KR100707402B1 - 고내성 과립 전분 - Google Patents

Abstract

본 발명은 높은 효소 내성, 높은 식이성 섬유, 독특한 분자량 분포, 높은 융점, 및 우수한 가공 내성의 지표인 높은 젤라틴화열(델타 H)을 포함하는 독특하고 유용한 특성을 가지는 고내성 과립 전분에 관한 것이다. 예를 들면, 이러한 전분은 전분의 과립성이 파괴되지 않는 충분한 퍼센트 수분 및 온도에서 적어도 40 중량%의 아밀로오스 함량을 가지는 고-아밀로오스 전분을 가열한 다음, 알파-아밀라제 또는 화학시약을 사용하여 무정형 부위를 분해시켜 제조할 수 있다.

아밀로오스, 아밀로펙틴, 식이성 섬유, 젤라틴화, 판크레아틴

Description

고내성 과립 전분 {HIGHLY RESISTANT GRANULAR STARCH}

도 1은 고아밀로오스(high amylose) 전분 원료로부터 제조된 본 발명의 고내성(highly resistant) 과립 전분, 열-처리된 내성 과립 전분, 및 열-처리된 고내성 과립 전분의 분자량 분포.

본 발명은 고내성 과립 전분, 이러한 전분의 제조방법, 및 그 용도에 관한 것이다.

본 발명은 식이성 섬유의 함량이 높은 고내성 과립 전분에 관한 것으로서, 상기 고내성 과립 전분은 고-아밀로오스 전분을 선택적으로 열-수분 처리한 다음, 아밀라제로 처리하여 제조할 수 있다. 또한, 본 발명은 이러한 고내성 과립 전분의 식료품에서의 용도에 관한 것이다.

복합 탄수화물인 전분은 2가지 유형의 다당류 분자로 이루어진다. 그중 하나는 알파-1,4-D-글루코시드 결합에 의하여 연결되는 D-안하이드로글루코스(D-anhydroglucose) 단위로 이루어지는 대체적으로 직쇄 형태의 유연성 폴리머인 아밀로오스이고, 다른 하나는 알파-1,6-D-글루코시드 결합에 의하여 연결되는 직쇄의 분지쇄 폴리머인 아밀로펙틴이다. 전분은 대부분 알파-아밀라제 효소에 의하여 소장에서 분해된다. 알파-아밀라제는 알파-1,4-D-글루코시드 결합을 가수분해하지만, 알파-1,6-D-글루코시드 연결을 가수분해하지 못하기 때문에, 아밀로펙틴 단편의 가수분해는 완결되지 않는다.

몇몇 전분은 가공 처리에 의하여 췌장의 아밀라제에 대하여 내성을 가지는 전분으로 형질 전환되는데, 이러한 전분을 간단히 내성 전분이라 한다. 내성 전분은 췌장의 알파-아밀라제에 의한 분해 및 소장에서의 흡수는 견딜 수 있지만, 대장을 통과하는 동안에는 결장의 미생물에 의하여 발효되어 단쇄 지방산 및 가스로 된다. 연구 문헌에 따르면, 결장의 박테리아에 의한 이러한 내성 전분의 발효는 결장의 건강을 포함하는 여러 바람직한 효과를 가지며 게실증(diverticulosis) 및 결장암의 발생 기회를 감소시킨다. 또한, 이러한 내성 전분은 단쇄 지방산으로 발효되는 대장에 도달할 때까지는 이용되지 않기 때문에, 열량값이 낮으며, 이러한 특성으로 볼 때 식이성 섬유로서도 유용한 것으로 보고되어 있다.

상기 문헌에서는 내성의 원인에 따라 4개의 카테고리로 내성 전분(RS)을 분류하고 있다. RS1은 단백질 매트릭스 또는 식물의 세포벽 내에 과립으로 포획되어 있기 때문에 물리적으로 접근하기 어려운 전분이다. RS2는 췌장의 알파-아밀라제에 의한 분해를 견딜 수 있는 과립 전분이다. RS3는 전분 또는 전품 식품의 가열/수분 처리에 의하여 형성되는 비과립의 퇴화 전분이다. RS4는 알파-아밀라제에 의한 분해를 견디며, 아세틸화된 히드록시 프로필화 또는 교차-결합 전분을 포함하는 화학적으로 개질된 전분이다.

다양한 유형의 내성 전분을 제조하기 위한 다양한 방법이 보고되어 있다. 미국특허 제5,593,503호에는 RS2-유형의 내성 전분을 제조하는 방법이 기재되어 있으며; 미국특허 제5,281,276호 및 제5,409,542호에는 RS3-유형의 내성 전분을 제조하는 방법이 기재되어 있고; 미국특허 제5,855,946호에는 RS4-유형의 내성 전분을 제조하는 방법이 기재되어 있다.

그러나, 이러한 내성 전분은 고도로 교차 결합되지 않는 한은 내성이 크지 않으며, 시판용 내성 전분은 통상적으로 약 35 내지 65% 가량의 내성을 갖는다. 내성 전분의 유용성 때문에, 화학적으로 개질되지 않은 고내성 전분이 중요시되고 있으며, 보다 큰 가치를 가지게 되었다.

미국특허 제5,051,271호 및 WO90/15147호에는 고내성 전분이 기재되어 있다. 그러나, 상기 고내성 전분은 과립 형태가 아니다.

본 발명자들은 고내성 과립 전분이 제조될 수 있으며, 이러한 전분이 독특하고 유용한 특성을 갖는다는 사실을 발견하였다.

본 발명은 식이성 섬유의 함량이 높은 고내성 과립 전분을 제공하고자 하는 것이다.

고내성, 높은 식이성 섬유, 독특한 분자분포, 높은 융점, 및 큰 젤라틴화열(heat of gelatiniztion; 델타 H)을 포함하는 독특하고 유용한 특성을 가지는 고내성 과립 전분이 제조될 수 있다. 예를 들면, 이러한 전분은 전분의 과 립성이 파괴되지 않는 퍼센트 수분 및 온도에서 적어도 40 중량%의 아밀로오스 함량을 가지는 고아밀로오스 전분을 가열한 다음, 예를 들면 알파-아밀라제 또는 화학시약을 사용하여 무정형 부위를 분해시켜 제조할 수 있다.

본 발명은 또한 식이성 섬유의 함량이 높은 고내성 과립 전분, 특히 본 명세서에 기재된 바와 같이 가열-수분 처리법을 사용하여 제조되는 고내성 과립 전분을 함유하는 식품에 관한 것이다.

본 명세서에서 "내성 전분(RS)"이란 건강한 사람의 소장에서 흡수되지 않는 총체적인 의미의 전분 및 전분 분해산물을 말한다. 본 명세서에서 내성 전분은 하기에 기재된 테스트에서 췌장의 알파 아밀라제 처리에 의하여 측정되는 것으로 규정된다. 본 명세서에 사용되는 "식이성 섬유의 총함량(TDE)"이란 Prosky 등이 Association of Official Analytical Chemist(AOAC)지의 68:677(1985)에 소개한 방법에 의하여 측정되는 것으로 규정된다.

알파-아밀라제 내성 과립 전분을 제조하는 데 사용되는 전분은 천연원료로부터 유래되는 임의의 천연 아밀로오스-함유 전분일 수 있다. 본 명세서에 천연 전분이란 자연에서 발생되는 것을 말한다. 교잡 육종을 포함하는 표준 육종법, 전좌, 역위, 형질전환, 또는 변종을 포함하도록 유전자 또는 염색체를 조작하는 방법에 의하여 만들어지는 식물로부터 유래되는 전분도 적합하다. 공지된 표준 돌연변이 방법에 의하여 제조될 수 있는 상기 조성물의 유도 돌연변이 및 변종으로부터 성장한 식물로부터 유래되는 전분도 본 발명에 유용하다.

통상적인 전분 원료는 곡류, 괴경, 근, 콩류, 및 과일이다. 천연 원료는 옥 수수, 완두콩, 감자, 고구마, 바나나, 보리, 및, 쌀, 사고, 아마란스, 타피오카, 갈분(arrowroot), 칸나, 사탕수수, 및 고아밀로오스 품종들일 수 있다. 본 명세서에서 "고아밀로오스" 전분이란 적어도 40 중량%의 아밀로오스를 함유하는 전분을 의미하는 것이다. 본 발명에는 고아밀로오스 전분이 가장 바람직한 것으로 밝혀졌다.

전분은 분자 배열이 직쇄인 것과 분지쇄가 많은 것 두 부류로 이루어진다. 직쇄 부류에 속하는 전분을 아밀로오스라 하고, 분지쇄 부류에 속하는 전분을 아밀로펙틴이라 한다. 상이한 원료로부터 유래되는 전분은 아밀로오스 및 아밀로펙틴 성분에 대하여 상대적으로 상이한 비율을 갖게된다. 몇몇 식물들은 하나가 다른 하나보다 훨씬 우세하도록 유전적으로 개발되었다. 예를 들면, 보편적으로 약 22 내지 28 중량%의 아밀로오스를 함유하는 몇몇 품종의 옥수수가 40% 이상의 아밀로오스로 이루어지는 전분을 생산하도록 개발되었다. 이러한 잡종을 고아밀로오스 품종이란 한다.

고아밀로오스 옥수수 잡종은 아미로오스 함량이 높은 전분을 천연적으로 제공하기 위하여 개발되었으며, 대략 1963년부터 시판되어 왔다. 본 발명에 바람직한 고아밀로오스 전분은 적어도 40 중량%, 바람직하게는 적어도 65 중량%의 아밀로오스 함량을 가지는 전분이다.

본 발명에 유용한 전분 물질은 제분(flour)의 전분 성분이 적어도 40 중량%의 아밀로오스를 함유하는 고아밀로오스 제분을 포함할 수 있다. 본 명세서의 전반에 걸쳐 사용되는 전분이란 용어는 제분을 의미하는 것으로서, 본 명세서 및 청 구범위에서 제분의 아밀로오스 함량이 언급되는 경우, 이는 제분의 전분 성분에 대한 아밀로오스 함량을 뜻하는 것이다(예를 들면, 제분 내의 전분 함량을 기준으로 40 중량%의 아밀로오스). 통상적으로, 이러한 제분은 단백질(약 8 내지 13 중량%), 지질(약 3 중량% 이하), 및 고아밀로오스 전분(약 80 내지 90 중량%)을 포함한다.

기타 유용한 고아밀로오스 전분으로는 아밀로오스 증량(extender) 유전형질을 가지는 식물 원료로부터 추출되는 실질적으로 순수한 전분이 있으며, 이러한 전분은 10 중량% 이하의 아밀로펙틴을 포함한다. 전분 원료물질로서 유용한 전분은 부탄올 분류/배제 크로마토그래피법으로 측정하는 경우, 생식세포질 발췌물의 유전자 복합물로서 적어도 75 중량%의 아밀로오스, 선택적으로는 적어도 85 중량%의 아밀로오스(즉, 보통의 아밀로오스)를 포함하는 식물 육종군, 특히 옥수수로부터 유래되는 것들이다. 상기 전분은 10 중량% 이하, 선택적으로는 5 중량% 이하의 아밀로펙틴, 및 약 8 내지 25 중량%의 저분자량 아밀로오스를 추가로 포함한다. 전분은 많은 아밀로오스 증량 변형 유전자와 연결된 열성 아밀로오스 증량 유전형질을 가지는 전분-함유 식물의 분쇄물로부터 유래되는 실질적으로 순수한 형태로 추출되는 것이 바람직하다. 이러한 전분 및 그 제조방법은 본 명세서에 참고로 인용된 미국특허 제5,300,145호에 기재되어 있다.

본 발명의 내성 과립 전분을 제조하는 데는 정해진 함량의 물 또는 수분 함량을 가지며 소정의 온도로 가열되는 전분 원료가 필요하다. 이러한 조건하에서 전분을 처리하면, 이하에 기재된 바와 같이 식이성 섬유의 총함량이 높은 내성 과 립 전분이 제조된다.

전분은 전분의 과립성(granular nature)이 파손되지 않을 정도의 수분 함량 및 온도에서 가열 처리된다. 통상적으로, 가열되는 전분의 총 수분 및 물 함량은 건조 전분의 중량을 기준으로 약 10 내지 80 중량%, 바람직하게는 20 내지 45 중량%, 더욱 바람직하게는 약 30 내지 40 중량% 가량일 것이다. 특히, 이러한 수분의 상대적인 수준은 가열 단계의 상당한 기간 동안 유지된다.

통상적으로, 정해진 수분 함량을 가지는 전분은 약 60 내지 160℃, 바람직하게는 약 90 내지 120℃의 온도에서 가열된다. 가장 바람직한 온도는 전분의 수분 함량뿐 아니라, 특정 전분 및 이들의 아밀로오스 함량에 따라서 달라질 수 있지만, 전분이 과립 상태로 유지되고 복굴절 특성을 잃지 않는 것이 중요하다. 또한, 가열시간은 수분 함량 및 가열 온도뿐 아니라 사용되는 전분, 그들의 아밀로오스 함량, 요구되는 식이성 섬유의 총량의 정도에 따라 달라질 수 있다. 통상적인 가열 시간은 약 0.5 내지 24시간, 바람직하게는 약 1 내지 4시간이 될 것이다.

식이성 섬유의 총함량을 높이기 위하여 전분을 처리하는 데 가장 바람직한 조건은 전분의 과립 구조가 파괴되지 않고 과립이 여전히 복굴절성을 유지할 수 있는 조건이다. 또한, 편광 하에서 과립 구조가 관찰되는 경우에는 뚜렷한 맥아 교차(maltese cross)가 일어난다. 그러나, 수분 함량 및 온도가 높은 몇몇 조건에서는 전분 과립이 부분적으로 팽창할 수 있지만, 결정성(crystallinity)이 완전히 파괴되는 것은 아니다. 이러한 조건하에서, 전분 과립은 완전히 파괴되지 않고 본 발명에 따라 전체 식이성 섬유가 증가할 것이다. 따라서, 본 명세서에서 "과립 전 분"이란 그들의 과립 구조를 우세하게 보유하고 약간의 결정성을 가지는 전분, 예를 들면 편광 하에서 과립이 복굴절성을 유지하고 뚜렷한 맥아 교차를 나타내는 전분을 의미한다.

또한, 당 기술분야에 공지된 기타의 방법, 예를 들면 미국특허 제5,849,090호에 기재된 방법을 사용하면 내성 과립 전분을 인공으로 제조할 수 있다.

내성 과립 전분을 제조한 후, 잔류 무정형 부위를 제거한다. 이는 알파-아밀라제에 의한 분해를 이용하거나, 적어도 하나의 화학시약을 처리하여 수행될 수 있다. 이러한 화학시약으로는 염산 및 황산을 포함하는 유기산 및 무기산과 이들의 유도체가 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

가열 처리된 전분의 효소 가수분해는 당 기술분야에 공지된 방법에 의하여 수행된다. 사용되는 효소의 함량은 가수분해 정도뿐 아니라 효소의 종류와 활성 및 사용되는 원료물질에 따라 결정된다. 통상적으로, 효소는 전분의 중량을 기준으로 약 0.01 내지 2.0 중량%, 바람직하게는 약 0.5 내지 1.5 중량%의 함량으로 사용된다.

효소의 활성을 위한 최적의 온도는 사용되는 효소에 따라 매우 다양하다. 효소의 분해속도는 사용되는 효소, 효소의 농도, 기질의 농도, pH, 온도, 억제제의 존재여부, 및 변형의 정도 및 유형을 포함하는 당 기술분야에 공지된 인자들에 따라 좌우되다. 이러한 인자들은 전분 원료의 분해속도가 최적화되도록 조절될 수 있다.

일반적으로, 효소 처리는 처리되는 전분 원료에 따라 약 5 내지 40% 가량의 전분 고형물을 함유하는 수계 슬러리 또는 완충용액 슬러리 내에서 수행된다. 본 발명에서 고형물의 함량은 약 15 내지 35%, 보다 바람직하게는 약 18 내지 25%가 바람직하다. 통상적으로, 효소 분해는 이어지는 전분 조성물의 건조를 촉진하기 위하여 반응속도를 감소시키지 않고 실행될 수 있는 최대 고형물 함량에서 수행된다. 상기 방법에는 고체 담체에 고정된 효소가 사용될 수도 있다.

효소 처리 또한 고형물이 함량이 높은 조건에서 수행될 수 있다. EP 806 434에 기재된 방법에서는, 전분, 물(일반적으로, 전분의 중량을 기준으로 35 중량%를 넘지 않는 함량), 효소를 가시적인 유리된 수상(free water phase)이 없는 단일상의 분말 혼합물을 제조하고 효소를 가열 활성화하기에 충분한 함량으로 혼합한다.

반응의 pH 및 온도는 효과적인 효소 가수분해를 제공할 수 있도록 조절되어야 한다. 이러한 인자들은 사용되는 효소에 따라 결정되며, 당 기술분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 약 22 내지 65℃, 바람직하게는 약 30 내지 45℃의 온도가 사용된다. 일반적으로, pH는 당 기술분야에 공지된 방법을 사용하여 약 3.5 내지 7.5, 바람직하게는 약 4.5 내지 7.5로 조절된다.

효소 반응은 원하는 수준의 내성에 도달할 때까지 계속된다. 일반적으로, 전분의 무정형 부위의 상당부분이 분해됨으로써 고내성, 바람직하게는 전분 중량으로 적어도 약 75 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 80 중량%의 내성이 얻어진다.

일반적으로, 효소 반응은 약 0.1 내지 24시간, 보다 바람직하게는 약 0.5 내 지 6시간에 걸쳐 수행될 것이다. 반응시간은 사용되는 전분 및 효소의 유형, 사용되는 효소의 함량, 고형물 비율, pH, 및 온도와 같은 반응인자에 따라 결정된다.

이어서, 효소 분해는 산 불활성화 또는 염기 불활성화와 같은 당 기술분야에 공지된 방법에 의하여 종결될 수 있다. 예를 들면, 산 불활성화는 적어도 30분 동안 pH를 2.0 이하로 조절함으로써 수행될 수 있다. 일반적으로, 효소의 불활성화에 소요되는 열은 전분을 젤라틴화하기 때문에, 과립 전분을 원하는 경우에는 열 불활성화는 바람직하지 않다.

또한, 전분의 가수분해는 화학시약, 특히 염산 또는 황산의 첨가에 의하여 수행될 수 있다. 통상적으로, 산 가수분해는 실온 내지 전분의 젤라틴화 온도보다 약간 낮은 온도에서 교반하면서 수계 전분 슬러리에 산을 첨가하고, 원하는 수준의 내성에 도달할 때까지 교반함으로써 수행된다. 그런 다음, Na₂CO₃ 또는 NaOH와 같은 중화 염기를 사용하여 산을 중화시킨다. 산 가수분해 방법 및 조건은 당 기술분야에 널리 공지되어 있으며, 이는 O.P. Wurzburg의 Modified Starches; Properties and Use, CRC Press Inc.(1986) Baca Raton, FL pp.17-24에 기재되어 있다.

효소 또는 화학시약을 사용하여 가수분해한 후, 전분을 여과하여 용해성 물질을 제거하고, 선택적으로 세척한 후, 공기 건조시킴으로써 수분 평형 상태에 도달시키거나, 플래시 건조기 또는 기타 건조수단을 사용하여 건조시킬 수 있다.

전분은 전분의 과립성을 파괴하지 않는 개질을 제공하는 시료 또는 시료의 혼합물 처리에 의하여 개질될 수 있다. 화학적 개질은 열 처리 전후 및/또는 가수분해 전후의 전분 원료 상에서 수행된다. 화학적 개질은 교차결합 전분, 아세틸화 및 유기 에스테르화 전분, 히드록시에틸화 및 히드록시프로필화 전분, 인산화 및 무기 에스테르화 전분, 양이온, 음이온, 비이온, 및 양쪽성 이온 전분, 및 전분의 숙신화 및 치환 숙신화 유도체를 포함한다. 이러한 개질은 당 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들면 Modified Starches: Properties and Use, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986)에 소개되어 있다. 기타 유용한 개질 및 개질방법은 본 발명에 참고로 인용된 미국특허 제4,626,288호, 제2,613,206호, 및 제2,661,349호에 기재되어 있다.

열처리 및 가수분해된 화학적 개질 또는 비개질 전분 산물은 현미경 관찰시 복굴절성을 나타내며, 편광하에서 관찰하는 경우에 맥아 교차를 나타내는 과립 구조를 가질 것이다. 내성 과립 전분 산물은 적어도 약 20 중량%, 바람직하게는 적어도 약 40 중량%, 보다 바람직하게는 적어도 약 50 중량%의 식이성 섬유 총함량을 가질 것이다. 또한, 내성 과립 전분 산물은 전분을 기준으로 적어도 약 70 중량%, 바람직하게는 적어도 약 80 중량%의 내성 전분 함량을 가질 것이다. 내성 전분의 식이성 섬유의 특정한 전분 출발물질뿐 아니라 사용되는 조건에 따라 다양해질 것이다.

얻어지는 전분산물은 약 2,000 내지 80,000 달톤, 바람직하게는 약 5,000 내지 20,000 달톤의 분자량 피크를 갖는다.

또한, 얻어지는 과립 전분산물은 고내성의 천연 과립 전분에 비하여 높은 개 시 융점, 피크 융점, 및 종결 융점뿐 아니라 시차주사 열량법(DSC)에 따라 측정하는 경우에 높은 젤라틴화열(델타 H)을 나타낸다. 특히, 얻어지는 전분은 적어도 약 90℃, 바람직하게는 적어도 약 95℃의 개시 융점, 및 적어도 약 110℃, 바람직하게는 적어도 약 120℃의 피크 융점을 가지며, 적어도 약 20 J/g의 델타 H를 갖는다. 융점 및 델타 H가 높다는 것은 가공 내성이 크다는 것을 의미하는 것이다. 따라서, 얻어지는 전분은 가공되는 동안 통상적인 가공 온도 및 전단 하에서 그들의 내성 및 전체 식이성 섬유를 적어도 유지하거나, 경우에 따라서는 증가시키게 될 것이다.

본 발명의 내성 과립 전분은 전체 식이성 섬유 및 내성 전분을 보존하고 열량을 낮추기 위한 목적으로 식품 또는 음료(이하, 집합적으로 식료품)에 사용될 수 있다. 통상적인 식료품은 인스턴트, 부풀려지거나 팽창된 곡류, 식사 전에 요리되는 곡류와 같은 곡류; 빵, 크래커, 쿠키, 케이크, 머핀, 롤, 페이스트리, 및 기타 분쇄 성분과 같은 구워진 제품; 파스타; 음료; 튀긴 식품 및 코팅 식품; 스낵; 및 요거트, 치즈, 및 사우어(sour) 크림과 같은 발효 유제품을 포함하지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

정해진 식품에 첨가 및 사용되는 내성 과립 전분 및 식이성 섬유의 함량은 대부분 기능적인 면에서 내성을 가질 수 있는 함량으로 결정될 것이다. 바꿔 말하면, 사용되는 내성 과립 전분 및 식이성 섬유의 함량은 식료품을 감각적으로 평가하는 경우에 허용 가능한 정도의 수준이 될 것이다. 일반적으로, 내성 과립 전분은 약 0.1 내지 5.0 중량%, 바람직하게는 약 1 내지 25 중량%의 함량으로 식료품 제품에 사용될 수 있다.

본 발명의 내성 과립 전분은 선생물(prebiotic) 및 공생물(synbiotic) 조성물, 당뇨병 식품 및 보충제, 식이 식품, 글리세린(glycemic) 반응 조절 식품, 정제 및 기타 약제 형태를 포함하는 약품 또는 영양제에 사용될 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다. 선생물 조성물은 결장 내에 상주하는 한 종류 이상 제한된 많은 박테리아의 성장 및 활성을 선택적으로 촉진함으로써 숙주에 좋은 영향을 주는 비소화성 식품 성분이다. 공생물 조성물은 선생물이 살아있는 미생물 식품 보충물과 함께 사용되는 요거트, 인간을 포함하는 숙주 동물에 주입되는 캡슐 또는 기타 형태일 수 있다. 살아있는 미생물 식품 보충물은 숙주의 장내 미생물 균형을 개선시킴으로써 숙주 동물에 좋은 영향을 준다.

이러한 살아있는 미생물 식품 보충물에는 Saccharomyces와 같은 효모 및 Bifobacterium, Bacteriodes, Clostridium, Fusobacterium, Propionibacterium, Streptococcus, Enterococcus, Lactococcus, Staphylococcus, Peptostreptococcus, 및 Lactobacillus와 같은 박테리아가 포함될 수 있지만, 이들로 제한되는 것은 아니다.

실시예

하기 실시예는 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것이며, 이들 실시예로 본 발명이 제한되는 것은 아니다. 특별히 지적하지 않는 한, 모든 부 및 분율(%)은 중량을 기준으로 한 것이며, 모든 온도는 섭씨 온도(℃)이다.

실시예에는 다음과 같은 성분이 사용되었다.

HYLON™ Ⅶ 전분, National Starch and Chemical사의 제품.

판크레아틴, 제품 #P-7545, Sigma Chemical사의 제품.

실시예에는 다음과 같은 테스트 방법이 사용되었다.

A. 내성 전분 측정

다음과 같은 방식으로 내성 전분의 함량을 측정하였다:

샘플 제조

(1) 2.0 g(건조 중량)의 테스트 전분을 병(jar)에 넣는다.

(2) 4% NaCl을 함유하는 0.05 M의 인산염 완충용액을 첨가하여 총중량을 42.0 g으로 만든다.

(3) 병에 자석 교반기를 넣고 고르게 혼합한 뒤, 단단하게 뚜껑을 닫는다.

(4) 37℃의 교반조 내에서 5분 동안 평형화한다.

블랭크(blank) 측정

(1) 피펫을 사용하여 각 샘플 1.0 내지 1.5 ㎖을 조심스럽게 미량원심분리 튜브에 넣는다.

(2) 10,000 rpm으로 2분 동안 원심분리한다.

(3) 탈이온수(DI water)로 영점 조절된 굴절계(refractometer)를 사용하여 상청액 1방울의 가용성 물질을 측정한다.

(4) 잔류 샘플을 원심분리 튜브에서 병으로 옮겨 넣는다.

효소 첨가

(1) 8 ㎖의 5% 판크레아틴를 첨가하고, 타이머를 작동시킨다.

(2) 고르게 혼합한 뒤, 뚜껑을 단단하게 닫은 후, 37℃의 교반조 내에서 배양한다.

샘플링 방법(6시간 후)

(1) 1.5 ㎖의 샘플을 피펫을 사용하여 미량원심분리 튜브에 넣는다.

(2) 10,000 rpm으로 2분 동안 원심분리한다.

(3) 탈이온수로 영점 조절된 굴절계를 사용하여 상청액의 가용성 물질을 측정한다. 가용성 물질의 비율로부터 분해된 전분의 양을 계산할 수 있다. 분해되지 않은 전분의 함량이 내성 전분의 함량이다.

B. 전체 식이성 섬유 측정

AOAC법 985.29의 원리를 이용하는 Megazyme TDF Test Kit(Megazyme Int. Ireland, Ltd.사의 시판제품)을 사용하여 전체 식이성 섬유("TDF")의 함량을 측정한다.

TDF 분석 키트

200 분석 시약을 함유하는 키트는 Megazyme사 제품으로서 다음을 포함한다:

1. 완전 분석법.

2. 열안정성 α-아밀라제(20 ㎖)(Megazyme E-BLAAM).

3. 정제된 프로테아제(20 ㎖)(Megazyme E-BSPRT).

4. 정제된 아밀로글루코시다제(2×20㎖)(다른 TDF 키트 내 150% 농도)(Megazyme E-AMGDF).

Cellite™545(이하 "Celite"), 100 g 또는 500 g의 포장단위로 포장된 산 세 척된 것(각각 G-CEL100; 또는 G-CEL500).

실험 기구:

디스펜서

a. 95% 에탄올 - 280±2.0 ㎖

b. 78% ETOH, 95% 에탄올, 및 아세톤 - 10±0.5 ㎖

c. 완충용액 - 50±0.5 ㎖

시약:

1. 인산염 완충용액, 0.08 M, pH 6.0:

1,400 g의 인산나트륨 하이드레이트(Na phosphate anhydrate; Na₂HPO₄)(또는 1.753 g의 디글리세레이트) 및 9.68 g의 Na 인산염 1가 염기 모노하이드레이트(NaH₂PO₄)(또는 10.94 g의 디하이드레이트)을 대략 700 ㎖의 증류수에 용해시킨다. pH 측정기를 사용하여 pH를 확인한다.

2. 수산화나트륨 용액, 0.275 N:

1 ℓ 들이 플라스크 내에서 적당한 방법을 사용하여 11.00 g의 ACS급 NaOH를 대략 700 ㎖의 증류수에 용해시키고 냉각한 뒤, 물로 희석한다.

3. 염산 용액, 0.325 N:

1ℓ 들이의 프라스크 내에서 공지된 역가(titer) 모액(즉, 325 ㎖의 1.0 N HCl)을 물로 희석한다.

실험 절차:

샘플 제조

전체 식이성 섬유는 건조상태의 저지방 또는 무지방 샘플을 기준으로 측정되어야 한다. 샘플을 균질화하고 70℃의 진공 오븐 내에서 하룻밤 동안 건조시킨다. 데시케이터 내에서 냉각시키고, 중량을 다시 측정한 다음, 건조에 의한 중량 손실치를 기록한다. 건조 샘플을 0.3 내지 0.5 메쉬 크기로 건식-분쇄(dry-mill)한다. 샘플을 가열할 수 없는 경우에는 분쇄 후, 동결-건조한다. 분쇄 전, 지방 함량이 높은 경우(<10%)에는 25 ㎖부(샘플의 g당)의 석유(petroleum) 에테르를 사용하여 3회에 걸쳐 지방을 제거한다. 혼합 식이를 분석하는 경우에는 항상 전체 식이성 섬유를 측정하기 전에 지방을 추출해 낸다.

지방으로 인한 중량 손실을 기록한다. 제거된 수분 및 지방에 대하여 최종 비율(%)의 식이성 섬유 측정값을 보정한다. 분석이 이루어지기 전까지는 데시케이터 내의 뚜껑이 닫힌 병에서 건조-분쇄 샘플을 보관한다.

실험 방법

1. 1 g의 샘플을 2회 계량하고, 0.1 mg으로 정확하게 측정하여 400 ㎖ 긴 비커에 넣었다. 샘플의 중량은 서로 20 mg 이하로 차이가 나야 한다. 50 ㎖의 인산염 완충용액(pH 6.0)을 각각의 비커에 첨가하고 pH 측정기를 사용하여 pH를 측정한다. pH를 6.0±0.1로 조절한다.

2. 50 ℓ의 열-안정성 α-아밀라제 용액을 첨가한다.

3. 알루미늄 호일을 사용하여 비커의 덮고, 15분 동안 끓는물 중탕에 놓는다. 5분 간격으로 느리게 교반한다.

주의: 중탕조 내에 다수의 비커가 함께 있게 되어서, 비커 함유물의 내부 온도를 100℃로 높이기 어려운 경우에는 배양 시간을 늘린다. 100℃에서 15분을 가리키는 온도계를 사용한다. 끓는물 중탕은 충 30분 정도이면 충분할 것이다.

4. 용액을 실온으로 냉각시킨다.

5. 10 ㎖의 0.275 N NaOH 용액을 첨가하여 pH를 7.5±0.1로 조절한다. pH 측정기를 사용하여 pH를 확인한다.

6. 100 ℓ의 프로테아제 용액을 첨가한다.

7. 알루미늄 호일을 사용하여 비커를 덮고, 60℃에서 30분 동안 일정한 속도로 교반하면서 배양한다.

8. 냉각한 뒤, 10 ㎖의 0.325 N HCl 용액을 첨가하여 pH를 4.5±0.2로 조절하고, pH 측정기를 사용하여 pH를 확인한다.

9. 200 ℓ의 아밀로글루코시다제를 첨가하고, 알루미늄 호일로 덮은 뒤, 60℃에서 일정한 속도로 교반하면서 30분 동안 배양한다.

10. 60℃로 예열된(가열 전에 부피측정) 280 ㎖의 95% 에탄올("EtOH")을 첨가한다. 실온에서 60분 동안 안정화한다.

11. Celite를 함유하는 도가니의 중량을 측정한 뒤, 78% EtOH를 사용하여 도가니 내의 상(bed)을 습윤화하고 세척병으로부터 배분한다.

12. Celite를 흡수하는 용액을 용융 유리 상위에 평평한 매트처럼 첨가한다. 용액을 유지시키고 효소 분해에 의한 침전물을 정량적으로 도가니로 옮겨 놓는다.

13. 20 ㎖부의 78% EtOH, 10 ㎖부의 95% EtOH(2회), 및 10 ㎖부의 아세톤(2회)을 사용하여 연속적으로 잔류물을 세척한다. 어떤 경우에는 여과하는 동안 잔류물 내의 액체를 포획하는 고무질이 형성될 수 있다. 여과물을 일정 간격으로 주입하면, 여과 시간을 줄일 수 있다.

14. 잔류물을 함유하는 도가니를 70℃의 진공 오븐 또는 150℃의 공기 오븐 내에서 하룻밤 동안 건조시킨다.

15. 데시케이터 내에서 냉각시킨 후, 대략 0.1 mg 단위로 계량한다. 도가니를 제외한 Celite의 중량을 측정하여 잔류물의 중량을 측정한다.

16. 전환인자(conversion factor)로서 N×6.25를 사용하는 AACC법 46-13을 사용하여 2개 한 세트의 샘플로부터 얻어진 잔류물에 대한 단백질을 분석한다.

17. 한 쌍의 제2 잔류물 샘플을 525℃에서 5시간 동안 소각한다. 데시케이터 내에서 냉각시킨 뒤, 0.1 mg 단위로 계량한다. 도가니를 제외한 Celite의 중량을 측정하여 회분의 중량을 측정한다.

계 산

보정되지 않은 평균 블랭크 잔류물(UBAR)

= (15 단계에서 얻어지는) 블랭크 한 쌍의 평균 블랭크 잔류물(mg 단위)

블랭크 단백질 잔류물(BPR)

= UABR×(16 단계에서 얻어지는) 블랭크 내의 단백질 비율(%)/100

블랭크 회분 잔류물(BAR)

= UABR×(17 단계에서 얻어지는) 블랭크 내의 회분 비율(%)/100

보정 블랭크(CB) = UABR - BPR - BAR

보정되지 않은 평균 샘플 잔류물(USAR)

= (15 단계에서 얻어지는) 샘플 한 쌍의 평균 샘플 잔류물(mg 단위)

샘플 단백질 잔류물(SPR)

= USAR×(16 단계에서 얻어지는) 샘플 내의 단백질 비율(%)/100

샘플 회분 잔류물(SAR)

= USAR×(17 단계에서 얻어지는) 샘플 내의 회분 비율(%)/100

보정 샘플 잔류물(CSR) = USAR - SPR - SAR - CB

TDF 비율(%) = 100×CSR/샘플mg

C. 시차주사 열량("DSC") 측정

Perkin-Elemer DSC-7(Norwalk, Ct, U.S.A.) 내에서 시차주사 열량 측정을 수행하였다. 기구는 인듐을 사용하여 눈금을 매겼다. 전분 대 물의 비율이 1:3인 샘플(대략 10 mg의 전분)을 준비하고, 10℃/분의 속도로 5℃로부터 160℃로 가열하였다. 대조군으로는 아무 것도 들어있지 않은 스테인리스-스틸 팬을 사용하였다.

실시예 1 - 고내성 열-처리 과립 전분의 제조

a. 실온에서, HYLON™ Ⅶ 전분(수분 = 10.6%) 샘플을 충분한 양의 물과 혼합하여 물의 총함량이 38%가 되게 하였다. 온도를 약 210℉으로 올리고, 시스템의 수분함량을 유지하면서 2시간 동안 샘플의 온도를 상기 온도로 유지시켰다. 얻어진 열-처리 전분이 약 12%의 수분을 함유하도록 건조시킨 뒤, 냉각하였다.

4% NaCl을 함유하는 4400 ㎖의 0.05 NaH₂PO₄를 사용하여 200 g의 열-처리 전분 샘플을 희석하였다. pH를 6.9로 조절하고 온도를 37℃로 조절하였다. (전분 샘플의 중량을 기준으로) 0.8 중량% 판크레아틴을 첨가하였다. 8시간 후, 효소를 불활성화한 뒤, 샘플을 여과하고, 세척 건조한 후, 40 메쉬 시브를 통과하는 크기로 분쇄하였다.

b. 미국특허 제5,300,145호에 따라 제조된 저아밀로펙틴(low amylopectin) 전분을 사용하여 실시예 1a의 과정을 반복하였다. 단, 열-처리되는 동안의 수분 함량은 20%로 유지되고, 열-처리 과정은 260℉에서 3시간 동안 수행되었다.

실시예 2 - 고내성 열-처리 과립 전분의 제조

a. 4% NaCl을 함유하는 4400 ㎖의 0.05 NaH₂PO₄를 사용하여 HYLON™ Ⅶ 전분(수분 = 10.6%) 샘플 200 g을 희석하였다. pH를 6.9로 조절하고 온도를 37℃로 조절하였다. (전분 샘플의 중량을 기준으로) 0.8 중량% 판크레아틴을 첨가하였다. 8시간 후, 효소를 불활성화한 다음, 샘플을 여과하고, 세척 건조한 후, 40 메쉬 시브를 통과하는 크기로 분쇄하였다.

b. 미국특허 제5,300,145호에 따라 제조된 저아밀로펙틴 전분을 사용하여 실시예 2a의 과정을 반복하였다.

실시예 3 - 열-처리 과립 전분의 제조

a. 실온에서, HYLON™ Ⅶ 전분(수분 = 10.6%) 샘플을 충분한 양의 물과 혼합하여 물의 총함량이 38%가 되게 하였다. 온도를 약 210℉으로 올리고, 시스템의 수분함량을 유지하면서 2시간 동안 샘플의 온도를 상기 온도로 유지시켰다. 얻어진 열-처리 전분이 약 12%의 수분을 함유하도록 건조시킨 뒤, 냉각하였다.

b. 미국특허 제5,300,145호에 따라 제조된 저아밀로펙틴 전분을 사용하여 실시예 3a의 과정을 반복하였다. 단, 열-처리되는 동안의 수분 함량은 20%로 유지되고, 열-처리 과정은 260℉에서 3시간 동안 수행되었다.

실시예 4 - 내성 전분의 비교

실시예 1a, 2a, 및 3a의 내성 전분에 대한 식이성 섬유의 총함량, 내성 전분의 함량, 개시 융점, 피크 융점, 종결 융점, 및 젤라틴화열을 측정하고, 결과를 하기 표에 기재하였다.

샘 플	TDF %	RS %	T개시(℃)	T피크(℃)	T종결(℃)	ΔH(j/g)
실시예 1a	50	90	99.6	121.5	158.5	33.1
실시예 2a	14	80	74.4	96.4	126.2	17.2
실시예 3a	62	54	94.7	107.3	132.5	19.8

상기 표에 기록된 데이터는 고순도 열-처리 전분을 효소 분해하는 경우, 바람직한 특성을 가지는 고내성 전분(실시예 1a)이 생성된다는 것을 보여주고 있다. 예를 들면, 실시예 1a는 분해되지 않은 열-처리 전분(실시예 3a) 또는 천연 전분으로부터 만들어진 고순도의 내성 전분(실시예 2a)보다 상당히 높은 개시 융점을 나타내었다.

본 발명은 식이성 섬유의 함량이 높으며, 독특한 분자분포, 고융점, 및 큰 젤라틴화열을 포함하는 독특하고 유용한 특성을 가지는 고내성 과립 전분을 제공한 다.

Claims (24)

1. 다음과 같은 특징을 가지는 고내성(highly resistant) 전분:

   a) 과립 구조;

   b) 2,000 내지 80,000 달톤(dalton)의 분자량 피크;

   c) 90℃ 이상의 개시 융점;

   d) 110℃ 이상의 피크 융점; 및

   e) 20 J/g 이상의 젤라틴화열(heat of gelatinization).
2. 제1항에 있어서,

   분자량 피크가 5,000 내지 20,000 달톤인 것을 특징으로 하는 고내성 전분.
3. 제1항에 있어서,

   개시 융점이 95℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고내성 전분.
4. 제1항에 있어서,

   피크 융점이 120℃ 이상인 것을 특징으로 하는 고내성 전분.
5. 제1항에 있어서,

   상기 전분이 80 중량% 이상의 내성 전분 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 고내성 전분.
6. 식이성 섬유의 총함량이 높은 고내성 과립 전분을 제조하는 방법으로서,

   a) 총 수분 함량 10 내지 80 중량% 및 온도 60 내지 160℃의, 전분이 과립 상태로 유지되고 복굴절성(birefringent)이 되도록 하는 복합적인 수분 및 온도 조건하에서, 40 중량% 이상의 아밀로오스 함량을 가지는 고아밀로오스(high amylose) 전분을 가열하는 단계; 및

   b) 무정형 부위를 제거하는 단계

   를 포함하고,

   얻어지는 내성 과립 전분은 식이성 섬유 총함량이 20% 이상이고, 내성 전분 함량이 80% 이상인 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
7. 제6항에 있어서,

   상기 무정형 부위를 제거하는 단계가 알파-아밀라제로 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
8. 제6항에 있어서,

   상기 무정형 부위를 제거하는 단계가 하나 이상의 화학시약으로 처리하는 단계를 포함하는 방법에 의하여 수행되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
9. 제6항에 있어서,

   상기 고아밀로오스 전분의 총 수분 함량이 20 내지 45%이고, 상기 전분이 90 내지 120℃의 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
10. 제6항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분이 고아밀로오스 옥수수 전분인 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
11. 제6항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분이 화학적으로 개질되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
12. 제6항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분의 총 수분 함량이 30 내지 40 중량%이고, 상기 가열 단계가 90 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
13. 제6항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분이 65 중량% 이상의 아밀로오스 함량을 가지는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
14. 제13항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분의 총 수분 함량이 20 내지 45%이고, 상기 가열 단계가 90 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
15. 제14항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분은 식이성 섬유의 총함량이 40% 이상인 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
16. 제6항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분이 아밀로오스 증량 유전형질(amylose extender genotype)을 가지는 식물 원료로부터 추출되는 대체로 순수한 전분이고, 부탄올 분별증류(fractionation)/배제(exclusion) 크로마토그래피 측정법을 사용하여 측정하는 경우에 10% 이하의 아밀로펙틴을 포함하는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
17. 제16항에 있어서,

    상기 고아밀로오스 전분의 총 수분 함량이 20 내지 45%이고, 상기 가열 단계가 90 내지 120℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 고내성 과립 전분의 제조방법.
18. 제6항 기재의 방법에 의하여 제조되는 내성 과립 전분.
19. 제7항 기재의 방법에 의하여 제조되는 내성 과립 전분.
20. 제1항 기재의 내성 전분을 함유하며, 식이성 섬유의 총함량이 20% 이상인 식료품.
21. 제6항 기재의 내성 전분을 함유하며, 식이성 섬유의 총함량이 20% 이상인 식료품.
22. 제7항 기재의 내성 전분을 함유하며, 식이성 섬유의 총함량이 20% 이상인 식료품.
23. 제20항에 있어서,

    곡류, 빵, 크래커, 쿠키, 케이크, 파스타, 음료, 튀긴 식품 및 코팅 식품, 스낵, 및 발효 유제품으로 이루어지는 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 식료품.
24. 제1항에 있어서,

    분자량 피크가 5,000 내지 20,000 달톤이고, 개시 융점이 95℃ 이상이며, 피크 융점이 120℃ 이상이고, 내성 전분 함량이 80 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 내성 전분.

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