KR101444177B1 - 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
미강의 입자크기를 조절하여 미강 내 유용 성분을 원활하게 추출할 수 있는 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법이 개시된다. 이를 위하여 미강을 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 통과한 미강을 pH 6 내지 10 범위의 추출용매에 첨가하여 혼합한 후 침전물을 제거하여 추출물을 추출하는 1차 분리단계와, 상기 1차 분리단계를 통해 추출된 추출물을 원심분리기로 원심분리하여 상등액을 분리하는 2차 분리단계, 및 상기 상등액을 건조하여 분말을 생성하는 건조단계를 포함하는 천연 유화안정제의 제조방법을 제공한다. 간단한 공정을 통하여 경제성이 우수한 투명 발열기판을 제작할 수 있다. 본 발명의 기존에 미강추출물이 가지고 있었던 탈지미강 원료 사용으로 인한 잔류 유기용매 문제 및 강알칼리 추출용액 사용에 의한 폐수발생, 유전자 조작 공정으로 생산한 효소에 의한 교차 오염 문제를 방지할 수 있다.
Description
본 발명은 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 천연재료인 미강에 열 또는 압력을 가하거나 리파아제 분해를 위해 단백분해효소를 첨가하는 대신 미강의 입자크기를 조절하여 미강 내 유용 성분을 원활하게 추출할 수 있는 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법에 관한 것이다.
미강은 현미를 백미로 도정하는 과정 중에 생성되는 부산물로 식이섬유, 단백질, 지질, 비타민, 미네랄이 고르게 풍부하다는 것이 알려져 있어 오래전부터 식품으로서 이용하려는 시도가 있었다.
특히, 최근에는 미강 내에 항산화물질이 풍부하다는 것이 알려지면서 이것을 이용하여 건강식품에 이용하려는 시도가 늘고 있다.
그러나, 미강은 생산과 동시에 조직 세포내 리파아제가 활성화되어 미강 내 지방산들이 분해되고, 이때 생성된 유리 지방산들은 산패가 쉽게 진행되어 식품으로의 활용이 어렵다는 문제점이 있었다.
한편, 미강으로부터 유용한 기능성 성분들을 추출하려는 시도는 예전부터 많이 시도 되었는데, 특히 미강 중량비로 약 20%를 차지하는 지방산 성분들은 대두처럼 노멀헥산(n-hexane)과 같은 유기용매로 잘 추출되므로 이를 이용한 식용유지 생산이 아시아, 미국, 브라질 등을 중심으로 상당히 발달되어 있다.
이러한 방식으로 생산된 미강유는 항산화물질인 감마오리자놀이 풍부하여 산패가 잘 일어나지 않는다는 장점을 가지고 있으며, 지방산 추출 후 남은 탈지 미강은 수용성인 기능성 물질을 잘 보존하고 있고, 가격이 저렴하다는 장점이 있어 많은 연구자들에 의해 연구되었으나, 잔류하는 유기용매 때문에 식품으로의 활용이 어려워 주로 사료로만 활용된다는 단점이 있다.
이를 극복하기 위해, 유기용매로 지방을 추출하지 않고 기능성 성분을 추출해내는 방법이 연구되었으며, 2000년에는 미국에서 이런 방법으로 미강을 활용한 식품첨가소재 기술을 개발하여(미국특허 6,054,149) 씨리얼, 스낵, 빵 등에 천연 식품 첨가물로서 전 세계적으로 널리 이용되고 있다. 이 기술은 안정화된 미강에 알칼리 용액을 처리하여 가용성 부분을 추출, 분리 건조하는 기술로서 최대 pH 12까지의 강알칼리 조건에서 추출하기 때문에 색상의 변화 및 리시노알라닌(lysinoalanine)과 같은 발암 물질이 생성될 가능성이 있으며, 중화에 따른 폐수발생 등의 문제로 식품안전에 대한 이슈 및 환경관련 이슈와 생산비용 상승 등의 문제를 수반하게 된다.
또한, 기존 기술에서 원료로서 사용된 미강은 생산된 지 수주 이후에 가공처리를 함으로써, 미강 내 리파아제에 의해 자연적으로 지질이 상당량 가수분해 되고, 이로 인해 산패가 급속히 진행되어 식품원료로서 사용이 불가능하기에 미리 열 또는 압력을 가하여 안정화시킨 후 사용해야 하며, 추가로 리파아제 분해를 위한 단백분해효소를 첨가해야할 필요가 있다.
그러나, 미강에 열이나 압력을 가하게 되면 미강 중 단백질이 변성되어 유화력과 풍미가 떨어지는 단점이 있다. 그리고 리파아제 분해를 위해 단백분해효소를 첨가하게 되면, 리파아제 외 다른 단백질까지 분해하기 때문에 유화능이 떨어지는 문제가 있다. 또한, 제거되지 않은 지방에서 유래하는 산패취 때문에 실제 식품으로의 활용이 어렵다는 단점이 있다.
따라서, 본 발명의 목적은 pH 12 정도였던 추출 pH 조건을 pH 10 이하의 조건으로 개선하여 색상의 변화를 최소화하고, pH 조건이 10 이상일 경우 발생할 가능성이 있는 발암물질인 리시노알라닌(lysinoalanine)의 생성을 원천 차단할 수 있는 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법을 제공하는데 있다.
상술한 본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 일 실시예에서는 미강을 분쇄하는 분쇄단계와, 상기 분쇄단계를 통과한 미강을 pH 6 내지 10 범위의 추출용매에 첨가하여 혼합한 후 침전물을 제거하여 추출물을 추출하는 1차 분리단계와, 상기 1차 분리단계를 통해 추출된 추출물을 원심분리기로 원심분리하여 상등액을 분리하는 2차 분리단계, 및 상기 상등액을 건조하여 분말을 생성하는 건조단계를 포함하는 천연 유화안정제의 제조방법을 제공한다.
본 발명에 의하면 기존에 미강추출물이 가지고 있었던 탈지미강 원료 사용으로 인한 잔류 유기용매 문제 및 강알칼리 추출용액 사용에 의한 폐수발생, 유전자 조작 공정으로 생산한 효소에 의한 교차 오염 문제를 방지할 수 있다.
또한, 식품 원료에 첨가하면, 식품이 장시간 수분을 머금고 있게 되어 쉽게 식품이 건조해지지 않게 되고 제조시 제조장치에게 원활하게 배출이 되어 생산효율이 향상될 수 있다.
나아가, 최근 식품업계에서 화학적 식품 첨가물에 대한 기피현상이 점점 가속화되고 있는 상황에서 쌀도정 부산물인 미강으로 화학적 합성 첨가물인 유화안정제를 대체할 수 있다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 천연 유화안정제의 제조방법을 설명하기 위한 순서도이다.
이하, 첨부도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들에 의한 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법(이하, '천연 유화안정제의 제조방법'이라 약칭함)을 상세하게 설명한다.
도 1은 본 발명의 일실시예에 따른 천연 유화안정제의 제조방법의 제작방법을 설명하기 위한 순서도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 미강을 분쇄하는 분쇄단계(S100)와, 분쇄된 미강분말을 추출용매에 혼합하여 미강분말로부터 추출물을 추출하는 1차 분리단계(S200)와, 상기 추출물을 원심분리하여 상등액을 분리하는 2차 분리단계(S300), 및 상기 상등액을 건조시키는 건조단계(S400)를 포함한다.
이하, 도면을 참조하여 각 구성요소별로 보다 구체적으로 설명한다.
먼저, 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 분쇄단계(S100)를 포함한다.
상기 분쇄단계(S100)는 미강의 입도를 일반적인 미강 입자크기의 절반 이하로 작게 분쇄하여 미강 분말을 생성하는 단계이다. 이때, 분쇄단계(S100)에서 사용된 미강은 입자크기가 150 내지 200㎛ 사이인 미강을 사용하는 것이 바람직하다.
따라서, 본 단계에서는 미강의 입도를 80 ㎛ 이하, 바람직하게는 10 내지 80 ㎛가 되도록 미강을 분쇄하는 과정을 수행한다.
이때, 미강의 입도가 10 ㎛로 미만이면 더 좋지만, 일반적인 분쇄기로는 10 ㎛ 미만으로 분쇄하기 어렵기 때문에 10 ㎛ 미만으로 분쇄하기 위해서는 비용이 많이 소요되어 경제성이 없게 된다. 또한, 미강의 입도가 80 ㎛를 초과하면 미강의 식이섬유 조직이 파괴되지 않아 미강을 분쇄시키는 효과를 얻을 수 없게 된다.
여기서, 분쇄 설비로는 볼 밀(ball mill), 콜로이드 밀(colloid mill), 마이크로 에어 클래시파이드 밀(micro air classified mill) 등의 미립 분쇄용 분쇄 설비를 사용할 수 있다. 특정 양태로서, 마이크로 에어 클래시파이드 밀로는 한국분체기계(주)의 ACM Pulverizer를 사용할 수 있다.
이와 같이, 분쇄단계(S100)는 미강의 섬유조직을 파괴함으로써, 미강 조직 내에 함유된 단백질, 지질, 미네랄, 비타민 등이 1차 분리단계(S200)를 통해 원활히 추출될 수 있도록 전 처리하는 단계이다.
일반적인 미강은 밀도가 낮은 섬유질 층이 50% 정도를 차지하는데, 유화안정 효과를 보이는 주요 성분인 미강 내 단백질과 수용성 펙틴질은 식이섬유 조직 안에 갇혀 있어 물이나 약알칼리 처리만으로는 거의 추출되지 않는다.
그러나, 미강을 분쇄 설비에 통과시켜 최대 입도 80㎛ 이하로 작게 분쇄시키면, 미강의 식이섬유 조직이 파괴되어 약알칼리 처리만으로도 간단히 추출수율을 높일 수 있게 된다.
한편, 원재료인 미강으로는 리파아제에 의한 산패가 진행되지 않도록 15일 이내인 도정한 생미강을 사용하는 것이 좋다. 이는, 산패가 진행되기 전의 미강을 사용하면, 단백분해효소를 첨가하지 않고도 맛의 품질이 우수하고 단백 변성을 최대한 줄인, 우수한 식품용 미강 추출물을 얻을 수 있기 때문이다.
선택적으로, 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 침지단계(S50)를 더 포함할 수 있다.
상기 침지단계(S50)는 전술한 분쇄단계(S100) 이전에 수행되는 단계로, 미강이 물을 머금게 하기 위한 단계이다.
이러한 침지단계(S50)에서는 분쇄단계(S100)에서 미강이 원활하게 분쇄될 수 있도록 미강의 식이섬유 조직을 연화시키고, 식이섬유 조직 간의 간격이 서로 벌어지게 하는 과정이 진행된다.
구체적으로, 본 단계에서는 원재료인 미강을 25 내지 40℃의 온도범위의 물에 8 시간 이하, 바람직하게는 2 내지 4시간 동안 침지시키는 과정을 수행한다.
이때, 침지단계(S50)에 사용된 물의 온도가 25℃ 미만이면 미강의 식이섬유 조직에 물이 침투하는데 오랜 시간이 소요된다. 또한, 물의 온도가 40℃를 초과하면 추출되는 단백질이나 감마오리자놀(γ-oryzanol) 등의 황산화물질에 문제가 발생될 수 있다. 즉, 단백질은 변성되어 고유의 성질을 잃어버리고, 항산화물질은 파괴될 수 있다.
아울러, 미강이 물에 침지되는 시간이 2시간 미만이면 25 내지 40℃의 온도범위의 물을 미강이 충분히 머금게 되지 못한다. 또한, 미강이 물에 침지되는 시간이 4시간을 초과하면 효소가 작용하여 미강 내에 함유된 단백질을 파괴시킬 수 있다.
한편, 이러한 물의 온도와 침지시간은 미강에서 유효성분을 원활하게 분리 추출하기 위하여, 미강을 물에 불리는 정도를 조절하기 위한 조건으로 연관된 변수에 해당된다. 예를 들면, 물의 온도를 높이면 침지시간은 줄여주어야 되며(예를 들면 40℃에서 2시간), 물의 온도를 낮추면 침지시간은 늘여주어야 된다(예를 들면 25℃에서 4시간).
그리고 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 1차 분리단계(S200)를 포함한다.
상기 1차 분리단계(S200)는 미강으로부터 유화안정 효과를 보이는 주요 성분인 단백질과 수용성 펙틴질 등을 추출하는 단계로서, 이를 위해 분쇄단계(S100)를 통과한 미강을 pH 10 이하의 추출용매에 첨가하여 혼합한 후 침전물을 제거하여 미강의 추출물을 추출하는 과정을 수행한다.
보다 구체적으로, 상기 추출액으로는 미강 추출물의 원활한 추출을 위해 25 내지 40℃ 온도범위의 추출액을 사용하는 것이 바람직하다.
또한, pH 10 이하의 추출용매로는 pH 조건이 6 내지 10인 추출용매를 사용하는 것이 바람직하다.
이는, 추출물의 색상의 변화를 최소화하고, pH 10 이상의 추출액을 사용할 경우 생성될 가능성이 있는 발암물질인 리시노알라닌(lysinoalanine)의 생성을 원천 차단하기 위함이다.
다만, 일반적으로 pH가 6 내지 10인 추출용매는 유화능력이 있는 단백질 등의 성분에 대한 추출효율이 낮은 것으로 알려져 있는데, 본 발명은 pH 6 내지 10 조건에서도 우수한 추출효율을 달성할 수 있도록 1차 분리단계(S200) 이전에 미강의 식이섬유 조직을 분쇄하는 분쇄단계(S100)를 수행한 것이다.
또한, pH 6 미만인 추출용매를 사용하는 경우 단백질이 변성이 되어 불용성으로 변하는 문제를 예방하기 위함이다. 특히 pH가 4 내지 5의 범위일 때는 단백질 등전점(isoelectic point) 조건이 되어 다른 pH일 때 물에 녹는 단백질도 불용성이 되어 침전되는 문제가 발생된다. 따라서, pH 6 미만인 추출용매를 사용하게 되면, 유화능력이 있는 단백질 등의 성분이 추출액에 존재하는 것이 아니라 침전물 부분에 존재하게 되어, 추출물을 건조시켜 생성한 분말은 충분한 유화력을 발휘할 수 없게 된다.
아울러, 상기 추출용매로는 미강으로부터 유화안정 성분인 단백질과 수용성 펙틴질 등을 추출하는데 적합한 물 등을 사용할 수 있다.
이어서, 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 2차 분리단계(S300)를 포함한다.
상기 2차 분리단계(S300)는 추출물에 포함된 불순물을 제거하기 위한 단계로서, 이를 위해 상기 1차 분리단계(S200)를 통해 추출된 추출물을 원심분리기로 원심분리하여 수용성 상등액과 침전 잔사를 분리하는 과정을 수행한다.
이때, 원심분리기로는 연속원심분리기를 사용하거나 연속원심분리기와 경사분리기(decanter)를 함께 사용할 수 있다. 여기서, 상기 연속원심분리기는 축이 수직으로 되어 있어 밀도차가 크지 않은 두 상의 분리에 사용하는 것을 의미한다. 또한, 상기 경사분리기는 밀도차가 일정수준 이상 되어야 분리가 가능한 경사형 연속원심분리기를 의미하며, 주로 대량처리를 위한 산업용으로 사용된다.
특정 양태로서, 본 발명에 따른 2차 분리단계(S300)는 경사분리기로 1차 분리하는 과정과, 이어서 연속원심분리기로 2차 분리하는 과정을 포함할 수 있다. 여기서, 추출액은 크게 3가지 상으로 나뉠 수 있다.
구체적으로, 추출액은 고체로된 침전물, 상기 침전물과 상등액 중간의 미세한 분말이 섞여 있는 부분, 그리고 수용성 상등액으로 나뉠 수 있다.
상기 경사분리기로는 제일 무거운 고체로 된 침전물만 분리해 낼 수 있으며, 연속원심분리기로는 경사분리기로 분리된 침전물을 제외한 추출액으로부터 다시 상등액을 분리해 낼 수 있다.
계속하여, 본 발명에 따른 천연 유화안정제의 제조방법은 건조단계(S400)를 포함한다.
상기 건조단계(S400)는 2차 분리단계(S300)를 통해 분리한 상등액을 건조시킴으로써 상등액에 포함된 수분을 제거하여 밀가루 형태의 분말을 생성하는 단계로서, 상등액은 분무건조법을 사용할 수 있도록 분무건조기를 통해 건조시킨다.
보다 구체적으로, 분무건조기의 분무건조 조건은 입구온도를 160 내지 200℃, 바람직하게는 180℃로 설정하고, 유량속도를 시간당 2 내지 4L/h, 바람직하게는 3L/h로 설정하며, 출구온도를 60 내지 100℃, 바람직하게는 80℃로 설정하는 것이 좋다.
여기서, 입구온도가 200℃를 초과하면 상등액이 건조되어 생성된 분말이 타서 탄화물이 발생되며, 단백질 등이 파괴된다. 또한, 입구온도가 160℃ 미만이면 효율적으로 건조가 진행되지 않는다.
그리고 출구온도가 100℃를 초과하면 유화안정 효과를 보이는 주요 성분인 단백질과 수용성 펙틴질 등이 파괴될 수 있으며, 출구온도가 60℃ 미만이면 건조된 분말에 물기가 잔존하게 된다.
또한, 유량속도가 4L/h를 초과하면 생산성 면에서 좋지만 입자가 가늘게 나와 건조가 어려워지는 문제가 발생된다. 또한, 유량속도가 2L/h 미만이면 건조가 잘되지만 생산성이 저하되는 문제가 발생된다.
전술한 천연 유화안정제의 제조방법을 통해 제조된 분말은 빵의 제조나 스낵의 제조에 사용될 수 있다.
이와 같이, 스낵의 제조에 사용된 분말은 유화작용을 하여 수율을 좋게 한다. 즉, 상기 분말이 첨가된 스낵의 원료는 표면이 미끌미끌해져서 제조장치에서 원활하게 빠져나올 수 있기 때문에 결과적으로 생산성이 높아진다.
또한, 빵의 제조에 사용된 분말은 빵의 원재료에 포함된 단백질의 수분을 잡아주는 기능을 제공할 수 있다. 즉, 상기 분말이 첨가된 빵은 상기 분말이 첨가되지 않은 빵보다 촉촉한 상태를 더 오래 유지할 수 있게 된다.
이상에서 본 발명의 바람직한 실시예를 참조하여 설명하였지만, 해당 기술분야의 숙련된 당업자는 하기의 특허청구범위에 기재된 본 발명의 사상 및 영역으로부터 벗어나지 않는 범위 내에서 본 발명을 다양하게 수정 및 변경시킬 수 있음을 이해할 수 있을 것이다.
Claims (5)
- 미강의 섬유조직을 파괴할 수 있도록 미강의 입도를 10 내지 80 ㎛의 범위로 분쇄하는 분쇄단계;
상기 분쇄단계를 통과한 미강을 pH 6 내지 10 범위의 추출용매에 첨가하여 혼합한 후 침전물을 제거하여 추출물을 추출하는 1차 분리단계;
상기 1차 분리단계를 통해 추출된 추출물을 원심분리기로 원심분리하여 상등액을 분리하는 2차 분리단계; 및
상기 상등액을 건조하여 분말을 생성하는 건조단계를 포함하는 천연 유화안정제의 제조방법. - 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄단계 이전에
25 내지 40℃의 온도인 물에 2 내지 4 시간동안 침지시키는 침지단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 천연 유화안정제의 제조방법. - 삭제
- 제 1 항에 있어서, 상기 추출용매는 물인 것을 특징으로 하는 천연 유화안정제의 제조방법.
- 제 1 항에 있어서, 상기 분쇄단계에서 사용된 미강은
리파아제에 의한 산패를 억제하기 위해 15일 이내에 도정된 생미강을 사용하는 것을 특징으로 하는 천연 유화안정제의 제조방법.
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| KR1020130005689A KR101444177B1 (ko) | 2013-01-18 | 2013-01-18 | 미강을 이용한 식품용 천연 유화안정제의 제조방법 |
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| 충남대학교 농업과학연구소 농업과학연구지 제37권제1호, 고기능성 쌀단백질 소재 개발 연구, 61-68페이지 2010년. * |
| 충남대학교 농업과학연구소 농업과학연구지 제37권제1호, 고기능성 쌀단백질 소재 개발 연구, 61-68페이지 2010년.* |
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