technologies Corporation), 미국 뉴욕주 스카르데일 소재)를 사용하여 측정하였다. 시험은 길로틴(guillotine)을 사용하여 샘플을 자르고, 변형에 대한 저항성을 측정하는 것으로 이루어졌다. 취성은 피크 힘(g) 대 피크 거리 (최대 피크 힘이 일어날 때의 변형, ㎜)를 그래프화하여 얻었다. 텍스쳐 엑스퍼트 엑시드(Texture Expert Exceed) 소프트웨어(미국 뉴욕주 스카스데일 소재의 텍스쳐 테크날러지스 코포레이션)를 사용하여 데이터를 수집하였다.
h. 기포 구조는 디지탈 카메라(리프 칸타르(Leaf Cantare) xy 디지털 백(digital back)이 달린 하셀블라드(Hasselbald, 스웨덴 소재) 555 ELD 중형 포맷(format))를 사용하여 포착하였다. 각 샘플에 대하여 동일한 배율에서 시리얼 샘플의 횡단면 사진을 포착하였다.
i. 보울 수명은 시리얼 샘플을 8℃의 물에 30분동안 담근 다음, 250㎏ 하중계가 장착된 TA-XT2(HDi, 미국 뉴욕주 스카스데일 소재의 텍스쳐 테크날러지스 코포레이션)를 사용하여 압축하였을 때, 힘 대 거리(변형)를 그래프화하여 결정하였다. 시리얼의 밀도는 가변적이기 때문에, 시험 내내 일정한 체적을 유지시켰다(중량을 기록하였음). 텍스쳐 엑스퍼트 엑시드 소프트웨어(미국 뉴욕주 스카스데일 소재의 텍스쳐 테크날러지스 코포레이션)를 사용하여 데이터를 수집하였다.
부피 밀도, 수분함량, 엔탈피, 용융 피크 온도 및 색에 대한 최종 제품 특성 측정 결과를 하기 표 3에 나타내었고, 섬유 함량에 대한 측정값은 하기 표 4에 나타내었다:
최종 제품의 특성 측정
부피 밀도
(g/㎤)		 수분
(％)		 MDSC 엔탈피
@>140℃
(J/g)* 		RS
최고융점
(℃)		 색가
L*,a*,b*
X150, 원료 - - 3.20 158.0 -
하이 메이즈 1043, 원료 - - 0 없음 -
화이버심 70, 원료 - - 0 없음 -
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 원료 - - 1.22 106.2 -
대조용 시리얼 0.452 9.73 0 없음 70.61,
3.81,
25.33
X150 시리얼, 50％ 대용 곡분 0.309 9.99 2.87 152.1 68.49,
4.62,
25.59
하이 메이즈 1043 시리얼, 50％ 대용 곡분 0.195 10.02 1.70 147.8 75.29,
2.47,
22.26
화이버심 70 시리얼, 50％ 대용 곡분 0.365 7.81 0 없음 73.39,
3.21,
26.74
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 50％ 배합식 1B 0.2924 8.6 - - -
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 50％ 배합식 1C 0.3276 9.3 - - -
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 15％ 배합식 2A 0.4151 10.0 - - -
* 각각 곡분 g, 곡분 블렌드내 X150 g, 곡분 블렌드내 하이 메이즈 g, 또는 곡분 블렌드내 화이버심 g당 주울
압출 RTE 시리얼내 섬유 함량
총 식이섬유％, 이론치a AOAC
총 식이섬유％b 		RS 성분내
섬유 보유율％c
X150 성분 50 - -
하이 메이즈 1043 성분 62 - -
화이버심 70 성분 70, min 80 -
노벨로즈 330(하이 메이즈 330) 성분 30 - -
대조용 시리얼 5.58 7.7 -
X150 시리얼, 50％ 대용 곡분 23.3 22.4 96
하이 메이즈 1043 시리얼, 50％ 대용 곡분 30,7 19.4 63
화이버심 70 시리얼, 50％ 대용 곡분 34.1 12.60 37
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 50％ 배합식 1B 15.8 13.2 83.5
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 50％ 배합식 1C 15.7 12.9 82.2
노벨로즈 330(하이 메이즈 330), 15％ 배합식 2A 9.76 8.45 86.6
a 명세서에 나타낸 성분의 섬유 함량에 기초하여 계산함
b AOAC 991.43에 의해 측정됨
c 명세서에 나타낸 RS 성분내 총 식이섬유％ 대 가공후 RS 성분내 섬유％에 기초하여 계산함
결과에 대한 고찰:
A. RS II형 및 RS IV형
하이 메이즈 1043 및 화이버심 70을 함유하는 샘플의 압출은 공급구에서의 케이크화를 방지하기 위하여 대조물 및 X-150 함유 샘플과는 상이한 조건에서 실행하였다. 하이 메이즈 1043 압출은 대조물 및 X-150 함유 샘플보다 더 높은 스크루 속도 및 더 낮은 분말 및 물 공급속도에서 수행하여, 대조물 및 X150 샘플내 첨가수가 7.41중량％이고 하이 메이즈 1043 샘플내 첨가수가 8.54중량％이었다. 화이버 70 압출은 대조물 및 X-150 함유 샘플보다 더 높은 스크루 속도 및 약간 더 높은 분말 공급속도 및 더 낮은 물 공급속도에서 수행하여, 화이버심 70 샘플내 첨가수가 5.62중량％이었다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 세가지 시험 샘플의 부피 밀도는 다음의 순서로 대조물보다 낮았다: 화이버심 70>X150>하이 메이즈 1043. 부피 밀도는 표준 체적내 표준 중량의 시리얼의 충전을 다룰 때 중요한 변수이다.
수분함량은 대조물 및, X-150 및 하이 메이즈 1043을 함유하는 샘플에서 유사한데, 이는 수분이 압출 다이에서 효과적으로 "증발"되었음을 나타낸다. 화이버심 70을 함유하는 샘플은 압출에 사용된 조건으로 인하여 낮은 수분함량을 나타내었다.
표 3 및 도 6에 나타낸 바와 같이, 난소화성 전분 원료 X150, 하이 메이즈 1043, 화이버심 70(화이버스타 70) 및 노벨로즈 330(하이 메이즈 330)의 MDSC 엔탈피(역 열흐름)는 140℃보다 높은 온도에서 각각 3.20J/g, 0J/g, 0J/g 및 1.22J/g이었다.
대조물은 140℃ 이상의 MDSC 엔탈피를 나타내지 않았는데, 이는 효소-저항성 전분이 존재하지 않고 가공중에 아무 것도 생성되지 않았음을 나타낸다. X150을 함유하는 시리얼 샘플은 X150 원료 물질에 필적하는 2.87J/g(곡분 블렌드내 X150의 g을 기준으로)의 MDSC 엔탈피(역 열흐름)를 나타내었는데, 이는 X150 성분이 압출하는 동안 안정하였음을 나타낸다. 또한, 이 샘플은 효소-저항성 전분 성분(하기 실시예 2 참조)에 상응하는 152.1℃의 높은 융점을 나타내었다. 이 샘플은 압출하는 동안 변하지 않은 채로 있기 때문에, X150은 최종 제품에서 식별하기가 매우 쉬웠다.
하이 메이즈 1043을 함유하는 시리얼 샘플은 약 1.70J/g(곡분 블렌드내 하이 메이즈 1043의 g을 기준으로)의 MDSC 엔탈피(역 열흐름)를 나타내었다. 따라서, 압출하는 동안 고온/수분 공정에 의한 것으로 생각되는 결정질 난소화성 전분의 생성이 일어났다. X150보다 작은 엔탈피는 더 적은 결정도 및 더 적은 함량의 효소-저항성 전분을 갖는 샘플을 나타내었다. 또한, 생성된 효소-저항성 전분은 X150보다 낮은 융점을 가졌다. 화이버심 70을 함유하는 시리얼 샘플은 MDSC 엔탈피(역 열흐름)를 나타내지 않았다.
L*, a* 및 b* 값은 X150 함유 샘플이 대조물보다 색이 더 어둡고 더 적색임을 나타내었는데, 이는 X150 성분 자체의 어두운 색 때문인 것으로 예상되었다. 이 색은 필요하다면 상기 성분의 상업적 제조중에 변경할 수 있다. 하이 메이즈 1043을 함유하는 샘플은 하이 메이즈 1043 성분의 백색 때문에 대조물보다 색이 더 밝고, 덜 빨갛고, 덜 노랗다. 화이버심 70을 함유하는 샘플은 화이버심 70 성분의 백색 때문에 대조물보다 색이 더 밝고, 덜 빨갛고, 약간 더 황색이었다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 난소화성 전분내 이론적 총 식이섬유 함량은, 제품 명세서에 나타낸 성분의 섬유 함량을 기준으로 다음과 같았다: X-150=50％; 하이 메이즈 1043=62％; 화이버심 70=70％(AOAC 991.43 방법을 사용하여 80％에서 분석되었지만); 노벨로즈 330(하이 메이즈 330)=30％.
하이 메이즈 1043을 함유하는 시리얼 샘플은 X150을 함유하는 시리얼 샘플보다 높은 이론적 식이섬유 함량(명세서에 나타낸 성분의 섬유 함량에 기초하여 계산됨)을 가졌지만, X150을 함유하는 시리얼 샘플의 AOAC 총 식이섬유 측정값은 하이 메이즈 1043을 함유하는 시리얼 샘플보다 높았다. 계산된 섬유 보유율％(즉, 가공을 견딘 섬유+가공중에 생성된 섬유)은 X150 시리얼의 경우 96％ 및 하이 메이즈 1043 시리얼의 경우 겨우 63％이었다.
화이버심 70을 함유하는 시리얼 샘플은 나머지 샘플보다 높은 이론적 식이섬유 함량(성분의 측정된 섬유 함량(80％)에 기초하여 계산됨)을 나타내었지만, 화이버심 70을 함유하는 시리얼 샘플의 측정된 AOAC 총 식이섬유 ％는 모든 샘플중에서 가장 낮았다. 계산된 섬유 보유율％은 겨우 37％이었다. 이는 화이버심 70이 압출하는 동안 존재하는 고온 및 고전단 조건을 완벽하게 견디지 않았음을 나타낸다. 시리얼 취성은 도 2에 나타내었다. 높은 피크 힘 및 낮은 피크 거리는 취약한 샘플에 상응할 것이고, 한편 낮은 피크 힘 및 높은 피크 거리는 덜 취약한 샘플에 상응할 것이다. x 및 y축 오차 막대는 ±1 표준편차를 나타내고, 마름모는 평균을 나타낸다. 겹치는 오차 막대는 서로 거의 상이하지 않은 샘플을 나타낸다. 이러한 경우에서, 대조물, X-150 및 화이버심 70 샘플은 상당히 상이한 피크 힘 또는 상당히 상이한 피크 거리를 나타내지 않았고, 이는 이들이 유사한 취성을 가짐을 나타낸다. 하이 메이즈 1043 샘플은 나머지 샘플보다 큰 피크 거리를 나타내었고, 이는 더 낮은 취성을 나타낸다. 하이 메이즈 1043 샘플은 X150 또는 화이버심 70 샘플과는 상당히 상이한 피크 힘을 나타내지 않지만, 대조물보다 상당히 더 부드러웠다(더 낮은 피크 힘).
도 3에 나타낸 바와 같이, 공기 기포는 나머지 샘플에서보다 대조물에서 많고, 더 컸으며, 이는 부피 밀도에 관계될 수 있는 특징이다. 기포 구조는 수분함량, 수분 증발 및 곡분 블렌드(매트릭스)의 물리화학적 특성에 의해 좌우되는, 압출중 팽창의 결과이다.
도 4에 나타낸 바와 같이, X150을 함유하는 시리얼 샘플은 다른 두 난소화성 전분-함유 샘플에 비하여 보울 수명이 우수하였다. 즉, 8℃의 물에 30분동안 담근 후의 X150 샘플 힘 대 거리(변형) 행동은 화이버심 70 및 하이 메이즈 1043보다는 대조물에 더 가까웠다. 예를 들어, 힘 대 거리 그래프에서 10㎜의 거리가 선택되면, 대조물은 나머지 샘플보다 더 딱딱하고(더 큰 힘), X150은 하이 메이즈 1043 및 화이버심 70보다 더 딱딱하였다(더 큰 힘). 23㎜보다 큰 변형에서 동일한 행동이 관찰되었다. 15 내지 23㎜의 변형에서는, 화이버심 70이 하이 메이즈 1043 및 X150보다 큰 힘을 나타내었지만, 그의 힘 대 변형 곡선은 대조물과는 매우 상이한 방식으로 행동하였다.
요약하자면, 상기 논의된 결과에 의해 알 수 있듯이, X150을 함유하는 샘플은 하이 메이즈 1043 및 화이버심 70에 비하여 우수한 압출 기능성 및 식이섬유 함량을 나타내었다.
B. RS III형(노벨로즈 330 또는 하이 메이즈 330)
15％ 노벨로즈 330을 갖는 배합물 #2를 먼저 실험하였다. 이것은 잘 압출되고 형성되었다. 이를 다이 면에서 절단하여 구형의 시리얼 조각을 형성하였다. 가공상의 문제는 없었다. 50％ 하이 메이즈 330을 갖는 배합물 #1은 배합물 #2와 동일한 표적 가공 조건에서 가공하기가 어려웠다. 압출기 배럴내의 반죽 팽윤 및 팽창에 의해 공급 배럴에 분말이 채워지고 결국에는 압출기가 정지하였다. 압출하는 동안의 반죽 팽창을 상쇄시키기 위하여 공급속도를 낮추고 스크루 rpm을 증가시키는 것이 필요하였다. 공급속도는 배합물 #1의 33.7 lb/h에 대하여 30 lb/h로 낮추고, 스크루 rpm은 배합물 #1의 200에 대하여 300으로 상승시켰다. 교정된 가공 조건하에서, 제품을 압출 조리하고 구형 시리얼 조각으로 성형하는 것이 가능하였다.
노벨로즈 330을 50％ 대체율로 함유하는 샘플의 압출을 15％ 대체 수준에서보다 높은 스크루 속도 및 낮은 분말 및 물 공급속도에서 작동시켜 더 낮은 처리량이 얻어졌다. 대조물 또는 15％ 대체 수준과 동일한 조건하에 작동되는 경우, 공급구에서 케이크화된 노벨로즈 330 공급물은 스크루 요소에 의해 쉽게 수송되지 않았고, 압출기 배럴내에서 물질이 역류되거나 또는 타버렸다.
표 3에 나타낸 바와 같이, 곡분 블렌드의 15％를 노벨로즈 330으로 대체한 시리얼은 곡분 블렌드의 50％를 노벨로즈 330으로 대체한 시리얼보다 대조물에 더 가까운 부피 밀도를 나타내었고, 이는 표준 체적내의 표준 중량의 물질의 충전을 다룰 때 중요한 변수이다.
수분함량은 효소-저항성 전분을 함유하는 샘플에서 유사하였고, 모두 대조과 유사하였는데, 이는 수분이 모든 샘플의 경우 다이 출구에서 효과적으로 "증발"되었음을 나타낸다.
표 4에 나타낸 바와 같이, 노벨로즈 330을 함유하는 시리얼 샘플은 노벨로즈 330이 없는 시리얼 샘플(대조물)보다 더 높은 이론적 식이섬유를 가졌다. 섬유 값은 곡분 블렌드의 섬유 함량(곡분 성분내 섬유에 대한 USDA 영양 데이터베이스에 따라) 및 명세서에 나타낸 노벨로즈 330 섬유(노벨로즈 330에 대하여 30％)에 기초하여 계산된다. 노벨로즈 330을 함유하는 시리얼 샘플에 대한 AOAC 총 식이섬유 방법에 따라 측정된 값은 노벨로즈 330을 함유하는 시리얼 샘플에 대하여 예상된 것보다 낮았다. 시리얼내의 계산된 섬유 보유율％은 82.2％에 상응하였고, 배합식 1의 곡분 블렌드의 50％ 대체율로 사용된 노벨로즈 330의 섬유 보유율은 83.5％이고 노벨로즈가 15％ 곡분 대체율로 사용된 섬유의 보유율은 86.6％이었다.
도 5에 나타낸 압출된 시리얼 취성에 있어서, x축 및 y축 오차 막대는 ±1 표준 편차를 나타내고, 점은 평균을 나타낸다. 겹치는 오차 막대는 서로 거의 상이하지 않은 샘플을 나타낸다. 이러한 경우에서, 15％ 노벨로즈 330 샘플은 50％ 노벨로즈 샘플과 상당히 상이한 피크 힘을 나타내고, 이는 이들이 상이한 취성을 가짐을 나타낸다. 50％ 수준의 노벨로즈 330을 갖는 샘플은 대조물 및 15％ 샘플에서보다 큰 피크 거리를 나타내었는데, 이는 더 낮은 취성을 나타낸다.
실시예 2 : 난소화성 전분 II형, III형 및 IV형의 용융 프로필 및 난소화성 전분 II형, III형 및 IV형을 함유하는 시리얼의 용융 프로필의 결정(MDSC에 의함)
난소화성 전분 II형, III형 및 IV형, 및 이들 성분을 함유하는 시리얼의 용융 프로필 또는 열 특징을 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정하였다. 이 기법에서, 분석할 물질을 안정된 속도로 부가되는 프로그램화된 톱니 패턴의 가열 및 냉각에 의해 안정한 속도로 가열한다. 톱니 패턴에서 온도 변동은 약 1℃이다. MDSC 기법에 의해 평형 융점의 분석을 더 정밀하게 할 수 있는데, 이 기술은 비가역적 분해와 같은 중복 열 사건을 분리하기 때문이다.
성분을 특징화하는데 사용되는 기기 및 방법은 다음과 같다:
a) 기기: TA 인스트루먼츠(TA Instruments) DSC 2920 콘트롤러(Controller), TA 인스트루먼츠 2920 모듈 및 TA 인스트루먼츠 RCS 1061 장치를 포함하는, TA 인스트루먼츠 변조 시차 주사 열량계(MDSC).
b) 샘플 팬(Pan): o-고리가 달린 퍼킨-엘머(Perkin-Elmer) 스테인레스강 고압 캡슐
c) 샘플 제조: 성분들을 물과 1:1의 고체 대 물 비로 혼합한다. 축축한 성분 약 30㎎을 DSC 샘플 팬에서 칭량한다. 시리얼 샘플을 물과 혼합하기 전에 미분으로 분쇄하였다.
d) 기기 보정: 변조 DSC를 기저선, 기포 상수, 온도 및 열용량에 대하여 다음과 같은 공지의 방식으로 보정한다:
1. 기저선 보정: 2개의 빈 샘플 팬을 사용하여 10 내지 270℃에 걸쳐(가열 속도 5℃/min) 기저선 기울기 및 기저선 잔류편차(offset)를 결정한다.
2. 기포 상수 보정: 기준물질로서 인듐을 사용한다.
3. 온도 보정: 인듐과 주석을 사용하여 두 지점에서 보정한다.
4. 열용량 및 샘플 특징화: DSC 보정 데이터 분석 소프트웨어 프로그램을 사용하여 보정 모드에서 기기에 적당한 DSC 보정 수정을 한다. 열용량은 사파이어, 고밀도 폴리에틸렌 및 폴리에틸렌 테레프탈레이트를 사용하여 공지의 방식으로 보정한다. 샘플은 80초마다 ±0.5℃의 변조 및 25℃부터 200℃까지 4℃의 상승속도를 사용하는 변조 모드의 MDSC에 의해 특징화된다. 결과를 분석하기 위하여, 역 열흐름 곡선을 130℃부터 164℃까지 적분하여 효소-저항성 전분 II형 및 III형의 엔탈피를 측정하였다. 샘플을 2번 이상 실험한다.
하이 메이즈 1043, X150 및 화이버심 70에 대한 MDSC 분석 결과를 도 6에 나타내었다. 하이 메이즈 1043의 경우, 용융의 개시는 약 93℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 101℃이고, 용융 종점은 약 112℃에서 일어난다. X150의 경우, 용융의 개시는 약 135℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 151.2℃이고, 용융 종점은 약 165℃에서 일어난다. 화이버심 70의 경우, 용융의 개시는 약 68℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 75℃이고, 용융 종점은 약 95℃에서 일어난다. 소프트웨어는 흡열 피크의 엔탈피(J/g)를 계산한다.
난소화성 전분 성분을 함유하는 시리얼의 MDSC 분석 결과도 또한 도 6에 나타나 있다. 하이 메이즈 1043을 함유하는 시리얼의 경우, 용융의 개시는 약 140℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 148℃이고, 용융 종점은 약 155℃에서 일어난다. X150을 함유하는 시리얼의 경우, 용융의 개시는 약 135℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 152℃이고, 용융 종점은 약 165℃에서 일어난다. 화이버심 70을 함유하는 시리얼의 경우, MDSC 엔탈피 피크가 없었다. 소프트웨어는 흡열 피크의 엔탈피(J/g)를 계산한다.
다른 상업적으로 입수가능한 난소화성 전분 III형인, 하이 메이즈 330(미국 뉴저지주 브릿지워터 소재의 내셔널 스타치 앤 케미칼 캄파니)으로도 알려진 노벨로즈 330의 MDSC 결과는 도 6에 나타나 있다. 용융의 개시는 약 101℃에서 일어나고, 흡열 피크 또는 융점은 약 106.2℃이고, 용융 종점은 약 130℃에서 일어난다. 따라서, 이것이 난소화성 전분 III형일지라도, X150보다 낮은 온도에서 용융하는데, 이는 아침식사용 시리얼 제조에 사용되는 조건과 같은 고온 압출 조건을 견디지 못함을 나타내고, X-150은 압출 팽창 식제품의 생산시 섬유로서 예상외로 우수한 기능성을 나타낸다.
본 발명에 따라 생성된 RTE 시리얼과 같은 압출 팽창 식제품은 부피 밀도, 수분함량, 바삭하고 아삭한 질감, 보울 수명 및 기포 구조의 면에서 우수한 압출 특징을 나타낸다.

Claims (20)

  1. a. 물, 곡분, 및 호화된 전분계 증량제를 혼합하여 반죽을 형성하고, b. 반죽을 압출 조리하고, c. 조리된 반죽을 100℃ 이상의 다이 온도 및 150psig 이상의 다이 압력에서 다이를 통해 압출시켜, 조리된 반죽을 실질적으로 팽창시키고, d. 팽창되고 조리된 반죽을 조각으로 절단함을 포함하며,
    상기 증량제가 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제-저항성 전분 III형 30중량％ 이상을 포함하고, 전분계 증량제의 보수력이 전분계 증량제 g당 물 3g 미만이고, 호화된 전분계 증량제의 총 식이섬유 보유율이 압출 후 90중량％ 이상인, 고함량의 난소화성 전분을 갖는 팽창 식제품의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 30중량％ 이상인 팽창 식제품의 제조 방법.
  3. 제1항에 있어서, 반죽의 압출 조리를 100℃ 이상의 온도에서 수행하는 팽창 식제품의 제조 방법.
  4. 제1항에 있어서, 압출을 200psig 내지 1000pisg의 다이 압력에서 수행하는 팽창 식제품의 제조 방법.
  5. 제1항에 있어서, 조각의 부피 밀도가 0.25g/㎤ 내지 0.45g/㎤인 팽창 식제품의 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서, 조각의 평균 피크 힘 취성(average peak force brittleness) (부서짐이 발생하는 힘의 평균)이 3000g 이상이고, 평균 피크 거리 취성(average peak distance brittleness) (부서짐이 발생할 때 변형된 길이의 평균)이 4㎜ 미만인 팽창 식제품의 제조 방법.
  7. 제1항에 있어서, 다이를 통한 조리 반죽의 압출을 125℃ 이상의 다이 온도 및 250psig 이상의 다이 압력에서 수행하는 팽창 식제품의 제조 방법.
  8. 제1항에 있어서, 증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 50중량％ 이상인 팽창 식제품의 제조 방법.
  9. 제1항에 있어서, 다이 온도가 130℃ 내지 160℃인 팽창 식제품의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서, 압출을 300psig 내지 800psig의 다이 압력에서 수행하는 팽창 식제품의 제조 방법.
  11. 제1항에 있어서, 물 공급속도가 곡분, 증량제 및 첨가수의 총 공급속도를 기준으로 8.5중량％ 미만인 팽창 식제품의 제조 방법.
  12. 제1항에 있어서, 증량제가 아밀라제-저항성 전분 III형 45중량％ 이상을 포함하는 것인 팽창 식제품의 제조 방법.
  13. 제1항에 있어서, 팽창 식제품이 즉석(ready-to-eat) 시리얼인 팽창 식제품의 제조 방법.
  14. 제1항에 있어서, 팽창 식제품이 단맛 또는 짠맛 스낵인 팽창 식제품의 제조 방법.
  15. a. 물, 곡분, 및 호화된 전분계 증량제를 혼합하여 반죽을 형성하고, b. 반죽을 압출 조리하고, c. 조리된 반죽을 100℃ 이상의 다이 온도 및 150psig 이상의 다이 압력에서 다이를 통해 압출시켜, 조리된 반죽을 실질적으로 팽창시키고, d. 팽창되고 조리된 반죽을 조각으로 절단함을 포함하며,
    상기 증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 30중량％ 이상이고, 증량제가 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제-저항성 전분 III형 30중량％ 이상을 포함하고, 전분계 증량제의 보수력이 전분계 증량제 g당 물 3g 미만인, 고함량의 난소화성 전분을 갖는 팽창 즉석 시리얼의 제조 방법.
  16. 제15항에 있어서, 증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 50중량％ 이상인 팽창 즉석 시리얼의 제조 방법.
  17. 제15항에 있어서, 조각의 평균 피크 힘 취성이 3000g 이상이고, 평균 피크 거리 취성이 4㎜ 미만인 팽창 즉석 시리얼의 제조 방법.
  18. 제15항에 있어서, 조각의 부피 밀도가 0.25g/㎤ 내지 0.45g/㎤인 팽창 즉석 시리얼의 제조 방법.
  19. 곡분 및 호화된 전분계 증량제를 포함하고,
    증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 30중량％ 이상이고, 증량제가 변조 시차 주사 열량계(MDSC)에 의해 결정된 흡열 피크 온도가 140℃ 이상인 융점을 갖는 아밀라제-저항성 전분 III형 30중량％ 이상을 포함하고, 전분계 증량제의 보수력이 전분계 증량제 g당 물 3g 미만이며,
    평균 피크 힘 취성이 3000g 이상이고 평균 피크 거리 취성이 4㎜ 미만이며, 부피 밀도가 0.25g/㎤ 내지 0.45g/㎤인, 고함량의 난소화성 전분을 갖는 팽창 스낵.
  20. 제19항에 있어서, 증량제의 양이 증량제 및 곡분의 중량을 기준으로 50중량％ 이상인 즉석 시리얼인, 고함량의 난소화성 전분을 갖는 팽창 스낵.
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