KR960006321B1 - 단백질계 거대콜로이드, 이를 함유하는 분산액 및 이들의 제조방법 - Google Patents

Abstract

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Description

단백질계 거대콜로이드, 이를 함유하는 분산액 및 이들의 제조방법

제 1 도는 본 발명을 수행하는데 바람직한 고 전단력과 고 열 전달율을 일정하게 제공하는 유체 가공처리창치의 종단면도.

제 2 도는 본 발명의 바람직한 공정을 수행하는데 유용한 다른 장치와 연결된, 제 1도의 장치를 나타내는 계통도.

제2a도는 제2도에 도시된 스크래핑된 표면의 열 교환 장치(10B)를 갖지 않는 제2도의 장치와 유사한 계통도.

제3a도, 제4a도 및 제5a도는 400배의 확대배율로 관찰한 본 발명의 낙농 유장 거대콜로이드(dairy whey macrocolloids)를 나타낸 광학 현미경사진.

제3b도, 제4b도 및 제5b도는 5000배의 확대배율로, 제3a도, 제4a도 및 제5a도에 나타난 필드의 일부를나타낸 광학 현미경사진.

제6a도 및 제6b도는 ALATAL^R810 유장 단백질(New Zealand Milk Products, Inc., Rosemont, IllinoiS U.S.A에서 시판하는 낙농 제품)을 각각 40배 및 400배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진.

제7a도 및 제7b도는 ALATAL^R810 유장 단백질(ALATAL^R810 유장 단백질과 유사한 낙농 제품으로, New Zealand Milk Products, Inc.에서 시판)을 각각 40배 및 400배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진(주 : 상기 ALATAL^R제품의 더욱 상세한 설명은 실시예 5에서 이루어짐).

제8a도 및 제8b도는 동부피의 내표적인 샘플인 ALATAL^R810 유장 단백질과 본 발명의 낙농 유장 거대콜로이드에 있어서 입자 크기 본포를 세미-로그의 막대그래프로 비교 도시된 도면.

제9a도 및 제9b도는 동직경의 대표적인 샘플인 ALATAL^R810 유장 단백질과 본 발명의 낙농 유장 거대콜로이드에 있어서 입자 크기 분포를 세미-로그의 막대그래프로 비교 도시한 도면.

제10a도 및 제10b도는 각각 동부피와 동직경의 본 발명의 낙농 유장 거대콜로이드 샘플에 있어서 입자크기 분포를 도시한 것으로서, 로그 베이스 라인과는 구별되는 선을 갖는 막대그래프 도면.

제11a도는 본 발명을 수행하는데 있어 배치 작동용으로 고안된 가공처리장치의 한 구체예를 도시한 단면도.

제11b도는 제 1 도의 가공처리장치 칼날의 평면도.

제12도는 연속 흐름 작동용으로 고안된 장치를 도시한 것으로서, 제 1 도와 비슷한 도면.

제13도는 제12도의 라인 13-13을 절단한 단면도.

제14도는 제11b도의 라인 14-14를 절단한 단면도.

제15도는 가공처리장치의 작동을 도시한 도면.

제16도는 본 발명의 유장 단백질 거대콜로이드 샘플을 1000배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진.

제17도는 본 발명의 소 혈청 알부민 거대콜로이드 샘플을 1000배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진.

제18도는 본 발명의 계란 흰자 알부민 거대콜로이드 샘플을 1000배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진.

제19도는 본 발명의 콩 단백질 거대콜로이드를 1000배의 확대배율로 나타낸 광학 현미경사진.

본 발명은 수화 상태에서 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용(organoleptic) 특성을 갖는 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드를 제공하는 것에 관한 것이다. 이러한 거대콜로이드는 고 전단 조건하에서 조절된 열 변성에 의해 각종 미변성의 다양한, 대체로 가용성인 단백질을 출발 물질로 하여 생성될 수 있다. 상기 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드는 거의 비응집된 변성 단백질 입자를 함유하고 있다. 입자는 무수 상태에서 약 0.1마이크론 내지 약 2.0마이크론 범위의 평균 입경 크기 본포를 지니며 전체 입자수의 약 2%이하가 적경이 3.0마이크론 이상인 입자이다. 이러한 입자의 대부분은 약 800배 확대배율의 표준 광학 현미경으로 관찰했을때 거의 타원체형이다. 거대콜로이드는 수화시 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 지닌다. 본 발명은 또한 이러한 생성물을 제조하는 방법에 관한 것이다.

본 발명은 식품 제조, 예방 및 치료 차원의 체중감량 조치 및 고 단백질 요법에 있어, 그리고 그 자체로서 지방의 대체식품, 및 보통 감각수용 특성을 제공하기에 충분한 농도로 존재하는 지방을 수중유형 에멀젼의 부드러운 감각수용 특성을 갖는 단백질계 물질로 대체한 형대의 식품에 관한 것이다.

고 지방 식품은 상당히 많은 인구가 즐기고 있으며 많은 사람들의 음식물중 상당 비율을 차지하고 있다. 하지만 이러한 성취가 영양학적인 관점에서는 바람직하지 않다는 사실에 대해서는 광범위하게 인식되고 있으며 따라서 이 문제를 해결키위한 많은 시도가 행해져 왔다.

아마도 상기 문제를 해결키위한 가장 직접적인 접근방안은 주어진 식품에 존재하는 지방의 함량을 단순히 감소시키는 것이다. 미합중국 특허 제3,892,873호에는 다중상 에멀젼(예, 오일/물/오일 또는 물/오일/물)을 사용하여 식품의 감각수용 특성을 잃지 않으면서 특정의 지방-함유 식품에 존재하는 지방의 함량을 감소시킨 식품에 대해 예시되어 있다. 이러한 식품에서는 물과 오일의 관계가 개질되어 오일의 운동성이 최대화되고, 이에 따라, 지방에 의한 감각수용 수준을 나타내는데 필요한 식품중의 오일량을 비례적으로 캄소시킨다. 지방의 함량을 감소시키는 것이 가능하다면 매우 바람직하겠지만 이러한 접근 방안은 수행가능성면에서 실제적으로 한계를 지니고 있다. 식품에 존재하는 지방의 감각수용 특성을 최대한으로 이용한다고 하더라도, 생성된 식품은 이러한 제품내 지방에 의해 정상적으로 느껴지는 입맛에 부합하는데 필요한 상당량의 지방을 보유하고 있어야 한다. 그러므로 단순한 지방 감소 방법이 나름대로 잇점을 가지고는 있지만, 이 방법은 수행이 어려우며 지방 대용품을 통한 지방 감소에 의해 얻어지는 잇점을 가질 수 없다. 이후 "칼로리-감소"로 언급되는 식품에서 지방-대체식품을 제공하기 위한 많은 기술이 제시되었다. 일례로 미합중국 특허 제3,600,186호는 일반적으로 액상 폴리올 폴리에스테르를 함유하는 저 칼로리 식품에 관한 것이다. 미합중국 특허 제4,461,782호는 밀가루 또는 전분 대용품으로서 폴리올 지방산 폴리에스테르와 미소결정질 셀룰로스를 함유하는 베이킹 제품을 교시하고 있다.

슈크토즈 폴리에스테르는 보통 지방의 물리적 특성과 외관을 가지고 있기는 하지만, 동시에 장내의 효소에 의한 가수분해에 대해 내성을 지니고 있어 소화가 잘 되지 않는다. 문헌[The Economist, Apri1 4, 1987, p87-88]에 따르면, 슈크로즈 폴리에스테르는 과일상의 보호성 고팅제의 용도로 입증되었을 뿐이다. 또한, 슈크로즈 폴리에스테르는 원치않는 설사 효과를 가지고 있어 다량 복용시, 수소화된 야자유 등을 병용해야 한다. 단점은 슈크로즈 폴리에스테르가 지용성 비타민류, 특히 비타민 A 및 E의 체내 흡수를 상당히 방해한다는 사실이다.

칼로리 감소 식품에 대한 통상적인 접근방안은 미합중국 특허 제4,143,163호에 예시되어 있는데, 여기에서 부드러운 조직의 고 벌크 식품 첨가 조성물은 가용성 껌으로 고팅된 섬유성 셀룰로스와 폴리하이드릭 알코올로 구성되어 있으며 이 조성물의 입자 크기는 20 내지 40마이크론 범위인 것으로 고시되어 있다. 엄밀한 의미에서, 섬유성 셀룰로스 물질은 지방을 대체하기 보다는 식품에서 소화가 안되는 물질의 상대적인 비울을 증가시킨다. 통상적으로 고 섬유성 식품에 의한 나쁜 입맛을 다소라도 개선시키려는 의도로 다른 물질들이 사용된다.

고 섬유질 보충으로 인한 입맛 저하와 관련된 문제에 대한 대안 방법중 한가지는 지방 대용품으로서 각종 수용성 겔을 사용하는 것이다. 미합중국 특허 제4,305,964호는 수화된 하이드로콜로이드 수성 분산액이 주성분인 겔화된 물 비이드가 수중유형 에멀젼에 분산되어 있는 지방 대용품에 관한 것이다. 이러한 겔에 존재하는 소량의 하이드로콜로이드에 따른 영양적 가치와는 상관없이 이 조성물은 소비자의 식사에 직접적인 영양적 기여를 거의 하지 않는다. 미합중국 특허 제4,510,166호는 오일 또는 지방 대용품으로 유용한 전분/물 겔에 관한 것이다. 오일 또는 지방을 대체한다는 점외에, 이러한 접근 방법을 통해 얻어지는 영양학적가치는 겔에 포함된 10-15%의 전분에 의한 칼로리 수치에 불과하다. 고 탄수화물 식사에서 이러한 기여는그리 중요한 수치가 아니다.

상기 언급한 것처럼, 영양학적 관점에서 보았을때 감각수용 기여에 관계없이 식품에서의 지방의 높은 레벨은 바람직하지 않다. 섬유 첨가제를 사용하여 지방을 희석하는 방안은 몇 가지 잇점이 있지만, 고 섬유식품의 섭취가 특정 형태의 장질환을 해소하는데는 유리하나, 소비자에게 영양적인 이득을 직접 주지는 못한다는 단점이 있다. 물-겔이 기제인 지방 대용품은 이러한 부가의 잇점을 지니지 않는다. 지방을 슈크로즈 폴리에스테르로 대체하는 것도 또한 소비자에게 직접적인 영양학적 이득을 제공하지는 못하지만 이는 콜레스테롤이 체내로 흡수되기 전에 장에서 콜레스테롤을 격리시키는 잇점을 가짐이 드러났다.

지방 대용품이 추가로 소비자의 영양적 요구에 직접적으로 바람직한 기여를 할 수 있다면 가장 유리한 것이다.

미합중국 특허 제4,308,294호는 부분적으로 젤라틴화되고 산성화된 수중전분상중에 분산된 거품형태의 수화된 단백질/껌 복합체를 포함한 지방 내용물중에 0.5 내지 30%의 단백질을 이용하는 것에 대하여 교시하고 있다. 하지만 이 특허 공보의 칼럼 2, 라인 62-68에 따르면, 목적하는 오일 대체 특성은 팽윤된 전분과립의 감각수용 기여도에 의해 좌우된다고 교시하고 있다.

정상적인 상태하에서, 건강한 성인에게 필요한 질소 평형상태는 1일에 체중 1kg당 0.9g의 단백질을 하루동안 섭취함으로써 유지될 수 있다. 영양적 단백질원이기도 한 지방 대용품은 이러한 요건에 부합될 수 있으며 일반화된 단백질 결핍 상태에 대한 예방 및 치료 효과뿐 아니라 비만, 동맥경화 및 가능하다면 다수의 소화 장애의 치료 가능성도 제공한다. 일반적으로 식품의 단백질 보강은 생선, 콩, 유장, 카제인, 계란 알부민 또는 글루텐 단백질원을 사용하면 해결될 수 있다. 이러한 보강제 각각은 부수적인 문제를 수반한다. 일반적으로 가용성 식품 단백질을 점성이 있는 반면에 열 변성된 단백질은 덩어리 겔(예, 가열된 계란 흰자) 또는 굵고 거친 입자로서 나타나는 경향이 있다. 이러한 일반적인 것에서 한 가지 예외적인 경우는 고기같은 근원섬유 물질을 연상시키는, 감각수용 특성을 갖는 섬유질(구체적으로 조직)내로 연속적으로 감겨진 콩 단백질의 경우이다. 하지만 이 조직은 광범위하게는 적용될 수 없는데 그 이유는 이러한 섬유가 예컨대 지방 또는 오일을 맛본 사람의 입맛을 따르지 못하기 때문이다.

당해 기술분야에서는 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 갖는 천연의 영양 물질 및 부분적으로라도 지방 대용품을 함유하는 식품에 대한 요구가 있어 왔다.

본 발명은 수화 상태에서 상당히 부드러운 수중유형 에멀젼상의 감각수용 특성을 갖는 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드 입자에 관한 것이다. 본 발명의 거대콜로이드 생성물은 균일한 크기와 형태의 거의 비응집된 변성 단백질 입자를 포함하고 있다. 입자는 표준 광학 현미경으로 약 800배의 확대배율로 관찰했을때 거의 다원체형인 것이 그 특징이다. 이 입자는 무수 상태에서는 약 0.1마이크론 내지 약 2.0마이크론 범위의 평균 입경 크기 분포를 지닌다. 바람직한 형태는 거대콜로이드 전체 입자수의 약 2% 이하가 직경 3.0마이크론 이상인 것이다. 본 발명의 신규한 미립형 변성 단백질 제품은 수성 매체중에 분산되었을때 수중유형 에멀젼과 관련된 것으로 추정되는 에멀젼-유사 형태로서 입맛에 가장 잘맞는 특성을 나타낸다.

적합한 단백질원으로는 계란 및 우유 단백질, 식물 단백질(특히 목화, 야자, 평지, 잇꽃, 코코아, 해바라기, 참깨, 콩, 땅콩 등에서 얻어진 오일종자 단백질 포함), 및 효모 단백질과 소위 "단세포" 단백질과 같은 미생물 단백질을 비롯한 동물성, 식물성, 및 미생물성 단백질이 있으나, 이들로 국한되는 것은 아니다. 바람직한 단백질에는 낙농 유장 단백질(특히 달콤한 유장 단백질) 및 비-낙농 유장 단백질, 예컨대 소 혈청알부민, 계란 흰자 알부민 및 식물성 유장 단백질(즉, 비-낙농 유장 단백질), 예컨대 콩 단백질이 포함된다. 본 발명에서는 사전에 단백질 변성 처리(예, 단리 처리)를 하지 않은 구형의 가용성 비섬유성 단백질을 제공하는 천연 재료원이 가장 바람직하다.

본 발명의 생성물은 또한 거의 비-응집된 변성 단백질 입자를 함유하는 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드를 포함하며 이때 무수 상태에서 거의 모든 입자를 합한 전체 덩어리는 약 5×10^-4입방 마이크론 내지약 5.5 입방 마이크론 용적의 입자로 구성되어 있으며 상기 입자의 내부분은 표준 광학 현미경을 사용하여 800배의 확대배율로 관찰했을때 거의 타원체형이다.

본 발명과 관련하여 목적하는 운동 특성 효과를 높이기 위해서(즉, 부드럽고 미끄러운 감촉을 주기 위해서), 본 조성물 입자의 대부분은 거칠지 않거나 또는 거의 타원체의 형태를 가지는 것이 바람직하다. 본 명세서에서 용어 "거의 타원체"란 구체, 편원 타원체 또는 편장 타원체를 포함하는 광범위한 구체를 포괄한다. 구형만으로 되어 있거나 이것이 주종인 조성물이 가장 바람직하다. 본 발명의 조성물중에 다른 타원체형태가 존재하는 것도 허용될 수 있지만 이러한 다른 타원체형이 주종을 이루거나 이것만으로 원 조성물은 덜 바람직하다. 간상형태 입자와 필라멘트형 입자의 존재토 허용되기는 하지만 덜 바람직하다. 침상상태의 입자는 아주 바람직하지 않다. 바람직한 입자는 무수상태에서 측정했을때 직경이(구형이 아닌 입자의 경우는 장축) 지 마이크론 내지 1마이크론 이하 범위인 것이다.

본 명세서에서 단백질 변성은 일반적으토 비가역적 방향으로 진행되며 그 결과 상기 입자의 형태도 단백질의 본자가 경화되는 방식으로 천연(즉, 변성되지 않은 상태) 단백질 상태의 변형을 야기시킨다. 이러한 과정의 일례로 상기 경화를 수행하는데 단백질을 열 변성하는 방법이 사용된다.

한 양태에 있어, 본 발명의 방법은 거의 미변성의 대체로 가용성이고 열 응고성인 단백질을 단백질의 동전점 이하의 pH를 갖는 수용액중에서 열 변성온도로, 직경이 약 2마이크론 이상인 융합된 미립형 단백질응집체는 거의 형성되지 않고 반면에 직경이 약 0.1마이크론 이상인 변성된 단백질계 거대콜로이드 입자가 형성되도록 선택되어 수행되는 전단 조건하에서 충분한 시간동안 가열하는 것을 포함한다.

다른 관점에서 본 발명은 5.5 입방 마이크론 이상의 용적을 갖는 융합된 미립형 단백질계 응집체는 거의 형성되지 않도록 하고 반면에 용적이 약 5×10^-4입방 마이크론 이상인 변성 단백질계 거대콜로이드 입자가 형성되도록 하는 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 상기 방법은 약 10중량% 내지 약 20중량%의 단백질 농도를 갖는 것을 특징으로 하는 열응고성 단백질 수용액에 적용하는 것이 유리하다. 일반적으로, 본 발명 실행에 사용되는 단백질 원료물질원은 약 80% 이상이 가용성 단백질, 바람직하게는 약 90% 이상이 가용성 단백질인 것이다. 가용성 단백질이 약 80% 이하인 단백질원은 처음부터 과대 입자 및/또는 입자 응집체를 포함할 가능성이 있어 본 발명 생성물의 목적하는 감각수용 특성이 상당히 감소될 수 있다. 단백질 용액의 pH는 용액중에 존재하는 단백질의 등전 커브의 중점(즉, 개별적인 단백질 성분의 여러 등전점의 복합 커브의 중점) 이하로 설정되지만 단백질을 산성 가수분해할 정도로 낮지는 않도록 한다. 일반적으로 등전점 커브 중점 또는 그 근방의 pH를 설정하면 커다란 크기의 입자가 형성되는 것을 촉진시키는 경향이 있으머, 등전 커브 중점보다 아주 낮은 pH조건은 매우 작은 평균 직경을 갖는 입자 형성을 촉진시킨다. 용액의 pH는 단백질 원료 물질의 등전 커브중점에서 약 pH 1 단위 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 필요에 따라, pH 조정은 유기 또는 무기산 또는 염기의 사용으로 쉽게 수행할 수 있다.

필요에 따라, 본 발명의 실행에 사용되는 단백질 용액은 원치않는 비-단백질 또는 펩티드와 아미노산을 비룻한 단백질 구성물을 제거하기 위해 화학적으로 또는 물리적으로 전-처리할 수도 있다. 예컨대, 무수의달콤한 낙농 유창 단백질 농축물(예컨대 사전에 비-단백질 질소계 화합물 및 락토오즈를 거의 제거하기 위해서 한외여과 처리한 것)은 본 발명 생성물을 식품에서 지방 내용품 또는 대체품으로 사용하는 경우에는, 향을 없애는 기타 성분 뿐아니라 지방 및 콜레스테롤을 제거하기 의해 추출과정을 수행할 수도 있다. 한외여과의 대한 방법으로서, 낙농 유장을 크로마토그래피 정제 처리하면 주단백질 구성성분으로서 락토알부민과 락토글토불린은 남겨두고 락토오즈, 염 및 대부분의 기타 비-단백질 성분을 제거할 수 있다.

본 발명의 수화된 거대콜로이드 생성물은 목적하는 크기 및 모양을 갖는 비응집된 단백질계 입자를 형성시키는 물리적 및 화학적 처리에 의해 조절된 단백질 변성을 용이하게 하는 열 및 고 전단 조건을 조절 적용함으로써 단백질 용액으로부터 쉽게 제조된다. 변성시에 형성된 입자는 일반적으로 모양이 구형이여 약0.1마이크론 이상의 평균 직경을 가지고 있다. 약 2마이크론 이상의 직경을 갗는 입자의 형성 및/또는 응집체 직경이 2마이크론 이상인 작은 임자의 응집체 형성은 거의 이루어지지 않는다. 다르게 말하면 5.5 입방마이크론 이상의 용적을 갖는 입자 응집체 또는 입자는 형성되지 않으면서 거의 대다수가 5×10^-4입방 마이크론 또는 그 이상의 용적을 갖는 입자로 형성된다. 사용된 단백질 변성 온도와 일 처리 기간은 단백질 출발 물질의 종류에 따라 좌우된다. 이와 비슷한 방식으로 단백질 용액에 적용되는 전단 지속 기간을 비롯한 특정 고 전만 조건도 또한 달라지게 된다. 예를들면, pH 3.5-5.0의 달콤한 낙농 유장 단백질 용액은 전단속도 7,500-10,000sec^-1에서 3초-15분간 80-130℃ 범위의 온도로 본 발명에 따라 처리할 수 있다.

상술된 것은 본 발명에 따른 많은 생성물 제조시 밝혀진 특정 공정 조건이다. 하지만, 선택된 단백질 기질에 적합한 특정 전단 속도는 공정 장치 종류와는 상관없이 일상적인 실험적 시도를 통해 쉽게 결정될 수 있다.

본 발명에 따른 변성 과정시에, 용액중에 존재하는 미변성 단백필은 상호작용하여 불용성 응집체를 형성하며 열과 고 전단력을 조절 적용함으로써 목적하는 크기 범위내의 비응집된 입자를 확실하게 형성할 수 있다. 용해된 시판용 단백질 물질의 특성과 이러한 물질 용액중에 존재하는 비-단백질 구성성분의 특성에 따라서는, 열과 고전단력만 적용할 경우 과도한 크기의 입자 응집체가 생성될 수 있다. 이러한 상황하에서 레시틴, 크산탄 껌, 말토-덱스트린, 카라기난, 데이템 에스테르, 알기네이트 등(응집 방지제") 같은 하나또는 그 이상의 물질을 가장 바람직하게는 열 변성 과정전에 단백질 용액에 가하는 것도 본 발명의 범주내에 속한다. 선택된 응집 방지제(들)의 종류에 따라 0.1-l0중량% 범의의 농도로 가해질 수 있다. 응집 방지제를 사전수화 처리하면 단백질 용액에 상기 물질을 첨가하는 것이 용이해짐이 밝혀졌다. 적절히 선택되어 처리된다면 비응고된 단백질과 함께 상기 응집 방지제는 시스템의 부드러움에 기여를 하여 크림같은 느낌을 줄 수 있다.

본 발명에 따라 처리된 바람직한 단백질 용액에는, 하나 또는 그 이상의 폴리히드록시 화합물, 바람직하게는 포도당, 과당, 락토오즈 동과 같은 모노-, 디-, 또는 토리-사카라이드가 존재할 수도 있다. 이들은 가용성 단백질을 제공하기 위해 사용원 원료 물질중의 성분으로 존재할 수 있거나[예, 무수 유장 단백질 농축물에 존재하는 락토오즈(또는 임의의 락토오즈 처리가 행해진다면 효소 가수분해 생성물인 포도당 및 갈락토즈)] 또는 단백질 용액의 첨가제 성분일 수 있다. 여러가지 단백질 용액중에 존재하는 폴리히드록시 화합물의 상대적인 농도는 다양할 수 있다. 슈가나 다른 폴리히드록시 화합물을 거의 함유하지 않는 특정 단백질계 출발 물질(예, 칼럼 크로마토그래피로 정제된 낙농 유장 단백질)도 용이한 처리에 의해 본 발명의 거대콜로이드를 생산할 수는 있지만 락토오즈를 혼입시키는 것이, 특히 응집 방지제를 단백질 용액에 가하는 경우에 있어 다소 개선된 생성물이 수득된다. 다른 단백질계 출발 물질(예, 계란 흰자 및 소의 혈청 알부민)의 용액에도 예컨대 락토오즈를 첨가하면 본 발명 생성물 제조에 최대의 효과를 거둘 수 있어 크게 유리하다. 즉, 단백질의 0 내지 약 100중량% 또는 그 이상의 폴리히드록시 화합물(바람직하게는 슈가, 가장바람직하게는 락토오즈 같은 환원당)이 본 발명에 따라 처리된 단백질 용액에 가해질 수 있다.

동물성, 식물성 및 미생물성 단백질을 포함하여 본 발명에 유용한 단백질 원료 물질은 알부민; 글로불린; 글루테; 열 응고성이며 가용성-유도 단백질, 및 이들의 혼합물로 구성된 그룹에서 선택된다.

본 발명의 조절된 변성 공정은 단백질 분자가 서로 결합하여 일을 적용했을때 불용성이 되는 단백질 응고를 형성하는 것에 의해 용액으로부터 단백질 분자를 "제거"하는 것을 포함한다. 조성 성분과 공정 조건은 목적하는 범위의의 크기를 갖는 응고의 성장을 막도록 설정된다. 염은 수용액중 단백질의 용해도 및 이것의 응고 경향에 상당한 영향을 끼칠 수 있기 때문에, 열 및 고 전단 조건 처리를 받게 되는 용액중의 염의 농도를 조정하는 것도 본 발명의 범주에 속한다.

본 발명의 실행시에 사용되는 단백질 용액의 임의의 성분에는 목적하는 생성물의 특성을 제공하기에 충분한 양의 착색제, 향료, 안정화제, 방부제 등이 포함된다.

본 발명은 또한 식품내에 정상적으로 존재하는 지방이 본 발명의 수화된 단백질계 물질로 대체된 식용 조성물 또는 식품을 제공한다. 이러한 식품에는 저칼로리 식품, 예컨대 샐러드 드레싱, 마요네즈-형 드레싱및 스프레드 및 아이스크림 같은 냉동 디저트 제품이 포함된다. 추가의 칼로리 감소는 본 발명의 물질과 함께 고 효능 감미료, 예를들면 아스파탐, 알리탐, 아세설팜 K 및 슈크랄토즈'등에 의해 이루어질 수 있다. 본 발명의 조성물은 또한 비타민 및/또는 미네랄이 보충될 수도 있다.

본 발명에 따르면, 수화원 상태에서 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 갖는 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드가 다양한 단백질 물질로부터 제조될 수 있다. 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드는 거의 비웅집된 변성 단백필 입자로 구성되어 있는데 이 입자는 무수 상태에서 약 0.1마이크론 내지 약 2.0마이크론 범위의 평균 입경 크기 분포를 가지며 전체 입자수의 약 2% 이하가 직경이 3.0 마이크론 이상인것을 특징으로 한다. 입자는 또한 표준 광학 현미경으로 약 800배의 확대배율로 관찰했을때 일반적으로 타원체형이라는 것에 특징이 있다.

이 거대콜로이드 물질은 처리전에 대체로 수용성이며 거의 미변성인 광범위한 단백질계 출발 물질로부터 조절된 변성에 의하여 생성될 수 있다. 본 발명의 거대콜로이드 수성 분산액은 상당히 부드러운 에멀젼상의감각수용 특성을 가지고 있는 특징이 있어 본 발명에 따라 고단백-저칼토리 지방 대용품으로 사용될 수 있다. 또한 본 발명은 이를 성분으로 포함하거나 또는 거대콜로이드를 주성분으로 하는 식품을 제공한다.

본 명세서에서 사용된 "입맛" 및 "감각수용 특성"이라는 용어는 체내 특히 혀, 입안 및 식도의 점막에서 정확히 감지되는 촉감, 감각을 뜻한다. 좀더 정화히 말하면, 본 명세서에 사용된 "입맛" 및 "감각수용 특성"이라는 용어는 상기 언급한 감각 및 특히 미세함, 굵음 및 부드러움의 촉강과 관련한 감각에 관한 것이다. 이러한 촉감은 일반적으로 음식간의 미묘한 차이를 가장 쉽게 감지할 수 있는 입에서 평가된다.

그러므로, 수성 액체에 분산되었을때 본 발명의 신규 단백질 생성물은 에멀젼과 같은 입맛 및 감각수용특성을 나타낸다. 단백질의 수화 정도는 유동학적 특성에 영향을 주어 이 물질이 감지되는 방식에도 영향을 줌이 드러났다. 이 생성물의 입맛은 수중유형 에멀젼과 아주 비슷하다.

본 발명 신규 단백질 생성물의 유사-에멀젼 특성은 열 변성에 의해 응고된 단백질 입자(크기는 직경이 약 0.1 내지 2.0마이크론 범위)의 중력적으로 안정한 거대콜로이드 분산액에서 나타난다. 이러한 분산액은 프림, 부어서 사용하는 샐러드 드레싱, 스푼용 샐러드 드레싱, 스프레드 및 설탕입힌 식품같은 수중유형 에멀젼의 정상적인 시각 및 감각수용 특성과 비슷한 특성을 갖는다(본 발명을 수행하여 얻어질 수 있는 상응하는 생산물중의 신규물질의 농도를 증가시키면 가능하다).

"용액"이라는 용어는 사실상 미변성 단백질의 콜로이드상 분산액의 동의어로서 단백질 분야에서 종종 사용되는 것이다. 이러한 미변성 단백질 입자는 크기가 약 0.001 내지 약 0.01마이크론으로, 이 입자의 콜로이드상 분산액 안정도는 단백질 분자상의 전기 충전하, 및 특히 입자의 동전점 근처의 pH값에서의 물 분자에 대한 이들 단백질의 친화도에 따라 좌우된다. 그러므로 이러한 미변성 단백질은 문헌[Condensed Chemical Dictionary, 9th Edition, page222]기에 정의된 것치럼 콜로이드화학분야에서 연구된 작은 크기의 입자 범위를 갖는다. 이와는 대조적으로, 본 발명의 변성 단백질 입자는 크기가 약 0.1 내지 약 2.0마이크론 범위로 상기 정의된 크기 범위의 상한치 근방 및 그 이상의 입자를 포함한다. 본 발명의 단백질은 열변성 처리하였음에도 뷸구하고, 단백질의 일반적인 콜로이드 특성(즉, 수성 매체중의 이러한 입자의 분산액의 안정도)은 소실되지 않는다. 따라서, 본 발명의 법주에 속하는 신규의 단백질 분산액은 10,000g(pH 약6.5-7.0에서) 정도의 높은 외력에서도 중성화된 수성 현탁액으로부터 단백질 침강이 일어나지 않는다. 그러므로, "거대콜로이드 분산액"이라는 용어는 본 명세서에서 미변성 단백질의 용액(즉, "진정한 콜로이드분산액")과 구별하기 위해 사용된다. 비슷하게, 본 발명의 변성된 응고 단백질은 이후, 상기 인용한 사전의 정의에 따라 입자 크기가 1마이크론 이하인 물질을 의이하는 진정한 콜로이드와 구별되도록 거대콜로이드로 언급한다. 이러한 구별은 본 발명의 변성된 응고 단백질 생성물의 입자가 비교적 큰 크기인 것에 의거한 것이다.

특히 본 발명에 따른 거대콜로이드 물질의 목적하는 감각수용 특성은 거대콜로이드 입자의 크기 및 모양에 따라 좌우된다.

구체적으로, 커다란 크기의 변성된 단백질 응고물(즉, 건조시 약 3마이크론 이상인 직경을 지님)외 본산액은 음식물에 보충되었을때 바람직하지 않은 가루같은 입맛을 주게함이 밝혀졌다. 가루같은 입맛이란 공지의 열 변성된 단백질(약 15-175마이크론에)모래감이 느껴지는 입맛보다는 덜 거친것을 나타낸다. 직경이 최대 크기로 약 2-3마이크론 이상인 단백질 응고물 입자의 수가 증가함에 따라 좁게 규정된 감각의역치는 교차하는 것으로 나타났다.

길이가 약 5마이크론 이상, 직경이 약 1마이크론 이하인 섬유형 입자는 부드럽지만 팽창된 페이스트를 생산한다(혀와 입천 사이에 닿았을때 고체성분의 감각이 더 빨리 온다). 섬유가 짧아져 구형 모양에 가까와지면, 이러한 특성은 감소된다.

일반적으로 타원체형인 입자가 더 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 나타내기 때문에 입자의 모양 또한 중요하다. 더욱 완벽하게 타원체형인 거대콜로이드 입자의 비율이 증가할 경우, 약 2마이크론 이상의 직경을 갖는 입자의 비율을 다소 증가시키더라도 거대콜로이드 혼합물의 감각수용 특성에는 영향을 끼치지 않는다. 하지만 상술된 것처럼 약 1마이크론 이상의 직경을 갖는 막대형 입자는 입안을 가루같이 껄끄럽게 만든다.

약 0.1마이크론에 근접한 입자 크기는 느끼한 입맛을 주어 수중유형 에멀젼과 유사한 생성물내 주된 촉감으로서 감지된다면 불쾌감을 줄 수도 있다. 버터류 스포레드와 같이 기름진 입맛이 요구되는 식품의 경우에는, 상기 입자 크기가 유용하다. 에멀젼상의 입맛과 기름진 입맛간의 감각의 전환은 전자의 것과, 껄끄러운 입맛의 전환보다는 훨씬 더 정진적인 것으로 느껴지기 때문에, 직경이 0.1 마이크론 정도인 입자의 비율이 높은 것이 본 발명의 거대콜로이드에 더욱 적합하다. 그러므로 입자 분포가 0.1마이크론 이하인 직경을 갖는 개개의 입자를 상당 비율 포함한다 하더라도, 평균 입자 크기가 0.1 마이크론 이상이면, 에멀젼-유사 특성이 우세하게 나타난다.

본 발명에 유용한 단백질은 오일 종자의 식물성 유장, 포유동물의 유즙, 형청, 및 새의 난자 같은 다양한 원료로부터 얻은 것을 포함한다.

본 발명의 방법은 천연 상태에서 구상 단백질인 단백질과 관련한 것이 바람직하다.

전통적인 단백질 분류방법에 따르면, 본 발명의 방법은 수성 용매 시스템에 용해되는 단백질에 적용되며 단순 단백질, 접합 단백질 및 유도 단백질로부터 선택된다. 적합한 단순 단백질에는 알부민, 글로불린 및 글루테린이 포함된다. 적합한 적합 단백질에는 핵단백질, 당단백질 및 점단백질(당단백질로 공칭); 인단백질(때론 단순 단백질로도 분류); 색소단백질; 레시틴단백질; 및 지단백질이 포함된다. 열-응고성 유도단백질도 또한 적합하다.

본 발명의 방법에 유용하지 않은 단순 단백질토는 알부미노이드(스클레로 단백질로도 공지), 예를들면 엘라스틴, 케라틴, 콜라겐 및 피브로인으로서 이들 모두는 천연상내에서 불용성이다. 프로타민과 히스톤은 열에 응고되지 않으므로 본 발명의 열 변성 공정의 원료 물질로는 적합치 않다.

접합 단백질은 가용성이면서 열 응고성인 것이 본 발명에 유용하다.

유도되었는데도 불구하고 가용성이여 열응고성으로 남아있는 유도 단백질(즉, 다양한 단백질 분해 또는 변성 공정의 생성물)도 또한 본 발명의 원료물질로서 유용한데, 물론 이것은 유도후에도 본 방법의 최종 생성뭍에 목적하는 감각수용 특성을 나타내어야 한다. 하지만 일반적으로 많은 단백질, 메타단백질(인프라단백질로 공지), 응고 단백필, 프토테오세스, 펩톤 및 펩티드(폴리펩티드로 공지)는 이러한 필수 특성중 하나또는 두가지가 부족하다.

본 방법을 수행하는데 있어서, 열 응고성은 열/전단 조건하에서 불용성 덩어리를 형성할 수 있는 특정 단백질의 원래의 능력에 따른다. 단백질 샘플의 순도 및 샘플의 변성 정도나 초기의 잠재적인 변성 정도 모두는 본 방법에서 원료 물질로서의 사용에 대한 단백질의 적합도에 간접 또는 직접적으로 영향을 준다.

본 발명에 있어서, 이하에서 설명된 기준에 따라 약 80% 또는 그 이상의 단백질이 용해된다면 이는 "가용성"이다. 90% 이상의 용해도가 바람직하다.

본 발명의 방법에서 사용되는 용매 시스템을 사용하여 미-변성 조건하에서의 용해도를 측정한다. 본 명세서를 통해, 당해 기술에 숙련된자라면 공정처리될 특정 단백질의 용해도 특성을 고려하여 공정중에 요구되는 적절한 pH 및 온도등의 매개변수를 갖는 적합한 용매 시스템을 선택하는데 어러움이 없을 것이다. 일반적으로, 용해도는 많은 내부 및 외부 요인에 의해 영향을 받는다. 용매 선택시 제일 중요한 것은 용매의 pH, 염 능도, 온도 및 등전 상수이다. 예를들면, 알부민은 물에 용해되며, 글로불린은 물에는 불용성이지만 염 용액에는 용해된다. 미소한 정도지만 다른 단백질 및 비-단백질 성분에 대한 단백질 순도 또한 용해도에 영향을 꺼친다. 따라서 불순한 샘플은 필요한 용해도를 나타낼 수 없을지라도 순수한 샘플은 필요한 용해도를 나타낼 수 있다. 하지만 제시된 샘플이 단일 종류의 단백질로 순수하다면, 선택된 공정 요인이 더욱 중요해진다.

단백질 용해도는 Waring 혼합기에서 선택된 용매 시스템 190g 중에 단백질 10g을 1 또는 2분간 분산시켜 측정한다. 생성원 분산액은 두 부분으로 나누어진다. 그중 하나는 SW-55 로타(Beckman, Palo Alto, CAO에서 시판, 11,000r.p.m.(17,000g))를 사용하는 Beckman L8-70 원심분리기에 넣어 22℃에서 분간원심분리한다. 그 뒤에 원심분리된 부분의 상층액을 수거한다.

원심분리시키지 않은 부분(용액 1)과 원심분리된 부분의 상충액(옹액 2) 두가지에서의 단백질 함량을, Cario Erba 질소 분석기(Model 1500, Milan, Italy)에 의한 질소 분석에 의거하여 측정하고 다음식에 따라 용해도(%)를 계산한다.

용액을 고속에서 (50,000r.p.m. 330,000g 이하) 원심분리하면 그 결과보다 많은 양의 물질이 수거될 수 있지만, 17,000g에서 테스트했을때 얻어진 단백질 물질로 용해도가 약 85% 이상으로, 본 발명의 본산액중에 사용하기에 일반적으로 충분히 안정하거나 또는"가용성"인 것으로 밝혀졌다.

특별한 용도에 바람직한 단백질은 유용성, 비용 및 단백질향, 단백질내에서의 불순물 및 단백질원의 다른 성분에 따라 변할 수 있다. 본 발명의 바람직한 단백질은 소의 혈청 알부민, 계란 흰자 알부민 및 콩단백질과 같은 구상 단백질로, 낙농 유장 단백질이 특히 바람직하다. 본 발명에 따라 처리할 수 있는 단백질원은 종종 여러가지의 불순물을 포함하고 있기도 한다. 그러므로 본 발명에 유용한 단백질이 원래부터 불용성 성분과 결합되어 있는 경우, 이러한 성분은 3.0 마이크론 이하의 한계치 크기를 갖거나 처리전에 제거되거나 처리시에 크기를 이 한계치보다 작게 만들어주는 것이 바람직하다.

밀크의 유장 단백질이 특히 바람직한 단백질원이다. 밀크 단백질은 두가지 부류, 즉 혈청 또는 유창 단백질 및 응유 또는 카제인 단백질로 분류될 수 있다. 일반적으로 카제인은 인단백질로 분류되지만 사실상 몇개의 별개로 구별되는 단백질(알파, 베타, 카파등의 단백질), 인 및 칼슘의 이형 복합체로, 이 복합체는 칼슘 카제이네이트라 불리는 밀크에서의 콜로이드상 칼슘 염 응집체의 형태를 갖는다. 치즈 생산시에 카제인은 두가지 방법중 하나에 의해 밀크로부터 침전된다. 첫번째 방법은 pH를 약 4.7로 낮추기 위해서 산으로 밀크를 처리하는 것으로서 이때 카제인 단백질은 밀크로부터 침전되어 응유를 형성하고 최종적으로는 치즈로 가공된다. 대안적인 방법에서 카제인 침전은 산보다는 레넷(rennet) 효소를 사용하여 수행된다. 전자의 방법으로 생산된 카제인은 일반적으로 후자의 방법으로 얻은 상응하는 제품보다 지방이 많으며 애쉬가 적다 애쉬 항량의 차이는 산작용에 의해 카제인 분자가 분리된 칼슘 포스페이트로 인한 결과로 여겨지며 잔여의 애쉬 대부분은 유기적으로 결합된 인이다. "산 카제인"이란 카티지 치즈 같은 연성 치즈를 생산하는데 사용되는 반면, "응유 카제인" 또는 "파라-카제인"은 체다 또는 모자렐라 같은 치즈 생산에 사용된다.

고체(지방 및 카제인)가 밀크로부터 제거된 후에 남아있는 혈청이 유장이다. 유장은 락토알부민과 락토글로불린 단백질을 포함한다. 락토알부민은 전체 밀크 피막 단백질의 2-5%를 구성하고 있으며 밀크중에서 지방 입자의 단백질계 계면활성제 안정화제로서 작용한다. 락토글로불린은 전체 일크 피막단백질의 7-12%를 구성하고 있으며 이는 전체 밀크중에 존재하는 카제인 단백질과 밀접하게 관련이 있다. 전술된 산 침전방법에 의해 유도된 유장은 산성 또는 시큼한 맛의 유장으로 일반적으로 pH 4.3-4.6을 가지고 있다. 또한 전술한 효소 침전 방법에 의해 유도된 유장은 달콤한 유장으로서, 일반적으로 약 5.9-6.5의 pH를 가지고있다. 일반적으로, 시판되는 건조된 유장은 약 10-13%의 변성 단백질, 71%의 락토오즈, 약 2%의 락트산, 약 3-5%의 수분, 약 8--11%의 애쉬를 포함하며 또한 저농도의 인산 무수물을 가지고 있다. 치즈 제조 공정에 의해 유도된 유장은 일반적으로 90% 또는 그 이상의 물을 함유하는 수성 매체이다. 유장의 단맛과 신맛 특성은 하기 표에 나타나 있다.

*주로 Na

,K

및 Ca

염

미합중국 특허 제4,358,464호에는 산성 유장을 달콤한 유장으로 전환시키는 방법에 대한 교시되어 있다.

생산원 유장의 용적은 치즈 생산 용적과 정비례한다. 미합중국에서만도 대략 1년에 436억 파운드의 유장이 생산된다.

유장 그 자체와, 유장 단백질인 락토알부빈 및 락토글토불린 및 슈가 락토오즈 같은 유장 성분 모두가 다양한 유용성을 가지고 있는 것으토 공지되어 있으나, 유장을 산업적으로 유용한 형태로 전환시키기에는 상당한 어려움이 뒤따른다. 문헌[The FDA Consumber-November 1983]여에 인용된 The Whey Products Institute에 따르면 미합중국 매년 생산의 53%만이 유용한 유장제품으로 처리되고 있다고 한다. 근본적인 어려움은 치즈 생산 공정에서 얻은 유장은 상술한 바와 같이 약 90%의 물을 함유하고 있으므로 성분중 어느것도 이러한 형태로는 일반적으로 이용될 수 없다는데 있다. 과량의 물을 제거하는데는 비용이 많이들며, 특히 에너지 소비에 많은 돈이 들어간다.

또한 유장내 함유된 유용한 단백질은 유장 고형분의 소량 9-11 중량% 만을 구성하고 있다. 유장 고형분중대부분 즉 70중량% 이상을 차지하는 것은 락토오즈이다. 하지만, 락토오즈의 상업적 가치는 매우 낮다. 따라서, 유장은 치즈제조업자들에 의해 별로 가치가 없는, 최저로 가능한 비용으로 처분하고자 하는 아이템으로 간주되어 왔다 종종 유장은 하수구를 통해 배출된다. 하지만 최근에 환경 오염에 대한 경각심이 증가됨에 따라 유장이 치즈 제조 공정과 관련되어 배출될때 무거운 제한조치를 받게 되었다. 어떤 지역 당국은 오물 시스템 처리를 하는데 한해 유장 및 이와 관련된 제품의 제조를 허용하고 있지만, 이렇게 처리하는데 드는 비용은 매우 높다 유장 폐기 비용을 줄이기 위한 종래기술의 대안방법중 하나는 부산물을 가열하여 단백질, 주로 락토알부민을 열 변성시켜 응고한 후, 이를 잔여의 락토오즈 시럽으로부터 비-작용성 형태로 분리해내는 것이다. 그뒤 산출된 제품은 페기 비용보다 낮은 가격의 공정원가로 팔린다.

불용성의 변성된 단백질 생성물을 제조하는 종래 기술 방법의 대부분은 유장의 등전점 정도에서 또는 동전점 이상에서 유장을 열 변성시키는 것을 포함한다. 문헌[Modler et al.Journal of Dairy Science.Volume 60, No.2]에 따르면, 이런 방법들은유장 단백질을 회수하는데 경제적이어서 많이 사용되고는 있지만, 산출된 생성물이 일반적으로 불용성이고 거칠어서 이들의 상업적 적용 범위는 제한되어 있다. 용해도 개선방법은 문헌[Amantea et al in theJournal of Canadian Institute of Food Science and Technology7 : 199, 1974]에 교시되어 있는데, 여기에서는 철이 보강된 유장 단백질을 이후, 알카리 조건하에서 처리한다: 하지만 이러한 개선 방법은 황을 함유하고 있는 아미노산을 완전히 제거해야만 가능하다. Modler etal에 의한 종래 기술의 방법은 문제의 유장 단백질의 등전전 이하에서 수행되므로 일반적으로 용해도와 작용성이 개선되는 결과가 나타난다. 이러한 종래 기술은 미합중국 특허 제3,930,039흐에 기술되어 있으며, 여기에는 전체 유장 단백질중 극히 소량만이 높은 산/승온 조건하에서 변성되므로 단백질의 작용성 및 가용성 상태가 천연상태대로 남아 있게 된다고 기술되어 있다.

가용성의 천연 유장 단백질은 이것이 보강된 음식에 거친 느낌을 주지 않지만 에멀젼-유사 느낌도 주지않는다. 또한, 문헌[Food Processing,36(10)52, 54(1975)]에 기술된 바에 따르면 파스타의 영양첨가시 상기의 가용성 유장 단백질을 이용하는데에는 어려움이 있다. 이 문헌에 따르면, 필라델피아의 Eastern Regional Research Centre에 있는 USDA 과학자에 의해 통상의 천연(가용성) 유장 단백질 생성물은 첨가되지 않은 파스타 제조에 사용되는 공정 장치를 완전히 변형시키지 않고서는 파스타의 영양첨가에 사용하기에 부적합하다는 것이 밝혀졌다. 열 변성된 유장 단백질 생성물은 기존의 파스타 제조설비 장치의 변형이 필요치 않다. 미각 훈련이 된 패널에 의한 상기의 변성된 유장 단백질 첨가된 파스타 제품의 평가 결과, 변성된 유장 단백질이 첨가된 파스타는 첨가하지 않은 파스타에 비해 씹히는 느낌이 나쁜 것으로 나타났다. 이러한 발견은 열 변성된 유장 단백질에서 거친 특성이 예상된다는 점에서 그리 놀라운 것이 아니다. 특히 토마토 및 치즈소오스 같은 제품에서는 이러한 차이가 드러나지 않으므로 씹히는 느낌의 차이가 영양첨가된 식품의 시판을 전혀 불가능하게 하는 것은 아니지만, 씹히는 느낌을 단순히 감추기 보다는 본질적으로 개선시킨다면, 영양첨가된 식품의 시판이 더욱 가능해진다는 사실이 밝혀졌다. 하지만, Modler et al이 상기에서 지적한 것처럼, 전술한 종래 기술의 유장 단백질 변성 방법에 의해 형성된 단백질 응집체는 입자 크기가 커서 입맛을 껄끄럽게 하는 제품을 산출한다. 이러한 이유로 해서, 종래 기술의 변성된 유장 제품의 상업적 유용성은 단순한 단백질 보충 용도로만 국한되었다.

문헌 [NewZealand Journal of Dairy Science and Tehnology, 15, 167-176, J. L. Short]에서도 유장 단백질과 관련하여 상기와 비슷한 상황이 나타났다. 이 문헌, 표 2의 데이터에서는 열 침전된 (변성된)유장 단백질 분리물 제조에 다수의 전통적인 기술을 이용한 결과, 연마 또는 다른 기계적인 입자 크기 감소처리후에도 약 100-200 마이크론 범위의 입자 크기의 단백질이 산출됨이 입증되었다. Short에 의해 기재된 비교적 작은 변성된 유장 단백질 입자(약 28 마이크론)도 영양첨가된 식품에 거친 씹히는 느낌을 제공한다.

본 발명의 한가지 양태는 낙농 유장, 및 더욱 구체적으로 그 단백질 성분을 유용한 제품으로 전환시키는 것에 관한 것이다. 낙농 유장 단백질을 선택하고 후처리하는 것 또한 본 발명의 범주이다. 낙농 유장의 유도체화 및 달콤한 유장과 산성 유장간의 차이는 상기에 기술되어 있다. 본 발명의 목적을 위해 명심해야 할것은 첫번째로 낙농 유장은 미생물이나 다른것에 의한 부패가 거의 없어야 한다는 것과, 두번째로는 달콤한 낙농 유장 사용시 산성 낙농 유장을 사용했을때 얻어진 것보다 훨씬 더 우수한 제품이 산출된다는 것이다.

일반적으로, 비정상적인 높은 산도(즉, 비정상적으로 낮은 pH), 높은 애쉬함량, 또는 낙농 유장 또는 낙농 유장 단백질 농축물내 불용성인 커다란 응집 입자의 존재 모두 또는 일부에 의해 다음의 특성들이 나타난다.

(1) 유장의 취급 및 보관의 어려움 ; (2) 미생물에 의한 부패 ; (3) 완충액 또는 염기성 염을 사용하여 pH를 올려(1) 또는 (2)의 결과를 막고 제품의 의관을 원래의 모양대로 보존하기 위한 노력 필요, 또는(4) 사전 저온살균을 한다면 저온 살균시에 과도한 열처리.

본 발명의 목적을 위해, 이들 특성중 어느 것도 바람직한 것은 없으며 (즉, 유장 단백질은 거의 미변성형태로 존재하여야 한다) 바람직한 낙농 유장 출발 물질은 이러한 특성을 나타내지 않아야 한다. 원래 유장에서의 결함은 처리과정을 거치면서 유지되어 최종 제품에서 유해하게 나타난다.

바람직한 달큼한 유장 단백질 농축물은 다음의 조건을 갖추고 있다.

여기서:

(1) 순수 단백질은 총질소 함량(%)과 비-단백질 질소 항량(%)(모두 무수중량 기준)간의 차리를 6.38로 곱한 결과로서 계산된다:

(2) 불용성 단백질 함량은 총 단백질에 대한 중량%으로서 제시되며 유장 단백질 농축물의 1%의 중성 분산액으로부터 분리된 후 17,000g 하에서 20분간 원심분리된 단백질 함량으로서 정의된다:

(3) 변성된 단백질 함량은 총 단백질에 대한 중량%로 표시되며 DSC 분석을 기초로 하여 계산된다(시차스캐닝 칼로리미터-시차 열 분석, DTA로도 공지됨).

상술된 WPC는 약 3%의 수분함량으로 스프레이 건조될 수 있지만, 건조되지 않은 WPC가 건조된 유장단백질 농축물에 비해 바람직하다. 그러므로 바람직한 WPC는 신선하고, 건조되지 않은 액체 낙농 유장에서 유도되어 본 발명에 사용되기 전에 건조되지 않은 것이다. 이러한 바람직한 WPC는 이하에서는 "천연유장 단백질 농축물"로서 언급된다.

본 발명의 거대콜로이드 생성물의 실현에 있어 저온 살균은 필수적인 것이 아니므로 낙농 유장 단백질(또는 다른 단백질)의 저온살균 처리는 선택적이다. 하지만, 실제적으로 저온살균은 미생물에 의한 부패를 막기 위해 대부분의 경우에 유용하며 바람직한 방법이다.

낙농 유장을 처리하는데 사용될 수 있는 조건은 밀크같은 다른 물질을 처리하는데 유용한 저온살균 시간과 온도이다. 예를들어 배치 공정은 30분간 약 60℃의 온도를 필요로 한다. 널리 공지된 연속 공정인 고온과 짧은 체류시간의 저온살균 공정(약 71℃에서 15초)이 본 발명에도 사용된다. 하지만, 고온 짧온 체류시간 저온살균 공정이 바람직한데, 그 이유는 이 공정에서 사용되는 조건이 최종 생성물의 향에 영향을 덜 끼치고 공정이 연속적으로 진행되기 때문이다.

저온살균 조건의 한계는 상당수의 3마이크론 이상의 변성 단백질 응집체가 동시에 형성되는 것을 막기 위해서는 단백질이 변성되는 것을 피해야 한다는 것이다.

한외여과는 낙농 유장중의 유장 단백질을 보유물중에 포함된 총 고형분의 약 35-55중량%로 농축하기 위한 바람직한 방법이다. 다른 적당한 방법을 본 발명 기술에 숙련된 자라면 알 수 있을 것이다. 본 발명의 방법에 있어서, 35% 또는 그 이하의 단백질을 함유하는 유장 단백질 농축률은 유장 단백질의 향, 씹는 느낌, 미각 및 영양가면에서 원치않는 변화를 유발하는 매일라드(Maillard) 반응을 거치게 되는 반면 (비교적 고농도의 밀크 슈가가 존재하므로), 55% 이상의 단백질을 갖는 유장 단백질 농축물 용액은 단백질 농도가 증가될수록 비용 효율 면에서 낮은 수율로 생산물을 산출한다. 무수 중량을 기준으로 단백질의 상대적 증가는 실제로는 주로 한외여과된 보유 고형분중의 락토오즈(무수 중량 기준) 함량 감소의 결과로서 달성된다.

그러므로 선택된 한외여과지의 분자량 컷오프는 미변성된 유장 단백질과 디사카라이드 락토오즈 각각의 분자량의 중간이어야 한다. 예를들면 이러한 작용은 1,000달톤의 분자량 컷오프를 갖는 매우 미세한 제공의 한외여과지를 사용함으로써 이루어질 수 있다. 이러한 한외여과지는 보유물중에 저분자량의 펩티드(LMP)와 비-단백질 질소계 본자(NPN)도 걸러낸다. 한외여과 처리된 보유물에서 LMP와 NPN은 "유용한 거품을 일게 하는 특성"을 촉진시키는 것으로 종래 기술에서 주장되어 왔다. 이것은 본 발명을 실행하는데 있어서 한외 여과지 사용시 고려해야 할 사항이다.

하지만 동일한 LMP 및 NPN 분자는 "통상 유장의 향"과 관련되어 있으며, 불쾌한 향이 차단될 수 없는 특정브랜드 식품에 유장 단백질계 거대콜로이드를 사용하는 경우 이들 존재하는 품질을 떨어뜨려 제품의 시장성을 저하시킨다는 관점에서 볼때 바람직하지 않다. 일반적으로, LMP 및 NPN 분자는 10,000-18,000달톤의 분자량을 가진 것으로 간주될 수 있다. 그러므로 한외여과지가 약 20,000-30,000달톤의 법위에서 선택된다면 LMP와 NPN 분자가 투과될 뿐만 아니라, 총 유출속도는 단단한 한의여과지의 동일 표면적에서 나타난 것보다도 상당히 높다. 30,000달톤 이상의 분자량 컷오프를 갖는 한외여과지는 한외여과지의 큰구멍이 목적하는 유장 단백질로 폐쇄되는 경향이 있으므로 바람직하치 않다.

하지만, 본 발명을 실행하는데 있어서 보유물중에 LMP와 NPN을 제외시키는 것은 본 발명 거대콜로이드 건조가 이루어지는 경우에 특히 바람직하다. 무수 형태의 생성물에 있어서, 이들 분자들은 거대콜로이드입자를 서로 "붙게"하므로 거대콜로이드를 재수화시켜 고루 분산된 현탁액을 형성하는 것이 어려워진다.

크림 또는 에멀젼-유사 특성의 생성물을 생산하는 다른 방안은 최종 생성물에서 과량의 락토오즈 침상결정을 형성하는 미세한 거친 입자를 제거하는 것이다. 한외여과후 보유물중에 존재하는 락토오즈는 한외여과 처리와 함께 진균성 락타제의 시판 제제를 사용함으로써 더옥 감소시킬 수 있다. 유제품에서 락토오즈 가수분해에 진균성 락타제를 사용하는 겻은 미합중국 특허 제2,826,502호 및 제4,179,335호에 기재되어 있다.

원래의 낙농 유장중 물의 양은 한외여과 처리에 의해 감소된다. 본 발명의 실행에 필수적인 것은 아니지만, 이러한 감소는 보다 적은량의 물이 나머지 가공 단계를 거치게 되는 것을 의미하며, 결과적으로 이 단계에 드는 비용을 절감시킨다. 또한, 본 명세서에 설명된 수많은 제품은 최상의 생성물의 농도와 근사한 농도를 갖기 위해 고농도의 거대콜로이드 고형분을 이용한다.

이러한 제품에 사용하기 위한 고농도의 고체는 공정의 연속된 단계에서 또는 공정의 완결후에 달성될 수 있지만, 변성 공정전에 부수적으로 생성되는 물의 양을 감소하는 것이 바람직하다. 하지만 상술된 것처럼 한외여과는 보유물중에 전체 고형분을 16% 이상 (전체 고형분중 약 50-55중량%이 단백질) 증가시키므로 경제적으로 유용치 않다. 또한 한외여과는 전체 고형분의 농도 증가에 따라 동시에 전체 고형분을 기준으로한 단백질 함량을 증가시키는데, 이에 따라 비용 효율도면에서 생성물의 수율이 급격히 저하되며 전체 고형분을 기준한 단백질 함량은 55% 이상 증가한다. 따라서, 보유물내 고형분의 양은 목적하는 물의 양을 감소시키도록 보유물을 진공 증류함으로써 최종 유장 단백질 농축물에서 증가될 수 있다. 반면, 보유물은 동결건조후, 재수화시킴으로써 산출된 유장 단백질 농축물에서 목적하는 고형분 농도를 얻을 수도 있다. 약40-50%의 고형분이 대부분의 경우에 바람직한데 그 이유는 최종 제품 제조시 필요한 다른 성분으로 이 농축물을 희석하면 거대콜로이드의 농도를 필요한 레벨로 변화시킬 수 있기 때문이다. 목적하는 거대콜로이드 농도는 생성물 자체의 특성에 따라 좌우된다.

한외여과 처리 분산물은 주로 물, 락토오즈, 칼슘 포스페이트, 락트산 및 다른 물질, 및 한외여과지가 적절히 선택되었을때 LMP 및 NPN을 함유하는 투과물이다. 이 투과물은 미합중국 특허 제4,143,174호 및 제14,209,503호에 기재된 방법에 적합한 출발 물질이다. 대안으로서, 락토오즈 및 질소계 물질은 제품 및 그자체로 시판될 수 있다. LMP/NPN 및 칼슘 포스페이트 분취물은 예컨대 저온 락토오즈 결정화후 후속 열처리에 의해 생산될 수 있다. LMP/NPN 농축물은 공정중에 미변성 형태로 회수되는 농축 발포제이다. 락토오즈는 상기 생성물에 대한 통상적으로 시판되는 형태로 쉽게 이용될 수 있거나 또는 에탄올 또는 다른 생성물을 제조하는데 있어서 발효성 탄수화물원으로서 이용될 수 있다.

본 발명을 수행하는데 있어서 변성의 균일성, 최적 수율 및 생성물 품질은 낙농 유장 단백질 변성시에 생성물을 균일하게 가열함으로써 향상될 수 있다. 기포는 낙농 유장 단백질의 변성시에 낙농 유장 단백질 농축물을 균일하게 가열하는데 있어서 장애가 될 수 있기 때문에, 이러한 공기 함유는 생성물 품질에 역영향을 끼칠 수 있다. 그러므로, 이것은 이후 기술되는 고온 짧은 체류 시간 변성 처리에 특히 해당되는 경우로, 이러한 처리 이전에 낙농 유장 단백질 농축물로부터 기포를 제거하는 것이 바람직하다. 처리시에 공기가 유장 단백질 농축물중에 남아 있는 경우 열 전달 효율도는 심하게 감소되어 다음과 같은 결과가 초래된다.

(1) 전환 효율도의 감소 ; 및/또는

(2) 국부적으로 손상된 열 전도성과 덜 균일한 가열의 결과로 균일하지 않은 생성뭍 산출.

예를들면 Cornell Machine Co.에서 시판되는 Versator^TM장치를 사용하면 쉽게 탈기처리를 할 수 있다.

본 발명의 거대콜로이드 제조를 위한 일반적인 방법에서는 단백질 농도가 약 10 내지 20중량%이고, 바람직하게는 약 15 내지 약 18중량%인 단백질 수용액을 이용한다. 약 10중량% 이하의 단백질 농도에서는 원치않는 감각수용 특성을 지닌 섬유질 덩어리가 형성된다. 약 20중량% 이상의 단백질 농도를 갖는 용액은매우 점성이어서 단백질 용액에 필요한 전단 속도를 적용하기가 어려워진다.

단백질 수용액은 또한 폴리히드록시 화합물, 바람직하게는 모노- 또는 디-사카라이드를 100중량% 또는 그 이상을 포함할 수도 있다. 이 화합물은 단백질 출발 물질중에 "천연적으로"존재하거나 (예를들면 달콤한 낙농 유장 단백질 농축물중에 존재하는 락토오즈) 또는 변성 처리전에 용액에 가해질 수 있다. 바람직한 폴리히드록시 화합물은 락토오즈, 포토당, 과당 및 말토오즈 같은 환원당을 포함하는데 락토오즈가 특히 바람직하다. 적합한 비-환원 당에는 슈크토즈 및 락티롤이 있다.

본 발명의 방법에 유용한 높은 레벨의 전단은 변성시에 큰 변성 단백질 응집체의 형성을 막는 역할을 한다. 목적 생성물의 생산을 용이하게 하기위해 응집 방지제를 임의적으로 수용액에 가할 수도 있다. 응집 방지제의 농도는 혼합물의 pH를 최적 처리에 필요한 범위외로 변화시키지 않도록 선택되거나 또는 조정될 수있다. 적합한 응집 방지제로는 수화원 음이온성, 물질, 예를들면 크산탄 껌(보통 단백질 농축물중 0.1중량%로 포함됨), 데이템에스테르(데이템 에스테르는 최종 생성물의 향을 탈취하는 경향이 있기도 하지만 단백질 농축물중 0.5 내지 2.0중량%로 포함됨), 및 레시틴(단백질 농축중 1 내지 10중량%도 포함됨)이 포함된다. 다른 적합한 응집 방지제도는 카라기난, 알기네이트 및 칼슘 스테로일 락틸레이트이 있다.

전분율 효소 또는 산으로 가수분해하여 생산된 말토-덱스트린도 본 발명 수행에 유용한 화학 응집 방지제이다. 바람직한 농도는 단백질 농축물중 10 내지 50중량%이다. 이러한 물질은 고 과당 시럽과 같이 단백질-예비 효과를 나타내지만 후자는 이와 관련하여 전자 만큼 효율적이지 못하다. 이들 방지제는 탄수화물로, 칼로리원이므로 저 칼로리 식품으로서는 적합치 않다.

수화된 레시틴 및 수화원 크산탄 껌은 상이한 방지제에 의한 다른 효과를 나타낸다. 이 둘은 최종 제품섭취시에 부드러운 감촉을 느끼게 한다. 하지만, 레시틴은 약간 효과가 적은 방지제이므로 평균 크기가 약간 큰 거대콜로이드 입자를 산출한다. 크산탄 응집 방지제로 생성원 거대콜로이드 입자는 크기가 적고 부드러운 입자이다. 전술된 두가지는 최종 생성물에서 표백 효과도 나타내는데, 그 이유는 이들의 더욱 균일하게 분산된 시스템을 산출하는데 도움을 주어 빛에 대한 산란 효과를 증가시킴으로써 백색으로 인식되도록하기 때문이다.

응집 방지제의 혼합물도 또한 유용한 특성을 가지는 것으로 밝혀졌다. 예를들면 레시틴-말트린 혼합물은 저 점도의 셀러드 드레싱(예, 프렌치 드레싱) 및 고형분 함량이 더욱 감소된 커피 화이트너에 유용한 거대콜로이드를 생산하는데 특히 적합하다. 크산탄과 레시틴 응집 방지제의 혼합물은 고점도의 샐러드 드레싱(예, 블루 치즈 또는 이탈리안 크림), 과일 푸딩 및 당과 겔에 사용하기 바람직하다.

적합한 향료, 착색제 및 안정화제를 포함하여 최종 제품 성분과 염같은 기타 임의적 성분이 일반적으로 존재하거나 또는 역효과를 일으키지 않는다면 용액에 가해질 수 있다. 많은 경우에 있어서 (즉, 첨가제의 특성과 단백질 용액상의 영향이 허용되는 경우), 단백질 용액에 이러한 최종 제품 성분을 포함시키는 것이 처리후 후속되는 추가의 저온살균 단계의 필요성을 제거시키므로 특히 바람직할 수 있다.

단백질 출발 물질은 거대콜로이드 생성물에 무미를 일으키는 콜레스테롤, 지방 및 다른 불순물을 제거하기 위해 임의 처리할 수도 있다. 이러한 처리 절차로는 단백질 물질을 적합한 식용 등급의 산의 존재하에서 바람직하게는 에탄올인 식용 동급의 용애와 접촉시키는 추출 단계가 있다. 그후, 단백질 물질은 추출원 단백필 생성물을 제공하기 위해 여러번의 세척과 여과 단계를 거치게 된다.

적합한 용매는 저급 알칸올, 헥산 등이며 에탄올이 특히 바람직하다. 적합한 식용등급의 산은 인산 같은 무기산 및, 아세트산, 시트르산, 락트산 및 말산 같은 식용 등급의 유기산을 포함하여 시트르산이 특히 바람직하다.

추출방법은 유장 단백질 농축물 같은 단백질원에 대해 콜레스테롤 및 지방을 제거하는데 특히 유용한 방법이다. 지방 및 콜레스테롤을 제거하기 위한 바람직한 추출방법은 유장 단백질 농축물을 90-97%의 알코올(바람직하게는 약 90%의 에탄을),3-10%의 물(바람직하게는 약 9%) 및 0.01-0.20%의 산(바람직하게는 약 0.084%의 시트르산)의 혼합물로 6시간 동안 52℃에서 추출하는 것이다. 매우 바람직한 향의 특성과 공정 특성을 제공하는 대안적인 방법으로는, 유장 단백질 농축물을 40℃에서 4시간 동안 에탄올, 물 및 시트르산의 혼합물(각각의 농도는 94.95%, 5.0% 및 0.05%)로 추출하는 것이다. 이러한 절차에 따르면, 추출단계전에 4.0%의 지방 및 0.15%의 콜레스테롤을 함유했던 유장 농축물은 추츌 단계후에 2% 이하의 지방및 0.02% 이하의 콜레스테롤을 포함한다.

일단, 특정 단백질원이 선택되어 예비처리되면, 단백질 용액은 특정 온도, 전단 및 pH 조건으로 비교적 단시간동안 처리한다. 단백질에 따라, 특정 양의 폴리히드록시 혼합물(예, 슈가), 응집 방지제 및 다른 임의 성분의 존재는 목적 생성물의 수율을 최대화 하는데 도움을 준다. 조절된 열 변성 공정에 따라 거대콜로이드 생성시, 고 전단력을 가해 커다란 입자 크기의 단백질 응집체가 거의 형성되지 않도록 한다. 변성 공정은 선택원 단백질의 등전커브 중점 이하의 pH, 바람직하게는 등전 커브 중정에서 약 1pH단위 이하인 pH에서 수행된다. 이 공정은 단백질의 산 분해를 일으킬 정도로 낮지는 않아야 하며 일반적으로 pH가 약 3이상이어야 한다는 조건을 만족시키는 낮은 pH에서 수행될 수 있다.

거대콜로이드 제조에 사용되는 정확한 온도 및 전단 조건은 정상적인 방식으로 선택되며 시간은 약 2마이크론 이상인 응합된 미립형 단백질계응집체는 거의 형성시지 않으면서 직경이 약 0.1마이크론 이상인 변성된 단백질계 거대콜로이드 입자를 형성시키기에 충분한 시간으로 한다. 주어진 단백질 용액을 처리하는데 바람직한 전단 조건은 "과대(oversize)"입자 테스트를 이용하므로써 결정하는 것이 가장 좋다.

입자 크기 테스트는 본 발명 생성물의 감각수용 특성을 특정하기 위한 것이다.

당업자에 의해 이용가능한 기술중 가장 간단하여 신속한 기술은 임상적 혈액 도말표본 제조와 유사한 방식으로 광학 슬라이드를 제조하는 것에 관한 것이다. 이러한 방법에 따라, 우선, 분산된 거대콜로이드의 적절한 본산액을 제조하고 pH를 바람직하게는 6.5-7로 조정한다. 그후, 고속 자기 교반, 초음파 처리 또는 균질화 작용을 적용하여 개개의 거대콜로이드 입자 사이에 있을 수 있는 미약한 결합을 완전히 분산시킨다. 희석, 중화시킨 분산액소량(예, 8마이크로리터)을 생물학적 연구를 위해 종종 사용되는 종류의 유리 현미경슬라이드에 적용한 후, 건조한다. 공지된 방법으로 "조절된"섭안렌즈를 사용하여 공지된 배율로 샘플을 관찰한다. 샘플의 분산된 거대콜로이드 입자를 육안으토 비교하여 과대 또는 응집된 입자의 통계 견적을 산출한다.

입자 크기 분포를 분석하기 위한 다른 방법은 영상 분석 컴퓨터인 영국 Cambridge Institute에서 시판하는 QUANTIMET^TM20을 사용하는 것이다.

다른 방법은 MICROTRA^TM입자 크기 분석기를 사용하는 것이다. 이러한 기술은 1976년12월에 J.W.Stitler,et a1에의해Food Product Development에 "Particle Size Analysis and Characterization Using Laser Light Scattering Applications"라는 표제의 기사에 기재되어 있다.

당업자라면 알 수 있듯이, 침강 기술도 입자 크기를 결정하는데 사용될 수 있는 것이다. 하지만, 비중계를 사용하는 기술은 상술된 열 변성 처리시에 사용되는 공정 보조제 종류에 상관없이 콜로이드 보호 효과를 고려해야 한다 "과대"단백질 응집체의 비중 결정의 실례는 다음과 같이 요약된다.

1. 본 발명의 5중량%의 거대콜로이드 분산액을 제조하여 pH를 6.5-7로 중화시킨다;

2. 비중 1.351, pH3.3, 중 질소함량 0.006% 및 고형분농도 약 71%인 고과당 옥수수 시럽을 중화된 5%거대콜로이드 분산액에 1내 4의 중량비로 가한다:

3. 그후, 혼합물을 균질화하여 거대콜로이드 입자사이의 느슨한 결합을 분산시킨다.

4. 혼합물을 약 15t에서 20분산 488g하에 원심분리 한다. 거의 2마이크론 이상의 직경을 갖는 입자인 과대 단백질 응집체는 원심분리 이전에 거대콜로이드 분산액중에 포함된 단백질 중량으로 나눈 원심분리 펠릿에 포함된 단백질 중량%으로 표시될 수 있다.

이러한 테스트는 본 발명의 거대콜로이드 분산액과 이 거대콜로이드 생산에 원료 물질로서 유용한 단백질물질 모두에 사용될 수 있다. 당업자라면 쉽게 알 수 있는 것처럼, 입자크기 분석기로 잘 알려진 Coulter-Counter^TM분석기는 특징 pH하에서 거대콜로이드 입자의 전하 특성과 관련지어 볼때 본 발명에서는 부적합하다.

하지만, 바람직한 공정 조건은 단백질 수용액을 매우 단시간 동안 7,500-10,000sec^-1또는 그 이상의 전단 속도하에서 고온 처리하는 것이다. 1ℓ용량의 "Henschel 혼합기가 장치된 1갤론 Waring 혼합기의 경우는, 5,000rpm의 공정 속도가 충분한 전단을 제공하는 것으로 밝혀졌다.

일반적으로 본 발명의 수행에 유용한 유체 식품 기질 처리 기구는 기본적으로 다음을 포함한다:

중앙 수직축을 갖는 내부 실린더 표면과 외부 표면을 포함하는 튜브; 열 교환 매체를 이송하기 위한 상기 외부 표면상의 기구; 상기 축 주위로 회전할 수 있는 긴 실린더 회전기(이 회전기는 상기 튜브내에 위치하고 있으며 내부 표면과 공축으로 배향되어 상기 회전기와 상기 내부 표면 사이에 약 2mm이하의 거의 일정한 방해받지 않는 고리형 공간으로 이루어진 처리 대역이 제공되어 있음) ; 고속으로 상기 회전기를 회전시키는 기구; 및 처리될 유체를 상기 처리 대역을 채운뒤 대역내에 증기상이 형성되지 않도록 주위의 대기압에 비해 충분히 승압한 압력 및 충전된 조건에서 상기 내역을 유지시키기에 적합한 상기 처리 대역 외부의 기구(만약 증기가 형성될 경우 승온에서 상기 유체 식품중에 포함된 성분이 탈기되면서 상기 치러 대역에 공정시 상기 유체 식품이 투입되는 결과가 일어날 수 있다).

본 장치는 매우 신속하게 기질을 처리하고 유장 단백질 농축물 물질의 통과를 돕는 장치이다. 튜브의 내부 표면 및/또는 회전기의 외부 표면이 할로겐화된 폴리에틸렌, 예를들면 폴리테토라플루오로에틸렌 또는 클로로트리플루오토에틸렌 중합체 같은 비교적 불활성인 중합 물질로 구성되거나 피복되어 있는 것이 바람직하다.

일반적으로는 물질을 처리 대역에 공급하고저 펌프 시스템을 사용한다.

본 발명에 의한 처리장치가 대기압하에서 처리 대역내에 증기상이 형성되는 것을 허용하는 온도 조건하에서 유체 기질을 처리하는데 사용될 때, 이러한 탈기를 방지하는 장치가 반드시 필요하다. 일반적으로, 공급펌프는 처리 내역의 상부에 위치해 있고 밸브 같은 기구는 처리 대역의 하부에 위치하여 대역내의 압력을 조정한다. 바람직한 장치에 있어서, 처리 대역의 상부에 위치한 제1펌프는 용액중의 유장 단백질을 이것의 재료원으로부터 상기 대역에 공급하고, 처리 대역의 하부에 위치하고 제1펌프보다 낮은 속도로 작동하는 제2펌프는 처리 대역에서의 배압을 힝성한다. 배압은 일반적으로 용액으로부터 휘발성 기질이 처리대역에서 탈기하는 것을 막기 위해 필수적인 것으로, 이러한 배압을 형성하는데 펌프 다른 기구를 사용하는 것은 관계없다. 처리 대역에서의 증기상의 형성은 용액중에 포함된 유장 단백질로 열이 효율적이고 일정하게 전달되게 하는데 있어서 보통 불안정하고 종종은 일시적이며 국부적인 단일벽을 형성하므로 대역내 공정 조건을 균일하게 하고자 하는 의도가 무산된다. 이러한 이유로 본 발명의 처리장치에서 처리되는 용액은 공정전에 탈기하는 것이 바람직하다. 상술된 것처럼 시판용 탈기 장치, 예를 들면 Cornell Machine Co. 에서 시판되는 VERSATOR^TM탈기 장치를 사용하면 이것은 쉽게 달성될 수 있다.

상술된 두개의 펌프 시스템은 처리량과 배압 둘다에 대하여 균형있는 조절을 가능케한다. 제1또는 상부공급 펌프(86)는 처리 대역을 통과하는 생성물의 속도를 조정한다. 제2또는 하부 펌프(100)의 작동은 두 펌프사이에 놓인 장치(처리 대역 포함)내에 생성된 배압을 조정한다.

본 발명의 의해 식품 생성물을 처리할 때는, 처리 대역내 증기상의 발생을 방지하는 것이 중요하다. 당업자가 알고 있는 바와같이, 특정 식품 생성물에서의 원치 않는 휘발성 성분의 조절된 정류작용이 실제로 그 식품의 질을 향상시킬 수도 있으나 일반적으로는 식품으로부터 휘발성 성분이 유실되면 그 식품의 감각 수용성 질이 손상을 받게 된다. 유장 단백질 용액으로부터 휘발성 성분의 유실을 방지하거나 조절하는 것은 그들을 처리한후 배압을 대기입으로 감소시키기 전에 대기압하에서 원하지 않는 휘발화 또는 분리가 발생되는 온도 이하로 기질을 냉각시킴으로써 가능하다. 이것은 열 교환 장치를 처리 대역과 제2펌프의 중간에 장치시킴으로써 가장 쉽게 이룰 수 있다. 생성물이 제2펌프(또는 적절한 배압을 형성하기에 적합한 다른 장치)를 빠져나오는 온도에 관해서는 처리된 생성물을 직접 무균 포장하는 것이 바람직한지의 여부 또는 생성물이 창고로 운반되는지의 여부에 관한 고찰이 필요하다. 어떠한 경우든 증기상의 형성은 처리 대역내에서 거의 없어야 한다.

배압의 정도는 처리를 요하는 유장 단백질 용액의 특성(즉, 휘발성 향료 첨가제의 존재 여부) 및 본 목적에 사용되는 처리 조건등에 의존한다. 처리대역 내에서 탈기를 방지히기 위해 필요한 압력은 본 기술에 숙련된 자에 의해 용이하게 결정될 수 있다.

제1도에서 본 발명의 실행에 유용한 처리기는(10)으로 표시되며, 이것은 긴 튜브(12)를 포함하는데, 이 튜브의 양말단은 덮개판(14)와 (16)으로 덮혀져 처리 대역을 구성하는 챔버(18)을 제공한다. 튜브(12)는 공동축을 갖는 더 크기 긴 튜브(20)내에 배치되어 있다. 튜브(12)와 (20)사이의 고리형 공간은 튜브(18)의 내부 표면으로부터 튜브(12)의 외부 표면쪽으로 연장된 몰딩(22)에 의해 처널(24)로 변형되어 있으여 채널(24)는 열 교환 매체 주입구(26)에서 부터 열 교환 매체 배출구(28)까지 나선형으로 뻗어 있다. 토시한 가공처리기는 약 3인치(7.6cm)의 내부 직경을 갖는 실험적 모델로서, 이 내부가 처리 대역(즉 회전기(54)의 주본체와 마주한 튜브(12)의 내벽면적(즉 930㎠)으로 실시시에는 시일, 막음판 등에 의해 작업 면적이 더 좁아져서 약 650㎠정도이다)을 만든다. 이 장치는 다양한 가공처리 온도 범위를 허용하는 열 전달 매체로 물, 증기 또는 염수를 사용할 수 있다. 본 가공처리기내의 허용압력은 사용되는 시일의 종류에 따라 좌우되며, 비록 고무 성분을 사용한 통상적인 시일도 50 내지 100psi의 압력까지 높일 수 있다.

열 교환 매체는 처리되는 물질과는 역류 방향으로 나선형 챔버(24)를 통해 순환한다. 예를들면 처리되는 물질은 반지름 방향으로 위치한 주입포트(50)을 통해 투입되어 축방향으토 배향된 포트(48)을 통해 배출되여, 이 경우 일 교환 매체는 포트(28)을 경유해 챔버(24)로 들어가서 포트(26)을 경유해 배출된다.

외부 튜브(20)은 단열 쟈켓(30)안에 위치되어 있고, 이 자켓은 말단 부재(32)와 (24)사이의 튜브(20)의 전체 길이로 덮고 있다. 주입구(26)과 (28)을 각각 포함하고 있는 말단 부재(32)와 (34)는 튜브(20)의 외부표면에 있는 용접점(36)과 (38)에 의해 축방향에서 내부 부분을 견고히 하는 역할을 하여, 이 용접으로 열교환 매체의 누출을 방지하여, 이 말단 부분들은 그들의 축방향 외부에 "0"고리 시일 배열(40)과 (42)를 제공한다. 막음판(14)는 볼트(44)로 말단 부재(34)에 견고히 부착되며 판(16)은 볼트(46)에 의해 말단 부재(32)에 견고히 부착된다. 막음판(14)를 통과해 연장된 것은 물질 배출 포트(48)이며 막음판(16)을 통과해 연장된 것은 물질 주입포트(50)이다. 본 명세서에서 사용되는 주입구와 배출구라는 용어는 그들의 기능이 필요에 따라 가역적일 수 있기 때문에 바꾸어 쓸 수 있다. 막음판(14)는 통상적인 조립 부품인 베아링(52)을 보유하도록 형성되어 있다.

축방향으로 챔버(18)을 관통하여 스테인레스 스틸로 제조되고 표면에 폴리테트라-플루오로에틸렌의 피막이 융합되어 있는 회전기(54)가 연장되어 있다. 회진기(54)의 주요 본체 부분의 지경은 약 2mm 너비의 고리형 처리 대역이 회전기(54)와 튜브(12)의 내부 표면 사이에 제공되도록 튜브(12)의 내부 직경보다 약간 적다. 회전기(54)의 감소된 발단 부분(56)이 판(14)에 의해 운반되는 베아링 조립체(52)에 의해(스테인레스 스틸 헤드의 베아링통)지지되어 있다. 회전기(54)의 감소된 말단 부분(58)은 통상적인 베아링 배열(보이지 않음)예를들면 FAFNIR LC MECHANI-SEAL^TM형과 같은 원동형의 카트리지형내에서 회전하도록 지지되어 있다.

감소된 말단 부분(58)의 선단무(60)에는 편평한 소켓(62)이 제공되어 있다. 챔버(18)의 입구(64)는 통상적인 덮개판 배열로 봉함되어 있다.

제2도는, 본 발명의 실행에 유용한 식품 가공처리기(10), 유장 단백질 농축물을 공급하고 내부 압력(약80 내지 90psi가 바람직함)을 유지하고 가공 처리기(10)으로부터 처리된 물질을 추출하도록 배열된 펌프시스템을 도시하고 있다. 펌프 시스템은 도관(92)를 경유해 가공처리기(10)의 주입구(28)에 연결된 제1펌프(86)을 포함한다.

가공처리기(10)의 축방향으로 배향된 배출 포트(26)온 도관(106)을 경유해 통상적인 단일 칼날 표면 열교환기(10B)의 축방향으로 배향된 포트에 연결되어 있다. 도면에서 알 수 있는 바와 같이, 연결 방식은 방향의 변경없이 가공처리기(10)과 통상적인 열 교환기(10B)를 통해 물질이 유연하게 흐르도록 되어 있다. 가공처리기(10)으로부터 생성물이 열 교환기(10B)로 균일하게 흐를때 전술한 바와 같이 바람직한 휘발성성분의 유실을 방지코저 생성물을 냉각시킨다. 가공처리기(10)과 열 교환기(10B)사이의 흐름에서 강류를 방지함으로써 생성물이 장기간 동안 승온된 처리 온도에 머물지 않도록 하는데, 이는 생성물의 균일한 특성을 유지하는데 도움을 준다.

연결도관(106)에는 절연 쟈킷 또는 바람직하게는 작동을 유연하게 하고자 그 주변에 열 교환 매체가 통과하는 수단이 제공되어 있다. 온도와 압력 센서(보이지 않음)로 연결되는 포트(108)이 또한 제공되며, 이에 의해 가공처리동안 물질의 상태를 상세하게 모니터 할 수 있다. 열 교환기(10B)의 배출 포트는 도관(98)을 경유해 제2펌프(100)과 연결되어 있다. 가공 처리된 물질은 도관(104)를 거쳐 펌프(100)을 빠져 나온다.

작동중, 가공처리되는 유체 식품, 슬러리 또는 용액은 덤프(86)에 공급되며 대체로 일정한 속도로 도관(92)를 경유해 가공처리기(10)으로 보내진다.

회전기(54)는 보통 850 내지 1200rpm(통상 약 1000rpm 즉 약 500,000min^-1)의 범위에서 일정 속도로 작동된다. 생성물의 수율(본 발명의 거대콜로이드로 전환된 유장 단백질 함량중에 함유된 전체 순수 단백질의 퍼센트 함량으로 측정됨)은 회전기의 낮은 속도에서 보다 높은 속도에서 증가한다. 몇가지 종류의 스캐빈징(scavenging)현상이 있다고 생각된다. 가공처리된 물질은 포트(48)을 거쳐 배출되고 배출구(26)과 도관(106)을 지나 열 교환기(10B)로 간다. 연결도관(106)에는 절연 쟈켓 또는 바람직하게는 작동을 유연하게하고자 그 주변에 열 교환 매체가 통과하는 수단이 제공되어 있다. 또한 압력과 온도 센서(보이지 않음)로 연결되는 포트(108)에 제공되며, 이에 의해 가공처리 동안 물질의 상태를 상세히 모니터할 수 있다. 냉각후, 물질은 도관(98)을 거쳐 펌프(100)으로 이동하고, 포장을 즉시해야 되는 경우 최종적으로 도관(104)를 거쳐 포장 장비(보이지 않음)로 보내진다. 이러한 배열 및 작용은 생성물을 멸균하기 위해 재가열하는 등의 과정이 실시될 필요가 없으므로 매우 유리하다. 이와 달리, 가공 처리된 물질은 저장 창고로 보내질 수 있다. 펌프(86)과 (100)은 가공처리기를 통한 물질의 수송을 원활하게 하고 그 시스템내에서 압력의 미세한 조정을 가능하게 하는 배열로 함께 작동된다는 사실을 주지해야 한다. 시스템을 작동 시키기 시작할 때는 적용되는 압력, 온도, 전단(Shear) 및 목적 물질의 투입 속도 등을 정확히 얻도록 시스템의 평형을 유지시켜야만 하며, 상기 변수들은 상당히 상호 의존적이다.

대안의 장치가 제11도 내지 제15도에 걸쳐 도시되어 있다.

먼저 제11도와 관련하여 설명하면, 바람직한 가공처리기는 저부판(111)에 의해 지지되고 이 판에 다수의 볼트(113)에 의해 견고히 조여진 하우징(110)을 포함하고 있다. 저부판(111)은 그 상부 말단에 형성된 고리형 외륜(rim)(115)를 갖는 스탠드(l14)위에 위치하고 있다. 저부판(111)의 밑면의 고리형 리세스(117)이 외륜(116)을 수용하고 있다. 스탠드(114)와 저부판(111)은 외륜(116)을 수용하고 있다. 스탠드(114)와 저부판(111)에는 이들을 관통해 수직으로 연장된 통로(118)과 (119)가 배열되어 있으여 수직으토 연장된 운전 굴대(120)이 통로(119)까지 위쪽으로 통로(118)을 관통해 연장되어 있다. 운전 굴대(120)은 가공 처리기가 작동되는 동안 전기모터(도시되지 않음)와 같은 구동 기구에 의해 회전되도록 연결되어 있다. 운전 굴대(120)의 상부 말단에 칼날 굴대(121)이 고정되어 있고 키이연결부가 두 굴대(120)과 (121)사이에 존재한다.

가공처리기의 하우징(110)은 저부 용기 부분(126)과 상부 덮개 부분(127)을 포함하며 용기는 고리형의 베아링 지지체(128)상에 지치되어 있다. 고리형의 베아링 지지체(128)은 그 밀면에 나사형 구멍을 갖고 있으며 전술한 바와 같이 볼트(113)이 저부판(111)에 시일 지지체(128)을 단단히 고정시킬 목적으로 이 구멍에 끼워진다. 중심에 위치하고 수직 방향으로 연장된 입구(129)가 시일 지지체(128)을 관통해 형성되어 있다. 지지체(128)내에 시일(139)를 적절하게 배열시키도록 통로(129)의 내부 외주상에 넓어진 선반 또는 시이트(133)가 형성되어 있다. 칼날 굴대(121)은 통로(129)를 관통해 연장되어 있다. 시일(139)위의 칼날(136)(제1b도 참조)은 칼날 굴대(121)의 상부 말단에 위치하고 있으며, 캡 너트(137)에 의해 그 곳에 고정되어 있다. 통상적인 덮개 시일(139)는 그 접합부에서 유체 누출 조임 시일을 형성하기 위해 베아링(131), 운전 굴대(121) 그리고 워셔(Washer)(138)사이에 제공된다.

용기(126)은 이 경우 내벽(142)와 외벽(141)로 구성된 이중벽으토 되어 있으며 이 두 벽사이의 공간에는 유동 통로(143)이 형성되어 있다. 두개의 벽(141)과 (142)는 큰잔 모영(bowl-shaped)으로, 이 벽을 관통해 형성된 입구(144)가 저부 중심부에 배열되어 있고 이 입구는 시일 지지체(128)을 수용하며, 두개의 벽(141)과 (142)는 용접에 의해 시일 지지체(128)에 단단히 고정되어 있다. 그 상부 말단에는, 두개의 벽(141)과 (142)가 칼날 굴대(121)의 축으로부터 외측으로 방사형으로 펄쳐져 있으며 이들은 참고번호(146)으로 표시된 지역에 봉입 연결을 하기위해 서로 함께 견고하게 압착되어 있다. 열 교환 매체는 두 벽사이의 공간(143)을 거쳐 지나며 주입 튜브(147)과 배출 튜브(148)이 외벽(141)에 단단히 부착되고 공간(143)을 통과해 열 교환 매체가 흐르도록 하기 위해 공간(143)에 연결되어 있다.

덮개(127)은 두개의 벽(141)과 (142)의 상부 측면을 가로질러 연장되어 있으며, 펼쳐진 부분(146)의 상부면에 놓여있다. 덮개(127)을 용기(126)에 단단히 위치 시키기 위해 고리(151)이 펼쳐진 부분(146)의 밑면에 위치되어 원형의 덮개(127)의 외주가 펼쳐진 부분(146)의 상부면을 가로질러 연장되어 있다. 원형의 조임쇠(152)가 고리(151)과 덮개(127)의 외측 외주를 감아 조이며, 부품 조립시 조임쇠(152)가 덮개(127)을 부품(127)에 대해 아래쪽으로 단단하게 쐐기 또는 캠으로 공정시키도록 조임쇠(152), 고리(151) 및 덮개(127)은 사각진 표면(153)에 의해 서로 합쳐지게 되어 있다. 가스켓 또는 고리형의 시일(l54)은 고리(151)과 덮개(127)사이의 인접한 표면에 장치되어 연결부를 봉입시킨다.

하우징(126)내부에는 하우징(126)의 내벽(142)와 덮개(127)사이에 토로이드 또는 도오넛 모양의 공동(161)이 형성되어 있다. 이 용기의 내부벽 표면(163)은 원형의 잔 모양이며 이 트로이드성 공동의 하부 반구를 형성한다. 트로이드성 공동의 상부 반구는 벽(163)의 윗쪽에 있는 덮개(127)의 밑면에 형성된 고리형의 오목 리세스(164)에 의해 형성되며, 고리형의 리세스(164)는 칼날(136)의 회전축 및 용기(126)의 곡선표면(163)의 중심과 공동축을 갖는다. 공동(161)의 외부 외주에는 리세스(164)의 내부 표면이 (166)으로 표시된 면에서 아랫쪽으로 뻗어 있으여 칼날(135)말단의 상부 모서리 표면(157)과 가까이 인접되어 있다. 또한 덮개(127)은 중심부분(168)을 형성하기 위해 토로이드성 공동(161)의 축을 따라 아래쪽으로 내려가 있으며 칼날(136)의 중심과 캡 너토(137)이 부분(168)의 바로 아래인 토로이드 중심에서 위로 경사지게 위치한다.

덮개(127)은 그안에 형성된 통토(171) 및 (172)또는 2개의 구멍을 갖는다. 통로(171)은 공동(161)의 축위에 위치하며 덮개(127)의 상부 표면으로부터 (168)부분을 관통해 연장되어 공동(161)의 축상에 개방되어 있다. 튜브(l73)이 나사형 피팅(fitting)(174)에 의해 통로(171)의 상부 말단에 조여져 있고 본 발명에서는 추인 압력 조절 장치(176)이 튜브(173)이 상부 말단에 위치되어 있다. 말단부 골의 구멍(dead-end hole)(177)이 추(176)내에 형성되어 있고 튜브(173)의 상부 말단이 구멍(177)내로 뻗어있다. 가공처리기가 작동되는 동안, 만일 추(176)을 튜브(173)의 상부 말단에서 들어올리는데 필요한 양 이상의 압력이 존재시, 공동(161)내의 내부압력은 튜브(173)을 통해 공동 밖으로 누입되므로 추(176)은 공동내에 압력을 유지하게 된다. 통로(172)는 피팅(179)에 의해 다른 튜브(178)에 연결되어 있으며 통로(172)는 공동(161)의 최상부로 뻗어있다. 통로(172)와 튜브(178)은 예를들면 공동(161)이 가공 처리될 유체로 채워졌을때 이 공동(161)로부터 공기를 배출하기 위해 사용되며, 열전쌍(보이지 않음)이 튜브(178)과 통로(172)를 통해 가공처리되는 동안 유체의 온도를 모니터하기 위해 유체의 상부 표면으로 투입될 수도 있다.

칼날(136)은 중심이 두꺼운 부분(181)을 포함하는데, 이 부분은 칼날굴대(121)을 위해 이를 통과해 형성된 수직으로 뻗은 구멍(l82)을 갖는다. 캡 너트(137)이 상기 부분(181)의 상부 표면을 가로질러 고정된다.이 부분(181)로 부터 바깥쪽으로 방사상으로 펼쳐진 두개의 아암(arm)(183)과 (184)는 외측 그리고 윗쪽으로 방사상의 곡선을 형성하며 용기의 벽(142)의 내부 곡선 표면(163)에 가깝게(약 0.5 내지 1.0mm의 틈새가 바람직하다)뻗어 있다. 칼날 아암(183)과 (184)의 상부 말단 부분은 칼날 축과 거의 평행하며 따라서 아암은 토로이드 공동의 하부 반구로 펼쳐져 있다. 제11b도 에서 알 수 있는 바와 같이 두 개의 아암(183)(184)의 날(186)과 (187)은 칼날 아암이 그 외측 말단에서 매우 좁아지도록 가늘어진다. 칼날(136)과 굴대(121)이 제11b도 에서같이 반시계 방향으로 회전한다고 가정하면, 두개의 아암(183)과 (184)는 선도 날(l86)과 후발 날(187)을 갖게 된다. 제14도와 관련해 살펴보면, 각 아암의 2개의 날(186)과 (187)은 비교적 무디지만 서로를 향하여 아래쪽으로 갈수록 가늘어지는 것이 바람직하다.

제11a도에서 도시한 가공처리기의 작동에 있어서, 복합 굴대(120),(121)은 적절한 구동 모터에 의해 회전되도록 연결되어 있으며, 덮개(127)은 처음에는 용기(126)으로부터 분리되어 있다. 공동(161)은 유체 배치로 채워지며 이때 그 양은 용기상의 덮개로 덮은 공동(161)의 부피와 거의 동부피로 한다. 공동의 용기부분을 유체 배치로 채우고, 덮개(127)은 고리형 부분(166)이 용기 공동내에 아래쪽으로 연장되도록 용기위에 놓여진다. 용기에 덮개를 단단히 결합시키기 위해 용기와 덮개의 인접한 외부말단부분에 조임쇠(152)를 부착시킨다. 덮개(127)이 용기상에서 아래쪽으로 이동됨에 따라 오목 리세스(164)의 상부의 공기가 공동(161)내의 과량의 유체와 함께 통로(l72)를 통해 빠져나간다. 공동으로부터 공기를 제거하는 것은 유체의 에어 포켓과 공동내의 공기를 제거하기 위해 복합 운전 굴대(120),(121) 및 칼날(136)을 느리게 회전 시킴으로써 손쉬워진다. 이같은 방식으로, 가공처리되기 전에 공기는 공동(l61)로 부터 제거된다.

유체를 가공처리하기 위해서는, 복합 굴대(120),(121) 및 칼날(136)을 급속히 회전시키는데, 아암(183)과(184)의 고속 회전으로 유체내에 높은 전단력이 형성된다. 음속 이하의 펄스가 아암의 선도 날(186)에 형성되며 후발 날(187)에 공동현상이 발생한다. 이 아암들의 고속 회전으로 인해 유체는 제15도에서 도시된 바와같은 자연적인 토로이드의 형태(191) 또는 도우넛의 모양을 갖게 된다. 자연적인 토로이드란 유체가 용기상의 덮개(127)이 없는 상태에서 자연적으로 토로이드 형태를 나타내는 것을 의미한다. 바꾸어 말하면, 만일 덮개(127)이 제거되고 칼날이 충분한 속도로 회전된다면 유체는 토로이드 형태(191)로 된다. 덮개(127)의 밑면에 있는 고리형의 오목 리세스(l64)는 토로이트(191)의 표면에 부합되는 형태가 되어 유체의 흐름이 덜 강렬한 "사각 지대"가 존재하지 않게 된다.

제15도에 있어서는, 토로이드(191)의 표면 유체가 칼날 아암의 외부말단 으로부터 위쪽으로 그리고 방사상으로 안쪽으로 흐르며 유체는 화살표(192)에 의해 나타내진 경로를 따라 선회한다고 이론화되어 있다. 또한, 유체는 원주 방향으로 이동하며 칼날의 운동방향을 따름으로써 나선형 통로를 형성한다. 또한, 다수의 동심층이 유체내에 형성되며(이층은 동심원 화살표(193)에 의해 표시됨)이층은 유사한 나선형 경로를 따른다. 그러나 또한, 유체내에 균일성을 급속히 이루도록 하는 층간에 액체의 이동도 있다. 유체를 통과하는 칼날의 운동과 서로에 대한 다양한 유체 층간의 운동이 너무나 강력해서 기계 에너지의 상당 부분이 열로 전환된다.

칼날이 약 5,000rpm으로 회전할때, 칼날에 의해 유체는 상술한 급속 토로이드성 흐름을 겪게되며, 특히 선도 날(186)의 정면에 상당한 공동과 소용돌이가 만들어진다. 유체의 흐름은 벽(142)과 열 교환 매체로부터 급속한 열 전달을 받게 한다. 교반 또는 칼날에 의해 형성된 높은 전단력은 유체를 신속히 혼합하여 가열한다. 기계적 에너지의 열로의 전환은 단위 시간 및 단위 질량당 열 교환 매체의 온도 이상으로 상승된 유체의 온도를 측정함으로써 평가된다. 칼날(136)을 회전시킴으로써 유체에 가해진 일의 강도는 예를들면 약 1내지 2μ입자 크기보다 큰 단백질 분자의 응집을 방지하기에 충분히 크다(주로 기계적 영향으로 인한 온도 상승 크기로 반영됨).

칼날(136)은 특히 유체를 혼합하고 가열하는데 효과적이다. 5,000rpm에서 비교적 무딘 칼날의 선도 날(186)은 유체중에서 음속 이하의 펄스를 만들어 내는 반면 후발 날인(l87)에서는 공동 현상이 발생한다. 칼날(186)과 (187)의 약간 아래쪽의 안쪽으로 가는 부분(제14도에 제시)은 유체를 칼날 아암의 정면에서 벽과 공동의 저부를 향해 이동시킨다. 이 작용은 유체를 상당히 교반 시키며 또한 공동 벽상에 생성물이 축적되는 것을 효과적으로 방지한다. 칼날은 천연 토러스(torus)를 만들어 챔버 또는 공동은 혼합되는 동안 천연토러스에 부합되는 모양을 하며 그로인해 구멍내의 사각 지대가 없어지고 낮은 흐름이 있는 공간내에서의 생성물의 축적 또는 고화가 방지하며 혼합물의 균일성이 촉진된다.

공동내의 유체가 지나치게 가열되는 것을 막기 위해서는, 냉매를 튜브(147)과 (148) 그리고 공간(143)을 통해 흘러 줌으로써 공동(162)내의 유체가 목적온도 이상으로 되지 않도록 한다. 한편, 만일 유체가 가열된다면, 뜨거운 매체를 공간(143)을 통해 흘러 보낼 수도 있다. 유체를 칼날로 충분히 교반시켜 유체의 온도가 목적 수준에 있게 된 후, 칼날의 회전을 멈추고 덮개(127)을 제거하여, 혼합된 유체의 배치를 공동(161)에서 제거한다.

제12도 및 제13도는 제11a도에서 도시한 구체예의 배치 작동과는 다른 연속 흐름 작동을 나타내도록 고안된 장치의 바람직한 구체예이다. 제11a도와 제12도의 구체예는 상응하는 부분을 포함하며, 두 도면에서 상응하는 부분에 대해서는 같은 참고 번호로 표시하되 제12도와 제13도에서는 그 숫자에(1000)을 더해서 표시했다.

제12도에서, 가공처리기는 용기(1126)과 덮개(1127)을 포함하고 있으며 이는 덮개(1127)이 큰 수직 두께를 갖는 것을 제외하고는 제11a도와 비슷한다.

제12도에서 용기와 덮개는 그 사이에 시일(1154)와 00-고리(1155)를 갖고 있는 조임쇠(1152)에 의해 함께 단단히 죄어 있으며 칼날(l136)은 공동(1161)내에 장치되어 있다. 이 구체예에서, 용기(1126)은 제11a도의 용기에서와 유사한 이중벽을 가지며 주입 튜브 및 배출 튜브(1147)과 (1148)이 또한 존재한다. 그러나 튜브(l147)과 (1148)은 두 벽간에 빈 공간(1143)을 형성하기 위해 플러그(120l)에 의해 봉합되며 이 공간은 용기 주변을 절연시키는 작용을 한다. 덮개(1127)은 그 안에 통로(1172)를 갖고 여기에서 열전쌍 센서를 사용할 수 있으며, 본 경우에서는 유체 생성물이 가공처리후 공동(1161)을 떠남에 있어서 통로(1171)이 유체생성물의 연속흐름을 위한 배출구를 형성한다.

용기(1126)은 베이스(1128)에 의해 저부판(1111)상에 놓여지는데 베이스는 본 발명의 본 구체예에 있어서 가공처리기 공동내로의 유체의 흐름을 위한 통로를 포함한다. 생성물 주입 튜브(1203)은 유체 생성물의 공급원(보이지 않음)과 베이스(1128)의 외부 외주 주변을 단단히 조이고 있는 고리형 시일 고리(1204)에 연결되어 있다. 튜브(1203)의 내부 말단은 베이스(1128)내의 비스듬한 통로(1206)와 연결되여, 0-고리(12507)에 의해 그 외부 말단에 봉합되어 있다. 통로(1026)은 제12도에서 나타낸 바와같이 베이스(1128)의 안쪽 표면과 스페이서 베아링통(1208)에 대해 방사상으로 안쪽 상부를 향해 각을 이루고 있다. 원형의 리세스 또는 홈(1209)가 베아링통(1208)의 바깥 표면에 형성되어 있고 통로(1206)은 홈(1209)와 흐름 연결로 역할을 한다. 결국, 튜브(12503)을 통해 가공 처리기내로 흐르는 생성물은 통로(1206)을 지나 고리형 홈(1209)로 홀러간다. 다수의 공급 또는 주입 포트(1211)은 홈(1209)로부터 방사상으로 안쪽 상부를 향해 각을 이루며 포토(1211)의 상부 말단은 칼날(1136)의 저부 표면 아래 베아링통(1208)의 위쪽 표면에 나타나 있다. 주입 포트(1211)의 각도 때문에 먼저 공동에 유입되는 유체 생성물은 방사상으로 안쪽 위로 흐르며 이 후 칼날(1136)의 면을 지나 방사상으로 외측 상부로 흐른다.

기계적인 시일(1216)에 의해 스페이서 베아링통(1208)과 칼날(1136)사이의 연결이 봉합된다. 기계적인 시일(1216)은 고리형으로 0-고리(1217), (1217b)에 의해 베아링통(1208)에 봉합되며 시일(1216)의 위쪽 말단상에 위로 돌출한 시일면(1218)은 칼날(1136)의 밑면에 맞물린다. 제11b도에 있어서 시일면(1218)은 점선으로 표시되어 전반적으로 칼날의 외부 구획선 내에 존재함을 알아야 한다. 우수한 시일을 얻기 위해, 시일면(1218)의 면에 있는 칼날(1136)의 밑면이 분지 형태인 것이 바람직하다. 다른 회전성 립시일(1221)이 베이스(1128)과 굴개(1121)사이에 제공되어 이 연결부를 봉함한다. 시일(1221)이 베이스(1128)상에 외측 외주에 회전되지 않도록 장치되어 있고 그 내측 외주는 굴대(1211)의 외측면에 미끄러지면서 끼워진다. 가터스프링 같은 고리형 스프링(1222)이 립 시일을 굴대(1121)에 대해 단단히 고정시킨다.

챔버(1223)가 립 시일(1221), 기계적 시일(1216), 굴대(1121)의 외측 표면과 베아링통(1208)사이에 형성되어 있다. 이 챔버(1223)은 튜브(1226)을 통해 가공처리기에 투입되어 다른 튜브(1227)을 통해 가공처리기에서 제거되는 냉각수에 의해 가득차 있으며, 이 두개의 튜브는 제13도 도시된 가공처리기의 반대 측면에 위치하고 있다. 2개의 튜브(1226)과 (1227)은 또한 시일고리(1204)상에 위치하며 고리(1204)를 지나 방사상으로 연장되어 있다. 흐름 통로(1228)과 (1229)가 베이스(1128)을 관통해 형성되어 있으며, 이 두 통로의 안쪽 말단은 챔버(1223)의 반대 측면에 연결되어 있다. 통로(1228)과 (1229)각각의 외측 말단은 튜브(1226)과 (1227)에 연결되어 있으여 0-고리가 이 연결부 주변에 제공되어 있다. 결국 가공처리기를 작동하는 동안 냉각수는 튜브(1226)를 지나 가공처리기내로, 그리고 챔버(1223)내로 흐르고, 기계적 시일(1216)이 칼날(1136)의 저부 표면과 접하는 면에서 내부표면을 돌아 튜브(1227)을 거치 챔버 밖으로 나온다.

가공처리가가 작동되는 동안, 덮개(1127)은 용기(1126)에 단단히 고정되어 있고, 칼날(1136)은 공동(1161)내에서 회전하여 냉각수는 챔버(1223)을 통해 흐른다. 생산된 혼합물은 주입 튜브(1203)를 통과한후, 통로(1206)과 주입 포토(1211)을 통해 회전하고 있는 칼날(1136)의 밑면으로부터 공동(1161)내로 흐름으로써 공동(161)내로 투입된다. 유체 생성물이 공동(1161)을 채우며, 공동을 처음에 채우고 있던 공기는 튜브(1172)를 통해 유체가 흐름으로써 분출된다. 유체는 공동(1161)내에서 전술한 바와 같이 천연 토로이드모양을 하는 것으로 생각되어 용기(1126)의 벽과 덮개(1127)은 천연 토로이드의 모양과 일치한다. 공동내의 생성물은 일정압력하에 유지되는데, 이는 튜브(1203)내에는 유체 생성물을 공동을 지나 통로(1171)밖으로 밀어내기 위해 압력이 필요하기 때문이다. 통로(1171)에 연결된 배출튜브(1231)은 배압을 형성하기 위해 제한 장치 또는 발브를 포함하고 있으며 이로 인해 공동(1161)내의 압력이 증가하게 된다.

공동(1161)내에서의 유체의 혼합과 가열은 공동(161)내에서와 유사하다. 공동안으로 유입되는 유체는 직접 칼날 아래이고, 전단지역내로 흐른다. 또한 부품(1211)의 상부 안쪽 각도로 인해 유입된 유체는 격렬한 흐름을 형성하고 시일(1216)을 씻어내어 이곳에서의 유체의 고화 또는 축적을 막는다. 또한 내부 중심부 근처에 흐르도록 함으로써 모든 유체가 칼날아래로 흐르며 일부 유체는 포트(12l1)을 떠난직후 아암의 면에서 방향이 전환되지 않도록 한다. 챔버(1223)내에 냉각수 흐름은 베아링(1216)과 칼날이 과열되어 가공처리될 유체 생성물을 태우지 못하도록 한다. 주입구(1206)의 반대편 포트(1211)는 3개의 포트를 통해 균일한 흐름을 제공하기 위해 약간 확장되어 있는 것이 바람직하다.

제11a도의 장치를 작동시키는 과정에 따르면, 빈 용기가 배열되고 굴대부문이 연결된후, 용기는 저부판에 고정되고 칼날은 굴대에 장치되어 고정된다. 탈기된 단백질 예비혼합뭍 340g을 용기내에 투입하되, 기포 공극이 생기지 않도록 주위한다.

덮개는 용기의 상부벽에 있는 구멍에 고정시키고 비어있는 열전쌍-포트의 위치에 유의해서 가스켓이 있는 자리까지 밀어넣어 이 포트를 통해 포획공기가 배출될 수 있도록 한다. 포획 공기의 제거는 칼날을 느리게 회전시킴으로써 촉진할 수 있다. 공기가 제거되면 덮개를 고정시키고 포트밖으로 밀려 나온 과량의 예비혼합물을 제거하며 열전쌍을 삽입하여 고정시킨다. 덮개는 조임쇠로 고정시키고 카운터-웨이트를 배출-튜브상에 위치시킨다.

가열된 유체는 용기를 통해 순환시킨후, 구동 장치를 가동시키는데; 칼날의 속도를 일반적으로 약 5,000rpm 이상의 목적하는 회전 속도로 고정시킨다. 이 속도로 회전하는 칼날은 함유된 단백질 예비혼합물이 급속하게 토로이드성 흐름하에 있도록 하여 그 결과 특히 칼날의 충돌 부분에서 상당한 공극과 산란이 형성된다. 예비혼합물의 소용돌이형 흐름은 가열된 유체로부터 용기 내벽을 동해 예비 혼합물로 급속하게 열이 전달되는 것을 가능하게 한다. 예비 혼합물의 온도가 약 80℃를 지날때, 이 혼합물의 점성은 증가하기 시작하지만 칼날은 모터에 의해 일정한 속도를 유지한다.

감소되지 않은 높은 투입량(점성 증가와 연관됨)이 기계에서 유도된 상당한 열을 생성물에 전달한다. 이로써 생성물 온도는 약 1 내지 2분 주기로 "가열"유체의 온도 보다 약 20 내지 40℃이상으로 올라간다. 목표하는 온도와 체류 시간이 이루어지면, 열 교환 유체의 흐름을 조절하는 외부에 장치된 발브는 가열 유체가 냉각 유체로 대체되도록 배열된다. 생성물 온도가 즉시 감소하기 시작한다. 생성물이 80℃까지 냉각되면 칼날 속도를 약 1000rpm으로 감소시켜 기계 에너지가 더 전달되는 것을 막고 냉각시간을 줄인다. 생성물이 약35℃로 냉각되면, 구동 장치를 끄고 덮개를 제거한후, 생성물을 용기와 덮개로부터 수거한다.

바람직한 가공처리 온도는 약 80℃ 내지 약 120℃범위이고 가공처리 시간은 약 3초 내지 15분 또는 그 이상으로 약 10초 내지 약 2분 정도의 시간이 바람직하다. 가공처리 시간은 낮은 온도에서 더 길며, 80℃에서 처리시 약 15분 정도 요구되여 90℃ 내지 95℃의 온도에서 가공처리시 약 5분 정도이다. 대조적으로 120℃에서의 가공처리 시간은 단지 약 3초이다. 높은 가공처리 온도는 열 전달 속도를 증가시킴으로써 상층된다. 가공처리 장비의 특성이 허용하는 한, 높은 열 전달 속도/높은 변성 온도에서 짧은 시간동안 가공처리하는 것이 바람직하다. 그러나 120℃ 이상의 온도에서 이에 상응하도록 감소된 생성물의 체류 시간으로 처리시 산출되는 거대콜로이드 생성물은 "얇아져"덜 바람직하게 된다.

일반 열 변성 공정이 완결되면 생성물을 임의로 균질화 처리한다. 그같은 처리는 예를들면 커피 화이트너 같은 묽은(즉, 낮은 단백질 농도를 갖는) 및/또는 중화된 제품의 경우 바람직하다. 이러한 처리는 가공처리중 종종 형성되는 비교적 약한 압지간 결합을 파열시키는데 유용하다. 응집되지는 않고(즉, 거의 직정이 2μ 이상인 입자들로 융합되지 않음), 서로 결합된 (즉, 이합체 또는 삼합체로)거대콜로이드를의 입자들은 단일한 복합물 입자로서 감각수용 특성을 가지고 있어, 각각의 입맞에 의해서는 응집체와 구별 할 수 없다. 균질화 처리는 이같은 입자의 결합을 목적하는 입맛 특성을 갓는 개별적인 거대콜로이드성 입자로 분할시킨다. 낮은 거대콜로이드 농도를 갖는 희석 제품(예, 커피 화이트너)의 균질화 처리는 약 6 내지 7의 pH에서 실시하는 것이 바람직하다. 그러한 pH에서, 거대콜로이드의 표면상에 분포된 전기적 전하는 수성 매체중에서의 거대콜로이드의 균일한 분산을 유지시키는데 도움을 준다. 본 기술에 공지된 종래의 균질화 처리도 본목적에 사용될 수 있지만, 큰 입자로 응집되도록 승온에 거대콜로이드 입자가 노출되지 않게 주의해야 한다.

입자 크기 시험은 본 발명의 생성물에 대한 감각수용 품질 정도 및 전술한 바람직한 공정처리 조건을 선택하는데 있어 유용하다. 품질 조절 목적에 이용되는 가장 빠르고 간단한 방법중 하나는 임상적인 혈액 도말표본의 제조와 유사한 방식으토 광학적 슬라이드를 제조하는 것이다. 이 방법에 의해 페이스트-같은 식품 샘플 10g을 Waring 혼합기에 넣고 증류수 190g을 가해 5%용액을 만든다. 그후, 용액을 2분간 고속으로 혼합한 후 pH를 6.75-7.0로 조정한다. 이 샘플을 고속 자기 교반기로 교반시키면서 프로오브 소니케이터(Braunsonic 모델 2000 소니케이터, Burlingame, CA)를 사용하여 1분간 음파 처리한다. 이 과정에 의해 각각의 거대콜로이드 입자간에 존재할 수도 있는 약한 결합이 파괴된다. 이 용액에 탈이온수를 가해 입자 농도에 따라 0.25%와 0.50% 사이로 희석시킨다. 이 용액을 슬라이드로 제조하기 직전 1분간 초음파욕(Branson 2200 초음파욕, Shelton, CN) 에 위치시킨다.

10초간 손으로 흔든후, 상기에서 제조된 샘플 10μl를 코닝 슬라이드 스피너내에 위치시킨 현미경 슬라이드의 중앙에 놓는다. 샘플을 슬라이드에 위치시키고, 즉시 이 슬라이드를 회전시킨다. 슬라이드가 건조되자마자 약 30초 내에 현미경 결과를 평가한다.

할로겐 광원(Zeiss, Thornwood, NY)과 Dage MTI Video 카메라(Michigan CIty, IN)그리고 50X 대물렌즈를 사용한 카메라 콘트롤이 장착되고 1000 내지 1600 범위의 전체 배율을 갖는 Zeiss Axiomat 현미경으로 샘플을 관찰한다. 이 시스템은 약 0.25μ 이상의 직경을 갖는 입자들의 정량 분석만을 행할 수 있다. 이러한 이유 때문에 본 명세서에서 언급되는 입자의 크기의 모든 통계적 측정치는 특별한 언급이 없는한 0.25μ를 초과한 입자에 관한 것이다. 또한 0.01μ 내치 0.25μ사이의 입자들도 관찰될 수 있으며, 그들의 존재를 기록한다. 샘플의 전체 크기 및 모양의 균일성/이형성을 주관적으로 평가하기 위해 다수의 필드(25-25)가 조사되었다. 샘플의 정성 평가후에, 전체 샘플을 대표하는 필드를 선정한다. 이 영상을 고해상도의 혹백 텔리비젼 모니터(Lenco, Jackson, MO)에 영사시켜 정량 분석을 행한다.

텔러비젼 모니터의 상을 우선 디지탈화한후, 텔레비젼 모니터로부터 컴퓨터 모니터로 변환한다. 이 디지탈화/변환 단계 동안, 상은 원래의 상에서는 분리된 몇몇 입자와 함께 융합되어 진짜 입자를 표시할 수 없는 부작용으로 약간 희미하게 된다. 이같은 외적으로 융합된 입자들은 전자의 영상(텔리비젼 모니터)을 새로운 영상(컴퓨터 모니터)과 비교함으로써 재편집된다.

대략 250±50 입자들이 보통 한 필드에서 측정된다. 우선, 상내의 입자의 수는 그들의 길이 및 너비와 함께 결정된다. 이 자료로부터 두가지의 추가 변수, 등가 구형(E.S)직경과 부피는 하기 한 바와 같이 계산된다.

E. S. 직 경 = (B²x L)^1/3

E.S. 부피=4/3 B²L‥

여기에서 B는 너비이고 L은 길이이다.

E.S. 직경과 부피가 상중 입자들의 전체 분포에 대해 결정될때, 수-가중(number-weighted)(D_n)과 부피-가중(D_v) 평균 E.S. 직경이 계산된다. D_n은 분포된 모든 입자의 직경을 합한 것을 입자의 총수로 나누어 계산된 수 평균 입자 크기 직경이다. D_v(부피-가중 평균 직경)는 각 입자외 부피와 관련하여 입자들의 가중치를 잰 것으로 질량 또는 부피에 대한 평균 직경을 나타낸다. 최대 직경(D_mav)은 단순한 현미경필드에 존재하는 가장 큰 입자의 직경이다.

이 자료는 입자의 부피 뿐아니라 입자의 수에 대한 함수로 횡좌표상에 E.S. 직경에 대하여 막대그래프형태로 플로팅할 수 있다. 이 자료로부터 2μ이상의 입자 부피 퍼센트와 최대 입자 크기 직경을 직접 결정할 수 있다.

다음의 실시예는 본 발명에 따른 바람직한 방법 및 공정에 관한 것이다. 또한 이하에서는 본 발명의 바람직한 양태의 실시예에 관한 기술하고 있다.

(실시예 1)

Express foods으로부터 수득한 낙동 유장 단백질 농축액 41중량% 그리고 65℃의 을 44%를 함유하는 혼합물을 제조하였다. 이 혼합물 전체에 식용등급의 산을 가해 pH 4.2로 산성화시켰다. 시판용 진균-락타아제 30,000 유닛을 상기 혼합물에 가하고 pH가 4.2로 유치되고 있는지를 다시 검사했다. 레시틴 3중량%를 가하고 이 혼합물을 3.7kg/분로 작동중인 Versator^TM탈기기구로 탈기한후, 밤새 방치시켰다. 이 혼합물의 비중은 1.16이었다. 방지후, 혼합물을 제1도와 관련하여 후술되고 제2도에서 나타난 것처럼 배열된 유체가공처리 장치에 통과시켰다. 유체 가공처리 장치는 정류-상태 조건하에서 작동시키며, 이때 로타는 약900rpm이고, 열 전달 매체, 이 경우는 스팀의 온도는 주입구에서 약 120℃이며 배출구에서는 117℃이다. 이 혼합물은 주위 대기압하에서 상기와 같은 온도에서 끊는 액체들의 탈기를 방지하기 의해 가열동안 약 80내지 90psi로 유지시킨다. 유체 처리 장치에 4가지의 다른 체류 시간을 적용시켜 생성물을 하기표 1에서 설정한 4가지의 다른 처리 온도로 승온시켰다.

[표1]

전술된 바와같이 높은 전단력의 부재하에서 열에 약한 생성물의 특성을 고려하여 생성물을 단일 칼날의, 약 200rpm으로 작동중인 열 교환 장치내에서 약 80℃ 또는 그 이하로 냉각시킨다. 그렇게 제조된 거대콜로이드 생성물의 4개 샘플 각각은 에멜젼-유사 특성으로 인해 감각수용적으로 만족하다는 결론이 내려졌다. 거대콜로이드 입자의 전환 정도(수율)은 장시간/고온처리에서 보다 짧은 체류 시간/저온에서 낮다.

(실시예 2)

일반적으로 실시예 1의 방법에 의해 거대콜로이드 생성물을 제조하는데, 이때 낙농 유장 단백질 농축물은 약 19℃(실온)에서 유체 가공처리장치로 투입되어 처리온도는 약 7.5초의 체류 시간에 걸쳐 약 112℃(80 내지 90psi에서)로 올렸다. 산출된 거대콜로이드는 하기 표 2의 부가 성분과 혼합되었다.

[표2]

이 혼합물에 에탄올에 녹인 저농도의 옥수수와 피멘토 기름을 더 보충했다. 산출된 부가혼합물은 지방 함량이 없는 마요네즈형 생성물이었다. 최종 생성물에 지방을 많은 양 사용하지 않으면서 다양한 향료에 의해 상기 오일의 단독 또는 혼합의 사용이 가능해짐이 밝혀졌다.

(실시예 3)

실시예 1에 사용된 것과 유사한 낙농 유장 단백질 농축액의 다른 샘플을 하기 표 3의 성분과 비율로 혼합하였다.

[표3]

이 혼합물을 Versator^TM탈기기구 내에서 진공하에 탈기시키고 주변 온도에서 첨부된 제1도와 제2도에 도시된 장치로 옮긴다.

혼합물을 112℃ 내지 113℃로 가열하여 일차 샘플을 제조하고 체류 시간을 연장시킴으로써 약 114℃ 내지115℃로 가열하여 2차 샘플을 제조하였다. 두 경우 모두 80 내지 90psi에서 가열을 실시한다. 이 생성물을 단일 칼날의 열교환기로 보내어 80℃로 냉각시켜 즉시 병포장하였다.

이렇게 제조된 생성물은 두 경우에서 좋은 향을 가지며 목적하는 에멀젼-유사 특성을 갖는 마요네즈형 생성물이었다. 이 실시예는 락토오즈 가수분해를 사용하지 않는 본 발명의 구현예의 일례이다. 최종 생성물에서 원치않는 락토오즈 결정의 형성을 초래하지 않도록 모든 혼합물중에 함유된 유장 단백질 농축액은 비교적 낮은 농도였다.

(실시예 4)

하기의 표 4는 여러종류의 시판되는 드레싱 식품의 지방, 단백질, 탄수화물, 콜레스테롤 및 칼로리 함량을, 본 발명의 실시예, 더욱 구체적으로는 실시예 3과 유사한 방법으로 제조된 낙농 유장을 사용한 두 종류의 마요네즈-형 생성물과 비교한 자료이다. 본 발명의 두가 대표적 생성물중 두번째 것은 생성물 제제로부터 슈가와 고 과망 옥수수 시럽이 제외된 "무가당" 변화체이다. 아스파르탐^TM감미료를 당도의 유실량을 보충하기에 충분량 사용함으로써 슈가를 대체했다. 다른 인공 감미료 및 특히 다른 단백질계 감미료도 또한 본 발명의 거대콜로이드와 함께 사용할 수 있다.

[표4]

(실시예 4A)

본 발명은 또한 진한 생성물, 예를 들면 달콤한 개암-쵸코렛 샌드위치 스프레드인 누텔라^TM와 같은 샌드위치 스프레드를 제공한다. 유사한 땅콩맛과 부드러운 퍼짐성을 갖는 누텔라^TM과 유사한 생성물이 제조되는데 단백질 기제는 아스파르탐^TM감미료로 적절히 감미하고 조향시켜 제조된다.

(실시예 5)

본 발명의 실시예에 따라 하기 성분들을 부가 혼합함으로써 100kg 배치의 낙농-유장-기제의 마요네즈형 제품을 제조하였다:

[표 5]

^*식용 등급의 산 혼합물의 pH는 전체 혼합물의 pH가 20℃에서 약 4가 되도록 선택된다.

산출된 혼합물은 약 1.199의 비중을 갖는다. 이 혼합물을 탈기시키고 제1도에서 도시되고 본 명세서에서 상세히 설명된 유체 가공처리장치로 옮긴다. 가공처리장치의 로타 속도는 약 500rpm으로 고정시키고 혼합물을 530g/분의 속도로 가공처리 챔버로 주입한다. 혼합물의 온도를 약 116℃로 올리고(80 내지 90psi에서)산출된 생성물을 냉각시키며 감압시킨 후, 가공처리장치를 빠져나온 생성물을 수거한다.

제3도 내지 제7도에 걸쳐 도시한 현미경사진은 스캐닝 전자 현미경을 사용하여 얻은 것이다.

제3a도는 이 생성물의 희석하고 분산시킨 샘플을 400배의 확대 배율로 찍은 현미경사진이다.

제3b도는 제3a도에서 관찰한 필드의 일부를 500배의 확대 배율로 본 현미경 사진으로, 특히 대부분을 차지하는 본 발명의 바람직한 크기 범위에 있는 입자와 함께 큰 거대콜로이드성 입자가 나타나고 있다.

제4a,4b,5a 및 5b도는 본 발명의 거대콜로이드의 현미경 사진으로, 제4a 및 4b도와 제5a 및 5b도에사용된 샘플을 제조하는데 사용된 가공처리 조건에 약간 차이가 있다.

제3,4 및 5도는 각각 짝을 이룬 현미경사진(a)와 (b)로 이루어져 있는데, 이때 (b)시리즈에 나타난 큰입자는 (a)시리즈에서 저배율로 관찰된 것으로 (a)의 중심에 위치해 있다.

비교를 목적으로 한 참고용으로 제6a 및 6b도가 제시되어 있다. 이 현미경 사진은 전형적인 ALATAL^R810 유장 단백질의 샘플이다. 이 단백질 물질은 시판되고 있는 제품으로, 문헌[J.L. Short New Zealand Journal of Dairy Science and Technology, 15, 167-176]에 기재된 "약 28μ"의 물질과 유사한 것이다. ALATAL^R810 유장 단백질은 순수 유장 단백질을 가열시키고 이렇게 형성된 솜뭉치같은 커드를 침전시키며 세척한후, 여과하고 건조시키며 산출된 생성물을 마쇄시켜 제조한다. 이 생성물은 New Zealand Milk Products,lnc.에 의해 배포된 문헌상에 기술된 것으로 물 및 알코을에 불용성이며 우수한 분산성과 낮은 작용성, 그리고 낮은 물 흡수성 및 적당한 연마특성을 갖고 있는 것으로 기술되어 있다. 같은 문헌은 이 유장 단백질의 99%가 40메쉬 스크린을 통과한다고 설명하고 있다.

ALATAL^R812 유장 단백질의 대표적인 샘플이 제7a 및 7b도에 각각 40배와 400배의 확대배율로 관찰한 현미경사진으로 나타나 있다. 이 생성물은 일반적으로 옥수수분, 밀가루 또는 백미 등과 같은 곡류 그레인에 첨가제로 사용된다. 이들은 또한 식사용 및 이유식 음식에서 단백질 증량제로도 사용된다.

제6b 또는 7b도를 제3a도, 4a도, 또는 5a도와 육안 비교해보면, 현재 시판되는 유장 단백질 제품과 본 발명의 유장 단백질계 거대콜로이드간의 입자 크기 분포 차이를 정성적으로 평가할 수 있다. 정성적 비교는 입자 크기 분포 분석용 소프트웨어를 사용함으로써 가능하다. 관련된 방법 및 장치는 이후 설명한다.

관심있는 입자 샘플의 기계적으로 혼합, 희석된 수용성 현탁액 또는 분산액을 초음파기를 사용하여 더 분산시킨다. 그후, 잘 분산된 현탁액 소량을 광학 현미경 슬라이드의 표면에 적용시키고 임상적 혈액 도말표본을 만드는 것과 유사한 방식으로 발라서 슬라이드의 상당 부분에 얇고 균일하게 분포시킨 필름을 피복시킨다. 그후, 이 슬라이드를 (Zeiss) 광학 현미경으로 관찰 필드를 무작위로 선택하여, 관찰한다. 그 필드의 영상을 인디아나주 미시간시 Dage MTI Inc.사 제품인 DAGE^TM모델 NC67M 비디오 카메라의 비디오 튜브상에 영사시켰다. 카메라를 비디오 모니터상의 최대 암영을 형성하도록 조절한후, 카메라에 의해 형성된 전기적 영상을 DAPPLE SYSTEMS IMAGE PLUS DATA ACQUISITION^TM소프프웨어(켈리포오니아주 Dapple Systems Inc. 제품)와 APPLEIIE^TM컴퓨터를 사용하여 디지탈화시킨다. 이 과정을 통계적으로 적절한 수의 관찰 필드를 더 채택하여 반복한다. 통계적으로 타당한 샘플링은 200 또는 그 이상의 입자들을 관찰한 후 그 자료로부터 채택된다.

취합된 자료는 관찰된 각 입자의 면적(μ²)을 나타낸다. 이 자료는 등가 직경과 등가 부피의 기준을 얻기 위해 수학적으로 변환된다. 이러한 변환은 DAPPLE SYSTEMS IMAGE PLUS STATISTIC ANALYSIS^TM소프트웨어를 사용하여 컴퓨터로 용이하게 실시된다. 분포 유형은 베이스 라인에 대한 로그스케일을 사용해서 계산하여 전술된 등가 직경 또는 등가 부피 변환에 대한 원래 샘플의 입자 크기 분포의 세미-로그 막대그래프를 플로팅 할 수 있다, 베이스 라인은 또한 선형일 수 있으머 최소의 입자와 최대의 입자간의 절대 범위가 비교적 적은 상황에서 유용한 선택이 이루어질 수 있다.

제8a도는 전술한 과정에 의해 얻어진 ALATAL^R810 유장 단백질에 대한 등가 부피 변환에 대한 입자크기 분포를 나타내주는 세미-로그 막대그래프이다.

제8b도는 본 발명에 의한 거대콜로이드에 대한 입자 크기 분포를 나타내주는 정확한 비교용 막대그래프이다(샘플은 제3a도 및 3b도를 촬영한 것과 동일한 것이다). 제9a도와 9b도는 동일한 두 종류의 물질을 등가 직경에 대해 유사한 비교를 실시한 것이다.

하기의 표 6과 표 7은 동일한 두 종류의 유장 단백질 물질의 통계적 특성을 각각 그들의 등가 부피와 그들의 등가 직경에 대해 비교할 기회를 제공한다.

[표6]

(등가 직경 변환으로부터 유도된 입자 크기 분포에 기초한 통계)

[표7]

(등가 부피 변환으로부터 유도된 입자 크기 분포에 기초한 통계)

(실시예 6)

본 발명의 마요네즈-형 생성물 30kg은 먼저 하기 표 8에 언급된 성분을 혼합기내에서 부가혼합시켜 제조했다.

[표8]

산 혼합물의 pH는 총 부가혼합물의 pH가 20℃에서 약 4가 되도록 선택한다. 부가혼합물의 비중은 약 l.l8이 었다.

부가혼합물을 전술된 유체 처리 장치속으로 1회 통과시켜 처리한후, 약 80 내지 90psi하의 고 진단 조건하에서 부가혼합물의 온도를 약 115℃로 올린다.

실시예 5의 방법을 사용하여 산출된 생성물의 샘플을 정량 입자 크기 본석을 위해 제조한다.

제10a도와 10b도는 상기 샘플의 샘플의 등가 직경 및 등가 부피를 기준으로 한 입자 분포를 도시한 막대그래프(선형 베이스 라인 가짐)이다. 이러한 입자 크기 분포와 관련된 생성물은 특히 부드럽고, 크림성인 진한 생성물이었다.

후술되는 것은 본 발명의 바람직한 실시예이다. 실시예 7은 추출된 낙농 유장 물질로부터 본 발명에 의한 거대콜로이드 물질을 생산하는 바람직한 방법에 관한 것이다. 실시예 8은 소의 혈청 알부민으로부터 거대콜로이드 믈질을 생산하는 것에 관한 것이다. 실시에 9는 계란 흰자 알부민으로부터 거대콜로이드 물질을 생산하는 것에 관한 것이고 실시예 10은 본 발명의 거대콜로이드 물질을 형성하기 위해 콩 단백질을 사용하는 것에 관한 것이다.

(실시예 7)

변성 공정전에 유장 단백질 농축물(WPC) 단백질원으로부터 지방과 콜레스테롤을 제거하기 위해 추출 과정을 수행하였다. 더욱 구체적으로, 반응기에 무수 에탄올(Lot Nos. 16468x, 16995x, Aaper Alchol & Chemical Co., Shelbyville, KY) 181kg을 넣었다. 물(8.58kg)과 l0%의 시트르산 용액(954g, Miles, Elkhart, IN)을 가한후, 용액을 약 2분간 교반한다. 용액의 pH를 측정하였을때 pH는 5.0±0.5였다.

유장 단백질 농축물 WPC-50(lot 6302-2 Fieldgate, Litchfield, MI) 140파운드(63.5kg)를 반응기에 가한후, 반응기를 봉하였다. 반응기 자켓에 스팀을 통과시킨뒤 반응기 온도를 4시간 동안 40-42℃에서 유지하였다. 단백질 슬러리를 반응기에서 분리하여 케이크 두께가 1인치에 도달하도록 연속 벨트 여과기에 여과시켰다. 수집된 케이크는 중량이 116kg이었다. 반응기에 95% 에탄올 127kg을 넣은뒤 젖은 케이크를 반응기에 가하여 형성된 슬러리를 20분간 혼합시켰다. 그뒤 슬러리를 전치럼 제거, 여과하고, 수집된 케이크를 다시 95% 에탄올 127kg이 들어있는 반응기에 넣었다. 슬러리를 20분간 혼합한뒤 조심스럽게 여과하여 될 수 있는 대로 많은 액체를 제거하였다. 젖은 케이크는 중량이 104.5kg이었다.

젖은 케이크를 1인치 또는 그 이하의 균일한 깊이로 접시에 올려놓았다. 물질을 진공하에서 12시간동안 45±1℃의 온도로 건조하여 WPC 물질 51.5kg을 80.9%의 수율로 제공하였다. 약 3.5kg의 물질이 건조기에서 증발된 것을 계산하니, 초기 젖은 케이크중 휘발물의 백분율은 47.4%었다.

산출된 물질의 단백질 농도는 56.91%었으며 상기의 용해도 결정 방법에 의해 측정한 용해도 값은 93%였다. 단백 질을 사용하여 레시 틴("Lecigran F", Riceland, Little Rock, AR), 37% 식용 등급의 염산(J.T.Baker, Phillipsburg, NJ), 크산탄("KeltrolT", Kelco. San Diego, CA) 및 물을 포함하는 제제를 만들었다.

[표9]

상기 표 9에 적혀진 제제 성분을 고 전단 혼합기 및 탈기 기구(Kady Mill, Scarborough, ME)에 다음과 같은 순서로 가하였다: 물, 염산, 레시틴, 크산탄 및 유장 단백질 농축물, 제11도의 장치내에 투입하기전에 혼합물을 조심스럽게 탈기하여 기계 에너지가 열로 변환되는 것을 최소로 한다. 공정 용기를 pH 4.l5의 예비혼합물로 충진시킨뒤, 봉하고 100℃의 온도를 용기 자켓을 통하여 순환시켰다. 생성물의 온도는 4.3분 이내에 122℃까지 올라갔으며 이때, 가열 유체를 냉수 흐름으로 대체시켜 2분 이내에 40℃로 생성물을 냉각시켰다.

그후, 상기 공정에 의해 얻어진 생성물의 감각수용 특성과 물리적 특성을 평가한다. 제12도에서 1000배의 확대배율로 관찰할 수 있는 생성물은 거대콜로이드 입자로 전환된 단백질 64%를 가진 부드럽고 크림같은 생성물로 이 입자중에서 3마이크론 이상의 크기를 갖는 입자는 없었다. 구형 입자는 부피-가중 평균 직경(D_v)가 0.99마이크론, 평균 입자 크기 직경(D_n)이 0.78마이크론 및 최대 직경(D_max)이 1.50마이크론이었다.

(실시예8)

본 실시예에서는 본 발명의 단백질계 거대콜로이드 생성물을 생산하기 위해서 소의 혈청 알부민(BSA)을 사용하였다. "소의 알부민, 분취물 V"로 알려진 소의 혈청 알부민은 미합중국 Biochemical Corp.(Cleveland, OH)에서 시판되는 것이다. 이 물질은 동결 건조하면 97%의 단백질 함량과 상기 용해도 결정방법에 의한 99%의 용해도를 가진 동결 건조된 파우더이었다. 다른 제제 성분으로는 레시틴("Lecigran F", Riceland, Little Roak, AR), 37% 식용 등급의 염산(J. T. Baker, Phillispsbury, NJ), 크산탄("Keltrol T", Kelco, San Diego, CA), 락토오즈(알파- 락토오즈 모노하이드레이트, Sigma St. Louis, Mo) 및 물을 포함하였다.

[표 10]

상기 표 10의 제제는 고 전단 혼합기 및 탈기기구(Kady Mil1, Scarborough, ME)에서 제조하였으며, 이때 크산탄껌은 사전수화한 것이었다. 물, 염산, 레시틴, 크산탄, 락토오즈 및 BSA 순서로 혼합기에 가하고 제11도 장치속으로 투입하기 전에 혼합물을 탈기하였다. 공정 용기에 pH 4.19의 예비혼합물을 넣고 봉하며 온도 기록기를 작동시켰다. 모터를 작동시켜 칼날의 속도를 5.080rpm으로 조정하였다. 수초후에 80℃의 온도를 갖는 가열 유체를 용기 자켓을 통해 순환시켰다.

생성물은 4.8분만에 126℃의 온도에 도달하였으며 이때에 가열 유체를 냉수 흐름으로 대체하였다. 2분 이내에 생성물은 40℃로 냉각되었다. 이 장치의 전단 속도는 생성물 온도와 가열 유체 온도 사이의 46℃ 차이를 반영한 것이다. 추가의 열은 약 380J/sec의 속도에서 기계적인 에너지가 열로 전환됨으로써 유도된 것이다.

상기 공정에서 얻어진 생성물을 감각수용 특성과 물리적 특성에 대해 평가하었다. 이 생성물은 유장 단백질 농축물에서 생성된 거대콜로이드 물질과 비슷한 고 농도를 가지며 광택이 높은 크림성 조직을 가지고 있었다. 71%의 단백질이 거대콜로이드 입자로 전환되었다. 제14도에 나타난 것처럼 막대형 및 섬유형 입자도 나타날 수 있지만 입자는 주로 타원체형이었다. 3마이크론 이상의 크기를 갖는 이러한 막대형 및 섬유형은 입자수의 2.25%를 차지하였다. 막대형 및 섬유형을 현미경-영상 검사시에 배제시키면, 타원체형 입자는 부피-가중 평균 직경(D_v)이 1.03마이크론, 평균 입자 크기 직경(D_n)이 0.66마이크론 및 최내 직경(D_max)이 1.75마이크론을 지녔다.

(실시예 9)

이 실시예에서는 계란 흰자 알부민을 사용하여 본 발명의 단백질계 거대콜로이드 생성물을 생산하였다. 이것은 신선한 계란 흰자와 스프레이 건조된 계란 흰자를 배합하여 목적하는 생성물을 생산하였다. 신선한 계란 흰자를 손으로 분리하고 같은날 예비혼합물을 근방에서 구매한 신선한 계란으로부터 준비하였다. 이 계란 흰자는 99%의 가용성 단백질을 포함하였지만 단백질 농도는 10% 이하였다. 최초의 단백질 농도때문에, 신선한 계란 흰자만을 단독으로 공정처리하여야 변성된 단백질 생성율의 점성 덩어리를 얻을 수 있다. 스프레이 건조된 계란 흰자는 최소 80%의 단백질을 갖는 Henningsen Foods(White Plains, NY)(Typep-110 계란 흰자 고형분)로부터 입수하였다. 스프레이 건조된 계란 흰자 분말의 단백질 용해도는 단지83%였으여, 이 물질만을 공정처리하면 허용불가능한 수의 과대 입자를 산출할 수 있다. 각기 이러한 물질만을 사용하였을 때의 한계를 피하기 위해서, 신선하고 스프레이 건조된 계란 흰자 물질을 합하여 이를 본발명의 실시에 적합한 계란 알부민 단백질원으로 제공한다.

레시틴, 크산탄, 염산 및 락토오즈는 실시예 7에 인용된 공급원으로부터 얻어졌으며 그 양은 하기 포 11에 기재된 것과 같다.

[표 11]

신선한 계란 흰자, 레시틴, 크산탄, 락토오즈, 스프레이 건조된 계란 흰자 및 염산을 표 11에 명시된 양과 순서대로 고 전단 혼합기에 가하여 이들을 혼합하고 탈기시킨다. 산출된 예비혼합물은 pH가 3.6이었으며 이것을 제11도의 공정 장치에 투입하였다.공정을 801℃의 배치온도에서 수행한뒤 5,080rpm의 칼날 속도로 4.33분간 계속하였다. 최대 생성물 온도는 125℃였다.

상기 절차에서 얻어진 생성물은 진하며 크림성이였다. 단백질의 88.9%가 느슨하게 응집되는 경향이 있는 거대콜로이드 입자로 전환되었다. 입자 크기 분석 결과, 입자는 D_v=1.22마이크론으로서 바람직한 크기 범위를 가졌으며 2마이크론 이상의 입자가 4% 정도였다. 거의 모든 입자는 제4도에서 보여지는 것치럼 타원체형이었다.

(실시예 10)

본 실시예에서는 본 발명에 따른 단백질계 거대콜로이드 생성물을 생산하는데 콩 단백질을 사용하였다. 콩 단백질은 Ralston Purina(SN 1631-32-1, St, Louis, MO)에서 시판한 것으로지 61.4%의 단백질 함량과 상기 인용한 방법으로 측정한 용해도 81%를 가지고 있었다. 레시틴, 크산탄, 염산 및 락토오즈는 실시예 7에서 언급한 공급원으로부터 얻어진 것이며 이것의 사용량은 하기 표 12에 기재되어 있다.

[표12]

물, 염산, 레시틴, 크산탄, 락토오즈 및 콩 단백질을 순서대로 고전단 혼합기에 가하여 이들을 혼합하고 탈기함으로써 혼합물을 제조하였다. 산출된 예비혼합물의 pH는 3.74였으며 이것을 제1도의 공정 장치내에 투입하였다. 배쓰 온도를 110℃로 유지시켰다. 가열을 5,080rpm의 속도로 설정하여 4.30분간 계속 가열하였다. 생성물의 최대온도는 119℃였다.

생성물은 가열시에 밝은 갈색을 나타내었고 부드럽고, 크림성이며 진한 것으로서 어느 정도는 콩 제품의 전형적인 콩맛을 나타내었다. 71%의 단백질이 거대콜로이드 입자로 전환되었다. 입자 크기 분석결과, 입자는 목적하는 크기 범위내에 속하였으며, 즉 D_v는 1.46마이크론이고 D_max는 2.5마이크론이었다. 거의 모든입자는 제15도에 나타난 것처럼 타원체형이었다.

전술된 실시예는 본 발명을 구성하는 발견의 일반적인 특성을 입증하기 위해 제시된 것이다. 광범위한 범위에서, 본 발명은 동물성 또는 식물성 단백질원을 사용하여 단백질계 수분산성의 거대콜로이드 입자를 생산하는 것에 관한 것으로, 여기서 거대콜로이드 입자는 수화된 형태로 상당히 부드러운(즉, 분말의 거친 가루같지 않은) 수중유형 에멀젼의 감각수용 특성을 지녔다. 일반적으로 본 발명의 수화된 거대콜로이드 생성물은 비교적 고 점도(25,000cps 정도)를 지니고 있으며 비-팽윤성이며 지방 에멀젼의 윤활도(즉, 무접착성)을 가지고 있다. 이러한 생성물은 보통 지방이 감각수용 특성을 부여하기에 충분한 양으로 지방이 존재하는 광범위한 식품에서 지방 및 지방-유사 물질의 부분 또는 전체 대용품으로서 유용하다.

본 발명의 단백질계 생성물은 사전엔 거의 미변성된 상태의 단백질을 조절된 변성 처리를 통해 제조한 것으로서, 비교적 균일한 크기와 형상의 수화된 단백질 입자를 제공하는데, 이때 입자 크기 분포는 통상적으로는 수중유형 지방 에멀젼에 의해서만 제공되는 상당히 부드러운 감각수용 특성을 부여하기에 효과적인 것이다.

실시예에 예시된 바와 같이, 목적하는 단백질 입자를 생성하기 위해 요구되는 조절된 변성 공정은 열 및고 전단력을 단백질 용액에 동시 적용함으로써 가장 쉽게 제공된다. 본 발명의 장점을 최대 얻기 위해서, 출발물질 단백질 용액은 예컨대 무수 단백질원 물질로부터 제형화되어야 하는데, 이때 무수 단백질의 약80% 이상이 물이나 묽은 염용액에 용해되는 것이다, 대안으로서, 상당량의 불용성 단백질을 포함하거나 상당량의 불용성의 미립형 비-단백질계 물질을 제공하는 원료 물질을 사용하면, 열과 고 전단 적용시, 처리중에 과대 물질의 입자 크기를 감소시키는 일반적인 효과를 거둘 수 없기 때문에 목적 생성물을 제공하지 않는다. 처리시에 감소되지 않는 과대 물질을 함유하는 단백질 제제를 사용하는 것이 요구되는 경우, 조절된 열/전단처리 이전에 기존의 입자를 목적 크기 범위내에 또는 그 이하로 감소시키기에 효과적인 공지의 크기 감소 처리에 의해 제제를 전처리하는 것도 본 발명의 범주내에 속한다. 이러한 전처리의 예로는 페인트 및 안료 제제 분야에서 일반적으로 사용되는 바와 같이 마찰 밀에서 제제를 처리하는 것이 포함된다.

단백질의 화학적 복합성, 용액중의 단백질의 양성 특성과 대부분의 천연 단백질 원료 물질의 일반적인 이종성 모두로 인해 본 발명의 조절된 변성 공정은 가열되어 고 전단 처리를 받은 용액의 pH를 고려해야 한다. 현재 최적의 결과는 용액중 단백질의 등전 커브 중점 아래의 pH값하에서 열 변성을 수행할 때 얻어지는데, 이때 열 변성 공정은 단백질의 가수분해에 의한 분해를 일으킬 만큼의 낮은 pH값은 피하도록 주의한다. 이러한 사항들에 따라, 많은 단백질 용액은 변성전에 pH 조정을 필요로 한다(적합한 식용 등급의 산이용).

목적하는 거의 균일한 크기와 형상의 단백질 입자를 생성하는 능력은 많은 경우에서, 변성 처리를 받게되는 용액중에 근재하는 가용성의 비-단백질계 성분의 유무에 의해 유리하게 또는 불리하게 영향받을 수있다. 이러한 성분중에서 중요한 것은 전술된 바 있는 "응집 방지제"이다. 이 용어는 이러한 화합물에 의해 제공되는 기능중 하나(즉, 목적하는 크기 범위보다 큰 단백질 분자의 응집 형성을 방지하는 기능)를 이르는 것으로, 이는 거대콜로이드 생성물의 전체 윤활도를 증진시키는 것과 같은 다른 기능도 제공한다. 이러한 화합물의 투입으로 미립 형태 또는 단백질 복합체로의 단백질 전환정도가 크게 증대될 수 있다는 것은 중요하다. 응괴 형성의 중대와 입자 형성의 방지에 대한 복합 효과는 목적하는 크기 범위로 단백질 입자를 형성시키는데 "집중"시키는 결과를 나타낸다. 응집 방지제의 효과를 더욱 확실히 하기 위한 예비 연구에서는, 실온에서 거의 순수한 산성화된 단백질 용액에 수화된 응집 방지제를 가함에 따라, pH를 중성으로 올림으로써 용해될 수 있는 응괴가 나타난다는 것이 관찰되었다. 이 응괴는 단일 덩어리 겔, 현미경 영역내에 들어오는 풍부한 섬유형 및/또는 분해된 조그만 구형 입자를 비롯한 포함하는 다양한 형태로 육안 관찰되었다. 응괴의 모양은 첨가된 물질 농도와 첨가 순서를 선택하는대 참고로 할 수 있다.

본 발명에 따라 조절된 열 변성으로 처리되는 단백질 용액중에 혼입하기 위한 하나 또는 그 이상의 응집방지제는 상기한 바와 같이 실온에서의 응괴 헝성 효과에 대한 검사 결과를 근거로 적절히 선택할 수 있다. 응집 방지제와 산성화된 단백질 용액의 혼합물에 따른 큰 구형 응괴 또는 덩어리 겔의 형성으로 목적하는 크기 범위의 입자의 분산액을 얻기가 어려워진다. 마찬가지로, 열 및 고 전단 조건을 적용하기 전에 응괴를 분산시키기 위한 단계를 취하지 않는다면 상당수의 비구형이며 실모양인 단백질 입자를 갖는 번성 생성물로 섬유형 응괴의 형성이 예견된다. 실온에서 조그만 분해된 구형의 응괴입자의 형성은 일반적으로 목적하는 거대콜로이드 생성물을 제공하는 변성 처리가능성을 나타내는 것이다.

본 발명의 방법에 중요한 역할을 할 수 있는 다른 용액 성분으로는 모노사카라이드 및 디사카라이드 슈가같은 천연산 폴리히드록시 화합물이 있다. 50중량% 정도의 락토오즈를 함유하는 유장 단백질 농축물 용액이 열 및 고 전단 처리시 본 발명의 생성물을 제공한다는 사실은 실시예로부터 알 수 있을 것이다. 대규모로 생성물을 생성하기 위해 조절된 열 변성을 사용할 수 있는 능력에 미치는 락토오즈 농도의 효과에 대한 예비 연구에서, 유장 단백질 농축물을 크로마토그래피 정제 전처리하여 거의 모든 락토오즈를 제거하여도 유용한 생성물의 제조에는 방해하지 않는다는 사실이 밝혀졌다. 하지만, 반면에, 락토오즈-부재 유장 단백질 용액에 락토오즈를 가하는 것은 특히 응집 방지제 사용시에 제조 효율을 개선시킨다. 또한, 상기 실시예에서처럼, 소의 혈청 알부민, 계란 알부민 및 콩 단백질의 열/전단 처리에 의한 본 발명의 거대콜로이드 제조는 락토오즈를 용액에 가함으로써 상당히 유리하게 이루어질 수 있다. 락토오즈 같은 환원당이 가장 적합한 첨가제인 것으로 보이지만, 비환원당 또한 첨가제로서 효율적으로 사용될 수 있다.

당업자라면 상기의 바람직한 구체예에 대한 설명을 통해 본 발명의 실시에 있어 많은 변형 및 변화를 실현할 수 있으리라 기대된다. 따라서 단지 이러한 한계는 첨부하는 청구범위에 나타나 있는 본 발명의 범주에 설정되었을 뿐이다.

Claims (27)

1. 무수 상태에서 약 0.1마이크론 내지 약 2.0마이크론 범위의 평균 입경 크기 분포를 지니며, 이들 전체 입자수의 약 2% 이하가 직경이 3.0마이크론 이상이고 약 800배의 확대배율의 표준 광학 현미경으로 관찰했을때 상기 입자의 대부분이 일반적으로 타원체형이며, 수화 상태에서 입자는 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 갖는 거대콜로이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 거의 비응집된 변성 단백질 입자를 함유한 수-분산성의 단백질계 거대콜로이드.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 단백질은 미변성의 대체로 가용성인 단백질에서 유도된 것임을 특징으토 하는 거대콜로이드.
3. 제 1 항에 있어서, 상기 단백질은 소의 혈청 알부민; 계란 흰자 알부민; 콩 단백질; 및 낙농 유장으로 구성원 그룹중 하나에서 선택된 것임을 특징으로 하는 거대콜로이드.
4. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서, 상기 단백질은 달콤한 낙농 유장인 것을 특징으로 하는 거대콜로이드.
5. 제 1 항 내지 제 3 항중 어느 한 항에 있어서, 상기 입자는 수화된 것임을 특징으로 하는 거대콜로이드.
6. 제 1 항에서 정의된 거대콜로이드의 수성 분산액.
7. 제 6 항에 있어서, 상기 변성된 단백질의 입자는 대체로 가용성인 미변성 단백질로부터 수득된 것임을 특징으로 하는 분산액.
8. 제 7 항에 있어서, 상기 변성된 단백질의 입자는 90% 이상이 가용성인 미변성 단백질로부터 수득된 것임을 특징으로 하는 분산액.
9. 제 8 항에 있어서, 상기 입자는 단백질 농도가 약 10% 내지 약 20%이고, pH가 단백질 등전 곡선의 중점 이하인 수용액으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 분산액.
10. 제 9 항에 있어서, 상기 수용액의 pH는 단백질 등전 곡선의 중점보다 약 1pH 단위 이하인 것을 특징으로 하는 분산액.
11. 제 9 항에 있어서, 상기 수용액은 단백질 단위 중량당 0 내지 100중량%의 슈가를 포함하도록 설정된것을 특징으로 하는 분산액.
12. 제 9 항에 있어서, 상기 슈가는 락토오즈인 것을 특징으로 하는 분산액.
13. 제 10 항에 있어서, 상기 입자는 단백질 함량이 약 15 내지 약 18중량%인 수용액으로부터 생성되는 것을 특징으로 하는 분산액.
14. 제 10 항에 있어서, 상기 용액은 1종 이상의 응집 방지제를 첨가함으로써 개질되는 것을 특징으로 하는 분산액.
15. 제 14 항에 있어서, 상기 응집 방지제는 음이온성 방지제인 것을 특징으로 하는 분산액.
16. 제 15 항에 있어서, 상기 음이온성 응집 방지제는 크산탄, 데이템 에스테르, 레시틴, 카라기난, 알기네이트 및 칼슘 스테로일 락틸레이트로 구성된 그룹중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 분산액.
17. 제 14 항에 있어서, 상기 응집 방지제는 말토-덱스트린인 것을 특징으로 하는 분산액.
18. 무수 상태에서 약 0.1마이크론 내지 약 2.0마이크론 범위의 평균 입경 크기 분포를 지니며, 이들 전체 입자수의 약 2% 이하가 직경이 3.0마이크론 이상이고, 약 800배의 확대배율의 표준 광학 현미경으로 관찰했을때 상기 입자의 대부분이 거의 타원체형이며, 상기 수성 분산액중에서 입자는 상당히 부드러운 에멀젼상의 감각수용 특성을 갖는 거대콜로이드를 형성하는 것을 특징으로 하는 거의 비응집된 변성 낙농 유장단백질의 입자의 거대콜로이드를 함유한 수성 분산액.
19. 제 18 항에 있어서, 상기 입자는 달콤한 낙농 유장 단백질로부터 수득된 것임을 특징으로 하는 분산액.
20. 미변성의 대체로 가용성이고 응고성인 단백질을, pH가 상기 단백질의 등전점 이하인 수용액중에서 열 변성 온도로, 직경이 약 2마이크론 이상인 융합된 미립형 단백질 응집체는 거의 형성되지 않고 반면에 직경이 약 0.1마이크론 이상인 변성된 단백질계 거대콜로이드 입자가 형성되도록 선택되어 수행되는 전단조건하에서, 충분한 시간 동안 열변성시키는 것을 특징으로 하는 단백질계 거대콜로이드 입자의 가공 방법.
21. 제 20 항에 있어서, 상기 단백질은 소의 혈청 알부민, 계란 흰자 알부민, 콩 단백질 및 낙농 유장으로 구성된 그룹중에서 선택된 것임을 특징으로 하는 방법.
22. 제 20 항에 있어서, 상기 단백질은 달콤한 낙농 유장인 것을 특징으로 하는 방법.
23. 제 20 항에 있어서, 상기 pH는 단백질 등전 곡선의 중점보다 약 1pH 단위 이하인 것을 특징으로 하는 방법.
24. 제 20 항에 있어서, 상기 열 변성은 약 80 내지 약 120℃의 온도에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
25. 제 20 항에 있어서, 상기 전단 속도는 약 7,500sec^-l이상인 것을 특징으로 하는 방법.
26. 제 20 항에 있어서, 상기 시간은 약 10초 내지 약 120초인 것을 특징으로 하는 방법.
27. 제20항의 방법에 따라 생산된 제품.

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