KR20230153604A - 대체육의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식물성 단백질의 분말 원료를 과열 증기(superheated steam)로 살균하는 단계를 포함하는 육류와 유사한 조직감을 갖고 진균 성장이 억제된 대체육의 제조 방법에 관한 것이다.

Description

대체육의 제조 방법{Method for preparing meat substitute}
본 발명은 대체육의 제조 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로, 본 발명은 육류와 유사한 조직감을 갖고 진균 성장이 억제된 대체육의 제조 방법에 관한 것이다. 특히 본 발명의 방법은 식물성 단백질의 분말 원료를 과열 증기(superheated steam)로 살균하는 단계를 포함한다.
현대인의 삶의 질이 높아지면서 식육, 육가공품 등 육식 위주의 식단에서 발생할 수 있는 각종 질병에 대한 인식이 강화되고, 가축 사육, 도축, 가공과정에서 수반되는 환경오염이나 동물 윤리 등의 이유로 육식을 하지 않는 인구가 증가함에 따라, 육류의 대안으로서의 식물성 대체육에 관한 관심이 증가하고 있다. 이에 기존의 육류의 맛과 기능을 지니고 있으면서 고단백, 저지방에 비교적 저렴한 식물 단백질 대체육의 수요가 해마다 증가하고 있다.
대체육은 식물성 대두 단백질을 육류의 조직감과 유사하게 물리학적인 변화를 유도하여 조직감을 부여한 것으로 ‘대두조직단백(textured soy protein)’ 또는 ‘식물성 조직단백(textured vegetable protein)’, ‘인조육’이라고 지칭하다가, 최근에는 기존의 고기와 거의 흡사한 맛과 조직감을 구현해 내어 ‘식물 단백질 대체육(plant protein-based meat analog)’, '대체육', '육류 대체품' 등과 같은 다양한 용어로 사용되고 있다.
대체육의 제조 기술로서 압출성형공정은 식물성 단백질을 압출성형기 배럴 내부로 투입하여 열, 압력, 전단력을 가하여 고기와 같은 결을 가진 섬유상 조직으로 단시간에 사출이 가능한 고온 단시간 공정기술이다. 대체육은 사출구의 구조와 제품의 수분함량에 따라 고수분과 저수분으로 나눌 수 있다
이들의 기존 생산 방법은 일반적으로 원료의 계량/투입, 원료의 혼합, 전처리(선택사항), 압출, 냉각, 및 가공 단계를 포함한다.
대체 육류 제품을 수용하기 위한 주요 과제는 i) 이들의 조직감, 이들의 색상 및 이들의 관능 특성(베어 물기(bite))을 실제 육류 제품의 해당 특성과 가능한 한 일치시키는 것 및 ii) 이들의 보관 중의 진균, 대장균 등의 병원체의 성장을 억제하는 것이다.
그러나, 당업계에 공지된 방법을 사용하여 생산된 대체 육류 제품은 조직감, 색상 등에서 육류와 상이하다. 이러한 조직감 차이는 제조 공정 중에 열 에너지(압출기 하우징을 가열하고 냉각 다이에서 물을 냉각하거나 시스템에 증기를 도입) 및 기계적 에너지(특정 기계적 에너지 입력)의 도입에도 불구하고 식물성 단백질이 단단한 섬유 구조를 형성하지 못하기 때문이다.
또한, 대체육의 제조 방법은 압출 후에 냉각 다이를 통해 제품을 냉각하는 단계를 포함하는데, 높은 온도에서 낮은 온도로 낮추는 동안 진균 및 세균과 같은 병원체가 생성되거나 오염될 가능성이 있다.
EP 제1 059 040호 A1은 단백질이 풍부한 물질이 압출기에서 가공되고 압출기의 끝에 배열된 냉각 다이를 빠져 나가 100℃ 이하의 온도로 냉각되는 방법을 기술하고 있다. WO 제96/34539호 A1은 단백질이 풍부한 물질이 압출기에서 가공되고 압출기의 끝에 배열된 냉각 다이를 빠져 나가 냉각되는 방법을 기술하고 있다. 하지만, 이러한 방식으로 얻은 제품은 실제 육류와 충분히 유사하지 않으며, 장기간 보관시 곰팡이가 발생하는 문제가 있다.
따라서, 압출 성형으로 제조되는 대체육의 조직감을 육류와 더 일치시키고 진균 등의 병원체의 성장을 억제시키는 제조 방법이 당업계에 요구된다.
본 발명의 목적은 대체육과 유사한 조직감을 가질 뿐만 아니라 진균 등의 병원체의 성장을 억제시킬 수 있는 새로운 대체육 제조 방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 전술한 방법에 의해 제조된 대체육을 제공하는 것이다.
일 양태에 따르면, 본 발명은
a) 원료를 계량하는 단계로서, 상기 원료는 하나 이상의 식물성 단백질을 포함하는 것인 단계;
b) 상기 원료를 과열 증기(superheated steam)와 접촉시켜 살균시키는 단계로서, 상기 원료는 150 내지 180℃의 과열 증기와 함께 파이프라인을 통과하면서 과열 증기와 접촉되고, 상기 접촉은 0.2 내지 1.0초 동안 수행되는 것인 단계;
c) 상기 살균된 원료를 압출기에서 압출하여 압출물을 생산하는 단계로서, 압출물의 고형분 함량은 20% 내지 60% 범위인 것인 단계,
d) 압출물을 100℃ 미만의 온도로 냉각하면서 냉각 다이를 통해 압출기 밖으로 내보내는 단계
를 포함하는, 육류와 유사한 조직감을 갖고 진균 성장이 억제된 대체육의 제조 방법을 제공한다.
일 구현예에 있어서, 원료는 대두, 완두콩, 밀, 카놀라, 병아리콩(chickpea), 파바빈(fava bean), 렌틸(lentil), 루핀(lupin), 녹두, 까치콩(haricot), 땅콩, 유채씨, 해바라기, 아몬드, 옥수수, 오트, 감자, 퀴노아, 쌀, 및 수수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물로부터 유래된다.
일 구현예에 있어서, 상기 원료는 분리대두단백(isolated soy protein)
일 구현예에 있어서, 상기 원료는 60% 이상의 단백질 함량을 갖는다.
일 구현예에 있어서, 상기 단계 b)는 기류식 분말 살균 장치에서 수행되는 것인 방법. 상기 원료는 60% 이상의 단백질 함량을 갖는다.
일 구현예에 있어서, 상기 기류식 분말 살균 장치는 원료와 과열 증기를 접촉하기 위한 가열 파이프라인을 포함한다.
일 구현예에 있어서, 상기 과열 증기는 0.1 내지 0.3 MPa의 압력을 갖도록 가압된다.
일 구현예에 있어서, 단계 c)에서의 압출은 압출물이 20% 내지 60%의 고형분 함량을 갖도록 하는 조건 하에서 수행된다.
일 구현예에 있어서, 단계 c)에서의 압출기의 온도는 80℃ 내지 180℃ 범위로 설정된다.
일 구현예에 있어서, 단계 c) 동안 압출기에 기체를 제공하는 단계를 추가로 포함한다.
일 구현예에 있어서, 상기 기체는 CO2, N2, N2O, NH3 또는 SO2이다.
일 구현예에 있어서, 상기 기체는 압출기 내로 원료의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%의 양으로 도입된다.
다른 양태에서, 본 발명은 전술한 어느 하나의 방법에 의해 제조된 대체육을 제공한다.
본 발명의 방법은 압출 전에 분말 원료를 과열 증기로 일차적으로 살균함으로써 원료에 존재할 수 있는 진균, 세균 등의 병원성 미생물을 사멸시킬 수 있다. 또한, 본 발명의 방법은 압출 전에 분말 원료를 과열 증기로 일차 살균함으로써 압출에서 가혹한 조건을 적용하는 것을 피할 수 있고, 따라서 압출물의 조직감의 손상을 최소화할 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 예시적인 기류식 분말 살균 장치의 사진이다.
도 2는 살균 단계를 거치지 않은 분리대두단백 분말 원료를 PDA 배지 상에서 7일간 배양한 사진(좌측) 및 살균 단계를 거친 분리대두단백 분말 원료를 PDA 배지 상에서 7일간 배양한 사진(좌측)이다.
도 3은 살균 단계를 거치지 않고 제조된 실시예 3의 대체육을 10일 간 방치한 사진(좌측) 및 살균 단계를 거쳐 제조된 실시예 2의 대체육을 10일 간 방치한 사진(좌측)이다.
도 4는 살균 단계를 거치지 않고 제조된 실시예 3의 대체육(내부 도형) 및 살균 단계를 거쳐 제조된 실시예 2의 대체육의 관능 평가 결과를 나타낸 스파이더 맵이다.
일 양태에 따르면, 본 발명은
a) 원료를 계량하는 단계로서, 상기 원료는 하나 이상의 식물성 단백질을 포함하는 것인 단계;
b) 상기 원료를 과열 증기(superheated steam)와 접촉시켜 살균시키는 단계로서, 상기 원료는 150 내지 180℃의 과열 증기와 함께 파이프라인을 통과하면서 과열 증기와 접촉되고, 상기 접촉은 0.2 내지 1.0초 동안 수행되는 것인 단계;
c) 상기 살균된 원료를 압출기에서 압출하여 압출물을 생산하는 단계로서, 압출물의 고형분 함량은 20% 내지 60% 범위인 것인 단계,
d) 압출물을 100℃ 미만의 온도로 냉각하면서 냉각 다이를 통해 압출기 밖으로 내보내는 단계
를 포함하는, 육류와 유사한 조직감을 갖고 진균 성장이 억제된 대체육의 제조 방법을 제공한다.
전술한 본 발명의 방법을 상세히 설명한다.
a) 원료의 계량
본 단계에서 원료가 계량된다.
본 발명에서, 대체육을 제조하기 위해 사용되는 원료는 하나 이상의 식물성 단백질을 포함한다. 상기 원료로서 식물성 단백질은 당업계에 공지된 다양한 단백질을 포함한다.
일 구현예에서, 원료는 대두, 완두콩, 밀, 카놀라, 병아리콩(chickpea), 파바빈(fava bean), 렌틸(lentil), 루핀(lupin), 녹두, 까치콩(haricot), 땅콩, 유채씨, 해바라기, 아몬드, 옥수수, 오트, 감자, 퀴노아, 쌀, 및 수수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물로부터 유래된다.
바람직하게는, 대체육 제조의 주된 원료는 보수력, 겔화 유도, 유화 안정성 등의 장점이 있어 조직화에 적합한 대두 단백질일 수 있다. 또한, 원료는 정제된 형태의 분리대두단백(isolated soy protein)이나 농축대두단백(soy protein concentrate), 탈지대두분(defatted soy flour), 전지방대두단백(full fat soy), 땅콩단백, 완두콩 단백 등의 다양한 식물 단백질일 수 있다.
대체육의 조직감 및 영양적, 관능적 특성을 개선하기 위해, 원료는 동물성 단백질을 추가로 포함할 수 있다. 상기 동물성 단백질의 예로는 우유 단백질 또는 유청 단백질 또는 근육 고기 또는 결합 조직으로부터의 단백질을 들 수 있다.
전술한 원료는 -2℃ 내지 10℃의 온도 또는 실온에서 보관될 수 있다.
일 구현예에서, 전술한 원료는 60% 이상의 단백질 함량을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 전술한 원료는 60% 내지 80%의 단백질 함량을 가질 수 있다.
일 구현예에서, 전술한 원료는 40% 이하의 전분 함량을 가질 수 있다. 특정 구현예에서, 전술한 원료는 10 내지 30%의 전분 함량을 가질 수 있다.
전술한 원료는 건조 분말이다.
상기 원료에 대체 육류 제품의 생산에 일반적으로 사용되는 첨가제가 첨가될 수 있다. 예를 들어, 염, 예컨대 염화나트륨, 지방, 오일 또는 다른 지질이 건조 원료의 총 중량을 기준으로, 바람직하게는 0.1 내지 10 중량%의 양으로 첨가될 수 있다.
전술한 원료는 진균, 세균 등의 병원성 미생물을 함유할 수 있다. 이러한 미생물은 이하 설명할 단계 c)의 일반적인 압출 조건 하에서는 완전히 사멸되지 않는다. 물론, 압출 조건을 조절함으로써 병원성 미생물을 완전히 사멸될 수도 있지만, 너무 높은 압출 온도 및 너무 긴 압출 시간은 압출물의 조직감을 질기게 만드는 문제가 있다. 따라서, 대체육의 질감을 육류와 유사하게 하기 위한 압출 조건 하에서는 병원성 미생물 중 일부만 사멸되게 된다.
b) 살균
본 단계에서는 원료를 과열 증기(superheated steam)와 접촉시켜 살균시킨다.
당업계에서 대체육을 제조하는 과정에서 분말 원료를 과열 증기와 접촉시켜 살균시키는 예는 없다.
본원에서 용어 '과열 증기'는 대기압 하에서 수증기를 더욱 가열하여, 포화 온도(대략 100℃) 이상의 상태로 만든 고온의 수증기를 지칭한다. 과열 증기는 포화 증기 또는 열풍에 비해 단위 체적당 열 용량이 커서 매우 높은 열 전도성을 갖고, 대류 열 전달, 응축 열 전달, 복사 전열에 의해 2-4배의 건조 능력을 갖는다.
일 구현예에서, 고온 고압의 증기가 감압 밸브를 통해 압력을 낮춘 후 공급될 수 있다. 감압 증기는 포화 증기와 비교하여 고온으로 과열된다. 예를 들어, 40 barA의 포화 증기(포화 온도 250.3℃)를 5 barA(포화 온도 158.8℃)로 감압하면 과열 증기 상태에서 포화 온도보다 19.3℃ 높은 178.1℃가 된다.
일 구현예에서, 본 단계에서의 살균은 기류식 분말 살균 장치를 사용하여 수행될 수 있다.
본원에서 용어 '기류식 분말 살균 장치'는 포화 증기가 가열 장치 등으로 가열된 과열 증기를 사용하여 분말을 연속적으로 살균하는 장치를 지칭한다.
기류식 분말 살균 장치 내에서, 원료는 과열 증기와 접촉시 잠열에 의해 온도가 급격히 상승한다. 이때, 과열 증기의 일부가 포화 증기 온도 근처까지 하강하여, 원료에 습열을 제공한다. 연속적으로 공급되고 있는 과열 증기와 가열 장치의 열로 증기는 계속 과열 증기의 형태로 유지된다. 습열에 의해 증가된 원료 내의 수분은 과열 증기의 열에 의해 건조된다. 이때, 원료의 온도는 포화 증기 온도까지 상승한 채 그대로 유지되면서, 원료가 살균된다.
따라서, 기류식 분말 살균 장치를 이용한 살균은 습열 방식임에도 불구하고, 원료 내의 수분을 크게 상승시키지 않는다. 또한, 기류식 분말 살균 장치를 이용한 살균은 수증기에 의한 살균이기 때문에 방사선이나 가스에 의한 살균에 비해 안전하고, 단시간 처리 및 무산소 상태에서의 살균이기 때문에 유효 성분의 손실이나 산화가 극히 적은 장점이 있다.
본 발명에 따른 예시적인 기류식 분말 살균 장치의 사진이 도 1에 나타나 있다.
도 1에 따른 기류식 분말 살균 장치는 증기 발생기, 원료 공급기, 및 가열 파이프라인을 포함한다.
전술한 증기 발생기는 과열 증기를 발생시키기는 장치를 의미하며, 고압 증기를 발생시키기 위한 수단 및 고압 증기를 가열하기 위한 수단을 포함한다.
전술한 기류식 분말 살균 장치 내의 압력기에서 과열 증기는 0.1 내지 0.3 MPa의 압력을 갖도록 가압될 수 있다. 특정 구현예에서, 전술한 기류식 분말 살균 장치 내의 압력기에서 과열 증기는 0.15 내지 0.20 MPa의 압력을 갖도록 가압될 수 있다.
전술한 기류식 분말 살균 장치 내의 가열기(heater)에서 과열 증기는 150 내지 180℃의 온도를 갖도록 가열될 수 있다. 일 구현예에서, 전술한 기류식 분말 살균 장치 내의 가열기(heater)에서 과열 증기는 150℃의 온도를 갖도록 가열될 수 있다. 다른 구현예에서, 전술한 기류식 분말 살균 장치 내의 가열기(heater)에서 과열 증기는 170℃의 온도를 갖도록 가열될 수 있다.
상기 과열 증기는 전술한 증기 발생기로부터 나와 가열 파이프라인으로 들어갈 수 있다.
상기 가열 파이프라인은 원료를 과열 증기와 접촉시키기 위한 공간을 지칭한다. 상기 가열 파이프라인에는 과열 증기의 온도를 유지시키기 위해 증기 발생기로부터 나온 과열 증기의 온도와 동일한 온도를 유지시키기 위한 가열기를 추가로 포함할 수 있다.
원료는 원료 공급기를 통해 가열 파이프라인 내로 들어갈 수 있다. 상기 원료 공급기는 원료를 가열 파이프라인으로 이송하기 위한 이송 장치를 포함할 수 있으며, 상기 이송 장치의 바람직한 예는 로타리 밸브를 포함하나, 이에 제한되지 않는다.
전술한 바와 같이, 가열 파이프라인 내로 원료와 과열 증기가 함께 들어간다.
상기 기류식 분말 살균 장치에서 원료는 살균을 위해 과열 증기와 0.2 내지 1.0초 동안 접촉될 수 있다. 상기 접촉 시간은 가열 파이프라인을 통과하는 원료의 유속에 의해 조절될 수 있다. 상기 원료의 유속은 증기의 사용량, 증기의 압력, 가열 파이프라인의 직경 및 길이 등에 달라 달라질 수 있다.
일 구현예에서, 과열 증기의 온도는 150 내지 180℃이며, 원료와 과열 증기의 접촉 시간, 즉 살균 시간은 0.3 내지 0.7초이고, 과열 증기의 사용량은 80 내지 150 kg/h이며, 과열 증기의 압력은 0.1 내지 0.3 MPa일 수 있다.
특정 구현예에서, 과열 증기의 온도는 170℃이며, 원료와 과열 증기의 접촉 시간, 즉 살균 시간은 0.4초이고, 과열 증기의 사용량은 130 kg/h이며, 과열 증기의 압력은 0.15 MPa일 수 있다.
특정 구현예에서, 과열 증기의 온도는 170℃이며, 원료와 과열 증기의 접촉 시간, 즉 살균 시간은 0.5초이고, 과열 증기의 사용량은 125 kg/h이며, 과열 증기의 압력은 0.2 MPa일 수 있다.
특정 구현예에서, 과열 증기의 온도는 170℃이며, 원료와 과열 증기의 접촉 시간, 즉 살균 시간은 0.3초이고, 과열 증기의 사용량은 130 kg/h이며, 과열 증기의 압력은 0.14 MPa일 수 있다.
특정 구현예에서, 과열 증기의 온도는 170℃이며, 원료와 과열 증기의 접촉 시간, 즉 살균 시간은 0.7초이고, 과열 증기의 사용량은 90 kg/h이며, 과열 증기의 압력은 0.2 MPa일 수 있다.
일 구현예에서, 상기 과열 증기의 사용량은 80 내지 150 kg/h일 수 있다. 특정 구현예에서, 상기 과열 증기의 사용량은 120 내지 130 kg/h일 수 있다.
본 발명의 방법에 사용될 수 있는 기류식 분말 살균 장치는 증기 발생기, 원료 공급기, 및 가열 파이프라인 외에도 증기분리 수단, 냉각 수단 및 원료 회수 수단을 추가로 포함할 수 있다.
상기 증기분리 수단은 가열 파이프라인을 통과한 원료와 증기의 혼합물로부터 원료와 증기를 분리하기 위한 것이다. 상기 증기 분리수단은 사이클론 분리기를 포함하며, 상기 사이클론은 원심력에 의해 무거운 원료는 하단부로 내려가고 가벼운 증기는 상단부를 빠져나가면서 원료와 증기를 분리시킨다.
상기 냉각 수단은 증기분리 수단을 통해 분리된 증기를 응축시켜 회수하기 위한 것이다. 상기 냉각 수단의 예는 냉각관을 포함하나 이에 제한되지 않으며, 상기 냉각관은 증기를 응축시키기 위해 냉각수를 사용할 수 있다.
상기 원료 회수 수단은 증기분리 수단을 통해 분리된 원료를 회수하기 위한 것이다. 상기 원료 회수 수단의 예는 사이클론 분리기를 포함할 수 있고, 분리된 원료와 사이클론 분리기 사이에 건조를 위한 수단과 냉각을 위한 수단을 추가로 포함할 수 있다. 상기 추가의 건조를 위한 수단은 원료에 포함된 증기를 건조시키기 위한 수단으로서, 온풍으로 건조시키면서 수송하는 수단을 지칭한다. 또한, 추가의 냉각을 위한 수단은 원료를 상온에서 회수하기 위해 사용된다.
본원에서는 기류식 분말 살균 장치를 예를 들어 설명하나, 과열 증기를 사용하여 분말을 살균시킬 수 있는 한, 당업계에 공지된 다른 장치들이 사용될 수 있음이 당업자에 의해 이해될 것이다.
본 단계 b)에서의 살균은 원료에 존재할 수 있는 진균, 세균 등의 병원성 미생물을 사멸시킬 수 있다. 본 발명의 방법에서 대체육은 원료를 압출 성형하는 단계 c)를 포함한다. 일반적으로 압출 성형은 150℃ 이상의 온도에서 수행되므로, 원료에 존재할 수 있는 일부 병원성 미생물을 사멸시킬 수 있다. 하지만, 압출 성형에서 병원성 미생물을 전부 사멸시키기 위해 원료를 더 가혹한 조건(예컨대, 온도 또는 시간)에 적용시키는 것은 압출물의 조직감을 질기게 만들 수 있으므로, 실제로 병원성 미생물의 전부를 사멸시키는 것은 불가능하다.
이에 반해, 본 발명의 방법은 분말 원료를 과열 증기로 일차 살균함으로써 압출 성형시 가혹한 조건을 피하게 하고, 따라서 압출물의 조직감의 손상이 최소화된 대체육을 제조할 수 있다.
본 발명의 방법의 단계 b)에서 사멸시킬 수 있는 진균의 예는 다음과 같다: 아스퍼질러스 플라부스(Aspergillus flavus)를 포함하는 아스퍼질러스 속, 페니실리움(Penicillium) 속.
전술한 진균은 다양한 독소를 생성할 수 있다.
아스퍼질러스 플라부스에 의해 생성될 수 있는 아플라톡신 B1은 맹독성의 독소로서 주로 땅콩, 보리, 옥수수, 쌀, 밀 등의 곡물에서 검출된다. 온도가 25 ~ 30℃로 높고 상대습도 80 ~ 85% 이상으로 높은 습도에서 잘 생성되며 수확에서 건조까지의 기간(저장기간)이 길수록, 환기가 불충분할수록 잘 생성된다. 이 독소는 열에 안정하여 270~280℃ 이상으로 가열해야 분해되므로 식품의 일반적인 열처리나 가공 공정에 의해서는 독소가 완전히 제거되지 않는다. 아플라톡신 B1은 지금까지 발견된 천연물질 중 가장 강력한 발암물질로 동물에 대해 간암을 유발하는 것으로 알려져 있다.
아스퍼질러스 속, 페니실리움 속에 의해 생성되는 오크라톡신 A는 주로 온도가 4℃ 정도로 낮고 습도가 18.5~40.4%인 상태에서 잘 생성되는데, 밀, 옥수수 등 곡류와 육류, 가공식품에서 검출되며, 유럽에서는 돼지와 사람의 혈액 및 모유에서도 검출된다는 보고가 있다. 곡류 중에 함유된 오크라톡신 A는 30분 ~ 3시간 동안 열처리하여도 12.7%~17%가 잔존하며, 통조림을 만들기 위해 오크라톡신 A를 함유한 콩을 삶고 염처리 및 조리 후에도 53%가 잔존하였다는 보고가 있다. 오크라톡신 A는 만성 신장염, 급성 지방변성, 간의 면역작용 저해, 기형 등을 유발하는데, 특히 신장과 간장에 치명적인 손상을 주는 것으로 알려져 있다. 가축의 경우, 이에 오염된 식품 섭취시 신장손상, 쇠약, 피로, 식욕결핍, 복통, 빈혈 등의 증상을 나타낸다.
푸사리움 속에 의해 생성되는 제랄레논은 주로 건조가 불충분하여 수분함량이 많은 옥수수, 맥류 등에서 검출되며, 다른 진균 독소와 마찬가지로 열에 비교적 안정하여 가열 및 가공시에도 잘 제거되지 않는 특성이 있다. 제랄레논은 에스트로겐(estrogen : 여성호르몬의 일종)과 비슷한 성질을 가지고 있어 발정 효과를 유발하며, 과에스트로겐증이 유발되어 그 결과 자궁확대, 불임증 등이 나타나기도 한다.
c) 압출
본 단계에서는 상기 원료를 압출하여 압출물을 생산한다.
본 발명에 따른 방법은 습윤 텍스처레이트(wet texturate)의 생산에 사용된다. 습윤 텍스처레이트는 단계 c)에서 압출물의 고형분 함량이 20% 내지 60% 범위, 바람직하게는 30% 내지 50% 범위인 압출물을 의미하는 것으로 이해된다. 나머지 80 내지 20%, 바람직하게는 70 내지 50%는 물을 포함하는 액체이다. 습윤 텍스처레이트의 경우, 건조 원료에서의 단백질 함량이 50% 초과이고 특히 바람직하게는 60% 내지 90% 범위일 수 있다.
본 발명에 따르면, 상응하는 식품의 생산을 위해 선행 기술에서 사용되는 상업적으로 이용가능한 압출기가 사용될 수 있다. 예는 WO 제2012/158023호 A1에 언급된 압출기 또는 Buhler로부터의 압출기, 특히 이축 압출기를 포함한다. 이러한 압출기는 바람직하게는 20 내지 60, 바람직하게는 25 내지 50, 및 특히 바람직하게는 25 내지 40 범위의 L/D 비율(길이 대 직경)을 갖는다. 본 발명에 따르면, 압출기는 바람직하게는 300 내지 500 rpm, 특히 바람직하게는 350 내지 400 rpm에서 작동된다.
전술한 살균된 원료는 압출기의 첫 번째 섹션 내로 계량된다. 대안적으로, 상이한 원료들이 상이한 섹션에서 순차적으로 압출기에 첨가될 수도 있다.
전술한 살균된 원료는 압출기에서 서로 혼합되어, 수성 단백질 조성물이 형성된다. 혼합기는 고속 혼합기로서 구성될 수 있다. 그것은 물 및 증기 공급 라인을 가질 수 있다. 압출기는 물 공급 라인 및 선택적으로 증기 공급 라인을 가질 수 있다.
수성 단백질 조성물은 압출기에서 가공된다. 여기서 조성물은 사용된 단백질에 따라, 단백질의 변성 온도 초과, 바람직하게는 80 내지 180℃, 더욱 바람직하게는 120 내지 160℃, 특히 바람직하게는 130 내지 150℃ 범위의 온도로 가열된다. 압출기의 하우징은 바람직하게는 온도 제어된다. 조성물은 균질한 혼합물을 형성하기 위해 압력 하에서(일반적으로 1 내지 60 bar, 바람직하게는 8 내지 20 bar, 특히 바람직하게는 10 내지 15 bar) 혼련된다. 이것은 일반적으로 10 내지 120 Wh/kg, 바람직하게는 15 내지 30 Wh/kg의 에너지 입력을 포함한다.
본 발명에 따른 방법은, 원칙적으로, 10 내지 600 kg/h 범위의 처리량으로 작동될 수 있다. 본 발명에 따르면, 공정은 바람직하게는 10 내지 60 kg/h, 바람직하게는 20 내지 50 kg/h 및 특히 바람직하게는 30 내지 40 kg/h의 처리량으로, 또는 대안적으로 100 내지 600 kg/h, 바람직하게는 300 내지 600 kg/h 및 특히 바람직하게는 400 내지 550 kg/h의 처리량으로 수행된다.
원료는 대체육의 용도 등에 따라 압출기에서 다양한 시간 동안 유지될 수 있으며, 일반적으로 5초 내지 4분의 시간 동안 유지된다.
기체 도입
일 구현예에 따르면, 본 발명의 방법은 압출기에 기체를 제공하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
이러한 기체의 제공은 전술한 식물성 단백질의 원료 분말과 과열 증기와의 접촉으로 인한 효과와 더불어 대체육의 조직감을 실제 육류와 매우 유사하게 만들 수 있다. 전술한 바와 같이, 식물성 단백질의 원료 분말과 과열 증기와의 접촉은 대체육의 조직을 육류와 같이 씹히는 육류 특유의 조직감을 가지게 할 수 있으며, 이후 압출기에 기체를 제공하는 것은 여기에 부드러움을 가미하여 대체육이 한우와 같은 부드러운 씹힙성을 갖도록 할 수 있다.
본 발명에 따르면, 압출기에 제공되는 기체는 정상 조건(1 bar, 20℃) 하에서 기체인 물질을 의미하는 것으로 이해된다. 본 발명에 따라 사용될 수 있는 기체의 예는 CO2, N2, N2O, NH3 또는 SO2이다.
본 발명에 따르면, 기체는 대체육에서 기공을 형성한다. 기체는 추가적인 공급 라인을 통해 압출기 내로 공급될 수 있다.
기체의 도입은 제어된 기공 형성을 보장한다. SO2가 사용되는 경우, 원료에 포함된 단백질과 이황화물 가교의 형성이 가능하며, 이는 제품의 조직감에 추가적인 영향을 미친다. 기체는, 예를 들어, 압출기 내로 계량된 원료의 총 중량을 기준으로, 0.01 내지 5 중량%, 바람직하게는 0.05 내지 2.5 중량%의 양으로 압출기 내로 도입될 수 있다. 예를 들어, 기체는 또한 압출기를 떠난 후, 압출기에서 압출된 원료의 kg(킬로그램)당 0,5 내지 3,0 g(그램), 바람직하게는 1,0 내지 1,5 g의 기체의 양으로 도입될 수 있다.
본 발명에 따르면, 기체는 바람직하게는 10 내지 50 bar, 바람직하게는 15 내지 30 bar 범위의 압력으로 압출기 내로 도입된다. 본 발명에 따르면, 압출기 내의 기체에 대한 공급 개구부의 위치에서, 압출물은 80 내지 180℃, 바람직하게는 120-170℃, 특히 바람직하게는 130 내지 160℃ 범위의 온도를 갖는다.
d) 냉각
단계 c)에서의 압출 후, 추가 단계 d)에서, 압출물을 100℃ 미만의 온도로 냉각하면서 냉각 다이를 통해 압출기 밖으로 내보낸다. 압출물을 물의 끓는점 미만으로, 즉, 정상 조건 하에서 100℃ 미만의 온도로 만들기 위해, 압출물은 냉각 다이를 통해 압출기 밖으로 내보내진다. 압출기를 위한 냉각 다이는 당업계에 널리 알려져 있다. 본 발명에 따르면, 압출물은 바람직하게는 50 내지 90℃ 범위의 온도로 냉각될 수 있다.
압출물은 냉각 다이를 통과하면서 압출시에 생성된 그의 섬유 구조가 안정화된다.
압출물이 냉각 다이를 통과하는 시간은 대체육의 용도 등에 따라 달라질 수 있으나, 전형적으로 30초 내지 5분이다.
본 발명의 방법에 따라 생성된 대체육은 15-30 중량% 범위의 단백질 함량, 및 45-70 중량%의 수분 함량을 가질 수 있다.
냉각 다이에서 개선된 벽 슬라이딩 및 이에 따라 더 쉬운 공정 제어를 달성하기 위해, 오일이 주입될 수 있다. 상기 오일은 전술한 압출기 내로 또는 냉각 다이 내로 주입될 수 있다. 상기 오일은 원료의 총 중량을 기준으로, 예를 들어, 1% 내지 10% 범위, 바람직하게는 2% 내지 6% 범위, 특히 바람직하게는 3% 내지 4% 범위의 비율로 주입될 수 있다. 상기 오일은 추가의 공급 라인을 통해 주입될 수 있다. 예를 들어, 해바라기유와 같은 식용유가 사용될 수 있다.
추가로 칼슘 화합물, 알지네이트, 또는 이의 조합이 냉각 다이에 주입될 수 있다. 상기 칼슘 화합물, 알지네이트, 또는 이의 조합은 대체육의 조직감에 영향을 미칠 수 있다.
전술한 바와 같이, 냉각 다이를 통과한 압출물은 원하는 모양 및 크기로 절단된 다음, 포장하는 단계를 거칠 수 있다. 상기 포장된 제품은 냉장 보관되거나 냉동 보관될 수 있다.
본 발명의 방법에 따라 제조된 대체육은 종래의 대체육보다 진균 성장 억제 효과 및 조직감이 우수하다.
본 발명은 몇 가지 비제한적인 예시적인 구현예에 기초하여 하기에서 더 상세히 설명된다.
습윤 텍스처레이트의 생산
일 예로서 분리대두단백이 원료로서 사용될 수 있다.
상기 원료는 종래 알려진 살균 장치, 예컨대 기류식 분말 살균 장치에 의해 살균될 수 있다. 상기 원료는 기류식 분말 살균 장치의 원료 공급기에 주입된 다음, 로타리 밸브를 통해 가열 파이프라인 내로 들어간다. 한편, 기류식 분말 살균 장치 내의 증기 발생기에서 150℃ 내지 180℃의 과열 증기가 발생된다. 상기 발생된 과열 증기 역시 가열 파이프라인 내로 들어가 원료와 접촉된다. 상기 원료는 과열 증기와 0.2초 내지 1.0초 동안 접촉된다. 상기 원료와 증기는 사이클론 분리기로 들어가 원료만을 회수할 수 있다.
상기 살균된 원료를 압출하여 실제 육류와 유사한 조직감을 갖는 대체육을 얻는다. 압출기는 종래에 알려진 다양한 압출기가 사용될 수 있으며, 예를 들어, Buhler로부터의 PolyTwin BCTL-42 32L/D 압출기가 사용될 수 있다.
원료에 따라 압출기의 온도는, 예를 들어, 80℃ 내지 180℃ 범위, 바람직하게는 120℃ 내지 160℃ 범위, 특히 바람직하게는 130 내지 150℃ 범위의 온도로 설정된다. 이 경우, 압출기의 구역별로 상이한 온도를 갖도록 설정될 수도 있다.
이 압출기 내에서 원료는 압출기 내의 압력 및 온도 작용 하에서(예를 들어, 1 bar 내지 60 bar, 바람직하게는 8 bar 내지 20 bar, 특히 바람직하게는 10 bar 내지 15 bar의 범위에서) 액체와 함께 균질한 조성물로 혼련된다. 이러란 조성물은 주위 온도에서부터 단백질의 변성에 필요한 온도까지 공정 과정에서 가열된다.
압출물은 압출기를 떠날 때, 냉각 장치, 예를 들어, 냉각 다이를 통과한다. 이것은 압출물을 100℃ 미만의 온도로 낮춘다. 이를 달성하기 위해, 40℃ 내지 90℃, 바람직하게는 50℃ 내지 70℃ 범위의 온도를 갖는 냉각수가 냉각 다이에 사용된다.
냉각 다이에서 개선된 벽 슬라이딩 및 이에 따라 더 쉬운 공정 제어를 달성하기 위해, 오일이 압출기 내로 또는 냉각 다이 내로 주입될 수 있다.
또한, 대체육에 부드러운 조직감을 부여하기 위해 압출기 내에 기체가 도입될 수 있다. 예는 CO2, N2 및 SO2를 포함한다.
이하, 본 발명을 실시예를 들어 상세히 설명하나, 이러한 실시예는 본 발명을 예시하기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위로 실시예에 제한되는 것은 아니다.
실시예 1: 분말 원료의 살균 효과
본 발명의 방법에 따른 분말 원료의 살균의 효과를 살펴보기 위하여, 본 발명에 따른 살균 단계를 거친 원료와 상기 살균 단계를 거치지 않은 원료를 준비하였다.
살균 단계를 거친 원료를 수득하기 위하여, 분리대두단백을 기류식 분말 살균 장치의 원료 공급기에 넣어 로타리 밸브를 통해 가열 파이프라인 내로 주입하였다. 기류식 분말 살균 장치의 증기 발생기는 170℃의 과열 증기를 발생하도록 설정하였고, 가열 파이프라인 내에서 상기 과열 증기와 원료의 접촉 시간을 0.5초로 설정하였다. 기류식 분말 살균 장치의 원료 회수 수단(사이클론 분리기) 및 냉각 수단(냉각기)을 통과한 원료를 상온에서 회수하였다.
살균 단계를 거치지 않은 원료는 구입한 그대로 사용하였다.
동량의 상기 2종의 원료를 페트리 디쉬에서 PDA 배지(Sigma) 상에 넣은 다음, 25℃에서 7일 동인 배양하였다.
상기 배양 결과를 도 2에 나타내었다. 도 2의 좌측은 살균 단계를 거치지 않은 분리대두단백의 배양 사진이고, 우측은 살균 단계를 거친 분리대두단백의 배양 사진이다.
도 2에서 보는 바와 같이 살균 단계를 거치지 않은 분말 원료의 경우 4-5일부터 다양한 진균이 성장한 반면, 살균 단계를 거친 분말 원료의 경우 7일의 배양 시간에도 진균의 성장이 관찰되지 않았다.
상기 결과는 분말 원료를 본 발명의 방법에 따라 과열 증기로 살균함으로써 진균의 성장을 억제할 수 있음을 입증한다.
실시예 2: 본 발명의 방법에 따른 대체육의 제조
분리대두단백을 기류식 분말 살균 장치의 원료 공급기에 넣어 로타리 밸브를 통해 가열 파이프라인 내로 주입되게 하였다. 기류식 분말 살균 장치의 증기 발생기에서 170℃의 과열 증기가 발생되도록 설정하였고, 상기 과열 증기가 원료와 함께 가열 파이프라인을 0.5초 동안 통과하게 하였다. 기류식 분말 살균 장치의 원료 회수 수단 및 냉각 수단을 통과한 원료를 상온에서 회수하였다.
상기 살균된 분말 원료 50% 및 물 50%을 Buhler의 42 mm 이축 스크류 압출기에 주입하여 150℃의 온도에서 10초 동안 압출하였다. 이후, 압출물을 60℃의 냉각 다이를 통과시켜 대체육을 수득하였다.
실시예 3: 종래 방법에 따른 대체육의 제조
실시예 2에서 기류식 분말 살균 장치를 거치지 않은 분리대두단백 50% 및 물 50%을 Buhler의 42 mm 이축 스크류 압출기에 주입하여 150℃의 온도에서 10초 동안 압출하였다. 이후, 압출물을 60℃의 냉각 다이를 통과시켜 대체육을 수득하였다.
실시예 4: 대체육에서의 진균 성장의 비교
본 발명에 따라 압출 전에 분말 원료를 과열 증기로 살균하는 과정이 대체육에서의 진균 성장에 미치는 효과를 살펴보기 위하여, 상기 실시예 2 및 3에서 제조된 대체육을 실온에서 10일 동안 방치하였다.
상기 실험 결과를 도 3에 나타내었다. 도 3의 좌측은 살균 단계를 거치지 않고 제조된 실시예 3의 대체육의 사진이고, 우측은 살균 단계를 거쳐 제조된 실시예 2의 대체육의 사진이다.
도 3에서 보는 바와 같이 살균 단계를 거치지 않고 제조된 실시예 3의 대체육의 경우 6일째부터 진균의 성장이 관찰된 반면, 살균 단계를 거쳐 제조된 실시예 2의 대체육의 경우 10일의 배양 시간에도 진균의 성장이 관찰되지 않았다.
상기 결과는, 종래의 방법에 따라 압출 성형만을 거친 경우 진균의 성장이 발생할 수 있는 반면 본 발명의 방법에 따라 분말을 과열 증기로 일차 살균함으로써 진균의 성장을 억제할 수 있음을 입증한다.
실시예 5: 대체육의 관능 평가
본 발명에 따라 압출 전에 분말 원료를 과열 증기로 살균하는 과정이 대체육에서의 진균 성장에 미치는 효과를 살펴보기 위하여, 하기와 같이 조직감, 이취, 색 선호도, 수분감, 경도 및 전체 만족도에 대해 관능 평가를 실시하였다.
관능 평가는 맹검 검사에 의해 수행하였고, 훈련된 패널 40명(남성 17명, 여성 23명)가 5점 척도법(매우 좋지 않음(1점), 좋지 않음(2점), 보통(3점), 좋음(4점) 및 매우 좋음(5점))에 의해 각 항목을 평가하였다.
상기 관능 평가 결과를 하기 표 1 내지 3에 나타내었다.
패널 조직감 이취 색선호도 수분감 경도 전체만족도
1 2 3 3 2 3 3
2 2 2 2 3 2 2
3 2 2 3 3 4 3
4 2 3 3 1 3 2
5 3 2 3 2 4 3
6 3 2 4 2 3 4
7 3 2 4 2 3 2
8 5 4 3 3 5 5
9 2 1 3 3 2 2
10 2 3 2 2 5 3
11 2 3 2 3 2 3
12 3 2 4 3 3 4
13 3 2 3 2 3 3
14 2 2 2 2 3 3
15 2 2 2 3 3 2
16 3 2 2 3 4 3
17 3 2 3 3 3 3
18 3 3 3 3 4 3
19 3 2 3 3 3 3
20 2 3 2 3 2 3
21 3 2 4 3 2 3
22 3 3 4 3 5 5
23 3 2 5 3 3 2
24 5 2 3 5 3 4
25 2 2 3 2 3 3
26 2 3 3 3 3 3
27 2 2 4 3 3 3
28 2 2 3 4 3 3
29 3 3 3 3 3 3
30 3 2 2 3 2 3
31 4 2 5 3 3 4
32 4 2 2 2 3 3
33 3 2 3 2 3 3
34 3 2 3 3 4 3
35 4 2 3 2 4 3
36 3 2 4 3 3 4
37 2 3 3 3 3 3
38 3 3 2 3 3 3
39 4 3 3 3 4 4
40 3 3 3 3 3 3
패널 조직감 이취 색선호도 수분감 경도 전체만족도
1 3 3 4 3 4 4
2 4 3 3 4 3 4
3 3 4 3 3 4 3
4 3 3 3 5 4 4
5 2 4 3 4 4 3
6 4 4 4 4 3 4
7 4 3 4 4 4 5
8 3 3 4 3 4 3
9 3 3 4 3 3 3
10 4 3 4 3 5 5
11 4 4 3 3 4 4
12 2 4 4 4 5 4
13 3 2 3 3 3 3
14 3 4 3 3 4 3
15 5 5 3 3 5 5
16 3 5 3 3 4 4
17 4 5 3 3 4 5
18 4 5 3 3 3 5
19 4 5 4 3 3 5
20 3 4 3 4 3 4
21 4 3 3 3 3 3
22 5 4 3 3 4 4
23 4 5 3 3 3 4
24 3 2 3 5 3 4
25 3 4 3 3 3 3
26 3 5 3 4 4 4
27 3 5 3 4 3 4
28 4 3 3 4 4 4
29 3 5 3 4 3 4
30 3 3 3 4 4 3
31 3 3 3 4 3 3
32 4 4 3 4 3 4
33 3 5 3 3 3 5
34 4 4 3 3 3 4
35 3 3 4 3 3 4
36 3 3 4 3 3 3
37 3 3 4 3 3 3
38 3 4 4 5 4 4
39 4 3 4 5 4 5
40 3 3 3 4 4 4
구분 조직감 이취 색선호도 수분감 경도 전체만족도
실시예 3 2.8 2.4 3.0 2.8 3.2 3.1
실시예 2 3.4 3.8 3.3 3.6 3.6 3.9
상기 표 1은 살균 단계를 거치지 않고 제조된 실시예 3의 대체육에 대한 각 패널의 관능 평가 결과이고, 표 2는 살균 단계를 거쳐 제조된 실시예 2의 대체육에 대한 각 패널의 관능 평가 결과이다. 표 3은 표 1 및 표 2의 결과의 평균값을 보여주고, 도 4의 표 3의 결과의 스파이더 맵을 보여준다.
상기 결과에서 보는 바와 같이, 본 발명의 방법에 따라 분말 원료를 과열 증기로 일차 살균하여 제조된 대체육은 종래의 방법에 따라 상기 살균을 거치지 않은 대체육에 비해, 조직감, 이취, 색선호도, 수분감, 경도 및 전체 만족도가 훨씬 우수하였다. 특히, 본 발명에 따른 대체육은 종래 방법에 따른 대체육에 비해 조직감과 수분감 및 경도 등의 조직감이 매우 우수하였다. 이는 대체육의 분말 원료를 과열 증기로 살균함으로써 이들의 조직감을 실제 육류와 유사하게 할 수 있으며, 특히 대체육에 경도를 부여하고 수분감을 부여하는데 효과적임을 입증한다.

Claims (13)

  1. a) 원료를 계량하는 단계로서, 상기 원료는 하나 이상의 식물성 단백질을 포함하는 것인 단계;
    b) 상기 원료를 과열 증기(superheated steam)와 접촉시켜 살균시키는 단계로서, 상기 원료는 150 내지 180℃의 과열 증기와 함께 파이프라인을 통과하면서 과열 증기와 접촉되고, 상기 접촉은 0.2 내지 1.0초 동안 수행되는 것인 단계;
    c) 상기 살균된 원료를 압출기에서 압출하여 압출물을 생산하는 단계로서, 압출물의 고형분 함량은 20% 내지 60% 범위인 것인 단계,
    d) 압출물을 100℃ 미만의 온도로 냉각하면서 냉각 다이를 통해 압출기 밖으로 내보내는 단계
    를 포함하는, 육류와 유사한 조직감을 갖고 진균 성장이 억제된 대체육의 제조 방법.
  2. 제1항에 있어서, 원료는 대두, 완두콩, 밀, 카놀라, 병아리콩(chickpea), 파바빈(fava bean), 렌틸(lentil), 루핀(lupin), 녹두, 까치콩(haricot), 땅콩, 유채씨, 해바라기, 아몬드, 옥수수, 오트, 감자, 퀴노아, 쌀, 및 수수로 이루어진 군으로부터 선택된 어느 하나 이상의 식물로부터 유래되는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 원료는 분리대두단백(isolated soy protein)인 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제1항에 있어서, 상기 원료는 60% 이상의 단백질 함량을 갖는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항에 있어서, 상기 단계 b)는 기류식 분말 살균 장치에서 수행되는 것인 방법.
  6. 제5항에 있어서, 상기 기류식 분말 살균 장치는 원료와 과열 증기를 접촉하기 위한 가열 파이프라인을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제1항에 있어서, 상기 과열 증기는 0.1 내지 0.3 MPa의 압력을 갖도록 가압되는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제1항에 있어서, 단계 c)에서의 압출은 압출물이 20% 내지 60%의 고형분 함량을 갖도록 하는 조건 하에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. 제1항에 있어서, 단계 c)에서의 압출기의 온도는 80℃ 내지 180℃ 범위로 설정되는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제1항에 있어서, 단계 c) 동안 압출기에 기체를 제공하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제1항에 있어서, 상기 기체는 CO2, N2, N2O, NH3 또는 SO2인 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제1항에 있어서, 상기 기체는 압출기 내로 원료의 총 중량을 기준으로 0.01 내지 5 중량%의 양으로 도입되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항의 방법에 의해 제조된 대체육.
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