KR101696533B1 - 고농축 유색 발효감물의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 고농축 유색 발효감물의 제조방법에 관한 것으로서, 미숙감을 착즙한 감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Saccharomyces 효모를 이용해 10℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 수득하는 제1차발효단계와, 상기 발효감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Tannase 효소와, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Cellulase and Hemicellulase 효소를 이용해 30℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 안정화시키는 제2차발효단계와, 상기 안정화된 발효감물을 45℃ ~ 80℃ 온도에서 진공농축하여 고농축 발효감물을 수득하는 농축단계와, 상기 고농축 발효감물에 천연염료를 혼합 교반하여 유색 발효감물을 수득하는 염료혼합단계를 포함하여 구성됨에 따라 감물을 속성 발효하여 안정성, 작업성, 보관성이 우수하고 천연염료와 혼합성이 뛰어난 고농축 유색 발효감물을 제조하도록 하는 것이 특징이다.

Description

고농축 유색 발효감물의 제조방법{METHOD FOR MANUFACTURING HIGHLY ENRICHED AND FERMENTED GAMMUL WITH COLORS}

본 발명은 고농축 유색 발효감물의 제조방법에 관한 것으로서 더욱 상세하게는 감물을 효모 및 효소를 이용해 발효하여 고농축 발효감물을 수득하고 천연염료와 혼합하여 유색 발효감물을 제조하도록 함으로써 안정성, 작업성, 보관성이 우수한 고농축 유색 발효감물의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로, 섬유 등에 색을 입히는 염색에는 동·식물로부터 추출한 색소를 원료로 하여 제조되는 천연염료 또는 화학적 합성물로 제조되는 합성염료가 사용된다. 염료 및 염색 기술의 발전으로 천연염료에 비해 착색이 용이하고 발색도가 우수한 합성염료의 사용이 일반화되었으나 합성염료는 제조 및 염색 과정에서 수질 등 환경오염을 야기시키는 것은 물론이고 합성염료로 염색된 섬유와의 접촉시 아토피 등 각종 피부질환이 더욱 악화되는 것으로 알려지고 있어 최근에는 천연염료 및 천연염색법이 재조명되고 있는 추세이다.

천연염료는 감, 쪽, 홍화, 소목, 치자, 쑥 등의 식물성 원료와 랙(Lak), 코치닐 등의 동물성 원료 및 황토, 숯 등 광물성 원료 등으로 부터 색소를 추출하여 제조되는데 그 중에서도 감은 대표적인 천연염색법인 감물염색(시염)에 사용되는 원료이다. 현재 대부분의 천연염색법은 섬유를 감물로 1차 염색한 후 그 밖의 천연염료를 이용해 수차례 염색을 반복하여 다양한 색상을 표현하는 과정으로 이루어지고 있어 감물염색은 천연염색 과정에서 큰 비중을 차지하고 있다.

그러나, 감물의 주성분인 타닌에는 천연염료와 혼합시 앙금으로 결집되는 축합성질을 가지고 있으므로 천연염색과정에서 섬유에 얼룩이 발생하거나 염액이 겔화되어 찌꺼기로 변화되는 등의 치명적인 문제점이 있다.

상기와 같은 문제점을 개선하기 위해 감물을 장시간 삭히거나 누룩 등을 이용해 감물을 발효하여 물성을 개선하는 등의 시도가 있는바, 예컨대 공개특허 제10-2010-0016887호에는 누룩을 이용한 발효감물 제조방법이 공지되어 있으며 그 구체적인 내용을 살펴보면 다음과 같다.

감을 착즙하여 감물을 만드는 제1단계와, 제1단계의 감물을 누룩으로 혐기발효하여 발효감물을 만드는 제2단계로 이루어지고 상기 제2단계는 배지에 누룩을 띄워 얻어지는 누룩배양액을 이용하되 배지는 물과 엿기름을 혼합한 것임을 특징으로 한다. 또한, 상기 제2단계는 25℃~30℃의 온도에서 5~15일 동안 이루어지며 제2단계 후에 5~10℃의 온도에서 숙성시키는 제3단계를 더 실시하는 것을 특징으로 한다.

공개특허 제 10 - 2010 - 0016887 호

한국 균 학회지 제15권 제3호 kor, j, Mycol, 15, NO 3, 149~157, 1987 아세트산염 배지에서의 검정곰팡이(Aspergillus niger)의 포자형성에 관한 연구

상기와 같은 종래 기술이 적용되는 누룩을 이용한 발효감물의 제조방법은 상술한 바와 같은 감물의 주성분인 타닌에 의한 색소침착 등의 문제점을 개선하기 위하여 누룩을 이용해 감물을 발효하여 감물의 물성을 개선하도록 하는 형태를 취하고 있다.

그러나, 상기 종래 누룩을 이용한 발효감물의 제조방법은 미생물에 의한 혐기성 발효가 이루어지므로 발효과정에서 1~2년 이상의 많은 시간이 소요되어 생산성이 현저히 저하되는 실정에 있다. 특히, 장시간 혐기성 발효가 진행되는 과정에서 악취가 발생하는 문제점을 야기하게 된다. 따라서 누룩 발효감물을 이용해 섬유를 염색할 경우 특히 습도가 높은 환경에서는 섬유에서 퀴퀴한 냄새를 유발하여 불쾌감을 주는 치명적인 문제점을 초래하는 실정이다.

또한, 누룩은 종합효소의 성격을 가지고 있어 비선택적인 촉매작용을 일으키므로 감물의 미분해 물질까지 분해시켜 본래 감물의 특성, 예컨대 감물의 타닌 성분에 의해 염색된 옷감의 통기성, 견뢰도를 향상시키는 등의 특성을 상실하게 되는 문제점을 초래하게 된다.

이에 본 발명에서는 상술한 바와 같은 문제점을 해결하기 위하여 발명한 것으로서,

미숙감을 착즙한 감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Saccharomyces 효모를 이용해 10℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 수득하는 제1차발효단계와;

상기 발효감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Tannase 효소와, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Cellulase and Hemicellulase 효소를 이용해 30℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 안정화시키는 제2차발효단계와;

상기 안정화된 발효감물을 45℃ ~ 80℃ 온도에서 진공농축하여 고농축 발효감물을 수득하는 농축단계와;

상기 고농축 발효감물에 천연염료를 혼합 교반하여 유색 발효감물을 수득하는 염료혼합단계로 구성함으로써 종래에 비해 감물을 단시간에 속성 발효하도록 하고 천연염료와 혼합성이 우수한 고농축 유색 발효감물을 제조하도록 하는 목적 달성이 가능하다.

본 발명은 사용되는 효모와 효소 각각의 활성을 최적화하도록 개별 발효조건에 따른 제1차 내지 제2차 발효단계로 구분하여 발효를 실시함으로써 단시간에 호기성 발효가 가능하여 종래 감물염색의 치명적인 단점인 색소침착이나 악취의 발생과 같은 근본적인 문제점을 해소하는 이점이 있다.

또한, 발효단계 후 진공상태에서 농축단계를 거침으로써 발효과정에서 섬유소나 펙틴 및 다당류가 분해되면서 생성된 알코올, 유기산 등이 제거되어 온·습도가 높은 여름철에도 쉽게 부패가 진행되는 것을 방지하는 효과가 있다.

특히, 고점도화에 따른 불순물의 생성이 최소화됨에 따라 상온 보관이 가능한 안정성을 부여하고 타 천연염료와의 혼합성이 우수해지는 효과가 있어 발효감물의 생산성을 향상시키고 사용 범위를 더욱 확대해주는 효과를 기대할 수 있다.

도 1은 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 제조과정을 도시한 플로차트도.
도 2는 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 농축단계에서 수득한 고농축 발효감물의 발색도를 나타낸 이미지.
도 3은 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 염료혼합단계에서 수득한 유색 발효감물의 특성을 나타낸 표.
도 4는 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 염료혼합단계에 수득한 유색 발효감물의 색차계 분석결과표.

이하, 본 발명에 의한 고농축 유색 발효감물의 제조방법을 더욱 상세히 설명하면 다음과 같다.

도 1은 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 제조과정을 도시한 플로차트도, 도 2는 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 농축단계에서 수득한 고농축 발효감물의 발색도를 나타낸 이미지, 도 3은 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 염료혼합단계에서 수득한 유색 발효감물의 특성을 나타낸 표, 도 4는 본 발명의 고농축 유색 발효감물의 제조방법의 실시 예에 따른 염료혼합단계에 수득한 유색 발효감물의 색차계 분석결과표로서 함께 설명한다.

본 발명의 기술이 적용되는 고농축 유색 발효감물의 제조방법은 미숙감을 착즙한 감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Saccharomyces 효모를 이용해 10℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 수득하는 제1차발효단계와, 상기 발효감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Tannase 효소와, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Cellulase and Hemicellulase 효소를 이용해 30℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 안정화시키는 제2차발효단계와, 상기 안정화된 발효감물을 45℃ ~ 80℃ 온도에서 진공농축하여 고농축 발효감물을 수득하는 농축단계와, 상기 고농축 발효감물에 천연염료를 혼합 교반하여 유색 발효감물을 수득하는 염료혼합단계로 이루어진다.

상기 제1차발효단계에서는 우선 미숙감을 파쇄한 후 고속원심분리기 또는 유압장치를 이용해 착즙하여 감물을 추출하고 pH3 ~ pH9로 조절한 후 이를 포켓필터로 여과하여 발효조에 투입한다. 발효조를 3 ~ 10RPM으로 회전 교반하면서 상기 Saccharomyces 효모를 투입하고 상기 온도범위에서 1 ~ 5일간 효모를 활성화한 후 80℃로 증온하여 비활성화한다. 제1차발효단계를 통해 감물 내의 다당류에 선택적 촉매작용을 일으키게 되어 메탄올, 에탄올 등의 알코올 및 아세트알데히드 성분이 생성된다.

한편, 상기 Saccharomyces 효모는 자낭균류에 속하는 효모로서 알코올 발효력이 강해 양조나 제빵 등 다양한 발효에 이용되는 효모이다. 호기성, 혐기성 발효 모두 가능하나 혐기성 발효는 감물에서 악취를 유발하는 원인이 되므로 본 발효단계에서는 호기성 발효를 진행한다. 상기 Saccharomyces 속 중에서도 과실 발효에 탁월한 Fermivin Saccharomyces 속 Cerevisiae-ex bayanus를 이용함이 바람직하나 반드시 이에 한정하는 것은 아니다.

상기 제2차발효단계에서는 제1차 발효된 발효감물을 pH3 ~ pH9로 조절한 후에 타닌분해효소인 Tannase와 가수분해효소인 Cellulase and Hemicellulase를 투입하고 상기 온도범위에서 30 ~ 180분간 효소를 활성화한 후 80℃로 증온하여 10여분간 비활성화함으로써 효소를 사멸하고 발효감물을 안정화하는 단계이다.

상기 Cellulase and Hemicellulase 효소는 글루코오스로 이뤄진 다당류를 가수분해하는 β-glucanase 활성이 강하고 감물의 섬유소 사이에 둘러싸여 독립된 타닌의 조직을 분해하는 특성이 있어 타닌과 섬유소가 분리되고 섬유소는 분해 발효된다. 한편 분리된 타닌(Diosprin)은 수용성 및 불용성 타닌으로 이루어져 있는데 Tannase는 이들 수용성 타닌과 불용성 타닌을 분리하여 축합성질에 의해 앙금으로 결집되는 현상을 최소화한다. 상기 효소에 의한 발효작용을 효과적으로 유도하기 위해서 Cellulase and Hemicellulase 효소는 Sumizyme AC를, Tannase 효소는 tannase-KTFH(Aspergillus dryzae)를 이용함이 바람직하나 이에 한정하는 것은 아니다.

상술한 바와 같은 효소의 촉매반응은 통상의 주지된 사실로서 일반적으로 효소가 생물체 내에서 반응시에는 pH나 온도 등의 조건에 크게 영향을 받게 되는데 효소 자체의 단백질 구조는 pH에 따라 달라지고 특정 효소는 특정 반응 또는 유사한 반응만을 선택적으로 하는 기질특이성을 가지고 있다. 종래 기술이 적용된 발효감물의 제조방법에 사용된 누룩과 같은 종합효소는 장시간에 걸친 촉매반응 과정을 거치므로 쉽게 부패하여 악취가 발생하는 원인이 되기도 한다. 따라서, 본 발명의 상기 제1차 내지 제2차발효단계에서와 같이 특정 효소에 최적화된 발효조건에 따른 개별 단계를 구성하여 속성 발효를 실시하는 것은 발효감물의 제조방법에서 무엇보다 중요한 사안이라 할 수 있다.

상기 농축단계는 제2차발효단계를 거쳐 안정화된 발효감물을 여과한 후 저온 진공 농축기에 투입해 교반하면서 고농축하는 단계이다. 농축시 고형분이 10 ~ 50중량%로 형성되도록 하며 수득한 고농축 발효감물을 100℃ 이상에서 멸균처리하여 잡균을 살균한다. 상기 제1차 내지 제2차발효단계를 거치면서 생성된 유기산과 각종 알코올 성분 및 아세트알데히드 성분이 본 농축단계를 통한 감압 응축작용에 의해 제거된다.

상기 염료혼합단계는 고농축 발효감물과 천연염료를 혼합하여 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Black) 색상을 가지는 유색 발효감물을 수득하도록 한다. 이 때 사용되는 천연염료는 분말 또는 액상의 천연염료를 이용할 수 있는데, 고농축 발효감물의 중량 대비 분말천연염료는 0.01 ~ 10중량%로, 액상천연염료는 0.01 ~ 50중량%로 준비해 혼합 교반하여 얻을 수 있다.

상기 천연염료는 인디고계, 직쇄상 탄화수소계, 이소퀴놀린계, 안토시안계, 카르타민계, 플라본계, 타닌계, 나프토퀴논계, 안트라퀴논계, 피란계 화학구조의 단색성 또는 다색성 색소를 함유한 동·식물로부터 추출한 천연염료를 이용할 수 있다. 천연염료는 물과 1:9의 중량비로 용해한 후 그라스필터 혹은 멤브레인필터 등을 이용해 여과하여 조성하는 것이 바람직하나 각각의 천연염료가 가진 색상값 및 용해시 첨가되는 조제 등 그 성질이 상이하므로 상기 비율에 한정할 필요는 없다. 상기 천연염료는 예컨대 치자, 랙, 소목, 홍화, 자황, 정향, 주목, 쑥, 로그오드, 미로보란, 석류, 태수, 목서초, 황금, 황련 등에서 추출한 색소를 원료로 하여 이용할 수 있다.

이하에서는 전술한 바와 같은 구성으로 이루어지는 본 발명을 포함하는 실시 예를 구성하고 그에 따른 효과에 대해서 면밀하게 파악하고자 한다.

<실시 예 1>

본 발명의 고농축 발효감물 제조.

8월말 경북 청도군에서 생산되는 반시(직경 약 6~7cm)를 이용해 유압 프레스로 착즙하여 고형분 7%의 감물을 추출한다. 착즙과정에서 생성된 거품 및 부유물이 안정되도록 3~5일 안정화시킨 후 그라스필터로 여과한다.

감물 100Kg과, 감물 중량의 0.05중량%의 Fermivin Saccharomyces 속 Cerevisiae-ex bayanus 효모를 이용해 40℃ 전후의 온도에서 5일간 활성화하고, 80℃로 증온하여 비활성화한 후 60℃로 감온하여 제1차발효단계를 실시한다.

상기 제1차 발효된 발효감물과, 감물 중량의 0.05중량%의 Tannase-KTFH 효소와, 감즙 중량의 0.05중량%의 Cellulase and Hemicellulase인 Sumizyme AC를 이용해 60℃ 전후의 온도에서 180분간 활성화하고, 80℃로 증온하여 10여분간 비활성화하는 제2차발효단계를 실시한다.

상기 제2차 발효된 발효감물을 포켓필터로 여과한 후 진공 농축기에 투입하고 55℃의 저온진공방법으로 10~15RPM으로 회전 교반하여 고형분 45%로 농축하여 고농축 발효감물을 수득하는 농축단계를 실시한다. 수득한 고농축 발효감물을 103℃에서 10여분간 멸균하고 보존제인 안식향산나트륨을 넣어 부패를 방지한다. 멸균시간이 지연될 경우 감물의 색상이 어두워질 수 있으므로 주의한다.

상술한 바와 같이 제조된 고농축 발효감물을 이용하여 발색도를 분석한 결과는 아래 도 2에 나타낸 이미지와 같다. 실험조건은 UV처리, 증열처리, 미처리, 자연발색처리로 구분하였고 구체적인 조건은 다음과 같다.

UV처리는 메탈할라이트 램프를 사용하여 30~120분간 조사하였다.

증열처리는 103℃에서 120분간 날염용 증열가공처리하였다.

미처리는 아무 처리를 하지 않은 상태이다.

자연발색처리는 2~8일간 일광에 노출하여 처리하였다.

도 2에 나타낸 바와 같이 고농축 발효감물의 발색도는 120분간 UV처리한 결과와 6일간 자연발색처리한 결과와 유사한 효과를 나타낸 것을 확인할 수 있으며, 120분간 증열처리한 결과는 8일간 자연발색처리한 결과와 유사한 효과를 나타내는 것으로 확인되었다.

<실시 예 2>

본 발명의 고농축 발효감물을 사용한 고농축 유색 발효감물 제조.

상기 실시 예 1에 따라 제조된 고농축 발효감물에, 치자청, 랙(Lak), 소목, 홍화황, 치자황을 각각 물에 1:9의 중량비로 용해한 액상의 천연염료를 혼합 교반하되 고농축 발효감물의 중량대비 50중량%로 혼합하여 고농축 유색 발효감물을 수득한다. 고농축 유색 발효감물은 혼합된 천연염료에 따라 CMYK(Cyan, Magenta, Yellow, Black)의 색상으로 발색되는데 각 색상에 사용된 천연염료 및 천연염료의 용해시 첨가되는 조제 및 처리방법은 아래 도 3에 나타낸 표와 같다.

Black 색상에는 치자청(NO.4)를 원료로 하는 천연염료를 알칼리 처리하여 pH 9가 되도록 한다.

Cyan 색상에는 치자청(NO.5)를 원료로 하는 천연염료를 구연산 처리하여 pH 6.5가 되도록 한다.

Magenta 색상은 4종류의 색조로 형성할 수 있는데 소목(NO.4)를 구연산 및 빙초산 처리하거나, 소목(NO.6)을 탄산칼륨 및 수산화나트륨과 규소계열 식용소포제 처리하여 2종류의 Magenta 색상을 얻을 수 있고, 랙(NO.2)를 탄산칼륨에 용해하거나, 랙(NO.4)를 탄산칼륨에 용해 후 아세트산 처리하여 2종류의 Magenta 색상을 얻을 수 있다.

Yellow 색상은 2종류의 색조로 형성할 수 있는데 홍화황(NO.5)에 식물성균염제를 첨가하거나, 치자홍(NO.6)에 마찬가지로 식물성균염제를 첨가하여 2종류의 Yellow 색상을 얻을 수 있다.

<실시 예 3>

본 발명의 고농축 유색 발효감물의 색차계 분석.

상기 실시 예 2에 따라 제조된 고농축 유색 발효감물을 이용하여 색차계 분석을 실시하였고 그 결과는 아래 도 4에 나타낸 바와 같다. 색차계 분석은 CIELAB 색표시계 및 먼셀 색표시계를 척도로 하여 표시하였다.

상기와 같은 본 발명에 따른 고농축 유색 발효감물의 제조방법은 종래의 감물 제조방법을 개선하여 감물의 발효에 효모 및 효소를 사용하고 개별 발효조건에 따라 활성을 최적화하여 발효시간을 단축시킴으로써 제조된 발효감물을 사용한 염색시 색소침착이나 악취의 발생을 근본적으로 억제하는 효과가 있다. 특히, 고점도화에 따른 불순물의 생성이 최소화되어 상온 보관이 가능한 안정성을 부여하고 타 천연염료와의 혼합성이 우수해지는 이점이 있다.

해당없음.

Claims (4)

1. 미숙감을 착즙한 감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Saccharomyces 효모를 이용해 10℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 수득하는 제1차발효단계와;
   상기 발효감물과, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Tannase 효소와, 감물 중량의 0.001 ~ 2중량%의 Cellulase and Hemicellulase 효소를 이용해 30℃ ~ 70℃에서 발효하여 발효감물을 안정화시키는 제2차발효단계와;
   상기 안정화된 발효감물을 45℃ ~ 80℃ 온도에서 진공농축하여 고형분이 10 ~ 50중량%로 형성되는 고농축 발효감물을 수득하고 100℃ 이상에서 멸균처리하는 농축단계와;
   상기 고농축 발효감물에 천연염료를 혼합 교반하여 유색 발효감물을 수득하는 염료혼합단계로 이루어지고;
   상기 염료혼합단계에서는 분말 또는 액상의 천연염료를 이용하고 고농축 발효감물의 중량 대비 분말천연염료는 0.01 ~ 10중량%로, 액상천연염료는 0.01 ~ 50중량%로 준비해 혼합 교반하도록 구성하는 것을 특징으로 하는 고농축 유색 발효감물의 제조방법.
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