KR102596218B1 - 3d 프린팅을 통한 대체 식품 및 그 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 식물성 단백 및 자일로스를 포함하는 조성물을 3D 프린팅으로 대체 식품 잉크를 제조하는 단계;를 포함하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법을 개시한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비트레드는 50°C 이상의 온도에서 불안정하여 가열 중 붉은 색을 잃고, 자일로스를 첨가하여 식육이 조리되며 나타나는 마이야르 반응을 재현할 수 있으므로 실제 식육에 유사한 특성을 재현하고, 대체 식품으로서 유용하게 사용이 가능하다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비트레드는 50°C 이상의 온도에서 불안정하여 가열 중 붉은 색을 잃고, 자일로스를 첨가하여 식육이 조리되며 나타나는 마이야르 반응을 재현할 수 있으므로 실제 식육에 유사한 특성을 재현하고, 대체 식품으로서 유용하게 사용이 가능하다.
Description
본 발명은 3D 프린팅을 통한 대체 식품 및 그 제조방법에 관한 것이다.
오늘날 많은 소비자는 식단에서 동물성 식품의 항생제, 콜레스테롤 안전성 문제와 장쇄불포화지방산 섭취로 인한 건강문제, 육류 소비로 인한 탄소 배출 등 다양한 이유로 육류 소비를 줄이고 건강하고 지속 가능한 음식에 대한 관심을 꾸준히 보이고 있다. 이에 대표적으로, 식물성 단백질을 이용하여 제조하는 대체식품(대체육)이 있다.
종래 대체육은 대부분 콩단백 혹은 밀단백 등을 주원료로 기타 향료 등을 첨가하여 압출성형기반으로 만든 제품이다. 그러나 압출성형기반으로는 고기 고유의 결 등 조직감을 표현할 수 없고, 색 표현 또한 연한 황토색으로 제한적이다. 이에 현재 대체육의 이용 범위는 패티, 함박스테이크, 만두소 등에 한정된다.
이에 따라, 고기의 조직감을 살려 유사한 고기를 만드는 것이 대체육의 이용 범위를 넓히는 데 있어서 중요한 요소가 된다. 또한, 대체육의 품질은 조직감 외에도 풍미, 색과 같은 외관 등 다양한 방면으로 유사성에 의해 결정된다.
한편, 적층 방식의 3D 프린팅은 다양한 재료를 이용하여 층층이 쌓아 모형화 한 형태를 구현할 수 있다. 더불어, 재료를 다양하게 조합하여 가열하지 않고 반죽 형태로 출력이 가능하기 때문에 색 등 외관을 표현하는데도 용이하다. 이러한 이유들로 대체육 제품을 생산하는 데 있어, 기존의 압축성형 방식의 단점들을 극복할 수 있는 방안으로 떠오르고 있다.
본 발명은 비트 레드의 열적 불안정성과 자일로스의 마이야르 반응을 통해 조리 전 식육의 붉은색과 조리 후 식육의 갈색을 모방할 수 있는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 및 그 제조방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.
한편, 본 발명에서 이루고자 하는 기술적 과제들은 이상에서 언급한 기술적 과제들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 기술적 과제들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법은 식물성 단백 및 자일로스를 포함하는 조성물을 3D 프린팅으로 대체 식품 잉크를 제조하는 단계;를 포함한다.
또한, 식물성 단백은, 분리대두단백, 분리완두단백, 분리밀단백, 분리녹두단백, 분리적두단백 중 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 자일로스는 25 내지 60 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은, 24 내지 26℃에서 압출되는 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은, 비트 추출물을 더 포함하고, 상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 비트 추출물은 2 내지 12 중량부인 것을 특징으로 한다.
또한, 상기 조성물은, 3D 프린팅의 인쇄적성을 위해 인쇄적성용 물질을 더 포함한다.
또한, 상기 인쇄적성용 물질은, 메틸셀룰로오스, 셀룰로오스, 잔탄검, 구아검 중 어느 하나 이상을 포함한다.
또한, 상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 인쇄적성용 물질은 8 내지 12 중량부인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 실시예에 따르면, 비트레드는 50° C 이상의 온도에서 불안정하여 가열 중 붉은색을 잃고, 자일로스를 첨가하여 식육이 조리되며 나타나는 마이야르 반응을 재현할 수 있으므로 실제 식육에 유사한 특성을 재현하고, 대체 식품으로서 유용하게 사용이 가능하다.
한편, 본 발명에서 얻을 수 있는 효과는 이상에서 언급한 효과들로 제한되지 않으며, 언급하지 않은 또 다른 효과들은 아래의 기재로부터 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 명확하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 실험예 1의 전단 탄성률 결과데이터를 나타낸 그래프이다.
도 2는 실험예 2에 따라, 비교예 1, 실시예 1 내지 3의 3D 프린팅 모델을 나타낸 도면이다.
도 3은 실험예 3에 따라, 비교예 1, 실시예 1 내지 3의 3D 프린팅 모델을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4e는 실험예 4에 따라 조리 전후의 색상변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5g는 실험예 5에 따라 조리 전후의 기계적 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예 6에 따라 미세구조를 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 7은 실험예 7에 따라 비트레드 첨가에 따른 색상 비교를 나타낸 도면이다.
도 2는 실험예 2에 따라, 비교예 1, 실시예 1 내지 3의 3D 프린팅 모델을 나타낸 도면이다.
도 3은 실험예 3에 따라, 비교예 1, 실시예 1 내지 3의 3D 프린팅 모델을 나타낸 도면이다.
도 4a 내지 4e는 실험예 4에 따라 조리 전후의 색상변화를 나타낸 그래프이다.
도 5a 내지 도 5g는 실험예 5에 따라 조리 전후의 기계적 강도를 나타낸 그래프이다.
도 6은 실험예 6에 따라 미세구조를 나타낸 전자현미경 사진이다.
도 7은 실험예 7에 따라 비트레드 첨가에 따른 색상 비교를 나타낸 도면이다.
이하, 본 발명의 실시 예를 첨부된 도면들을 참조하여 더욱 상세하게 설명한다. 본 발명의 실시 예는 여러 가지 형태로 변형할 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 실시 예는 당업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이다. 따라서 도면에서의 요소의 형상은 보다 명확한 설명을 강조하기 위해 과장되었다.
본 발명이 해결하고자 하는 과제의 해결 방안을 명확하게 하기 위한 발명의 구성을 본 발명의 바람직한 실시 예에 근거하여 첨부 도면을 참조하여 상세히 설명하되, 도면의 구성요소들에 참조번호를 부여함에 있어서 동일 구성요소에 대해서는 비록 다른 도면상에 있더라도 동일 참조번호를 부여하였으며 당해 도면에 대한 설명 시 필요한 경우 다른 도면의 구성요소를 인용할 수 있음을 미리 밝혀둔다.
본 발명에 따른 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법은, 식물성 단백 및 자일로스를 포함하는 조성물을 3D 프린팅으로 대체 식품 잉크를 제조하는 단계를 포함한다. 그리고, 대체 식품 잉크를 3D 프린팅하여 대체 식품을 제조하는 단계를 더 포함할 수 있다.
먼저, 식물성 단백은, 분리대두단백, 분리완두단백, 분리밀단백, 분리녹두단백, 분리적두단백 중 어느 하나 이상을 포함할 수 있다.
자일로스(Xylose)는, 인쇄적성 및 대체 식품의 형태 안정성을 향상시키는 역할을 할 수 있다. 이러한 점은, 자일로스가 첨가된 대체 식품을 조리한 후에는, 마이야르 반응이 발생하며, 대체 식품의 씹힘성, 탄력성, 고무성, 경도, 접착성 등을 증가시킬 수 있다.
여기서, 마이야르 반응은 갈색 색소를 형성하여 익힌 고기를 표현할 수 있다. 색 변화를 일으키는 갈색 고분자는 질소를 함유한 색소인 멜라노이딘인데, 단백질 아민기의 갈변 반응을 일으키기 위한 환원당으로 자일로스를 사용할 수 있다.
또한, 자일로스는, 조리 후의 대체 식품 색상에 영향을 줄 수 있다. 예를 들어, 자일로서의 첨가량에 따라 조리전보다 조리 후에 갈색, 진한 갈색 등의 어두운 색으로 변화시킬 수 있다.
즉, 자일로스의 첨가에 따라, 실제 식육과 유사한 식감을 제공할 수 있을 뿐만 아니라, 마이야르(maillard) 반응으로 다양한 식육의 조리 후 색상을 표현할 수 있다.
한편, 조성물은, 비트 추출물을 더 포함할 수 있다.
비트 추출물은 비트의 뿌리로부터 추출할 수 있으며, 예를 들어 비트레드(beet red)일 수 있다.
비트레드는, 비타르계 붉은색 착색료로서 과자류, 젤리, 빙과, 생크림, 초콜릿 등에 사용할 수 있다. 또한, 비트레드는, 베타인계의 베타닌(C24H26O13N2)을 주성분으로 하는 천연 비타르계 붉은색~자색 색소로 물에 녹는다. 특히, 베타닌은 적색을 띠는데, 50℃ 이상의 온도에서 불안정하기 때문에 가열 중에 붉은색을 잃는다.
즉, 비트레드의 열적 불안정성으로 인해, 대체 식품의 조리 전에는 다양한 생고기의 색상을 표현할 수 있고, 조리한 후에는 비트레드의 색상은 사라지고 자일로스에 의한 색상이 표현될 수 있다.
이러한 조성물로 제조되는 대체 식품 잉크는, 3D 프린팅을 통해 조성물이 압출되는데, 압출되는 온도는 24 내지 26℃에서 이루어질 수 있다. 특히, 24 내지 26℃에서 압출됨에 따라, 자일로스와 비트 추출물에 의한 색상변화에 영향을 미치지 않아, 다양한 생고기의 색상을 표현할 수 있다.
한편, 조성물은, 3D 프린팅의 인쇄적성을 위해 인쇄적성용 물질을 더 포함할 수 있다.
이때, 인쇄적성용 물질은, 메틸셀룰로오스일 수 있으나, 셀룰로오스, 잔탄검, 구아검 중 어느 하나로 대체될 수 있으며, 2 이상 포함할 수도 있다.
상술한 조성물은, 식물성 단백, 자일로스, 비트 추출물 및 메틸셀룰로오스를 포함하는 것으로, 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 자일로스는 25 내지 60 중량부, 비트 추출물은 2 내지 12 중량부, 메틸셀룰로오스는 8 내지 12 중량부를 포함할 수 있다.
여기서, 자일로스는 25 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 인쇄적성 및 형태안정성이 저조하며, 조리 후에는 연한 갈색으로 색상이 변화하지만 식육과 다른 색상으로 변화한다. 또한, 자일로스는 60 중량부를 포함하는 경우에는 인쇄적성 및 형태안정성이 향상되지만, 진한 갈색으로 변화하여 식육이 탔을 때와 유사하게 된다.
또한, 비트 추출물은 2 내지 3 중량부가 포함되면 생고기의 닭다리살과 유사한 색상표현이 가능하고, 3 내지 6 중량부가 포함되면 돼지삼겹살과 유사한 색상표현이 가능할 수 있다. 또한, 비트 추출물 8 내지 12 중량부가 포함되면 소고기 안심의 색상표현이 가능할 수 있다.
이때, 3D 프린팅을 위한 대체 식품 잉크는, 상술한 조성물이 반죽되어 제조될 수 있다. 여기서, 조성물은 반죽에 필요한 정수를 더 포함할 수 있다. 즉, 정수는, 식물성 단백 100 중량부에 대하여 400 내지 450 중량부일 수 있다.
한편, 상술한 정수는 화산 송이의 칼럼을 통과한 물일 수 있다. 즉, 정수는 화산 송이에 걸러짐에 따라, 화산 송이가 갖는 다공성, 정화 능력, 원적외선 방사율 그리고 음이온 생성 기능을 이용하여 제조될 수 있다. 또한, 화산 송이의 칼럼을 통과한 정수는 일정시간동안 화산송이와 함께 담겨진 후 사용될 수 있다.
화산 송이(scoria)는 화산 폭발 때 분출된 여러 물질 중 다공질의 화산암, 화산 모래, 기타 화산재 등이 혼합된 붉은 화산성토를 말한다. 일 구현예로, 상기 송이는 제주도 지역에서 산출되는 제주 송이(jeju scoria)를 포함한다. 제주 화산 송이의 주성분은 산화규소(SiO2), 산화알미늄(Al2O3) 및 산화철(FeO)로, 이들의 함량이 75중량%에 달하며, 유기불순물이 거의 없는 안정된 화학구조를 갖는다. 또한, 제주 송이는 황토, 옥, 맥반석, 게르마늄석 등에는 없는 이산화티타늄을 천연상태로 3wt% 내지 7wt% 가량 포함하고 있어서 자체적으로 광촉매 작용을 할 수 있다. 또한, 제주 화산 송이는 중금속 흡착력이 뛰어나며, 원적외선도 92%이상 방출하는 것으로 알려져 있다.
이와 같이, 조성물의 반죽에 사용되는 정수는, 화산 송이를 필터로 활용하여 화산 송이에 필터링된 후, 화산 송이와 함께 일정시간 담겨진 정수로서, 반죽을 보다 더 부드럽게 할 수 있으며, 대체 식품 잉크 또는 3D 프린팅된 대체 식품의 항균력을 향상시키는 효과가 발생할 수 있어, 대체 식품 잉크 및 대체 식품의 보관을 보다 용이하게 할 수 있다.
더불어, 대체 식품 잉크 및 대체 식품의 보관 등을 용이하게 하기 위하여 합성 보존제를 사용하는데, 이러한 합성 보존제의 사용을 줄이거나 없앨 수 있는 효과가 있다. 이는, 합성 보존제의 사용을 줄임으로써, 대체 식품의 풍미를 보존하여 식감을 유지 내지 향상시킬 수도 있다.
더불어, 조성물은, 식품 보존제를 더 포함하되, 식품 보존제는 까마중 추출물일 수 있다.
까마중 추출물은, 식품 부패 효모에 대한 생육 저해 활성과 항효모 활성 안정성이 우수함으로 조사된 바 있다(한국식품영양과학회지). 또한, 까마중은 해열, 이뇨, 해독, 소종 등의 효능이 있고 혈액 순환을 왕성하게 할 수 있는 효과가 있다. 특히, 감기, 만성기관지염, 신장염, 고혈압, 황달, 단독, 종기, 종양 등에 약재로 사용되고 있다. 이러한 까마중 추출물을 더 포함함으로써, 대체 식품 잉크 및 대체 식품의 보관 안정성을 더 향상시킬 수 있음은 물론, 감기 등의 질환을 예방할 수 있는 기능성 대체 식품이 제조될 수 있다.
그리고, 까마중 추출물은 식물성 단백 100중량부에 대하여 0.001 내지 30 중량부일 수 있다. 이때, 까마중 추출물은 정수에 혼합될 수도 있다. 또한, 까마중 추출물이 0.001 중량부 미만으로 포함되는 경우에는 부패균의 증식을 억제하는 효과가 낮아 식품 보존 효과가 미미하며, 30 중량부를 초과하는 경우에는 부패균의 증식을 억제하는 효과 상승폭이 크지 않을 수 있다.
분리녹두단백 18g, 메틸셀룰로오스 2g, 비트레드 2g, 증류수 78g, 자일로스 3g을 혼합 및 반죽하여 대체 식품 잉크(반죽물)를 제조하였다.
이하, 상술한 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법으로 제조된 대체 식품 잉크 및 대체 식품 잉크로 제조한 대체 식품에 대한 전단 계수, 인쇄성, 색상, 질감, 미세 구조를 살펴보는 실험예에 대해서 설명한다.
[실시예 1]
분리녹두단백 18g, 메틸셀룰로오스 2g, 비트레드 2g, 증류수 78g, 자일로스 3g을 혼합 및 반죽하여 대체 식품 잉크(반죽물)를 제조하였다.
여기서, 분리녹두단백 18g, 메틸셀룰로오스 2g, 비트레드 2g, 자일로스 3g를 먼저 혼합 후, 각 조성물이 골고루 혼합될 수 있도록 300㎛ 의 메쉬체에 체질하였다. 그리고, 증류수를 넣고 상온에서 반죽하였다. 그리고 24시간 동안 4℃에서 보관한 후, 3D 프린팅 전에 25℃의 수조에서 넣어 25℃가 도달하도록 하였고, 25℃인 상태에서 3D 프린팅 하였다.
[실시예 2]
실시예 1과 동일하게 제조되되, 자일로스는 6g 혼합되었다.
[실시예 3]
실시예 1과 동일하게 제조되되, 자일로스는 9g 혼합되었다.
[비교예 1]
실시예 1과 동일하게 제조되되, 자일로스는 혼합되지 않았다.
[실험예 1 - 대체 식품 잉크의 전단 계수]
대체 식품 잉크의 전단 계수는 지름 25mm의 sandblasted parallel plate (PP25/S)를 사용하여 대체 식품 잉크를 gap 1mm로 세팅하고, controlled stress rheometer (Paar Physica MCR 302, Anton Paar, Graz, Austria)를 사용하여 측정하였다. 그리고 0.0001에서 10까지의 변형률은 전단율 제어 회전 테스트를 통해 구현하였으며, 전단 계수는 곡선의 선형 탄성 영역 (LVR) 에 따른 전단 응력/전단 변형률의 비율로 계산되었다.
잉크의 전단 계수는 인쇄성을 위한 중요한 유변학적 특성이며 치수 안정성과 강한 관계가 있으며, 높은 전단 계수는 자체 중량으로 인한 붕괴를 방지하고 형태 변형의 정도를 낮출 수 있다.
도 1에 나타난 바와 같이, 대체 식품 잉크의 전단 계수는 자일로스의 첨가량에 따라 크게 증가하였다. 이는 자일로스를 첨가하면 3D 프린팅 이후에 대체 식품 잉크의 무게를 지탱하는 능력이 향상된다는 것을 확인할 수 있다.
[실험예 2 - 대체 식품 잉크의 인쇄 가능성]
3D 프린팅은 직교 좌표계 기반의 식품 3D 프린터(YOLI-LAB, YOLILO Co., Ltd., Korea)를 이용하였다. 압출 온도는 25℃이고, 노즐 직경 1.1mm이다. 3D 프린팅 테스트는 다음 조건에서 수행되었다. 조건은 레이어 높이 1.1mm, 하나의 수직 쉘에 100% 채우기, 프리팅 속도 30mm/s, 채우는 패턴이다.
3D 프린팅된 모델은 원기둥이며, 높이 50mm, 지름 28mm이다. 변형 거동을 살펴보기 위해 프린팅 된 후, 25℃에서 30분 휴식기를 갖은 후 살펴보았다.
도 2를 참조하면, 자일로스 첨가량에 따라 인쇄적성 및 형태 안정성이 향상되었음을 확인할 수 있다.
특히, 비교예 1은 자일로스가 첨가되지 않은 것으로, 인쇄 중에 축소되었고, 자일로스가 첨가된 실시예 1은 인쇄 후에 축소되었다. 또한, 실시예 2와 3은 인쇄 후에도 형태를 유지하였다. 이에 따라, 많은 양의 자일로스를 추가하면 더 조밀한 겔 네트워크가 더 촘촘하게 만들어지고, 형태를 유지시킬 수 있음을 확인할 수 있었다. 더불어, 실험예 2는 실험예 1의 전단 계수 결과와 일치하였고, 더 높은 전단 계수는 인쇄 정확도 및 형태 유지함에 필요한 기계적 강도를 제공할 수 있었다.
[실험예 3 - 시각적 외관]
실험예 3은 실험예 2와 같은 방식으로 3D 프린팅 모델을 제작하되, 제1길이 40mm, 제2길이 56.6mm, 교차각 45°, 높이 10mm의 평행사변형 형상으로 제작하였다. 그리고, 제작된 3D 프린팅 모델을 밀폐용기에 담아 1시간 동안 찜기에서 증숙(조리)하였다. 그리고, 25℃로 냉각 후 관찰하였다.
도 3을 참조하여 조리 전후를 비교하면, 자일로스가 첨가되지 않은 비교예 1은 조리 전 붉은색에서 조리 후 노란색으로 변하였다. 그리고 자일로스가 첨가된 실시예 1 내지 3은 조리 후 갈색으로 변하였고, 자일로스의 첨가량에 따라 갈색의 진하기가 다르게 나타났다.
이에 따라, 비트 추출물에 의해 조리 전에는 붉은색을 띠지만, 비트 추출물의 열적 불안정성에 의해 조리 후에는 붉은색이 사라짐을 확인함과 동시에, 자일로스로 인한 마이야르 반응으로 조리 후 갈색을 나타냄을 확인할 수 있었다. 이에 따라, 비트 추출물과 자일로스를 통해서 식육의 조리 전과 후 색상을 유사하게 표현할 수 있다.
[실험예 4 - 색상 측정]
실험예 4는 실험예 3의 3D 프린팅 모델로 색상을 측정하였다. 조리 전과 후의 3D 프린팅 모델 색상은 분광색도계(CR-400, Chroma, Konica Minolta sensing, Inc, Japan)를 통해 L* (lightness, 명도), a* (redness, 적색), and b* (yellowness, 황색)을 측정하였다. 또한, H* (hue, 색상) 하기 [수학식 1], C*(chroma, 채도)은 하기 [수학식 2] 로 계산하였다. 그리고, H* 는 적색 (~0°)에서 황색 (~90°)로의 색상 변화를 나타내기 때문에 갈변 정도를 반영한다고 볼 수 있다.
도 4a 내지 도 4e를 참조하면, 자일로스가 첨가되지 않은 비교예 1의 경우 조리 후 L*, b*, H*의 증가, a*, C*의 감소를 보였다. a*의 감소로 조리 후 베타닌의 양이 감소했음을 알 수 있다. b*의 증가는 조리 후 단백질의 원래 색인 황색을 나타냈기 때문이다. 이는, 조리 후 H*가 ~5°에서 ~80°로 이동한 것으로도 확인할 수 있다. 그리고, C*의 감소로 조리 후 색의 채도가 더 낮아졌음을 알 수 있다.
한편, 자일로스가 첨가된 실시예 1 내지 3의 조리 후 색상은, 첨가한 자일로스의 양이 증가할수록 L*, b*, H*, C*가 많이 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 L*, H*, C*가 낮아지면 마이야르 반응 중 갈색 화합물인 멜라노이드가 축적되었기 때문이고, 이 때문에 색이 흑갈색을 띠고, 선명하게 나타나는 것이다.
[실험예 5 - 기계적 강도]
실험예 5는 실험예 3의 3D 프린팅 모델에 대해 조리 전과 후의 기계적 강도를 분석하였다. 이때, 기계적 강도를 측정하기 위해, 식품물성측정기(TA.XT Plus, Texture Technologies, USA)를 사용하였고, 25℃에서 측정하였다. P/75 프로브(probe)로 TPA 시험법(Texture profile analysis)을 통해 2회 압축 후 응력변화를 기록하여 경도, 접착성, 탄성, 응집성, 검성, 씹힘성, 회복성을 계산하였다. 시험에 진행된 압축 속도는 1.0 mm/s (시험 전 속도: 3mm/s, 시험 후 속도: 1mm/s)이며, 50 % 변형율로 압착하였다.
도 5a 내지 도 5g를 참조하면, 조리 전에는, 3D 프린팅 모델에 자일로스의 첨가량을 증가시키면 경도, 검성, 씹힘성, 회복성의 절대값은 증가하는 반면, 탄력성은 감소하는 것을 볼 수 있다. 이는 도 2에서 자일로스의 첨가량이 증가할수록 인쇄적성 및 형태안정성을 높인 이유로 볼 수 있다.
또한, 1시간 찜기로 익힌 즉, 조리 후에는, 3D 프린팅 모델에 자일로스의 첨가물 양이 늘어났을 때는 경도, 검성, 씹힘성, 회복성, 탄력성, 응집성이 유의적으로 증가하였다.
따라서 마이야르 반응이 3D 프린팅 모델 내부에서 입자 간 최대 접착성을 증가시켰음을 알 수 있다. 또한, 단백질 사이 교차결합 구조를 바꿈으로써 재료 내부 및 외부 지지력을 강화시켜 인쇄물의 조직감 변형과 내변형성을 향상시켰다고 볼 수 있다. 또, 자일로스는 조리 전보다 조리 후 단백질 질감에 더 큰 영향을 미치는 것도 확인할 수 있었다.
[실험예 6 - 미세 구조]
실험예 6은 실험예 3과 같이 3D 프린팅 모델을 제작한 다음, 조리 전과 후의 미세 구조를 살펴보았다. 여기서, 3D 프린팅 모델의 기공 구조를 유지하기 위해 3D 프린팅 모델을 급속 동결 후, 액체 질소에서 1mm 두께로 절단하고, 절단된 3D 프린팅 모델을 동결 건조시켰다. 동결 건조된 3D 프린팅 모델을 10mA에서 60초 동안 2번 백금으로 코팅하였다.
현미경 관찰을 통해 질감의 변화를 확인할 수 있다. 도 6을 참조하면, 자일로스의 양을 증가시킬 때, 조리 전 기공 크기가 약간 감소하고 네트워크가 더 조밀해지고 약간 조밀해지는 것을 확인할 수 있었다. 또한, 도 6을 참조하면, 조리 후에는, 자일로스의 양이 증가할 때 기공 크기가 크게 감소하고 단백질 네트워크가 조밀하고 밀도가 높으며 현저하게 미세해짐을 확인할 수 있었다.
이하, 비트 추출물의 첨가에 따라 대체 식품의 조리 전 색상에 대해 살펴본다.
[실시예 4]
분리녹두단백 18g, 메틸셀룰로오스 2g, 비트레드 0.5g, 증류수 78g을 혼합 및 반죽하여 대체 식품 잉크(반죽물)를 제조하였다. 제조방법은 실시예 1과 동일하게 진행하였다.
[실시예 5]
실시예 4와 동일하되, 비트레드 1.0g을 첨가하였다.
[실시예 6]
실시예 4와 동일하되, 비트레드 1.5g을 첨가하였다.
[실시예 7]
실시예 4와 동일하되, 비트레드 2.0g을 첨가하였다.
[비교예 2]
실시예 4와 동일하되, 비트레드를 첨가하지 않았다.
[실험예 7 - 비트레드 첨가에 따른 색상 비교]
비교예 2와 실시예 4 내지 7의 색상과 식육 닭다리살, 돼지삼겹살, 소고기안심의 색상을 비교하였다.
도 7을 참조하면, 닭다리살의 경우 비교예 2와 실시예 4 사이, 돼지삼겹살의 경우 실시예 4 와 5 사이, 소고기안심은 실시예 6과 7 사이와 색상과 유사함을 확인하였다.
이와 같이, 비트 추출물의 첨가량을 조절함으로써, 다양한 식육 색상을 표현할 수 있다.
상술한 실험예들을 통해서, 비트추출물과 자일로스를 사용하여 3D 프린팅 가능한 대체 식품 잉크를 확인할 수 있었다. 첨가된 자일로스의 양을 증가시키면 조리 전 인쇄 적성과 형태 안정성이 향상되었다. 이는 자일로스가 단백질-단백질, 단백질-당류 또는/또는 단백질-물 상호작용과 같은 단백질 상호작용을 변화시켜 전단 계수를 증가시키고 질감을 변형했기 때문이다. 또한, 비트 추출물은 가열시 불안정하여 적색이 사라지고, 자일로스에 의한 색변화를 시킬 수 있다. 특히 조리 후 자일로스의 양을 늘림에 따라 색이 더 짙어지고 L*, b* 및 H*가 감소하고 질감, 미세 구조 및 화학 결합에 상당한 변화가 나타난다. 그리고 비트 추출물의 양을 변경하여 식육의 종류에 따라 비슷한 색상을 구현할 수 있다.
[실시예 8]
실시예 3과 동일하게 제조하되, 증류수는 화산 송이 칼럼으로 필터링된 후, 10시간 동안 화산 송이를 침지시킨 정수 63g과 까마중 추출물 13g을 혼합하여 사용하였다.
[실험예 8 - 관능평가]
실시예 3과 실시예 8을 실험예 3과 같이 3D 프린팅 모델을 제작한 다음 관능평가를 진행하였다.
20~40대의 20명의 관능평가 요원을 대상으로 실험예 3과 실험예 8에 대해 조리 전과 조리 후에 대해 아래의 평가 기준에 따라서 관능평가를 실시하였다.
외관의 경우, 1점(건조해 보임) ~ 9점(매우 촉촉해 보임)으로 평가하였다. 그 결과, 조리 전 실시예 3은 평점 7.5점, 실시예 8은 평점 8.1점이었다. 또한, 조리 후 실시예 3은 평점 7.2점, 실시예 8은 평점 7.8점이었다. 전체적으로 실시예 8은 실시예 3보다 조리 전후, 표면이 윤기 있고 외관이 우수하였고, 기호도가 향상됨을 알 수 있었다.
[실험예 9 - 보관]
실시예 3과 실시예 8을 각각 실온에서 1주일 동안 보관하였다. 실시예 3의 경우 실온 보관 2일째부터 쉰내가 발생하여 4일째에 부패(색상변화)가 관찰되었다. 또한, 실시예 8의 경우 실온 보관 3일째부터 쉰내가 발생하기 시작하여 5일째에 부패(색상변화)가 관찰되었다. 그리고, 부패가 관찰된 후, 부패속도는 실시예 3이 실시예 8보다 더 빠르게 진행되었다.
실험예 8과 9를 통해서, 증류수에 따라 외관 및 보관의 차이를 보임을 확인할 수 있었고, 실시예 8이 실시예 3보다 우수함을 확인할 수 있었다.
이상의 상세한 설명은 본 발명을 예시하는 것이다. 또한 전술한 내용은 본 발명의 바람직한 실시 형태를 나타내어 설명하는 것이며, 본 발명은 다양한 다른 조합, 변경 및 환경에서 사용할 수 있다. 즉 본 명세서에 개시된 발명의 개념의 범위, 저술한 개시 내용과 균등한 범위 및/또는 당업계의 기술 또는 지식의 범위내에서 변경 또는 수정이 가능하다. 저술한 실시예는 본 발명의 기술적 사상을 구현하기 위한 최선의 상태를 설명하는 것이며, 본 발명의 구체적인 적용 분야 및 용도에서 요구되는 다양한 변경도 가능하다. 따라서 이상의 발명의 상세한 설명은 개시된 실시 상태로 본 발명을 제한하려는 의도가 아니다. 또한 첨부된 청구범위는 다른 실시 상태도 포함하는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (9)
- 식물성 단백 및 자일로스를 포함하는 조성물을 3D 프린팅으로 대체 식품 잉크를 제조하는 단계;를 포함하고,
상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 자일로스는 25 내지 60 중량부이고,
상기 조성물은 상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 정수 400 내지 450 중량부 및 까마중 추출물 0.001 내지 30 중량부를 더 포함하고,
상기 정수는 화산 송이의 칼럼을 통과한 물인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 제1항에 있어서,
식물성 단백은, 분리대두단백, 분리완두단백, 분리밀단백, 분리녹두단백, 분리적두단백 중 어느 하나 이상을 포함하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 삭제
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은, 24 내지 26℃에서 압출되는 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 조성물은, 비트 추출물을 더 포함하고,
상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 비트 추출물은 2 내지 12 중량부인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 제5항에 있어서,
상기 조성물은, 3D 프린팅의 인쇄적성을 위해 인쇄적성용 물질을 더 포함하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 인쇄적성용 물질은, 메틸셀룰로오스, 셀룰로오스, 잔탄검, 구아검 중 어느 하나 이상을 포함하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 제6항에 있어서,
상기 식물성 단백 100 중량부에 대하여, 상기 인쇄적성용 물질은 8 내지 12 중량부인 것을 특징으로 하는 3D 프린팅을 통한 대체 식품 제조방법.
- 청구항 1, 2 및 4 내지 8항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 대체 식품.
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| KR1020220093762A KR102596218B1 (ko) | 2022-07-28 | 2022-07-28 | 3d 프린팅을 통한 대체 식품 및 그 제조방법 |
Applications Claiming Priority (1)
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Publications (1)
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Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| J Sci Food Agric 2020,100, 2982-2990 * |
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