KR20070083589A - 효소-저항성 전분 및 이의 생산 방법 - Google Patents

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Abstract

효소-저항성 전분을 생산하는 방법은 (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물을 이용한다. 공급 조성물 내에서 전분 농도는 대략 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 대략 3.5 내지 6.5이다. 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-3.0 시간동안 대략 130 내지 170℃ 온도로 가열된다. 공급 조성물은 대략 0.1-6.0 시간동안 대략 4 내지 70℃ 온도로 냉각된다. 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-10.0 시간동안 대략 110 내지 150℃ 온도로 가열된다. 전분은 대부분의 물과 알코올로부터 분리되고 건조된다.
효소-저항성 전분

Description

효소-저항성 전분 및 이의 생산 방법{ENZYME-RESISTANT STARCH AND METHOD FOR ITS PRODUCTION}
본 발명의 효소-저항성 전분을 생산하는 방법은 (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물(feed composition)을 이용한다. 공급 조성물 내에서 전분 농도는 대략 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 대략 3.5 내지 6.5이다. 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-3.0 시간동안 대략 130 내지 170℃ 온도로 가열된다. 공급 조성물은 대략 0.1-6.0 시간동안 대략 4 내지 70℃ 온도로 냉각된다. 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-10.0 시간동안 대략 110 내지 150℃ 온도로 가열된다. 전분은 대부분의 물과 알코올로부터 분리되고 건조된다.
전분은 2가지 다당류: 아밀로오스와 아밀로펙틴(amylopectin)을 포함한다. 아밀로오스는 일반적으로, 알파 1-4 글리코시드 결합에 의해 연결된 글루코오스 단위의 선형 중합체이다. 아밀로펙틴은 글루코오스 단위의 대부분이 알파 1-4 글리코시드 결합에 의해 연결되지만 일부가 알파 1-6 글리코시드 결합에 의해 연결되는 가지형 중합체이다.
알파-아밀라아제는 체내에 존재하고 전분에서 알파 1-4 결합을 가수분해하여 전분의 소화를 촉진하는 효소이다. 특정 상황에서, 예로써 전분의 칼로리 함량을 감소시키거나 이의 식이 섬유 함량을 증가시키기 위하여, 알파-아밀라아제에 의한 가수분해에 저항하는 전분을 생산하는 것이 바람직하다. 하지만, 과거에 이런 전분을 생산하려는 시도는 여러 가지 문제점, 예를 들면, 가공 복잡성과 비용, 생성물 취급의 어려움, 또는 식품 시스템에서 허용되는 효능으로 인하여 성공적이지 못하였다. 한가지 특정 실례로서, 일부 알파 아밀라아제-저항성 전분은 수상(aqueous phase)로부터 분리하기 어려운 미세 미립자를 포함하는 경향이 있다.
알파-아밀라아제에 저항하고 식품 가공의 혹독한 가열과 전단 조건을 견뎌낼 수 있는 개선된 전분 및 이들 전분을 제조하기 위한 개선된 방법이 필요하다.
본 발명의 요약
본 발명의 한 구체예는 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분을 생산하는 방법이다. 상기 방법은 (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물을 제공하는 단계를 포함한다. 공급 조성물 내에서 전분 농도는 대략 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 대략 3.5 내지 6.5, 또는 일부 구체예에서, 대략 4.0 내지 6.5이다. 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-3.0 시간동안 대략 130 내지 170℃ 온도로 가열된다. 공급 조성물은 대략 0.1-6.0 시간동안 대략 4 내지 70℃ 온도로 냉각된다. 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-10.0 시간동안 대략 110 내지 150℃ 온도로 가열된다. 전분은 대부분의 물과 알코올로부터 분리되고 건조된다.
본 발명의 다른 구체예는 상기한 방법으로 생산되는, 알파-아밀라아제 저항 성 성분을 함유하는 전분이다.
본 발명의 또 다른 구체예는 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법인데, 상기 방법은 수용성 알코올에 담긴 높은 아밀로오스 전분을 젤라틴화 온도(gelatinization temperature) 이상으로 가열하여 이의 고유 분자 구조를 파괴하고; 전분의 분자량이 원하는 범위로 감소될 때까지 상기 혼합물을 젤라틴화 온도 이상으로 유지시키고; 전분을 냉각하는 단계를 포함한다. 또 다른 구체예는 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법인데, 상기 방법은 높은 아밀로오스 전분을 수성산(aqueous acid)으로 처리하여 이의 분자량을 원하는 범위로 감소시키고; 전분-물 혼합물을 염기로 중화시키고; 전분을 농축하거나 건조시키고; 전분을 알코올과 혼합하고 상기 전분이 젤라틴화될 만큼 충분히 가열하여 이의 고유 분자 구조를 파괴하고; 전분을 냉각하는 단계를 포함한다. 또 다른 구체예는 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법인데, 상기 방법은 알코올에 담긴 높은 아밀로오스 전분을 상승된 온도에서 젤라틴화시키고; 분자 구조의 재-조직화를 위한 충분한 기간 동안 전분의 온도를 저항성 전분 융점(resistant starch melting point) 미만으로 감소시켜 알파-아밀라아제 저항성 및 열과 전단 내성을 부여하는 단계를 포함한다. 이들 각 구체예에서, 상기 방법은 알코올로부터 전분을 분리하고 상기 전분을 상승된 열과 습기로 처리하여 알파-아밀라아제 저항성을 부여하는 단계를 추가로 포함할 수 있다.
본 발명의 또 다른 구체예는 고유 결정 구조를 실질적으로 상실하고; 대략 5-20 Joule/gram의 엔탈피에서 대략 150℃의 시차 주사 열량측정(differential scanning calorimetry) 융점을 보유하고; 건조 전분 1g당 대략 3g 이하의 보수력(water holding capacity)을 보유하는 것으로 특성화되는, 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분이다. 상기 전분의 대략 82-90wt%는 대략 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 상기 전분의 대략 20-35wt%는 대략 10,000 이하의 분자량을 보유한다. 특정 구체예에서, 전분은 적어도 115℃, 또는 적어도 130℃의 피크 용융 온도(peak melting temperature)를 보유한다. 특정 구체예에서, 전분은 적어도 16 Joule/gram의 젤라틴화 열(heat of gelatinization)을 보유하거나, 또는 대략 150℃에서 시차 주사 열량측정 융점을 보유한다.
본 발명의 또 다른 구체예는 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분을 포함하는 식품 제품이다. 상기 전분은 앞서 기술된 바와 동일하고, 이러한 식품 제품을 제조할 때 원료로서 사용될 수 있다. 이런 식품 제품의 구체적인 실례는 구운 식품 및 사출 성형(extrusion)으로 생산되거나 특히, 가열과 전단을 수반하는 방법으로 생산된 식품이다.
도 1은 HS-7 높은 아밀로오스 전분에서 수행된 시차 주사 열량측정의 결과를 보여주는 온도기록도(thermogram)이다. 샘플은 20% 건조 고형물(dry solid)을 함유하고, 50% 에탄올 용액으로 제조되었다.
도 2는 본 발명의 방법에 사용하기 적합한 HS-7 고유 전분 과립의 전파 전자 현미경 사진(transmission electron micrograph, TEM)이다.
도 3은 본 발명의 방법을 이용하여 제조된 저항성 전분 입자의 TEM이다.
도 4에서는 가열-습기 처리 전후에 HS-7 전분 및 본 발명에 따른 저항성 전분(아래의 실시예로부터 샘플 4-1)의 일련의 DSC 온도기록도를 도시한다. 이들 샘플은 물에서 35% 건조 고형물의 농도에서 측정되었다.
도 5에서는 HS-7 전분과 저항성 전분(샘플 4-1)의 분자량 분포(molecular weight distribution)를 도시한다.
도 6에서는 브래그 각(Bragg Angle), 2 θ에서, HS-7 전분과 저항성 전분(샘플 4-1)의 X-레이 산란 강도(scattering intensity)를 도시한다.
알파-아밀라아제 저항성 전분은 수용성 공급 조성물로부터 생산된다. 상기 공급 조성물은 (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함한다. 이런 방법의 일부 구체예에서, 공급 조성물 내에서 전분은 적어도 65wt% 아밀로오스를 함유한다. 공급 조성물에 사용되는 전분은 마치종 옥수수(dent corn), 높은 아밀로오스 ae 유전학적 옥수수(ae는 옥수수 재배업자들이 통상적으로 알고 있는 유전자 조작의 명칭이며, “아밀로오스 증량제(extender)”의 약어다), 감자, 타피오카(tapioca), 쌀, 완두, 밀 품종으로부터 수득되는 높은 아밀로오스 전분, 이들 전분으로부터 정제된 아밀로오스, 국제 특허 출원 WO 00/14249에 따라 생산된 알파-1,4 글루칸(glucan)을 비롯한 다양한 공급원으로부터 수득될 수 있다.
화학적으로 변형된 전분, 예를 들면, 하이드록시프로필 전분, 전분 아디핀산염, 아세틸화된 전분, 인산화된 전분 역시 본 발명에서 저항성 전분을 생산하는데 사용될 수 있다. 가령, 적절한 화학적으로 변형된 전분에는 교차결합된 전분, 아세틸화된 전분과 유기적으로 에스테르화된 전분, 하이드록시에틸화된 전분과 하이드록시프로필화된 전분, 인산화된 전분과 무기적으로 에스테르화된 전분, 양이온성 전분, 음이온성 전분, 비이온성 전분, 양쪽이온성 전분, 전분의 숙신산염과 치환된 숙신산염 유도체가 포함되지만 이들에 국한되지 않는다. 이런 변형은 당분야에 공지되어 있다(참조: Modified Starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida (1986)). 다른 적절한 변형과 방법은 U.S. Pat. No. 4,626,288, 2,613,206, 2,661,349에서 기술된다.
적절한 알코올에는 에탄올, 메탄올, 이소프로판올이 포함되지만 이들에 국한되지 않는다.
공급 조성물 내에서 전분 농도는 대략 5 내지 50wt%, 바람직하게는 대략 5 내지 40wt%, 더욱 바람직하게는 대략 5 내지 30wt%, 또는 상기 방법의 특정 구체예에서, 대략 8 내지 25wt%이다. 조성물 내에서 알코올과 물의 비율은 변할 수 있지만 적절한 실례는 대략 40% 알코올/60% 물 내지 대략 70% 알코올/30% 물(중량으로) 범위이다. 공급 조성물의 pH는 대략 3.5 내지 6.5, 또는 일부 구체예에서, 대략 4.0 내지 6.5, 또는 4.7 내지 5.3이다.
공급 조성물은 압력 반응기(pressure reactor)에 위치된다. 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-3.0 시간동안 대략 130 내지 170℃ 온도, 또는 특정 구체예에서, 대략 0.5-2.0 시간동안 대략 145 내지 160℃로 가열된다. 특정 이론에 제한됨 없이, 이러한 첫 번째 가열 단계는 전분에 존재하는 결정의 일부, 전형적으로 이들 결정의 대부분 또는 전부를 용융시키는 것으로 생각된다.
이후, 공급 조성물은 대략 0.1-6.0 시간동안 대략 4 내지 70℃ 온도, 전형적으로 20 내지 70℃ 온도, 또는 특정 구체예에서, 대략 1.0-4.0 시간동안 대략 35 내지 45℃ 온도로 냉각된다. 특정 이론에 제한됨 없이, 이러한 냉각 단계는 결정 형성을 촉진하고 조성물 내에서 아밀라아제-저항성 전분의 양을 증가시키는 것으로 생각된다.
두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물은 대략 0.1-10.0 시간동안 대략 110 내지 150℃ 온도, 또는 특정 구체예에서, 대략 1.0-5.0 시간동안 대략 120 내지 140℃ 온도, 또는 대략 1.0-5.0 시간동안 대략 130 내지 140℃ 온도로 가열된다. 이러한 두 번째 가열 단계는 결정 성장을 촉진하는 것으로 생각된다.
이러한 과정의 출발 시점에서보다 더욱 높은 비율의 아밀라아제-저항성 전분을 함유하는 이들 반응기 내용물은 이후, 냉각된다(가령, 대략 25℃로). 전분은 대부분의 물과 알코올로부터 분리된다. 본 명세서에서 “대부분”은 물과 알코올의 50wt% 이상이 조성물로부터 제거된다는 것을 의미한다. 일부 구체예에서, 이 단계에서 80% 이상 또는 심지어 90wt% 이상의 물과 알코올이 제거된다. 이러한 분리는 여과, 원심분리, 당업자에게 공지된 다른 분리 기술, 또는 이들 방법의 조합으로 달성될 수 있다.
전분은 이후, 건조된다. 가령, 축축한 전분 덩어리로부터 수분을 제거하기 위하여 트레이 건조기(tray dryer) 또는 속성 건조기(flash dryer)를 이용할 수 있지만, 다른 건조 기술 역시 이용될 수 있다. 수분 제거는 탈수라고 하고, 알코올 제거는 탈용매(desolventizing)라고 한다. 이들 단계는 별개의 독립된 작업이긴 하지만, 총체적으로 건조로 지칭된다. 낮은 수준까지 잔류 알코올의 제거는 전형적으로, 대략 100℃에서 습한 공기(humid air) 처리로 달성될 수 있다. 건조 전분 제품은 선택적으로, 입자 크기를 감소시키기 위하여 가루로 분쇄될 수 있다. 당업자가 인지하는 바와 같이, “건조 전분 제품”은 정상적으로, 0% 수분 함량을 보유하는 것이 아니라 상업적 목적으로 “건조”로 간주될 만큼 낮은 수분 함량을 보유한다.
선택적으로, 냉각 단계와 두 번째 가열 단계는 전분이 물과 알코올로부터 분리되기에 앞서 1회 이상 순차적으로 반복될 수 있다.
대안으로, 건조된 전분은 수분 함량을 대략 10-40wt%로 증가시키고 대략 0.5-5.0 시간동안 대략 90-150℃ 온도로 가열함으로써 더욱 처리될 수 있다. 이러한 과정의 일부 구체예에서, 건조된 전분의 수분 함량은 대략 17-29wt%로 증가되고, 전분은 대략 0.5-5.0 시간동안 대략 105-135℃ 온도로 가열된다.
이러한 방법으로 생산된 전분은 열-안정하고 전단-안정하며, 따라서 고온 및/또는 높은 전단 처리에 적합하다. 결과적으로, 이러한 전분은 구움, 튀김, 사출성형과 같은 식품 적용에 사용하기 매우 적합하다. 이에 더하여, 상기 전분은 전체 식이 섬유(TDF)의 비율이 상대적으로 높다. 전분은 낮은 수분 보유(water retention) 및 낮은 황색 인덱스 칼라(yellow index color)를 보유한다. 더 나아가, 이런 방법으로 생산된 전분은 이 방법에서 출발 물질로서 사용된 높은 아밀로오스 전분과 비교하여, 상이한 X-레이 결정 특성 및 시차 주사 열량측정(DSC)에 의한 더욱 높은 용융 온도를 나타낸다.
저항성 전분(RS)은 4가지 유형으로 분류된다: I형은 알파-아밀라아제에 물리적으로 접근하기 어려운 전분(가령, 전립 곡물(whole grain)에서 발견되는 것과 같은, 단백질이나 섬유 매트릭스에 묻힌 전분)으로부터 생성된다; II형은 조리되지 않은 전분으로서 소화에 저항하지만 조리되면 젤라틴화(gelatinization)이후 소화될 수 있는 물리적 구조를 보유하는 완전한 고유 전분 과립이다(가령, 감자와 바나나 전분); III형은 조리되고 젤라틴화된, 또는 고유 구조가 파괴된 전분인데, 전분 분자는 처리 동안 자기-결합하고, 상기 전분은 조리이후 알파-아밀라아제 저항성이다; IV형은 알파-아밀라아제 절단을 간섭하는 전분 화학적 변형의 결과이다.
본 발명의 한 구체예에서 전분은 III형 저항성 전분이다. 이는 알코올성 매체에서 전분을 젤라틴화 온도 이상으로 가열하여 이의 고유 분자 조직을 파괴함으로써 생성된다. 그 다음, 이의 분자 구조는 알파-아밀라아제 저항성을 부여하기 위하여 선택적으로, 알코올이 제거된 이후 가열-습기 처리(heat-moisture treatment)를 비롯하여 통제된 냉각과 가열 사이클을 통하여 재-결합된다.
화학적으로 변형된 전분이 출발 물질로서 사용되는 경우에, 생성물은 IV형 저항성 전분일 수 있다.
전분과 관련하여 “고유”는 당분야에 통상적으로 이용된다. 본 발명에서, “고유”는 전분이 수확 시점에서 및 최소한의 물리적 처리 또는 화학적 노출이 수행된 식물로부터 추출이후에 식물 내에 존재하는 전분의 특성을 의미한다. 가령, 옥수수 알갱이(corn kernel)로부터 전분을 방출하는 옥수수의 습식 제분(wet milling)은 물에 용해된 대략 1500 ppm SO2 가스를 함유하는 pH 4 정도의 젖산(lactic acid)의 약한 수용액에 이들 알갱이를 담그는 과정을 요구한다. 상기 용액은 옥수수 알갱이에 침투하고, SO2는 전분에 결합하는 내유 단백질 매트릭스(endosperm protein matrix) 내에 단백질을 부분적으로 감소시켜 내유를 연화시키고, 따라서 이들 알갱이를 분쇄한 이후 전분 과립이 방출될 수 있다. 분쇄(grinding)는 실질적으로 상당히 부드러운데, 그 이유는 습식 제분 작업이 이들 연한 알갱이를 찢고, 오일을 함유하는 배종 주머니(germ sac)를 파괴하지 않으면서 전분을 방출하도록 설계되기 때문이다. 제분동안 추출되는 전분 과립의 분자 구조, 전반적인 형태, 형상은 제분에 앞서 알갱이 내에 존재하는 전분으로부터 거의 변화가 없다.
고유 전분은 종종, 과립상(granular)으로 언급되는데, “과립상”은 특별한 정의 없이 이용된다. 고유 전분 과립은 일반적으로, 거친 회전타원체(spheroid) 또는 타원체(ellipsoid) 형상을 갖는다. 이들은 또한, 결정성 영역과 무정형 영역을 비롯한 고유 분자 조직을 보유한다. 고유 전분의 결정성 영역은 전분에 복굴절(birefringence)을 부여한다. 고유 전분 구조는 “과립상 구조”로 언급되거나, 또는 “과립상 상태”로 존재하는 것으로 언급된다. 과립상 전분의 정의에서 합의된 기준은 존재하지 않지만, 본 특허 출원에서 판단의 기준(point of reference)은 과립의 근사적 형상이다. 본 발명자들은 구형이나 타원체형 전분 과립의 의미로 “과립상”을 이용한다. “과립 또는 과립상”은 고유 또는 조리되지 않은 전분, 또는 비-찬물 팽창(non-cold water swelling) 전분을 의미하지 않는다. 완전한 고유 결정성을 갖는 조리되지 않은 고유 전분 및 유사한 형상을 보유하지만 고유 분자 조직이나 고유 결정 구조가 대부분 또는 모두 상실된 다른 과립상 전분은 구별되어야 한다. 핫 롤(hot roll) 위에 발라지고 이들 롤로부터 벗겨지는 화학적으로 변형되지 않은 전분과 일부 화학적으로 변형된 전분은 일반적으로, 단편화되는데, 불규칙한 형상의 유리 모양 입자와 이들 전분 역시 본 발명에서 “과립상”으로 간주되지 않는다.
적절하게는, 전분의 고유 분자 구조는 본 발명의 저항성 전분을 제조하는 과정에서 파괴된다. 이는 이들 분자가 정렬된 구조로 재-결합하여 알파-아밀라아제 저항성이 생성되도록 하기 위한 것이다. 시차 주사 열량계(DSC)에서 가열을 수행함으로써 확인되는 바와 같이, 전분을 용융온도 범위(melting range)(도 1)를 나타내는 대략 l50℃에서부터 200℃ 까지 젤라틴화 온도 이상으로 가열하면, 고유 구조가 소멸된다. 더 나아가, 뜨거운 전분을 약한 pH 조건, 예를 들면, pH 4.6-6.5에 유지시키면, 평균 분자량이 완만하게 감소한다. 감소된 분자량은 분자들이 알파-아밀라아제 저항성의 선호되는 구조로 재-결합되도록 더욱 조장하는 것으로 생각된다.
본 발명의 다양한 구체예에서, 전분은 젤라틴화 포인트(gelatinization point) 이상의 온도로 조리되고, 냉각됨에 따라 이의 분자들이 재-결합하여 구형으로, 빈번하게는 더욱 큰 구체 내부에서 융합된 과립으로 뭉쳐진다. 집괴(agglomeration)의 양은 처리 조건 및 저항성 전분을 제조하는데 사용된 전분의 종류에 좌우된다. 본 발명의 특정 구체예에서, HS-7 높은 아밀로오스 전분은 40 내지 70wt% 알코올 농도의 수용성-알코올 용액에 처리함으로써 강화된 전체 식이 섬유(TDF)가 생성되도록 처리된다. 하지만, 집괴의 양 및 이에 따른 평균 입자 크기는 알코올 농도 및 파괴된 고유 분자 구조의 분자량에 좌우된다.
한 구체예에서, 이런 방법으로 생산된 전분의 대략 82-90wt%는 대략 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 대략 20-35wt%는 대략 10,000 이하의 분자량을 보유한다. 본 발명의 특정 구체예에서, 전분은 대략 100,000 내지 250,000, 대략 160,000 내지 180,000, 또는 일부 경우에 대략 170,000의 중량 평균 분자량을 보유한다. 특정 구체예에서, 전분은 대략 250 내지 400 마이크론, 또는 일부 경우에 대략 330 마이크론의 평균 입자 크기를 보유한다.
알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법의 다른 구체예에서, 전분은 수용성 알코올 내에서 젤라틴화 온도 이상의 온도로 가열되고, 따라서 고유 분자 구조가 파괴된다. 그 다음, 혼합물은 전분의 분자량이 원하는 범위로 감소될 때까지 상기 온도에 유지되고, 이후 알파-아밀라아제 저항성을 부여하기 위하여 단일 통제된 냉각 단계 및 선택적으로, 알코올 제거이후 가열-습기 처리가 수행된다.
알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법의 또 다른 구체예에서, 높은 아밀로오스 전분은 분자량을 원하는 범위로 감소시키기 위하여 수성산(즉, 물에 녹인 산)으로 처리되고, 전분-물 혼합물은 염기로 중화된다. 상기 전분은 농축되거나 건조된다. 그 다음, 산 처리된 전분은 알코올과 혼합되고 가열되어 젤라틴화되고, 따라서 고유 분자 구조가 파괴되고, 이후 알파-아밀라아제 저항성을 부여하기 위하여 단일 통제된 냉각 단계 및 선택적으로, 알코올 제거이후 가열-습기 처리가 수행된다.
또 다른 구체예에서, 전분은 뜨거운 알코올에서 젤라틴화되고, 이후 알파-아밀라아제 저항성 및 열과 전단 내성을 부여하기 위하여 분자 구조의 재-조직화를 위한 충분한 기간 동안 온도가 저항성 전분 융점 미만으로 감소된다. 상기 전분은 알코올과 물로부터 분리되고, 선택적으로 가열-습기 처리가 수행된다.
이런 방법으로 생산된 전분은 칼로리가 감소된 구운 식품과 같은 식품에서 부피 형성제(bulking agent)로서 또는 곡분 대체물로서 사용될 수 있다. 상기 전분은 또한, 식품에서 식이 섬유 보존에도 유용하다. 이러한 전분이 사용될 수 있는 식품의 구체적인 실례는 빵, 케이크, 쿠키, 크래커, 압출 스낵(extruded snack), 수프, 프로즌 디저트(frozen dessert), 튀긴 식품, 파스타 제품, 감자 제품, 쌀 제품, 옥수수 제품, 밀 제품, 낙농 제품, 영양 바(nutritional bar), 아침식사용 곡물 가공식품, 음료 등이다.
아래에 기술된 측정 절차는 아래의 실시예에 이용되고, 본 발명과 연관하여 이용하기 적합하다.
전체 식이 섬유(total dietary fiber, TDF)는 알파-아밀라아제 저항성의 정도를 지시하는 파라미터이다. TDF를 결정하는데 이용되는 절차는 AOAC(Association of Official Analytical Chemists) Method 985.29 또는 991.43인데, 이는 Megazyme International Ireland Ltd.로부터 구입된 검사 키트를 이용하여 수행되었다. 아래는 TDF 방법의 짧은 설명이다. 일반적으로, 이들 절차에서, 전분은 pH 8.2의 MES/TRIS 완충된 수용액에 분산되는데, 여기에 고온 안정한 알파-아밀라아제가 첨가되고 35분간 95-100℃로 가열된다. 샘플은 60℃로 냉각되고, 프로테아제가 첨가되며, 30분간 처리된다. 그 다음, 상기 용액은 pH 4.1-4.8로 변화되고 글루코아밀라아제(glucoamylase)가 첨가된다. 30분간 60℃의 효소 처리이후, 식이 섬유는 95% 알코올을 첨가함으로써 침전된다. 침전물은 Celite 코팅된 도가니에 집합되고 하룻밤동안 건조된다. 건식 침전물 중량은 중량계로 측정되고, TDF 비율은 최초 전분 건식 중량에 기초하여 산정되고, 따라서 TDF는 건식 기초 수치(dry basis value)이다.
Englyst(Eur. J. Clinical Nut. 1992), 46, (Suppl. 2), S33-S50)에 의해 정의된 바와 같은 저항성 전분은 2시간 처리이후 37℃에서 돼지 판크레아틴 알파-아밀라아제에 의한 가수분해에 저항하는 전분의 양의 척도이다. 결과는 최초 건식 전분 중량의 백분율로서 표시된다.
전분에서 아밀로오스 비율은 요오드 흡수이후, 용해된 전분에 부여된 청색의 강도를 측정함으로써 분광광도측정법(spectrophotometry)으로 결정되었다.
전분 구조의 용융 온도와 엔탈피는 조정된 양식으로 작동되는 시차 주사 열량계, TA Instruments DSC Q1000을 이용하여 측정되었다.
분말 X-레이 분석은 고유 전분 및 알파-아밀라아제 저항성 전분의 재조직된 분자 구조에서 다양한 결정 구조의 유형과 양을 결정하는데 이용되었다.
평균 분자량은 분자 조직화의 중요한 설명적 척도이다. 이들 측정은 the Fraunhofer Institut fur Angewandte Polymerforschung, Golm, Germany에서 수행되었다. 몰 질량(molar mass)의 결정:
용액의 제조
샘플은 DMSO에 0.5%의 농도로 용해시키고 실온에서 24시간 및 95℃에서 24시간동안 교반하였다. 이들 용액은 5 ㎛ 막으로 여과하였다. 상기 용액 100 ㎕를 GPC-MALLS 장치에 주입하였다.
GPC-MALLS
이들 전분의 중량-평균(weight-average)과 수평균 몰 질량(number-average molar mass), Mw와 Mn 및 몰 질량 분포(molar mass distribution, MMD)는 GPC-MALLS에 의해 결정되었다. GPC 시스템은 600MS 펌프 모듈(pump module), 717 자기주사기(autoinjector), 칼럼 구획(column compartment), RI-검출기 410(Waters Corp.) 및 S2 유동 셀(flow cell)과 λ0 = 488 nm에서 작동하는 Ar-ion 레이저가 구비된 MALLS 검출기 Dawn-F-DSP 레이저 광도계(Wyatt Technology, Santa Barbara)로 구성되었다. 산란된 빛의 검출은 24에서부터 157°까지 18의 각에서 가능하였다(하지만, 35.5에서부터 143.4°까지 15의 각에서만 측정되었다). 샘플의 용리는 0.5 ㎖ㆍmin-1의 유속과 60℃의 온도에서, 0.09 m NaNO3을 포함하는 DMSO로 수행되었다. MALLS 검출기는 시차굴절율 검출기(refractive index detector, DRI)에 연속적으로 연결되었다. 분리는 PSS Mainz, Germany로부터 구입된 20 ㎛ SUPREMA 겔 칼럼에서 수행되었다. 이 세트는 108-106(S30000), 2ㆍ106-5ㆍ104(S1000), 105-103(S100)의 배제 범위(exclusion range)를 갖는 3개의 칼럼 및 1개의 전치 칼럼(pre column)으로 구성되었다.
RI-크로마토그램은 DRI-검출기로 측정되었다. 크로마토그램 슬라이스(slice)의 높이로부터, 슬라이스 내에 샘플의 농도가 산정되었다. 이를 위하여, 샘플의 dn/dc가 공지되어야 하고, RI-검출기의 검정 상수(calibration constant)가 결정되어야 한다. 전체 크로마토그램 아래 영역은 상기 다당류의 회수된 질량에 상응한다. 이는 칼럼으로부터 용리되는 질량이다.
크로마토그램의 모든 슬라이스에 대한 이러한 측정 이외에, 15의 각에서 MALLS-검출기로 빛의 산란 강도(scattering intensity)가 측정되었다. 중합체의 산란 강도는 몰 질량과 농도에 비례한다. 이는 몰 질량 분포의 산정을 위하여 이들 두 검출기, DRI과 MALLS의 결과가 합쳐져야 한다는 것을 의미한다.
용리 작업 동안, DRI과 MALLS 검출기로부터 데이터는 크로마토그램의 각 슬라이스로부터 몰 질량 Mi와 관성 반지름(radius of gyration) Rgi를 획득하기 위하여 집합되고 ASTRA 소프트웨어 4.70.07로 평가되었다. 몰 질량과 관성 반지름에 대한 중량 평균값과 수 평균값은 이들 Mi와 Rgi 데이터로부터 산정되었다.
HPSEC-MALLS에 관한 설명은 Wyatt(Wyatt. Ph. J. Anal. Chim. Acta, 1993, 272, 1-40)에 의해 제공되었다.
입자 크기는 건식 분말 장치 내에서 Beckman Coulter 레이저 분석기, 모델 LS13320에서 측정되었다.
색채는 Hunter Lab ColorFlex 장치로 측정되고 황색 인덱스(yellow index, ASTM E313)로서 표시되었다.
곡물이나 전분에 의한 물 결합(water binding)은 반죽(dough)의 리올로지(rheology)와 굽기 특성과 연관된 기능적 파라미터이다. 이용된 검사물은 American Association of Cereal Chemists AACC 53-10과 53-11이었다. 결과는 전분 1g당 유지된 물 g으로 표시된다. 이들 방법은 전분의 알칼리수(alkaline water)(중탄산나트륨 또는 탄산나트륨의 용액) 보유량(retention capacity)을 측정한다. 알칼리수 보유량은 원심분리이후 전분에 의해 유지되는 알칼리수(용매)의 중량이다. 이는 14% 습도 기초에서 곡물 중량당 유지되는 물 중량의 비율로서 표시된다. 알칼리수 보유는 전개(cookie spread)에 반비례한다.
실시예 1
71% 아밀로오스로서 측정된 높은 아밀로오스 전분(MS-7 Variety 4200, Honen Starch Co.), 물, 변성된 에탄올을 포함하는 슬러리를 표 1에 도시된 비율로 제조하였다. 변성된 에탄올은 부피로 5% 물을 함유하는 상업용 에탄올을 메탄올과 에탄올 100 갤런당 메탄올 5 갤런의 비율로 혼합함으로써 제조하였다. 표 1에 제공된 알코올 농도는 전분 내에 존재하는 수분을 포함하는(즉, 전분 내에서 건조 고형물을 배제하는) 알코올/물 혼합물에서 농도를 의미한다. 각 실험을 위하여, 1400 g 배치(batch)의 슬러리를 제조하고, 고압 스팀 공급원에 연결된 내부 가열 코일(internal heating coil)이 구비된 2 quart 고압 교반된 압열멸균기에 위치시켰다. 압열멸균기는 밀봉하고, 질소로 정화하고, 원하는 온도로 가열하였다. 원하는 온도를 표 1에 지정된 시간(먼저, "Temp 1"에서 "Time 1", 이후 "Temp 2"에서 "Time 2", 그 다음 "Temp 3"에서 "Time 3") 동안 유지시키고, 이후 샘플을 85℃로 냉각하였다. 생성물은 반응기 내에서 딥 레그(dip leg)를 이용하여 떼어내고 물리적 교반기가 구비된 3-목 원형 바닥 플라스크에 위치시키며, 상기 플라스크는 85℃로 설정된 수조에 위치시켰다. 85℃에서 1시간동안 교반한 이후, 상기 수조는 전원을 차단하고, 샘플은 하룻밤동안 대략 30℃로 자발적으로 냉각되도록 하였다. 슬러리는 여과하고 500 g의 100% 변성된 알코올로 세척하였다. 생성물은 트레이(tray) 상에서 하룻밤동안 실온에서 자연 건조시켰다.
표 1의 데이터는 식이 섬유의 개선된 수준이 낮은 전분 고형물에서, "Temp 2"와 "Temp 3" 칼럼에 도시된 바와 같은 핵형성(nucleation)과 확대 단계를 이용함으로써 달성된다는 것을 보여준다. 부가적으로, 도 4에 도시된 바와 같이, 150℃ 정도의 강한 DSC 융점이 도입되거나, 또는 이의 엔탈피가 고유 HS-7 전분에 비하여 증가하였다.
이들 2가지 실험 1-1과 1-2를 위하여, 수용성 알코올에서 어닐링 단계가 이런 방법에 추가되었다. 상기 방법으로부터 필터 덩어리는 11% 전분 고형물로 알코올:물의 70/30 중량비가 달성되도록 알코올과 물에 재슬러리화시켰다. 슬러리는 앞서 기술된 바와 같이 고압 교반된 열압멸균기 내에서 45분간 170℃로 재가열하였다. 실온으로 급속하게 냉각한 이후, 생성물은 떼어내고 여과하고 100% 변성된 에탄올로 세척하고 건조시켰다. 이런 부가된 어닐링 단계는 식이 섬유 수준 또는 DSC 용융 온도를 개선하지 않았다.
표 2에서는 가열-습기 처리를 부가적으로 수반하는 실험을 보여주는데, 여기 서 전분의 수분 함량은 포스트 알코올성 쿡(post alcoholic cook) 처리로서 2시간동안 120℃에서 가열이후 25%가 되었다. 샘플 2-1의 수분 함량이 25%로 증가되고, 상기 샘플이 2시간동안 120℃로 가열되고, 이후 50℃에서 5% 습도로 건조되면, 식이 섬유 함량이 36%에서 43%로 증가하였다. TDF에서 더욱 우수한 개선은 알코올성 쿡(alcoholic cook)이 변동되는 샘플 2-2 내지 2-6에서 관찰되었다. Run 2-2는 75% TDF를 나타냈다.
실시예 2
파일럿 플랜트(pilot plant)에서 제조된 비-가열 습기 처리된 저항성 전분을 이용하여 가열-습기 처리의 최적화를 조사하였다(표 3). 상기 재료는 100 갤런 압력 반응기와 70 lb 배치를 제외하고 실시예 1에서와 전반적으로 동일한 방법을 이용하여 제조하였다. 샘플 2-6은 Western States 바스켓 원심분리기(basket centrifuge)에서 탈수하였다. 그 다음, 상기 재료는 Proctor-Schwartz 트레이 건조기를 이용하여 대략 5% 습도로 건조시키고 탈용매시키며 제분하였다. 건조 재료의 대략 30 g 샘플은 일정한 범위의 습도 수준을 달성하기 위하여 비커 내에서 물과 혼합하였다. 축축해진 재료는 튜브 내에 밀봉하고 오븐 내에서 일정한 범위의 온도에서 1 내지 2시간동안 가열하였다. 샘플은 튜브 내에서 냉각시키고, 이후 이전하고 건조시키고 분쇄하고 TDF를 측정하였다. 결과는 회귀 방정식(regression equation)으로 분석하고, 가열-습기를 위한 최적 구역을 찾았다. 샘플 2-6의 경우에, 최적 구역은 대략 25% 습도와 121℃이었다. TDF는 알코올성 처리이후 41%에서 더욱 양호한 조건에서 가열-습기 처리이후 대략 65%로 증가하였다.
실시예 3
100 갤런 압력 반응기와 70 lb 배치를 제외하고 실시예 1에서와 전반적으로 동일한 방법을 이용하여 파일럿 플랜트 시험을 수행하였다. 반응기에 대한 조건은 아래 표 4에 제공된다. 샘플 4-1(샘플 2-6과 동일)은 Western States 바스켓 원심분리기(basket centrifuge)에서 탈수하였다. 그 다음, 상기 재료는 Proctor-Schwartz 트레이 건조기를 이용하여 건조시키고 탈용매시키며 Littleford DVT-130 혼합기에서 열처리하였다. 샘플 4-2는 속성 건조기를 이용하여 이를 건조시키고 Rosin 유동기(fluidizer)를 이용하여 전분을 탈용매시킨 점을 제외하고, 샘플 4-1에서와 동일한 장치를 이용하여 제조하였다.
도 2는 출발 물질로서 사용되는 HS-7 고유 전분 과립의 전파 전자 현미경 사진(transmission electron micrograph, TEM)이다. 도 3은 샘플 4-1의 생성물의 TEM이다. 도 3에서 샘플 4-1의 과립 형태는 도 2에서 관찰되는 고유 과립 구조가 완전히는 아니지만 상당부분 파괴되었음을 암시한다. 도 4의 DSC 온도기록도(thermogram)는 알코올성 처리이후 및 가열-습기 처리이전에 샘플 4-1이 70-100℃ 범위에서 내온(endotherm)을 상실하고 대략 110℃에서 내온을 획득하고 대략 150℃에서 더욱 높은 내온을 획득한다는 것을 보여준다. 가열-습기 처리이후, 내온이 몇 도 높은 온도로 이동한다. 도 5에서는 고유 HS-7 전분과 샘플 4-1 저항성 전분의 분자량 분포를 도시한다. HS-7의 중량 평균 분자량은 대략 4,000,000이다. 샘플 4-1에서 전분의 중량 평균 분자량은 95% 정도 감소한 대략 170,000이다. HS-7 고유 과립은 복굴절성이고, 편광 현미경(polarizing microscope)에서 몰타 십 자(Maltese cross)를 나타낸다. 이들 저항성 전분 과립(샘플 4-1)은 복굴절성이고, 편광 현미경에서 “반짝”이긴 하지만 분명한 몰타 십자를 나타내지는 않는다. 이들 결과는 HS-7 전분이 부분적으로 결정성이고 구립(spherulite)으로서 조직화된다는 것을 암시한다. 몰타 십자가 없는 저항성 전분의 복굴절은 상기 물질이 부분적으로 결정성이긴 하지만 구립으로서 조직화되지 않았음을 암시한다. 도 6에서는 HS-7 전분과 샘플 4-1의 X-레이 산란 강도(scattering intensity)를 도시한다. HS-7 전분은 B형 결정성(crystallinity)을 보유한다. 샘플 4-1은 B형과 V 무수 결정성을 보유한다. 도 6에서는 HS-7과 샘플 4-1의 결정 구조 사이에 분명한 차이가 관찰된다. 더 나아가, 샘플 4-1은 부분적으로 결정성이다. HS-7의 평균 입자 크기는 대략 10 마이크론이고, 샘플 4-1 저항성 전분의 평균 입자 크기는 380 마이크론이다.
Figure 112007023374684-PCT00001
Figure 112007023374684-PCT00002
Figure 112007023374684-PCT00003
Figure 112007023374684-PCT00004
실시예 4
본 발명의 특정 저항성 전분 제품의 분석 결과는 아래의 특징을 지시하였다. 입자 크기 범위는 대략 100-700 마이크론, 더욱 빈번하게는 대략 150-650 마이크론이었다. 평균 입자 크기 범위는 대략 250-400 마이크론이고, 일부 경우에 대략 330 마이크론이었다. 이는 이들 제품의 제분(milling)이전의 수치이다. 분말 밀도(powder density)는 입방 피트(cubic foot)당 대략 50-60 파운드(압축 벌크 밀도)(packed bulk density)이고, 일부 경우에 대략 54 파운드이었다.
이들 저항성 전분 제품은 대략 5-15 J/g, 일부 경우에 10 J/g의 엔탈피에서 대략 150℃의 DSC 융점을 거의 지속적으로 나타냈다. 이에 더하여, 일부 경우에, 이들 저항성 전분 제품은 대략 1-9 J/g, 일부 경우에 4.8 J/g의 엔탈피에서 대략 108℃의 DSC 융점을 나타냈다.
이들 저항성 전분 샘플의 보수력(water holding capacity)은 일반적으로, 건조 전분 1g당 대략 3 g 이하의 물이고, 많은 경우에 건조 전분 1g당 1.3-1.9 g의 물이었다. 황색 인덱스(YI) 칼라 범위는 대략 11-32이고, 일부 경우에 대략 13-27, 또는 대략 15-23이었다. 평균 YI 칼라는 대략 19이었다.
TDF는 대략 50% 이상이었다. 일부 경우에, TDF는 대략 50-70%, 대략 55-70%, 또는 대략 60-70%이었다. Englyst 저항성 전분 수치는 대략 28-65이고, 일부 경우에 대략 35-50이며, 평균적으로 대략 43이었다.
실시예 5
AACC 53-10 쿠키 굽기(cookie bake) 검사물의 50% 곡물 대체물을 이용하여 샘플 4-3의 효능을 평가하였다. 샘플 4-3 저항성 전분은 제분하고 US Mesh 100 체에 거르고 US Mesh 200 체에 집합시키는데, 미세한 입자들은 US Mesh 200 체를 통과하였다.
방법 AOAC 991.43에 따르면, 굽기 이전에 50.5% 섬유가 성분 내에 존재하였고, 쿠키 굽기 이후 상기 재료의 100%-111%가 섬유로서 산정되었다. 데이터는 표 5A, 5B, 5C에 제공된다.
저항성 전분의 존재는 대조에 비하여 쿠키 치수(cookie dimension)를 개선하였다. 대조(100% ConAgra White Spray Pastry Flour)에 대한 쿠키 높이(cookie height)는 저항성 전분을 포함하는 쿠키에서보다 높았다. 부가적으로, 대조에 대한 쿠키 전개(너비)는 저항성 전분 제품에서보다 적었다. 더욱 많은 전개와 감소된 높이는 저항성 전분의 낮은 보수 특성에 기인하는데, 이는 이러한 저항성 전분이 굽기 과정 동안 수화되거나 부분적으로 젤라틴화되지 않고 상대적으로 변화 없이 유지된다는 것을 암시한다. 저항성 전분이 굽기 동안 변한다면, 아마도, 결정성이 증가하고 예상보다 높은 전체 식이 섬유 수치가 산출될 것이다.
쿠키 방식 "as is" 쿠키 방식 수분/지방 없음
대조 검사물 대조 검사물
성분 % % % %
무지방 분유 0.47 0.47 0.72 0.71
식염 0.58 0.58 0.90 0.89
소다 0.47 0.47 0.72 0.71
미세한 굵은 설탕 19.67 19.67 30.39 29.83
지방 18.73 18.73 0.00 0.00
높은 과당 옥수수 시럽(42% 과당) 0.70 0.70 0.76 0.75
중탄산암모늄 0.24 0.24 0.36 0.36
곡물(Conagra White Spray Pastry Flour) 47.57 23.46 66.14 32.02
저항성 전분 0.00 24.11 0.00 34.73
물 11.57 11.57 0.00 O.00
대조 검사물
쿠키 %TDF 지방과 수분 없음 3.18 21.09
굽기 이전 곡물로부터 TDF에 기여 O O
굽기 이전 저항성 전분(샘플 4-3)으로부터 TDF에 기여 0 17.54
굽기 이후 곡물로부터 TDF에 기여 3.18 1.59
굽기 이후 저항성 전분(샘플 4-3)으로부터 TDF에 기여 0 19.5
굽기 동안 저항성 전분(샘플 4-3) TDF%의 획득 11
쿠키 효능
쿠키 너비(4개 쿠키의 평균) 높이
모든 곡물 대조 7.28 cm 1.25 cm
샘플 2-1로 곡물의 50% 대체 8.19 cm 1.08 cm
실시예 6
실시예 2에 전반적으로 기술된 바와 동일한 파일럿 플랜트에서, 표 4에서 샘플 4-3의 파라미터를 갖는 저항성 전분을 제조하였다. 가열-습기 처리와 건조이후, 상기 전분은 제분하고 US 60 Mesh 체에 걸렸다. 걸러진 생성물은 51.9% TDF이었다. 25% 저항성 전분과 75% 옥수수 가루의 혼합물은 Leistritz ZSE-18/HP 사출성형기를 이용하여 사출성형하였다. 사출성형이후, 축축한 사출성형물(extrudate)은 열풍 순환 건조기 내에서 250℉에서 30분간 대략 1-2% 습도로 건조시켰다. 이들 사출성형 검사물은 저항성 전분과 연관된 TDF의 대략 80-85%가 이러한 혹독한 과정이후에도 유지된다는 것을 보여주는데, 이는 상기 저항성 전분이 실질적으로, 열과 전단 저항성임을 확증한다(표 6 참조).
사출성형 검사 데이터
옥수수 가루 대조 검사물 1 검사물 2 검사물 3
사출성형기 내에서 습도, % 18 18 25 21
다이 압력(die pressure), PSI 1236 1370 567 822
생성물 온도, ℃ 150 156 147 158
KW/Kg 0.084 0.110 0.120 0.142
TDF, % 3.6 12.8 12.2 12.6
저항성 전분 안정성, % 84 79 83
실시예 7
토르틸라 칩 조성물에서 저항성 전분 안정성을 검사하였다. 저항성 전분(샘플 4-1), 69% TDF가 White Corn Masa Flour의 25%를 대체하였다. 샘플 4-1을 수득하고, 본 검사를 위하여 실험 장치(lab apparatus) 내에서 121℃, 25% 습도에서 가열-습기 처리하였다. White Corn Masa Flour TDF는 이의 명세 시트로부터, 8.0%이었다. 표 7에서는 토르틸라 혼합물의 건조 혼합된 성분을 보여준다. 이들 혼합물은 물과 혼합하여 반죽을 만들고, 이는 Rondo 가역성 쉬터(reversible sheeter)로 얇게 펴서 납작한 조각을 만들었다. 이들 조각은 표 8에 기술된 바와 같이 절단하고, 굽고, 튀겼다. 튀겨진 이들 조각은 석유 에테르(petroleum ether)로 탈지시키고, TDF를 측정하였다. TDF 결과와 분석 결과는 지방과 수분 없음 기준으로 제공된다. 표 8에서는 TDF 분석 결과 및 최초 성분의 TDF와 제조된 식품의 TDF를 비교하는 산정 결과를 보여준다. 이들 칩의 제조 과정 동안, 옥수수 가루와 저항성 전분의 TDF가 모두 증가하였다. 산정 결과는 저항성 전분의 TDF가 25% 정도 증가하여 구움과 튀김이후 저항성 전분의 TDF가 86%가 된다는 것을 보여준다. 상기한 방법으로 만들어진 저항성 전분은 이러한 적용에서 안정하고, 이러한 적용의 구움/튀김에서 TDF를 획득한다.
토르틸라 칩을 제조하는데 사용되는 건조 혼합물의 조성
성분 대조 % 검사물(저항성 전분 샘플 4-1로 25% 옥수수 가루 대체), %
White Corn Masa, Azeta Milling Co. 93.1 69.83
X-PAND'R전분, A.E. Staley Manufacturing Co. 4.9 4.9
저항성 전분(샘플 4-1) 0 23.27
식염 1 1
옥수수 오일 0.5 0.5
Centrolex F Lecithin, Central Soya Co. 0.5 0.5
토르틸라 칩 조성과 튀김/구움 결과
성분 대조 % 검사물(샘플 4-1로 25% 옥수수 가루 대체)
표 7의 건조 혼합물 300 gram 300 gram
쉬팅(sheeting)을 위하여 부가된 물 250 gram 250 gram
반죽 습도 % 46-48 46-48
반죽 특징 응집성, 얇게 잘 펴짐 축축함, 비-점착성
구움 450℉, 1.5 분 450℉, 1.5 분
튀김이전 예상 습도, % 15-25 15-25
튀김 파라미터 345℉-350℉, 35-40 초 345℉-350℉, 35-40 초
구움과 튀김이후 지방, % 22.6 23.7
탈지된 칩의 TDF% 10.2 27.7
구움과 튀김이전 옥수수 가루에 의해 기여된 TDF% 7.4 5.6
구움과 튀김이전 샘플 4-1에 의해 기여된 TDF% 0 16.0
옥수수 가루로부터 TDF의 획득 비율 38 N/A
지방과 수분 없음 기준에서, 구움과 튀김이후 성분에 의해 토르틸라에 기여된 %TDF 산정 10.2(측정) 옥수수 가루로부터 7.7 샘플 4-1로부터 20 (차이)
저항성 전분 샘플 4-1로부터 TDF의 획득 비율 N/A 25
본 발명의 특정 구체예에 관한 상기 설명은 본 발명의 모든 가능 구체예를 포함하지는 않는다. 당업자는 아래의 특허청구범위 내에서 다른 구체예가 가능함을 인지할 것이다.

Claims (62)

  1. 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분을 생산하는 방법에 있어서,
    (a) (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물(feed composition)을 제공하고, 여기서 공급 조성물 내에 전분 농도는 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 3.5 내지 6.5이고;
    (b) 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-3.0 시간동안 130 내지 170℃ 온도로 가열하고;
    (c) 공급 조성물을 0.1-6.0 시간동안 4 내지 70℃ 온도로 냉각하고;
    (d) 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-10.0 시간동안 110 내지 150℃ 온도로 가열하고;
    (e) 대부분의 물과 알코올로부터 전분을 분리하고;
    (f) 전분을 건조시키는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  2. 제 1항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물 내에 전분 농도는 8 내지 25wt%인 것을 특징으로 하는 생산 방법;
  3. 제 1항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물의 pH는 4.7 내지 5.3인 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  4. 제 1항에 있어서,
    공급 조성물은 단계 (b)에서 0.5-2.0 시간동안 145 내지 160℃ 온도로 가열되고;
    공급 조성물은 단계 (c)에서 1.0-4.0 시간동안 35 내지 45℃ 온도로 냉각되고;
    공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 120 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  5. 제 1항에 있어서, 공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 130 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  6. 제 1항에 있어서, 공급 조성물 내에 전분은 적어도 65wt% 아밀로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  7. 제 1항에 있어서, 단계 (c)와 (d)는 단계 (e)에 앞서 적어도 1회 반복되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  8. 제 1항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량을 10-40wt%로 증가시키고 상기 전분을 0.5-5.0 시간동안 90 내지 150℃ 온도에서 가열하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  9. 제 8항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량은 17-29wt%로 증가되고, 상기 전분은 0.5-5.0 시간동안 105 내지 135℃ 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  10. 제 1항에 있어서, 단계 (e)에서 분리는 적어도 1회의 여과 또는 원심분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  11. 제 1항에 있어서, 생산된 전분의 82-90wt%는 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 상기 전분의 20-35wt%는 10,000 이하의 분자량을 보유하는 것을 특징으로 하는 생산 방법.
  12. (a) (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물을 제공하고, 여기서 공급 조성물 내에 전분 농도는 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 3.5 내지 6.5이고;
    (b) 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-3.0 시간동안 130 내지 170℃ 온도로 가열하고;
    (c) 공급 조성물을 0.1-6.0 시간동안 4 내지 70℃ 온도로 냉각하고;
    (d) 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-10.0 시간동안 110 내지 150℃ 온도로 가열하고;
    (e) 대부분의 물과 알코올로부터 전분을 분리하고;
    (f) 전분을 건조시킴으로써 생산된, 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분.
  13. 제 12항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물 내에 전분 농도는 8 내지 25wt%인 것을 특징으로 하는 전분;
  14. 제 12항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물의 pH는 4.7 내지 5.3인 것을 특징으로 하는 전분.
  15. 제 12항에 있어서,
    공급 조성물은 단계 (b)에서 0.5-2.0 시간동안 145 내지 160℃ 온도로 가열되고;
    공급 조성물은 단계 (c)에서 1.0-4.0 시간동안 35 내지 45℃ 온도로 냉각되고;
    공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 120 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 전분.
  16. 제 12항에 있어서, 공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 130 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 전분.
  17. 제 12항에 있어서, 공급 조성물 내에 전분은 적어도 65wt% 아밀로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  18. 제 12항에 있어서, 단계 (c)와 (d)는 단계 (e)에 앞서 적어도 1회 반복되는 것을 특징으로 하는 전분.
  19. 제 12항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량을 10-40wt%로 증가시키고 상기 전분을 0.5-5.0 시간동안 90 내지 150℃ 온도에서 가열하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 전분.
  20. 제 19항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량은 17-29wt%로 증가되고, 상기 전분은 0.5-5.0 시간동안 105 내지 135℃ 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 전분.
  21. 제 12항에 있어서, 단계 (e)에서 분리는 적어도 1회의 여과 또는 원심분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 전분.
  22. 제 12항에 있어서, 생산된 전분의 82-90wt%는 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 상기 전분의 20-35wt%는 10,000 이하의 분자량을 보유하는 것을 특징으로 하 는 전분.
  23. (a) (i) 적어도 50wt% 아밀로오스를 함유하는 전분, (ii) 물, (iii) 알코올을 포함하는 수용성 공급 조성물을 제공하고, 여기서 공급 조성물 내에 전분 농도는 5 내지 50wt%이고, 공급 조성물의 pH는 3.5 내지 6.5이고;
    (b) 첫 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-3.0 시간동안 130 내지 170℃ 온도로 가열하고;
    (c) 공급 조성물을 0.1-6.0 시간동안 4 내지 70℃ 온도로 냉각하고;
    (d) 두 번째 가열 단계에서, 공급 조성물을 0.1-10.0 시간동안 110 내지 150℃ 온도로 가열하고;
    (e) 대부분의 물과 알코올로부터 전분을 분리하고;
    (f) 전분을 건조시킴으로써 생산된, 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분을 포함하는 식품 제품.
  24. 제 23항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물 내에 전분 농도는 8 내지 25wt%인 것을 특징으로 하는 식품 제품;
  25. 제 23항에 있어서, 단계 (a)에서 공급 조성물의 pH는 4.7 내지 5.3인 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  26. 제 23항에 있어서,
    공급 조성물은 단계 (b)에서 0.5-2.0 시간동안 145 내지 160℃ 온도로 가열되고;
    공급 조성물은 단계 (c)에서 1.0-4.0 시간동안 35 내지 45℃ 온도로 냉각되고;
    공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 120 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  27. 제 23항에 있어서, 공급 조성물은 단계 (d)에서 1.0-5.0 시간동안 130 내지 140℃ 온도로 가열되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  28. 제 23항에 있어서, 공급 조성물 내에 전분은 적어도 65wt% 아밀로오스를 함유하는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  29. 제 23항에 있어서, 단계 (c)와 (d)는 단계 (e)에 앞서 적어도 1회 반복되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  30. 제 23항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량을 10-40wt%로 증가시키고 상기 전분을 0.5-5.0 시간동안 90 내지 150℃ 온도에서 가열하는 단계가 추가로 포함되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  31. 제 30항에 있어서, 건조 전분의 수분 함량은 17-29wt%로 증가되고, 상기 전분은 0.5-5.0 시간동안 105 내지 135℃ 온도에서 가열되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  32. 제 23항에 있어서, 단계 (e)에서 분리는 적어도 1회의 여과 또는 원심분리에 의해 수행되는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  33. 제 23항에 있어서, 생산된 전분의 82-90wt%는 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 상기 전분의 20-35wt%는 10,000 이하의 분자량을 보유하는 것을 특징으로 하는 식품 제품.
  34. 고유 결정 구조를 상실하고;
    5-20 Joule/gram의 엔탈피에서 150℃의 시차 주사 열량측정(differential scanning calorimetry) 융점을 보유하고;
    건조 전분 1g당 3g 이하의 보수력(water holding capacity)을 보유하는 것으로 특성화되는, 알파-아밀라아제 저항성 성분을 함유하는 전분에 있어서, 상기 전분의 82-90wt%는 350,000 이하의 분자량을 보유하고, 상기 전분의 20-35wt%는 10,000 이하의 분자량을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  35. 제 34항에 있어서, 적어도 115℃의 피크 용융 온도(peak melting temperature)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  36. 제 35항에 있어서, 적어도 130℃의 피크 용융 온도를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  37. 제 34항에 있어서, 적어도 16 Joule/gram의 젤라틴화 열(heat of gelatinization)을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  38. 제 34항에 있어서, 150℃에서 시차 주사 열량측정 융점을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  39. 제 34항에 있어서, 100,000 - 250,000의 중량 평균 분자량(weight average molecular weight)을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  40. 제 39항에 있어서, 170,000의 중량 평균 분자량을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  41. 제 34항에 있어서, 250 - 400 마이크론의 평균 입자 크기(average particle size)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  42. 제 41항에 있어서, 330 마이크론의 평균 입자 크기를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  43. 제 34항에 있어서, 10 Joule/gram의 엔탈피에서 150℃의 시차 주사 열량측정 융점을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  44. 제 34항에 있어서, 1-9 Joule/gram의 엔탈피에서 108℃의 시차 주사 열량측정 융점을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  45. 제 44항에 있어서, 4.8 Joule/gram의 엔탈피에서 108℃의 시차 주사 열량측정 융점을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  46. 제 34항에 있어서, 건조 전분 1g당 1.3-1.9g의 보수력(water holding capacity)을 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  47. 제 34항에 있어서, 11-32의 황색 인덱스 칼라(yellow index color)(ASTM E313)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  48. 제 47항에 있어서, 13-27의 황색 인덱스 칼라(ASTM E313)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  49. 제 48항에 있어서, 15-23의 황색 인덱스 칼라(ASTM E313)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  50. 제 49항에 있어서, 19의 황색 인덱스 칼라(ASTM E313)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  51. 제 34항에 있어서, 전체 식이 섬유 함량이 적어도 50%인 것을 특징으로 하는 전분.
  52. 제 51항에 있어서, 전체 식이 섬유 함량이 55-70%인 것을 특징으로 하는 전분.
  53. 제 52항에 있어서, 전체 식이 섬유 함량이 60-70%인 것을 특징으로 하는 전분.
  54. 제 34항에 있어서, 28-65의 Englyst 저항성 전분 수치(starch value)를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  55. 제 54항에 있어서, 35-50의 Englyst 저항성 전분 수치를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  56. 제 55항에 있어서, 43의 Englyst 저항성 전분 수치를 보유하는 것을 특징으로 하는 전분.
  57. 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법에 있어서,
    수용성 알코올에 담긴 높은 아밀로오스 전분을 젤라틴화 온도(gelatinization temperature) 이상으로 가열하여 이의 고유 분자 구조를 파괴하고;
    전분의 분자량이 원하는 범위로 감소될 때까지 상기 혼합물을 젤라틴화 온도 이상으로 유지시키고;
    전분을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  58. 제 57항에 있어서, 알코올로부터 전분을 분리하고 상기 전분을 상승된 열과 습기로 처리하여 알파-아밀라아제 저항성을 부여하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  59. 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법에 있어서,
    높은 아밀로오스 전분을 수성산(aqueous acid)으로 처리하여 이의 분자량을 원하는 범위로 감소시키고;
    전분-물 혼합물을 염기로 중화시키고;
    전분을 농축하거나 건조시키고;
    전분을 알코올과 혼합하고 상기 전분이 젤라틴화될 만큼 충분히 가열하여 이의 고유 분자 구조를 파괴하고;
    전분을 냉각하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  60. 제 59항에 있어서, 알코올로부터 전분을 분리하고 상기 전분을 상승된 열과 습기로 처리하여 알파-아밀라아제 저항성을 부여하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  61. 알파-아밀라아제 저항성 전분을 제조하는 방법에 있어서,
    알코올에 담긴 높은 아밀로오스 전분을 상승된 온도에서 젤라틴화시키고;
    분자 구조의 재-조직화를 위한 충분한 기간 동안 전분의 온도를 저항성 전분 융점(resistant starch melting point) 미만으로 감소시켜 알파-아밀라아제 저항성 및 열과 전단 내성을 부여하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
  62. 제 61항에 있어서, 알코올로부터 전분을 분리하고 상기 전분을 상승된 열과 습기로 처리하여 알파-아밀라아제 저항성을 부여하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
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