KR101949766B1 - 무정형 입자 감자전분을 이용한 a형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법 - Google Patents

무정형 입자 감자전분을 이용한 a형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 무정형 입자 감자전분을 이용한 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법에 관한 것으로, 무정형 입자 감자전분을 준비하는 단계; 상기 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절하는 단계; 상기 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분을 열처리하여, A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하는 단계를 포함하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법을 제공한다.

Description

무정형 입자 감자전분을 이용한 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법{METHOD FOR PREPARING A-TYPE CRYSTALLINE GRANULAR POTATO STARCH USING AMORPHOUS GRANULAR POTATO STARCH}
본 발명은 무정형 입자 감자전분을 이용한 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법에 관한 것이다.
전분은 아밀로오스(amylose)와 아밀로펙틴(amylopectin)으로 이루어진 식물의 주요 성분 중 하나로, 그 고유한 특성 때문에 식품뿐 아니라 다양한 산업에서 널리 이용되고 있다(BeMiller & Whistler, 2009). 아밀로오스 및 아밀로펙틴은 전분의 주요한 구성 고분자 화합물이고, 이들은 질서정연하게 배열되며, 15% 내지 45%의 결정화도(crystallinity)를 가지고 있는 반결정(semi-crystalline)의 그래뉼(granule)을 형성한다.
이러한 반결정성은 그 종류에 따라 A형, B형 또는 C형의 결정성의 X-선 회절 패턴을 나타낸다. 일반적으로 곡류 전분의 경우 A형의 결정성을 나타내고, 서류 전분 및 아밀로오스 함량이 많이 함유된 전분의 경우 B형의 결정성을 나타내며, 두류 전분 및 몇몇의 서류 전분은 C형의 결정성을 나타낸다. 또한, 천연의 감자전분은 B형의 결정성을 나타내고, 프리젤라티나이즈드(Pre-gelatinized) 감자전분은 결정성이 없고(무정형), 노화된 감자전분은 B형의 결정성을 나타낸다.
일반적인 전분입자 내의 A형, B형 및 C형의 다른 결정성의 특징들에 대해서는 명확하게 밝혀져 있지는 않지만, 최근 저분자의 단분산 올리고당을 이용한 연구에 따르면, A형의 결정성은 열적 안정성을 가지고 있는 반면 B형의 결정성은 운동학적으로 유리한 고분자를 가지고 있다고 보고되었다.
모든 요소가 동일할 때, 높은 결정화 온도, 높은 고분자 농도 그리고 짧은 체인 길이와 같은 환경에서, A형의 결정성이 B형의 결정성보다 더 잘 만들어지게 된다. A형의 결정성은 더블 헬릭스들(double helices)의 중첩(packing)이 높은 밀도로 형성되어 있어, B형의 결정성에 비해 적은 물 분자가 포함되어 있으며, 이것은 이 두 결정성의 주요한 구조적 차이점이다. 한편, C형의 결정성은 A형의 결정성과 B형의 결정성을 모두 나타내는 구조이다.
A형의 결정성은 X-선 회절도에서 15.11°, 17.14°, 18.14° 및 26.27° 부근에서 강한 피크(peak)를 나타내고, 9.98°, 11.19° 및 22.93° 부근에서 추가적인 피크가 나타난다. 반면, B형의 결정성은 X-선 회절도에서 5.51°, 14.60° 및 16.85°에서 강한 피크가 나타나고, 10.01°, 11.02°, 13.85°, 22.30°, 23.71°, 26.16°, 30.61° 및 33.84° 부근에서 작은 피크가 나타난다.
천연전분은 산업에서 이용될 때 물에 녹거나 분산되지 않는다는 제한점이 있어, 다양한 목적에 맞게 물리적 및/또는 화학적으로 변성시켜 이용한다. 변성전분은 이러한 천연전분이 갖는 결점을 보안해줌으로써 산업에서의 전분의 활용성을 증가시키고, 새로운 가공기술과 시장의 트렌드에 변화를 가져다 준다.
전분의 변성은 화학적 및 물리적 변성으로 분류되는데, 화학적 변성은 전분 분자 내로 작용기가 들어가고, 그 결과 물리화학적 성질이 현저하게 변화한다. 이러한 전분의 화학적 변성은 조성, 호화, 노화 및 점도 특성을 바꾸게 된다. 전분의 화학적 변성은 일반적으로 아세틸화(Acetylation), 하이드록시프로필화(Hydroxypropylation), 양이온화(Cationization), 산화(Oxidation), 산 가수분해(Acid hydrolysis), 가교(Cross-linking)와 같은 유도체화를 통해 가능하다. 그러나 이러한 화학적 변성은 소비자의 안전과 환경 문제로 인해 사용이 제한된다.
물리적 변성은 화학적 또는 생물학적 매개체가 필요 없기 때문에 간단하고 저렴하며 안전하다. 이러한 물리적 변성의 분류는 변성 후에 전분입자가 파괴되었는지와 유지되었는지에 달려있다. 물리적 변성 후 전분입자가 파괴된 경우에는 프리젤라티니제이션(Pre-gelatinization) 과정을 포함하고, 이 과정에서 전분입자의 배열이 부분적으로 파괴됨으로써 소실된다. 프리젤라티나이즈드(Pre-gelatinized) 전분은 완전히 호화된 후 건조된 전분으로서, 찬물에서 흡습성과 용해도가 뛰어난 성질을 갖고 있다. 물리적 변성 후 전분 분자가 유지된 경우에는 어닐링(Annealing, ANN) 또는 열수처리(Heat-moisture treatment, HMT)와 같은 과정을 포함하고, 이 과정에서 전분입자는 유지된다. 어닐링 또는 열수처리된 전분은 전분입자가 파괴되지 않으면서 전분의 물리화학적 특성이 변화된다.
현재 천연전분을 어닐링 또는 열수처리함으로써 물리적으로 변성된 전분의 물리화학적 특성에 관한 연구는 많이 진행되고 있다. 그러나 천연전분 및 프리젤라티나이즈드(Pre-gelatinized) 전분과는 달리 전분의 그래뉼(granule) 형태를 유지한 무정형 입자 전분에 열수처리를 하여 결정성을 변화시키거나 변화된 특성에 관한 연구는 전혀 이루어지지 않고 있다.
이에 본 발명자들은 천연 감자전분을 이용하여 무정형 입자 감자전분을 제조하는 방법에 대하여 연구하던 중 무정형 입자 감자전분을 열수처리하여 A형 결정성을 갖는 무정형 입자 감자전분을 제조할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.
대한민국등록특허공보 제10-1610653호(2016.04.04.), "초고압을 이용한 무정형 입자 감자전분의 제조 방법" 대한민국공개특허공보 제10-2010-0020027호(2010.02.19.), "고아밀로스 소듐 카복시메틸 전분 서방성 부형제 및 그의 제조 방법"
본 발명의 목적은 무정형 입자 감자전분을 열수처리하여 A형 결정성과 입자구조를 동시에 갖는 감자전분의 제조방법 및 이에 의해 제조된 A형 결정성을 갖는 감자전분을 제공하는 것이다.
또한, 본 발명의 목적은 A형 결정성을 갖는 감자전분을 포함하는 식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법은 무정형 입자 감자전분을 준비하는 단계; 상기 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절하는 단계; 및 상기 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분을 열처리하여, A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하는 단계를 포함한다.
상기 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분을 초고압 처리 또는 에탄올 처리하여 제조될 수 있다.
상기 수분함량은 건조중량%로 10중량% 내지 100중량%로 조절될 수 있다.
상기 수분함량의 조절은 특정 포화염 용액이 들어있는 데시케이터에서 상기 무정형 입자 감자전분이 상기 포화염 용액과 접촉하지 않은 상태로 수행되고, 상기 포화용액은 황산 암모늄 및 질산 칼륨을 포함할 수 있다.
상기 열처리는 상기 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 수행될 수 있다.
상기 열처리는 40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분은 상기의 방법으로 제조된다.
본 발명의 실시예에 따른 식품 조성물은 상기의 방법으로 제조된 A형 결정성을 갖는 감자전분을 포함한다.
본 발명의 실시예에 따라 무정형 입자 감자전분과 열수처리 방법을 이용하여 제조된 감자전분은 자연계에 존재하지 않는 A형 결정성 전분입자의 구조를 가짐으로써, 기존의 천연 감자전분, 화학적 변성전분 또는 물리적 변성전분과는 다른 팽윤력, 용해도, 페이스팅 특성 및 겉보기 점도 등의 물리화학적 특성을 나타낸다.
본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분은 이러한 특성을 바탕으로, 요구르트와 같은 유가공품 등에서 안정제로 사용되거나 다양한 식품군에서 장내미생물의 생육을 도와주는 식이섬유 등으로 사용될 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법을 나타내는 흐름도이다.
도 2a 내지 도 2c는 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 XRD 측정에 따른 상대적 결정화도를 나타낸 그래프이다.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 현미경 이미지이다.
이하에서는 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법을 설명한다.
본 발명은 무정형 입자 감자전분을 이용하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 제조하는 방법에 관한 것으로, 구체적으로는 무정형 입자 감자전분을 열수처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 제조하는 방법에 관한 것이다.
또한, 본 발명은 상기의 제조방법에 따라 제조된 A형 결정성을 갖는 감자전분에 관한 것이다.
이하, 도 1을 참조하여 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법을 상세히 설명한다.
도 1은 본 발명의 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법을 나타낸 것이다.
S110: 무정형 입자 감자전분을 준비
도 1을 참조하면, 단계 S110은 무정형 입자 감자전분을 준비하는 것이다.
무정형 입자 감자전분
무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분을 초고압 처리 또는 에탄올 처리하여 제조할 수 있다.
천연 감자전분은 감자로부터 수득되는 천연전분을 의미하는 것으로, 호화되지 않은 전분일 수 있다. 천연 감자전분은 통상적인 방법으로 제조될 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분을 초고압 처리하여 제조할 수 있다.
초고압 처리는 천연 감자전분에 일정 시간 동안 일정 압력의 초고압을 처리하는 것을 의미하는 것으로, 천연 감자전분을 물에 넣어 전분 현탁액을 제조한 후 상기 전분 현탁액을 초고압 처리하는 것이 바람직하다. 물은 증류수를 이용하는 것이 바람직하다.
전분 현탁액은 천연 감자전분의 건조중량 100중량부에 대하여 물을 100중량부 내지 600중량부로 포함하는 것이 바람직하고, 200중량부 내지 500중량부로 포함하는 것이 보다 바람직하며, 300중량부 내지 400중량부로 포함하는 것이 더욱 바람직하다. 전분 현탁액 내 물이 100중량부 미만으로 포함될 경우 천연 감자전분 함량에 비해 물의 양이 부족하여 초고압의 전달 효율이 감소하게 되고, 물이 600중량부 초과로 포함될 경우 전분 현탁액의 농도가 너무 낮아 무정형 입자 형성 효율이 낮아지게 된다.
초고압 처리는 300 MPa 내지 1,000 MPa 정도의 높은 압력을 가하는 것을 의미하는 것으로, 400 MPa 내지 800 MPa의 압력을 가하는 것이 보다 바람직하고, 500 MPa 내지 600 MPa의 압력을 가하는 것이 더욱 바람직하며, 550 MPa의 압력을 가하는 것이 가장 바람직하다. 300 MPa 미만의 압력은 전분의 결정 영역을 모두 파괴시키는데 충분하지 못하고 초고압 처리 시간이 너무 길어지게 된다.
초고압 처리는 초고압을 10분 내지 1시간 동안 가하여 수행될 수 있고, 20분 내지 50분 동안 가하는 것이 바람직하며, 30분 동안 가하는 것이 보다 바람직하다. 초고압 처리 시간이 10분 미만인 경우 완전한 무정형 입자 감자전분을 제조하기 어렵고, 초고압 처리 시간이 1시간을 초과하는 경우 무정형 입자 감자전분이 이미 제조되었음에도 불구하고 공정 시간이 불필요하게 길어지게 된다.
초고압 처리는 상온에서 수행되는 것이 바람직하고, 0℃ 내지 40℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 천연 감자전분에 40℃를 초과하는 열이 가해질 경우 열처리에 의하여 전분의 호화가 일어나게 되는데, 이 경우 입자구조가 파괴되어 무정형 입자 감자전분을 제조하지 못하게 된다. 또한, 천연 감자전분의 초고압 처리시 온도가 0℃ 내지 40℃의 범위를 벗어나게 될 경우 초고압 처리 장치뿐만 아니라 별도의 냉각 또는 가열 장치가 필요하게 되어 공정이 불필요하게 늘어나고 비용이 증가하게 된다.
천연 감자전분을 초고압 처리한 후 알코올을 이용하여 수세를 하게 되는데, 이 때 원심분리를 이용하는 것이 바람직하다. 수세를 통해 전분 현탁액의 탈수가 이루어지게 되고, 원심분리를 이용함으로써 신속한 침전물 수득이 가능해진다. 수세는 복수 회 반복하여 이루어질 수 있는데, 수세 횟수 및 원심분리기의 rpm, 온도 및 시간은 이용하는 알코올의 양에 따라 조절할 수 있다. 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 프로판올인 탄소수 3 이하의 저가 알코올인 것이 바람직하고, 특히 에탄올이 바람직하다.
알코올로 수세 및 원심분리하여 수득한 전분 침전물을 건조한 후 분쇄하여 무정형 입자 감자전분을 수득할 수 있다. 건조는 상온에서 수행되는 것이 시간 및 비용을 고려할 때 바람직하다.
본 발명의 다른 실시예에 따라, 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분을 에탄올 처리하여 제조할 수 있다.
에탄올 처리는 천연 감자전분에 일정 농도의 에탄올을 첨가한 후 열처리하는 것을 의미하고, 천연 감자전분을 에탄올 용액에 넣어 전분-에탄올 현탁액을 제조한 후 상기 전분-에탄올 현탁액을 에탄올 처리하는 것이 바람직하다.
에탄올 용액은 물과 에탄올을 혼합한 용액이고, 물은 증류수를 이용하는 것이 바람직하다. 에탄올 용액은 에탄올 용액 100중량부에 대하여 에탄올을 40중량부 내지 70중량부로 포함하는 것이 바람직하고, 48중량부 내지 62중량부로 포함하는 것이 보다 바람직하다. 에탄올 용액 내 에탄올이 40중량부 미만으로 포함될 경우 열처리시 전분이 입자 모양을 유지하지 못하고, 에탄올이 70중량부 초과로 포함될 경우 열처리를 해도 완전히 호화가 이루어지지 않기 때문에 적정량의 에탄올이 필요하다. 이렇게 적정량의 에탄올이 포함될 경우 전분입자가 잘 보존되고 복굴절성은 사라지게 된다.
전분-에탄올 현탁액은 천연 감자전분의 건조중량 100중량부에 대하여 에탄올 용액을 200중량부 내지 2,000중량부로 포함하는 것이 바람직하고, 250중량부 내지 500중량부를 포함하는 것이 보다 바람직하다. 전분-에탄올 현탁액 내 에탄올 용액이 200중량부 미만으로 포함될 경우 전분 함량에 비하여 에탄올 용액의 양이 너무 적어 전분을 호화시키는 데, 즉 무정형 입자 감자전분을 만드는 데 어려움이 있고, 에탄올 용액이 2,000중량부 초과로 포함될 경우 전분-에탄올 현탁액의 농도가 너무 낮아 무정형 입자 형성 효율이 낮아지게 된다.
에탄올 처리는 전분-에탄올 현탁액을 열처리하는 것을 의미하는데, 열처리는 80℃ 내지 100℃의 온도에서 수행되는 것이 바람직하고, 88℃ 내지 96℃의 온도에서 수행되는 것이 보다 바람직하다. 열처리의 온도가 80℃ 미만인 경우 충분한 열에너지가 전달되지 않아 완전한 호화가 이루어지지 않고, 열처리의 온도가 100℃를 초과하는 경우 상대적으로 전분입자의 손실이 커서 무정형 입자 감자전분의 제조에 어려움이 있다.
또한, 열처리는 5분 내지 60분 동안 수행되는 것이 바람직하고, 10분 내지 30분 동안 수행되는 것이 보다 바람직하다. 열처리의 시간이 5분 미만인 경우 완전한 호화가 이루어지지 않고, 열처리의 시간이 60분을 초과하는 경우 상대적으로 전분입자의 손실이 커서 무정형 입자 감자전분의 제조에 어려움이 있다. 더욱이, 열처리를 하지 않으면 전분의 호화를 일으킬 수 없어 무정형 입자 감자전분의 제조가 불가능하다.
천연 감자전분을 에탄올 처리한 후 알코올을 이용하여 수세를 하게 되는데, 수세하는 방법은 전술한 천연 감자전분의 초고압 처리 후 수세하는 방법과 동일할 수 있다.
본 발명에 있어서, 무정형 입자 감자전분은 전분의 결정 영역은 손실되었으나 입자구조는 유지하고 있는 호화전분을 의미한다. 구체적으로, 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분의 외형은 유지하되, 전분입자 내부의 결정 영역이 손실된 가공 전분이다. 상기 "무정형"은 전분의 결정 영역이 손실되어 전분이 더 이상 결정 영역을 포함하지 않고 복굴절성을 잃은 것을 의미하며, 상기 "입자구조"는 알갱이, 즉 그래뉼(granule)의 외형을 의미한다. 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분과 마찬가지로 알갱이의 외형, 즉 입자구조를 유지하고 있다. 이와 같이 무정형 입자 감자전분은 천연 감자전분과 거의 같은 입자 형태, 즉 입자구조를 갖지만 용해도, 팽윤력 및 호화 특성은 천연 감자전분과 상이하다.
본 발명은 단계 S110에서 준비(제조)된 무정형 입자 감자전분을 열수처리함으로써 A형 결정성을 갖는 감자전분을 제조할 수 있다. 상기 "열수처리"는 전분의 수분함량을 조절한 후 수분함량이 조절된 전분을 열처리하는 것을 의미하며, 이하 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법 중 수분함량 조절과 관련된 단계 S120 및 열처리와 관련된 단계 S130을 따른다.
S120: 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절
도 1을 참조하면, 단계 S120은 단계 S110에서 준비된 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절하는 것이다.
수분함량
본 발명에 있어서, A형 결정성을 갖는 무정형 입자 감자전분을 제조하기 위한 열수처리를 위해 우선 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절할 수 있다.
수분함량의 조절은 무정형 입자 감자전분 자체 내에 함유하고 있는 수분의 함량을 조절하는 것을 의미하고, 무정형 입자 감자전분의 건조중량을 기준으로 수분함량을 조절하는 것이 바람직하며, 무정형 입자 감자전분의 "건조중량"은 무정형 입자 감자전분을 건조하였을 때의 중량을 의미한다.
무정형 입자 감자전분의 수분함량은 건조중량%로, 즉 무정형 입자 감자전분의 건조중량에 대하여 10중량% 내지 100중량%로 조절되는 것이 바람직하고, 10중량% 내지 50중량%로 조절되는 것이 보다 바람직하며, 15중량% 내지 30중량%로 조절되는 것이 더욱 바람직하다. 무정형 입자 감자전분의 수분함량이 10중량% 미만일 경우 수분함량이 너무 낮아 열처리가 잘 일어나지 않으며, 100중량% 초과일 경우 B형 결정성을 나타내게 된다.
무정형 입자 감자전분의 수분함량 조절은 특정 포화염 용액이 들어있는 데시케이터(desiccator)에 무정형 입자 감자전분을 넣고, 이때 무정형 입자 감자전분이 포화염 용액에 접촉되지 않도록 한 상태에서 수분함량의 변화가 없을 때까지 방치하여 수행될 수 있다.
포화염 용액은 다양한 수분활성도를 갖는 염화 리튬(Lithium Chloride), 염화 나트륨(Sodium Chloride), 황산 암모늄(Ammonium Sulfate), 질산 칼륨(Potassuim Nitrate) 및 이들의 조합을 사용할 수 있고, 수분활성도값 0.81을 갖는 황산 암모늄 및 수분활성도값 0.936을 갖는 질산 칼륨을 사용하는 것이 바람직하다.
수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분의 수분함량은 105℃ 오븐 건조법으로 확인할 수 있다.
S130: 열처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득
도 1을 참조하면, 단계 S130은 단계 S120에서 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분을 열처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하는 것이다.
열처리
수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분의 열처리는 유리전이온도(Tg)보다 높은 온도에서 수행될 수 있다. 구체적으로, 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 열처리를 수행할 경우 분자들의 움직임이 자유로워지면서 열처리가 잘 일어난다. 유리전이온도는 수분함량이 조절된 무정형 입자 전분을 시차주사열량기(DSC)를 이용하여 측정할 수 있다.
본 발명의 실시예에 따라, 무정형 입자 감자전분의 건조중량에 대하여 수분함량이 10중량% 내지 100중량%로 조절된 경우 유리전이온도는 80℃ 내지 2℃를 나타내므로, 각각의 수분함량의 조절된 무정형 입자 감자전분은 각각의 수분함량에 따른 유리전이온도보다 높은 온도에서 열처리를 수행해야 한다. 또한, 열처리는 충분한 시간 동안 수행해야 한다. 즉, 원하는 어닐링 정도가 일어날 때까지 열처리 시간을 조절할 수 있다.
A형 결정성을 갖는 감자전분의 수득
본 발명의 실시예에 따른 제조방법을 이용하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 제조함으로써 자연계에 존재하지 않던 A형 결정성을 감자전분을 용이하게 수득할 수 있다.
A형 결정성을 갖는 감자전분은 열처리가 끝난 무정형 입자 감자전분을 필요에 따라 건조하여 수득한다. 수분함량이 20% 이하로 낮은 경우에는 따로 건조할 필요가 없다.
건조는 상온에서 수행되는 것이 시간 및 비용을 고려할 때 바람직하고, 전분 내부의 물을 제거하기에 충분하다면, 공지된 다양한 건조 방법을 이용할 수 있다. 건조는 예를 들어, 진공건조법, 동결건조법, 매몰건조법, 열풍건조법 또는 감압건조법 등을 이용할 수 있고, 20℃ 내지 60℃의 온도 조건으로 수행되는 것이 바람직하며, 40℃에서 수행되는 것이 보다 바람직하다.
또한, 건조된 A형 결정성을 갖는 감자전분을 추가로 분쇄하여 최종적으로 A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득할 수 있다. 분쇄는 공지된 다양한 분쇄 방법을 이용할 수 있고, 예를 들어 볼밀, 제트밀, 균질, 미세유동화 또는 초음파처리 등의 방법을 이용할 수 있다. 열에 의한 변성을 고려할 때, 가능한 상온에서 분쇄하는 것이 바람직하다. 상기 분쇄는 단순한 분말화 과정으로서, 이 과정에서 A형 결정성을 갖는 감자전분의 손상이 발생하지 않아야 한다.
A형 결정성을 갖는 감자전분
본 발명에 있어서, A형 결정성을 갖는 감자전분은 X-선 회절도에서 A형의 결정성에 해당하는 피크를 나타내는 전분을 의미한다. 자연적인 상태에서 수득한 감자전분은 입자구조를 갖는 B형의 결정구조를 나타내지만 본 발명의 실시예에 따라 제조된 감자전분은 입자구조를 가진 상태에서 A형의 결정구조를 나타내 기존의 B형 결정성을 갖는 감자입자전분과는 다른 물리화학적 특성을 나타낸다.
구체적으로, 본 발명의 실시예에 따라 무정형 입자 감자전분과 열수처리 방법을 이용하여 제조된 감자전분은 자연계에 존재하지 않는 A형 결정성 전분입자의 구조를 가짐으로써, 기존의 천연 감자전분, 화학적 변성전분 또는 물리적 변성전분과는 다른 팽윤력, 용해도, 페이스팅 특성 및 겉보기 점도 등의 물리화학적 특성을 나타낸다. 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자전분은 이러한 특성을 바탕으로, 요구르트와 같은 유가공품 등에서 안정제로 사용되거나 다양한 식품군에서 장내미생물의 생육을 도와주는 식이섬유 등으로 사용될 수 있다.
또한, 본 발명의 실시예에 따른 A형 결정성을 갖는 감자입자전분은 자연계의 감자전분과 마찬가지로 입자형태를 유지하고 있지만, 결정상태가 다른 구조를 갖게 된다.
식품 조성물
본 발명의 실시예에 따른 식품 조성물은 본 발명의 실시예에 따라 제조된 A형 결정성을 갖는 감자전분을 포함한다. 본 발명의 실시예에 따른 식품은 건강보조식품, 건강기능식품 또는 기능성식품일 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 천연식품, 가공식품, 환자식품 또는 일반적인 식자재 등에 본 발명의 A형 결정성을 갖는 감자전분을 첨가하는 것도 포함된다.
식품 조성물은 정제, 경질 또는 연질 캅셀제, 액제 또는 현탁제 등과 같은 경구투여용 제제의 형태로 이용될 수 있고, 이들 제제는 허용 가능한 통상의 담체, 예를 들어 경구투여용 제제의 경우에는 부형제, 결합제, 붕해제, 활택제, 가용화제, 현탁화제, 보존제 또는 증량제 등을 이용하여 조제할 수 있다.
본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이고, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.
실시예 1
(무정형 입자 감자전분의 제조)
무정형 입자 감자전분을 제조하는 방법은 다음과 같다. 10%(w/w) 감자전분을 53.5%(w/w) 에탄올 용액에 넣고 94℃의 항온수조에서 20분 동안 가열(호화)처리하였다. 가열(호화)처리가 끝난 감자전분 수용액을 4℃로 냉각시킨 후 3,000 rpm으로 15분 동안 원심분리하고 상등액을 제거한 후 에탄올을 이용하여 3회 수세하였다. 수세 과정은 에탄올을 가하고 3,000 rpm에서 5분 동안 원심분리한 후 상등액을 제거하는 과정을 3회 반복하였다. 상기 수세가 끝난 시료는 40℃로 유지되는 통풍 건조기에서 24시간 동안 건조하여 무정형 입자 감자전분을 수득하였다.
(무정형 입자 감자전분의 열수처리)
황산 암모늄(수분활성도 aw 0.810) 포화용액이 들어있는 데시케이터에 포화염 용액에 접촉되지 않도록 한 상태로 무정형 입자 감자전분을 24시간 동안 방치하여 수분함량을 18%(dry basis, d.b.)로 맞춰주었다. DSC를 이용하여 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도를 측정한 결과, 수분함량 18%의 무정형 입자 감자전분의 경우 38℃의 유리전이온도를 갖는 것을 확인하였다. 이를 토대로 수분함량 18%의 무정형 입자 감자전분을 40℃, 60℃ 및 80℃의 3가지 온도조건에서 3주 동안 열처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하였다.
실시예 2
(무정형 입자 감자전분의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 무정형 입자 감자전분을 제조하였다.
(무정형 입자 감자전분의 열수처리)
질산 칼륨(aw 0.936) 포화용액이 들어있는 데시케이터에 포화염용액이 접촉되지 않도록 한 상태로 무정형 입자 감자전분을 24시간동안 방치하여 수분함량을 수분함량을 29%(d.b.)로 맞춰주었다. DSC를 이용하여 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도를 측정한 결과, 수분함량 29%의 무정형 입자 감자전분의 경우 2℃의 유리전이온도를 갖는 것을 확인하였다. 이를 토대로 수분함량 29%의 무정형 입자 감자전분을 4℃, 25℃, 40℃, 60℃ 및 80℃의 5가지 온도조건에서 3주 동안 열처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하였다.
비교예 1
(무정형 입자 감자전분의 제조)
실시예 1과 동일한 방법으로 무정형 입자 감자전분을 제조하였다.
(무정형 입자 감자전분의 열수처리)
증류수 및 무정형 입자 감자전분을 2:1(w/w)의 비율로 혼합하여 200%(d.b.)의 수분함량을 갖는 무정형 입자 감자전분을 제조하였다. DSC를 이용하여 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도를 측정한 결과, 수분함량 200%의 무정형 입자 감자전분의 경우 -8℃의 유리전이온도를 갖는 것을 확인하였다. 이를 토대로 수분함량 200%의 무정형 입자 감자전분을 4℃, 25℃ 및 40℃의 3가지 온도조건에서 3주 동안 열처리하였다.
X-선 회절 분석
실시예 1, 실시예 2 및 비교예 1의 전분에 대한 결정성을 확인하기 위해 Bruker D8 Advance X-선 회절분석기를 이용하여 각 전분에 대한 X-선 회절도를 측정하여 도 2a 내지 도 2c에 나타내었다.
도 2a 내지 도 2c에서, 'Native'는 천연 감자전분을 의미하고, 'AGPS'는 열처리를 하지 않은 무정형 입자 감자전분을 의미하며, '4℃', '25℃', '40℃', '60℃' 및 '80℃'는 각각의 온도조건에서 열처리된 무정형 입자 감자전분을 의미한다.
도 2a 및 도 2b를 참조하면, 18% 및 29%의 낮은 수분함량을 갖는 무정형 입자 감자전분을 60℃ 및 80℃의 높은 온도에서 열처리할 경우(실시예 1 및 2 중 일부) 15° 및 17°에서 더블 피크(double peak)가 나타나고 23°에서 작은 피크를 나타나는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 피크 경향은 A형의 결정을 갖는 구조에서 나타나므로, 저수분함량의 무정형 입자 감자전분을 높은 온도로 열처리할 경우 전분의 결정성이 A형으로 변화되는 것을 확인할 수 있었다.
한편 도 2c를 참조하면, 200%의 높은 수분함량을 갖는 무정형 입자 감자전분(비교예 1)의 경우 4℃, 25℃ 및 40℃의 3가지 온도조건 모두에서 17°에서 강한 피크가 나타나고 22° 부근에서 작은 피크가 나타나는 것을 통해 B형의 결정성을 갖는 것을 확인할 수 있었다.
전분의 현미경 분석
실시예 1 및 실시예 2의 전분에 대한 입자구조를 확인하기 위해 광학현미경을 이용하여 편광되어 있지 않은 광을 통해 전분의 외형을 관찰하여 그 중 일부를 도 3에 나타내었다.
도 3을 참조하면, 수분함량 18% 및 29%인 무정형 입자 감자전분을 60℃ 및 80℃의 온도조건으로 열처리하여 A형 결정성을 갖는 감자전분의 광학현미경 이미지를 확인할 수 있었다. 도 3의 모든 이미지는 전분의 표면에 상처가 관찰되었지만 입자의 형태가 유지되어 있음을 확인할 수 있었다. 이를 통해 열수처리는 전분 그래뉼(granule) 내의 결정성에는 변화를 주지만 입자의 형태에는 변화를 주지 않은 것을 확인할 수 있었다.
이상과 같이 본 발명은 비록 한정된 실시예와 도면에 의해 설명되었으나, 본 발명은 상기의 실시예에 한정되는 것은 아니며, 본 발명이 속하는 분야에서 통상의 지식을 가진 자라면 이러한 기재로부터 다양한 수정 및 변형이 가능하다. 그러므로, 본 발명의 범위는 설명된 실시예에 국한되어 정해져서는 아니 되며, 후술하는 특허청구범위뿐 아니라 이 특허청구범위와 균등한 것들에 의해 정해져야 한다.

Claims (8)

  1. 무정형 입자 감자전분을 준비하는 단계;
    상기 무정형 입자 감자전분의 수분함량을 조절하는 단계; 및
    상기 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분을 열처리하여, A형 결정성을 갖는 감자전분을 수득하는 단계
    를 포함하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 무정형 입자 감자전분은
    천연 감자전분을 초고압 처리 또는 에탄올 처리하여 제조된 것을 특징으로 하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 수분함량은
    건조중량%로 10중량% 내지 100중량%로 조절되는 것을 특징으로 하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 수분함량의 조절은
    특정 포화염 용액이 들어있는 데시케이터에서 상기 무정형 입자 감자전분이 상기 포화염 용액과 접촉하지 않은 상태로 수행되고,
    상기 포화염 용액은 황산 암모늄 및 질산 칼륨을 포함하는 것을 특징으로 하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열처리는
    상기 수분함량이 조절된 무정형 입자 감자전분의 유리전이온도보다 높은 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 열처리는
    40℃ 내지 80℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 A형 결정성을 갖는 감자전분의 제조방법.
  7. 삭제
  8. 삭제
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