KR0124792B1 - 옥수수 낟알을 침지시키는 방법 및 옥수수 가공방법 - Google Patents

옥수수 낟알을 침지시키는 방법 및 옥수수 가공방법

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KR0124792B1 KR1019880009483A KR880009483A KR0124792B1 KR 0124792 B1 KR0124792 B1 KR 0124792B1 KR 1019880009483 A KR1019880009483 A KR 1019880009483A KR 880009483 A KR880009483 A KR 880009483A KR 0124792 B1 KR0124792 B1 KR 0124792B1
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Abstract

내용없음.

Description

옥수수 낟알을 침지시키는 방법 및 옥수수 가공방법
본 발명은 옥수수 또는 수수 낟알을 이산화황을 함유하는 온수에 침지시키는 방법에 관한 것이다. 이후에는 편의를 위해 단지 옥수수만을 언급할 것이다. 옥수수 낟알의 침지는 배종, 단백질 및 전분과 같은 다른 생산물 부분을 얻기 위한 옥수수 가공에 있어서 첫번째 단계이다. 이 첫번째 단계에서, 굳은 옥수수 낟알은 이들을 연화시키기 위해 침지시킨다. 낟알이 물을 흡수하고 팽윤된다. 동시에 수용성 물질이 옥수수로부터 침출되어 나와서 침지액으로 들어간다. 침지액의 온도는 대부분 40-55℃이다. 일반적으로 약 0.2% 존재하는 이산화황은 세포벽 구조를 파괴하여 침지시키는 동안 미생물의 성장을 방지한다. 침지 공정은 약 48시간 동안 계속된다. 서로 다른 생산품 부분을 얻는 뒤 따르는 모든 단계들은 훨씬 더 짧다. 얻어진 옥수수 침지액(CSL)은 증발시켜 농축시킨다. 얻어진 생성물은 단순히 동물 사료로서 뿐만 아니라 미생물 발효에 있어 영양소로서 사용될 수 있다. 팽윤된 낟알은 다른 단계를 해서 배종, 섬유, 전분 및 단백질 부분으로 더욱 분리된다.
많은 다른 식물 종자에서와 같이, 피틴산 죽 미오이노시톨의 헥사인산 에스테르가 옥수수 낟알에도 존재한다. 피틴산은 대부분 칼슘 및 마그네슘 염의 형태로 존재하며 이는 일반적으로 피틴이라 불린다. 식물에 존재하는 대부분의 인은 이 화합물들에 저장되어 있다. 침지 공정에서, 대부분의 피틴산은 CSL에 들어간다. 이는 다음과 같은 이유로 그안에 바람직하지 못한 성분을 형성한다.
CSL내의 피틴산은 슬러지에 단백질 및 금속 이온들을 부착시킨다. 이것은 CSL의 증발에 의한 농축, 수송 및 저장에 문제를 야기한다. 미생물 발효에 있어 영양소로서 사용될때, CSL은 희석되고 pH는 4-5로 상승한다. 이 배지를 살균시키면 피틴산은 발효조의 내부 표면상에 침지물 피막을 형성한다.이 침전물은 이후에 제거하기가 어렵고또한 최종적 발효 생성물 정제를 방해한다.
CSL이 동물 사료로 사용될때, 존재하는 피틴산은 다음과 같은 문제들을 야기한다. 피틴산은 다가 금속 이온들과 상호작용을 하기 때문에 동물(및 인간) 체내에 여러가지 금속들이 동화되는 것을 방해한다.이는 결핍증을 야기할 수 있다. 피틴산은 또한 펩신과 같은 체내의 여러가지 효소들을 저해한다. 이밖에도 피틴산에 존재하는 인산염은 단위(單胃)동물에 유용하지 못한데 그 이유는 이들이 단지 피탄산을 제한된 양까지만 소화할 수 있기 때문이다.
미합중국 특허 제2,515,157호에는 항생제 발효를 위한 개선된 영양소를 얻기 위해서는 CSL 처리 방법이 기술되어 있다. 이 공정에서 피틴산은 알루미늄 이온 공급 화합물을 낮은 pH에서 CSL에 첨가하고, 가열하고, 형성된 피틴산 알루미늄을 분리함으로 제거된다.
미합중국 특허 제2,712,516호에는 피테이트가 그의 칼슘염으로 침전되어 있는 유사한 공정이 기술되어 있다. 이 미합중국 특허에 기술된 공정들은 침지 과정후에 수행한다. 따라서 피틴산을 제거하기 위해 부가적인 단계를 필요로 한다.
이제, 이 부가적인 단계는 하나 또는 그 이상의 피틴분해효소를 포함하는 효소 제제의 존재하에 침지시킴으로 피할 수 있다는 것이 발견되었다.
본 발명은 특히 a) 이산화황을 함유하는 온수에 옥수수 또는 수수 낟알을 침지시키고, b) 침지액을 낟알로부터 분리하여 농축시키고, c) 낟알을 거칠게 분쇄하여 배종을 분리하고 탈수시키고, d) 낟알을 미세하게 분쇄하고 섬유를 전분과 단백질로부터 분리하고 섬유 부분을 탈수시키고, e) 전분과 단백질을 각각 분리하고, 단백질 부분을 농축시키고 전분 부분은 건조 및/또는 전환시키는 연속적인 단계들을 포함하는 옥수수 또는 수수 가공 방법을 제공한다.
바람직하게는 효소 제제는 낟알에 존재하는 피틴이 본질적으로 분해되는 양의 하나 또는 그이상의 피틴 분해 효소를 포함한다. 여기서 사용된 피틴이라는 용어는 피틴산의 염과 피틴산 그 자체를 의미한다.
피틴 분해 효소들은 이노시톨 포스페이트를 탈인산화하여 이노시톨 과오르토포스페이트를 생산한다. 피틴 분해효소들에는 피라제와 산 포스파라제가 포함된다. 피라제 및 산 포스파라제는 아스퍼질러스종(Aspergillus spp), 라이조푸스종(Rhizopus spp) 및 효모와 같은 여러가지 미생물에 의해 생산되며 (Appl.Microbiol 16(1968) 1348-1357; Enzyme Microb. Technol. 5(1983), 377-382) 한편 피타제는 또한 빨아시 여러가지 식물 종자, 예를 들면 밀에 의해 생산될 수 있다. 피틴 분해 효소는 침지액의 낮은 pH에서 활성이 크다. 당 분야에 알려진 방법에 따라, 효소 제제를 상기 언급한 유기체로부터 얻을 수 있다. 옥수수 내의 피틴은 아스퍼질러스종으로부터의 효소에 의해 가장 효과적으로 분해된다는 것이 발견되었다. 따라서 동일한 효소부여량에서 아스퍼질러스 나이거 (Aspergillus niger) 효소제제가 밀 티타제보다 더욱 효과적이다.
미생물에 의해 생산된 효소 제제들은 셀룰라제, 헤미셀룰라제 및/또는 펙티나제 활성을 갖는 효소와 같은 부가적인 식물성 물질 분해 효소들을 포함할 수 있다. 이 다른 활성들은 본 발명의 방법에 의해 얻어지는 이점들에 기여한다. 적당한 효소 제제에는 예컨대 알코 Ltd에 의해 제조된 에코나제 EP 씨리즈의 효소들이 있다.
본 발명에 따른 침지 공정시의 온도는 20-60℃이고 일반적으로 약 50℃이다. 효소 제제의 적용량은 사용된 제제, 옥수수 낟알의 피틴 함량 및 반응 조건에 따라 다르다. 정확한 투여량은 당업자에 의해 쉽게 계산될 수 있다.
본 발명에 따른 방법은 부가적인 단계를 피하는 것외에도 여러가지 중요한 이점들을 제공한다. 첫째로 효소 제제를 첨가함으로, 침지 공정을 침지 시간이 훨씬 단축되는 정도로 가속화할 수 있다. 침지 공정이 전 옥수수 가공중에서 가장 긴 단계이기 때문에, 그의 단축은 경제적으로 매우 중요하다. 따라서 침지 공정을 주생산물 부분 수율에 있어서 어떤 손실도 없이 단지 12시간으로 단축시킬 수 있다. 바람직하게는 침지 시간은 12-18시간일 것이지만 48시간까지의 더욱 긴 침지 시간도 가능하다.
둘째로, 본 발명에 따라 침지 공정후의 분리 공정이 개선되고 더욱 큰 수율이 얻어진다. 효소 제제 존재하에서 예컨대 16시간 동안 침지시키면, 전분의 수율이 통상적인 침지공정의 경우에서보다 훨씬 높다.
세째로, 피틴 분해 효소 존재하에서 옥수수를 침지시키면 피틴을 함유하지 않는 옥수수 침지액이 유도된다. 결과적으로 CSL의 농축이 더욱 용이해지며 얻어진 생산물은 동물 사료 및 미생물 발효에 매우 적합하다.
침지 공정은 4-10시간의 첫번째 침지에 이어서 옥수수 낟알을 분쇄하고 다음에 분쇄된 옥수수 낟알을 다시 3-6시간 동안 침지시키는 두단계 침지 공정을 수행함으로 침지시간을 더욱 단축시킬 수 있다. 바람직하게는 이중 단계 침지의 두번째 단계는 이산화황을 함유하지 않는 물에서 수행한다.
실시예에서는, 본 발명의 공정을 표준펠쉔케(Pelshenke) 및 린데반(Lindemann) 측정에 의해 실험실 규모로 수행한다. 예상할 수 있는 바와 같이, 공정을 산업적으로 수행할 때 얻어지는 결과는 개선된 분리 기술로 인해 유사하거나 더욱 좋다.
[실시예 1]
여러번의 시험에서, 옥수수 낟알 50g을 에코나제 EP 434 존재하 또는 부재하에서 이산화항 0.2%를 함유하는 50℃의 물에 침지시킨다. 상기 효소 제제는 주요 활성성분으로서 피틴과 셀룰로오스 분해 활성 성분 및 소량의 활성성분으로서 헤미셀룰라제 및 펙티나제를 갖는다. 시험의 침지시간은 표 1에 나타난 바와 같이 12-48시간이다. 효소 투여량은 피틴 분해 단위/옥수수 g수로서 표시한다. 피틴 분해 1단위(1PU)는 표준 조건하에서(40℃, ph5.5) 분당 피틴산 나트륨으로부터 무기인 1nmol을 방출하는 효소의 양이다. 침지시킨 후 낟알을 계속 가공하여 표 2에 나타낸 생산물 부분을 얻는다.
Figure kpo00001
Figure kpo00002
a) 그 부분을 %로 표시함
표 2로부터 효소 제제 존재하에서 16 또는 48시간 동안 단일 단계로 침지시킨 후의 전분 수율이 효소 제제가 없이 행하는 통상적인 침지의 경우보다 훨씬 높고 효소 제제하에서 12시간 침지 시킨 후의 전분 수율은 효소제제없이 행하는 통상적인 침지의 경우보다 대부분 높다는 것을 알 수 있다.
[실시예2]
옥수수 낟알 50g을 시간 동안 135PU/옥수수 g을 제공하는 에코나제 EP 434와 0.2%의 이산화황을 함유하는 50℃의 물에 예비침지시킨다. 다음에 손으로 생성물을 거칠게 분쇄한다. 이후에 배종을 슬러리에 다시 첨가한다. 이후에 침지의 두번째 단계를 4시간동안 135PU/옥수수 g을 제공하는 에코나제 EP 434를 함유하는 50℃의 새로운 물에서 수행한다. 얻어진 현탁액을 더욱 가공하여 표 3에 나타낸 생성물 부분을 얻는다.
Figure kpo00003
주의 : 이 시험에서는 사용된 분쇄기가 배종을 상하게 하기 때문에 분쇄전에 배종을 떼어내야 한다. 이중단계 침지를 산업적으로 수행할 경우, 배종을 상하게 하지 않는 분쇄기를 사용해야 한다. 배종 제거는 필요치 않다.
[실시예3]
CSL을 1 : 10으로 희석하고 pH를 5.0으로 맞춘다. 옥수수 가루를 pH 5.0의 0.2M 구연산염 완충액으로 1 : 10 으로 희석한다. 소디움 아지드를 0.02%의 농도로 첨가하여 미생물의 성장을 막는다. 피틴 분해 활성이나 밀 피타제(시그마 P-1259)를 함유하는 아스퍼질러스종(Aspergillus SPP) 효소제제를 7000PU/피틴 g(CSL 희석물 ml당 300PU 및 옥수수 가루 2g당(150pu)의 투여량으로 첨가한다.
현탁액을 50℃의 휘저어 섞는 장치(250rpm)에서 항온처리한다. 일정한 간격으로 반응을 동 부피의 6%(w/v) HSO로 정지시킨다. 피레이트를 실온에서 30분간 산성 용액으로 추출한다. 이후에 피틴산을 염화제이철로 맑은 상등액으로부터 침전시킨다. 제이철이온을 수산화나트륨으로 침전시켜 제거한다. 퍼레이트를 표준물로 피틴산 나트륨을 사용하여 HPLG로 결정한다.
표 4에 피틴 분해 효소와 함께 항온처리한 후 CSL 및 옥수수 가루의 잔류 피틴 함량을 나타냈다. 실험 a)에서는 항온처리를 아스퍼질러스종 효소 제제로 수행하였고 실험 b)에서는 항온 처리를 밀피라제로 수행하였다.
Figure kpo00004
표 4로 피틴산 함량은 두 피틴 분해 효소로 상당히 감소될 수 있다는 것을 알 수 있다. 동일한 효소 투여량에서, 아스퍼질러스종 효소 제제가 밀 파라제보다 더 효과적이다.
[실시예4]
옥수수 낟알 25g을 이산화황 0.2%를 함유하는 50℃의 물 50ml에 침지시킨다. 대조용에는 효소 제제를 첨가하지 않고 본 발명에 따른 시험에서는 아스퍼질러스종 효소 제제를 135PU/옥수수 g의 투여량을 첨가한다.
침지시킨 후, 실온에서 동부피의 6%(w/v) H2SO4로 일정양의 CSL을 30분간 침지시킨다. 염화제이철로 피틴산을 맑은 상등액으로부터 침전시킨다. 수산화나트륨으로 침전시킴으로 제이철 이온을 제거한다. 표준물로서 피틴산 나트륨을 사용하여 HPLC로 피테이트를 측정한다.
표 5에 CSL내의 피틴산의 양을 나타냈다. 실험 a)는 피틴 분해 효소가 없는 통상적인 침지로 시행되고 실험 b)는 상기 효소 제제 존재하에서의 침지로 시행된다.
Figure kpo00005
표 5로 옥수수 낟알을 피틴 분해 효소 존재하에서 침지시키면 CSL이 피틴으로부터 유리되는 것을 알 수 있다.
[실시예5]
에코나제 434 및 미소한 피틴 분해 활성을 갖는 식물세포벽 파괴 효소 제제를 1단계 및 2단계 침지로 시험한다.
1단계 침지에서 옥수수 낟알 50g을 이산화황 0.2%를 함유하는 50℃의 물에 침지시킨다. 에코나제 EP 434의 투여량은 135PU/옥수수 g이다. 미소한 피틴분해 활성을 갖는 식물 세포벽 분해 효소 제제 동 부피를 적용한다. 침지시간은 20시간이다. 펠쉔케 및 린데만 방법에 따라 낟알을 더욱 가공한다.
2단계 침지에서, 옥수수 낟알 50g을 6시간동안 이산화황 0.2%와 135PU/옥수수 g을 제공하는 에코나제 EP 434 또는 미소한 피틴 분해 활성을 갖는 식물 세포벽 분해 효소 동일 부피를 함유하는 50℃의 물에 예비-침지시킨다. 다음에 손으로 생성물을 거칠게 분쇄한다. 이후에 배종을 다시 슬러리에 첨가한다. 이후에 침지의 두번째 단계를 4시간동안 135PU/옥수수 g을 제공하는 에코나제 EP 434 또는 최소한 페틴 분해활성을 갖는 식물 세포벽 분해 효소 제제 동 부피를 함유하는 50℃의 새로운 물에서 수행한다. 펠쉔케 및 린데만 방법에 따라 슬러리를 더욱 가공한다.
서로 다른 효소 제제를 사용한 전분 회수.
1. 에코나제 EP 434
2. 미소한 피틴 분해 활성을 갖는 식물 세포벽 분해효소제제
Figure kpo00006
표 6으로부터 전분 수율이 피틴 분해 활성을 갖는 효소 제제로 낟알을 처리할 때 더욱 높다는 것을 알 수 있다.

Claims (11)

  1. 옥수수 또는 수수 낟알을 이산화황을 함유한 온수에 침지시키는 방법으로서, 상기 낟알의 피틴을 실질적으로 분해시킬 수 있는 양으로 존재하는 하나 이상의 피틴 분해 효소를 포함하는 효소 제제의 존재 하에 침지를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 효소 제제가 피타제, 산 포스파타제, 또는 이들의 혼합물을 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  3. 제1항 또는 2항에 있어서, 상기 효소 제제가 다른 식물 물질 분해 효소를 더욱 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 식물 물질 분해 효소가 셀룰라제, 헤미셀룰라제, 또는 펙티나제 중 하나 이상의 활성을 가지는 것을 특징으로 하는 방법.
  5. 제1항 또는 2항에 있어서, 피틴 분해 효소 제제를 밀 또는 아스퍼질러스 종으로부터, 또는 다른 식물 또는 다른 미생물 원으로부터 얻는 것을 특징으로 하는 방법.
  6. 제1항 또는 2항에 있어서, 물의 온도가 20-60℃인 것을 특징으로 하는 방법.
  7. 제6항에 있어서, 옥수수 또는 수수 낟알을 12-48시간 동안 침지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  8. 제7항에 있어서, 낟알을 12-18시간 동안 침지시키는 것을 특징으로 하는 방법.
  9. a) 옥수수 또는 수수 낟알을 이산화황을 포함한 온수에 침지시키는 과정; b) 낟알로부터 침지액을 분리하여 농축시키는 과정; c) 낟알을 거칠게 분쇄하여 배종을 분리하고 탈수시키는 과정; d) 낟알을 미세하게 분쇄하고, 전분과 단백질로부터 섬유를 분리하며, 그 섬유 부분을 탈수하는 과정; 및 e) 전분과 단백질을 서로 분리하고, 단백질 부분을 농축시키며, 전분 부분은 건조 또는 전환시키거나, 건조 및 전환시키는 일련의 과정을 포함하여 구성되는 옥수수 또는 수수의 가공 방법에 있어서, 상기 침지 과정 a)를 제1항 또는 2항에 따라 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제9항에 있어서, 4-10시간 동안 침지시킨 후 낟알을 분쇄하고, 이어 분쇄된 낟알을 3-6시간 동안 더욱 침지시키는, 두 단계의 과정으로 침지를 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제10항에 있어서, 두번째 침지 과정은 이산화황을 함유하지 않는 물에서 수행하는 것을 특징으로 하는 방법.
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