KR101721972B1 - 알카라인 반응 및 인지질 수소화를 이용한 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 알카라인 반응 및 인지질 수소화를 이용한 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법에 관한 것으로, 수산 라디칼을 이용한 알카라인 가수분해 후 생성되는 가수분해물로부터 인지질 수소화를 수행하여 단백질 성분만을 선택적으로 포함하도록 한 단백질 농축 분말 사료의 제조방법을 제공한다.

Description

알카라인 반응 및 인지질 수소화를 이용한 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법{Manufacture Method of Concentrated Protein Powder Feed from By-product of Squids and Fishes by using Alkaline Reaction and Hydrogenation of Phospholipid}

본 발명은 알카라인 반응 및 인지질 수소화를 이용한 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 오징어 및 생선 부산물로부터 열수, 미생물, 효소 등을 이용한 통상의 분해방식으로는 쉽게 분해가 되지 않는 난분해성 유기물을 수산 라디칼을 이용한 알카라인 가수분해 후 생성되는 가수분해물로부터 인지질 수소화를 수행하여 단백질 성분만을 선택적으로 포함하여 석출 시킬 수 있어, 공정의 단일화 및 표준화 구현이 가능한 단백질 농축 분말 사료를 제조할 수 있는 방법을 제시한다.

종래 오징어 및 생선 부산물은 주로 비가식 부위인 내장류와 어두를 아울러 총칭하며 통상 원물 기준 30~40%를 차지한다. 이러한 부산물의 사료화 처리기술로는 열수, 미생물, 효소 등을 이용한 분해들을 이용하여 왔지만 통상의 분해방식으로는 쉽게 분해가 되지 않는 난분해성 유기물이므로 고온의 가열방식을 요구하거나 장시간의 조업시간이 요구되었다.

또한, 종래에는 가수분해물에 대한 농축 분말을 제조하기 위해서 수분함량 7% 미만까지 수분을 증발시켜야 함으로 장시간 고온에서 증발 공정을 수행하여야 하며, 수분증발에 요구되는 공정 설비, 운전 시간, 운전 비용, 에너지 비용 등은 생산성 향상에 결여되는 장애로 작용한다. 한편, 장시간의 고온 가열에 노출된 제품은 단백질 탄화물, 유지 산패물, 다환 방향족 탄화수소 등을 함유할 수 있어 심각한 제품 품질 저해 문제점을 야기할 수 있다.

이 중 다환 방향족 탄화수소는 200 여종의 유도체 화합물들이 알려졌으며, 발암성이 밝혀진바, 이 중에서도 벤조피렌(benzopyrene)은 특히 발암성이 강한 것으로 밝혀져 있다.

벤조피렌은 발암물질로 탄소와 수소뿐만 아니라 질소, 황, 산소 등 다른 원소를 포함하고 있으며, 물에 대한 용해도는 낮고 기름에는 잘 녹는 특성이 있고, 연소하거나 고온의 열분해로 생성되는 특성이 있으며, 식품에서는 식품을 가열하는 과정에서 생성될 수 있는 물질로서 식품을 고온에 조리하거나, 가공 조리시 식품의 주성분인 탄수화물, 단백질, 지방 등이 불완전 연소하여 생성되는 것으로 알려져 있다.

따라서 오징어 부산물 및 생선부산물의 농축 단백질 사료 제조에서 수분증발에 요구되는 가열 온도 및 시간을 저감할 수 있는 대체 공정이 요구되는 실정이다.

특허문헌 1 : 공개특허공보 특1995-0026378호(1995. 10. 16.) 특허문헌 2 : 공개특허공보 특2000-0072189호(2000. 12. 05.) 특허문헌 3 : 공개특허공보 10-2008-0019466호(2008. 03. 04.)

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위해 안출된 것으로, 종래의 문제점인 난분해성 유기물의 알카라인 가수분해 공정을 제시하고 이후 생성되는 가수분해물에 함유된 인단백질만을 응집시켜 고액 분리가 용이하도록 인지질의 수소화를 수행함으로써 농축 단백질 분말 제조에 요구되는 증발 공정을 저온 건조 공정으로 대체하여 최종 제품에 함유될수 있는 단백질 탄화물, 유지 산패물, 다환방향족 탄화수소 등의 부생성물을 최대한 억제할 수 있는 제조 방법을 제공하는 데 그 목적이 있다.

또한, 수분증발에 요구되는 공정 설비, 운전 시간, 운전 비용 저감 등의 생산 비용을 절감하고 생산 효율을 증대시킬 수 있는 에너지 비용 저감 효과도 부여한다.

상기 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 바람직한 실시형태에 따르면 하기와 같은 단계로 이루어지는 제조방법을 채택함에 따라, 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료를 제공한다.

(1) 원료준비단계

오징어 부산물 및 생선 부산물을 혼합하면서 상기 혼합물의 수분함량을 조절하는 단계이다.

(2) 알카라인(염기) 가수분해 단계

난분해성 유기물로서의 오징어 부산물 및 생선 부산물에 알카라인 촉매를 첨가하여 가수분해를 수행하는 단계이다.

(3) 여과단계

알카라인(염기) 가수분해물과 미반응 잔사를 여과 분리하는 단계이다.

(4) 인지질의 수소화 단계

분리된 알카라인(염기) 가수분해물 내의 인지질의 수소화를 통하여 단백질에 함유된 인지잘을 경화시킴으로써 인단백질(인지질 단백질 혼합물)을 고형물로 응집시키는 단계이다.

(5) 여과단계

응집된 인단백질과 수분을 여과 분리하는 단계이다.

(6) 건조 단계

분리된 인단백질의 잔여수분을 건조하여 인단백질 농축 분말을 수득하는 단계이다.

본 발명에 의하면 난분해성 유기물의 가수분해 수행 시간을 단축할 수 있으며 단백질 탄화물, 유지 산패물, 다환 방향족 탄화수소 등의 부생성물을 최대한 억제할 수 있다.

그리고 수분증발에 요구되는 공정 설비, 운전 시간, 운전 비용 저감 등의 생산 비용을 절감하고 생산 효율을 증대 시킬수 있는 에너지 비용 저감 효과도 기대할 수 있다.

제1도는 본 발명의 제조공정도를 나타내는 도면이다.

이하에서는 구체적인 구현예를 통하여 본 발명을 보다 상세하게 설명한다. 그러나, 이들 예들은 예시적인 목적일 뿐 본 발명이 이들 실시예에 한정되는 것은 아니다.

(1) 원료준비단계

오징어 부산물 및 생선 부산물을 혼합하여 준비하는 단계로서, 오징어 부산물의 원료 내 수분함량은 통상 50%이며, 생선부산물의 원료 내 수분함량은 통상 80%로써, 상기 두 원료를 배합시 최종 배합물의 수분함량을 60~70% 범위 내로 조절 가능한 배합 비율로 한다.

최종 배합물의 수분함량이 60% 미만일 경우, 반응시 첨가되는 공정 투입수의 양이 늘어날 뿐 아니라 원료 배합물의 유동성이 낮아 배합이 원활하지 못한 문제가 발생한다.

한편, 최종 배합물의 수분함량이 70% 이상일 경우, 반응에 참여하는 반응물의 양이 작아 최종 생산물의 생산수율이 낮아지는 문제점이 있다.

(2) 알카라인(염기) 가수분해 단계

상기 원료 배합물인 난분해성 유기물을 알카라인 촉매를 첨가하여 가수분해를 수행하는 단계로서, 상기 오징어 및 생선 부산물의 원료 배합물 대비 3 ~ 5 wt%의 무기 염기 촉매 하 1기압, 80~100℃에서 1~3시간 가수분해를 수행하는 단계이다. 상기 가수분해 온도가 80℃ 미만일 경우, 원료 내부로의 물의 확산속도가 느려 가수분해 반응속도가 감소 된다. 또한 가수분해 온도가 100℃ 초과일 경우, 물의 유전상수가 낮아 산촉매의 이온 교환능이 감소하여 가수분해 반응속도가 감소 된다.

상기 가수분해 시간이 1시간 미만일 경우, 가수분해 진행도가 낮아 가수분해 수율이 저감될 수 있고, 또한, 가수분해 시간이 3시간 초과일 경우, 원료의 장시간 가열 노출에 의한 과산화 반응 및 탄화반응이 진행되어 과산화물 또는 탄화물의 발생 우려가 있다.

상기 알카라인 촉매로서, 수산화칼륨(KOH), 수산화나트륨(NaOH), 수산화칼슘(Ca(OH)₂) 등 다양하나 실제 제품 생산 공정에서 운전시 생산성과 안정성을 고려할 경우, 특히 수산화칼륨(KOH)이 바람직하다.

또한, 첨가되는 알카라인 무기염기 촉매의 첨가량은 원료량 대비 3~5% 범위 내에서 첨가될 수 있다. 상기 첨가량이 3% 미만일시 가수분해반응에 참여하는 단백질의 가수분해 수율이 저감될 수 있으며, 5% 초과시 가수분해반응에 참여하는 단백질외 지질의 비누화가 진행될 수 있어 가수분해물 내 비누화물의 생성으로 유동성이 저해될수 있다. 또한, 휘발성 염기 질소의 생성이 과도하여 제품의 품질저하를 초래할 수 있다.

(3) 여과단계

가수분해물과 미반응 잔사를 여과 분리하는 단계로서, 가수분해물 내 잔존하는 미반응 잔사를 제거하는 단계이다.

(4) 인지질의 수소화 단계

인지질의 수소화는 산으로부터 공급되는 수소이온이 인지질의 소수성 꼬리부에 해당되는 불포화지방산의 이중결합 구조를 갖는 탄소 체인에 결합되어 단일 결합 구조로 변환시킴으로써 유지의 경화를 발생시키는 반응이다.

인지질의 수소화에 사용되는 산은 유기산류가 바람직하며, 상기 유기산은 선형 또는 분지형의 C₁ 내지 C₁₈ 탄화수소 사슬을 갖는 카르복실산 화합물, 예를 들어 포름산, 아세트산, 프로피온산, 부티르산, 펠라르곤산, 구연산, DL-사과산, 푸말산 등을 들 수 있고, 특히 식품 공정상에서 널리 사용하는 구연산이 바람직하다.

본 발명에서는 인단백질의 응집을 유도하기 위하여, 인지질의 수소화를 이용하며 단백질에 함유된 인지질을 경화시킴으로써 인단백질(인지질단백질 혼합물)을 응집시키는 방식이다.

본 발명의 인지질의 수소화 단계는 가수분해물 내의 인지질의 수소화를 통하여 단백질에 함유된 인지질을 경화시킴으로써, 인단백질(인지질 단백질 혼합물)을 고형물로 응집시키는 단계로서, 상기 가수분해 반응 여과물에 중화점 이하가 되도록 산으로서 특히 구연산을 첨가하여 pH를 3~4범위까지 낮추고 50~70℃ 범위 내에서 가열하여 인지질의 수소화를 수행하는 단계이다.

상기 pH가 pH3 미만일 경우, 인지질의 수소화반응보다 산가수분해 반응으로 진행되어 본 발명의 목적과 부합되지 않는다. 또한, 상기 pH가 pH4 초과일 경우, 인지질의 수소화반응이 진행되지 않는다.

또한, 상기 가열온도가 50℃ 미만일 경우, 인지질의 수소화 반응속도가 느려 결정성장이 저감되고 생성된 결정의 사이즈가 미세하여 여과단계에서 분리도가 불량하게 된다. 가열온도가 70℃ 초과일 경우, 인지질의 수소화 반응속도가 빨라 결정성장이 증대되어 생성된 결정의 사이즈가 크며 결정면 사이의 함유 불순물이 많아 인단백질의 순도가 불량하게 된다.

(5) 여과단계

인단백질과 수분을 여과 분리하는 단계로서, 가수분해물 내 잔존하는 미반응 잔사 제거 단계이다.

(6) 건조단계

분리된 인단백질의 건조 및 인단백질 농축 분말의 수득 단계로서, 잔여수분을 건조하고, 건조된 인단백질 농축 분말을 수득하여 최종 제품을 얻는 단계이다.

실시예

오징어 부산물 및 생선 부산물의 단백질 농축 분말 제조

1> 오징어 부산물 및 생선 부산물의 혼합물(50:50, wt%) 100g을 준비하고, 오징어 부산물 및 생선 부산물의 혼합물량 대비 3wt%인 KOH 3g을 정제수 50g과 용해시켜 첨가하고 100℃에서 1시간 가수분해하여 가수분해물과 잔사(회분류)를 여과 분리하여 가수분해물 143g 을 수득하였다.

2> 상기 가수분해물에 오징어부산물 및 생선부산물의 혼합물량 대비 3.3%인 구연산 3.3g을 서서히 첨가하여 중화반응을 시켜 146.3g의 가수분해 중화물을 수득하였다.

3> 이후 상기 가수분해 중화물에 오징어부산물 및 생선부산물의 혼합물량 대비 3.3%인 구연산 3.3g을 첨가 용해 후 70℃까지 가열하여 인지질 수소화반응을 수행하였다. 인지질 수소화 반응 10분 이후부터 인단백질의 응집이 시작되었으며, 이후 인단백질의 응집이 완료되기까지 1시간 동안 방치한 후 여과 분리하여 45g의 인단백질 응집물을 회수하였다.

4> 상기 회수한 인단백질 응집물 45g을 건조기에 넣고 70℃에서 잔여 수분을 건조한 후 분쇄하여 35g의 인단백질 농축 분말을 수득하였다.

Claims (5)

1. 하기의 단계로 이루어진 오징어 및 생선 부산물의 단백질 농축 분말사료 제조 방법으로서,
   (1) 오징어 부산물 및 생선 부산물을 혼합하면서 수분함량을 조절하는 원료 준비 단계;
   (2) 상기 (1) 단계의 오징어 및 생선 부산물의 원료 배합물에 알카라인 촉매를 첨가하여 가수분해를 수행하는 알카라인(염기) 가수분해 단계;
   (3) 상기 (2) 단계의 알카라인(염기) 가수분해물과 미반응 잔사를 여과 분리하는 여과단계;
   (4) 상기 (3) 단계에서 분리된 알카라인(염기) 가수분해물 내의 인지질을 수소화하여 단백질에 함유된 인지질을 경화시킴으로써 인단백질(인지질단백질 혼합물)을 응집시키는 인지질 수소화 단계;
   (5) 상기 (4) 단계에서 응집된 인단백질과 수분을 여과 분리하는 여과단계;
   (6) 상기 (5) 단계에서 분리된 인단백질의 잔여수분을 건조하여 인단백질 농축 분말을 수득하는 건조 단계;
   로 이루어지는 것을 특징으로 하는 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법.
2. 제 1항에 있어서, 오징어 부산물 및 생선 부산물을 혼합하는 원료 준비 단계로서, 두 원료의 배합시 최종 배합물의 수분 함량을 60~70% 범위 내로 유지하는 것을 특징으로 하는 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법.
3. 제 1항에 있어서, 알카라인(염기) 가수분해 단계에서 염기촉매의 함량은 오징어 및 생선 부산물의 원료 배합물 대비 3 ~ 5 wt%의 무기 염기 촉매 하에서 1기압, 80~100℃에서 1~3시간 가수분해를 수행하는 것을 특징으로 하는 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법.
4. 제 1항에 있어서, 인지질 수소화단계에서 산을 첨가하여 pH를 3~4범위까지 낮추고 50~70℃ 범위 내에서 가열하여 인지질의 수소화를 수행하는 것을 특징으로 하는 오징어 및 생선 부산물로부터 단백질 농축 분말사료 제조 방법.
5. 삭제

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