KR101246078B1 - Extraction method of water soluble, low molecular weight dietary fiber from lignocellulosic biomass - Google Patents

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Abstract

리그노셀룰로오스계 바이오매스를, 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 미리 조제해 둔 물에 현탁시킨 후, 140 내지 170 ℃에서 10분 내지 5시간 동안 열수 추출하고, 상온까지 급속 냉각하는 단계를 포함하는 본 발명의 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법에 의해, 단당류와 리그닌 분해산물은 적게 함유하면서도 2당류 이상의 자일로올리고당 등은 다량 함유하고 있는 저분자량의 수용성 식이섬유를 고수율로 추출할 수 있으며, 또한 후속의 정제와 농축에 유리하여 저렴한 비용으로 질 좋은 수용성 식이섬유를 수득할 수 있다.The lignocellulosic biomass is suspended in water prepared in advance so that the pH of the extract is 3.8 to 4.5 after extraction of the water-soluble dietary fiber, followed by hydrothermal extraction at 140 to 170 ° C. for 10 minutes to 5 hours, and rapidly to room temperature. The water-soluble dietary fiber extraction method from the lignocellulosic biomass of the present invention comprising the step of cooling, wherein the low molecular weight water-soluble water containing a small amount of monosaccharides and lignin decomposition products while containing a large amount of two or more xyloligosaccharides and the like The dietary fiber can be extracted in high yield, and it is also advantageous for subsequent purification and concentration to obtain a good water-soluble dietary fiber at low cost.

Description

리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 저분자량 수용성 식이섬유의 추출방법 {EXTRACTION METHOD OF WATER SOLUBLE, LOW MOLECULAR WEIGHT DIETARY FIBER FROM LIGNOCELLULOSIC BIOMASS}Extraction method of low molecular weight water soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass {EXTRACTION METHOD OF WATER SOLUBLE, LOW MOLECULAR WEIGHT DIETARY FIBER FROM LIGNOCELLULOSIC BIOMASS}

본 발명은 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 저분자량의 수용성 식이섬유를 고수율로 추출하는 방법에 관한 것이다.The present invention relates to a method for extracting low molecular weight water-soluble fiber from a lignocellulosic biomass in high yield.

식이섬유란 사람의 효소계에 의해서는 소화될 수 없는 섬유상 물질을 총칭하며, 대부분 식물에 의해 만들어진 비전분계 물질로 구성된다. 가장 중요한 식이섬유로 거론되는 것이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 리그닌, 펙틴 및 검류이다. 이러한 식이섬유는 식품산업에서 젤리 등의 디저트 제품, 캔디 등의 기호식품, 잼 등의 보조식품을 비롯하여 음료, 유제품, 정장성 유제품 등에 기능성 재료로서 주로 사용되고 있다. 최근에는 기능성 화장품, 건강보조식품 및 의약용 전구체 등으로의 수요가 급격히 늘고 있다. Dietary fiber is a generic term for fibrous substances that cannot be digested by human enzymes, and is composed mostly of non-starchy substances made by plants. The most important dietary fiber is cellulose, hemicellulose, lignin, pectin and gum. This dietary fiber is mainly used as a functional material in the food industry, such as dessert products such as jelly, favorite foods such as candy, supplements such as jams, beverages, dairy products, and formal dairy products. Recently, the demand for functional cosmetics, dietary supplements and pharmaceutical precursors is increasing rapidly.

식이섬유는 물에 녹는 정도에 따라서 수용성 식이섬유와 비수용성 식이섬유로 분류되며, 수용성 식이섬유와 비수용성 식이섬유는 그 이화학적 성질과 화학적 조성이 매우 다르고, 용도 또한 크게 다르다. 일례로 수용성 식이섬유는 분자량이 비교적 작고 수용성인 올리고당으로, 기능성 음료와 정장제의 제조에 널리 사용되고 있다. Dietary fiber is classified into water-soluble dietary fiber and water-insoluble dietary fiber according to the degree of dissolving in water. Water-soluble dietary fiber, for example, is a relatively small molecular weight, water-soluble oligosaccharide, and is widely used in the production of functional drinks and formal preparations.

현재 식이섬유의 주원료는 밀과 같은 곡류이며, 양파, 바나나 및 생강이 부원료로 사용되고 있다. 원료로부터 식이섬유를 추출하는 방법으로는 가성소다를 이용하는 알카리 추출법(Anna Ebringerova 등, 2000)이 오래 전부터 주로 이용되고 있으며, 여기에 과산화수소 등을 첨가하여 추출효율을 높이는 방법이 보고되었다.At present, the main raw material of dietary fiber is grains such as wheat, and onion, banana and ginger are used as side materials. Alkaline extraction method (Anna Ebringerova et al., 2000) using caustic soda has been mainly used as a method of extracting dietary fiber from raw materials, and a method of increasing extraction efficiency by adding hydrogen peroxide to it has been reported.

그러나 이러한 기술들에 의해서 얻어진 식이섬유는 당의 중합도가 높은 고분자이지만, 추출과정에서 강알카리에 의해 아세틸기(acetyl group)와 각종 유로닐산(uronic acid) 등 곁사슬이 대부분 제거되기 때문에 물에 잘 녹지 않는 성질을 나타내게 된다. 따라서 이를 이용하여 저분자량의 수용성 올리고당을 제조하기 위해서는 추가적으로 효소를 이용한 선택적 가수분해를 수행하여야 하므로, 수용성 식이섬유의 제조에는 유용하지 않다. However, the dietary fiber obtained by these techniques is a polymer having high degree of polymerization of sugars, but it is hard to dissolve in water because strong side chains remove most of side chains such as acetyl group and various uronic acids. Will be manifested. Therefore, in order to prepare low molecular weight water-soluble oligosaccharides, it is necessary to perform selective hydrolysis using an enzyme, and thus it is not useful for the preparation of water-soluble dietary fiber.

최근에는 수용성 식이섬유의 제조에 열수추출 기술을 적용하고자 하는 시도가 많이 보고되고 있다. 이때 주로 얻어지는 수용성 식이섬유는 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 가장 풍부한 성분 중의 하나인 헤미셀룰로오스의 가수분해물이며, 화학적으로는 자일로오스(자당)와 아라비노오스 등 5탄당이 베타결합을 하고 있는 자일로올리고당(xylooligosaccharide)이 가장 많다. 또한 이 올리고당에는 전술한 아세틸기와 각종 유로닐산 등의 곁사슬과, 페룰산(ferulic acid)과 같은 리그닌 구성성분이 포함되어 있어 여러 가지 생리활성을 나타낸다고 알려져 있다.Recently, many attempts have been made to apply hot water extraction technology to the production of water soluble fiber. The water-soluble dietary fiber obtained mainly at this time is a hydrolyzate of hemicellulose, which is one of the most abundant components in lignocellulosic biomass, and chemically, xylose, in which beta bonds of pentose sugars such as xylose and arabinose are beta-bonded. Oligosaccharides are the most abundant. In addition, the oligosaccharide contains side chains such as the above-described acetyl group and various uronylic acids, and lignin components such as ferulic acid, which are known to exhibit various physiological activities.

또한 열수추출에 의해 추출되는 헤미셀룰로오스 가수분해물은 상당부분이 작은 분자량을 가진 자일로올리고당이며, 식이섬유로 작용할 수 없는 자일로오스 등의 단당류를 다량 함유한다. 상세하게는, 열수추출시 온도가 통상적으로 140 ℃ 이하인 경우, 전분과 같은 비식이섬유가 주로 추출되고 자일로올리고당과 같은 식이섬유는 거의 녹아나오지 않는다. 그러나, 추출온도가 올라갈수록 바이오매스 중 헤미셀룰로오스의 가수분해가 촉진되는 동시에 단당류로의 추가 가수분해가 증가하여 올리고당의 수율은 급격히 저하된다. 이는 고온에서 물이 산성화되고, 또한 바이오매스의 헤미셀룰로오스 곁사슬에 붙어있는 아세트산 등 각종 산이 유리되어 산성이 가속화됨으로써 산촉매에 의한 가수분해가 더욱 촉진이 되기 때문이다. In addition, hemicellulose hydrolyzate extracted by hot water extraction is a large part of xyloligosaccharides having a small molecular weight, and contains a large amount of monosaccharides such as xylose which cannot function as dietary fiber. In detail, when the temperature of hot water extraction is typically 140 ° C. or less, non-dietary fibers such as starch are mainly extracted, and dietary fibers such as xyloligosaccharides are hardly dissolved. However, as the extraction temperature increases, the hydrolysis of hemicellulose in the biomass is promoted, and further hydrolysis to monosaccharides increases, so that the yield of oligosaccharides decreases rapidly. This is because water is acidified at high temperature, and various acids such as acetic acid attached to the hemicellulose side chain of the biomass are released to accelerate the acidity, thereby further accelerating the hydrolysis by the acid catalyst.

이에 본 발명자들은 상기 문제점을 해결하고, 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 이용하여 저분자량의 수용성 식이섬유를 추출하기 위한 방법을 예의 검토한 결과, 특정한 온도 범위 내에서 바이오매스를 열수추출하되 추출 후 추출물의 산도가 일정한 범위 내에 들어가도록, 필요한 경우 열수추출 전에 바이오매스 현탁액에 염기를 첨가함으로써 자일로오스 등의 단당류 생성을 억제하고, 상대적으로 올리고당을 고수율로 얻을 수 있다는 것을 발견하여, 본 발명을 완성하게 되었다.Accordingly, the present inventors have solved the above problems, and after diligently examining a method for extracting a low molecular weight water soluble dietary fiber using lignocellulosic biomass, the extract is extracted after hot water extraction of biomass within a specific temperature range. The present invention was found to be able to suppress the production of monosaccharides such as xylose, and to obtain a relatively high yield of oligosaccharides by adding a base to the biomass suspension before hot water extraction if necessary so that the acidity is within a certain range. It was completed.

따라서, 본 발명의 목적은 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 저분자량의 수용성 식이섬유를 고수율로 추출할 수 있는 방법을 제공하는 것이다. Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for extracting low molecular weight water soluble dietary fiber in high yield from lignocellulosic biomass.

상기 목적에 따라, 본 발명은 리그노셀룰로오스계 바이오매스를, 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 추출용매에 현탁시켜 140 내지 170 ℃에서 10분 내지 5시간 동안 열수 추출한 후 상온까지 급속 냉각하는 단계를 포함하는, 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법을 제공한다.In accordance with the above object, the present invention is a lignocellulosic biomass, suspended in the extraction solvent so that the pH of the extract after extraction of water-soluble dietary fiber to 3.8 to 4.5 and extracted with hot water for 10 minutes to 5 hours at 140 to 170 ℃ It provides a method for extracting the water-soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass, comprising the step of rapid cooling to.

본 발명의 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법에 의해, 단당류와 리그닌 분해산물은 적게 함유하고 이당류 이상의 자일로올리고당 등은 다량 함유하는 저분자량의 수용성 식이섬유를 고수율로 추출할 수 있으며, 이에 따라 후속의 정제와 농축에 유리하여 저렴한 비용으로 질 좋은 수용성 식이섬유를 수득할 수 있다.According to the method for extracting a water-soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass of the present invention, a low-molecular-weight water-soluble fiber containing a small amount of monosaccharides and lignin decomposition products and a large amount of xyloligosaccharides and the like of disaccharides or more can be extracted in high yield. This may be advantageous for subsequent purification and concentration to yield a good water soluble dietary fiber at low cost.

이하, 본 발명을 더욱 상세히 설명한다.Hereinafter, the present invention will be described in more detail.

본 명세서에서 사용된 용어 "리그노셀룰로오스계 바이오매스"는 바이오매스의 구성성분으로 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌을 주로 함유하는 육상식물을 의미하며, 그 예로는 옥수수 줄기, 해바라기 줄기, 볏짚, 밀짚, 보리짚, 오일팜나무(oil palm tree) 등의 초본류; 및 백합나무, 버드나무 및 가문비나무 등의 목본류를 포함할 수 있다. As used herein, the term "lignocellulose-based biomass" refers to terrestrial plants that mainly contain cellulose, hemicellulose and lignin as constituents of biomass, and examples thereof include corn stalks, sunflower stalks, rice straw, straw, barley. Herbals such as straw and oil palm trees; And woody trees such as lily, willow and spruce.

본 명세서에서 사용된 용어 "바이오매스의 열수추출"은 분쇄된 바이오매스에 물을 가한 후 상온 이상의 온도에서 추출하는 조작을 통칭하는 것으로, 상세하게는 본 발명에서 얻고자 하는 수용성 식이섬유를 제외한, 끓는 물에 추출될 수 있는 성분을 제거하기 위해 바이오매스 분말을 120 ℃ 이하의 끓는 물로 추출하는 추출 전처리 공정과, 수용성 식이섬유를 추출해 내기 위해 이미 끓는 물에서 추출될 수 있는 성분이 제거된 바이오매스에 물 또는 낮은 농도의 알카리 수용액을 가하여 140 내지 170 ℃에서 추출하는 공정 둘 모두를 포함한다. As used herein, the term "hydromass extraction of biomass" refers to an operation of extracting at a temperature higher than normal temperature after adding water to the pulverized biomass, and specifically, except for the water-soluble dietary fiber to be obtained in the present invention. Extraction pretreatment process that extracts biomass powder into boiling water below 120 ℃ to remove components that can be extracted in boiling water, and biomass that has already been extracted from boiling water to extract water-soluble dietary fiber. Both the step of adding water or a low aqueous alkali solution to the extraction to extract at 140 to 170 ℃.

본 명세서에서 사용된 용어 "저분자량의 수용성 식이섬유"는 리그노셀룰로오스계 바이오매스의 주요 구성성분 중 하나인 헤미셀룰로오스가 가수분해되어 생성되는 2분자 이상의 자일로오스 등으로 이루어진 다당류를 총칭하며, 바이오매스의 종류에 따라 포도당(glucose), 아라비노오스(arabinose), 갈락토오스(galactose) 및 만노오스(mannose) 등의 육탄당과 오탄당이 곁사슬로 연결되어 있을 수 있고, 아세틸기와 유로닐기, 페룰산 등이 결합되어 있을 수 있다. As used herein, the term "low molecular weight water soluble dietary fiber" refers to a polysaccharide composed of two or more molecules of xylose or the like produced by hydrolysis of hemicellulose, which is one of the main components of lignocellulosic biomass, and bio Depending on the type of mass, hexose such as glucose, arabinose, galactose and mannose and octane sugar may be connected in a side chain, and acetyl group, uronil group, and ferulic acid may be connected. May be combined.

또한 본 명세서에서 사용된 용어 "산가수분해"는 추출물에 들어있는 자일로올리고당을 자일로오스 형태로 만들어 고속액체크로마토그래프(HPLC)로 분석하기 위해 식이섬유 추출물에 황산을 가하고 고온에서 화학적으로 가수분해하는 조작을 말하며, 식이섬유 추출과는 무관한 일종의 분석기술이다.In addition, the term "acid hydrolysis" as used herein refers to the addition of sulfuric acid to dietary fiber extracts for analysis by high-performance liquid chromatography (HPLC) by making xyloligosaccharides in the extract into xylose form and chemically hydrolyzing at high temperatures. Decomposition is an operation that is not related to dietary fiber extraction.

본 발명은 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 저분자량의 수용성 식이섬유의 추출시 헤미셀룰로오스의 가수분해를 촉진할 수 있는 고온에서 실시하면서도 단당류로 추가 가수분해되는 현상을 억제하기 위해서 추출물의 산도를 일정 범위 내로 유지하여 열수추출함으로써, 2분자 이상의 당으로 이루어진 수용성 식이섬유를 고수율로 수득하는 것을 특징으로 한다.The present invention is carried out at a high temperature that can promote the hydrolysis of hemicellulose during extraction of low molecular weight water-soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass, while the acidity of the extract within a certain range to suppress the phenomenon of further hydrolysis into monosaccharides. By maintaining and extracting hot water, a water-soluble dietary fiber consisting of two or more molecules of sugar is obtained in high yield.

더욱 상세하게, 본 발명에 따른 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법은 리그노셀룰로오스계 바이오매스를, 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 추출용매에 현탁시켜 140 내지 170 ℃에서 10분 내지 5시간 동안 열수 추출한 후 상온까지 급속 냉각하는 단계를 포함한다.More specifically, the method for extracting the water-soluble dietary fiber from the lignocellulosic biomass according to the present invention is suspended by extracting the lignocellulosic biomass in the extraction solvent so that the pH of the extract is 3.8 to 4.5 after extraction of the water-soluble dietary fiber. After the hot water extraction for 10 minutes to 5 hours at 170 ℃ to include a rapid cooling to room temperature.

본 발명에 있어서, 수용성 식이섬유의 원료가 되는 리그노셀룰로오스계 바이오매스는 식물의 구조적 성분(structural components)이 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스 및 리그닌으로 이루어진 육상식물로서, 초본류와 목본류를 모두 포함한다. 본 발명에서 원료로 사용할 수 있는 초본계 바이오매스의 예로서는, 특별히 한정되는 것은 아니지만, 농업 부산물로 얻어지는 옥수수 줄기, 해바라기 줄기, 볏짚, 밀짚, 보리짚, 오일팜나무 등을 들 수 있으며, 목본계 바이오매스로는 백합나무, 버드나무 및 가문비나무 등을 들 수 있다. 또한 에너지 작물로서 최근 많은 관심을 끌고 있는 억새와 갈대 등도 본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출 기술을 적용할 수 있는 리그노셀룰로오스계 바이오매스에 포함된다.In the present invention, the lignocellulosic biomass, which is a raw material of the water-soluble dietary fiber, is a land plant composed of cellulose, hemicellulose, and lignin, and includes both herbaceous and woody plants. Examples of the herbal biomass that can be used as a raw material in the present invention include, but are not particularly limited to, corn stalks, sunflower stalks, rice straws, straws, barley straws, oil palm trees, etc., which are obtained as agricultural by-products. Examples of the mass include lily, willow, and spruce. In addition, silver grass and reeds, which have recently attracted much attention as energy crops, are also included in lignocellulosic biomass to which the hot water extraction technology of the water-soluble dietary fiber of the present invention can be applied.

이러한 바이오매스는 바이오에너지의 생산 혹은 바이오리파이너리 공정을 위해서 통상적으로 가공하는 형태, 즉, 파쇄 혹은 분쇄된 상태로 이용될 수 있으며, 추출 효율을 높이고 불순물의 생성을 억제하기 위해서는 곱게 분쇄된 형태가 바람직하다.Such biomass may be used in the form of a conventionally processed for bioenergy production or biorefinery process, that is, in a crushed or pulverized state, and finely ground in order to increase extraction efficiency and suppress generation of impurities. Do.

또한 바이오매스로부터 수용성 식이섬유의 열수추출 과정에서 불순물로서 함께 추출될 수 있는 성분들, 예를 들면 전분 등의 비구조적 성분(non-structural components)을 미리 제거하기 위해 120 ℃ 이하의 물로 먼저 추출한 바이오매스 전처리물을 본 발명의 바이오매스 원료로 사용하는 것은 본 발명의 기술에 의한 수용성 식이섬유의 추출 효율에 큰 영향을 미치지 않는 범위 내에서 더욱 바람직한 원료가 될 수 있다.In addition, in order to remove non-structural components such as starch, which can be extracted together as impurities in the hydrothermal extraction process of water-soluble dietary fiber from biomass, the bio-extracted biomass was first extracted with water of 120 ° C. or lower. The use of the mass pretreatment as the biomass raw material of the present invention may be a more preferable raw material within a range that does not significantly affect the extraction efficiency of the water-soluble dietary fiber according to the present invention.

이어서, 상기와 같은 방법으로 준비한 바이오매스를, 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 추출용매에 현탁시킨 후, 밀폐된 상태에서 교반과 동시에 가열하여 140 내지 170 ℃에 도달한 후부터 10분 내지 5시간 동안 유지하면서 열수 추출 공정을 실시한다.Subsequently, the biomass prepared by the above method is suspended in the extraction solvent so that the pH of the extract is 3.8 to 4.5 after extraction of the water-soluble dietary fiber, and then heated at the same time with stirring in a sealed state to reach 140 to 170 ° C. The hydrothermal extraction process is carried out while maintaining for 10 minutes to 5 hours.

상기 추출용매로는 물을 사용할 수 있으며, 추출효율을 높이기 위해 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 추출용매에 현탁시키기 전, 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 염기를 물에 첨가한 후 이를 추출용매로 사용할 수도 있다.Water may be used as the extraction solvent, and in order to increase the extraction efficiency, before suspending the lignocellulosic biomass in the extraction solvent, a base is added to the water so that the pH of the extract is 3.8 to 4.5 and then the extraction solvent. Can also be used as

상세하게는 본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출 방법은 추출온도 140 내지 170 ℃, 바람직하게는 150 내지 160 ℃에서, 열수추출 후 추출물의 산도, 즉 pH가 3.8 내지 4.5일 때 2분자체 이상의 올리고당이 최대 수율로 얻어질 수 있다. 따라서, 예비실험에서 식이섬유의 추출 후 추출물의 산도를 측정하고, 이 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 만들 수 있는 양의 염기를 녹인 물에 바이오매스를 현탁시키는 것이 보다 바람직하다. 이때 사용될 수 있는 염기로는 수산화나트륨(sodium hydroxide), 수산화칼륨(potassium hydroxide) 및 수산화칼슘(calcium hydroxide) 등을 들 수 있으며, 열수추출 후 추출물의 산도를 3.8 내지 4.5 내로 유지할 수 있는 염기라면 특별히 그 종류와 첨가량에 한정을 두지 않는다. 열수 추출물의 산도가 3.8 미만이면 헤미셀룰로오스의 추출율 증가와 함께 단당류의 증가율이 더욱 증가하여 결과적으로 식이섬유의 수율이 저하되어 바람직하지 않고, 반대로 4.5를 초과하면 단당류의 생성량은 감소하지만 헤미셀룰로오스의 추출율이 감소하여 결과적으로 식이섬유의 추출율 저하를 초래하므로 바람직하지 않다.Specifically, the hot water extraction method of the water-soluble dietary fiber of the present invention at the extraction temperature of 140 to 170 ℃, preferably 150 to 160 ℃, the acidity of the extract after the hot water extraction, that is, oligosaccharides of at least two molecules when the pH is 3.8 to 4.5 This can be obtained in maximum yield. Therefore, it is more preferable to measure the acidity of the extract after extraction of the dietary fiber in the preliminary experiment, and to suspend the biomass in water in which the base is dissolved in an amount capable of making this pH 3.8 to 4.5. At this time, the base that can be used is sodium hydroxide (sodium hydroxide), potassium hydroxide (potassium hydroxide) and calcium hydroxide (calcium hydroxide), and the like, especially if the base that can maintain the acidity of the extract within 3.8 to 4.5 after hot water extraction There is no limitation on the type and amount added. If the acidity of the hot water extract is less than 3.8, the extraction rate of hemicellulose increases with the increase of monosaccharides, and consequently, the yield of dietary fiber decreases. As a result, the extraction rate of dietary fiber is reduced, which is not preferable.

또한 본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출 방법은 바이오매스 현탁액의 열수추출온도를 140 내지 170 ℃에서 일정한 시간 동안 유지하는 것이 중요하다. 열수추출 온도가 140 ℃ 미만인 경우 헤미셀룰로오스의 가수분해로 생성된 단당류의 농도가 감소하지만 수용성 식이섬유의 수율은 더욱 감소하게 되어 바람직하지 않고, 반대로 열수추출 온도가 170 ℃를 초과하는 경우 헤미셀룰로오스의 가수분해 속도가 증가하지만 동시에 단당류의 생성량 또한 급속히 증가하여 수용성 식이섬유의 수율이 감소하기 때문에 바람직하지 않다. 따라서, 열수추출 온도는 이 범위를 벗어나지 않는 것이 바람직하며, 저분자량의 올리고당으로 이루어진 식이섬유를 최대의 수율로 추출하기 위해서는 열수추출 온도를 150 내지 160 ℃로 유지하는 것이 더욱 바람직하다. 또한 열수추출 온도를 160 ℃로 유지하는 경우 추출속도와 추출율을 극대화할 수 있으므로 가장 바람직하다.In addition, in the hot water extraction method of the water-soluble dietary fiber of the present invention, it is important to maintain the hot water extraction temperature of the biomass suspension at 140 to 170 ° C. for a predetermined time. When the hot water extraction temperature is less than 140 ℃, the concentration of monosaccharides produced by the hydrolysis of hemicellulose decreases, but the yield of water-soluble dietary fiber is further reduced, which is undesirable. In contrast, when the hot water extraction temperature exceeds 170 ℃, hydrolysis of hemicellulose It is not desirable because the rate increases but at the same time the production of monosaccharides also increases rapidly, which reduces the yield of soluble fiber. Therefore, it is preferable that the hot water extraction temperature does not deviate from this range, and in order to extract the dietary fiber which consists of low molecular weight oligosaccharide with the maximum yield, it is more preferable to maintain the hot water extraction temperature at 150-160 degreeC. In addition, the hot water extraction temperature is most preferable because it can maximize the extraction rate and extraction rate when maintained at 160 ℃.

또한 본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출 방법은, 상기 추출물의 산도와 열수추출 온도에 더하여 열수추출 시간을 10분 내지 5시간 동안 유지해 주는 것이 바람직하다. 상기 시간 범위 내에서 열수추출물의 산도가 3.8에 가까울수록 또한 열수추출 온도가 170 ℃에 가까울수록 추출시간은 짧게 하고, 이와 반대로 산도가 4.5에 가까울수록 또한 열수추출온도가 140 ℃에 가까울수록 추출시간을 길게 유지하는 것이 더욱 바람직하다.In addition, the hot water extraction method of the water-soluble dietary fiber of the present invention, in addition to the acidity and hot water extraction temperature of the extract is preferably maintained for 10 minutes to 5 hours. Within the time range, the closer the acidity of the hot water extract is to 3.8 and the closer the hot water extraction temperature is to 170 ° C., the shorter the extraction time. On the contrary, the closer the acidity is to 4.5 and the closer the hot water extraction temperature is to 140 ° C., the extraction time. It is more preferable to keep the length of time.

본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출시 최적 조건은 식이섬유를 추출하고자 하는 바이오매스의 종류에 따라서 조금씩 달라질 수 있는데, 바이오매스로 밀짚을 사용하는 경우 160 ℃에서 추출한 추출물의 pH가 약 3.9일 때 가장 우수한 추출율을 얻을 수 있고, 바이오매스로 보리짚을 사용하는 경우 160 ℃에서 추출한 추출물의 pH가 약 4.1일 때 가장 우수한 추출율을 얻을 수 있다. Optimum conditions for hot water extraction of the water-soluble dietary fiber of the present invention may vary slightly depending on the type of biomass to extract the dietary fiber, when using the straw as biomass when the pH of the extract extracted at 160 ℃ is about 3.9 The best extraction rate can be obtained, and when barley straw is used as biomass, the best extraction rate can be obtained when the pH of the extract extracted at 160 ° C. is about 4.1.

또한, 본 발명의 열수추출 방법을 사용하여 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 수용성 식이섬유를 추출하고자 할 때 바이오매스의 특성에 의해서 추출물의 산도가 pH 3.8 내지 4.5에서 유지되는 경우라면 염기를 첨가하지 않고도 온도를 조절함으로써 저분자량의 식이섬유를 최대수율로 추출할 수 있다. 따라서, 본 발명의 열수추출 방법에서 추출 용매인 물에 대한 염기의 첨가는 필수요건은 아니며, 추출물의 최종 pH가 3.8 내지 4.5로 유지될 수 있도록 조절하는 것이 가장 중요한 요건이라 할 수 있다.In addition, when extracting the water-soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass using the hot water extraction method of the present invention, if the acidity of the extract is maintained at pH 3.8 to 4.5 by the characteristics of the biomass, without adding a base By controlling the temperature, low molecular weight dietary fiber can be extracted at maximum yield. Therefore, the addition of a base to water as an extraction solvent in the hot water extraction method of the present invention is not a requirement, it can be said that the most important requirement is to adjust the final pH of the extract to be maintained at 3.8 to 4.5.

본 발명에 있어서, 바이오매스로부터 수용성 식이섬유를 추출하기 위해 물에 바이오매스 분말을 현탁시킬 때 바이오매스와 물의 혼합비율은 바이오에너지 산업이나 바이오리파이너리 산업에서 통상적인 바이오매스의 전처리에서 볼 수 있는 비율로, 예컨대, 바이오매스와 물 혹은 염기 수용액의 비율을 1:99부터 20:80까지 사용할 수 있다. 열수추출 온도의 정밀한 조절과 반응물의 균일한 혼합을 위해서는 그 비율이 1:99 내지 15:85 가 바람직하며, 더욱 바람직하게는 1:99 내지 10:90 이 좋다.In the present invention, when the biomass powder is suspended in water to extract the water-soluble dietary fiber from the biomass, the mixing ratio of biomass and water is a ratio which can be seen in the pretreatment of biomass which is common in the bioenergy industry or the biorefinery industry. For example, the ratio of biomass and water or aqueous base solution may be used from 1:99 to 20:80. For precise control of the hot water extraction temperature and uniform mixing of the reactants, the ratio is preferably 1:99 to 15:85, more preferably 1:99 to 10:90.

이어서 추출물을 상온까지 급속 냉각함으로써 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 저분자량의 수용성 식이섬유를 추출할 수 있다. 냉각 공정은 통상의 방법에 따라 실시할 수 있으므로 본 명세서에서는 상세한 설명을 생략한다.Subsequently, by rapidly cooling the extract to room temperature, a low molecular weight water soluble dietary fiber can be extracted from the lignocellulosic biomass. Since a cooling process can be performed according to a conventional method, detailed description is abbreviate | omitted in this specification.

상기한 바와 같이, 열수추출 공정에 의해 수득되는 식이섬유 추출물의 산도가 일정 범위 내에서 있도록 상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 추출용매에 현탁시키기 전, 미리 추출용매인 물에 염기를 첨가하는 등 전처리하여 산도를 조절하고, 이어 일정한 온도 범위 내에서 일정시간 열수추출하는 본 발명의 추출 방법은, 바이오매스로부터 헤미셀룰로오스가 올리고당으로 가수분해되어 추출되는 속도를 증가시키는 동시에 자일로오스 등의 단당류로 추가 가수분해되는 현상을 억제함으로써, 수득된 추출물은 단당류와 리그닌 분해산물은 적게 함유하면서도 2당류 이상의 자일로올리고당 등은 다량 함유하고 있다. 그 결과, 저분자량의 수용성 식이섬유의 수율을 극대화할 수 있다.
As described above, before suspending the lignocellulosic biomass in the extraction solvent so that the acidity of the dietary fiber extract obtained by the hot water extraction process is within a certain range, pretreatment such as adding a base to the extraction solvent water in advance By adjusting the acidity, and then extracting hot water within a predetermined temperature range for a predetermined time, the hydrolysis of hemicellulose is hydrolyzed into oligosaccharides from the biomass, while increasing the rate of extraction and adding additional hydrolyzed monosaccharides such as xylose. By suppressing the phenomenon of degradation, the obtained extract contains less monosaccharides and lignin degradation products, but contains more than two saccharides such as xyloligosaccharides. As a result, it is possible to maximize the yield of low molecular weight water-soluble dietary fiber.

이하, 실시예에 의하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 단, 하기 실시예는 본 발명의 예시일 뿐 본 발명이 반드시 이에 한정되는 것은 아니다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. However, the following examples are only examples of the present invention and the present invention is not necessarily limited thereto.

제조예Manufacturing example : : 리그노셀룰로오스계Lignocellulosic 바이오매스로부터From biomass 추출성Extractable 성분을 제거한 시료의 조제 Preparation of Samples with Components Removed

식용 옥수수(대학 찰옥수수, 충북대학교 2009년 생산 종자), 벼(추청벼), 식용보리 및 우리밀을 수확한 직후 줄기를 베어 햇빛에 말린 다음 20메쉬 이하의 분말이 되도록 분쇄하였다(이하 ‘풍건시료’라 함). 이 풍건시료를 105 ℃의 고온건조기에 넣고 48시간 동안 건조한 다음, 무게를 재어 수분함량을 측정하였다. 풍건시료 건조중량으로 150 g을 면섬유로 만든 자루에 넣은 후, 20 리터의 물이 담긴 찜통에 넣고 1시간 동안 끓였다. 자루를 건져내어 뜨거운 상태에서 압착하여 짜내고 건더기를 10리터의 증류수에 넣고 불렸다가 다시 짜기를 5회 반복하여 추출성 성분을 제거하였다. 추출성 성분이 제거된 시료를 그늘에 널어 건조한 후, 가볍게 부수고, 밀폐용기에 넣어 보관하면서 본 발명의 수용성 식이섬유의 열수추출에 시료(이하 ‘추출성 성분 제거 시료’라 함)로 사용하였다.
Immediately after harvesting edible corn (University Chaksu, Chungbuk National University), rice (chuchu rice), edible barley and Korean wheat, the stems were cut and dried in the sun, and then pulverized to a powder of 20 mesh or less (hereinafter referred to as 'wind dry sample'). ). The air dried sample was placed in a high temperature dryer at 105 ° C., dried for 48 hours, and weighed to measure moisture content. The dry weight of the air dried sample was placed in a bag made of cotton fiber, and then put into a steamer containing 20 liters of water and boiled for 1 hour. The bag was taken out, pressed and squeezed in a hot state, and the dried ingredients were placed in 10 liters of distilled water, and then squeezed five times to remove the extractable components. After removing the extractable ingredient in a shade, dried, and then crushed lightly, stored in an airtight container was used as a sample (hereinafter referred to as 'extractable ingredient removal sample') for hot water extraction of the water-soluble dietary fiber.

실시예Example 1-1 내지 1-4:  1-1 to 1-4: 보리짚으로부터From barley straw 수용성 식이섬유의  Of water soluble fiber 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(pressure vessel, 15ml용, Chemglass사제, 미국) 4개에 증류수를 각각 10 ml씩 넣었다. 여기에 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 보리짚 시료를 풍건시료 건물중 1 g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 145, 150, 155 및 160 ℃의 오일수조에 넣고 추출하였다. 열수추출 30분 후부터 5시간 후까지 일정한 시간 간격으로 오일수조로부터 시료를 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
Four pressure vessels (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA) were added 10 ml of distilled water each. Here, the extract of the extractable barley straw sample obtained in the preparation example was put in an amount corresponding to 1 g in the air dried sample building. The pressure vessel was sealed with a stopper and then placed in an oil bath at 145, 150, 155 and 160 ° C and extracted. The samples were taken from the oil bath at regular time intervals from 30 minutes to 5 hours after hot water extraction, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 2-1 내지 2-4: 밀짚으로부터 수용성 식이섬유의  2-1 to 2-4: from water-soluble dietary fiber 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국) 4개에 증류수를 각각 10 ml씩 넣었다. 여기에 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 밀짚 시료를 풍건시료 건물중 1 g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 145, 150, 155 및 160 ℃의 오일수조에 넣고 추출하였다. 열수추출 30분 후부터 5시간 후까지 일정한 시간 간격으로 오일수조로부터 시료를 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water were put into four pressure vessels (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA). Herein, the extractable straw sample obtained in the preparation example was placed in an amount corresponding to 1 g in the air dried sample building. The pressure vessel was sealed with a stopper and then placed in an oil bath at 145, 150, 155 and 160 ℃ and extracted. The samples were taken from the oil bath at regular time intervals from 30 minutes to 5 hours after hot water extraction, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 3:  3: 보리짚으로부터From barley straw 수용성 식이섬유의  Of water soluble fiber 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10 ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0022 g을 첨가하여 용해시킨 후, 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 보리짚 시료를 풍건시료 건물중 1 g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣고 추출하였다. 열수추출 3시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and dissolved by adding 0.0022 g of sodium hydroxide to the extractable barley straw sample obtained in the above preparation. 1 g equivalent. The pressure vessel was sealed with a stopper and then placed in an oil bath at 160 ° C and extracted. After 3 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 4: 밀짚으로부터 수용성 식이섬유의  4: from straw to soluble fiber 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10 ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0016 g을 첨가하여 용해시킨 후 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 밀짚시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣고 추출하였다. 열수추출 3시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and 0.0016 g of sodium hydroxide was dissolved therein, followed by dissolving the extractable straw extract sample obtained in the above example in an air-dry sample building. Put into. The pressure vessel was sealed with a stopper and then placed in an oil bath at 160 ° C and extracted. After 3 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 5-1: 옥수수 줄기로부터 수용성 식이섬유의  5-1: Soluble Dietary Fiber from Corn Stalk 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 옥수수 줄기 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was placed in a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and the extractable component-removed corn stalk samples obtained in the preparation example were put in an amount corresponding to 1 g in a dry building. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 5-2: 옥수수 줄기로부터 수용성 식이섬유의  5-2: Soluble Dietary Fiber from Corn Stalk 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0112 g을 첨가하여 용해시킨 후 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 옥수수 줄기 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and 0.0112 g of sodium hydroxide was dissolved therein, followed by dissolving the extractable component-removed corn stalk sample obtained in the above preparation in an air-drying sample. Put into. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 5-3: 옥수수 줄기로부터 수용성 식이섬유의  5-3: Soluble Dietary Fiber from Corn Stalk 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0028 g 첨가하여 용해시킨 후, 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 옥수수 줄기 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 3시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and dissolved by adding 0.0028 g of sodium hydroxide thereto. Put into. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 3 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 6-1: 볏짚으로부터 수용성 식이섬유의  6-1: Soluble Dietary Fiber from Rice Straw 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0058 g을 첨가하여 용해시킨 후 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 볏짚 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and 0.0058 g of sodium hydroxide was dissolved therein to dissolve the extractable rice straw sample obtained in the above preparation in an amount equivalent to 1 g in a dry building. Put in. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

실시예Example 6-2: 볏짚으로부터 수용성 식이섬유의  6-2: Soluble Dietary Fiber from Rice Straw 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0029 g 첨가하여 용해시킨 후, 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 볏짚 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 3시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and dissolved by adding 0.0029 g of sodium hydroxide thereto. Put in. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 3 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

비교예Comparative example 1: 높은 산도에서 옥수수 줄기로부터 수용성 식이섬유의  1: Soluble Diet of Fiber from Corn Stalk at High Acidity 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.0224 g 첨가하여 용해시킨 후, 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 옥수수 줄기 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was put into a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and 0.0224 g of sodium hydroxide was added thereto to dissolve it. Put into. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

비교예Comparative example 2: 볏짚으로부터 수용성 식이섬유의  2: from water-soluble dietary fiber 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 볏짚 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was placed in a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and the extractable straw-removing rice straw sample obtained in the preparation example was put in an amount corresponding to 1 g in a dry building. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

비교예Comparative example 3: 높은 산도에서 볏짚으로부터 수용성 식이섬유의  3: soluble fiber from rice straw at high acidity 열수추출Hydrothermal extraction

내압용기(15ml용, Chemglass사제, 미국)에 증류수를 10ml 넣고, 여기에 수산화나트륨을 0.023 g 첨가하여 용해시킨 후, 상기 제조예에서 수득된 추출성 성분 제거 볏짚 시료를 풍건시료 건물중 1g 상당량으로 넣었다. 내압용기를 마개로 밀봉한 후 160 ℃의 오일수조에 넣어서 추출하였다. 열수추출 5시간 후 오일수조로부터 꺼내어 찬물로 식힌 다음 잘 섞어주었다.
10 ml of distilled water was added to a pressure-resistant container (for 15 ml, manufactured by Chemglass, USA), and 0.023 g of sodium hydroxide was dissolved therein to dissolve the sample. Put in. The pressure vessel was sealed with a stopper and then extracted into an oil bath at 160 ℃. After 5 hours of hot water extraction, it was taken out of the oil bath, cooled in cold water, and mixed well.

시험예Test Example 1: 수용성 식이섬유  1: water soluble fiber 열수추출물의Of hot-water extract pHpH 측정 Measure

실시예 및 비교예에서 얻은 내압용기 내의 식이섬유 추출물에 pH 미터(meter) 전극을 넣어 열수 추출물의 상온에서의 산도를 측정하고, 평균치를 구한 다음 그 결과를 하기 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
A pH meter electrode was added to the dietary fiber extract in the pressure-resistant container obtained in Examples and Comparative Examples to measure the acidity at room temperature of the hydrothermal extract, and the average value was obtained. The results are shown in Tables 1 to 3 below.

시험예Test Example 2:  2: 바이오매스Biomass 열수추출물Hot water extract 중의  Of 비식이섬유Non-dietary fiber 성분으로서  As an ingredient 자일로오스Xylose 농도 측정 Concentration measurement

실시예 및 비교예에서 얻은 추출물을 50 ml용 팔콘 튜브에 각각 옮기고 내압용기 내 잔류물을 증류수로 씻은 세척액 또한 각각의 팔콘 튜브에 첨가하였다. 여기에 증류수를 추가하여 내용물의 무게가 40 g이 되게 한 후, 이것의 일부를 취하여 증류수로 희석하여 1,000배 희석액을 조제하고, 이온크로마토그래프(DIONEX model IC-5000, 미국)로 자일로오스를 정량하였다. 그 결과로서 평균치를 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
The extracts obtained in the examples and comparative examples were transferred to 50 ml Falcon tubes, respectively, and the wash solution in which the residue in the pressure vessel was washed with distilled water was also added to each Falcon tube. Distilled water was added to make the contents weigh 40 g, and then a part of this was diluted with distilled water to prepare a 1,000-fold dilution solution, and xylose was prepared by ion chromatography (DIONEX model IC-5000, USA). Quantification As a result, the average value is shown in Tables 1-3.

시험예Test Example 3:  3: 바이오매스Biomass 열수추출물Hot water extract 중 식이섬유로서의  As a dietary fiber 자일로올리고당Xyloligosaccharide 함유량 측정 Content measurement

열수추출물 중의 자일로올리고당 농도를 측정하기 위해서, 미국 국립 재생가능 에너지 연구소(National Renewable Energy Laboratory: NREL)의 분석방법(Laboratory Analytical Procedure)에 따라서 실시예 및 비교예에서 얻은 추출물 각각에 황산수용액을 가하여 산가수분해하였다. 이것의 일부를 취하여 1,000배 희석한 후 이온크로마토그래프(DIONEX model IC-5000, 미국)로 자일로오스를 정량하였다. 정량된 결과로부터 시험예 2의 단당류로서의 자일로오스 량을 제하여 자일로올리고당으로서의 자일로오스의 양을 산출하고, 그 결과로서 평균치를 표 1 내지 표 3에 나타내었다.
In order to measure the concentration of xyloligosaccharides in the hot water extract, a sulfuric acid solution was added to each of the extracts obtained in Examples and Comparative Examples according to the Laboratory Analytical Procedure of the National Renewable Energy Laboratory (NREL). Acid hydrolysis. After taking a part of it and diluting 1,000 times, xylose was quantified by ion chromatograph (DIONEX model IC-5000, USA). From the quantified results, the amount of xylose as monosaccharide of Test Example 2 was subtracted to calculate the amount of xylose as xyloligosaccharide, and the average values are shown in Tables 1 to 3 as a result.

시험예Test Example 4:  4: 바이오매스Biomass 열수추출물Hot water extract  medium 3당류Trisaccharide 이상의  ideal 자일로올리고당Xyloligosaccharide 평균 분자량 측정 Average molecular weight measurement

실시예 및 비교예에서 얻은 추출물 각각에 대해 일부를 취하여 겔 침투 크로마토그래피(gel permeation chromatography: GPC)로 분석하고, 분석된 크로마토그램 상에서 피크(peak)의 분리가 완벽한 3당류 이상의 올리고당의 평균 분자량을 산출하였다. 그 결과로서 평균치를 표 1 내지 표 3에 나타내었다.A portion of each of the extracts obtained in Examples and Comparative Examples was taken and analyzed by gel permeation chromatography (GPC), and the average molecular weight of oligosaccharides of at least three sugars was found to be perfect for separation of peaks on the analyzed chromatogram. Calculated. As a result, the average value is shown in Tables 1-3.

실시예Example 바이오매스Biomass
(ml)
water
(ml)
수산화
나트륨
첨가량
(g)
Hydroxide
salt
Addition amount
(g)
추출
온도
(oC)
extraction
Temperature
( o C)
추출
시간
(시간)
extraction
time
(time)
추출 후 pHPH after extraction 추출물

자일로오스
(g)
extract
medium
Xylose
(g)
추출물 가수분해 후 자일로오스
(g)
Xylose After Extract Hydrolysis
(g)
자일로올리고당으로서 자일로오스
(g)
Xylose as Xyloligosaccharide
(g)
3당류 이상의 평균분자량Average molecular weight of more than 3 sugars
1-11-1 보리짚Barley straw 1010 00 145145 55 4.444.44 0.200.20 4.74.7 4.54.5 6,5526,552 1-21-2 1010 00 150150 55 4.224.22 0.400.40 6.56.5 6.16.1 4,1124,112 1-31-3 1010 00 155155 44 4.044.04 1.01.0 8.78.7 7.77.7 2,1372,137 1-41-4 1010 00 160160 33 4.024.02 1.31.3 10.010.0 8.78.7 1,8171,817

표 1에 나타난 바와 같이, 보리짚으로부터 열수추출한 수용성 식이섬유의 양은 온도가 160 ℃에 가까울수록, 또한 추출물의 산도가 pH 4에 근접할수록 많아지며, 그 평균 분자량도 점차 작아져서 본 발명의 저분자량의 수용성 식이섬유의 제조에 유리한 것을 알 수 있다.
As shown in Table 1, the amount of water-soluble dietary fiber extracted from barley straw increases as the temperature approaches 160 ° C and the acidity of the extract approaches pH 4, and the average molecular weight of the extract decreases gradually, thereby lowering the molecular weight of the present invention. It can be seen that it is advantageous for the production of water-soluble dietary fiber.

실시예Example 바이오매스Biomass
(ml)
water
(ml)
수산화
나트륨
첨가량
(g)
Hydroxide
salt
Addition amount
(g)
추출
온도
(oC)
extraction
Temperature
( o C)
추출
시간
(시간)
extraction
time
(time)
추출 후 pHPH after extraction 추출물

자일로오스
(g)
extract
medium
Xylose
(g)
추출물 가수분해 후 자일로오스
(g)
Xylose After Extract Hydrolysis
(g)
자일로올리고당으로서 자일로오스
(g)
Xylose as Xyloligosaccharide
(g)
3당류 이상의 평균분자량Average molecular weight of more than 3 sugars
2-12-1 밀짚straw 1010 00 145145 55 3.923.92 0.440.44 8.08.0 7.67.6 3,5153,515 2-22-2 1010 00 150150 44 3.813.81 0.640.64 9.59.5 8.98.9 2,8422,842 2-32-3 1010 00 155155 33 3.893.89 1.11.1 7.27.2 6.16.1 2,0392,039 2-42-4 1010 00 160160 22 3.853.85 1.01.0 8.18.1 7.17.1 2,1342,134

표 2에 나타난 바와 같이, 밀짚으로부터 얻은 수용성 식이섬유의 양은 산도 3.8 부근에서 가장 높았으며 열수추출온도도 약간 낮은 150 ℃가 유리한 것을 알 수 있다.
As shown in Table 2, the amount of water-soluble dietary fiber obtained from straw was the highest in the vicinity of acidity of 3.8, and it was found that 150 ° C., which had a slightly lower hot water extraction temperature, was advantageous.

바이오매스Biomass
(ml)
water
(ml)
수산화
나트륨
첨가량
(g)
Hydroxide
salt
Addition amount
(g)
추출
온도
(oC)
extraction
Temperature
( o C)
추출
시간
(시간)
extraction
time
(time)
추출 후 pHPH after extraction 추출물

자일로오스
(g)
extract
medium
Xylose
(g)
추출물 가수분해 후 자일로오스
(g)
Xylose After Extract Hydrolysis
(g)
자일로올리고당으로서 자일로오스
(g)
Xylose as Xyloligosaccharide
(g)
3당류 이상의 평균분자량Average molecular weight of more than 3 sugars
비교예1Comparative Example 1 옥수수 줄기Corn stalk 1010 0.02240.0224 160160 55 4.814.81 0.080.08 4.44.4 4.34.3 미측정Unmeasured 실시예 5-1Example 5-1 1010 00 160160 55 3.833.83 1.91.9 6.56.5 4.64.6 미측정Unmeasured 실시예 5-3Example 5-3 1010 0.00280.0028 160160 33 4.064.06 0.840.84 8.88.8 8.08.0 미측정Unmeasured 비교예2Comparative Example 2 볏짚Straw 1010 00 160160 55 3.683.68 3.93.9 7.97.9 4.04.0 미측정Unmeasured 비교예3Comparative Example 3 1010 0.0230.023 160160 55 5.075.07 0.0480.048 4.14.1 4.14.1 미측정Unmeasured 실시예 6-2Example 6-2 1010 0.00290.0029 160160 33 4.044.04 0.580.58 8.08.0 7.47.4 미측정Unmeasured 실시예 1-4Example 1-4 보리짚Barley straw 1010 00 160160 33 4.024.02 1.31.3 1010 8.78.7 1,8171,817 실시예3Example 3 1010 0.00220.0022 160160 33 4.184.18 0.930.93 8.68.6 7.77.7 1,8261,826 실시예 2-2Example 2-2 밀짚straw 1010 00 150150 44 3.813.81 0.640.64 9.59.5 8.98.9 2,8422,842 실시예4Example 4 1010 0.00160.0016 160160 33 3.913.91 1.81.8 11.111.1 9.39.3 1,4061,406

표 3에 나타난 바와 같이, 열수추출물의 산도를 pH 4.0 가까이 유지하기 위해서 바이오매스 현탁액에 수산화나트륨을 첨가한 추출시험에서 옥수수 줄기와 볏짚 모두 상대적으로 높은 수율로 저분자량의 수용성 식이섬유를 얻을 수 있었다. 또한 밀짚을 원료로 한 시험에서는 바이오매스 현탁액에 수산화나트륨을 소량 첨가함으로써 추출물의 산성을 약간 억제할 수 있었고, 이것을 통하여 보다 분자량이 작은 식이섬유를 더 얻을 수 있었다.As shown in Table 3, in the extraction test in which sodium hydroxide was added to the biomass suspension to maintain the acidity of the hot water extract near pH 4.0, both corn stalks and rice straws were able to obtain low molecular weight water-soluble fiber. . In addition, in a straw-based test, the acidity of the extract was slightly suppressed by adding a small amount of sodium hydroxide to the biomass suspension, thereby obtaining a dietary fiber having a lower molecular weight.

한편, 실시예 6-2에 따른 볏짚 추출물에서의 자일로올리고당의 수율은 92% 이상으로 높았으며 이때 추출물의 pH는 4.04였던 반면, 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 본 발명에서의 한정 범위를 벗어난 3.68인 비교예 2의 경우 추출물중 자일로오스의 함량이 높아, 이로 인해 수득되는 추출물 중 자일로올리고당의 수율(약 51%)이 실시예 6-2에 비해 현저히 낮았다. 이와 같은 결과로부터 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터 수용성 식이섬유를 추출할 때, 단당류인 자일로오스의 생성율을 낮추면서 2 이상의 자일로오스 분자가 주성분인 식이섬유로서 자일로올리고당을 최고의 수율로 추출하기 위해서는 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5이고, 140 내지 170 ℃의 온도에서 10분 내지 5시간 동안 열수추출을 실시하는 것이 바람직함을 알 수 있다.On the other hand, the yield of xyloligosaccharides in the rice straw extract according to Example 6-2 was higher than 92%, wherein the pH of the extract was 4.04, whereas the pH of the extract after dietary fiber extraction was outside the limited range in the present invention. In the case of Comparative Example 2 which is 3.68, the content of xylose in the extract is high, and thus, the yield (about 51%) of xyloligosaccharide in the extract obtained is significantly lower than that in Example 6-2. When extracting water-soluble dietary fiber from lignocellulosic biomass from these results, it is possible to reduce the production rate of xylose, a monosaccharide, and to extract the xyloligosaccharide as the dietary fiber composed of two or more xylose molecules in the best yield. In order to extract the dietary fiber, the pH of the extract is 3.8 to 4.5, it can be seen that the hot water extraction is carried out for 10 minutes to 5 hours at a temperature of 140 to 170 ℃.

본 발명의 시험예에서 제시한 수용성 식이섬유의 분석 수치는 식이섬유를 구성하고 있는 한 성분으로서 자일로오스 정량 결과만을 보여준 것이다. 실제로는 여기에 아라비노오스, 갈락토오스, 만노오스, 글루코오스, 아세틸기 및 각종 유로닐기가 붙어 있으므로 실제 식이섬유 중량이 아닌 편의상의 척도이이다.
Analytical values of the water-soluble dietary fiber presented in the test example of the present invention shows only the quantitative results of xylose as one component constituting the fiber. In fact, arabinos, galactose, mannose, glucose, acetyl groups and various euronyl groups are attached to them, so this is a measure of convenience rather than actual dietary fiber weight.

이상, 본 발명을 상기 실시예를 중심으로 하여 설명하였으나 이는 예시에 지나지 아니하며, 본 발명은 본 발명의 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 다양한 변형 및 균등한 기타의 실시예를 이하에 첨부한 청구범위 내에서 수행할 수 있다는 사실을 이해하여야 한다.In the above, the present invention has been described with reference to the above embodiments, which are only examples, and the present invention will be described below in various modifications and equivalents which are obvious to those skilled in the art. It should be understood that it can be carried out within the scope of the appended claims.

Claims (4)

리그노셀룰로오스계 바이오매스를, 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 추출용매에 현탁시켜 140 내지 170 ℃에서 10분 내지 5시간 동안 열수 추출한 후 상온까지 급속 냉각하는 단계를 포함하는, 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법.The lignocellulosic biomass is suspended in an extraction solvent so that the pH of the extract is 3.8 to 4.5 after extraction of the water-soluble dietary fiber, followed by rapid cooling to room temperature after hot water extraction at 140 to 170 ° C. for 10 minutes to 5 hours. And water-soluble dietary fiber extraction method from lignocellulosic biomass. 제1항에 있어서,
상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스를 추출용매에 현탁시키기 전, 상기 추출 용매에 수용성 식이섬유 추출 후 추출물의 pH가 3.8 내지 4.5가 되도록 하는 양으로 염기를 첨가하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는, 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법.
The method of claim 1,
Before suspending the lignocellulosic biomass in an extraction solvent, the method further comprises adding a base to the extraction solvent in an amount such that the pH of the extract becomes 3.8 to 4.5 after extraction of the water-soluble dietary fiber. Water-soluble dietary fiber extraction method from lignocellulosic biomass.
제1항에 있어서,
상기 열수 추출은 150 내지 160 ℃에서 10분 내지 5시간 동안 실시되는 것을 특징으로 하는, 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법.
The method of claim 1,
The hot water extraction is characterized in that carried out for 10 minutes to 5 hours at 150 to 160 ℃, water-soluble dietary fiber extraction method from lignocellulosic biomass.
제1항에 있어서,
상기 리그노셀룰로오스계 바이오매스가 초본계 및 목본계 육상 바이오매스로부터 선택되는 것을 특징으로 하는, 리그노셀룰로오스계 바이오매스로부터의 수용성 식이섬유 추출방법.
The method of claim 1,
The lignocellulosic biomass is selected from herbaceous and wood based biomass, water-soluble dietary fiber extraction method from lignocellulosic biomass.
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