식용유지의 물성 개량 방법 - 수소화, 에스터교환, 분별

식용유지의 물성 개량 방법

 

대부분의 유지는 고유의 품성 그대로 이용한 경우 매우 제한된 분야에서만 이용된다. 따라서 용도의 영역을 확장하기 위해서 물리 • 화학적으로 물성을 개량하여 가공성을 높인다. 가장 널리 알려진 유지변형 기술로, 수소화, 에스터 교환 그리고 분별을 들 수 있다.

수소화는 트리글리세롤의 아실기 불포화도를 조절하고 에스터 교환은 지방산 사슬을 재배열하며, 분별은 트리아실글리세롤을 물리적으로 분리함으로써 유지의 특성을 변화시킨다는 공통적인 특징을 갖는다.


1. 수소화
식품용 혹은 공업용으로 원료유에 수소를 첨가, 물성을 개량하여 기능성을 강화하는 공정을 수소화라 하고 이렇게 얻은 유지제품을 수소화유지라 한다. 수소화의 원리는 원료유의 불포화를 감소시킴으로써 융점을 높여 산화안정성과 기능성을 증가시키는 것이다. 수소화는 흔히 니켈 등의 금속 촉매 사용을 수반하는 촉매반응이며 반응속도는 불포화도의 함수이다. 수소화는 발열반응이기 때문에 요오드값이 단계적으로 떨어짐에 따라 온도는 1.6~ 1.7°C씩 증가한다. 이때 발생되는 열은 통상적으로 현장의 다른 공정 혹은 별도의 반응장치로 공급하여 활용한다.


2. 에스터 교환
분자 수준에서 트리아실글리세롤의 구조변환이 상업적으로 실용화되고 있다. 트리아실글리세롤의 구조변환은 특수한 구조를 갖는 지방질을 얻기 위해 수행한다. 대부분의 천연유지는 본래의 물성 그대로 이용할 경우 매우 제한된 분야에서만 적용되기 때문에 용도의 영역을 확장하기 위해서 일정한 기능성 예를 들면 특정한 융점 혹은 특유한 고체지 함량 등을 얻기 위해 트리아실글리세롤의 구조변환을 통한 유지변형을 시도한다.

 

 

에스터교환의 목적

최근 이슈화 되는 트랜스지방산의 건강 유해성과 관련하여 에스터 교환이 주목받고 있다.
에스터 교환이란 지방 혹은 지방산 에스터로 구성된 물질이 다른 지방산과 반응, 알코올과의 반응 혹은 기타 에스터와의 반응을 거치면서 지방산의 상호교환을 통해 새로운 에스터를 생성하는 반응이다. 일반적으로 에스터 교환은 유지의 물리적 특성을 개량하는 목적으로 시도한다. 천연유지를 원료유로 사용하거나 혹은 수소화유 혹은 분별유를 원료유로 사용한다. 에스터 교환의 목적은 다음과 같다.


① 혼합유지의 SFC(solid fat content)프로필을 완만하게 하거나 융점을 낮추기 위함
② 종류가 다른 고체지 상태의 트리아실글리세롤 간의 화합성을 개선하기 위함
③ 결정화 특성을 개량하여 제품의 가소성을 높이기 위함
④ 혼합유지의 개별 특성을 조합하여 가공성을 개선하기 위함

열역학적 분리과정, 분별

 

수소화와 에스터 교환은 기름의 화학적 조성이 비가역적으로 변화되는 화학반응에 근거하는 반면 분별은 선택적인 물리적 분리 과정을 통해 유지의 화학적 조성을 가역적으로 변화시킨다. 수소화와 에스터 교환 같은 화학적 유지변형 기술은 촉매의 오염과 부자용의 가능성을 완전하게 배제할 수 없기 때문에 정제단계를 추가로 실시한다. 이와는 달리 분별은 완전히 가역적인 유지변형 기술로서 기본적으로 서로 다른 물화학적 특성을 갖는 두 가지 혹은 그 이상의 분회체를 물리적으로 분리하는 열역학적 분리 공정이다. 여러 분별공정 중 건식분별(dry fractionation)은 유지변형을 위한 가장 간편하고 경제적인 방식이다. 공정 후 추가의 후속 과정을 요구하지 않으며 기름 손실도 거의 발생하지 않는다. 특히 오늘날 급변하는 시장 환경에서 건식분별은 수소화나 에스터 교환보다는 월등한 장점을 갖는다. 공정비용이 낮고 기름 손실이 없다는 측면, 그리고 공정의 유연한 가역성 즉 필요하다면 제 품을 원료로 되돌릴 수 있다는 측면에서 유용한 변형 기술이라 할 수 있다.

※ 분별 원리
분별의 원리는 유지를 구성하는 지방산의 서로 다른 결정 즉 결정화율, 용해도 그리고 휘발성의 차이를 이용하여 결정화된 고형분획체(스태아린)와 결정화가 일어나지 않은 액상 분회체(올레인)을 여과 혹은 원심분리로 분획한다. 유지에는 gum질, 단백질, 점질물, 지방산, 색소, 섬유질, 탄닌, wax질, 물 등이 함유되어 있다. 이들 불순물은 유지 중에 뜨거나 가라앉아서 유지를 흐리게 하고 산패를 촉진하며 불순물 자신이 산화 분해에 의해서 유지의 색이 진하게 되어 결국 불쾌한 냄새와 맛을 띠게 된다. 또 어떤 경우에는 불순물의 특징으로 유지의 식용가치를 떨어뜨리는 수도 있다. 따라서 이들의 불순물을 제거하는 공정이 대단히 중요하다. 원유 중에 들어있는 불순물 중 흙, 모래, 원료의 조각 등과 같이 침전된 상태로 들어있는 것은 정치법, 여과법, 원심분리법 등의 물리적 방법으로 비교적 쉽게 제거할 수 있으나 단백질, 점 질물, 검질 등과 같이 유지 중에 교 질 상태로 있는 것은 기계적인 처리만으로는 분리되기 어려 우며 화학적인 처리가 필요하다. 지방산, 색소, 냄새나는 물질 등은 기름 중에 녹아 있으므로 이들의 제거를 위해서는 물리적인 방법과 화학적인 방법을 병용하여야 한다.
원유 → 정치 → 여과 → 탈김 → 탈산 → 탈색 → 탈납 → 탈취 → 정제 기름