KR20240040123A - 식료품 및 고급식품에서 아크릴아미드를 제거하는 방법 - Google Patents
식료품 및 고급식품에서 아크릴아미드를 제거하는 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 아크릴아미드 함량이 감소된 식료품 및 고급식품, 특히 커피 및 커피 대용품의 생산 분야에 관한 것이다. 아크릴아미드를 분해하기 위하여 생체 촉매의 사용을 수반하는, 다양한 식품 매트릭스로부터, 특히 커피 또는 커피 대용품 매트릭스로부터 아크릴아미드를 제거하는 방법이 제공된다.
Description
본 발명은 아크릴아미드 함량이 감소된 식료품 및 고급식품, 특히 커피 및 커피 대용품의 생산 분야에 관한 것이다. 아크릴아미드를 분해하기 위하여 생체 촉매의 사용을 수반하는, 다양한 식품 매트릭스로부터, 특히 커피 또는 커피 대용품 매트릭스로부터 아크릴아미드를 제거하는 방법이 제공된다.
지속적으로 안전하고 섭취하기에 안전한 식료품 및 고급 식품에 대한 최종 소비자의 요구는 지속적으로 높으며 생산자에게는 특별한 요구 사항을 부여한다. 2018년의 새로운 EU 규정(EU 2017/2158)에서는 아크릴아미드를 공정 오염물질 및 최종 소비자의 잠재적인 건강 위험으로 분류하고 있다. 따라서 식품 및 고급 식품 생산자는 식품 및 고급 식품의 아크릴아미드 함량을 일정 수준 이하로 유지하거나 줄여야 할 의무가 있다. 동물 실험에서 아크릴아미드는 발암 효과 및 돌연변이 유발 효과가 있다. 아크릴아미드는 탄수화물 함유 원료의 모든 튀김, 베이킹 및 튀김 과정에서 형성되며 소위 마이야르 반응(Maillard reaction)의 일부로 환원당(예: 포도당 및 과당)과 함께 아스파라긴을 가열하는 산물이다.
커피 및 커피 대체품 생산의 특정 경우, 이러한 공정에는 로스팅 및 분쇄된 커피 원두와 치커리, 보리 또는 호밀과 같은 대체품의 양조 또는 추출이 포함된다. 로스팅하는 동안 커피 원두는 일반적으로 145℃ 에서 250℃ 사이의 온도에 노출되며, 이 동안 복잡한 화학 반응, 메일라드(Maillard) 반응, 캐러멜화 및 열분해가 발생한다. 이러한 반응을 통해 로스팅된 제품의 화학적, 물리적, 감각적 특성이 변경되며, 이는 최종 제품의 맛에 근본적으로 중요하다. 또한, 항산화제와 같이 최종 제품에 중요한 다른 물질이 형성되거나 방출된다(Jin et al., "Relationship between antioxidants and acrylamide formation: A review," Food Research International, 2013, p. 611-620). 여기서도 커피 및 커피 대용품의 로스팅을 통해 바람직하지 않은 방법의 오염물질로 아크릴아미드가 형성된다(Anese, M. "Acrylamid in Coffee and Coffee Substitutes, Acrylamid in Food, 2016, p.181 - 195). 신규 EU 규정에서의 아크릴아미드에 대한 지침 값은 로스팅 커피의 경우 400μg/kg, 수용성 커피의 경우 850μg/kg, 곡물로만 만든 커피 대용품의 경우 500μg/kg, 및 치커리로 만든 제품의 경우 4000μg/kg이다.
아크릴아미드는 또한 식품 및 고급 식품 산업에서 다양한 (기타) 방법에서도 생산된다. 예를 들어, 아크릴아미드는 감자를 튀길 때 생성된다. 특히 EU 규정(EU 2017/2158)의 요구 사항을 충족하고 다른 한편으로는 소비자에게 무해한 안전한 최종 제품을 얻기 위해서는 반제품 또는 완제품으로부터 아크릴아미드를 부분적으로 또는 완전히 제거하는 것이 유리하거나 필요하다.
효소를 사용하여 제제에서 아크릴아미드를 제거하는 것을 기술하는 다수의 공정이 존재한다. 예를 들어, 국제 출원 WO 2004/083423 A1에는 아미다제를 사용하여 제제 중에 아크릴아미드를 분해하는 방법이 개시되어 있다. 유럽 출원 EP 0272025 A2 또한 아미다제를 사용하여 아크릴아미드를 분해하는 방법에 관한 것이다.
또한, 국제 특허 출원 WO 2021/148508에는 특히 열 및 pH에 안정한 아미다제를 사용하여 제제중의 아크릴아미드를 분해하는 방법이 개시되어 있다. 이 출원에는 부분적인 스트림만을 효소로 처리하기 위한 막 방법에 의한 수성 제제의 분리는 개시되어 있지 않다. 설명된 모든 방법은 사용된 효소가 제제 중에 잔존하는 방법이다.
소비자를 위한 안전한 식품이나 고급 식품을 제공하기 위해 사용되는 효소는 일반적으로 제조 공정이 끝날 때 열에 의해 비활성화되어 더 이상 활성 형태로 존재하지 않는다. 따라서 생체 촉매라고도 알려진 사용된 효소는 재사용할 수 없다. 요즘은 효소를 저렴하게 생산할 수 있음에도 불구하고, 특히 식료품이나 고급 식품의 대규모 생산에서는 다량의 효소가 필요하므로, 사용한 효소를 재사용하는 것은 비용 측면뿐만 아니라 지속가능성 측면에서도 바람직하다.
예를 들어, 국제 출원 WO 2016/004949 A1에는 제조에 사용된 효소가 열적으로 불활성화되거나 막을 통해 유지되는 커피 추출물의 효소 처리를 포함하는 커피 제품의 제조방법이 기재되어 있다. 효소처리 및 후속 처리는 커피 추출물에서 이루어진다. 여기에는 효소 처리가 커피 추출물에서 이루어지며, 입자 성분 또한 가능한 막분리 동안에 분리된다. 여기에는 방향족 물질 외에도 최종 커피 제품의 관능성에 중요한 미립자 성분도 함유되어 있다. 사용된 효소가 막을 통해 분리되면 이러한 중요 성분이 분리되어 더 이상 최종 제품에 존재하지 않는다. 국제 출원 WO 2007/011531 A1 및 WO 2016/207384 A1은 또한 효소가 비활성화되지 않고 재사용될 수 있도록 효소를 보유하는 것을 개시하고 있다. 여기에서 커피 추출물에 효소 처리가 이루어지며, 막분리 과정에서 미립자 성분도 분리된다. 또한, 위에서 언급한 출원 모두는 커피 제제 생산을 위한 탄수화물 분해 효소를 개시하고 있다. 이들 출원 중 어느 것도 아크릴아미드 제거 방법을 개시하고 있지 않다.
국제 출원 WO 2013/005145에는 콩을 로스팅하기 전에 아크릴아미드 전구체인 아스파라긴 및 아스파르테이트를 효소적으로 제거하는 방법이 기술되어 있다. 기재된 방법은 콩을 물로 추출하고, 아스파라기나제 및 아스파라제를 사용하여 수성 추출물을 효소 처리하고, 추출물을 농축하고, 농축 추출물이 처리된 생두와 혼합한 후 건조하는 과정을 포함한다. 그 후에야 추출물이 로스팅되고 추가 처리되므로 로스팅 방법 중에 반응물이 빠져나가기 때문에 로스팅 방법 중에 아크릴아미드가 덜 형성된다. 이 방법은 추가 물과 에너지 소비는 물론 수성 추출 및 효소 처리의 상류 단계에 필요한 추가적인 장비 설비를 특징으로 하며 전반적으로 지속 가능성이 매우 낮다. 이 방법을 사용할 경우, 완벽한 맛과 관능성을 지닌 커피를 생산하기 위해 꼭 필요한 추출 성분이 농축이나 건조 과정에서 손실될 위험이 있으며, 이는 공기 흐름을 통해 성분이 배출되어 최종 제품의 감각적 특성을 변화시킬 수 있다. 대조적으로, 본 발명에 따른 방법은 기존의 인스턴트 커피 생산 방법에 쉽게 통합될 수 있으며 감각적이거나 향미에 중요한 성분이 배출될 수 있는 배출구나 폐기물 흐름을 포함하지 않는다.
출원 WO 2021/123163은 아크릴아미드 함량이 감소된 액상 커피 농축액을 제조하는 방법을 기재하고 있으며, 여기서 아크릴아미드는 선택적 투과성 막을 통해 제1 약방향성(weakly aromatic) 수성 커피 추출물로부터 분리되고, 이를 통해 제1 약방향성 수성 커피 추출물보다 아크릴아미드 함량이 낮은 제2 약방향성 수성 커피 추출물이 형성되고, 제2 약방향성 수성 커피 추출물은 이후에 강방향성(strongly aromatic) 수성 커피 추출물과 병합된다. 수성 커피 추출물 중 하나의 효소 처리는 제공되지 않는다.
주로 맛이나 냄새를 위해 소비되거나 사용되는 제제를 효소 처리하는 동안 맛 및 향에 결함 없는 최종 생성물을 수득하기 위해서는 효소 처리 중에 향, 맛 또는 냄새에 기여하는 모든 물질과 성분을 보존하여 무첨가 최종 제품을 얻는 것이 중요하다. 위에서 설명한 출원에 개시된 바와 같은 가수분해 반응뿐만 아니라 제제의 효소처리 방법은 그러한 효소가 사용될 때 예를 들어 그러한 효소의 원하는 성분을 전환하거나 분해하는 부반응 또는 과잉 반응이 발생할 수도 있다는 단점이 있을 수 있다. 더욱이, 선행 기술로부터 공지된 방법을 사용하면, 특히 치료에 사용된 효소가 불활성화되거나 제거되는 경우, 최종 생성물의 감각 특성에 중요한 다른 성분이 바람직하지 않게 분리될 위험이 있다. 이로 인해 목적하는 최종 제품과 특성이 다른 최종 제품으로 생성된다.
따라서, 본 발명의 주된 과제는 아크릴아미드 함량이 감소된 안전한 최종 제품을 제공하는 동시에 바람직하게는 최종 제품에 잔존하는 아크릴아미드를 감소시키는데 사용되는 효소 없이, 목적하는 향미 및 후각 특성에 필요한 물질 및 성분을 보존하는 방법을 제공하는 것이다. 또한, 이 방법은 경제적으로 대규모로 적용되어야 한다.
이러한 주요 과제는 다음 단계를 포함하는, 수성제제로부터 아크릴아미드를 제거하거나 전환시켜 아크릴아미드 함량이 감소된 최종 생성물을 생산하는 방법을 제공함으로써 본 발명에 따라 해결된다.
(i)
아크릴아미드 함량이 감소된 최종제품을 생산하기 위한 출발제품으로서 아크릴아미드 및 기타 성분을 포함하는 수용 제제를 제공하는 단계;
(ii)
수용 제제를 두개의 물질 스트림(streams)으로 나누어 잔류물(retentate)(R1)과 투과액(permeate)(P1)을 얻되, 잔류물(R1)은 추가성분(components)(K1)을 포함하고, 투과액(P1)은 아크릴아미드를 포함하며, 바람직하게는 추가성분(K2)을 포함하지 않거나 소량으로 포함하는 단계;
(iii)
투과액(P1)을 아크릴아미드 감소 생체 촉매와 접촉시켜 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻는 단계;
(iv)
아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)과 단계(ii)에서 얻은 잔류물(R1)을 조합하여 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제를 얻되, 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하지 않는 단계;
(v)
선택적으로, 단계(iv)로부터 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제(aqueous preparation)를 추가로 처리하여 최종 생성물을 수득하는 단계.
본 발명의 맥락에서 수성 제제는 바람직하게는 제제의 총 중량을 기준으로 50 중량% 이상, 바람직하게는 70 중량% 이상, 특히 바람직하게는 90 중량% 이상의 수분 함량을 갖는 제제이다.
본 발명의 맥락에서 사용되는 바람직한 수성 제제는 비농축 또는 농축 형태의 커피 또는 커피 대용품, 과일 주스 또는 과일 제제, 레모네이드, 차 추출물, 우유 또는 유제품 제제 및 바람직하게는 아침 시리얼 생산용 과육 덩어리이다.
본 발명의 맥락에서 "커피 추출물"은 로스팅 및 분쇄된 커피콩의 추출물이다.
본 발명의 맥락에서 "커피 대용물 추출물"은 치커리, 보리, 루핀, 인삼, 레이시, 스펠트, 옥수수, 민들레 뿌리 또는 호밀과 같은 커피콩의 로스팅 및 분쇄된 대용물의 추출물이다.
수성 제제에 함유된 아크릴아미드는 위에서 설명한 바와 같은 메일라드(Mailard) 반응의 방법 생성물일 수 있다. 아크릴아미드(prop-2-enamide)의 분자량은 71.08 g/mol 또는 71.08 Da이다.
또한, 수성 제제는 제제의 향미제 또는 부취제로서의 기능을 수행하는 성분을 함유한다. 또한, 수성 제제에 함유된 특정 성분은 제제의 쾌적하고 바람직한 식감에 기여할 수 있다.
본 발명의 맥락에서 성분이라는 용어는 용해되거나 입자로서 존재할 수 있는 아크릴아미드 이외의 물질을 의미한다. 본 발명의 의미에서 입자는 현탁 입자(실제 의미의 입자) 및 콜로이드성 또는 분산된 용해 입자이다. 입자는 또한 향료, 리그닌과 같은 다당류, 단백질 또는 지방과 같은 기타 용해 물질일 수 있다.
본 발명의 맥락에서 구성 성분은 본 발명에 따른 각 입자 또는 성분 크기에 해당하는 경우 모든 입자 및 용해 물질을 의미한다. 존재하는 입자는 50 mm 미만, 바람직하게는 5 mm 미만, 특히 바람직하게는 0.3 - 100 μm 범위의 평균 입자 크기를 가질 수 있다. 바람직하게는, 본 입자는 1 - 100 μm 범위의 입자 크기를 가질 수 있다. 이는 제품의 식감에 근본적으로 중요하다. 특히 커피 및 커피 대체제 제조에서 이러한 물질은 최종 제품에 특유의 냄새와 맛을 부여하므로 유지되어야 한다.
사용된 수성 제제에 존재하는 입자, 특히 다당류 및 단백질은 효소 또는 열 가수분해 반응에 의해 분해될 수 있다. 본 발명은 특정 크기의 성분, 즉 입자 및 용해 물질을 원치 않는 효소적 또는 열 가수분해 반응으로부터 분리하여 보호될 수 있는 방법을 제공한다.
사용된 수성 제제에 존재하는 추가성분을 (K1) 및 (K2)로 지칭한다. 추가성분 K1은 0.01μm 초과, 바람직하게는 0.1μm 초과, 바람직하게는 1μm 초과, 더욱 바람직하게는 10μm 초과, 바람직하게는 100μm 초과, 더욱 바람직하게는 500μm 이상의 크기를 갖는 입자 및 용해 물질이다. 추가성분(K2)은 모두 크기가 0.01μm 미만, 바람직하게는 0.1μm 미만, 더욱 바람직하게는 1μm 미만, 바람직하게는 10μm 미만, 더욱 바람직하게는 100μm 미만의 입자 및 용해 물질이다. 사용된 수성 제제는 (K1) 또는 (K2)를 포함하는 두 가지 물질 스트림으로 분리될 수 있다. 단계 (iv)에서 성분 (K1)과 (K2)를 함유하는 물질 스트림을 결합하면 아크릴아미드와 아크릴아미드의 반응 생성물을 제외하고 원래 사용된 수성 제제에 해당하는 혼합물이 생성된다.
본 발명의 맥락에서 투과액 및 잔류물이라는 용어는 물리적 방법을 통해 초기 혼합물을 분리한 후에 얻은 물질 스트림을 설명한다. 잔류물은 이 방법 중에 유지되는 초기 혼합물의 일부이고, 투과액은 유지되지 않는 초기 혼합물의 일부이다.
투과액과 잔류물을 생성하는 바람직한 물리적 방법은 막을 사용하여 물질 스트림을 분리하는 것이다. 바람직한 실시예에서, 제1 물리적 분리에 의해 초기 혼합물로부터 얻은 투과액은 추가 보유물과 제2 물리적 분리에 의해 추가 투과액으로 더 분할될 수 있다. 바람직한 실시예에서, 제1 물리적 분리의 분리 매개변수는 제2 물리적 분리의 분리 매개변수와 상이하다. 대안적인 바람직한 실시예에서, 제1 물리적 분리와 제2 물리적 분리의 분리 매개변수는 상이하지 않다.
(K1)과 (K2)의 조성은 제1막(M1)의 종류와 기공 크기에 따라 결정된다. 투과액의 물질 흐름은 압력 구배나 농도 구배, 또는 병합된 압력과 농도 구배에 의해 구동된다.
성분(K1)의 입자 및 용해 물질은 잔류물(R1)에 남아 있고 투과액 (P1)에는 존재하지 않는다. 바람직하게는, 나머지 성분(K1)은 생체 촉매와 접촉되지 않는다. 본 발명의 맥락에서 성분(K1)이 미립자 또는 용해된 물질이고/이거나 최종 제품에서 특정 감각적 특성(예: 기분 좋은 식감을 부여하거나 기여하는 것)을 충족시키는 것이 더욱 바람직하다. 추가성분(K2)은 보다 더 작은 크기, 바람직하게는 아크릴아미드와 비슷한 크기를 갖고, 단계(ii)에서 물질 스트림의 분리 후 투과액(P1)에 존재한다. 본 발명의 맥락에서, 단계 (iii)에서 투과액 (P1)을 생체 촉매와 접촉시키고 이를 투과액 (P2)로 옮긴 후 추가성분 (K2)를 단계 (iv)에서 수성 제제로 재순환시키는 것이 바람직하다. 또한, 추가성분(K2)은 생체 촉매보다 작은 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서 "물질 흐름을 나누는 것"은 수성 제제를 나머지 부분, 즉 추가적인 나머지 성분(K1)이 위치하는 소위 잔류물(R1)이라는 잔존 부분과, 물 이외에, 아크릴아미드 및 가능하게는 아크릴아미드와 유사한 크기 또는 유사한 분자량을 가진 적은 비율의 용해된 추가성분(K2)가 위치하는 부분 투과액(P1)으로 분할하는 것을 기술한다. 바람직하게는, 투과액(P1)에는 용해되지 않은 입자인 다른 성분이 없거나 본질적으로 없다. 투과액(P1)의 추가성분(K2) 조성은 사용된 막(M1)의 유형과 기공 크기에 따라 결정된다.
바람직한 실시양태에서, 막(M1)의 유형 및 기공 크기는 아크릴아미드가 막(M1)을 통과할 수 있도록 선택된다. 추가의 바람직한 실시양태에서, 막(M1)의 유형 및 기공 크기는 생체 촉매가 막(M1)을 통과할 수 없도록 선택된다.
본 발명의 맥락에서 "접촉하게 하는 것"은 투과액(P1)에 함유된 아크릴아미드가 생체 촉매와 접촉하여 이에 의해 전환될 수 있음을 의미한다. 바람직하게는, 본 발명의 맥락에서 전환은 가수분해에 의해 일어나서 무해한 아크릴산이 형성된다. 효소 처리 후 생성된 물질 스트림(투과액(P2))은 감소된 아크릴아미드 함량을 갖는다. 따라서, 본 발명의 맥락에서 "아크릴아미드 감소 생체 촉매"는 아크릴아미드를 다른 생성물로 효소적으로 전환하거나 전환시켜 아크릴아미드의 함량 또는 농도를 감소시키거나 감소시키는 생체 촉매를 의미한다.
바람직하게는, 본 발명의 맥락에서, 투과액(P2)은 단계 (iii)에서 투과액(P1)을 생체 촉매와 접촉시킨 후 단계 (iv)에서 투과액(P2)와 잔류물R1을 결합하기 전에 생체 촉매로부터 물질 스트림을 분리함으로써 수득 된다. 생체 촉매의 분리는 바람직하게는 분리, 예를 들어 원심분리, 침강 또는 체, 메쉬 또는 막을 통한 여과에 의하여 수행된다. 본 발명의 맥락에서 특히 바람직한 것은 막(M2)을 통한 생체 촉매의 분리이다.
생체 촉매 분리 과정에서 얻은 잔류물(R2)에는 생체 촉매가 포함되어 있고, 투과액(P2)에는 생체 촉매가 포함되어 있지 않는다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (iii) 및 (iv)는 하기 하위 단계를 포함한다:
(iii-1) 투과액(P1)을 아크릴아미드 감소 생체 촉매와 접촉시키고, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하는 단계;
(iii-2) 막(M2)을 통한 분리 수단에 의해 단계(iii-1)의 투과액(P2)로부터 생체 촉매를 분리하고, 생체 촉매가 포함된 잔류물(R2)를 얻으며, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)는 임의의 생체 촉매를 포함하지 않는 단계.
(iv) 단계 (iii-2)로부터 아크릴아미드 함량이 감소된 생성된 투과액(P2)와 단계 (ii)로부터의 잔류물(R1)을 조합하여 아크릴아미드 함량이 감소된 수성 제제를 얻는 단계;
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (ii) 및 (iii-2)는 2개의 서로 상이한 막(M1 및 M2)을 통해 수행되며, 여기서 막의 유형 및 기공 크기는 막(M1) 및 막(M2)는 다를 수 있으며, 생체 촉매가 막(M1)을 통과할 수 없도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (ii) 및 (iii-2)는 단일 막(M1)을 통해 수행되며, 막(M1)의 유형 및 기공 크기는 생체 촉매가 막(M1)을 통과할 수 없도록 선택된다.
본 발명의 바람직한 실시예에서, 생체 촉매를 담지해야 하는 막(M2)의 기공 크기는 생체 촉매의 크기보다 작다. 특히 바람직한 실시양태에서, 막의 기공 크기(M2)는 생체 촉매보다 1.5배 더 작다.
막의 기공 크기가 생체 촉매보다 2배만큼 작은 것이 더욱 바람직하고, 막의 기공 크기가 생체 촉매보다 2.5배 더 작은 경우가 더욱 바람직하며, 막의 기공이 생체 촉매보다 3배 더 작은 것이 가장 바람직하다.
바람직한 실시양태에 있어서, 생체 촉매는 투과액(P2)에 함유된 추가성분(K2)의 크기보다는 크고 잔류물(R1)에 함유된 성분 (K1)보다 작고 생체 촉매보다 작은 세공 크기를 갖는 막 (M2)를 통해 전술한 바와 같이 투과액 (P2)로부터 분리된다.
더욱 바람직한 실시 형태에서, 막(M1)의 기공 크기는 막(M2)의 기공 크기보다 작거나 동일하다.
더욱 바람직한 실시예에서, 막(M1)의 기공 크기는 막(M2)의 기공 크기보다 작거나 같고, 막(M1) 및 막(M2)의 기공 크기는 각각 막(M2)의 기공크기는 생체 촉매보다 작다.
본 발명의 맥락에서 생체 촉매의 분리는d90 < 100 kDa, 바람직하게는 d90 < 50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤ 30 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤ 10kDa의 기공 크기를 갖는 막을 통해 수행되는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 단계 (iv)에서, 아크릴아미드 함량이 감소되고 추가성분(K2)을 함유하는 생성된 투과액(P2)은 추가성분(K1)을 함유하는 잔류물(R1)에 첨가되므로, 단계 (i)에서 사용된 수성 제제의 아크릴아미드 함량에 비해 아크릴아미드 함량이 감소된 수성 제제가 수득 된다.
바람직하게는, 아크릴아미드의 원하는 감소가 달성될 때까지 방법의 단계를 반복적으로, 특히 바람직하게는 연속적으로 수행한다.
바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (i), (ii), (iii-1), (iii-2) 및 (iv)는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 2개의 막 (M1) 및 (M2) 위에서 반복적으로, 특히 바람직하게는 연속적으로 수행된다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (i), (ii), (iii-1), (iii-2) 및 (iv)는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 막 (M1) 위에서 반복적으로, 특히 바람직하게는 연속적으로 수행된다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명에 따른 방법의 단계 (ii), (iii) 및 (iv)는 단일 막(M1)을 통해 수행되고 다음 단계를 포함한다:
(ii) 수용 제제를 두개의 물질 스트림(streams)으로 나누어 잔류물(retentate)(R1)과 투과액(permeate)(P1)을 얻되, 잔류물(R1)은 추가성분(components)(K1)을 포함하고, 투과액(P1)은 아크릴아미드를 포함하며, 바람직하게는 추가성분(K2)을 포함하지 않거나 소량으로 포함하는 단계;
(iii-1) 투과액(P1)을 아크릴아미드 감소 생체 촉매와 접촉시키고, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하는 단계;
(iii-2) 막(M2)을 통한 분리 수단에 의해 단계(iii-1)의 투과액(P2)로부터 생체 촉매를 분리하고, 생체 촉매가 포함된 잔류물(R2)를 얻으며, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)는 임의의 생체 촉매를 포함하지 않는 단계.
(iv) 단계 (iii-2)로부터의 아크릴아미드 함량이 감소된 생성된 투과액 (P2)와 단계 (ii)로부터의 잔류물 (R1)을 병합하고 아크릴아미드 함량이 감소된 수성 제제를 수득하는 단계;
여기서 단계 (iii-2) 및 (iv)는 동시에 수행된다.
바람직한 실시양태에서, 단계 (ii), (iii-1), (iii-2) 및 (iv)는 막(M1)을 가로질러 연속적으로 수행된다.
바람직하게는, 단계 (ii)에서 두 개의 물질 스트림으로의 분리와 투과액 P2 및 잔류물(R1)의 조합은 막을 가로지르는 확산 구배(M1)에 따라 아크릴아미드의 확산을 통해 수행된다. 본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에 있어서, 단계 (iii)에서의 접촉은 주위 온도에서, 바람직하게는 30℃ 초과, 바람직하게는 40℃ 초과, 더욱 바람직하게는 50℃ 초과의 온도에서, 바람직하게는 60℃ 초과의 온도에서, 더욱 바람직하게는 70℃ 초과의 온도에서, 또한 더욱 바람직하게는 80℃ 초과의 온도에서 수행된다.
효소 활성 및 아크릴아미드 분해에 필요한 고온은 시간이 30분을 초과하는 경우 수성 제제의 성분 (K1)에 부정적인 영향을 미칠 수 있다. 따라서, 잔류물 (R1)에 잔존하고 승온 및 생체 촉매와 접촉하지 않도록 이들을 첫 번째 단계에서 분리하는 것이 특히 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 추가로 바람직한 실시양태에 있어서, 단계 (iii)에서의 접촉은 pH 4 내지 pH 7 범위, 바람직하게는 pH 4 내지 pH 6.5 범위, 바람직하게는 pH 4.5 내지 pH 5.5 범위의 pH에서 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 바람직한 실시양태에 있어서, 단계 (iii)에서의 접촉은 10분 초과, 바람직하게는 15분 초과, 더욱 바람직하게는 30분 초과, 바람직하게는 1시간 초과, 더욱 바람직하게는 2시간 초과, 바람직하게는 4시간 초과, 더욱 바람직하게는 8시간 초과, 바람직하게는 12시간 초과, 특히 바람직하게는 16시간 초과의 시간 동안 수행된다.
본 방법은 식료품 및 고급 식품에 대한 요구 사항을 이행하고 바람직하게는 EU 규정 2017/2158의 조항을 충족하는, 아크릴아미드 함량이 감소된 최종 제품을 생산하는 데 사용될 수 있다. 또한, 수득된 최종 제품은 유리하게는 미처리된 (커피) 제제와 동일하거나 실질적으로 동일한 맛 및 향 프로필을 갖는다.
본 발명의 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 단계 (ii)에서 물질 스트림의 분리가 여과, 바람직하게는 막 여과로서 수행되는, 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서 여과하는 동안, 초기 혼합물은 함유된 입자 또는 성분의 크기를 기준으로 분리된다. 여과재의 기공 크기는 분리될 성분이 남도록 선택된다는 점에 유의해야 한다. 여과의 일 형태는 물질의 혼합물을 막을 통해 분리하는 막 여과이다. 막 여과에서는 기공 크기를 적절하게 선택하면 크기나 분자량을 기준으로 비용해성 입자와 용해성 성분을 모두 분리할 수 있다. 예를 들어, 막 여과는 병류 또는 역류 여과로 수행될 수 있다.
본 발명의 맥락에서 바람직하게는, 막에 대한 언급이 있을 때마다, 막 기하학적 형태는 중공사막, 중공사막 모듈, 모세관막, 모세관막 모듈, 평막, 평막 모듈 또는 플레이트 및 프레임 막 모듈, 나선형으로 감긴 막 모듈, 또는 관형 또는 다중 채널 막 모듈로 이루어진 그룹으로부터 선택된다.
본 발명의 맥락에서, 막에 대한 언급이 있을 때마다, 폴리술폰(polysulfones), 폴리에테르술폰(PES) 셀룰로오스, 셀룰로오스 에스테르(cellulose esters), 예를 들어 셀룰로오스 아세테이트(cellulose acetate) 및 셀룰로오스 나이트레이트(cellulose nitrate), 재생 셀룰로오스(regenerated cellulose, RC), 실리콘(silicone), 폴리아미드(polyamides), 폴리아미드이미드(polyamidimide), 폴리아미드 우레아(polyamide urea), 폴리카보네이트(polycarbonates), 세라믹(ceramics), 스테인레스강(stainless steel), 은(silver), 실리콘(silicon), 제올라이트(zeolite), 폴리아크릴로니트릴(polyacrylonitrile, PAN), 폴리에틸렌(polyethylene, PE), 폴리프로필렌(polypropylene, PP), 폴리테트라플루오로에틸렌(polytetrafluoroethylene , PTFE), 폴리비닐리덴 플루오라이드(polyvinylidene fluoride, PVDF), 폴리비닐 클로라이드(polyvinyl chloride , PVC) 및 폴리피페라진아미드(polypiperazinamide)로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 적어도 하나의 막 재료를 사용하는 것이 더욱 바람직하다.
바람직하게는, 상기 정의된 개질된 막 물질은 또한 본 발명의 맥락에서 사용될 수 있거나, 전술한 막 물질과 이들의 개질된 형태의 조합이 사용될 수 있다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 단계 (ii)에서 물질 스트림의 분리가 막 여과로서 수행되고 막의 기공 크기가 d90 ≤ 100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤30 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤10 kDa인 방법에 관한 것이다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 단계 (ii)에서의 물질 스트림의 분리가 막 여과로서 수행되고, 막이 0.01 내지 10 μm 범위, 바람직하게는 0.05 내지 5 μm 범위, 특히 바람직하게는 0.1 내지 1 μm 범위의 기공 크기를 갖는 방법에 관한 것이다.
바람직하게는, 단계 (ii)에서의 물질 스트림의 분리는 잔류물 (R1)에 함유된 잔존 성분 (K1)의 크기보다 작고 생체 촉매보다 작은 기공 크기를 갖는 막 M1을 사용하여 수행된다.
바람직하게는, 생체 촉매는 단계 (iv) 전에 생체 촉매보다 작고 투과액(P2)에 함유된 추가성분(K2)보다 크거나 같은 기공 크기를 갖는 막(M2)을 사용하여 분리된다.
바람직하게는, 생체 촉매의 분리와 동시에 생체 촉매의 크기보다 작은 기공 크기를 갖는 막 M1을 사용하여 물질 스트림을 단계 (ii)에서 분할하고 공정 스트림을 단계 (iv)에서 병합한다.
막의 기공 크기는 d90 값에 의하여 결정될 수 있다. 소위 "컷오프(cut-off)"는 막에 의해 90%가 유지되는 구형 분자의 최소 분자 질량을 나타냅니다.
다시, 본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 막간 차압이 0.01 mbar 내지 10 bar, 바람직하게는 0.1 mbar 내지 7.5 bar, 더욱 바람직하게는 1 mbar 내지 5 bar, 특히 바람직하게는 500 mbar 내지 2.5 bar 사이이고/이거나 유지되는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
막 횡단 압력은 막 구동 공정 설계에 중요한 역할을 한다. 기본적으로 두 가지 상이한 작동 모드가 있다. 즉, 일정한 막 투과 압력 또는 일정한 유속으로 작용한다. 본 발명의 맥락에서, 막 여과가 연속 유속으로 작동되어 막 횡단 압력이 위에서 언급한 바람직한 범위 내에 있는 것이 바람직하다.
본 방법의 추가 실시양태에서, 막 여과가 일정한 막 횡단 압력에서 일어나고 유속이 가변적인 경우가 바람직하다.
방법의 바람직한 실시양태에 있어서, 방법은 본 발명에 따른 방법의 단계 (ii)에서 막 (M1)에서 물질 스트림을 분리할 때, 또는 바람직하게는 단계 (iii)에서 막을 통해 생체 촉매를 분리할 때 막 횡단 압력 (1)을 사용하거나, 단계 (iii)에서 생체 촉매를 분리하는 동안 막 (M2)에서 막 횡단 압력 (2)를 사용하거나, 단계 (ii)에서 막 (M1)을 통해 물질 스트림을 분리하는 동안 및 단계 (iii)에서 막 (M2)를 통해 생체 촉매를 분리하는 동안 막 횡단 압력 (3)을 사용하여 수행된다.
바람직한 실시예는 본 발명에 따른 방법에 관한 것으로서, 최종 제품은 즐거움, 영양 또는 미용 목적을 위한 최종 제품이고, 바람직하게는 튀김 또는 튀김 감자 제품, 옥수수 제품, 커피 제품, 커피 대용품, 스낵, 밀 제품, 화장품, 페이스트리, 예컨대 쿠키, 비스킷, 러스크, 시리얼 바, 스콘, 아이스크림 웨이퍼, 웨이퍼, 크럼펫, 및 기타 구운 식품, 커피 대용품, 스낵, 밀 제품, 화장품, 쿠키, 예컨대 쿠키, 쿠키, 러스크, 시리얼 바, 스콘, 아이스크림 콘, 와플, 크럼펫, 진저브레드, 크리스프브레드 및 빵 대용품, 파스타, 라이스, 생선 제품, 육류 제품, 시리얼, 맥주 또는 소아 및 유아용 베이비푸드를 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법에 관한 것이다.
본 발명의 맥락에서 가장 바람직하게는 최종 제품은 커피 또는 커피 대체 제품이다.
본 발명의 맥락에서, 최종 제품이 바람직하게는 사료, 영양 용액, 영양 제제, 과일 주스, 과일 제제 및 우유 제제로 이루어진 그룹으로부터 선택되는 동물 영양에 사용되는 최종 제품인 것이 더욱 바람직하다.
다시, 바람직한 실시양태는 생체 촉매가 살아있는 미생물, 불활성화 미생물로서 및/또는 세포 용해물로서 및/또는 (부분) 정제 효소로서 및/또는 고정화 효소로서 존재하는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에 있어서, 효소는 이량체 및/또는 다량체 및/또는 가교결합된 형태로서 존재한다. 효소의 이량체화 및 다량체화 방법은 당업자에게 공지되어 있다.
그 기능에 관계없이, 효소는 예를 들면 다양한 길이의 폴리펩티드 사슬을 가짐으로써 또는 여러 개의 효소 서브유닛의 조합을 형성하여 활성 효소를 형성함으로써 크기가 다양할 수 있다. 본 발명에 따른 아미다제의 활성을 매개하는 효소는 크기가 15 내지 80 kDa일 수 있는 개별 서브유닛으로 이루어질 수 있다. 또한, 여러 개의 서브유닛으로 구성되고 크기가 40 내지 400,000kDa일 수 있는 효소가 있다 (예: Uniprot P95896, 약 55 kDa UE의 octamer). 본 발명에 따른 효소는 자연적으로 이량체 또는 다량체로 존재할 수 있거나 당업자에게 공지된 방법에 의해 제조될 수 있다.
본 발명에서 "살아 있는 미생물"이란 분열 또는 번식 능력을 갖는 미생물을 의미한다. 이 미생물은 생체 촉매를 대사물질로 발현한다.
본 발명의 맥락에서 "불활성화된 미생물"은 분열 또는 번식 능력이 결여된 미생물을 의미한다. 생체 촉매는 미생물 내부에 존재하거나 막 단백질로 존재하거나 미생물의 막과 결합되어 효소적으로 활성을 갖는다.
본 발명의 맥락에서 "세포 용해물"은 생체 촉매를 발현하는 미생물의 세포 파괴 생성물을 의미한다. 세포 파괴의 결과로 미생물은 번식이나 분열 능력을 상실하며; 다른 세포 성분은 생체 촉매 외에 세포 용해물에서 검출 가능하다.
본 발명의 맥락에서 "(부분) 정제 효소"는 세포 성분이 전혀 검출되지 않거나 소수의 세포 성분만이 검출 가능하고 효소의 함량이 1 중량% 초과, 2 중량% 초과, 5 중량% 초과, 바람직하게는 10 중량% 초과, 15 중량% 초과, 20 중량% 초과, 특히 바람직하게는 30 중량% 초과인 세포 용해물에서 유래하는 효소를 의미한다.
바람직한 실시양태에서, 생체 촉매는 동결건조물로서 존재하고 방법에서 그 자체로 사용된다.
바람직한 실시양태에서, 생체 촉매는 고정화된 효소로서 존재한다. 효소 고정화에 적합한 방법에는 가교, 내포물 고정화, 담체 물질 표면에 대한 흡착 또는 공유 결합이 포함된다. 본 발명에 따른 방법의 단계 (iii)에서의 접촉은 생체 촉매가 고정화 효소로서 존재하는 경우에 투과액 (P1)을 고정화 효소에 통과시킴으로써 효소가 투과액 내로 통과되지 않고 아크릴아미드가 효소와 반응할 수 있도록 수행된다. 생성된 물질 유동은 투과액 (P2)로 지칭되거나 본원에 기재된 투과액 (P2)와 동등하다.
바람직한 실시양태에 있어서, 고정화 효소는 투과액 (P1)이 단계 (iii)에 따라 생체 촉매와 접촉되어 투과액 (P2) 중으로 이전되는 고정층 또는 유동층 반응기의 일부로서 존재한다. 바람직하게는, 아크릴아미드 함량은 반응기에 걸쳐서 변화하며, 반응기의 말기보다는 반응기의 초기에서 아크릴아미드 함량이 더 높다. 고정층 반응기를 사용하는 이 실시양태가 특히 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 효소의 크기는 20 내지 80 kDa, 특히 바람직하게는 30 내지 70 kDa, 가장 바람직하게는 40 내지 60 kDa인 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 생체 촉매는 단계 (i)로부터의 수성 제제에 존재하는 기타 성분 (K1)에 대해 1:10 내지 1:1,000, 특히 바람직하게는 1:10 내지 1:100의 크기 비율을 갖는 것이 특히 바람직하다.
바람직한 실시양태에 있어서, 아크릴아미드 대 생체 촉매의 직경에 대한 크기 비율은 1:5 내지 1:5,000, 더욱 바람직하게는 1:10 내지 1:1,000, 바람직하게는 1:20 내지 1:500, 더욱 바람직하게는 1:50 내지 1:100이다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 생체 촉매가 (부분) 정제 효소로서 및/또는 바람직하게는 슈도노카디아 서모필라(Pseudonocardia thermophila), 술포로부스 솔파타리쿠스(Sulfolobus solfataricus), 피로코쿠스 야야노시(Pyrococcus yayanosii) 및 술포로부스 토코다이(Sulfolobus tokodaii)로부터의, 특히 바람직하게는 슈도노카디아 서모필라(Pseudonocardia thermophila)로부터의 아미다제인 고정화 효소로서 존재하는 방법에 관한 것이다.
아크릴아미드 함량을 감소시키기 위한 다른 바람직한 효소는 선행 기술에 기재된 바와 같은 아미다제, 바람직하게는 출원 WO 2004/083423 A1, WO 2006/040345 A2, WO 2012/032472 A2, EP 0272025 A2, WO 2021/1148508 및 WO 2021/1148509에 기재된 바와 같은 아미다제이다.
바람직한 실시양태는 생체 촉매가 (부분) 정제 효소로서 및/또는 서열번호 1 내지 서열번호 44에 따른 서열로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 특히 바람직하게는 서열번호 12 내지 서열번호 20에 따른 서열로 이루어진 그룹으로부터 선택된, 가장 바람직하게는 서열번호 17 내지 서열번호 20에 따른 서열로 이루어진 그룹으로부터 선택된 서열을 갖는 효소의 전체 길이에 대해 적어도 60%, 70%, 80%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%, 바람직하게는 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98% 또는 99%의 서열 동일성을 갖는 아미노산 서열을 갖는 고정화 효소로서 존재하는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
본 개시가 백분율로 아미노산 서열의 서열 동일성을 언급할 때마다, 이는 아미노산 서열에 대해 EMBOSS Water Pairwise Sequence Alignments (Protein)을 사용하여 계산될 수 있는 값을 지칭한다.
유럽분자생물학연구소의 유럽생물정보학연구소[European Molecular Biology Laboratory(EMBL) European Bioinformatics Institute(EBI)]에서 제공하는 로컬 서열 정렬 도구는 수정된 스미스-워터맨(Smith-Waterman) 알고리즘을 사용한다. 또한, 수정된 스미스-워터맨 알고리즘을 사용하여 두 서열의 각 쌍별 정렬을 수행하는 경우, 현재 EMBL-EBI에 의해 지정된 디폴트 파라미터가 참조된다. 이들은 (i) 아미노산 서열의 경우: 매트릭스 = BLOSUM62, 갭 개방 페널티 10 및 갭 확장 페널티 = 0.5 및 (ii) 핵산 서열의 경우: 매트릭스 = DNAfull, 갭 개방 페널티 = 10 및 갭 확장 페널티 = 0.5이다. 디폴트 파라미터 외에도, 조사할 서열 ("쿼리 서열", EMBOSS에 있어서 제1 서열)을 비교 서열("서브젝트 서열", EMBOSS에 있어서 제2 서열)과 정렬하는 경우, 서브젝트 서열은 개별 정렬의 길이에 걸쳐서 적어도 93%를 나타내야 하며 ("서열 적용 범위" 최소 93%); 서브젝트 서열의 더 낮은 서열 커버리지를 갖는 정렬은 본 출원의 의미 내에서 서열 동일성의 결정에서 제외된다. 다만 쿼리 서열은 정렬의 길이보다 길 수도 있으며, 정렬에서 표시되는 쿼리 서열의 서열은 93%를 상회할 수도 또는 하회할 수도 있다.
따라서 용어 "서열 동일성"은 본 발명의 맥락에서 "서열 상동성"과 상호교환적으로 사용될 수 있다. 이는 항상 서열 동일성 또는 서열 상동성이 결정되는 효소의 전체 길이와 비교한 본 발명에 따른 효소의 전체 길이를 의미한다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 본 발명은 단계 (iii)에서 투과액(P1)을 혼합에 의해 생체 촉매와 접촉시킨 후, 이 혼합물을 2개의 물질 스트림으로 나누어서 투과액(P2) 및 잔류물(R2)을 얻는데, 여기서 투과액(P2)은 생체 촉매를 함유하지 않는다.
바람직하게는, 투과액(P1)은 하위 단계(iii-1)에서 혼합하고 이어서 하위 단계(iii-2)에서 막(M2)을 통해 혼합물을 2개의 물질 스트림으로 분리함으로써 생체 촉매와 접촉하게 된다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 단계 (iii-2) 및 단계 (iv)는 막(M2)을 통해 동시에 수행된다.
추가의 바람직한 실시양태에서, 단계 (iii-2) 및 단계 (iv)는 막(M1)을 통해 동시에 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 단계 (iii)에서 생체 촉매를 투과액 (P1)과 접촉시키는 것이 제1 막 모듈의 투과액 공간에서 일어나고, 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)의 병합은 제2 막 모듈의 투과액 공간에서 일어나며, 잔류물 (R1)은 제2 막 모듈의 투과액 공간으로 공급되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 범위 내에서는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 방법의 단계를 반복적으로, 바람직하게는 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 단계 (iii)에서 생체 촉매를 투과액 (P1)과 접촉시키는 것이 제1 막 모듈 (M1)의 투과액 공간에서 일어나고, 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)의 병합은 제2 막 모듈 (M2)의 투과액 공간에서 일어나며, 잔류물 (R1)은 제2 막 모듈의 투과액 공간으로 공급되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 범위 내에서는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 방법 단계를 반복적으로, 바람직하게는 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 하위 단계 (iii-1)에서 제1 막 모듈 (M1)의 투과액 챔버에서 생체 촉매를 투과액 (P1)과 접촉시키고, 부분 단계 (iii-2)에서 막 (M2)에 의해 생체 촉매가 투과액 (P2)로부터 분리되고, 단계 (iv)에서 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)이 제2 막 모듈 (M2)의 투과액 공간에서 병합되며, 잔류물 (R1)은 제2 막 모듈의 투과액 공간으로 공급되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 범위 내에서는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 방법 단계를 반복적으로, 바람직하게는 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 하위 단계 (iii-2) 및 (iv)는 동시에 수행된다.
본 발명에 따른 방법의 추가의 바람직한 실시양태는 하위 단계 (iii-1)에서 제1 막 모듈 (M1)의 투과액 공간에서 생체 촉매를 투과액 (P1)과 접촉시키고, 부분 단계 (iii-2)에서 동일한 막 (M1)에 의해 생체 촉매가 투과액 (P2)로부터 분리되고, 단계 (iv)에서 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)이 제1 막 모듈 (M1)의 잔류물 공간에서 병합되는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 범위 내에서는 아크릴아미드의 목적하는 감소가 달성될 때까지 방법 단계를 반복적으로, 바람직하게는 연속적으로 수행하는 것이 바람직하다. 바람직하게는, 하위 단계 (iii)-1), (iii-2) 및 (iv)는 동시에 수행된다.
또 다른 바람직한 실시양태는 투과액 (P1)이 막의 접촉 표면을 통해 생체 촉매와 접촉하게 되고 막의 기공 크기가 d90 ≤100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤30 kDa, 가장 바람직하게는 d90 ≤10인 방법에 관한 것이다.
추가의 바람직한 실시양태에 있어서, 생체 촉매는 막의 매트릭스에 고정화된다. 바람직하게는, 아크릴아미드 함량의 감소 및 투과액 (P2)의 형성은 투과액 (P1)이 막의 접촉 표면을 통과하여 흐르고 아크릴아미드가 막을 통해 확산되어 전환됨으로써 일어난다.
바람직한 실시양태에 있어서, 고정화 생체 촉매에 의한 아크릴아미드의 전환은 막을 통한 확산에 의해 일어난다.
추가의 바람직한 실시양태는 단계 (ii)에 따른 물질 스트림의 분리 및 단계 (iii)에 따른 투과액 (P1)과 생체 촉매의 접촉이 막의 접촉 표면을 통해 동시에 수행되는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다. 여기에서는 적어도 하나의 막 모듈이 사용되고 생체 촉매가 이 적어도 하나의 막 모듈의 루멘에 또는 투과액 공간에 위치하는 것이 바람직하다.
추가의 바람직한 실시양태는 단계 (ii)에 따른 물질 스트림의 분리 및 단계 (iii-1)에 따른 투과액 (P1)과 생체 촉매의 접촉이 막 (M1)의 접촉 표면을 통해 동시에 수행되는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다. 여기에서는 적어도 하나의 막 모듈 (M1)이 사용되고 생체 촉매가 이 적어도 하나의 막 모듈의 루멘에 또는 투과액 공간에 위치하는 것이 바람직하다. 여기에서는 단계 (ii)에 따른 방법 스트림의 분리, 단계 (iii-2)에 따른 생체 촉매의 분리 및 단계 (iv)에 따른 방법 스트림의 병합이 연속적으로 일어나고, 생체 촉매는 이 적어도 하나의 막 모듈(M1)의 루멘에 또는 투과액 공간에 위치하는 것이 또한 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 또한 단계 (iii)에 따른 투과액 (P1)과 생체 촉매의 접촉 및 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액 (P2)의 수득, 및 단계 (iv)에 따른 아크릴아미드 함량이 감소된 생성된 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)의 병합은 막의 접촉 표면을 통해 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서, 또한 단계 (iii)에 따른 투과액 (P1)과 생체 촉매의 접촉 및 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액 (P2)의 수득, 및 단계 (iv)에 따른 아크릴아미드 함량이 감소된 생성된 투과액 (P2)와 잔류물 (R1)의 병합은 막 (M2)의 접촉 표면을 통해 동시에 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 맥락에서 단계 (ii), (iii) 및 (iv)는 단일 막의 접촉 표면 위에서 연속적으로 수행되는 것이 특히 바람직하다. 바람직하게는, 생체 촉매와 투과액 (P1)의 접촉 및 투과액 (P2)의 수득은 단일 막 모듈의 투과액 공간에서 일어난다. 여기에서, 아크릴아미드는 잔류물 공간으로부터 투과액 공간 중으로 확산되어 생체 촉매와 접촉하게 된다. 투과액 공간으로부터 다시 잔류물 공간으로 확산되는 물질(소위 투과액 (P2))은 감소된 양의 아크릴아미드를 함유한다.
본 발명의 맥락에서 단계 (ii), (iii) 및 (iv)는 단일 막 (M1)의 접촉 표면 위에서 연속적으로 수행되고, 생체 촉매와 투과액 (P1)의 접촉 및 투과액 P2의 수득은 단일 막 모듈 (M1)의 투과액 공간에서 일어나는 것이 특히 바람직하다. 여기에서, 아크릴아미드는 막 (M1)의 잔류물 공간으로부터 막 (M1)의 투과액 공간으로 확산되어 생체 촉매와 접촉하게 된다. 막(M1)의 투과액 공간으로부터 다시 그의 잔류물 공간으로 확산되는 물질(소위 투과액 (P2)은 감소된 양의 아크릴아미드를 함유한다.
이러한 공정 설계에 있어서, 중공사 모듈 (중공사막)이 막 구조(geometry)로서 사용되고, 생체 촉매는 중공사 모듈의 루멘 또는 투과액 공간에 존재하는 것이 특히 바람직하다. 수성 제제는 중공사 모듈을 통과하고 막을 통해 생체 촉매와 접촉하게 되며, 이에 따라 아크릴아미드는 막을 통해 확산되고 생체 촉매에 의해 전환된다. 투과액 (P1)과 잔류물 (R1)은 중공사 모듈의 시작 부분에 위치하고, 투과액 (P2)는 중공사 모듈의 끝 부분에 위치한다. 또한, 이러한 방법 설계를 사용할 때 편평한 시트 멤브레인 또는 층류 스택이 선호되는 멤브레인 구조이다.
또 다른 바람직한 실시양태는 단계 (iv)에서 수득한 아크릴아미드 함량이 감소된 수성 제제는 단계 (i)에서 제공된 수성 제제에 비해 수성 제제의 총 중량을 기준으로 아크릴아미드의 적어도 20 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 40 중량%, 다시 바람직하게는 적어도 50 중량%, 바람직하게는 적어도 60 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 70 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 80 중량%, 특히 바람직하게는 적어도 90 중량% 감소한 아크릴아미드 함량을 갖고/갖거나,
단계 (iv)에서 수득한 아크릴아미드 함량이 감소된 수성 제제는 아크릴아미드 함량이 제제의 건조 질량을 기준으로 2000 μg/kg 미만, 바람직하게는 850 mg/kg 미만, 특히 바람직하게는 500 μg/kg 미만인 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
추가의 바람직한 실시양태는 단계 (iv)에서 수득한 수성 제제가 단계 (v)에서 추가로 가공되고, 추가 가공이 건조, 증발, 농축, 동결건조, 유동층 건조, 분무 건조, 과립화, 분쇄 및 여과로 이루어진 그룹으로부터 선택된 적어도 하나의 방법 단계를 포함하는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
또 다른 바람직한 실시양태는 단계 (ii) 및 (iii)이 반복되고, 바람직하게는 연속적으로 반복되는 본 발명에 따른 방법에 관한 것이다.
하기 (i) 내지 (iv)로 이루어지거나 이를 포함하는, 수성 제제로부터 아크릴아미드를 제거하기 위한 장치가 본원에 추가로 기재된다.
(i) 수성 제제가 제공되는 저장 용기,
(ii) 바람직하게는 막 (M1)을 갖는 제1 막 모듈,
(iii) 생체 촉매가 제공되는 제2 저장 용기, 및
(iv) 바람직하게는 막 (M2)를 갖는 제2 막 모듈 (여기에서, 제1 막 모듈과 제2 막 모듈은 동일한 기공 크기를 갖는다).
바람직한 실시양태는 두 막 모듈 모두가 d90 ≤100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤30 kDa, 가장 바람직하게는 d90 ≤10 kDa의 기공 크기를 갖는 장치에 관한 것이다.
하기 (i) 내지 (iv)로 이루어지거나 이를 포함하는, 수성 제제로부터 아크릴아미드를 제거하기 위한 장치가 또한 본원에 기재된다.
(i) 수성 제제가 제공되는 저장 용기,
(ii) 바람직하게는 막 (M1)을 갖는 제1 막 모듈,
(iii) 생체 촉매가 제공되는 제2 저장 용기, 및
(iv) 바람직하게는 막 (M2)를 갖는 제2 막 모듈 (여기에서, 제1 막 모듈과 제2 막 모듈은 상이한 기공 크기를 갖는다).
바람직한 실시양태는 두 막 모듈 중 첫 번째는 d90 ≤100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤50 kDa, 더 바람직하게는 d90 ≤30 kDa, 가장 바람직하게는 d90 ≤10 kDa의 기공 크기를 갖고, 두 막 모듈 중 두 번째는 d90 ≤100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤30 kDa, 가장 바람직하게는 d90 ≤10 kDa의 기공 크기를 갖는 장치에 관한 것이다. 바람직하게는, 두 막 모듈 중 첫 번째의 기공 크기는 두 막 모듈 중 두 번째의 기공 크기의 크기보다 작다. 특히 바람직한 실시양태에 있어서, 두 막 모듈의 기공 크기는 생체 촉매보다 작다.
하기 (i) 내지 (iii)으로 이루어지거나 이를 포함하는, 수성 제제로부터 아크릴아미드를 제거하기 위한 장치가 또한 본원에 기재된다.
(i) 수성 제제가 제공되는 저장소,
(ii) 바람직하게는 막 (M1)을 갖는 제1 막 모듈, 및
(iii) 생체 촉매가 제공되는 제2 저장 용기 (이에 따라 방법 스트림은 제1 막 모듈을 통해 분할 및 병합된다).
하기 (i) 및 (ii)로 이루어지거나 이를 포함하는, 수성 제제로부터 아크릴아미드를 제거하기 위한 장치가 본원에 추가로 기재된다.
(i) 수성 제제가 제공되는 저장 용기, 및
(ii) 막 모듈, 바람직하게는 중공사막 모듈 (여기에서, 막 모듈은 생체 촉매가 존재하는 루멘을 갖는다).
본 발명은 이하 예시적이고 비제한적인 실시예를 특징으로 한다.
실시예
실시예 1:
브라질 그라인더(Brazil Grinder) 품종의 원두 커피를 110 스케일 파트(Neuhaus Neotec, Colortest II)의 색상 값으로 로스팅하였다. 로스팅 커피의 아크릴아미드 함량을 분석한 결과 560 μg/kg인 것으로 나타났다. 40 kg의 로스팅 커피를 추출 온도 85℃에서 추출하여 총 수율 220 kg의 커피 추출물을 얻었다. 커피 추출물의 일부는 후속 실험에 사용되었고, 일부는 커피 농축물을 생산하기 위한 동결농축에 사용되었다. 비농축 커피 추출물은 건조 잔류물 1.4%, 아크릴아미드 함량 28 μg/L를 나타냈고, 농축물은 건조 잔류물 27.5%, 아크릴아미드 함량 630 μg/L를 나타냈다.
1.4 중량%의 건조 잔류물을 갖는 비농축 커피 추출물을 폴리에테르술폰 재질의 막(중공사 모듈, 컷오프: 10)을 통해 투과액 (P1)과 잔류물 (R1)의 두 물질 스트림으로 분리하였다. 투과액 (P1)은 아크릴아미드 함량이 23 μg/L이었으며, 아크릴아미드를 첨가하여 223 μg/L로 증가시킨 후 수용 탱크에 공급하고 6500 U/L 아미다제로 처리하였다. 반응은 70℃에서 수행되었다. 이어서 아미다제가 포함된 투과액 (P1)을 2 mL/분의 유속으로 또 다른 막을 통해 두 물질 스트림으로 분할하였다. 생성된 투과액 (P2)는 아미다제를 함유하지 않는다.
투과액 (P2)에서 아크릴아미드의 감소는 기준 (효소 첨가 없이 아크릴아미드가 200 μg/L 첨가된 (P1))과 비교하여 효소-처리 샘플로부터 계산된다. 아크릴아미드 감소는 30 내지 300분의 공정 시간 동안 80 내지 90%로 일정하다.
건조 잔류물과 고형분이라는 용어는 동일한 의미를 갖는다.
실시예 2:
실시예 1로부터의 테스트 셋업을 연속 작업에 사용하였으며, 수득한 투과액 (P2)를 원래의 커피 추출물로 반송하였다. 60 내지 120분 후의 아크릴아미드 감소는 84 내지 93%였다.
실시예 3:
추가 실험에 있어서, 실시예 1에서 생산된 커피 추출물을 사전 분리 없이 확산막 반응기에서 처리하였다. 이를 위해 컷오프가 10 kDa이고 막 표면적이 155 cm2인 중공사 모듈을 사용하였으며, 이를 통해 커피 추출물(300 μg/L 아크릴아미드와 혼합)을 50℃에서 순환시켰다. 중공사 모듈의 투과액 측에 아미드가 포함된 효소 용액을 첨가하였다. 아미다제가 940 U/L 농도로 포함된 효소 용액을 중공사 모듈의 투과액 측에 첨가하였다. 이것은 원형으로 펌핑되지 않았다. 아크릴아미드는 막을 통해 확산되고 아미다제에 의해 분해된다. 200분의 반응 시간 후 아크릴아미드 감소는 35%였다. 두 모듈을 직렬로 연결하여 더 큰 막 면적을 사용하고 투과액 측의 효소 농도를 8,000 U/L로 증가시킴으로써 아크릴아미드 감소를 90% 값까지 증가시킬 수 있다.
실시예 4:
커피 추출물의 생산
베트남 로부스타(Vietnam Robusta) 품종의 원두 커피를 102 스케일 파트(Neuhaus Neotec, Colortest II)의 색상 값으로 로스팅하였다. 로스팅 커피의 아크릴아미드 함량을 분석한 결과 360 μg/kg인 것으로 나타났다. 20 kg의 로스팅 커피를 추출 온도 110℃에서 추출하여 총 수율 80 kg의 커피 추출물을 얻었다. 커피 추출물의 건조 잔류물(고형분)은 4.5%, 아크릴아미드 함량은 50 μg/L였다.
실시예 5:
커피 추출물 여액(CEF); 투과액 (P1)의 조제
실시예 5.1:
실험실 규모의 CEF 생산
실시예 4에 따른 커피 추출물 500 mL를 mPES 재질의 섬유, 10 kDa의 컷오프 및 75cm²의 필터 면적을 갖춘 Repligen의 모세관 모듈을 사용하여 십자류 여과로 여과하였으며, 투과액 (P1)과 잔류물 (R1)을 수득하였다. 막간 차압은 1.3 내지 1.7 bar였다. 16시간 이내에 400 ml의 투과액 (P1)이 수득되었다. 실험은 실온에서 진행되었다.
실시예 5.2:
파일럿 규모의 CEF 생산
막 모듈을 이용한 생산
실시예 4에 따른 고형분이 4.5%인 커피 추출물 80 L를 표면적이 5 m3인 Microdyn-Nadir의 막 모듈(FS10-FC-FUS0181)을 사용하여 십자류 여과로 여과하였다. 막 재료는 컷오프가 10 kDa인 PES로 구성되었다. 개별 섬유의 내경은 0.8 mm였다. 50°C의 온도, 1 m/s의 월류 속도 및 2 bar의 TMP에서 70 L의 투과액 (P1)(여과된 커피 추출물)이 25분 이내에 수득되었다.
세라믹 모듈을 이용한 생산
실시예 4에 따른 고형분이 4.5%인 커피 추출물 61 L를 표면적이 0.236 m3인 Atech의 세라믹 모듈을 사용하여 십자류 여과로 여과하였다. 세라믹 막 재료의 컷오프는 25 kDa이다. 개별 채널의 내경은 3.3 mm였다. 50℃의 온도, 5 m/s의 월류 속도 및 1.5 bar의 TMP에서 20.5 L의 투과액 (P1)(여과된 커피 추출물)이 48분 이내에 수득되었다.
실시예 6:
투과액 P1의 효소처리, 생체 촉매의 분리
실시예 6.1:
UF를 통한 생체 촉매의 분리
실시예 5에 따른 여과된 CEF(투과액 (P1)) 1 L를 1 mM 아크릴아미드와 혼합하여 분석을 단순화하였다. 1000 U의 액체 아미다제 제제를 첨가하고 혼합한 후 40℃에서 2시간 동안 인큐베이션하였다. 아크릴아미드 농도는 처리되지 않은 커피 여액(투과액 (P1))에 비해 72% 감소하였다.
십자류 여과를 수행하여 효소를 분리하였다. 이를 위해 면적이 200 cm²이고 기공 크기가 10 kDa인 셀룰로오스계 막을 갖춘 막 모듈이 사용되었다. 처리된 CEF는 1 L에서 약 50 ml로 감소하였다. 처리된 무효소 CEF(투과액 (P2)) 약 950 ml를 수득하였다.
실시예 6.2:
연속 효소처리 및 처리된 투과액 (P2)의 분리
연속 효소처리를 위한 셋업은 호스를 통해 상호 연결된 반응 탱크, 수용 탱크, 연동 펌프, 막 모듈 및 투과액 탱크로 구성되었다. 수용 탱크에 분석을 단순화하기 위해 1 mM 아크릴아미드로 강화된 CEF(실시예 5에 따른 투과액 (P1))로 채웠다. 반응 용기는 CEF(실시예 5에 따른 투과액 (P1)) 75 ml를 넣고 여기에 액체 아미다제 제제 320 U를 첨가한 용기로 구성되었다. 반응 혼합물을 막 모듈(200 cm², 10 kDa 셀룰로오스계 막 재료) 위에서 순환시킨 다음 반응 용기로 다시 펌핑하였다. 막 모듈의 투과액 유동은 펌프 용량을 통해 조절되었으며 1 ml/min의 값으로 설정되었다. 투과액은 투과액 용기에 수집되었다. 여과된 커피 추출물을 수용 용기로부터 반응 용기로 펌핑하여 반응 혼합물의 체적을 일정하게 유지하였다. 반응 배치의 크기와 투과액 유속으로 인해 CEF의 평균 체류 시간은 75분이었다. 평형화 후, 투과액은 74%의 아크릴아미드 감소를 보였다.
실시예 6.3:
고정화 물질을 이용한 연속 효소처리
300 내지 700 μm의 입자 크기와 1200 내지 1800 Å 크기 범위의 기공을 갖는 다공성 효소 담체에 효소를 공유적으로 로딩하였다. 생성된 효소 고정화물의 비활성은 45 U/g이었다.
5 g의 고정화물을 시브 트레이를 갖추고 내경이 1.6 cm인 크로마토그래피 칼럼에 채웠다. 1 mM 아크릴아미드로 강화한 CEF(실시예 5에 따른 투과액 (P1))이 있는 주형과 고정화물로 채워진 칼럼을 40℃로 템퍼링하였다. CEF(실시예 5에 따른 투과액 (P1))을 2 ml/분의 유속으로 칼럼 베드 위로 연속적으로 통과시키고 수집하여 투과액 (P2)로서 분획화하였다. 칼럼 통과액 중의 아크릴아미드 농도가 87% 감소하였다.
실시예 7:
복합 2단계 막법으로서의 아크릴아미드 분해
커피 추출물의 복합 여과, 아미다제를 이용한 효소처리 및 생체 촉매의 분리는 두 십자류 여과 장치를 상호 연결하여 수행된다. 장치 1의 수용 용기 1에 아크릴아미드가 1 mM로 강화된 커피 추출물(실시예 4에 따른 투과액 (P1)) 10 L로 채운다. 수용 용기 1은 펌프를 통해 30 kDa 기공이 있는 PES 막으로 구성된 0.25 m² 필터 표면을 갖는 Microdyn-Nadir의 모세관 모듈 1에 연결된다. 모세관 모듈 1을 떠난 후 잔류물 (R1)은 수용 용기 1로 반송된다. 모세관 모듈 1의 투과액 배출구는 장치 2의 수용 용기 2로 유입된다. 2000 U의 아미다제 제제를 수용 용기 2에 넣는다. 저장 용기 2는 제2 펌프를 통해 모세관 모듈 1과 동일한 모세관 모듈 2에 연결되며, 그의 잔류물은 저장 용기 2로 반송된다. 모세관 모듈 2의 투과액 배출구는 장치 1의 저장소 1에 연결된다.
먼저, 장치 1이 11 L/min의 유속 및 1.5 bar의 TMP로 시작되고, 이에 따라 여액이 형성되며, 이는 수용 용기 2로 유입된다. 일단 수용 용기 2에서 목표 체적에 도달하면 장치 2가 5 L/min의 유속으로 시작된다. 장치 2의 TMP는 장치 2의 투과액 유동이 장치 1의 투과액 유동과 동일하고 따라서 수용 용기 2에서의 목표 체적이 일정하게 유지되도록 조절된다(1 내지 1.5 bar). 수용 용기 1에 있는 커피 추출물의 아크릴아미드 농도는 연속적으로 측정된다. 아크릴아미드 농도는 2시간 후에 최대 71%까지 감소한다. 처리를 종료하기 위해 장치 1을 정지시키고, 장치 2에서의 체적을 장치 2에서의 불용체적 0.4 L로 줄인다.
실시예 8:
확산막 반응기(DMR)법으로서의 아크릴아미드 분해
실시예 8.1:
실험실 규모의 뱃치법
실시예 4에 따른 커피 추출물의 직접적인 처리를 위해, 실시예 4에 따른 커피 추출물 1 L를 1 mM 아크릴아미드와 혼합하고, mPES 재질의 섬유, 10 kDa의 컷오프 및 75cm²의 필터 면적을 갖춘 Repligen의 모세관 모듈(막 (M1)) 위에서 원형으로 40℃에서 펌핑한다. 500 U의 활성을 갖는 아미다제 효소 제제는 폐쇄된 투과액 측에 위치한다. 커피 추출물 중의 아크릴아미드 농도 감소를 시간 경과에 따라 모니터링한다. 2시간 후 아크릴아미드 함량은 32% 감소한다.
실시예 8.2:
실험실 규모의 연속법
연속 처리를 위해, 세 모세관 모듈(Repligen, mPES, 10 kDa, 75 cm²)의 잔류물 공간을 추가 실험에서 튜브를 통해 연속적으로 연결하였다. 세 모세관 모듈의 투과액 공간도 연결하였으며 600 U의 아미다제 제제로 채웠다. 40℃의 온도에서, 1 mM 아크릴아미드를 첨가한 실시예 4에 따른 커피 추출물을 모세관 모듈의 잔류물 측을 통해 0.6 ml/min의 유속으로 펌핑하고, 수집하여 분획화하였다. 세 번째 모세관 모듈의 배출구에서 커피 추출물 중의 아크릴아미드 감소는 49%였다.
실시예 8.3:
파일럿 규모의 뱃치법
3 μM 아크릴아미드로 강화된 실시예 4에 따른 커피 추출물 32 L를 표면적이 5 m3인 Microdyn-Nadir의 막 모듈(FS10-FC-FUS0181)을 통해 5.3 L/분의 속도로 50℃에서 펌핑하였다. 막 재료는 컷오프가 10 kDa인 PES로 구성되었다. 투과액 챔버의 두 배출구는 저장소에 연결되었고 128 kU의 액체 아미다제 제제로 채웠다. 액체는 연동 펌프에 의해 이동 상태로 유지되었다. 아크릴아미드 농도의 감소를 시간 경과에 따라 모니터링하였다. 90분 후, 아크릴아미드 농도는 92% 감소하였다.
실시예 9:
아크릴아미드-감소 인스턴트 커피 제품의 생산
실시예 9.1:
2단계 막법을 이용한 생산
Brazil NY 17/18 품종의 커피 20 kg을 110의 색상 값(Neuhaus Neotec, Colortest II)으로 로스팅하고 110℃에서 추출하였다. 그 결과 고형분이 4.1%이고 아크릴아미드 함량이 50 μg/L인 100 kg의 커피 추출물이 생성되었다.
50℃에서 MWCO가 25 kDa, 월류 속도가 5 m/s, 막간 차압이 3.8 bar인 Atech의 세라믹 모듈을 사용하여 십자류 여과 시스템에서 32 kg의 추출물을 여과하였다. 18.8 kg의 KEF(투과액 (P1))을 수득하였고, 여기에 2000 U/L 아미다제를 첨가하고 50°C에서 1시간 동안 인큐베이션하였다. 원래의 추출물 32 kg 중 잔류물 (R1) 11 kg이 잔존하여 따로 두었다. 이어서 아미다제와 반응 후 수득한 투과액 (P2)를 제2 십자류 여과에 투입하여 효소를 분리하였다. 생체 촉매가 없는 16.3 kg의 투과액 (P2)를 수득하였다. 처리된 KEF(투과액 (P2))를 11 kg의 잔류물 (R1)과 병합하였다. 농축된 커피 추출물(제1 십자류 여과로부터의 잔류물 (R1))과 처리된 커피 추출물 여액(제2 십자류 여과로부터의 투과액 (P2))의 생성되는 혼합물을 얕은 트레이로 이전하고 -40℃에서 동결한 다음 동결건조기에서 29시간 동안 동결건조시켰다. 결과는 140 g의 인스턴트 커피 제품이었다.
마찬가지로, 본 실시예의 서두에서 생산된 3.6 kg의 처리되지 않은 커피 추출물을 동결건조하였다.
처리된 커피 추출물과 처리되지 않은 커피 추출물의 아크릴아미드 함량을 측정하였다. 결과에 따르면, 처리된 샘플의 아크릴아미드 함량은 처리되지 않은 대조군 샘플의 아크릴아미드 함량보다 29% 낮았다.
| 샘플 | 아크릴아미드 [μg/kg] | 질량 손실 [%] | 아크릴아미드 감소 [%] |
| 처리되지 않은 샘플 | 1100 | 3.1 | - |
| 효소-처리 샘플 | 780 | 3.5 | 29 |
실시예 9.2:
확산막 반응기(DMR)를 이용한 생산
Arabica 블렌드로부터의 원두 커피를 110의 색상 값으로 로스팅하였다. 40 kg의 커피를 85℃에서 추출하였다. 총 200 kg의 커피 추출물을 수득하였다. 이어서 커피를 동결농축에 의하여 고형분 12.5%로 농축하였다.
농축된 추출물의 아크릴아미드 함량은 120 μg/L였다. 농축된 추출물을 필터 면적이 5m²이고 MWCO가 10 kDa인 Microdyn-Nadir의 중공사 모듈이 연결된 십자류 여과 시스템으로 구성된 확산막 반응기를 사용하여 처리하였다. 모듈의 투과액 챔버 (P1)은 217.6 kU의 아미다제를 함유하였다.
32 L의 추출물을 원형으로 중공사 모듈 위에서 50℃에서 2시간 동안 압력을 가하지 않고 펌핑하였다. 이어서, 0.6 kg의 처리된 KEF(투과액 (P2))를 얕은 용기에 이전하고, -40℃에서 동결시킨 후 동결건조하였다.
마찬가지로, 효소처리에 투입하지 않은 0.6 kg의 농축된 추출물을 동결건조하였다. 두 인스턴트 커피 제품의 아크릴아미드 함량을 조사하고 비교하였다. 처리된 추출물로 만든 제품은 아크릴아미드 함량이 34% 감소하였다.
| 샘플 | 아크릴아미드 [μg/kg] | 질량 손실 [%] | 아크릴아미드 감소 [%] |
| 처리되지 않은 샘플 | 750 | 4.53 | - |
| 효소-처리 샘플 | 100 | 4.97 | 87 |
Claims (18)
- 다음 단계를 포함하는, 수용 제제에서 아크릴아미드를 제거하거나 변환하여 감소된 아크릴아미드 함량을 가지는 최종 제품을 생산하는 방법:
(i) 아크릴아미드 함량이 감소된 최종제품을 생산하기 위한 출발제품으로서 아크릴아미드 및 기타 성분을 포함하는 수용 제제를 제공하는 단계;
(ii) 수용 제제를 두개의 물질 스트림(streams)으로 나누어 잔류물(retentate)(R1)과 투과액(permeate)(P1)을 얻되, 잔류물(R1)은 추가성분(components)(K1)을 포함하고, 투과액(P1)은 아크릴아미드를 포함하며, 바람직하게는 추가성분(K2)을 포함하지 않거나 소량으로 포함하는 단계;
(iii) 투과액(P1)을 아크릴아미드 감소 생체 촉매와 접촉시켜 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻는 단계;
(iv) 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)과 단계(ii)에서 얻은 잔류물(R1)을 조합하여 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제를 얻되, 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하지 않는 단계;
(v) 선택적으로, 단계(iv)로부터 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제(aqueous preparation)를 추가로 처리하여 최종 생성물을 수득하는 단계. - 제1항에 있어서,
단계(ii)에서 물질 스트림으로 나누는 것은 여과로서, 바람직하게는 막 여과로서 수행되는 방법. - 제1항 또는 제2항에 있어서,
단계(ii)에서 물질 스트림으로 나누는 것은 막 여과로서 수행되고, 막의 기공 크기가 d90 ≤ 100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤ 50 kDa, 특히 바람직하게는 d90 ≤ 30 kDa인 방법. - 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서,
막 횡단 압력은 0.01 mbar 내지 10 bar, 바람직하게는 0.1 mbar 내지 7.5 bar, 더욱 바람직하게는 1 mbar 내지 5 bar, 특히 바람직하게는 500 mbar 내지 2.5 bar인 방법. - 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서,
최종 제품은 즐거움, 영양 또는 미용 목적을 위한 제품이고, 바람직하게는 후라이드 또는 딥-후라이드(fried or deep-fried) 감자 제품, 옥수수 제품, 커피 제품, 커피 대체품, 스낵, 밀 제품, 화장품, 페이스트리(pastries)로 구성된 쿠키, 비스킷, 러스크, 시리얼바, 스콘, 아이스크림 콘, 와플, 크럼펫, 진저브레드, 크리스프브레드 및 대체 빵, 파스타, 쌀, 생선 제품, 육류 제품, 시리얼, 맥주 또는 어린이 및 유아용 이유식을 포함하는 그룹으로부터 선택되는 방법. - 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 촉매는 살아있는 미생물 및/또는 불활성화된 미생물 및/또는 세포용해물 및/또는 (부분) 정제된 효소 및/또는 고정화 효소로서 존재하는 방법. - 제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 촉매는 (부분) 정제된 효소 및/또는 고정화 효소로서 존재하는 방법. - 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
상기 생체 촉매는 (부분) 정제된 효소 및/또는 고정화 효소로 존재하며, 상기 효소는 SEQ ID NO. 1 내지 SEQ ID NO. 44에 따른 서열로 이루어진 군으로부터 선택된 서열을 가지거나 이러한 서열로 이루어진 효소의 총 길이에 대한 서열 동일성이 적어도 60%, 70%, 80%, 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99%, 바람직하게는 적어도 90%, 91%, 92%, 93%, 94%, 95%, 96%, 97%, 98%, 또는 99%인 아미노산 서열을 가지는 효소인 방법. - 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(iii)에서 투과액(P1)은 혼합에 의해 생체 촉매와 접촉하게 되고, 이어서 이 혼합물은 두 개의 물질 스트림으로 나누어져 투과액(P2)을 얻고, 상기 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하지 않는 방법. - 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 투과액(P1)이 막의 접촉 표면을 통해 생체 촉매와 접촉하게 되는 방법.
- 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(iii)은 다음의 하위 단계를 포함하는 방법:
(iii-1) 투과액(P1)을 아크릴아미드 감소 생체 촉매와 접촉시키고, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)은 생체 촉매를 포함하는 단계;
(iii-2) 막(M2)을 통한 분리 수단에 의해 단계(iii-1)의 투과액(P2)로부터 생체 촉매를 분리하고, 생체 촉매가 포함된 잔류물(R2)를 얻으며, 아크릴아미드 함량이 감소된 투과액(P2)을 얻되, 투과액(P2)는 임의의 생체 촉매를 포함하지 않는 단계. - 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
바람직하게는 제 11항에 있어서, 단계(ii)에서 수용 제제를 두개의 물질 스트림으로 나누는 것과 단계(iv)전에 생체 촉매의 분리는 단일 막(M1)을 통해 수행되는 방법. - 제11항 또는 제12항에 있어서,
상기 단계(ii) 및 (iii-2)는 단일 막(M1)을 통해 수행되는 방법. - 제11항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
막(M1)의 기공 크기는 막(M2)의 기공 크기보다 작거나 같고, 막(M1)의 기공 크기 및 막(M2)의 기공크기는 각각 생체 촉매보다 작은 방법. - 제11항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
막, 바람직하게는 막(M1)의 기공 크기는 d90 ≤ 100 kDa, 바람직하게는 d90 ≤ 50 kDa, 더욱 바람직하게는 d90 ≤ 30 kDa, 가장 바람직하게는 d90 ≤ 10 kDa인 방법. - 제 11항 내지 제15항 중 어느 한 항에 있어서,
막 횡단 압력은 0.01mbar 내지 10bar, 바람직하게는 0.1mbar 내지 7.5bar, 더욱 바람직하게는 1mbar 내지 5bar, 특히 바람직하게는 500mbar 내지 2.5bar인 방법. - 제1항 내지 제16항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(i)에서 제공된 수용 제제와 비교하여 단계(iv)에서 얻은 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제는, 수용 제제 총중량을 기준으로, 적어도 20 중량%, 바람직하게는 적어도 30 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 40 중량%, 다시 바람직하게는 적어도 50 중량%, 더욱 바람직하게는 적어도 60 중량%, 더더욱 바람직하게는 적어도 80 중량%, 더더욱 바람직하게는 적어도 90 중량%의 감소된 아크릴아미드 함량을 가지고, 및/또는 상기 단계(iv)에서 얻은 아크릴아미드 함량이 감소된 수용 제제는, 제제의 건조질량을 기준으로, 2000 μg/kg 미만, 바람직하게는 850 mg/kg 미만 , 특히 바람직하게는 500 μg/kg 미만인 방법.
- 제1항 내지 제17항 중 어느 한 항에 있어서,
단계(iv)에서 얻은 수용 제제가 단계(v)에서 추가로 가공되고, 추가의 가공은 건조, 증발, 농축, 동결건조, 유동층 건조, 분무건조, 과립화, 분쇄 및 여과로 이루어진 군으로부터 선택되는 적어도 하나의 가공 단계를 포함하는 방법.
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