KR20120020925A - 가용성 고형분 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 가용성 고형분을 가지는 원재료에서 가용성 고형분을 추출하는 방법에 관한 것으로서, 가용성 고형분을 가지는 원재료를 용매와 함께 분쇄하여 슬러리를 제조하고, 제조된 슬러리를 추출설비로 보내어 가용성 고형분을 추출해낸 후, 슬러리 추출액은 원심분리기로 추출액과 잔류 슬러리로 분리하고, 분리된 추출액을 원심 분리하여 미세 불용성 고형분을 제거함으로써, 분말 제품이나 음료의 원료로 사용 가능한 가용성 고형분을 생산할 수 있는 가용성 고형분 추출방법을 제공한다.

Description

가용성 고형분 추출방법{Method for extracting soluble solids}

본 발명은 커피나 녹차 등의 원재료에서 가용성 고형분을 분리하는 방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 원재료를 슬러리화한 후 그 특성에 따라 단일 또는 다단 추출을 실시하여 분말제품이나 액상음료제품의 재료로 적용 가능한 가용성 고형분을 분리해 낼 수 있도록 한 가용성 고형분 추출방법에 관한 것이다.

상업적으로 제조되어 판매되는 분말제품이나 액상음료제품은 제조공정에서 가용성 고형분을 추출하게 되는데, 일반적으로 원재료가 고정층을 이루도록 배치되는 회분식 추출기를 많이 사용하여 실시하게 된다.

일예로서 인스턴트커피를 생산하는 방법에 대해 설명하면, 볶은 커피 원두를 분쇄하여 추출 컬럼에 충전하면 그 충전된 컬럼 내부는 충전된 커피 분말로 고정된 층을 이루게 되는데, 이 고정된 층에 물을 공급하여 커피원두 분말로부터 추출이 일어나게 함으로써 커피 추출물을 얻게 되고, 이렇게 얻은 커피 추출물을 농축, 건조하여 분말 형태의 인스턴트커피를 생산하게 된다.

이러한 원재료가 고정층을 이루게 하는 회분식 추출방법은, 원재료를 건식으로 분쇄하고 추출을 위해 컬럼에 충전하는 과정에서 원재료가 갖고 있는 고유의 향이 손실되고 추출 과정에서 원재료에 가해지는 열로 인해 원재료의 향이 열화되므로, 최종 생산되는 제품에서 원재료의 특성과는 다른 특성을 갖게 되는 문제점이 있었다.

일예로 인스턴트커피 공정의 경우, 미국특허 제4,707,368호에서 볶은 분쇄커피를 추출 컬럼에 충전한 후 추출을 하기 전에 컬럼 내부에 진공을 가한 조건하에서 스팀을 투입하여 향을 회수한 후 추출함으로써, 커피 본래의 향의 손실을 일부 줄일 수 있었으나 이 방법도 분쇄시의 커피 본래의 향의 손실을 피할 수는 없었다.

따라서, 추출을 위한 원재료의 분쇄와 가용성 고형분을 추출하기 위한 공정에서 원재료의 향을 최대한 보존하면서 추출물의 고형분 함량은 높일 수 있는 방법이 요구되는 것이다.

이러한 요구를 충족시키기 위해 추출하고자 하는 원재료를 용매와 함께 분쇄하여 슬러리로 만들어 추출하는 방법을 사용할 수 있으며, 원재료를 용매와 함께 분쇄하여 슬러리로 만들어 추출하는 방법은 다음과 같은 이점이 있다.

먼저 슬러리를 사용하여 추출을 하면 원재료의 향기 성분이 용매에 전달되어 용매 내에 유지되는데 유리한 장점이 있다.

일반적으로 사용하는 건식분쇄는 원재료 내부에 있던 휘발성 향기성분이 많이 손실되는 반면 원재료를 용매와 함께 분쇄를 하면 원재료에 있던 휘발성 향기성분이 대기로 방출되는 것이 아니라 용매로 전달되어 휘발성 향기성분의 손실을 최소로 줄일 수 있음으로써, 습식 분쇄를 적용한 최종 제품이 기존의 건식 분쇄를 적용한 제품보다 원두커피의 풍미를 더 많이 나타내는 것이다.

또한, 원재료를 습식 분쇄하여 만들어진 슬러리는 향 회수와 가용성 고형분의 추출에 바로 사용할 수 있다.

본 발명은 원재료의 분쇄와 추출 공정에서 원재료의 향을 최대한 보존하면서 추출물의 가용성 고형분 함량은 높일 수 있는 가용성 고형분 추출방법을 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명의 위와 같은 목적은, 원재료와 용매로서 물을 1:3~1:12의 비율로 혼합하는 단계; 혼합된 액을 습식분쇄기로 분쇄하여 분쇄된 원재료 함량이 1~30중량%인 슬러리를 제조하는 단계; 제조된 슬러리를 100℃~180℃로 가열하여 가용성 고형분을 추출하는 단계; 슬러리 추출액을 추출액과 잔류 슬러리로 분리하는 단계; 및 분리된 추출액에서 미세 불용성 고형분을 제거하는 단계;를 포함하여 구성되는 가용성 고형분 추출방법을 제공함으로써 달성된다.

또한, 불용성 고형분이 제거된 최종 추출액을 농축, 건조시켜 가용성 고형분을 생산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

더 나아가, 슬러리를 그 내부에 교반기가 설치된 반응기에서 추출하는 것을 특징으로 하며, 이 반응기는 단계흐름반응기인 것을 특징으로 한다.

또한, 슬러리 추출액을 이상분리기, 삼상분리기 또는 원심분리기 중 어느 하나를 이용하여 추출액과 잔류 슬러리로 분리하는 것을 특징으로 한다.

본 발명에서, 상기 분쇄된 원재료는 0.5~2mm의 입자 크기를 갖는 것이 바람직하다.

본 발명에 의하면 종래의 고정형 회분식 추출기와 달리 분쇄된 원재료를 포함한 슬러리를 추출설비를 이용하여 연속적으로 추출함으로써, 추출 공정시의 추출 수율이 10 ~ 60%로 기존의 회분식 추출 방법과 유사하게 나타나면서도, 기존의 회분식 추출에 비해 향 손실을 최소화하고 추출물의 가용성 고형분 함량을 높일 수 있는 효과가 있다.

도 1은 본 발명의 실시예인 가용성 고형분을 함유한 추출물을 얻는 추출 방법을 도시한 흐름도.

이하 본 발명을 그 실시예에 의해 첨부도면을 참고로 상세히 설명하기로 한다.

도 1은 본 발명의 하나의 실시예로서, 커피 원두로부터 가용성 고형분을 함유한 커피 추출물을 얻는 추출 방법을 도시한 것이다.

상기한 추출 방법은, 가용성 고형분을 갖는 커피 원두와 분쇄된 커피 원두의 향을 보존하기 위한 물을 혼합한 혼합물을 분쇄하여 슬러리를 제조하는 단계와, 제조된 슬러리를 가온 가압하여 가용성 고형분을 추출하는 단계 및 추출된 슬러리에서 커피 추출액을 분리하는 단계로 구성된다.

상기 슬러리 제조단계는 가용성 고형분을 갖는 커피원두(101)에 물(102)을 혼합하고 분쇄하는(103) 과정이다.

그리고, 상기 커피원두는 약 0.5~2mm의 평균 입자 크기를 가지도록 분쇄하는 것이 바람직하다.

이는 분쇄입자크기가 상기 범위를 벗어나 너무 작으면 바람직하지 않은 향기성분도 회수되거나 슬러리의 탁도가 지나치게 나빠지고, 너무 크면 가용성 고형분의 추출이 충분하지 않거나 추출시 추출 반응기 바닥에 분쇄된 커피 원두의 침전이 생기는 문제점이 있기 때문이다.

이때, 투입되는 물의 온도는 약 5~100℃이고, 분쇄된 커피 원두 함량은 약 1~30 중량%가 되도록 한다.

그리고, 상기 습식분쇄를 위한 가용성 고형분을 갖는 커피 원두와 물의 혼합비율은 1:3 ~ 1:12가 바람직하다.

이는 상기 범위를 벗어나 너무 낮거나 높은 비율에서는 슬러리의 흐름이 좋지 않거나 추출 수율의 저하를 가져올 수 있기 때문이다.

더불어, 본 발명을 통한 커피 원두와 물의 더 바람직한 비율은 약 1:6이다.

이와 같이 제조된 슬러리는 밸런스 탱크(balance tank)(104)에 저장되었다가 다음 공정인 추출을 위해 튜브형 열교환기(105)로 이송된다.

상기 튜브형 열교환기(105)로 이송된 슬러리는 상기 튜브형 열교환기를 거치면서 슬러리의 온도가 100~180℃ 범위로 조절되도록 가열 상승된다.

이는 상기한 온도 범위보다 낮은 경우에는 추출시 가용성 고형분의 추출 수율이 저조하며, 높은 경우에는 바람직하지 않은 향기성분의 회수 및 커피 원두의 열화가 발생할 수 있기 때문이다.

그리고, 이렇게 가열된 슬러리는 수직형 컬럼 내부에 회전형 디스크 판의 조합과 고정형 디스크 판의 조합으로 이루어져 있는 단계흐름반응기(106)로 이송되어 통과하며 추출이 이루어지게 된다.

이때, 상기 회전형/고정형 디스크 판은 반응기 내에서 각각 교대로 배치되어 있으며, 각 디스크들에는 원활한 교반을 위하여 스크레이퍼가 달려있다.

상기 회전형 디스크는 컬럼 중심에 위치한 회전축에 고정되어 축이 회전함에 따라 같이 회전하게 되고, 상기 고정형 디스크는 컬럼 벽면에 고정되어 회전 디스크와 함께 와류 형성을 도와주는 것이다.

이는 슬러리의 교반의 효율성을 높이고 아울러 슬러리의 단계적 흐름(plug flow)을 제공하는 효과가 있다.

이때, 상기 슬러리 내부의 추출액은 100℃ 이상인 경우에도 전부 증발되는 것은 아니고 기액 상태로 혼재되어 있다가 반응기를 나오면서 다시 액체 상태로 변하는 것이다.

추출장치는 단계흐름반응기가 바람직하나, 반응기 내부에 교반기가 있는 반응기라면 적용 가능하다.

상기 단계흐름반응기를 거친 슬러리는 배출장치에 의하여 커피 추출액이 섞여 있는 상태로 제1 원심분리기(107)로 이송된다.

상기 단계흐름반응기를 거친 슬러리는 커피 추출액(108)과 잔류 슬러리(114)로 원심 분리기(107)에서 분리되며, 이렇게 분리된 커피 추출액(108)을 제2 원심분리기(109)를 이용하여 잔존할 수 있는 미세 불용성 고형분(115)을 제거함으로써 최종 커피 추출액(110)을 얻게 된다.

잔류 슬러리와 추출액의 분리를 위한 장치는 이상분리기, 삼상분리기 또는 원심분리기가 적용 가능하나, 그 외 다양한 종류의 분리기도 사용 가능하다.

통상 분쇄된 커피원두의 성상과 입자크기 및 슬러리의 농도에 따라 달라질 수 있으나, 바람직하게는 슬러리와 커피 추출액의 분리가 용이한 원심 스크류형 타입을 사용한다.

이후 상기 최종 커피 추출액을 농축, 건조(111)하여 이로부터 가용성 고형분을 생산(112)하는 것이다.

본 발명의 다른 실시예로서, 건조된 녹차잎을 사용한 가용성 고형분 추출방법을 설명하면 다음과 같다.

본 실시예에서는, 건조된 녹차를 약 0.1~3kg/분의 속도로, 물을 약 7~9.5kg/분의 속도로 혼합하고 분쇄하여 약 1~30중량% 정도의 분쇄된 건조 녹차 함량을 가지는 슬러리를 제조하여 단계흐름반응기로 이송시킨다.

상기 슬러리는 열교환기에서 가열되어 단계흐름반응기로 투입이 되고, 상기 단계흐름반응기를 통과하면서 추출이 일어난다.

그리고, 상기 단계흐름반응기를 거치며 추출된 슬러리는 제1 원심분리기에서 녹차 추출액과 잔류 슬러리로 분리되며, 이 추출 공정에서의 추출 수율은 약 10~50%이다.

이후 추출액에 존재하는 미세 불용성 고형분을 제거하기 위해 제 2 원심분리기로 분리를 하며, 미세 불용성 고형분이 제거된 최종 녹차 추출액은 이후 농축과 건조 과정을 거쳐 가용성 고형분을 가지는 분말 형태로 제조된다.

건조된 녹차잎 대신에 볶은 녹차잎을 사용하는 경우에도 상기와 같은 방법이 사용될 수 있다.

상기의 공정에 의해 제조된 가용성 커피 분말 3g을 100ml, 80℃인 온수에 용해시킨다.

관능시험 결과에 따르면, 온수에 용해된 커피는 볶은 커피를 분쇄하여 바로 온수로 우려낸 커피와 유사한 풍미와 향을 가진다.

가용성 커피 분말을 헤드 스페이스 기체 크로마토그래피를 사용하여 분석한 결과는 아래의 표 1과 같다.

GC 분석에 사용된 상기의 가용성 커피 분말은 분쇄된 커피 원두 함량이 15 중량%, 슬러리의 온도는 130℃, 그리고 분쇄된 커피 원두의 입자 크기는 1mm인 조건하에서 본 발명의 공정에 따라 제조되었다.

항 목	본 발명의 추출방법	종래의 추출방법
Furan	21.00 ㎍/g	8.00 ㎍/g
2-Methyl Furan	97.50 ㎍/g	21.00 ㎍/g
Furfuryl Alcohol	7.00 ㎍/g	15.00 ㎍/g
Methyl Furfural	3.00 ㎍/g	3.50 ㎍/g
Furfuryl Acetate	13.50 ㎍/g	6.00 ㎍/g
Total identified peaks	655.5	374.0
Buttery Index	171.9	154.5
R&G Quality Index	304.7	95.5

상기 표 1은 커피에 대해 GC(Gas Chromatography) 분석을 실시하여 그 결과에 따른 향기 성분들 중 주요 성분들의 함량을 나타낸 것으로서, 기재된 바와 같이, 전반적으로 본 발명의 실시예에 따라 제조된 커피 내에 존재하는 향기 성분들의 수치가 종래의 방법에 의해 제조된 커피에 비해 현저하게 높음을 알 수 있다.

위에서 본 발명을 실시예에 의해서 설명하였으나, 본 발명은 위의 실시예에 의해 제한되지 않으며, 본 발명의 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자가 본 발명의 기술적 사상의 범위 내에서 여러 가지 변형, 변경 및 수정을 할 수 있음은 물론이며, 본 발명의 범위는 특허청구의 범위에 의해 정해진다.

105 ; 튜브형 열교환기 106 ; 단계흐름반응기
107 ; 제1 원심분리기 108 ; 커피 추출액
109 ; 제2 원심분리기 110 ; 최종 커피 추출액

Claims (7)

1. 원재료와 물을 1:3~1:12의 비율로 혼합하는 단계;
   상기 혼합액을 습식분쇄기로 분쇄하여 분쇄된 원재료 함량이 1~30중량%인 슬러리를 만드는 단계;
   상기 슬러리를 100~180℃로 가열하여 가용성 고형분을 추출하는 단계;
   상기 슬러리 추출액을 추출액과 잔류 슬러리로 분리하는 단계; 및
   상기 추출액에서 미세 불용성 고형분을 제거하여 최종 추출액을 만드는 단계; 를 포함하여 구성되는 식품의 가용성 고형분 추출방법.
2. 제1항에 있어서,
   상기 최종 추출액을 농축, 건조시켜 가용성 고형분을 생산하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.
3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 슬러리를 내부에 교반기가 설치된 반응기에서 추출하는 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.
4. 제3항에 있어서,
   상기 반응기는 단계흐름반응기인 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.
5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 슬러리 추출액을 이상분리기, 삼상분리기 또는 원심분리기 중 어느 하나를 이용하여 추출액과 잔류 슬러리로 분리하는 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.
6. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 분쇄된 원재료가 0.5~2mm의 입자 크기를 갖는 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.
7. 제1항 또는 제2항에 있어서,
   상기 원재료는 커피 원두 또는 녹차 잎인 것을 특징으로 하는 가용성 고형분 추출방법.

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