KR20090111043A - 고구마 전분 및 갈락토만난을 포함하는 식품 조성물 및 그제조방법 - Google Patents

고구마 전분 및 갈락토만난을 포함하는 식품 조성물 및 그제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 고구마 전분 및 갈락토만난을 포함하는 식품 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 (galactomannan) 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 식품 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 갈락토만난의 첨가량에 따라서 달라지는 고구마 전분의 유변학적 특성들을 면밀히 검토하여 고구마 전분을 포함하는 식품 조성물의 제조시 첨가되는 갈락토만난의 함량을 최적으로 조절함으로써, 다양한 식품의 특성에 적합한 유변학적 특성들을 갖는 식품 조성물을 제공할 수 있다.
고구마 전분, 갈락토만난, 유변학적 특성

Description

고구마 전분 및 갈락토만난을 포함하는 식품 조성물 및 그 제조방법 {Food compositon comprising sweet potato starch and galactomannan and method for preparing the same}
본 발명은 고구마 전분 및 갈락토만난을 포함하는 식품 조성물 및 그 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 구체적으로는 갈락토만난의 첨가량에 따라서 달라지는 고구마 전분의 유변학적 특성들을 면밀히 검토하여 고구마 전분을 포함하는 식품 조성물의 제조시 첨가되는 갈락토만난의 함량을 최적으로 조절함으로써, 다양한 식품의 특성에 적합한 유변학적 특성들을 갖는 식품 조성물 및 그 제조방법에 관한 것이다.
전분 (starch)은 식품들에 혼합되면 이들의 유변학적 특성 (rheological properties)이 크게 변화하므로, 식품산업에서 주로 증점제 (thickener), 겔화제 (gelling agent), 벌크화제 (bulking agent), 함습제 (water retention agent), 발효 에너지원 및 점착 방지제 또는 점착제 (antisticky/sticky agent)로 사용되고 있다. 전분의 유변학적 특성들은 여러 가지 요인들에 크게 영향을 받으며, 예를 들어 전분의 종류, 아밀로오스/펙틴 비율, 온도, 전분 농도, pH, 및 가용성 저분자 량 용질들 (염, 산 및 당류) 및 거대분자들 (단백질 및 검류)와 같은 다른 성분들의 존재 및 농도에 의해서 변화한다. 그 중에서도, 검류는 식품 산업계에서 기능성 첨가제로 사용되며, 전분의 유변학적 특성들을 변형시키고 조절하는데 중요한 역할을 한다. 다양한 적용 사례들에서, 전분의 유변학적 특성들을 특정하게 조절하는 것은 매우 중요한데, 이는 이를 통해서 생산 과정을 조절하고, 식품의 안정성 및 관능적 특성들을 향상시킬 수 있기 때문이다. 검류가 전분의 유변학적 특성에 크게 영향을 미치기 때문에, 전분-검 혼합물의 유변학적 특성들에 대한 연구는 전분식품들에 부여하는 기능성 연구에 매우 중요하다.
고구마 및 고구마계 재료들 (예를 들어, 고구마 전분 등)은 아프리카 및 아시아 등지에서 다양한 식품을 제조하기 위해서 폭넓게 사용되고 있다. 우리나라에서는, 고구마는 주로 국내 소비를 위해서 재배되며, 굽거나, 삶거나 또는 찌는 등의 방식에 의해서 요리된다. 특히, 고구마는 주로 전분 제조를 위해서 사용되며, 고구마 전분은 국수, 수프, 스낵 및 빵 등과 같은 가공식품들의 첨가물로서 종종 사용된다. 고구마 전분의 사용은 일반적으로 그 물리화학적 및 유변학적 특성들에 의해서 결정되지만, 고구마 페이스트에 대한 유변학적 특성 분석 자료는 많지 않고, 특히 고구마 페이스트와 검류와의 혼합물에 대한 유변학적 특성 분석 자료는 전무한 실정이다.
찹쌀, 밀, 옥수수, 타피오카 및 쌀 전분 페이스트 등과 같은 다양한 전분 페이스트들의 유변학적 특성에, 구아 검 (guar gum) 및 로커스트 빈 검 (locust bean gum)과 같은 갈락토만난 (galactomannan)류가 미치는 영향에 대해서는 기존에 여러 가지 연구 결과가 보고된 바 있다. 이러한 연구 결과들은 전분-갈락토만난 혼합물의 유변학적 특성들이, 첨가되는 검류의 종류, 온도 및 전분의 종류에 영향을 받는 것으로 보고되고 있다. 반면에, 고구마 전분과 갈락토만난의 유변학적 특성에 초점을 맞춘 연구 결과는 거의 보고된 바가 없다. 특히, 고구마 전분-갈락토만난 혼합물 시스템의 동적 유변학적 특성들을 구조 비파괴적인 소진폭 진동전단 방식 (small deformation oscillatory measurement)에 의해서 연구한 예는 전혀 보고된 바가 없다. 그러나, 검류의 함량을 달리하며 관찰한 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 동적 유변학적 특성 연구는 이들 혼합 시스템에서의 고구마 전분과 갈락토만난류의 상승적 상호작용에 대한 소중한 정보를 제공할 수 있다.
본 발명은 상기 종래기술의 문제점을 해결하고자 안출된 것으로서, 본 발명의 첫 번째 과제는 갈락토만난의 첨가량에 따라서 달라지는 고구마 전분의 유변학적 특성들을 면밀히 검토하여 고구마 전분을 포함하는 식품 조성물의 제조시 첨가되는 갈락토만난의 함량을 최적으로 조절함으로써, 다양한 식품의 특성에 적합한 유변학적 특성들을 갖는 식품 조성물을 제공하는 것이다.
또한 본 발명의 두 번째 과제는 상기 식품 조성물의 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명은 상기 첫 번째 과제를 달성하기 위해서,
고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 (galactomannan) 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 식품 조성물을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 갈락토만난은 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)인 것이 바람직하다.
또한, 본 발명은 상기 두 번째 과제를 달성하기 위해서,
고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 0.1 내지 1.0 중량부를 혼합하는 단계;
상기 혼합물을 물과 혼합하고 실온에서 교반하여 페이스트를 제조하는 단계; 및
상기 페이스트를 가열하면서 교반하는 단계
를 포함하는 식품 조성물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 바람직한 일 실시예에 따르면, 상기 갈락토만난은 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)인 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 다른 실시예에 따르면, 상기 페이스트는 물 100 중량부에 대해서 상기 혼합물 2 내지 10 중량부를 혼합함으로써 제조되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 페이스트 제조 단계에서의 교반은 200 내지 300rpm의 교반 속도로 수행되며, 상기 가열 단계에서의 교반은 50 내지 150rpm의 교반 속도로 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명의 바람직한 또 다른 실시예에 따르면, 상기 가열 단계는 85 내지 100℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것이 바람직하다.
본 발명에 따르면, 갈락토만난의 첨가량에 따라서 달라지는 고구마 전분의 유변학적 특성들을 면밀히 검토하여 고구마 전분을 포함하는 식품 조성물의 제조시 첨가되는 갈락토만난의 함량을 최적으로 조절함으로써, 다양한 식품의 특성에 적합한 유변학적 특성들을 갖는 식품 조성물을 제공할 수 있다.
이하, 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 한다.
본 발명에 따른 식품 조성물은 고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 (galactomannan) 0.1 내지 1.0 중량부를 포함한다.
본 발명은 고구마 전분에 소정량의 갈락토만난을 혼합함으로써 변화되는 유변학적 특성들을 관찰한 결과, 갈락토만난의 함량이 고구마 전분 100 중량부에 대해서 0.1 내지 1.0 중량부인 경우에 다양한 식품의 제조 과정에서 수반되는 공정 변화에 용이하게 대응할 수 있는 유변학적 특성들을 갖는다는 사실을 알아내고, 이에 기초하여 완성된 것이다.
상기 갈락토만난의 첨가량이 고구마 전분 100 중량부에 대해서 0.1 중량부 미만인 경우에는 갈락토만난 첨가에 따른 조성물의 유변학적 특성 개선 효과가 거의 없다는 문제점이 있고, 1.0 중량부를 초과하는 경우에는 첨가량에 비해 유변학적 특성 효과가 감소되는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
본 발명에서 사용된 갈락토만난은, 이에 제한되는 것은 아니지만, 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)일 수 있다.
구아 검은 백-황색의 분말로서 거의 냄새가 없고, 콩과 구아 (Cyamopsis tetragonolobus) 종자의 배유를 분쇄하거나 또는 이를 온수나 열수로 추출하여 제조할 수 있는 것으로서 갈락토만난으로 구성된 다당류이다. 일반적으로, 점도가 높은 구아 검은 식품용과 공업용으로 널리 쓰이는데, 식품용으로는 주로 아이스크림의 안정제, 디저트의 보형제 등에 많이 사용되며, 그 외에 스프류, 소스 국물류,면류,식육제품류, 수산연제품류, 통조림류, 케익믹스류, 버터믹스류, 절임류, 식이섬유 등에도 사용된다.
로커스트 빈 검 역시 백-황백색의 분말로서 특유의 냄새가 있고, 지중해 연 안에서 생육하고 있는 콩과 다년생 상록수인 카로브 나무 (carob tree)에서 채취한 후 배유 부분을 분리 정제하여 얻는다. 로커스트 빈 검의 분자는 사슬모양의 중합체로서 주성분은 만노오스와 갈락토오스 (4:1)로 구성되어 있고 분자량은 약 30만의 중성 다당류이다. 로커스트 빈 검 역시 주로 식품에 안정제 및 증점제 등으로 사용되는데, 내산성 및 내알칼리성이 우수한 것이 특징이다. 예를 들어, 아이스크림류 및 빙과류의 안정제, 빵, 비스킷, 과자류의 호료, 소시지 및 햄 등의 품질개량제, 마요네즈, 샐러드 드레싱, 케첩 등의 소스류에 증점제 및 안정제로 사용된다. 로커스트 빈 검의 경우 점도를 높이기 위해 온도를 올려서 볶아야 하지만 구아 검은 냉수에서도 수화된다는 점이 다르다.
전분-검 혼합 조성물은 농후화 (thickening)와 자가결합 (self-aggregating system)으로 두드러진 점탄성을 갖는 겔을 형성하며, 첨가되는 검의 종류에 따라서 전분의 겔화 특성이 크게 달라진다. 각종 식품가공과 관련하여 검이 전분의 점증제로서의 기능성을 가질 경우, 전분-검 복합 시스템에서의 전분 페이스트의 유변학적 특성은 매우 중요한데, 이는 전분이 다양한 식품가공 공정 중 호화 및 노화 현상을 수반하며, 전분 특유의 유변학적 특성을 나타내기 때문이다. 특히, 전분계 식품 조성물을 장기간 저장하는 동안 다른 분자배열 사이에서 아밀로펙틴 (amylopectin)의 구조 전개 (structure development) 과정 또는 재결정 과정은 중요한 물성 변화 요소가 된다.
따라서, 본 발명에서는 이러한 점을 인식하여 고구마 전분을 포함하는 식품 조성물에 대해서 갈락토만난의 첨가가 미치는 영향을 분석하였으며, 결과적으로 갈 락토만난의 첨가가 고구마 전분 페이스트의 점성 및 노화, 그리고 전분 겔의 이수 현상에 대해서 미치는 영향을 분석하였다. 고구마 전분-갈락토만난 복합물에 있어서, 갈락토만난의 종류 및 농도 등이 전체 조성물의 유변학적 특성에 미치는 영향을 분석한 연구결과는 종래 전무하며, 특히, 다양한 종류의 식품 제조 공정에 있어서, 원료 식품 조성물의 탄성 및 점성 등과 같은 유변학적 특성들을 해당 공정에 가장 적합하도록 조절하는 것은 매우 큰 의미가 있다는 점에서 본 발명이 지니는 중요성은 매우 크다 하겠다.
한편, 본 발명은 상기 두 번째 기술적 과제를 달성하기 위해서,
고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 0.1 내지 1.0 중량부를 혼합하는 단계; 상기 혼합물을 물과 혼합하고 실온에서 교반하여 페이스트를 제조하는 단계; 및 상기 페이스트를 가열하면서 교반하는 단계를 포함하는 식품 조성물의 제조방법을 제공한다.
전술한 바와 같이, 상기 갈락토만난은 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)인 것이 바람직하며, 상기 페이스트는 물 100 중량부에 대해서 상기 혼합물 2 내지 10 중량부를 혼합함으로써 제조될 수 있다. 페이스트의 제조에 있어서 물의 함량이 너무 적으면 교반이 잘 되지 않는 문제점이 있고, 과다한 경우에는 페이스트 형성이 되지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
또한, 상기 페이스트 제조 단계에서의 교반은 200 내지 300rpm의 교반 속도로 수행되며, 상기 가열 단계에서의 교반은 50 내지 150rpm의 교반 속도로 수행되는 것이 바람직한데, 교반 속도가 느릴 경우 페이스트가 형성되지 않으며, 교반속 도가 빠를 경우 전분구조가 파괴될 우려가 있다.
마지막으로, 상기 가열 단계는 85 내지 100℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것이 바람직한데, 가열 온도가 너무 낮거나 가열 시간이 너무 짧은 경우에는 전분이 호화 되지 않아 페이스트가 형성되지 않는 문제점이 있고, 가열 온도가 너무 높거나 가열 시간이 너무 긴 경우에는 전분구조가 완전히 파괴되어 페이스트가 형성되지 않는 문제점이 있어서 바람직하지 않다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세하게 설명하기로 하되, 하기 실시예는 본 발명의 이해를 돕기 위한 것일 뿐, 본 발명의 범위가 하기 실시예로만 한정되는 것으로 해석되어서는 아니될 것이다.
실시예
재료 및 고구마 전분 페이스트의 제조
고구마 전분은 서영식품(주) (대한민국, 제주도)로부터 구입하였으며, 갈락토만난 (구아 검 및 로커스트 빈 검)은 Sigma Co. (St. Louis, MO, USA)로부터 구입하였다. 고구마 전분은 각각 13.2%의 수분 함량, 0.20%의 회분 함량 및 0.58%의 단백질 함량을 가졌으며, 아밀로오스 함량은 25.6%였다. 고구마 전분-갈락토만난 혼합물(총 농도 5 중량%)은 고구마 전분을 증류수와 혼합하고, 구아 검 및 로커스트 빈 검을 첨가하여 0 중량%, 0.2 중량%, 0.4 중량% 및 0.6 중량%의 검 함량을 갖도록 제조하였다. 각각의 시료들은 실온에서 1시간 동안 서서히 교반하였으며, 이후, 95℃ 물 중탕에서 자성 교반기에 의해서 서서히 교반하며 30분 동안 가열하였다. 가열 말미에는, 유변학적 특성 측정을 위해서 뜨거운 시료 혼합물을 유변 물성 측정기 (rheometer)에 즉시 투입하였다.
평가예 . 유변학적 특성 측정
고구마 전분-갈락토만난 혼합물들에 대한 정적 및 동적 전단 유변학적 특성들은 Carri-Med CSL2 100 유변 물성 측정기 (TA Instruments, New Castle, DE, USA)를 사용하여 측정하였으며, 500㎛의 간격의 플레이트-플레이트 (직경 4cm) 형태를 갖는 측정 시스템을 사용하였다. 각각의 시료는 25℃에서 유변 물성 측정기 플레이트로 옮겨졌다. 정적 전단 (전단 응력 및 전단 속도) 데이터는 1.0 - 1000s-1 범위의 전단 속도에서 얻어졌다.
시료들의 정적 전단 유변학적 특성들을 나타내기 위해서, 데이터들을 식품원료의 물성특성 측정시 주로 사용되는 식 1의 power law 모델과 식 2의 Casson 모델에 적용하였다.
(식 1)
Figure 112008028181877-PAT00001
(식 2)
Figure 112008028181877-PAT00002
여기서 σ는 전단력(단위: Pa),
Figure 112008028181877-PAT00003
는 전단속도(단위: s-1), K는 점조도(단위: Pa sn), n은 유동성지수(단위없음), (Kc)2=ηc은 Casson 플라스틱 점성(ηc)이다. 식 2의 Casson 모델에 의하면 Casson 항복력은 Koc를 제곱한 값에 의해 결정된다. K와 n의 질량으로 전단속도가 100s- 1일때의 겉보기 점도(ηa,100)가 계산된다. 더 나아가, 온도(25-70℃)가 고구마 전분-갈락토만난 혼합물 겉보기 점도에 미치는 영향은 식 3의 Arrhenius 관계식에 의해 설명된다.
(식 3)
Figure 112008028181877-PAT00004
ηa,100 는 전단속도 100s-1에서의 겉보기 점도(단위:Pa·s)이고, A는 상수(단위: Pa·s)이고, T는 절대온도(단위: K), R은 기체상수(8.3144J·mol-1·K-1)이며, Ea는 활성화 에너지(단위: KJ·mol-1)이다.
동적 전단 특성은 소진폭 진동전단(SAOS) 측정방법을 사용하여 3%의 변형력과 25℃상태, 0.63-62.8 rad·s-1의 진동수 범위에서 실험하였다. Carri-Med software(3.1버전)이 실험 데이터를 얻고 저장탄성률(G’), 손실탄성률(G”) 및 복소점도(η*)를 계산하는데 사용되었다. 시료를 안정화시키기 위하여 모든 시료는 유변학적 성질을 측정하기 전에 25℃의 온도에서 5분 동안 방치한 후 실험을 수행하였다. 모든 유변학적 성질 측정 실험은 3회 반복하였으며, 실험 결과는 상기 3회 의 실험결과의 평균치이다.
정적 전단 유변학적특성
고구마 전분-갈락토만난 혼합물들의 전단속도와 전단력에 대한 실험적 결과 는 표 1에 제시된 바와 같이 두 유변학적 모델인 power law 모델과 Casson 모델에 잘 부합되었으며 결정 계수(R2)는 0.93 내지 0.99로 유의성이 매우 높게 나타났다. 모든 시료는 0.30 내지 0.36범위의 낮은 유동성지수(n)와 높은 shear-thinning behavior를 갖는다.
검 형태 농도 (%) 겉보기점도 (P s) 점조도 (Pa sn) 유동성지수 항복응력 (Pa)
표준시료 0 1.11±0.01 21.4±0.91 0.36±0.01 34.9±1.26
구아검 0.2 1.24±0.01 27.5±0.71 0.33±0.01 42.0±0.90
0.4 1.56±0.01 37.1±0.17 0.31±0.00 56.3±0.21
0.6 1.98±0.01 49.1±0.72 0.30±0.00 78.3±2.33
로커스트 빈 검 0.2 1.26±0.01 23.5±0.76 0.36±0.00 36.1±1.42
0.4 1.62±0.01 32.1±0.61 0.35±0.00 51.2±1.37
0.6 2.18±0.01 44.7±0.47 0.35±0.00 72.7±0.76
고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 n 값은 혼합물에 대한 검농도의 비율이 0.2 내지 0.6% 범위 내에서 변하지 않는다. 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 n 값은 0.30 내지 0.33으로 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물이 0.35 내지 0.36을 갖음에 비해 낮은 n 값을 갖으며, 이로부터 검의 구조적 관점에서 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물이 더 높은 의사가소성 유동을 보이는 것은 구아검의 구성이 더 확장되는데 기인한다는 것을 알 수 있다.
Power law 모델과 Casson 모델 에서 얻은 겉보기점도(ηa,100), 점조도(K), 항복응력(σoc)의 크기는 검농도의 증가에 따라 증가였고, 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 정적 전단 특성은 갈락토만난 농도에 의존적이며, 갈락토만난은 고구마 전분-갈락토만난 페이스트에 지대한 영향을 미침을 알 수 있다. 옥수수전분, 밀 전분, 쌀 전분과 같은 다른 전분과 갈락토만난 혼합물에 대한 앞선 연구에서 이와 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 일반적으로, 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 겉보기 점도의 크기와 K값은 표준시료보다 높으며, 이것은 갈락토만난에 의한 높은 시너지 효과가 있음을 나타낸다. 전분 페이스트 점도에 대한 검의 상승효과는 전분 추출물과 검의 상호작용, 배지의 연속상에서의 검 농도의 증가, 검이 전분으로부터의 방출량 뿐 아니라 입자의 크기, 형태 등 물리적 성질에 미치는 영향 등의 여러 반응기작으로 설명된다. 검은 연속된 상인 아밀로오스에 위치한다고 보고된 바 있으며, 그러므로 이러한 상의 부피는 줄어들고, 이것은 연속된 상에서 검농도의 극적인 증가를 야기시킨다. 그러므로 매우 높은 점도를 나타내게 된다. 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물과 로커스트 빈 검 혼합물의 점조도와 항복응력값을 비교하면, 구아검의 점조도와 항복응력 값이 로커스트 빈 검 보다 높게 나타나며, 이것은 구아검이 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 동적 전단 유변학적 특성에 큰 영향을 미침을 나타낸다. 이러한 결과로부터 구아검이 로커스트 빈 검에 비하여 더 큰 수화능력과 농축되는 성질을 갖기 때문에 상승효과를 나타냄을 알 수 있다. 따라서 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 정적 유동 특성은 갈락토만난의 정적 유동 특성에 의존한다는 결론을 내릴 수 있다. 또한 검의 형태와 농도에 역시 영향을 받는다.
겉보기 점도에 온도의 영향
식품은 매우 다양한 온도범위에서 가공되고 저장되므로 식품의 유변학적 성질에 미치는 온도의 영향에 대한 연구는 일반적으로 매우 중요하다. 도 1은 서로 다른 온도에서 검이 첨가되지 않은 고구마 전분 페이스트의 점도유도곡선을 나타낸 것이다. ○는 25℃, △는 40℃, □는 55℃, ◇는 70℃에서 측정한 결과이다. 도 1을 참고하면 겉보기 점도 값은 온도가 올라갈수록 감소함을 알 수 있다. 특정한 온도에서 전분 페이스트의 겉보기 점도의 온도 의존성은 식 3의 Arrhenius 모델에 의해 결정될 수 있다. Arrhenius 온도 관계는 다른 전분-검 혼합물 페이스트에 대한 앞선 실험에서 높은 결정계수를 나타내어 실험적으로 확인 되었다. Ea와 일정한 A값은 17.5 내지 23.7kJ mol-1 과 0.07 내지 1.54mPa s 범위에서 높은 결정계수 값(R2 = 0.96-0.99)으로 결정되며, 표 2에서 나타난 바와 같이 이는 Arrhenius 식을 따르는 모든 시료에 대한 ηa,100의 온도 의존성을 보여준다.
검형태 농도(%) A(mPa s) Ea(kJ mol-1) R2
표준시료 0 0.07 23.7 0.97
구아검 0.2 0.17 21.9 0.98
0.4 0.72 19.4 0.96
0.6 1.54 17.5 0.99
로커스트 빈 검 0.2 0.25 20.9 0.98
0.4 0.30 21.1 0.98
0.6 0.54 21.2 0.97
고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 Ea 값(17.5-21.9kJ mole-1)은 표준시료의 Ea 값(23.7kJ mole-1)과 비교하여 낮으며, 이는 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 점성이 검 농도 범위 연구에서 더 낮은 온도 의존성을 갖음을 나타낸다. 이와 같은 낮은 Ea 값을 통해 갈락토만난의 첨가가 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 열 안정성을 개선 시켜준다는 것을 또한 알 수 있다. 검농도의 증가에 따라 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 Ea 값이 변하는 반면 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물 검의 Ea 값은 변하지 않는다. 더욱이 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 Ea 값은 0.2%인 경우를 제외하고는 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 값보다 낮다. 표 1에서 보는 바와 같이 구아검의 존재하에서 더 낮은 Ea 값은 그것의 더 낮은 유동성지수(n)와 관련이 있다. 즉, 생성물의 의사가소성이 더할수록, 그것의 겉보기 점도에 대한 온도의 영향은 더 작아지는 것이다. 이러한 관찰로부터 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 점성은 온도 변화에 덜 민감하며, Ea 값은 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물에 비해 검농도에 보다 의존적이라는 결론을 내릴 수 있다.
동적 전단 유변학적특성
일반적으로, 전분 입자는 연속적인 생체폴리머 기질인 아밀로오스 안에 존재하는 팽창된 입자인 아밀로펙틴으로 구성된 복합 물질로 보며, 따라서 그것의 전체적인 유변학적 특징은 가지쳐 있거나 연속된 상들의 점탄성과 가지치거나 연속된 상 들 사이의 상호작용에 의해 결정된다. 도 2는 25℃에서 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물과 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 log (G', G") vs. log ω 를 나타낸 것이다. 각각 ○는 검 농도 0%표준시료, △는 검 농도 0.2%, □는 검 농도 0.4%, ◇는 검 농도 0.6%의 경우이다. 도 2에 의하면 혼합물의 저장 탄성률(G')과 손실 탄성률(G") 값은 표준시료보다 높았으며, 저장 탄성률 (G')의 값은 손실 탄성률(G")에 비하여 모든 진동수 범위(0.63-62.8 rad s-1)에서 훨씬 높았다.
비교를 위해, 6.28 rad s-1에서 서로 다른 검 농도에 따른 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 G',G", η* 및 tanδ의 값을 표 3에 대비하여 놓았다.
검형태 농도(%) G'(Pa) G"(Pa) η*(Pa s) tan δ
표준시료 0 20.6±0.36 8.50±0.39 0.74±0.01 0.41±0.03
구아검 0.2 21.2±0.24 9.84±0.27 0.78±0.02 0.46±0.01
0.4 34.1±0.14 14.8±0.30 1.24±0.01 0.43±0.01
0.6 48.6±0.74 19.9±0.01 1.75±0.02 0.41±0.01
로커스트 빈 검 0.2 25.3±0.32 12.7±0.21 0.94±0.01 0.50±0.01
0.4 29.2±0.01 16.7±0.11 1.12±0.01 0.57±0.01
0.6 39.6±0.09 25.1±0.49 1.56±0.01 0.63±0.01
도 2의 동적 유변학 자료에서 그래프의 기울기가 양의 방향인 것으로부터 고구마 전분-갈락토만난 혼합물이 약한 겔과 같은 행동을 한다는 것을 알 수 있으며, G'의 크기(20.5-48.6)는 G"의 크기보다 훨씬 큼을 알 수 있다. 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 동적 지표(G',G", η* )는 표준시료보다 훨씬 높으며, 그것은 검농도가 0%에서 0.6%로 증가함에 따라 함께 증가한다. 이러한 검 농도에의 의존도는 고구마 전분-갈락토만난 혼합물에 갈락토 만난을 첨가함에 따라 점탄성의 증가로부터 야기된것으로 보인다. 서로 다른 농도(0.2-0.8%)에서 갈락토만난 용액의 동적 지표의 값은 검 농도의 증가와 함께 증가하며, 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 점탄성의 증가는 갈락토만난의 동적 지표를 증가시키는데 기여한다. 이와 같은 효과는 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 연구에서도 관찰되었다. 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 G' 값은 0.2%의 혼합물을 제외하고는 고구마 전분-갈락토만난 로커스트 빈 검 혼합물보다 훨씬 높으며 표 3에서 보는 바와 같이 이것은 고구마 전분-갈락토만난 혼합물 페이스트에 더 높은 농도의 구아검을 첨가하므로 탄성 효과에 더 상승효과를 주었음을 나타낸다. 0.6%의 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물에 대한 G'의 개선은 높은 검 농도에서 약한 탄성 겔 네트워크의 형성으로 설명할 수 있다. 이에 더하여, 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 G'와 G"의 큰 차이점은 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물과 비교되며, 이것은 높은 검농도(0.2% 이상)에서는 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 탄성에 더 큰 영향을 줌을 의미한다. 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물과 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물간의 유변학적 성질의 차이점은 그것의 상승효과가 연속적인 상에서 갈락토만난의 화학적 구조에 의해 영향을 받음을 나타낸다.
점탄성 행동에서의 차이점을 설명하는데 있어서 "tanδ" 즉, G"/G' 비율이 특성을 나타내는 요소로 기술된다. 표 3에서 보는바와 같이 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 tanδ 값은 0.14-0.63 범위에 있으며(tan δ＜1), 이것은 혼합물은 점성보다 탄성임을 나타낸다. 만약 tanδ가 0.1보다 큰 범위에 있을 경우, 시료는 앞서 언급한 것처럼 전형적인 점탄성의 겔로 특정지어지는 약한 겔이다. 0.6%의 구아검 농도에서 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 tanδ(0.43-0.63)의 값은 표준시료의 tanδ(0.41)보다 높으며, 이것은 고구마 전분-갈락토만난 혼합물은 표준시료에 비교하여 탄성 성질 이상으로 점성 성질에도 지배적임을 의미한다. 전분-검 혼합물 기작에서 G"에 비해 G'가 작은 변화를 보이는 것은 검의 첨가는 전분 페이스트의 탄성 성질에 영향을 주지 않음을 의미한다. 이러한 결과는 동적 유변학적 성질의 변형은 다른 폴리머와의 상호작용에 비해서 강력하게 선호되는 같은 종류의 폴리머간의 상호 작용안의 열역학적으로 양립할 수 없기 때문에 발생되는 것임을 뒷받침한다. 그러므로, 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 유변학적 행동은 전분의 특성(네트워크 내에서의 영구적인 접합부위)과 갈락토만난의 특성(네트워크 내에서의 임시적인 뒤섞임)으로 결정된다.
고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 tanδ(0.41-0.46)는 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 tanδ(0.50-0.63)보다 훨씬 낮으며, 이것은 큰 수화 능력을 갖고 농축되는 성질을 갖는 구아검이 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 약한 구조 네트워크망에 더욱더 기여함으로 나타난다. 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 tanδ 값은 검의 농도가 증가함에 따라 증가하며, 이것은 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 점성에 대한 로커스트 빈 검의 영향이 더욱 지대함을 뜻한다. 반대로, 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물의 tanδ 값은 검 농도가 0.2%에서 0.6%로 증가함에 따라 감소하며, 이는 점탄성에 대한 상대적인 탄성의 기여의 증가를 의미한다. 앞선 연구에서 0.2-0.8% 의 검농도 를 갖는 쌀 전분-구아검 혼합물은 표 3에서 제시된 결과와 비슷한 동적 성질을 나타냄을 밝힌 바 있다. 또한 구아검과 로커스트 빈 검 용액 사이에 G"의 차이가 거의 없는 경우 6%의 검 용액에서 구아검 용액의 G'값(1.87Pa)은 로커스트 빈 검의 경우(0.84Pa)보다 훨씬 높았다. 이번 실험에서 사용된 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 동적 지표는 쌀 전분이나 옥수수 전분등 다른 전분들의 경우보다 훨씬 낮았으며, 실험은 같은 환경에서 수행되었다. 그러므로 현재까지의 결과로 더 높은 검 농도에서, 특별히 0.6%에서 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 감소된 tanδ 값은 구아검만의 탄성 성질이 로커스트 빈 검과 비교해서 높은 농도 (0.2% 이상)에서 더 크다는 사실에 기인하여 구아검의 첨가에 의해 탄성 성질이 증가하는데 기여한다고 보인다. 이러한 관찰로 부터 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 tanδ 값은 전분과 검의 화학적 구조에 의해 매우 큰 영향을 받는다고 보이며, 검 농도에 의존적이다.
log (G', G") vs. log ω 자료는 단순 회귀 분석에 나타난 바와 같으며, 기울기와 결정계수(R2)는 표 4에 나타내었다.
검형태 농도(%) G'의 기울기 (Pa s) R2 G"의 기울기 (Pa s) R2
표준시료 0 0.24±0.01 0.99 0.34±0.01 0.99
구아검 0.2 0.26±0.00 0.99 0.33±0.00 0.99
0.4 0.25±0.00 0.99 0.30±0.01 0.99
0.6 0.25±0.01 0.99 0.27±0.00 0.99
로커스트 빈 검 0.2 0.27±0.01 0.99 0.31±0.01 0.99
0.4 0.33±0.00 0.99 0.32±0.0 0.99
0.6 0.37±0.00 0.99 0.29±0.00 0.99
고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 G'(0.25-0.37)와 G"(0.27-0.33)의 기울기는 매우 높은 R2 값(0.99)값을 가진다. 고구마 전분-갈락토만난 구아검 혼합물에서 G'(0.25-0.26)의 기울기는 상대적으로 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물에서 G"(0.27-0.37)의 기울기는 보다 낮다. 이러한 결과는 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물 시료는 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물에 비하여 상대적으로 더 탄성을 갖으며, 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 G' 값은 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물에 비하여 훨씬 더 주파수에 의존적임을 나타낸다. 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물에서 G'의 기울기는 검 농도가 증가함에 따라 증가한다. 표준시료(0% 검)와 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 G'의 기울기에서 또한 커다란 차이가 있다. 이러한 결과는 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 탄성 성질은 로커스트 빈 검의 첨가에 의해 감소함을 나타낸다. 결론적으로, 상기 결과를 바탕으로 고구마 전분-갈락토만난 혼합물의 동적 유변학적 거동은 단지 갈락토만난의 점탄성과 관련되어 있음을 예측할 수 있었다.
도 1은 서로 다른 온도에서 검이 첨가되지 않은 고구마 전분 페이스트의 점도유도곡선을 나타낸 것이다.
도 2는 25℃에서 고구마 전분-구아검 갈락토만난 혼합물과 고구마 전분-로커스트 빈 검 갈락토만난 혼합물의 log (G', G") vs. log ω 를 나타낸 것이다.

Claims (7)

  1. 고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 (galactomannan) 0.1 내지 1.0 중량부를 포함하는 식품 조성물.
  2. 제1항에 있어서, 상기 갈락토만난은 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)인 것을 특징으로 하는 식품 조성물.
  3. 고구마 전분 100 중량부에 대해서 갈락토만난 0.1 내지 1.0중량부를 혼합하는 단계;
    상기 혼합물을 물과 혼합하고 실온에서 교반하여 페이스트를 제조하는 단계; 및
    상기 페이스트를 가열하면서 교반하는 단계
    를 포함하는 식품 조성물의 제조방법.
  4. 제3항에 있어서, 상기 갈락토만난은 구아 검 (guar gum) 또는 로커스트 빈 검 (locust bean gum)인 것을 특징으로 하는 식품 조성물의 제조방법.
  5. 제3항에 있어서, 상기 페이스트는 물 100 중량부에 대해서 상기 혼합물 2 내지 10 중량부를 혼합함으로써 제조되는 것을 특징으로 하는 식품 조성물의 제조방 법.
  6. 제3항에 있어서, 상기 페이스트 제조 단계에서의 교반은 200 내지 300rpm의 교반 속도로 수행되며, 상기 가열 단계에서의 교반은 50 내지 150rpm의 교반 속도로 수행되는 것을 특징으로 하는 식품 조성물의 제조방법.
  7. 제3항에 있어서, 상기 가열 단계는 85 내지 100℃의 온도에서 20분 내지 40분 동안 수행되는 것을 특징으로 하는 식품 조성물의 제조방법.
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