KR20220132127A - 식용곤충을 이용한 3d 프린팅용 반죽 조성물 및 그 제조방법 - Google Patents
식용곤충을 이용한 3d 프린팅용 반죽 조성물 및 그 제조방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 식용 곤충을 이용한 3D 프린팅용 영양강화 밀가루 반죽 및 그 제조방법에 관한 것으로, 더욱 자세하게는 밀가루, 귀뚜라미 분말 및 물을 포함하여 3D 프린팅이 가능한 밀가루 반죽에 관한 것이다. 본 발명에 따르면 식용 곤충을 함유하는 밀가루 반죽은 필수 및 비필수 아미노산의 함량이 증가시키고 영양소를 함량을 강화시킴으로써, 3D 프린팅 방법을 이용하는 식품 제조 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.
Description
본 발명은 식용곤충을 이용한 3D 프린팅용 반죽 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
최근에는 소득, 바쁜 일상, 식생활 문화 변화 등의 이유로 간편식을 선호하는 사람이 늘고 있다. 이러한 추세에 따라 쉽게 먹을 수 있는 식품의 소비가 증가하고 있으며, 빵, 라면 등 밀가루를 기반으로 한 식품이 우리나라의 필수 식품이 되었다. 그러나 식사 대용으로 빵이나 라면을 먹으면 지방과 탄수화물이 과다하고 권장 영양에 비에 비해 단백질이 부족하다. 밀 함량이 높은 음식만 자주 섭취하면 면역력 저하, 피부 트러블 증가, 단백질 부족으로 인한 모발 약화 등 다양한 문제가 발생할 수 있다.
간단하고 편리한 간편식 식단의 개발은 영양적인 측면을 동시에 중요하게 여기는 건강한 식단의 개발로 이어졌고, 간단하면서도 영양적인 측면을 만족하는 식품을 선호하는 경향이 더욱 강해지고 있다. 이에 기존 식품의 영양을 강화하여 부족한 부분을 보완하기 위한 연구가 증가하고 있으며, 이는 건강과 편의성을 한 번에 획득할 수 있는 가공 식품 분야의 새로운 기회가 될 수 있다. 영양 강화를 통해 식품의 본래의 맛과 색을 바꾸지 않고 충분한 영양분을 공급할 수 있는 식품을 만들 수 있다면 바쁜 현대 사회에 적합한 가공 식품이라고 할 수 있다.
일반적인 밀가루를 이용한 연구는 빵 제조에 적용되었으며, 반죽의 특성이나 빵의 품질 특성과 관련하여 수행되어 왔으나, 특정 영양소 강화 연구는 아직 미흡하다. 따라서 현대인이 많이 소비하는 빵과 라면에 부족한 영양분을 강화하기 위한 연구가 필요한 상황이다.
한편, 식용 곤충은 영양이 풍부하고 친환경적이며 미래의 대체물로 지속 가능하며 유엔 식량 농업기구도 큰 관심을 받고 있다. 식용 곤충은 건조 중량 기준으로 40 ~ 75g / 100g 범위의 동물성 단백질 공급원이며, 대체적으로 종 및 수명주기에 따라 다르지만 평균적으로 우수한 단백질 공급원이라고 할 수 있다. 또한 철분, 비타민, 불포화 지방산, 식이섬유 등 미네랄과 미량 영양소가 풍부하여 영양가가 뛰어나다. 또한 기존 가축보다 훨씬 적은 양의 물, 사료, 사육장으로 생산할 수 있어 경제적이며 배설물 암모니아 배출량이 적고 온실 가스 배출량이 적어 환경적으로 우수하다.
이러한 많은 이점에도 불구하고 식용 곤충 산업은 곤충 섭취에 대한 혐오로 인해 여전히 축소되고 있다. 곤충이 혐오하다는 인식이 해소되지 않으면 식용 곤충 산업이 정체될 수 있으므로 인식 문제를 해결하기 위한 다양한 연구와 시도가 이루어지고 있다. 그중 시각적인 혐오감을 줄이기 위해 보이지 않도록 건조 곤충 및 그 추출물로 처리하는 많은 연구가 있다.
일반적으로, 분말이나 페이스트의 형태로 만든 식용 곤충은 된장, 간장, 발효 조미료의 형태 또는 다른 반죽과 혼합하여 사용된다. 밀가루 반죽과 식용 곤충을 혼합하여 영양이 강화된 가공 식품을 만든다면 식품의 영양을 강화하는 것 외에도 미래 식품인 식용 곤충을 사용하는 데 기여할 수 있다.
3D 식품 프린팅은 디지털 방식으로 제어할 수 있는 혁신적인 기술로, 해당 과정에서 layer-by-layer 적층을 기반으로 하여 3 차원적으로 물체를 생성할 수 있다. 일반 3D 프린터와 마찬가지로 다양한 기술이 사용되고 있으며 가장 많이 사용되는 기술은 '압출 적층 (extrusion lamination method, FDM) 방식이다. 원재료가 생산되는 노즐과 원재료가 축적된 판상이 모델 형태로 함께 움직여 입체적인 형태를 만든다. 차이점은 일반적인 3D 프린터는 플라스틱 필라멘트를 원료로 사용하지만 3D 식품 프린터는 초콜릿, 크림, 반죽을 원료로 사용한다.
3D 식품 프린팅은 각 개인에게 필요한 영양소, 맛 및 질감과 같은 개인 취향에 맞는 맞춤형 식품을 만들 수 있다. 또한 평소 지병에 좋지 않은 음식의 성분을 제거 할 수 있으며, 음식을 씹거나 삼키기 어려운 노인과 환자를 위한 개별 영양식을 만들 수도 있다. 소비 문화가 발달하고 개인의 취향이 강조되는 현대 사회에서 커스터마이징의 중요성이 커지면서 3D 프린팅 기술은 단순한 제품뿐만 아니라 식품에서도 영향력을 받고 있다. 특히 식용 곤충 산업을 다루는 소비자의 외부 혐오감을 줄이는 중요한 도구로 인식되고 있다.
이에 본 발명자들은 식용 곤충 (집 귀뚜라미)를 이용한 밀가루 반죽을 3D 압출 인쇄하여 식용 곤충이 첨가된 반죽의 영양학적 특성과 3D 프린팅 가능성을 확인하였다. 따라서 궁극적으로 본 발명에서는 식용 곤충의 영양 강화 소재, 3D 프린팅 소재로서의 잠재력, 즉 다양한 형태의 디자인을 통해 맞춤형 영양 강화 반죽을 만들 수 있는지 확인하여 본 발명을 완성하였다.
따라서, 본 발명의 목적은, 식용곤충을 이용한 밀가루 반죽 조성물으로서, 3D 프린팅이 가능한 밀가루 반죽 조성물을 제공하는 것이다.
또한, 상기 식용곤충을 이용한 밀가루 반죽 조성물을 이용하여 3D 프린트를 이용한 식품 제조 방법을 제공한다.
이상에서의 본 발명에서 해결하고자 하는 다양한 과제들은 이에 한정하는 것이 아니라, 후술할 실시예 및 청구범위에 기재된 사항을 통하여 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
전술한 목적을 달성하기 위해 본 발명에 따른 3D 프린팅용 반죽 조성물은 물 40 중량부 기준, 밀가루 18 ~ 32 중량부 및 귀뚜라미 분말 18 ~ 32 중량부를 포함한다.
또한, 상기 반죽 조성물은 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 19 ~ 31 중량부 및 귀뚜라미 분말 19 ~ 31 중량부로 혼합되는 것일 수 있다.
여기서 상기 반죽 조성물은 3D 프린팅 노즐에서 출력될 수 있는, 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 20 ~ 30 중량부 및 귀뚜라미 분말 20 내지 30 중량부로 혼합되는 것일 수 있다.
또한, 상기 반죽 조성물은 식품용 3D 프린팅에서 성형 유지능을 가질 수 있고, 경도가 높아지고, 접착성, 탄력성 및 응집성이 낮아진 것일 수 있다.
또한, 상기 반죽 조성물은 단백질 또는 아미노산의 함량이 증진되는 것일 수 있다.
본 발명의 다른 일실시예로 3D 프린트를 이용한 식품 제조 방법은 상기 3D 프린팅용 반죽 조성물을 3D 프린터로 압출하여 성형시키는 단계를 포함하여 구성될 수 있다. 본 발명에서 바람직한 식품은 쿠키, 스낵, 에너지바 및 시리얼로 이루어지는 군에서 선택된 1종 일 수 있다.
전술한 바와 같은 본 발명에 따르면, 식용곤충을 함유하는 밀가루 반죽 조성물은 필수 및 비필수 아미노산의 함량이 증가시키고 영양소를 함량을 강화시킴으로써, 3D 프린팅 방법을 이용하는 식품 제조 소재로서 유용하게 사용될 수 있다.
이상에서의 본 발명에 따른 효과는 상기에 한정되는 것은 아니며, 기타 본 발명의 효과들은 후술할 실시예 및 청구범위에 기재된 사항을 통하여 본 발명이 속하는 분야의 통상의 지식을 가진 자에 의하여 분명하게 이해될 수 있을 것이다.
도 1은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 30%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 40%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 50%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 60%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량에 따른 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. (A) 곤충 분말 0 %, (B) 곤충 분말 25 %, (C) 곤충 분말 50 %, (D) 곤충 분말 75 %, (E) 곤충 분말 100 %
도 6은 본 발명의 곤충 함량 별 반죽을 500 배율로 주사 전자 현미경으로 미세 구조를 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충을 첨가하여 만든 반죽의 다양한 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 2는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 40%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 3은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 50%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 4는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 60%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
도 5는 본 발명의 식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량에 따른 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. (A) 곤충 분말 0 %, (B) 곤충 분말 25 %, (C) 곤충 분말 50 %, (D) 곤충 분말 75 %, (E) 곤충 분말 100 %
도 6은 본 발명의 곤충 함량 별 반죽을 500 배율로 주사 전자 현미경으로 미세 구조를 촬영한 사진이다.
도 7은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충을 첨가하여 만든 반죽의 다양한 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
본 발명을 구체적으로 설명하기 앞서 본 발명에서 사용되는 용어들은 본 발명의 바람직한 실시예를 적절히 표현하기 위해 사용된 용어들로서, 이는 사용자, 운용자의 의도 또는 본 발명이 속하는 분야의 관례 등에 따라 달라질 수 있다. 따라서, 본 용어들에 대한 정의는 본 명세서 전반에 걸친 내용을 토대로 내려져야 할 것이다. 명세서 전체에서, 어떤 부분이 어떤 구성요소를 "포함"한다고 할 때, 이는 특별히 반대되는 기재가 없는 한 다른 구성요소를 제외하는 것이 아니라 다른 구성 요소를 더 포함할 수 있는 것을 의미한다.
본 발명에서 사용되는 모든 기술용어는, 달리 정의되지 않는 이상, 본 발명의 관련 분야에서 통상의 당업자가 일반적으로 이해하는 바와 같은 의미로 사용된다. 여기서, 반복되는 설명, 본 발명의 요지를 불필요하게 흐릴 수 있는 공지 기능, 및 구성에 대한 상세한 설명은 생략한다. 본 발명의 실시형태는 당 업계에서 평균적인 지식을 가진 자에게 본 발명을 보다 완전하게 설명하기 위해서 제공되는 것이다.
또한 본 명세서에는 바람직한 방법이나 샘플이 기재되나, 이와 유사하거나 동등한 것들도 본 발명의 범주에 포함된다. 본 명세서에 참고문헌으로 기재되는 모든 간행물의 내용은 본 발명에 도입된다.
이하, 본 발명에 대하여 보다 상세하게 설명하도록 한다.
본 발명은 식용곤충을 이용한 3D 프린팅용 반죽 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
구체적으로 3D 프린팅용 반죽 조성물은 밀가루 25 ~ 75 중량부, 귀뚜라미 분말 25 ~ 75 중량부 및 물 40 ~ 70 중량부를 포함하여 구성된다.
본 발명에서 3D 프린팅용 반죽 조성물은 FDM (Fused Deposition Modeling) 방식으로 고압으로 재료를 작은 노즐로 밀어내서 한 층씩 적층하여 모델을 형성하는 식품용 3D 프린터에서 적용될 수 있다.
본 발명의 일실시예에서 상기 반죽 조성물은 물 40 중량부 기준, 밀가루 18 ~ 32 중량부 및 귀뚜라미 분말 18 ~ 32 중량부일 수 있고, 바람직하게는 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 19 ~ 31 중량부 및 귀뚜라미 분말 19 ~ 31 중량부로 혼합되는 것일 수 있고, 더욱 바람직하게는 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 20 ~ 30 중량부 및 귀뚜라미 분말 20 내지 30 중량부일 수 있다.
본 발명에서 바람직한 반죽 조성물은 밀가루 및 귀뚜라미 분말을 혼합한 배합분에 물을 고형분 함량을 고려하여 첨가하고, 혼합하여 얻을 수 있다.
본 발명의 실시예에서는 30 ~ 60 중량부의 고형분 함량 기준으로 밀가루 25 ~ 75 중량부 및 귀뚜라미 분말 25 ~ 75 중량부로 혼합될 수 있고, 바람직하게는 3D 프린팅 노즐에서 출력될 수 있는 40 중량부 고형분 함량 기준으로 밀가루 50 ~ 75 중량부 및 귀뚜라미 분말 25 ~ 50 중량부 이거나, 50 중량부 고형분 함량 기준으로 밀가루 50 % 및 귀뚜라미 분말 50 중량부로 혼합될 수 있고, 더욱 바람직하게는 식품용 3D 프린터에서 노즐로 압출된 성형물이 모양, 크기, 높이가 유지될 수 있는 50 중량부 고형분 함량 기준으로 밀가루 25 중량부 및 귀뚜라미 분말 25 중량부로 혼합된 밀가루 반죽일 수 있다.
본 발명에서 설명되는 귀뚜라미(Cricket)는 간 보호와 알코올해독을 돕는 성분이 있어 중장년층의 건강관리에 추천하는 곤충이다. 또한, 한의학에서는 해열제, 이뇨제, 신경마비와 소변불통 및 부인난산의 치료식으로 쓰인다. 또한, 귀뚜라미는 육류인 돼지고기 및 소고기에 비해 단백질이 풍부함은 물론 각종 영양성분 역시 다량 함유되어 있어, 우수한 단백질 공급원 및 영양소 공급원으로 알려져 있다.
본 발명에서 식용 곤충은 귀뚜라미로 설명되나, 이외에도 밀웜, 메뚜기, 꽃무지 및 개미 중에서도 선택하여 적용될 수 있다.
본 발명에서 설명되는 식용 곤충을 이용한 밀가루 반죽은 3D 프린팅이 용이하도록 반죽의 경도가 높아지고, 접착성, 탄력성 및 응집성이 낮아지며, 실시예를 통하여 3D 프린팅을 통해 압출 인쇄 및 성형 유지가 가능한 밀가루 반죽 조성물을 제조하였다.
또한, 본 발명에서 밀가루 반죽은 단백질 또는 아미노산의 함량을 증진할 수 있기 때문에 일반적인 밀가루 반죽에 비하여 영양소가 강화된 밀가루 반죽 조성물이 제조될 수 있으며, 이를 이용하여 식품 원료로 적용될 수 있다.
바람직하게 본 발명에서 식품을 제공하기 위해서는 상기 3D 프린팅용 반죽 조성물을 3D 프린터로 압출 인쇄시켜 소정 모양으로 성형시키는 과정을 통하여 식품의 모양을 형성시킬 수 있으며, 성형된 압출물을 가열 가공을 통하여 쿠키, 스낵, 에너지바 및 시리얼로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 식품으로 제조될 수 있다.
본 발명에 따르면 식용 곤충이 포함된 반죽을 제조하고, 이를 3D 프린터를 통해 압출 인쇄하여 그 영양 및 물질화 가능성을 분석하고자 하였고, 고형분 30 ~ 60중량부 함량 기준으로서, 밀가루와 곤충분말의 함량별 반죽을 프린팅 가능 여부를 분석하였다. 그 결과 곤충 함량이 증가함에 따라 성분 분석에서 일반 밀가루 반죽보다 단백질과 지방이 증가하였고 아미노산 분석에서는 필수 및 비필수 아미노산의 함량이 증가하였다. 또한 구조적 및 화학적 특성을 찾기 위해 FTIR 및 SEM 분석을 수행하였으며, FTIR에서는 밀가루 반죽과 곤충이 첨가된 밀가루 반죽 사이의 화학적, 구조적 변화에서 새로운 결합이 발견되지 않았고, 피크의 강도만 변화한 것을 확인하였다. SEM의 경우도 유사하게 밀가루 반죽과 곤충 첨가 밀가루 반죽 사이의 구조적 특성에서 큰 차이가 없었다. 본 발명은 식용 곤충의 식품 첨가물로 영양 강화 가능성을 확인하고 3D 프린팅 소재로서 식용 곤충의 유용성을 확인할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 도면을 참고하여 보다 상세하게 설명하도록 한다. 그러나, 하기의 실시예는 본 발명의 내용을 구체화하기 위한 것일 뿐, 이에 의해 본 발명이 한정되는 것은 아닐 것이다.
<실시예 1> 재료 및 방법
1.1 재료 준비
본 실시예에서 사용된 밀가루 (Soft Flour, CJ Beksul, Korea)는 마트에서 판매되는 제품을 구입하였고, 귀뚜라미 (Acheta domesticus, Griopro , Cricket Powder, USA)를 분말 제품으로 구입하여 사용하였다. 밀가루와 귀뚜라미 분말은 육안으로 비슷한 입자 크기를 갖는 것을 이용하였다. 이하에서, 밀가루와 (집)귀뚜라미 분말의 두 혼합물을 반죽하고 건조 기준으로 3D 프린터로 3D 압출 인쇄하였다.
구제적으로 반죽은 배합분에 물을 혼합하여 귀뚜라미 분말이 첨가된 영양강화 밀가루 반죽을 제조한다.
본 실시예에서 배합분은 밀가루와 귀뚜라미 분말이 혼합되며, 각각의 원료를 무게로 계량한 뒤 혼합하고, 물을 고형분 함량 별로 첨가한 후 혼합하여 반죽을 제조하였다.
각 고형분 함량 별로 혼합된 재료의 자세한 비율은 아래 표 1에 나타내었다.
1.2 곤충 함유의 3D 형태의 인쇄 가능성 탐색
시린지(syringe) (10mL) 압출 모드가 갖추어진 3D 바이오 프린터 (Invivo, Rokit Healthcare, Korea)를 사용하여 샘플을 압출 인쇄하고 (그림 4.1) 모델은 3D cad 프로그램 (Inventor, Autodesk, USA)으로 설계하였다. 출력 조건 설정 프로그램은 Newcreator K 소프트웨어를 사용했으며 출력 조건은 하기 표 2를 기준으로 하였다.
1.3 성분 분석
일반 성분은 AOAC 방법으로 분석하였다. 조단백질 함량은 자동 단백질 분석기 (Kjeltec protein analyzer, Gerhardt Co., VAPO50S, Germany)를 사용하여 micro-Kjeldahl 방법을 사용하여 분석하고, 조지방 함량은 Soxhlet 방법을 사용하여 분석하였다. 나머지 함량은 측정값의 합계이고 100에서 뺀 것이다.
1.4 수분 흡수율 지수 분석
0 %, 25 %, 50 %, 75 % 및 100 % 식용 곤충 (Acheta domesticus)을 포함하는 샘플의 수분 흡수 지수 (water absorption index, WAI)는 Anderson의 방법 (Anderson 1982)을 사용하여 측정하였다. 간단히 말해서, 식용 곤충 함유 샘플 (Acheta domesticus) 2.5g에 증류수 25mL를 첨가하고 용액을 30 ° C에서 10 분 동안 교반 하였다. 이어서 용액을 9,000 rpm에서 15 분 동안 원심 분리 (Heraeus Fresco 17 Microcentrifuge; Thermo, Seoul, Korea) 하였다. 그런 다음 수분 흡수 지수 (WAI)는 나머지 샘플의 질량 대 초기 샘플의 질량의 비율로 계산되었다.
WAI = (수화 샘플 중량-건조 샘플 중량) / 건조 샘플 중량
1.5 색도 분석
샘플의 색도는 식용 곤충의 함량에 따라 배양 접시에 4g을 넣고 색차계 (CR-400 Minolta Chroma Meter; Konica Minolta Sensing Inc., Tokyo, Japan)를 사용하여 각 샘플에 대해 6 회 측정하였다. 측정값은 밝기를 나타내는 L 값 (Lightness), 적색을 나타내는 a 값 (redness), 황색을 나타내는 b 값 (yellowness)을 측정하여 확인했다. 이때 사용된 표준판의 색도는 L (Lightness), a (redness), b (yellowness)였다. ΔE는 색 품질 속성의 총 차이이며 아래 계산식에 따라 계산되었다.
1.6 아미노산 분석
아미노산 분석을 위해 6N 염산 용액 40mL를 둥근 플라스크에 담은 곤충 함량 별 샘플 0.05g에 넣고 혼합한 다음 135 ℃에서 1 분간 질소 가스를 주입하여 가수 분해 하였다. 염산을 50 ℃에서 감압 농축하고 1 mL의 0.02 N 염산에 희석, 볼텍스, 초음파 처리 후 여과지 (0.45 um, Millipore)를 통해 여과하였다. 여과된 샘플 (20 uL)은 아미노산 분석기 (Amino Acid Autoanalyzer L-8900, Hitachi, Japan)를 사용하여 분석하였다. 3 회 반복하여 아미노산 조성을 분석한 결과 평균값과 표준 편차를 나타내었다.
1.7 FT-IR 분석
0 %, 25 %, 50 %, 75 % 및 100 % 식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량의 샘플의 스펙트럼에 대해 Nicolet iS5 FT-IR 분광계 (Thermo Scientific, MA, Waltham)를 사용하여 FT-IR 스펙트럼을 분석하였다. 분석은 4000-450 cm-1 범위의 각 스펙트럼에 대해 4 개 해상도의 평균, 16 개의 스캔을 사용하여 수행되었다. 백그라운드 스펙트럼은 샘플 스펙트럼 수집과 동일한 기기 조건을 사용하여 빈 다이아몬드 ATR로 측정을 시작할 때 스캔되었으며 데이터는 OMNIC (OMNIC v.9.7.46 펌웨어 버전 2.03)를 사용하여 분석되었다.
1.8 SEM 분석
각 샘플의 미세 구조는 주사 전자 현미경 (SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope SU8220, Hitachi, Tokyo, Japan)을 사용하여 분석하였다. 식용 곤충의 함량에 따라 분말을 카본 테이프에 고정하고 150 초로 백금으로 코팅한 후 2kV의 가속 전압에서 500 배 확대하여 녹말의 미세 조직을 관찰하였다.
1.9 TPA 분석(texture profile analysis)
식용 곤충 (Acheta domesticus)이 40 %, 50 %, 60 % 포함된 샘플의 물성 차이를 확인하기 위해 만능 시험기 (Zwick Z010TN, Zwick GmbH & Co. KG, Germany)를 사용하여 질감 프로파일 분석을 수행하였다. 로딩 전 속도는 30mm / min, 로딩 후 속도는 50mm / min, 로딩 후 속도는 7mm / min, 전 로딩은 1g의 힘으로 적용하였고, 샘플이 힘을 견디는 순간부터 측정이 시작하였다. 본 분석은 경도, 점착성, 탄력성, 응집성을 보여준다.
1.10 통계 분석
모든 실험은 3 회 이상 수행되었으며 데이터는 평균 ± 표준 편차 (SD)로 표시되었다. 데이터 분석은 통계 프로그램 시스템 (SAS, SAS Institute, Cary, NC, USA)을 사용하여 수행되었다. 그룹 간의 비교는 Duncan의 다중 범위 테스트와 일원 분산 분석 (ANOVA)을 사용하여 수행되었으며, 차이는 p 값 <0.05에서 통계적으로 유의한 것으로 간주되었다.
<실시예 2> 결과
2.1 곤충 함유의 3D 형태의 출력 가능성
3D 형태에서 고형분 함량에 따라 식용 곤충과 밀가루를 다양한 비율로 반죽 한 샘플의 출력성을 조사하였다. 출력물과 모델의 직경과 높이 차이를 고려한 치수 오차와 관찰을 3D 압출 인쇄 가능성의 기준으로 정하여 도 1 내지 도 4에 나타내었다.
도 1은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 30%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
30 % 고형분에서 식용 곤충 함량의 0 %, 25 %, 50 %, 75 % 및 100 %의 모든 3D 샘플은 점도가 낮고 모양을 유지하지 않고 붕괴되었다. 직경과 높이도 디자인 된 모양보다 컸다. 반죽의 점도 때문에 3D 압출 인쇄에 적합하지 않았다.
도 2는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 40%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
고형분 40 %에서 식용 곤충 함량 0 % 및 25 %의 3D 샘플의 점도는 낮기 때문에 압출된 그대로 모양을 유지하지 않고 붕괴되었다. 그러나 50 %에서는 압출 후에도 디자인 모양, 지름 및 높이도 잘 유지되었다. 75 %는 압출 인쇄가 양호하고 압출 후에도 모양이 잘 유지되었지만 반죽의 압박이 너무 강해서 노즐에서 나오는 반죽이 막혔다가 뭉쳐져 인쇄되었다. 100 %로 반죽이 건조하고, 압출 인쇄시 끓어 넘치듯 하였고 노즐이 막혔다.
도 3은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 50%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
고형분 50 %에서, 식용 곤충 함량 0 %에서 압출 인쇄시 반죽의 점도가 낮고 모양도 붕괴되었다. 식용 곤충 함량 25 %를 압출 인쇄했을 때 모양이 잘 유지되었지만 시간이 지나 설계된 격자의 구멍이 작아졌다. 디자인 모양, 지름 및 높이는 유지되었으나 시간이 지남에 따라 약간 퍼지고 모델의 격자 구멍이 작아졌다. 50 %에서는 압출 인쇄 후에도 모양이 잘 유지되었으며 시간이 지나도 모양이 붕괴되지 않았다. 75 %에서는 반죽의 압력이 높아 샘플을 넣은 플라스틱 시린지가 구부러졌고, 건조하고 부러져 설계대로 압출되지 않았다. 100 %에서 노즐이 막히고 압출 인쇄되지 않았다.
도 4는 본 발명의 밀가루에 식용 곤충 60%로 첨가하여 만든 반죽의 3D 압출 인쇄물을 나타낸 것이다.
마지막으로 고형분 함량이 60 % 인 경우 식용 곤충 함량이 0 %, 25 % 인 경우 점성이 매우 높아 압출 인쇄시 반죽이 서로 달라붙어 모델이 제대로 형성되지 않았다. 50 % 이상에서는 노즐이 막히고 샘플 자체가 압출되지 않았다.
2.2 성분 분석
상기 실시예 1.3에서 고형분 함량 50%인 반죽에 대한 분석한 일반 성분의 함량 분석 결과를 아래 표 3에 나타내었다.
표 3에서와 같이 밀가루에 함유된 식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량이 높을수록 조단백질의 함량이 높았다. 식용 곤충의 100 %가 조단백질 함량이 가장 높았다(61.27 %). 마찬가지로 식용 곤충의 함량이 증가함에 따라 조지방 함량이 증가하였고, 식용 곤충의 100 %가 조지방 함량이 가장 높았다(6.88 %). 조단백질과 조지방의 함량은 식용 곤충의 첨가에 따라 변화하였으며, 식용 곤충의 함량이 증가될수록 높았다. 따라서 조단백질과 조지방 함량은 곤충의 함량이 증가할수록 증가하므로 필요에 따라 영양이 강화된 반죽을 얻을 수 있다.
2.3 수분 흡수 지수 분석
수분 흡수 지수는 분말이 수분을 재 흡수하는 능력이 가공 공정에서 중요한 특성이다. 일반적으로 흡습성이 크면 뭉침이 발생하기 쉬우므로 저장 안정성이 낮다고 평가된다. 즉, 흡습성은 식품의 저장 안정성에 영향을 미친다. 수분 흡수 지수 실험 결과를 표 4에 나타내었다.
실험 결과, 곤충 함량이 증가할수록 흡습 지수가 높아져 저장 안정성에 좋지 않은 것으로 판단되었다. 곤충 분말로 반죽할 때 곤충 분말을 많이 첨가할수록 물이 많이 흡수되어 곤충 가루가 밀가루보다 흡습성이 높다는 것을 의미한다.
2.4 색도 분석
식용 곤충 함량에 따른 50% 고형량 함유 샘플 5개 (0 %, 25 %, 50 %, 75 %, 100 %)의 색도 결과는 표 5와 같다.
곤충의 함량이 증가함에 따라 L 값 (brightness)이 감소하여 색이 어두워졌다. 0 % ~ 50 %의 경우 밝기에 큰 차이가 있었고, 75 % -100 %의 경우 약간의 차이가있었다. 이는 귀뚜라미 (Acheta domesticus)의 자연색이 연한 갈색이고 흰 밀가루와 섞으면 밝기가 감소한 결과인 것으로 보인다. a-값 (brightness)과 b-값 (yellowness)은 곤충의 함량이 증가할수록 증가하는 경향이 있지만, a- 값은 집 귀뚜라미(Acheta domesticus)의 자연적인 차이 인 0 ~ 100 %에서 붉어짐에 큰 차이를 보였다. 이는 집 귀뚜라미(Acheta domesticus) 자연적인 색깔 때문이다. b-값은 0 ~ 50 %이 유의적으로 차이를 보였고, 황색도는 75 % ~ 100 %는 비슷한 값을 보였다. 그 결과 L, a, b 값은 곤충 함량이 증가함에 따라 어두워지고 붉어짐과 황변이 증가하는 경향을 보였다.
2.5 아미노산 분석
식용 곤충 함량에 따른 샘플의 아미노산 프로파일 분석 결과는 표 6과 같다.
곤충 함량이 증가함에 따라 필수 아미노산 (Essential amino acids, EA)이 증가하였다. 필수 아미노산은 곤충 함량의 0, 25, 50, 75 및 100 %에서 각각 18.77 %, 56.38 %, 97.39 %, 149.19 % 및 200.87 %로 증가하였다. 성인의 아미노산 요구량과 비교할 때 대부분의 필수 아미노산에서 곤충 함량이 0 %에서 낮았기 때문에 곤충 분말의 높은 아미노산 수준이 필수 아미노산 부족을 해소할 수 있다. 특히, 소수성 아미노산인 발린 (Valine), 이소류신 (Isoleucine) 및 류신 (Leucine)의 함량은 곤충 함량이 높을수록 증가하여 좋은 생리활성 물질 공급원으로 간주된다. 항산화 아미노산 인 메티오닌 (Methionine)과 시스틴 (Cystine)은 항산화 능력으로 인해 자유 라디칼을 제거하고 산화 스트레스로 인한 세포 손상을 예방한다고 알려져 있다. 곤충의 함량이 높을수록 농도가 높아져 곤충 분말이 밀가루의 항산화 능력을 향상시킬 수 있음을 시사한다. 따라서 곤충의 함량이 높을수록 밀가루 반죽의 아미노산 함량을 더 많이 향상시키는 것으로 확인되었다
2.6 FTIR 분석
식용 곤충의 함량에 따른 샘플의 화학적 상호 작용과 구조적 변화를 알아보기 위해 FTIR로 분석하고, 도 5에 나타내었다.
도 5는 본 발명의 식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량에 따른 FT-IR 스펙트럼을 나타낸 것이다. (A) 곤충 분말 0 %, (B) 곤충 분말 25 %, (C) 곤충 분말 50 %, (D) 곤충 분말 75 %, (E) 곤충 분말 100 %
흡광도 피크는 900 ~ 1200 cm-1, 1400 ~ 1600 cm-1, 1600 ~ 1700 cm-1, 2700 ~ 3000 cm-1, 3200 ~ 3400 cm-1 및 모든 샘플에서 관찰되었다. 식용 곤충의 함량이 증가함에 따라 새로운 결합이 추가되지 않고 밀가루의 기본 스펙트럼이 유지되고 피크의 강도가 변함을 알 수 있다. 한편, 900 ~ 1200cm-1의 C-O 스트레치는 곤충 함량이 0 % 일 때 날카로운 피크를 보였지만 함량이 증가함에 따라 피크가 둔탁해 보였다. 1400 ~ 1600 cm-1의 C-C 방향족 대칭 스트레치는 곤충 함량이 0 %에서 약했지만 곤충 함량이 증가함에 따라 피크 크기가 증가하였다. 카르보닐 (C = O) 스트레치는 1600 ~ 1700 cm-1의 곤충 함량이 0 % 인 경우에도 나타났으며, 곤충 함량이 증가함에 따라 피크는 약하게 증가하였다. 마찬가지로 2700 ~ 3000 cm-1의 C-H 스트레치의 경우 곤충 함량이 0 %에서 증가함에 따라 피크가 약간 증가하였다. 반면에 3200 ~ 3400 cm-1의 O-H 스트레치의 경우 FTIR 스펙트럼에서 큰 변화가 관찰되지 않았다. 밀가루의 화학적, 구조적 변화에서 새로운 결합이 관찰되지 않았으며 피크의 강도가 변화하는 것을 확인했다.
2.7 SEM 분석
도 6은 본 발명의 곤충 함량 별 반죽을 500 배율로 주사 전자 현미경으로 미세 구조를 촬영한 사진이다. 고형량 50% 조건에서 (A) 곤충 분말 0 %, (B) 곤충 분말 25 %, (C) 곤충 분말 50 %, (D) 곤충 분말 75 %, (E) 곤충 분말 100 %.
밀가루의 함량이 감소하고 곤충 가루의 함량이 증가함에 따라 가시적 인 구조적 특성에는 큰 차이가 없었다. 첨가되는 밀가루의 양이 감소함에 따라 네트워크 구조를 형성하는 글루텐이 감소하기 때문에 구조가 조밀하지 않았다.
2.8 TPA 분석 (texture profile analysis)
식용 곤충 (Acheta domesticus) 함량에 따른 물성 변화를 하기 표 7에 나타내었다.
아미노산 함량을 분석한 결과 고형분 함량이 50 % 인 샘플이 출력에 적합하다고 판단되었다. 따라서 곤충 함량이 40 %, 50 %, 60 % 인 3D 프린팅 샘플을 사용하여 텍스처 프로파일 분석을 수행하였다.
텍스처 프로파일은 물리적 특성을 나타내며 경도, 접착성, 탄력성, 응집성 등을 보여준다. 경도는 샘플을 수축시키는데 필요한 최대힘으로 정의된다.
TPA (Texture Profile Analysis)를 측정할 때 물성을 나타내는 대표 값으로 경도가 가장 많이 사용된다. 샘플이 점성인 경우 샘플을 부착하고 프로브가 샘플을 압축하고 상승하여 힘을 가하여 프로브를 아래쪽으로 당기고 발생하는 피크 영역을 접착성 이라고 한다. 탄력성은 샘플에 가해진 힘이 제거된 후 초기 상태로 돌아가는 탄성을 말하며, 탄성이 증가함에 따라 값이 1에 가까워진다.
마지막으로 응집성은 식품 내부 결합의 강도를 나타내는 지표로 사용할 수 있다. 그 결과 3D 프린팅 샘플의 물리적 특성은 곤충 함량에 따라 달라졌다. 경도는 곤충 함량 40 %, 50 %, 60 % 순으로 증가하는 것으로 나타났다. 밀가루에 곤충 분말을 더하면 반죽이 굳어지는 것을 알 수 있다. 또한, 밀착력이 곤충에 의해 감소 하였음을 알 수 있다. 마찬가지로 곤충의 함량이 증가할수록 탄력성이 감소하고, 곤충 분말의 탄력성이 감소하여 세 샘플에서 유의한 차이가 있음을 확인 하였다. 마지막으로 세 샘플의 응집력은 비슷했고, 내부 결합의 강도는 곤충의 강도와 크게 다르지 않았으나 그 값은 약간 감소한 것으로 확인됐다. 결론적으로 곤충 함량이 높을수록 경도가 높아지고 접착성과 탄력성이 낮아지고 응집성은 유의한 차이가 없었으나 약간 감소하였다.
본 발명은 식용 곤충인 집 귀뚜라미 (Acheta domesticus)를 이용하여 영양이 강화된 밀가루 반죽을 3D 압출 인쇄하여, 곤충을 첨가한 반죽의 영양학적 특성과 3D 압출 인쇄 가능성을 확인하였다. 고단백 식용 곤충인 귀뚜라미 (Acheta domesticus)를 첨가 한 밀가루 반죽을 각 곤충 함량에 따라 준비하고 샘플의 영양학적 특성을 분석 하였다. 각 내용물에 대한 샘플을 반죽한 후 3D 압출 인쇄을 통해 인쇄된 샘플은 고형분과 곤충의 함량을 고려하여 준비하였다.
30 % 고형분 함량에서 곤충 함량이 0 ~ 100 % 인 모든 샘플은 점도가 낮고 층없이 흘러 내렸다. 고형분 40 %에서 곤충 함량이 50 % 인 샘플은 압출 후에도 모양이 잘 유지되었고, 더 높은 함량에서는 샘플이 노즐에 의해 막혀 압출이 어려웠다. 50 % 고형분에서 25 ~ 50 % 곤충 함량을 가진 샘플은 잘 압출되었고, 60 % 고형분에서 0 ~ 100 % 곤충 함량을 가진 샘플은 매우 점성이 있었고, 시린지의 노즐에서 잘 나오지 않거나 노즐에 의해 막혔다. 고형분 함량이 50 % 인 경우 곤충 함량에 따른 반죽이 잘 압출 인쇄되었음을 확인하였다.
각 곤충 함량에 대한 샘플을 50 % 고형분 함량으로 준비하고 영양 및 반죽 특성을 분석하였다. 일반적인 성분 분석 결과 곤충 함량이 증가할수록 단백질과 지방이 증가하는 것으로 나타났다. 특히 단백질의 함량은 0 %와 100 %의 차이는 약 7.5 배 증가하고 단백질 곤충을 첨가하면 밀가루의 단백질이 강화되었음을 알 수 있다. 아미노산 분석에서는 곤충 함량이 증가함에 따라 아미노산 함량도 증가 하였다. 필수 아미노산과 비 필수 아미노산 모두 증가했으며, 곤충 첨가로 밀가루의 부족한 아미노산을 강화한 것으로 확인됐다.
샘플의 색도는 곤충 함량에 따라 L (whiteness) 값이 감소하고 a (redness) 및 b (yellowness) 값이 증가하였다. 이는 밀가루가 흰색이었고 첨가된 곤충 분말이 갈색이므로 발생하는 현상으로 볼 수 있다. 수분 흡수 지수는 분말이 수분을 흡수하는 능력이며 가공 공정의 중요한 품질 특성이다. 곤충 함량이 증가할수록 수분 흡수 지수가 증가하여 가공 과정에서 밀가루보다 수분을 많이 흡수할 가능성이 높고, 곤충 함량이 증가할수록 수분이 많이 사용되었다.
샘플의 화학적 및 구조적 특성을 확인하기 위한 FT-IR 및 SEM 분석 결과, 곤충 함량이 증가함에 따라 900 ~ 1200 cm-1 (CO stretches)의 피크 크기가 감소하고 1400 ~ 1600 cm-1 (CC aromatic symmetrical stretches), 1600 ~ 1700 cm-1 (Carbonyl (C = O) stretches), 2700 ~ 3000 cm-1 (CH stretches) 가 곤충 함량이 증가함에 따라 피크가 증가하였다. 전반적으로 새로운 결합이 발생하지 않았으며 이는 기존 피크가 점점 더 작아졌음을 나타낸다. 곤충 함량이 증가함에 따라 큰 화학적 변화는 없는 것으로 나타났다.
구조적 변화는 SEM을 통해 확인되었다. SEM은 곤충 함량에 따른 샘플은 큰 변화를 보이지 않았으며 밀가루와 곤충 분말이 잘 섞여 있음을 보여 주었다. 샘플의 물리적 특성 차이를 확인하기 위해 TPA 분석을 수행하였다. 곤충 함량이 증가함에 따라 곤충 함량이 높은 샘플은 경도가 증가하고 접착력과 탄력성이 감소하였으며 응집성은 유의한 차이가 없었으나 약간 감소하였다. 곤충 함량이 증가함에 따라 샘플의 경도가 증가하고 점도가 감소하며 결과적으로 탄성이 감소하였다.
이는 곤충의 함량이 증가함에 따라 밀가루에 포함된 글루텐이 감소하기 때문이라고 볼 수 있다. 도 7은 본 발명의 밀가루에 식용 곤충을 첨가하여 만든 반죽의 다양한 압출 인쇄물을 나타낸 것이다. 본 발명에서는 밀가루에 곤충을 첨가하여 3D 프린팅용 소재로 영양이 강화된 밀가루 반죽을 만들 수 있는지에 대하여 확인하였다. 본 발명을 통하여 식용 곤충에 대한 인식 제고와 식용 곤충이 향후 새로운 대체 단백질 원의 소재로 사용될 수 있다.
이상에서 살펴본 바와 같이, 본 발명의 구체적인 실시예를 상세하게 설명되었으나, 본 발명의 사상을 이해하는 당업자는 동일한 사상의 범위 내에서 다른 구성요소를 추가, 변경, 삭제 등을 통하여, 퇴보적인 다른 발명이나 본 발명 사상의 범위 내에 포함되는 다른 실시예를 용이하게 제안할 수 있을 것이다. 그러므로 이상에서 기술한 실시예들은 모든 면에서 예시적인 것이며 한정적이 아닌 것으로 이해해야만 한다. 본 발명의 범위는 상술한 상세한 설명보다는 후술하는 특허청구의 범위에 의하여 나타내어지며, 특허청구의 범위의 의미 및 범위 그리고 그 균등 개념으로부터 도출되는 모든 변경 또는 변형된 형태가 본 발명의 범위에 포함되는 것으로 해석되어야 한다.
Claims (8)
- 물 40 중량부 기준, 밀가루 18 ~ 32 중량부 및 귀뚜라미 분말 18 ~ 32 중량부를 포함하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 반죽 조성물은 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 19 ~ 31 중량부 및 귀뚜라미 분말 19 ~ 31 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제2항에 있어서,
상기 반죽 조성물은 3D 프린팅 노즐에서 출력될 수 있는, 물 40 중량부를 기준으로 밀가루 20 ~ 30 중량부 및 귀뚜라미 분말 20 내지 30 중량부로 혼합되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 반죽 조성물은 식품용 3D 프린팅에서 성형 유지능을 갖는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 반죽 조성물은 경도가 높아지고, 접착성, 탄력성 및 응집성이 낮아진 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제1항에 있어서,
상기 반죽 조성물은 단백질 또는 아미노산의 함량이 증진되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린팅용 반죽 조성물.
- 제1항의 3D 프린팅용 반죽 조성물을 3D 프린터로 압출하여 성형시키는 단계; 를 포함하는, 3D 프린트를 이용한 식품 제조 방법.
- 제7항에 있어서,
상기 식품은 쿠키, 스낵, 에너지바 및 시리얼로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상으로 제조되는 것을 특징으로 하는, 3D 프린트를 이용한 식품 제조 방법.
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| KR101493916B1 (ko) | 2014-09-29 | 2015-02-17 | 김용욱 | 곤충의 식용화 방법, 그 식용화된 곤충, 이러한 식용화된 곤충을 이용한 식품용 반죽의 제조방법 |
| KR101698330B1 (ko) | 2016-08-12 | 2017-01-20 | 위미석 | 식용곤충을 포함하는 쌀 찐빵의 제조방법 |
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