Aquasoya, a plant based ingredient from upcycled sources: production, characterization, and application

Abstract

Chapter I: The water drained from chickpea cans, or aquafaba, had shown to have foaming and emulsifying properties comparable to eggs. Since the exploration of these properties had only been evaluated on chickpeas, this section aimed to expand the range of sourcing of aquafaba by evaluating the cooking water from Korean legumes: black soybeans (BSB) (Glycine max [L] Merr.), yellow soybeans (YSB) (Glycine max [L] Merr.), and small black beans (SBB) (Rhynchosia nulubilis). The composition and functionality of these legumes were evaluated against the well-established chickpea finding that they had superior performance. Principally the water from BSB and SBB contained a higher amount of protein and better emulsifying and foaming properties proving the potential of this material to be a new plant-based ingredient that revalorizes waste. The term aquasoya (AS) was then coined to refer to this superior cooking water.

Chapter II: Aquasoya needs to be industrialized in order to truly constitute an answer to the disposal of by-products by the food industry. However, there have not been studies addressing the application of key unit operations on AS. As a consequence, the effect of concentration methods, stove-top boiling (BL), cryoconcentration (CC), and thin-film evaporation (TF), were evaluated on the composition, particle size, morphology, and functional properties of black soybean aquasoya (BSAS) powder. It was found that CC produced the worst-performing powders, with the smallest particle size and lowest protein content. In contrast, BL powders had the highest protein content, the largest particles, and the best emulsifying and foaming capabilities. These results suggested that BL is a valid concentration option and that AS benefits from the application of additional heating steps.

Chapter III: Another limitation that further limits profiting from all the potential that AS has is its narrow application. To address this concern, BSAS powder was applied as a binding agent in the formulation of plant-based meat analog patties. Three doses of BSAS (3,6, and 12%) were evaluated against methylcellulose (3%) and the cooking changes, fluid retention abilities, and texture profile of the patties were analyzed. The results showed that at a dose of 12%, BSAS can equate the performance of methylcellulose enhancing the hardness and fluid binding capabilities while decreasing the cooking loss and shrinkage. In conclusion, this study demonstrated that aquasoya constitutes a novel plant-based additive that contributes to the revalorization of a by-product of the food industry. |식품산업은 혁신적이고 지속가능한 제품을 제조하고 소비자에게 제공하는 방법을 개선하는 과제를 안고 있다. 이것을 해결할 수 있는 방법 중 하나는 두류 증자액을 고부가 가치화하는 것이다. 두류 증자액이란 콩을 삶고 버려지는 물을 말하며, 장류 식품 제조 시 많은 양이 폐기된다. 최근 우수한 유화능력 및 거품형성능력을 보이는 것으로 평가되어 식품모델에 적용되고 있다. 본 연구에서는 국산 두류의 활용을 확대하는 데 초점을 맞추어 두류 증자액을 재평가하는 것을 목적으로 하였다. 각 장의 연구 내용은 다음과 같다. 본 연구의 첫 번째 장에서는 국산 두류 증자액의 기능적 특성을 평가하였다. 두류 증자액의 기능적 특성에 대한 탐구는 주로 아쿠아파바(병아리콩 증자액)에서 이루어졌다. 이에 본 절에서는 국산 두류 증자액을 서리태(Glycine max [L] Merr.), 대두(Glycine max [L] Merr.), 쥐눈이콩(Rhynchosia nulubilis) 등으로 평가하여 아쿠아파바 공급원의 범위를 넓히고자 하였다. 이 콩들은 병아리콩에 비해 우수한 성분과 기능성을 가지고 있는 것으로 평가되었다. 기본적으로 서리태와 쥐눈이콩 증자액은 아쿠아파바보다 더 높은 단백질 함량과 우수한 유화 및 거품형성능력을 보였으며, 이 물질이 새로운 식물성 소재가 될 가능성이 증명되었다. 그 과정에서 더 나은 두류 증자액을 지칭하기 위해 아쿠아소야라는 용어가 만들어졌다. 이어서 두 번째 장에서는, 농축기법이 서리태 아쿠아소야(BSAS) 분말 소재에 끼치는 영향에 대해 평가하였다. 현재 아쿠아소야에 대한 주요 공정 적용을 다루는 연구는 보고된 바가 없다. 이에 따라 stove-top boiling (BL), cryoconcentration (CC), thin-film evaporation(TF)로 농축 기법을 달리하여 BSAS 분말의 조성, 입도, 형태 및 기능적 특성을 평가하였다. CC는 가장 작은 입자 크기와 가장 낮은 단백질 함량의 분말을 생산하며 가장 좋지 않은 특성을 나타냈다. 반면 BL 분말은 단백질 함량이 가장 높고 입자가 가장 크며 유화 및 거품형성능력이 가장 우수했다. 이러한 결과는 BL이 바람직한 농축 방법이며, 추가적인 가열 공정이 아쿠아소야 분말에 긍정적인 영향을 끼친다는 것을 시사했다. 마지막으로 세 번째 장에서는 아쿠아소야의 적용 범위를 넓히기 위해 BSAS 분말을 식물성 대체육 패티의 제형에 결합제로 적용하였다. 메틸셀룰로오스(3%)에 대하여 BSAS(3, 6, 12%) 세 가지 함량을 평가하고 패티의 조리 전후 변화, fluid retention ability 및 texture profile을 분석하였다. 그 결과 12% BSAS를 첨가했을 때 경도와 유체 결합 능력을 향상시키며, 조리 손실과 수축을 감소시키는 메틸셀룰로오스와 동일한 특성을 보이는 것으로 밝혀졌다. 이러한 결과를 통해 아쿠아소야가 식품 결합제로써 적용될 수 있을 것이라고 판단된다. 결론적으로 본 연구는 아쿠아소야가 식품산업의 부산물 고부가 가치화에 기여하는 새로운 식물성 첨가물임을 입증하였다. 이를 통해 환경친화적인 소비자의 요구를 충족시키는 동시에 식품 산업의 환경적 영향을 감소시킬 수 있을 것이라 예상한다. 궁극적으로 본 연구는 다양한 목적으로 사용될 수 있는 식물성 첨가물로써의 아쿠아소야 생산을 위한 기반을 마련할 것으로 사료된다