KR20240038683A - 식이섬유 함유 감미 조성물 및 이의 제조 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 식이섬유 함유 감미 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 식이섬유 함량이 높은 함량으로 결정형 감미입자에 함께 결착시켜 식이섬유를 과량 함유하는 설탕을 제조하는 방법 및 조성물에 관한 것이다.

Description

식이섬유 함유 감미 조성물 및 이의 제조 방법 {Sugar composition including dietary fiber and method of preparing for the same}
본 발명은 식이섬유 함유 감미 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 식이섬유 함량이 높은 함량으로 결정형 감미입자에 함께 결착시켜 식이섬유를 과량 함유하는 설탕을 제조하는 방법 및 조성물에 관한 것이다. 이때 주정을 이용한 코팅 및 감압건조 방식으로 결정형인 설탕 분말과 비결정형인 식이섬유 분말을 균일하게 혼합할 수 있으며 동시에 미분을 감소시키고 생산물의 수율을 향상시킬 수 있다.
설탕은 체내에서 쉽게 소화, 흡수되고 혈당을 빠르게 증가시키기 때문에 당뇨, 비만 등을 유발하여 설탕이 과량 함유된 식품은 건강을 해친다는 인식이 있다.
설탕 섭취를 줄이기 위해 설탕의 일부를 식이섬유 등으로 대체하여 설탕 섭취량 감소와 건강기능성 효과를 동시에 얻을 수 있는 대체 감미료 개발이 진행되어 왔다.
식이섬유, 예를 들면 난소화성말토덱스트린은 배변활동 원활, 식후 혈당상승 억제, 혈중 중성지질 개선 등의 기능성 효과를 가지고 있어 건강기능식품원료로 등재되어 있으며 건강지향 컨셉의 제품에 활용도가 높다. 하지만 난소화성말토덱스트린은 유동성이 나빠 단독으로 섭취시 미분이 날리고 취급이 용이하지 않은 단점이 있다.
이에, 설탕과 같은 감미료를 식이섬유와 혼합하여 균일한 혼합도와 감미도를 가지며, 재분리가 방지되며, 식이섬유 함량이 높은 감미 조성물을 제공할 필요가 있다. 이에, 감미료, 예를 들면 설탕과 식이섬유, 예를 들면 난소화성말토덱스트린의 혼합 균일도를 높이기 위해서는 두 성분을 결착시킬 수 있는 결착제 또는 결착 용액이 필요하나, 혼합 원료 성분의 일부를 분무액으로 사용하는 종래의 기술은 식이섬유를 고르게 분산시키지 못하고, 식이섬유 분말의 뭉침현상을 증가시켜 생산 수율을 떨어뜨리기 때문에, 감미 조성물에 식이섬유 함량을 일정량 이상 증가시키기 어려운 단점이 있다.
따라서, 본 발명은 혼합 원료 성분 이외의 물질인 주정을 코팅액으로 사용하고 감압건조 방식을 적용시켜 식이섬유의 뭉침현상을 감소시키고 결정형인 설탕과 비결정형인 식이섬유를 충분히 결착시켜 식이섬유 함량을 일정량 이상 높일 수 있는 식이섬유 고함유 설탕 조성물을 얻고자 한다.
또한, 본 발명은 식이섬유를 고함량으로 함유하는 식이섬유 함유 설탕 조성물 및 이의 제조방법을 제공하고자 한다.
또한, 결정형 감미료와 다량의 식이섬유를 결착시키기 어려운 부분이 있기 때문에 이러한 문제점을 해결하고자, 주정 코팅 및 감압건조 방식을 적용한 식이섬유 고함유 감미 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명은 설탕과 기능성 분말소재가 균일한 조성비로 분포하는 것을 기본으로 하여 코팅 및 건조 방법을 달리함으로써, 미분 감소 및 균일한 분포도, 그리고 제조 공정 중 뭉침현상에 의한 식이섬유 손실량을 줄여 산업적 생산 효율을 높이는 방법을 제공한다. 동시에 식이섬유를 높은 함량으로 함유하는 감미 조성물을 제공할 수 있다.
본 발명의 일 예는 결정형의 감미료와 비결정형인 분말 형태의 감미 또는 기능성 소재는 두 성분의 입자 형태가 다르기 때문에 결착, 코팅, 과립 등의 균일한 분말상을 만드는 것이 쉽지 않다. 그렇기 때문에, 감미료 및 식이섬유의 혼합율을 높이고 고함량의 식이섬유와 설탕을 포함하는 당류 조성물의 제조 방법을 제공한다. 상기 감미 조성물은, 반응조에서 교반하면서, 결정형 감미료와 비결정형 식이섬유 분말의 혼합물에 에탄올 수용액을 분무하고, 진공 장치 내 진공압 15,000~150,000 Pa, 바람직하게는 50,000~100,000 Pa, 더욱 바람직하게는 60,000~96,000 Pa이며, 진공 장치 내 온도는 30~90℃, 바람직하게는 50~70℃ 온도 범위에서 감압 건조하여 제조될 수 있다. 상기 제조방법에 의해 설탕과 감미소재 또는 식이섬유 등이 균일한 조성으로 분포하며, 감압 건조 방법을 채택하여 미분 손실량을 줄이고 산업적 생산 효율을 높이는 입상 감미 조성물의 제조방법을 제공한다.
구체적으로, 상기 식이섬유 함유 감미 조성물을 제조하는 방법은
(1) 결정형 감미료와 식이섬유를 고상 혼합하는 단계
(2) 상기 혼합물에 원료 이외의 제3의 물질인 주정 또는 이의 수용액의 코팅액을 분무하는 액상 코팅 단계,
(3) 상기 액상 코팅된 혼합물이 담긴 혼합기에 진공을 가하여 낮은 압력에서 수분을 증발시켜 건조하는 단계를 포함한다.
이하, 본 발명을 더욱 자세히 설명하고자 한다.
본 발명에 따른 분말상 감미 조성물은 결정형 감미료와 비결정형 식이섬유 분말을 포함하며, 식이섬유 분말은 결정형 감미료 분말의 표면에 코팅되거나 결착된 형태로 감미 조성물에 포함된다.
본 발명에 따른 감미 조성물은, 수분함량 0.5 중량% 이하이고, 제조된 감미 조성물, 즉 혼합당 회수율이 90% 이상이고, 미분량이 10% 이하일 수 있다. 상기 입상 감미 조성물의 균일도는 결정형 감미입자 및 비결정형 식이섬유의 함량 평균 중량%의 편차가 ±1.5 중량% 이하, 바람직하게는 ±1.0 중량% 이하인 것일 수 있다.
상기 분말상 감미 조성물은, 예를 들면 결정형 감미료 분말과 비결정형 식이섬유를 포함하는 감미 조성물 100 중량%를 기준으로, 식이섬유가 1중량%이상으로 포함하며, 예를 들면 상기 결정형 감미료가 40~99 중량%, 식이섬유 소재가 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 결정형 감미료가 40~98 중량%, 식이섬유 소재가 2 내지 60 중량%일 수 있다. 식이섬유 소재의 혼합비율이 높으면 미분과 무거리 증가의 원인이 되며, 결정형 감미료와 유사한 감미질을 구현하기 어려운 단점이 있으며, 혼합비율이 낮으면 칼로리 저감과 기능성 효과가 줄어드는 단점이 있다.
본 발명에 따른 감미 조성물 100 중량%를 기준으로 포함되는 식이섬유 함량은 1 내지 60 중량%, 바람직하게는 2 내지 60중량%, 2 내지 50 중량%, 2 내지 40 중량%, 2 내지 30 중량%, 4 내지 60 중량%, 4 내지 50 중량%, 4 내지 40 중량%, 4 내지 30 중량%, 5 내지 60 중량%, 5 내지 50 중량%, 5 내지 40 중량%, 5 내지 30 중량%, 6 내지 60중량%, 6 내지 50 중량%, 6 내지 40 중량%, 또는 6 내지 30 중량%일 수 있다.
본 발명에 따른 분말상 감미 조성물은 성분 간의 당 조성 편차가 ±1.5 % 이하, 예를 들면 ±1.0% 이하인 것이 바람직하다. 또한, 상기 감미 조성물은, 전체 감미 조성물 100 중량%를 기준으로 16mesh 진동체를 통과하지 못한 입자의 함량(무거리 함량)이 10 중량% 이하이고, 80mesh 진동체를 통과한 입자의 함량(미분 함량)이 10.0 중량% 이하일 수 있으며, 바람직하게는 무거리 함량은 6 중량% 이하이고, 미분 함량은 8.0 중량% 이하일 수 있다.
본 발명에 따른 분말상 감미 조성물에 포함된 결정형 감미료 분말은 설탕, 과당 및 알룰로스로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 설탕은 정제도에 따라 백설탕, 황설탕 등일 수도 있고, 평균입경에 따라 정백당, 세립당, 미립당, 또는 분당일 수도 있다.
상기 결정형 감미료 분말의 입경은 감미료 분말 100 중량%를 기준으로 20mesh 이하 80mesh 이상의 입자크기(20mesh 진동체를 통과하나 80mesh 진동체를 통과하지 못하는 크기)를 갖는 입자가 50 내지 98 중량%이고 80mesh 이하의 크기(80mesh를 통과한 크기)를 갖는 입자가 2 내지 50 중량%일 수 있다. 바람직하게는 설탕, 알룰로스 및 결정 과당은 각 시료마다 상기 설정된 범위를 고려하여 적절한 입자크기를 선정하여 제조할 수 있다.
예를 들면, 상기 설탕 입도 분포는 설탕 조성물 100중량%를 기준으로 20mesh이하 80mesh 이상의 입자크기(20mesh 진동체를 통과하나 80mesh 진동체를 통과하지 못하는 크기)를 갖는 입자가 50 내지 98 중량%이고 80mesh 이하의 크기(80mesh를 통과한 크기)를 갖는 입자가 2 내지 50 중량%인 것이며, 바람직하게는 20mesh이하 80mesh 이상의 크기를 갖는 입자가 80~95 중량%이고, 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 5 내지 20 중량%인 것일 수 있다.
본 발명에 따른 분말상 감미 조성물에 포함된 비결정형 식이섬유는, 난소화성 말토덱스트린, 이눌린 및 폴리덱스트로스로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다. 상기 비결정형 또는 비결정 상태는 결정을 이루지 못한 무정형 상태의 고체 형태로 분말, 과립 등을 포함하는 의도이다.
본 명세서에서 용어, 식이섬유는 식품 중에서 채소, 과일, 해조류 등에 많이 들어 있는 섬유질 또는 셀룰로스로 알려진 성분으로, 사람의 소화 효소로는 소화되지 않고 몸 밖으로 배출되는 고분자 탄수화물을 의미한다. 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 또는 리그닌 등이나, 수용성 식이섬유, 예를 들어 과실류의 펙틴, 식물성 검류, 또는 해조류의 다당류 등을 포함할 수 있으며, 생물공학적 방법에 의해 생산되는 폴리덱스트로스(polydextrose), 저분자량 알긴산, 또는 난소화성 말토덱스트린 등을 포함할 수 있다. 이에, 본 발명에 따른 식이섬유는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴, 식물성 검류, 해조류의 다당류, 이눌린, 폴리덱스트로스(polydextrose), 알긴산, 및 난소화성 말토덱스트린으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상일 수 있다.
상기 난소화성말토덱스트린은 식이섬유 성분이 풍부하여 배변활동 원활, 식후 혈당상승 억제, 혈중 중성지실 개선 등의 효과를 갖고 있으며 건강기능식품원료로써 건강지향 컨셉 제품에 활용도가 매우 높다. 그러나 가벼운 분말상의 제품 특성으로, 단독으로 섭취 또는 활용할 경우 미분 날림이 심하여 취급이 용이하지 않는 단점이 있다.
본 발명에 적용 가능한 식이섬유 소재의 입도 분포는 20mesh이하 80mesh 이상의 크기를 갖는 입자가 3 내지 40 중량%이고, 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 60 내지 97 중량%이며, 바람직하게는 20mesh이하 80mesh 이상의 크기를 갖는 입자가 3 내지 20 중량%이고 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 80 내지 97 중량%일 수 있다. 혼합되는 두 성분의 입도가 비슷하면 혼합 후 균일도를 증가시킬 수 있으며 입도 차이가 크면 혼합 후 균일도가 떨어지는 문제가 있다.
입자 형태가 다른 두 성분이 균일하게 혼합되고 분리되지 않고 균일성을 유지하기 위해서는 단순 믹싱의 방법보다는 두 성분을 결착시킬 수 있는 코팅액을 이용한 결착이 필요하다. 코팅액은 혼합 원료 성분의 일부인 설탕을 코팅액으로 사용하는 것보다 주정을 사용하는 것이 비결정형의 식이섬유 분말 소재 손실을 줄여주어 적합하다. 코팅액의 물 성분이 혼합 조성물을 결착시키는 역할을 해주며, 주정은 미분형태인 식이섬유 분말 소재의 뭉침을 막아주고 고르게 분산시켜주는 효과를 더해 설탕코팅보다 좀 더 균일도가 우수한 것을 확인할 수 있었다.
이에, 본 발명에 적용되는 코팅액은 에탄올 30 내지 90 wt/wt%로 포함하는 에탄올 수용액일 수 있다. 상기 코팅액은 상기 결정형 감미료와 비결정형 식이섬유 분말의 합계 중량 100중량부를 기준으로, 0.1 내지 20 중량부, 0.5 내지 20 중량부, 1 내지 20 중량부, 0.1 내지 15 중량부, 0.5 내지 15 중량부, 1 내지 15 중량부, 0.1 내지 10 중량부, 0.5 내지 10 중량부, 1 내지 10 중량부, 0.1 내지 8 중량부, 0.5 내지 8 중량부, 1 내지 8 중량부, 0.1 내지 6 중량부, 0.5 내지 6 중량부, 또는 1 내지 6 중량부로 처리하는 것일 수 있다.
그렇기 때문에 코팅액의 발효주정의 함량이 높으면 결착력이 떨어져 균일성이 낮으며, 반대로 발효주정의 함량이 낮으면 결착력이 강해져 혼합 균일도가 좋아지지만 식이섬유 분말 소재의 뭉침현상을 키울 수 있어 적절한 발효주정 혼합비율이 필요하다. 또한, 결정과당 또는 알룰로스 결정과 폴리덱스트로스 또는 이눌린의 혼합에서도 설탕과 난소화성말토덱스트린 건조 분말과 같이 조성물 편차가 1% 이하로 유사한 효과를 확인할 수 있었다.
상기 코팅액은, 혼합에 사용되는 결정형 감미료과 비결정형 식이섬유의 합계 함량 100 중량부를 기준으로 0.5 내지 20 중량부, 보다 바람직하게는 1 내지 6 중량부일 수 있다. 상기 코팅액은 결정형 감미료과 비결정형 식이섬유 또는 이들의 고상 혼합물에 분무하여 사용될 수 있으며, 코팅액의 분무량이 많으면 건조시간이 길어지는 문제가 있으며, 분무양이 너무 적으면 제품의 균일도가 떨어질 수 있다.
상기 코팅액은 에탄올 수용액 일 수 있으며, 예를 들면 에탄올 30 내지 90 w/w%, 40 내지 90 w/w%, 바람직하게는 55 내지 75 w/w%로 포함하는 에탄올 수용액일 수 있다.
종래에 원료 성분 중 하나인 설탕 용액으로 코팅하는 기술에 비해, 본원 발명과 같이 보다 주정 코팅방법에서 생산 제품 내 미분함량이 더 줄어드는 것을 확인하였다. 코팅액의 발효주정 함량이 낮으면 미분의 감소가 크지만, 너무 높으면 제품 내 무거리 함량이 증가하여 공정 수율에 영향을 미치게 된다. 따라서, 생산된 제품 내 미분과 무거리 함량을 고려하여 코팅액의 발효주정 함량을 설정하는 것이 좋다.
본 발명에 따른 감미 조성물의 진공 건조는, 진공 장치 내 진공압 15,000 내지 150,000 Pa, 바람직하게는 50,000 내지 100,000 Pa, 더욱 바람직하게는 60,000 내지 96,000 Pa이며, 진공 장치 내 온도는 30 내지 90℃, 바람직하게는 50 내지 70℃ 범위일 수 있다. 진공압이 너무 낮으면, 진공에 의해 수분 증발이 원활하게 이루어지지 않으며, 너무 높을 경우에는 작업 효율이 떨어지며, 유틸리티 비용이 비효율적으로 높아질 수 있다. 또한 온도가 너무 낮을 경우, 진공압이 적당하더라도 건조 시간이 길어지면서 입자간의 마찰이 심해져 미분 생성량이 더 증가할 수 있으며, 온도가 너무 높을 경우 건조는 빠른 시간 내에 이루어 지나, 배출하기에 적합한 온도(40℃수준)까지 냉각시키는 데에 오랜 시간이 소요되므로 이 역시 작업 효율성이 떨어지게 된다. 혼합물의 내부 온도가 너무 높은 상태에서 배출시키게 되면, 외부 온도와의 차이로 인해 응결이 발생하여 고화 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명에 의해 결정형 감미 입자 및 비결정형 식이섬유 입자 고상 혼합 및 에탄올 수용액을 코팅액 또는 분무액으로 분무에 의해 혼합하는 과정에서 진공 건조 방식으로 수행하여 제조할 경우, 조성물을 구성하는 각각의 성분이 균일한 조성으로 분포하는 것은 물론이고, 열풍 건조와 유동층 건조 등과 같은 건조방식에 비해 미분 생성량이 감소하며 제품 손실량을 줄일 수 있으며, 따라서 생산성을 향상시켜 작업 효율성을 높이는 효과를 갖는다. 또한, 에탄올 수용액 코팅액을 사용하여 제조함으로써, 분말상 감미 조성물에 식이섬유 함량을 높일 수 있는 장점이 있다.
이하에서, 본 발명에 따른 입상 감미 조성물의 제조방법을 단계별로 자세히 설명하고자 한다.
감미 조성물의 제조를 위한 혼합, 코팅 및 건조 공정은 반응조에서 교반하면서 수행할 수 있다. 상기 반응조는 선속도 1 내지 15 m/s로 회전하는 것일 수 있다. 상기 교반은 반응조 자체가 운동하거나, 교반 날개의 운도 또는 교반조와 교반날개의 온동으로 수행될 수 있으며, 상기 운동은 회전, 상하 운동 및 진동을 포함하는 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
혼합 단계
식이섬유 입자와 결정형 감미 입자를 균일하게 혼합하는 단계로서, 결정형 감미 입자와 식이섬유 입자를 고상으로 혼합하는 단계이다.
본 발명에 사용되는 결정형 감미 입자는, 결정형 감미 입자 100 중량%를 기준으로 20mesh 이하(-) 내지 80mesh 이상(+)의 입자크기(20mesh 진동체를 통과하나 80mesh 진동체를 통과하지 못하는 크기)를 갖는 입자가 50 내지 98중량%이고 80mesh 이하(+)의 크기(80mesh를 통과한 크기)를 갖는 입자가 2 내지 50 중량%인 것이며, 바람직하게는 20mesh이하(-) 내지 80mesh 이상(+)의 크기를 갖는 입자가 80 내지 95 중량%이고, 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 5 내지 20 중량%인 것일 수 있다. 혼합되는 감미소재의 입도가 커지면 혼합 후 균일도가 떨어지며 입도가 작아지면 미분에 의해 뭉침이 생기고 균일도가 떨어진다. 참고로 (+)표시는 해당 메시를 갖는 체를 통과하지 못하는 것이고, (-) 표시는 해당 메시를 갖는 체를 통과한 것을 나타낸다.
또한, 상기 혼합물을 제조하는 단계에 있어서, 교반을 하면서 수행할 수 있으며, 상기 반응조는 선속도 1 내지 15 m/s로 회전하는 것일 수 있다. 상기 교반은 반응조 자체가 운동하거나, 교반 날개의 운도 또는 교반조와 교반날개의 운동으로 수행될 수 있으며, 상기 운동은 회전, 상하 운동 및 진동을 포함하는 다양한 방법으로 수행될 수 있다.
상기 혼합물을 제조하는 단계는 특정한 온도, 압력 또는 시간 범위를 필요치 않고 다른 종류의 분말이 균질하게 혼합할 수 있는 조건을 충족하면 된다. 결정형 감미입자 또는 비결정형 식이섬유 입자는 바람직하게는 35 내지 80℃ 바람직하게는 45 내지 70℃ 에서 0.1 내지 60분간 혼합할 수 있다.
코팅액의 분무 혼합
상기 고상 혼합 단계에 이후에, 에탄올 수용액을 고상 혼합 단계의 혼합물에 분무하는 코팅 또는 결착하는 단계이다.
상기 분무를 위한 에탄올 수용액은 상기 혼합물 제조에 사용되는 결정형 감미 입자와 비결정형 식이섬유 분말의 합계 100 중량부를 기준으로 0.1 내지 20 중량부, 0.5 내지 20 중량부, 1 내지 20 중량부, 0.1 내지 15 중량부, 0.5 내지 15 중량부, 1 내지 15 중량부, 0.1 내지 10 중량부, 0.5 내지 10 중량부, 1 내지 10 중량부, 0.1 내지 8 중량부, 0.5 내지 8 중량부, 1 내지 8 중량부, 0.1 내지 6 중량부, 0.5 내지 6 중량부, 또는 1 내지 6 중량부로 포함하는 것일 수 있다.
상기 분무액 양이 과도하면 수율이 떨어지며, 분무액 양이 너무 적으면 혼합도가 떨어지므로 상기 범위로 사용할 수 있다. 상기 에탄올 수용액은 예를 들면 에탄올 30 내지 90 w/w%, 40 내지 90 w/w%, 바람직하게는 55 내지 75 w/w%로 포함하는 에탄올 수용액일 수 있다. 상기 코팅층을 형성하는 단계에서 반응조 내부 온도는 감압 건조 단계의 온도와 동일 또는 유사하게 설정할 수 있으며. 구체적으로 공정 내부 온도는 30 내지 90℃, 바람직하게는 50 내지 70℃ 범위일 수 있다.
감압 건조 단계
상기 코팅층이 형성된 감미 소재 분말을 건조시키는 것을 포함한다. 혼합물에 진공을 가하여, 낮은 외부 온도에서 수분을 증발시켜 건조하는 단계일 수 있다.
상기 액상 코팅 혼합 단계의 혼합물이 담긴 반응조에 진공을 가하여, 낮은 외부 온도에서 수분을 증발시켜 건조하는 단계이다. 구체적으로, 15,000 내지 150,000 Pa, 바람직하게는 50,000 내지 100,000 Pa, 더욱 바람직하게는 60,000 내지 96,000 Pa 및 온도 30 내지 90℃, 바람직하게는 50 내지 70℃ 범위 조건하에서 감압 건조하는 단계일 수 있다.
상기 진공 건조는 수분 0.5% 이하가 될 때까지 교반하면서 건조할 수 있다. 종래의 유동층 건조 방식 또는 열풍 건조 방식에 비교하여, 미분 손실량이 현저히 감소하여, 혼합당의 수율이 높아지고, 공정 효율은 높아지고 공정 에너지가 감소한 효과가 있다. 그리고, 유동층 건조나 열풍 건조 방식은 상대적으로 혼합하는 이종의 감미 소재 입도의 차이에 혼합당 생성의 균질성 및 효율에 영향을 많이 받아 예민하지만, 본원은 소재의 입도 차이에 크게 관계없이 입상 감미 조성물 또는 혼합당을 균일하고 높은 수율로 생산하는 것이 가능한 장점이 있다.
상기 반응조에 가해지는 진공압은 진공압 15,000 내지 150,000 Pa, 바람직하게는 50,000 내지 100,000 Pa, 더욱 바람직하게는 60,000 내지 96,000 Pa이며, 진공 장치 내 온도는 30 내지 90℃, 바람직하게는 50 내지 70℃ 범위일 수 있다. 진공압이 너무 낮으면, 진공에 의해 수분 증발이 원활하게 이루어지지 않으며, 너무 높을 경우에는 작업 효율이 떨어지며, 유틸리티 비용이 비효율적으로 높아질 수 있다. 또한 온도가 너무 낮을 경우, 진공압이 적당하더라도 건조 시간이 길어지면서 입자 간의 마찰이 심해져 미분 생성량이 더 증가할 수 있으며, 온도가 너무 높을 경우 건조는 빠른 시간 내에 이루어지나, 배출하기에 적합한 온도(40 ℃수준)까지 냉각시키는 데에 오랜 시간이 소요되므로 이 역시 작업 효율성이 떨어지게 된다. 혼합물의 내부 온도가 너무 높은 상태에서 배출시키게 되면, 외부 온도와의 차이로 인해 응결이 발생하여 고화 문제를 일으킬 수 있다.
본 발명의 일예에서, 상기 감미 조성물을 적용한 식품 조성물 및 음료 조성물 등을 제조할 수 있으며 바람직하게는 분말상 식품 및 음료제품, 이들 제품을 제조하기 위한 조성물에 첨가될 수 있다. 상기 식품 및 음료 제품은, 상기 음료 조성물은 분말 차제품 또는 커피 제품 등에 적용될 수 있다.
본 발명은 식이섬유 함유 감미 조성물을 제조하는 방법에 관한 것으로서, 식이섬유 함량이 높은 함량으로 결정형 감미입자에 함께 결착시켜 식이섬유를 과량 함유하는 설탕을 제조하는 방법 및 조성물에 관한 것이다. 이때 주정을 이용한 코팅 및 감압건조 방식으로 결정형인 설탕 분말과 비결정형인 식이섬유 분말을 균일하게 혼합할 수 있으며 동시에 미분을 감소시키고 생산물의 수율을 향상시킬 수 있다.
하기 실시예를 들어 본 발명을 더욱 자세히 설명할 것이나, 본 발명의 보호범위가 하기 예시적인 실시예의 범위로 한정되는 의도는 아니다.
이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명하기 위하여 실시예를 든다. 또한, 각 예 중, "부" 및 "%"는 특별히 기재하지 않는 한, "중량부" 및 "중량%"를 나타낸다.
비교예1: 고상혼합에 의한 제조
설탕과 식이섬유의 혼합물 중량을 기준으로, 설탕은 90 중량%과 식이섬유 10 중량%의 비율로 총 9kg이 되도록 계량하였다. 식이섬유 소재로는 난소화성말토덱스트린을 사용하였다. 혼합에 사용한 설탕과 난소화성말토덱스트린의 입도 분포는 표 1과 같다.
계량한 설탕 분말과 난소화성말토덱스트린 분말의 혼합물은 감압건조기에 투입하여 고상 상태에서 회전 선속도는 4.7m/s로하여 20분 동안 혼합한 후 배출하였다. 혼합은 혼합기의 온도 가온없이 상온에서, 진공없이 진행하였다.
상기 방법으로 제조된 혼합 조성물의 성분 균일성을 확인하기 위해 당 함량 분석을 실시하였고, 미분과 무거리함량을 비교하기 위해 입도 분포를 분석하여 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다. 하기 표 1은 설탕 및 난소화성말토덱스트린(NMD) 입도분포를 나타낸다.
항목 Mesh 크기별 입도 분포
20上 40上 60上 80上 100上 pan
설탕 2.7 53.3 30.5 8.4 2.3 2.8
NMD 0 0 0.3 3.4 5.6 90.7
비교예 2: 설탕 용액을 이용한 제조
설탕과 식이섬유의 혼합물 중량을 기준으로, 설탕은 90 중량%과 식이섬유 10 중량%의 비율로 총 9kg이 되도록 계량하였다. 식이섬유 소재로는 난소화성말토덱스트린을 사용하였다. 상기 설탕분말 중 설탕 0.108kg을 물에 용해하여 60 brix 설탕용액으로 제조하였다.
잔량의 설탕 7.992kg과 난소화성말토덱스트린 분말 0.9kg를 감압건조기에 투입하여 고상 상태에서 먼저 혼합한 후, 설탕의 일부 용액을 액상 분무하여 코팅되도록 하였다. 이때 건조기 내부의 온도는 55℃, 회전 선속도는 4.7m/s, 진공압력은 80,000Pa로 감압건조를 진행하였다. 상기 조건하에서 20분 동안 건조 후 배출하였다. 상기 방법으로 제조된 혼합 조성물의 성분 균일성을 확인하기 위해 당 함량 분석을 실시하였고, 미분과 무거리함량을 비교하기 위해 입도 분포를 분석하여 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.
실시예 1 내지 3: 주정을 이용한 제조
설탕과 식이섬유의 혼합물 중량을 기준으로, 설탕은 90 중량%과 식이섬유 10 중량%의 비율로 총 9kg이 되도록 계량하였다. 식이섬유 소재로는 난소화성말토덱스트린을 사용하였다.
상기 계량한 설탕 분말과 난소화성말토덱스트린 분말의 혼합물은 감압건조기에 투입하여 고상 상태에서 먼저 혼합한 후, 설탕과 난소화성말토덱스트린의 합계 중량을 기준으로 1.5 중량%의 주정(에탄올 95 V/V %) 혼합액을 액상 분무하여 코팅되도록 하였다. 이때 건조기 내부의 온도는 55℃, 회전 선속도는 4.7m/s, 진공압력은 80,000Pa로 감압건조를 진행하였다.
발효주정은 주정함량이 95 v/v%인 것을 사용하였으며, 코팅액은 발효주정 80중량% 및 물 20 중량%의 혼합액, 발효주정 65 중량% 및 물 35 중량%의 혼합액, 및 발효주정 50 중량% 및 물 50 중량%의 혼합액을 각각 사용하였다. 상기 조건하에서 20분 동안 건조 후 배출하였다.
상기 사용한 코팅액의 종류에 따라 얻어진 건조 분말을 각각 발효주정 80중량% 및 물 20 중량%의 혼합액을 사용한 실시예 1, 발효주정 65 중량% 및 물 35 중량%의 혼합액을 사용한 실시예 2, 및 발효주정 50 중량% 및 물 50 중량%의 혼합액을 사용한 실시예 3으로 구분하였다.
상기 방법으로 제조된 혼합 조성물의 성분 균일성을 확인하기 위해 당 함량 분석을 실시하였고, 미분과 무거리함량을 비교하기 위해 입도 분포를 분석하여 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.
실시예 4-5
설탕과 식이섬유의 혼합물 중량을 기준으로, 설탕 96 중량%과 식이섬유 4 중량%의 비율(실시예 4), 설탕 70 중량%과 식이섬유 30 중량%의 비율(실시예 5)로 각각 총 9kg이 되도록 계량하였다. 식이섬유 소재로는 난소화성말토덱스트린을 사용하였다. 상기 혼합 원료는 비교예 1과 동일한 것을 사용하였다.
상기 계량한 설탕 분말과 난소화성말토덱스트린 분말의 혼합물은 감압건조기에 투입하여 고상 상태에서 먼저 혼합한 후, 설탕과 난소화성말토덱스트린의 합계 중량을 기준으로 1.5 중량%의 주정 혼합액을 액상 분무하여 코팅되도록 하였다. 발효주정은 주정함량이 95%인 것을 사용하였으며, 코팅액은 발효주정 65 중량% 및 물 35 중량%의 혼합액을 사용하였다. 이때 건조기 내부의 온도는 55℃, 회전 선속도는 4.7m/s, 진공압력은 80,000Pa로 감압건조를 진행하였다. 상기 조건하에서 20분동안 건조 후 배출하였다. 상기 방법으로 제조된 혼합 조성물의 성분 균일성을 확인하기 위해 당 함량 분석을 실시하였고, 미분과 무거리함량을 비교하기 위해 입도 분포를 분석하여 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다.
실시예 6-9
결정 감미료와 비결정형의 식이섬유 혼합물 중량을 기준으로, 결정 감미료 90 중량%와 식이섬유 10 중량%의 비율로 총 9kg이 되도록 계량하였다. 결정 감미료 소재로는 설탕과 결정과당, 알룰로스 결정, 식이섬유 소재로는 난소화성말토덱스트린과 폴리덱스트로스(PD), 이눌린을 각각 사용하였다. 상기 혼합 원료 중 설탕과 난소화성말토덱스트린은 비교예1과 동일한 것을 사용했으며, 결정과당, 알룰로스, PD, 이룰린의 입도분포는 아래 표 2와 같다.
상기 계량한 결정 감미료와 식이섬유 분말의 혼합물은 감압건조기에 투입하여 고상 상태에서 먼저 혼합한 후, 결정 당류와 식이섬유 분말 합계 중량을 기준으로 1.5 중량%의 주정 혼합액을 액상 분무하여 코팅되도록 하였다. 발효주정은 주정함량이 95%인 것을 사용하였으며, 코팅액은 발효주정 65중량% 및 물 35 중량%의 혼합액을 사용하였다. 이때 건조기 내부의 온도는 55℃, 회전 선속도는 4.7m/s, 진공압력은 80,000Pa로 감압건조를 진행하였다. 상기 조건하에서 20분동안 건조 후 배출하였다. 상기 사용한 원료 종류에 따라 얻어진 건조 분말을 각각 설탕과 폴리덱스트로스를 사용한 실시예 6, 설탕과 이눌린을 사용한 실시예 7, 결정과당과 난소화성말토덱스트린을 사용한 실시예 8, 알룰로스 결정과 난소화성말토덱스트린을 사용한 실시예 9로 구분하였다.
상기 방법으로 제조된 혼합 조성물의 성분 균일성을 확인하기 위해 당 함량 분석을 실시하였고, 미분과 무거리함량을 비교하기 위해 입도 분포를 분석하였다. 그 결과를 표 3 및 표 4에 나타내었다. 하기 표 2는 결정형 감미료 및 식이섬유 소재의 입도 분포를 나타낸다.
항목 Mesh 크기별 입도 분포
20上 40上 60上 80上 100上 pan
결정과당 3.0 40 43.8 8 2.5 2.7
알룰로스 0 4.7 50.1 24.6 8.5 12.1
PD 0 0 0.5 4.0 6.2 89.3
이눌린 0 0.5 0.3 2.7 5.1 91.4
시험예 1. 당함량 균일도 분석
비교예 1과 2, 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 설탕 또는 결정 당류 및 식이섬유 혼합물 내의 각 성분이 균일하게 혼합되어 기능성 소재인 식이섬유 분말이 전체에 걸쳐서 고르게 분포하는지를 확인하고자, 각 시료의 6곳을 무작위로 3g씩 부분 채취한 후, 고속 액체크로마토그래피로 분석하여 각 샘플의 당 조성을 확인하였으며 결과는 하기 표 3에 나타내었다. 하기 표 3은 감미 조성물의 균일도 비교 (평균중량%)을 나타낸다.
구분 결정형 감미료 함량 식이섬유 함량 편차(±%)
비교예 1 93.4 6.6 1.7
비교예 2 93.0 7.0 1.2
실시예 1 93.0 7.0 0.67
실시예 2 92.2 7.8 0.15
실시예 3 91.3 8.7 0.20
실시예 4 96.2 3.8 0.1
실시예 5 74.7 25.3 1.0
실시예 6 92.2 7.8 0.35
실시예 7 92.5 7.5 0.4
실시예 8 92 8 0.25
실시예 9 92 8 0.3
상기 조성물에서 성분 간의 당 조성 편차가 1.0 % 이하 수준까지 혼합이 균일하게 잘 이루어진 것으로 결정하였다. 당조성 편차 결과에 따라서, 단순 혼합에 비하여 설탕코팅의 균일도가 우수하고 발효주정 코팅의 균일도가 좀 더 우수한 것을 확인하였다.
입자 형태가 다른 두 성분이 균일하게 혼합되고 분리되지 않고 균일성을 유지하기 위해서는 단순 믹싱의 방법보다는 두 성분을 결착시킬 수 있는 코팅단계가 필요하다. 코팅액은 혼합 성분의 일부인 설탕을 코팅액으로 사용하는 것보다 발효주정을 코팅액으로 사용하는 것이 비결정형의 식이섬유 분말 소재 손실을 줄여주어 더 적합하다. 코팅액의 물 성분이 혼합 조성물을 결착시키는 역할을 해주며, 이때 주정은 미분형태인 식이섬유 분말 소재의 뭉침을 막아주고 고르게 분산시켜주는 효과를 더해 설탕코팅보다 좀 더 균일도가 우수한 것을 확인할 수 있었다. 그렇기 때문에 코팅액의 발효주정의 함량이 높으면 결착력이 떨어져 균일성이 낮으며, 반대로 발효주정의 함량이 낮으면 결착력이 강해져 혼합 균일도가 좋아지지만 식이섬유 분말 소재의 뭉침현상을 키울 수 있어 적절한 발효주정 혼합비율이 필요하다. 또한 결정과당, 알룰로스 결정 및 폴리덱스트로스, 이눌린의 혼합에서도 설탕과 난소화성말토덱스트린 건조 분말과 같이 조성물 편차가 1% 이하로 유사한 효과를 확인할 수 있었다.
시험예 2. 식이섬유 함유 설탕 혼합 조성물의 입도 분포 비교
비교예 1, 2 및 실시예 1 내지 9에 따라 제조된 혼합 조성물의 입도분포를 확인하기 위해, 진동체 mesh크기별(20, 40, 60, 80, 100mesh)로 준비하여 각 시료 100g씩을 채취한 후 진동체에서 5분간 진동을 가한 후 진동체에 남아 있는 시료(미통과 시료)의 양을 전체 제품 100중량%를 기준으로 중량%로 나타내었다. 이 때 80mesh 진동체를 통과한 시료(통과 시료)의 양을 미분 함량을 정의하며, 이에 하기 표 2에서 미분 함량은 100上과 PAN의 합계 함량이 80mesh 통과한 시료로서 미분 함량과 동일하다. 제품 내의 미분 함량이 10% 이하일 경우, 제품으로서 적합한 수준이라고 판단하였다. 제품의 미분 함량이 많을수록, 포장 작업 시 분진이 많이 발생하기 때문에 실링의 문제를 일으킬 수 있으므로, 미분이 최소화될수록 작업에 용이하다. 또한 제조된 건조 분말 전체를 16mesh 진동체에 통과시켜 16mesh 진동체에 남아있는 시료(미통과 시료)의 양을 제조된 건조 분말 전체 무게로 나누어 그 함량을 중량%로 나타내고 이를 무거리 함량으로 표시하였다. 무거리 양이 많으면 작업 손실량을 증가시키기 때문에 최소화할수록 수율 향상에 도움이 된다. 하기 표 4에서 "20上"표시는 20메쉬 진동체를 미통과 시료의 중량%를 나타내다.
항목 Mesh 크기별 입도 분포 제품 내
미분함량
(%)		 제품 내
무거리
함량(%)
20上 40上 60上 80上 100上 pan
비교예 1 1.1 58.5 28.0 4.4 1.8 6.2 8.0 0.2
비교예 2 1.7 54.7 35.9 1.7 3.1 2.9 6.0 10.3
실시예 1 1.4 50.4 33.1 7.6 2.9 4.6 7.5 3.4
실시예 2 2.5 64.3 26.9 3.6 1.1 1.6 2.7 4.8
실시예 3 4.4 70.1 20.4 2.5 0.7 1.9 2.6 5.7
실시예 4 2.6 67.1 26.7 2.7 0.5 0.4 0.9 1.9
실시예 5 2.4 60.4 25.7 3.9 2.7 4.9 7.6 9.5
실시예 6 2.8 62.6 26.7 4.6 1.6 1.7 3.3 4.5
실시예 7 2.0 57.4 29.9 5.6 2.0 3.1 5.1 5.0
실시예 8 2.4 46.0 39.1 7.9 2.6 2.0 4.6 5.0
실시예 9 0.0 8.5 63.1 21.1 3.8 3.5 7.3 4.8
상기 표 4에서 나타낸 바와 같이, 비교예 1은 제품 내 미분함량이 높았으며, 코팅단계 및 감압건조를 진행한 비교예2와 실시예1 내지 3에서는 미분함량이 줄어드는 것을 확인하였다. 또한 설탕 코팅보다 발효주정 코팅방법에서 미분함량이 더 줄어드는 것을 확인하였다. 코팅액의 발효주정 함량이 낮으면 미분의 감소가 크지만, 너무 높으면 제품 내 무거리 함량이 증가하여 공정 수율에 영향을 미치게 된다. 따라서 미분과 무거리 함량을 고려하여 코팅액의 주정 함량 설정이 필요하다. 식이섬유 소재는 미분형태의 분말이기 때문에 함량이 높아질수록 미분함량도 다소 높아질 수 있으며, 결정과당과 알룰로스 결정은 설탕보다 입자가 작아 최종 제품의 미분함량을 다소 증가시키는 요인이 될 수 있다.
결정과당, 알룰로스 결정 및 폴리덱스트로스, 이눌린의 혼합에서도 설탕과 난소화성말토덱스트린 건조 분말과 같이 미분함량이 10% 이하이고 무거리 발생정도가 유사한 것을 확인할 수 있었다. 이에, 본 발명에 따른 감미 조성물은 16mesh 진동체로 처리 시 잔량 시료(미통과 시료, 16 上) 가 10중량% 이하이고, 80mesh 진동체를 통과한 미분 함량이 8.0 중량%이하인 분말상 조성물인 것이 바람직하다.

Claims (7)

  1. 결정형 감미료 분말과 비결정형 식이섬유 분말을 포함하는 감미 조성물로서, 상기 식이섬유는 전체 감미료 조성물 100 중량%를 기준으로 1 내지 60 중량%이고, 상기 식이섬유 분말은 결정형 감미료 분말의 표면에 코팅되거나 결착된 형태인, 감미 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 감미 조성물은 성분 간의 당 조성 편차가 1.0 % 이하인, 감미 조성물.
  3. 제1항에 있어서, 상기 비결정형 식이섬유 분말은, 비결정형 식이섬유 분말 100중량%를 기준으로, 20mesh이하 내지 80mesh 이상의 크기를 갖는 입자가 3 내지 40 중량%이고, 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 60 ~ 97 중량%인 것인, 감미 조성물.
  4. 제1항에 있어서, 상기 비결정형 식이섬유 분말은, 감미 조성물 100중량%를 기준으로 1 내지 60 중량%, 상기 결정형 감미료 분말은 40 내지 99 중량%로 포함되는 것인, 감미 조성물.
  5. 제1항에 있어서, 상기 식이섬유는 셀룰로스, 헤미셀룰로스, 리그닌, 펙틴, 식물성 검류, 해조류의 다당류, 이눌린, 폴리덱스트로스(polydextrose), 알긴산, 및 난소화성 말토덱스트린으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인, 감미 조성물.
  6. 제1항에 있어서, 상기 결정형 감미료 분말은, 결정형 감미료 분말 100중량%를 기준으로, 20mesh이하 내지 80mesh 이상의 크기를 갖는 입자가 50 내지 98 중량%이고, 80mesh 이하의 크기를 갖는 입자가 2 내지 50중량%인, 감미 조성물.
  7. 제1항에 있어서, 상기 결정형 감미료 분말은 설탕, 과당 및 알룰로스로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상인, 감미 조성물.
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