KR20040064092A - 한외여과에 의한 혼합과채쥬스의 제조방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 과일과 채소를 수세 정선하여 데치기를 실시한 후 녹즙기로 마쇄·착즙하여 여과한 시료에 항산화제를 1 L당 2 g 가하여 변색을 방지하는 단계; 상기 마쇄된 쥬스를 원심분리하여 상등액을 취하고 예비여과하는 단계; 예비여과과정이 끝난 과일과 채소의 비율을 과일을 기준으로 25 내지 75(v/v%)로 혼합하고 상기 혼합액을 온도 15 내지 45℃, 압력 100∼200 kPa에서 한외여과하여 한외여과막을 통과한 투과액의 혼합과채주스는 당도, 탁도 및 비타민 C함량이 최대값에서의 공정범위로 제조하는 단계로 이루어진 것이다.
Description
본 발명은 과일과 채소를 한외여과하여 혼합쥬스의 당도, 탁도 및 비타민 C함량이 최대값에서의 공정범위로 제조하기 위한 것이다. 더욱 상세하게는 본 발명은 과일과 채소를 수세 정선하여 데치기를 실시한 후 녹즙기로 마쇄·착즙하여 여과한 시료에 항산화제를 1 L당 2 g 가하여 변색을 방지하는 단계; 상기 마쇄된 쥬스를 원심분리하여 상등액을 취하고 예비여과하는 단계; 예비여과과정이 끝난 과일과 채소의 비율을 과일을 기준으로 25 내지 75(v/v%)로 혼합하고 상기 혼합액을 온도 15 내지 45℃, 압력 100 내지 200 kPa에서 한외여과하여 한외여과막을 통과한투과액의 혼합과채주스는 당도, 탁도 및 비타민 C함량이 최대값에서의 공정범위로 제조하는 단계로 이루어진 것이다.
본 발명은 고차가공과 품질개선에 우수한 막분리 기술을 쥬스에 적용하여 쥬스의 온도, 압력, 혼합비율에 따른 색도, 투과플럭스 및 일반성분의 변화를 측정하여 제품의 기호성을 높이고 막분리 공정의 효율성을 극대화하기 위한 것이다.
국내에서 과실을 가공하여 음료 상품으로 만든 역사는 60년대 후반기이며 70, 80년대 들어서면서 과실음료에 대한 소비가 증가함에 따라 과실가공 사업의 중요성이 크게 대두되었다[참조: Eun, D. W. and Choi, Y. H. : Physical properties of the factors afecting the evaporation process of fruit juices.Korean J. Food Sci. Technol.,23, 605-609 (1991)].
우리나라의 음료시장은 최근 급격히 다양해지면서 과거 음료시장의 주종을 이루던 사이다와 콜라 등 탄산음료의 성장은 점차 둔화 또는 감소되는 경향을 보이고 있는 반면, 건강 지향적 기능성 음료인 스포츠 음료나 과일이나 채소를 함유한 음료 또는 특정 영양성분을 강화한 음료시장은 눈에 띄게 성장하고 있다[참조: Lee, J. H. and Seog-Lee, E, J. : Studies on the quality changes of mixed fruit and vegetable juices as influenced by processing conditions during storage.Korean J. postharvest Sci. Technol.,5, 41-47 (1998)].
우리나라에서 소비되고 있는 과채류의 이용현황은 과일류의 경우 대부분 생과일 형태로 이용되고 있으며 일부분만이 통조림, 쥬스, 건조품으로 가공되어 상품화되고 있다. 채소류도 쥬스의 형태로 일부 제품화 되고 있는데 종류는 유기산으로산성화시킨 쥬스, 발효 채소를 이용한 고산성쥬스, 가열처리하지 않은 중성쥬스, 고온살균시킨 쥬스 등으로 구분된다[참조: Lee, K. H., Choi, H. S. and Kim, W. H. : Effect of several factors on the characteristics of six-vegetable and fruit juice.Korean J. food Sci. Technol.,27,439-444 (1995)]. 이러한 과실과 채소는 비타민, 미네랄, 섬유소, 효소 그 밖의 약리성분들을 다량으로 함유하고 있기 때문에 건강식품으로 중요시 되고 있으며 과실과 채소의 즙액은 장에 부담을 적게 주고 다량의 유효성분을 섭취할 수 있는 잇점을 가지고 있다. 특히 한 종류의 즙액만을 단독으로 섭취하는 것보다 몇가지의 채소나 과실즙을 혼합하여 섭취할 경우 효과가 큰 것으로 알려져 있다[참조: Kim, S. Y., Yoon, Y. B. and Choi, E. H. : Change in quality of mixed juice of fruits and vegetables by aseptic treatment and packing with nitrogen gas during storage.Korean J. Food Sci. Technol.,32, 1271-1277 (2000)]. 그러나, 재래적인 쥬스의 청징화 공정은 화학약품의 소비, 가열에 의한 영양성분의 파괴, 처리시간의 과다소비로 생산성 및 생산비의 상승을 가져오므로, 비용절감, 품질 개선 등을 위해 새로운 쥬스제조 방법의 개발이 절실하다.
현재 식품산업에서 열처리 방법의 새로운 대안책으로 관심을 모으고 있는 기술중의 하나인 막분리 기술 중 한외여과법은 식료의 청징화, 배제용질의 농축, 용질의 분회화를 주목적으로 과일쥬스 및 와인 등의 청징, 폐수 중 유효성분의 회수, 효소의 정제 등 여러 분야에 응용되고 있다[참조: Kang, H. A., Cang, K. S., Min, Y. K. and Choi, Y. H. : Value addition of Jujube wine using micrefiltrationand ultrafiltraion.Korean J. Food Sci. Technol.,30, 1146-1151 (1998)]. 또한, 막분리 공정은 상변화 없이 조작이 가능하므로 이화학적 성질의 변화가 거의 없고, 에너지를 절감할 수 있으며, 가열에 의한 가열취, 색소 분해, 갈변이 일어나지 않고, 향미의 변화가 거의 없으며 미생물에 대한 안정성도 매우 커서 쥬스의 보존성을 높여준다.
따라서 국내의 생산량이 많은 과실 및 채소를 이용하여 고품질의 쥬스 제조를 위한 가공 공정의 최적화는 시급한 연구 과제이며, 더욱이 소비자들의 기호가 갈수록 고급화 다양화되는 것에 발맞추어 고차 가공된 우수한 품질의 청징쥬스 최적가공공정 조건을 수립하고 다양한 청징 기법을 도입해 비교·분석할 필요성이 있다. 또한 최근 농산물의 부가가치 향상을 위한 노력이 다각도로 진행되고 있으며 세계시장에서 경쟁력을 갖추기 위해서는 기능성의 부여나 품질고급화를 위한 노력이 시급하다. 또한 최근 각광을 받고 있는 퓨전 음료시장의 성장에 발맞추어 혼합과채쥬스의 품질고급화가 이루어진다면 첨단기술 활용을 통한 국산 농산물의 부가가치를 증대시킬 뿐만 아니라 농산물 가공기술 및 생산제품 품질향상에 의한 국제 경쟁력을 제고하고 과실의 가공이용률을 2배 이상 높여 과수재배 농가의 소득증대를 이룰 수 있다. 또한 저이용 과실의 고급화로 농업 생산성을 증대시키고 국산 과실류의 부가가치 및 소비를 창출하여 결과적으로 농가·기업 그리고 소비자 모두에게 이로울 것이다.
본 발명은 사과·당근의 혼합과채 쥬스를 막분리하는 경우 혼합 비율, 온도, 압력에 따른 변화를 측정하기 위하여 사과·당근의 혼합비율을 25:75, 50:50,75:25%로 달리하고, 온도를 5℃, 25℃, 45℃로, 압력을 100 kPa, 150 kPa, 200 kPa로 각각 변화시켜서 분획분자량(molecular weight cut-off)이 10.000 달톤(Dalton)인 막을 사용하여 30분 동안 480 rpm에서 막분리하여, 상기 투과액과 배제액을 대상으로 색도, 투과플럭스, 당도, 총당, 비타민 C, 탁도 및 점도를 측정한 것이다.
본 발명은 사과의 비율이 높고 온도와 압력이 높을 때 플럭스(Flux)량이 늘어났으며 밝기를 나타내는 L*값은 투과액의 경우 배제액보다 높아졌고 온도가 증가함에 따라 L*값이 증가하다가 감소하였고, 배제액의 경우 투과액보다 낮아졌으며 같은 압력일 경우 온도에 따른 변화는 거의 없었다. 적색도를 나타내는 a*(redness, 적색도) 값은 투과액의 경우 혼합비율이 75:25%일 때 온도에 따른 변화가 컸으며 배제액의 경우 a*값이 (-)로 녹색에 가까웠으나 막분리 후 (+)값을 나타내 적색에 가까워 졌다. 황색도를 나타내는 b*(yellowness, 황색도) 값은 투과액의 경우 배제액 보다 낮아졌으나, 배제액의 경우 혼합비율이 3:1인 경우를 제외하고 투과액 보다 높아지는 경향을 보였다. 투과플럭스의 경우 시간이 경과함에 따라 감소하다가 일정하게 유지되었다. 당도의 경우 높은 온도에서 보다 낮은 온도에서의 막분리 시 투과액의 당도가 배제액보다 낮아졌으며, 압력에 따른 변화는 거의 없었다. 총당은 온도의 증가에 비례하여 급격히 증가하는 경향을 보였으나 시간이 경과 후 감소하는 경향을 나타냈으며, 비타민 C의 경우 온도가 낮고 압력이 높을 때 증가하였으나 그 변화폭은 미미하였다. 탁도는 투과액의 경우 낮은 온도에서 압력의 영향을 받지않았으나 높은 온도에서는 압력이 높을수록 탁도가 높아졌으며 사과의 비율이 50%일 때 높게 측정되었고 75%일 때 낮게 나타났다. 배제액에서는 온도와 압력이 낮을 때 탁도가 낮아지는 것으로 관찰되었다. 점도는 전체적으로 높은 온도와 압력에 큰 변화를 나타내었다.
본 발명은 고차가공과 품질개선에 우수한 막분리 기술을 쥬스에 적용함에 있어 쥬스의 온도, 압력, 혼합비율에 따른 색도, 투과플럭스 및 일반성분의 변화를 측정하여 제품의 기호성을 높이고 막분리 공정의 효율성을 극대화하기 위한 것이다.
도 1은 과일야채혼합쥬스의 제조공정을 나타낸 것이다.
도 2 내지 7은 한외여과에 의한 과일야채혼합쥬스의 색도변화를 나타낸 것이다.
도 8은 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 투과플럭스를 나타낸 것이다.
도 9는 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 가용성 고형분 변화를 나타낸 것이다.
도 10은 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 총당 변화를 나타낸 것이다.
도 11은 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 비타민C 변화를 나타낸 것이다.
도 12는 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 탁도 변화를 나타낸 것이다.
도 13은 공정변수 및 혼합비율에 따른 과일야채혼합쥬스의 점도 변화를 나타낸 것이다.
도 14는 한외여과 투과액을 대상으로 사과, 당근 혼합과채주스의 당도를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
도 15는 한외여과 투과액을 대상으로 사과, 당근 혼합과채주스의 청징효과를 나타낸 것이다.
도 16은 한외여과 투과액을 대상으로 사과, 당근 혼합과채주스의 비타민C 함량을 나타낸 것이다.
도 17은 사과, 당근의 혼합과채주스의 제조 공정 중 당도, 탁도, 비타민 C함량의 최대값에서의 공정범위를 나타낸 그래프이다.
본 발명은 과일과 채소를 수세 정선하여 데치기를 실시한 후 녹즙기로 마쇄·착즙하여 여과한 시료에 항산화제를 1 L당 2 g 가하여 변색을 방지하는 단계; 상기 마쇄된 쥬스를 원심분리하여 상등액을 취하고 예비여과하는 단계; 예비여과과정이 끝난 과일과 채소의 비율을 과일을 기준으로 25 내지 75(v/v%)로 혼합하고 상기 혼합액을 온도 15 내지 45℃, 압력 100∼200 kPa에서 한외여과하여 한외여과막을 통과한 투과액의 혼합과채주스는 당도, 탁도 및 비타민 C함량이 최대값에서의 공정범위로 제조하는 단계로 이루어진다.
실험예 1: 쥬스의 제조
본 실험에 사용된 사과는 경북 영천 지역에서 수확한 부사 품종을 사용하였으며, 당근은 경북 선산 지역에서 수확한 것을 사용하였다. 각 시료는 수세과정을 거쳐 사과와 당근은 박피하지 않고 일정한 크기로 절단후 실험을 실시하였다. 구체적인 실험순서는 도 1에서 나타낸 바와 같이 각각의 사과·당근을 수세 정선한 다음 녹즙기(Model DO-9001, Dongaosca, Co., Korea)로 마쇄·착즙하였다. 마쇄하기 전에 당근의 경우는 원료의 박피를 수월하게 하고, 외피의 점착물과 왁스질을 제거하고, 원료를 수축시켜 담기에 수월토록 하며, 조직이 연약한 것을 강하게 하고 산화효소 불활성화 및 용액의 혼탁을 방지하기 위해 80℃에서 30초간 데치기(blanching)를 실시하였다. 200 매쉬 나일론포로 여과과정을 거친 시료에 항산화제(L(+)-ascorbic acid)를 1 L당 2 g을 가하여 변색을 방지하였다. 마쇄된 쥬스를 4℃, 10,000 rpm, 15 min 원심분리하였고 상등액을 취하여 AP25 필터를 이용하여 예비여과(prefiltration)를 하였다. 예비여과과정이 끝난 사과와 당근의 비율을 사과를 기준으로 25, 50 및 75%의 비율(v/v%)로 혼합하여 한외여과하였다.
실험예 2: 한외여과
한외여과를 이용한 혼합과채쥬스의 청징에 10 K Dalton의 분획분자량(molecular weight cut-off, MWCO)으로 유효막면적이 2.4 ㎡를 가지는 폴리설폰(polysulfone) 재질의 막(Model high flux biomax polysulfone membrane, Millipore, U.S.A.)을 사용하여 막분리장치(Model 7523-20, Barnut Co., U.S.A)에이용하였으며, 공정조건은 처리압력의 경우 100 kPa, 150 kPa 및 200 kPa이 되게 하였으며, 온도의 경우 5℃, 25℃ 및 45℃, 사과와 당근의 혼합비율을 사과를 기준으로 25, 50 및 75% (v/v%)로 하였고, 30분동안 480 rpm에서 막분리하여 투과액과 배제액을 대상으로 각 성분을 측정하였다.
실험예3: 색도 측정
색도는 색차계(Model CR-200, Minolta Co., Japan)를 이용하여 L*(lightness, 명도), a*(redness, 적색도), b*(yellowness, 황색도), chroma (채도), Hue angle (색조)값을 각각 3회 반복 측정하고 아래식을 이용하여 초기 시료과의 색도차(△E)를 나타내었다[참조: A.O.A.C.: Official Methods of Analysis, 15th ed. Association Analytical Chemists, Washington, D.C. (1990)].
실험예4: 투과플럭스, 가용성 고형성분, 전체 당의 측정
투과플럭스는 사용한 유효막면적에 시간 당 투과량으로 산출하였으며, 가용성 고형분의 함량은 일정량의 시료를 취하여 굴절당도계(Model Type 1, Atago Co., Japan)로 3회 반복 후 가용성 고형분의 함량을 측정하고oBix로 표시하였다. 총당은페놀-황산(phenol-H2SO4)법에 의한 전당의 정량을 하였는데, 시료 1 mL를 취해 5% 페놀 1 mL를 가한 다음 H2SO4를 5 mL 가하여 상온에서 20분간 반응 냉각 후 480 mn에서 3회 반복하여 측정하였다[참조: A.O.A.C.: Official Methods of Analysis, 15th ed. Association Analytical Chemists, Washington, D.C. (1990)].
실험예5: 비타민 C, 탁도 및 점도 측정
비타민 C는 2, 4-디니트로페닐히드라진 비색법을 통해 분광광도계(Model UV-1201 PC, Shimadzu Co., Japan)을 사용하여 540 nm에서 3회 반복하여 흡광도를 측정하였으며, 탁도는 시료 3 mL를 취하여 분광광도계(Model UV-1201 PC, Shimadzu Co., Japan)를 사용하여 660 nm에서 3회 반복 측정하였다.
실험예6: 반응표면분석 및 실험설계
반응표면분석법을 이용하여 쥬스청징의 최적화를 이루기 위하여 이차식 형태의 반응모형을 얻을 수 있도록 중심합성계획법(central composite experiment design)을 사용하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysissystem) 프로그램을 사용하였다. 중심합성계획은 표 1에 표시하였다.
3개의 요인(독립)변수를 처리온도 3수준(x 1 ; 5, 25 and 45℃), 처리압력 3수준(x 2 ;100, 150 and 200 kPa), 처리혼합비율 3수준(x 3 ; 25, 50 and 75%)으로 다음의 모델식에 최소자승법을 적용하여 계산하였다.
여기서,Y는 답(response)이고,x i,j 는 코드화된(coded) 독립변수들이며 beta_0, ~ beta_i, ~ beta_ii, 및 beta_ij는 회귀계수들이다.
액상식품의 색도는 소비자의 구매욕구를 자극하므로 매우 중요한 성분이라고 할 수 있다[참조: Youn, K. S., Kim, H. D. and Choi, Y. H. : Clarification of apple vinegar by ultrafiltration and flux characteristics.J. Korean Soc. Agric. Chem. Bioechnol., 43,24-28 (2000)]. 따라서 한외여과에 의한 색도변화는 도 2 내지 7에 나타내었다.
한외여과의 공정변수별 색도의 변화를 투과액과 배제액에 따라 살펴보면, L*값의 경우 투과액에서는 온도가 증가함에 따라 밝기가 증가하다가 감소하였으며, 압력이 증가함에 따라 감소하다가 증가하는 경향을 보였고 배제액은 온도에 따른 변화는 거의 없었으나 압력에 따른 변화는 컸으며, 낮은 압력에서 높게 나타났다. 전체적으로 한외여과 과정을 거치면서 막을 통과한 투과액의 경우 혼탁물인 부유물의 제거로 밝기가 증가하여 배제액에 비해 크게 L*값이 개선되는 결과를 나타내었다.
a*값은 투과액의 경우 압력에 따른 변화는 거의 없으나 온도에 따른 변화가 컸으며, 배제액의 경우 낮은 압력에서는 온도가 증가함에 따라 증가하나 높은 압력에서는 온도에 따른 변화가 거의 없었다. 전체적으로 a*값은 낮은 압력과 높은 온도에 의해 변화의 폭이 크게 나타나 온도의 영향에 민감한 것으로 나타났다. 이는 김 등[참조: Kim, K. T., Kim, S. S., Choi, H. D., Hong, H. D. and Lee, Y. T. : Changes in chemical compositions of fruit-vegetable mixed juice sterilized at various conditions during storage.Korean J. Food & nutr.,9, 314-318 (1996)]의 처리온도가 높을수록 색도의 변화가 크게 나타난다는 연구과 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 또한 투과액보다 배제액에서 적색도가 크게 높게 측정되었는데 이는 한외여과 장치를 운전하면서 녹색 계열의 수용성 색소들이 막을 통과하여 상대적으로 적색 계열 색소가 증가하며, 청징화 과정 중 카로티노이드류의 붉은 색소 성분들의 미투과를 통해 배제액에 잔존으로 인한 것이라는 김 등[참조: Kim, S. M. and Kang, Y. J. : Changes in the constituents of citrus juice by ultrafiltration.Korean J. Postharvest Sci. Technol.,8, 442-448 (2001)]의 연구과 일치하는 결과를 얻었다.
b*값의 경우 투과액의 압력, 온도에 따른 변화 거의 없었으나 배제액의 경우 압력과 온도의 증가에 비례하여 황색도가 증가했는데 이는 한외여과과정을 거치면서 막을 통과하지 못한 쥬스가 갈변을 일으키는 비타민 C, 클로로필 등 물질의 배제 저장탱크내 적체를 야기시켰고 비효소적 갈변반응과 배제의 과정에서 아무런 물리적 처리가 없는 배제액에 산화과정을 거치면서 갈변의 심화로 황색도가 증가하였다[참조: Kim, S. Y., Yoon, Y. B. and Choi, E. H. : Change in quality of mixed juice of fruits and vegetables by aseptic treatment and packing with nitrogen gas during storage.Korean J. Food Sci. Technol.,32, 1271-1277 (2000)].
크로마(Chroma)는 배제액에서 높은 값을 나타냈으며, 온도와 압력이 높을수록 높은 값을 나타내며 낮은 온도에서 압력에 따른 변화는 거의 없었다. 휴앵글(Hue angle)은 투과액과 배제액 모두 압력에 따른 변화가 컸으며, 투과액에서 높은 측정치를 나타내었다.
색도차의 경우, 전체적으로 높은 압력에서보다 낮은 압력에서 온도에 따른 변화가 컸으며, 낮은 온도에서는 압력이 증가 할수록 ΔE값이 증가했고 높은 온도에서는 압력이 증가함에 따라 ΔE값이 증가하다가 감소하는 경향이 나타났다.
혼합비율별 색도의 변화를 투과액과 배제액을 대상으로 관찰해 보면 명도를 나타내는 L*값의 경우 사과의 비율이 높은 투과 및 배제액에서 모두 높게 측정되었으며 이는 사과의 명도가 당근보다 높기 때문에 사과의 비율이 증가함으로 인해 L*값 또한 높게 측정된 것으로 관찰되었다. 50:50의 비율로 혼합될 경우가 당근의 함량이 높은 경우보다 명도가 낮게 측정되었는데 이는 사과와 당근의 부유물질이 고루 분포해 이같은 결과를 야기한 것이다. a*값은 당근 속에 많이 포함되어 있는 카로티노이드류가 여과 과정을 통해 막을 통과하지 못하여 (-)값을 나타내어 사과의 비율이 높은 실험구와 50:50혼합 실험구에 비해 낮게 측정되었고 배제액의 경우 이 카로티노이드류의 성분의 축적으로 인해 당근의 혼합비율이 높은 실험구에서 오히려 높게 측정되었다. b*값의 경우는 투과액 및 배제액에서 당근의 함량이 높은 심험구에서 전체적으로 (+)값을 나타내어 황색도가 높았으며 사과의 혼합비율이 높은 실험구에서는 (-)값을 나타내어 전체적으로 푸른색의 계열을 관찰할 수 있었지만 육안으로의 관찰은 미미한 수준이었다. 전체적인 색도차의 경우 사과의 혼합비율이 높은 실험구에서 △E값이 낮게 측정되었고 당근의 비율이 높은 시료에서 색도차가 크게 나타났는데 이는 막분리 과정 중 당근의 경우 명도, 적색도, 황색도의 변화가 컸기 때문에 색도차가 크게 나타난 것이다. 채도를 나타내는 크로마의 경우는 당근의 함량이 높을 경우 투과액 및 배제액 모두에서 높게 측정되어 당근이 사과보다 채도에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났으며 색조를 나타내는 휴앵글은 크로마와 마찬가지로 당근의 함량에 영향을 받는 것으로 나타냈으나 혼합비율 별 영향은 크게 나타나지 않았다.
식물성 쥬스류의 투과플럭스에 주요 원인은 펙틴과 셀룰로스, 헤미셀룰로스등으로 이들 물질은 막 표면에 흡착하여 쥬스에 함유된 당, 구연산과 함께 겔 매트릭스(gel matrix)를 형성하여 플럭스를 감소시키게 된다[참조: Kim, S. M. and Kang, Y. J. : Changes in the constituents of citrus juice by ultrafiltration.Korean J. Postharvest sci. Technol.,8, 442-448 (2001)]. 도 8은 혼합과채쥬스가 공정압력과 온도에 따라 측정된 플럭스를 나타낸 것이다. 압력의 증가에 따라 비례적으로 투과플럭스가 증가하였으며, 이는 일반적으로 공정압력을 증가시키면 투과플럭스의 증가를 가져오며 압력의 증가에 대한 플럭스의 증가폭은 직선적인 경향을 나타낸다는 이 등[참조: Lee, E. M., Kang, H. A., Chang, K. S. and Choi, Y. H. : Clarification of sandlance joetkal using ultrafiltration.Food Engineering Progress, 2, 96-101 (1998)] 및 자라테-로드리구에즈[참조: Zarate-Rodriguez, E., Prtega-Rivas, E. and Barbosa-Canovas, G. V. : Effect of membrane pore size on quality of ultrafiltered apple juice.Int. J. Food Sci. Technol.,36, 663-667 (2001)]의 연구결과와 일치하였다. 공정온도 역시 온도의 증가에 비례하여 증가를 가져왔는데 이는 온도가 높을수록 유체의 점성이 낮아져 투과플럭스가 증가한 것이며, 확산계수의 증가와 유입액 중에 존재하는 확산물질의 용해도 증가로 인하여 투과플럭스가 증가하였으며, 유입액은 온도 상승에 의한 막의 열적 팽창에 의해 세공크기가 변화됨으로서 투과플럭스의 증가를 초례한 것으로 고 등[참조: Ko, E. J. and Choi, Y. H. : Clarification of grape juice by ultrafiltration and membrane fouling characteristics.Food Engineering Porgress,3, 57-63 (1999)]의 연구와 유사한 결과를 얻을 수 있었다. 혼합비율에따른 투과플럭스는 사과의 혼합비율이 높은 실험구에서 전체적으로 높게 측정되어 비교적 당근에 비해 겔 메트릭스를 형성하는 물질이 적은 것이다.
가용성 고형분의 경우 도 9에서 나타나듯이 공정변수와 투과액 및 배제액에서 특이적인 경향을 나타내지 않았으며, 사과의 함량이 높은 실험구에서 투과 및 배제액에서 가용성 고형분이 높게 측정되었다. 이는 초기 함량의 영향으로 사과의 경우 당근보다 가용성 고형분의 함량이 많았기 때문이다. 도 10은 공정변수와 투과 및 배제액에 따른 총당의 변화를 나타낸 것으로 가용성 고형분과 전체적으로 마찬가지의 경향을 나타냈고, 한외여과에 따른 가용성 고형분과 총당의 영향은 크지 않은 것으로 측정되었다.
도 11에서 나타난 것과 같이 공정변수별 비타민 C의 변화를 관찰하기 힘들었으며 투과액이 배제액의 경우보다 전반적으로 높은 함량을 나타내었고 당근의 함량이 많을수록 전체적인 함량이 높게 측정되었다. 도 12는 한외여과의 최대효과 중 하나인 탁도를 나타낸 것으로 배제액에 비해 투과액의 탁도 개선효과가 약 90%이상 향상된 것을 알 수 있으며, 특히 투과액의 경우 공정변수, 혼합비율에 관계없이 우수한 청징효과를 나타내었다. 배제액에서는 온도가 높을수록 탁도변화에 많은 영향을 주었고 당근의 혼합비율이 높은 실험구에서 탁도가 크게 개선된 것을 알 수 있었다. 점도는 투과액에서 급격히 감소하였는데, 이는 겔 메트릭스를 이루는 물질들이 막을 통과하지 못하고 막에 침착되었기 때문에 막을 통과한 물질의 점성이 크게 떨어진 것으로 관찰되며 공정조건이나 혼합비율에는 크게 영향을 받지 않았다. 그러나 막을 통과하지 못한 배제액에서 공정압력과 온도 그리고 50% 혼합비율에서 크게 점성이 높아졌으며 이는 막을 통과하지 못한 펙틴, 셀룰로스, 헤미셀룰로스 등의 물질이 막에 침착하여 겔화 및 배제액 탱크로의 유입을 통해 상대적으로 투과액에 비해 점도가 높아진 것이다(도 13 참조).
사과, 당근을 일정비율로 혼합한 과채주스를 위한 최적 공정조건을 알아보기 위하여 RSM(Response surface method)을 이용하여 이차식 형태의 반응모형을 얻을 수 있도록 중심합성계획법(Central composite experiment design)을 사용하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(Statistical analysis system) program을 사용하였다. 사과 당근을 이용한 혼합과채주스의 제조 시 공정변수인 요인변수를 온도(5, 25 45℃), 압력(50, 100, 150 kPa), 혼합비율(apple:carrot=75, 50, 25%)의 3수준으로 하였으며, 이 때의 반응변수로 탁도, 당도, 비타민을 분석하였다.
한외여과 투과액을 대상으로 사과, 당근 혼합과채주스의 당도를 분석한 결과를 도 14에 나타냈으며, 모형식에 대한 R-스퀘어(R-square)가 0.9188, 전체 리그레스(Total regress)가 0.0115로 나타나 적합도가 상당히 우수한 것으로 나타났다. 정준분석결과 고유벡터(Eigenvalues)가 음수와 양수가 섞여 있어 능산분석을 통해 최대값을 알아본 결과 공정온도가 28.80℃, 공정압력이 101.51 kPa, 혼합비율이 사과를 기준으로 74.53%에서 11.15oBrix로 가장 높은값을 나타내었다. 탁도의 경우는 모형식에 대한 R-스퀘어가 0.5579, 전체 리그레스가 0.6086로 나타났으며, 능산분석을 통한 최대값은 0.005725 공정온도 22.83℃, 공정압력 93.34 kPa, 사과의 혼합비율 74.63%에서 탁도가 0.005725로 나타나 우수한 청징효과를 측정할 수 있었다(도 15 참조). 도 16은 비타민C의 함량을 나타낸 것으로 R-스퀘어가 0.7238, 전체 리그레스가 0.3544로 측정되었고, 비타민C의 최대함량을 나타내는 공정조건은 18.19℃, 76.81 kPa, 29.55%의 혼합비율에서 3.13 mg%로 나타났다.
도 17은 사과, 당근의 혼합과채주스의 제조 공정 중 당도, 탁도, 비타민 C함량의 최대값에서의 공정 범위를 나타낸 그래프이다. 각 최적 반응변수값을 만족하는 최적 공정 범위는 온도의 경우 18.19∼28.80℃, 압력은 76.81∼101.51 kPa, 혼합비율은 사과를 기준으로 29.55%에서 높게 측정되었다. 일반적으로 당근에 함유된 비타민C의 함량이 사과에 비해 높기 때문에 혼합비율의 경우에서는 당근의 함량이 높을수록 비타민C의 함량이 증가된 것이다.
본 발명은 고차가공과 품질개선에 우수한 막분리 기술을 쥬스에 적용하여 쥬스의 온도, 압력, 혼합비율에 따른 색도, 투과플럭스 및 일반성분의 변화를 측정하여 제품의 기호성을 높이고 막분리 공정의 효율성을 극대화할 수 있는 것이다. 본 발명의 혼합쥬스는 각 최적 반응변수값을 만족하는 최적 공정 범위로서 온도 경우 18.19∼28.80℃, 압력 경우 76.81∼101.51 kPa, 혼합비율 경우 과일을 기준으로 29.55%에서 높게 측정되었으며 채소에 함유된 비타민C의 함량이 과일에 비해 높기 때문에 혼합비율의 경우에서는 채소의 함량이 높을수록 비타민C의 함량을 증가시켜 과일과 채소 혼합쥬스제품의 기호성을 높이고 막분리 공정의 효율성을 극대화할 수 있는 농산물 가공산업상 매우 유용한 것이다.
Claims (2)
- 과일과 채소를 수세 정선하여 데치기를 실시한 후 녹즙기로 마쇄·착즙하고 여과한 시료에 항산화제를 가하여 변색을 방지하는 단계; 상기 마쇄된 쥬스를 원심분리하여 상등액을 취하고 예비여과하는 단계; 상기 예비여과과정이 끝난 과일과 채소의 비율을 과일을 기준으로 25 내지 75(v/v%)로 혼합하고 상기 혼합액을 온도 15∼45℃, 압력 100∼200 kPa에서 한외여과하여 혼합과채주스를 당도, 탁도 및 비타민 C함량의 공정범위가 최적공정범위로 이루어지도록 제조하는 단계로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합과채쥬스의 제조방법.
- 제1항에 있어서, 상기 온도가 18.19∼28.80℃이고 압력이 76.81∼101.51 kPa이고 혼합비율은 과일을 기준으로 29.55%로 이루어진 것을 특징으로 하는 혼합과채쥬스의 제조방법.
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