1. 식품제조부산물의 재활용의 필요성

■ 식품제조시에 발생되는 부산물은 원료 이용률의 저하와 처리비용의 부담 때문에 지금까지는 그 발생을 감소시키는 제조방법과 발생물의 유효이용에 대하여만 검토되어 왔으나, 2001년 식품Recycle법이 시행됨에 따라 식품제조부산물의 재활용(자원순환)이 추진되고 있는데, 아직 그 이용률은 낮다.

2006년까지 재생이용률의 목표 20%를 달성하기 위하여 식품산업 전체가 비상이 걸려 있다. 식품부산물의 유효이용은 비료, 사료화가 주축이고, 최근 기능성성분의 추출 및 바이오매스에너지로서도 주목받고 있다.

식품제조부산물은 폐기물계바이오매스로 분류되고 현재 그 이용율은 10%미만으로 가축배설물 80%, 미이용 바이오매스로 분류된 농산자원계(볏짚, 왕겨 등) 30%에 비해서도 현저히 낮은 수준이다.

식품제조부산물의 이용률이 낮은 것은 분별회수가 번잡하고, 수분이 80%정도로 높고, 성상과 성분의 차이가 큰 것 등이 원인이다.

■ 일본의 주요 식품가공부산물은 맥주효모 90만톤, 콩비지 73만톤, 간장박 9만톤, 미강 39만톤, 고구마전분박 78만톤, 채소쓰레기 16만톤 등이다. 미강은 미강유로 착유후 전부 비료나 사료화 되고, 기능성성분으로는 헤미셀루로스나 피틴산 및 미강추출물의 보충재 등으로 개발된 바 있으나, 양조식품에의 이용은 전혀 없었다.

또 두부 제조시에 발생되는 콩비지의 이용은 건조 후 비료나 사료로 되고 나머지는 폐기되고 있는데, 양조식품에 이용한 것은 콩비지와 쌀코지를 동량 사용하여 염도 5%에서 발효 숙성하여 단맛의 된장을 만들기도 한다. 생콩비지를 증숙-제국-발효-숙성하면 백간장 풍미의 조미료를 만들 수 있다는 보고도 있다.

■ 미강은 지방의 산화가 빠르고, 콩비지는 수분이 많아 보존성이 나쁘고, 또 둘 다 독특한 풍미가 있고, 깔깔한 식감이 있어서 현재까지 유효한 이용은 적었으나, 압출기(Extruder)를 이용하여 보존성과 물성을 개선하여 쌀된장에 적용 가능성을 검토하였다.

2. Extruder의 양조식품에의 이용성

■ Extruder는 분쇄-혼합-가열-팽화-성형을 일괄처리하고, 압출처리에 의해α화, 단백변성, 내재효소의 실활, 저수분등으로 보존성이 좋아진다. 이러한 다기능성 때문에 각 원료의 성상별 처리조건이 다르므로 최적의 조건을 설정해야한다.

Extruder의 간장제조에의 이용은 압출처리한 고단백소맥분과 대두분을 제국하는데 널리 실용화되어 있고, 간장조미액으로 만들면 담색의 풍미 좋은 조미료를 얻을 수 있다는 보고가 있다.

또 된장에는 전분의 효율적 α화와 제국작업성에 주안점을 두고 일본쌀과 태국쌀의 가루를 사용하여 압출처리하면 Amylase활성이 낮으나 쌀코지와 거의 동등한 품질을 얻을 수 있다고 한다.

■ 미강과 콩비지를 쌀된장에 이용하는 목적은 Extruder의 팽화에 의한 표면적을 확대하여 효소활성을 높이고, 깔깔한 식감과 풍미를 개선하는데 있다. 원료는 현미를 91%로 정백시에 생기는 미강과 두부 제조시 생기는 비지를 수분 10%로 건조하여 이축형 Extruder를 사용하였다.

■ 미강과 콩비지의 팽화에 필요한 전분으로서 쌀가루를 160mesh로 분쇄하여 사용하였고, 미강:콩비지:쌀가루=20:20:60의 배합비가 최적임이 확인되었다. 원료중의 쌀가루의 배합비율은 50~60%에서, 원료의 수분은 20~25%, 스크류의 회전수는 350rpm, 원료의 공급속도 15kg/h일 때 팽화도가 가장 좋았다. 압출처리품의 관능평가는 처리전의 미강과 콩비지의 특이취는 대폭 감소되었고, 깔깔한 식감도 저하되었다.

■ 미강과 콩비지에는 지방이 다량 존재하므로 장기 보존시 공기 중의 산소에 의해 산화되어 품질이 떨어지는데, 더욱이 미강에는 Lipase가 다량 존재하여 지방을 분해시켜 유리지방산을 만들어 산화를 촉진한다.

압출처리품의 보존성을 검토한 결과, 지방산도는 전혀 변화가 없었는데, 이는 미강에 존재하는 Lipase가 압출시 가열에 의해서 실활되어 지방의 분해를 억제하는 것으로 여겨지고, 과산화물가는 팽화에 의해 공기의 접촉 면적이 증가하여 산화가 촉진됨에 따라 증가 하였다. 이러한 지방산도의 억제와 과산화물가의 증가 현상은 율무의 압출처리품과 같은 결과로서 압출처리 후에는 장기보존은 피해야 할 것이다.

3. 압출처리품의 제국 방법

■ 쌀가루를 60%로 혼합한 원료를 직경 1cm, 길이 30~50cm로 팽화시켜 5cm로 절단하고, 수분을 35%로 조절하여 종균하였다. 종균시 미량의 쌀가루를 증량제로 첨가하여 균일하게 접종하였다.

제국은 항온기에서 습도 90%, 온도 30℃, 42시간 실시하고, 품온이 40℃를 넘지 않도록 저어주기를 한다. 압출처리품의 수분조절은 분무기로서 균일하게 가수하여 표면과 내부의 수분이 평형상태가 되도록 방치한 후 종균한다. 가수직후에는 표층에 수분이 많아 끈적거려서 식균하더라도 코지균이 잘 자라지 않는다.

■ 압출처리품은 쌀코지에 비해서 Amylase활성과 Xylase 활성은 약간 높았으나, 쌀된장에서 필요로 하는 미산성(pH5.7) Protease활성은 현저히 증가하였다. 미산성Protease활성은 가수직후부터 2시간 평형 후에 식균하더라도 쌀코지에 비해서 3배가량 높았고, 6시간 평형 후 식균한 것은 6배로 높았다.

압출처리품의 코지는 평형시간에 관계없이 쌀코지에 비해서 외견상으로는 코지균사는 적었으나, 내부에서는 6시간평형 후에 식균한 것은 아주 고르게 생육하였다.

■ 정백미를 Puffing machine처리한 팽화미를 제국하면, 통상의 쌀코지와 비교해서 효소의 생성이 빠르고, 효소활성도 높다는 보고가 있다. 즉 팽화에 의해서 원료내부가 다공성 구조가 되고, 전분의 알파화가 완전하게 되어 코지균의 생육을 촉진하는 것이다.

이와 같이 미강과 콩비지를 압출처리한 것도 공극이 많아 공기의 흐름이 좋기 때문에, 적절한 산소공급과 품온의 상승 억제도 되어, 통상의 쌀코지에 비해서 코지균의 생육을 촉진하고 효소활성이 높게 나타난다.

■ 쌀가루만을 원료로 한 압출처리품으로 제국한 코지균사의 생육정도는 통상의 쌀을 사용한 경우와 큰 차이는 없고, 효소활성의 균형도 통상의 쌀코지의 활성과 같다. 쌀겨와 콩비지를 압출처리한 코지의 효소활성은 쌀코지에 비해서 Amylase활성과 Xylase활성은 약간 높은 정도이지만, 미산성Protease활성은 현저히 높았다.

이는 코지의 효소활성은 원료의 전당/전질소(C/N)비율에 따라 영향이 있으므로 실험제품의 원료가 정백미에 비해서 질소성분이 많은 미강과 콩비지를 사용한 것이기 때문이다.

■ 쌀된장의 양조에 필요한 코지의 효소활성량은 통상의 쌀된장의 경우 Amylase활성은 충분하고, 미산성Protease활성은 담색계 쌀된장에서는 50~70u/g, 적색계 쌀된장에서는 100~120u/g정도가 필요하다.

세포벽분해효소의 지표인 Xylase활성을 높이면, Amino carbonyl반응하기 쉬운 Pentose가 생성되어 된장의 색조가 진해지기 때문에 과도한 활성은 역효과가 나타낸다.

■ 미강과 콩비지에 대한 쌀가루의 배합비율을 감소하면 전당함량이 저하되어, 팽화도는 적어지지만, 미산성Protease활성은 현저히 증가한다. 쌀가루 40%배합분에서도 코지균사는 충분히 생육되는데, 팽화가 일어나기만 하면 코지균에의 영향은 적었고, Amylase활성은 약간 증가하는 경향이고, Xylase활성은 전혀 증가하지 않았다.

이상의 결과에서 압출처리품의 코지는 Amylase활성과 Xylase활성에 비해서 미산성Protease활성은 아주 높으므로 쌀된장에 적합한 효소활성을 갖고 있으며, 또 압출처리시 원료배합비율을 바꾸면 코지의 효소균형도 쉽게 조정할 수 있음을 알 수 있었다.

4. 품질평가

■ 압출처리품의 코지를 쌀코지와 1/2대체하여 된장시제품을 양조하였다. 압출처리품의 코지는 쌀가루 60%배합분을 사용하여, 코지비율 7%, 염도 12%, 수분 50%로 담구어 30℃에서 45일간 발효 숙성하였다.

압출처리품의 코지는 5mm체의 Chopper에서 분쇄하여 사용하였다. 담금시의 된장의 미산성Protease활성은 1/2대체품이 쌀코지구에 비해서 약 1.5배 높았고, 쌀코지구에 비해서 1/2대체품이 색조와 pH가 약간 낮고, Formol태질소가 약 20%정도 향상되었다.

관능평가 결과, 1/2대체품이 약간 색조가 진하고, 감칠맛이 강하고, 냄새는 동일하였다. 염려하였던 콩비지의 독특한 냄새와 깔깔한 식감은 전혀 감지되지 않아 쌀코지와 대체하는 것이 가능하였다.

5. 결론

■ 미강, 콩비지 및 쌀가루를 압출처리하여 쌀된장용의 코지로서의 유용성이 실증되었다. 원료배합비율을 조정하면 효소균형도 조정할 수 있고, 쌀코지의 일정량을 대체하는 것도 가능함이 밝혀졌다.

압출처리품의 실용화의 문제점으로는 압출처리품의 용적이 찐쌀보다 몇 배로 부피가 커지는 점, 수분의 산포를 균일하게 하여야 하는 점, 수분평형에 시간이 많이 걸리는 점, 제국시 교반기에 의해 분쇄되어 로스가 생기는 점 등을 들 수 있다.

■ 본 실험에서는 원료의 팽화를 주목적으로 하였기 때문에 미강과 콩비지와 거의 동량의 쌀가루를 사용하였지만, 코지의 효소균형과 된장의 품질에서 고려하여 조정이 가능할 것으로 본다. 압출처리에 의하여 콩비지의 깔깔한 식감과 독특한 풍미가 대폭 감소되었는데, 이는 압출처리시 낮은 수분 상태에서 볶아질 정도인 150℃전후의 가열조건에서 이루어지기 때문이다.

콩비지의 독특한 풍미가 코지를 만들면 더욱 개선됨으로, 양조식품뿐만 아니라 다른 식품분야에의 이용도 크게 기대되어, 유효이용이 촉진되리라 본다.

■ Extruder에 의한 압출처리는 분쇄, 가열, 성형이 순식간에 이루어지므로 원료처리가 어려운 현미나 잡종곡물의 코지화 등에도 적용될 수 있으므로 신제품 개발에도 일조가 되리라고 생각된다.

◇ 전문가 제언

■ 식품제조부산물의 재활용은 소비자의 인식, 처리비용, 수집과 보존성 등의 문제 때문에 지금까지는 그 발생을 감소시키는 제조방법과 발생물의 유효이용에만 소극적으로 검토되어 왔으나, 2001년 4월 일본에서 식품Recycle법이 시행됨에 따라 식품부산물의 재활용이 국가적 과제로 추진되고 있으며, 2006년까지 재생이용률 목표 20%에 도달하기 위하여 식품 산업 전체가 비상이 걸려 있다. 우리나라에서도 자원순환과 친환경의 관점에서 식품부산물의 적극적인 활용을 위하여 입법화가 필요하다.

■ 쌀의 도정시 발생되는 미강은 미강유로 착유후 비료나 사료화 되고, 기능성성분으로 헤미셀루로스, 피틴산, 미강추출물 등으로 개발된 바 있고, 경상도지방에서 가는 등겨를 사용하여 등겨된장을 만든 예는 있었으나, 산업화된 적은 없었다.

또 두부 제조시에 발생되는 콩비지는 비료나 사료 또는 폐기되고 있는데, 콩비지와 쌀코지를 동량 사용하여 염도 5%에서 발효 숙성하여 단맛의 된장을 만들거나, 생콩비지를 제국-발효-숙성하여 백간장 조미료로 개발된 바는 있었으나, 대량소비는 없었다.

■미강과 콩비지는 지방산패와 수분과다로 보존성이 나쁘고, 독특한 냄새와 깔깔한 식감 때문에 재활용이 적었으나, Extruder를 이용하여 미강:콩비지:쌀가루=20:20:60의 배합비율로 쌀된장에 적용 가능성을 검토한 결과, 분쇄-혼합-가열-팽화-성형을 일괄 처리함으로서 공정의 단순화, α화와 단백변성, 효소의 실활, 저수분등으로 원료의 보존성이 좋아지고, 최종제품에서도 풍미와 식감이 개선되므로 쌀코지와의 1/2대체 또는 그 이상도 가능하리라 본다.

■ Extruder에 의한 원료의 압출처리는 분쇄, 가열, 성형이 순식간에 이루어지므로 원료처리가 어려운 현미나 잡곡의 코지화 뿐만 아니라 다른 식품부산물의 처리와 재활용 등에 적용할 수 있으므로 차별화된 신제품 개발에도 참고가 되리라고 생각된다.

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