KR20090027289A - 미강 단백질 추출물의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 미강을 전처리하고 탈지하여 탈지 미강을 제조하는 단계와 제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계 및 추출된 단백질을 침전하여 최종 건조 미강 단백질 추출물을 제조하는 단계로 이루어진 미강 단백질 추출물의 제조방법에 관한 것으로, 미강을 원료로 이용하여 미강 내 다량 존재하는 양질의 단백질을 추출함으로써 알레르기가 없고 GMO이슈로부터 자유로운 차별적 고품질의 단백질 소재를 독창적으로 개발 가능하게 함으로써 부산물로 버려지는 다량의 미강 자원에 대한 부가가치를 부여한 재활용 방안을 제시함과 동시에, 소비자의 요구에 부응하는 새로운 제품을 제공하여 다양한 분야로의 응용과 적용을 통해서 소비자에게 양질의 단백질 원료를 공급하여 사회적으로 새로운 시장을 창출 가능하며 동시에 원가 경쟁력을 기반으로 하여 새로운 수익 모델화를 가능하게 한 효과가 있다.

미강, 미강 단백질, 쌀, 쌀겨

Description

미강 단백질 추출물의 제조 방법{A Method For Preparing Protein Concentrate From Rice Bran}

본 발명은 미강으로부터 미강 단백질 추출물을 제조하는 방법에 관한 것으로, 보다 구체적으로는 미강을 전처리하고 탈지하여 탈지 미강을 제조하는 단계와 제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계 및 추출된 단백질을 침전하여 최종 건조 미강 단백질 추출물을 제조하는 단계로 이루어진 미강 단백질 추출물의 제조방법에 관한 것이다.

전 세계적으로 단백질 소재의 시장은 약 20조 이상으로 예측되고 있다. 현재 다양한 목적으로 식품산업 등에 이용되는데 주로 사용되는 단백질 소재는 우유 단백질, 동물성 단백질, 난황 단백질, 젤라틴, 단세포 단백질, 콩 단백질, 어육 단백질, 글루텐, 기타 식물성 단백질로 구분되어 광범위한 용도로 사용되고 있다.

이러한 단백 소재들의 용도는 그 사용 목적에 따라 영양학적 용도와, 물성과 연관 있는 기능적 용도의 2가지로 나눌 수 있다.

우선, 영양학적 용도로서 최종 제품에 단백질이나 아미노산의 함량을 높여줌으로써 제품의 전체적인 영양학적 밸런스나 가치를 높여주고 부족한 단백 성분을 강화하는 목적으로 이용되는데, 대표적인 사용처로는 분유나 이유식 등의 유아식 제품이나 운동 후 피로 회복이나 체내 영양 균형을 맞추기 위한 각종 건강 기능성 식품 등이 있으며, 최근에는 단백질 섭취에 대한 관심도 증가로 인해 각종 일반 식품에서도 단백질의 함량을 높이기 위해서 다양한 단백 소재를 사용하고 있는 추세이다.

또한, 기능적 용도로의 사용이라 함은 단백질이 가지는 고유한 물성적 특성을 제품에 이용하기 위해서 단백질을 사용하는 것을 의미하는데 일반적으로 단백질의 특성을 나타내는 항목으로는 수분/오일 흡수력, 기포 생성/안정력, 유화력, 겔 형성능력 등이 주로 사용된다.

단백질의 이러한 특성으로 인해서 단백 소재는 제과, 제빵, 육가공, 면류, 디저트 등의 제품군에 사용이 되고 있으며, 최근에는 단백 소재의 물성 연구를 통해서 그 사용 용도가 점차 확대되고 있다.

최근 단백질 시장에는 주요한 트랜드가 관찰되고 있다. 과거에는 주로 동물성 단백질 소재 위주로 많이 이용되어 왔으나, 최근 건강에 대한 소비자의 관심도 증가와 더불어 광우병, 구제역, 조류독감 등의 동물성 단백질 소스에 대한 경계심이 증가하면서 상대적으로 보다 안정적인 이미지가 있는 식물성 단백 소재에 대해 관심이 증대되고 있다. 대두 단백질이 바로 이러한 소비자 요구에 부응하면서 현재 식물성 단백 소재 중에 가장 큰 시장을 형성하고 있다. 하지만 대두의 원료적 특성상 알레르기 우려와 더불어 끊임없이 발생되는 GMO 이슈로 인해서 많은 사용자가 이러한 우려를 불식시킬 수 있는 새로운 식물성 단백 소재에 대한 관심도가 증가하고 있는 실정이다.

다양한 식물성 소재 중에서도 쌀은 양적으로는 전세계 5대 곡물로 공급량이 풍부하고, 알레르기가 없으며, 절대적인 단백질 함량은 적지만 그 조성이 우수하여 양질의 단백 소스로서 많이 회자되고 있다.

쌀의 이러한 우수한 특성으로 인해서 최근에 일부 회사들은 쌀을 원료로 하여 쌀 단백 소재에 대한 개발과 제품화를 시작하고 있다. 하지만, 현재 쌀 단백 소재를 제조하는 회사들은 단백 함량이 적고 가격이 비싼 백미나 현미를 원료로 사용함으로써 원가 경쟁력 확보가 어려운 문제점이 있다. 이런 원가적 문제를 해결하기 위해서 기존 업체들은 원료 중 다량 함유되어 있는 전분질 이용이 필수적이며 이를 위해서 고온의 효소 처리를 통해서 원료로부터 약 90% 이상 함유되어 있는 전분질을 분리한 뒤에 나온 잔류물에서 단백질을 회수하는 방식으로 제품을 생산하고 있다.

하지만, 상기와 같은 고온의 열처리는 원료 중 존재하는 대부분의 단백질에 심각한 변성을 일으키게 되어 더 이상 물성적 특징을 가질 수 없는 단백질만을 생성되게 되는 한계점이 있다. 이러한 기술적 한계로 인해서 현재 생산되는 모든 쌀 단백질은 고가의 원료인 백미나 현미를 이용함에도 품질적 특성이 아주 나빠 기능적 용도로는 적용할 수 없는 불완전한 단백질 제품만을 제조하고 있는 것이 종래의 기술 한계점이다.

단백질은 다양한 물성적 특징이 있는 물질이지만 제조 공정 중 쉽게 외부 조건으로 인해 변성이 될 수 있는 민감한 식품 소재이다. 일단 변성이 되거나 단백질의 결합이 끊어지게 되면 더 이상 단백질 소재로서의 물성적 특성은 전혀 기대할 수 없기 때문에 다양한 용도로 적용 가능한 고품질의 단백 소재 개발을 위해서는 보다 획기적이면서 원가적으로 경쟁력을 갖춘 새로운 제조 기술의 개발이 절실하다고 할 수 있다.

현미의 도정 중 발생하는 부산물인 미강은 높은 영양학적 가치에도 불구하고 자체가 가지고 있는 다양한 높은 지방 함량과 다양한 효소, 도정 중 외부 물질로부터의 오염으로 인해서 그 산패와 부패가 극히 빠르게 진행되는 특징이 있으며, 도정 중 현미의 중량대비 약 10% 정도만이 미강으로 수급이 되는 현실적 문제로 인해서 그동안 산업적으로 활용가치가 낮아서 일부 사료용 투입 원료용이나 퇴비 등으로 거의 버려지다시피 이용되어 온 실정이다. 그러나 이런 미강에는 지방이 약 20%, 단백질은 약 16~18% 수준으로 일반 백미나 현미의 6% 수준보다 약 3배 이상 많은 단백질을 함유하고 있고, 각종 미네랄 등의 영양성분이 다량 함유하고 있어, 영양학적으로도 아주 좋은 식품 원료라고 할 수 있다.

그럼에도 불구하고 지금까지 미강으로부터 단백질을 회수하는 기술은 개시되거나 공지된 바 없었다.

본 발명의 목적은 종래의 방법으로 제조한 변성된 쌀 단백 소재와는 전혀 다른 물성적 특징을 갖는 고품질의 단백 제조가 가능하고, 또한 종래의 사용 원료 대비 1/4 가격 수준인 미강을 그 원료로 사용함에 따라 확실한 원가 경쟁력을 가질 수 있는 쌀의 도정 공정 중 발생하는 고 영양 부산물인 미강을 원료로 이용하여 변성이 되지 않은 고품질, 고순도의 단백 소재의 제조 방법을 제공하는 데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 미강 단백질 추출물을 제공하는 데 있다.

상기의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은 미강을 원료로 하여 미강 펠릿을 제조하는 단계; 제조된 미강 펠릿을 건조하는 단계; 건조된 미강 펠릿으로부터 미강유를 추출해 내어 탈지 미강을 제조하는 단계; 제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계; 추출 후 얻어진 여액으로부터 단백질을 침전시켜서 회수하는 단계; 및 회수된 단백질을 물로 세척한 후, 재차 중화시켜 분무 건조하여 최종 미강 단백질 추출물을 수득하는 단계로 이루어진 미강 단백질 추출물의 제조방법을 제공한다.

본 발명에 따른 미강 단백질 추출물의 제조 방법을 보다 구체적으로 설명하면 다음과 같다.

본 발명의 방법은 크게 미강 전처리 및 탈지 미강 제조 단계와 제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계, 추출된 단백질을 침전하여 최종 건조 제품의 형태로 만드는 단계를 포함하는 것으로 이루어져 있다.

미강 전처리 및 탈지 미강 제조 단계는 불안정한 미강에 함유된 단백질의 변성을 최소화하면서 유추출을 실시하여 잔유분 함량을 원하는 수준까지 낮추어서 단백질 추출 원료로 사용하는데 적합한 탈지 미강으로 만드는 것으로, 미강의 펠릿화와 건조, 이후 건조 미강의 중량 대비 2~4배의 n-헥산을 가하여 순환 유추출을 하여 잔유분 함량이 5%, 바람직하게는 3% 이하가 될 때까지 추출을 하고 60℃ 이하의 조건에서 잔류 헥산을 제거하는 공정으로, 이때 사용하는 유추출/탈용제 시스템과 설비에 따라서 소요되는 추출 시간은 수시간에서 수일까지 달라질 수 있다.

제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계는 탈지 미강의 중량 대비 4~8배의 물을 가수하여 30~60분간 교반하면서 수화시켜서 입자가 고르게 분산되도록 처리한 다음, 20~50℃의 온도 조건에서 1~5N의 수산화나트륨 용액을 천천히 주입하면서 최종 pH를 8~10으로 일정하게 유지되도록 하여 약 30~60분간 단백질을 추출한다. 단, pH 조절 시 수산화나트륨 용액의 주입속도를 가능하면 천천히 주입시키는 것이 중요하며 빠른 용액의 주입은 제조된 단백질의 색상을 어둡게 할 수 있다.

단백질 추출 후 용액을 상온의 조건에서 5,000g이상의 조건에서 원심분리하여 여액과 침전물을 분리한다. 이때 분리된 여액 중에 제조하고자 하는 단백질이 녹아 있게 된다. 이렇게 분리된 단백질 여액을 온도 조건 10~30℃에서 1~3N HCl 용액을 이용하여 pH조건 3~5로 맞추어 10~30분간 반응시켜 여액 중 단백질을 등전점 침전시킨 다음, 5,000g 이상의 조건으로 원심분리시켜 침전 단백질을 얻을 수 있다.

이렇게 얻어진 침전 단백질에 2~5배의 물을 가하여 수세를 한 뒤, 재차 원심분리를 통해서 깨끗이 씻어진 침전 단백질을 확보하게 된다. 이때 수세가 완전하지 못할 경우 최종 제품 중에서 이취가 발생할 가능성이 있다.

수세가 완료된 침전 단백질에 다시 1~2배의 물을 가한 뒤 용액상태로 만들고, 이 용액에 2N 이하의 수산화나트륨 용액을 천천히 가해서 pH 5~7, 바람직하게는 pH 6~7로 중화시킨다.

이렇게 중화된 단백질 용액을 주입 공기 온도 150~190℃, 배풍 온도 70~100℃, 노즐 압력 1.2~1.8bar로 분무건조(아토마이져 타입의 경우에는 10,000~20,000RPM)를 하여 최종 건조된 단백질 제품을 제조하게 된다. 단 분무 건조 시 과도한 온도의 상승은 제품 품질에 직접적인 영향을 줄 수 있으니 온도 설정에 주의해야 한다.

또한, 상기 제조 공정 중 산업적으로 단백질 용액에서 여액과 침전물을 분리하기 위해서는 데칸터와 고속 연속식 원심형 분리기를 병행 이용하는 방법도 가능하다.

상기와 같이 제조된 미강 단백질 추출물은 분말화시킨 상태로 식품 중 각종 단백이나 아미노산의 영양 강화의 목적이나, 드레싱, 마요네즈, 푸딩, 두부, 유아식, 제과, 제빵용 물성개량 또는 품질 개량의 목적으로 각종 식품에 적용시킬 수 있다.

이와 같은 본 발명의 방법은 미강의 우수한 영양학적 특성에도 불구하고 산패나 안정성을 해결을 위한 기술 부재로 저가 사료용이나 퇴비용으로 부가가치가 없이 처분되어 오던 미강을 원료로 이용하여 미강 내 다량 존재하는 양질의 기름을 단백질 변성 없이 추출하여 미강유로 이용 가능하게 할 뿐만이 아니라, 궁극적으로 미강 내 다량 존재하는 양질의 단백질을 추출하여 알레르기가 없고 GMO이슈로부터 자유로운 차별적 고품질의 단백질 소재를 독창적으로 개발 가능하게 한다.

또한, 부산물로 버려지는 다량의 미강 자원에 대한 부가가치를 부여한 재활용 방안을 제시함과 동시에, 차별적 품질의 새로운 식물성 미강 단백질 소재를 통해서 그동안 동물성 단백질로부터의 위험요소와 각종 GMO 이슈나 알레르기로부터의 위험을 느껴온 소비자의 요구에 부응하는 새로운 제품을 제공하여 다양한 분야로의 응용과 적용을 통해서 소비자에게 양질의 단백질 원료를 공급하여 사회적으로 새로운 시장을 창출 가능하며 동시에 원가 경쟁력을 기반으로 하여 새로운 수익 모델화를 가능하게 한다.

이하, 본 발명의 바람직한 실시예의 구성 및 그 작용 효과에 대해 상세히 설명하면 다음과 같다.

<실시예 1>

1. 미강 전처리 및 탈지 미강 제조

한국 내 농협 도정 공장과 중국의 대형 도정공장 회사로부터 입수한 수분 12~16%의 신선한 미강을 펠릿 형성기를 이용하여 크기 2~10mm 크기로 펠릿화시켰다. 제조된 미강 펠릿을 수분 함량이 10% 이하가 되도록 건조시켰다. 건조된 미강 펠릿에 중량 대비 2~5배의 n-헥산을 가하여 순환 유추출을 실시하여, 잔유분 함량이 3% 수준이 될 때까지 미강유를 추출하였다. 60℃ 이하의 온도 조건에서 잔류 헥산을 제거하여 탈지 미강을 제조하였다.

2. 제조된 탈지 미강으로부터 단백질 추출

상기에서 제조된 탈지 미강에 중량 대비 4~8배의 물을 가수하여 30~60분간 교반하면서 수화시켜 입자가 고르게 분산되도록 처리하였다. 이어서, 20~30℃의 온도 조건에서 3 N의 수산화나트륨 용액을 천천히 주입하면서 최종 pH를 8~10으로 조정한 뒤 일정하게 유지되도록 하여 약 30~60분간 단백질을 추출하였다.

3. 최종 미강 단백질 추출물의 제조

단백질 추출 후 용액을 상온에서 5,000g 이상의 조건으로 원심분리하여 여액과 침전물을 분리한다. 이렇게 분리된 단백질 여액을 온도 조건 10~30℃ 조건에서 1~3N HCl 용액을 이용하여 pH조건을 3.5~5.0으로 맞추어 30분 이내로 반응시켜 여액 중 단백질을 등전점 침전시킨 다음, 5,000g 이상의 조건으로 다시 원심분리시켜 침전 단백질을 얻었다. 수득한 침전 단백질에 2~5배의 물을 가하여 수세를 한 뒤, 재차 원심분리를 통해서 깨끗이 씻어진 침전 단백질을 수득하였다.

수세가 완료된 침전 단백질에 다시 1~2배의 물을 가한 뒤 용액상태로 만들고, 이 용액에 2N이하의 수산화나트륨 용액을 천천히 가해서 pH 6~7로 중화시켰다. 중화된 단백질 용액을 주입 공기 온도 150~190℃, 배풍 온도 80~100℃, 노즐 압력 1.2~1.8bar로 분무 건조하여 최종 건조된 미강 단백질 추출물을 수득하였다. 상기의 분무 건조 조건은 기기의 처리 용량이나 타입에 따라서 그 조건이 다양하게 변경될 수 있다.

< 실험예 1>

상기 실시예 1에서 제조한 미강 단백질 추출물의 성분 분석을 실시하고, 그 분석 결과를 표 1에 나타내었다.

<표 1> 제조된 쌀 단백질 성분 분석 결과

시료 명	수분	단백질	지방	회분	조섬유
본 발명 1	2.1	77.7	1.9	1.6	2.4
본 발명 2	5.7	70.4	0.3	4.7	0.7

상기 표 1에 나타낸 바와 같이, 본 발명에 의해서 고순도(단백 70%)의 미강 단백질 추출물의 제조가 가능한 것이 기술적으로 확인이 되었을 뿐만 아니라 종래에 탈지 미강을 이용하여 다른 방법으로 실험실에서 제조한 순도가 약 40% 미만이었다.

< 실험예 2>

본 발명의 방법으로 제조된 미강 및 탈지 미강과 다른 회사들이 일반적으로 이용하고 있는 원료인 백미와 현미에 대한 성분 조성 비교를 조사하여 그 결과를 표 2에 나타내었다.

<표 2> 쌀 원료별 성분 조성 분석 결과

시료 명	수분	단백질	지방	회분	조섬유
생 미강	10.59	14.03	19.15	7.14	9.29
탈지 미강	12.3	17.98	0.9	11.93	8.1
백미	13.07	5.9	0.47	0.43	0.5
현미	12.37	8.1	2.38	1.22	1.34

상기 표 2에 나타낸 바와 같이, 탈지 미강 원료 중 단백질 함량이 백미의 약 3배, 현미의 2배 이상으로 많은 것으로 분석되었으며, 원료의 가격이 백미가 탈지 미강 대비 약 4배 이상 높은 것을 감안할 때 본 발명에서 언급한 바와 같이 탈지 미강을 이용하여 단백질 제조 시 최대 12배 이상의 원가 경쟁력을 확보할 수 있는 것으로 평가된다.

<실험예 3>

본 발명에 의해 제조된 미강 단백질 추출물에 대한 물성적 특성을 분석한 결과 및 다른 쌀 단백 제품과의 특성 비교표를 각각 표 3 및 표 4에 나타내었다.

<표 3> 단백질 별 물성적 품질 비교 분석 결과

물성 특성	본 발명	ISP 대두분리단백	ISP 대두농축단백
유화력	750	645	450
기포 생성력	980	960	-
기포 안정성	86	4	2
용해성	36.1	33
기름 결합력	1.2	1.6	1.3

<표4> 본 발명 쌀 단백질 제품과 해외 제조사 간 품질 비교

항목	본 발명	A사 (파키스탄)	B사 (미국)	C사 (유럽)	D사 (중국)
관능	부드러움	거친 입자감	거친 입자감	거친 입자감, 이취	거친 입자감, 이취
유화력	High	Low	Low	Low	Low
기포생성력	High	Low	Low	Low	Low
기포 안정성	High	Low	Low	Low	Low
수분흡수력	Low	Low	Low	Low	Low
겔 형성력	Low	Low	Low	Low	Low

본 발명에 의해 제조된 단백질은 차별적으로 아주 높은 유화력과 기포 생성력, 기포 안정성을 나타내어, 각종 유화 기능이 요구되는 식품(마요네즈, 푸딩, 디저트 등)에 적용 가능할 뿐만 아니라 단백이 변성되지 않아 취식 시 입안에서 느낌이 부드러워 다양한 식품에의 응용이 가능한 반면, 타제품의 경우에는 변성으로 인해 다른 물성적 특성을 전혀 나타내지 못함을 알 수 있다.

이외에도 본 발명인 미강을 이용한 식품용 고순도 단백 소재 제조 방법 및 이 방법에 의해 제조된 쌀 단백질 소재는 다양하게 변형 실시될 수 있는 것으로, 본 발명의 목적범위를 일탈하지 않는 한, 변형되는 실시예들은 모두 본 발명의 권리범위에 포함되어 해석되어야 한다.

Claims (7)

1. 미강을 원료로 하여 미강 펠릿을 제조하는 단계;

   제조된 미강 펠릿을 건조하는 단계;

   건조된 미강 펠릿으로부터 미강유를 추출해 내어 탈지 미강을 제조하는 단계;

   제조된 탈지 미강으로부터 단백질을 추출하는 단계;

   추출 후 얻어진 여액으로부터 단백질을 침전시켜서 회수하는 단계; 및

   회수된 단백질을 물로 세척한 후, 재차 중화시켜 분무 건조하여 최종 미강 단백질 추출물을 수득하는 단계

   로 이루어진 미강 단백질 추출물의 제조방법.
2. 제1항에 있어서, 상기 미강 펠릿의 크기가 2~10mm이고, 수분 함량이 10% 이하인 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물의 제조방법.
3. 제1항에 있어서, 상기 탈지 미강 제조 단계가 미강 펠릿에 2~4배의 n-헥산을 가하여 잔유분 3% 이하로 유추출을 하고 온도 조건 55℃ 이하에서 잔류 n-헥산을 제거하여 수행되는 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물의 제조방법.
4. 제1항에 있어서, 상기 단백질 추출 단계가 제조된 탈지 미강에 4~8배의 물을 가수하여 60분 이내로 수화 한 후, 1~5N 수산화나트륨 용액으로 온도 조건 20~50℃ 조건에서 pH를 8~10으로 맞추어 30~60분 이내로 수행되는 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물의 제조방법.
5. 제1항에 있어서, 상기 단백질 회수 단계가 추출된 단백질 용액을 분리하여 분리한 단백질 여액을 10~30℃ 온도 조건에서 3N 이하의 수산화나트륨 용액으로 pH를 4~5로 조정하여, 용해된 단백질을 침전시키고 이를 원심분리하여 여액과 분리하여 침전 단백을 얻고, 얻어진 침전 단백에 2~5배의 가수를 하고 교반 후 원심분리로 재분리하고 수세하여 이미, 이취를 제거하고, 재차 물을 가수하여 고형물 함량을 5~20% 범위로 맞춘 후, 온도 조건 40℃ 이하에서 2N이하의 수산화나트륨 용액으로 pH 5~7로 중화하여 중화 단백 용액을 얻는 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물의 제조방법.
6. 제1항에 있어서, 상기 최종 미강 단백질 추출물 수득 단계가 중화 단백 용액을 분무건조기를 이용하여 주입공기온도 150~190℃, 배풍 온도 70~100℃, 노즐의 액 분사 압력을 1.2~1.8bar 조건으로 하여 건조하여 최종 미강 단백질 추출물을 수득하는 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물의 제조방법.
7. 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항의 방법으로 제조되어 단백질 함량이 65 내지 80%인 것을 특징으로 하는 미강 단백질 추출물.