팽화(Puffing/膨化)란 사전적 의미로 탄성이 있는 겔(Gel)이 액체를 흡수하여 부피가 증가하는 현상을 말합니다. 하지만 HMMA에서 팽화는 반드시 제어되어야 하는 부분입니다. 팽화가 발생한 TVP는 예측된 수분 함량과 차이가 발생하며 질기고 이질적인 식감을 가집니다. 또한 인위적 팽화가 아닌 불규칙한 팽화 발생으로 규격화의 어려움, 작업 안정성에도 영향을 끼칩니다.

이러한 성질을 이용해 뻥튀기나 일부 과자는 인위적으로 팽화를 일으켜 식감을 개선하거나 소화 흡수를 돕습니다.

HMMA는 고수분의 TVP(Textured Vegetable Protein)를 만들어 내는 것을 목적으로 합니다. Twin-Screw Extruder는 급속 가열을 통해 호퍼로 투입된 원료의 수분을 빠르게 증발 시킵니다. 이는 역설적으로 팽화를 일으키는 특화된 기계를 통해 높은 수분 함량을 가진 조직 식물 단백질을 만들어내는 방식입니다.

HMMA의 팽화를 제어하는 방식은 크게 두가지로 나눌 수 있습니다.

첫 번째는 배럴내 온도 조절입니다.

최종 배럴의 온도와 외부 온도의 차이를 줄여 팽화를 제어할 수 있습니다. 하지만 이 방식은 TVP 원료의 변성온도를 고려하지 않았을 때 가능한 이론입니다. 변성온도를 거치지 않은 원료는 TVP의 형태와 질감이 형성되지 않습니다.

두 번째는 냉각다이(Colling Zone) 설비를 이용한 방식입니다.

고온으로 사출되는 TVP를 외부와의 접촉없이 곧바로 냉각다이에 통과시켜 팽화를 막는 방식입니다. 오래전부터 HMMA 제조시 가장 널리 사용되는 기술로 고온으로 사출된 TVP를 저온의 냉각다이를 거치게끔 만듭니다. 상온보다 더 급격한 온도 차이가 발생하지만 냉각다이 내에서 수분의 증발을 최대한 억제시켜 고수분 TVP를 만들어 낼 수 있습니다.

팽화는 식품 제조시 사용 목적에 따라 적절히 사용되는 물리적 현상입니다. 우리가 흔히 접하는 콩고기는 인위적으로 팽화를 일으켜 저수분 형태의 TVP를 만드는 방식(LMMA : Low Moisture Meat Analogues)을 말합니다. 단, 저수분 TVP는 팽화 이후 건조 단계를 거쳐 유통되기 때문에 원물 상태로 섭취가 어려우며 수화(Hydration/水和)와 탈수(dehydration/脫水)를 거쳐 조리해야 합니다.

고수분 TVP는 저수분 TVP의 단점을 보완 및 개선한 가장 진일보한 대체육 제조 기술입니다.

저희 더원홀푸드는 TVP에 적합한 해외 원료를 찾아내는 관리*구매팀부터 HMMA 품질관리를 맡고 있는 식품안전팀까지 각자의 자리에서 최고의 대체육을 만들기 위해 노력하고 있습니다.

대체육을 제조하는 방식은 과거 양무제를 기원으로 한 콩고기, 소와 돼지 같은 동물로부터 체취한 세포를 이용한 배양육, 높은 단백질원으로 활용 가능한 식용곤충 등이 있습니다. 다양한 방식으로 탄소 감축과 기상이변을 막기 위한 미래 식량 산업으로 발전하고 있습니다.

그 중 Twin-Screw Extruder는 HMMA(High Moisture Meat Analogue)를 제조함에 있어 범용성과 상업성을 동시에 갖춘 방식입니다. HMMA는 기존의 저수분 대체육에서 볼 수 없던 실제 육류와 유사한 ‘결’과 '식감'을 가지고 있습니다.

Twin-Screw Extruder를 사용한 HMMA의 기본 원리는 혼합, 열, 압력 그리고 냉각을 주요 골자로 하고 있습니다. HMMA 제조사들은 각각의 부분에 고유한 기술을 접목하여 제품을 만들어 내고 있습니다. 혼합 방식부터 열과 압력을 가하는 기술과 장비, 냉각 방식과 설정까지 많은 부분이 다릅니다.

호퍼(Hopper)는 깔때기 모양의 투입구로 원료가 Twin-Screw Extruder에 들어가는 부분을 말합니다. 원료는 이송장치(feed gear)를 통해 호퍼에 투입되며 제조 시설의 용량에 따라 크기가 달라집니다. 원료가 호퍼에 균일하게 투입되지 않을 시 투입구 쪽 역류가 발생할 수 있으며 불규칙한 TVP 질감이 만들어지게 됩니다.

Twin-Screw Extruder의 심장이라 할 수 있는 배럴(barrel)은 목적에 따라 여러 구간으로 나뉩니다. 배럴은 고온을 전달함과 동시에 내부의 Twin-Screw를 통해 강한 압력을 원료에 주게 됩니다. 배럴은 원료 혹은 배합비에 따라 온도 설정이 다르며 단백질을 변성온도에 도달시켜 혼합, 변성과 재정렬을 해줍니다. 원료가 배럴에서 완벽하게 변성되어야 고품질의 TVP가 만들어집니다. 배럴은 외부온도편차, 스크류 구성 방식, 배럴온도, 스크류 속도 등이 변수로 작용됩니다.

압출을 통해 나온 고온의 TVP는 Cooling Zone을 거치면서 팽화를 막아주며 새로운 구조적 형태를 만듭니다. 팽화는 TVP의 상업적 가치 및 작업의 연속성을 위해서 꼭 제어해야 하는 요소입니다.

Twin-Screw Extruder는 복잡하지 않은 원리를 가진 기계이지만 각각의 부분이 지닌 변수들이 많고 그에 따른 결과의 편차가 매우 심합니다.

사진 1, 사진 2 는 저희 더원홀푸드에서 진행한 HMMA 사출 테스트 중 일부입니다. 동일한 수분을 가진 원료를 호퍼에 투입했으나 단 하나의 기계적 조절변수(morderating variable)만으로도 매우 다른 결과를 보였습니다. 경도, 구조, 수분량, 식감등은 물론 제품의 상품성까지도 결정됩니다.

Twin-Screw Extruder에 관련된 국내외 양질의 논문이 존재하지만 HMMA 전문 제조 설비 업체의 부재, 설비의 규모, 제조사별 조건 값이 상이하여 똑같은 결과를 얻을 수가 없었습니다. 더욱이 HMMA 관련 정보는 현재까지도 기계적, 기술적 참고 자료조차 매우 부족하여 수많은 변수를 직접 찾아내어 결과를 이끌어내야 합니다.

사람들은 하늘을 날 수 있다는 라이트 형제의 말을 믿지 않았습니다. 아무도 성공한 적도 없었고 모두 실패했기 때문입니다. 라이트 형제도 수많은 실패를 거쳤지만 결코 포기하지 않고 끊임없는 실험을 통해 결국 꿈을 이뤄냈습니다.

저희 더원홀푸드는 Twin-Screw Extruder를 사용한 고품질의 HMMA를 만들고 있습니다.