KR20030088363A - 저속 분해성 전분 산물 - Google Patents

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KR20030088363A
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Abstract

본 발명은 저아밀로오스 전분의 당가지를 제거하여, 구체적으로는 이소아밀라아제에 의해 효소적으로 당가지 제거하여 제조한 저속 분해성 전분에 관한 것이다. 상기 전분은 영양 보충제(nutritional supplement)를 포함하는 식용 제품에 유용하다.

Description

저속 분해성 전분 산물 {SLOWLY DIGESTIBLE STARCH PRODUCT}
본 발명은 저아밀로오스 전분(low amylose starch)을 효소적으로 당가지 제거(debranching)하고, 얻어지는 선형 단쇄를 고도 결정형으로 결정화하여 제조되는 저속 분해성 전분(slowly digestible starch) 산물에 관한 것이다.
전분은 통상적인 미국인 식이에 있어 주된 에너지원이다. 식용으로 조리되는 대부분은 정제된 전분으로서, 이러한 형태는 일반적으로 빠르게 실질적으로 분해되는 높은 글라이켐 지수(glycemic index)를 갖는다. 몇몇 정제된 전분은 소장 내에서 효소적 가수분해에 대해 내성이므로, 대장에 도달해 그곳에 상주 미생물에 의해 이용되기 전까지는 전분이 실질적으로 분해되지 않는다(저항 전분).
장기간에 걸쳐 소비자에게 글루코오스를 제공하는 저속 분해성 전분에 대한 요구가 인식되어 왔다. 그러므로, 이러한 저속 분해성 전분은 식품 및 약품 분야 모두에 유용할 것이다.
이러한 저속 분해성 전분은 당뇨병 환자 및 당뇨병 전기 환자 모두를 위한 의약용 식품 및 식이 보충제(dietary supplement)를 포함하는 식품용으로 우수한 탄수화물일 것이다. 이러한 저속 분해성 전분은 식품 소비를 통해 글루코오스 반응을 조절하거나 지속적인 에너지 방출을 달성하고자 하는 건강한 개체에게도 유용할 것이다.
연구 문헌에 따르면, 저속 분해성 전분은 건강한 개체 내에서 장기간에 걸쳐 글루코오스를 방출하는 역할을 담당하는 것으로 보고되어 있다. 문헌에서는 건강과 관련된 이점으로 장기간에 걸친 높은 안정성(즉, 체중 관리 측면), 지속적인 에너지 방출(즉, 트레이닝을 포함하는 운동 성능의 향상 측면), 및 집중력 유지 및 기억력 개선이 포함된다고 제안되어 있다.
이러한 저속 분해성 전분은 예를 들면 당뇨 발병 위험을 감소시키는 약물에도 유용할 수 있다. 나아가, 이러한 저속 분해성 전분은 고칼슘혈증, 인슐린 내성, 고인슐린혈증, 이상 지혈증, 및 이상 섬유소 용해증의 치료에도 유용할 수 있다. 이는 또한 비만 치료에도 유용할 수 있다.
놀랍게도, 본 발명자들은 저속 분해성 전분이 저아밀로오스 함유 전분을 효소적으로 당가지 제거함으로써 제조될 수 있음을 발견하였다.
본 발명의 목적은 장기간에 걸쳐 소비자에게 글루코오스를 제공하는 저속 분해성 전분을 제공하고자 하는 것이다.
본 발명은 저아밀로오스 전분의 당가지를 제거하고, 얻어지는 선형 단쇄를 고도 결정형으로 결정화하여 제조되는 저속 분해성 전분 산물에 관한 것이다. 상기 저속 분해성 전분은 낮은 글라이켐 지수의 지속적인 에너지 방출을 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 급속 분해성 전분이란 용어는 20분의 소화기간 내에 분해되는 전분 또는 부분을 의미하는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용되는 저항 전분이란 용어는 1992년 Englyst 등에 의해 제시된 바와 같이(Englyst 외, European Jounal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50), 소장에서 소화되지 않는 전분 또는 그의 단편을 의미하는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용되는 저속 분해성 전분이란 용어는 1992년 Englyst 등에 의해 제시된 바와 같은(Englyst 외, European Jounal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50) 급속 분해성 전분 또는 저항 전분이 아닌 전분 또는 그의 단편을 의미하는 것으로 간주된다.
본 명세서에서 사용되는 단쇄 아밀로오스란 용어는 알파-1,4-글루코사이드 결합에 의해 연결된 약 5개 내지 65개의 무수 글루코스 단위체를 함유하는 선형 폴리머를 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 충분히 또는 완전히 당가지 제거된 전분이란 이론적으로 100 중량%의 단쇄 아밀로오스를 함유하는 것으로서, 실제로는 추가의 효소 활성이 단쇄 아밀로오스의 비율에 있어서 측정할 수 없을 정도의 미세한 변화를 일으키는 고도로 당가지 제거된 전분을 의미한다.
본 명세서에서 사용되는 글라이켐 지수란 동일 대상에 의해 섭취된 표준 식품으로부터 동일한 양의 탄수화물에 대한 반응 퍼센트로 나타내어지는, 시험 식품의 탄수화물 부분 50 g에 대한 혈중 글루코오스 반응 하의 증가 면적을 의미하는것으로 간주된다. 통상, 탄수화물은 유효값을 기준으로 하며, 표준 식품으로는 흰빵 또는 글루코스 중 하나가 이용된다. 이에 대해서는 Carbohydrates in human nutrition, FAQ Food and Nutrition Paper 66, Report of a Joint FAO/WHO Expert Consultation, Rome, 14-18 April 1997을 참조한다.
본 발명은 저아밀로오스 전분을 효소적으로 당가지 제거하고 얻어지는 선형 단쇄를 고도 결정형으로 결정화하여 제조되는 저속 분해성 전분 산물에 관한 것이다. 상기 저속 분해성 전분은 낮은 글라이켐 지수의 지속적인 에너지 방출을 제공한다.
본 명세서에서 사용되는 전분은 임의의 천연 원료로부터 유래되는 것으로, 본 발명의 용도로 적합할 수 있는 모든 전분을 포괄하는 것으로 간주한다. 본 명세서에서 사용되는 천연 전분은 자연에서 발견되는 것이다. 교잡 육종을 포함하는 표준 육종법, 전좌, 역위, 형질전환, 또는 이들의 변종을 포함하도록 유전자 또는 염색체를 조작하는 임의의 다른 방법에 의해 얻어진 식물로부터 유래되는 전분도 적합하다. 또한, 공지된 표준 돌연변이 육종법에 의해 생성될 수 있는 상기 유전자 조성의 인공 돌연변이 및 변종으로부터 성장한 식물로부터 유래되는 전분도 본 발명에 적합하다.
전분의 통상적인 원료로는 곡류, 괴경, 근, 콩류 및 과일이다. 천연 원료는 옥수수(메이즈), 완두콩, 감자, 고구마, 바나나, 보리, 밀, 쌀, 사고, 아마란스, 타피오카(카사바), 칡(arrowroot), 칸나, 및 사탕수수가 있으며, 특히 메이즈, 감자, 카사바 및 쌀이 있다. 본 명세서에서 사용되는 "밀랍성(waxy)" 또는 "저아밀로오스(low amylose)"란 용어는 약 10 중량% 이하의 아밀로오스를 함유하는 전분을 의미하는 것으로 간주된다. 본 발명에 특히 적합한 것은 약 5 중량% 이하의 아밀로오스를 함유하는 전분들이다.
이들 전분은 당 기술분야에 공지된 기술을 이용해 효소적으로 당가지 제거된다. 적합한 효소로는 원하는 양의 당가지 제거를 달성할 수 있는 이소아밀라아제 및 기타 엔도-알파-1,6-D-글루카노하이드롤라아제가 있다.
사용되는 효소의 양은 효소의 원료 및 활성, 그리고 사용되는 기재(base material)에 따라 좌우된다. 통상적으로, 이들 효소는 전분 중량의 약 0.05 중량% 내지 약 2.0 중량%, 보다 구체적으로는 약 0.2 중량% 내지 약 0.5 중량%의 양으로 사용된다.
효소 활성에 대한 최적의 매개 변수는 사용되는 효소에 따라 가변적일 것이다. 효소의 분해 속도는 효소의 유형 및 농도, 기질의 농도, pH, 온도, 저해제의 존재 여부, 그리고 변성되는 경우는 그 변성의 정도 및 유형을 포함하는 당 기술분야에 공지된 인자들에 의해 좌우된다. 이들 매개 변수는 전분 기재의 분해 속도를 최적화하는 데 사용될 수 있다.
전분은 효소적으로 당가지 제거되기 전에 당 기술분야에 공지된 기술에 의해 호화된다. 당 기술분야에 공지된 기술로는 예를 들면 미국 특허출원 제4,465,702호, 제5,037,920호, 제5,131,953호 및 제5,149,799호에 개시된 것들이 포함된다. 이에 대해서는 Chapter XXⅡ - "Production and Use of Pregelatinized Starch", Starch: Chemistry and Technology, Vol. Ⅲ - Industrial Aspects, R.L. Whistlerand E.F. Paschall, Editors, Academic Press, New York 1976을 참조한다. 호화 과정은 전분 분자의 과립 구조를 와해시킴으로써, 효소가 보다 용이하고 균일하게 전분 분자를 분해할 수 있도록 한다.
일반적으로, 효소 처리는 처리될 전분 기재에 따라 약 10% 내지 약 40%의 전분 고형물 수준으로 수계 또는 완충 슬러리 내에서 수행된다. 본 발명에서는 약 15% 내지 35%의 고형물 수준이 특히 유용하며, 약 18% 내지 30% 수준이 특히 더욱 유용하다. 대안적으로, 상기 과정은 고형 담체에 고정된 효소를 활용할 수도 있다.
통상적으로, 효소 분해는 전분 조성물의 원하는 임의의 후속 건조를 촉진하기 위하여 반응 속도를 감소시키지 않고 가능한 최고의 고형물 함량에서 수행된다. 반응 속도는 고형물 함량이 높아질수록 감소할 수 있으며, 교반이 어려워지거나 비효율적일수록, 전분 분산액의 취급이 어려워진다.
슬러리의 pH 및 온도는 효과적인 효소 가수분해를 제공하도록 조절되어야 한다. 이들 매개 변수는 사용되는 효소에 따라 좌우되며, 당 기술분야에 공지되어 있다. 일반적으로, 약 25℃ 내지 약 70℃의 온도가 이용되며, 보다 구체적으로는 약 50℃ 내지 약 60℃의 온도가 이용된다. 일반적으로, pH는 당 기술분야에 공지된 기술을 이용해 약 3.0 내지 약 6.0, 보다 구체적으로는 약 3.5 내지 약 4.5로 조절된다.
효소 반응은 저속 분해성 전분이 달성될 때까지 지속된다. 일반적으로, 효소 반응은 약 1시간 내지 약 24시간, 보다 구체적으로는 약 4시간 내지 약 12시간동안 이루어질 것이다. 반응 시간은 사용되는 전분의 유형, 사용되는 효소의 유형 및 양, 그리고 고형물 비율(%), pH 및 온도를 포함하는 반응 매개 변수에 따라 좌우된다.
가수분해 정도는 당 기술분야에 공지된 방법을 통해 알파-1,6-D-글루카노하이드롤라제 활성에 의해 유리된 환원기의 농도를 측정함으로써 관찰 및 규정될 수 있다. 점도 변화, 요오드 반응 또는 분자량 변화를 관찰하는 것과 같은 기타 기술이 반응 종결 시점을 규정하는 데 사용될 수 있다. 전분이 완전히 당가지 제거되는 경우, 관찰되는 측정값에서는 더 이상 변화가 나타나지 않을 것이다. 얻어지는 전분은 적어도 약 90%, 구체적으로는 적어도 약 95%, 보다 구체적으로는 적어도 약 98%, 가장 구체적으로는 적어도 약 99%의 당가지가 제거되어야 한다. 당가지 제거된 전분은 통상적으로 약 0.5% 미만, 보다 구체적으로는 약 0.1% 미만의 알파-1,6-글루코사이드 결합(연결)을 가질 것이다.
선택적으로, 효소는 열, 산 또는 염기 불활성화와 같은 당 기술분야에 공지된 임의의 기술에 의해 불활성화(변성)될 수 있다. 예를 들면, 산 불활성화는 pH를 적어도 30분 동안 3.0 이하로 조절함으로써 달성될 수 있으며, 열 불활성화는 온도를 약 80℃ 내지 약 90℃로 상승시키고, 효소가 완전히 불활성화될 때까지 그 온도에서 적어도 20분 동안 유지시킴으로써 달성될 수 있다.
전분은 효소적으로 가수분해되기 전후에 추가 변성될 수도 있다. 이러한 변성은 물리적, 효소적 또는 화학적 변성일 수 있다. 물리적 변성에는 전단 또는 열-저해에 의한 변성, 예를 들면 미국 특허 제5,725,676호에 제시된 방법에 의한변성이 포함된다.
화학적 변성으로는 비제한적으로, 가교결합, 아세틸화 및 유기 에스테르화, 하이드록시알킬화, 포스포릴화, 및 무기 에스테르화, 양이온, 음이온, 비이온 및 양쪽성 이온 변성, 그리고 숙신화가 포함된다. 이러한 변성은 당 기술분야에 공지되어 있으며, 예를 들면Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida(1986)를 참조한다.
이들 전분은 산화, 산 가수분해, 효소 가수분해, 열 및/또는 산 덱스트린화에 의해 제조된 유동성 또는 저점도(thin- boiling) 전분으로 전환될 수 있으며, 이를 포함하기도 한다. 이들 방법은 당 기술분야에 공지되어 있다.
본 발명의 용도로 적합한 특성을 가지는 임의의 기재 전분은 가공되는 동안 생성되거나 다당류와 가까운 맛과 색상을 전분으로부터 제거하는 당 기술분야에 공지된 임의의 방법에 의해 정제될 수 있다. 전분 처리용으로 적합한 정제 방법은 EP 554 818(Kasica 외)에 의해 제시된 특허 패밀리에 개시되어 있다. 알칼리 세척 기법도 유용하며, 이는 미국 특허 제4,477,480호(Seidel) 및 제5,187,272(Bertalan 외)에 의해 제시된 특허 패밀리에 개시되어 있다. 당가지 제거된 전분도 이 방법을 이용해 정제될 수 있다.
얻어진 용액은 통상적으로 의도하는 최종 용도에 따라 원하는 pH로 조절된다. 일반적으로, pH는 당 기술분야에 공지된 기술을 이용해 약 3.0 내지 약 6.0, 보다 구체적으로는 약 3.5 내지 약 4.5로 조절된다. 나아가, 전분 분산액으로부터 침전된 임의의 단쇄 아밀로오스는 재분산될 수 있다. 당가지 제거된 전분 조성물을 정제하고자 하는 경우, 투석, 여과, 농축 또는 전분 조성물의 분리 및 농축용으로 당 기술분야에 공지된 그 밖의 임의의 방법에 의해 반응 불순물 및 부산물을 제거할 수 있다. 예를 들면, 분해된 전분은 고도 결정형 전분을 초래하는 올리고당과 같은 가용성의 저분자량 분획을 제거하기 위한 당 기술분야에 공지된 기술을 이용하여 세척될 수 있다.
당가지 제거된 전분은 당 기술분야에 공지된 방법, 예를 들면 전분 방치 또는 노화(retrograde)에 의해 결정화된다. 이어서, 전분은 당 기술분야에 공지된 방법, 구체적으로는 분무 건조, 동결 건조, 속성 건조 또는 공기 건조를 포함하는 건조 또는 여과, 보다 구체적으로는 여과 또는 속성 건조에 의해 회수된다. 본 발명에 필수적인 고도의 결정을 얻기 위하여, 통상적으로 노화 및 건조를 조절함으로써 결정화를 조절하는 것이 중요하다. 나아가, 건조 또는 그 밖의 사후-결정화 처리 방법은 실질적으로 결정을 파괴하지 않는다는 점도 중요하다.
얻어진 전분은 당가지 제거된 전분 유래의 고도 결정질의 단쇄 아밀로오스 형태로, 저속 분해성 전분으로서 독특하게 작용한다. 상기 전분은 융점 온도 Tp및 엔탈피 ΔH에 의해 특정화되며, 여기서 융점 온도 Tp는 적어도 약 70℃, 구체적으로는 적어도 약 80℃, 보다 구체적으로는 적어도 약 90℃ 이하에서 이하에 기재한 절차를 이용해 DSC에 의해 측정하며, 엔탈피 ΔH는 적어도 약 25 J/g, 구체적으로는 적어도 약 30 J/g에서 이하에 기재한 절차를 이용해 DSC에 의해 측정한다. 이러한 DSC값은 산물의 고도의 결정성에 대한 지표이다.
당가지 제거된 전분은 적어도 약 5.0, 보다 구체적으로는 적어도 6.0의 덱스트로오스 당량(DE)을 특징으로 한다. 그러나, 이보다 낮은 덱스트로오스 당량(예를 들면, 적어도 약 4.0의 DE)은 가공 조건의 변화, 보다 구체적으로는 저분자량 가수분해 산물의 제거에 의해 달성될 수 있다. 본 명세서에서 사용되는 덱스트로오스 당량은 가수분해 산물의 환원력을 의미하는 것으로 간주된다. 각각의 전분 분자는 하나의 환원 단부를 가지므로, DE는 분자량에 역비례한다. 무수 D-글루코오스의 DE가 100으로 정의되며, 비가수분해 전분의 DE는 실질적으로 0이다.
얻어지는 당가지 제거된 전분은 적어도 2시간, 보다 구체적으로는 적어도 4시간에 걸쳐 지속적으로 분해되며, 섭취 후 6시간째까지도 유의하게 분해되는 저속 분해성이다. 특히, 이하에 제시한 분해 절차를 이용해 측정할 때에 약 60% 미만, 보다 구체적으로는 약 50% 미만, 가장 구체적으로는 약 30% 미만은 소비 후 20분 내에 우선적으로 분해되고, 적어도 약 20%, 구체적으로는 적어도 약 30%는 섭취 후 20분 내지 2시간 사이에 분해된다. 또한, 적어도 약 50%, 구체적으로는 적어도 약 60%는 소비 후 2시간 이내에 분해된다. 전분 분해는 통상 2시간 이상 지속된다.
전분은 비가공 상태로 소비될 수 있으나, 통상적으로는 고습(high moisture) 또는 저습(low moisture) 조건 하에서 가공된 후 소비된다. 그러므로, 본 발명은 그들이 소비되는 상태에서 저속 분해되는 장점을 가지는 전분을 포함한다. 이러한 전분은 이하의 실시예에 제시된 방법에 의해 만들어진다.
또한, 얻어지는 저속 분해성 전분은 높은 글라이켐 지수 전분의 통상적인 혈당 수준에서 매우 신속한 상승을 일으키지는 않으나, 그 대신에 장기간 동안 지속되는 기준값 이상의 보다 적당한 증가를 일으킨다. 이는 또한 저속 분해성 부분은 증자 및/또는 그 밖의 통상적인 식품 가공 조건에서 실질적으로 감소하지 않는 가공 내성을 갖는다.
상기 전분은 비제한적으로 시리얼, 바, 피자, 파스타, 부어 먹는(pourable) 드레싱 및 떠먹는(spoonable) 드레싱을 포함하는 드레싱; 과일 및 크림 앙꼬를 포함하는 파이 앙꼬; 치즈와 같은 낙농계 소스 및 화이트 소스를 포함하는 소스; 그라비에; 라이트 시럽; 푸딩; 카스타드; 요거트; 사우워 크림; 낙농계 음료를 포함하는 음료; 글레이즈; 크래커, 빵, 머핀, 베이글, 비스킷, 쿠키, 파이, 크러스트, 및 케익을 포함하는 구운 제품들; 조미료, 과자류 및 껌, 그리고 수프를 포함하는 다양한 식용 제품에 사용될 수 있다.
식용 제품에는 또한 식이 보충제, 당뇨용 제품, 스포츠 드링크와 같은 지속적인 에너지 방출을 위한 제품, 영양바 및 에너지바를 포함하는 영양 식료품도 포함된다.
본 발명이 전분은 조성물의 기능을 얻는 데 필요한 양 또는 임의의 원하는 양으로 첨가될 수 있다. 일반적으로, 전분은 조성물 중량의 약 0.01 중량% 내지 약 100 중량%, 보다 구체적으로는 약 1 중량% 내지 약 50 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 전분은 기타 전분과 동일한 방식, 즉 통상적으로 제품에 직접 혼합하거나 졸 형태로 첨가함으로써 식료품에 첨가될 수 있다.
하기 구현예는 본 발명을 보다 구체적으로 예시하기 위한 것으로서, 어떠한 의미로도 제적인 것으로 간주되어서는 않된다.
구현예 1. 결정질의 선형 α-글루칸을 포함하는 저아밀로오스 전분으로 제조된 전분 조성물로서,
a) 적어도 약 20%의 저속 분해성 전분;
b) 약 60% 미만의 급속 분해성 전분;
c) DSC에 의해 측정하여 적어도 약 70℃의 융점 온도 Tp;
d) DSC에 의해 측정하여 적어도 약 25 J/g의 엔탈피 ΔH
를 특징으로 하며, 상기 조성물이 적어도 약 90% 당가지 제거되는 전분 조성물.
구현예 2. 제1 구현예에 있어서, 적어도 약 50%가 소화되는 2시간 이내에 분해되는 전분 조성물.
구현예 3. 제1 구현예에 있어서, 적어도 약 60%가 소화되는 2시간 이내에 분해되는 전분 조성물.
구현예 4. 제1 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 메이즈, 감자, 카사바, 및 쌀로 이루어지는 군에서 선택되는 저아밀로오스 전분으로부터 제조되는 전분 조성물.
구현예 5. 제1 구현예에 있어서, 상기 융점 온도가 적어도 약 80℃인 전분 조성물.
구현예 6. 제1 구현예에 있어서, 상기 융점 온도가 적어도 약 90℃인 전분 조성물.
구현예 7. 제1 구현예에 있어서, 상기 엔탈피가 적어도 약 30 J/g인 전분 조성물.
구현예 8. 제1 구현예에 있어서, 적어도 약 30%의 저속 분해성 전분을 특징으로 하는 전분 조성물.
구현예 9. 제1 구현예에 있어서, 결정질의 선형 α-글루칸을 필수적으로 포함하는 전분 조성물.
구현예 10. 제1 구현예에 있어서, 상기 조성물이 적어도 약 4.0의 덱스트로오스 당량을 가지는 전분 조성물.
구현예 11. 제1 구현예에 있어서, 상기 조성물이 적어도 약 5.0의 덱스트로오스 당량을 가지는 전분 조성물.
구현예 12. 제1 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 95% 당가지 제거되는 전분 조성물.
구현예 13. 제1 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 98% 당가지 제거되는 전분 조성물.
구현예 14. 제1 구현예의 전분 조성물의 제조 방법으로서,
a) 저아밀로오스 전분을 적어도 약 90% 당가지 제거하는 단계;
b) 당가지 제거된 전분을 결정화하는 단계; 및
c) 고도로 결정화되고 당가지 제거된 전분을 건조하는 단계
를 포함하는 제조 방법.
구현예 15. 제14 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 이소아밀라아제를이용해 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 16. 제14 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 완전히 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 17. 제14 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 95% 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 18. 제14 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 98% 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 19. 제1 구현예의 전분 조성물을 포함하는 식용 제품.
구현예 20. 제19항에 있어서, 상기 제품이 영양 식품인 식용 제품.
구현예 21. 제1 구현예 내지 제3 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 메이즈, 감자, 카사바, 및 쌀로 이루어지는 군에서 선택되는 저아밀로오스 전분으로부터 제조되는 전분 조성물.
구현예 22. 제1 구현예 내지 제4 구현예 및 제21 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 융점 온도가 적어도 약 80℃인 전분 조성물.
구현예 23. 제22 구현예에 있어서, 상기 융점 온도가 적어도 약 90℃인 전분 조성물.
구현예 24. 제1 구현예 내지 제6 구현예 및 제21 구현예 내지 제23 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 엔탈피가 적어도 약 30 J/g인 전분 조성물.
구현예 25. 제1 구현예 내지 제7 구현예 및 제21 구현예 내지 제24 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 적어도 약 30%의 저속 분해성 전분을 특징으로 하는전분 조성물.
구현예 26. 제1 구현예 내지 제8 구현예 및 제21 구현예 내지 제25 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 결정질의 선형 α-글루칸을 필수적으로 포함하는 전분 조성물.
구현예 27. 제1 구현예 내지 제9 구현예 및 제21 구현예 내지 제26 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 조성물이 적어도 약 4.0의 덱스트로오스 당량을 가지는 전분 조성물.
구현예 28. 제27 구현예에 있어서, 상기 조성물이 적어도 약 5.0의 덱스트로오스 당량을 가지는 전분 조성물.
구현예 29. 제1 구현예 내지 제11 구현예 및 제21 구현예 내지 제28 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 95% 당가지 제거되는 전분 조성물.
구현예 30. 제29 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 98% 당가지 제거되는 전분 조성물.
구현예 31. 제1 구현예 내지 제13 구현예 및 제21 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 한 구현예의 전분 조성물의 제조 방법으로서,
a) 저아밀로오스 전분을 적어도 약 90% 당가지 제거하는 단계;
b) 당가지 제거된 전분을 결정화하는 단계; 및
c) 고도로 결정화되고 당가지 제거된 전분을 건조하는 단계
를 포함하는 제조 방법.
구현예 32. 제31 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 이소아밀라아제를 이용해 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 33. 제14 구현예, 제15 구현예, 제31 구현예 및 제32 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 전분 조성물이 완전히 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 34. 제14 구현예, 제15 구현예, 제31 구현예 및 제32 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 95% 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 35. 제14 구현예, 제15 구현예, 제31 구현예 및 제32 구현예 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 전분이 적어도 약 98% 당가지 제거되는 제조 방법.
구현예 36. 제1 구현예 내지 제13 구현예 및 제21 구현예 내지 제30 구현예 중 어느 한 구현예의 전분 조성물을 포함하는 식용 제품.
구현예 37. 제19 구현예 또는 제36 구현예에 있어서, 상기 제품이 영양 식품인 식용 제품.
실시예
하기 실시예는 본 발명을 예시하고 보다 상세하게 설명하기 위한 것이나, 어떠한 의미로도 제한적인 것으로 간주되어서는 않된다. 사용되는 모든 퍼센트는 중량/중량 기준이다.
하기 시험 절차는 실시예 전반에 걸쳐 사용된다:
시차 주사 열량법(Differential scanning calorimetry) - Perkin-Elmer DSC-7(Norwak, CT, USA)을 이용해 DSC 측정을 수행하였다. 장치는 인듐으로 보정하였다. 전분:물의 비율이 1:3인 약 10 ㎎의 전분 샘플을 제조하고, 10℃/분의 속도로 5℃ 내지 160℃로 가열하였다. 비어 있는 스테인리스 스틸 팬을 기준으로 사용하였다.
사슬 길이 및 선형성 - NMR을 이용해 당가지 제거된 샘플을 분석하고, 평균 사슬 길이 및 알파-1,6 연결에 대한 알파-1,4 연결의 비율을 측정하였다. 2.5 ㎖의 D2O/TSP(소듐 트리메틸실릴프로피오네이트) 내에 5 내지 6 ㎎의 전분을 현탁하고, 상기 현탁액을 약 1시간 동안 가압 증자하여 NMR 샘플들을 제조하였다. 얻어진 청정 용액을 5 ㎜의 NMR 튜브로 옮겨, NMR 스펙트럼이 얻어질 때까지 증기조 상에서 고온 상태로 유지시켰다. 샘플을 취급하기 위한 이러한 과정을 통해, 결정질 전분 물질이 용액 중에 잔류하는 것을 확인하였다. 90℃에서 400 ㎒의 Brucker DPX-400 분광광도계 상에서 양자 NMR 스펙트럼을 얻었다.
(90℃에서의 TSP을 기준으로 한) 관심이 있는 공명 부분에 대한 화학적 시프트(chemical shift) 값은 다음과 같다. 알파-1,4 중쇄(mid-chain) 연결은 5.38 ppm에서 화학적 시프트를 나타내었으며, 알파-1,6 중쇄(분지점)는 4.96 ppm에서, 알파 형태의 환원 말단기는 5.23 ppm에서, 베타 형태의 환원 말단기는 4.65 ppm에서 화학적 시프트를 나타내었다.
상기 전분 샘플들의 평균 사슬 길이는 중쇄 공명에 대한 환원 말단의 비율로부터 계산하였다. 알파-1,6 연결 대 알파-1,4 연결의 양으로부터 알파-1,6 연결(분지점)의 백분율을 계산하였다.
덱스트로스 당량(DE) - 가공 중(in-process)의 DE를 측정하기 위하여, 펠링부피 적정법(Fehling Volumetric Titration Method)을 이용하였다. 500 ㎖의 에를렌메이어(Erlenmeyer) 플라스크를 50 ㎖의 탈이온수(D.I. water)로 세척하였다. 그런 다음, 50 ㎖의 탈이온수를 첨가하였다. 각 5 ㎖의 펠링 용액 A 및 B, 그리고 메틸렌블루 2방울을 끓임쪽과 함께 첨가하였다. 굴절계(refractometer)를 이용해 반응 고형물을 측정한 후, 탈이온수를 이용해 비이커 내의 상기 반응 고형물을 희석하여 2% 내지 4%의 전분 고형분을 함유하는 전분 용액을 제조하였다. 다음 단계로 진행하기에 앞서, 상기 용액이 정확하게 제조되었는지를 확인하기 위하여 굴절계를 사용해 상기 고형물을 확인하였다. 상기 전분 용액과 함께 상기 비이커의 중량을 측정하고, 그 중량을 기록하였다. 15 g의 전분 용액을 제조된 펠링 용액과 함께 에를렌메이어 플라스크에 첨가하였다. 이들을 핫 플레이트 상에서 2분 동안 교반하면서 끓인 결과, 통상 푸른색이 나타났다. 상기 푸른색이 사라지고, 뚜렷한 적색의 아산화구리가 형성될 때까지, 피펫을 이용해 비이커로부터 상기 전분 용액을 점진적으로 첨가하였다. 플라스틱 피펫을 이용해 상기 전분 용액을 계속하여 교반하여, 상기 용액을 균일하게 유지시켰다. 적색의 종료점에 도달했을 때, 전분 용액을 함유하는 상기 비이커의 중량을 다시 측정하여, 소비된 전분의 중량을 측정하였다. D.E.의 계산값은 하기 방정식으로부터 알 수 있다:
.
모의 소화 - (Englyst 외, European Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50) - 식품 샘플들을 저작하는 것처럼 분쇄하였다/저몄다. 분말전분 샘플을 입경 250 마이크론 이하로 선별하였다. 500-600 ㎎ ± 0.1 ㎎의 샘플의 중량을 측정하여, 샘플 튜브에 첨가하였다. 10 ㎖의 펩신(0.5%), 구아검(guar gum)(0.5%) 및 HCl(0.05 M) 용액을 각각의 튜브에 첨가하였다.
블랭크 용액 및 글루코오스 표준 용액 튜브를 준비하였다. 상기 블랭크 용액은 0.25M의 아세트산나트륨 및 0.02%의 염화칼슘을 함유하는 20 ㎖의 완충액이다. 글루코오스 표준 용액은 10 ㎖의 아세트산나트륨 완충액(상기함) 및 10 ㎖의 50 ㎎/㎖ 글루코오스 용액을 혼합하여 제조한다. 표준 용액은 2개를 제조하였다.
120 ㎖의 탈이온수에 18 g의 돼지 판크레아틴(Sigma P-7545)을 첨가하고, 잘 혼합한 뒤, 3000g로 10분간 원심 분리하여 혼합 효소를 제조한다. 상청물을 수집하고, 48 ㎎의 건조 인버타아제(invertase) 및 0.5 ㎖의 AMG 400(Novo Nordisk)을 첨가한다.
상기 샘플 튜브를 37℃에서 30분간 예비 배양한 후, 배양조로부터 제거하고, (진동 중에 샘플의 물리적인 와해를 보조하기 위한) 유리구/구슬을 따라 10 ㎖의 염화아세테이트 완충액을 첨가하였다.
5 ㎖의 효소 혼합물을 상기 샘플들, 블랭크 용액 및 표준 용액에 첨가하였다. 튜브를 37℃의 수조 내에서 약 180 스트로크/분으로 수평 진동시켰다. "0" 시간은 효소 혼합물을 첫 번째 튜브에 최초로 첨가하는 것을 나타낸다.
20분 및 120분 후, 배양 중의 샘플로부터 0.5 ㎖ 분액(aliquot)을 취해, 20 ㎖의 66% 에탄올(반응을 중지하기 위하여) 개별 튜브에 넣었다. 1시간 후, 상기 분액을 3000g로 10분간 원심 분리하였다.
글루코오스 옥시다아제/퍼옥시다아제법(Megazyme Glucose Assay Procedure GLC9/96)을 이용해 각 튜브 내의 글루코오스 농도를 측정하였다. 이것이 비색 분석 과정(colorimetric procedure)이다. 이 실험을 이용하여 전술한 문헌에 제시된 바와 같이 글루코오스를 검출하기 위하여 HPLC를 사용할 수도 있다.
전분의 분해 정도는 0.9의 전환율을 이용해 글루코오스 표준 용액에 대한 글루코오스 농도를 계산해 측정한다. 결과는 20분 및 120분 후의 "분해된 전분의 비율(%)"(건조 중량 기준)로 나타내었다. SDS(저속 분해성 전분)은 120분의 값에서 20분의 값을 뺀 값이다.
모든 샘플 분석용 배치는 비증자 옥수수 전분의 참조 샘플을 포함한다. 옥수수 전분에 대한 분해값(%)의 허용 범위는 다음과 같다.
샘플 s20 s120 SDS
옥수수 전분1 17.5±2.5 80±5 대략 62.5
1Melogel(R)전분, 미국 뉴저지주 브리지워터 소재의 National Starch and Chemical Copany로부터 상업적으로 입수 가능함.
증자 모형 - 상업용 식품 가공을 모의하는 데는 2개의 일반적인 모형을 사용한다: 고습 및 저습. 고습 식품 모형은 90℃에서 5분 동안 증기조 내에서 증자한 약 20% 고형물 함량의 전분 수용액을 사용한다. 이어서, 이 증자물을 드라이 아이스/아세톤조 내에서 냉각하고, 동결 건조한 뒤, 분쇄하여 분해에 대해 시험한다. 저습 식품 모형은 약 50% 고형물 함량의 전분 수용액을 사용하며, 190℃의 오븐에서 대략 20분 동안 페이스트를 파쇄한다. 이어서, 샘플을 분쇄하고, 250 마이크론 이하의 입자 크기로 선별한다.
실시예 1 - 비증자 분해 연구를 위한 이소아밀라아제를 이용한 결정질 전분의 제조
A. 4 kg의 밀납성 메이즈 전분을 10.8 ℓ의 물에 슬러리화하고, 3:1의 물:염산을 이용해 pH를 4.0으로 조절하였다. 전분을 310-315℉(154.4-157.2℃)의 온도 및 80 psi(5.52×105Pa)의 배압(back-pressure) 하의 풍부한 증기로 제트-증자하여, 전분을 완전히 증자하였다. 증자된 전분을 55℃로 냉각한 후, 전분의 중량을 기준으로 0.2%의 이소아밀라아제(일본의 Hayashibara Inc.로부터 상업적으로 입수 가능)를 첨가하였다. 샘플 D.E.(덱스크로오스 당량)가 6.0에 도달했을 때에 당가지 제거 반응을 중단하였다. 이때, 55℃에서 30분 동안 pH를 2.0으로 조절하여, 효소를 변성시켰다. 이어서, pH를 6.0으로 재조절한 후, 전분 용액을 실온으로 냉각하고, 실온에서 하룻밤 동안(16시간) 결정화되도록 하였다. 210℃의 주입 온도 및 116℃의 배출 온도로 분무 건조하여 결정화된 산물을 회수하였다.
B. 500 lb의 산 전환된 밀납성 메이즈 전분을 1500 lb의 물에 슬러리화하고, 3:1의 물:염산을 이용해 pH를 4.0으로 조절하였다. 전분을 증기-배치-증자하였다. 증자된 전분의 온도를 55℃로 유지한 후, 일정한 속도로 교반하면서 0.2%의 이소아밀라아제를 첨가하였다.
반응을 8시간 동안 진행시킨 후, 55℃에서 30분 동안 pH를 2.0으로 감소시켜효소를 변성시켰다. 이어서, pH를 6.0으로 재조절한 후, 전분 용액을 실온으로 냉각하고, 가용성 여과물이 안정화될 때가지 실온에서 결정화되도록 하였다. 결정화된 산물로부터 수분을 제거하고 속성 건조시켰다. 얻어진 당가지 제거된 전분은 7.0의 덱스트로오스 당량을 가지고 있었다.
C. 기재 전분으로서 산 전환된 밀납성 메이즈를 사용하였으며, 반응을 하룻밤 동안(16시간) 진행시킨 것을 제외하고는 실시예 1A와 동일한 방법을 반복하였다. 결정화 후, 210℃의 주입 온도 및 116℃의 배출 온도로 산물을 분무-건조시켰다.
D. 샘플 D.E가 5.3에 도달했을 때에 당가지 제거 반응을 중단시킨 것을 제외하고는 실시예 1A와 동일한 방법을 반복하였다. 이때, 55℃에서 30분 동안 pH를 2.0으로 조절하여 효소를 변성시켰다. 이어서, pH를 6.0으로 재조절한 후, 전분 용액을 실온으로 냉각하고, 실온에서 하룻밤 동안 결정화되도록 하였다. 결정화된 산물을 여과하여, 공기-건조시켰다.
실시예 1의 샘플에 대한 DSC 및 분해 결과, 그리고 산출된 SDS 함량을 표 1에 나타낸다.
[표 1] DSC 및 분해 결과
샘플 20분 120분 SDS DSC
To(℃) Tp(℃) Tc(℃) ΔH(J/g)
1A 49.6 73.2 23.6 44.6 80.6 95.7 28.3
1B 22.7 48.6 25.9 47.2 96.2 127.7 32.0
1C 42.4 65.0 22.6 47.3 76.1 93.4 25.9
1D 25.0 50.3 25.3 53.8 77.0 89.9 28.3
샘플들은 모두 20% 이상의 SDS를 나타내었다.
실시예 2 - 증자 분해 연구를 위한 이소아밀라아제에 의해 당가지 제거된 샘플 및 결정화된 샘플의 제조
A. 4 kg의 밀납성 메이즈 전분을 12 ℓ의 물에 슬러리화하였다. 샘플을 제트-증자하고, 55℃로 냉각한 뒤, 3:1의 물:HCl을 이용해 pH를 4.0으로 조절하였다. 이때, 전분 중량을 기준으로 0.2%의 이소아밀라아제를 첨가해 당가지 제거 반응을 개시하였다. 5시간 동안 반응시킨 후, 3%의 NaOH를 이용해 샘플의 pH를 6.0으로 상승시키고, 20분 동안 85℃로 가열하여 효소를 사멸시켰다. 이어서, 샘플을 실온으로 냉각하고, 실온에서 하룻밤 동안 결정화하였다. 얻어진 당가지 제거된 전분은 6.7의 덱스트로오스 당량을 가지고 있었다.
B. 샘플을 40℃로 냉각하여, 40℃에서 하룻밤 동안 결정화하는 것을 제외하고는 실시예 2A와 동일한 방법을 반복하였다.
실시예 2에서의 샘플 2A 및 2B, 그리고 실시예 1에서의 1C 및 1D의 분해 연구는 전분을 고습(HM) 또는 저습(LM) 증자 모형으로 만들어 수행하였다. 표 2는 이들 샘플에 대한 분해 결과 및 산출된 SDS 함량을 정리한 것이다. 비가공 샘플에 대한 DSC 결과도 함께 나타내었다.
[표 2] 증자된 샘플 및 비가공 물질의 DSC에 대한 분해 결과
샘플 증자 20분 120분 SDS DSC
To(℃) Tp(℃) Tc(℃) ΔH(J/g)
1A HM 31.0 65.0 34.0 55.8 87.1 99.7 33.2
1B HM 36.0 65.0 29.0 82.9 112.1 129.4 35.0
1C LM 39.8 69.2 29.4 47.3 76.1 93.4 25.9
1D LM 31.1 66.7 35.6 53.8 77.0 89.9 28.3
본 실시예의 모든 샘플은 20% 이상의 SDS 함량을 나타내었다.
실시예 3 - 당가지 제거된 전분을 함유하는 식품
하기 조성 및 방법으로 크래커를 만들었다.
성분 샘플 3A함량(%W/W) 샘플 3B함량(%W/W) 샘플 3C함량(%W/W)
케이크 소맥분 45.3 14.4 14.4
전분 실시예 1D 0.0 0.0 39.0
미납성 메이즈 전분 0.0 39.0 0.0
설탕 12.0 3.9 3.9
베이킹 소다 0.71 0.71 0.71
인산칼슘 0.71 0.71 0.71
소금 0.44 0.44 0.44
맥아 보리 소맥분 0.57 0.57 0.57
쇼트닝 6.56 6.56 6.56
고프럭토오스 콘시럽 1.7 1.7 1.7
중탄산암모늄 1.11 1.11 1.11
물 30.6 30.6 30.6
결정화 후, 210℃의 주입 온도 및 116℃의 배출 온도로 산물을 분무-건조시켰다. 이어서, 쇼트닝, 콘시럽 및 물을 첨가하고, 혼합물을 연한 덩어리로 반죽하였다. 반죽 덩어리를 롤링하여 대략 2인치(50.8 mm)×0.25인치(6.35 mm) 두께의 크래커로 절단하였다. 상기 크래커를 400℉(204.4℃)에서 15분 동안 구웠다.
저작되는 것과 같이 크래커를 분쇄하여, 분해성에 대해 시험하였다. 결과는 표 3에 나타내었다.
[표 3]
샘플 20분 120분 SDS
3A 77.0 91.3 14.3
3B 72.5 89.0 16.5
3C 49.6 75.5 25.9
표 3으로부터 알 수 있는 바와 같이, 저속 분해성 전분을 함유하는 상기 크래커는 그러한 낮은 분해성을 유지하였다.
본 발명은 장기간에 걸쳐 소비자에게 글루코오스를 제공하는 저속 분해성 전분을 제공한다.

Claims (7)

  1. 결정질의 선형 α-글루칸을 포함하는 저아밀로오스 전분(low amylose starch)으로부터 제조되는 전분 조성물로서,
    a) 적어도 약 20%의 저속 분해성 전분(low digestible starch);
    b) 약 60% 미만의 급속 분해성 전분(rapidly digestible starch);
    c) DSC에 의해 측정하여 적어도 약 70℃의 융점 온도 Tp;
    d) DSC에 의해 측정하여 적어도 약 25 J/g의 엔탈피 ΔH
    를 특징으로 하며,
    상기 조성물이 적어도 약 90% 당가지 제거되는(debranched) 전분 조성물.
  2. 제1항에 있어서,
    적어도 약 50%가 소화되는 2시간 이내에 분해되는 전분 조성물.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    결정질의 선형 α-글루칸을 필수적으로 포함하는 전분 조성물.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전분 조성물의 제조 방법으로서,
    a) 저아밀로오스 전분을 적어도 약 90% 당가지 제거하는 단계;
    b) 당가지 제거된 전분을 결정화하는 단계; 및
    c) 고도로 결정화되고 당가지 제거된 전분을 건조하는 단계
    를 포함하는 제조 방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 전분 조성물이 이소아밀라아제를 이용해 당가지 제거되는 제조 방법.
  6. 제4항 또는 제5항에 있어서,
    상기 전분이 적어도 약 95% 당가지 제거되는 제조 방법.
  7. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 전분 조성물을 포함하는 식용 제품.
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