밀가루를 대신할 고대 곡물! 대체제 가공 기술과 응용 가능성

고대 곡물의 부활과 밀가루 대체의 필요성

최근 지속 가능성과 건강 중심의 식품 소비 트렌드가 확산되면서, 전통적인 밀가루의 대안으로 고대 곡물(Ancient Grains) 기반 밀가루 대체제가 주목받고 있다. 고대 곡물은 수천 년 동안 재배된 유전자 변형이 없는 품종으로, 영양학적 우수성, 저탄수화물 특성, 글루텐 함량 감소 등의 이점을 제공한다. 대표적인 고대 곡물로는 아마란스(Amaranth), 퀴노아(Quinoa), 티프(Teff), 스펠트밀(Spelt), 에머밀(Emmer), 파로(Farro) 등이 있으며, 이들의 가공 및 응용 기술이 밀가루 대체 시장에서 급속히 발전하고 있다.

 

 

고대 곡물의 특성

고대 곡물은 일반 밀과 비교하여 다음과 같은 영양적, 기능적, 환경적 특성을 가진다.

1. 영양적 특성

• 단백질 함량: 고대 곡물은 일반 밀보다 단백질 함량이 15~25% 높으며, 필수 아미노산이 풍부하다. 특히 퀴노아와 아마란스는 라이신(Lysine)과 같은 제한 아미노산을 포함하고 있어 완전 단백질로 평가된다.
• 식이섬유: 티프와 스펠트밀은 식이섬유 함량이 10%로, 밀가루(3%)보다 월등히 높아 소화 건강과 혈당 조절에 유리하다.
• 미네랄과 비타민: 철, 마그네슘, 아연, 비타민 B군이 풍부하며, 특히 에머밀과 파로는 비타민 E와 항산화 물질을 다량 함유하고 있다.
• 저혈당 지수(GI): 대부분의 고대 곡물은 저GI 식품으로, 혈당 스파이크를 최소화하고 장기간 에너지를 안정적으로 공급한다.

2. 기능적 특성

• 글루텐 함량: 일부 고대 곡물(스펠트밀, 에머밀)은 글루텐을 함유하지만, 글루텐 구조가 약하고 소화율이 높아 글루텐 민감성을 줄인다.
• 겔 형성력: 아마란스와 티프는 전분 겔화 특성이 우수해 제빵 및 베이킹 제품의 조직감을 개선하는 데 적합하다.
• 유화 및 결착력: 퀴노아 단백질은 유화성과 수분 유지력이 뛰어나, 비스킷, 케이크, 파스타 제조에 활용된다.

3. 환경적 특성

• 저자원 재배: 고대 곡물은 건조하고 척박한 환경에서도 생육 가능하여, 관개수와 비료 사용을 최소화하는 지속 가능한 작물로 주목받고 있다.
• 생물 다양성 보호: 전통 곡물의 재배는 유전자 다양성을 유지하고, 토양 건강과 생태계를 보호하는 역할을 한다.

 

고대 곡물 기반 밀가루 대체제의 제조 기술

1. 원료 선택과 전처리 공정

고대 곡물 밀가루의 품질은 원료의 선택과 전처리 단계에서 크게 좌우된다. 각 곡물의 고유한 성분과 특성을 보존하면서도, 항영양소를 제거하고 가공성을 높이는 것이 목표다.

• 곡물 선별: 곡물은 수확 후 크기, 무게, 색상에 따라 선별된다. 이 과정에서는 광학 선별기와 진동 체(sieving system)를 활용해 불순물과 손상된 곡물을 제거한다.
• 세척 및 살균: 표면의 먼지와 미생물을 제거하기 위해 온수 세척(hot water washing)과 스팀 처리(steam blanching)가 적용된다. 이는 미생물 부하를 낮추고 저장성을 높이는 역할을 한다.
• 발아(Germination) 처리: 퀴노아, 아마란스, 티프와 같은 고대 곡물은 발아 과정에서 피틴산(phytic acid)과 같은 항영양소가 감소하고 GABA(γ-Aminobutyric Acid)와 같은 기능성 성분이 증가한다. 정제된 수분과 온도(20~25°C)를 일정하게 유지하는 발아 컨트롤러(germination chamber)가 사용된다.
• 로스팅 및 불활성화: 곡물의 효소 활성을 억제하고 풍미를 강화하기 위해 건식 로스팅(dry roasting, 120°C, 10분) 또는 적외선(IR) 처리가 적용된다. 이 과정에서 단백질의 변성 정도가 조절되어 반죽의 점탄성을 개선한다.
• 고대 곡물의 단단한 외피: 고대 곡물(예: 티프, 에머밀, 스펠트밀)은 일반 밀보다 외피(브랜)와 배유층이 두꺼워 단단한 구조를 가진다. 이를 해결하기 위해 스팀 컨디셔닝(Steam Conditioning)과 고압 수세 기술(Hydrothermal Washing)을 적용해 외피를 부드럽게 한 뒤 분쇄를 진행한다.
• 탈피 기술: 일부 고대 곡물(파로, 에머밀)은 껍질이 단단하게 밀착된 겉보리형 구조를 갖고 있어, 일반 곡물보다 충격식 탈피(Impact Dehulling)와 마찰식 탈피(Abrasive Dehulling)가 필수적으로 적용된다 (예: 파로는 5~7%의 곡물 손실을 줄이기 위해 충격식 탈피 후 공기 흐름을 이용한 이중 정선(Air Classifier)을 활용).

2. 분쇄 및 미세화 공정

고대 곡물은 일반 밀보다 섬유질과 미세 단백질 입자가 많아 분쇄 과정에서 균일한 입자 크기를 유지하는 것이 중요하다. 이를 위해 초미세 분쇄(Ultrafine Grinding)와 나노화(Nanoparticle Technology)가 적용된다.

• 습식 분쇄(Wet Milling): 고대 곡물을 일정한 수분(30%)과 함께 분쇄하는 방식으로, 전분과 단백질을 분리하고 미세한 입자(100μm)로 가공할 수 있다. 이 과정에서 기계적 압력과 마찰을 최소화하여 열 변성을 방지한다.
• 초미세 분쇄(Ultrafine Grinding): 기류 밀(Air Classifier Mill)을 사용해 입자 크기 10~50μm 수준으로 곡물을 미세화한다. 이 과정은 고속 회전력과 원심력을 이용해 경질과 연질 성분을 분리하는 방식으로, 베이킹과 반죽의 균일성을 높인다.
• 나노화 기술: 최근에는 고압 유화기(high-pressure homogenizer)와 볼 밀(ball milling)을 이용해 입자 크기를 나노 스케일(100~500nm)로 줄이는 연구가 진행되고 있다. 이러한 나노화된 밀가루는 소화율과 기능성 성분의 생체이용률을 높이는 장점을 제공한다.

3. 열처리 및 효소 처리 기술

고대 곡물의 물성은 전분과 단백질의 구조적 특성에 의해 결정된다. 이를 최적화하기 위해 열처리와 효소 처리가 필수적으로 적용된다.

• 전분 변성(Starch Modification): 고온·고압 처리(120°C, 30분)를 통해 전분의 저항성(resistant starch) 함량을 높이고, 혈당 반응을 낮추는 방식이 사용된다. 기계적 압출(mechanical extrusion)과 수증기 처리를 병행하면 조직감 개선과 저장성이 강화된다.
• 효소 가수분해(Enzymatic Hydrolysis): 프로테아제(protease)와 아밀라제(amylase)를 사용해 단백질과 전분을 저분자 형태로 분해한다. 이 과정은 소화율을 개선하고 물결합력을 높이는 역할을 한다.
• 발효 처리(Fermentation): 최근에는 유산균과 효모를 이용해 발효 과정에서 항영양소를 줄이고, 식감과 풍미를 개선하는 기술이 도입되고 있다. 퀴노아 발효 밀가루는 소화율이 20~30% 증가한 사례로 주목받고 있다.
• 단백질 구조 조절: 고대 곡물의 단백질은 글루텐 결합력이 약해 제빵 과정에서 탄력성이 떨어진다. 이를 보완하기 위해 효소 처리(Enzyme Hydrolysis)와 단백질 결합 촉진제(Protein Cross-Linking Agent)를 활용한다.
  예: 스펠트밀은 트랜스글루타미나제(Transglutaminase) 처리 후 반죽의 탄력이 30% 증가함.

4. 최종 가공 및 품질 개선

최종 제품의 품질은 입자 크기와 성분의 균일성, 보존성에 의해 결정된다. 이를 위해 다음과 같은 고급 가공 기술이 활용된다.

• 동결 건조(Freeze Drying): -40~50°C의 저온 환경에서 수분을 제거해 영양소 파괴를 최소화하고, 입자 형태를 유지하는 방식이다. 이는 특히 기능성 베이킹 제품과 고단백 파우더 생산에 적합하다.
• 진공 건조(Vacuum Drying): 저온(40~60°C)에서 진공 환경을 유지하면서 수분을 제거하는 방식으로, 수율과 생산성이 높다. 특히 티프와 스펠트 기반 밀가루는 이 방식으로 식감과 풍미를 개선할 수 있다.
• 열풍 건조(Hot Air Drying): 75~90°C의 열풍을 이용해 빠르게 수분을 제거하는 방식으로, 소규모 가공과 고속 생산 라인에서 주로 사용된다.

5. 품질 제어 및 저장성 향상

고대 곡물 밀가루는 식이섬유와 지방 함량이 높아 산패와 변질의 위험이 크기 때문에, 품질 유지와 저장성을 높이기 위한 특화 기술이 필요하다.

• 산화 방지: 산화 방지제(토코페롤, 아스코르브산)를 첨가하거나 질소 충전 포장(Nitrogen flushing)을 통해 산패를 예방한다.
• 수분 조절: 동결 건조와 진공 건조를 통해 수분 함량을 10% 이하로 유지하고, 습기 흡수를 막는 포장을 사용해 제품 안정성을 높인다.
• 항균 처리: 천연 항균제(예: 로즈마리 추출물, 시나몬 오일)와 식물성 폴리페놀을 첨가해 미생물 번식을 억제한다.

6. 최신 연구와 산업적 응용 사례

최근에는 고대 곡물 기반 밀가루의 기능성을 높이기 위한 연구가 활발히 진행되고 있다. 특히 정밀 발효(Precision Fermentation)와 단백질 변성 기술을 접목해 고대 곡물의 영양 성분과 기능성을 극대화하는 연구가 주목받고 있다.

• Bob's Red Mill(미국): 퀴노아, 아마란스, 티프 기반의 글루텐 프리 밀가루와 베이킹 믹스를 출시하고, 초미세 분쇄 기술과 동결 건조 공법을 적용해 제품의 안정성을 강화했다.
• Amisa(독일): 유기농 스펠트밀과 에머밀 기반의 비건 파스타와 베이킹 제품을 생산하며, 발아 공정과 효소 처리를 통해 항영양소를 최소화하는 기술을 적용했다.
• 근데, 농촌진흥청(한국): 퀴노아와 티프를 이용한 글루텐 프리 베이킹용 밀가루를 개발하고, 초미세 분쇄와 진공 건조 기술을 통해 입자 균일성과 저장성을 개선했다.