strange laboratory of 레드라쿤

1.Subject

Isolated soybean protein의 정량

2.Object

Isolated soybean의 protein의 양을 정량하여 수율을 구한다.

3.Principle

◆ 분리 콩단백 (isolated soybean protein)이란?

탈지대두박으로부터 콩 단백질을 이용한 제품 중 분리 콩단백 (isolated soybean protein)은 농축 콩단백에서 불용성 탄수화물을 제거하게 되면 단백질만이 남게 되는 데 이 제품을 분리 콩단백이라 하고 단백질 함량은 90%정도이다.

1) 분리 콩단백

분리 콩단백은 깨끗하고 껍질이 제거된 좋은 품질의 콩으로부터 단백질이 아닌 대부분의 성분을 제거하여 단백질의 함량이 건조량을 기준으로 90%이상(N×6.25)이 되도록 제조한 분말 콩 제품을 말한다. 제품의 품질은 지방질이 전혀 없어야 하며 섬유질의 함량이 극히 적은 것이 특징이다. 분리 콩단백의 pH는 중화 정도에 따라 4.6에서부터 7.0까지의 넓은 범위를 갖고 있다.

2) 분리 콩단백의 물리적 기능특성

일반적으로 분리 콩단백은 수분결합능력이 크다. 이는 분리콩단백분이 단백질 결합능력이 높고 쉽게 팽창하기 때문에 분리 콩단백을 식품에 첨가 할 때는 수분흡수의 불균형이 일어나기 쉬우므로 첨가시 수분량의 조절이 필요하다.

3) 콩 단백질의 조성

콩의 단백질의 성분 중 총 단백질의 70% 이상을 차지하고 있는 글로불린이며, 글로불린의 구성은 7S와 11S가 대부분을 차지하고 있다. 7S와 11S는 물리적 및 화학적 특성이 다르다. 11S 글로불린은 subunit A5의 존재여부에 따라 A5, A4 types의 2가지 형으로 나눌 수 있다. 7S는 11S에 비하여 함황 아미노산 함량이 4-5배 낮다.

◆ 분리 콩단백의 회수

콩 단백질을 회수 시 수율을 높이기 위해서는 등전점에서도 침전되지 않는 저분자 콩단백을 주로 얻는 것이 중요하다. 그 이유는 저분자의 분리 콩단백은 보통 분리 콩단백보다 용해성이 훨씬 더 높으며 향미 물질과 착색 물질이 완전히 제거된 상태로 회수되기 때문이다. 이때 한외 여과에 의한 분리 콩단백은 pH 4.5에서 침전되지 않는 단백질을 전부 회수하므로, 재래식 방법보다 18 ~20%정도 수율을 향상시킬 수 있다.

◆ 등전점

등전점이란 양쪽성전해질이나 콜로이드입자 등의 전하의 대수 합이 0이 될 때의 상태를 용액의 수소 이온지수 pH로 나타낸 것으로 아미노산의 종류에 따라 달라진다. 보통 단백질의 전하의 대수 합은 전체 아미노산보다는 단백질 표면의 아미노산이 더 중요한 영향을 준다. 콩은 산성 아미노산이 더 많으므로 등전점이 pH 7보다 낮은데 이 등전점에서는 인접한 단백질 분자 간에 전기적 반발작용이 없어 서로 결합하여 용해도가 최저 즉, 침전되는 것이다. 등전점 이하나 이상에서는 전하가 발생하여 분자 간 전기적 반발 작용이 생기므로 용해도가 증가한다.

1.Subject

탈지 대두분 제조 (Defatted soybean powder production)

2.Object

대두분에서 지방을 추출하여 단백질만 남긴 탈지 대두분을 만든다.

3.Principle

◆ 대두단백질

대두(콩)는 다른 식용작물 종자와 비교할 때 약 40%의 단백질을 함유하고 있다. 또한 유지함량이 높고 회분 함량이 높은 특징을 가지고 있다. 따라서 채유를 끝낸 탈지대두박을 물 또는 식염으로 추출하면 약 90%의 단백질을 얻을 수 있다.

대두단백질의 조성은 초원심분리법에 의한 침강계수(sedimentation constant)에서 2S, 7S, 11S, 15S의 4성분으로 구분되며, 추출단백질의 수용액을 pH 4.5~4.8의 산성으로 조절하면 단백질의 약 75%가 등전 침전되며 이것의 주성분은 글로불린이다. 항원․항체 반응에 따른 면역학적 분류에 의하면 글로불린(globulin)은 α-, β-, γ- globulin과 conglobulin의 4성분으로 나눌 수 있다. 산에 침전되지 않는 단백질은 훼이(whey) 단백질이라고 불리며, 2S와 7S 단백질의 주가 된다. 2S 단백질은 트립신 억제제(trypsin inhibitor)의 활성을 가지고 있다. 대두글로불린의 주성분은 glycinine(11S 성분)과 conglycinine(7S 성분)으로서 두 성분의 합은 대두글로불린의 약 70%이며, 두 성분의 비율은 품종에 따라 다소 차이가 존재한다.

◆ 대두단백질의 종류

대두단백질 제품은 보통 탈지대두 또는 탈지대두를 원료로 하여 가공한 제품을 말하며, 성분에 따라 다음과 같이 나누어 볼 수 있다.

►탈지콩가루(defatted soy flour)

►농축대두단백질(SPC, soy protein concentrate)

►분리대두단백질(SPI, soy protein isolate)

►섬유상대두단백질(fibrous soy protein)

1) 콩가루(soy flour)

콩가루는 탈지한 대두박이나 탈지하지 않은 대두를 미세하게 분쇄하여 분말화한 것으로서 일반적으로 입자의 크기가 100mesh 체를 통과한 것으로 규정하고 있다. 콩가루는 단백질이 많이 함유되어 있지만 글루텐이 함유되어 있지 않다는 점에서 밀가루와 구분되며, 섬유소가 함유되어 있다는 면에서는 탈지분유와 다르다. 콩가루는 전지콩가루, 탈지콩가루, 그리고 레시틴 또는 콩기름을 첨가한 콩가루로 나눌 수 있다.

콩가루의 제조과정 중에 열처리를 하는데, 이 이유는 대두의 비린 냄새를 제거하고, 효소를 불활성화 시키기 위해서이다. 그러므로 끓이거나 증기로 처리한 콩가루는 냄새가 크게 향상될 뿐만 아니라 트립신 저해제가 불활성화 되어 소화율이 향상된다. 그러나 가열처리에 따라 콩가루의 착색과 단백질 용해도가 감소되므로 가열방법과 가열온도, 가열시간은 적절히 조절되어야 한다.

2) 전지콩가루(whole soy flour)

전지콩가루는 대두를 6~8조각으로 분쇄한 다음, 분리한 표피를 제거한다. 표피를 제거한 자엽과 배아는 15분간 열처리한 후에 건조하여 미세한 가루로 만든 것을 말한다.

전지콩가루의 입자 크기는 97% 이상이 100mesh 체를 통과해야 하는데, 지방질이 많아 체의 사용이 어려우므로 일반적으로 송풍분리법(air classifier)으로 분리한다.

3) 탈지콩가루(defatted soy flour)

탈지대두분의 이용은 오래 전부터 많은 연구 및 사용되어졌는데, 대두단백질 제품을 식품에 이용하게 된 배경은 단백질 자원의 확보를 위한 노력과 더불어 각종 식품 가공제품의 증량제 또는 대체용으로 사용된다. 탈지콩가루는 조쇄하고 박피화된 대두에서 지방을 추출하고 남은 탈지대두박을 3단계에 거쳐 제조한 것이다.

►탈취→건조→마쇄

♳탈취과정 : 탈지대두박에 증기를 짧은 시간 통과시켜 불쾌한 냄새를 제거.

♴건조과정 : 단백질이 변성되지 않게 상온에서 건조.

♵마쇄과정 : Hammer mill로 분쇄하여 97% 이상이 100mesh 체를 통과.

위의 3단계 과정 후에 탈지콩가루에 지방 함량이 1% 이하이어야 하며 사용용도에 따라 성분을 첨가한다. (ex: 저지방 콩가루(low-fat soy flour)는 탈지콩가루에 지방을 첨가시켜 지방 함량이 4.5~9%가 되도록 조절)

탈지콩가루의 제조과정 중 단백질의 변성도에 따라 각각 고변성, 중변성, 저변성 콩가루로 구분하기도 하며 물성의 차이에 따라 이용 용도도 달라진다.

만약 단백질의 변성도가 높다라면 가용성 질소가 적어질 뿐만 아니라 유독물질의 불활성화, 영양가의 향상, 밀도의 증가, 조직의 경화와 투명성, 특유한 풍미가 있어서 사료용으로 이용된다. 중변성 탈지콩가루는 고변성 탈지콩가루에 비하여 착색이 덜 되지만 조직이 단단하여 간장이나 된장 제조를 위한 양조용으로 이용된다. 이에 비하여 저변성 탈지콩가루는 두부의 원료, 분리단백질의 제조원료 등 식품가공용으로 이용되고 있다.

산업적인 방법과는 달리 실험실에서는 전지콩가루(whole soy flour)의 지방성분을 유기용매로 제거 후 유기용매인 n-hexane 로 추출하여 탈지콩가루(defatted soy flour)를 만든다.

◆ n-hexane

헥세인(Hexane)은 알케인 탄화수소이다. 분자식은 CH3(CH2)4CH3로 표기된다. "hex" 라는 수식어는 탄소가 여섯 개임을 의미한다, "ane" 이라는 것은 각 탄소가 단일결합임을 뜻한다. 핵산 단일결합은 매우 안정적이다. 또한 극성을 띄지 않아서(무극성이어서) 유기용매로 널리 쓰이며 안정적이기 때문에 식품(콩, 옥수수등)으로부터 기름을 추출하기 위한 용매로 사용된다.

4.Material

전지대두분, 교반기, 마그네틱바, n-hexane, 비커, 호일, 필터페이퍼

5.Method

1) 전지대두분을 준비한 후 무게를 측정한다.

2) n-hexane을 측정한 전지대두분의 무게의 10배를 넣고 1시간정도 교반한다.

3) 교반이 완료되면 침전물이 쌓이고 위쪽 상층액(지질이 용해된 부분)을 버린다.

(침전물은 호일에 모아 건조하고 남아있는 상층액은 filtration 한다.)

4) 필터를 이용하여 상층액에 남아있는 침전물을 거른 후 사용했던 종이필터를 호일에

모아 따로 건조한다.

5) 건조가 완료되면 대두분에 남아있는 단백질의 %수율을 구한다.

6.Reference

Experimental Organic Chemistry (p.93~121)

식품분석(이론과 실험), 신광출판사, 신효선, p.72 ~ 76

표준식품분석학, 지구문화사 , 채수규 , p.242 ~ 255

http://www.soyworld.org/

http://fa.kfda.go.kr/common/vocabulary_view.jsp?currPage=1&SerialNo=1363

1.Subject

Kjeldahl법을 통한 crude protein의 정량

2.Object

Kjeldahl법을 통하여 crude protein에 포함된 질소의 양을 통해 단백질의 양을 측정한다.

3.Principle

◆ 조단백질

단백질은 다른 성분과 달리 평균 16%의 질소를 함유하고 있는 것이 특징이다. 질소는 단백질에서 특유의 성분이지만, 질소를 함유하고 있다고 하여 반드시 단백질이라고는 할 수 없다. 식품 중에는 아미노산, purine 및 pyrimidine 염기의 유도체, amide 화합물, 핵산 화합물, 요소 등의 여러 가지 비단백태의 질소화합물이 함유되어 있으며, 이들은 종류에 따라서 그 조성이 다르다. 일반적으로 총 질소에 6.25를 곱한 것(질소계수 : 100 / 16 = 6.25)이 며 총 단백질 양을 나타내는 것은 아니다. 따라서 이것을 조단백질(crude protein)이라고 한다.

◆ Kjeldahl법

Kjeldahl법은 유기질소를 정량하는 가장 흔한 방법으로 중화적정을 이용한 정량법이며 주로단백질, 우유, 곡류, 및 밀가루에 존재하는 질소를 정량하는 방법이다. 이 과정은 직접적이며 특별한 장치가 필요 없고, 수많은 시료의 일상분석에 쉽게 적용된다.

이 방법의 원리는 Kjeldahl장치를 이용하여 조단백질의 총 질소 함량을 측정하여 질소의 %를 단백질로 전환하는 것으로서, 식품 내 모든 질소는 단백질로서 존재한다고 가정하고 식품 단백질 내 질소의 % 함량에 기초한 질소계수(F)를 사용한다.

Kjeldahl법은 분해, 증류, 중화, 적정의 네단계를 거친다.

1) 분해

시료에 진한 황산과 분해 촉진제를 가해 가열하면 식품성분의 분해가 시작되어 유기물의 탈수탄화와 산화환원반응이 일어나 시료 중의 질소는 암모니아로 되고 분해플라스크 중에 잔존하는 진한 황산과 다음과 같이 반응하여 황산암모늄의 형태로 분해액 중에 포집된다.