KR20050022960A - 사고계 겔 전분 - Google Patents

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KR20050022960A
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털크섹랄프엠.
포드페트릭제이.
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내쇼날 스타치 앤드 케미칼 인베스트멘트 홀딩 코포레이션
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Abstract

본 발명은 사고계 겔화 전분 및 그 용도에 관한 것으로, 본 발명에 따른 개질 전분은 매우 빠른 겔화 특성, 높은 겔 강도 및 우수한 탄성을 가진다. 상기 특성들은 홀딩 시간 및 공정 시간을 크게 감소시킨다. 나아가, 높은 겔 강도로 인해 최종 제품의 겔 강도 충실성 또는 조직의 손실 없이 전분 수준을 감소시키는 것이 가능하다. 즉석 겔화 전분은 파이 및 크림소, 푸딩, 스프레드 및 젤리와 같이 정지 시 겔화되는 형태의 푸드 시스템에서 특히 유용하다.

Description

사고계 겔 전분 {SAGO-BASED GELLING STARCHES}
본 발명은 예비 젤라틴화되거나(pregelatinized) 냉수 분산성(cold water dispersible)인 개질 전분(modified starch) 및 그 제조방법에 관한 것이다. 보다 상세히, 본 발명은 향상된 겔화 특성을 가진 사고계 개질 전분(modified sago-based starch)으로서, '즉시' 또는 다른 겔화 전분에 비해 빠르게 겔화하는 전분에 관한 것이다.
파이 소 (pie fillings), 푸딩 및 젤리와 같은 푸드 시스템은 제조시 세트 또는 겔 조직 (set or gel texture)을 가진다. 이러한 형태의 푸드 시스템은 일반적으로 겔화제를 포함하여, 겔화를 위해 조리되어야 한다. 이러한 목적으로 사용되는 통상의 겔화제는 한천(agar), 젤라틴, 옥수수 전분, 펙틴, 카라기닌(carrageenin), 알긴(algin) 및, 로쿠스트 콩 검과 잔틴검의 조합을 포함한다. 전분은 그의 겔화 특성에 의해 생성물에 조직을 부가하기 위해 사용될 수 있다. 예를 들어, 소정의 수 유동수준(water fluidity level)까지 전환된 산 전환 전분 유도체는 조리 시 겔로 퇴화된다. 이러한 전분의 예로서는 콘, 포테이토, 타피오카 및 밀로부터의 유도체를 들 수 있다.
종래 기술에 따른 전분계 푸딩은 겔화를 위해 조리를 필요로 하는 식료품의 예이다. 이러한 푸딩은 일반적으로 젤라틴화되지 않은 전분, 향료(flavorings), 감미제 등을 포함하며, 우유를 첨가하고, 전분이 젤라틴화될 때까지 조리하고, 조리된 혼합물을 보울 또는 개개의 1인용 접시에 부어 넣고, 냉각 및/또는 냉동시키는 과정을 거쳐 소비를 위해 준비된다.
그러나, 이러한 형태의 푸드 시스템은 겔 조직을 부여하기 위해 필요한 조리과정 뿐만 아니라, 푸드 시스템의 다른 필요 요건들때문에 유리하지 않다. 예를 들어, 젤라틴은 매우 뜨거운 물에 용해시킨 후에만 사용할 수 있으며, 젤리에 사용되는 일반적인 펙틴은 겔의 생성을 위해 대략 65%의 설탕 고형분을 필요로 한다.
조리 과정 없이 겔을 형성하는 세트 또는 겔 조직을 가지는 다른 푸드 시스템도 공지되어 있다. 이들 제품들 중 다수는 유제품 계열로서, 예비 젤라틴화된 (즉, 냉수에 분산가능한) 전분 및, 일반적으로 포스페이트염 (예: 테트라소디움피로포스페이트)인 하나 이상의 세팅제(setting agent) 뿐만 아니라, 향료, 감미제 및 색소(coloring agent)를 포함한다. 이러한 푸드 시스템의 세트 또는 겔 특성은 포스페이트염과, 우유에 의해 제공된, 카제인(casein) 및 칼슘 이온 간의 상호작용에 의한 것이며, 조성물 내에서의 전분 성분과의 상호작용에 의한 것은 아니다. 이 때, 예비 젤라틴화된 전분은 점도 증가제 또는 증점제로서 역할을 한다. 그러나, 이는 제조된 푸드 시스템의 겔 구조의 발달에 주요 인자는 아니다.
이러한, 조리되지 않은 소위 "즉석" 식품 조성물은 일반적으로 조리된 조성물의 단단한 겔 단단한 겔 구조를 가지지 않는다. 예를 들어, 이들은 스푼으로 깨끗하게 잘리지 않는다. 나아가, 이들의 조직은, 부드럽기 보다는, 외관 및 '미각'에서 '알갱이상(grainy)'으로 특징지워질 수 있다. 또한, 세팅염제(setting salt agent)는 낮은 pH에서나 비-유제품계 푸드 시스템 내에서는 작용하지 않는다.
세트 또는 겔 조직을 가진 비-유제품계 푸드 시스템으로서, 조리 없이 겔을 형성하는 시스템도 개시되어 있다. 미국특허 제4,207,355호는, 냉수 분산성의 개질 타피오카 전분을 개시하고 있는 바, 상기는 냉수에 분산시 겔을 형성한다. 상기 전분 제품은 타피오카 전분을 특정한 수유동성(water fluidity)으로 전환하고 가교제와 반응시켜 브라벤더 점도인자를 선택된 영역으로 한 타피오카 전분을 드럼 건조하여 제조한다. 상기 특허는, 전분을 유동성 전분로 전환하지 않은 채, 이를 단순 가교하고 드럼 건조함에 의해서는 겔화 특성을 가지는 생성물을 제조할 수 없다고 개시하고 있다.
미국특허 제4,207,355의 역 공정, 즉, 천연 타피오카 전분을 가교시키고, 이를 유동성 형태로 전환한 다음, 마지막에 드럼 건조하는 것이 미국특허 제 4,229,489호에 개시되어 있다.
미국특허 제4,228,199호는 냉수에 분산가능한 개질 포테이토 전분으로서, 냉수에 분산되었을 때 겔을 형성하는 것를 개시하고 있다. 상기 전분 생성물은, 선택된 범위내의 브라벤더 점도인자를 주기위해 가교제와 반응시킨 감자전분을 드럼 건조하여 수득한다. 미국특허 제4,207,355호 및 제4,229,489호에서 요구되는 특정 수 유동성(water fluidity)까지 전분을 전환시키는 단계는 199'특허에서는 요구되지 않는다. 그러나, 필요한 경우, 포테이토 전분은 가교단계 전 또는 후에 특정 물 유동성으로 전환될 수 있다.
미국특허 제4,391,836호는 즉석 겔화 천연 타피오카 또는 천연 포테이토 전분을 개시하고 있는 바, 상기는 천연 전분을 드럼 건조하고, 이어서 드럼 건조된 전분을 열처리하여 그의 점도를 특정 한계내로 감소시킴에 의해 냉수에 분산가능도록 만든다. 약간 전환된 타피오카 또는 감자 전분은 천연 전분 대신 사용될 수 있다.
일반적으로, 검 과자(gum confections)는 유동성 전분 또는 고 아밀로즈 전분과 유동성 전분의 조합을 사용하는 바, 이들은 과자류의 최종 수분 함량 이상의 수분 함량에서 조리되어, 묽고 뜨거운 액체로서, 건조 전분로 형성된 몰드에 놓여진다. 상기 몰드 내의 전분은 과자류 조각을 형성하고, 과자의 수분함량을 최종 제품의 수준까지 감소시키는 역할을 한다. 상기 전분 몰드 캐스팅 공정은 취급 및 포장에 충분한 겔 강도 충실성 및 바람직한 생성물 조직을 얻기 위해서 긴 공정시간을 필요로 하는 단점이 있다.
미국특허 제 6,447,615호는 수 유동성이 대략 40 내지 80인 전환된 사고 유동성 (즉, 점성) 전분을 개시하고 있다. 상기 사고 유동성 전분은 매우 강한 겔을 형성하여 다른 종류의 식물로부터 유도된 유동성 전분에 비해 빠른 겔화 속도를 가진다. 그러나, 사고 유동성 전분은 낮은 고형분에서 겔 강도가 약하고, 용해작용(synerisis)이 발생한다. 이러한 전분이 과자류에서는 유용하지만, 파이 및 크림 소, 푸딩, 스프레드 및 모조 젤리와 같은 식품 조성물에서는 바람직하지 않다.
따라서, 현재 시판되는 즉석 겔 전분보다 더 빨리 강한 겔을 형성하는 즉석 겔화 전분에 대한 요구가 있다. 나아가, 조직이 부드럽고, 냉수 분산성 전분에서 종종 발견되는 알갱이들이 없는 즉석 겔화 전분에 대한 요구가 있다.
본 발명은 개질된 사고계 전분 및 그 이용에 관한 것이다. 상기 전분은 매우 빠른 겔화특성, 높은 겔 강도, 외관과 미각상 부드러운 조직을 가지며, 절단 가능하다. 이러한 특성은 공정 시간을 크게 감소시키며, 홀딩 시간(hold time)을 감소시킨다. 나아가, 보다 높은 겔화 강도로 인해 최종 생성물의 겔 강도 충실성(intergrity) 또는 조직의 손실 없이 전분 수준을 감소시킬 수 있다.
상기와 같은 특성은 겔화특성을 가진, 냉수 분산성 개질 사고 전분에 의해 달성된다. 개질 사고 전분은, 대략 400 내지 850의 브라벤더 유니트의 점도로 전환하고 억제한 사고 전분을 물리적으로 개질하여 제조한다. 이처럼 전환 및 억제된 개질 전분은 20 gram/force 이상의 겔 강도를 가진 겔을 상온 및 산성 조건하에서 5시간의 제조 내에 형성할 수 있다. 일단 겔화된 경우, 분산액은 절단시 그 모양을 유지한다.
본 발명의 개질 전분은, 추가의 조리 없이 전분 겔이 요구되는 임의의 식품 조성물에서 유용하다. 본 발명에 따른 전분은 특히 파이 및 크림소, 푸딩, 스프레드, 젤리 및, 물 또는 우유로 재구성되어 상온에서 고정될 수 있는 즉석 믹스에서의 사용에 적합하다. 본 발명에 따른 전분을 함유한 푸드 시스템은 조리된 식품 조성물의 것과 매우 유사한 조직, 외관, 겔 구조 및 풍미를 가진다.
본 발명은 추가로 겔화 특성을 가진 냉수 분산성의 개질 사고 전분에 관한 것이다. 상기 개질 사고 전분은 대략 400 내지 1000 브라벤더 단위의 점도로 전환되고 억제된 사고 전분을 예비 젤라틴화시킴에 의해 제조된다. 상기 전환 및 억제된 전분은 바람직하게는, 대략 80℃ 내지 90℃에서 측정하였을 경우, 브라벤더 점도 미분 (BVD: Brabender Viscosity Differential)이 대략 -35 BVD 내지 대략 25 BVD 이다.
본 발명은 추가로 대략 400 브라벤더 유니트(BU) 내지 대략 850 브라벤더 유니트의 점도를 가지며, 10%의 고형분 함량에서 사고 전분 및 옥수수 전분의 겔 강도를 측정하였을 경우, 대략 400 BU 내지 1000BU의 점도를 가진 비교되는 옥수수 전분보다 최소한 100% 더 큰, 겔 강도를 가진 사고 전분에 관한 것이다.
나아가, 본 발명은 겔화 특성을 가진 냉수 분산성의 개질된 사고 전분의 제조방법을 제공한다. 상기 방법은, 사고 전분을 대략 400 브라벤더 유니트(BU) 내지 1000 브라벤더 유니트의 점도로 전환(convert)하고; 가교된 전분이, 대략 80℃ 내지 90℃에서 측정하였을 경우, 대략 -35 BVD 내지 대략 25 BVD의 브라벤더 점도 미분 ("BVD")을 가지도록 상기 사고 전분을 억제하는(inhibit) 것을 포함한다. 상기 전환, 억제 및 예비 젤라틴화된 사고 전분은, 제조로부터 5 시간 이내에 30 그램이상의 블룸 강도(bloom strength)를 가지는 겔을 형성할 수 있다. 상기 방법은 전분을 표백하는 추가 단계를 포함할 수 있다.
본 발명에 사용된 전분 베이스 재료는 사고 야자수의 속(pith)으로부터 추출된 천연 사고 전분이다. 상기는 전분 중 대략 40% 이상이 아밀로즈인 고아밀로즈 유도체를 포함한다. 과립상 전분은 대략 400 내지 850 브라벤더 유니트의 점도로 전환된다. 상기 전분은, 본 명세서에서 정의된, 개질 전분을 제조하는 적절한 퇴화 방법을 사용하여, 그의 점성(viscosity) 또는 저점도(thin-boiling) 형태로 전환된다. 이러한 퇴화는, 예를 들어, 황산 또는 염산과 같은 산을 사용한 마일드한 산 가수분해, 과산화수소를 사용한 전환 또는 효소 전환을 포함한다. 전환된 사고 생성물은 다양한 기술에 의해 전환된 사고 전분 뿐만 아니라, 미전환의 사고 전분과 블랜드된 전환된 사고전분을 포함할 수 있다.
상업적으로, 전분은 산 또는 효소 전환 기술에 의해 전환된다. 산 처리에 의해 전분을 제조할 경우, 과립상 전분 베이스는 산의 존재하에 필요한 점도까지 가수분해된다. 상기는 전분의 젤라틴화점 이하의 온도에서 이루어진다. 전분은 수중에서 슬러리화되고, 이어서, 통상은 진한 형태인, 산의 첨가가 행해진다. 일반적으로 반응은 8 내지 16시간에 걸쳐 진행되며, 이후, 슬러리는 대략 5.5 의 pH로 조절된다. 이어서, 여과에 의해 전분을 수득할 수 있다.
효소 처리에 의하여 전분을 전환할 경우, 과립상 전분 베이스를 물에 슬러리화 시키고, pH를 대략 5.6 내지 5.7로 조절한다. α-아밀라제와 같은 효소를 소량(예를 들어, 대략 전분의 0.02%)으로 슬러리에 첨가한다. 상기 슬러리를 이어서 전분의 겔화점 이상까지 가열한다. 바람직한 전환율에 도달한 경우, 예를 들면, 산을 사용하여, 슬러리의 pH를 조정함으로써 효소를 불활성화시킨다. 분산액을 효소의 불활성화에 필요한 pH에서 적어도 10분간 유지한다. 이어서, 상기 pH를 재조정할 수 있다. 수득된 효소 전환 전분은 제트-조리하여 전분의 완전한 용해화 및 잔류 효소의 불활성화를 보장할 수 있다. 효소의 종류 및 농도, 전환 조건 및 전환 길이는 최종 생성물의 조성에 영향을 준다. 다른 효소 또는 효소의 조합도 사용될 수 있다.
과산화수소를 단독으로 또는 금속 촉매와 함께 사용하여, 전분을 전환하거나 저점도로 만들 수 있다(convert or thin). 예를 들어, 미국특허 제3,655,644호는 과산화수소 및 구리이온 촉매를 사용하여 유도화된 전분을 저점도화 하는 방법을 개시하고 있다. 미국특허 제3,975,206호는 산성 pH에서 철, 코발트, 구리 또는 크롬 등의 중금속염 촉매와 조합으로 과산화수소를 사용하여 전분을 저점도화 하는 방법을 개시하였다. 상기 특허는 추가로 다양한 조건 하에서 과산화수소로 전분을 퇴화하거나 저점도화 하는 것에 관한 다수의 참조를 나열하고 있다. 미국특허 제4,838,944호는 과산화수소 및 촉매량의 마그네슘염, 바람직하게는 포타슘 퍼망가네이트를 사용하여, pH 11.0 내지 12.5의 수성 슬러리 내에서 과립상 전분을 퇴화하는 방법을 개시하고 있다 ('마녹스'전환: manox conversion). 보다 최근, 미국특허 제5,833,755호는 과산화수소로 과립상 전분을 퇴화하는 공정을 개시하고 있다. 상기 공정은 전분의 겔화 온도 이하의 온도에서 수행된다. 상기 공정은, pH 11.0 내지 12.5에서 과립상 전분의 수성 슬러리를 제공하는 단계, 촉매 유효량의 금속 배위체 촉매를 상기 수성 슬러리에 첨가하는 단계, 및 상기 수성슬러리에 과립상 전분을 퇴화하기에 유효한 양으로 과산화수소를 첨가하는 단계를 포함한다. 바람직한 구현예에서, 상기 사고 전분은 과산화수소에 의해 전환된다.
본 발명의 사고 전분은 대략 400 내지 대략 850 브라벤더 유니트("BU")의 점도로 전환된다. 점도란, 형태의 변화에 대한 재료의 저항으로 인식되고 있는 바, 점도 증가 시 재료의 저항도 증가한다. 천연 및 개질 전분의 점도는 제어된 가열 및 냉각동안 측정된다. 전분 점도는 일반적으로 브라벤더 유니트로서 주어지며, 이는 비스코그래프(viscograph) (예를 들어, 뉴저지 사우스 헤켄섹 소재의 C.W. Brabender Instrument Inc. 제조의 Visco-Amylo-Graph?) 를 사용하여 측정할 수 있다. 350 및/또는 750 cmg 카트리지, 75rpm의 보울 회전 속도 및 50℃의 시작온도를 포함할 수 있는 표준화 키트를 사용할 수 있다. 점도 결정동안 이어지는 온도의 증가 및 감소는 1.5℃/분이다. 여러가지 소정의 온도에서 전분 슬러리의 농도 및 양에 기초하여, 아밀로그램(amylogram)으로부터의 토크 데이터를 결정함에 의해 점도를 정확하고, 재현가능한 측정할 수 있다. 겔 온도는 점도가 20BU 증가한 온도이다. 최고 온도는 점도가 최고치에 달할 때의 온도이다. 피크 점도는 최고 온도에서의 BU이다.
베이스 물질은 당해 기술분야에서 공지된 방법을 사용하여 화학적 및/또는 물리적으로 개질될 수 있다. 개질은 베이스 또는 전환된 사고 전분에 행해질 수 있으나, 일반적으로는 전환 후 개질을 수행한다.
화학적으로 개질된 전분은, 가교 전분, 아세틸화 및 유기적 에스테르화된 전분, 히드록시에틸화 및 히드록시프로필화된 전분, 포스포릴화 및 무기적 에스테르화된 전분, 양이온성, 음이온성, 비이온성 및 양성 이온성 전분, 및 전분의 숙시네이트 및 치환된 숙시네이트 유도체를 포함하나, 이에 제한되지는 않는다. 이러한 개질은 당해 기술분야, 예를 들어, Modified Starches: Properties and Uses, 제 3 내지 10 장, pp. 41-147, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986)에 개시되어 있다.
국제특허공보 WO95/04082에 개시된 열적으로 억제된 전분과 같이 물리적으로 개질된 전분 또한 본 발명에서 적절하게 사용할 수 있다. 물리적으로 개질된 전분은, 높은 분율의 아밀로즈가 있는 분획화된 전분도 포함하고자 한다.
바람직한 개질 전분은 가교 전분이다. 전분의 개질 시, 전분 분자간에 연결을 형성할 수 있는 적절한 가교제로 반응시킨다. 일반적으로 본 발명에서 적합한 가교제는 에피클로로히드린, 선형 디카르복시산 무수물, 아크롤레인, 포스포로스옥시클로리드 및 가용성 메타포스페이트와 같이, 식품에서의 사용이 허가된 것들이다. 생성물이 식품으로 사용되기 위한 것이 아니라면, 포름 알데히드, 시아누릭 클로리드(cyanuric chloride), 디이소시아네이트, 디비닐술폰, 등과 같이 다른 공지된 가교제도 사용될 수 있다. 바람직한 가교제는 포스포러스 옥시클로리드, 에피클로로히드린, 소디움 트리메타포스페이트(Sodium trimetaphosphate: STMP) 및 무수 아디프-아세트산(adipic-acetic anhydride)이고, 가장 바람직하게는, 포스포러스 옥시클로리드이다.
가교 반응 그 자체는 가교된 과립상 전분의 제조를 위한 문헌에 기술된 표준적 방법에 따라 수행된다. 이러한 기술의 예로서는, 미국특허 제 2,328,537호 및 제 2,801,242호를 포함한다. 물론, 사용된 정밀한 반응조건은 사용된 가교제의 종류 뿐만 아니라 전분 베이스의 종류, 반응 스케일 등에 따라 변화한다. 전분과 가교제간의 반응은 수성 매질 내에서 수행될 수 있다. 본 바람직한 구현예의 경우, 전분은 물에서 슬러리화되어 적절한 pH로 조절되고, 이어서 가교제가 첨가된다.
가교 반응은 일반적으로 5℃ 내지 대략 60℃의 온도에서, 바람직하게는 대략 20℃ 내지 대략 45℃의 온도에서 수행된다. 대략 60℃를 초과하는 온도를 사용하는 경우, 과립 팽윤 및 여과의 어려움 혹은 전분의 젤라틴화 등이 일어날 수 있어 바람직하지 않다. 또한, 전분은 예비 젤라틴화될 때까지 과립상을 유지하는 것이 바람직하다. 반응시간은 가교제 및 사용된 온도에 따라 변할 수 있으며, 일반적으로는 0.2 내지 16시간이다.
가교 반응 완료 후, 통상의 산 또는, 필요한 경우, 염기를 사용하여 반응 혼합물의 pH를 대략 5 내지 대략 6.5 조절한다. 과립상 생성물을 여과에 의해 회수하여 세정하고, 예비 젤라틴화 전 건조할 수 있다. 그러나, 상기 세정 단계는 본 발명의 목적상 꼭 필요한 것은 아니며, 가교된 생성물 그 자체를 단리하지 않고 직접 예비 젤라틴화할 수 있다.
본 발명에서 정의된 특성을 가지는 생성물을 제공하기 위해 필요한 가교제의 양은 예를 들어, 전분의 전환도, 사용되는 예비 젤라틴화의 종류, 사용된 가교제의 종류, 가교제의 농도, 반응조건 및, 그의 점도 특성에 의해 정해지는 특정 범위의 가교에 해당하는 가교된 전분을 가지기 위한 필요조건 등에 따라 변화할 수 있다. 당업자는 최종 제품의 특성을 정하는 것은 반응 용기내에 첨가되는 가교제의 양이 아니라, 브라벤더 점도에 의한 측정으로서, 전분과 실제로 반응한 가교제의 양이라는 것을 알 것이다. 한편, 반응에 사용되는 가교제의 양은, 전분의 수 유동성(water fluidity)에 따라, 일반적으로 대략 0.01 중량% 에서 0.07 중량%까지 변화한다. 사용된 가교제의 종류에 따라 보다 많거나 혹은 적은 양이 사용될 수 있다. 그러나, 모든 경우에 있어, 가교제의 양은 0.005 중량% 이상이어야 한다.
브라벤더 점도로 측정하였을 경우, 전분이 다양한 전환도를 가질 수 있으므로, 각각의 전환 수준은 동일한 양의 가교를 가진 상이한 점도를 가져온다. 따라서, 본 명세서에서 정한 조건하의 겔을 형성하는 개질 전분을 제조하기 위해 필요한 특정의 브라벤더 점도값은 전환도에 크게 의존한다. 그러므로, 필요한 400 내지 850 브라벤더 유니트 범위내에서 모든 전분에 적용가능한 브라벤더 인자를 고정하는 것은 불가능하다. 특정된 최소 겔 강도를 가지는 전분을 제조하는, 브라벤더 점도와 겔 강도간의 최적의 상관관계는, 가교제의 필요한 양을 브라벤더 점도 미분 (Brabender Viscosity Differential: "BVD")으로 불리우는, 아래 정의된 인자로 표현함에 의해 만들어 진다:
[(V95-V80)/V80]×100
(상기 식에서, V95 및 V80은 각각 95℃ 및 80℃에서 전분의 브라벤더 점도이다).
BVD는 백분율 단위로 나타나며, 브라벤더 곡선이 증가하는지 (양의 BVD, 높은 수준의 억제), 또는 최고점을 통과하여 떨어지는지 (음의 BVD, 낮은 수준의 억제)에 따라 양의 값 또는 음의 값이 될 수 있다. 대략 400 내지 850의 브라벤더 유니트의 경우, 전환되고 가교된 전분의 브라벤더 점도 미분은, 350cm-g 카트리지를 사용하여 7% 고형분에서 측정하였을 경우, 대략 -40 으로부터 대략 +30% 까지 넓게 변한다. 당업자는 전술한 BVD 범위내의 값들 모두가, 주어진 브라벤더 유니트 범위내의 값을 가지는 전분을 위해 적용 가능하지는 않다는 것을 알 수 있다. 적절한 BVD는, 이하에서 설명하는, 각 브라벤더 유니트 및 사용된 예비 젤라틴화 방법을 위해 개별적으로 정해져야 한다.
본 발명에서 사용되기에 적절한 특성을 가지는 전분 또는 전분 블랜드는 모든 개질 또는 전환의 전 또는 후에, 당해 기술분야에 공지된 방법에 의해 정제하여 전분로부터, 전분 고유의 또는 공정 중에 발생한 향미, 냄새 또는 색을 제거할 수 있다. 전분을 처리하기 위한 적절한 정제 방법은 유럽 특허 No. 554 818호로 대표되는 특허군에 개시되어 있다. 알칼리 수세 공정 또한 유용하며, 미국특허 제 4,477,480호 및 제5,187,272호로 대표되는 특허군에 개시되어 있다. 바람직하게는, 전분은 수산화 나트륨 등의 알칼리 토금속의 수산화물로 알칼리 세정한다. 나아가, 상기 세정은 전분의 전환 및/또는 가교 전 일어날 수 있다.
상기 단계에서 수득한 가교, 전환된 사고 전분은 냉수 분산성이 되기 위해 예비 젤라틴화되어야 한다. 드럼 건조, 스프레이 건조, 압출, 제트-쿡킹(jet cooking) 등을 포함한 당해 기술분야의 다양한 기술들에 의해 상기 전분을 예비 젤라틴화 시킬 수 있다. 예비 젤라틴화된 전분의 제조를 위한 예시적 공정은, 미국특허 제1,516,512호, 1,901,109호, 2,314,459호, 2,582,198호, 2,805,966호, 2,919,214호, 2,940,876호, 3,086,890호, 3,133,836호 3,137,592호, 3,234,046호, 3,607,394호, 3,630,775호, 4,280,851호, 4,465,702호, 5,037,929호, 5,131,953호 및 5,149,799호에 개시되어 있다.
바람직하게, 본 발명에서 상기 예비 젤라틴화는, 전분을 대략 12% 이하의 수분율로 건조시키는 단일 드럼 또는 이중 드럼을 구비한 적절한 드럼 건조기를 사용하여 달성될 수 있다. 전분 슬러리는, 교반자 및 로터(rotor)를 가진 탱크 또는 배트(vat)로부터, 일반적으로 드럼(들) 위에 다공 파이프 또는 진동 팔을 통해 공급된다.
전술한 점도 및 가교 수준은 상호 의존적인 것이나, 이들은 사용된 드럼 드라이어에 따라 어느 정도 변화할 수 있다. 높은 전단(shear)을 가져오는 예비 젤라틴화 기술은 전분이 그 겔화 특성을 가진 본 발명의 개질 전분을 수득하기 위해 높은 수준의 가교를 가질 필요가 있는 것으로 밝혀졌다. 어떠한 이론으로 제한하려는 것은 아니나, 본 발명에 따른 생성물의 독특한 겔화 특성은 예비 젤라틴화 동안의 아밀로오즈 방출과 관련된 것으로 추측할 수 있다. 전분의 전환은 전분 과립을 변화시켜 아밀로오즈의 크기를 조절하고 방출된 아밀로오즈의 양을 조절하며; 가교는 아밀로오즈 방출의 인자로서, 예비 젤라틴화동안 전단 파괴에 대한 과립의 저항을 증가시킨다. 따라서, 높은 전단으로 예비 젤라틴화하는 기술은 과립을 보다 많은 정도로 파괴하여 더 많은 아밀로오즈를 더 빠른 속도로 방출할 수 있다. 예비 젤라틴화 동안 (예를 들어, 드럼 건조 중에), 방출된 아밀로오즈는 팽화된 과립 표면상에 침적되고 물을 첨가하는 경우, 쉽게 재 분산된다. 그러나, 만일 전분이 더욱 고도로 가교되어 있는 경우, 파괴에 저항하여 그의 겔화 특성에 악영향을 주는 일 없이 고전단 장치(higher-shear apparatus)를 사용하여 성공적으로 예비 젤라틴화될 수 있다.
예비 젤라틴화 후, 전분 생성물을 장치로부터 제거하고, 이어서 파우더로 분쇄한다(pulverize). 대안으로서, 생성물은, 특정한 최종 용도에 따라, 플레이크 형태로 될 수도 있으나, 파우더 형태가 바람직하다. 임의의 종래 장치, 예를 들어, 피츠밀(Fitz mill), 그라인더, 또는 햄머밀(hammer mill)을 사용하여 적절한 플래이킹 또는 분쇄공정을 수행할 수 있다.
예비 젤라틴화로부터 수득한 최종 제품은 물 또는 유제품과 같은 수성 용액상에 분산되었을 때 겔을 형성하는 냉수 분산성 전분이다. 겔 형성의 결정 및 겔 강도의 측정은 대상 평가 및 조직 분석 기록에 의해 수행된다. 측정의 상기 두가지 방법은, (부분적으로는 어떤 생성물에 있어서의 점착성 때문에) 항상 일관적이지는 않으나, 본 발명상의 목적을 위해서는, 5시간의 제조 중에, 본 발명의 개질 전분은 20 그램 이상, 바람직하게는 30 그램 이상 및 가장 바람직하게는 45 그램 이상의 겔 강도를 가지는 겔을 형성해야 한다. 바람직하게는, 본 발명의 개질된 사고 전분은 6%의 고형분 함량의 양으로 제공된 경우, 식품 시스템 내에서 겔을 형성한다.
수득한 개질된 사고 전분은, 옥수수와 같이 다른 베이스로부터 제조된 비교가능한 전분에 비해 보다 빠른 겔화 속도를 가진다. 도 6에 나타낸 바와 같이, 최종의 개질 사고 전분은, 옥수수 등 다른 베이스로부터 제조된, 비교되는 전분에 비해, 보다 빠르게, 일반적으로 100% 빠르게, 특히 300% 빠르게 겔을 형성한다. 이처럼 증가된 겔화 속도는 생성물 내의 전분 수준이 감소된 경우에도, 소망하는 겔 강도 및 조직을 달성할 수 있도록 한다. 예를 들어, 비슷한 겔 강도 및 조직을 제공하기 위해, 비교되는 옥수수 전분의 경우, 일반적으로 최소한 30% 이상, 특히 적어도 50% 이상, 더욱 특별하게는 적어도 100% 이상의 전분이 사용되어야 한다.
개질 사고 전분 겔은 원래 절단 가능하며, 탄성에 반대된다. 이러한 절단 가능 본성은, 절단성이 형태와 부드러움을 제공하는 파이소(pie filling)등과 같이, 많은 최종 용도의 응용에서 바람직하다.
최종의 개질 사고 전분은, 용해작용이 제한되는 경우에 있어, 일반적으로 양호한 함수 특성(water holding property)을 나타낸다. 상기 전분은, 낮은 pH, 전단 및 온도 허용범위의 관점에서, 일반적으로 개질된 타피오카 전분에 필적하거나 보다 우수하다. 예를 들어, 겔화에 가장 불리한 조건하에서 (예를 들어, pH 3.1의 산성 시스템내 및 상온에서), 본 발명에 따른 개질 사고 전분은 개질된 타피오카 전분과 같은 다른 개질 전분보다 빨리 보다 강한 겔을 형성한다.
본 발명의 개질 사고 전분은 젤라틴, 카제인, 펙틴, 아갈, 아라비아검, 단리된 콩 또는 육류 단백질, 및 특정한 겔화 검, 예를 들어 카라기난(carageenan)을 대체하기 위해 사용될 수 있다.
수득한 사고 유동성 전분은, 식품 제조, 개인위생 제품, 약학분야 및 기능식품 분야, 제지산업, 농업 제품, 및 페인트 분야, 특히, 펌프성이고 작업성 점도를 가진 높은 고형분의 전분 분산액을 제공하기 위해 저점도의 전분이 요구되는 다양한 산업적 용도에서 유용하다. 퇴화되거나 또는 전환된 전분이 특히 바람직하거나 혹은 필요한 산업분야에는 종이 및 종이보드 제조, 건조벽의 건축을 위한 석고보드의 제조 및 직물의 경사 사이징(warp sizing)도 포함된다.
식료품이라함은 음식과 음료를 지칭한다. 상기는 전분 검 캔디류, 국수, 푸딩, 커스타드, 플랜(flan), 파이소와 같은 소(fillings), 모조 치즈 및 치즈제품, 마아가린과 같은 스프레드, 토핑, 당의(icing), 모조 생선, 가금 또는 육류, 전분볼, 요구르트, 겔화 디저트, 젤리 및 달걀제품 등에 사용될 수 있다.
상기 개질 사고 전분은 특정한 최종 용도 응용을 위해 바람직한 특성들을 만족시키기에 필요한 임의의 양으로 사용될 수 있다. 일반적으로, 상기 전분은 제품의 대략 4 중량% 이상, 특히 6 중량% 이상, 더욱 특별히는 대략 7 중량% 이상의 양으로 사용된다.
하기 실시예에서, 달리 기재가 없는 경우, 모든 부 및 백분율은 중량에 대한 것이고, 온도는 섭씨온도이다. 하기 실시예는 본 발명을 더 자세히 설명하기 위해 나타내기 위해 제공된 것이며, 본 발명을 제한하기 위한 것으로 해석되어서는 안된다. 사용된 모든 백분율은 중량/중량에 따른 것이다. 하기 분석 및 시험 방법을 사용하여 모든 실시예에서 전분 제품의 특성을 분석하였다:
A. 조직 분석기를 이용한 겔 강도 측정
조직 분석기 모델 TA-XT2(영국 써리에 소재한 Stable Micro Systems로부터 상업적으로 입수 가능함)를 이용하여 겔 강도를 측정하였다. 전분 무수물 20 g을 탈이온수와 혼합하여, 소정 퍼센트의 전분 슬러리를 제조하였다. 이 슬러리를 교반하면서 20분간 물중탕으로 조리하여 걸쭉해질 때까지 현탁시킨 다음, 교반하지 않은 채 덮어 두었다. 전분 샘플로부터 형성된 4 oz.(118 ㎖) 병 내의 겔에 대해 실온에서 겔 강도 분석을 수행하였다. 상기 병을 5 ㎜ 침(probe) 아래에 중심을 맞추어, 하기 파라미터를 이용하여 시험을 수행했다:
모드: 힘/압축
옵션: 시작으로 되돌아옴
이전 속도(pre-speed): 5.0 ㎜/sec
이후 속도(post-speed): 5.0 ㎜/sec
힘: N/A
거리: 15.0 ㎜
시간: N/A
카운트: N/A
트리거(trigger): 0.05 N
PPS: 200.00
침: P50 12.7 ㎜(1/2 in.) 직경, 플라스틱 실린더
B. 브라벤더법에 의한 점도 측정
Micro Visco-Amylo-Graph(R)(New Jersey, South Hackensack에 소재한 C. W. Brabender(R) Instruments, Inc.로부터 입수 가능함)을 이용하여 전분의 점도를 측정하였다. 35.4 g(무수물 기준)의 전환된 가교 전분을 충분한 양의 증류수에 혼합하여 전제 중량 500 g의 슬러리를 제조한 다음, Brabender(R) Visco-Amylo-Graph(R) 접시에 추가하였다. 상기 전분 슬러리를 50℃로 신속하게 가열한 후, 1.5℃/분의 가열 속도로 50℃ 내지 95℃의 온도로 더욱 가열하였다. 가열한 슬러리를 각각 80℃, 95℃, 및 95℃에서 20분간 방치한 후의 95℃(95℃+20')에서 점도 수치를 읽고 기록하였다.
C. 레몬 파이 속(lemon pie filling) 겔 평가
전환되고 가교된 예비 젤라틴화(pregelatinized) 전분 총 6 g, 설탕 24.6 g, 덱스트로스 0.62 g, 소듐 시트레이트 0.19 g 및 시트르산 0.19 g을 4 oz.(118 ㎖) 병에서 진동시켜 건식 혼합하였다. 이 건식 혼합물을 55.5 g의 증류수와 12.91 g의 레몬 주스의 용액에 1분간 서서히 첨가하여, Sunbeam(R) Mixmaster(R) Kitchen Master에서 속도 #1로 4분간 혼합하였다.
상기와 같이 하여 얻은 혼합물을 위쪽으로부터 약 5 ㎜의 공간을 남기고 4 oz.(118 ㎖) 병에 넣고, 15℃의 온도로 7시간 동안 냉장 보관하였다. 다른 실시예로서, 상기 혼합물의 보관 시간을 변화시켜 실온 보관하였다.
실시예 I
본 실시예에서는, 사고 전분을 표백하여, 소정의 브라벤더 점도로 전환한 다음, 포스포러스 옥시클로라이드를 이용하여 상기 전분을 가교시키는 과정에 대해 설명한다.
2,000 g의 사고 전분을 수돗물 3,000 ㎖에 현탁시켜 전분 슬러리를 제조하였다. 온수 배스(bath)에서 상기 슬러리의 온도를 45℃로 조정하였다. 염산을 이용하여 상기 슬러리의 pH를 2.5로 조정한 다음, 소듐 클로라이트 5 g을 첨가하였다. 상기 슬러리를 2시간 동안 방치한 후, 슬러리의 pH를 4.0으로 조정하였다. 이어서, 충분한 양의 소듐 메타비설파이트를 첨가하여 임의의 잔류 산화제를 중화시켰다.
그런 다음, 온도를 42℃로 하강시켰다. 그리고, 3%의 NaOH 수용액을 서서히 첨가하여, 상기 슬러리의 알칼리도를 28 ㎖의 0.1N HCl과 32 ㎖의 0.1N HCl(50 ㎖ 샘플)의 사이값으로 상승시켰다. 상기 혼합물에 5.0 g의 2% 과망간산칼륨 수용액을 첨가하였다(즉, 전분 중량을 기준으로 0.005%, 전분 중량을 기준으로 17.5 ppm의 망간 이온에 해당함). 그런 다음, 상기 전분 슬러리에 30% H2O2를 2.0 g 첨가하였다. H2O2의 정량 스트립에 대한 음성 시험을 통해 확인되는 바와 같이, 과산화수소가 잔류하지 않을 때까지 이 반응을 3시간 동안 유지시켰다. 이렇게 하여 얻어진 전분의 브라벤더 점도는 700 BU인 것으로 확인되었다.
이어서, 상기 전분 슬러리의 온도를 30℃로 낮춘 다음, 0.5% NaCl(10 g)과 0.020%의 POCl3(0.4 g)을 첨가하고 0.5시간 동안 반응시켜, 상기 전분을 가교시켰다. 상기 전분 슬러리에 염산을 첨가하여 pH를 5.5로 조정하였다. 이렇게 하여 얻어진 전분 산물을 여과에 의해 회수하고, 물로 2회 세척한 다음, 공기 중에서 건조시켰다.
실시예 Ⅱ
본 실시예에서는, POCl3 처리 수준을 다양하게 변화시키면서 가교시키고 넓은 범위의 점도를 갖는, 표백되고 전환된 각각의 사고 전분(전부 실시예 1의 방법으로 표백됨)의 제조 방법에 대해 설명한다. 추가 실시예를 통해 알 수 있는 바와 같이, 최적도로 가교된 사고 기재(예비 젤라틴화 반응 이전)의 브라벤더 점도에서, 95℃+20' 점도는 500 BU 이상이고, BVD('브라벤더 점도 미분(Brabender Viscosity Differential)')는 5 미만일 수 있다.
표 1
사고샘플 % % 중간 피크 점도 브라벤더 점도 분석
No. H2O2 POCl3 점도(BU) 피크 80℃ 95℃ 95℃+20' BVD
1 0.1 0.010 710 1000 980 780 700 -20.408
2 0.1 0.015 710 950 940 790 700 -15.957
3 0.1 0.020 710 930 925 800 720 -13.514
4 0.2 0.010 550 605 585 430 345 -26.496
5 0.2 0.015 550 590 575 450 375 -21.739
6 0.2 0.020 550 435 430 380 350 -11.627
7 0.3 0.010 430 450 440 300 225 -31.82
8 0.3 0.015 430 470 460 340 265 -26.087
9 0.3 0.020 430 420 420 340 290 -19.048
10 0.07 0.025 825 625 605 625 645 3.306
11 0.07 0.030 825 390 340 390 440 14.706
12 0.07 0.035 825 360 305 360 410 18.033
13 0.07 0.040 825 240 200 240 295 20
14 0.1 0.025 710 610 605 580 560 -4.132
15 0.1 0.030 710 480 480 480 495 0
16 0.1 0.035 710 360 330 360 400 8.33
17 0.1 0.040 710 310 270 310 340 14.815
18 0.13 0.025 595 390 390 375 375 -3.846
19 0.13 0.030 595 300 300 300 320 0
20 0.13 0.035 595 240 220 240 255 9.091
21 0.13 0.040 595 175 160 175 200 9.375
* 30% 용액으로부터 H2O2가 첨가됨.
상기 표에 나타낸 사고 샘플은 드럼 건조 시의 샘플 개수와 pH에 기초한 도면에서 확인된다. 예를 들어, pH 4에서 드럼 건조된 사고 샘플 10은 '사고 10/4'로 나타낸다. 도 1은 산성 환경에서의 시간에 따른 상기 사고 샘플의 겔 강도를 도시한 것이다(이 때, 레몬 파이 속의 pH는 3.1임).
실시예 Ⅲ
본 실시예에서는, 즉석 겔화 전분을 얻기 위해, 상기 전환되고 가교된 사고 전분의 드럼 건조에 의한 예비 젤라틴화 방법에 대해 설명한다.
200 g의 전분을 300 ㎖ 물에 슬러리화하고 조리하여, 이를 증기압이 105 내지 110 psi이며 직경이 10 인치인 스팀 가열 스틸 드럼에 서서히 공급하여 슬러리를 드럼 건조시켰다. 이어서, 상기 드럼을 5 RPM의 속도로 작동시키면서 상기 전분을 상기 드럼에 적용한 다음, 직경이 2 인치인 공급 롤러(feed roller)에 적용하였다. 그런 다음, 상기 드럼으로부터 스틸 블레이드를 이용하여 예비 젤라틴화된 전분 시트를 긁어내었다. 이렇게 하여 얻어진 예비 젤라틴화된 전분 시트를 상기 전분의 85%가 200 메쉬의 스크린에 통과할 때까지 분쇄하였다.
건조한 전분 산물의 겔 성질을 평가하기 위해, 전술한 '겔 강도 측정' 부분에서와 같은 겔 강도 측정법을 수행하였다. 그 결과를 표 2에 나타낸다. 이 결과를 통해, 상기 과산화물 처리도가 약 0.13%보다 큰 경우, 또는 전분이 0.030%보다 높은 수준의 POCl3에서 가교되는 경우에 더 약한 겔이 얻어짐을 확인할 수 있다.
표 2
사고샘플 % % 중간 피크 점도 샘플 겔 강도(그램 단위 힘)
No. H2O2 POCl3 점도(BU) 1시간 3시간 5시간 7시간 24시간 7시간 Ref.
1 0.1 0.010 710 19.2 39.3 47.3 45.7 54.4 60.9
2 0.1 0.015 710 18.4 47.2 52.8 51.8 64.2 69.8
3 0.1 0.020 710 23.8 54.4 59.8 64.9 72.0 79.9
4 0.2 0.010 550 18.0 27.4 29.9 34.3 37.8 45.6
5 0.2 0.015 550 18.7 31.2 36.2 36.0 43.1 48.8
6 0.2 0.020 550 12.9 27.7 32.6 35.1 42.5 42.3
7 0.3 0.010 430 11.6 13.3 14.4 13.7 17.4 18.3
8 0.3 0.015 430 13.7 18.1 19.2 21.8 26.0 30.7
9 0.3 0.020 430 10.0 13.5 14.4 16.6 22.2 20.3
10 0.07 0.025 825 12.5 37.6 45.2 50.0 58.7 66.5
11 0.07 0.030 825 12.6 31.5 38.5 43.6 53.4 58.3
12 0.07 0.035 825 8.8 30.0 36.0 37.1 44.8 48.3
13 0.07 0.040 825 8.3 20.6 31.9 33.6 40.7 40.1
14 0.1 0.025 710 18.1 44.4 54.9 56.7 67.3 77.4
15 0.1 0.030 710 17.3 42.6 49.6 59.0 59.6 71.5
16 0.1 0.035 710 14.1 34.9 38.2 41.8 47.7 52.3
17 0.1 0.040 710 12.4 31.6 38.2 36.5 43.2 46.2
18 0.13 0.025 595 21.6 45.3 49.2 50.5 65.3 72.5
19 0.13 0.030 595 16.8 37.7 41.0 42.7 50.4 57.5
20 0.13 0.035 595 13.9 31.9 39.3 36.1 44.1 51.0
21 0.13 0.040 595 10.0 12.4 18.5 22.8 27.0 23.5
도 2 내지 도 4는 pH 4 또는 pH 7에서 드럼 건조한 샘플 1 내지 샘플 3, 및 샘플 10 내지 샘플 21의 겔 강도를 그래프로 도시한 것이다. 도시한 바와 같이, pH와는 무관하게 가교량이 증가할수록 겔 강도가 감소하였다. 또한, 도 3은 가교량에 따라 최고 성능이 얻어지는 범위를 도시한 것이다. 예를 들면, 사고 샘플 1 내지 3은 모두 사고 샘플 16 및 17에 비해 양호한 성능을 나타낸 한편, 가장 양호한 성능의 샘플은 중성 pH에서 드럼 건조된 사고 샘플 14였다. 샘플 14는 사고 샘플 1 내지 3에 비해 가교도가 더 높았으나, 사고 샘플 15 내지 17에 비해서는 가교도가 더 작았다.
도 5는 본 발명의 즉석 겔화 사고 전분을 제조하는데 이용된 가교제의 양에 따른 피크 점도에 대한 효과를 도시한 것이다.
도 6은 3개의 비(non)-사고 대조군에 대한 본 발명의 양호한 성능을 나타내는 상위 5개의 사고 전분의 겔 강도를 도시한 것이다. 대조군 1은 알코올 조리된 옥수수 전분(Miragel™, 미국 일리노이주 디캐터 소재의 A. E. Staley Manufacturing Company로부터 상업적으로 입수 가능함)이다. 대조군 2는 즉석 겔화 개질 감자 전분(Paselli(R) Easy Gel, 미국 뉴저지주 프린스턴 소재의 Avebe America, Inc.로부터 상업적으로 입수 가능함)이다. 대조군 3은 열적으로 억제된 감자 기재 전분(Novation(R) 6600, 미국 뉴저지주 브릿지워터 소재의 National Starch and Chemical Company로부터 상업적으로 입수 가능함)이다.
실시예 Ⅳ
본 실시예에서는 표백 효과에 대해 평가하였다. 천연 사고 전분을 전환시켜, 실시예 1에서와 같은 표백 공정을 수행하지 않고 가교시켰다.
2,000 g의 사고 전분을 3,000 ㎖의 수돗물에 현탁시켜 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 온수로 중탕하여 온도를 42℃로 조정하였다. 그리고, 3%의 NaOH 수용액을 서서히 첨가하여, 상기 슬러리의 알칼리도를 28 ㎖의 0.1N HCl과 32 ㎖의 0.1N HCl(50 ㎖ 샘플)의 사이값으로 상승시켰다. 상기 혼합물에 2% 과망간산칼륨 수용액 5.0 g을 첨가하였다(즉, 전분 중량을 기준으로 0.005%, 전분 중량을 기준으로 17.5 ppm의 망간 이온에 해당함). 그런 다음, 상기 전분 슬러리에 30% H2O2를 1.4 g 첨가하였다. H2O2의 정량 스트립에 대한 음성 시험을 통해 확인되는 바와 같이, 과산화수소가 잔류하지 않을 때까지 이 반응을 3시간 동안 유지시켰다. 이렇게 하여 얻어진 전분의 브라벤더 점도가 775 BU인 것으로 확인되었다.
이어서, 상기 전분 슬러리의 온도를 30℃로 낮춘 다음, 0.025%의 POCl3(0.5 g)을 첨가하고 0.5시간 동안 반응시켜, 상기 전분을 가교시켰다. 상기 전분 슬러리에 염산을 첨가하여 pH를 5.5로 조정하였다. 이렇게 하여 얻어진 전분 산물을 여과에 의해 회수하고, 물로 2회 세척한 다음, 공기 중에서 건조시켰다.
상기 산물을 실시예 3에서와 같이 드럼 건조하고, 실온에서 5시간 동안 보관한 후, 상기 산물의 겔 강도가 41.05로 나타났다(레몬 파이 속으로 이용하기 위해 분산시킨 경우).
실시예 Ⅴ
본 실시예에서는, 전환 및 가교 반응의 순서를 역순으로 한 경우의 효과에 대해 설명한다.
2,000 g의 사고 전분을 3,000 ㎖의 수돗물에 현탁시켜 슬러리를 제조하였다. 상기 슬러리를 온수로 중탕하여 온도를 45℃로 조정하였다. 그리고, 염산을 사용하여 상기 슬러리의 pH를 2.5로 조정하고, 5 g의 소듐 클로라이트를 첨가했다. 상기 슬러리를 2시간 동안 방치한 다음, 임의의 잔류 산화물을 중화시키기 위해 충분한 양의 소듐 메타비설파이트를 첨가하면서 상기 슬러리의 pH를 4.0으로 조정하였다. 그런 다음, 상기 슬러리를 실온에 가까운 온도(약 25℃ 내지 약 30℃)로 냉각시켰다.
그리고, 3%의 NaOH 수용액을 서서히 첨가하여, 상기 슬러리의 알칼리도를 28 ㎖의 0.1N HCl과 32 ㎖의 0.1N HCl(50 ㎖ 샘플)의 사이값으로 상승시켰다. 상기 전분 슬러리에 0.5%의 NaCl(10 g) 및 0.020 %의 POCl3(0.4 g)을 첨가하고, 0.5 시간 동안 반응시켜 상기 전분을 가교시켰다.
이어서, 온수로 중탕하여 상기 전분의 온도를 42℃로 조정하였다. 그리고, 상기 혼합물에 5.0 g의 2% 과망간산칼륨 수용액을 첨가하였다(즉, 전분 중량을 기준으로 0.005%, 전분 중량을 기준으로 17.5 ppm의 망간 이온에 해당함). 그런 다음, 상기 전분 슬러리에 2.0 g의 30% H2O2를 첨가하였다. H2O2의 정량 스트립에 대한 음성 시험을 통해 확인되는 바와 같이, 과산화수소가 잔류하지 않을 때까지 이 반응을 3시간 동안 유지시켰다.
상기 전분 슬러리를 염산으로 중화시켜 그 pH를 5.5로 조정하였다. 그런 다음, 상기 전분 산물을 여과에 의해 회수하여 물로 2회 세척하고 공기 중에서 건조시켰다.
실시예 3에서의 과정에 따라 상기 전분 산물을 예비 젤라틴화한 결과, 실온에서 5시간 동안 보관하여 전환시킨 다음 가교시킨 산물의 겔 강도가 54.9인데 반해, 예비 젤라틴화한 산물의 겔 강도가 24.5로 나타났다(두 경우 모두 전술한 바와 같이 레몬 파이 속으로 이용하기 위해 분산시킴).
실시예 Ⅵ
레몬 파이 속 겔 평가법에 따라, 제조시의 예비 젤라틴화되지 않은 기재의 겔 강도에 대해 평가하였다. 본 실시예의 전분은 예비 젤라틴화되지 않은 것이기 때문에, 그 제제를 끓는 물에서 중탕으로 20분간 조리한 다음, 7시간 동안 냉장 조건에서 냉각시켰다. 그 결과를 표 3에 나타내며, 표 3은 드럼 건조된 샘플과 드럼 건조되지 않은 샘플을 비교하여 나타낸다.
표 3
샘플 % % 브라벤더 점도 분석 겔 강도
No. H2O2 POCl3 피크 80℃ 95℃ 95℃+20' BVD 7시간 냉장
22 드럼 건조 0.055 0.017 875 870 860 820 +1.16 70.4
23 드럼 건조하지 않음 0.055 0.017 875 870 860 820 +1.16 194.95
실시예 Ⅶ
본 실시예에서는, 스프레이 건조, 표백, 전환된 사고 전분의 효과에 대해 설명한다.
실시예 1의 과정에 따라 복수 개 배치(batch)의 산물을 제조하였다. 상기 산물을 미국특허공보 제5,131,953호 및 미국특허공보 제5,149,799호에 기재된 방법에 따라 스프레이 건조하였다. 그런 다음, 하기 샘플들을 제조하여 레몬 파이 속 겔 평가에 기재한 바와 같이 겔 강도를 평가했다. 각각의 샘플들을 실온에서 7시간 동안 방치하고, 하기 표에 각각의 샘플들의 겔 강도를 분석하였다.
표 4
샘플 % % 샘플 겔 강도(그램 단위 힘)
No. H2O2 POCl3 7시간 동안 냉장 보관
24 SIDA1 0.1 0.020 실용하기에 너무 약함
24 EK2 0.1 0.020 실용하기에 너무 약함
주:
1 SIDA는 '증기 주입 이원 세분화법(Steam Injection Dual Atomization)'으로서 미국특허공보 제5,149,799호에 기재된 바와 같은 냉수 가용성인 전분을 제조하는 방법이다. 상기 미국특허공보 제5,149,799호에 따르면, 전분 슬러리를 세분화 노즐에 가압 하에 공급한다. 이 노즐에서 슬러리가 고압 증기와 접촉하여, 즉시 조리되고 전분 미립자로 세분화되고, 상기 전분 미립자가 회수되는 건조 체임버로 연결된다.
2 EK는 Eden 및 Kasica("EK")의 미국특허공보 제5,131,953호에 기재된 방법을 칭하는 것이다. 상기 방법에서는 전분을 세분화하기 위해 조리 압력을 이용하여, 고온(300℉+)의 제트 조리된 전분을 스프레이 건조 시에 세분화한다. 이 EK 방법에서 전분의 미립자 구조는 유지되지 않는다.
실시예 Ⅷ
본 실시예에서는, 스프레이 건조, 표백, 전환된 사고 전분의 효과에 대해 설명한다.
파일럿 스케일의 드럼 건조기(홀란드의 GMF-Gouda로부터 입수 가능함)를 이용하여, 표백, 전환 및 가교된 사고 전분을 드럼 건조하였다. 이 드럼은 직경이 50 ㎝이고 폭이 50 ㎝이며, 5 HP 가변형 스피드 모터에 의해 회전한다. 상기 드럼의 위쪽으로는 2개의 리버스 롤(reverse roll) 및 세 개의 적용 롤(applicator roll)이 배치되어 있다.
하기 8개 배치의 표백, 전환 및 가교된 사고 전분을 제조하였다:
개질된 사고 전분을 물에 현탁시켜 21개의 Baume 슬러리를 제조하고, 그 pH를 약 6.5로 조정하였다. 상기 드럼을 6 RPM으로 구동하고, 120 psig에서 스팀을 이용하여 약 160℃의 표면 온도로 가열하였다.
모이노 펌프(moyno pump)를 이용하여 상기 슬러리를 드럼 건조기로 펌핑하였다. 제2의 적용 롤상에서 슬러리의 정상 흐름(steady flow)이 얻어지도록 상기 펌프의 속도를 조정하였다. 상기 드럼에서 코팅물이 관찰되면, 드럼 표면이 깨끗해질 때까지 스크래퍼 나이프를 나이프 볼트 상에서 서서히 아래쪽으로 죄어 닿게 하였다.
그런 다음, 상기 드럼 건조된 전분 필름을 운반 스크류(conveying screw)로 긁어내고, 긁어낸 물질을 웨이스트 호퍼(waste hopper)로 전송하였다. 제3의 적용 롤과 제4의 적용 롤 사이에서 완전한 소시지(sausage)를 얻고, 그 시트가 균일한 것이면, 그 산물을 용기에 수집하였다. 이어서, 상기 물질의 입자 크기가 약 200 메쉬(74 ㎛)가 될 때까지, 상기 물질을 해머 밀(hammer mill)로 분쇄하였다.
상기 드럼 건조된 전분 산물에 대해, 전술한 바와 같이 레몬 파이 속 제제의 산성 조건에서 그 효과를 평가하였다. 전술한 파일럿 스케일의 개질된 사고 전분의 점도를 표 5에 나타낸다. 표 6은 상기 전분의 겔 강도를 나타낸다.
표 5
중간 브라벤더(표백+전환) 최종 산물의 브라벤더(표백+전환+가교, 드럼 건조 이전)
배치 피크 점도 80℃에서의 점도 95℃에서의 점도 피크 점도 80℃에서의 점도 95℃에서의 점도 95℃+20'에서의 점도 BVD
1 870 840 670 730 650 730 785 12.31
2 710 665 510 505 485 505 495 4.12
3 705 655 490 910 880 780 720 -11.36
4 565 520 360 800 750 580 500 -22.67
5 770 710 520 970 960 880 820 -8.33
6 850 795 605 875 870 860 820 -1.15
7 840 790 630 755 720 755 760 4.86
8 935 900 750 1000 995 980 975 -1.5
표 6
겔 강도 분석(레몬 파이 속 제제)
배치 1시간 3시간 5시간 7시간 24시간 피크
1 11.55 23.95 36.65 41.3 52.85 52.85
2 10.4 22 32.551 37.6 46.9 46.9
3 15.95 36 40.6 44 48.2 48.2
4 10.45 18.65 19.8 22.6 26.4 26.4
5 12.65 34.85 46.15 49.4 57.15 57.15
6 12.9 45.2 53.2 56.2 68.8 68.8
7 15.05 32.1 35.4 40.7 54 54
8 12.6 28.35 42.1 49.8 61.2 61.2
동 기술 분야에는 슬러리 농도, 드럼 온도, 드럼 속도, 전분의 pH 및 타입 등과 같은 변수를 조정하여, 서로 다른 조리도의 산물을 제조할 수 있다고 알려져 있다. 조리도를 낮게 하기 위해서는 통상적으로, 슬러리의 pH를 비교적 중성의 pH(pH 5 내지 pH 8 범위)로, 농도를 높게 조정하고, 드럼 속도를 증가시키고 드럼 온도를 낮추어 준다. 한편, 상기 슬러리의 pH를 낮거나 매우 높게, 농도를 낮은 조건으로 조정하고, 드럼 속도를 감소시키고 드럼 온도를 증가시키면, 조리도를 높일 수 있다. 따라서, 중간 정도의 조리도를 얻기 위해서는 적절하게 변수를 조정하여 할 수 있다.
실시예 Ⅸ
본 실시예에서는, 본 발명의 전분과 미국특허공보 제6,447,615호(이하, "'615 특허"라 칭함)의 전분을 비교한다.
전체 8개의 파이 속으로 이용하기 위해, 두 개씩의 서로 다른 레몬 파이 속 두 세트를 제조하였다. 첫 번째 세트는 '레몬 파이 속 겔 평가'에 따라 본 발명의 전분을 이용하여 레몬 파이 속을 2회 이상 제조하였고, '615 특허의 전분을 이용하여 4개의 6% 전분 레몬 파이 속을 2회 제조하였다. 그리고, 하기와 같이 하여 10%의 레몬 파이 속을 제조하였다. 10.0 g의 전분, 24.6 g의 설탕, 0.62 g의 덱스트로스, 0.19 g의 소듐 시트레이트 및 0.19 g의 시트르산을 모두 4 oz.(118 ㎖) 병에서 진동시켜 건식 혼합하였다. 이 건식 혼합물을 51.5 g의 증류수와 12.91 g의 레몬 주스 용액에 1분간 서서히 첨가하고, Sunbeam(R) Mixmaster(R) Kitchen Master에서 속도 #1로 4분간 혼합하였다. 이렇게 하여 얻어진 혼합물을 위쪽으로부터 약 5 ㎜의 공간을 남기고 4 oz.(118 ㎖) 병에 넣고, 시간을 변화시키면서 실온으로 방치하였다.
각각의 8개의 레몬 파이 속에 대해 전술한 '겔 강도 측정' 부분에서의 과정에 따라 겔 강도 시험을 수행하였다. 그 시험 결과를 5시간 및 24시간째에 취하여 하기 표에 나타낸다.
표 7
겔 강도(그램 단위 힘) 겔화된 퍼센트*
레몬 파이 속 배치 5시간 24시간
6%의 '615 전분 1 26.3 41.6
6%의 '615 전분 2 27.4 39.2
6%의 '615 전분 평균 26.85 40.4 66
6%의 본 발명의 전분 1 47.3 57.8
6%의 본 발명의 전분 2 48.8 59.7
6%의 본 발명의 전분 평균 48.05 58.75 82
10%의 '615 전분 1 360.7 469.4
10%의 '615 전분 2 375.1 445.5
10%의 '615 전분 평균 367.9 457.45 80
10%의 본 발명의 전분 1 133.5 133.8
10%의 본 발명의 전분 2 131.7 134.4
10%의 본 발명의 전분 평균 132.6 134.1 99
주: * '겔화된 퍼센트'는 5시간에서의 겔 강도 대 24시간에서의 겔 강도에 따른 겔화된 퍼센트값이며, 24시간에서의 겔은 겔 강도 100%로 겔화된 것으로 간주된다.
표 7을 통해 확인할 수 있는 바와 같이, 본 발명의 사고 전분은 전분 고형분 함량이 높은 경우(10% 내지 99% 겔화된 것 대 80%)와 낮은 경우(6% 내지 82% 겔화된 것 대 66%) 모두에서 상기 '615 특허의 전분에 비해 보다 빨리 겔화되었다. 따라서, 본 발명의 사고 전분은 전분 고형분의 함량이 작아도 더욱 고강도의 겔을 보다 신속하게 형성하는데 효과적이다. 아울러, 본 발명의 레몬 파이 속은 시네레시스(syneresis)가 전혀 나타나지 않았고, 접촉하는 상부가 건조하였다. 반면에, 상기 '615 특허의 전분을 이용하여 형성된 레몬 파이 속은 시네레시스 반응이 크게 나타났으며, 본 발명의 사고 전분을 이용하여 형성된 레몬 파이 속과 같이 물을 격리할 수 없었다. 상기 '615 특허의 전분은 검드롭스(gumdrops)(예를 들면, Mason Dots(R))와 같은 과자류 식료품에 적용되는 데 반해, 본 발명의 사고 전분은 파이 속 및 쿠키 스프레드와 같은 식료품에 적용된다.
본 발명의 상세한 설명 및 실시예를 통해 본 발명을 더욱 상세하게 설명하나, 본 발명은 이들 실시예에 의해 제한되지 않는다. 본 발명의 정신 및 범위는 이하의 청구의 범위에 의해서만 제한된다.
본 발명에 따른 개질된 사고계 전분 및 그 이용에 관한 것이다. 상기 전분은 매우 빠른 겔화특성, 높은 겔 강도, 외관과 미각상 부드러운 조직을 가지며, 절단 가능하다. 이러한 특성은 공정 시간을 크게 감소시키며, 홀딩 시간(hold time)을 감소시킨다. 나아가, 보다 높은 겔화 강도로 인해 최종 생성물의 겔 강도 충실성(intergrity) 또는 조직의 손실 없이 전분 수준을 감소시킬 수 있다. 따라서, 식품 제조, 개인위생 제품, 약학분야 및 기능식품 분야, 제지산업, 농업 제품, 및 페인트 분야, 특히, 펌프성이고 작업성 점도를 가진 높은 고형분의 전분 분산액을 제공하기 위해 저점도의 전분이 요구되는 다양한 산업적 용도에서 유용하게 사용할 수 있다.
본 발명의 목적 및 기타 바람직한 특성을 얻을 수 있는 방식을 도면을 참조하여 설명하는 바,
도 1은 레몬 파이내에서 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의, 시간에 따른 겔 강도를 도시하는 그래프이고;
도 2는 전환된 사고 베이스의 점도가 825 브라벤더 유니트인 경우, 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 겔 강도를 도시하는 그래프이며;
도 3은 전환된 사고 베이스의 점도가 710 브라벤더 유니트인 경우, 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 겔 강도를 도시하는 그래프이고;
도 4는 전환된 사고 베이스의 점도가 595 브라벤더 유니트인 경우, 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 겔 강도를 도시하는 그래프이며;
도 5는 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 최고 점도상에 가교 효과를 도시하는 그래프이고;
도 6은 비-사고계 대조군과 비교할 때, 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 겔 강도를 도시하는 그래프이며;
도 7은 냉동된 비 사고계 대조군과 비교할 때 본 발명에 따른 각종 사고계 겔의 겔 강도를 도시한 그래프이다.

Claims (15)

  1. 대략 400 브라벤더 유니트 내지 대략 1000 브라벤더 유니트의 점도로 전환되고 억제된 사고 전분(sago starch)을 예비 젤라틴화하여 제조되는, 겔화 특성을 가진 냉수 분산성의 개질 사고전분으로서, 상기 전환 및 억제된 전분은, 약 80℃ 내지 약 90℃에서 측정한 경우, 약 -35 BVD 내지 약 25 BVD 의 브라벤더 점도 미분 ("BVD": Brabender Viscosity Differential)을 가지는 개질된 사고 전분.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 사고 전분은 열적으로 억제되는 것을 특징으로 하는 개질 사고 전분.
  3. 제 1항에 있어서, 상기 사고 전분은 0.005 중량%의 가교제로 전분을 반응시켜 억제되는 것을 특징으로 하는 개질 사고 전분.
  4. 제 3항에 있어서, 상기 사고 전분은 포스포러스 옥시클로리드, 에피클로로히드린, 소디움트리메타포스페이트 및 무수 아디프-아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 개질 사고전분.
  5. 제 1항에 있어서, 상기 전분은 제조로부터 5시간 내에 30 그램 이상의 겔 강도를 가지는 겔을 형성할 수 있는 것을 특징으로 하는 개질 사고 전분.
  6. 제 1항에 따른 개질 사고 전분을 포함하는 푸드 시스템.
  7. 점도가 대략 400 브라벤더 유니트 ("BU") 내지 대략 850의 브라벤더 유니트이고, 사고전분 및 옥수수전분을 6% 고형분 함량에서 겔 강도를 평가하였을 때, 대략 400 브라벤더 유니트 ("BU") 내지 대략 850의 브라벤더 유니트의 점도 범위를 가지는 대조(comparable) 옥수수 전분보다, 적어도 100% 더 큰 겔 강도를 가지는 것을 특징으로 하는 사고 전분.
  8. 겔화 특성을 가지는 냉수 분산성의 개질 사고 전분을 제조하는 방법으로서,
    대략 400 브라벤더 유니트(BU) 내지 대략 1000 브라벤더 유니트의 점도가 되도록 사고 전분을 전환하는(converting) 단계;
    상기 사고전분을 억제하는(inhibiting) 단계로서, 억제 후 전분이, 대략 80 내지 90℃ 및 7% 의 고형분에서 측정하였을 때, 대략 -35 BVD 내지 대략 25 BVD의 브라벤더 점도 미분을 가지도록 억제하는 단계; 및,
    상기 사고전분을 예비 젤라틴화하는(pregelatinizing) 단계를 포함하고;
    이 때, 상기 전환, 억제, 예비 젤라틴화된 사고전분이 제조로부터 5 시간 이내에 30그램 이상의 겔 강도를 가지는 겔을 형성할 수 있는 제조방법.
  9. 제 8항에 있어서, 상기 사고 전분은 열적으로 억제된 것을 특징으로 하는 방법.
  10. 제 8항에 있어서, 상기 사고 전분은 상기 전분을 드럼 건조함에 의해 예비 젤라틴화되는 것을 특징으로 하는 방법.
  11. 제 8항에 있어서, 상기 사고 전분은 상기 사고전분을 0.005중량% 이상의 가교제로 반응시켜 억제하는 것을 특징으로 하는 방법.
  12. 제 11항에 있어서, 상기 가교제는 포스포러스 옥시클로리드, 에피클로로히드린, 소디움트리메타포스페이트 및 무수 아디프-아세트산으로 이루어진 군으로부터 선택되는 것을 특징으로 하는 방법.
  13. 제 11항에 있어서, 상기 가교반응은 추가로 대략 5℃ 내지 대략 60℃의 온도에서 수행되는 것을 특징으로 하는 방법.
  14. 제 8항에 있어서, 상기 사고 전분은 과산화수소에 의해 전환되는 것을 특징으로 하는 방법.
  15. 제 8항에 있어서, 상기 사고 전분을 표백하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 방법.
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