KR101951686B1 - 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법 - Google Patents

식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 식용곤충에 염산을 투입하여 얻어진 식용곤충의 산-가수분해액을 중화 처리한 뒤에, 추가적으로 알칼리제를 첨가한 뒤에, 다시 염산 등을 가하여 2차 중화하는 공정을 포함하는 식용곤충의 산 가수분해물을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 식용곤충에 풍부하게 존재하는 다량의 지질 성분을 제거하기 위한 복잡한 탈지 공정을 사용하지 않으면서도 인체에 유해한 것으로 알려진 염소화 글리세롤을 효율적으로 제거할 수 있다. 본 발명에 따른 공정을 통하여 안전성이 확보되고 정미성이 우수한 동물 단백질 가수분해물(Hydrolyzed animal protein; HAP)로서의 식용곤충 산 가수분해물을 제조할 수 있다.

Description

식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법{PROCESS OF PREPARING EDIBLE INSECTS ACID HYDROLYSIS}
본 특허출원은 대한민국 정부 농림축산식품부의 “고부가가치식품기술개발사업”의 일환으로서 “곤충자원의 다각적 활용을 위한 전략적 식품 소재 개발 및 상품화”(주관기관: ㈜농심; 과제번호: 316057-3) 과제의 수행 결과물에 관한 것이다.
본 발명은 식용곤충을 제조하는 방법에 관한 것으로, 더욱 상세하게는 지방 함량이 높은 식용 곤충을 탈지 공정 없이 산-분해하여 3-MCPD와 같은 유해 성분이 저감화된 안정한 식용곤충 단백질의 산 가수분해물을 제조하는 방법에 관한 것이다.
식용곤충(edible insects)은 친환경적인 원료로서, 경제적, 영양학적 측면에서 미래의 식량 위기에서의 대체식량으로서 가장 주목 받고 있는 원료이다. 식용곤충은 해외에서는 물론이고 국내에서도 그 시장이 점차 확대되어 가고 있다. 특히, 곤충의 종류에 따라 차이는 있지만, 영양학적인 측면에서 살펴보면 단백질 함량이 50~70%에 달해 육류 단백질과 비교하여 유사한 수준이거나 더 높은 함량을 갖고 있다. 또한, 곤충은 다양한 아미노산과 비타민, 무기질도 함유하고 있고, 지방의 경우 대부분 불포화 지방산으로 이루어져 있기 때문에 육류와 비교해서 좋은 단백질 공급원이라고 할 수 있다.
하지만, 아직까지는 곤충을 섭취하는 것에 대한 혐오감 및 거부감이 존재하고, 곤충을 활용한 식품들 대부분은 곤충을 단순히 건조하거나 분말화하여 요리나 제품에 직접적으로 적용하는 수준으로 활용도나 수요층이 매우 적은 상황이다. 일례로 대한민국 등록특허 10-1493916호는 곤충을 절식, 세척한 뒤에 끓는 물에 데치고, 마이크웨이브를 이용하여 건조하고, 필요에 따라 건조된 곤충을 분쇄하거나 기름에 튀기거나 볶는 단계를 포함하는 곤충의 식용화 방법을 제안하고 있다. 그런데, 상기 특허에서 곤충을 90 내지 100℃의 물에서 데치는 공정을 거쳐야 하기 때문에, 이 과정에서 곤충이 함유하는 영양 성분이 훼손될 수 있다.
한편, 식용곤충은 식물 단백질과 비교하여 지방 함량이 높은 것으로 알려져 있다. 식용곤충의 탈지 방법은 용매추출, 압착, 초임계 방법, 아임계 방법 등 다양한 방법이 있지만, 이를 산업적 규모의 공정에 적용할 경우 제조 원가가 상승할 뿐만 아니라, 탈지 처리의 효율성이 떨어진다. 특히, 식용곤충은 다른 단백질 공급원과 달리 외골격이 키틴(chitin) 재질로 되어 있기 때문에, 전술한 탈지 처리에 의해서도 탈지가 완벽하게 이루어지지 않는다는 단점이 있다. 또한, 식용곤충을 가수분해하는 경우, 유지의 구성성분인 글리세린이 변형되어 유해성 논란을 불러일으키고 있는 3-클로로-1,2-프로판디올(3-chloro-1,2-propanediol; 3-MCPD), 1,3-디클로로-2-프로판올(1,3-dichloro-2-propanol; DCP)가 생성되어 식품으로서 논란이 되고 있다.
식용곤충은 친환경적으로 사육되고 가공되어 원료의 건전성은 확인이 되었지만, 식물단백질에 비해 지방 함량이 많아 산-가수분해 시 3-MCPD 등이 다량 생성될 가능성이 매우 높다는 단점이 있다.
본 발명은 전술한 종래 기술의 문제점을 해소하기 위하여 제안된 것으로, 본 발명의 목적은 지방 함량이 높은 식용곤충을 별도의 탈지 공정을 진행하지 않으면서도 유해 성분을 효과적으로 제거하여 안전성이 확보되고 정미성이 우수한 식용곤충 가수분해물을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 식용곤충 섭취에 대한 거부감을 줄이고 다양한 제품에 적용될 수 있는 식용곤충 가수분해물을 제조하는 방법을 제공하고자 하는 것이다.
전술한 목적을 가지는 본 발명은 준비된 식용곤충에 염산(hydrochloric acid)을 투입하여 식용곤충의 단백질을 산-가수분해하는 단계; 산-가수분해된 식용곤충이 포함된 식용곤충 산-가수분해액을 알칼리제로 1차 중화하는 단계; 1차 중화 후에 알칼리제로 다시 처리하여 식용곤충 산-가수분해액 중에 염소화 글리세롤을 제거하는 단계; 및 염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액에 염산을 가하여 2차 중화하는 단계를 포함하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법을 제공한다.
상기 산-가수분해하는 단계에서 상기 식용곤충과 상기 염산은 1:1.25 내지 1:1.6의 중량비로 투입될 수 있다.
일례로, 상기 산-가수분해하는 단계에서, 20 내지 30%(w/v)의 염산 용액이 사용되며, 상기 식용곤충과 상기 염산은 1:1.25 내지 1:1.6의 중량비로 투입될 수 있다.
예시적인 실시형태에서, 원료로 사용되는 상기 식용곤충은 갈색거저리 유충 및 쌍별귀뚜라미를 포함할 수 있지만, 그 외에도 다른 식용곤충을 원료로 사용할 수 있다.
상기 산-가수분해하는 단계는, 80 내지 85℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 상기 식용곤충 및 염산을 투입하여 얻어지는 식용곤충 산-가수분해액을 사용하여, 100 내지 105℃의 온도에서 10 내지 12시간 동안 산 가수분해 반응을 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 1차 중화하는 단계에서 상기 알칼리제로 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 사용하고, 상기 1 차 중화하는 단계는 상기 식용곤충 산-가수분해액을 300 내지 400 rpm의 속도로 교반하면서, 50 내지 60℃의 온도에서 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 상기 탄산나트륨 또는 수산화나트륨이 투입되는 단계를 포함할 수 있다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 상기 염소화 글리세롤은 3-클로로-1,2-프로판디올(3-chloro-1,2-propanediol; 3-MCPD)일 수 있다.
이때, 상기 3-클로로-1,2-프로판디올(3-MCPD)을 제거하는 단계는, 상기 1 차 중화 처리된 상기 식용곤충 산-가수분해액을 70 내지 80℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 1차 중화 처리된 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 9 내지 10이 될 때까지 알칼리제인 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 투입하는 단계와, 85 내지 95℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 3-클로로-1,2-프로판디올의 제거 반응을 더욱 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
또한, 상기 2차 중화하는 단계는, 상기 염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액의 온도를 25 내지 30℃로 냉각하는 단계와, 냉각된 상기 식용곤충 산-가수분해액을 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 염산을 투입하는 단계를 포함할 수 있다.
예를 들어, 상기 2차 중화하는 단계에서 사용된 상기 염산은 20 내지 35%(w/v)의 염산 용액일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되지 않는다.
본 발명에 따르면, 지방 함량이 높은 식용곤충 단백질 원료를 산-가수분해할 때 발생할 수 있는 유해 성분인 3-MCPD와 같은 염소화 글리세롤을 제거하여, 안전성이 확보된 식용곤충 산-가수분해물을 제조할 수 있다.
식용곤충에 다량 함유되는 지방을 제거하기 위해 아임계 공정과 같은 별도의 탈지 공정을 수행하면 제조 원가가 크게 증가할 뿐만 아니라, 키틴 외골격으로 보호되는 식용곤충의 지방 성분이 완전히 제거되지 않는다. 반면, 본 발명에서는 이러한 별도의 탈지 공정 없이 식용곤충 가수분해액의 pH를 조정하는 방법을 통하여 유해 성분만을 효율적으로 제거할 수 있기 때문에, 비용 효율적이다.
또한, 종래 원료의 건전성 등에서 논란이 되고 있는 동물성 단백질인 젤라틴을 대신하여, 친환경적인 조건에서 사육, 가공되는 식용곤충으로 대체할 수 있어서, 원료에 대한 건전성 및 신뢰성을 확보할 수 있다.
특히, 본 발명에 따른 제조 공정을 활용하여, 동물 단백질 산-가수분해물(acid-HAP, Acid-Hydrolyzed animal protein)의 경우 정미성과 감미성 아미노산을 함유하고 있어 다양한 정미/감미성 소재화에 적용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 인체에 유해한 성분이 제거된 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다.
도 2는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 식용곤충의 지방 함량, 알칼리제의 반응시간 및 알칼리제의 투입량에 따른 산-가수분해액에 잔류하는 염소화 글리세롤의 일종인 3-MCPD의 함량 변화를 측정한 그래프이다.
도 3은 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 3-MCPD가 제거된 식용곤충 산- 가수분해물에 대한 3-MCPD 함량 변화를 측정한 그래프이다.
도 4a는 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 3-MCPD가 제거된 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액의 아미노산 크로마토그램을 나타낸 것이고, 도 4b는 3-MCPD가 감소된 갈색거저리 산-가수분해액의 아미노산 크로마토그램을 나타낸 것이다. 도 4c는 쌍별귀뚜라미 및 갈색거저리 산-가수분해액의 아미노산 조성을 분석한 결과를 나타낸 그래프이다.
이하, 필요한 경우에 첨부하는 도면을 참조하면서 본 발명을 설명한다.
도 1은 본 발명의 예시적인 실시형태에 따라 인체에 유해한 성분이 제거된 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 공정을 개략적으로 나타낸 순서도이다. 도 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 따른 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법은 식용곤충을 준비하는 단계(S110 단계)와, 준비된 식용곤충에 산을 투입하여 식용곤충을 산 가수분해하는 단계(S120 단계)와, 산-가수분해액을 1차로 중화하고 여과하는 단계(S130 단계)와, 알칼리를 추가로 투입하여 염소화 글리세롤을 제거하는 단계(S140 단계)와, 산을 가하여 2차 중화하고 여과하는 단계(S150 단계)와, 필요에 따라 식용곤충 산 가수분해물을 농축 및 건조하는 단계(S160 단계)를 포함할 수 있다. 각각의 과정에 대해서 설명한다.
[식용곤충 준비 단계]
먼저, 산 가수분해의 대상인 식용곤충을 준비한다. 본 발명의 예시적인 실시예에서는 식용곤충으로 갈색거저리 유충과 쌍별귀뚜라미를 사용하였으나, 그 외에도 "식품의약품안전처"의 「식품의 기준 및 규격」 고시에서 가능한 식용곤충으로 제시하고 있는 장수풍뎅이 유충, 흰점박이 꽃무지 유충, 누에번데기, 벼메뚜기, 백강잠 등을 본 발명에 따른 식용곤충으로 사용할 수 있다. 필요한 경우, 준비된 식용곤충을 1~2일간 절식하고 정제수 등으로 깨끗이 세척하는 전처리 공정을 수행할 수도 있다.
[산 가수분해]
본 단계에서, 준비된 식용곤충과 강산인 염산을 투입하여 식용곤충을 구성하는 단백질이 가수분해된 산 가수분해액을 제조한다. 산 가수분해 반응을 통하여, 식용곤충이 가지고 있는 풍부한 단백질을 구성 성분인 아미노산 단위로 분해된다. 이렇게 형성된 식용곤충의 산 가수분해물인 아미노산 특유의 정미력과 감미력을 통하여 맛과 영양이 풍부한 식품 소재로 활용될 수 있다. 예시적인 실시형태에서, 식용곤충의 산 가수분해물은 우마미(Umami)에 관여하는 글루탐산과 아스파르트산의 함량은 물론이고, 감미(sweetness)에 관여하는 글리신, 세린, 프롤린, 알라닌 및 트레오닌 등의 함량도 풍부하다.
식용곤충 가수분해물을 얻기 위하여 사용되는 강산은 염산이 바람직하다. 질산은 독성이 너무 강하기 때문에 본 발명과 같은 가공식품으로서의 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는데 사용되기에 바람직하지 않다. 또한 다른 무기산은 황산을 사용하는 경우, 후술하는 중화 과정에서 사용되는 알칼리제인 탄산나트륨이나 수산화나트륨과 반응하여 황산염인 황산나트륨(Na2SO4)이 부산물로 생성되는데, 황산나트륨을 완전히 제거하지 않으면 식품으로서 사용되기에 한계가 있다. 또한, 초산은 산의 강도가 너무 약하기 때문에, 키틴 질로 보호되고 있는 식용곤충의 단백질을 가수분해하지 못한다. 반면, 염산을 사용하게 되면 1차 중화 과정에서 사용된 알칼리제와 반응하여 중성 염인 염화나트륨(NaCl)이 생성된다. 염화나트륨, 즉 소금은 제거하기가 쉬울 뿐만 아니라 인체에 대해서도 상대적으로 안전하다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 식용곤충을 가수분해하기 위해 사용되는 염산은 20 내지 30%(w/v) 염산 용액을 사용할 수 있다. 곤충은 키틴 외골격을 가지고 있기 때문에 20%(w/v) 미만의 염산 용액을 사용하는 경우 산 가수분해 효율이 떨어진다. 30%(w/v)를 초과하는 염산 용액을 사용하면 산 가수분해 효율을 높일 수는 있지만, 인체에 유해한 염소화 글리세롤이 지나치게 많이 발생하게 되고, 이를 제거하기 위해 사용되는 알칼리제의 양이 증가하게 되므로 비용적인 바람직하지 않다.
하나의 예시적인 실시형태에서, 식용곤충 및 염산(21.9%(w/v) 용액을 식용곤충 단백질을 구성하는 질소 1 몰당 염산 1 몰비로 계산하여, 식용곤충과 염산 용액을 1:1.25 내지 1:1.6의 중량비로 투입할 수 있다. 이를 아래 식 (1)로 나타낼 수 있다.
Figure 112017101332169-pat00001
(1)
식 (1)에서 계수 1.25는 산 분해 과정에서 고온으로 인한 염산의 증발을 보정한 것으로 산 가수분해 효율이 저하되는 것을 막기 위한 것이다. 식 (1)에 따르면, 염산을 최종적으로 21.9%(w/v)의 농도로 희석한 것을 사용할 수 있지만, 본 발명에 따라 식용곤충을 가수분해하기 위해 사용되는 염산의 농도가 이에 한정되는 것은 아니다.
예를 들어, 식용곤충을 산 가수분해하는 단계(S120 단계)는 80 내지 85℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 준비된 식용곤충 및 염산을 투입하여 얻어지는 산-가수분해액을 사용하여, 투입된 식용곤충의 단백질이 염산에 용해되는 것을 확인한 후, 온도를 상승시켜 100 내지 105℃의 온도에서 10 내지 12시간 동안 산 가수분해 반응을 진행하는 단계를 포함할 수 있다. 이와 같은 공정에 의하여, 키틴 외골격으로 보호된 식용곤충 단백질이 충분히 산-가수분해될 수 있다.
[산-가수분해액을 알칼리로 중화하는 단계]
식용곤충의 단백질을 가수분해하기 위한 산-가수분해 공정에서 염산을 사용하는 경우, 식용곤충에 존재하는 유지의 구성성분인 글리세린과 염산(염소)이 반응하여 염소화 글리세롤이 형성된다. 그 중에서도 3-클로로-1,2-프로판디올(3-chloro-1,2-propanediol, 3-MCPD)이나 1,3-디클로로-2-프로판올(1,3-dichloro-2-propanol, DCP)는 발암 물질로 알려져 있기 때문에, 이들 성분이 포함된 식품의 안전성이 문제가 된다. 국내에서 3-MCPD는 산-분해 간장 중에 0.3 mg/kg, 미국과 캐나다는 1.0 mg/kg, 유럽연합은 0.02 mg/kg으로 규격화하여 관리하고 있다.
특히, 동물성 단백질 가수분해물의 대표적인 원료인 젤라틴 역시 원료에 대한 건전성 문제 등으로 인해 사용량이 줄어들고 있다. 식용곤충은 법률 등으로 친환경적인 조건에서 사육, 가공되기 때문에 원료의 건전성은 확인이 되었지만, 식물성 단백질에 비해 지방 함량이 많기 때문에, 산-가수분해 공정에서 3-MCPD와 같은 유해성 염소화 글리세롤이 다량 생산될 가능성이 높다.
이에 본 발명에서는 산-가수분해 공정 이후에 중화 공정 및 알칼리 처리 공정을 수행하여, 복잡하고 효율성이 의심되는 용매 추출, 압착, 초임계, 아임계 공정과 같은 별도의 탈지 공정을 수행하지 않으면서도 염소화 글리세롤을 효율적으로 제거할 수 있는 공정을 제안하고 있다.
1차 중화 및 여과하는 단계(S130 단계)는 전술한 산-가수분해 단계(S120 단계)가 종료된 후에, 알칼리제를 산-가수분해액에 투입하는 단계로 이루어질 수 있다. 일례로, 1차 중화에서 사용될 수 있는 알칼리제는 탄산나트륨 및/또는 수산화나트륨일 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 산-가수분해 단계(S120 단계)에서 식용곤충의 단백질 함량에 따라 계산된 염산에 비례하는 양의 알칼리제가 첨가될 수 있다. 일례로, 산-가수분해 단계에서 100% 염산을 사용하고, 1차 중화 단계에서 탄산나트륨이 알칼리제로 사용되는 경우, 염산:탄산나트륨은 1.45:1의 중량 비율이 되도록 탄산나트륨이 투입될 수 있다. 반면, 본 발명의 예시적인 실시예에 따라 산-가수분해 단계에서 21.9%(w/v)로 희석한 염산 용액이 사용되는 경우, 염산:탄산나트륨의 투입 비율은 대략 2.65:1이 될 수 있다.
일례로, 1차 중화하는 단계(S130 단계)는 염산 투입에 의하여 산-가수분해가 완료된 산-가수분해액을 300 내지 400 rpm의 속도로 교반하면서, 50 내지 60℃의 온도, 바람직하게는 50 내지 55℃의 온도에서 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 알칼리제를 투입하는 단계를 포함할 수 있다. 1차 중화 공정에 따라 제조된 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5의 범위가 되는 경우, 본 발명에 따른 식용곤충 산-가수분해액을 정미성 소재로 활용할 수 있는 이점이 있기 때문이다.
필요한 경우, 1차 중화 공정이 완료된 식용곤충 산-가수분해액의 온도를 상온으로 내린 후에 여과 공정이 수행될 수 있다. 일례로, 여과 공정은 감압여과 장치를 활용할 수 있으며, 여과 공정을 통하여 여과박(filter cake)과 산-가수분해액이 분리되고, 분리된 산-가수분해액이 후술하는 공정에 활용될 수 있다. 일례로, 감압여과에서 진공 펌프의 압력은 0.6 내지 1.0 atm일 수 있지만, 본 발명이 이에 한정되는 것은 아니다.
[알칼리제 처리를 통한 산-가수분해액 중의 염소화 글리세롤 제거]
1차 중화 단계(S130 단계)가 완료되면, 산-가수분해액에 추가로 알칼리제를 첨가하여 염소화 글리세롤, 예를 들어 3-MCPD를 제거한다(S140 단계). 예시적인 실시형태에서, 염소화 글리세롤을 제거하는 단계(S140 단계)는, 1차 중화 처리가 완료된 산-가수분해액을 70 내지 80℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서, 1차 중화 처리된 상기 산-가수분해액의 pH가 9 내지 10이 될 때까지 알칼리제인 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 투입하는 단계와, 85 내지 95℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 반응을 더욱 진행하는 단계를 포함할 수 있다.
원료로 사용되는 식용곤충의 종류에 따른 지방 성분의 함량이나 기타 조건에 따라 상이할 수 있지만, 일례로, 1차 중화 단계(S140 단계) 이후에 염소화 글리세롤을 제거하기 위하여 추가적으로 첨가되는 알칼리제는 1차 중화 단계 이후에 여과된 산-가수분해액을 기준으로 5 내지 12%(w/v)의 양으로 투입될 수 있다. 식용곤충은 지방 함량이 높기 때문에, 알칼리제는 1차 중화 단계를 거친 산-가수분해액의 pH가 9이상, 예를 들어 9 내지 10이 될 때까지 첨가될 수 있으며, 이후에 85 내지 95℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 염소화 글리세롤 제거 반응을 더욱 진행할 수 있다.
특히, 1차 중화 단계에서 알칼리제를 과량 투여하여 산-가수분해액에 함유된 염소화 글리세롤을 제거하고자 하는 경우, 중화 반응에 의하여 다량의 염화나트륨이 석출될 수 있으며, 특히 산-가수분해되고 남는 박(cake)이 과량으로 생기면서 교반이 곤란하게 되므로 여과 공정을 통해서 지속적으로 박을 제거해야 한다.
또한, 염소화 글리세롤을 제거하기 위해서는 85 내지 95℃의 고온 조건에서 수행되어야 하는데, 과량의 알칼리제를 투입하면서 반응 온도를 고온으로 상승시키는 경우, 거품이 심하게 발생하면서 산-가수분해액이 끓어 넘칠 수 있다. 따라서, 본 발명에 따라 우선 1차 중화 공정을 통하여 산-가수분해액의 pH를 5.2 내지 5.5로 중화한 뒤에, 산-가수분해액의 pH가 알칼리 상태인 9 내지 10이 될 때까지 추가적으로 알칼리제를 첨가하고, 고온에서 염소화 글리세롤을 제거하는 반응을 2 시간 내지 4시간 진행하는 것이 바람직하다.
[염소화 글리세롤이 제거된 산-가수분해액의 2차 중화 및 여과]
염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액에 염산을 첨가하여 2차로 중화한다(S150 단계). 일례로, 2차 중화 단계(S150 단계)는, 염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액의 온도를 25 내지 30℃로 냉각하는 단계와, 냉각된 식용곤충 산-가수분해액을 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 염산을 투입할 수 있다.
이때, 염소화 글리세롤을 제거하는 단계(S140 단계)에서 식용곤충 가수분해액의 pH가 9 내지 10이 될 때까지 추가적으로 투입한 알칼리제의 양에 대응될 수 있도록 염산이 투입될 수 있다. 하나의 예시적인 실시형태에서, 2차 중화 단계에서 사용되는 염산은 20 내지 30%(w/v)의 염산 용액이 사용될 수 있다. 2차 중화 단계(S150 단계)를 통하여 최종적으로 제조되는 식용곤충 산-가수분해액의 pH는 5.2 내지 5.5일 수 있으며, 이러한 pH 범위를 충족하는 식용곤충 산-가수분해액을 정미성 소재 또는 조미성 소재로 활용될 수 있다.
1차 중화 단계(S130 단계)에서와 유사하게, 2차 중화 공정이 완료된 이후에 감압여과 장치 등을 사용하여 2차 중화 공정이 완료된 식용곤충 산-가수분해액을 여과할 수도 있다.
[건조 단계]
필요한 경우, 2차 중화 공정이 완료된 식용곤충 산-가수분해액을 건조하여 분말화할 수 있다. 건조 방법은 특별히 한정되는 것은 아니며, 진공건조, 열풍건조(예를 들어 열풍기의 온도는 90 내지 120℃), 분무 건조, 동결건조 등의 건조 방법을 사용할 수 있다. 일례로, 건조 단계는 5 내지 60분, 바람직하게는 5 내지 30분 동안 수행될 수 있다. 건조 공정을 식용으로 섭취하는데 적합한 분말 상태의 식용곤충 산-가수분해물을 제조할 수 있다.
이하, 예시적인 실시형태를 통하여 본 발명을 설명하지만, 본 발명이 하기 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되지 않는다.
실시예 1: 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액 제조
건조 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액을 다음과 같이 제조하였다. 반응조에 건조 쌍별귀뚜라미의 단백질 함량을 계산하여 21.9%(w/v) 염산 수용액 758 g을 투입하고, 분쇄한 건조 쌍별귀뚜라미 500 g을 천천히 투입하여 80~85℃에서 250~350 rpm으로 교반하면서 용해시켰다. 분쇄한 건조 쌍별귀뚜라미를 완전히 투입한 후 가온하여 100~105℃에서 10~12시간 동안 산-가수분해 반응을 진행하였다. 산-가수분해를 종료한 후, 온도를 55~60℃로 내린 후, 알칼리제인 탄산나트륨 285 g을 천천히 투입하여 pH를 5.2 내지 5.5 사이가 되면 종료하고 온도를 상온으로 내린 후, 여과장치를 통해 여과하였다. 여과 단계는 진공펌프에 감압용기와 여과 깔대기를 장착한 후 여과지(지름 185 mm)를 여과 깔대기에 넣고, 진공펌프를 작동시켜 감압(압력 0.6 내지 1 atm)을 유지하였다. 여과 도중 산-가수분해액의 박(粕)에 의해 여과가 원활하게 이루어지지 않을 경우 감압을 멈추고 여과지를 교체한 후 다시 진행하도록 한다. 여과박과 산-가수분해액을 완전히 분리하고 난 후, 여과된 산-가수분해액의 무게를 측정한다.
여과된 산-가수분해액을 150 g씩 3개의 반응조에 분취하였다. 3-MCPD를 제거하기 위하여 여과된 산-가수분해액이 분취된 한 반응조의 온도가 80℃가 되도록 상승시킨 후, 250~350 rpm으로 교반하면서, 알칼리제인 탄산나트륨을 31.5 g을 투입하여 산-가수분해액의 pH가 9가 되도록 하였다. 산-가수분해액의 pH가 9에 도달하면 탄산나트륨의 투입을 중단하고, 온도를 90℃로 상승, 유지한 상태에서 1시간 동안 반응시켜 3-MPCD가 제거될 수 있도록 하였다. 온도를 25~30℃로 냉각시킨 후, 250~350 rpm으로 교반하면서 pH가 5.2~5.5 사이가 될 때까지 21.9% 염산 용액 95 g을 천천히 투입하여 산-가수분해액을 제조하였다.
실시예 2: 갈색거저리 산-가수분해액 제조
건조 갈색거저리 산-가수분해액을 다음과 같이 제조하였다. 반응조에 건조 갈색거저리 500 g, 산-가수분해에서 21.9%(w/v) 염산 용액 598 g, 1차 중화에서 탄산나트륨 투입량 216 g, 3-MCPD를 제거하기 위한 탄산나트륨 투입량 76 g(산-가수분해액의 pH 9), 2차 중화 과정에서 21.9%(w/v) 염산 용액의 투입량 230 g을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 건조 갈색거저리 산-가수분해액을 제조하였다.
비교예 1: 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액 제조
1차 중화 및 여과 공정을 통해서 여과된 산-가수분해액의 분취액 150 g에 3-MCPD를 제거하기 위한 탄산나트륨 투입량 3 g(산-가수분해액의 pH 7), 2차 중화 과정에서 21.9%(w/v) 염산 용액의 투입량 9 g을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 건조 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액을 제조하였다.
비교예 2: 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액 제조
1차 중화 및 여과 공정을 통해서 여과된 산-가수분해액의 분취액 150 g에 3-MCPD를 제거하기 위한 탄산나트륨 투입량 12.2 g(산-가수분해액의 pH 8), 2차 중화 과정에서 21.9%(w/v) 염산 용액의 투입량 36 g을 사용한 것을 제외하고 실시예 1의 절차를 반복하여 건조 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액을 제조하였다.
비교예 3: 갈색거저리 산-가수분해액 제조
1차 중화 및 여과 공정을 통해서 여과된 산-가수분해액 150 g에 3-MCPD를 제거하기 위한 탄산나트륨 투입량 3 g(산-가수분해액의 pH 7), 2차 중화 과정에서 21.9%(w/v) 염산 용액의 투입량 9.3 g을 사용한 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하여 건조 갈색거저리 산-가수분해액을 제조하였다.
비교예 4: 갈색거저리 산-가수분해액 제조
1차 중화 및 여과 공정을 통해서 여과된 산-가수분해액 150 g에 3-MCPD를 제거하기 위한 탄산나트륨 투입량 11.5 g(산-가수분해액의 pH 8), 2차 중화 과정에서 21.9%(w/v) 염산 용액의 투입량 34.5 g을 사용한 것을 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하여 건조 갈색거저리 산-가수분해액을 제조하였다.
실험예 1: 식용곤충 산-가수분해액 중의 3-MCPD 함량 분석
실시예 1 내지 2와, 비교예 1 내지 4에서 각각 제조된 산-가수분해액 중의 3-MCPD의 함량을 분석하였다. 먼저, 산-가수분해액의 원료로 사용된 식용곤충인 건조 쌍별귀뚜라미와, 건조 갈색거저리의 일반 성분을 분석하였다. 일반 성분 분석 결과를 표 1에 나타낸다.
식용곤충 일반 성분 분석
샘플 수분(%) 지방(%) 단백질(%) 회분(%)
쌍별귀뚜라미 2.48 19.05 65.06 4.54
갈색거저리 3.75 32.11 50.75 3.78
이어서, 하기 표 2에 표시된 반응 조건에 따라 실시예 1 내지 2와, 비교예 1 내지 2에서 각각 제조된 식용곤충 산-가수분해액 중의 3-MCPD의 함량을 분석하였다.
3-MCPD 분석 조건
Instrument Agilent 7890/5985 GC-MSD
Column Agilent DB5MS-UI 30 m X 0.25 mm, 0.25 um Column
Carrier gas Helium gas
Initial value 1 mL/min
Base temperature 230 ℃
GC oven method 80 (Hold : 2 min) 30 /min 300 (Hold : 10 min)
MS mode 3-MCPD : m/z 196 147(Quan), 198-147(Qual), d5-3-MCPD : m/z 201 150
Source temperature 230
본 실험예에 따른 3-MCPD 함량 분석 결과를 하기 표 3에 나타낸다.
식용곤충 산-가수분해액의 3-MCPD 함량
샘플 3-MCPD 제거 전(mg/kg) 3-MCPD 제거 후(mg/kg)
실시예 1(pH 9)
100.5
0.03
비교예 1(pH 7) 41.3
비교예 2(pH 8) 0.13
실시예 2(pH 9) 34.8 6.40
비교예 3(pH 7) 0.21
비교예 4(pH 8) 0.10
표 3에 나타낸 바와 같이, 3-MCPD의 제거 단계를 pH 별로 90에서 1시간 반응으로 진행한 결과, 식용곤충의 지방 함량이 많아 실시예 1,2 모두 제거 단계 전의 3-MCPD 함량이 100.5, 34.8 mg/kg으로 매우 높은 것을 확인할 수 있었다. 3-MCPD를 제거하기 위해 탄산나트륨으로 산-가수분해액의 pH를 조절하였을 때, pH가 7인 경우에는 국내 식품 중의 3-MCPD 함량 기준인 0.3 mg/kg을 훨씬 초과하여 식품으로 사용될 수 없었다. 1차 중화 및 여과 후에 얻어진 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 9가 될 때까지 알칼리제인 탄산나트륨을 투입하는 경우에 3-MCPD의 함량이 매우 낮아졌지만, 매우 안전한 수준은 아닌 것으로 확인되었다.
실시예 3: 쌍별귀뚜라미 산-가수분해액 제조
실험예 1에서 1차 중화 처리 후에 추가로 알칼리제를 산-가수분해액의 pH가 9가 될 때까지 첨가한 경우에 3-MCPD의 함량이 가장 낮았다. 실시예 1에서 사용한 것과 동일한 건조 쌍별귀뚜라미를 사용하고, 도 2에 도시한 3-MCPD를 제거하기 위한 반응 시간, 탄산나트륨 투입량, 지방 함량을 고려한 뒤에, 실험예 1의 절차에 준하여 3-MCPD의 함량을 분석하였다.
쌍별귀뚜라미 산-가수분해액을 제조하기 위하여, 건조 쌍별귀뚜라미 5 g을 사용하였고, 1차 중화 및 여과 단계를 통해 얻어진 산-가수분해액에 3-MCPD를 제거하기 위하여 건조 쌍별귀뚜라미 샘플 중량 5 g 대비 표 4에 나타낸 탄산나트륨의 농도를 달리하여 투입하였으며, pH 9에 도달한 후에 90℃로 상승시킨 상태에서 3-MCPD를 제거하기 위한 반응 시간을 표 4에 나타낸 것처럼 조정하였다. 쌍별귀뚜라미의 지방 함량, 3-MCPD를 제거하기 위해 쌍별귀뚜라미 대비 탄산나트륨의 투입량, 반응 시간 및 최종적으로 분석된 3-MCPD 함량을 표 4에 나타낸다.
실험 결과, 반응 시간 1시간과 지방 함량이 높고 탄산나트륨 투입량이 낮은 실험군 8에서는 3-MCPD 저감화 효과를 볼 수 없었고, 실험군 9에서도 저감화 효과가 크지 않음을 확인할 수 있었다. 가장 좋은 결과를 보인 실험군 5의 경우 지방 함량이 높더라도 반응 시간을 4시간으로 하면 탄산나트륨의 투입량을 최소로 하여 3-MCPD를 완벽하게 저감화할 수 있는 결과를 확인할 수 있었다. 완전요인 실험의 실험군 5의 결과를 토대로 하여 식용곤충의 양을 증가시켜 산-가수분해액 제조를 진행하였다.
쌍별귀뚜라미 지방 함량, 탄산나트륨 투입량, 반응시간 및 3-MCPD 함량
실험군 지방 함량(%) 탄산나트륨(%) 시간(Hr) MCPD(mg/kg)
1 19.77 9 2.5 0.03
2 14.47 6 4 0.02
3 19.77 12 4 0.02
4 14.47 12 1 0.03
5 19.77 6 4 0.00
6 19.77 12 1 0.05
7 14.47 12 4 0.00
8 19.77 6 1 2.88
9 14.47 6 1 0.27
실시예 4: 저감화 조건을 통한 산-가수분해액 제조
상기 실시예의 결과를 토대로 건조 쌍별귀뚜라미 산가수분해액을 다음과 같이 제조하였다. 반응조에 건조 쌍별귀뚜라미의 단백질 함량을 계산하여 염산(21.9%(w/v)) 2,012g을 채우고, 분쇄한 건조 쌍별귀뚜라미 1,250g을 천천히 투입하여 80~85℃에서 250~350 rpm으로 교반하면서 용해시킨다. 분쇄한 건조 쌍별귀뚜라미를 완전히 투입한 후 가온하여 100~105℃에서 10~12시간 동안 진행하였다. 산-가수분해를 종료한 후, 온도를 55~60℃로 내린 후, 알칼리제인 탄산나트륨 760 g(염산:탄산나트륨 2.65:1)을 천천히 투입하여 pH를 5.2 내지 5.5 사이가 되면 종료하고 온도를 상온으로 내린 후, 실시예 1의 절차에 따라 여과장치를 통해 여과한다.
3-MCPD를 제거하기 위해 반응조에 여과 산-가수분해액을 넣고 온도가 80℃가 되도록 상승시킨 후, 250~350 rpm으로 교반하면서, 산-가수분해액의 pH가 9가 될 때까지 알칼리제인 탄산나트륨을 천천히 투입한다. 적정 pH에 도달하면 탄산나트륨 투입(296g)을 중단하고, 온도를 90℃로 상승시켜 유지시킨 후 4시간 반응한다. 온도를 25~30℃로 냉각시킨 후, pH가 5.2~5.5 사이가 될 때까지 250~350 rpm으로 교반하면서 21.9% 염산(900 mL)을 천천히 투입하여 산-가수분해액을 제조하였다(3-MCPD 제거 단계의 탄산나트륨: 2차 중화에서 21.9% 염산은 3:1).
실시예 5: 저감화 조건을 통한 산-가수분해액 제조
상기 실시예의 결과를 토대로 건조 갈색거저리 산-가수분해액을 다음과 같이 제조하였다. 건조 갈색거저리 1,500g, 산-가수분해 시 21.9% 염산 투입량 1,883g, 1차 중화 시 탄산나트륨 투입량 652g, 3-MCPD 제거 공정 시 탄산나트륨 투입량 353g, 2차 중화 시 21.9% 염산 투입량 980 mL를 제외하고 실시예 2의 절차를 반복하여 식용곤충 산-가수분해액을 제조하였다. (산-가수분해에서 사용한 21.9% 염산:1차 중화에서 투입된 탄산나트륨은 2.8:1 내지 2.9:1; 3-MCPD를 제거하기 위해 투입한 탄산나트륨:2차 중화에서 투입된 21.9% 염산은 2.78:1).
실험예 2: 저감화 조건에 따른 3- MCPD 생성률 분석
상기 실시예 5 및 실시예 6에서 각각 제조된 식용곤충 산-가수분해액에 함유된 3-MCPDml 함량을 실험예 1과 동일한 조건에서 분석하였다. 분석 결과를 하기 표 5 및 도 3에 나타낸다. 실시예 4, 5에서 3-MCPD 제거 단계 전 3-MCPD 함량은 각 88.7, 43.0 mg/kg으로 분석되었고, 3-MCPD 제거 단계에서 탄산나트륨을 산-가수분해액 대비 6%로 투입하고, 반응을 90℃, 4시간 진행한 후, 재중화한 결과 불검출~0.02 mg/kg으로 저감화 된 것을 확인하였다.
식용곤충 산-가수분해액 중의 3-MCPD 함량
샘플 3-MCPD 제거 전(mg/kg) 3-MCPD 제거 후(mg/kg)
실시예 5 88.7 0.00
실시예 6 43.0 0.02
실험예 3: 식용곤충 산-가수분해액 아미노산 함량 비교
본 실험예에서는 상기 실시예 4, 5에서 제조한 산-가수분해액의 아미노산 함량을 비교 분석하였다. 분석 조건을 표 6에 나타내며, 분석 결과를 표 7과, 도 4a 내지 도 4c에 나타낸다.
아미노산 조성 분석 조건
Instrument Agilent 1200 HPLC
Column ZORBAX Eclipse AAA 5 um C18 150 x 4.6 mm Column
Eluent A 40 mmol NaH2PO4 buffer(pH 7.8)
Eluent B Acetonitrile:Methanol:Water = 45:45:10
Gradient
Time (min) Flow rate (ml/mim) % A % B
Initial 2.0 100 0
1.9 2.0 100 0
18.1 2.0 43 57
18.6 2.0 0 100
22.3 2.0 0 100
23.2 2.0 100 0
26 2.0 100 0
Flow rate 2.0 mL/min
Oven Temperature 40 ℃
Detection Fluorescence detector
(Ex 340nm, Em 450nm)
Injection vol. 10 uL
아미노산 조성
아미노산 실시예 4(g/kg) 실시예 5(g/kg) 비고
HIS 81.13 160.91 고미
ILE 123.33 137.72 고미
LEU 318.72 288.10 고미
MET 98.63 101.18 고미
PHE 183.96 242.18 고미
THR 250.70 287.37 감미
VAL 223.01 315.37 고미
LYS 437.28 508.99 고미
ARG 414.78 416.04 고미
GLY 452.48 495.07 감미
PRO 569.51 882.13 감미
SER 416.19 459.75 감미
TYR 133.36 130.84 감미
ALA 830.51 748.75 감미
ASP 783.07 925.46 감칠맛
GLU 904.29 1141.25 감칠맛
Total A.A 6220.94 7241.10
도 4a 내지 도 4c와 표 7에 나타낸 바와 같이, 실시예 4, 5에 따라 제조된 식용곤충 산-가수분해액의 분석 결과, 실시예 5에서 제조된 갈색거저리 유래의 산-가수분해액이 실시예 4에서 제조된 쌍별귀뚜라미 유래의 산-가수분해액에 비하여 유리 아미노산의 총 함량이 높아, 상대적으로 높은 산-가수분해도를 나타내었다. 특히 우마미(Umami)에 관여하는 글루탐산(glutamic acid)과 아스파트산(aspartic acid)의 함량은 실시예 4에 비해 약 1.2배 높게 나타났다. 뿐만 아니라 동물성 단백질 산-가수분해액의 주요한 맛을 나타내는 감미(sweetness)에 관여하는 글리신(glycine), 세린(serine), 프롤린(proline), 알라닌(alanine) 및 트레오닌(threonine)의 함량은 실시예 5,6 모두 유사한 수준으로 확인되었다. 쓴맛(bitterness)에 관여하는 티로신(tyrosine), 아르기닌(arginine), 라이신(lysine) 및 류신(leusine) 등은 곤충의 사육환경과 먹이원 및 키틴 제질의 곤충의 껍질에서 기인하는 것으로 추정할 수 있다.
이러한 아미노산 프로파일(Amino acid profile)은 일반적으로 많이 알려져 있는 동물 단백질 산-가수해물인 젤라틴이 감미(sweetness) 아미노산이 주로 구성되어있는 반면에, 식용곤충 단백질 산-가수분해물은 감미(sweetness)와 감칠맛을 나타내는 우마미(Umami)가 비슷한 함량으로 구성되어 있는 것을 확인할 수 있었다.
상기에서는 본 발명의 예시적인 실시형태 및 실시예에 기초하여 본 발명을 설명하였으나, 본 발명이 상기 실시형태 및 실시예에 기재된 기술사상으로 한정되는 것은 아니다. 오히려 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 전술한 실시형태 및 실시예를 토대로 다양한 변형과 변경을 용이하게 추고할 수 있다. 하지만, 이러한 변형과 변경은 모두 본 발명의 권리범위에 속한다는 점은, 첨부하는 청구범위에서 분명하다.

Claims (10)

  1. 준비된 식용곤충에 염산(hydrochloric acid)을 투입하여 식용곤충의 단백질을 산-가수분해하는 단계;
    산-가수분해된 식용곤충이 포함된 식용곤충 산-가수분해액을 알칼리제로 1차 중화하는 단계로서, 상기 알칼리제로 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 사용하고, 상기 1 차 중화하는 단계는 상기 식용곤충 산-가수분해액을 300 내지 400 rpm의 속도로 교반하면서, 50 내지 60℃의 온도에서 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 상기 탄산나트륨 또는 수산화나트륨이 투입되는 단계;
    상기 1차 중화된 산-가수분해액을 여과하는 단계;
    여과 후에 알칼리제로 다시 처리하여 식용곤충 산-가수분해액 중에 염소화 글리세롤을 제거하는 단계로서, 상기 염소화 글리세롤을 제거하는 단계는, 상기 1 차 중화 및 상기 여과 처리된 상기 식용곤충 산-가수분해액을 70 내지 80℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서, 상기 1차 중화 및 상기 여과 처리 된 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 9 내지 10이 될 때까지 알칼리제인 탄산나트륨 또는 수산화나트륨을 투입하는 단계와, 85 내지 95℃의 온도에서 2 내지 4시간 동안 3-클로로-1,2-프로판디올의 제거 반응을 더욱 진행하는 단계; 및
    염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액에 염산을 가하여 2차 중화하는 단계
    를 포함하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  2. 제 1항에 있어서,
    상기 산-가수분해하는 단계에서 상기 식용곤충과 상기 염산은 1:1.25 내지 1:1.6의 중량비로 투입되는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  3. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 산-가수분해하는 단계에서, 20 내지 30%(w/v)의 염산 용액이 사용되며, 상기 식용곤충과 상기 염산은 1:1.25 내지 1:1.6의 중량비로 투입되는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  4. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 식용곤충은 갈색거저리 유충 및 쌍별귀뚜라미를 포함하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  5. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 산-가수분해하는 단계는, 80 내지 85℃의 온도에서 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 상기 식용곤충 및 염산을 투입하여 얻어지는 식용곤충 산-가수분해액을 사용하여, 100 내지 105℃의 온도에서 10 내지 12시간 동안 산 가수분해 반응을 진행하는 단계를 포함하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  6. 삭제
  7. 삭제
  8. 삭제
  9. 제 1항 또는 제 2항에 있어서,
    상기 2차 중화하는 단계는, 상기 염소화 글리세롤이 제거된 식용곤충 산-가수분해액의 온도를 25 내지 30℃로 냉각하는 단계와, 냉각된 상기 식용곤충 산-가수분해액을 250 내지 350 rpm의 속도로 교반하면서 상기 식용곤충 산-가수분해액의 pH가 5.2 내지 5.5가 될 때까지 염산을 투입하는 단계를 포함하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
  10. 제 9항에 있어서,
    상기 2차 중화하는 단계에서 사용된 상기 염산은 20 내지 35%(w/v)의 염산 용액인 것을 특징으로 하는 식용곤충 산 가수분해물을 제조하는 방법.
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