KR101489601B1 - Method of Manufacturing Soluble β-Glucan with High Extraction Yield and Purity from Barley - Google Patents

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Abstract

The present invention relates to a method for producing high purity and high yield water-soluble beta-glucan from barley. In the method of the present invention, barely powder is heated with hydrogen peroxide, so that the extraction yield is increased and a beta-glucanase is simultaneously inactivated. To prevent the additional decomposition of beta-glucan caused by hydrogen peroxide, catalase and phytic acid are added as hydrogen peroxide inhibitors. To remove residual polysaccharides and oligo saccharides, an alpha-amylase treatment is performed. By means of the method of the present invention, high purity and high yield water-soluble beta-glucan can be produced.

Description

보리로부터 고함량 및 고순도의 베타-글루칸을 제조하는 방법{Method of Manufacturing Soluble β-Glucan with High Extraction Yield and Purity from Barley} BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a method for producing high-purity beta-glucan from barley,

본 발명은 보리로부터 고함량 및 고순도의 베타-글루칸을 제조하는 방법에 관한 것이다.
The present invention relates to a process for preparing high-purity beta-glucan from barley.

(1→3),(1→4)-β-D-글루칸(이하 ″베타-글루칸(β-glucan)″이라 함)이란 글루코오스가 2-3개 이상 β-결합되어 있는 쇄상의 비전분성 다당류(linear non-starch polysaccharide)로 α-글루칸인 전분과 구분된다. 보리 베타-글루칸의 경우 수용성 또는 불용성 형태로 존재하는데 β-(1→4)-연결로만 이루어진 셀룰로오스와는 달리 베타-글루칸은 사슬내의 β-(1→3)-연결이 분자형태에 불규칙적인 구조를 초래하여 부분적으로 수용성이고 가수분해에 더 민감하게 만든다. 쌀보리와 겉보리는 약 2-8%의 총 베타-글루칸을 함유하고 있으며, 그 중 수용성 베타-글루칸의 함량은 약 50% 이하로 알려져 있다. (1 → 3) and (1 → 4) -β-D-glucan (hereinafter referred to as "β-glucan") refers to a chain of non-ionic polysaccharides having β- (linear non-starch polysaccharide), which is distinguished from starch which is? -glucan. In the case of barley beta -glucan, it exists in a water-soluble or insoluble form. Unlike cellulose, which is composed of only β- (1 → 4) -conjugation, beta-glucan has an irregular structure of β- (1 → 3) Resulting in partial water solubility and more susceptibility to hydrolysis. Barley and bovine barley contain about 2-8% of total beta-glucan, of which the content of water-soluble beta-glucan is less than about 50%.

베타-글루칸의 추출은 고-액 추출 조작에 의해 이루어지며, 용매로 산이나 알칼리를 사용하기도 하나 물 추출이 가장 일반적이고, 수용액 상에서 베타-글루칸은 팽창되어 점차적으로 녹게 되는데, 이 때 용해도는 추출온도, 수분함량, 수분침투와 용해된 물질의 확산을 저해하는 장애요인들에 의하여 영향을 받게 된다. 또한 곡류의 베타-글루칸은 보리 및 귀리의 배유 세포벽내의 전분, 단백질 및 펜토산(pentosan)과 복잡하고 단단하게 결합되어 있어 추출조건 및 방법에 따라 추출율이 크게 달라지며 추출되는 베타-글루칸의 특성도 달라진다. 베타-글루칸은 추출온도가 높아질수록, 산이나 알칼리성일수록 추출량이 증가하며, 추출온도에 따라 1→4 결합 비율과 1→4 결합 블록(block)의 크기 및 1→3결합의 출현빈도 등이 달라진다. Extraction of beta-glucan is carried out by solid-liquid extraction, and acid or alkali is used as a solvent, but water extraction is the most common, and beta-glucan is swollen and gradually dissolved in an aqueous solution, Temperature, moisture content, moisture penetration and obstacles to the diffusion of dissolved materials. In addition, cereal beta-glucan is complex and tightly bound with starch, protein, and pentosan in the cell wall of barley and oat. Therefore, the extraction rate varies greatly depending on the extraction conditions and methods, and the characteristics of extracted beta-glucan It is different. As the extraction temperature increases, the amount of beta-glucan increases with increasing acidity and alkalinity. Depending on the extraction temperature, the 1 → 4 binding ratio, the size of the 1 → 4 binding block and the frequency of 1 → 3 binding are different .

보리 수용성 베타-글루칸은 혈중 콜레스테롤 함량 저하와 혈중 지질조성의 개선 등의 생리적 기능성이 알려지면서 대표적인 수용성 식이섬유의 하나로 주목받고 있으며, 불용성 베타-글루칸에 비하여 수용성 베타-글루칸의 생리활성이 더 우수한 것으로 보고되고 있다. 그러나 보리 수용성 베타-글루칸의 함량이 다른 곡류에 비하여 상대적으로 적고 분자량이 크며 수용액의 점성이 높아 보리를 이용한 맥주 제조시 여과를 방해하고 소화율을 낮추어 가축사료로서의 이용을 제한하며, 소스와 드레싱의 제조시 바람직하지 못한 침전물을 형성하는 등 산업적 이용에 제한이 있다. 이러한 여러 가지 문제점을 해결하고 분자량을 조절하기 위해 물리적, 화학적 방법을 통하여 저분자화시키는 연구가 진행되고 있다. 이러한 저분자화 방법들은 효과적으로 분자량을 감소시킬 수 있지만 높은 처리비용, 낮은 수율 및 긴 공정시간, 강한 산ㆍ염기 용액의 사용에 의한 환경오염 등의 문제점을 야기할 수 있다. The water soluble beta-glucan in barley has attracted attention as one of the representative water-soluble dietary fibers due to its known physiological functions such as lowering of cholesterol content in blood and improvement of blood lipid composition, and has better physiological activity of water-soluble beta-glucan than insoluble beta-glucan Are reported. However, the content of barley-soluble beta-glucan is relatively small, the molecular weight is high and the viscosity of the aqueous solution is high as compared with other grains. This hinders filtration in the production of beer using barley and lowers the digestibility of the barley to limit its use as a livestock feed. There is a limitation in industrial use such as formation of an undesirable precipitate. In order to solve these various problems and to control the molecular weight, studies are being carried out to lower molecular weight through physical and chemical methods. These low molecular weight methods can effectively reduce the molecular weight but can cause problems such as high treatment cost, low yield and long processing time, environmental pollution due to use of strong acid / base solution.

이런 단점을 보완하고자 근래에는 과산화수소, 아질산염 및 오존과 같은 산화제를 사용하여 다당류를 저분자화시키는 연구가 보고되고 있다. 산화제에 의한 저분자화 방법은 열이나 개시제(initiator)와 같은 외부적인 요인에 의해 산화제는 다량의 라디칼을 생성하고, 생성된 라디칼이 다당류의 결합을 분해시켜 저분자화시키는 방법이다. 특히 과산화수소의 경우 Gibbs 자유에너지가 음(-)의 값으로 자발적인 분해가 가능해 친환경적인 처리가 가능하다. 또한 다당류를 산화시켜 저분자화시킬 경우 기존의 화학적인 방법보다 단시간에 대량의 처리가 가능하고, 생성물의 수율이 다른 방법에 비해 높게 나타났다. 그러나 베타-글루칸의 산화적 저분자화에 관한 연구로는 대부분 액상 형태의 베타-글루칸 제품에 있어서 자발적인 산화적 저분자화에 의해 베타-글루칸의 함량 감소를 억제시키기 위한 연구들이 주를 이루고 있다. To overcome these disadvantages, researches have recently been conducted to lower molecular weight polysaccharides using oxidizing agents such as hydrogen peroxide, nitrite and ozone. The low molecular weight method by the oxidizing agent is a method in which the oxidizing agent generates a large amount of radicals by an external factor such as heat or an initiator, and the generated radical decomposes the molecular bonds of the polysaccharide into small molecules. Especially, in the case of hydrogen peroxide, the Gibbs free energy can be spontaneously decomposed to a negative value, so that an environmentally friendly treatment is possible. In addition, when the polysaccharides were oxidized and converted to low molecular weight, a large amount of treatment was possible in a shorter time than the conventional chemical method, and the yield of the product was higher than that of the other methods. However, studies on the oxidative low molecular weight of beta - glucan have been mainly focused on inhibiting the decrease of beta - glucan content by spontaneous oxidative low molecular weight in the liquid form beta - glucan product.

추출조건을 조절하여 베타-글루칸의 추출율을 높이기 위해서는 추출과 관련된 인자인 추출온도, 용매의 pH, 용매의 종류, 용매의 이온강도, 용매의 첨가비율 및 추출시간 등을 조절함으로써 가능해질 수 있는데 추출온도의 영향, pH의 영향, 추출온도와 pH의 영향 등 다양한 연구가 진행되었지만, 산화제 단독 또는 산화제와 열처리의 병행처리에 의한 베타-글루칸의 함량과 순도에 관한 연구는 미흡하며, 이들에 의한 추출조건 최적화에 대한 연구는 시도된 바가 없다. In order to increase the extraction rate of β-glucan by controlling the extraction conditions, it may be possible to control by the extraction temperature, the pH of the solvent, the type of solvent, the ionic strength of the solvent, the addition ratio of the solvent and the extraction time, The effects of temperature, pH, extraction temperature and pH have been investigated. However, studies on the content and purity of beta - glucan by oxidizing agent alone or in combination with oxidizing agent and heat treatment are insufficient. No study on condition optimization has been attempted.

곡류로부터 베타-글루칸의 추출수율을 높이고자 하는 종래기술로 보리기울로부터 수용성 베타-글루칸을 생산하는 방법 및 그 이용(특허공고 제1995-0002867호)에서는 보리로부터 수용성 베타-글루칸의 생산량을 높이기 위하여 도정도가 다른 보리기울을 이용하여 배아분리, 단백질 효소분해 등의 공정을 사용하였으나 베타-글루칸의 수율이 낮고, 에탄올 처리공정이 중복처리되어 비용 및 시간이 증가하는 문제점이 있었다. 수용성 식이섬유 제조방법(특허공개 제1997-0064406호)에서는 보리로부터 고순도 및 고수율 수용성 베타-글루칸을 제조하기 위하여 베타-글루카나아제(β-glucanase)의 불활성화, 액화효소 및 포도당 당화효소처리 등 베타-글루칸을 생산하기 위한 단위공정이 많았다. 곡물류 베타-글루칸 추출방법(특허공개 제1999-0065617호)에서는 베타-글루칸의 수율을 높이기 위해 곡류를 미세분말처리한 후 베타-글루카나아제를 불활성화시키기 위한 가열처리를 실시하는 공정을 가지고 있다. 저분자화 베타-글루칸의 제조방법(특허공개 제2012-0021891호)에서는 베타-글루칸의 소화흡수 증진을 위하여 추출된 조 베타-글루칸에 과산화수소와 고온고압처리를 통해 저분자화시키는 등 여러 특허가 소개되어 있다.
In order to increase the yield of soluble beta-glucan from barley in the method of producing water-soluble beta-glucan from barley gills and the use thereof (Patent Publication No. 1995-0002867) in the prior art for increasing the extraction yield of beta-glucan from cereals However, the yield of β-glucan was low, and the ethanol treatment process was repeated, resulting in an increase in cost and time. In the method for producing a water-soluble dietary fiber (Patent Publication No. 1997-0064406), β-glucanase inactivating, liquefaction enzyme and glucose saccharifying enzyme treatment for producing high purity and high yield water-soluble beta-glucan from barley There were many unit processes to produce beta-glucan. In the method for extracting cereal beta-glucan (Patent Publication No. 1999-0065617), there is a process of finely grinding cereal grains and heat-treating beta-glucanase in order to increase the yield of beta-glucan . In order to promote the digestion and absorption of beta-glucan, a number of patents have been introduced in a method for producing low-molecular-weight beta-glucans (Patent Publication No. 2012-0021891), such as hydrogen peroxide and low molecular weight treatment of extracted beta-glucan .

본 명세서 전체에 걸쳐 다수의 논문 및 특허문헌이 참조되고 그 인용이 표시되어 있다. 인용된 논문 및 특허문헌의 개시 내용은 그 전체로서 본 명세서에 참조로 삽입되어 본 발명이 속하는 기술 분야의 수준 및 본 발명의 내용이 보다 명확하게 설명된다.
Numerous papers and patent documents are referenced and cited throughout this specification. The disclosures of the cited papers and patent documents are incorporated herein by reference in their entirety to better understand the state of the art to which the present invention pertains and the content of the present invention.

대한민국 특허공고 제1995-0002867호Korean Patent Publication No. 1995-0002867 대한민국 특허공개 제1997-0064406호Korean Patent Publication No. 1997-0064406 대한민국 특허공개 제1999-0065617호Korean Patent Publication No. 1999-0065617 대한민국 공개특허 제2012-0021891호Korean Patent Publication No. 2012-0021891

종래 곡류로부터 베타-글루칸의 추출수율 및 순도를 높이고자 하는 방법은 베타-글루칸의 함량이 높은 분획을 제조하기 위한 미세분말화 또는 배아부분을 제거하는 제1공정; 베타-글루칸을 분해하는 효소인 베타-글루카나아제를 불활성화 시키기 위하여 가열하는 제2공정; 정치와 원심분리로 고형분을 분리해내는 제3공정; 단백질 분해효소로 단백질을 분해하는 제4공정; 전분 가수분해효소로 다당류 또는 올리고당을 단당류로 분해하는 제5공정; 베타-글루칸을 침전과 원심분리로 분리하는 제6공정; 분리된 수용액 상태의 베타-글루칸을 주정 또는 알코올을 이용하여 결정화시키는 제7공정; 결정화된 베타-글루칸을 건조, 분쇄하는 제8공정에 의한 일련의 제조공정으로 진행되고 있다. 그러나, 상기와 같은 방법은 곡류로부터 베타-글루칸의 추출이 용이하도록 조직을 변화시키기 어려우며, 이를 해결하기 위하여 미세분말화 공정의 추가적인 실시가 필요하며, 단백질의 분해효율이 낮아 최종 베타-글루칸의 순도가 낮다. 또한 베타-글루카나아제의 불활성화, 단백질 가수분해효소의 적용에 필요한 가열공정이 반복적으로 처리되며, 알코올에 의한 베타-글루칸의 결정화 공정이 중복처리됨으로써 처리 비용 및 시간이 증가된다는 단점이 있다. Methods for increasing the extraction yield and purity of beta-glucan from conventional grains include a first step of removing microparticles or an embryo part to produce a fraction having a high beta-glucan content; A second step of heating to inactivate beta-glucanase, an enzyme that degrades beta-glucan; A third step of separating the solid from the solution by centrifugation and separation; A fourth step of decomposing the protein with a protease; A fifth step of decomposing the polysaccharide or oligosaccharide into monosaccharides with a starch hydrolyzing enzyme; A sixth step of separating the beta-glucan by precipitation and centrifugation; A seventh step of crystallizing beta -glucan in a separated aqueous solution by using alcohol or alcohol; And the eighth step of drying and pulverizing the crystallized beta-glucan. However, it is difficult to change the structure so that the beta-glucan can be easily extracted from the cereal. In order to solve this problem, it is necessary to further carry out the micro-pulverization process. Since the degradation efficiency of the protein is low, Is low. In addition, the inactivation of beta-glucanase and the heating process necessary for application of the protein hydrolyzing enzyme are repeatedly performed, and the process of crystallization of beta-glucan by alcohol is repeatedly performed, thereby increasing processing cost and time.

상기와 같은 종래 공정의 단점을 극복하기 위해, 본 발명자들은 보리 분말에 과산화수소와 가열병용처리를 함으로써 추출수율의 증대와 베타-글루카나아제의 불활성화를 동시에 진행하고, 과산화수소에 의한 추가적인 베타-글루칸의 분해를 방지하기 위하여 카탈라아제(catalase)와 피틴산(phytic acid)을 첨가하고, 잔여 다당류 및 올리고당을 제거하기 위해 알파-아밀라아제(α-amylase) 처리를 함으로써 고순도 및 고수율의 수용성 베타-글루칸을 제조할 수 있음을 확인하여 본 발명을 완성하였다. In order to overcome the disadvantages of the conventional process as described above, the inventors of the present invention have found that by increasing the extraction yield and deactivation of beta-glucanase simultaneously with hydrogen peroxide and heat treatment of the barley powder, Glucan was prepared by adding catalase and phytic acid in order to prevent degradation of the polysaccharide and to remove the residual polysaccharide and oligosaccharide by α-amylase treatment, thereby producing high purity and high yield of water-soluble beta-glucan The present invention has been completed.

따라서, 본 발명의 목적은 보리로부터 고순도 및 고수율의 수용성 베타-글루칸을 제조하는 방법을 제공하는데 있다.
Accordingly, it is an object of the present invention to provide a method for producing water-soluble beta-glucans of high purity and yield from barley.

본 발명의 목적 및 장점은 하기의 발명의 상세한 설명, 청구의 범위 및 도면에 의해 보다 명확하게 된다.
The objects and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of the invention, claims and drawings.

본 발명의 일 양태에 따르면, 본 발명은 다음의 공정을 포함하는 보리로부터 베타-글루칸을 고수율 및 고순도로 제조하는 방법을 제공한다: According to one aspect of the present invention, the present invention provides a method for preparing beta-glucan from barley with high yield and high purity, comprising:

(a) 보리를 분쇄하여 보리 분말을 얻는 분쇄 공정; (a) a pulverizing step of pulverizing barley to obtain a barley powder;

(b) 상기 얻어진 보리 분말에 황산제일철(FeSO4)과 증류수를 가하고 혼합하여 보리 분말액을 균질화하는 전처리 공정; (b) pre-processing step for homogenizing the powder mixture by mixing barley was added to ferrous sulfate (FeSO 4) and distilled water to the obtained powder and barley;

(c) 상기 균질화된 보리 분말 현탁액에 과산화수소를 첨가한 후 가열하는 가열병용처리 공정; (c) a step of adding heat to the homogenized barley powder suspension after adding hydrogen peroxide to the homogenized barley powder suspension;

(d) 상기 가열처리한 보리 분말 현탁액을 상온으로 급랭시킨 후 카탈라아제(catalase)와 피틴산(phytic acid)를 첨가하는 반응정지 공정; (d) quenching the heat-treated barley powder suspension to room temperature and adding catalase and phytic acid;

(e) 상기 반응정지된 반응용액에 염화칼슘과 내열성 알파-아밀라아제(α-amylase)를 처리하여 잔여 다당류 및 올리고당을 단당류로 분해하는 전분가수분해 공정;(e) a starch hydrolysis step of treating the reaction solution which has not been reacted with the calcium chloride and the heat-resistant alpha-amylase to decompose the residual polysaccharide and oligosaccharide into monosaccharides;

(f) 상기 가수분해된 반응용액을 원심분리하여 상등액을 얻고 여기에 알코올을 가하여 베타-글루칸을 결정화시키는 침전 공정; 및 (f) a precipitation step of centrifuging the hydrolyzed reaction solution to obtain a supernatant and adding alcohol thereto to crystallize beta-glucan; And

(g) 상기 결정화되어 침전된 베타-글루칸을 분리, 건조 및 분쇄하는 분말화 공정.
(g) a pulverizing step of separating, drying and pulverizing the crystallized and precipitated beta -glucan.

이하에서 본 발명을 각 단계에 따라 상세히 설명한다.
Hereinafter, the present invention will be described in detail with reference to the respective steps.

단계 (a): 보리를 분쇄하여 보리 분말을 얻는 분쇄 공정 Step (a): a pulverizing step of pulverizing barley to obtain barley powder

도정하지 않은 보리를 분쇄하여 보리 분말로 만든다. 보리를 분쇄하는 방법은 특별히 한정되지 않으나 보리 분쇄기 등을 이용할 수 있으며, 분쇄하는 보리 분말의 크기는 바람직하게는 60-80 mesh가 되도록 한다.
Uncooked barley is pulverized into barley powder. The method of grinding barley is not particularly limited, but a barley grinder or the like can be used, and the size of barley powder to be pulverized is preferably 60-80 mesh.

단계 (b): 상기 얻어진 보리 분말에 황산제일철(FeSO 4 )과 증류수를 가하고 혼합하여 보리 분말액을 균질화하는 전처리 공정 Step (b): a pretreatment step of homogenizing the barley powder solution by adding ferrous sulfate (FeSO 4 ) and distilled water to the obtained barley powder and mixing

상기 얻어진 보리 분말에 황산제일철(FeSO4)과 증류수를 가하고 혼합하여 보리 분말액을 균질화한다. 상기 황산제일철(FeSO4)은 하기 과산화수소가 관여하는 펜톤 산화 반응에 의한 베타-글루칸 분해 반응의 촉매제로 작용한다. 상기 첨가되는 황산제일철(FeSO4)의 농도는 특별히 한정되지 않으나, 바람직하게는 0.01-0.5 mM의 농도가 되도록 첨가한다.
Ferrous sulfate (FeSO 4 ) and distilled water are added to the obtained barley powder and mixed to homogenize the barley powder solution. The ferrous sulfate (FeSO 4 ) acts as a catalyst for the beta-glucan decomposition reaction by the Fenton oxidation reaction involving the following hydrogen peroxide. The concentration of the added ferrous sulfate (FeSO 4 ) is not particularly limited, but is preferably added so as to have a concentration of 0.01-0.5 mM.

단계 (c): 상기 균질화된 보리 분말 현탁액에 과산화수소를 첨가한 후 가열하는 가열병용처리 공정 Step (c): a step of adding a hydrogen peroxide to the homogenized barley powder suspension followed by heating

균질화된 보리 분말 현탁액에 과산화수소를 첨가한 후 가열처리한다. 과산화수소 처리 및 열처리를 동시에 행함으로써 보리에 포함된 베타-글루칸을 분해시키는 동시에 베타-글루카나아제(β-glucanase)를 불활성화시킨다. 과산화수소 처리에 의해 보리로부터 베타-글루칸을 높은 수율로 분리 정제할 수 있다. 상기 과산화수소는 0.2-0.8%(v/v)의 농도가 되도록 첨가하며, 보다 바람직하게는 0.509-0.514%(v/v)의 농도가 되도록 첨가한다. 상기 가열은 바람직하게는 90-150℃의 온도에서 5-35분간 행하며, 보다 바람직하게는 115-117℃의 온도에서 11-24분간 가열한다.
Hydrogen peroxide is added to the homogenized barley powder suspension, followed by heat treatment. By simultaneously performing the hydrogen peroxide treatment and the heat treatment, the beta-glucan contained in the barley is decomposed and the beta-glucanase is inactivated. By treatment with hydrogen peroxide, beta-glucan can be separated and purified from barley at a high yield. The hydrogen peroxide is added so as to have a concentration of 0.2-0.8% (v / v), more preferably 0.509-0.514% (v / v). The heating is preferably carried out at a temperature of 90-150 DEG C for 5-35 minutes, more preferably at a temperature of 115-117 DEG C for 11-24 minutes.

단계 (d): 상기 가열처리한 보리 분말 현탁액을 상온으로 급랭시킨 후 카탈라아제(catalase)와 피틴산(phytic acid)를 첨가하는 반응정지 공정 Step (d): After the heat-treated barley powder suspension is cooled to room temperature, a reaction stopping step of adding catalase and phytic acid

상기 과산화수소를 첨가하여 가열처리한 보리 분말 현탁액을 상온으로 냉각시킨 후에 카탈라아제와 피틴산을 첨가한다. 상기 카탈라아제와 피틴산은 과산화수소를 분해함으로써 후속하는 과산화수소에 의한 추가적인 베타-글루칸의 분해 반응을 정지시킨다. 바람직하게는 상기 카탈라아제는 0.1-3 kU/mL의 농도가 되도록 가하고, 상기 피틴산은 0.25-5 mM의 농도가 되도록 첨가한다.
After the hydrogen peroxide is added and the heat treated barley powder suspension is cooled to room temperature, catalase and phytic acid are added. The catalase and phytic acid decompose the hydrogen peroxide to stop further decomposition of the beta-glucan by the subsequent hydrogen peroxide. Preferably, the catalase is added to a concentration of 0.1-3 kU / mL, and the phytic acid is added to a concentration of 0.25-5 mM.

단계 (e): 상기 반응정지된 반응용액에 염화칼슘과 내열성 알파-아밀라아제(α-amylase)를 처리하여 잔여 다당류 및 올리고당을 단당류로 분해하는 전분가수분해 공정 Step (e): a starch hydrolysis step of decomposing residual polysaccharides and oligosaccharides into monosaccharides by treating calcium chloride and a heat-resistant alpha-amylase to the quiescent reaction solution

상기 반응이 정지된 반응액에 염화칼슘과 알파-아밀라아제를 처리하여 잔여 다당류 및 올리고당을 단당류로 분해시킨다. 바람직하게는 상기 염화칼슘은 6-8 mg/100 mL의 농도로 첨가하고, 상기 내열성 알파-아밀라아제는 0.1-0.3 kU/100 mL의 농도로 첨가한다.
The reaction solution in which the reaction is stopped is treated with calcium chloride and alpha-amylase to decompose the residual polysaccharide and oligosaccharide into monosaccharides. Preferably, the calcium chloride is added at a concentration of 6-8 mg / 100 mL, and the heat-resistant alpha-amylase is added at a concentration of 0.1-0.3 kU / 100 mL.

단계 (f): 상기 가수분해된 반응용액을 원심분리하여 상등액을 얻고 여기에 알코올을 가하여 베타-글루칸을 결정화시키는 침전 공정 Step (f): The hydrolyzed reaction solution is centrifuged to obtain a supernatant, and alcohol is added thereto to precipitate beta-glucan

가수분해된 반응용액을 원심분리하여 상등액을 얻고 여기에 알코올을 첨가하여 베타-글루칸을 결정화시킨 후 침전시킨다. 첨가하는 알코올은 탄소수 1-4개의 저급 알코올이 바람직하며, 가장 바람직하게는 에탄올이다. 알코올은 바람직하게는 97-99% 순도의 알코올을 최종농도가 75-85%가 되도록 첨가한다.
The hydrolyzed reaction solution is centrifuged to obtain a supernatant, and alcohol is added thereto to crystallize and precipitate the beta-glucan. The alcohol to be added is preferably a lower alcohol having from 1 to 4 carbon atoms, and most preferably ethanol. The alcohol is preferably added in an alcohol having 97-99% purity to a final concentration of 75-85%.

단계 (g): 상기 결정화되어 침전된 베타-글루칸을 분리, 건조 및 분쇄하는 분말화 공정 Step (g): a powdering step of separating, drying and pulverizing the crystallized and precipitated beta -glucan

상기 결정화되어 침전된 베타-글루칸을 분리, 건조 및 분쇄하여 분말화한다. 상기 건조는 55-65℃에서 진공건조하여 행한다. 본 발명의 구체적인 일 실시예에 의하면, 최종적으로 얻어지는 베타-글루칸의 함량은 100 g당 5.25-6.43 g, 순도는 74.24-74.77%, 용해도 지수는 92.63-94.78%이다.
The crystallized and precipitated beta -glucan is separated, dried and pulverized to powder. The drying is performed by vacuum drying at 55-65 ° C. According to one embodiment of the present invention, the finally obtained content of beta-glucan is 5.25-6.43 g per 100 g, the purity is 74.24-74.77%, and the solubility index is 92.63-94.78%.

본 발명은 보리로부터 고순도 및 고수율의 수용성 베타-글루칸을 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 방법에서 보리분말에 과산화수소와 가열병용처리를 함으로써 추출수율의 증대와 베타-글루카나아제의 불활성화를 동시에 진행하고, 과산화수소에 의한 추가적인 베타-글루칸의 분해를 방지하기 위하여 과산화수소 저해제로서 카탈라아제와 피틴산을 첨가하고, 잔여 다당류 및 올리고당을 제거하기 위해 알파-아밀라아제 처리를 행한다. 본 발명의 방법에 의하면 수용성 베타-글루칸을 고순도 및 고수율로 제조할 수 있는 효과를 갖는다.
The present invention relates to a process for producing high purity and high yield of water-soluble beta-glucans from barley. In the method of the present invention, in order to simultaneously increase the extraction yield and deactivate the beta-glucanase by treating the barley powder with hydrogen peroxide and heating, and to prevent further decomposition of beta-glucan by hydrogen peroxide, catalase And phytic acid are added, and alpha-amylase treatment is performed to remove residual polysaccharides and oligosaccharides. According to the method of the present invention, water-soluble beta-glucan can be produced with high purity and high yield.

도 1은 보리 분말 현탁액에 과산화수소를 첨가하여 가열병용처리 공정에서 과산화수소 농도 및 열처리 조건에 따른 대표적인 성상 변화를 보여준다.
도 2는 과산화수소와 가열병용처리에 따른 보리 총 베타-글루칸(β-glucan) 함량에 대한 반응표면 그래프와 등고선 그래프를 보여준다.
도 3은 과산화수소와 가열병용처리에 따른 보리 수용성 베타-글루칸(β-glucan) 함량에 대한 반응표면 그래프와 등고선 그래프를 보여준다.
도 4는 과산화수소와 가열병용처리에 따른 보리 수용성 베타-글루칸(β-glucan)의 총 베타-글루칸(β-glucan) 함량 비에 대한 반응표면 그래프와 등고선 그래프를 보여준다.
도 5는 과산화수소와 가열병용처리에 의한 보리의 총 베타-글루칸 및 수용성 베타-글루칸의 제조과정을 나타낸 공정도이다.
FIG. 1 shows a typical property change according to the concentration of hydrogen peroxide and the heat treatment conditions in the heat treatment treatment process by adding hydrogen peroxide to the barley powder suspension.
Fig. 2 shows the reaction surface graph and contour graph of the total beta-glucan content of barley according to the treatment with hydrogen peroxide and heating.
FIG. 3 shows a reaction surface graph and a contour graph for the content of barley-soluble beta-glucan (.beta.-glucan) according to the treatment with hydrogen peroxide and heating.
FIG. 4 shows a reaction surface graph and a contour line graph of the ratio of the total beta-glucan content of the barley water-soluble beta-glucan according to the treatment with hydrogen peroxide and heating.
Fig. 5 is a process diagram showing the production process of total beta-glucan and water-soluble beta-glucan in barley by the combination treatment with hydrogen peroxide and heating.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하고자 한다. 이들 실시예는 오로지 본 발명을 보다 구체적으로 설명하기 위한 것으로, 본 발명의 요지에 따라 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다는 것은 당업계에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명할 것이다.
Hereinafter, the present invention will be described in more detail with reference to Examples. It is to be understood by those skilled in the art that these embodiments are only for describing the present invention in more detail and that the scope of the present invention is not limited by these embodiments in accordance with the gist of the present invention .

실시예 Example

실시예 1: 수용성 베타-글루칸의 추출조건 최적화를 위한 실험설계 Example 1: Experimental design for optimization of extraction conditions of water-soluble beta-glucan

본 실시예에서 사용된 보리는 2011년 수확한 것을 농촌진흥청 국립식량과학원으로부터 제공받아 60-80 mesh로 분쇄(Micro hammer cutter mill type-3, Culatti AG, Zurich, Swiss)한 후 -18℃에서 보관하며 시료로 사용하였다. 본 실시예에서는 처리조건에 대하여 중심합성계획(central composite design, CCD)을 사용하여 실험 설계하였고, 처리조건의 최적화를 위하여 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 사용하였다. 중심합성계획에서 독립변수로 과산화수소 농도(0.2-0.8%, v/v; X1), 열처리 온도(90-150℃, X2) 및 열처리 시간(5-35분, X3)을 -1, 0, 1의 3단계로 부호화하여 중심합성계획에 따라 16구간으로 설정하여 처리하였다(표 1). 또한, 종속변수(Yn)로서는 총 베타-글루칸의 함량(YCTB) 및 순도(YPTB), 수용성 베타-글루칸의 함량(YCSB), 순도(YPSB) 및 비율(YRSB)로 하였으며, 모든 시험은 3회 반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다.
The barley harvested in 2011 was harvested from the National Institute of Agricultural Science and Technology, Rural Development Administration, and crushed to 60-80 mesh (Micro hammer cutter mill type-3, Culatti AG, Zurich, Swiss) And used as a sample. In this example, the central composite design (CCD) was used for the experimental design and the response surface methodology (RSM) was used to optimize the treatment conditions. In the central synthesis program, hydrogen peroxide concentration (0.2-0.8%, v / v; X 1 ), heat treatment temperature (90-150 ° C, X 2 ) and heat treatment time (5-35 min, X 3 ) 0, and 1, and processed into 16 sections according to the central synthesis plan (Table 1). Further, as the dependent variable (Y n) a total beta-was in the content of the glucan (Y CSB), purity (Y PSB) and ratio (Y RSB) - the content of the glucan (Y CTB) and purity (Y PTB), water soluble beta , All tests were repeated three times and mean values were used for regression analysis.

실시예 2: 과산화수소와 가열병용처리 Example 2: Combined treatment with hydrogen peroxide

열처리 용기에 보리 분말 5g, 0.1 mM의 FeSO4ㆍ7H2O과 증류수 100 mL을 가한 후 0.1 N NaOH와 HCl을 이용하여 pH를 4.8±0.2로 조정하였다. 보리 현탁액에 과산화수소를 가한 후 미리 예열된 오일 수조(oil bath)에서 열처리 하였으며, 과산화수소 농도, 열처리 온도 및 시간은 중심합성계획에 의한 조건으로 처리하였다(표 1). 열처리 종료 후 실온으로 신속하게 냉각시킨 후 펜톤-산화반응을 억제하기 위하여 카탈라아제 용액(catalase solution) 50 μL과 피틴산 용액(phytic acid solution) 1.34 mL을 첨가하고 25℃에서 1시간 동안 반응시켜 잔류 과산화수소와 생성된 히드록시 라디칼을 제거하였다. 보리분말에 대한 과산화수소 및 열처리에 따른 성상변화를 관찰하였으며, 그 대표적인 결과는 도 1에 나타내었다. 보리분말에 증류수를 가한 무처리(A)와 다르게 과산화수소에 의한 유기화합물의 분해 반응(펜톤-산화반응)의 촉매제로 작용하는 황산제일철(FeSO4)을 첨가한 처리구(B)에서는 용액의 색택 변화가 관찰되었으며, 황산제일철(FeSO4)과 과산화수소의 병행처리구(C)에서는 색택 변화와 함께 기포가 발생하였다. 황산제일철(FeSO4)과 과산화수소를 농도별로 처리한 후 120℃에서 35분간 열처리한 처리구(D-F)에서는 과산화수소 농도가 증가될수록 갈변도가 증가하였다.
5 g of barley powder, 0.1 mM of FeSO 4 .7H 2 O and 100 mL of distilled water were added to the heat treatment vessel, and the pH was adjusted to 4.8 ± 0.2 using 0.1 N NaOH and HCl. Hydrogen peroxide was added to the barley suspension and heat treated in a preheated oil bath. The hydrogen peroxide concentration, heat treatment temperature and time were treated by central synthetic scheme (Table 1). After the heat treatment was completed, the reaction mixture was rapidly cooled to room temperature. To suppress the Fenton-oxidation reaction, 50 μL of a catalase solution and 1.34 mL of a phytic acid solution were added and reacted at 25 ° C. for 1 hour to remove residual hydrogen peroxide The resulting hydroxy radical was removed. The changes in properties of barley powder according to hydrogen peroxide and heat treatment were observed, and representative results thereof are shown in Fig. (B) in which ferrous sulfate (FeSO 4 ), which acts as a catalyst for catalyzing the decomposition reaction (Fenton-oxidation reaction) of organic compounds by hydrogen peroxide, differs from the untreated treatment (A) in which distilled water is added to barley powder (FeSO 4 ) and hydrogen peroxide (C), bubbles were formed with color change. In the treatment (DF) treated with ferrous sulfate (FeSO 4 ) and hydrogen peroxide at the concentration of 120 캜 for 35 min, the degree of browning increased with increasing hydrogen peroxide concentration.

실시예 3: 총 베타-글루칸 및 수용성 베타-글루칸의 추출과 정제 Example 3: Extraction and purification of total beta-glucan and water-soluble beta-glucan

과산화수소와 가열병용처리 보리 용액로부터 총 베타-글루칸의 추출은 증류수를 가하여 부피를 200 mL로 조정한 후 1N NaOH를 가하여 1시간 동안 교반추출하고, 원심분리(3,500 rpm, 15 min)하여 상등액을 회수하였다. 상등액에 1N HCl을 가하여 pH를 6.5로 조정하고 상등액 100 mL당 염화칼슘(CaCl2)와 내열성 알파-아밀라아제(α-amylase)(A3306, Sigma-Aldrich Co. LLC, MO, USA)를 각각 7 mg과 0.1 mL을 첨가한 후 95℃로 설정된 수조(water bath)에서 1시간 동안 효소처리 하였다. 효소처리 종료 후 실온으로 냉각하고, 1N HCl을 이용하여 pH를 4.5로 조정한 후 원심분리하여 취한 상등액에 에탄올의 농도가 80%가 되도록 99% 에탄올을 가하면서 격렬히 진탕하고 4℃의 냉장고에서 12시간동안 방치하여 베타-글루칸을 침전시켰으며, 이를 3,500 rpm에서 30분간 원심분리하여 총 베타-글루칸을 얻었다. The total beta-glucan was extracted from the barley solution with hydrogen peroxide and heating. The volume was adjusted to 200 mL with distilled water, 1N NaOH was added, and the mixture was stirred for 1 hour. The mixture was centrifuged (3,500 rpm, 15 min) Respectively. The pH of the supernatant was adjusted to pH 6.5 by addition of 1N HCl and 7 mg of calcium chloride (CaCl 2 ) and α-amylase (A3306, Sigma-Aldrich Co. LLC, MO, USA) 0.1 mL was added to the solution, which was then subjected to enzyme treatment in a water bath set at 95 ° C for 1 hour. After the enzyme treatment was completed, the solution was cooled to room temperature, adjusted to pH 4.5 with 1N HCl, centrifuged, and the supernatant was vigorously shaken with 99% ethanol so that the concentration of ethanol became 80% For 30 minutes to precipitate beta-glucan, which was centrifuged at 3,500 rpm for 30 minutes to obtain total beta-glucan.

수용성 베타-글루칸의 추출은 과산화수소와 가열병용처리 보리 용액에 증류수를 가하여 부피를 200 mL로 조정한 후 65℃로 설정된 수조에서 1시간 동안 추출하고, 추출액 100 mL당 CaCl2와 내열성 알파-아밀라아제를 각각 7 mg과 0.1 mL를 첨가한 후 95℃로 설정된 수조에서 1시간 동안 효소처리 하였다. 효소처리 종료 후 실온으로 냉각하고, 원심분리하여 취한 상등액에 에탄올의 농도가 80%가 되도록 99% 에탄올을 가하면서 격렬히 진탕하고 4℃의 냉장고에서 12시간동안 방치하여 베타-글루칸을 침전시켰으며, 이를 3,500 rpm에서 30분간 원심분리하여 수용성 베타-글루칸을 얻었다. The water-soluble beta-glucan was extracted by adding distilled water to the solution of hydrogen peroxide and heated barley, adjusted to a volume of 200 mL, and then extracted for 1 hour in a water bath set at 65 ° C. Then, CaCl2 and heat resistant alpha-amylase 7 mg and 0.1 mL were added, followed by enzymatic treatment for 1 hour in a water bath set at 95 ° C. After completion of the enzyme treatment, the mixture was cooled to room temperature, centrifuged, and 99% ethanol was added to the supernatant so that the concentration of ethanol became 80%. The mixture was shaken vigorously and allowed to stand in a refrigerator at 4 ° C for 12 hours to precipitate beta- This was centrifuged at 3,500 rpm for 30 minutes to obtain water-soluble beta-glucan.

추출된 총 베타-글루칸 및 수용성 베타-글루칸의 순도는 β-D-글루칸 분석 키트를 이용하여 측정하였다. 즉, 건조 분말화한 베타-글루칸 약 100 mg에 50% 에탄올 0.2 mL과 20 mM 소디엄 포스페이트 완충액(sodium phosphate buffer, pH 6.5) 4.0 mL을 순차적으로 가하여 5분씩 교반하고 끓는 물에서 3분간 방치한 후 lichanase(10 U) 0.2 mL을 가하여 50℃에서 1시간 동안 효소처리 하였다. 효소처리액에 200 mM 소디엄 아세테이트 완충액(sodium acetate buffer, pH 4.0) 5.0 mL을 가하여 반응을 종료시킨 후 4,000 rpm에서 10분간 원심분리하여 상등액을 취하였다. 상등액 0.1 mL을 3개의 테스트 튜브에 넣고 하나의 테스트 튜브(test tube)에는 50 mM 소디엄 아세테이트 완충액(sodium acetate buffer) (pH 6.0) 0.1 mL을 가하고, 나머지 테스트 튜브에는 베타-글루코시다아제(β-glucosidase)(10 U) 0.1 mL을 가하여 50℃에서 10분간 배양하였다. 배양액에 GOPOD(glucose oxidase/peroxidase) 3.0 mL을 가하고 50℃에서 20분간 배양한 후 510 nm에서 흡광도를 측정(spectrophotometer UV-1650 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)하여 베타-글루칸의 순도를 계산하였다. The purity of extracted total beta-glucan and soluble beta-glucan was measured using a beta -D-glucan assay kit. That is, 0.2 mL of 50% ethanol and 4.0 mL of 20 mM sodium phosphate buffer (pH 6.5) were sequentially added to about 100 mg of dry-pulverized beta-glucan, stirred for 5 minutes, and left in boiling water for 3 minutes Then, 0.2 mL of lichanase (10 U) was added and the enzyme was treated at 50 ° C for 1 hour. To the enzyme-treated solution, 5.0 mL of 200 mM sodium acetate buffer (pH 4.0) was added to terminate the reaction, followed by centrifugation at 4,000 rpm for 10 minutes to obtain a supernatant. Add 0.1 mL of the supernatant to 3 test tubes, add 0.1 mL of 50 mM sodium acetate buffer (pH 6.0) to one test tube, add β-glucosidase (β -glucosidase (10 U) was added to the cells and the cells were incubated at 50 ° C for 10 minutes. 3.0 mL of GOPOD (glucose oxidase / peroxidase) was added to the culture and incubated at 50 ° C for 20 minutes. Then, the purity of beta-glucan was calculated by measuring the absorbance at 510 nm (spectrophotometer UV-1650 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan).

추출조건별 보리 추출물의 총 베타-글루칸의 함량을 측정한 결과는 표 2 및 도 2와 같다. 과산화수소 농도 0.5%, 열처리 온도 120℃, 열처리 시간 20분에서 처리한 조건(No. 8, 9)에서 8.43-8.47%로 유의적으로 가장 높은 함량을 보였다(p<0.05). 반면 높은 과산화수소 농도 및 열처리 온도로 처리할 경우 총 베타-글루칸의 함량은 감소하는 경향을 보였으며, 0.8%, 150℃, 35분 처리구(No. 16)에서는 1.23%로 크게 감소하였다. 총 베타-글루칸의 함량에 대한 분산분석 결과 표 3과 같이 과산화수소 농도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며(F-value: 102.08***), 열처리 온도(66.03***)와 시간(13.38***)도 영향을 많이 주는 것으로 나타났다. 반응표면분석을 통한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.943으로 높은 값을 보여 모델식이 적합함을 알 수 있었다(표 4). 이때 반응표면 결과는 과산화수소 농도 0.463%, 열처리 온도 120℃, 열처리 시간 21분에서 7.54%의 함량으로 예측되었으며, 실제 실험값은 7.83%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05). The results of measuring the content of total beta-glucan in the barley extract according to the extraction conditions are shown in Table 2 and FIG. (P <0.05), which was 8.43-8.47% in the treatment condition (No. 8, 9) treated with hydrogen peroxide concentration of 0.5%, heat treatment temperature of 120 ℃ and heat treatment time of 20 minutes. On the other hand, total beta-glucan content decreased with 0.8% and 150 ℃ treatment temperature, and decreased to 1.23% at 35 ℃ treatment (No. 16) treatment with high concentration of hydrogen peroxide and heat treatment temperature. As a result of the analysis of the content of total beta-glucan, the concentration of hydrogen peroxide was significantly influenced by the concentration of F-value (102.08 *** ), the heat treatment temperature (66.03 *** ) and the time (13.38 * ** ) also showed a great effect. The coefficient of determination (R 2 ) of the regression equation through the response surface analysis was as high as 0.943, indicating that the model equation is suitable (Table 4). The reaction surface results were estimated to be 0.463% of hydrogen peroxide concentration, 7.54% at heat treatment temperature of 120 ℃ and 21 minutes of heat treatment, and the experimental value was 7.83% (p> 0.05).

추출조건별 보리 추출물의 수용성 베타-글루칸의 함량을 측정한 결과는 표 2 및 도 3과 같다. 과산화수소 농도 0.5%, 열처리 온도 120℃, 열처리 시간 20분에서 처리한 조건(No. 8, 9)에서 6.45-6.52%로 유의적으로 가장 높은 함량을 보였다(p<0.05). 반면 높은 과산화수소 농도 및 열처리 온도로 처리할 경우 총 베타-글루칸의 함량은 감소하는 경향을 보였으며, 0.8%, 150℃, 35분 처리구(No. 16)에서는 0.68%로 크게 감소하였다. 수용성 베타-글루칸의 함량에 대한 분산분석 결과 표 3과 같이 과산화수소의 농도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며(22.76***), 열처리 온도(11.16***)에도 영향을 받으나 열처리 시간(1.39NS)은 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 반응표면분석을 통한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.827로 모델식이 적합함을 알 수 있었다(표 4). 이때 반응표면 결과는 과산화수소 농도 0.514%, 열처리 온도 115℃, 열처리 시간 24분에서 6.32%의 함량으로 예측되었으며, 실제 실험값은 6.43%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05). The content of water-soluble beta-glucan in the barley extract according to the extraction conditions is shown in Table 2 and FIG. (P <0.05), which was 6.45-6.52% in the treatment condition (No. 8, 9) treated with hydrogen peroxide concentration of 0.5%, heat treatment temperature of 120 ℃ and heat treatment time of 20 minutes. On the other hand, total beta-glucan content decreased with 0.8% and 150 ℃ treatment temperature and 0.68% at 35 min treatment (No. 16). As a result of analysis of the content of water-soluble beta-glucan, the concentration of hydrogen peroxide was significantly influenced by the concentration of hydrogen peroxide (22.76 *** ) and the heat treatment time (11.16 *** ) 1.39 NS ) showed no effect. The coefficient of determination (R2) of the regression equation through the response surface analysis was 0.827, suggesting that the model equation is appropriate (Table 4). The reaction surface results were estimated to be 6.32% in the hydrogen peroxide concentration of 0.514%, the heat treatment temperature of 115 ℃ and the heat treatment time of 24 minutes, and the experimental value was 6.43%, which was not significant (p> 0.05).

추출조건별 보리 추출물의 총 베타-글루칸의 순도를 측정한 결과는 표 2와 같다. 과산화수소 농도 0.8%, 열처리 온도 150℃, 열처리 시간 5분과 35분에서 처리한 조건(No. 15, 16)에서 각각 95.15%와 96.78%로 가장 높은 순도를 보였다(p<0.05). 반면 낮은 과산화수소 농도 및 열처리 온도로 처리할 경우 총 베타-글루칸의 순도는 감소하는 경향을 보였으며, 0.5%, 90℃, 5분 처리구(No. 1)에서는 38.24%로 가장 낮은 순도를 보였다. 총 베타-글루칸의 순도에 대한 분산분석 결과 표 3과 같이 과산화수소 농도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며(597.20***), 열처리 온도(161.50***)와 시간(22.26***)도 영향을 많이 주는 것으로 나타났다. 반응표면분석을 통한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.987으로 높은 값을 보여 모델식이 적합함을 알 수 있었다(표 4). 이때 반응표면 결과는 과산화수소 농도 1.146%, 열처리 온도 190℃, 열처리 시간 20분에서 98.68%의 함량으로 예측되었으며, 실제 실험값은 98.59%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05). Table 2 shows the results of measuring the total beta-glucan purity of the barley extract according to the extraction conditions. The highest purity (95%) was obtained in the treatment conditions (No. 15, 16) at the treatment temperature of 150 ℃ and the heat treatment time of 5 and 35 minutes, respectively. On the other hand, when treated with low hydrogen peroxide concentration and heat treatment temperature, the purity of total beta-glucan tended to decrease, and the lowest purity was 0.5%, 90 ° C and 38.24% at 5 minutes treatment (No. 1). As a result of the analysis of the purity of total beta-glucan, the concentration of hydrogen peroxide was significantly influenced by the concentration of hydrogen peroxide as shown in Table 3 (597.20 *** ), the heat treatment temperature (161.50 *** ) and the time (22.26 *** ) It was found that the effect was significant. The coefficient of determination (R 2 ) of the regression equation through the response surface analysis was high as 0.987, indicating that the model equation is suitable (Table 4). At this time, the reaction surface results were estimated to be 98.68% in the hydrogen peroxide concentration of 1.146%, the heat treatment temperature of 190 ° C. and the heat treatment time of 20 minutes, and the experimental value was 98.59%, which was not significant (p> 0.05).

추출조건별 보리 추출물의 수용성 베타-글루칸의 순도를 측정한 결과는 표 2와 같다. 과산화수소 농도 0.8%, 열처리 온도 150℃, 열처리 시간 5분과 35분에서 처리한 조건(No. 15, 16)에서 각각 98.26%와 98.01%로 가장 높은 순도를 보였다(p<0.05). 반면 낮은 과산화수소 농도 및 열처리 온도로 처리할 경우 총 베타-글루칸의 순도는 감소하는 경향을 보였으며, 0.5%, 90℃, 5분 처리구(No. 1)에서는 41.48%로 가장 낮은 순도를 보였다. 수용성 베타-글루칸의 순도에 대한 분산분석 결과 표 3과 같이 과산화수소 농도(182.22***)와 열처리 온도(49.95***)에 크게 영향을 받으며, 열처리 시간(3.16*)에 대한 영향은 적은 것으로 나타났다. 반응표면분석을 통한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.962로 높은 값을 보여 모델식이 적합함을 알 수 있었다(표 4). 이때 반응표면 결과는 과산화수소 농도 0.804%, 열처리 온도 175℃, 열처리 시간 20분에서 97.28로 예측되었으며, 실제 실험값은 96.59%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05). Table 2 shows the results of measuring the purity of the water-soluble beta-glucan in the barley extract according to the extraction conditions. (P <0.05), which was 98.26% and 98.01%, respectively, under conditions (No. 15, 16) treated with hydrogen peroxide concentration of 0.8%, heat treatment temperature of 150 ℃ and heat treatment time of 5 minutes and 35 minutes, respectively. On the other hand, when treated with low hydrogen peroxide concentration and heat treatment temperature, the purity of total beta-glucan tended to decrease, and the lowest purity was 0.5%, 90 ° C, and 41.48% at 5 minutes treatment (No. 1). As a result of the analysis of the purity of the water-soluble beta-glucan, the influence of the hydrogen peroxide concentration (182.22 *** ) and the heat treatment temperature (49.95 *** ) was greatly affected and the heat treatment time (3.16 * appear. The coefficient of determination (R 2 ) of the regression equation through the response surface analysis was as high as 0.962, indicating that the model equation is suitable (Table 4). At this time, the reaction surface result was predicted to be 97.28 at the hydrogen peroxide concentration of 0.804%, the heat treatment temperature of 175 ° C and the heat treatment time of 20 minutes, and the experimental value was 96.59%, which was not significant (p> 0.05).

추출조건별 보리 추출물의 총 베타-글루칸의 함량에 대한 수용성 베타-글루칸의 함량 비로 용해도 지수(ratio of soluble to total β-glucan, RSB)를 나타내었으며, 그 결과는 표 2 및 도 4와 같다. 과산화수소 농도 0.5%, 열처리 온도 120℃, 열처리 시간 20분에서 처리한 조건(No. 8, 9)에서 91.28-91.56%로 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 용해도 지수에 대한 분산분석 결과 표 3과 같이 과산화수소 농도에 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며(15.88***), 열처리 온도(6.03***)와 시간(5.88***)에도 영향을 받는 것으로 나타났다. 반응표면분석을 통한 회귀식의 결정계수(R2)는 0.812로 모델식이 적합함을 알 수 있었다(표 4). 이때 반응표면 결과는 과산화수소 농도 0.509%, 열처리 온도 117℃, 열처리 시간 11분에서 94.24%로 예측되었으며, 실제 실험값은 94.78%로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05).
The solubility index (ratios of soluble β-glucan, RSB) to the total β-glucan content of the barley extracts according to the extraction conditions was shown in Table 2 and FIG. (P <0.05), which was 91.28-91.56% in the condition (No. 8, 9) treated with hydrogen peroxide concentration of 0.5%, heat treatment temperature of 120 ℃ and heat treatment time of 20 minutes. As a result of analysis of variance of solubility index, the concentration of hydrogen peroxide was significantly influenced by the concentration of hydrogen peroxide as shown in Table 3 (15.88 *** ), and also by the heat treatment temperature (6.03 *** ) and time (5.88 *** ) appear. The coefficient of determination (R 2 ) of the regression equation through the response surface analysis was 0.812, suggesting that the model equation is suitable (Table 4). At this time, the reaction surface result was estimated to be 94.24% at the hydrogen peroxide concentration of 0.509%, the heat treatment temperature of 117 ° C and the heat treatment time of 11 minutes, and the experimental value was 94.78%, which was not significant (p> 0.05).

실시예 4: 수용성 베타-글루칸의 저분자화 특성 Example 4: Low-molecular characterization of water-soluble beta-glucan

과산화수소와 가열병용처리 보리로부터 추출된 수용성 베타-글루칸의 분자량 분포는 HPLC (Acme 9000 system, Younglin Ins., Anyang, Korea)에 YMC Diol-300 size exclusion column (300ㅧ4.6 mm I.D., particle size 5 μm, pore size 30 nm, YMC Co. Ltd., Kyoto, Japan)을 장착하여 이동상인 HPLC grade water를 0.5 ml/min으로 흘려주며 RI detector (RI 750F, Younglin Ins., Anyang, Korea)로 검출하였다. 분자량 측정용 표준물질로 Pullulan standard kit (P-82, Showa-Denko, Tokyo, Japan)를 사용하였고, 표준물질의 분자량은 P-800이 708,000, P-400이 375,000, P-200이 200,000, P-100이 107,000, P-50이 47,100, P-10이 9,600, P-5가 5,900이었다. 표준 크로마토그램으로부터 회귀식을 구한 후 동일조건으로 분석한 크로마토그램의 용출시간을 대입하여 과산화수소와 가열병용처리 수용성 베타-글루칸의 분자량을 측정하였다. 수용성 베타-글루칸의 겉보기 점도는 수용성 베타-글루칸 건조분말을 2.0%(w/v)가 되도록 증류수에 넣고 95℃에서 30분간 중탕 가열하고 균질화시킨 후 20℃로 조절된 항온수조에서 점도계(RVT DV-II, Brookfield Co., Middleboro, MA, USA)를 이용하여 측정하였다. 점도계의 spindle은 No.02을 사용하였으며, 25℃에서 100 rpm으로 3회 반복 측정하였다. 수용성 베타-글루칸의 재용해율은 증류수를 이용하여 1.0%(w/v)의 농도로 제조한 후 50℃에서 12시간동안 중탕 가열한 용액을 냉각 및 원심분리(12,000 rpm, 10분)한 후 남은 불용성 고형분의 무게를 측정하여 재용해율을 측정하였다. The molecular weight distribution of water-soluble beta-glucan extracted from hydrogen peroxide and heated barley was determined by HPLC (Acme 9000 system, Younglin Ins., Anyang, Korea) on YMC Diol-300 size exclusion column (300 ㅧ 4.6 mm ID, (RI 750F, Younglin Ins., Anyang, Korea) with a flow rate of 0.5 ml / min, and a mobile phase HPLC grade water was loaded with a pore size 30 nm, YMC Co. Ltd., Kyoto, Japan. The molecular weight of the standard substance was 708,000 for P-800, 375,000 for P-400, 200,000 for P-200, and 200,000 for P-200. Pullulan standard kit (P-82, Showa-Denko, Tokyo, Japan) -100 was 107,000, P-50 was 47,100, P-10 was 9,600, and P-5 was 5,900. The molecular weight of the aqueous beta-glucan treated with hydrogen peroxide and heating was measured by substituting the elution time of the chromatogram analyzed under the same conditions after obtaining the regression equation from the standard chromatogram. The apparent viscosity of the water-soluble beta-glucan was determined by adding the water-soluble beta-glucan dry powder to distilled water at a concentration of 2.0% (w / v), heating the mixture at 95 ° C for 30 minutes, homogenizing, and then measuring the viscosity with a viscometer (RVT DV -II, Brookfield Co., Middleboro, MA, USA). No.02 was used for the spindle of the viscometer and it was measured three times at 25 rpm at 100 rpm. The re-dissolution rate of water-soluble β-glucan was prepared by using distilled water at a concentration of 1.0% (w / v), and then cooled and centrifuged (12,000 rpm, 10 minutes) The solubility was measured by measuring the weight of the insoluble solids.

과산화수소와 가열병용처리 보리 수용성 베타-글루칸의 분자량 분포 변화를 측정한 결과는 표 5에 나타낸 바와 같이 과산화수소 농도, 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라서 분자량은 감소하는 경향을 보였다. 1번(0.2%, 90℃, 5분)의 분자량은 543063 Da이었으나 16번(0.8%, 150℃, 35분)에서는 12460 Da로 크게 감소하였다. 수용성 베타-글루칸의 점도 변화를 측정한 결과는 표 5와 같이 과산화수소 농도, 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라서 점도는 감소하는 경향을 보였다. 2% 수용성 베타-글루칸 수용액의 경우 1번(0.2%, 90℃, 5분)의 점도는 12.44 cP이었으나 16번(0.8%, 150℃, 35분)에서는 1.27 cP로 크게 감소하였다. 수용성 베타-글루칸의 재용해율 변화를 측정한 결과는 표 5와 같이 과산화수소 농도, 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라서 재용해율은 증가하는 경향을 보였다. 1번(0.2%, 90℃, 5분)의 재용해율은 46.30%이었으나 16번(0.8%, 150℃, 35분)에서는 92.01%로 크게 증가하였다. As shown in Table 5, the molecular weight distribution of the barley water-soluble beta-glucan treated with hydrogen peroxide and heating was measured. As shown in Table 5, the molecular weight tended to decrease with increasing hydrogen peroxide concentration, heat treatment temperature and time. The molecular weight of No. 1 (0.2%, 90 ℃, 5 min) was 543063 Da, but decreased to 12460 Da at 16 (0.8%, 150 ℃, 35 min) As a result of measuring the viscosity change of the water-soluble β-glucan, the viscosity tended to decrease with increasing hydrogen peroxide concentration, heat treatment temperature and time, as shown in Table 5. The viscosity of 1% (0.2%, 90 ℃, 5 min) was 12.44 cP in the case of 2% water - soluble β - glucan aqueous solution but decreased to 1.27 cP at 16 (0.8%, 150 ℃, 35 min). As a result of measuring the change in the redissolution rate of water-soluble beta-glucan, the re-dissolution rate tended to increase with increasing hydrogen peroxide concentration, heat treatment temperature and time, as shown in Table 5. The redissolution rate of No. 1 (0.2%, 90 ℃, 5 min) was 46.30%, but it increased to 92.01% at 16 (0.8%, 150 ℃, 35 min)

실시예 5: 수용성 베타-글루칸의 최적추출조건 예측 및 검정 Example 5 Prediction and Test of Optimum Extraction Conditions of Water-Soluble Beta-Glucan

과산화수소와 가열병용처리를 통하여 보리로부터 수용성 베타-글루칸의 수율 및 순도를 높이기 위한 추출조건을 최적화하기 위하여 추출물의 총 베타-글루칸 함량 및 순도, 수용성 베타-글루칸 함량 및 순도와 용해도 지수에 대하여 최적 추출조건을 예측하였으며, 이에 따른 예측값과 실험값에 유의적 차이가 없음을 확인하였다(표 4). 또한 각 반응변수에 대한 최적 추출조건에서 수용성 베타-글루칸의 분자량, 점도 및 재용해율을 측정한 결과는 표 6과 같이 나타났다. 높은 과산화수소 농도 및 열처리 온도 처리구에서 수용성 베타-글루칸의 순도를 크게 향상시킬 수 있지만, 베타-글루칸의 분해도 동시에 진행되어 수율뿐만 아니라 분자량과 점도도 적게 나타났다. 따라서, 수용성 베타-글루칸의 수율과 순도를 높일 수 있는 최적 추출조건은 과산화수소 농도 0.509-0.514%, 열처리 온도 115-117℃, 열처리 시간 11-24분으로 판단되며, 이때 수용성 베타-글루칸의 함량은 보리 100 g당 5.25-6.43 g, 순도는 74.24-74.77%, 용해도 지수는 92.63-94.78%로 나타났다.
Glucan content and purity, soluble beta - glucan content and purity and solubility index of extracts in order to optimize the extraction conditions to increase the yield and purity of water - soluble beta - glucan from barley through hydrogen peroxide and heat treatment. (Table 4). The results are shown in Table 4. In addition, the molecular weight, viscosity and redissolution rate of water-soluble beta-glucan were measured under optimum extraction conditions for each reaction variable. Although the purity of water - soluble beta - glucan could be greatly improved at high hydrogen peroxide concentration and heat treatment temperature, beta - glucan degradation proceeded at the same time, resulting in lower yield and lower molecular weight and viscosity. Therefore, the optimal extraction conditions for increasing the yield and purity of water-soluble beta-glucan are determined to be hydrogen peroxide concentration of 0.509-0.514%, heat treatment temperature of 115-117 ° C, and heat treatment time of 11-24 minutes, The purity was found to be 74.24-74.77% and the solubility index 92.63-94.78% for each 100 g of barley.

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이상으로 본 발명의 특정한 부분을 상세히 기술하였는 바, 당업계의 통상의 지식을 가진 자에게 있어서 이러한 구체적인 기술은 단지 바람직한 구현 예일 뿐이며, 이에 본 발명의 범위가 제한되는 것이 아닌 점은 명백하다. 따라서, 본 발명의 실질적인 범위는 첨부된 청구항과 그의 등가물에 의하여 정의된다고 할 것이다. While the present invention has been particularly shown and described with reference to exemplary embodiments thereof, it is to be understood that the same is by way of illustration and example only and is not to be construed as limiting the scope of the present invention. Accordingly, the actual scope of the present invention will be defined by the appended claims and their equivalents.

Claims (8)

다음의 공정을 포함하는 보리로부터 베타-글루칸을 고수율 및 고순도로 제조하는 방법:
(a) 보리를 분쇄하여 보리 분말을 얻는 분쇄 공정;
(b) 상기 얻어진 보리 분말에 황산제일철(FeSO4)과 증류수를 가하고 혼합하여 보리 분말액을 균질화하는 전처리 공정;
(c) 상기 균질화된 보리 분말 현탁액에 과산화수소를 첨가한 후 가열하는 가열병용처리 공정;
(d) 상기 가열처리한 보리 분말 현탁액을 상온으로 급랭시킨 후 카탈라아제(catalase)와 피틴산(phytic acid)를 첨가하는 반응정지 공정;
(e) 상기 반응정지된 반응용액에 염화칼슘과 내열성 알파-아밀라아제(α-amylase)를 처리하여 잔여 다당류 및 올리고당을 단당류로 분해하는 전분가수분해 공정;
(f) 상기 가수분해된 반응용액을 원심분리하여 상등액을 얻고 여기에 알코올을 가하여 베타-글루칸을 결정화시키는 침전 공정; 및
(g) 상기 결정화되어 침전된 베타-글루칸을 분리, 건조 및 분쇄하는 분말화 공정.
A process for producing beta-glucan in high yield and high purity from barley comprising the steps of:
(a) a pulverizing step of pulverizing barley to obtain a barley powder;
(b) pre-processing step for homogenizing the powder mixture by mixing barley was added to ferrous sulfate (FeSO 4) and distilled water to the obtained powder and barley;
(c) a step of adding heat to the homogenized barley powder suspension after adding hydrogen peroxide to the homogenized barley powder suspension;
(d) quenching the heat-treated barley powder suspension to room temperature and adding catalase and phytic acid;
(e) a starch hydrolysis step of treating the reaction solution which has not been reacted with the calcium chloride and the heat-resistant alpha-amylase to decompose the residual polysaccharide and oligosaccharide into monosaccharides;
(f) a precipitation step of centrifuging the hydrolyzed reaction solution to obtain a supernatant and adding alcohol thereto to crystallize beta-glucan; And
(g) a pulverizing step of separating, drying and pulverizing the crystallized and precipitated beta -glucan.
제 1 항에 있어서, 상기 전처리 공정 (b)에서 황산제일철(FeSO4)은 0.01-0.5 mM의 농도가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the ferrous sulfate (FeSO 4 ) is added in a concentration of 0.01-0.5 mM in the pretreatment step (b).
제 1 항에 있어서, 상기 가열병용처리 공정 (c)에서 과산화수소는 0.2-0.8%(v/v)의 농도가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the hydrogen peroxide is added so as to have a concentration of 0.2-0.8% (v / v) in the step (c).
제 1 항에 있어서, 상기 가열병용처리 공정 (c)는 90-150℃의 온도에서 5-35분간 가열하여 행하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the heating step (c) is performed by heating at 90-150 캜 for 5-35 minutes.
제 1 항에 있어서, 상기 반응정지 공정 (d)에서 상기 카탈라아제(catalase)는 0.1-3 kU/mL의 농도가 되도록 가하고, 상기 피틴산(phytic acid)은 0.25-5 mM의 농도가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
2. The method according to claim 1, wherein the catalase is added in a concentration of 0.1-3 kU / mL in the reaction termination step (d), and the phytic acid is added in a concentration of 0.25-5 mM Lt; / RTI &gt;
제 1 항에 있어서, 상기 전분가수분해 공정 (e)에서 상기 염화칼슘은 6-8 mg/100 mL의 농도로 첨가하고, 상기 내열성 알파-아밀라아제는 0.1-0.3 kU/100 mL의 농도로 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the starch hydrolysis step (e) comprises adding the calcium chloride at a concentration of 6-8 mg / 100 mL and the heat-resistant alpha-amylase at a concentration of 0.1-0.3 kU / 100 mL Lt; / RTI &gt;
제 1 항에 있어서, 상기 침전 공정 (f)에서 상기 알코올을 최종농도가 75-85%가 되도록 첨가하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein in the precipitation step (f), the alcohol is added to a final concentration of 75-85%.
제 1 항에 있어서, 상기 분말화 공정 (g)에서 결정화되어 침전된 베타-글루칸을 55-65℃에서 진공건조시킨 후 분쇄하여 분말화하는 것을 특징으로 하는 방법.
The method according to claim 1, wherein the crystallized and precipitated beta -glucan in the pulverizing step (g) is vacuum-dried at 55-65 DEG C, pulverized and pulverized.
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