KR20190123242A - 이중 압출 공정을 통한 식물성 조직 단백질의 제조방법 - Google Patents

이중 압출 공정을 통한 식물성 조직 단백질의 제조방법 Download PDF

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KR20190123242A
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씨제이제일제당 (주)
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Abstract

본 출원은 이중 압출 공정을 통한 식물성 조직단백 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이중 압출 공정을 연속적으로 수행함으로써, 식물성 조직 단백질의 조직화 정도를 향상시키는 기술, 조직화 정도가 향상된 식물성 조직 단백질 및 이를 포함하는 레토르트 식품에 관한 것이다.

Description

이중 압출 공정을 통한 식물성 조직 단백질의 제조방법 {Method for Producing Texturized Vegetable Protein by Double Extrusion Process}
본 출원은 이중 압출 공정을 통한 식물성 조직단백 제조방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는, 이중 압출 공정을 연속적으로 수행함으로써, 식물성 조직 단백질의 조직화 정도를 향상시키는 기술, 조직화 정도가 향상된 식물성 조직 단백질 및 이를 포함하는 레토르트 식품에 관한 것이다.
동물성 단백질에 비해 상대적으로 식물성 단백질은 콜레스테롤 수치를 낮추고 동맥경화를 예방하는 등의 좋은 단백질원이다. 식물성 단백질의 경우 콜레스테롤 및 포화지방산이 함유되어 있지 않아 심혈관계 질환 및 생활 습관병 예방에 도움이 된다. 또한, 동물성 식품으로부터 기인될 수 있는 질병에 대한 감염의 우려가 없으며, 동물성 식품에는 섬유질 비타민과 미네랄이 부족하나, 식물성 단백질에는 상대적으로 섬유질 비타민과 미네랄이 풍부하다.
한국출원번호 제10-2002-0035363호는, 쌍축형 압출 성형기 및 그 장치를 이용한 팽화 곡류제조방법을 개시하고 있다. 구체적으로, 건식(乾式)과 습식(濕式)으로 쌀, 찹쌀, 보리, 밀쌀, 좁쌀, 옥수수 등과 같이 전분질을 함유하고 있는 곡류와 이를 가공한 소재에 있는 β전분을 α전분화하고, 또한 콩, 팥, 녹두 등의 두류에 함유되어 있는 단백질류의 변성작용과 아울러 이들 원료에 존재하고 있는 바람직하지 않은 효소의 불활성화 등 원료의 물성을 변화시켜서 단백질의 열변성과 향미의 개선 및 소화율을 증대시켜 가공함으로써, 각종 팽화간편식품 또는 팽화성형된 식품소재를 얻을 수 있는 팽화 곡류 제조방법과 이에 사용되는 쌍축형 압출 성형기에 관한 기술을 개시하고 있다.
최근에는 식물성 단백질의 조직화 정도를 증대시키는 기술에 대한 필요성이 매우 높은 실정이다.
(특허문헌 1) KR 10-2002-0035363　A
본 출원은 압출 성형기에 의해 사출된 식물성 단백질의 조직화 정도를 향상시킴으로써, 실제 동물성 단백육과 가장 유사한 조직 형성이 가능한 제조 방법을 제공하고자 한다.
이에, 본 출원의 하나의 목적은, 이출 압출 공정을 통한 식물성 조직 단백질의 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 출원의 다른 하나의 목적은, 상기 압출 공정을 위한, 쌍축 스크류로 형성된 압출 성형기를 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은, 조직화 정도가 향상된 식물성 조직 단백질을 제공하는 것이다.
본 출원의 또 다른 하나의 목적은, 상기 식물성 조직 단백질을 포함하는 레토르트 식품을 제공하는 것이다.
이를 구체적으로 설명하면 다음과 같다. 한편, 본 출원에서 개시된 각각의 설명 및 실시형태는 각각의 다른 설명 및 실시 형태에도 적용될 수 있다. 즉, 본 출원에서 개시된 다양한 요소들의 모든 조합이 본 출원의 범주에 속한다. 또한, 하기 기술된 구체적인 서술에 의하여 본 출원의 범주가 제한된다고 볼 수 없다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 출원의 하나의 양태는, (a) 식물성 조직 단백질의 제조를 위한 원료(P)를, 제 1 압출 성형기(100)에 주입하여 가열 조건에서 압출 성형을 수행함으로써, 1차 사출물(X)을 형성시키는 단계(S100); 및 (b) 상기 1차 사출물(X)을 제 2 압출 성형기(200)에 주입하여 가열 조건에서 압출 성형을 수행함으로써, 2차 사출물(Y)을 형성시키는 단계(S200); 을 포함하는, 식물성 조직 단백질 제조 방법을 제공한다.
또한 예시적으로, 상기 (a) 단계(S100) 이후 및 (b) 단계(S200) 이전, 상기 제 1 압출 성형기(100)에서 형성된 상기 1차 사출물(X)을 상기 제 1 압출 성형기(100)의 사출구에서 컷터(100b)로 절단하는 단계(S120) 를 더 포함할 수 있다. 또한, 상기 절단된 1차 사출물(X')을 연속적으로 상기 제 2 압출 성형기(200)에 주입하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 (a) 단계(S100) 이전 상기 원료(P)를 상기 제 1 압출 성형기(100) 상부에 설치된 피더 호퍼(Feeder Hopper) (110)로 공급하며, 상기 피더(110)에 설치된 이송 스크류의 속도를 고정시켜 상기 원료 투입량을 일정하게 유지시킬 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 (a) 단계(S100)에서는, 상기 제 1 압출 성형기(100)의 사출 방향을 기준으로, 전반부(120)에서 기설정된 제 1 조건으로 수분을 일정하게 주입하며, 상기 (b) 단계(S200)에서는, 상기 제 2 압출 성형기(200)의 사출 방향을 기준으로, 전반부(220)에서 기설정된 제 2 조건으로 수분을 일정하게 주입할 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 (a) 및 (b) 단계(S100, S200)에서는, 상기 제 1 및 제 2 압출 성형기(100, 200)의 배럴 재킷에 제 3 조건을 가하여 상기 제 1 및 제 2 압출 성형기(100, 200)의 배럴을 가열할 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 제 1 압출 성형기(100)는 단축 스크류 방식의 압출기이며, 제 2 압출 성형기(200)는 쌍축 스크류 방식의 압출기일 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 (b) 단계(S200)에서, 상기 쌍축 스크류(201)는, 상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 스크류의 배열 방향이 동일하도록 각각 형성된 제 1 부위(201a) 및 제 2 부위(201b)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부위(201a, 201b) 중 어느 하나는 전진 스크류(Forward Screw) 방향으로 배열되며, 다른 하나는 후진 스크류(Reverse Screw) 방향으로 배열될 수 있다.
또한 예시적으로, 상기 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 기준으로, 상기 1차 사출물(X)을 연속적으로 상기 제 2 압출 성형기(200)에 주입하는 투입구 측에 인접한 전반부; 및 상기 제 2 압출 성형기(200)의 사출구 측에 인접한 후반부;로 이루어지고, 상기 (b) 단계(S200)에서, 상기 쌍축 스크류(201)의 후진 스크류는 상기 후반부에 포함될 수 있다.
다른 하나의 양태로서, 본 출원은, 쌍축 스크류(201)로 형성된 압출 성형기로서, 상기 쌍축 스크류(201)는, 상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 스크류의 배열 방향이 동일하도록 각각 형성된 제 1 부위(201a) 및 제 2 부위(201b)를 포함하고, 상기 제 1 및 제 2 부위(201a, 201b) 중 어느 하나는 전진 스크류(Forward Screw) 방향으로 배열되며, 다른 하나는 후진 스크류(Reverse Screw) 방향으로 배열되며, 상기 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 기준으로, 원료의 투입구 측에 인접한 전반부; 및 사출구 측에 인접한 후반부;로 이루어지고, 상기 쌍축 스크류(201)의 후진 스크류는 상기 후반부에 포함되는, 압출 성형기를 제공한다.
또한, 상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 상기 전반부는 전진 스크류로 형성되고, 상기 후반부는 후진 스크류 구간을 포함하되, 상기 후반부는 상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 따라, 후진 스크류 구간 및 전진 스크류 구간 순서로 형성될 수 있다.
본 출원에 따른 압출 성형기는 설비 용량의 증가 대비 축의 직경과 축의 길이인 L/D를 유지하면서 축을 늘리는 것에 따른 과도한 부하 또는 축의 변형 등과 같은 결함 없이 식물성 조직 단백질을 제조할 수 있다.
또한 대량 생산 시에도 충분한 조직화 단계를 거칠 수 있어, 사출물의 급격한 팽화로 조직 결착력의 감소 또는 레토르트 내열성 저하 없이 조직성이 우수한 식물성 조직 단백질을 제조할 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 출원은 조직화 정도가 향상된 식물성 조직 단백질을 제공한다. 구체적으로, 재수화도(Rehydration Ratio)가 100% 이하이며, 조직잔사지수(Integrity Index)가 10% 이상인, 식물성 조직 단백질을 제공한다.
본 출원에서, 상기 식물성 조직 단백질은 식물성 단백질로부터 고기와 유사한 외관, 형태, 조직을 가지도록 조직화하여 제조된 단백질을 의미하는 것으로서, 육류 대용품으로 이용될 수 있다. 본 출원의 목적상, 상기 식물성 조직 단백질은 이중 압출 공정을 통해 제조됨으로써, 조직화 정도가 향상됨에 따라, 실제 동물성 단백육과 유사한 조직 형성이 가능할 수 있다.
본 출원에서, 상기 식물성 조직 단백질을 제조하기 위한 원료는 식물성 원료로부터 유래된 단백질이면 어느 것이든 제한되지 않으며, 일례로 콩단백질, 밀단백질(글루텐), 목화씨단백질 등 을 원료로 할 수 있으며, 구체적으로는 콩단백질인 대두를 원료로 할 수 있고, 보다 구체적으로는 탈지대두분, 농축대두단백 또는 분리대두단백 등을 원료로 할 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 탈지대두분을 원료로 하여 제조될 수 있다.
또한 상기 원료에는 감미료, 향미제, 조미료 등 첨가제가 추가로 포함될 수 있다.
본 출원에서 상기 재수화도는, 건조된 식물성 조직 단백질이 다시 복원되는 정도를 나타내며, 일정 시간 동안 재수화 되는 정도를 측정함으로써, 조직의 치밀한 정도를 갈음할 수 있는 간접척도로 판단할 수 있다. 상기 재수화도는 하기와 같은 식 1에 의하여 계산될 수 있다.
[식 1]
Figure pat00001
여기에서 상기 A는 건조된 식물성 조직 단백질의 무게를 의미하고, B는 물을 흡수한 식물성 조직 단백질의 무게를 의미한다.
구체적으로, 건조된 식물성 조직 단백질의 무게(A) 대비 25배의 부피량(w/v)의 물을 첨가하고, 15분간 수화시키고, 물을 탈수시킨 후, 물을 흡수한 식물성 조직 단백질의 무게(B)를 측정한 경우에 있어서, 상기 식 1에 의하여 계산될 수 있다. 보다 구체적으로는, 3cm 단위로 건조된 식물성 조직 단백질 20g을 측량하여(A) 30도의 500ml의 물을 첨가하여, 30도에서 15분간 수화 시키고 나서, 물을 탈수시킨 후, 물을 흡수한 식물성 조직 단백질의 무게를 측정하는(B) 경우에 있어서, 상기 식 1에 의하여 계산될 수 있다.
본 출원의 식물성 조직 단백질은 재수화도가 기존의 식물성 조직 단백질에 비하여 낮아진 것, 즉 조직이 치밀한 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 재수화도가 100% 이하일 수 있으며, 보다 구체적으로 50% 내지 100%일 수 있으며, 보다 더 구체적으로는 60% 내지 90%일 수 있으며, 더욱 구체적으로는 70% 내지 85%일 수 있으며, 더욱 더 구체적으로는 75% 내지 80%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원의 일실시예에서는 이중 압출 공정에 의하여 제조된 식물성 조직 단백질의 재수화도가 현저하게 낮아짐을 확인하였다.
본 출원에서 상기 조직잔사지수는, 식물성 단백질의 조직 형성 정도를 측정하는 당해분야에서 널리 알려진 방법 중 하나로서, 이를 통해 조직화 정도를 확인할 수 있으며, 내열성, 예컨대 레토르트 내열성을 판단할 수 있다. 상기 조직잔사지수는 하기와 같은 식 2에 의하여 계산될 수 있다.
[식 2]
Figure pat00002
여기에서 상기 C는 최종적으로 건조된 식물성 조직 단백질의 무게를 의미하고, D는 처리전 식물성 조직 단백질의 무게를 의미한다.
구체적으로, 식물성 조직 단백질의 무게(D) 대비 20배의 부피량(w/v)의 물을 첨가하여 30분간 침지 및 복원시킨 후, 고온 가압하여 흐르는 물에 냉각시킨 다음, 증류수를 부어 균질화한 후 여과하고 건조하여 수득한 식물성 조직 단백질의 무게(C)를 측정한 경우에 있어서, 상기 식 2에 의하여 계산될 수 있다. 보다 구체적으로는, 식물성 조직 단백질 10g을 80도의 물 200ml에서 30분간 침지 및 복원시킨 후 121도에서 15분간 가압하여 흐르는 물에 30초간 냉각시키고, 냉각된 시료에 증류수를 부어 200ml로 정용하고, Homogenizer에서 100rpm에서 10분간 균질화 한 후, 20mesh체에 걸러내고 나서, 잔사를 흐르는 물에 30초간 씻어낸 후, 105도에서 2시간 동안 건조한 경우에 있어서, 상기 공정들을 거친 최종 시료의 무게(C)를 최초 시료의 무게(D)로 나눠주어 상기 식 2에 의하여 계산될 수 있다.
본 출원의 식물성 조직 단백질은 조직잔사지수가 기존의 식물성 조직 단백질에 비하여 높아진 것, 즉 조직화 정도가 단단한 것을 특징으로 한다. 구체적으로 상기 조직잔사지수가 10% 이상일 수 있으며, 보다 구체적으로 15% 이상일 수 있으며, 보다 더 구체적으로 20% 이상일 수 있으며, 더욱 구체적으로 20% 내지 35%일 수 있으며, 더욱 더 구체적으로는 25 내지 30%일 수 있으나, 이에 제한되는 것은 아니다. 본 출원의 일실시예에서는 이중 압출 공정에 의하여 제조된 식물성 조직 단백질의 조직잔사지수가 현저하게 높아짐을 확인하였다.
본 출원에서 상기 식물성 조직 단백질은, 전술한 바와 같은 본 출원의 제조 방법에 의해 제조된 것일 수 있다.
또 다른 하나의 양태로서, 본 출원은 상기 식물성 조직 단백질을 포함하는 레토르트 식품을 제공한다.
상기 레토르트 식품은 액체를 포함하는 것일 수 있다. 본 출원의 식물성 조직 단백질은 대량 생산 시에도 충분한 조직화 단계를 거칠 수 있어, 조직 결착력의 감소 또는 레토르트 내열성 저하 없이 조직성이 우수하게 되며, 레토르트 등의 고온의 열처리가 강한 특성을 가져, 레토르트 식품에 적용되기에 용이하다.
본 출원에 따른 이중 압출 공정을 통한 식물성 조직 단백질의 제조방법은, 원료를 단축 스크류 방식의 압출기에 1차적으로 먼저 주입하여 예비 압출 성형을 실시하여 1차 사출물을 형성한 후, 상기 1차 사출물을 다시 쌍축 스크류 방식의 압출기에 주입함으로써, 쌍축 스크류 방식의 압출기에 바로 주입하는 제조방법 대비 압출 성형의 효율을 증대시킴과 동시에, 식물성 조직 단백질이 충분히 조직화되는 효과를 발휘한다.
이와 같이, 식물성 조직 단백질의 조직화 정도가 향상됨에 따라, 실제 동물성 단백육과 유사한 조직 형성이 가능하며, 레토르트 등의 고온의 열처리에 강한 특성을 갖는 효과를 발휘한다.
도 1은, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법의 순서도이다.
도 2는, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법의 블록도이다.
도 3은, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질의 제조 방법에 사용되는 제 1 압출 성형기의 개략적인 모식도이다.
도 4는 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질의 제조 방법에 사용되는 제 2 압출 성형기의 개략적인 모식도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법을 자세히 설명한다.
도 1은, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법의 순서도이다. 도 1을 참조하면, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법은, 식물성 조직 단백질의 제조를 위한 원료(P)를, 제 1 압출 성형기(100)에 주입하여 압출 성형을 수행함으로써, 1차 사출물(X)을 형성시키는 과정(S100); 및 상기 1차 사출물(X)을 제 2 압출 성형기(200)에 주입하여 압출 성형을 수행함으로써, 2차 사출물(Y)을 형성시키는 과정(S200)을 포함한다.
이와 같이, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법은, 단일의 압출 성형기를 사용하는 것이 아닌, 단계(S100)에서는 단축 스크류 방식의 제 1 압출 성형기(100)를 사용하며, 단계(S200)에서는 쌍축 스크류 방식의 제 2 압출 성형기(200)를 사용한다.
이 때, 단계(S100)는 단계(S200)의 이전에 수행되는 바, 예비 압출 성형의 기능을 수행함에 따라, 단계(S200)에서의 압출 성형의 효율을 증대시킬 수 있다. 구체적으로 상기 1차 사출물(X)을 제2 압출 성형기(200)에 연속적으로 주입하여 압출 성형을 수행하여 2차 사출물(Y)를 형성시킬 수 있다.
또한, 상기 단계(S100)는, 상기 제 1 압출 성형기(100)에서 형성된 상기 1차 사출물(X)을 상기 제 1 압출 성형기(100)의 사출구에서 컷터(100b)로 절단하는 단계(S120) 및 상기 절단된 1차 사출물(X')을 연속적으로 상기 제 2 압출 성형기(200)에 주입하는 단계(S140)를 더 포함할 수 있다.
이 때, 제 1 압출 성형기(100)의 사출구에서 사출되는 1차 사출물(X)을 소정의 크기로 절단함에 따라, 일정한 크기로 절단된 1차 사출물(X')를 일정한 속도로 제 2 압출 성형기(200)에 주입할 수 있다.
도 2는, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법의 블록도이다. 도 2를 참조하면, 본 출원에 따른 식물성 조직 단백질 제조 방법은 제 1 압출 성형기(100) 및 제 2 압출 성형기(200)를 그 구성 요소로 한다.
이 때, 제 1 압출 성형기(100)의 상부에는 피더 호퍼(Feeder Hopper) (110)가 형성되어 있으며, 상기 피더 호퍼(110)을 통해 원료(P)가 공급되도록 형성되고, 피더에 설치된 이송 스크류(미도시)의 속도를 조절함으로써, 원료(P) 투입량을 일정하게 조절할 수 있다.
제 1 압출 성형기(100)는 단축 스크류 방식의 압출기이며, 상기 단축 스크류를 소정의 속도로 운전하면서 압출 성형을 수행함으로써, 1차 사출물(X)을 형성시킨다.
이 때, 1차 압출 성형기(100)의 사출구에는 커터(100b)가 위치되며, 상기 커터(100b)에 의해 1차 사출물(X)이 소정의 크기로 절단되며, 이송부(미도시) 또는 호퍼(210)를 통해 절단된 1차 사출물(X')이 제 2 압출 성형기(200)로 주입된다.
또한, 상기 이송부 또는 호퍼(210)는 제 2 압출 성형기(200)의 상단부에 위치될 수 있다.
제 2 압출 성형기는 쌍축 스크류 방식의 압출기이며, 쌍축 스크류(201)는, 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 스크류의 배열 방향이 동일하도록 각각 형성된 제 1 부위(201a) 및 제 2 부위(201b)를 포함한다.
이 때, 제 1 및 제 2 부위(201a, 201b) 중 어느 하나는 전진 스크류(Forward Screw) 방향으로 배열되며, 다른 하나는 후진 스크류(Reverse Screw) 방향으로 배열되도록 형성된다.
도 4를 참조하면, 제 1 부위(201a)는 전진 스크류 방향으로 배열되는 것이며, 제 2 부위(201b)는 후진 스크류 방향을 배열된다.
이 때, 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 기준으로, 전반부 및 후반부로 이루어지며, 구체적으로, 전반부는, 1차 사출물(X)을 연속적으로 제 2 압출 성형기(200)에 주입하는 투입구 측에 인접한 부위를 의미하고, 후반부는 제 2 압출 성형기(200)의 사출구 측에 인접한 부위를 의미한다.
도 4에 도시된 바와 같이, 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 상기 전반부는 전진 스크류 방향으로 형성되며, 상기 후반부는 후진 스크류 구간을 포함하되, 후반부는 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 따라, 후진 스크류 구간 및 전진 스크류 구간 순서로 형성된다.
즉, 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 따라, 전진 스크류 방향으로 형성된 제 1 부위(201a), 후진 스크류 방향으로 형성된 제 2 부위(201b) 및 전진 스크류 방향으로 형성된 제 1 부위(201a) 순서로 형성된다.
이와 같이, 쌍축 스크류(201)의 전반부가 전진 스크류 방향으로 형성됨에 따라, 원료가 역류하는 것을 방지할 수 있다.
후반부에 포함된 후진 스크류 방향으로 형성된 제 2 부위(201b)에 의해 반대 흐름을 가질 수 있으나, 전반부의 전진 스크류 방향으로 형성된 제 1 부위(201a)에서 밀어주는 힘이 더 강하므로, 전체적으로 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 따라, 사출구를 향해 배출되는 흐름이 유지될 수 있다.
이 때, 쌍축 스크류는 후진 스크류 방향으로 형성된 제 2 부위(201b)를 포함함으로써, 전진 스크류 방향으로 형성된 제 1 부위(201a)에 의한 흐름 및 후진 스크류 방향으로 형성된 제 2 부위(201b)에 의한 흐름의 충돌에 의해 압출시 강한 압력과 전단력을 형성시킬 수 있다.
이하에서는, 실시예 및 비교예에 대해 설명하며, 이들을 수분함량(%), 재수화도(%) 및 조직잔사지수(%)를 파라미터 값으로 하여 상기 실시예 및 비교예를 비교하며, 구체적인 설명을 위해 도 3 및 4를 참조한다.
또한, 하기의 실시예 및 비교예에서는 모두 탈지대두분을 사용하여 압출 성형을 수행하였다.
실시예
이중성형으로 인한 조직화 정도를 측정하기 위하여, 제 1 압출 성형기(100)를 거쳐서 제 2 압출 성형기(200)로 원료를 주입하는 이중 압출 공정을 실시예로 선정하여 실험을 진행하였다.
이 때, 제 1 압출 성형기(100) 단축 스크류 방식의 압출기를 사용하였으며, 제 2 압출 성형기(200)는 쌍축 스크류 방식의 압출기를 사용하였다.
가동조건은, 제 1 및 2 압출 성형기(100, 200)의 배럴 재킷에 2.0kg/cm3의 스팀을 주입하여 배럴을 가열하였고, 스크류 가동 조건은 제 1 압출 성형기(100)의 단축 스크류를 60hz, 제 2 압출 성형기(200)의 쌍축 스크류를 35hz로 운전하면서 압출 성형하였다.
이 때, 제 1 및 2 압출 성형기(100, 200)의 운전 중에는 제 1 압출 성형기(100) 배럴 후미(140)와, 제 2 압출 성형기(200) 내부를 4분면한 것의 2분면(222), 3분면(241), 4분면(242)의 온도를 각각 측정하여 기록하였다.
제 1 압출 성형기(100)로의 원료의 공급은 제 1 압출 성형기(100) 상부에 설치된 Feeder 호퍼(110)로 공급되었으며, Feeder에 설치된 이송 스크루(미도시)의 속도를 고정시켜 원료투입량을 55kg/hr로 일정하게 유지하였다.
또한, 1차 사출물(X)은 사출구에서 컷터(100b)로 절단하고, 절단된 사출물(X')은 연속적으로 제 2 압출 성형기(200)에 일정하게 주입되게 하였다.
수분의 공급은 제 1 압출 성형기(100)의 전반부(120)에서 유량계(130)를 통하여 20L/hr의 조건으로 일정하게 주입하고, 제 2 압출 성형기(200)의 전반부(220)에서 유량계(230)를 통하여 10L/hr의 조건으로 일정하게 주입하였다.
한편, 수분의 공급과 관련하여, 원료 주입시 원료 및 수분의 공급 비율이 적합하지 않는 경우에는, 온도 조건에 영향을 줄 수 있는 바, 원료 및 수분의 공급 비율은 고정될 수 있다.
일례로, 탈지대두분의 압출 성형시, 혼합물의 총 수분 함량은 구체적으로 25% 내지 45%로 유지시킬 수 있으나, 혼합물의 총 수분 함량은 원료의 특성에 따라 달라질 수 있다.
원료(P) 투입 후 15분간 제 1 및 제 2 압출 성형기(100, 200)를 작동시켜 기계적 평형상태에 다다랐을 때의 각 조건에 따른 압출된 2차 사출물(Y)의 시료를 채취하여 3cm크기로 절단 후, 60도 건조기에서 24시간 동안 건조시켜 그 특성을 분석하였다.
비교예
비교예에서는 기본적인 조건은 동일하고, 원료(P)를 제 1 압출 성형기(100)로 주입하지 않고, 제 2 압출 성형기(200)로 직접 연결 가능한 Feeder 호퍼 스크루를 연결하여 직접 제 2 압출 성형기(200)로 55kg/hr의 속도로 일정하게 주입하였다.
수분 주입량은 유량계(230)를 통하여 30L/hr로 고정하여 제조하였다.
또한, 하기의 표 1은 실시예 및 비교예의 배럴 온도, 원료 주입량 및 수분 주입량 조건을 도시하고 있다.
Figure pat00003
표 1을 참조하면, 배럴온도 A는, 제 1 압출 성형기(100)의 사출구 온도이며, 배럴온도 B는 제 2 압출 성형기(200) 4분면 중 2분면(222) 출구의 온도이고, 배럴온도 C는 제 2 압출 성형기(200) 4분면 중 3분면(241) 출구의 온도이며, 배럴온도 D는 제 2 압출 성형기(200) 4분면 중 4분면(242) 출구의 온도를 의미한다.
구체적으로, 제 1 내지 제4분면은, 제 2 압출 성형기(200)의 사출 방향인 제 2 압출 성형기(200)의 가로 방향으로 구획된 것을 의미한다.
또한, 원료 주입량 및 수분 주입량은 실시예와 비교예에 동일하도록 형성하였다.
실시예 및 비교예의 파라미터 값의 비교
하기의 표 2는 실시예 및 비교예에서 비교된 파라미터 값이며, 구체적으로 재수화도 및 조직잔사지수를 비교하였다.
Figure pat00004
재수화도(Rehydration Ratio)는 건조된 식물성 조직 단백질이 다시 복원되는 정도를 나타내며, 일정 시간 동안 재수화 되는 정도를 측정함으로써, 조직의 치밀한 정도를 갈음할 수 있는 간접척도로 판단할 수 있다.
이러한 재수화도를 측정하기 위해, 3cm단위로 건조된 압출성형물 20g을 측량하여(A) 30도의 500ml의 물을 첨가하여, 30도에서 15분간 수화 시킨다.
그 이후, 물을 탈수시킨 후 물을 흡수한 압출성형물의 무게를 측정하였다(B).
상기의 A 및 B 값과 하기의 식 1의 재수화도를 연산하는 식을 통해 재수화도 값을 측정하였다.
[식 1]
Figure pat00005
상기 표 2를 참조하면, 실시예의 재수화도는 77.6%인데 반해, 비교예의 재수화도는 193.2%로써, 비교예에 비해, 실시예의 재수화도가 더 낮음을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예의 건조된 식물성 조직 단백질이 다시 건조되지 않은 상태로 복원되는 비율이 비교예의 그것보다 현저히 낮은 바, 실시예에 의해 제조된 식물성 조직 단백질의 조직화 정도가 훨씬 뛰어남이 증명되고, 이를 통해 수화 시 내열성이 증가된 식물성 조직단백을 구현할 수 있다.
또한, 식물성 단백질의 조직 형성 정도를 측정하는 방법으로는, 조직잔사지수 (Integrity Index)가 사용되고 있다.
측정된 값은 식물성 조직단백의 내열성, 구체적으로는 레토르트 내열성을 판단하는데 중요한 지표로 사용될 수 있다.
구체적으로, 압출성형물 10g을 80도의 물 200ml에서 30분간 침지, 복원시킨 후 121도에서 15분간 가압하여 흐르는 물에 30초간 냉각시켰다.
냉각된 시료에 증류수를 부어 200ml로 정용하고, Homogenizer에서 100rpm에서 10분간 균질화 한 후, 20mesh체에 걸러내었다.
잔사는 흐르는 물에 30초간 씻어낸 후, 105도에서 2시간 동안 건조하였으며, 상기 공정들을 거친 최종 시료의 무게(C)를 최초 시료, 즉 압출성형물의 무게(D)로 나눠주어 하기의 식 2에 따라 조직잔사지수를 산출하였다.
[식 2]
Figure pat00006
상기 표 2를 참조하면, 실시예의 조직잔사지수는 28.8%인데 반해, 비교예의 조직잔사지수는 1.9%로써, 비교예에 비해, 실시예의 조직잔사지수가 현저히 높음을 알 수 있다.
이와 같이, 실시예의 조직잔사지수가 비교예의 그것보다 현저히 높은 바, 실시예에 의해 제조된 식물성 조직 단백질의 조직화 정도가 훨씬 더 단단함을 증명할 수 있고, 이를 통해 수화 시에도 조직 형태가 유지가 개선된 식물성 조직 단백질을 구현할 수 있을 것으로 판단한다.
한편, 본 출원의 실시예 및 비교예에서는 탈지대두분을 사용하여 압출 성형을 수행하였지만, 본 출원에 따른 이중 압출 공정을 활용하여 글루텐 등의 원료들이 혼합된 식물성 조직 단백질을 제조할 수도 있으며, 투입되는 원료의 종류는 제한되지 않는다.
이상, 본 명세서에는 본 출원을 당업자가 용이하게 이해하고 재현할 수 있도록 도면에 도시한 실시예를 참고로 설명되었으나 이는 예시적인 것에 불과하며, 당업자라면 본 출원의 실시예로부터 다양한 변형 및 균등한 타 실시예가 가능하다는 점을 이해할 것이다. 따라서 본 출원의 보호범위는 특허청구범위에 의해서 정해져야 할 것이다.
100: 제 1 압출 성형기 200: 제 2 압출 성형기
X: 1차 사출물 X': 절단된 1차 사출물
Y: 2차 사출물 100b: 커터
110: 피더 호퍼

Claims (18)

  1. (a) 식물성 조직 단백질의 제조를 위한 원료(P)를, 제 1 압출 성형기(100)에 주입하여 가열 조건에서 압출 성형을 수행함으로써, 1차 사출물(X)을 형성시키는 단계(S100); 및
    (b) 상기 1차 사출물(X)을 제 2 압출 성형기(200)에 주입하여 가열 조건에서 압출 성형을 수행함으로써, 2차 사출물(Y)을 형성시키는 단계(S200); 를 포함하는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계(S100) 이후 및 (b) 단계(S200) 이전,
    상기 제 1 압출 성형기(100)에서 형성된 상기 1차 사출물(X)을 상기 제 1 압출 성형기(100)의 사출구에서 컷터(100b)로 절단하는 단계(S120)를 더 포함하는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계(S100) 이전
    상기 원료(P)를 상기 제 1 압출 성형기(100) 상부에 설치된 피더 호퍼(Feeder Hopper) (110)로 공급하며, 상기 피더 호퍼(110)에 설치된 이송 스크류의 속도를 고정시켜 상기 원료 투입량을 일정하게 유지시키는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 단계(S100)에서는,
    상기 제 1 압출 성형기(100)의 사출 방향을 기준으로, 전반부(120)에서 기설정된 제 1 조건으로 수분을 일정하게 주입하며,
    상기 (b) 단계(S200)에서는,
    상기 제 2 압출 성형기(200)의 사출 방향을 기준으로, 전반부(220)에서 기설정된 제 2 조건으로 수분을 일정하게 주입하는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 (a) 및 (b) 단계(S100, S200)에서는,
    상기 제 1 및 제 2 압출 성형기(100, 200)의 배럴 재킷에 제 3 조건을 가하여 상기 제 1 및 제 2 압출 성형기(100, 200)의 배럴을 가열하는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제 1 압출 성형기(100)는 단축 스크류 방식의 압출기이며, 제 2 압출 성형기(200)는 쌍축 스크류 방식의 압출기인, 식물성 조직 단백질 제조 방법.
  7. 제 6 항에 있어서,
    상기 (b) 단계(S200)에서,
    상기 쌍축 스크류(201)는,
    상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 스크류의 배열 방향이 동일하도록 각각 형성된 제 1 부위(201a) 및 제 2 부위(201b)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 부위(201a, 201b) 중 어느 하나는 전진 스크류(Forward Screw) 방향으로 배열되며, 다른 하나는 후진 스크류(Reverse Screw) 방향으로 배열되는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  8. 제 7 항에 있어서,
    상기 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 기준으로,
    상기 1차 사출물(X)을 상기 제 2 압출 성형기(200)에 주입하는 투입구 측에 인접한 전반부; 및
    상기 제 2 압출 성형기(200)의 사출구 측에 인접한 후반부;로 이루어지고,
    상기 (b) 단계(S200)에서,
    상기 쌍축 스크류(201)의 후진 스크류는 상기 후반부에 포함되는,
    식물성 조직 단백질 제조 방법.
  9. 쌍축 스크류(201)로 형성된 압출 성형기로서,
    상기 쌍축 스크류(201)는,
    상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로, 스크류의 배열 방향이 동일하도록 각각 형성된 제 1 부위(201a) 및 제 2 부위(201b)를 포함하고,
    상기 제 1 및 제 2 부위(201a, 201b) 중 어느 하나는 전진 스크류(Forward Screw) 방향으로 배열되며, 다른 하나는 후진 스크류(Reverse Screw) 방향으로 배열되며,
    상기 쌍축 스크류(201)는 길이 방향을 기준으로,
    원료의 투입구 측에 인접한 전반부; 및
    사출구 측에 인접한 후반부;로 이루어지고,
    상기 쌍축 스크류(201)의 후진 스크류는 상기 후반부에 포함되는,
    압출 성형기.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 기준으로,
    상기 전반부는 전진 스크류로 형성되고, 상기 후반부는 후진 스크류 구간을 포함하되,
    상기 후반부는 상기 쌍축 스크류(201)의 길이 방향을 따라, 후진 스크류 구간 및 전진 스크류 구간 순서로 형성되는,
    압출 성형기.
  11. 재수화도가 100% 이하이며, 조직잔사지수가 10% 이상인 식물성 조직 단백질.
  12. 제11항에 있어서, 상기 재수화도는, 건조된 식물성 조직 단백질의 무게(A) 대비 25배의 부피량(w/v)의 물을 첨가하고, 15분간 수화시키고, 물을 탈수시킨 후, 물을 흡수한 식물성 조직 단백질의 무게(B)를 측정한 경우에, 하기 식 1에 의하여 계산되는 것인, 식물성 조직 단백질:
    [식 1]
    Figure pat00007
    .
  13. 제11항에 있어서, 상기 조직잔사지수는, 식물성 조직 단백질의 무게(D) 대비 20배의 부피량(w/v)의 물을 첨가하여 30분간 침지 및 복원시킨 후, 고온 가압하여 흐르는 물에 냉각시킨 다음, 증류수를 부어 균질화한 후 여과하고 건조하여 수득한 식물성 조직 단백질의 무게(C)를 측정한 경우에, 하기 식 2에 의하여 계산되는 것인, 식물성 조직 단백질:
    [식 2]
    Figure pat00008
    .
  14. 제11항에 있어서, 상기 재수화도는 50% 내지 100%인 것인, 식물성 조직 단백질.
  15. 제11항에 있어서, 상기 조직잔사지수는 20% 내지 35%인 것인, 식물성 조직 단백질.
  16. 제11항에 있어서, 상기 식물성 조직 단백질은 제1항의 제조 방법에 의해 제조된 것인, 식물성 조직 단백질.
  17. 제11항의 식물성 조직 단백질을 포함하는 레토르트 식품.
  18. 제17항에 있어서, 상기 레토르트 식품은 액체를 포함하는 것인 레토르트 식품.
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