KR20050110078A - 검정쌀로부터 천연색소 추출, 분리 및 활용 방법 - Google Patents

Abstract

요약 : 본 발명은 색상이 뛰어나고 향기가 나며 항산화 특성을 갖는 검정쌀(흑향미)을 사용하여 색소를 추출, 분리하는 방법과 그 색소를 가공식품에 활용하는 방법에 관한 것이다. 더욱 상세하게는 검정쌀 그대로 물에 침지하고 용출된 색소추출물을 여과, 농축한 용액상 또는 건조한 분말상 제품과 이를 이용한 국수, 가래떡 및 음료 제조 방법이다. 특히 본 발명은 검정쌀을 분쇄하지 않아 색소 용출 후 쌀을 재활용할 수 있고 추출시 주정과 아스콜빈산을 첨가하므로서 색소의 용출율과 안정성을 증가시키며 불순물 제거를 위하여 이산화탄소초임계추출과 한외여과막의 사용 및 감압 농축하여 액상의 제품 및 분무건조한 분말상의 제품 제조 방법과 액상 및 분말상의 제품을 식품 가공시 첨가하여 국수, 가래떡, 음료의 제조를 특징으로 함으로써 검정쌀 색소가 가지고 있는 색상과 향 및 항산화 기능의 특성을 갖는 국수, 가래떡, 음료의 제조에 관한 것이다.

Description

검정쌀로부터 천연색소 추출, 분리 및 활용 방법{ Method for extraction, isolation and application of natural colorant from black rice}

본 발명은 검정쌀을 이용하여 산업적으로 활용 가능한 천연색소의 획득 방법과 그 천연색소를 이용한 음료, 국수, 가래떡등 가공식품의 제조방법에 관한 것이다.

일반적으로 색소는 식품, 화장품등의 기호적 품질 특성을 결정하는 중요 인자이나 인공색소의 안전성 결여로 천연색소의 수요가 증대되고 있다. 최근에는 천연색소의 기능성이 알려짐에 따라 천연물로부터 추출 분리되어 가공식품에 사용되고 있다. 특히 흑미 색소의 추출과 분리 및 유용성은 증대되리라 생각된다.

흑미는 전세계 검정쌀중에서 흑색소를 10%이상 많이 함유하고 있고 이는 탄닌계와 안토로시아닌계 색소를 내포하고 있으며 아울러 폴리폐놀계 화합물들도 함유되어 이들 화합물이 자유라디칼과 작용하여 활성을 없애 생체에 지질의 산화를 촉매하는 금속이온의 컬레이트로서 작용하고 일중항 산소를 제거하기도 한다. 이러한 폴리페놀계화합물들은 폐놀물질 특유의 분자적 공명구조 때문에 자유라디칼과 반응하여 상당히 억제한다. 또한 탄닌계 색소는 단백질과 결합하여 정장효과에 관여하며 금속이온 및 염기성 화합물등과 결합하여 유해성 중금속의 제거 및 변이원 물질을 억제시키는 효과가 있다.

또한 흑미는 중국의 최고 의서인 본초강목에 의하면 위를 보하고 신장의 기능을 강하게 하며 비장과 간을 활성화 시키고 눈을 밝게 하고 혈을 잘 통하게 한다고 했으며 매일 먹으면 인체의 종합조절기능를 개선하고 면역기능을 강화함으로서 질병을 사전에 예방하고 노약자나 임산부의 빈혈치료에 좋으며 피부 노화방지나 여성의 피부이용에 효과가 있고 모발을 검게 만든다고 하였다.[참조: 대한민국 특허출원1-12003-5012826-56,1-2003-001151-0] 특히 흑미에는 셀레늄(se)이 다량으로 함유되어 있어 인체의 항암 및 노화방지가 있는 것으로 밝혀지고 있다. 최근 연구에 의하면 각종 유용한 성분으로 글루코스, 말토스,후락토스등의 유리당과 팔미트산, 스테아르산, 올레산, 리놀레산등의 지방산, 아스팔틱에시드, 트레오닌, 세린, 글루탐산, 글리신, 알라닌, 발린, 이소로이신, 로이신, 타이로신, 페닐알라닌, 라이신, 히스티닌, 시스테인, 메치오닌등 필수아미노산이 일반 곡물에 비하여 많이 존재하고 있음이 밝혀졌다. 흑미의 영양가는 열량352kcal/100g, 수분14.8, 단백질9, 지질3, 당질70.9, 섬유0.9, 회분1.4, 무기질인 칼슘이 7, 니아신5.2 등이 함유되어 있으므로 흑미는 일반백미보다 더 많은 영양소를 함유하고 있는 것으로 밝혀졌다.

따라서 흑미를 재료로 한 선행기술이 많다. 그 예로서 대한민국 특허공개 특2000-0054234의 흑미녹차 제조방법, 대한민국 특허공개 10-2001-0039199 기능 건강음료 제조방법, 일본 양조협회지[(JPN)91(3)P212-214]에서는 흑미를 이용한 흑미주 양조법이 기술되어 있고 한국식품과학회지[98.6PP562-568]에서는 흑미혼용밥의 취반 조건과 텍스쳐의 변화, 전남대학교 석사학위 논문의 계통별 흑미의 이화학적 특성과 흑미 이용 쌀과자의 개발, 대한민국 특허출원 제97-54768호에서는 흑미 첨가 기능성 떡 조성물이 제안되어 있고 또한 특허출원 제97-63879호에서는 건강식을 위한 주식 조성물로 곡물중 흑미를 조합하여 4가지 곡물군으로 분류한 바 있다. 흑미로부터 색소를 분리한 기술로는 특2000-0027068의 흑향미로부터 추출된 식용발색제와 특2000-0008344의 유색미 및 유색미강으로부터 천연 항산화 색소 성분을 정제하는 방법 등이 있다. 현재 흑미로부터 색소를추출한 방법은 실험실적인 방법으로 경제성이 떨어져 산업적인 이용에 한계가 있으며, 추출 용매 사용시 메탄올에 염산을 사용하거나 에탄올에 트리흘루오르아세트산(TFA)을 첨가한 용매를 사용하여 추출용매 자체가 인체에 유해하거나 정량분석용으는 적당하나 식품첨가용으로는 부적당하다. 또한 인체에 무해한 에탄올과 능금산 및 구연산으로 이루어진 용매를 특징으로 추출한 것도 색소의 추출율 및 안정성에서 떨어져 색소의 산업적 이용에는 색소 품질면에서 제한적이다. 또한 추출한 색소의 이용도 육류 제품의 발색제등으로 한정되어 있다.

본 발명은 상기와 같은 문제점을 해결하기 위하여 인출된 것으로서 흑향미 색소의 색상, 향, 기능적 특성을 갖고 산업적 이용이 가능한 생산성과 인체에 무해는 식품 첨가물로의 이용성 및 떡, 음료, 국수의 가공식품제조에 활용하는 방법을 제공하는데 그 목적이 있다. 따라서 본 발명에서는 흑향미를 도정하지 않고 흑미 자체로 용매 추출하며 추출용매로는 에탄올과 아스코르빈산(비타민C)을 첨가하여 인체에 무해한 용매로 추출하며 색소의 안정성을 높였으며, 추출용액을 침전 분리하고 이산화탄소 초임계추출 및 한외여과막을 사용하여 불순물을 제거하고 감압 농축 및 분말 건조하여 경제성을 높임으로서 산업적 이용을 가능케 하였다.

1. 흑향미 색소의 제조

흑향미색소는 흑향미를 원료로 세정한 후 식용 에탄올로 추출하고 여액을 침전 및 여과로 분리한다. 다음 한외여과막으로 재차 여과한 후 감압 농축시켜 농축액상의 제품을 얻었다. 또한 이 농축액을 분무 건조하여 분말상의 제품을 얻었다.

(1) 추출

색소 추출은 우선 깨끗한 물로 씻고 95%의 식용 에탄올에 물을 가하여 알코올 함량을 50%로 한다. 다음 아스코르빈산(비타민 C)으로 pH를 3.8-4.0으로 맞춘 후 이 용액을 항온조에서 60℃의 온도로 7-8시간 침지시켜 색소를 용출시킨다.

(2) 분리

색소 분리는 용출 용액을 4℃의 냉각수로 온도를 신속하게 내린 후 침전조에서 6시간 침전시켜 상등액을 얻고 농축조로 옮겨 감압 농축시킨다. 농축액 속에는 전분, 덱스트린등 불순물이 함유되어 있어 이산화탄소 초임계추출법으로 분리하고 한외여과막으로 여과시켜 순도가 높은 흑미색소액을 얻었다.

(3) 농축

색소 농축은 농축조에서 감압 농축한다. 즉 70℃에서 에칠알코올을 회수하여 고형물이 20일때까지 농축하여 색소농축액을 얻는다.

(4) 제품화

액상의 색소 농축액은 저장성이 없어 장기간 보존하기 위하여 멸균처리를 행하여 액상의 제품을 만들고 분무 건조하여 분말상의 제품을 만들었다.

(5) 제품결과

제품의 결과 특성은 산업적 이용에 대단히 중요하다. 천연색소를 산업적으로 이용하기 위해서는 색소 추출율이 높아야 되지만 또한 색소의 열 및 pH 안정성이 우수해야 하기 때문이다. 흑향미로부터 추출된 색소의 추출율 및 안정성은 표1과 같다. 기존의 에탄올95%와 능금산 또는 트리훌로오르아세트산(TFA)법에 의한 색소 추출법보다 추출효율이 좋으며 색소 안정성이 우수하다. 비타민 C (아스코르빈산)는 산으로서 산화를 억제시키는 효과가 있어 색소의 안정성 및 추출율에 효과가 있는 것으로 확인된다. 추출된 색소의 농축제품은 E1%,1cm, 535nm에서 15이상이며, 분말 제품은 25이상을 나타내어 산업적 이용이 가능하다. 또한 색가는 150 이상 높게 나오며 물에 용해가 잘되고 비소 0.0001, 납 0.0005% 이하로 식품첨가물로의 이용이 가능하다.

표1 흑향미로부터 추출된 색소의 추출 회수율(%)

용매조성	추출회수 1회	2회	3회	합계					비고
물	48	12	6	66
40%에탄올	60	20	8	88
50%에탄올	65	18	7	90
60%에탄올	63	21	5	89
50%에탄올+비타민C, pH 3.5	71	16	9	96					안정성 좋음
50%에탄올+비타민 C, pH4.0	70	18	9	97					안정성 좋음
50%에탄올+비타민 C,pH 4.5	65	16	10	91					안정성 좋음
95%에탄올+0.1%능금산	62	20	13	95					기존방법
95%에탄올+0.5%TFA	68	15	7	90					기존방법

2. 흑향미가루의 제조 및 가래떡 제조

흑향미를 수세하여 10-18에서 12-24시간 물에 침지한 후 분쇄하는 방법(습식제분)과 흑향미를 공기 세척하여 분쇄하고(건식제분) 최종수분함량을 45%로 조정하는 방법과 멥쌀을 상기 방법으로 제분한후 흑향미의 색소를 추출하여 0.2-10% 첨가하여 흑향미가루를 제조한다.

재료로 가공한 흑향미가루에 소금 1-2%, 밀가루등 전분0-30%의 배합비로 20-25분간 증기로 찌고 제병기를 이용하여 가래떡 모양으로 사출, 성형한 다음 10-15℃의 물로 냉각하여 제조한다

그림1.흑향미 가래떡의 제조 공정도

건식쌀가루(흑향미)

습식쌀가루(흑향미)

쌀가루(멥살)

흑향미색소첨가

(0.2-10%)

증자(수증기로 20-25분)

성형(제병기로 사출성형)

냉각

흑향미 가래떡

비교예 및 실시예

표2.가래떡 원료조성비

번호	원 료 명	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예6
1	멥쌀	99		98			70
2	흑향미		99		70	70
3	밀가루				29
4	소금	1	1	1	1	1	1
5	타피오카					29
6	흑향미색소			1			1

이하 본 발명의 실시예와 비교예를 통하여 상세히 설명한다.

표1에 나타낸 조성(단위:중량%)에 따라 비교예 및 실시예1-5를 제조하였다.

여기서 비교예는 일반적인 가래떡의 제조예이며 실시예1은 흑향미를 재료로 하였으며 실시예는2는 일반적인 가래떡의 원료인 멥쌀에 흑향미 추출색소를1%증량으로 첨가하여 제조한 것이며 실시예3은 흑향미를 주재료하고 밀가루를 첨가하였으며 실시예4는 흑향미를 주재로하고 타피오카전분을 사용하여 제조하였고 실시예5는 멥쌀을 주재료로하고 밀가루 전분과 흑향미 추출색소를 중량1%첨가하여 제조하였다 제조 방식은 간을 맞추기 위하여 소금을 1%중량으로 넣고 최종수분함량이 45%로 조정한 다음 수증기로20-25분간 증자한다.

다음에 가래떡 제병기를 이용하여 사출, 성형시키고 10℃의 물로 냉각하여 제품으로 한다.

표3. 비교예 및 실시예의 기호도 관능검사

구분	비교예	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
색상	△	◎	◎	△	△	◎
향	×	◎	◎	△	△	△
조직감	○	◎	○	○	△	△
전체만족도	△	◎	◎	○	○	○

(평가기준: ◎; 90%이상 만족, ○; 80%이상 만족, △; 70%이상 만족, ×; 60%이상 만족)

표3에 나타난 바와 같이 흑향미를 이용한 제품의 기호도 관능검사 결과 일반적인 가래떡 비교예보다 색상, 향, 전체적인 면에서 전반적으로 우수한 것으로 평가되었다.

3. 흑향미국수 제조

재료로 가공한 흑향미가루에 소금 1-2%, 밀가루등 전분70-99%의 중량배합비로 혼화한후 재료의 30%중량비로 물을 넣고 반죽한다. 다음 숙성시킨 후 제면기를 이용하여 면대를 형성하고 선절하여 국수형태로 제조한다. 즉 그림1과 같이 흑향미를 100mesh로 분쇄하고 밀가루와 소량의 부재료를 계량하여 첨가하고 혼화한다. 다음 물은 원료의 25-30%중량비로 첨가하고 반죽한다. 반죽은 반죽기에서 60rpm, 10분간 한다. 한편 흑향미색소를 첨가할 때는 물에 용해한 후 반죽한다. 숙성은 10℃에서 1시간 진행시키고 면대는 10회 반복하여

형성시킨다. 절단은 10번으로 선절시킨다. 생면의 경우 포장하여 제품화하고, 건면은 서서히 건조시킨 후 열풍건조시키고 증자면은 100℃에서 10분간 익히고 냉각한 후 포장하여 제품화 한다.

그림2. 흑향미 국수의 제조 공정도

			↓
			혼합
			↓	← 물(흑향미색소)
			반죽
			↓
			숙성
			↓
			면대형성
			↓
			생면
			↓
	↓			↓
	건조			증자
	↓			↓
	건면			냉각
				↓
				증자면

표4. 비교예 및 실시예국수의 원료조성비(%)

번호	원 료 명	비교예1	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
1	밀가루	99	58.5	98	58	54	54
2	흑향미가루		30		30	30	30
3	활성글루텐		2.5		2.5	2.5	2.5
4	소금	1	1	1	1	1	1
5	지방산에스테르		2		2	1	1
6	탄산칼륨		0.5		0.5	0.5	0.5
7	구아검		0.5		0.5	0.5	0.5
8	대두분		5		5	5	5
9	타피오카전분					5
10	옥수수전분						5
11	흑향미색소			1	0.5	0.5	0.5

이하 본 발명의 실시예와 비교예를 통하여 상세히 설명한다.

표4에 나타낸 원료 조성(단위:중량%)에 따라 비교예 및 실시예1-5를 제조하였다.

여기서 비교예는 일반적인 국수의 제조예이며 실시예1은 흑향미을 재료로 하였으며 실시예2는 일반적인 국수의 원료인 밀가루에 흑향미 추출색소를 1%중량으로 첨가하여 제조한 것이며 실시예3은 흑향미를 주재료하고 밀가루 및 흑향미색소를 첨가하였으며 실시예4는 흑향미를 주재료로 하고 타피오카전분을 첨가하여 제조하였고 실시예5는 흑향미를 주재료로하고 밀가루와 옥수수전분 및 흑향미 추출색소를 중량0.5% 첨가하여 제조하였다. 제조 방식은 맛을 조정하기 위하여 소금을 1%중량으로 전부 넣고, 최종 수분함량이 30% 되도록 하였으며, 반죽, 숙성, 면대형성, 절단하여 생면 제품으로 하였다.

표5. 비교예 및 실시예의 기호도 관능검사

구분	비교예	실시예1	실시예2	실시예3	실시예4	실시예5
색상	△	○	◎	◎	◎	◎
향	×	○	○	◎	◎	◎
조직감	○	△	○	○	×	×
전체만족도	△	○	○	◎	○	○

(평가기준 ◎; 90%이상 만족, ○; 80%이상 만족, △; 70%이상 만족, ×; 60%이상 만족)

표5에 나타난 바와 같이 흑향미를 이용한 제품의 기호도 관능검사 결과 일반적인 국수의 비교예보다 색상, 향, 전체적인 면에서 전반적으로 우수한 것으로 평가되었다. 타피오카전분 및 옥수수전분의 경우도 조직감을 제외하고는 비교예보다 우수하게 나타났다.

4. 흑미음료의 제조

음료는 탄산음료와 우유음료를 표6의 배합비로하여 제조하였다. 즉 우선 투명한 탄산음료는 시럽을 조정한 표6의 배합비로 하고 물을 가하여 시럽 전량을 50L으로 한 다음 탄산수로 200L으로 한다. 다음 75℃에서 20분 살균하여 제품화한다. 또한 우유음료와 과즙음료 및 두유음료는 물로 전량을 200L로 하고 120℃에서 3초간 살균하여 제품화한다.

표 6. 흑미색소 함유 음료의 배합비(Kg)

원료명	탄산음료배합비	우유음료배합비	과즙음료	두유음료
과즙	3	4.4	50
이성화당	30	5	3
구연산	0.2	0.1	0.2
사과산	0.05		0.05
향에센스	0.2	0.3	0.2
흑미색소	0.2	0.4	0.6	0.8
설탕		15
안정제		0.7
탈지분유		6.7
50%젖산		1
두유액				40
대두유				1.0
유화제				0.5
젖산칼슘				0.1

표7. 흑미색소 함유 음료예의 기호도 관능검사

구분	탄산음료	우유음료	과즙음료	두유음료
색상	◎	◎	◎	◎
향	○	◎	○	○
맛	◎	○	◎	◎
전체만족도	◎	◎	◎	◎

(평가기준 ◎; 90%이상 만족, ○; 80%이상 만족, △; 70%이상 만족, ×; 60%이상 만족)

표7에서 나타난 바와 같이 음료에 흑미추출색소를 활용하여 각종 음료를 제조하여 제품화한 경우 기호적 관능검사 결과 대단히 좋게 나타났다. 흑미색소를 이용한 음료는 색상면에서 특히 우수한 결과를 나타내어 적색상의 투명한 음료제조에 유용하다.

상기에 언급한 바와 같이 본 발명은 검은쌀(흑향미)로부터 천연색소인 안토시아닌색소를 효율적으로 안정성이 높게 추출 분리하고 제품화하여 산업적 이용성을 확립하였으며 향, 색상 및 기능성이 우수하여 식품등의 첨가물로 활용성을 제고하였다. 또한 이를 이용하여 가공제품을 만든 바 흑향미 가래떡 및 국수는 기호도 관능면에서 우수한 가래떡 및 국수일 뿐만 아니라 흑향미가 가지고 있는 항산화성등 기능성 식품으로서 이용이 가능하여 쌀소비 확대, 농가소득증대, 식품산업의 경쟁력 제고 그리고 전통 떡가공식품의 발전을 가져올수 있는 훌륭한 발명이다. 또한 흑미색소를 함유한 음료는 건강기능식품으로 활용되어 국민 건강에 도움을 줄 뿐만 아니라 음료 산업의 경쟁력을 제고시켜 식품산업 발전에 크게 기여할 것으로 생각된다.

Claims (4)

1. 검정쌀로부터 흑미색소를 얻는 방법으로 50%-60%의 에탄올과 아스코르빈산(비타민C)으로 pH 3.8-4.0으로 조정된 용매를 추출 용매로 하고 이산화탄소 초임계추출 및 한외여과막을 이용하여 정제하여 흑미색소를 제품화하는 방법
2. 흑향미가루를 제조함에 있어서 건식제분법과 정선된 흑향미를 물에 침지하여 분쇄시키는 습식 제분에 의한 흑향미가루에 멥쌀가루 또는 밀가루, 타피오카에 흑향미 추출색소를 0.2-10% 첨가하여, 흑향미 색소를 첨가한 떡의 원료로 흑향미 색소를 사용하는 특징을 주재로 하는 가래떡
3. 100-120mesh의 흑향미가루를 주재료로 30중량% 이상 첨가하여 흑향미 국수를 제조함을 특징으로 하는 국수 및 밀가루등 전분에 흑향미 추출색소를 0.2-10중량% 첨가하여 국수의 원료로 흑향미 색소를 사용하는 특징으로 하는 국수.
4. 흑미색소 0.1-1.0%의 중량%를 함유한 배합비를 특징으로 하는 탄산음료, 우유음료, 과즙음료, 두유음료.