KR20030088365A

KR20030088365A - 이소아밀라아제에 의한 저아밀로오스 전분의 당가지제거에 의해 제조된 저항 전분

Info

Publication number: KR20030088365A
Application number: KR10-2003-0030225A
Authority: KR
Inventors: 시용-청; 추웨이샤오위엔; 버켓트앤엠.; 대처마이클지.
Original assignee: 내쇼날 스타치 앤드 케미칼 인베스트멘트 홀딩 코포레이션
Priority date: 2002-05-14
Filing date: 2003-05-13
Publication date: 2003-11-19
Also published as: PT1362869E; DK1362869T3; MXPA03004175A; NZ525811A; EP1362869B8; AU2003204157B2; DE60310161D1; EP1362869A1; CN1310950C; ATE347566T1; US20030215561A1; AU2003204157A1; CN1461754A; EP1362869B1; CA2428514A1; BR0306889A; DE60310161T2; US7081261B2; ES2276995T3; JP2004131683A

Abstract

본 발명은 이소아밀라아제를 사용하여 저아밀로오스를 완전히 당가지 제거(debranch)함으로써 제조된 저항 전분에 관한 것이다. 이런 저항 전분은 영양 보충물을 포함한 식용 제품에 사용된다.

Description

이소아밀라아제에 의한 저아밀로오스 전분의 당가지 제거에 의해 제조된 저항 전분 {RESISTANT STARCH PREPARED BY ISOAMYLASE DEBRANCHING OF LOW AMYLOSE STARCH}

본 발명은 완전한 선형의 단쇄형(short-chain) α-글루칸 조성물을 형성하기 위해 이소아밀라아제를 사용하여 저아밀로오스 전분의 당가지를 제거함(debranch)으로써 제조된 저항 전분(resistant starch) 및 그의 용도에 관한 것이다.

복합 탄수화물인 전분은, 알파-1,4-D-글루코사이드 결합에 의해 연결된 D-무수글루코오스 단위가 거의 선형이며 유연한 폴리머인 아밀로오스, 및 알파-1,6-D-글루코사이드 결합에 의해 연결된 선형 사슬이 가지화된 폴리머인 아밀로펙틴의 두 가지 유형의 다당체(polysaccharide) 분자로 구성된다. 전분은 효소인 알파-아밀라아제에 의해 소장 내에서 대부분 소화된다.

이러한 전분의 처리 조작은 소장 내 효소적 가수분해(enymatic hydrolysis)에 대해 내성이 있는 전분, 간단히 일컬어 저항 전분이라고 알려진 전분으로의 변형을 유발한다고 공지되어 있다. 이런 저항 전분은 소장 내에서의 소화 및 흡수에 대해 내성을 나타내며, 대장으로 넘어가서 대장 미생물총(colonic microflora)에의해 특히 부티레이트와 같은 단쇄형 지방산 및 가스로 발효된다.

조사 문헌에는 대장 내 세균에 의한 저항 전분의 발효를 통해 유리한 효과를 많이 얻으므로, 식품 및 의약품 모두에 적용하는데 유용하다고 보고되어 있다.

이 저항 전분은 대장의 건강 및 점막의 보전을 유지하기 위해 의용 식품 및 다이어트용 보충물을 포함하는 식품에 사용될 수 있다. 이런 저항 전분은 프리바이오틱(prebiotic)으로서 알려져 있다. 또한, 저항 전분은 단쇄의 지방산으로 발효되는 대장에 도달할 때까지는 이용되지 않으므로, 감소된 칼로리 수치를 나타낸다. 소장 내 당탄수화물의 감소는 체중 관리를 유리하게 하는 혈액 글루코오스 및 인슐린 조절성을 향상시키는 것으로 이어진다. 아울러, 조사 문헌에 저항 전분이 체내 건강한 면역 시스템을 유지하는데 기여할 수 있다고 보고되었다.

또한, 저항 전분은 약품으로 사용될 수 있다. 암 발생률 감소를 포함하여, 다양한 대장 질환의 발병 위험을 감소시키는데 이용되어 왔다. 더욱이, 저항 전분은 인슐린 내성, 고혈당증(hyperglycemia), 고인슐린혈증(hyperinsulinemia), 이상 지혈증(dyslipidemia), 이상 섬유소 용해증(dysfibrinolysis), 당뇨병, 고혈압 및 심혈관 질환을 포함하는 X 증후군(Syndrome X)과 연관이 있는 일군의 대사성 장애의 위험을 감소시킬 수 있다. 또한, 비만증을 치료하는데도 유용할 수 있다.

저항 전분(RS)은 문헌 상에 저항 원인에 따라 하기의 4 종류로 분류되어 왔다. 우선, RS1은 프로테인 가교 또는 식물 세포벽 내의 과립들을 둘러싸기 때문에 효소가 물리적으로 접근할 수 없는 전분이다. RS2는 췌장의 알파-아밀라아제에 의한 소화에 내성이 있는 과립형 전분이다. R3는 노화된(retrograded) 과립형 전분또는 전분 식품이다. RS4는 알파-1,4-D-글루코사이드 결합 및 알파-1,6-D-글루코사이드 결합 이외의 결합을 갖는 저항 전분이다.

이 같은 다양한 유형의 저항 전분을 제조하기 위한 다양한 방법들이 공지되어 있다. 이러한 생성 방법으로는, 과립형 저항 전분의 제조방법이 기재된 미국 특허 제5,593,503호; 및 고아밀로오스 전분으로부터 RS3 유형의 저항 전분을 제조하는 방법이 기재된 미국 특허 제5,281,276호 및 제5,409,542호를 들 수 있다. 미국 특허 제5,855,946호에는 전분을 가교 및 인산화(phosphorylating)하여 상기한 RS4 유형의 저항 전분을 제조하는 방법이 기재되어 있다. 미국 특허 제6,043,229호에는 부분적으로 분해되고(degraded), 노화된(retrograded) 저항 전분에 대해 기재되어 있다.

놀랍게도, 본 발명자들은 통해 결정성이 높고, 완전한 선형이며, 단쇄형인 알파-1,4-글루칸으로부터 아밀라아제의 소화에 내성이 있는 전분을 제조할 수 있음을 발견하였다.

본 발명은 이소아밀라아제를 사용하여 저아밀로펙틴 전분을 충분히 당가지 제거함으로써 제조된 저항 전분에 관한 것이다. 이러한 저항 전분은 영양 보충물을 포함하는 식용 제품에 유용하다.

본 명세서에서 사용된 바와 같이, 덱스트로스 당량(DE: Dextrose equivalent)이란 가수분해물의 환원력을 의미하는 것으로 한다. 전분 분자 각각은 하나의 환원 말단기를 포함하므로, DE는 분자량과 역비례 관계이다. 무수 D-글루코오스의 DE는 100으로 정의되며, 가수분해되지 않은 전분의 DE는 실질적으로 0이다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 충분히 또는 완전히 당가지 제거된 전분(fully or completely debranched starch)이란, 이론적으로는 단쇄형의 아밀로오스를 100 중량% 포함하는 것, 실질적으로는 당가지 제거 비율이 대단히 높기 때문에 효소의 활성을 통해서도 단쇄형의 아밀로오스 비율 상에 측정 가능한 변화가 나타나지 않는 것을 의미하는 것으로 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 프리바이오틱(prebiotic)이란, 선택적으로 대장 내 박테리아의 성장 및/또는 활성을 자극하거나, 또는 상기 박테리아의 수를 제한함으로써 숙주에 유리한 영향을 끼쳐, 숙주의 건강을 향상시키는 저항 전분을 의미하는 것으로 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 저항 전분이란 용어는 건강한 개체의 소장 내에 흡수되지 않는 전분 및 전분의 분해 생성물들의 합을 의미하는 것으로 한다.

본 명세서에 사용된 바와 같이, 단쇄형 아밀로오스(short chain amylose)란 알파-1,4-D-글루코오스 결합으로 연결된 약 5 내지 65 무수글루코오스 단위를 포함하는 선형 폴리머를 칭하는 것이다.

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.

상기 전분은 이소아밀라아제에 의해 완전히 가수분해된다. 상기 전분 기재의 효소에 의한 가수분해는 공지된 기술을 사용하여 수행된다. 이용되는 효소량은 효소원(enzyme source), 효소의 활성 및 이용되는 기재 물질에 따라 좌우된다. 통상, 상기 효소는 전분의 약 0.05 내지 약 2 중량%, 특히 약 0.1 내지 0.4 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.

상기 전분을 이소아밀라아제에 의해 가수분해되기 이전에, 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 기재된 것들을 들 수 있다. 또한, 이에 대해서는 Chapter XXⅡ - "Production and Use of Pregelatinized Starch", Starch: Chemistry and Technology, Vol. Ⅲ - Industrial Aspects, R.L. Whistler and E.F. Paschall, Editors, Academic Press, New York 1976을 참조한다. 호화 과정은 전분 분자의 과립 구조를 와해시킴으로써, 효소에 의한 전분 분자의 분해를 더욱 더 쉽고 균일하게 수행할 수 있다.

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. 아울러 대안으로서, 상기 과정은 고형 담체에 고정된 효소를 활용할 수도 있다.

통상적으로, 효소 분해는 전분 조성물의 원하는 임의의 후속 건조를 촉진하기 위하여 반응 속도를 감소시키지 않고 실행 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 온도로 이용되며, 보다 구체적으로는 약 50℃ 내지 약 60℃의 온도로 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 전분의 가지가 완전히 제거될 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-글루카노하이드롤라아제 활성에 의해 유리된 환원기의 농도를 측정함으로써 관찰 및 규정될 수 있다. 점도 변화, 요오드 반응 또는 분자량 변화를 관찰하는 것과 같은 기타 기술이 반응 종료 시점을 규정하는 데 사용될 수 있다. 전분이 완전히 당가지 제거되는 경우, 관찰되는 측정값에서는 더 이상 변화가 나타나지 않을 것이다. 얻어지는 전분은 적어도 약 95%, 특별하게는 적어도 약 98%, 가장 특별하게는 적어도 약 99%의 가지가 제거되어야 한다. 상기 당가지 제거된 전분은 일반적으로 14 내지 25 글루코오스 단위의 평균 사슬 길이를 가지며, 약 0.2 % 미만, 특히 약 0.1%미만의 알파-1,6-D-글루코사이드 결합(연결)을 갖는다.

선택적으로, 상기 효소는 열, 산 또는 염기와 같이 당 기술분야에 공지된 활성 감소제를 사용하여 그 활성을 감소시킬 수 있다. 예를 들면, 산에 의한 활성 감소는 그 pH를 적어도 30 분간 3.0 미만으로 조정함으로써 달성될 수 있고, 열에 의한 활성 감소는 그 온도를 약 80 내지 90℃로 상승시키고 적어도 약 20분간 상기 온도를 유지함으로써 달성될 수 있다.

상기 전분은 이소아밀라아제에 의한 당가지 제거 이전 또는 그 이후에 전환될 수 있고, 산화, 산성 가수분해, 열 및/또는 산성 덱스트린화에 의해 제조되는 유동성 또는 저점성(thin-boiling) 전분을 포함하는 것으로 한다. 이러한 처리는 종래 기술에 공지되어 있다.

상기 전분은 효소를 이용한 가수분해 이전 또는 그 이후에 추가로 변성될 수 있다. 이러한 변성은 물리적, 효소적, 또는 화학적인 변성일 수 있다. 물리적 변성은 예컨대, 미국 특허 제5,725,676호에 기재된 바와 같은, 전단 또는 열적 방해에 의한 변성을 포함한다.

상기 전분은 가교결합, 아세틸화 및 유기 에스테르화, 하이드록시에틸화 및 하이드록시프로필화, 인산화 및 무기 에스테르화, 양이온성, 음이온성, 비이온성, 양쪽성 이온변성 및 숙시네이트 및 이들의 치환 숙시네이트 유도체를 포함하여 화학적으로 변성될 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이러한 변성은 당 기술분야에 공지되어 있으며, 이를 예시하면,Modified Starches: Properties and Uses, Ed.Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida(1986)을 들 수 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. 이러한 전분을 처리하는데 적합한 정제 기술로는 EP 554 818(Kasica 등)에 기재된 특허들의 패밀리를 예시할 수 있다. 또한, 이런 정제 기술로는 알칼리 세정 기술 역시 유용하며, 이는 미국 특허 제4,477,480호(Seidel) 및 제5,187,272호(Bertalan 등)에 나타난 특허들의 패밀리에 기재되어 있다. 아울러, 당가지 제거된 전분은 이 같은 방법을 사용하여 정제될 수 있다.

상기한 결과의 용액은 통상 소기의 최종 용도에 따라 원하는 pH로 조정된다. 일반적으로, pH는 당 기술분야에 공지된 기술을 이용해 약 5.0 내지 약 7.5로, 특히 약 6.0 내지 약 7.0으로 조정된다. 또한, 전분 분산액으로부터 침전된 임의의 단쇄형 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 들어, 분해된 전분은 올리고당과 같은 가용성의 저분자량 분획을 제거하기 위해 공지된 기술을 사용하여 세척함으로써 더욱 고결정성의 전분을 얻을 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 포함하는건조 또는 여과, 보다 구체적으로는 여과 또는 속성 건조에 의해 회수된다. 본 발명에 통상적으로는 필수적인 고도의 결정을 얻기 위하여 노화 및 건조를 조절함으로써 결정화를 조절하는 것이 중요하다. 아울러, 건조 또는 그 밖의 사후-결정화 처리 방법은 실질적으로 결정을 파괴하지 않는다는 점도 중요하다.

수득한 당가지 제거된 전분은 상기 당가지 제거된 전분으로부터 형성된 고결정성의 단쇄형 아밀로오스 형태이고, 저항 전분으로서의 독특하게 작용한다. 상기 전분은 이하에 기재한 방법을 사용하여 저항 전분의 함량이 적어도 약 70 중량%, 특히 적어도 약 75 중량%인 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 전분을 이하에 기재한 절차에 따라 DSC로 측정하는 경우, 상기 전분은 피크 융점 온도(T_p)가 적어도 약 90℃, 특히 적어도 약 100℃, 더욱 특별하게는 적어도 약 110℃인 것을 특징으로 한다. 또한, 상기 전분을 하기의 과정에 따라 DSC 측정하는 경우, 상기 전분의 엔탈피(ΔH)가 적어도 약 25 J/g, 특히 적어도 약 30 J/g인 것을 특징으로 한다. 이러한 DSC 수치는 상기 생성물의 고도의 결정성을 나타내는 지표이다.

아울러, 상기의 당가지 제거된 전분은 덱스트로스 당량(DE)이 적어도 약 5.0, 더욱 특별하게는 적어도 약 6.0, 가장 특별하게는 적어도 약 7.0인 것을 특징으로 한다. 그러나, 상기의 처리 조건을 변화시킴으로써, 특히, 저분자량의 가수분해 생성물을 제거함으로써, 더 낮은 덱스트로스 당량(예를 들면, 적어도 약 4.0의 DE)을 얻을 수 있다.

상기 전분은 열처리를 포함하는 처리 공정 중 저항 수준이 현저하게 감소하지 않는 내가공성을 갖는다.

이런 전분은 특히 저항 전분으로 작용하며, 다양한 식용 제품에 사용될 수 있다. 이런 식용 제품은 시리얼, 바(bar), 핏자, 파스타, 부어 먹는 또는 떠서 먹는 드레싱(dressing)을 포함하는 드레싱; 과일 및 크림 소를 포함하는 파이 소(pie fillings); 치즈 소스와 같은 화이트 소스 및 유류 소스를 포함하는 소스(sauce); 그레이비(gravy), 라이트 시럽(lite syrup), 푸딩, 커스타드(custard), 요거트, 사워 크림(sour cream), 유류 음료를 포함하는 음료, 글레이즈(glaze); 크래커, 빵, 머핀, 베이글, 비스킷, 쿠키, 파이 크러스트(pie crust) 및 케이크를 포함하는 구운 제품들; 조미료, 설탕 과자(confectionery) 및 껌(gum), 및 수프를 포함하나 이에 한정되지 않는다.

또한, 식용 제품으로는 다이어트 식품 또는 체중 감량 제품, 당뇨병 환자용 제품, 스포츠 음료 및 영양바(power bar)와 같은 에너지 방출 보충 제품, 식사 대체물, 및 영양 보충제를 포함하는 영양 및 의약 식품 및 음료를 포함하는 것으로 한다. 이런 영양 제품은 다이어트용 제품, 당뇨병 환자용 제품 및 프리바이오틱(prebiotic)을 포함하는 것으로 한다.

본 발명이 전분은 조성물의 기능을 얻는 데 필요한 양 또는 임의의 원하는 양으로 첨가될 수 있다. 통상, 상기 전분은 조성물에 대해 약 0.01 내지 약 100 중량%, 특히 약 1 내지 50 중량%의 양으로 첨가될 수 있다. 상기 전분은 임의의 기타 전분과 동일한 방법, 통상적으로는 상기 제품에 직접 혼합하거나 졸 형태로첨가하는 방법으로 식품 또는 음료에 첨가될 수 있다.

하기 구현예는 본 발명을 보다 구체적으로 예시하기 위한 것으로서, 본 발명은 이에 제한되지 않는다.

구현예 1. 고결정성의 충분히 당가지 제거된 선형 α-글루칸을 포함하는 저아밀로오스 전분을 완전히 당가지 제거함으로써 제조된 저항 전분 조성물로서, 상기 조성물은

a) 상기 저항 전분의 함량이 적어도 약 70 중량%이고;

b) 덱스트로스 당량(dextrose equivalent)이 약 4.0 이상이고 ;

c) DSC로 측정한 피크 융점 온도(T_p)가 적어도 약 90이며;

d) DSC로 측정한 엔탈피(ΔH)가 적어도 약 25 J/g

인 것을 특징으로 한다.

구현예 2. 구현예 1에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 약 5 중량% 미만의 아밀로오스를 포함하는 조성물.

구현예 3. 구현예 1에 있어서, 상기 덱스트로스 당량이 약 5.0 이상인 조성물.

구현예 4. 구현예 1에 있어서, 상기 덱스트로스 당량이 약 6.0 이상인 조성물.

구현예 5. 구현예 1에 있어서, 상기 저항 전분의 함량이 적어도 약 75 중량%인 조성물.

구현예 6. 구현예 1에 있어서, 상기 피크 융점 온도가 적어도 약 100℃인 조성물.

구현예 7. 구현예 1에 있어서, 상기 피크 융점 온도가 적어도 약 110℃인 조성물.

구현예 8. 구현예 1에 있어서, 상기 엔탈피가 적어도 약 30 J/g인 조성물.

구현예 9. 구현예 1에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 메이즈(maize), 감자, 카사바 및 쌀로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.

구현예 10. 구현예 1의 조성물을 제조하는 방법으로서,

a) 이소아밀라아제를 사용하여 저아밀로오스 전분을 완전히 당가지 제거하고;

b) 당가지 제거된 전분을 결정화하고;

c) 고결정성의 당가지 제거된 전분을 건조하는 단계

를 포함하는 방법.

구현예 11. 구현예 10에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 적어도 95 중량%의 아밀로펙틴을 함유하는 방법.

구현예 12. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물의 덱스트로스 당량이 약 5.0 이상인 방법.

구현예 13. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물의 덱스트로스 당량이 약 6.0 이상인 방법.

구현예 14. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물이 적어도 약 75 중량%의 저항전분을 포함하는 방법.

구현예 15. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물의 피크 융점 온도가 적어도 약 100℃인 방법.

구현예 16. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물의 피크 융점 온도가 적어도 약 110℃인 방법.

구현예 17. 구현예 10에 있어서, 상기 조성물의 엔탈피가 적어도 약 30 J/g인 방법.

구현예 18. 구현예 10에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 메이즈, 감자, 카사바 및 밀로 이루어진 군으로부터 선택되는 방법.

구현예 19. 구현예 1의 조성물을 포함하는 식용 제품(edible product).

구현예 20. 구현예 19에 있어서, 상기 제품이 프리바이오틱 보충물(prebiotic supplement)인 식용 제품.

구현예 21. 구현예 1 또는 구현예 2에 있어서, 상기 조성물의 덱스트로스 당량이 약 5.0 이상인 조성물.

구현예 22. 구현예 21에 있어서, 상기 조성물의 덱스트로스 당량이 약 6.0 이상인 조성물.

구현예 23. 구현예 1 내지 구현예 4, 구현예 21 및 구현예 22 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 저항 전분 함량이 적어도 약 75 중량%인 조성물.

구현예 24. 구현예 1 내지 구현예 5, 또는 구현예 21 내지 구현예 23 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 조성물의 피크 융점 온도가 적어도 약 100℃인 조성물.

구현예 25. 구현예 24에 있어서, 상기 조성물의 피크 융점 온도가 적어도 약 110℃인 조성물.

구현예 26. 구현예 1 내지 구현예 7, 또는 구현예 21 내지 구현예 25 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 조성물의 엔탈피가 적어도 약 30 J/g인 조성물.

구현예 27. 구현예 1 내지 8, 또는 구현예 21 내지 26 중 어느 한 구현예에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 메이즈, 감자, 카사바 및 쌀로 이루어진 군으로부터 선택되는 조성물.

구현예 28. 상기 구현예 1 내지 구현예 8, 또는 구현예 21 내지 구현예 27 중 어느 한 구현예의 조성물의 제조방법으로서,

b) 당가지 제거된 전분을 결정화하고;

c) 고결정성의 당가지 제거된 전분을 건조하는 단계

를 포함하는 제조방법.

구현예 29. 구현예 28에 있어서, 상기 저아밀로오스 전분이 적어도 95 중량%의 아밀로펙틴을 포함하는 제조방법.

구현예 30. 구현예 1 내지 구현예 9, 또는 구현예 21 내지 구현예 27 중 어느 한 구현예의 조성물을 포함하는 식용 제품.

구현예 31. 구현예 30에 있어서, 상기 제품이 프리바이오틱 보충물인 식용제품.

(실시예)

하기 실시예는 본 발명을 예시하고 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은 이에 제한되지 않는다. 본 명세서에 기재된 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, 펠링 부피 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 고형물을 함유하는 전분 용액을 제조하였다. 다음 단계를 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 계산식으로부터 알 수 있다:

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모의 소화 - (Englyst 외, European Journal of Clinical Nutrition, 1992, 46, S33-S50) - 식품 샘플들을 저작하는 것처럼 분쇄하였다/저몄다. 분말 전분 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 첨가하였다.

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.

각 시료 분석 배치는 증자되지 않은 옥수수 전분의 표준 시료를 포함한다. 옥수수 전분의 소화 수치(%)의 허용 영역은 하기와 같다:

시료	S20	S120	RS
옥수수 전분¹	17.5±2.5	80±5	약 37.5

¹Melogel^(R)전분, 미국 뉴저지주 브리지워터 소재의 National Starch and Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능함.

증자 모형 - 저습에서의 상업용 식품 가공을 모의하기 위한 모형을 사용하였다. 상기 모형은 50 % 고형물 함량의 전분 수용액을 사용하였고, 190℃ 오븐에서 약 20분간 구었다. 이런 다음, 상기 샘플을 분쇄하여, 입경이 250 마이크론 이하가 되도록 선별하였다.

실시예 1-저항 옥수수 전분의 제조

A. 10 ㎏의 밀랍성 메이즈 전분을 30 ℓ 물에 슬러리로 제조하였다. 상기 슬러리를 310 내지 315℉(154.4 내지 157.2℃) 및 80 psi(5.52×10⁵㎩)의 배압(back-pressure) 하의 풍부한 증기에서 제트-증자하였다. 이런 다음, 증자된 전분을 반응 용기에 넣고 55℃로 냉각하였다. 물: HCl을 3:1의 비율로 첨가하여 상기 용액의 pH를 4.0으로 조정하였다. 전분 중량 기준으로 이소아밀라아제 0.2%를 첨가하여 당가지 제거 반응을 개시하였다. 상기 pH 4.0, 55℃에서의 상기 반응 24시간 후, 3% NaOH를 사용하여 pH를 6.0으로 조정하고, 상기 샘플을 85℃에서 20분간 가열하여, 효소를 변성시켰다. 이런 다음, 열을 차단하고, 상기 샘플을 실온으로 냉각하여, 하룻밤 동안 결정화하였다(16 시간). 적정 뒤 샘플 케이크를 수득하고, 그 생성물을 공기 건조시켰다.

B. 4 ㎏의 Amioca^TM50 전분(National Starch and Chemical Company에서 상업적으로 시판하는 산성 전환된 밀랍성 옥수수 전분)을 6 ℓ 물에 슬러리로 제조하였다. 물:HCl을 3:1의 비율로 첨가하여, 상기 슬러리의 pH를 4.0으로 조정하였다. 이런 다음 상기 시료를 제트-증자하여 반응 컨테이너에 넣고, 온도를 55℃로 냉각하였다. 0.2%의 이소아밀라아제를 첨가하여 상기 반응을 24시간 동안 진행시켰다. 물:HCl을 3:1의 비율로 첨가하여 그 pH를 2.0으로 조정하였고, 이를 30분간 방치하여 효소를 사멸하였다. 이런 다음, 3% NaOH를 사용하여 pH를 6.0으로 중화시켰다. 상기 시료를 실온으로 냉각시키고, 하룻밤 동안 결정화하였다(16 시간). 적정 후 샘플 케이크를 수득하여, 이를 공기 건조시켰다.

C. 상기 전분을 FloMax^TM5 전분(National Starch and Chemical Company에서 상업적으로 시판하는 산성 전환된 밀랍성 옥수수 전분)을 사용한 것을 제외하고는 실시예 1B의 방법을 반복하였다.

D. 5.4 ℓ의 물에서 1.8 ㎏의 밀랍성 옥수수 전분을 슬러리로 제조하였다. 상기 슬러리를 310 내지 315℉(154.4 내지 157.2℃), 80 psi(5.52×10⁵㎩) 배압 하의 풍부한 증기에서 제트-증자하였다. 일정한 교반 하에, 증자된 상기 전분 용액을 10% 고형물로 희석하고, 55℃ 수조 내 반응 컨테이너에 두었다. 물:HCl을 3:1의 비율로 첨가하여, 상기 샘플의 pH를 4.0으로 조정하였다. 상기 샘플의 온도를 55℃로 유지하면서, 건조 전분 중량 기준 0.2%의 이소아밀라아제를 첨가하여 당가지 제거 반응을 개시하였다. 상기 샘플의 DE가 7.5에 도달한 뒤(약 8시간 반응),pH를 2.0으로 떨어뜨려 효소를 변성시킨 다음, 3%의 수산화나트륨을 사용하여 6.0으로 증가시켰다. 이런 다음, 상기 샘플을 실온으로 냉각시켜 하룻밤 동안 결정화하였다(16 시간). 이를 적정하여 샘플 케이크를 수득하고, 공기 건조하였다.

상기 샘플에 대한 DSC 분석 결과 및 저항 전분 함량을 얻었다. 이들 결과를 표 1에 요약한다.

표 1

모든 샘플들이 70% 이상의 RS를 나타내었다. 또한, DSC 측정 결과 모든 샘플들이 110℃이상의 피크 온도를 나타내었다.

실시예 2-저항 감자 전분의 제조

3 ㎏의 저아밀로오스 감자 전분(독일의 Lyckeby사에서 상업적으로 시판함)를 9 ℓ 물에서 슬러리로 제조하고, 상기 샘플을 완전 증기로 제트-증자하였다. 증자된 상기 전분 용액을 55℃로 냉각하고, 물:HCl를 3:1의 비율로 사용하여 상기 용액이 pH를 4.0으로 조정하였다. 건조 전분 중량 기준 0.2%의 이소아밀라아제를 첨가하여 당가지 제거 반응을 개시하였다. 상기 반응 24 시간 후, 상기 샘플의 pH를3% NaOH를 사용하여 5.5로 증가시키고, 끓는 물이 담긴 욕조에서 85℃로 20분간 가열하여 효소를 변성시켰다. 상기 샘플을 하룻밤 동안 실온으로 냉각시켜(16 시간), 생성물을 결정화하였다. 이를 적정하여 샘플 케이크를 수득하고, 상기 샘플을 공기 건조시켰다. 표 2에 상기 저항 전분의 함량 및 DSC 분석 결과를 요약한다.

표 2:

당가지 제거되고 결정화된 저아밀로오스 감자 전분 샘플은 70% 이상의 RS를 포함하였고, DSC 분석에 의한 피크 온도는 110℃ 이상이었다.

실시예 3-저항 전분의 내가공성

저습 모형을 사용하여 몇 종류의 당가지 제거된 저항 전분을 가공하고, 처리하지 않은 전분과 각 저항 전분을 비교하여 나타내었다. 이 결과를 아래의 표 3에 나타낸다.

표 3

표 3에 나타난 바와 같이, 본 발명의 전분은 저항 전분 함량이 파괴되지 않는 내가공성이 있음을 알 수 있다.

본 발명의 이소아밀라아제를 사용하여 저아밀로펙틴 전분을 충분히 당가지 제거함으로써 제조된 저항 전분은 영양 보충물을 포함하는 식용 제품에 유용하다.

Claims

고결정성의 충분히 당가지 제거된(debranched) 선형 α-글루칸을 포함하는 저아밀로오스 전분을 완전히 당가지 제거함으로써 제조된 저항 전분 조성물로서, 상기 조성물은

a) 상기 저항 전분의 함량이 적어도 약 70 중량%이고;

b) 덱스트로스 당량(dextrose equivalent)이 약 4.0 이상이고 ;

c) DSC(differential scanning calorimetry)로 측정한 피크 융점 온도(T_p)가 적어도 약 90이며;

d) DSC로 측정한 엔탈피(ΔH)가 적어도 약 25 J/g인 것

을 특징으로 하는 조성물.
제1항 기재의 조성물의 제조방법으로서,

a) 저아밀로오스 전분을 이소아밀라아제를 사용하여 완전히 당가지 제거하고;

b) 당가지 제거된 전분을 결정화하고;

c) 고결정성의 당가지 제거된(debranched) 전분을 건조시키는 단계

를 포함하는 제조방법.
제1항 기재의 조성물을 포함하는 식용 제품(edible product).
제3항에 있어서,

상기 제품이 프리바이오틱 보충물(prebiotic supplement)인 식용 제품.