KR20160075393A - 기능성 커피 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 물체를 나노 스케일로 쪼개면 표면적증대, 음용용이, 침전감소, 흡수율향상, 용해도증가, 냄새소멸, 비가열성 살균효과 뿐만아니라 성질도 달라진다는 자연의 법칙(NANO EFFECT)과 모든 식물(食物)은 수분을 함유하고 있다는 자연현상을 이용하여 커피의 맛과 향취를 증진시키는 식용 소재의 입자를 나노급 입자로 쪼개어 표면적을 확장시킨 후 정제수의 물분자간에 분자결합(Molecular Binding)으로 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액으로 변환 시키고 이를 커피원두 배전시 발생하는 수분과 유지방과 결합시키는 방법으로 커피 원두에 맛이나 향취를 임의 설계할수 있는 효과적인 기술을 제공하는 것이 목적이다.
위의 방법으로 맛과 향취가 개선된 커피원두를 나노입자로 미분쇄하여 인스탄트 커피를 제조할수 있게 되어 맛과 향취가 개선된 인스탄트 커피가 되는 것이고, 커피원두를 100%이용하는 것이므로 용매로 추출하여 재조하든 기존의 인스탄트 커피 제조공법에 비하여 수율이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.
아울러 위 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액 제조기술을 이용하여 다양한 기능성 용액을 제조하여 곡류나 면류나 음료나 다양한 베이커리 식품에 다양한 기능성을 함유시켜 인류가 매일 약용 또는 건강보조제로 섭취하든 기능성분을 식음료를 통하여 섭취하여 인체흡수율을 증가시키고 항암, 항산화 효과와 면역성을 증진 시키는 효과적인 기술을 제공한다.

Description

기능성 커피 제조방법{Method for making functional coffee}

본 발명은 출원인이 2010.3.8. 출원하여 등록한 한국특허 제10-1145164호와 PCT/KR2010/002592(미국특허등록 US 8,518,464 B2)의 이용발명으로서, 특허출원 제10-2014-0041393호의 분할 출원이다.

본 발명은 물체를 나노 스케일로 쪼개면 표면적증대, 음용용이, 침전감소, 흡수율향상, 용해도증가, 냄새소멸, 비가열성 살균효과 뿐만아니라 성질도 달라진다는 자연의 법칙(NANO EFFECT)과 모든 식물(食物)은 수분을 함유하고 있다는 자연현상을 이용한 발명으로서, 커피의 맛이나 향취나 기능성을 증진시키는 소재의 입자를 나노급 입자로 쪼개어 표면적을 확장시킨 후 정제수의 물분자간에 분자결합(Molecular Binding)으로 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액으로 변환 시킨후, 이를 커피원두에서 배전시 발생하는 수분과 유지방성분과 강하게 결합시켜 커피의 맛과 향과 기능성을 임의 설계할수 있는 기술을 제공하는 것이 목적이다.

위의 방법으로 맛과 향취가 개선된 커피원두를 나노입자로 미분쇄하여 인스탄트커피를 제조할시 맛과 향취가 개선된 인스탄트 커피가 되는 것이고, 커피원두를 100%이용하는 것이므로 용매로 추출하여 재조하든 기존의 인스탄트 커피 제조공법에 비하여 수율이 획기적으로 향상되는 효과가 있다.

아울러 위 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액 제조기술을 이용하여 다양한 기능성 용액을 제조하여 곡류나 면류나 음료나 다양한 베이커리 식품에 다양한 기능성을 함유시켜 인류가 매일 약용 또는 건강보조제로 섭취하든 기능성분을 식음료를 통하여 섭취하여 인체흡수율을 증가시키고 항암, 항산화 효과와 면역성을 증진 시키는 효과적인 기술을 제공한다.

인간의 건강을 증진시키거나 질명을 치유하는 다양한 기능성 소재가 수천년전부터 인간이 이용해 왔으며 기능성 소재의 다양한 약효가 현대 약학이나 한의학으로 발전해왔으며 이를 이용하는 건강 보조제 산업이 급격히 성장하고 있다.

그러나, 위와 같은 기능성 소재를 취식하는 방법에서 용매로 추출하여 취식하는 방법은 소재에 함유된 기능성 성분의 일부만을 이용할 뿐이고 추출후의 소재를 찌거기로 버리게 되어 자원의 낭비를 초래하므로 소재의 100%를 모두 이용하는 기술의 개발이 필요하다.

미국 국립암연구소(National Cancer Institute)에서 20세 이상 성인 2만 7,793명 을 대상으로 일반커피나 카페인을 제거한 디카페인 커피를 불문하고 하루에 3잔 이상을 마시는 사람은 커피를 마시지 않는 사람에 비하여 간세포를 파괴하는 간기능 효소(AST, ALP, GGT)의 혈중 수치가 낮아 간기능을 향상 시키며 뇌의 기억중추인 해마의 손상을 억제하여 치매예방 효과가 있다고 발표 하였다.

미국 카이저 퍼머넌트 연구소에서 20년 동안 13만명을 대상으로 하루 한잔의 커피를 마시는 사람은 커피를 마시지 않는 사람보다 간경화증 발병율이 20% 낮고 매일 적당량의 커피가 간경화 예방에 도움이 된다고 발표하였다.

미국 서던 캘리포니아 대학 연구팀이 성인 남녀 18만명을 대상으로 조사한 바에 따르면, 하루 커피를 1-3잔 이하 마시는 사람은 커피를 하루 한잔 이하 또는 마시지 않는 사람에 비하여 간암발병률이 29%나 낮았다고 발표하였다.

호주 시드니대학 연구팀이 40년 동안 약45만명을 대상으로 연구 분석한 결과에 따르면, 하루에 마시는 커피 한잔마다 당뇨발명 위험을 7%식 감소한다고 발표하였다.

국제영양학회(ICU 15차, 2009)발표에 따르면, 하루 커피 3-4잔을 마시는 그룹은 알츠하이머 발생을 27% 낮추며, 2012 사이언스 데일리에 따르면, 하루 커피 1-5잔 을 마시는 그룹은 파킨슨 발생률을 39-55% 낮춘다고 발표하였다.

미국 국립보건원이 13년간 40만명을 추적조사한 바에 따르면, 하루 커피 6잔이상을 마신 그룹은 사망률이 커피를 마시지 않는 그룹에 비하여 남성 10%, 여성 15% 낮았고, 하루 한잔이상을 마신 그룹은 남성 6%, 여성 5%의 비율로 사망률이 낮아 인간의 수명연장과 밀접한 관계가 있다고 발표한바 있다.

미국 스크랜튼 대학 연구팀이 20대 비만환자 16명에게 12주간 매일 2,400 Kcal의 식사와 함께 1050mg의 그린커피를 취식케 한 실험에서 7.7Kg의 체중감량 효과가 있었다는 사실이 발표하였고(미국 화학학회지 243차논문), 유사한 논문이 계속 발표되자 비만을 취유하는 수단으로 부각되고 있다.

위와 같이 커피가 인체에 미치는 영향이 지대하다는 사실은 임상 실험적 연구 결과로 입증되었으나, 이와 같은 효과가 커피의 함유된 1000여종의 성분중에서 어느 성분인지를 알지 못하며 지금도 제약회사와 학계에서 다양한 연구가 진행 중이다.

기존의 커피는 커피원두에 함유된 기능성분 및 향미를 평균 43%정도를 용매로 추출하여 음용 가능한 커피를 제조하며, 업소나 가정에서는 평균 15%정도 추출하여 이를 이용할 뿐이고 추출후의 커피원두(찌꺼기)를 모두 폐기하므로 커피원두의 이용효율이 극히 저조하고 비경제적이라는 문제점이 있다.

세계적으로 커피의 기능성을 주목하고 있는 시대이며, 커피속에는 아직까지 확인되지 않은 성분이 앞에서 소명한 놀라운 약리효과를 구현할 뿐만 아니라 , 커피 원두에는 독성이 없다는 사실이 학계에서 공인되었고, 동의보감처럼 임상 실험적으로 약리효과가 입증되었으므로 커피원두 100%를 취식하는 기술의 개발이 필요하다.

커피이외에도 아래와 같이 다양한 기능성분이 확인된 천연 기능성 소재가 알려 저 있고, 각기 고유의 맛과 향취를 구현하는 특성이 있으므로 이를 이용하여 커피의 맛과 향취와 기능성을 보강하는 나노융합 기술의 개발이 필요하다.

동의보감, 본초강목, 방약합편 등의 한의학 문헌에 따르면 다양한 약효와 항암, 항산화 성분이 함유된 기능성 소재로 인삼, 홍삼, 녹차, 콩, 마늘, 브로콜리, 헛개나무열매, 오가피, 갈근, 오미자, 뽕잎, 솔잎, 콩 등 수백가지가 공지되어 있으며 세계적으로 블루베리, 노니(Noni), 브로콜리, 쏘팔메토 등 새로운 식용 기능성 소재가 계속 연구 발표되고 있으며 특히 녹차, 브로콜리, 마늘, 토마토, 블루베리 등은 미국 타임지가 선정한 10대 항암, 항산화 식품이다.

인삼이나 홍삼은 폴리아세틸렌이라는 물질이 암세포의 증식을 억제하고 면역기능을 증진시킨다는 연구결과가 발표되었고(영국 Rayne 연구소), 인삼에 함유된 사포닌은 고혈압 및 동맥경화 예방효과가 있는 것으로 밝혀졌으며, 인삼에 함유된 단백질은 x-선. 감마선, 자외선 등에 의한 생체조직의 손상을 방어하는 것으로 알려져 있다.

또한, 녹차에는 폴리페놀이라는 항암성분을 함유하고 있으며 카페인과 카테킨성분은 체내 지방흡수를 억제하고 지방산 생성을 방해하여 다이어트 효과가 큰 것으로 알려져 있으며, 녹차의 탄닌성분은 항염성, 항균성 효과가 커서 장내 세균의 작용을 억제하고 식품이나 호흡기를 통하여 들어오는 중금속을 침전시켜 배설하는 작용을 하며, 탄닌성분인 카테킨에 의하여 과산화지질이 억제되어 노화방지 효과가 있다.

마늘에는 알리신을 포함한 설레늄, 게르마늄, 스크로티닌 등의 다양한 항암성분이 함유되어 있고 이 성분들은 활성산소로부터 세포막과 세포속의 유전자가 산화되는 것을 방지하므로 피부노화와 치매, 간암, 소화기암 예방효과가 있다.

특히, 마늘의 성분인 알리티아민은 인슐린 분비를 촉진시켜 당뇨병예방에 효과적이고, 셀레니윰은 항암성분이 탁월한 것으로 알려져 있다.

영국 식품 연구소는 과학공중도서 PLoS에 발표한 논문에서 브로콜리내의 화학물질이 수백개의 유전자변화를 불러일으키며 이것은 암과 싸우는 유전자를 활성화 시키고 종양의 에너지원인 다른 유전자를 사그라지게 한다고 발표했다.

연구진은 전립선암 병소를 가진 24명의 남성을 두그룹으로 나눠 1년간 매주 브로콜리와 완두콩을 4차례 섭취케 한후 세포조직을 떼어내 조사한 결과 브로콜리를 섭취한 남성들이 암과 싸우는 역할을 하는 것으로 알려진 수백개의 유전자에 변환이 일어나는 것을 발견했다.

연구진은 그 효과면 에서 꽃양배추, 양배추, 겨잣과의 식물인 아루굴라, 양고추냉이(와사비) 물냉이등 이소티오시안산염(isothiocyanate)성분을 함유한 십자화과에 속하는 다른 채소들과 같은 효과를 나타냈다고 설명했다.

기능성소재로서 콩은 식품 중에서 인류역사상 가장 완벽한 식품으로 알려져 있다. 미국 식품의약국은 1일 25g이상의 콩 단백질을 섭취하면 심장병 발병위험을 줄일 수 있음을 공식인정했다. 미국 심장협회에서도 이를 반영, 심장병발병위험 감소를 위해 콩 단백질을 섭취할 것을 권고하는 등 콩의 효용성은 의학적으로도 입증된바 있다.

콩에 함유된 레시틴(Lecithin)은 세포막을 구성하는 주성분으로 뇌신경과 혈액, 간장속에 많이 들어있다. 인체의 세포가 건강을 유지하기 위해서는 영양물질과 산소공급이 원활히 이루어져야하고 노폐물과 탄산가스를 제거해야 하는데, 이런 과정은 레시틴이 주요성분인 세포막에서 이루어진다. 레시틴이 많이 함유된 음식을 집중적으로 먹으면 뇌의 기억력이 25% 증가하고 노인성 치매를 예방하는 작용을 한다.

위와 같은 작용은 레시틴성분이 분해되면 콜린이라는 물질이 생성되는데, 이 콜린이 치매환자에게 부족한 아세틸콜린이라는 신경전달 물질의 양을 늘리는데 중요한 역할하기 때문인 것으로 알려져 있다.

뇌세포는 일반 세포와는 달리 한번 손상을 받으면 재생되지 않는 특징을 가지고 있다. 뇌세포는 신경세포의 지배를 받고 있고, 신경세포는 수많은 신경세포와 연결되어 있어 세포에서 세포로 정보를 전달한다.

정보를 전달하는 물질 중의 하나가 아세틸콜린인데 이것의 성분이 레시틴이다. 치매에 걸리면 아세틸콜린의 분비가 3분의 1로 줄어들어서 정보전달이 제대로 이루어지지 않는다. 따라서 치매증상이 나타난다. 치매예방을 위해서는 아세틸콜린이 함유된 음식을 섭취하면 좋지만, 아세틸콜린을 섭취하면 뇌속의 효소가 먼저 분해하기 때문에 뇌세포까지 잘 전달되지 않는다. 그러나 레시틴은 장에서 분해되기 때문에 레시틴이 많이 함유된 음식을 먹으면 이때 생긴 콜린이 자연스럽게 아세틸콜린으로 합성되어 더 효과적이다.

콩에는 사포닌(소야 사포닌 Ⅰ, Ⅱ, A1, A2, A3)이 다량 함유되어 있다. 사포닌은 체내의 과산화물질을 분해시켜 노화를 방지하고, 체내에서 지방의 생성을 억지하여 비만을 예방 및 성인병 발생을 방지하는 효과와, 혈관속의 콜레스테롤을 용해시키며 피를 원활하게 흐르게 하며 심장병과 뇌졸중, 동맥경화를 예방한다.

또한 이소플라본의 일종인 글리시테인은 항암물질중 하나로 노란콩의 껍질에서는 발견되지 않지만, 검은콩의 껍질에서만 1g당 500ug이 검출된다. 따라서 이를 섭취하기 위해서는 껍질째 먹어야 한다. .

검은콩의 껍질에 함유된 검은색을 내는 색소 즉, 안토시아닌(Anthocyanin)은 항산화작용(활성산소의 독성이 활성화 되는 것을 억제하는 작용)과 콜레스테롤을 저하는 작용과 항암, 항궤양 등의 약효과 있다. 또한 안토시아닌은 우리 눈의 망막에서 빛을 감지하여 뇌로 전달해 주는 로돕신이라는 색소의 생성을 활성화 시켜 우리 눈의 기능을 증진시키는 효과가 있다.

콩에는 다섯 가지의 항암성분이 있다. 단백질 가수분해억제 인자, 피트산, 화이토스테롤, 사포닌, 이소플라본이 그 물질이다. 이런 항암물질 이외에도 콩에 함유된 단백질, 탄수화물, 지질, 무기질 등이 인체의 노화를 지연시키고 면역성을 강화하며 몸안에 발생하는 발암물질을 제거하는 역할을 한다.

식생활과 암발생에 관한 여러 역학조사 결과 콩을 많이 섭취하는 동양인들(2080mg/day)은 서양인들(13mg/day)에 비해 유방암, 전립선암에 의한 사망률이 현저히 낮음이 보고되었는데, 이는 서양인에 비해 월등히 많은 콩을 섭취량과 연관이 있다고 할 수 있다.

또한, 천연기능성소재로서 노니(Noni)열매의 경우를 보면, 인체의 노화를 방지하는 Alkaiod(Xeronnine)라는 성분이 파인애플의 40배에 달하고, 세계적으로 주스, 액기스, 와인 등의 기능성 식품으로 널리 사용되고 있다.

또 다른 기능성천연 소재로서 뽕잎은 동의보감과 본초강목에서 혈관강화에 좋다하였으며, 뽕잎에 함유된 루틴은 모세혈관을 튼튼하게 하여 뇌졸중을 예방하며, 감미아미노부르티산은 혈압강하 효과가 있으며, 폴리페놀은 노화를 억제시켜주고, 뽕잎은 몸속으로 들어온 중금속을 흡착하여 몸밖으로 배출하는 효능이 알려져 있다.

오가피는 뿌리와 줄기와 잎에 사포닌 배당체, 치사노사이드(chiisanoside)등의 약리적성분이 다량 함유되어 동맥경화증과 뇌졸중 예방하고 당뇨병 치료에 효과적인 것으로 알려져 있다.

또한, 헛개나무와 열매에는 간독성해소, 주독해소에 효과적이고 혈압조절 및 항암효과가 있는 것으로 알려져 다양한 숙취해소제로 이용되고 있다.

위와 같이 사람이 취식할 수 있는 소재중에서 항암, 항산화 효과가 큰 천연 기능성식품이 다양하고 약효가 검증되었으므로 이를 선별하여 인류가 매일 취식하는 쌀이나 밀이나 면류 등의 식자재에 기능성 성분을 함유시키려는 다양한 연구가 진행중이며 다수개의 특허가 공개되어 있다.

한국특허공보 제10-1003563호에서 김치양념에 홍삼분말을 첨가하여 숙성시키는 방법이 공개되어 있고, 한국특허공보 제10-0554683호에서는 인삼을 증숙시켜 각종당류를 함유시킨 인삼정과를 갈아서 첨가하는 인삼김치 제조방법이 공지되고 있으며, 한국특허공보 제10-1035000호에서는 홍삼추출액이 첨가된 고농도 염수에 배추를 침지하여 단시간 동안 속성으로 절여 홍삼의 성분을 배추에 침투시키는 방법으로 홍삼김치를 제조하는 방법이 공개되어 있다.

또한, 녹차잎을 이용하는 경우, 한국특허공보 제10-1070425호에서 자숙시킨 녹차잎을 세절하여 냉동건조 시킨후 김치양념에 혼합하여 녹차김치를 제조하는 방법이 공지되어 있고, 한국특허공보 제10-0384309호에서는 김치에 녹차를 1-5중량% 의 비율로 첨가하고 알미늄 포장지로 포장하여 섭씨0-15도에서 발효시키는 방법이 공지되어 있다.

또한 뽕잎의 경우, 한국특허공보 제10-1118011호에서 뽕잎을 열풍건조시킨후 분말화하여 김치양념에 혼합하여 숙성시키는 방법으로 뽕잎김치를 제조하는 방법이 공지되어 있고, 한국특허공보 제10-0718074호에서는 뽕잎이 함유된 전분풀에 김치양념을 혼합하여 뽕잎김치를 제조하는 방법이 공지되어 있으며, 한국특허공보 제10-1006076호에서는 뽕잎육수를 첨가하여 뽕잎김치를 제조하는 방법이 공지되어 있다.

오가피의 경우를 보면, 한국 특허공보제10-1058799호에서 오가피 어린순을 소금물에 침지하여 섭씨5도 이하에서 6개월간 염절임한 후 세척하여 김치를 담는 방법이 공지되어 있고, 한국특허공보 제10-1196664호에서는 오미자 엑기스를 혼합하여 오미자김치를 제조하는 방법이 공지되어 있으며, 한국특허공보 제10-1118013호에서는 헛개나무잎을 열풍건조한 후 분말로 제조하여 김치양념에 혼합하여 숙성시키는 방법으로 헛개나무잎 분말을 첨가한 김치제조 방법이 공지되어 있다.

곡류의 경우, 한국특허공보 제10-0814202호에서 열탕으로 한약재 추출물을 농축한후 쌀에 분무하여 코팅하는 기능성 쌀 제조방법이 공지되어 있고, 한국특허공보 제10-0852353호에서는 마늘을 에탄올에 혼합분쇄하고 뽕잎, 알로에 등의 추출액을 원심 분리하여 세척한 쌀과 교반시켜 기능성 쌀을 제조하는 방법이 공지되어 있다.

또한, 한국특허공보 제10-0398895호에서는 홍화씨를 용매추출한후 추출액을 쌀에 코팅하는 기능성 쌀 제조방법이 공개되어 있고, 한국특허 제10-0579011호에서는 곡류에 식물성유지를 분사하여 건조시킨 후 기능성 추출물을 분사하는 방법의 기능성 곡류제조 방법이 공개되어 있다.

위와 같이 선행기술은 모두 기능성 식용 소재를 열풍 건조시켜 기존의 밀가루 분말수준(200메쉬-300메쉬 내외)으로 분말화 하거나 엑기스화 하여 곡류에 혼합하거나 코팅하여 기능성 곡류를 제조하며, 장류나 김치에 혼합하여 숙성시키는 방법으로 기능성을 첨가하여 왔다.

따라서 기존의 기술은 식용 기능성소재의 입자크기로 인하여 식감이 좋지않았을 뿐만 아니라 인체흡수율이 저조하고, 액기스화 할시 에는 공정이 복잡하고 에너지 소모가 많으며 추출후 남는 양질의 약재를 폐기해야 하므로 비경제적이고 폐기물이 발생하는 문제점이 있었다.

본 발명은 커피의 맛이나 향취를 향상시키는 건강기능성 식용소재를 나노입자로 미분쇄하여 표면적을 최대로 확장시켜 입자의 표면 원자 비율을 높인후 정재수의 물분자 와의 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유하는 기능성 용액을 제조한 다음, 이를 커피원두 배전시 원두표면에서 증발하는 수분과 유지방 성분과 결합시켜 커피의 맛이나 향취를 임의 개선하는 효과적인 기술을 제공한다.

아울러, 위의 방법으로 맛과 향취가 개선된 커피원두를 나노입자로 미분쇄하여 커피원두 100%를 함유하는 인스탄트 커피제조기술을 제공하여 기존의 용매추출방법에 비하여 수율을 획기적으로 향상시키고 커피의 맛과 향취를 임의 설계할수 있는 유용한 기술을 제공한다.

위의 기술적 사상을 이용하여 건강기능성 용액을 제조하여 곡류나 면류나 주류나 음료나 또는 천연 과채류에 함유된 물분자 와의 분자결합으로 흡착시킴으로서 인간이 식음료를 통하여 기능 성분을 섭취하며 기능성 소재의 100%로 생체 이용율을 최상으로 끌어올리고 기능성 식소재의 자연적 고유성분을 물성변화 없이 인체에 전달할수 있는 힐링식품제조 방법을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명에서 나노입자(Nano Particle)라 함은 국제적으로 학계에서 통용되는 1-100nm의 입자크기를 기준하나, 기능성 소재의 특성과 식재의 종류에 따라 인체흡수율과 기능성 소재의 융합특성이 상이 하므로 본 발명에서 나노입자의 크기를 제한하는 것은 아니다.

또한, 동의보감이나 본초강목이나 방약합편 등의 한의학 서적에서 다양한 천연 기능성 식용소재를 공개하고 있으며, 세계적으로 새로운 기능성 천연소재의 효과가 계속 공개되고 있으므로 본 발명은 발명의 목적달성을 위한 기능성 소재의 종류를 제한하는 것은 아니다.

본 발명에서 열거한 식재 이외에도 곡류나 보존성 식품이나 다양한 종류의 음료수나 주류나 의약품이나 건강보조제의 제조에도 인체에 유익한 기능성을 부여하는 기술로 응용할 수 있는 유용한 기술을 제공한다.

본 발명은 상기 목적을 달성하기 위하여 식용 기능성 소재의 입자를 나노급 입자로 미분쇄하여 소재입자의 표면적을 확장시켜 기능성 소재의 나노입자와 물분자간에 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유하는 기능성 용액을 제조하는 효과적인 방법을 제공한다.

보다 상세하게는 커피의 맛이나 향취를 향상시키는 식용소재나 인체에 유익한 천연의 건강 기능성 소재를 나노입자로 쪼개면 소재의 표면적이 획기적으로 확대되고 입자의 크기가 작아질수록 표면원자가 차지하는 비율이 높아지고 표면을 구성하는 원자는 내부에 위치한 원자들 보다 에너지가 높으며, 따라서 나노 결정질 소재에서는 열팽창 계수가 대단히 크고 일반 다결정질 소재에 비하여 입계에 속하는 원자분율이 상대적으로 크고 입계구조가 열린구조를 갖게 되어 확산에 필요한 활성 에너지가 낮아 압력을 가하면 상온에서 쉽게 분자결합이 이루어진다는 자연의 법칙을 이용하여 본 발명은 기능성 소재의 입자표면의 원자 비율을 높인 후 정재수의 물분자와의 분자결합으로 기능성 소재 100%함유 용액을 제조하는 방법과, 이를 이용하여 커피의 맛과 향취를 임의 설계할 수 있는 기술과 커피원두 100%를 취식하는 인스탄트 커피 제조기술을 제공하는 것이 목적이다.

본 발명은 기능성 소재의 100%를 나노입자로 쪼개어 정제수의 물분자간에 분자결합을 이루어 기능성 용액을 제조함으로서 기능성 소제의 성분을 100%이용하므로 기존의 용매추출방법에 비하여 생산효율이 높고 폐기물 발생이 전무하여 경제적이다.

건강 기능성 식용소재를 나노입자로 미분쇄하여 표면적을 극대화시켜 입자 표면의 원자비율을 높여 정제수의 물분자와 상온에서 분자결합 시킴으로서 기존의 공법에 비하여 에너지를 크게 절감하는 저탄소 제조 공정 기술을 제공한다.

또한 기능성소재를 나노입자로 미분쇄 함으로서 나노효과에 따라 냄세가 감소되고 식감이 부드럽고 , 기능성 식용소재의 자연적 고유성분을 물성 변화 없이 인체에 전달하며 소화 흡수율을 증가시켜 생체이용률을 최상으로 끌어 올리는 효과가 있다.

위의 방법으로 커피의 맛이나 향취를 개선하는 기능성 소재나 향료를 조분쇄하여 나노분쇄수단으로 미분쇄하면서 정재수를 혼합하여 고속 교반시켜 기능성 소재의 나노입자와 정재수의 물분자간에 분자결합으로 기능성 용액을 제조하여 커피원두 배전시 발생하는 수분과 유지방성분과 결합시키는 방법으로 커피의 맛과 향취를 임의로 개선하는 유용한 기술을 제공한다.

또한 커피의 맛과 향취가 개선된 커피원두를 나노입자로 미분쇄하여 다양한 맛과 향취를 구현하며 커피원두 100%를 모두 이용하는 인스탄트커피 제조 기술을 제공한다.

또한, 본 발명의 기능성 용액을 주류 나 또는 음료에 첨가할 경우 알콜이나 물분자와의 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유하는 기능성 힐링 음료나 또는 주류를 제조하는 유용한 기술을 제공한다.

또한, 본 발명의 기능성 용액을 이용하여 식품이나 약재의 영양성분을 개선할수 있으므로 이를 이용한 건강보조제나 의약품이나 식품 제조산업에 기여하는 유용한 기술을 제공한다.

특히, 영양성분의 불균형이 문제가 되고 있는 밥이나 라면이나 스파게티(파스타)에 다양한 성분의 기능성을 선택적으로 첨가할 수 있는 유용한 기술을 제공한다.

도1은 본 발명의 기능성용액으로 커피원두나 그레뉼 커피에 기능성 소재를 결합시켜 기능성 커피를 제조하는 공정도이다.
도2는 본 발명을 응용하여 기능성 용액으로 알콜성 또는 비알콜성 음료를 기능성 음료로 제조하는 공정도이다
도3은 본 발명을 응용하여 기능성 용액으로 면류식품을 기능성 식품으로 제조하는 공정도이다.

본 발명의 실시를 위한 구체적인 내용을 첨부도면을 참조하여 상세히 설명하면 아래와 같다.

도1은 본 발명의 기능성 용액을 이용하여 기능 성분이 함유된 다양한 향취의 커피를 제조하는 공정도 이다.

도1에 의하는 바와 같이 커피의 배전전 생두(103)나 배전한 커피원두(104)나 또는 그레뉼커피(GRANULE COFFEE)(105)로 이루어진 커피(102)와 제조할 커피의 맛이나 향취에 따라 설계된 기능성 용액(101)을 가열수단과 원심분리수단이 구성된 코팅장치(106)에 넣어 혼합하는 단계(107)와, 코팅하는 단계(108)에서 발생하는 열에 의하여 커피에서 발생하는 증발수와 유지방 성분과 기능성 용액의 나노입자 간에 분자결합(109)으로 강하게 결합시키는 단계와 건조단계(110)로 구성된다.

위의 방법에서 커피의 맛과 향취와 기능성을 개선하는 기능성 용액(101)을 커피원두 배전시에 혼합하여 배전시의 가열에 의하여 원두표면에 발생하는 수분과 유지방성분과 기능성용액의 나노입자 간을 결합시키더라도 동일한 효과가 있다.

위와 같은 방법으로 커피의 맛과 향취와 건강기능성을 개선하는 기능성 소재가 코팅된 커피를 나노분쇄기로 미분쇄하면 맛과 향취와 건강기능성이 개선된 인스탄트커피를 제조할수 있고, 이 경우 기존의 용매추출방식에 비하여 찌꺼기가 발생하지 아니하므로 생산 수율을 증가시키고 커피에 함유하고 있는 기능성분을 100%섭취할수 있는 유용한 기술을 제공한다.

위 인스탄트 커피를 정재수에 용해하여 분무건조하거나 동결 건조시키면 물에 쉽게 용해되는 인스탄트 커피가 된다.

커피원두는 원두의 산지에 따라 차이가 있으나 8.3%-11.9%의 수분을 함유하고 있으며, 경배전시에는 1.7%-2.6%, 중배전시 1.2%-1.4%, 강배전시 1.0%-1.2%의 수분을 포함하고 있으므로, 본 발명의 코팅장치(607)에서 기능성 용액을 원두에 혼합하여 섭씨 100도 이하의 온도에서 서서히 가열하면서 회전시키면 원두에 함유된 증발수분과 본 발명의 나노급 기능성 용액간에 분자결합이 생겨 원두의 표면에 기능성 용액이 접착되어 강한 코팅막이 형성된다.

세계적으로 가장 비싼 커피는 WEASEL COFFEE(족제비 배설커피)이며, 족제비 위에서 발효된 커피로서 가격이 고가(Kg당 $400-$600)이므로 원두의 향취를 인공적으로 가공하는 기술이 시도되고 있다.

원두에 향취소재를 코팅하는 기존의 공법은 원두에 식물성 접착제를 분무하여 소재를 코팅하는 방법과 (한국특허 제10-1330010호), 생두에 코팅할 소재를 분무하여 건조시키는 코팅시키는 방법이 공지되어 있으나 (한국특허공보 제10-2011-0082280호), 접착제를 사용하는 경우 공정이 복잡하고 접착제로 인한 원두의 맛이나 향취에 장애를 유발하고, 분무하여 건조하는 방식은 코팅한 소재가 쉽게 분리되어 떨러지는 문제점이 있었다.

따라서 본 발명의 가열식 원심분리 드럼방식의 코팅방법은 가열시 원두에서 증발하는 미량의 수분과 기능성 용액의 나노입자간에 분자결합을 유도하여 접착하므로 접착력이 강하고 드럼에서 회전하면서 혼합하여 고르게 코팅되는 효과가 있다.

위의 방법에서 사용하는 기능성 용액의 종류에 따라 다양한 기능 성분과 향취를 발생하는 다양한 맛의 커피원두가 제조된다.

예컨대 배전한 콩이나 깨나 땅콩을 나노 분쇄수단으로 미분쇄하여 나노입자로 입자의 표면적을 확장하여 물분자와의 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액을 제조하는 단계를 거쳐, 이를 커피원두에 코팅하면 코팅한 기능성 용액의 량에 따라 고소한 맛의 차이가 있을 뿐이고 볶은 콩 고유의 향취와 기능성분을 함유하여 맛있는 기능성 커피가 되는 것이다.

기능성 소재를 호두나 땅콩이나 잣이나 산수유나 구기자나 오미자나 다양한 허브식물이나 향료를 배합하여 기능성 용액을 제조하여 로스팅한 커피에 코팅하거나 그레뉼커피(GRANULE COFFEE)에 분무하여 코팅하면, 코팅한 소재의 종류나 양에 따라 다양한 맛이나 향취 뿐만 아니라 기능성분이 함유된 기능성 커피가 탄생하는 것이고 WEASEL COFFEE의 향취에 근접하는 커피를 양산할수 있는 기술을 제공하며 본 발명에서 기능성 소재의 종류나 배합비율을 제한하지 않는다.

위의 기능성용액(101)을 제조하는 방법은 최소1개 이상의 맛이나 향취를 증진시키는 식용 기능성 소재를 조분쇄하여 나노분쇄 수단으로 미분쇄하면서 정재수? 혼합하여 고속 교반시켜 기능성소재의 나노입자와 정재수의 물분자간에 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유하는 기능성 용액을 제조 한다.

위 기능성 용액을 커피에 코팅하는 방법은 앞에서 소명한바와 같이 코팅수단 으로 기능성 용액을 코팅하거나, 또는 커피원두 배전시 상기 기능성 용액을 혼합 하여 배전시의 가열로 인하여 커피원두 표면 에서 증발하는 수분과 유성분과 상기 기능성 용액의 나노입자간에 분자결합이 생기도록 구성할수 있다.

기능성소재의 나노입자와 정재수의 물분자간에 분자결합이 이루어지는 과정은 앞에서 소명한바와 같이 기능성 소재를 나노입자로 쪼개면 소재의 표면적이 획기적 으로 확대되고 입자의 크기가 작아질수록 표면원자가 차지하는 비율이 높아 지고 표면을 구성하는 원자는 내부에 위치한 원자들 보다 에너지가 높으며, 따라서 나노 결정질 소재에서는 열팽창 계수가 대단히 크고 일반 다결정질 소재에 비하여 입계 에 속하는 원자분율이 상대적으로 크고 입계구조가 열린구조를 갖게 되어 확산 에 필요한 활성 에너지가 낮아 상온에서 압력을 가하면 쉽게 확산되거나 분자결합 이 이루어 지는 것이다.

기능성 용액이 커피에 강하게 코팅되는 것은 커피 배전시 발생하는 커피표면의 증발수와 유지방 성분과 기능성 용액의 나노입자 간에 서로 끌어 당겨 결합하려는 분자인식 특성과, 분자들이 에너지를 최소화하기 위하여 인접한 분자와 결합하려는 자기조립특성에 따라 상온에서 분자결합이이루어 지는 것이다.

전기적으로 중성인 분자 간에 반데르다스힘(VAN DER WAALS FORCE)이 발생하여 분자간의 인력으로 인하여 응집이 생긴다는 사실은 자연의 법칙이다.

상기 방법에서 기능성 소재를 나노입자로 쪼개어 표면적을 확장시킨후 물분자와의 분자결합을 이루는 단계는 기능성소재를 조분쇄하는 1차 조분쇄단계를 거처, 조분쇄한 기능성소재의 분말과 정제수를 함께 투입하여 기능성소재를 나노급 입자로 쪼개면서 동시에 분자결합을 유도하는 2차 습식 분쇄단계로 구성하드라도 동일한 효과를 얻을수 있다.

또한, 상기 기능성 용액을 커피원두나 조분쇄한 커피원두(GRANULE COFFEE)에 분무하여 코팅하면 접착력이 미약하더라도 커피에 기능성을 부여 할 수 있다.

기능성 용액을 제조하는 과정에서 분자결합을 야기 시키는 수단은 소재의 나노입자 와 정재수를 고압으로 밀착시키는 고압밸브(이태리 GEA사의 NANO-VALVE 등)나 기존 의 공지된 고속교반장치(AGITATOR) 나 호모게나이저(HOMOGENIZER)장치나 다양한 습식나노분쇄기(WET NANO MILL)중 하나 또는 이상을 결합하여 구성 할수 있다.

본 발명에서 배전한 커피원두나 배전하기전의 생두나 그레뉴얼 커피에서 선택 된 커피소재를 위 기능성 용액과 혼합하여 코팅수단으로 가열하여 커피소재의 표면 에서 증발하는 수분과 유성분과 상기 기능성 용액의 나노입자를 결합시켜 코팅할수 있으며, 코팅수단은 가열수단을 구비한 원심분리 드럼 장치로 섭씨 100도이하의 온도로 회전하면서 가열하는 코팅수단으로 구성할수 있다.

본 발명에서 기능성 소재는 배전한 콩, 배전한 팥, 배전한 녹두, 배전한 옥수수, 배전한 깨, 배전한 땅콩, 이나 호두, 잣, 산수유, 구기자, 오미자, 허브식물 에서 선택된 최소 1개 이상의 소재나 비타민, 미네랄, 향료에서 선택한 최소 1종 이상을 배합하여 커피의 맛과 향취를 설계할수 있다.

본 발명은 위에서 상세히 설명한바와 같이 다양한 기능성 소재를 나노입자로 쪼개어 표면적을 확장시킨후 정제수의 물분자간에 분자결합을 이르켜 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액을 만들어 이를 이용하는 다양한 기능성 식음료를 제조하는 효과적인 방법을 제공하는 것이며, 여러 가지 형태로 이용할수 있다.

도2는 본 발명의 기능성 용액을 이용하여 다양한 종류의 음료에 기능성을 함유시키는 방법의 공정도 이다.

도2에 의하는 바와 같이 비알콜성 음료수(203)나, 주류(204)나, 주스류(204)나, 두유류(206)나, 야쿠르트 등의 유제품을 포함하는 우유류(207)에 본 발명의 기능성용액(201)을 제조하고저 하는 제품의 설계에 따른 설계 용량의 기능성 용액을 혼합하는 단계(202)와, 혼합된 용액을 고속교반 수단이나 나노 발브수단이나 균질화수단 이나 습식 나노분쇄수단 중에서 선택된 하나이상의 분자결합수단(208)을 이용하여 기능성용액과 기능성을 부여 하고자 하는 음료류나, 주스류나 , 두유류나, 우유류에서 선택된 소재의 물분자와 기능성 용액(201)간에 분자결합시키는 단계(209)로 기능성분이 함유된 힐링주류나 음료(210)를 제조하며 분자결합이 이루어지는 과정은 도1에서 설명한바와 같다.

도3은 본 발명의 기능성 용액을 이용하여 기능성 성분이 함유된 다양한 베이커리 제품(312)이나 과자(313), 떡(314), 만두(315), 국수(316), 라면(317)등의 힐링식품을 제조하는 방법의 공정도 이다.

도3에 의하는 바와 같이 밀분말(303), 쌀분말(304), 메밀분말(305), 콩분말(306), 감자분말(307)등으로 부터 선택된 분말에 정제수(309)와 본 발명의 기능성용액(301)을 제조하고저 하는 제품의 설계에 따라 설계 용량의 기능성 용액을 혼합하는 단계(302)와 혼합된 용액을 고속교반 수단이나 반죽장치 등의 수단 중에서 선택된 하나이상의 분자결합수단(300)을 이용하여 기능성용액과 기능성을 부여 하고 저 하는 분체의 물성분간에 분자결합으로(310) 기능성분이 함유된 반죽을 제조한 다음 제조하고자 하는 완성품의 종류에 따라 선택된 성형수단(311)으로 기능성 성분이 함유된 다양한 베이크리 제품(312)이나 과자(313)나 떡(314)이나 만두(315)나 국수(316)나 라면(317)등의 기능성식품을 제조하는 것이다.

위와 같이 면류에 기능성 성분을 첨가하는 경제적인 방법의 개발로 라면이나 스파게티 등의 면류에 맛이나 기능성분을 보강할 수 있게 되어 이 분야 산업 활성화에 크게 기여할 수 있는 기술을 제공한다.

본 발명에서 기능성 소재를 구성하는 (1)엽체류는 녹차잎, 인삼잎, 솔잎, 뽕잎, 대나무잎, 보리잎, 연잎, 쑥, 부추, 미나리 및 시금치등으로 이루어진 군에서 선택되고, (2)구근류는 인삼, 홍삼, 더덕, 당귀, 둥글레, 연근, 우엉, 칡, 마, 마늘, 양파, 당근, 도라지로 이루어진 군에서 선택되고, (3)열매류는 헛개나무열매, 산수유, 구기자, 대추, 홍화씨, 호두, 석류, 구아바, 오미자, 커피, 카카오, 노니, 쏘팔메토로 이루어진 군에서 선택되고, (4)과채류는 브로콜리, 양배추, 가지, 토마토, 래몬, 피망, 망고, 두리안, 고추, 호박, 깻잎, 당근, 부추, 케일로 이루어진 군에서 선택되고, (5)버섯류는 상황버섯, 차가버섯, 영지버섯, 송로버섯, 능이버섯, 표고버섯, 석이버섯, 뽕나무버섯, 솔버섯, 송이버섯 으로 이루어진 군에서 선택되고, (6)해초류는 김, 미역, 다시마, 톳, 파래, 매생이, 클로렐라, 청각, 우무가사리로 이루어진 군에서 선택되고, 상기 곡류는 쌀, 보리, 밀, 메밀, 녹두, 콩, 팥, 귀리로 이루어진 군에서 선택되는 것을 기본으로 하나 이 이외에도 기능성 소재의 종류는 수천종에 이르므로 본 발명에서 기능성 소재의 종류를 제한하는 것은 아니다.

본 발명은 위에서 상세히 설명한바와 같이 다양한 기능성 소재를 나노입자로 쪼개어 표면적을 확장시킨후 정제수의 물분자간에 분자결합을 이르켜 기능성 소재의 100%를 함유한 기능성 용액을 만들어 이를 이용하는 다양한 기능성 힐링제품을 제조하는 효과적인 방법을 제공하는 것이며, 그 기술적 사상이나 주요한 특징으로부터 일탈하지 않는 범위내에서 다른 여러 가지 형태로 이용할수 있다. 따라서 본 발명의 범위는 특허청구 범위의 균등 범위에 속하는 변형이나 변경은 모두 본 발명의 범위내의 것이다.

본 발명은 커피의 맛이나 향취를 개선할수 있는 식용 기능성 소재를 나노입자로 미분쇄하여 정재수의 물분자와 분자결합으로 기능성 용액을 제조한후 이를 커피원두 배전시 발생하는 증류수와 유지방성분과 강하게 결합시켜 커피의 맛과 향을 임의 설계할수 있는 기술을 제공하므로 커피산업에 이용할수 있다.

특히, 위와 같이 맛과 향이 개선된 커피원두를 나노급 입자로 미분쇄하여 인스탄트 커피를 제조할수 있게 되어 기존의 인스탄트 커피에 비하여 커피의 맛을 다양화할수 있고, 커피 원두를 100% 이용하므로 인스탄트 커피 제조 코스트를 크게 절감하는 효과가 있다.

위의 기술을 이용하여 건강 기능성 식용소재를 나노용액으로 추출할 수 있는 경제적이고 효과적인 기술을 제공하므로 식품의 기능성을 향상시켜 식음료를 통하여 기능성 성분을 취식하는 다양한 식음료 산업에 이용할 수 있다.

또한 곡물에 다양한 성분의 기능성을 코팅하는 경제적이고 효과적인 공정기술의 개발로 인류가 매일 취식하는 곡물의 품질을 획기적으로 개선할수 있게 되었으므로 곡물의 경쟁력을 제고하고 이 분야 기능성 곡물제조 산업에 이용 할수 있다.

또한, 라면, 스파게티(파스타)에 건강기능성 성분을 첨가하는 유용한 기술의 개발로 라면, 스파게티 등 면류의 영양성분과 맛을 개선할수 있게 되어 이 분야 제면산업에 이용 할수 있다.

또한, 본 발명의 다양한 기능성 용액을 첨가하면 음식이나 음료수나 주류의 기능성분을 향상시키므로 유아식산업, 보존식품 산업, 음료산업, 주류산업에 이용할수 있다.

또한 기능성소재를 나노입자로 미분쇄하여 분자결합시킨 기능성용액은 기능성 소재 고유의 냄새가 감소되고 식감이 부드럽고 기능성 식용소재의 자연적 고유성분을 물성 변화 없이 인체에 전달하며 소화 흡수율을 증가시켜 생체이용률을 최상으로 끌어 올리는 효과가 있으므로 본 발명의 기능성 용액을 건강음료산업, 건강보조제 산업 및 의약품 산업에 이용할 수 있다.

Claims (8)

1. 커피의 맛이나 향취를 임의 조절하는 기능성 커피 제조 방법에 있어서,
   (1) 최소1개 이상의 맛이나 향취를 증진시키는 식용 기능성 소재를 조분쇄하여 나노분쇄 수단으로 미분쇄하면서 정재수? 혼합하여 고속 교반시켜 기능성소재의 나노입자와 정재수의 물분자간에 분자결합으로 기능성 소재의 100%를 함유하는 기능성 용액 제조 단계와,
   (2) 배전한 커피원두나 배전하기전의 생두나 그레뉼 커피에서 선택된 커피소재를 상기 기능성 용액과 혼합하여 코팅수단으로 가열하여 커피소재의 표면에서 증발 하는 수분과 유성분과 상기 기능성 용액의 나노입자를 결합시켜 코팅하는 단계를 포함하는 기능성 커피 제조방법
2. 청구항 1에 있어서
   코팅수단을 별도 구성하지 않고, 커피원두에 배전시 상기 기능성 용액을 혼합하여 커피원두 표면 에서 증발하는 수분과 유성분과 상기 기능성 용액을 결합시키는 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법.
3. 청구항 1에 있어서
   상기 코팅수단은 가열수단과 원심분리 드럼장치를 구비하여 섭씨 100도이하의 온도로 회전하면서 가열하는 코팅수단으로 구성한 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법
4. 청구항 1에 있어서
   상기 기능성 소재를 배전한 콩, 배전한 팥, 배전한 녹두, 배전한 옥수수, 배전한 깨, 배전한 땅콩, 이나 호두, 잣, 산수유, 구기자, 오미자, 허브식물에서 선택된 최소 1개 이상의 소재로 구성한 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법
5. 청구항 1 또는 4에 있어서
   상기 기능성 소재를 비타민, 미네랄, 향료에서 선택한 최소 1종 이상을 배합하여 구성한 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법
6. 청구항 1 또는 2에 있어서
   나노분쇄수단을 부가 구성하여 코팅된 커피 소재를 나노급으로 미분쇄하여 인스탄트 커피를 제조하는 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법
7. 청구항 6에 있어서
   미분쇄된 인스탄트 커피를 정재수에 용해하여 동결 건조하거나 분무건조 한 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법
8. 청구항 1에 있어서,
   상기 기능성 용액을 커피원두나 조분쇄한 커피원두(GRANULE COFFEE)에 분무하여 코팅한 것을 특징으로 하는 기능성 커피 제조방법.
   
   

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