KR20200076811A - 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법 - Google Patents

플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법에 관한 것이다. 본 발명의 하나의 실시예에 따라, 농산물 가공식품 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드를 저감화하기 위한 방법에 있어서, 고온 가공처리된 농산물 가공식품에 대해 저온 플라즈마 처리를 수행하여 아크릴아마이드를 저감시키는 아크릴아마이드 저감 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법이 제안된다.

Description

플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법{METHOD FOR REDUCING ACRYLAMIDE OF PROCESSED FOOD USING PLASMA}
본 발명은 농산물 가공식품의 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드 저감 방법에 관한 것이다. 보다 구체적으로 농산물 가공식품의 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드를 저온 플라즈마를 이용하여 저감시키는, 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법에 관한 것이다.
아크릴아마이드(Acrylamide)는 전분함량이 높은 식품을 고온에서 처리하는 과정에서 자연적으로 생성되는 물질로 국제암연구기관 IARC(International Agency for Research on Cancer)에서는 인체에 대해 발암 가능성이 있는(probably carcinogenic to human) 2A group 으로 분류하고 있다. 유럽연합(EU)은 식품 중 아크릴아마이드 양을 1,000 μg/kg 이하로 권고하고 있으며, 현재 국내뿐만 아니라 세계 각국은 식품 내 아크릴아마이드 생성을 줄이기 위한 노력을 하고 있다.
아크릴아마이드는 감자스낵·감자튀김·비스킷류·시리얼·커피류 등의 식품의 제조과정에서 생성되며 특히 감자에서 많은 양의 검출되는 유해물질이다. 통계에 따르면 성인은 감자튀김과 커피, 어린이는 감자튀김·시리얼·비스킷·빵 등의 섭취에 의해 아크릴아마이드에 노출된다. 뿐만 아니라 감자 및 곡류 가공식품으로 인해 유아에게까지 아크릴아마이드가 노출되어 가고 있다.
식품 중 아크릴아마이드의 생성량은 식품구성 요소 및 조리가공 등의 온도와 시간 등에 따라 수준차가 크기 때문에 특정식품의 기준설정이나 섭취량의 권고는 어려운 실정이다. 따라서 아크릴아마이드 생성을 줄이기 위하여 세계적으로 관심을 가지고 있으며, 우리나라를 비롯하여 WHO, Codex 등 국제기구나 미국 등은 기준규격을 설정하기보다는 효과적인 저감화 또는 제어방법 개발과 생성기전 연구에 집중하고 있다. 또한 궁극적으로는 식품수준이 ALARA (as low as reasonablyachievable)가 되도록 저감화되어야 한다고 권장하고 있다.
한편, 플라즈마는 제4의 물질로 불리는 전리된 기체로서 양이온과 전자가 거의 같은 밀도로 분포되어 전기적으로 중성을 나타내는 하전입자의 집합체이다. 플라즈마는 들뜬 상태 이온들을 다량 포함하며 여러 단계의 천이과정을 거치며 자외선도 발생한다. 플라즈마에 포함된 이온과 고에너지 전자는 반응성이 높고 산화력이 강하며 자외선의 작용과 함께 살균 뿐만 아니라 대기오염물질, 농약, 내분비계장애물질 등 유해물질의 분해에 이용할 수 있다.
플라즈마는 온도에 따라 저온 플라즈마(비열 플라즈마, non-thermal plasma 또는 cold plasma로도 불림)와 고온 플라즈마로 구분되는데 고온 플라즈마는 높은 온도로 인해 식품 등 생물물질에는 적용이 불가능한 반면 저온 플라즈마는 온도가 낮아 식품 등 열에 취약한 물질에 적용할 수 있다. 저온 플라즈마는 산소원자, 오존, OH-라디칼, N-라디칼, 플라즈마 전자, 광자, 자외선 등을 포함하여 산화반응과 전자충격에 의해 다양한 화합물을 분해할 수 있다.
대한민국 공개특허공보 제10-2018-0073589호 (2018년 7월 2일 공개) 대한민국 공개특허공보 제10-2017-0050258호 (2017년 5월 11일 공개) 일본 공개특허공보 특개2012-085791호 (2012년 5월 10일 공개)
본 발명은 저온 플라즈마의 특징을 활용하여 식품가공 중 생성되는 독성 화합물인 아크릴아마이드의 저감에도 응용하기 위한 것으로, 저온 플라즈마를 활용하여 농산물의 가공처리로 생성되는 아크릴아마이드를 저감화함으로써 안전한 식품공급을 통한 국민건강 증진과 식품산업 발전에 기여하고자 한다.
플라즈마를 이용하여 감자스낵·감자튀김·비스킷류·시리얼·커피·곡류차류 등과 같은 식품 중의 아크릴아마이드 저감화하는 기술을 통하여 위험물질인 아크릴아마이드를 저감하고 위생성을 향상시키는데 일조하고자 한다.
전술한 목적을 달성하기 위하여, 본 발명의 하나의 모습에 따라, 농산물 가공식품 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드를 저감화하기 위한 방법에 있어서, 고온 가공처리된 농산물 가공식품에 대해 저온 플라즈마 처리를 수행하여 아크릴아마이드를 저감시키는 아크릴아마이드 저감 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법이 제안된다.
이때, 하나의 예에서, 아크릴아마이드 저감 방법은 아크릴아마이드 저감 단계 이전에 농산물 또는 농산물의 가공물에 대해 아크릴아마이드 생성을 야기하는 고온 가공처리를 수행하는 가공처리 단계를 더 포함할 수 있다.
또한, 이때 하나의 예에서, 농산물은 전분을 함유하는 서류 내지 곡류, 또는 커피원두이고, 가공처리는 고온 가열을 수반하는 튀기기, 볶기, 로스팅 중 하나이다.
게다가, 이때, 농산물 가공식품은 스낵 및 비스켓을 포함하는 과자류, 시리얼류, 감자튀김, 커피, 곡류로 볶은 차류 중 어느 하나일 수 있다.
또한, 하나의 예에서, 저온 플라즈마 처리는 저온 플라즈마 처리는 유전체장벽방전 플라즈마(DBDP), 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ), 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 중의 어느 하나에 의한 처리일 수 있다.
예컨대, 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ) 방식에서 1.0 ~ 1.5A 전류세기로 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 방식에서 2.0 ~ 3.0A 전류세기로 플라즈마를 생성할 수 있다.
본 발명에 따르면, 저온 플라즈마를 활용하여 농산물의 가공처리로 생성되는 아크릴아마이드를 저감시킬 수 있다.
본 발명을 통하여 ‘발암추정물질’인 아크릴아마이드를 효과적으로 저감화할 수 있 으며, 관련식품의 위생성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 다양한 실시예에 따라 직접적으로 언급되지 않은 다양한 효과들이 본 발명의 실시예들에 따른 다양한 구성들로부터 당해 기술분야에서 통상의 지식을 지닌 자에 의해 도출될 수 있음은 자명하다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 4는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 5a-c는 플라즈마 생성 방법별 슬라이드글라스 상에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
도 6a-c는 토출거리(span length, SL)와 전류세기가 CDPJ 방식에서 슬라이드글라스 상에서의 아크릴아마이드 분해력에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 7a-b는 플라즈마 생성 방법별 감자튀김에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
도 8a-c는 토출거리(span length, SL)와 전류세기가 CDPJ 방식에서 감자튀김에서의 아크릴아마이드 분해력에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 9는 CDPJ 방식에 의한 겉보리에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
도 10a-b는 플라즈마 생성 방법별 볶은 커피에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
도 11은 상업용 커피 로스터기에서 다른 온도로 볶은 커피의 아크릴아마이드 양을 나타내는 그래프이다.
도 12a-b는 상업용 커피 로스터기에서 235도에서 볶은 커피에서 플라즈마 생성 방법별 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
도 13a-b는 상업용 커피 로스터기에서 270도에서 볶은 커피에서 플라즈마 생성 방법별 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
전술한 과제를 달성하기 위한 본 발명의 실시예들이 첨부된 도면을 참조하여 설명될 것이다. 본 설명에 있어서, 동일부호는 동일한 구성을 의미하고, 당해 분야의 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명의 이해를 도모하기 위하여 부차적인 설명은 생략될 수도 있다.
본 명세서에 비록 단수적 표현이 기재되어 있을지라도, 발명의 개념에 반하거나 명백히 다르거나 모순되게 해석되지 않는 이상 복수의 구성 전체를 대표하는 개념으로 사용될 수 있음에 유의하여야 한다. 본 명세서에서 '포함하는', '갖는', '구비하는', '포함하여 이루어지는' 등의 기재는 하나 또는 그 이상의 다른 구성요소 또는 그들의 조합의 존재 또는 부가 가능성이 있는 것으로 이해되어야 한다.
[플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법]
먼저, 본 발명의 하나의 모습에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 도 1 내지 4를 참조하여 살펴보기로 한다.
도 1은 본 발명의 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 2는 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 3은 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이고, 도 4는 각각 본 발명의 또 하나의 실시예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법을 개략적으로 나타내는 흐름도이다.
도 1 내지 4를 참조하면, 하나의 예에 따른 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법은 농산물 가공식품 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드를 저감화하기 위한 방법이다. 이때, 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법은 아크릴아마이드 저감 단계(S300, S300')를 포함한다.
아크릴아마이드 저감 단계(S300, S300')에서, 고온 가공처리된 농산물 가공식품에 대해 저온 플라즈마 처리를 수행하여 아크릴아마이드를 저감시킨다.
도 2 내지 3을 참조하면, 하나의 예에서, 아크릴아마이드 저감 방법은 아크릴아마이드 저감 단계(S300) 이전에 가공처리 단계(S100, S100')를 더 포함할 수 있다. 도시되지 않았으나, 도 4의 아크릴아마이드 저감 단계(S300') 이전에도 도 2 내지 3에 도시된 가공처리 단계(S100, S100')를 더 포함할 수 있다.
가공처리 단계(S100, S100')에서는, 농산물 또는 농산물의 가공물에 대해 아크릴아마이드 생성을 야기하는 고온 가공처리를 수행한다.
이때, 도 3을 참조하면, 농산물은 전분을 함유하는 서류 내지 곡류, 또는 커피원두일 수 있고, 고온 가공처리는 고온 가열을 수반하는 튀기기, 볶기, 로스팅 중 하나일 수 있다.
게다가, 도 3을 참조하면, 농산물 가공식품은 스낵 및 비스켓을 포함하는 과자류, 시리얼류, 감자튀김, 커피, 곡류로 볶은 차류 중 어느 하나일 수 있다.
다음으로, 도 4를 참조하여 살펴본다. 도 4를 참조하면, 저온 플라즈마 처리는 저온 플라즈마 처리는 유전체장벽방전 플라즈마(DBDP), 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ), 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 중의 어느 하나에 의한 처리일 수 있다(S300').
예컨대, 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ) 방식에서 1.0 ~ 1.5A 전류세기로 플라즈마를 생성할 수 있다.
또한, 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 방식에서는 2.0 ~ 3.0A 전류세기로 플라즈마를 생성할 수 있다.
[실시예]
본 발명은 저온 플라즈마의 분해력을 이용하여 아크릴아마이드를 저감하고자 한다. 이를 위하여 다양한 종류의 플라즈마를 사용하였으며, 처리조건을 최적화 하였다.
아크릴아마이드는 국내뿐만 아니라 세계 각국에서 주목하고 있는 위험물질이며, 아크릴아마이드 생성을 줄이기 위한 노력을 하고 있다. 아크릴아마이드는 감자스낵·감자튀김·비스킷류·시리얼·커피·곡류차류 등의 다양한 식품에서 생성되는데, 본 발명을 통해 플라즈마는 아크릴아마이드 저감에 효과가 있다는 것이 확인되었다. 이 기술을 응용하여 식품에 적용할 경우 다양한 식품에서 아크릴아마이드를 저감하여 위생성을 향상할 수 있다.
아크릴아마이드 저감 장치(시스템)
1) 코로나방전 플라즈마제트(Corona discharge plasma jet, CDPJ)
코로나 방전 플라즈마제트(CDPJ) 처리 장치 내지 시스템은 두 개의 스테인리스 스틸 링 형태의 전극 사이에 코로나 방전함으로써 플라즈마를 생성시키고 송풍기를 이용하여 공기를 송풍하여 전극을 통과한 후 3 mm x 50 mm크기의 플라즈마 방출구를 통하여 제트(jet) 형태로 분사하는 방식으로 다량의 공기를 사용하여 플라즈마 온도를 낮추는 방식을 채용하였다. CDPJ 처리 장치 내지 시스템은 교류 220V의 전기를 정류장치를 통하여 20 kV의 직류로 변환하고 구형파 생성기를 통해 주파수 10-50 kHz의 펄스 구형파 형식으로 변환하여 전극에 공급하여 플라즈마를 생성하였으며 플라즈마 토출구로 부터 시료까지의 거리(span length, SL)를 15-35 mm 사이로 조정하여 사용하였고 플라즈마 강도를 결정하는 전류를 1.00-1.50 A사이에서 조정하며 플라즈마 방출구(토출구) 하방에 위치한 스탠드 상의 시료에 플라즈마를 처리하였다.
2) 단속식 코로나방전 플라즈마제트 (Intermittent Corona Discharge Plasma Jet, ICDPJ)
단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 처리 장치 내지 시스템은 위의 CDPJ 처리장치를 스케일업(scale-up)한 형태로 CDPJ 처리 장치와 동일하게 두 개의 스테인리스스틸 링 형태의 전극에 전압 20 kV, 주파수 18 kHz 내외로 전류를 공급하여 발생시킨 플라즈마를 송풍기를 이용하여 공기를 투입함으로써 토출구에서 제트형 플라즈마로 분산시키는 방식이다. 앞의 CDPJ 처리 장치 내지 시스템과 마찬가지로 정류장치를 통해 20 kV 고압 직류로 변환하고 구형파 생성기를 통해 주파수 18 kHz 내외로 전류를 전극에 공급한다. 이때, CDPJ 장치 내지 시스템보다 전류세기를 높여 플라즈마 처리효과를 증대시키고, 전류세기가 강화된 만큼 심화되는 가열현상을 차단함으로써 저온을 유지하기 위해 플라즈마 처리시간과 휴지시간을 교대로 반복하는 단속컨트롤러(intermittent treatment controller, 예컨대, 단속스위치)를 사용하여 단속적으로 처리를 가능하도록 하여 플라즈마 처리에 의한 온도상승과 휴지에 의한 자연냉각 과정을 반복하였다. 구형판 생성기와 전극 사이에 단속컨트롤러를 구비한다. 실시예에서 전류세기는 3.0A 정도로 하고 단속스위치의 플라즈마 처리와 휴지 시간을 설정하고 시료와 토출구 사이의 거리(SL)는 35 mm 정도로 하여 처리하였다. 전류세기를 2~3A로 조정하며 처리할 수 있다.
3) 유전체장벽방전 플라즈마(Dielectric barrier discharge plasma, DBDP)
유전체장벽방전 플라즈마(DBDP)는 전극을 세라믹유전체로 감싸 발열량을 제어하는 방식의 저온 플라즈마 처리장치로 정류기를 사용하여 교류 220 V의 전압을 직류 20 kV로 정류하였으며 정류된 전원을 구형파 생성기를 통해 주파수 10-50 kHz의 펄스 구형파 형식으로 변환하여 전극으로 전류를 인가하여 플라즈마를 생성하였다. 유전체 전극에서 발생시킨 플라즈마를 알루미늄 재질의 처리판을 통하여 접지시켜 흘려내는 방식으로 플라즈마를 생성하였다. 전극과 처리판 사이에 처리할 대상물체를 위치하고 플라즈마를 가하는 방식으로 전류세기와 전극과 시료간 사이의 간격(electrode gap, EG)을 조정하며 처리판을 수평방향으로 이동시키며 처리할 수 있다.
슬라이드글라스 상에서의 아크릴아마이드 분해 예시
플라즈마를 이용하여 유해물질 중 하나인 아크릴아마이드를 저감하고자 아크릴아마이드를 슬라이드글라스에 분주하여 플라즈마를 적용한 결과, 60분 플라즈마 처리 시 약 90 %의 분해력을 보여주었다.
도 5a-c는 플라즈마 생성 방법별 슬라이드글라스 상에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이고, 도 6a-c는 토출거리(span length, SL)와 전류세기가 CDPJ 방식에서 슬라이드글라스 상에서의 아크릴아마이드 분해력에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 5a는 CDPJ 방식으로 처리한 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 초기 아크릴아마이드 55.6㎍/g이 60분 처리 후 13.7㎍/g이 남아 75.45% 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 도 5b는 ICDPJ 방식으로 처리한 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 이때, 초기 아크릴아마이드 57.9㎍/g이 60분 처리 후 7.5㎍/g이 남아 87.05% 감소된 것을 알 수 있다. 게다가, he 5c는 DBDP 방식으로 처리한 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 이때, 초기 아크릴아마이드 56.4㎍/g이 60분 처리 후 4.4㎍/g이 남아 92.15% 감소된 것을 알 수 있다.
한편, 도 6a는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.5A로 하고 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 15mm와 25mm 거리에서는 약 20분 정도 처리후부터 잔존 아크릴아마이드가 대략 50~60% 정도 감소되며 약 40분 초과 처리 시 대략 70% 이상 감소되는 것을 알 수 있고, 35mm 거리의 경우 15mm와 25mm의 경우보다 감소세가 완만하게 이어지고 있다.
또한, 도 6b는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.25A로 한 경우 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 1.25A 전류세기에서는 토출거리(SL)가 35mm인 경우 40분 초과 시 20% 이상의 분해력을 보이고 거리가 가까울수록 분해력이 높아지고 있다. 15mm에서는 30분 처리 후 대략 50% 가까이 감소하고 있다.
게다가, 도 6c는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.0A로 한 경우 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 1.0A의 경우 도 6a 및 6b에서의 경우보다 분해력이 약하게 나타나고 있다.
도 6a 내지 6c를 종합하면 전류세기가 높아질수록 그리고 거리가 가까울수록 아크릴아마이드에 대한 분해력이 높아지고 있다.
감자튀김에서의 아크릴아마이드 분해력
농산물 가공식품 중의 아크릴아마이드를 분해하기 위하여 감자튀김을 이용하여 실험을 진행한 결과 약 60%의 아크릴아마이드 저감효과를 보였다. 아크릴아마이드를 생성하는 비스킷류·시리얼·커피·곡류차류 등의 식품에서도 이와 유사한 결과를 얻을 수 있다.
저온 플라즈마 처리에 의한 감자튀김에서의 아크릴아마이드 저감효과를 알아보기 위해, 시중에 판매하는 냉동 감자튀김을 구매하여 에어프라이기(air fryer)에 100g을 넣고 200℃에서 50분 동안 튀긴 후, 이를 플라즈마 처리하였다
먼저, 처리 시료를 얻기위해, 균질화된 시료 1g을 50mL 폴리프로필렌 코니컬 튜브에 넣고 내부표준용액 1mL와 3차 증류수 9mL를 가한 후 잘 혼합하여 진탕기에 넣고 180~200rpm으로 20분 동안 추출하였다. 추출 후, 원심분리기를 이용하여 9,000rpm으로 30분 동안 원심분리하였다. 원심분리하여 얻어진 물층 5mL를 여과튜브에 옮기고 7,000rpm으로 10분간 다시 원심분리하였다. 메탄올 3.5mL와 물 3.5mL로 활성화시킨 Oasis HLB SPE 카트리지에 여액 1.5 mL를 넣어 통과시킨 후 물 0.5 mL를 흘려버리고 물 1.5 mL로 용출시켰다. 다음으로, 메탄올 2.5mL와 물 2.5mL로 활성화시킨 Bond Elut-Accucat SPE 카트리지에 용출액 1.5 mL를 넣은 후 처음 0.5 mL를 버리고 이후 얻어진 1 mL를 회수하여 액체크로마토그래프(HPLC) 분석하였다. HPLC 분석은 C-18 컬럼을 사용하였고, 이동상은 A: ACN 10% : 0.1% formic acid 90%, B: ACN을 농도구배를 변환하며 0.4 mL/min으로 주입하였으며, 시료주입량은 20 μL이었다. UV 검출기를 사용하여 210 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 검량곡선을 사용하여 피크면적에 대한 아크릴아마이드 양을 산출하였다.
시간에 따른 피크면적과 아크릴아마이드 산출량은 다음의 [표 1]과 같다.
time(min) Peak area ㎍/g ㎍/kg
0 0 0 0
10 4.4 ND ND
20 9.2 ND ND
30 32.05 0.002 2.20
40 79.95 0.014 14.07
50 153.7 0.032 32.35
저온 플라즈마 처리에 의한 감자튀김에서의 아크릴아마이드 저감 효과를 살펴본 결과는 도 7a-b 및 도 8a-c에서 확인할 수 있다. 도 7a-b는 플라즈마 생성 방법별 감자튀김에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이고, 도 8a-c는 토출거리(span length, SL)와 전류세기가 CDPJ 방식에서 감자튀김에서의 아크릴아마이드 분해력에 미치는 영향을 나타내는 그래프이다.
도 7a는 CDPJ 방식에 의한 처리 시 아크릴아마이드 분해력을 나타내고 있는데, 초기 아크릴아마이드 30.8㎍/g이 60분 처리 후 12.4㎍/g이 남아 59.76% 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 도 7b는 ICDPJ 방식에 의한 처리 시 아크릴아마이드 분해력을 나타내고 있는데, 초기 아크릴아마이드 29.4㎍/g이 60분 처리 후 11.6㎍/g이 남아 60.73% 감소된 것을 알 수 있다. ICDPJ 방식의 경우 3.0A 전류세기로 35mm 거리에서 플라즈마 처리를 수행하였다.
한편, 도 8a는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.5A로 하고 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 15mm와 25mm 거리에서는 약 30분 정도 처리후부터 잔존 아크릴아마이드가 대략 60% 정도 감소되는 것을 알 수 있고, 35mm 거리의 경우 대약 40분 초과하여 대략 20% 이상 감소되며 15mm와 25mm의 경우보다 감소세가 완만하게 이어지고 있다.
도 8b는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.25A로 하고 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 15mm, 25mm, 35mm 거리에서는 처리시간에 따라 감소량이 증가하고 있는데, 15mm의 경우 대략 40분 초과후 40% 이상 감소되는 것을 알 수 있다.
도 8c는 CDPJ 방식에서 전류세기를 1.0A로 하고 토출거리(SL)를 변화시킴에 따른 아크릴아마이드의 분해력을 나타내고 있다. 15mm, 25mm, 35mm 거리에서 모두 1.5A 내지 1.25A보다 완만하게 감소량이 증가하고 있다.
도 8a 내지 8c를 종합하면 CDPJ 방식에서 전류세기가 높아질수록 그리고 거리가 가까울수록 아크릴아마이드에 대한 분해력이 높아지고 있다. 도시되지 않았으나, ICDPJ 방식에서도 마찬가지로 전류세기가 높아질수록 그리고 거리가 가까울수록 아크릴아마이드에 대한 분해력이 높아진다.
겉보리에서의 아크릴아마이드 분해력
농산물 가공식품 중의 아크릴아마이드를 분해하기 위하여 볶은 겉보리를 이용하여 실험을 진행한 결과 약 70% 중반 이상의 아크릴아마이드 저감효과를 보였다.
저온 플라즈마 처리에 의한 겉보리에서의 아크릴아마이드 저감효과를 알아보기 위해, 시중에서 겉보리를 구입하여 로스터를 사용하여 볶았으며 겉보리 약 500g을 넣고 200℃에서 볶으며 볶음시간별로 시료를 취하여 플라즈마 처리하였다
시료에서 플라즈마 처리 효과를 검출하기 위한 방법은 감자튀김의 경우에서와 마찬가지로 진행하였다.
이때, 겉보리 시료에서 시간에 따른 피크면적과 아크릴아마이드 산출량은 다음의 [표 2]와 같다.
time(min) Peak area ㎍/g ㎍/kg
0 0 0 0
10 8.4 ND ND
20 19.2 ND ND
30 27.4 0.58 587
40 31.2 1.53 1535
50 34.8 2.43 2433
저온 플라즈마 처리에 의한 볶은 겉보리에서의 아크릴아마이드 저감 효과를 살펴본 결과는 도 9에서 확인할 수 있다. 도 9는 CDPJ 방식에 의한 겉보리에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다. 초기 아크릴아마이드 2.4㎍/g이 60분 처리 후 0.6㎍/g이 남아 76.91% 감소된 것을 알 수 있다. 도시되지 않았으나, ICDPJ 방식으로도 겉보리에서의 아크릴아마이드 분해효과를 얻을 수 있다. CDPJ 방식이나 ICDPJ 방식에서 전류세기가 높아질수록 그리고 거리가 가까울수록 아크릴아마이드에 대한 분해력이 높아진다.
볶은 커피에서의 아크릴아마이드 분해력
농산물 가공식품 중의 아크릴아마이드를 분해하기 위하여 볶은 커피를 이용하여 실험을 진행한 결과 약 90% 이상의 아크릴아마이드 저감효과를 보였다.
저온 플라즈마 처리에 의한 볶은 커피에서의 아크릴아마이드 저감효과를 알아보기 위해, 커피생두를 구입하여 로스터를 사용하여 볶았으며 커피생두 약 500g을 넣고 200℃에서 볶으며 볶음시간별로 시료를 취하여 플라즈마 처리하였다
시료에서 플라즈마 처리 효과를 검출하기 위한 방법은 감자튀김의 경우에서와 마찬가지로 진행하였다.
이때, 볶은 커피 시료에서 시간에 따른 피크면적과 아크릴아마이드 산출량은 다음의 [표 3]과 같다.
time(min) Peak area ㎍/g ㎍/kg
0 0 0 0
10 37.5 3.11 3,106
20 87.5 15.58 15,579
30 107.95 20.68 20,680
40 147.5 30.54 30,546
50 221.6 49.03 49,030
저온 플라즈마 처리에 의한 볶은 커피에서의 아크릴아마이드 저감 효과를 살펴본 결과는 도 10a-b, 12a-b 및 13a-b에서 확인할 수 있다. 도 10a-b는 플라즈마 생성 방법별 볶은 커피에서의 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이고, 도 11은 상업용 커피 로스터기에서 다른 온도로 볶은 커피의 아크릴아마이드 양을 나타내는 그래프이고, 도 12a-b는 상업용 커피 로스터기에서 235도에서 볶은 커피에서 플라즈마 생성 방법별 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이고, 도 13a-b는 상업용 커피 로스터기에서 270도에서 볶은 커피에서 플라즈마 생성 방법별 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다.
먼저, 도 11을 참조하면, 볶는 온도가 높아질수록 아크릴아마이드 산출량이 증대되는 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 10a는 CDPJ 방식에 의한 처리 시 아크릴아마이드 분해력을 나타내고 있는데, 초기 아크릴아마이드 49㎍/g이 60분 처리 후 3㎍/g이 남아 93.97% 감소된 것을 알 수 있다. 또한, 도 10b는 ICDPJ 방식에 의한 처리 시 아크릴아마이드 분해력을 나타내고 있는데, 초기 아크릴아마이드 49㎍/g이 60분 처리 후 20㎍/g이 남아 59.12% 감소된 것을 알 수 있다. ICDPJ 방식의 경우 3.0A 전류세기로 35mm 거리에서 플라즈마 처리를 수행하였다.
CDPJ 방식이나 ICDPJ 방식에서 전류세기가 높아질수록 그리고 거리가 가까울수록 아크릴아마이드에 대한 분해력이 높아진다.
한편, 도 12a는 상업용 커피 로스터기에서 235도에서 볶은 커피에서 CDPJ 방식에 의한 아크릴아마이드 분해력을 나타내고, 이때, 초기 아크릴아마이드 45.2㎍/g이 60분 처리 후 8.5㎍/g이 남아 81.08% 감소된 것을 알 수 있다. 도 12b는 커피 로스터기에서 235도에서 볶은 커피에서 ICDPJ 방식에 의한 아크릴아마이드 분해력을 나타내고, 이때, 초기 아크릴아마이드 45.2㎍/g이 60분 처리 후 8.9㎍/g이 남아 80.25% 감소된 것을 알 수 있다.
다음으로, 도 13a는 상업용 커피 로스터기에서 270도에서 볶은 커피에서 CDPJ 방식에 의한 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다. 이때, 초기 아크릴아마이드 55.5㎍/g이 60분 처리 후 9.6㎍/g이 남아 82.68% 감소된 것을 알 수 있다. 도 13b는 상업용 커피 로스터기에서 270도에서 볶은 커피에서 ICDPJ 방식에 의한 아크릴아마이드 분해력을 나타내는 그래프이다. 이때, 초기 아크릴아마이드 55.5㎍/g이 60분 처리 후 9.1㎍/g이 남아 83.64% 감소된 것을 알 수 있다.
이상에서, 전술한 실시예 및 첨부된 도면들은 본 발명의 범주를 제한하는 것이 아니라 본 발명에 대한 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자의 이해를 돕기 위해 예시적으로 설명된 것이다. 또한, 전술한 구성들의 다양한 조합에 따른 실시예들이 앞선 구체적인 설명들로부터 당업자에게 자명하게 구현될 수 있다. 따라서, 본 발명의 다양한 실시예는 본 발명의 본질적인 특성에서 벗어나지 않는 범위에서 변형된 형태로 구현될 수 있고, 본 발명의 범위는 특허청구범위에 기재된 발명에 따라 해석되어야 하며, 당해 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의한 다양한 변경, 대안, 균등물들을 포함하고 있다.

Claims (7)

  1. 농산물 가공식품 제조 시 고온 가공처리에 따라 생성되는 아크릴아마이드를 저감화하기 위한 방법에 있어서,
    고온 가공처리된 상기 농산물 가공식품에 대해 저온 플라즈마 처리를 수행하여 상기 아크릴아마이드를 저감시키는 아크릴아마이드 저감 단계를 포함하는, 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  2. 청구항 1에서,
    상기 아크릴아마이드 저감 단계 이전에 농산물 또는 상기 농산물의 가공물에 대해 아크릴아마이드 생성을 야기하는 고온 가공처리를 수행하는 가공처리 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  3. 청구항 2에서,
    상기 농산물은 전분을 함유하는 서류 내지 곡류, 또는 커피원두이고,
    상기 가공처리는 고온 가열을 수반하는 튀기기, 볶기, 로스팅 중 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  4. 청구항 3에서,
    상기 농산물 가공식품은 스낵 및 비스켓을 포함하는 과자류, 시리얼류, 감자튀김, 커피, 곡류로 볶은 차류 중 어느 하나인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  5. 청구항 1 내지 4 중의 어느 하나에서,
    상기 저온 플라즈마 처리는 유전체장벽방전 플라즈마(DBDP), 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ), 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 중의 어느 하나에 의한 처리인 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  6. 청구항 5에서,
    상기 코로나방전 플라즈마제트(CDPJ) 방식에서 1.0 ~ 1.5A 전류세기로 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
  7. 청구항 5에서,
    상기 단속식 코로나방전 플라즈마제트(ICDPJ) 방식에서 2.0 ~ 3.0A 전류세기로 플라즈마를 생성하는 것을 특징으로 하는 플라즈마를 이용한 가공식품의 아크릴아마이드 저감 방법.
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