KR102128370B1 - 향류 다단 추출 방식에 의한 쌀 전분의 연속 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 향류 다단 연속 추출방식(Multistage counter current extraction system)에 의해 쌀 단백질을 추출하여 고순도의 쌀전분을 연속적으로 대량 생산할 수 있는 쌀전분 제조 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에 따르면, 종래의 회분식(Batch system) 제조 방식에 비해 높은 생산 수율로 고품질의 쌀 전분과 쌀 단백질을 얻을 수 있으며, 공정수의 대폭적인 사용량 감소로 폐수의 발생량을 현저하게 줄일수 있어 환경 친화적이고, 제조 비용 및 생산시설 설치 비용을 절감하여 제조 단가를 대폭 절감할 수 있다.

Description

향류 다단 추출 방식에 의한 쌀 전분의 연속 제조 방법{Continuous process for producing rice starch by multistage counter-current extraction system}

본 발명은 쌀 전분의 연속 제조 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 쌀로부터 쌀 단백질을 보다 효율적으로 추출하여 쌀 전분을 연속적으로 제조할 수 있는 방법에 관한 것이다.

전분은 셀룰로스와 식물성 식용유지에 이어 세계 3대의 중요한 식물자원으로서, 식품공업을 비롯한 다양한 산업분야에서 폭넓게 사용되어 전 세계를 통틀어 연간 사용량이 5,000만톤을 상회한다.

한편, 쌀은 밀, 옥수수와 함께 세계 3대 곡물자원인데, 전분, 단백질, 지방, 무기성분, 비타민 및 생리활성 물질이 타 곡물에 비해 풍부하게 함유되어 있고 알레르기 유발물질이 발견되지 않는 유일한 곡물이라는 큰 장점을 가지고 있다.

또한, 쌀 전분은 다른 종류의 전분들에 비해 호화온도(Gelatinization temperature)가 비교적 낮고(64~65℃), 입자 크기는 2~9㎛로 전분들 중에서 가장 소립자이기 때문에 침투력과 접착력이 높아 세탁용 및 접착제용으로 우수하다. 또한, 특히 타 전분에 비해 수분을 유지하는 보습력 등이 월등하게 우수하여 튀김용으로 호평을 받고 있으며 소화 흡수율도 높아 다이어트식품, 환자식, 영유아용 이유식이나, 화장품, 의약품 등에 사용되고 있다. 또한 쌀 전분 자체가 훌륭한 식품이며, 식품제조용 기본 소재는 물론 식품가공보조제, 각종 산업용 및 일반용 접착제 소재, 섬유가공 보조제 등 그 활용도가 대단히 높다.

따라서, 옥수수, 타피오카, 감자 등과 같이 전분으로 대량 제조되면 용도가 다양화 되고 부가가치가 높은 제품이 될수 있는데, 쌀이 가지고 있는 구조적 특성으로 인해 쌀 단백질 분리가 어려워, 감자, 밀, 타피오카 전분등 타 곡물 전분 제조에 비해 쌀 전분이 널리 활용되지 못하고 있다. 구체적으로, 전 세계 전분 시장은 옥수수 전분이 80% 이상을 점유하고 있고 타피오카 전분 7.5%. 소맥전분 6.5%, 감자 고구마 등 서류 전분 4.8%, 기타 전분 1.2%를 점유하고 있는 등 쌀 전분의 점유율은 극히 미미한 실정이다.

전분 제조 공정을 살펴보면, 일반적으로 식품 규격상 전분(澱粉)은 색, 맛, 냄새가 없는 가루로서 물속 평균 비중이 1.60~1.65(전분의 종류에 따라 다소 다름) 정도로 물에 녹지 않고 침전되는 분말로, 이 점을 이용하여 전분 제조와 정제를 한다. 현재 상용화된 전분 제조 공정은 일반적으로 원자재를 수세 및 분쇄하고, 회전체 진동체 등으로 사별하여 전분질을 분리하고, 섬유소, 단백질, 당분, 염류 등과, 중금속 기타 이물질, 색소 등을 원심분리기, 침강분리기 등을 활용하여 제거하고 전분질을 정제한 후 일정량의 수분을 잔류시켜 건조하여 분말화 하는 공정을 거친다.

감자, 고구마, 타피오카 등은 원자재 내에 함유된 수분속에 단백질이 용해된 상태이므로 제조 공정 중 비교적 용이하게 단백질을 분리하고 전분질을 정제 할수 있으며, 옥수수, 밀 등의 단백질은 원자재 분쇄물 속에 혼재되어 있으므로 물속에서 비중차 및 입자의 크기 차이로 비교적 용이하게 분리판형 노즐 원심분리기 등으로 연속적 으로 단백질을 분리하고 전분질을 정제 할 수 있다.

하지만, 쌀의 경우에는 타 곡물 자원과 달리 쌀 전분 배유세포의 외곽에 단백질이 규칙적으로 단단하게 배열되어 있어서 현재 상용화된 일반 전분의 제조 공정 및 방식으로는 분리하기 어렵다, 종래의 상용화 공정을 사용하여 쌀 전분을 제조하려면 단백질 분리에 26~36시간의 장시간이 소요되며 수득된 쌀 전분 입자의 정제시에 대량의 공정수가 사용되어 대량의 폐수가 발생한다. 따라서 생산성이 낮고 연속 생산이 곤란하며 제조원가가 상승하기 때문에 쌀 전분이 널리 활용되지 못하고 있다.

쌀의 배유세포는 주로 다각체의 크고 작은 전분립(澱粉粒)으로 구성되어 있으며 이 전분 입자는 다시 많은 전분 소립자로 채워진, 면이 많은 복립(複粒)형태이며, 쌀의 외층으로 갈수록 전분 입자에 많은 단백질 입자가 규칙적으로 단단하게 배열되어 있어, 쌀가루 상태에서도 다른 전분 자원과 달리 쌀 단백질의 분리는 어렵다.

현재 상용화된 쌀 전분의 제조 공정 및 제조 방식은 약 90여년 전에 영국에서 개발된 쌀 전분 제조공정 및 방식의 기본틀에서 크게 벗어나지 못하고 있다. 이 제조공정 및 제조 방식은 회분식(Batch system)으로 쌀의 배유세포 외곽에 규칙적으로 단단하게 배열 되어 있는 단백질 분리를 위하여 최소 쌀 량의 5배 정도의 0.3~0.5%의 수산화나트륨(가성소다) 수용액에 18~24시간 침지시켜야 한다. 침지 온도 상승시 전분이 호화될 수 있으므로 침지 온도를 높일 수 없거나 냉각시킬 필요가 있기 때문에 장시간 침지가 필요하다. 1차 침지가 완료되면, 탈수후 쌀 전분 입자의 심층부에 존재하는 단백질 분리를 위해 분쇄 후 다시 쌀 가루양의 최소 5배 이상 0.3~0.5% 수산화나트륨(가성소다) 수용액에 8~12시간 정도 더 침지한 후에 진동체나 회전체를 사용하여 사별한 다음, 비교적 강한 알칼리 수용액 내에 장시간 침지시킨다. 그 결과 쌀 전분 입자의 pH가 높아져(평균 pH 12~13 예상) 수득된 쌀 전분 입자를 정제하기 위하여 쌀 전분 양의 최소 50배~100배 정도의 대량의 세척수를 사용하여 4~5회 수세 후에 디스크 노즐 원심분리기, 데칸터(Decanter),침강분리기,여과 방식을 통하여 쌀 전분을 분리하고 건조하여 제품화 한다. 또한, 쌀 단백질은, 침지 후 배출된 알칼리 폐액을 염산으로 중화하여 침전시켜 농축한 다음 건조하여 사료 첨가제로 사용된다.

이와 같이, 종래의 쌀 전분 제조 방법은 쌀 단백질의 분리 추출을 위해 쌀을 비교적 강한 알칼리 수용액 내에서 장시간 침지시켜야 하므로, 생산성이 저하되고 제품의 품질저하가 발생될 수 있다. 그 뿐만 아니라, 수득된 쌀 전분 입자의 pH가 높은 수준이어서(평균 pH 12~13) 쌀 전분 1톤 제조시 수세수가 최소 50~100톤 정도사용되므로 대량의 폐수가 발생되어 대규모 폐수처리 플란트(plant)가 필요하며, 폐수처리 운영비 등의 증가도 제조원가 상승 요인이 된다. 특히, 추출 분리된 쌀 단백질 수용액을 방류시에는 환경 오염의 큰 요인이 될 수 있기 때문에, 이를 방지하기 위하여 대량 폐액내에서 산처리를 하여 단백질을 침전 분리 여과, 농축 후 분리하여야 하는데 이로 인해 제조 비용도 상승하지만, 품질이 변질되어 단백질 활용이 제한될 수 있다.

또한, 쌀 전분 입경은 2~9㎛ 정도로 아주 미세하여 수 중에 부유하는데 쌀 전분 입자의 여과 및 수세시 현탁된 전분층의 유실율이 높아 수득율이 낮아지는 문제가 있다.

대한민국 등록특허 제10-1848840호

본 발명은 전술한 제반 문제점들을 해결하기 위한 것으로서, 쌀 배유세포 외곽에 규칙적으로 단단하게 배열되어 있는 쌀 단백질을 효율적으로 추출 및 분리하여 쌀 전분을 연속적으로 대량 생산할 수 있으며, 공정수 사용량이 대폭 절감되어 환경 친화적일 뿐만 아니라 부산물로 회수되는 쌀 단백질의 품질도 우수하여 사료 첨가제에서 식품용 및 의약용까지 용도를 넓힐 수 있도록 하는 새로운 쌀 전분제조 공정을 제공하고자 한다.

본 발명은 상기 과제를 해결하기 위하여,

(1) 쌀에 물을 가수하여 전처리하는 단계;

(2) 전처리된 쌀을 압착 탈수 후 분쇄하여 쌀 분말을 얻는 단계;

(3) 분쇄된 쌀 분말을 향류 다단 연속식 추출하여 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계로서, 상기 향류 다단 연속식 추출단계는

(3-1) 쌀 분말을 제1 추출기에 공급하여 알칼리 수용액으로 쌀 단백질을 1차 추출하여 1차 추출물을 얻고,

(3-2) 상기 1차 추출물을 압착 탈액한 후 고형분을 제2 추출기에 공급하여 알칼리 수용액으로 2차 추출하여 2차 추출물을 얻는 것을 포함하며;

(4) 상기 2차 추출물을 압착 탈액하여 고형분인 쌀 전분 입자와 액상의 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계;

(5) 상기 쌀 전분 입자를 중화하는 단계; 및

(6) 중화 단계를 거친 쌀 전분 입자 액에 정제수를 가하여 희석 및 세척한 후 탈수, 분쇄 및 건조하여 쌀 전분을 얻는 단계를 포함하는 쌀 전분의 연속 제조방법을 제공한다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, 상기 단계 (1)의 전처리는 수평형으로 설치된 리본믹서에서 쌀 중량의 2~3배의 물을 가수하여 실시될 수 있다.

또한, 상기 단계 (2)의 분쇄는 쌀 분말의 입자 크기를 60~80 메쉬가 되도록 하는 것일 수 있다.

또한, 상기 단계 (2)의 압착 탈수 및 단계 (3-2) 및 단계 (4)의 압착 탈액 중 하나 이상은 하이드로 익스펠라(hydro expeller)에 의해 실시될 수 있다.

또한, 상기 단계 (3)의 향류 다단식 연속 추출은 2회 이상 실시될 수 있다.

또한, 상기 단계 (5)의 중화는 쌀 전분 입자 중량의 1~2배의 알콜과 0.5~1배의 정제수를 가하고 염산을 사용하여 pH 5~6으로 중화하는 것일 수 있다.

또한, 상기 단계 (6)의 세척은 2기~8기의 하이드로-사이클론(hydro-cyclones)에 의해 실시되는 것일 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시예에 따르면, (7) 상기 단계 (4)에서 분리된 액상의 쌀 단백질 추출액을 정제, 탈수 및 건조하여 쌀 단백질을 얻는 단계를 더 포함한다.

상기 단계 (7)에서 정제는 상기 단계 (4)에서 얻은 액상의 쌀 단백질 추출액을 이온교환수지를 통과시킨 후 정류탑을 거쳐 한외여과하여 실시될 수 있다.

또한, 상기 단계 (7)에서 건조는 링 드라이어를 사용하여 실시될 수 있다.

또한, 상기 이온교환수지는 음이온 교환수지 및 양이온 교환수지 중 하나 이상을 사용하는 것일 수 있다.

또한, 상기 이온교환수지를 통과한 액상의 단백질 추출액을 정류탑에 보내기 전에 활성탄탑과 마이크로필터 중 하나 이상을 거치도록 할 수 있다.

또한, 상기 정류탑에서 알콜을 회수하여 재활용하거나, 상기 한외여과에서 배출된 공정수를 역삼투막으로 정제하여 정제수로서 재활용할 수 있다.

본 발명에 따른 쌀 전분 제조 방법은 향류 다단 연속 추출 방식을 활용하여 쌀 단백질을 효율적으로 추출 분리하므로 고순도의 쌀 전분을 연속적으로 대량 생산할수 있다.

또한, 공정수(process water) 사용량의 현저한 감소로 폐수 발생량이 대폭 줄어 들어 환경친화적이며 제조 비용이 대폭 절감될 수 있어 경제적이다. 구체적으로 종래의 공정은 수득된 쌀 전분 입자들의 정제시 쌀 전분 입자량의 50~100배 이상 대량의 세척수를 필요로 하였으나, 본 발명의 방법에 따르면 쌀의 전처리 공정에서 쌀량의 약 2배 물을 사용하고, 쌀 전분 입자들의 중화시 약 0.5배의 물을 사용하는 등 공정수 사용량 및 그에 따른 폐수 발생량이 대폭 감소하게 되어 대규모 폐수처리 플란트 설치가 불필요하다. 게다가 본 발명에 따른 쌀 전분 제조 방법은 연속 공정으로 이루어지기 때문에 공정 자동화에 유리하다.

또한 단백질 회수시 가열이나 염산 등의 약제를 첨가하지 않기 때문에 식품 및 의약품 분야에도 활용될 수 있는 고순도 고품질의 쌀 단백질을 얻을 수 있다.

또한, 수득한 쌀 전분의 중화시 친수성 용매인 알콜류를 사용하여 쌀 전분 입자들 사이의 인력을 증가시켜 쌀 전분 입자들 간의 뭉침 현상이 발생하게 함으로써 부유되어 있는 미세한 쌀 전분 입자들의 유실이 방지되어 쌀 전분의 회수율을 높일 수 있다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 향류 다단 연속 추출 공정을 도시한 것이다.
도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 향류 다단 연속 추출 공정을 도시한 것이다.

이하에서는 도면을 참조하여 본 발명을 보다 구체적으로 설명한다.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 공정 흐름도이다.

본 발명에 따른 쌀 전분의 연속 제조 방법은

(1) 쌀에 물을 가수하여 전처리하는 단계(S100);

(2) 전처리된 쌀을 압착 탈수 후 분쇄하여 쌀 분말을 얻는 단계(S102);

(3) 분쇄된 쌀 분말을 향류 다단 연속식 추출하여 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계(S104)로서, 상기 향류 다단 연속식 추출단계는

(3-1) 쌀 분말을 제1 추출기에 공급하여 알칼리 수용액으로 쌀 단백질을 1차 추출하여 1차 추출물을 얻고,

(3-2) 상기 1차 추출물을 압착 탈액한 후 고형분을 제2 추출기에 공급하여 알칼리 수용액으로 2차 추출하여 2차 추출물을 얻는 것을 포함하며;

(4) 상기 2차 추출물을 압착 탈액하여 고형분인 쌀 전분 입자와 액상의 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계(S106);

(5) 상기 쌀 전분 입자를 중화하는 단계(S108); 및

(6) 중화 단계를 거친 쌀 전분 입자 액에 정제수를 가하여 희석 및 세척(S110)한 후 탈수, 분쇄 및 건조하여 쌀 전분을 얻는 단계(S112)를 포함한다.

이하에서 각 단계에 대해 보다 구체적으로 설명한다. 이하 설명에서 모든 용량은 다른 언급이 없는 한 중량을 기준으로 한다.

A. 쌀의 전처리 공정(pre-treatment process)(S100)

쌀 전분 입자는 물속에서 분자간 상호 수소 결합을 형성하고 있어, 쌀 전분 입자가 적당하게 팽윤되지 않으면 쌀 전분 입자의 표면의 반발로 알칼리 수용액이 쌀 전분의 섬유소 집단(Micelle) 내에 침투하여 쌀 단백질과 충분히 접촉할 수 없다. 따라서, 쌀 전분 입자를 팽윤(Swelling)시켜 쌀 전분 입자의 무정형(Amorphorus) 부분과 결정형 (Crystalline) 부분을 느슨하게 하여, 알칼리 용매가 섬유소 집단 내로 쉽게 침투할 수 있도록 하여 쌀 단백질의 추출을 촉진하기 위하여 전처리를 실시한다.

전처리 단계(S100)에서는 쌀 저장 호퍼(Hopper)에서 매회 추출할 양의 쌀을 계량하여 전처리관(Vessel)으로 이송한다. 쌀의 계량은 로타리 피더에 의해 이루어질 수 있으며, 계량 공급된 쌀은 스크류 콘베이어를 통해 이송될 수 있다. 상기 전처리관은 수평형으로 설치된 리본믹서(Ribbon Mixer)인 것이 바람직하다. 이는 쌀의 비중이 1.60~1.62 범위로 비교적 높은 편이어서 수직형 반응기에서는 교반을 하더라도 쌀이 침하되어 교반이 골고루 되지 않으며, 열 전달 역시 고르게 이루어지기 어렵기 때문이다. 리본 믹서는 2기 이상을 병렬연결하여 동시에 사용할 수 있다.

전처리관(Vessel)에 쌀 중량의 2~3배의 물을 넣고 통상 전분 제조 시 사용되는 호화 지연제를 쌀중량의 0.5~1% 정도로 투입하고 최대 60℃까지 가온하면서 서서히, 예를 들면 약 20~30 rpm 정도로 약 2~3시간 교반한다. 이 때, 쌀 전분 입자의 팽윤을 촉진 시키기 위해서는 극소량의 산화제를 첨가할 수도 있다.

B. 압착 탈수 및 분쇄 단계(S102)

전처리 단계(S100)를 마친 쌀은 하이드로-익스펠러(Hydro-expeller)로 이송하여 압착 탈수 하고, 분쇄한다. 하이드로-익스펠러는 유압을 활용한 탈수/탈액 장치이다.

전처리를 마친 쌀을 하이드로-익스펠러 이송시에는 모노펌프(Mono pump)를 활용하여 모노펌프 피드라인(Mono pump feed line)을 통하여 흡입과 토출 작용에 의해 이송할 수 있다.

전처리관(Vessel)에서 쌀은 물과 함께 교반되는데 후속 단백질 추출 공정을 효율적으로 수행하기 위하여 하이드로-익스펠러로 압착 탈수한다. 하이드로-익스펠러는 탈수 효율이 높아 압착 탈액 후 얻어지는 케이크(cake)내 잔류 액상 성분을 10% 이내로 낮출수 있다.

전처리된 쌀의 압착 탈수 시 배출되는 폐액에는 쌀뜨물과 일부 쌀 단백질 추출물과 부유물이 혼재되어 있으므로 프리-코트 캔들필터(precoat candle filter)를 사용하여 여과할 수 있는데, 그렇게 되면 불순물 등을 최대 0.5㎛ 크기까지 흡착시킬수 있다.

하이드로-익스펠러에서 압착 탈수된 쌀은 롤밀(Roll-Mill)과 같은 분쇄 수단을 사용하여 용매 추출에 적당한 입자 크기인 약 60~80 메쉬 정도가 되도록 분쇄한다. 쌀가루 입자가 작을수록 용매와의 접촉 면적이 커서 추출이 빠르지만 입자가 너무 작으면 추출 용매가 이동하는 통로를 막아 순환에 방해가 되므로, 적정한 입자크기는 60~80 메쉬 정도이다.

C. 향류 다단 연속식 추출공정(S104)

분쇄된 쌀가루를 추출 탱크로 이송하고 알칼리 수용액을 사용하여 쌀 전분 입자 내의 쌀 단백질과 안정된 수용성 알칼리 염을 형성하게 하여, 일반적인 고체-액체(Solid-liquid)추출 원리에 따라 추출한다.

고체-액체 추출에서는 1회 회분(batch) 추출시 용매 사용량은 최소 쌀 량의 5배 내지 10배 이상 다량의 용매가 소요됨에도 불구하고 추출된 단백질의 농도가 낮아서 추출 시간이 길어지게 되며, 결국에는 추출된 단백질 수용액 농도와 쌀 가루 내의 단백질 농도가 평형상태를 이루게 되는 반추출(Half extraction)상태에 이르러 추출 용매가 더 이상 단백질을 추출 할수 없게 된다. 이 현상을 극복하기 위하여 본 발명에서는 향류 다단 연속 추출 방식(Multiple stage counter-current extraction system)을 사용하였다.

여기서 향류는 1차 추출이 완료된 추출액에서 고형분을 분리하여 새로운 용매와 접촉시키기 때문에 고형분의 흐름과 용매의 흐름이 서로 향류를 형성하기 때문에 붙여진 것이다. 이는 1차 추출 후 별도의 분리 과정없이 새로운 용매를 추가로 가하여 2차 추출하는 기존 방법과는 구별된다.

도 2는 본 발명의 일 실시예에 따른 향류 다단 연속 추출 공정(200)을 보여주는 도면이다.

쌀 분말(21)을 제1 추출기(210)에 공급하여 알칼리 수용액(22)으로 쌀 단백질을 1차 추출하여 1차 추출물(23)을 얻는다. 1차 추출물(23)을 압착 탈액(230)한 후 고형분(25)을 제2 추출기(220)에 공급하여 알칼리 수용액(24)으로 2차 추출하여 2차 추출물(27)을 얻는 것이다.

알칼리 수용액(22)은 탄산나트륨 수용액, 수산화나트륨 수용액, 수산화 칼륨 수용액 및 탄산칼륨 수용액 중에서 선택되는 것일 수 있으며, 농도는 약 0.3 wt% 이하일 수 있다.

1차 추출물(23)은 쌀 전분 입자, 단백질 추출액과 용매의 혼합물(Micella)인데 이를 하이드로-익스펠러(Hydro-expeller)(230)에서 압착 탈액하여 고-액을 분리하면 쌀 전분 입자가 케이크 형태의 고형분(25)으로 얻어진다. 이 고형분(25)을 로타리기어 펌프(Rotary-Gear pump), 로타리로브 펌프(Rotary Lobe pump), 모노펌프(Mono pump), 스크류 콘베이어(Screw Conveyor) 등을 이용하여 연속적으로 다음 추출기(220)으로 보내어 새로운 알칼리 수용액(24)과 접촉시킨다. 1차 추출에 의해 추출되어 용해되어 있는 단백질 용액이 하이드로-익스펠러에서 탈액된 후 2차 추출기(220)으로 보내어지는 고형분(25)은 단백질 용액의 잔존량이 최소화된 상태로 새로운 추출 용매(24)와 접촉함으로써 쌀 분말 내의 단백질이 거의 완전하게 추출될 수 있다.

추출 공정에서는, 쌀 전분 입자의 호화 방지를 위하여 호화지연제를 첨가할 수 있으며, 최대 60℃까지 가열, 교반하여 쌀 분말 내의 단백질이 거의 완전하게 추출 되도록한다. 여기에서는 설명의 편의상 2차 추출까지만 도시하였지만, 3차 이상의 추출도 연속적으로 실시할 수 있으며, 이러한 추출 공정을 2회 이상 연속적으로 실시할 수 있다.

도 3은 본 발명의 다른 실시예에 따른 항류 다단 연속 추출 공정(300)을 보여주는 도면이다.

도 3의 공정은 1차 추출기(311, 312) 및 2차 추출기(321, 322)가 각각 2개씩 병렬연결되어 있는 경우이다. 쌀 분말(31)을 제1 추출기(311,312)에 동시에 공급하여 알칼리 수용액(32)으로 쌀 단백질을 1차 추출하여 1차 추출물(33)을 얻는다. 1차 추출물(33)을 압착 탈액(330)한 후 고형분(35)을 제2 추출기(321,322)에 공급하여 새로운 알칼리 수용액(34)으로 2차 추출하여 2차 추출물(37)을 얻는다. 이렇게 구성하는 경우 하나의 추출기를 보수하여야 하는 경우에도 공정의 중단없이 연속 운전이 가능하다는 장점이 있다.

D. 압착탈액 단계(S106)

2회 이상 추출이 끝난 쌀 전분 입자와 단백질 및 용매 혼합물(Micella)을 하이드로-익스펠러(Hydro-expeller)(230, 330)에 이송하여 압착 탈액한다. 하이드로-익스펠러의 탈액능력으로 쌀 전분 입자(28,38)에 남아 있는 쌀 단백질 추출액의 잔류농도는 미미하게 된다. 쌀 단백질 추출액(29,39)은 후술하는 단백질 정제 공정으로 공급되고, 쌀 전분 입자로 이루어진 케이크 형상의 고형분(28,38)은 중화 단계(S108)로 이송된다.

E. 중화 단계(S108)

중화단계에서는 탈수된 쌀 전분 입자 케이크(cake)를 중화 탱크에 넣고 친수성 알콜 용매를 쌀 전분 입자 중량 기준 1~2배 용량을 넣고, 여기에 추가로 정제수를 0.5~1배 용량을 첨가하고 교반하면서, 염산을 첨가하여 약 pH 5~6의 약산성이 되도록 중화한 다음 희석 탱크로 이송한다.

중화 단계에서 친수성 용매인 알콜류를 사용하면 쌀 전분 입자들 사이의 인력을 증가시켜 쌀 전분 입자들 간의 뭉침 현상이 발생하게 함으로써 부유되어 있는 미세한 쌀 전분 입자들의 유실이 방지되어 쌀 전분의 회수율을 높일 수 있다.

상기 친수성 알콜 용매는 에탄올, 이소부탄올, 이소프로필알콜 중에서 선택되는 것일 수 있다.

F. 희석 및 세정 단계(S110)

중화를 마친 쌀전분 입자를 희석 탱크로 이송한 후 적정량의 정제수를 가하여 희석한다. 희석된 쌀 전분 입자 현탁액을 하이드로싸이클론(Hydrocyclone)에 넣고 정제수를 적정량 가하면서 비중차를 이용하여 미량으로 섞여 있는 단백질 잔류물과 이물질 등을 분리한다. 하이드로싸이클론은 2기~8기, 바람직하게는 4기~8기를 직렬연결하여 사용할 수 있다.

G. 탈수, 분쇄 및 건조 단계(S112)

세정된 쌀 전분 입자는 횡형 필터식 탈수기로 탈수한 다음 터보 밀을 사용하여 적정 입자 크기로 분쇄한다. 분쇄된 쌀 전분 입자는 분무 건조 또는 기류 건조 방식으로 건조한 다음 저장되거나 제품으로 포장된다. 건조시에는 일정량(예를 들어 약 14% 이하)의 수분이 잔류하도록 하는 것이 제품의 장기간 보존성 측면에서 유리하다.

H. 쌀 단백질의 회수공정

전처리 단계(S100)를 마친 쌀의 압착 탈수 단계(S102)에서 배출되는 폐액, 향류 다단 추출 단계(S104)에서 추출 분리된 알칼리성 단백질 용액, 중화단계(S108)를 거친 후 탈수단계(S112)에서 배출되는 폐액은 회수액 탱크로 회수된 후 이온교환수지를 거치도록 하여 알칼리 성분 및 염류 등을 흡착 제거한다(S107). 이온교환수지는 음이온 교환수지, 양이온 교환수지 또는 이들 모두를 사용할 수 있다. 바람직한 실시예에 따르면 음이온 교환수지탑을 통과한 후 양이온 교환수지탑을 통과하도록 하며, 이때 음이온 교환수지탑에서 나온 단백질 용액을 CO₂ 제거기로 CO₂를 제거한 후 양이온 교환수지탑으로 이송할 수 있다.

이온교환수지에 의해 정제된 회수액은 정류탑으로 공급되어 비점차에 의해 알콜류를 회수한다(S109). 이 공정에 의해 쌀 전분 입자의 중화 단계(S108)에서 사용된 알콜을 회수할 수 있다.

바람직한 실시예에 따르며, 이온교환수지에 의해 정제된 회수액을 정류탑으로 공급하기 전에 활성탄 탑과 마이크로필터를 거치도록 하여 불순물을 완전히 제거하는 것이 바람직하다. 활성탄탑은 자동역세 활성탄 탑일 수 있다.

알콜 성분이 제거된 회수액은 한외여과 장치(UF Filter system)를 통하여 단백질을 분리한다(S111). 한외여과장치를 사용함으로써 고순도의 단백질을 30% 까지 농축시킬 수 있다.

여과된 단백질은 탈수한 후 링드라이어(Ring Dryer)로 건조한 다음 저장하거나 포장하여 제품화할 수 있다(S113). 링드라이어는 단백질의 열 변성이 없도록 건조하기 때문에 바람직하다.

한편, 한외여과장치에서 분리된 공정수는 역삼투 시스템(R/O system)을 사용하여 정제한 후 공정수로 재순환시킬 수 있다. 정제된 공정수는 예를 들어, 전처리 단계(S100), 중화단계(S108) 등에 정제수로서 공급될 수 있다.

이상 본 발명의 바람직한 실시 형태를 위주로 설명하였으며, 본 발명에 따른 쌀 전분 제조 방법은 향류 다단 연속 추출 방식을 활용하여 쌀 단백질을 효율적으로 추출 분리하므로 고순도의 쌀 전분을 연속적으로 대량 생산할수 있다.

또한, 공정수(process water) 사용량의 현저한 감소로 폐수 발생량이 대폭 줄어 들어 환경친화적이며 제조 비용이 대폭 절감될 수 있어 경제적이다. 구체적으로 종래의 공정은 수득된 쌀 전분 입자들의 정제시 쌀 전분 입자량의 50~100배 이상 대량의 세척수를 필요로 하였으나, 본 발명의 방법에 따르면 쌀의 전처리 공정에서 쌀량의 약 2배 물을 사용하고, 쌀 전분 입자들의 중화시 약 0.5배의 물을 사용하는 등 공정수 사용량 및 그에 따른 폐수 발생량이 대폭 감소하게 되어 대규모 폐수처리 플란트 설치가 불필요하다. 게다가 본 발명에 따른 쌀 전분 제조 방법은 연속 공정으로 이루어지기 때문에 공정 자동화에 유리하다.

또한 단백질 회수시 가열이나 염산 등의 약제를 첨가하지 않기 때문에 식품 및 의약품 분야에도 활용될 수 있는 고순도 고품질의 쌀 단백질을 얻을 수 있다.

또한, 수득한 쌀 전분의 중화시 친수성 용매인 알콜류를 사용하여 쌀 전분 입자들 사이의 인력을 증가시켜 쌀 전분 입자들 간의 뭉침 현상이 발생하게 함으로써 부유되어 있는 미세한 쌀 전분 입자들의 유실이 방지되어 쌀 전분의 회수율을 높일 수 있다.

이상으로 본 발명 내용의 특정한 부분을 상세히 기술하였는바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서, 이러한 구체적 기술은 단지 바람직한 실시 양태일 뿐이며, 이에 의해 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백할 것이다. 따라서 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항들과 그것들의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다.

Claims (3)

1. (1) 수평으로 설치된 리본믹서에 쌀을 공급하면서 쌀 중량의 2~3배의 물을 가수하여 쌀을 전처리하는 단계;
   (2) 전처리된 쌀을 하이드로-익스펠러로 이송한 다음 압착 탈수하여 잔류 액상 성분이 10% 이내가 되도록 한 후 분쇄하여 쌀 분말을 얻는 단계;
   (3) 분쇄된 쌀 분말을 향류 다단 연속식 추출하여 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계로서, 상기 향류 다단 연속식 추출단계는
   (3-1) 쌀 분말을 제1 추출기에서 공급하여 알칼리 수용액으로 쌀 단백질을 1차 추출하여 1차 추출물을 얻고,
   (3-2) 상기 1차 추출물을 하이드로-익스펠러로 이송한 다음 압착 탈액한 후 고형분을 제2 추출기에 공급하여 알칼리 수용액으로 2차 추출하여 2차 추출물을 얻는 것을 포함하며;
   (4) 상기 2차 추출물을 하이드로-익스펠러로 이송한 다음 압착 탈액하여 고형분인 쌀 전분 입자와 액상의 쌀 단백질 추출액을 분리하는 단계;
   (5) 상기 쌀 전분 입자를 쌀 전분 입자 중량의 1~2배의 알콜과 0.5~1배의 정제수를 가하고 염산을 사용하여 pH 5~6으로 중화하는 단계; 및
   (6) 중화 단계를 거친 쌀 전분 입자 액에 정제수를 가하여 희석 및 세척한 후 탈수, 분쇄 및 건조하여 쌀 전분을 얻는 단계를 포함하며, 상기 단계들이 연속적으로 실시되는 것인 쌀 전분의 연속 제조방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 단계 (6)의 세척은 2기~8기의 하이드로-사이클론(hydro-cyclones)에 의해 실시되는 것인 쌀 전분의 연속 제조방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   (7) 상기 단계 (4)에서 분리된 액상의 쌀 단백질 추출액을 정제, 탈수 및 건조하여 쌀 단백질을 얻는 단계를 더 포함하며,
   상기 단계 (7)에서 정제는 상기 단계 (4)에서 얻은 액상의 쌀 단백질 추출액을 이온교환수지를 통과시킨 후 정류탑을 거쳐 한외여과하여 실시되거나,
   상기 단계 (7)에서 건조는 링 드라이어를 사용하여 실시되며;
   상기 이온교환수지는 음이온 교환수지 및 양이온 교환수지를 모두 사용하는 것이거나,
   상기 이온교환수지를 통과한 액상의 단백질 추출액을 정류탑에 보내기 전에 활성탄탑과 마이크로필터 중 하나 이상을 거치도록 하는 것인 쌀 전분의 연속 제조 방법.

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