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향료제형 : 유화향료

향료의 제형화 : release control
- 수용화 Essence
- 가용화 Solubilization
- 유화 Cloudy
- 분말화 SD powder
- 과립화 Pallet
- Encapsulation

- 유화 : 유화종류
- 비중조정제

유화향료  : 中村哲也   (최신 소프트드링크 p147~152, 2003 光琳)

1 성질
(1) 유화향료의 특징
천연향료, 합성향료, 조합향료의 대부분은 유용성(油溶性)이며, 그대로는 음료 등에 첨가하는 것이 곤란하기 때문에, 어떤 방법으로든 수용성으로 만들 필요가 있다. 유용성향료를 수용성으로 하는 방법으로는 함수Alcohol로 향기 성분을 추출하는 방법(Essence)과 유화제(乳化劑)를 이용하여 유화물(乳化物)로 하여 수중(水中)에 분산시키는 방법이 있는데 후자를 유화향료라고 한다.
유화향료는 0.05%~1.0%의 소량 첨가로 최종제품의 음료에 풍미, 탁도를 주는 것이 가능하고, 유화향료중의 오일부(油相部)에 유용성색소를 용해시켜 음료를 착색하는 것도 가능하다. 또한 유용성 비타민, 기능성유지를 오일부에 용해시켜서 기능성 유화향료의 조제도 가능하다.
유화향료를 음료에 첨가했을 경우, Essence에 비해 Flavor의 발현이 Mild 하며, Body감, Volume감이 있는 풍미를 부여할 수 있기 때문에 과즙음료, 무과즙음료, 탄산음료, 무탄산음료 등 각종 음료에 사용된다.
유화향료는 서로 섞이지 않는 2종류의 액체의 혼합물로, 수상부(水相部)중에 유상부가 미립자 상태로 분산된, 물리화학적으로는 불안정한 System이지만 그 유화향료상태와 음료에 희석된 상태에서의 장기간의 안정성이 요구되는 제품이다.  이러한 안정성은 최저 6개월, 때에 따라 그 이상의 기간이 요구된다.

(2) 유화향료의 물성
그림 3-2에 유화향료의 붕괴모델을 나타냈다. 유화향료의 붕괴에는 Creaming, 응집, 합일의 과정이 있다.

표 3-2에 분산 입자의 침강 속도에 관한 Stokes 식을 나타냈는데, 분산매(分散媒, 水相部)와 분산질(分散質, 油相部)의 비중차이를 줄여, 유화향료중의 유화 입자의 입경을 작게 해, 분산매의 점도를 높이는 것으로 유화향료에서의 오일분리를 방지하는 것이 가능해진다. 또한 응집, 합일은 유화제, 분산매, 분산질의 조합이 나쁜 경우에 많이 보여지므로 유화제 조성등을 변경할 필요가 있다.

표3-2 Stoke의 식 (침강속도)
V = g(ρ1- ρ2)D² / 18η
  g : 중력,  D : 분산입자의 직경,   ρ1 : 분산질의 비중, ρ2 : 분산매의 비중

음료에 사용되는 유화향료를 조제할 때는, 최종 음료 중에서의 오일분리 (Ring, 침전)를 막기 위해서 유상부의 비중조정과 유화제의 선택이 큰 포인트가 된다.  유상부의 비중을 최종 음료의 비중에 맞추기 위해서, 비중조정제로서 자당지방산에스테르가 사용된다. 비중조정제로서 천연수지도 사용되었지만, 수지 특유의 취가 있기 때문에 최근에는 사용되지 않는 경우가 많다. 표3-3에 식품에 사용 가능한 유화제를 나타내었다.

표3-3 유화제의 종류
화학적합성품
      글리세린지방산에스테르, 솔비탄지방산에스테르, 프로필렌글리콜지방산
      에스테르, 자당지방산에스테르, 알긴산나트륨, 각종화공전분등
천연물
      레시틴, 사포닌, 키라야추출물, 아라비아검, 산탄검, 젤라틴등

유화제에 따라, 그 자체의 특유한 향미, 유화능력, 용해성이 다르기 때문에, 목적으로 하는 유화향료에 따른 사용구분이 필요하다. 음료용 유화향료에 대해서는 유화향료 상태 및 음료에 희석된 상태에서 장기간 안정성을 주는 유화제는 적으며 특히 청량음료수용의 유화향료에는 아라비아검, 폴리글리세린 지방산 에스테르가 주로 사용되고 있다.  

그림3-3은 음료중의 아라비아검을 유화제로한 오일입자의 모델도를 나타내었다.

아라비아검은 (-)전하를 가진 다당류로 오일 입자의 주위에 장해가 되는 필름을 형성하여 입자에 전하를 주고 반발력을 증가시켜 농후상태, 희석상태에서의 Emulsion을 안정화 한다. 폴리글리세린 지방산 에스테르는 비이온성 유화제이며, 글리세린을 가열, 탈수하여 중합시켜 얻는 폴리글리세린과 지방산을 에스테르화한 것으로, 폴리글리세린의 중합도, 지방산의 종류에 의해 여러 가지 종류의 것이 있지만, 유용성 향료의 유화(O/W Emulsion)에는 HLB치가 큰 친수성의 것이 사용된다.  폴리글리세린 지방산 에스테르도 아라비아검과 같이 유화입자의 주위에 필름을 형성하여 안정성을 향상시킨다. 또한, 이들 향료를 포함한 유화입자 주위의 필름이 Body감과 좋은 맛 등의 향미 발현 특징을 준다고 생각된다.

(3) 유화 향료의 제법
음료용 유화향료의 제법을 그림3-4에 나타내었다. 유상부에는 유용성향료, 유용성색소, 기능성유지류와 식용유지, 비중조정제, 유용성 항산화제가 사용된다. 수상부에는, 유화제로서 아라비아검, 폴리글리세린지방산에스테르 등이 사용되며 안정제로서 글리세린, 솔비톨, 프로필렌글리콜 등이 사용된다. 또한, 필요에 따라 수용성항산화제, 산이 첨가된다. 이렇게 각각 조제된 유상부와 수상부는 혼합된 후, 예비유화를 거쳐 본유화 공정에서 목적 크기의 입자로 조제된다.


유화입자 지름과 그것을 희석했을 때의 희석액의 탁도, 외관과의 관계를 표3-4에 나타냈다. 유화입자의 조제에는, 교반 혼합기, Homo Mixer, 고압균질기 등이 사용된다.


유화향료의 제조 시 예비유화 이후의 공정에서 가열처리는 모처럼 조제한 유화입자를 부수어 버리게 되기 때문에, 유상부, 수상부 모두 살균할 수 있는 원료는 예비 유화 공정에 들어가기 전에 소정의 살균을 실시하고 예비유화 이후의 공정에서는 무균적 환경에 가까운 조건으로 세심한 주의를 기울여 제조된다.

2 사용법

음료용 유화 향료는 오일부의 비중을 목적으로 하는 최종음료의 비중에 맞추기 때문에, 사용 가능한 Brix 범위가 있다. 예를 들면, Brix 6의 음료용으로 조제된 유화향료를 Brix 12의 음료에 부향한 경우, 조제직후는 이상이 확인되지 않지만, 보존 중에 서서히 Ring이 발생한다. 설정비중이 무거운 유화 향료를 그것보다 가벼운 비중을 가지는 음료에 부향하면 경시적으로 침전이 발생한다.

최근 음료의 경향으로서 음료소재 중에 각종 기능성소재가 첨가되는 것이 많은데, 유화향료를 사용할 경우, 음료소재와의 Matching에 관해서 충분한 실험이 필요하다. 예를 들면, 음료중의 단백질, 단백질 분해물, 난소화성 다당류, 수용성 천연색소, 폴리페놀류 등과 유화 향료에 사용하고 있는 유화제, 그 외의 성분이 반응해 응집물을 생성하거나 유화파괴를 일으킬 수 있다. 이 경우 음료 탁도의 극단적인 저하, 상승이 확인되는 외에 Ring, 침전 또는 음료 중에 유화 입자의 응집물이 솜털처럼 부유(Flog)하거나 음료용기 내면에 유화입자 응집물이 다량으로 부착하는 현상이 일어날 수 있다. 유화향료와 음료기재와의 반응성은 소정의 첨가량으로 음료를 조제해 음료가 노출되는 온도조건에서 보존한 후, 상태의 관찰, 탁도 측정, 유화입자의 입경을 측정해 확인할 수 있다. 또한, 유화향료, 음료소재의 첨가량을 정해진 양보다 높게(소재의 종류에 의존한다) 첨가한 음료를 조제하여 35℃, 50℃등의 온도영역에서 보존하면 반응이 가속되어 조기에 확인 되는 경우도 있다.

음료에는 Essence와 유화향료가 병용되는 것이 많은데, Essence중에 포함되어 있는 Alcohol이 유화파괴의 원인이 되기 때문에, Essence와 유화 향료를 직접 고농도로 접촉시키는 것은 반드시 피해야 한다. Essence를 계량한 용기로 유화향료를 계량하면 부분적인 유화 파괴가 생긴다. 또 이 반대로 하여도 이와 같이 유화파괴를 일으킨다. 유화파괴를 일으킨 유화입자는 음료 중에서 쉽게 Ring 또는 침전이 된다.  음료를 조제할 때는 Essence를 먼저 첨가하여, 음료 중에 잘 분산시키고 나서 유화향료를 첨가하는 등의 주의가 필요하다.

유음료등의 음료제조공정에서는 유음료 중의 단백질 등의 기포성 물질에 기인한 발포가 보이는데 이 발포를 억제하기 위해서 실리콘 등의 소포제가 첨가되는 경우가 있다. 유화향료를 첨가한 음료에 실리콘 등의 소포제를 첨가한 경우 소포제에 의해 유화가 쉽게 파괴되어 오일분리를 일으키는 경우가 많다. 음료 중에서 유화향료, 소포제의 병용은 피해야 하는지 충분한 실험이 필요하다.

유화향료를 음료시럽에 용해, 분산시키려면 어느 정도의 교반이 필요하지만, 과도한 교반에 의해 유화입자가 파괴되고 오일분리를 일으키는 경우가 있으므로, 혼합시의 교반 방법, 강도에 주의가 필요하다.

   


3 보존방법

유화향료는 서로 섞이지 않는 2종류 액체의 혼합물이며, 수상부에 유상부가 미립자 상태로 분산된 물리화학적으로 불안정한 System이기 때문에, 기본적으로 냉장(0~10℃)에서의 보존이 바람직하다. 유화향료에 포함되는 감귤계 Essential Oil, Ester류, Aldehyde류, Alcohol류 등의 향기성분에 관해서도 보존온도가 낮을수록 보존시의 경시 변화가 적다.
유화향료는 향료 등을 포함한 유상부를 수상부중에 유화한 것이기 때문에 미생물 오염에 충분한 주의가 필요하다. 유화향료의 제조 시 전술한 것과 같이 각 원료를 살균한 후, 미생물 오염에 충분히 주의하면서 제조하고 있지만, 사용시의 취급에도 충분히 주의하여 오염을 방지하는 것이 필요하다. 또한, 유화향료가 미생물에 의해 오염되더라도 그 증식을 억제하도록, 유화향료의 조성에 관해서 연구가 진행 중이다. 세균의 증식을 막는 구체적인 방법으로는, 방부제 (안식향산나트륨, Alcohol)의 첨가, pH의 저하(pH는 4이하로 내리지 않으면 큰 효과가 없지만, pH가 너무 낮으면 유화안정성이 나빠진다), 다가(多價) Alcohol의 병용, 수분활성의 저하 등 여러 가지가 있지만, 유화향료의 성질상 실제로는 상당한 제약을 받는다. 미생물오염에 대한 대책으로서 유화향료의 사용시의 취급에 충분히 주의를 하고, 사용 후에는 신속하게 밀봉해 냉장하는 것이 바람직하다.