KR100415308B1

KR100415308B1 - 가교결합 저항전분 및 그 제조방법

Info

Publication number: KR100415308B1
Application number: KR10-2001-0010692A
Authority: KR
Inventors: 신말식; 문세훈; 송지영
Original assignee: 대한민국
Priority date: 2001-03-02
Filing date: 2001-03-02
Publication date: 2004-01-16
Also published as: KR20020070671A

Abstract

본 발명은 가교결합 저항전분 및 그 제조방법에 관한 것으로 생전분을 호화온도 이하인 20∼50℃에서 어닐링 처리한 후 가교결합제를 첨가하여 제조한 RS 4 형태의 전분은 전분 중 저항전분의 함량이 증가되는 효과가 있으며 계면활성제를 전분무게에 대해 0.1∼2.0% 첨가함으로써 저항전분의 수율이 증가되고 분쇄가 용이한 RS 4 형태의 가교결합 저항전분을 제공하는 뛰어난 효과가 있다.

Description

가교결합 저항전분 및 그 제조방법{Cross-linked resistant starch and process for preparation thereof}

본 발명은 가교결합 저항전분 및 그 제조방법에 관한 것으로 더욱 상세하게는, 생전분을 어닐링 처리하고 계면활성제를 첨가함으로써 저항전분의 수율이 증가되고 분쇄가 용이한 RS 4 형태의 가교결합 저항전분 및 그 제조방법에 관한 것이다.

전분은 소장에서 모두 분해되는 것으로 생각되어오다 1980년대 소장에서 소화되지 않는 부분이 있음이 알려졌고 식이 섬유소와 같은 생리활성물질로서의 역할이 보고되면서 이에 대한 관심이 증가되고 있다. EUREASTA에서는 1990년 상기와 같은 소화되지 않은 부분을 저항전분(Resistant starch, 이하 RS)으로 명명하였고 현재까지 저항전분은 4종류로 분류되고 있다. RS 1은 효소와 만나기 어려운 전분,RS 2는 감자, 바나나 전분, 고아밀로오스 옥수수전분 같은 B-형의 결정형을 가지는 생전분을 의미하며, 입자 형태를 유지하고 있지만 가열하면 효소에 대한 저항성을 소실되므로 조리나 가공 식품과 같이 가열 처리하는 식품에 사용할 수 없는 형태이다. 반면에 RS 3는 가열에 의해 호화된 전분이 노화된 것으로 아밀로오스 함량이 높을수록 RS 수율이 증가된다. 현재 미국과 유럽에서는 전분을 분지하고 가열-냉각 과정을 거친 노브로스(Novelose) 330과 크리스타린(Crystalean)이 생산되고 있는데, 생전분 입자와 같은 형태를 유지하지 못하며 가열에 의해 일부가 무정형으로 바뀌어 수분을 가하면 생전분에 비해 흡수율이 증가되는 특징이 있다. 일단 흡수된 RS 3 전분은 가열에 의해 더 이상의 부피증가는 없으므로 조리, 가공 중에 안정한 구조를 가질 수 있다. 화학적인 변성에 의해 만들어진 전분도 효소에 저항성을 갖는데 이는 RS 4로 불리운다. RS 4는 가교결합에 의해 생전분과 같은 입자형태를 나타내며, 제조방법에 따라 팽윤력이 다른 것을 얻을 수 있다. 가교결합(Cross-linking), 에스테르화(esterification), 에테르화(eterification), 린트너리제이션(lintnerization) 등의 화학적 처리에 의해 RS 4 형태의 전분을 제조할 수 있으며 특히 가교결합(cross-linking)처리하여 만든 화학적 변성전분인 RS 4 전분이 알려지면서 새로운 형태의 RS를 개발하려는 연구가 지속적으로 이루어지고 있다. RS 4는 입자를 그대로 유지할 뿐 아니라 팽윤정도를 조절할 수 있는 장점을 갖고 있으므로, 이를 첨가함으로써 RS를 함유한 식품의 개발 및 이들 식품의 품질관리가 용이하리라 생각된다.

본 발명자들은 상기와 같은 점을 착안하여 RS 4 형태의 저항전분의 개발을위해 첫째로 가교결합제인 STMP(sodium trimetaphosphate)와 STPP(sodium tripolyphosphate)를 이용하여 전분을 가교결합 시킴으로써 RS 4를 제조하는 조건을 확립하였고, 둘째로 본 연구에서 확립한 RS 4 제조방법을 크게 변화시키지 않으면서 RS 함량을 증가시킬 수 있는 방법 즉 RS 4 제조단계 직전에 전분을 물리적으로 변형시키거나 계면활성제를 첨가함으로써 더 높은 RS 함량을 갖는 RS 4 전분을 제조함으로써 본 발명을 완성하였다.

따라서 본 발명의 목적은 가교결합 저항전분을 제공함에 있다.

본 발명의 다른 목적은 가교결합 저항전분의 제조방법을 제공함에 있다.

본 발명의 상기 목적은 가교결합 저항전분의 제조를 위해 전분액의 점도를 결정하고 어닐링 처리한 후 가교결합제를 첨가하여 RS 4 형태의 가교결합 저항전분을 제조하 다음 상기 본 발명 전분의 저항전분 함량, 팽윤력, X-선 회절도를 조사하고 주사전자현미경으로 특성을 조사하였으며 가교결합 전분의 제조 전 또는 제조 후에 계면활성제를 첨가하여 RS 4 형태의 전분을 제조한 다음 저항전분의 수율이 증가되고 분쇄의 용이성이 증가되었음을 확인함으로써 달성하였다.

도 1은 본 발명 가교결합 저항전분의 바람직한 제조공정을 도시한 개략도이다.

도 2는 본 발명 가교결합 저항전분의 X-선 회절도를 나타낸 사진도이다.

a: 각기 다른 온도에서 어닐링한 옥수수 전분 RS 4 타입의 X-ray 회절도(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링).

b: 각기 다른 온도에서 어닐링한 멥쌀 전분 RS 4 타입의 X-ray 회절도(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링).

c: 각기 다른 온도에서 어닐링한 고아밀로오스 전분 RS 4 타입의 X-ray 회절도(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링, F: 70℃ 어닐링).

도 3은 각기 다른 온도에서 어닐링한 본 발명 옥수수 전분 RS 4 타입을 주사전자현미경으로 관찰한 사진도이다(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링).

도 4은 각기 다른 온도에서 어닐링한 본 발명 맵쌀 전분 RS 4 타입을 주사전자현미경으로 관찰한 사진도이다(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링).

도 5은 각기 다른 온도에서 어닐링한 본 발명 고아밀로오스 전분 RS 4 타입을 주사전자현미경으로 관찰한 사진도이다(A: 어닐링 무처리 B: 30℃ 어닐링, C: 40℃ 어닐링, D: 50℃ 어닐링, E: 60℃ 어닐링, F:70℃ 어닐링).

도 6은 80℃와 95℃에서 어닐링한 옥수수전분 RS 4 타입을 주사전자현미경으로 관찰한 사진도이다(A: 80℃ 어닐링, B: 95℃ 어닐링).

본 발명은 가교결합 저항전분의 제조를 위해 전분액의 점도를 결정하는 단계; 전분을 가교결합 처리전에 호화온도 이하의 온도범위인 30∼60℃에서 24시간어닐링 처리하는 단계; 상기 단계의 어닐링 처리한 전분에 가교결합제를 첨가하는 단계; 1N NaOH로 pH 10.5∼11.5로 조정하는 단계; 상기 단계의 전분시료를 HCl로 중화한 후 물로 4회 이상 수세하는 단계; 상기 단계의 전분시료를 40℃ 오븐에서 건조시키고 마쇄하여 RS 4 형태의 가교결합 저항전분을 제조하는 단계; 상기 단계의 어닐링처리 후 가교결합제를 첨가하여 제조한 RS 4전분의 RS 함량을 AOAC법과 P/G법으로 조사하는 단계; 상기 단계의 RS 4 저항전분과 어닐링처리 하지 않은 RS 4 저항전분의 팽윤력을 비교 조사하는 단계; X-선 회절도를 사용하여 상기 단계의 RS 4 저항전분의 특성을 조사하는 단계; 주사전자현미경을 사용하여 상기 단계의 RS 4 저항전분의 특성을 조사하는 단계; 가교결합 저항전분을 제조하기 전에 계면활성제를 첨가하여 RS 4 저항전분을 제조하는 단계; 가교결합 저항전분을 제조한 후 계면활성제를 첨가하여 RS 4 저항전분을 제조하는 단계; 상기 단계의 계면활성제를 첨가하여 제조한 RS 4 저항전분의 분말화 정도를 조사하는 단계; 상기 단계의 계면활성제를 첨가하여 제조한 RS 4 저항전분의 RS 수율을 조사하는 단계로 구성되어 있다.

상기 단계에서 본 발명 RS 4 형태의 가교결합 저항전분의 제조를 위한 전분의 농도는 10∼50%로 하였으며 전분의 종류에 따라 조절하였다.

상기 단계에서 어닐링 처리 온도는 호화온도 이하에서 처리하였으며 10∼70℃로 조절하였고 바람직하게는 30∼60℃로 조절하였고 더욱 바람직하게는 멥쌀 전분의 경우 20∼50℃, 옥수수전분과 고아밀로오스 옥수수전분은 20∼60℃로 하였다.

상기 단계에서 어닐링 처리 시간은 1∼48시간으로 하였고 바람직하게는10∼24시간으로 하였다.

상기 단계에서 계면활성제의 첨가농도는 전분무게의 0.1∼0.5 중량%로 하였고 바람직하게는 0.4∼0.5 중량%로 하였다.

상기 단계에서 멥쌀 전분과 찹쌀 전분은 동진벼와 화선찰벼를 분양받아 알칼리 침지법으로 분리하여 사용하였고, 옥수수전분은 삼양 제넥스에서 구입하여 사용하였으며 고아밀로오스 옥수수 전분은 Cerestar Co.(USA)에서 구입하여 사용하였다. 밀전분은 (주)신송식품에서 구입하였다.

본 발명 가교결합 저항전분의 바람직한 제조공정은 도 1에 도시하였다.

이하, 본 발명의 구체적인 방법을 실시예를 들어 상세히 설명하고자 하지만,본 발명의 권리범위는 이들 실시예에만 한정되는 것은 아니다.

실시예 1: 어닐링(Annealing)처리에 의한 가교결합 RS 4 저항전분의 제조

제 1공정: 저항전분 제조를 위한 전분액의 점도 결정

전분의 종류에 따라 온도에 따른 수분 함유율이 다르고 알칼리 용액에서 팽윤력도 다르므로 가교결합 전분을 제조할 때 전분액의 농도(전분과 물의 비율)가 중요하다. 전분입자가 흡수할 수 있는 최대수분 이하로 무정형 부분의 수분흡수가 제한되고 알칼리 첨가시 전분분자의 내의 가교결합제(Cross-linking agent, STMP)의 이동이 원활하지 않아 가교결합이 이루어지는 위치나 빈도가 달라진다. 따라서 가교결합을 이룰 수 있는 알칼리 농도에서 전분액의 점도를 측정하여 마그네틱 바가 회전할 수 있는 최소의 전분과 물의 비율을 결정하였다. 시료 전분 10g을 50mL메스실린더에 넣고 전분과 물의 비율을 달리하여 제조한 전분액을 마그네틱 바로 3분간 교반한 후, 1N NaOH 용액을 전분의 2% 되도록 첨가하여 계속적으로 교반하면서 부룩크필드 점도계(Brookfield viscometer)로 점도를 측정하였다. 전분액에 마그네틱 바가 회전할 수 있을 때의 전분농도는 30rpm에서 No.3 스핀들(spindle)을 사용하여 점도를 측정하였을 때 100cps를 넘지 않는 농도로 하였다. 따라서, 각 전분을 사용하여 100cps가 유지되도록 전분과 물의 비율을 결정하였다.

실험 결과, 멥쌀전분은 전분농도 26%가 되면 점도계상의 최대점도인 100cps를 초과하여 점도 측정이 불가능하므로 25%까지가 가교결합시 유용한 농도라고 여겨졌다. 옥수수전분은 전분농도 44%, 고아밀로오스 옥수수전분은 42%로 나타났다.

제 2공정: 전분시료의 어닐링 처리

가교결합 저항전분의 RS 함량을 증가시키고 다양한 이화학적 특성을 갖도록 하기 위해 가교결합 처리전에 생전분을 어닐링(annealing) 처리하였다. 수분함량을 알고있는 전분 50g(건물당)에 증류수 60-300 mL 넣어 잘 분산시키고, 호화온도 이하의 온도범위인 30-60℃의 항온 진탕기에서 24시간 어닐링 처리하였다. 호화온도 이상에서의 효과를 호화온도 이하의 온도범위에서의 전처리 효과와 비교하기 위해 70℃, 80℃와 100℃에서 진탕하면서 옥수수전분은 15분, 고아밀로오스 옥수수전분은 25분 처리하였다.

제 3공정: 가교결합제의 첨가

상기 실시예 1의 제 2공정에서 어닐링 처리한 멥쌀, 찹쌀, 밀전분, 옥수수전분 및 고아밀로오스 옥수수전분과 어닐링 처리하지 않은 전분을 45℃ 항온수조에서 마그네틱바를 이용하여 계속 교반하면서 10분간 진탕한 다음 10% 황산나트륨(sodium sulfate, 전분 기준)를 혼합하고 30분 진탕한 후 트리폴리포스페이트(Tripolyposphate;STPP 0.1∼1.0%)와 트리메타포스페이트 나트륨(Sodium trimetaphos- phate; STMP 99.0∼99.9%)을 전분기준으로 12 중량% 첨가하였다. 가교결합제를 첨가한 후 20분간 진탕한 다음 1M NaOH를 첨가하여 pH 10.5∼11.5가 되도록 한 후 일정 시간 반응시켰다.

제 4공정: 전분시료의 중화 및 수세

상기 제 3공정의 반응이 끝난 전분액을 1M HCl을 사용하여 중화시키고 물로 반응이 되지 않은 가교결합제와 염을 4회 이상 반복하여 수세하였다.

제 5공정: 전분시료의 건조 및 마쇄

상기 제 4공정에서 수세한 전분시료를 40℃ 오븐에서 건조시키고 마쇄하여 가교결합 저항전분 RS 4를 제조하였다.

실험예 1: 본 발명 전분의 저항전분 함량조사

상기 실시예 1에서 제조한 본 발명 전분의 저항전분(RS)함량을 조사하였다. 실험방법은 AOAC 방법과 판크레아틴-중량측정법(Pancreatin-gravimetric 이하 P/G)법을 사용하여 RS 함량을 분석하였다. 먼저 AOAC 방법으로 1.0g의 시료에 40 mL의 MES-Tris 완충용액(pH 8.2)을 첨가하여 잘 분산시키고 열에 안정한 α-아밀라아제(Cat No. A-3306) 100 ㎕를 넣어 끓는 수조(100℃)에서 저어주면서(850rpm) 15분간 반응시킨 후 바로 실온으로 냉각시켰다. 여기에 프로테아제(Cat No. P-3910) 100㎕(50㎎/1mL MES-Tris buffer)을 넣고 60℃ 항온 진탕기에서 30분간 반응시키고 0.567N HCl 5mL를 첨가하여 pH 4.6이 되도록 조정한 다음 아밀로글루코시다제(Cat No. A-9913) 100㎕를 가하고 계속 60℃에서 30분간 반응시켰다. 반응을 멈추기 위해 총 알코올농도 80%가 되도록 95% 에탄올를 첨가하고 1시간 이상 방치한 다음 무게를 알고 있는 산 세척된 셀라이트(acid washed celite)를 0.5g 정도 넣은 글래스필터(2G, IWAKI)로 여과하고 95%, 78% 에탄올과 아세톤으로 세척하고 불용성 잔사를 105℃ 오븐에서 항량이 될 때까지 건조시켜 무게를 측정하여 계산하였다. 회분과 단백질에 대한 보정은 두 성분함량이 낮은 정제전분을 시료로 사용하기 때문에 따로 실험하지 않았다.

P/G법에 의한 RS 분석은 50mL 원심분리관에 시료전분 1g(건물당)과 아세테이트 완충용액(Sodium acetate buffer, pH 5.2) 20mL를 첨가하고 잘 혼합한 다음, 마그네틱 바로 교반하면서 끓는 수조에서 1시간 가열하고 바로 40℃까지 냉각한 후, 미리 준비한 효소용액(Pancreatin-pullulanase solution) 2mL 첨가하고 37℃ 항온수조에서 교반하면서 16시간 반응시켰다. 반응 후 총 용액의 알코올 농도가 80%가 되도록 에탄올을 첨가하여 1시간이상 방치한 다음, 미리 건조시켜 항량해 두었던 셀라이트(celite)가 담겨진 도가니(crucible)로 여과하였다. 95%, 78% 에탄올과 아세톤 순으로 세척하고 불용성 잔사를 105℃ 오븐에서 16시간 건조시켰고, 무게를 측정한 후 여과전의 도가니 무게와의 차이로 효소저항전분의 수율을 계산하였으며 전분시료를 넣고 블랭크 테스트(blank test)를 하여 효소액에 의한 무게를 보정하였다. 판크레아틴-풀루라나아제 용액(Pancreatin-pullulanase solution)은 판크레아틴 (pancreatin, from Porcine Pancreas, Sigma, P7545) 1g에 12㎖ 2차 증류수에 넣고, 10분 교반 한 다음 3000rpm에서 10분 원심분리한 후 상징액 10mL를 취한 것과 0.2mL의 풀루라나아제(pullulanase, Promozyme, Novo Nordisk)와 1.8mL의 2차 증류수를 혼합하여 사용하였다.

실험 결과, 표 1과 표 2에 나타낸 바와 같이 P/G법에 의한 RS 함량은 멥쌀전분이 15.0%, 찹쌀전분이 25.6%, 밀전분이 16.4%, 옥수수전분이 14.7%, 고아밀로오스 옥수수전분이 45.3%였고, AOAC 법에 의한 RS 함량은 각각 25.0, 25.0, 100.0, 78.9, 88.7%로 P/G법에 의한 결과보다 AOAC법에 의한 RS 함량이 더 높게 나타났다. 현재 승인된 방법인 AOAC 방법으로는 가교결합에 의한 RS 4 전분의 RS 함량이 매우 높게 나오는데 이는 가교결합제조 과정에서 전분표면에 있는 단백질막과 전분 분자사이의 가교결합에 의해 또는 단백질이 입자표면의 구멍(channel)이 막혀 효소, 특히 열에 안정한 α-아밀라아제가 작용하기 어렵기 때문에, P/G법에서 사용하는 판크레아틴 α-아밀라아제는 프로테아제나 리파아제의 활성도 함께 갖고 있어 AOAC법에 사용되는 α-아밀라아제 보다는 효과적으로 전분입자를 통과해 전분을 잘 분해할 수 있었으리라 생각된다. Valetudie 등은 yam 전분의 단백질 부분을 프로테아제로 처리한 후 α-아밀라아제로 반응시켰을 때 가수분해정도가 증가하였음을 보고한 바 있다.

본 발명 어닐링 처리에 의한 가교결합 저항전분의 P/G법에 의한 RS 함량

전분종류	어닐링 처리온도(℃)
전분종류	어닐링무처리	30	40	50	60	70	100
멥쌀전분	15.0	17.3	25.3	29.6	26.2	-	-
옥수수전분	14.7	20.6	16.2	21.2	28.0	12.5	16.0
고알밀로오스 옥수수 전분	45.3	66.1	57.7	60.1	63.4	39.1	44.7
밀 전 분	16.4	16.0	15.5	24.2	-	-	-
찹쌀전분	15.4	15.4	15.0	19.1	-	-	-

본 발명 어닐링 처리에 의한 가교결합 저항전분의 AOAC법에 의한 RS 함량

전분종류	어닐링처리 온도(℃)
전분종류	어닐링무처리	30	40	50	60	70	100
멥쌀전분	25.0	29.5	55.0	54.5	26.3	-	-
옥수수전분	78.9	87.7	61.8	86.3	95.4	18.6	15.0
고아밀로오스옥수수 전분	88.9	94.1	95.4	98.9	98.2	80.8	78.0

가교결합시 첨가된 전분 50g에 대한 물 70mL는 고아밀로오스 옥수수전분과 옥수수전분, 밀전분의 경우는 마그네틱바로 교반하는데 어려움이 없었으나 멥쌀전분과 찹쌀전분은 70mL의 수분으로는 교반하는 것이 어려웠다. 각각의 전분들에 대해 가교결합시 첨가되어야 하는 최소의 수분량을 구하기 위하여 Brookfield viscometer에 의한 점도를 측정하였다. 전분의 농도가 높아 100cps이상의 점도를나타내는 경우는 전분이 최대로 팽윤된 상태로 생각하였다. 멥쌀전분과 찹쌀전분이 옥수수 전분에 비해 충분히 진탕할 수 있기 위해서 가교결합시 더 많은 수분을 필요로 하므로 멥쌀전분은 전분농도 25%(전분 50g/물 150㎖), 찹쌀전분은 33%(전분 35g/물 70㎖)로 조절하여 가교결합 저항전분을 제조하고 P/G법으로 수율을 조사하였다. 멥쌀전분과 찹쌀전분의 어닐링 하지 않은 시료의 수율은 9.5, 15.4%였고, 30, 50℃에서 어닐링한 후 가교결합 시킨 경우는 각각 9.2, 12.5%와 15.4, 19.1%의 수율을 나타내었다. 전분농도 42% 경우보다 수율이 감소하였다. 대체로 수분함량이 증가하면 RS 수율이 감소하였으며, 제한된 점도를 갖게하여 가교결합 시키는 것이 RS 수율을 더 높힐 수 있을 것으로 생각되었다. 그러나 이 경우 역시 50℃의 어닐링 후 RS 4를 제조한 경우 수율이 증가하였다.

어닐링 처리 후 가교결합시켜 만든 시료들의 RS 함량은 분석방법에 상관없이 모두 어닐링 하지 않은 시료보다 증가되었고, 어닐링 처리한 온도의 증가에 따라 RS 함량이 비례적으로 증가하지는 않았다. 어닐링 처리는 가교결합 저항전분 제조 전단계에 실시하였으며, 실험과정을 간단히 하기 위해 RS 4 제조를 위해 만든 전분 현탁액을 각각의 온도에서 24시간 처리하여, 어닐링 후 45℃로 냉각하고 바로 황산나트륨(sodium sulfate)를 넣어 RS 4 제조방법대로 시료를 제조하였다. 어닐링 처리가(Annealing) RS 함량을 증가시킬 수 있는 것은 어닐링 과정 중 전분의 분자구조적 재배열이 일어나며, 무정형 부분에서의 결정성이 증가할 뿐 아니라 결정형과 무정형 부분의 결합에 변화가 생기는 것으로 알려져 있는 것을 고려하면, 어닐링 처리한 시료가 생전분에 비해 STMP가 전분분자들을 가교결합시키는데 더 적합한 상태로 변화하는 것으로 생각되었다. 호화온도 이하에서의 어닐링은 RS 수율을 증가시키는데 효과적이었으나, 호화온도 이상의 온도 즉 멥쌀 60℃, 옥수수 전분과 고아밀로오스 옥수수전분의 경우는 70℃이상에서의 전처리는 RS 수율을 증가시키지 못했고, 오히려 감소시켰다. 이는 호화온도 이상에서 처리했기 때문에 가교결합의 형성이 이루어지기에는 분자간의 거리가 너무 멀어 결합될 확률이 낮아 구조적으로 효소에 의해 쉽게 분해될 수 있었을 것으로 생각되었다.

실험예 2: 본 발명 가교결합 저항전분의 팽윤력 조사

상기 실시예 1에서 제조한 옥수수전분의 RS 4시료와 어닐링 처리하지 않은 옥수수전분 RS 4 시료의 팽윤력을 비교 조사하였다. 팽윤력은 Schoch법을 개량하여 실시하였다. 시료전분 0.5g을 원심관에 넣고 40mL의 증류수에 잘 분산시킨 다음 30℃와 95℃에서 교반기로 30분간 저어준 후 3000 rpm에서 30분간 원심분리하여 침전된 무게로부터 하기 식(Ⅰ)에 의해 팽윤력을 계산하였다. % 용해도는 원심분리한 원심관의 상층액을 모아 정용하고 페놀-황산법으로 발색시켜 총당으로 나타내었다.

실험 결과, 표 3에 나타낸 바와 같이 95℃에서의 팽윤력은 멥쌀전분과 찹쌀전분이 5.2∼9.8의 평윤력을 나타내 다른 전분들보다 높았고, 옥수수전분과 고아밀로오스 옥수수전분사이의 팽윤력은 큰 차이는 보이지 않았으나 옥수수전분의 팽윤력이 약간 높았다. 30℃에서의 팽윤력은 전분간에 큰 차이를 보이지 않았고, 어닐링 처리한 시료와 처리하지 않은 시료사이에서도 팽윤력의 차이는 나타나지 않았다. 멥쌀전분은 60℃에서 처리된 시료의 경우 95℃와 30℃에서 팽윤력이 각각 9.8, 7.9까지 증가하였는데 이는 멥쌀전분의 호화온도에 가까울수록 어닐링 효과가 아닌 부분적인 호화로 수분흡수정도가 증가하였기 때문이라고 생각된다. 옥수수 전분과 고아밀로오스 옥수수전분도 70℃와 100℃에서 전처리하여 RS 4을 제조한 경우 옥수수 전분은 6.0, 8.6으로 95℃에서의 팽윤력이 증가하였고 30℃에서의 팽윤력 역시 어닐링 처리 온도 50℃ 까지는 약 2.0 정도의 팽윤수준을 보이다가 4.0, 5.6까지 증가하였다. 그러나 고아밀로오스 옥수수전분의 경우는 70℃이상에서 처리하더라도 팽윤력에 있어서 큰 효과를 나타내지는 않았다. 고아밀로오스 옥수수전분은 높은 아밀로오스 함량 때문에 호화온도가 높을 뿐 아니라 그 자체내 결정형도 다른 전분에 비해 강하기 때문인 것으로 생각된다.

본 발명 어닐링처리에 의한 가교결합 저항전분의 팽윤력

어닐링처리온도(℃)		멥쌀전분	옥수수전분	고아밀로오스 옥수수전분	밀전분	찹쌀전분
어닐링 무처리	100℃	5.4	3.9	3.3	3.9	6.6
어닐링 무처리	30℃	2.6	2.0	2.9	2.7	3.6
30	100℃	5.2	4.0	3.4	3.9	6.6
30	30℃	3.1	2.1	2.9	2.2	2.8
40	100℃	5.3	3.9	3.4	3.9	6.7
40	30℃	3.2	2.1	2.9	2.0	2.8
50	100℃	5.2	3.8	3.6	4.9	6.4
50	30℃	3.4	2.0	3.1	2.7	3.3
60	100℃	9.8	3.8	3.3	-	-
60	30℃	7.9	2.4	2.7	-	-
70	100℃	-	6.3	3.3	-	-
70	30℃	-	4.0	2.8	-	-
100	100℃	-	8.4	3.6	-	-
100	30℃	-	5.6	3.4	-	-

실험예 3: 본 발명 가교결합 저항전분의 X-선 회절도에 의한 특성 조사

상기 실시예 1에서 제조한 옥수수전분, 멥쌀전분, 고아밀로오스 옥수수전분의 RS4 전분과 어닐링 처리 후 제조한 RS 4 전분 시료의 X-선 회절도에 의한 특성을 조사하였다. X-선 회절도는 X-ray 회절측정기(diffractometer, D/Max 1200, Rigaku Co., Japan)을 이용하여 회절각도(2θ)40∼5°까지 회절시켜 얻었으며 회절각도에 따른 피크의 위치와 강도로써 결정성 정도를 비교하였다. 이때 이용한 기기조건은 표적(Target)으로 Cu-Kα를 사용하였고 니켈(Ni) 필터(Filter)를 사용하였다. 전압(Voltage)은 40kV, 전류(Current)는 20mA로 조절하고 스캐닝 스피드(Scanning speed)는 8°/min이였다.

실험 결과, 도 2에 나타낸바와 같이 옥수수전분으로부터 제조한 모든 시료가 공통적으로 2θ=15, 17, 20, 23°에서 피크를 나타냈고, 거의 유사한 강도를 나타내었으나 어닐링 처리 후 제조한 RS4 시료들의 2θ=20°에서의 피크가 어닐링 처리 하지 않은 시료에 비해 강하게 나타났다. 멥쌀 전분의 RS 4 시료들은 옥수수전분과 같은 위치에서 피크를 나타내었으며, 시료들간의 차이는 발견할 수 없었다. 고아밀로오스 옥수수 전분으로부터 제조한 RS 4 시료들은 2θ=17, 20, 22, 24°에서 피크를 나타냈는데, 어닐링 처리하지 않은 시료에 비해 2θ=17°에서 피크가 약하게 나타났다.

어닐링 처리와 전분의 가교결합이 전분자체의 X-선 회절도에 의해 나타내질수 있는 결정형에는 영향을 주지 않았다.

실험예 4: 본 발명 가교결합 저항전분의 주사전자현미경에 의한 특성 조사

상기 실시예1에서 제조한 옥수수전분, 멥쌀전분, 고아밀로오스 옥수수전분의 RS 4 시료와 어닐링 처리후 제조한 RS4 시료들의 주사전자현미경에 의한 특성을 조사하였다. 주사현미경에 의한 특성조사는 각 전분시료에 아세톤을 가하여 입자를 분산시키고 금으로 도금시켜 전도성을 갖게 한 다음, 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, JEOL JSM-5400, Japan)을 사용하여 가속전압 25kV, 포토타임 85초, 2000배의 배율로 관찰하였다.

실험 결과, 도 3에 나타낸 바와 같이 옥수수전분으로 제조한 RS 4시료들은 모두 입자형태를 그대로 유지하였고, 어닐링한 시료의 경우도 전분의 입자모양에는 큰 영향을 주지 않았다. 그러나 도 6에 나타난 바와 같이, 80℃와 95℃에서 어닐링한 후 RS 4로 제조한 시료의 경우는 부분적으로 전분 입자가 원래의 다각형 모양이뭉괴진듯한 모양도 보였으나, 전분입자가 완전히 붕괴되지는 않았다.

또한, 전분의 표면에 균일하게 움푹 패여 있는 형태도 종종 발견되었는데, 이는 전분입자 표면에 결합되어있던 단백질들이 RS 4를 제조할 때 첨가되는 NaOH에 의해 전분입자로부터 해리되어 생긴 형태인 것으로 생각된다.

한편, 도 4에 나타난 바와 같이 멥쌀 전분으로 제조한 RS 4 시료 또한 50℃ 어닐링까지는 입자모양에 큰 변화가 없었으나 팽윤력의 증가를 보였던 60℃에서는 멥쌀 전분의 입자모양이 사라지고 불균칙한 입자모양을 나타내 전분이 호화 되기 시작하였음을 알 수 있었다. 또한, 도 5 나타난 바와 같이 고아밀로오스 옥수수전분의 경우는 보통의 옥수수전분과 같은 패여있는 부분은 드물었으나 어닐링 처리시 전분입자로부터 분자들이 용출된 듯한 양상을 보였다. 70℃에서 전처리된 경우도 부분적인 손상을 보이긴 하였으나 입자모양이 크게 영향받지는 않았다.

실시예 2: 계면활성제 첨가에 의한 가교결합 저항전분의 제조

저항전분의 제조시 알칼리나 열에 의해 전분이 호화되면 전분의 구조가 변화되고 전분입자의 모양이 변화되어 건조 후 분쇄하는데 어려움이 있다. 과립(Granule) 형태의 가교결합 저항전분은 쉽게 분쇄되지만, 어닐링(annealing) 처리하거나 팽윤력을 높이기 위해 알칼리를 먼저 처리하면 또 가열-냉각 과정을 거친 RS 3의 경우는 분쇄가 어려운 단점이 있다. 아밀로오스와 계면활성제 복합체는 전분분해효소에 저항을 받으므로 저항전분의 수율도 높이고 분쇄를 용이하게 할 수 있으므로 계면활성제를 첨가하였다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전분 50g에물 70mL를 첨가하고, 45℃ 항온수조에서 황산나트륨(sodium sulfate), STMP+STPP, 1M NaOH를 단계적으로 첨가하여 3시간 또는 5시간 동안 마그네틱바를 이용하여 계속 교반하면서 가교결합 저항 전분을 제조한 후 1M HCl로 중화하였다. 1회 수세한 후에 계면활성제가 전분무게의 0.5%가 되도록 첨가하여 100℃에서 끊여서 용해한 다음 식혀서 전분에 가하고, 45℃에서 전분-계면활성제 복합체를 이루기 위해 각각 1시간, 16시간 반응시켰다. 반응 후 45℃ 항온수조에서 마그네틱바를 이용하여 교반하면서 가교결합 저항전분을 제조하였으며 저항전분 제조시 반응시간은 3시간과 5시간으로 하였다. 1M HCl을 사용하여 중화시켜 물로 4회 반복 세척한 후 40℃ 오븐에서 건조시키고 마쇄하여 RS 4 전분을 제조하였다. 이때, 사용한 계면활성제는 스테아릴 젖산 나트륨(sodium stearoly-2-lactylate, SSL, anionic, patco products, U.S.A), 슈크로오스 지방산 에스테르(sucrose fatty acid ester 1170과 770, non-ionic, Ryoto sugar ester, Mitsubishi-Kasei Food Co. Japan)였다.

실시예 3: 계면활성제 첨가에 의한 가교결합 저항전분의 제조

본 실시예 에서는 가교결합 저항전분 제조 후에 계면활성제를 첨가하였다. 상기 실시예 1과 동일한 방법으로 전분 50g에 물 70mL를 첨가하고, 45℃ 항온수조에서 황산나트륨(sodium sulfate), STMP+STPP, 1M NaOH를 단계적으로 첨가하여 각각 3시간, 5시간 동안 마그네틱바를 이용하여 계속 교반하면서 가교결합 저항전분을 제조한 후 1M HCl로 중화하였다. 상기 저항전분을 1회 수세한 후 계면활성제가 전분 무게의 0.5% 되도록 첨가하여 100℃에서 끊여서 용해한 다음 식혀서 전분에가하고, 45℃에서 각각 1시간, 16시간 반응시켰다. 물로 4회 반복 세척 후 40℃ 오븐에서 건조시키고 마쇄하여 RS 4 저항전분을 제조하였다.

실험예 1: 계면활성제 첨가가 가교결합 저항전분의 분말화에 미치는 영향 조사

상기 실시예 3과 실시예 4에서 계면활성제를 첨가하여 제조한 가교결합 저항전분의 분말화정도를 조사하였다. 즉, 옥수수전분을 50℃에서 어닐링할 때 계면활성제인 SE1170을 전분무게의 0.5% 첨가하여 SE가 첨가되지 않은 시료를 1분간 막자사발로 120회 간후 100mesh 체로 내려 1분마다 내려진 전분의 무게를 측정하였다.

실험 결과, 계면활성제를 첨가하지 않은 시료는 1분간 12.4g, 3분에 21.6g, 4분에 23.4g이 내려진 반면 계면활성제를 첨가한 시료는 1분에 17.4g, 3분에 27.0g, 4분에 29.8g이 내려져 계면활성제 첨가로 인하여 분쇄가 더 용이해짐을 알 수 있었다. 상기와 같은 차이는 팽윤력이 높은 경우에 더욱 현저하게 차이를 보일것으로 생각된다.

실험예 2: 계면활성제의 첨가가 가교결합 저항전분의 수율에 미치는 영향조사

상기 실시예 3과 4의 계면활성제를 첨가하여 제조한 경우와 계면활성제를 첨가하지 않은 경우에 가교결합 저항전분의 RS 수율 증가 효과를 조사하였다. RS 함량은 상기 실시예 1의 실험예1과 동일하게 P/G법과 AOAC법으로 측정하였다.

실험 결과, 표 4와 표 5에 나타낸 바와 같이 옥수수전분과 멥쌀 전분 모두 계면활성제를 먼저 첨가하고 가교 결합시켰을 때 RS 수율이 증가하였고, 가교결합후에 계면활성제를 첨가한 경우는 옥수수전분의 경우 수율에 큰 영향을 주지 않았다. 수율 증가 정도는 멥쌀전분이 더 컸고 멥쌀전분은 가교결합 후에 계면활성제를 첨가한 경우에도 RS 수율이 증가하였으나, 계면활성제를 먼저 첨가한 경우보다는 증가정도가 낮았다.

계면활성제를 첨가하여 제조한 RS 4 저항전분의 P/G법으로 측정한 RS함량

반응시간(h)/계면활성제	RS 함량(%)
반응시간(h)/계면활성제	SE1170	SSL	SE770
계면활성제 첨가 후 가교결합	1-3¹⁾	15.2	15.7	13.1
	1-5	17.4	16.1	17.0
	16-3	16.3	13.4	13.6
가교결합 후 계면활성제 첨가	3-1²⁾	15.0	12.0	14.1
	3-16	14.2	12.8	-
	5-1	15.4	14.9	16.6
〔주〕1) 계면활성제첨가후 반응시간과 가교결합반응 시간을 나타냄2) 가교결합반응시간과 게면활성제첨가후 반응시간을 나타냄

계면활성제를 첨가하여 제조한 RS 4 저항전분의 AOAC법으로 측정한 RS함량

반응시간(h)/계면활성제	RS 함량(%)
반응시간(h)/계면활성제	SE1170	SSL	SE770
계면활성제 첨가 후 가교결합	1-3¹⁾	19.1	20.7	17.7
	1-5	21.8	19.0	18.8
	16-3	21.4	19.0	17.5
가교결합 후 계면활성제 첨가	3-1²⁾	17.8	18.1	17.6
	3-16	14.8	18.7	-
	5-1	19.9	18.3	20.1
〔주〕1) 계면활성제첨가후 반응시간과 가교결합반응 시간을 나타냄2) 가교결합반응시간과 게면활성제첨가후 반응시간을 나타냄

Hahn과 Hood는 하이드록시프로필레이션(hydroxypropylation)된 옥수수 전분에 지질을 첨가하여 복합체를 형성하는지를 조사하였는데, 글루코스와 에테르 결합하고 있는 하이드록시프로필 그룹(hydroxypropyl group)으로 인하여 지질과 아밀로오스의 헬릭스(helix) 형성을 제한한다고 보고하였다. 본 실시예에서도 가교결합 후에 계면활성제를 첨가하면 전분분자들 사이의 가교결합으로 인하여 계면활성제에 의해 영향을 적게 받았을 것으로 생각되었다.

한편, 첨가된 계면활성제의 종류에 따라서도 RS 수율에 차이를 주었는데, SSL이나 SE770에 비해 SE 1170이 수율을 증가시키는데 더 효과적이었다. 일반적으로 사용된 계면활성제의 탄화수소(hydrocarbon) 수가 증가할수록, 이중결합수가 감소할수록 전분과 결합하는 정도가 증가하고, 계면활성제가 음이온 계면활성제 (anionic surfactant)인지 양이온(cationic), 중성(neutral)이냐에 따라서도 달라진다고 한다. Moorthy는 카사바(cassava) 전분에 여러 종류의 계면활성제를 첨가하고 아밀로오스의 요오드 친화력을 조사한 결과 양이온 계면활성제(cationic surfactant)인 세틸암모니움 브로마이드(cetylammonium bromide)가 요오드 친화력을 20∼40%감소시켜 아밀로오스와 요오드 결합을 다른 계면활성제에 비교 더 많이 제한할 수 있었다고 하였다.

이상, 상기 실시예와 실험예를 통하여 설명한 바와 같이 본 발명은 가교결합 저항전분 제조시 어닐링 처리하고 계면활성제를 첨가함으로써 저항전분의 수율을증가시키고 용이하게 분쇄되도록 하는 뛰어난 효과가 있으므로 식품가공산업상 매우 유용한 발명인 것이다.

Claims

(a) 생전분의 농도를 10∼50%로 조절하고 10∼70℃에서 1∼48시간 어닐링하는 단계;

(b) 상기 (a)단계의 어닐링한 전분을 30∼50℃의 항온수조에서 5∼20분간 진탕한 다음, 스테아릴 젖산 나트륨 또는 슈크로오스 지방산 에스테르 0.1∼0.5 중량%를 첨가하여 1∼16시간 반응시키는 단계;

(c) 상기 (b)단계의 전분에 황산나트륨을 5∼20중량% 첨가하여 혼합하고 10∼40분간 진탕한 후 가교결합제를 10∼20 중량% 첨가한 후 10∼30분간 진탕하고 1N NaOH로 pH를 10.5∼11.5로 조정하여 3∼5시간 반응시키는 단계;

(d) 상기 (c)단계의 전분을 HCl로 중화한 후 물로 4회 이상 수세하고 30∼50℃ 오븐에서 건조하고 마쇄하는 단계로 결합됨을 특징으로 하는 가교결합 저항전분의 제조방법.
(a) 생전분의 농도를 10∼50%로 조절하고 10∼70℃에서 1∼48시간 어닐링하는 단계;

(b) 상기 (a)단계의 어닐링한 전분을 30∼50℃의 항온수조에서 5∼20분간 진탕한 다음 황산나트륨을 5∼20중량% 첨가하여 혼합하고 10∼40분간 진탕한 후 가교결합제를 10∼20 중량% 첨가한 후 10∼30분간 진탕하고 1N NaOH로 pH를 10.5∼11.5로 조정하여 3∼5시간 반응시키는 단계;

(c) 상기 (b)단계의 전분을 HCl로 중화한 후 물로 1회 수세하고 스테아릴 젖산 나트륨 또는 슈크로오스 지방산 에스테르 0.1∼0.5 중량%를 첨가하여 1∼20시간 반응시키는 단계;

(d) 상기 (c)단계의 전분을 30∼50℃ 오븐에서 건조하고 마쇄하는 단계로 결합됨을 특징으로 하는 가교결합 저항전분의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 생전분은 멥쌀전분, 찹쌀전분, 옥수수전분, 감자전분, 고구마전분, 고아밀로오스 옥수수전분 및 밀전분임을 특징으로 하는 가교결합 저항전분의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항에 있어서, 상기 가교결합제는 트리폴리포스페이트와 트리메타포스페이트 나트륨임을 특징으로 하는 가교결합 저항전분의 제조방법.
제 1항 또는 제 2항의 방법으로 제조된 RS 4 형태의 가교결합 저항전분.