KR101242487B1 - 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분 조성물, 및 그의 제조방법 및 용도 - Google Patents
총 식이섬유 함량이 증가된 곡분 조성물, 및 그의 제조방법 및 용도 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명에 따르면, 고아밀로스 곡분 중의 총 식이섬유 함량(TDF)을 증가시키기 위해, 상기 곡분을 단시간 동안 수분-열처리함으로써 가공할 수 있다. 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분은, 약 80 내지 160℃의 온도에서 상기 곡분이 약 10 내지 50 중량%의 총 수분 함량을 갖는 조건 하에, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 아밀로스를 갖는 고아밀로스 곡분을 상기 온도에서 약 0.5분 내지 15분간 가열함으로써 제조될 수 있다.
고아밀로스, 곡분, 총 식이섬유 함량, 수분-열처리, 전분
Description
도 1은 실시예 2에 따른 수분-열처리 가공된 고아밀로스 옥수수 곡분의 DSC 분석에 의해 얻어진 용융 프로파일이다.
도 2는 실시예 5에 따른 수분-열처리 가공된 고아밀로스 옥수수 곡분의 DSC 분석에 의해 얻어진 용융 프로파일이다.
본 발명은 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분 조성물, 및 그의 제조 방법 및 용도에 관한 것이다.
본 발명은 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분 조성물의 제조 방법, 상기 제조 방법에 의해 얻어지는 곡분 조성물, 및 상기 조성물의 용도에 관한 것이다. 본 발명에 따른 곡분(flour)은 고아밀로스 곡분(high amylose flour)을 소정의 짧은 시간 동안 수분-열처리(heat-moisture treatment)함으로써 제조된다. 아울러, 본 발명은 이러한 고함량의 식이섬유를 포함하는 곡분 조성물의 식품에서의 용도에 관한 것이다.
곡분은 일반적으로 전분, 단백질, 지방(지질), 화이버(fiber), 미네랄, 및 그 밖에 이용 가능한 각종 성분들을 포함하는 복합 조성물이다. 그 중에서 상기 전분은 2종의 다당류 분자, 즉, α-1,4-D-글루코사이드 결합에 의해 결합된 복수의 D-무수글루코스 유닛을 가지며 대개 선형의 가요성 폴리머인 아밀로스, 및 α-1,6-D-글루코사이드 결합에 의해 결합된 복수의 선형 사슬을 갖는 분지형 폴리머인 아밀로펙틴으로 구성된 복합 탄수화물 성분이다.
이러한 전분은 가공에 의해 저항 전분(resistant starch)으로 전환될 수 있으며, 상기 저항 전분은 식이섬유의 함량이 높고, 및/또는 췌장 아밀라제에 대한 저항성을 갖는다. 총 식이섬유 함량을 실질적으로 증가시키기 위해서 이 같은 가공을 수행하는 데에는 통상적으로 적어도 한 시간 가량의 시간이 소요된다. 연구 문헌에 따르면, 이러한 저항 전분은 대장의 건강 및 칼로리 수치 저하를 비롯한 여러 바람직한 효과를 갖는다고 알려져 있다. 뿐만 아니라, 상기 전분을 이용함으로써, 탄수화물 섭취량을 감소시키고 당지수 및 인슐린 분비 반응을 저하시킬 수 있으며, 포만감을 느끼도록 할 수 있고, 지속적인 에너지 방출, 체중 관리, 그리고 저혈당증, 고혈당증, 글루코스 제어 장애(impaired glucose regulation), 인슐린 저항성 증후군(insulin resistance syndrome), 및 II형 당뇨병의 제어, 정신 집중, 및 기억력에 바람직한 영향을 미칠 수 있다.
본 발명자들은 고아밀로스 곡분을 단시간 동안 수분-열처리함으로써, 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분을 얻을 수 있으며, 이렇게 얻어진 곡분이 각종 제품에 유용하다는 것을 발견하였다.
본 발명에 따르면, 고아밀로스 곡분 중의 총 식이섬유 함량(TDF)을 증가시키기 위해, 상기 곡분을 단시간 동안 수분-열처리함으로써 가공할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 약 80 내지 160℃의 온도에서 상기 곡분이 약 10 내지 50 중량%의 총 수분 함량을 갖는 조건 하에, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 아밀로스를 갖는 고아밀로스 곡분을 상기 온도에서 약 0.5분 내지 15분간 가열함으로써 제조될 수 있는, 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분을 제공한다.
본 명세서에서 "단시간" 동안의 처리란, 목표 온도에서 0.5 내지 15분간 처리하는 것을 의미한다.
또한, 총 수분 함량이란, 가공 중에 첨가된 물과 상기 곡분 중에 포함된 수분(물)의 함량을 의미한다.
아울러, 총 식이섬유 함량(TDF: total dietary fiber)이란, 미국공인분석화학회(AOAC: the Association of Analytical Chemists)에 따른 방법 991.43 (Journal of AOAC, Int., 1992, v. 75, No.3, p.395-416)에 준거하여 측정된 식이섬유의 함량을 의미하는 것으로서 여겨진다. 총 식이섬유 함량은 건량 기준이다.
또한, 본 명세서에서 곡분이란, 전분을 포함하고, 단백질, 지방(지질), 화이버, 비타민, 및/또는 미네랄을 포함할 수 있는 다성분 조성물을 의미하는 것으로서 여겨진다. 상기 곡분을 예시하면, 조립질 소맥분(meal), 통밀(wholemeal), 옥수 수, 마사(masa), 그릿(grit), 및 박편형 그릿(flaking grit)을 들 수 있으나, 전술한 것으로 제한되지 않으며, 이러한 곡분은 순수한 전분과는 별개의 물질인 것으로 여겨진다.
그리고, 고아밀로스 곡분이란, 소맥분 또는 미분(rice flour)의 경우에는 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 아밀로스를 약 27 중량% 이상의 양으로 포함하는 곡분을, 그 밖의 공급원의 경우에는 상기 공급원 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 아밀로스를 약 40 중량% 이상의 양으로 포함하는 곡분을 의미하는 것으로 여겨지며, 전술한 각각의 아밀로스의 함량은 본 발명의 실시예에 상술한 바와 같은 전위차 방법(potentiometric method)에 의해 측정된 값이다.
또한, 호화(gelatinization)란, 전분을 조리함으로써 상기 전분의 과립형 구조를 붕괴시키는 프로세스를 의미하는 것으로 여겨진다. 여기서, 전분의 과립형 구조란, 수용성을 갖지 않으며(적어도 부분적으로 결정성을 가짐), 편광 하에 복굴절성 및 통상의 몰타 십자(Maltese cross)형을 갖는 천연 전분의 구조를 의미한다. 고아밀로스 전분의 경우, 몇몇 천연 전분 과립은 몰타 십자형, 특히 필라멘트형 과립 구조를 갖지 않는다. 본 명세서에 기재된 바와 같이, 전분을 호화시키면, 천연 상태에서 나타나는 몰타 십자형은 물론, 복굴절성이 나타나지 않는다.
아울러, 가열 시간이란, 목표 온도에서의 가열 시간을 의미하며, 목표 온도까지 가열(승온)하는 데 소요되는 시간은 포함되지 않는다.
전술한 "목표 온도까지 가열"하는 데 소요되는 시간 또는 "승온" 시간이란, 상기 곡분을 실온에서부터 목표 온도까지 가열하는 데 소요되는 시간을 의미하는 것으로 여겨진다.
또한, 목표 온도란, 상기 곡분을 수분-열처리하여, 상기 곡분의 온도가 80℃에 도달한 시점을 출발점으로 하는 온도이다.
아울러, 구조적 변화란, 상기 곡분 중의 각 성분들의 고유한 구조를 변화시키는 것을 의미하며, 이러한 구조적 변화의 예로서는 단백질 변성, 전분의 어닐링(annealing) 또는 결정화, 및 상기 곡분 중의 각 성분들 간의 착물 형성 또는 그 밖의 상호 반응을 들 수 있으나, 전술한 것으로 제한되지 않는다.
또한, 식품은 인간 및/또는 동물의 섭취용으로서, 식용 가능한 모든 제품을 포함하는 것으로 여겨지며, 이러한 식품으로서 음료 또한 포함된다.
그리고, 서브피크 융점(subpeak melting point tmeperature)이란, 상기 곡분이 장시간 동안 수분-열처리된다고 가정하는 경우, 실질적으로 5℃ 이상 증가되는 특징을 나타내는 융점(Tp)을 의미하는 것으로 여겨진다.
본 발명에 따르면, 고아밀로스 곡분 중의 총 식이섬유 함량(TDF)을 증가시키기 위해, 상기 곡분을 단시간 동안 수분-열처리함으로써 가공할 수 있다. 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분은, 약 80 내지 160℃의 온도에서 상기 곡분이 약 10 내지 50 중량%의 총 수분 함량을 갖는 조건 하에, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 40 중량% 이상의 아밀로스를 갖는 고아밀로스 곡분을 상기 온도에서 약 0.5분 내지 15분간 가열함으로써 제조될 수 있다.
본 발명의 제조 방법에 이용되는 곡분은 천연 공급원에서 유래된 고아밀로스 곡분일 수 있다. 여기서, 천연 곡분이란, 자연 상태 그대로의 곡분을 의미한다. 또한, 교배육종, 전좌, 역위, 형질전환, 삽입, 방사선 조사, 화학적 또는 그 외의 방법에 의한 돌연변이, 또는 이들의 변형을 포함하는 그 외 유전자 또는 염색체 조작 방법을 포함하는 표준 교배기술로 수득된 식물에서 유래된 곡분도 바람직하게 이용될 수 있다. 아울러, 공지의 표준 돌연변이 교배법에 의해 생산될 수 있는, 인위적 돌연변이에서 나온 식물 유래의 곡분 및 상기 일반적 조성물의 변이 또한 본 발명에 적합하다.
상기 곡분의 통상적인 공급원은 곡물, 괴경, 뿌리, 콩 및 과일이다. 상기 곡분의 천연 공급원을 예시하면, 옥수수(maize), 감자, 고구마, 보리, 밀, 벼, 사고(sago), 애머랜스(amaranth), 타피오카(tapioca), 갈근(arrowroot), 칸나, 완두, 바나나, 귀리, 호밀, 라이밀(triticale), 및 수수에서 유래된 고아밀로스 변이체를 들 수 있지만, 전술한 공급원으로 제한되지 않는다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 옥수수 곡분이다. 본 명세서에서 "고아밀로스" 곡분이란, 소맥분 또는 미분의 경우에는 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 아밀로스를 약 27 중량% 이상의 양으로 포함하는 곡분을, 그 밖의 공급원의 경우에는 상기 공급원 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 아밀로스를 약 40 중량% 이상의 양으로 포함하는 곡분을 의미하는 것으로 여겨진다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분의 공급원은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 50 중량% 이상의 아밀로스를 포함하고, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 공급원은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 70 중량% 이상의 아밀로스를 포함하고, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 공급원은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 80 중량% 이상의 아밀로스를 포함하며, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 공급원은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 90 중량% 이상의 아밀로스를 포함한다. 동 기술분야에 알려진 바와 같이, 상기 곡분은 전분 이외의 성분을 포함할 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 5 중량% 이상의 단백질, 및 약 1 중량% 이상의 지질을 포함하며, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 50 중량% 이상의 아밀로스를 포함한다. 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 10 중량% 이상의 단백질, 및 약 3 중량% 이상의 지질을 포함하며, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 70 중량% 이상의 아밀로스를 포함한다. 또 다른 구현예에 따르면, 옥수수 곡분은 약 8 내지 13 중량%의 단백질, 약 2 내지 3 중량%의 지질, 및 약 85 내지 90 중량%의 전분을 포함한다. 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 약 20 중량% 이상의 단백질을 포함하며, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 약 40 중량% 이상의 단백질을 포함한다.
다른 구현예에 따르면, 상기 고아밀로스 곡분은 아밀로스 증량 유전형(amylose extender genotype)(우성 또는 열성)을 갖는 식물 공급원으로부터 추출된 것이다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 부탄올 분획법에 의해 측정되는 아밀로펙틴의 함량이 10 중량% 미만인 전분을 포함한다. 또한, 다른 구현예에 따르면, 상기 전분은 식물 교배 집단, 특히 옥수수, 즉, 유전자원 선별체를 갖는 유전적 복합체(genetic composite)로서, 75 중량% 이상의 아밀로스, 경우에 따라서는 85 중량% 이상의 아밀로스(즉, 통상의 아밀로스), 10 중량% 미만의 아밀로펙틴, 경우에 따라서는 5 중량% 미만의 아밀로펙틴, 및 약 8 내지 25 중량%의 저분자량 아밀로스를 포함하는 옥수수에서 유래된 것이다. 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 다수의 아밀로스 증량 변형 유전자와 결합된 열성의 아밀로스 증량 유전형을 갖는, 전분을 생산하는 식물의 낟알로부터 추출된 것이다. 이러한 식물은 동 기술분야에 알려져 있으며, 문헌에 기재되어 있다.
상기 곡분은 동 기술분야에 알려진 곡분 생산 방법, 예를 들면, 건식 분쇄법에 의해 천연 공급원으로부터 얻어진다. 그 밖에 이용 가능한 곡분 생산 방법을 예시하면, 습식 분쇄법, 및 분리법, 또는 건식 방법과 습식 방법이 조합된 방법을 들 수 있지만, 전술한 것으로 제한되지 않는다. 동 기술분야의 당업자라면, 상기 곡분 중의 각 성분들을 조작할 수 있으며, 예를 들면, 상기 곡분 중의 단백질 함량을 공지된 기법, 예컨대, 미세 분쇄법, 및 공기 분급법(air classification)에 의해 증가시킬 수 있다.
본 발명에 따른 곡분의 제조 시에는 상기 곡분 중에 포함된 전분 성분의 부분 호화 또는 완전 호화를 억제 또는 최소화함으로써, 상기 전분이 실질적으로 과립형 구조를 가지도록, 상기 곡분을 정해진 총 수분 함량 및 정해진 온도와 시간의 조합 조건 하에 정해진 시간 동안 가공해야 한다. 그리고, 상기 전분의 부분 호화 반응이 일어나더라도, 가능한 최고의 TDF 함량이 유지되도록, 상기 호화 반응도가 최소화되어야 한다. 일 구현예에 따르면, 상기 전분의 호화 반응이 일어나지 않는다. 또한, 본 발명에 따르면, 전술한 바와 같은 조건 하에 상기 곡분을 처리함으로써, 총 식이섬유 함량이 높은 곡분을 제조할 수 있다.
상기 곡분 중의 총 수분(물) 함량은 건조 곡분의 중량을 기준(건조 고형분량 기준)으로 약 10 내지 50 중량%일 수 있으며, 다른 구현예에 따르면, 상기 총 수분 함량은 건조 곡분의 중량을 기준으로 약 20 내지 30 중량%일 수 있다. 일 구현예에 따르면, 이러한 수분의 상대적인 수치는 상기 가열 단계 중에 실질적으로 일정하게 유지된다. 다른 구현예에 따르면, 상기 가열 단계를 수행하는 중에, 상기 곡분에 물이 첨가되지 않는다 (즉, 상기 가열 단계의 수행 시, 상기 곡분 중에 포함된 수분을 제외하고는 물이 존재하지 않음). 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 수분 함량은 수분-열처리 중에 제어되지 않아서, 상기 수분-열처리된 곡분은 일단 가공되면 저함량의 수분을 갖게 된다 (실질적으로 일정하게 유지됨).
상기 곡분은 목표 온도인 약 80 내지 160℃의 온도에서 가열되며, 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 약 100 내지 120℃의 온도에서 가열된다. 상기 곡분을 가열하기에 가장 적절한 온도 조건, 및 상기 곡분의 수분 함량 조건은 상기 곡분의 조성(단백질, 전분, 및 지질 각각의 공급원 및 함량을 포함함), 및 상기 곡분의 아밀로스 함량에 따라 다를 수 있지만, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 증가시키기 위해서는 상기 전분이 결정성 및 복굴절성을 상실하지 않도록 과립 상태를 유지시키는 것이 관건이다.
전술한 목표 온도에서의 가열 시간은 수분량 및 가열 온도 외에도, 사용되는 곡분의 종류, 상기 곡분의 아밀로스 함량, 상기 곡분의 입자 크기, 및 원하는 수준의 총 식이섬유 함량에 따라 다를 수 있다. 일 구현예에 따르면, 이러한 가열 시간은 약 0.5분 내지 15분일 수 있다. 또한, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 가열된다.
목표 온도까지 가열(승온)하는 데 소요되는 시간은 사용된 장치, 프로세스 조건, 및 사용된 곡분의 종류에 따라 다를 수 있다. 일 구현예에 따르면, 처리된 곡분이 색 및 바람직하지 않은 풍미(flavor)를 갖지 않도록, 상기 곡분의 승온 시간이 짧은 시간인 것이 바람직하다. 다른 구현예에 따르면, 상기 승온 시간은 약 5분 미만이며, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 승온 시간은 약 1분 미만이다.
상기 곡분이 높은 수준의 총 식이섬유 함량을 갖도록 하기 위해서는, 상기 전분의 과립형 구조가 붕괴(호화)되지 않도록 함으로써 상기 전분의 결정성 및 복굴절성이 유지되는 조건 하에 상기 곡분을 처리한다. 아울러, 이러한 과립 구조가 편광 하에 관찰되는 경우에는 천연 전분에서 나타나는 몰타 십자형을 상실하지 않을 수 있다. 어떤 조건, 예컨대, 고습 및 고온 조건 하에서는 상기 전분의 과립이 부분적으로 팽윤될 수 있지만, 상기 전분의 결정성이 완전히 파괴되지는 않는다. 이 같은 조건 하에서 상기 전분의 과립이 파괴된 바는 없으며, 본 발명에 따르면, 오히려 총 식이섬유 함량이 증가될 수 있다.
전분의 결정성은 총 식이섬유 함량에 영향을 끼치지만, 상기 수분-열처리 가공을 수행함으로써, 상기 곡분 중에 포함되는 성분들을 변화시킬 수 있으며, 이러한 변화로서는 구조적 변화가 포함될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 수분-열처리 가공 조건은, 총 식이섬유 함량의 증가율은 최대화되고, 가열에 의해 얻어지는 바람직하지 않은 결과, 예컨대, 영양가의 감소(예를 들면, 비타민 분해) 또는 관능성(예를 들면, 맛, 색) 저하는 최소화되도록 선택된다.
전술한 바와 같은 가열 처리는 동 기술분야에 공지된 장치를 이용하여 수행 될 수 있으며, 상기 장치는 원하는 바에 따라, 수분의 부가 및 제어 공정, 혼합 공정, 가열 공정, 및 건조 공정 외에도, 분말 가공 공정을 수행하기에 적절한 것이다. 일 구현예에 따르면, 상기 장치로서, 연속식 관형 박막 건조기가 사용된다. 다른 구현예에 따르면, 상기 장치로서, 가열된 연속식 컨베이어 스크류(conveyer screw)와 연속식 박막 건조기가 일렬로 조합된 장치가 사용되며, 상기 장치는 상기 목표 온도에서의 수분 함량을 제어하기 위해 부가적으로 가압할 수 있다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 장치로서, 배치식 Ploughshare 혼합기가 사용된다. 상기 가열 처리 공정은 연속식 공정, 또는 배치식 공정으로 수행될 수 있다.
일 구현예에 따르면, 상기 가열 처리는 배치식 공정으로서 수행되며, 상기 곡분의 온도는 80 내지 160℃까지 도달한 다음, 실질적으로 일정한 온도가 유지된다. 다른 구현예에 따르면, 상기 가열 처리 공정은 단시간의 승온 시간을 갖는 연속식 공정으로서 수행된다. 또한, 일 구현예에 따른 연속식 공정에서는 상기 곡분의 온도가 80 내지 160℃이고, 상기 온도가 실질적으로 일정하게 유지되며, 다른 구현예에 따르면, 상기 가열 처리 공정은 전술한 온도에 도달하는 시간에 이르면, 실질적으로 완료된다.
상기 곡분은, 상기 가열 처리 공정에 의해 상기 전분의 과립형 구조가 파괴되지 않는 범위 내에서 상기 가열 처리 공정의 수행 전 또는 수행 후에 추가적으로 가공될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 이러한 추가적 가공 공정으로서는 α-아밀라제를 이용한 분해 공정, 또는 산에 의한 처리 공정이 포함될 수 있으며, 다른 구현예에 따르면, 상기 추가적 가공 공정으로서, 화학적 변성 공정이 포함될 수 있 다.
상기 곡분의 입자 크기는 상기 수분-열처리 가공의 수행 전, 또는 수행 후에, 예컨대, 분쇄, 응집, 및/또는 체를 이용한 입자 선별 공정을 수행함으로써 조정될 수 있다. 여기서, 상기 분쇄 공정에 의해서는 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 저하될 수 있다는 것을 유념해야 한다. 일 구현예에 따르면, 전술한 바와 같이 수분-열처리된 곡분 입자 중 90%가 250 ㎛ 이상, 590 ㎛ 이하의 입자 크기를 가지며, 다른 구현예에 따르면, 전술한 바와 같이 수분-열처리된 곡분 입자 중 90%가 180 ㎛ 이상, 590 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는다. 또 다른 구현예에 따르면, 상기 수분-열처리된 곡분 입자는 590 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 한편, 상기 입자 중 70%가 180 ㎛ 이상의 입자 크기를 가지며, 다른 구현예에 따르면, 상기 수분-열처리된 곡분 입자는 590 ㎛ 이하의 입자 크기를 갖는 한편, 상기 입자 중 80%가 125 ㎛ 이상의 입자 크기를 갖는다. 모든 경우에 있어서, 상기 수분-열처리된 곡분의 입자 크기는 동 기술분야에 알려진 방법에 의해 처리하기 전의 상기 곡분의 입자 크기에 따라 정해지거나, 또는 전술한 처리 후에 얻어지는 입자 크기의 변화에 의해 정해질 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 처리 후의 입자 크기는 상기 처리 전의 곡분의 입자 크기에 의해 정해진다.
상기 곡분은 동 기술분야에 알려진 기법을 이용하여 정제될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 동 기술분야에 알려진 방법에 의해 상기 곡분을 표백시킴으로써, 상기 곡분의 색을 약화시킬 수 있다. 아울러, 동 기술분야에 알려진 방법을 이용하여, 상기 곡분의 pH를 조정할 수도 있다.
그리고, 상기 곡분 중에 포함된 전분을 호화시키지 않으며, 동 기술분야에 알려진 방법을 이용하여, 상기 곡분을 건조시킬 수 있다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 공기 건조되며, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 플래시 건조된다.
또한, 전처리 및/또는 후처리 방법을 이용함으로써, 상기 총 식이섬유 함량을 추가적으로 제어하거나, 또는 식품에서 이용하기에 보다 적절한 곡분을 제조할 수 있다.
전술한 바와 같은 수분-열처리에 의해 얻어진 곡분 제품은 과립형 구조가 유지된 채로 존재하는 전분을 포함할 수 있으며, 이러한 과립형 구조의 유무는 현미경 관찰 시, 관찰되는 복굴절성, 및 편광 하에 관찰 시, 천연 전분에서 나타나는 몰타 십자형의 존재에 의해 확인된다. 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 수분-열처리되기 전의 곡분에 비해 약 20% 이상, 또는 10% 이상일 수 있다 (단, 상기 총 식이섬유 함량은 상기 곡분의 중량을 기준으로 한 절대값임). 일 구현예에 따르면, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 40 중량% 이상일 수 있고, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 50 중량% 이상일 수 있으며, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 60 중량% 이상일 수 있다. 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 출발 물질의 종류, 및 가열 처리 시의 조건에 따라 다를 수 있다.
또한, 전술한 바와 같이 가열 처리된 곡분은, 상기 곡분이 장시간 동안 수분-열처리된다고 가정하는 경우, 서브피크 융점[Tp](본 발명의 실시예에 기재된 방법에 따라서 DSC에 의해 측정됨)이 실질적으로 5℃ 이상 증가되는 특징을 나타내는 Tp를 갖는다. 상기 서브피크 융점은 상기 곡분의 처리 조건, 처리되기 전의 곡분의 공급원 및 조성의 영향을 받는다. 상기 곡분의 서브피크 융점이 낮다는 것은 상기 곡분이 조리하기 간편하고, 수분 흡수도가 높다는 것을 나타내기 때문에, 대부분의 경우에는 상기 서브피크 융점이 낮은 것이 바람직하다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 아밀로스 함량이 약 70 중량% 이상인 옥수수에서 유래된 것이며, 전술한 바와 같이 수분-열처리된 곡분의 서브피크 융점 온도가 약 100℃ 이상이다.
전술한 바와 같이 수분-열처리된 곡분은 천연 전분으로부터의 편차값을 나타내지 않거나, 최소의 편차값을 나타내는, 허용 가능한 색을 갖는다. 일 구현예에 따르면, 상기 천연 곡분과 상기 수분-열처리된 곡분 간의 L값(백도(whiteness)를 0에서부터 100까지의 스케일로 나타낸 값)의 편차는 10 미만이다. 다른 구현예에 따르면, 이러한 L값의 편차가 5 미만이며, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 L값의 편차가 2 미만이다.
또한, 전술한 바와 같이 수분-열처리된 곡분은 내가공성(process tolerance)이 우수하여, 유사한 방법으로 처리된 전분의 경우와 마찬가지로, 고온 및/또는 고전단 조건 하에서도 TDF 함량이 쉽게 저하되지 않는다. 따라서, 본 발명의 곡분은, 각종 제품 중의 TDF 함량을 증가시키기 위한 것으로서 유용하며, 이 때, 높은 TDF 함량을 갖는 전분에 의해서는 상기 제품 중의 TDF 함량이 증가되지 않는다. 일 구현예에 따르면, 상기 곡분은 서로 동일한 온도 및 전단 조건 하에서 전분에 비해 TDF 함량 유지율이 20% 높다.
일 구현예에 따르면, 상기 곡분을 압출 성형하는 경우, 상기 곡분은 우수한 내가공성을 갖는다. 이러한 압출 공정은 동 기술분야에 공지된 적절한 장치 및 공 정 변수(process parameter)를 이용하여 수행될 수 있다. 상기 압출 공정에는 다양한 조합의 공정 변수, 예를 들면, 생성물의 수분량, 스크류의 디자인 및 속도, 공급 속도, 배럴(barrel) 온도, 다이(die)의 디자인, 포뮬러(formula), 및 길이/직경 비(L/d)가 적용되기 때문에, 동 기술분야에서는 압출 시의 공정 변수 창(process parameter window)을 나타내기 위한 것으로서 SME(specific mechanical energy) 및 제품의 온도(PT: product temperature)가 이용되어 왔다. 일 구현예에 따르면, SME가 약 125 Wh/㎏ 이상이고, PT가 135∼145℃인 조건 하에 상기 곡분을 압출하는 경우, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 약 50 중량% 이상이며, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량은 약 60 중량% 이상이다.
본 발명의 곡분은 식품에 이용될 수 있다. 본 발명의 곡분을 이용함으로써, 이러한 식품 중의 총 식이섬유 함량은 증가시키고, 칼로리 수치는 저하시킬 수 있다. 통상적인 식품을 예시하면, 압출 성형된 즉석 조리형(ready-to-eat) 시리얼, 및 식전(食前) 조리형 시리얼과 같은 시리얼; 빵, 크래커, 쿠키, 케이크, 머핀, 롤, 페이스트리, 및 그 밖의 곡물 기재 재료(grain-based ingredient)와 같은 베이킹 제품; 파스타; 음료; 튀김 제품 및 코팅 제품; 스낵; 및 요거트, 치즈, 및 사워 크림(sour cream)과 같은 발효 유제품을 들 수 있으나, 전술한 것으로 제한되지 않는다.
주어진 식품에 첨가 및 사용될 수 있는 식이 섬유의 양은, 관능성을 감안할 때 용인될 수 있는 최대량까지로 정해질 수 있다. 다시 말하면, 높은 TDF 함량을 갖는 곡분은 통상적으로, 상기 곡분이 이용된 식품을 관능 평가하는 경우에 허용 가능한 수준까지의 양으로 사용될 수 있다. 일 구현예에 따르면, 본 발명의 곡분은 상기 식품 중에 약 0.1 내지 90 중량%의 양으로 포함되고, 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 상기 식품 중에 약 1 내지 50 중량%의 양으로 포함되며, 또 다른 구현예에 따르면, 상기 곡분은 상기 식품 중에 약 1∼25 중량%의 양으로 포함된다.
또한, 본 발명의 곡분은 약제품 또는 영양제품에 이용될 수 있으며, 이러한 약제품 또는 영양제품을 예시하면, 프리바이오틱 및 프로바이오틱 조성물(prebiotic and probiotic composition), 당뇨환자용 식품(diabetic food) 및 보조식품, 다이어트용 식품, 당지수 반응 제어용 식품, 및 정제 및 그 밖의 약학적 투여 제형을 들 수 있으나, 전술한 것으로 제한되지 않는다.
본 발명의 곡분을 이용하여 제조된 제품은 동물에게(상기 동물에 의해 소화되어) 공급될 수 있으며, 일 구현예에 따르면, 상기 동물은 포유류이다.
이하, 구현예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기 구현예로 제한되지 않는다.
1. 곡분(flour)의 총 식이섬유 함량을 증가시키는 방법으로서,
목표 온도인 80 내지 160℃의 온도에서 상기 곡분이 10 내지 50 중량%의 총 수분 함량을 갖는 조건 하에, 상기 곡분을 상기 목표 온도에서 0.5분 내지 15분간 가열함으로써, 수분-열처리된 곡분을 얻는 단계를 포함하며;
상기 곡분의 아밀로스 함량은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 40 중량% 이상이고,
상기 곡분이 소맥분(wheat flour), 또는 미분(rice flour)인 경우에는 상기 아밀로스 함량이 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 27 중량% 이상이고;
상기 조건은, 상기 총 식이섬유 함량이 상기 곡분의 중량을 기준으로 10% 이상 증가되도록 선택되는
것을 특징으로 하는, 곡분의 총 식이섬유 함량의 증가 방법.
2. 상기 구현예 1에 있어서, 상기 곡분이 옥수수 곡분인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
3. 상기 구현예 1 또는 2에 있어서, 상기 곡분의 아밀로스 함량이, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 70 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
4. 상기 구현예 3에 있어서, 상기 곡분의 아밀로스 함량이, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 80 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
5. 상기 구현예 4에 있어서, 상기 곡분의 아밀로스 함량이, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 90 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
6. 상기 구현예 1 내지 5 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분은 5 중량% 이상의 단백질, 및 1 중량% 이상의 지질을 포함하며, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 50 중량% 이상의 아밀로스를 포함하는 것을 특징으로 하는 증가 방법.
7. 상기 구현예 6에 있어서, 상기 곡분은 옥수수 곡분이며, 약 8 내지 13 중량%의 단백질, 약 2 내지 3 중량%의 지질, 및 약 85 내지 90 중량%의 전분을 포함하는 것을 특징으로 하는 증가 방법.
8. 상기 구현예 1 내지 7 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 목표 온도가 100 내지 120℃인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
9. 상기 구현예 1 내지 8 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분의 수분 함량이 20 내지 30 중량%인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
10. 상기 구현예 1 내지 9 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 가열 단계를 물을 첨가하지 않은 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 증가 방법.
11. 상기 구현예 1 내지 10 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 가열 중에 상기 수분 함량을 제어하지 않는 것을 특징으로 하는 증가 방법.
12. 상기 구현예 1 내지 11 중 어느 한 구현예에 따른 증가 방법에 의해 수분-열처리된 곡분을 포함하는 조성물.
13. 상기 구현예 12에 있어서, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 20 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
14. 상기 구현예 13에 있어서, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 40 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
15. 상기 구현예 14에 있어서, 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
16. 상기 구현예 12 내지 15 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분이 서브피크 융점을 갖는 것을 특징으로 하는 조성물.
17. 상기 구현예 12 내지 16 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분은, 아밀로스 함량이 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 70 중량% 이상이며 100℃ 이상의 융점을 갖는 옥수수 곡분인 것을 특징으로 하는 조성물.
18. 상기 구현예 12 내지 17 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분은 L값의 변화도가 10 미만인 것을 특징으로 하는 조성물.
19. 상기 구현예 18에 있어서, 상기 곡분은 L값의 변화도가 2 미만인 것을 특징으로 하는 조성물.
20. 상기 구현예 12 내지 19 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분 중 90%는 입자 크기가 250 ㎛ 이상, 590 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
21. 상기 구현예 12 내지 19 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분 중 90%는 입자 크기가 180 ㎛ 이상, 590 ㎛ 이하인 것을 특징으로 하는 조성물.
22. 상기 구현예 12 내지 19 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분은 입자 크기가 590 ㎛ 이하이고, 상기 곡분 중 70%는 입자 크기가 180 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
23. 상기 구현예 12 내지 19 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 곡분은 입자 크기가 590 ㎛ 이하이고, 상기 곡분 중 80%는 입자 크기가 125 ㎛ 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
24. 식품의 제조 방법으로서, SME(specific mechanical energy)가 약 125 Wh/㎏ 이상이고, PT(product temperature)가 135∼145℃인 조건 하에, 상기 구현예 12 내지 23 중 어느 한 구현예에 따른 조성물을 압출시킴으로써, 압출된 조성물을 형성하는 단계를 포함하고, 상기 압출된 조성물의 총 식이섬유 함량이 약 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 식품의 제조 방법.
25. 상기 구현예 24에 있어서, 상기 압출된 조성물의 총 식이섬유 함량이 약 60 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
(실시예)
이하, 하기 실시예를 들어 본 발명에 대해 보다 상세하게 설명하나, 본 발명은 하기 실시예로 제한되지 않는다. 별도의 언급이 없는 한, 본 실시예에 사용된 부(part) 및 퍼센트는 모두 중량 기준이고, 온도 단위는 섭씨 온도(℃)이다.
본 실시예에서는 다음과 같은 테스트를 수행하였다.
A. 아밀로스 함량 측정
전위차 측정법에 의한 아밀로스 함량의 측정
10 mL의 농축 염화칼슘(약 30 중량%) 중에서, 약 0.5 g의 전분(분쇄된 그레인(grain) 1.0 g에서 얻음) 샘플을 95℃로 30분간 가열하였다. 상기 샘플을 실온으로 냉각시킨 다음, 2.5%의 우라닐 아세테이트 용액 5 mL로 희석시킨 후, 잘 혼합한 다음, 2,000 rpm에서 5분간 원심 분리하였다. 그런 다음, 상기 샘플을 여과함으로써, 투명한 용액이 얻어졌다. 얻어진 용액을, 1 ㎝의 편광 셀(polarimetric cell)을 이용하여 편광 분석하였다. 그런 다음, 상기 샘플의 분취물(통상적으로 5 mL)을, 표준 용액인 0.01 N의 요오드 용액으로 직접 적정하는 한편, KCl 비교 전극 을 갖는 백금 전극을 이용하여 전위를 기록하였다. 변곡점(inflection point)에 도달하는 데 필요한 요오드의 양을 결합된 요오드의 양으로서 직접 측정하였다. 그리고, 1.0 g의 아밀로스가 200 ㎎의 요오드와 결합한다는 가정 하에, 아밀로스의 양을 계산하였다.
B. 총 식이섬유 함량의 측정
AOAC 방법 991.43 (Journal of AOAC, Int., 1992, v. 75, No.3, p395-416)에 준거하여, 총 식이섬유 함량을 다음과 같이 측정하였다.
상기 총 식이섬유 함량의 측정은 Megazyme AOAC 991.43 TDF 방법 키트인 K-TDFR을 이용하여 수행되었다.
불용성 식이섬유의 결정 과정:
1. 블랭크
반응제부터 잔류물에 이르는 각 물질의 영향을 확인하기 위해서 각각의 분석마다, 각각의 샘플과 더불어 2개의 블랭크를 포함시켰다.
2. 샘플
a. 400 mL 용량의 긴 형태 비이커(tall-form beaker)를 이용하여, 각각 1.000±0.005 g의 2개의 샘플을 정밀하게 칭량하였다.
b. 0.05M의 MES-TRIS 블렌드 완충액(pH 8.2) 40 mL를 상기 각각의 비이커에 첨가하였다. 그런 다음, 각각의 비이커에 자기 교반용 바(bar)를 넣었다. 상기 샘플이 용액 중에 완전히 분산될 때까지, 상기 샘플을 자기 교반기 상에서 교반하였다.
3. 열 안정성을 갖는 α-아밀라제를 이용한 배양
a. 저속으로 교반하면서, 열 안정성을 갖는 α-아밀라제 용액 50 ㎕를 첨가하였다.
b. 각각의 비이커의 입구를 사각형의 알루미늄 호일로 덮었다.
c. 알루미늄 호일로 덮은 각각의 비이커를 95∼100℃의 온도에서 진탕 수조(shaking water bath)에 넣은 다음, 계속 휘저으면서 31분간 배양하였다. 모든 비이커를 온수가 담긴 수조에 넣은 다음, 곧바로 타이머로 시간을 측정하였다.
4. 냉각
a. 상기 온수가 담긴 수조로부터, 샘플이 담긴 각각의 비이커를 제거한 다음, 60℃의 온도로 냉각하였다.
b. 호일 덮개를 제거하였다.
c. 바람직한 경우, 스패츌러(spatula)를 이용하여 상기 비이커 주변의 링, 및 상기 비이커 바닥에 형성된 겔을 긁어내었다.
d. 피펫을 사용하여 10 mL의 증류수로 상기 비이커의 측벽, 및 스패츌러를 세척하였다.
e. 상기 수조의 온도를 60℃로 조정하였다.
5. 프로테아제를 이용한 배양
a. 각각의 샘플에 프로테아제 용액 100 ㎕를 첨가하였다.
b. 각각의 비이커의 입구를 알루미늄 호일로 덮었다.
c. 계속 휘저으면서, 진탕 수조 내, 60±1℃의 온도에서 30분간 배양하였 다. 상기 수조의 온도가 60℃에 도달하였을 때, 타이머로 시간을 측정하기 시작하였다.
6. pH 조정
a. 상기 수조로부터 샘플이 담긴 각각의 비이커를 제거하였다.
b. 상기 덮개를 제거하였다.
c. 자기 교반기 상에서 교반하면서, 상기 샘플에 0.561 N의 HCl 용액 5 mL를 공급하였다.
d. pH를 체크하였을 때, pH가 4.1∼4.8이어야 한다. 필요한 경우, 5% NaOH 용액 또는 5% HCl 용액을 추가적으로 이용하여, pH를 조정하였다.
7. 아밀로글루코시다제(amyloglucosidase)를 이용한 배양
a. 자기 교반기 상에서 교반하면서, 200 ㎕의 아밀로글루코시다제 용액을 첨가하였다.
b. 알루미늄 덮개를 대체하였다.
c. 일정하게 교반하면서, 진탕 수조 내, 60℃의 온도에서 30분간 배양하였다. 상기 수조의 온도가 60℃에 도달하였을 때, 타이머로 시간을 측정하기 시작하였다.
8. 여과 준비
a. 셀라이트를 포함하는 도가니의 무게를 0.1 ㎎에 가까운 무게가 되도록 칭량하였다.
b. 약 3 mL의 증류수를 이용하여, 상기 도가니 중의 셀라이트상을 습윤화하 여 재분산시켰다.
c. 평탄한 매트인 프릿화 유리(fritted glass) 상에 셀라이트를 인출하기 위하여, 상기 도가니를 석션(suction)하였다.
9. 7단계에서 얻은 효소 혼합물을 도가니를 통해 여과 플라스크 내로 여과하였다.
10. 그 잔류물을, 70℃로 예열된 10 mL의 증류수로 2회 세척하였다. 상기 도가니 중의 잔류물을 세척하기 전, 물로 상기 비이커를 세척하였다. 그런 다음, 미리 칭량한 600 mL 용량의 긴 형태 비이커에 상기 용액을 옮겨 담았다.
11. 그 잔류물을 10 mL의 다음 성분들로 2회 세척하였다:
a. 95% 에탄올
b. 아세톤
12. 상기 잔류물을 포함하는 도가니를 103℃의 오븐 중에서 건조시켰다.
13. 상기 도가니를 데시케이터 중에서 약 1시간 동안 냉각시켰다. 식이섬유 잔류물, 및 셀라이트를 포함하는 도가니의 무게를 0.1 ㎎에 가까운 무게가 되도록 칭량하였다. 상기 잔류물의 무게를 구하기 위해, 칭량한 무게, 즉, 건조된 도가니 및 셀라이트의 무게를 뺀 값을 구하였다.
14. 단백질 및 회분 분석
각종 화이버로부터 유래된 제1 잔류물에 대해 단백질 분석을, 이와 동일한 화이버의 제2 잔류물에 대해 회분 분석을 수행하였다.
a. Kjeldahl 방법(AACC 46-10)을 이용하여, 상기 잔류물에 대해 단백질 분 석을 수행하였다. 각각의 경우에 대해 6.25 인자를 이용하여, 단백질의 무게(g)를 계산하였다.
b. 회분 분석 시에는 AACC 방법 08-01에 기재된 바와 같이, 상기 제2 잔류물을 525℃의 온도에서 5시간 동안 소각하여 회분을 얻었다. 그런 다음, 얻어진 회분을 데시케이터 중에서 냉각시킨 후, 0.1 ㎎에 가까운 무게로 칭량하였다. 회분의 무게를 구하기 위해, 상기 도가니 및 셀라이트의 무게를 뺀 값을 구하였다.
그리고, 하기 수식에 따라 총 식이섬유 함량을 계산하였으며, 별도의 언급이 없는 한, 상기 총 식이섬유 함량은 건량 기준으로 나타낸다:
TDF (%)= [(R1-R2)/2-P-A-블랭크]/(m1+m2)/2×100
상기 수식에서,
m1- 샘플의 무게 1
m2- 샘플의 무게 2
R1- m1에서 유래된 잔류물의 무게
R2- m2에서 유래된 잔류물의 무게
A- R1으로터의 회분 무게
P- R2로부터의 단백질 무게
C. DSC에 의한 열 분석
액상 질소 냉각용 부속품이 장착된 Perkin Elmer 시차주사열량계 7을 이용하여, 천연 곡분 및 수분-열처리된 곡분에 대한 열 분석을 수행하였다. 10 ㎎의 무수 샘플을 칭량하여, 밀폐식 스테인리스 스틸 팬 내에 넣은 다음, 물: 전분의 비율이 3:1이 되도록 물을 첨가하였다. 상기 팬을 밀폐한 다음, 10℃/분의 가열 속도로 가열하여, 10∼160℃의 온도 범위에서 스캐닝하였다. 상기 각각의 샘플에 대해 2회씩 측정하였으며, 온셋 융점(onset melting temperature), 피크 융점, 및 종료 융점의 평균값, 및 호화 시의 엔탈피값(J/g)의 평균값을 기록하였다.
D. 색상 평가
Hunter Color Quest II 분광비색계 구형 모델(Hunter Associates laboratory, Inc., 미국 버지니아주 레스톤에 소재)을 이용하여, 색상을 평가하였다. 상기 장치를 이용하는 데 있어서 소정의 방법 및 소프트웨어 모델에 따라 L값 및 a값을 측정 및 계산하였다. 상기 L값은 제품의 명도를 나타내며, 완전한 백색(white)을 나타내는 값인 100에서부터 흑색(black)을 나타내는 값인 0까지의 값을 갖는다. 또한, 상기 a값은 양의 값인 경우, 적색도(redness)를 나타낸다.
실시예 1 - 단시간 동안의 수분-열처리에 의해 제조된 높은 TDF 함량을 갖는 고아밀로스 옥수수 곡분: 가공 시간과 TDF 함량 증가도와의 관계
고아밀로스 옥수수 낟알을 이용하여 통상의 건식 도정 공정(dry milling process)에 의해, 배아 제거(degermination)된 고아밀로스 옥수수 곡분을 제조하였다. 이러한 건식 도정 공정은 동 기술분야에 통상적으로 알려진 방법에 따라 수행되며, 낟알 세척 공정, 배아 제거 공정, 배아와 겨의 분리 공정, 및 분쇄 및 체를 이용한 분급에 의해 목표 입자 크기를 얻는 최종 공정을 포함한다. 상기 옥수수 곡분의 조성은 다음과 같다: 수분 13.6%, 단백질 10.2%, 회분 1.8%, 및 지방 6.0%. 그리고, 상기 곡분의 입자 크기 분포는 다음과 같다: 250 ㎛ 체 상의 입자 분포율 55.3%, 177 ㎛ 체 상의 입자 분포율 18.3%, 125 ㎛ 체 상의 입자 분포율 17.5%, 및 125 ㎛의 체에 통과되는 입자의 분포율 8.9%. 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량은 31%이었다.
전술한 바와 같이 건식 도정된 고아밀로스 옥수수 곡분을, 배치식 공정용 Ploughshare 혼합기 및 건조기(모델: 300HP Prestovac 반응기, 미국 오하이오주 신시내티에 소재한 Processall에서 제조)를 이용하여 수분-열처리하였다. 상기 수분-열처리 시에 이용된 조건은 다음과 같다. 배치 A: 실온에서 고아밀로스 옥수수 곡분을 반응기에 옮겨 담았다. 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 수분 함량이 13.6 내지 30% 수분(+/-1%)이 되도록, 상기 곡분의 수분 함량을 조정하였다. 그런 다음, 수분 함량이 조정된 상기 옥수수 곡분을 121℃(250℉)로 가열하였다. 121℃의 온도까지 승온되는 데 약 45분의 시간이 소요되었다. 상기 옥수수 곡분의 온도가 전술한 목표 온도에 도달한 직후("목표 온도에서 1분째 시점으로 정함"), 목표 온도에 도달한 지 각각 30분, 60분, 및 120분 후의 샘플을 각각 취하였다. AOAC 991.43 방법에 따라, 상기 각각의 샘플의 총 식이섬유(TDF) 함량을 2회 분석하였다. 상기 옥수수 곡분의 수분 함량을 25%로, 그리고 상기 목표 온도를 126℃(260℉)로 한 것을 제외하고는 위에서와 동일한 방법 및 과정에 따라, 제2 배치(배치 B)를 제조 및 분석하였다. 표 1은 목표 온도에서의 가공 시간, 및 TDF 함량 데이터를 나타낸다.
표 1: 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량 데이터
| 가공 시간 (분) | 배치 A 시리즈 | TDF 함량 (%) | 배치 B 시리즈 | TDF 함량 (%) |
| 1 | A-1 | 63 | B-1 | 61 |
| 30 | A-30 | 64 | B-30 | 67 |
| 60 | A-60 | 65 | B-60 | 67 |
| 120 | A-120 | 62 | B-120 | 65 |
표 1에 기재된 각각의 데이터로부터, 상기 샘플 A의 목표 온도인 121℃, 및 상기 샘플 B의 목표 온도인 126℃에 도달하면, 미처리 곡분인 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량이, 샘플 A의 경우에는 31%에서 63%까지, 그리고 샘플 B의 경우에는 61%까지 증가되었다는 것을 확인할 수 있다. 그리고, 상기 목표 온도가 유지되는 동안, 상기 샘플 A 및 샘플 B에서는 TDF 함량의 증가가 관찰되지 않았다. 이러한 결과를 종합해 볼 때, 상기 옥수수 곡분의 TDF 함량은 매우 신속하게 증가하여, 전술한 목표 온도에 도달한 직후에 최대값에 도달한다는 것을 알 수 있다. 이로써, 상기 TDF 함량의 증가 메카니즘은 고아밀로스 전분에서 통상적으로 관찰되는 수준에 비해 빠르게 진행되는 것으로 여겨진다.
실시예 2 - 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 용융 특성에 미치는 가공 조건의 영향, 및 상기 가공 조건과 TDF 함량 증가도의 관계
DSC 분석에 의해, 실시예 1에서 얻은 샘플 A 시리즈, 및 미처리 고아밀로스 옥수수 곡분의 특성을 확인하여, 용융 거동 상의 변화를 평가하였다. DSC에 의한 분석 방법은 위에서 설명한 바와 같다. 표 2에는 각 조성물의 용융 거동과 관련된 데이터, 및 TDF 함량 데이터가 요약 기재되어 있다. 또한, 각 조성물의 용융 프로파일은 도 1에 도시된 바와 같다. 이들 데이터로부터, 가공 시간이 길어질 수록, 온셋 온도(To), 피크 온도(Tp), 및 종료 온도(Tc)가 증가한다는 것을 확인할 수 있다. To의 경우에는 상기 미처리 곡분과 상기 목표 온도에서 1분째 시점의 샘플 사이에서 가장 크게 증가된 것으로 관찰되었다. 또한, Tp의 경우에는 상기 "목표 온도에서 1분째 시점의 샘플"(샘플 A-1)에서, 그리고 목표 온도에서 60분째부터 120분째까지의 시간 동안 가장 크게 증가된 것으로 관찰되었다. Tc의 경우에는 상기 "목표 온도에서 1분째 시점의 샘플"(샘플 A-1)에서, 그리고 목표 온도에서 30분째부터 60분째까지의 시간 동안 가장 크게 증가된 것으로 관찰되었다. 아울러, 도 1로부터, 가공 시간이 길어짐에 따라, 용융 프로파일이 고온으로 이동하는 것을 알 수 있다. 실시예 1에서 논의한 바와 마찬가지로, 이러한 TDF 함량 데이터로부터, 전술한 목표 온도에 도달하면, 이미 최대 TDF 함량이 얻어진 것을 알 수 있다(샘플 A-1). 상기 샘플 A-1의 융점 데이터로부터는 상기 샘플 A 시리즈 중에서 상기 샘플 A-1이 가장 높은 수준을 갖는다는 것을 확인할 수 없으므로, 단시간 동안 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분에서 나타나는 TDF 함량의 증가가 가공 공정-용융 특성 또는 전분의 결정성에서의 변화를 유발하는 공정-에 따라 좌우된다고만 할 수는 없다. 이로써, 수분-열처리된 곡분에서의 TDF 함량 증가는 가공-단백질 변성 또는 그 밖의 복잡한 구조적 변화를 유발하는 공정-과 같은 기타 메카니즘의 영향을 받는다고 여겨진다. 아울러, 장시간 동안 처리된 샘플에서 관찰되는 융점의 증가가 TDF 함량의 추가적인 증가를 초래하지 않는다는 점 또한 주목된다.
표 2: 수분 열처리 가공된 고아밀로스 옥수수 곡분의 DSC 분석에 의해 얻어진 용융 데이터
| 샘플 | TDF 함량 | To | Tp | Tc | ΔH |
| (%) | (℃) | (℃) | (℃) | (J/g) | |
| 미처리 | 31 | 73.5 | 96.0 | 105.9 | 6.47 |
| A-1 | 63 | 91.0 | 103.7 | 117.3 | 6.93 |
| A-30 | 64 | 93.8 | 105.7 | 120.7 | 7.09 |
| A-60 | 65 | 94.7 | 105.7 | 130.8 | 6.83 |
| A-120 | 62 | 94.1 | 119.4 | 132.6 | 7.69 |
실시예 3 - 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 색상 전개에 미치는 가공 조건의 영향
구형 분광비색계 모델(Hunter Associates laboratory, Inc., 미국 버지니아주 레스톤에 소재)을 이용하여, 실시예 1 및 실시예 2에서의 "샘플 A 시리즈", 및 미처리 고아밀로스 옥수수 곡분의 색상에 대해 분석하였다. 상기 분석에 의해 L값과 a값을 구하였다. 상기 L값은 0에서부터 100까지의 스케일로 표시되는 명도를 나타낸다. L값의 감소는 명도의 감소를 의미한다. 또한, 상기 a값은, 양의 값인 경우에는 적색도의 증가를 나타낸다. 수분-열처리된 황색 고아밀로스 옥수수 곡분에서 관찰되는 갈변(browning) 증가도는 전술한 두 값을 이용하여 표시된다. 표 3은 천연 곡분, 및 상기 수분-열처리된 각각의 샘플에 대한 가공 시간, 색상 데이터, 및 TDF 함량 데이터를 나타낸 것이다. 표 3의 색상 데이터로부터, 가공 시간이 길 수록, 명도(L값)가 감소하고, 적색도(a값)가 증가한다는 것을 알 수 있다. 이러한 결과는 전술한 가공 중에 변색 또는 색상 변화가 일어난다는 것을 의미한다. 또한, 표 3의 데이터로부터, 상기 가공 시간이 짧은 경우에, 최소의 변색 수준에서 최대의 TDF 함량을 갖는 옥수수 곡분이 얻어진다는 것을 확인할 수 있다. 그러므로, 상기 조성물을 식품 중에 이용하는 경우에는 또 다른 바람직한 결과를 얻을 수 있다.
표 3: 천연 곡분, 및 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분에 대한 각각의 TDF 데이터 및 색상 데이터
| 가공 시간 | TDF | L값 | a값 |
| (분) | (%) | (-) | (-) |
| 미처리 | 31 | 83.6 | 2.33 |
| 1 | 63 | 80.6 | 2.74 |
| 30 | 64 | 74.4 | 4.90 |
| 60 | 65 | 71.7 | 5.99 |
| 120 | 62 | 71.2 | 5.28 |
실시예 4 - 연속식 시스템에서 단시간 동안의 수분-열처리, 및 신속한 승온에 의해 제조된 것으로서, TDF 함량이 증가된 고아밀로스 옥수수 곡분
실시예 1에 기재된 바와 같은 고아밀로스 옥수수 곡분을 단시간 동안의 연속식 공정에 의해 수분-열처리하였다. 상기 연속식 공정은 재킷 가열된 박막 건조기(Solidaire, 모델 SJS 8-4, 미국 미네소타주에 소재한 Hosokawa-Bepex에서 제조)와 재킷 가열된 컨베이어 스크류(Thermascrew, 모델 TJ-81K3308, 미국 미네소타주에 소재한 Hosokawa-Bepex에서 제조)가 일렬로 조합된 장치를 이용하여 수행되도록 설계되었다. 그리고, 상기 시스템은 적절한 압력 하에 조작되도록 고안되었다. 상기 고아밀로스 옥수수 곡분이 공급 및 배출되는 중에 상기 시스템의 압력이 유지되도록, 2개의 나이프 게이트 밸브(knife gate valve)를 이용하였다. 또한, 상기 박막 건조기를 이용하여, 상기 고아밀로스 옥수수 곡분을 각각의 목표 온도로 가열하였다. 상기 박막 건조기 중에서의 머무름 시간(resistance time)을 계산한 결과, 약 1분이었다. 상기 가열된 컨베이어 스크류를 이용하여, 수분-열처리 시간을 제어하였다. 또한, 스크류 속도에 의해 상기 머무름 시간을 조정하였다. 전술한 바와 같은 가열 처리를 수행하기 전, 배치식 리본형 블렌더를 이용하여 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 수분 함량을 25%(+/-1%)로 조정하였다. 수분 함량이 조정된 상기 고아밀로스 옥수수 곡분을 가압 시스템 중에 50 ㎏/h의 속도로 공급하였다. 상기 제품의 목표 온도와 동일한 수증기 온도에서 상기 시스템에 포화 수증기를 공급하였다. 이렇게 함으로써, 가공 중에 상기 제품 중의 수분 함량을 25% 이상으로 유지시킬 수 있다. 온도 프로브(temperature probe)를 상기 박막 건조기에서부터 상기 컨베이어 스크류로 이동되는 제품에 대해 위치시켰다. 상기 고아밀로스 옥수수 곡분은 표 4에 기재된 바와 같은 조건에서 가공되었다.
각각의 샘플의 TDF 함량을 분석하였다. 각각의 샘플에 대한 TDF 데이터는 표 4에 나타낸 바와 같다.
표 4: 단시간 동안의 연속식 가공에 의해 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 데이터
| 샘플 | 온도 (℃) | 목표 온도에서의 시간 (분) | TDF 함량 (%) |
| C | 100 | 15 | 54 |
| D | 120 | 5 | 62 |
| E | 130 | 15 | 60 |
표 4의 데이터로부터, 상기 고아밀로스 옥수수 곡분을 전술한 바와 같이 단시간 동안 수분-열처리함으로써, 상기 수분-열처리된 곡분의 TDF 함량이 31%(미처리 옥수수)에서 54∼62%로 증가하였다는 것을 알 수 있다.
실시예 5 - 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 용융 특성에 미치는 가공 조건의 영향, 및 상기 가공 조건과 TDF 함량 증가도의 관계
DSC 분석에 의해, 실시예 4에서 얻은 각각의 샘플의 특성을 확인하여, 용융 거동 상의 변화를 평가하였다. DSC 분석 방법은 위에서 설명한 바와 같다. 표 5에는 각각의 조성물의 용융 거동을 나타내는 데이터, 및 TDF 함량 데이터가 요약 기재되어 있다. 또한, 각 조성물의 용융 프로파일은 도 2에 도시된 바와 같다. 100℃에서 15분간 수분-열처리함으로써 얻어진 조성물과 미처리 곡분의 데이터를 비교해 볼 때, 상기 수분-열처리된 조성물은 대단히 높은 TDF 함량을 가지며, To가 73.5℃에서 85.2℃로 증가하였고, ΔH값은 6.47 J/g에서 8.40 J/g으로 증가하였고, Tp와 Tc는 약간만 증가한 형태의 용융 거동을 나타낸다는 것을 알 수 있다. 전술한 바와 같은 고온에서 단시간 동안의 수분-열처리에 의해, TDF가 증가하였으며, 상기 융점이 높은 수준으로 이동하였다. 이로써, 상기 용융 프로파일이 매우 좁다는 것을 확인할 수 있다는 점에 주목해야 한다. 또한, 상기 샘플 D에서 ΔH값의 급격하게 저하된 것으로 보아, 전술한 조건 하에 부분 호화가 일어났을 수 있다고 여겨진다. 이러한 데이터로부터, 부분 호화 또는 낮은 수준의 호화가 일어나더라도, 전술한 가공에 의한 TDF 함량의 증가가 억제되지 않는다는 것을 알 수 있다.
아울러, 실시예 1의 샘플 A-1과 실시예 4의 샘플 D를 비교해 보면, 상기 두 제품은 유사한 목표 온도(120∼121℃)에서 단시간 동안의 가공에 의해 제조되었고, 유사한 수준의 TDF 함량(61 내지 63%)을 갖지만, 상이한 용융 프로파일을 갖는다는 것을 알 수 있다. 이로써, 상기 승온 시간이 조성에 영향을 미치고, 그 다음으로 식품에서의 성능에 영향을 미친다고 여겨진다.
표 5: 단시간 동안의 연속식 공정에 의해 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분을 DSC 분석함으로써 얻은 용융 데이터
| 샘플 | TDF 함량 | To | Tp | Tc | ΔH |
| (%) | (℃) | (℃) | (℃) | (J/g) | |
| 미처리 | 31 | 73.5 | 96.0 | 105.9 | 6.47 |
| C | 54 | 85.2 | 97.9 | 109.2 | 8.40 |
| D | 62 | 105.4 | 115.1 | 123.9 | 4.73 |
| E | 60 | 107.3 | 117.4 | 127.5 | 6.10 |
실시예 6 - 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 색상 전개에 미치는 가공 조건의 영향 및 상기 가공 조건과 TDF 함량의 관계
실시예 3에 기재된 분석 방법을 이용하여, 실시예 4에 기재된 바와 같은 단시간 동안의 연속식 수분-열처리에 의해 제조된 고아밀로스 옥수수 곡분의 색상을 측정하였다. 그 측정 결과는 표 6에 요약하여 나타낸 바와 같다. 전술한 바와 같은 단시간 동안의 연속식 수분-열처리에 의해 제조된 고아밀로스 옥수수 곡분은 TDF 함량이 증가되었으며, 상기 미처리 곡분으로부터의 색상 편차는 근소한 수준(샘플 D 및 샘플 E의 경우)이거나, 거의 없는 수준(샘플 C)이었다.
표 6: 단시간 동안의 연속식 공정에 의해 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 색상 데이터
| 샘플 | TDF | L값 | a값 |
| 미처리 | 31 | 83.62 | 2.33 |
| C | 54 | 82.82 | 1.00 |
| D | 62 | 79.16 | 1.78 |
| E | 60 | 77.38 | 2.86 |
실시예 7 - 입자 크기의 감소가, 단시간 동안 수분-열처리에 의해 제조된 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량에 미치는 영향
실시예 4에 기재된 바와 같은 단시간 동안의 연속식 공정을 수행하여, 실시예 1의 천연 고아밀로스 옥수수 곡분을 수분-열처리하였다. 상기 고아밀로스 곡분을 100℃의 온도, 및 25%의 수분 하에 15분간 처리하였다 (샘플 F). 수분-열처리된 후의 샘플 F는 다음과 같은 입자 분포를 나타내었다: 250 ㎛ 체 상의 입자 분포율 22.8%, 180 ㎛ 체 상의 입자 분포율 45.1%, 125 ㎛ 체 상의 입자 분포율 10.5%, 및 125 ㎛의 체에 통과되는 입자의 분포율 21.6%. 공기 분급 분쇄기(air classifier mill)를 이용하여, 상기 샘플 F를 미세한 입자 크기를 갖는 입자로 분쇄하였다. 이렇게 하여 얻어진 분쇄 제품(샘플 G)은 입자 크기가 53 내지 32 ㎛이다 (상기 입자의 100%가 53 ㎛의 스크린을 통과하고, 상기 입자의 100%가 32 ㎛의 스크린을 통과한 것으로서 결정됨). 상기 각각의 샘플 F 및 샘플 G에 대한 TDF 함량은 표 7에 나타낸 바와 같다. 표 7에 나타낸 데이터로부터, 상기 후처리 공정에 의해 TDF 함량이 48%에서 42%로 감소하였다는 것을 알 수 있다. 그러나, 상기 미세한 입자 크기를 갖는 곡분(샘플 G)의 TDF 함량(42%)은 미처리된 천연 곡분의 TDF 함량(31%)에 비해 여전히 높다. 이 같은 결과로부터, 상기 분쇄 공정에 의해, 수분-열처리에 의해 형성된 보호 구조 중 일부가 파괴될 수 있다는 것을 알 수 있다. 이러한 거동은 수분-열처리된 정제 전분에 있어서는 알려진 바 없기 때문에, 전술한 결과로부터, 보다 복잡한 공정- 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량에 영향을 끼치는 구조적 변화를 유발하는 또 다른 공정-에 대해 확인할 수 있다.
표 7: 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분 및 미세 분쇄된 제품의 각 TDF 함량
| 샘플 | TDF 함량 | 입자 크기 (㎛) | ||||
| (%) | ＞250 | ＜250＞180 | ＜180＞125 | ＜125 | ＜53＞32 | |
| 미처리 | 31 | |||||
| 샘플 F | 48 | 22.8% | 45.1% | 10.5% | 21.6% | - |
| 샘플 G | 42 | - | - | - | - | 100% |
실시예 8 - 수분 함량을 제어한 경우 및 수분 함량을 제어하지 않은 경우의 고아밀로스 옥수수 곡분의 단시간 동안의 수분-열처리
실시예 4에 기재된 바와 같은 공정을 수행하여, 실시예 1의 고아밀로스 옥수수 곡분을 대기 조건 하에 가열 처리하였다. 상기 고아밀로스 곡분의 수분 함량을 25%로 조정한 다음, 목표 온도 100℃, 및 대기압 조건 하에 15분간 가열 처리하였다 (샘플 H). 상기 처리 시의 시간-온도 프로파일은 실시예 4의 샘플 C에 사용된 조건과 동일하였다. 이 같은 대기 하에 수행되는 공정에서는 상기 제품 중의 수분 함량이 제어되지 않기 때문에, 상기 공정에 의해 처리된 곡분 중의 수분 함량이 크게 감소하였다 (건조). 그 결과, 상기 곡분은 시작 수분 함량 25%에서 11%로 수분 함량이 감소되면서, 건조되었다. 표 8은 상기 샘플 H와 상기 샘플 C의 TDF 함량을 비교하여 나타낸 것이다. 상기 샘플 H의 TDF 함량은 상기 샘플 C의 수준에는 미치지 못하지만, 미처리 고아밀로스 옥수수 곡분의 수분 함량인 31%에 비하면, 48%로 크게 증가하였다. 놀랍게도 이는, 전술한 수분-열처리에서 확인된 바와 같이, TDF 함량이 크게 증가된 고아밀로스 옥수수 곡분 조성물을 제조하기 위해서는 가공 중에 수분 함량을 제어할 필요가 없다는 것을 알 수 있다.
표 8: 수분 함량 제어를 한 경우, 및 수분 함량을 제어하지 않은 경우의 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량 데이터
| 샘플 | TDF 함량 (%) | 수분 함량 (%) | |
| 가열 처리 전 | 가열 처리 후 | ||
| 샘플 C | 54 | 25 | 27 |
| 샘플 H | 48 | 25 | 11 |
| 미처리 곡분 | 31 | - | - |
실시예 9 - 고아밀로스 옥수수 곡분 및 고아밀로스 옥수수 전분에 대한 단시간 동안의 수분-열처리 가공
18%의 TDF 함량을 갖는 고아밀로스 옥수수 전분의 수분 함량을 30%로 조정한 다음, 박막 건조기(Tubro Dryer, 이탈리아에 소재한 VOMM에서 제조)를 이용하여 가열 처리하였다. 상기 장치는 실시예 4에 사용된 장치(Solidaire, 미국 미네소타주에 소재한 Hosokawa-Bepex에서 제조)와 대단히 유사하다. 실시예 8에 기재된 공정에서와 같이, 상기 가열 처리를 대기 조건 하에 수행하였다. 따라서, 수분 함량은 제어되지 않았으며, 상기 전분은 상기 처리 공정을 수행하는 도중에 건조되었다. 한편, 수분 함량이 조정된 고아밀로스 옥수수 전분을 100∼103℃의 온도에서 약 8분간의 머무름 시간 동안 가열 처리하였다 (샘플 K1). 상기 처리 시간을 연장하기 위하여, 상기 가공된 전분의 수분 함량을 30%로 재조정한 다음, 전술한 바와 동일한 조건 하에 잠시 동안 노출시켰다 (샘플 K2). 표 9는 상기 샘플 K1 및 샘플 K2와 실시예 8의 샘플 H의 TDF 함량 데이터를 비교하여 나타낸 것이다. 실시예 8에 기재된 바와 같이, 고아밀로스 옥수수 곡분으로부터 제조된 상기 샘플 H는 낮은 시작 수분 함량(25%), 및 동일한 온도 수준(100℃)에서 가공되었다.
표 9: 가열 처리된 고아밀로스 옥수수 곡분 및 고아밀로스 옥수수 전분의 TDF 함량 데이터
| 샘플 | TDF 함량 (%) | 수분 함량 (%) | |
| 가열 처리 전 | 가열 처리 후 | ||
| 샘플 H | 48 | 25 | 11 |
| 샘플 K1 | 19 | 30 | 8 |
| 샘플 K2 | 19 | 30 | 8 |
표 9의 데이터로부터, 100℃에서의 단시간 동안의 가열 처리에 의해서는 상기 고아밀로스 옥수수 전분의 TDF 함량이 증가되지 않았다는 것을 확인할 수 있다. 이와는 대조적으로, 고아밀로스 옥수수 곡분을 이용한 경우에는 동일한 가열 처리 조건 하에 TDF 함량이 크게 증가되었다. 앞서 논의한 바와 마찬가지로, 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 TDF 함량은 31%에서 48%로 증가하였다. 이는, 곡분에서의 TDF 함량의 증가는 전분 과립에 대한 어닐링 공정 이상의 것을 포함할 수 있는 메카니즘에 기초한 것임을 나타내는 것이다.
실시예 10 - 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분의, 압출 성형된 아침식사용 시리얼 조성물에서의 용도
주요한 열 및 전단 요소를 갖는 프로세스를 대표하는 식품용 용도에서의 수분-열처리된 곡분의 효과를 확인하기 위해, 압출 성형된 아침식사용 시리얼 용도에 대해 평가하였다. 용도 시험용으로서, 실시예 1에 기재된 방법에 따라 새로운 샘플(B5)을 제조하였다. 수분-열처리 가공하기 위해 출발 물질로서 사용된 곡분은 10.7%의 수분, 9.7%의 단백질, 2.2%의 지방, 및 0.65%의 회분을 포함하였으며, TDF 함량이 28%이었다. 그리고, 수분-열처리된 곡분(샘플 B5)의 최종 TDF 함량은 49%이었다.
3개의 배럴이 장착된 Wenger 2축 스크류식 압출기 모델 TX 57을 이용하여 상기 샘플을 압출 성형함으로써, 압출 성형된 아침식사용 시리얼을 제조하였다. 표 10에 나타낸 조성에 따라, 각 성분들의 건조 블렌드를 제조하였다. 배아 제거된 옥수수 곡분 대신에 실험용 샘플을 이용하여, 시리얼(17%) 30 g 당 5 g의 화이버를 얻었으며, 전술한 시리얼은 "고함량의 화이버를 제공하는 공급원"에 상응한다. 그리고, 1) 대조군, 2) 초기 TDF 함량이 49%이며, 수분-열처리된 곡분을 39 %(wb)의 양으로 포함하는 조성물 (샘플 B5), 및 (3) 초기 TDF 함량이 64%이며, 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 전분을 30%의 양으로 포함하는 조성물을 평가하였다. 상기 세 샘플의 각각의 조성은 표 10에 나타낸 바와 같다.
표 10: 압출 성형된 시리얼 조성물
| 성분 |
샘플 1 | 샘플 2 | 샘플 3 |
| 이용 수준 (wb%) | |||
| 배아 제거된 옥수수 곡분 | 42 | 3 | 12 |
| 수분-열처리된 곡분 | 0 | 39 | 0 |
| 수분-열처리된 전분 | 0 | 0 | 30 |
| 경질 겨울밀 곡분 | 30 | 30 | 30 |
| 통밀 곡분 | 20 | 20 | 20 |
| 슈가 | 6 | 6 | 6 |
| 소금 | 2 | 2 | 2 |
각각의 건조 물질을 리본형 혼합기 (Wenger Manufacturing, Inc.에서 제조, 모델번호 61001-000) 중에서 30분간 블렌딩한 다음, 호퍼(hoper) 내에 공급한 후, 사전 컨디셔닝하지 않은 상태에서 압출 성형하였다. 100 ㎏/시간의 공급 속도로 공급하였다. 압출 시 사용된 3개의 배럴이 장착된 압출기에서, 상기 배럴의 온도를 50℃, 80℃, 및 92℃로 셋팅하고, 4도 범위 내에서 유지시켰다. 하기 수식에 따라 SME를 계산하여 얻은 값을 기계적 전단 입력값으로서 제공하였다:
표 11은 상기 압출 공정의 수행 조건을 요약하여 나타낸 것이다. 압출기에서 압출 성형된 샘플을 건조기에 넣었다. 상기 건조기에서 제1 영역의 온도를 130℃로, 그리고 제2 영역의 온도를 30℃로 셋팅하였다. 총 유지 시간(total retention time)은 약 8분간이었다. 상기 건조기의 출구에서 얻어진 각각의 제품을 일렬로 배열한 상자 내에 수집하여 포장함으로써, 대기중의 수분 흡수도를 최소화하였다. AOAC 991.43 방법에 준거하여 상기 건조 블렌드 및 최종 제품의 TDF 함량을 측정하였다. 그런 다음, 하기 수식에 따라 TDF 함량 유지율을 계산하였다:
TDF 함량 유지율(%) = (TDF
샘플
×100)/TDF
건조 블렌드
상기 샘플 2 및 샘플 3의 경우에는 건조 블렌드의 TDF 함량이 22%(wb)이었으며, 대조군의 경우에는 TDF 함량이 5%(wb)이었다.
표 11: 아침식사용 시리얼의 가공 조건 및 최종 물성
| 샘플 번호 |
가공 | 최종 제품 | ||||
| 압출기 중의 수분 함량 (%) |
스크류 속도 (rpm) |
SME (Wh/㎏) |
수분 함량 (%) |
TDF (%wb) |
TDF 함량 유지율 (%) |
|
| 1 | 16.0 | 400 | 124 | 2.87 | 5 | Na |
| 2 | 16.0 | 400 | 125 | 2.48 | 12 | 61 |
| 3 | 15.9 | 400 | 125 | 2.04 | 7 | 41 |
주: Na - 적용 불가 (not applicable)
제품 온도 범위는 135∼145℃였다.
표 11에 나타낸 결과로부터, 스크류 속도, 배럴 온도 프로파일, 및 상기 압출기 중의 수분 함량과 같은 공정 변수의 셋팅에 의해, 그리고, 이러한 공정 변수에 의해 얻어지는 SME에 의해 정의되는 압출 조건을 서로 동일하게 하는 경우, 수분-열처리된 곡분은 수분-열처리된 전분에 비해 TDF 유지율이 높다는 것을 알 수 있다. 상기 곡분은, 화이버 함량이 증가되고, 압출 성형된 아침식사용 시리얼 조성물에서 선택된 성분을 대표한다. 이러한 결과로부터, 고전단 및 고온 조건에서 적용 시, 예컨대, 압출기 중의 수분 함량이 16%이고, SME가 약 125 Wh/㎏이며, 제품 온도가 145℃를 초과하지 않는 조건 하에서, 시리얼을 압출 성형하는 경우, 상기 수분-열처리된 곡분에 의해 TDF 함량 유지율이 60% 이상 얻어진다는 것을 확인할 수 있다. 이와 동일한 조건에서 수분-열처리된 전분의 경우에는 TDF 함량의 유지율이 41%에 불과하였다.
실시예 11 - 가공 시간을 다르게 한 연속식 공정에 의한 고아밀로스 옥수수 곡분의 수분-열처리
실시예 1에서와 같은 고아밀로스 옥수수 곡분을 실시예 4에서와 같은 연속식 공정에 의해 수분-열처리 가공하였다. 배치식 리본형 블렌더를 이용하여, 상기 고아밀로스 옥수수 곡분의 수분 함량을 25%(+/-1%)로 조정하였다. 전술한 바와 같이 수분 함량이 조정된 옥수수 곡분을 목표 온도 120℃에서, 5분간(실시예 4의 샘플 D), 15분간(샘플 L), 및 30분간(샘플 N) 가열 처리하였다. 표 12는 가공 조건, TDF 함량, 및 색상 데이터를 나타낸다. 표 12의 결과로부터, 짧은 가공 시간인 5분간 처리한 경우에 최대 TDF 함량이 얻어진다는 것을 확인할 수 있다. 보다 긴 시간 동안 가공한 경우에 관찰되는 TDF 함량의 감소는 과립의 특성을 부분적으로 상실함으로 인한 것일 수 있다. 또한, 보다 더 긴 시간인 30분간 가공 처리한 경우에는 감소된 L값 및 증가된 a값으로부터 알 수 있는 바와 같이, 제품의 변색이 나타나므로 바람직하지 않다.
표 12: 수분-열처리된 고아밀로스 옥수수 곡분에 대한 TDF 및 색상 데이터
| 샘플 | 가공 시간 (분) |
TDF 함량 (%) |
색상 측정 결과 | |
| L값 | a값 | |||
| 미처리 곡분 | - | 31 | 83.62 | 2.33 |
| 샘플 D | 5 | 62 | 79.16 | 1.78 |
| 샘플 L | 15 | 54 | 74.91 | 3.73 |
| 샘플 N | 30 | 55 | 69.82 | 5.93 |
본 발명에 따르면, 총 식이섬유 함량이 증가된 곡분을 얻을 수 있으며, 이렇게 얻어진 곡분은 각종 제품에 유용하다.
Claims (7)
- 곡분(flour)의 총 식이섬유 함량을 증가시키는 방법으로서,목표 온도인 80 내지 160℃의 온도에서 상기 곡분이 10 내지 50 중량%의 총 수분 함량을 갖는 조건 하에, 상기 곡분을 상기 목표 온도에서 0.5분 내지 15분간 가열함으로써, 수분-열처리된 곡분을 얻는 단계를 포함하며;수분-열처리 전에는 상기 곡분의 아밀로스 함량은 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 40 중량% 이상이고,상기 곡분이 소맥분(wheat flour), 또는 미분(rice flour)인 경우에는 상기 아밀로스 함량이 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 27 중량% 이상이고;상기 조건은, 상기 총 식이섬유 함량이 상기 곡분의 중량을 기준으로 10% 이상 증가되도록 선택되는것을 특징으로 하는, 곡분의 총 식이섬유 함량의 증가 방법.
- 청구항 2은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제1항에 있어서,수분-열처리 전의 상기 곡분의 아밀로스 함량이, 상기 곡분 중에 포함된 전분의 중량을 기준으로 약 70 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 증가 방법.
- 제1항 또는 제2항에 있어서,상기 가열 단계를 물을 첨가하지 않은 상태에서 수행하는 것을 특징으로 하는 증가 방법.
- 제1항의 증가 방법에 따라 수분-열처리된 곡분을 포함하는 조성물.
- 청구항 5은(는) 설정등록료 납부시 포기되었습니다.제4항에 있어서,수분-열처리된 상기 곡분의 총 식이섬유 함량이 20 중량% 이상인 것을 특징으로 하는 조성물.
- 식품의 제조 방법으로서,SME(specific mechanical energy)가 약 125 Wh/㎏ 이상이고, PT(product temperature)가 135∼145℃인 조건 하에, 제4항 또는 제5항 기재의 조성물을 압출시킴으로써, 압출된 조성물을 형성하는 단계를 포함하고,상기 압출된 조성물의 총 식이섬유 함량이 약 50 중량% 이상인 것을 특징으로 하는, 식품의 제조 방법.
- 제6항에 있어서,상기 압출된 조성물의 총 식이섬유 함량이 약 60 중량% 이상인 것을 특징으 로 하는 제조 방법.
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