KR20150102568A - 초고압을 이용한 무정형 입자 전분의 제조 방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 무정형 입자 전분을 제조하는 방법에 대한 것이다.

Description

초고압을 이용한 무정형 입자 전분의 제조 방법{METHOD FR PREPARING AMORPHOUS GRANULAR STARCH USING ULTRA HIGH PRESSURE}

본 발명은 초고압을 이용한 무정형 입자 전분의 제조 방법에 대한 것이다.

전분은 결정영역(crystal region)과 무정형영역(amorphous region)을 동시에 갖는 부분 결정 중합체(partially crystalline polymer)이다. 전분은 입자 형태로 존재하며 자연에 존재하는 안전한 중합체로써 다양한 산업에 널리 이용이 되며 특히 식품 산업에서 안정제, 점증제 등으로 쓰인다. 하지만 천연전분은 산업에서 이용될 때 물에 녹거나 분산되지 않는다는 제한점이 있어 다양한 목적에 맞게 물리적, 화학적으로 변성시켜, 사용한다. 이러한 변성 전분에는, 예컨대, 초산 전분(한국등록특허 제 10-0893568호), 하이드록시프로필화 전분(한국등록특허 제 10-0887699호), 가교화 전분, 양성 전분 등이 있다. 특히 식품 산업에서는 호화된 형태로 전분이 가공되어 사용이 된다.

전분의 호화라 함은 전분에 수분을 더한 후 열을 가했을 때 무정형 영역에 먼저 수화가 일어나 팽창되고 이에 따라 결정영역이 파괴되며 점도가 상승, 입자 모양의 파괴가 일어나는 과정을 뜻한다. 또한 이 때 전분 입자 내의 질서정연한 구조가 무질서한 상태로 바뀌는 상전이가 일어나며 천연전분에서 나타나는 복굴절성을 잃게 된다.

변성전분 중에서도 α-화전분(pregelatinized starch, 호화전분, 즉석전분)은 물리적 변화로 인해 천연전분의 특성이 변화한 전분의 한 예이며 물과 함께 가열하여 호화시킨 후 팽윤된 상태에서 즉시로 탈수시킨 전분이다. 그 결과 이 전분은 냉수에 쉽게 분산되며 물을 첨가시켰을 때 원하는 걸쭉한 정도까지 팽윤되면서 가열하지 않아도 된다. 하지만 호화전분의 제조에 있어서 전분에 열을 가하게 되면 입자의 팽윤에 이어 입자 모양이 파괴가 되며 이 때 점도가 급격히 감소하며 수분결합력이 낮아진다.

일반적으로 열을 가하여 전분을 호화시키기 때문에, 대부분의 호화전분들은 열 처리로 인하여 입자 구조가 파괴되고, 풍미 및 영양소가 변성되는 것이 일반적이다. 그러나 화학적 처리를 통하여 입자 구조를 가지고 있는 호화전분을 제조한 연구가 보고된 바 있다. 이들은 알코올, 알칼리, 암모니아 용액 등을 이용해 전분을 화학적 처리하는데, 이들의 형태를 살펴보면 천연전분과 비교했을 때 입자 형태에 변형이 많이 일어나고 화학적 처리로 인한 안전성 문제가 제기될 가능성이 있다.

이에 본 발명자들은 전분의 개선된 호화 방법에 대하여 연구하던 중 전분에 초고압 처리를 한 후 에탄올로 수세를 할 경우, 천연 전분과 유사한 입자 구조를 갖고 있으면서도 결정 영역이 파괴된 호화 전분을 제조할 수 있는 것을 확인하고 본 발명을 완성하였다.

본 발명의 목적은 무정형 입자 전분의 제조 방법을 제공하는 것이다.

상기 목적을 달성하기 위하여 본 발명은 초고압을 이용하여 무정형 입자 전분을 제조하는 방법을 제공한다.

본 발명의 방법으로 제조된 전분은 무정형이면서도 입자 구조를 갖는 호화 전분인 특징이 있다.

도 1은 본 발명의 무정형 입자 전분의 제조 방법을 개략적으로 나타낸다.
도 2는 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 DSC 분석에 의한 열적 특성을 나타내는 그래프이다.
도 3은 실시예 1의 무정형 옥수수 입자 전분의 현미경 분석 결과이다.
도 4는 실시예 2의 무정형 타피오카 입자 전분의 현미경 분석 결과이다.
도 5는 실시예 3의 무정형 멥쌀 입자 전분의 현미경 분석 결과이다.
도 6은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 찬물 팽윤 특성을 나타낸다.
도 7은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 수분 보유력 특성을 나타낸다.
도 8은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 RVA 분석 결과에 따른 호화 특성을 나타낸 그래프이다(A: 옥수수 전분, B: 타피오카 전분, C: 멥쌀 전분).
도 9는 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 60℃에서의 용해도 결과이다.
도 10은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 90℃에서의 용해도 결과이다.
도 11은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 60℃에서의 팽윤력 결과이다.
도 12은 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 90℃에서의 팽윤력 결과이다.

본 발명은,

전분을 준비하는 단계;

상기 전분을 초고압 처리하는 단계;및

상기 초고압 처리한 전분을 알코올로 수세하는 단계를 포함하는 무정형 입자 전분의 제조 방법에 대한 것이다.

또한 본 발명은,

전분을 준비하는 단계;

상기 전분을 전분 현탁액으로 제조하는 단계;

상기 전분을 초고압 처리하는 단계;

상기 초고압 처리한 전분을 알코올로 수세하는 단계;및

수세된 전분을 건조 및 분쇄하는 단계를 포함하는 무정형 입자 전분의 제조 방법에 대한 것이다(도 1).

또한 본 발명은 무정형 입자 전분에 대한 것이다.

이하, 본 발명을 자세히 설명한다.

전분의 준비 단계

상기 전분은 호화되지 않은 전분이다. 바람직하게는 상기 전분은 식물로부터 수득되는 천연 전분으로, 옥수수 전분, 타피오카 전분, 멥쌀 전분, 감자 전분, 고구마 전분, 쌀 전분, 카사바 전분, 밀 전분, 보리 전분 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니다. 본 발명의 전분으로는 통상적인 방법으로 제조되는 모든 전분이 될 수 있을 것이다.

전분의 초고압 처리 단계

상기 전분에 초고압을 일정 시간 동안 처리한다. 이 때, 준비한 전분을 물에 넣어 현탁액으로 제조한 후 상기 현탁액을 초고압 처리하는 것이 바람직하다. 상기 물은 증류수를 이용하는 것이 바람직하다.

상기 전분 현탁액은 전분 현탁액 100 중량% 중 전분을 5-50 중량% 포함하도록 제조하는 것이 바람직하며, 20-40 중량%인 것이 더욱 바람직하다. 전분 현탁액 내 전분의 함량이 5 중량% 미만인 경우 현탁액의 농도가 너무 낮아 효율이 낮으며, 전분의 함량이 50 중량%를 초과하는 경우 전분 함량에 비하여 물의 양이 부족하여 초고압의 전달 효율이 감소하게 된다.

상기 초고압 처리는 300 - 1000 MPa의 압력을 가하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 350 - 700 MPa의 압력을 가하여 수행될 수 있고, 더욱 바람직하게는 400 - 600 MPa의 압력을 가하여 수행될 수 있다. 300 MPa 미만의 압력은 전분의 결정 영역을 모두 파괴시키는데 충분하지 못하며, 초고압 처리 시간이 너무 길어지게 된다.

상기 초고압 처리는 초고압을 10 분 내지 1 시간 동안 가하여 수행될 수 있으며, 바람직하게는 20분 내지 50분 동안 가하여 수행될 수 있고 더욱 바람직하게는 30분 동안 가하여 수행한다. 초고압 처리 시간이 10분 미만인 경우 완전한 무정형 전분을 제조하기 어렵고, 초고압 처리 시간이 1시간을 초과하는 경우 무정형 전분이 이미 제조되었음에도 불구하고 공정 시간이 불필요하게 길어지는 것이 된다.

또한 상기 초고압 처리는 상온에서 이루어지는 것이 바람직하며, 더욱 바람직하게는 0 - 40 ℃에서 수행된다. 전분에 40 ℃를 초과하는 열이 가해질 경우 열처리에 의하여 전분의 호화가 일어나게 되는데, 이 경우 입자 구조가 파괴된다. 그러므로 본 발명에서 목적한 무정형 입자 전분을 제조하지 못하게 된다. 또한 전분의 초고압 처리 시 온도가 0 - 40 ℃의 범위를 벗어나게 되면, 초고압 처리 장치뿐 아니라 별도의 냉각/가열 장치가 필요하게 되어, 공정이 불필요하게 늘어나고 비용이 증가하게 된다.

알코올 수세 단계

전분을 초고압 처리한 후 알코올을 이용하여 수세를 하게 되는데, 이 때 원심분리를 이용하는 것이 바람직하다. 상기 수세를 통하여 전분 현탁액의 탈수가 이루어지게 되며, 원심 분리를 이용함으로써 신속한 침전물 수득이 가능해진다. 상기 수세는 복수 회 반복하여 이루어질 수 있는데, 수세 횟수 및 원심분리기의 rpm, 온도 및 시간은 이용하는 알코올의 양 등에 따라 당업자가 적절히 정할 수 있다.

상기 알코올은 메탄올, 에탄올 또는 프로판올인 탄소 수 3 이하의 저가 알코올인 것이 바람직하며, 특히 에탄올이 바람직하다.

전분의 수득 단계

본 발명은 상기 에탄올로 수세한 전분을 건조 후 분쇄하여 수득하는 단계를 추가로 포함할 수 있다. 상기 건조는 상온에서 수행되는 것이 시간 및 비용을 고려할 때 바람직하다.

무정형 입자 전분

본 발명의 무정형 입자 전분은 전분의 결정 영역은 손실되었으나 입자 구조는 유지하고 있는 호화 전분을 의미한다. 즉, 본 발명의 무정형 입자 전분은 천연 전분의 외형은 유지하되, 전분 입자 내부의 결정 영역이 손실된 가공 전분이다. 상기 “무정형”은 전분의 결정 영역이 손실되어 전분이 더 이상 결정 영역을 포함하지 않고, 복굴절성을 잃은 것을 가리킨다. 또한 상기 “입자 구조”란, 알갱이, 즉 그래뉼(granule)의 외형을 가리키며, 본 발명의 무정형 입자 전분은 천연 전분과 마찬가지로 알갱이의 외형, 즉 입자 구조를 유지하고 있다.

본 발명의 무정형 입자 전분은 천연 전분과 거의 같은 입자 형태, 즉 입자 구조를 갖지만, 용해도, 팽윤력 및 호화 특성은 천연 전분과 상이하다. 또한 본 발명의 제조 방법을 이용하여 무정형 입자 전분을 제조함으로서 미생물 살균 효과 및 효소 불활성화 효과를 함께 가질 수 있으며, 열처리 시 발생하는 향, 맛 및 영양 성분의 변화 및 손실을 방지할 수 있다.

점도 증진제

본 발명은 본 발명의 무정형 입자 전분을 포함하는 점도 증진제에 대한 것이다. 상기 점도 증진제는 식품, 화학 분야, 공업 분야 등에 널리 사용될 수 있으다.

식품 조성물

본 발명은 본 발명의 무정형 입자 전분을 포함하는 식품 조성물에 대한 것이다. 본 발명의 식품은 건강보조식품, 건강기능식품, 기능성 식품 등이 될 수 있으나 이에 제한되는 것은 아니며, 천연식품, 가공식품, 환자식품, 일반적인 식자재 등에 본 발명의 무정형 입자 전분을 첨가하는 것도 포함된다.

상기 식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 식품 조성물은 정제, 경질 또는 연질 캅셀제, 액제, 현탁제 등과 같은 경구투여용 제제의 형태로 이용될 수 있으며, 이들 제제는 허용 가능한 통상의 담체, 예를 들어 경구투여용 제제의 경우에는 부형제, 결합제, 붕해제, 활택제, 가용화제, 현탁화제, 보존제 또는 증량제 등을 사용하여 조제할 수 있다.

본 발명의 이점 및 특징, 그리고 그것들을 달성하는 방법은 첨부되는 도면과 함께 상세하게 후술되어 있는 실시예들을 참조하면 명확해질 것이다. 그러나, 본 발명은 이하에서 개시되는 실시예들에 한정되는 것이 아니라 서로 다른 다양한 형태로 구현될 것이며, 단지 본 실시예들은 본 발명의 개시가 완전하도록 하며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 발명의 범주를 완전하게 알려주기 위해 제공되는 것이며, 본 발명은 청구항의 범주에 의해 정의될 뿐이다.

<실시예 1>

천연 옥수수 전분 30g(고형분 무게 기준)에 전분 중에 포함된 수분과 증류수의 합이 100g이 되도록 증류수를 첨가하여 전분 현탁액을 제조하였다. 상기 전분 현탁액을 플라스틱 파우치팩에 넣어 밀봉하고, 균일하게 흔들어 주었다. 그 후, 전분 현탁액이 담긴 플라스틱 파우치팩을 초고압 장치(Autoclave Engineers, A division of Snap-tite, Inc., 미국)에 넣고 압력 전달 매개로서 증류수를 이용하여 상온(25 ℃), 550 MPa에서 30분간 압력을 가하여 주었다. 초고압 처리 후 시료를 바로 플라스틱 파우치백에서 꺼내 현탁액 부피 대비 2배의 에탄올을 가하여 섞어 주고, 그 후 원심분리기를 이용하여 4℃에서 3000rpm으로 5분 동안 원심분리하였다. 원심분리에 의하여 얻은 침전물에 다시 에탄올을 가하는 방법으로 수세를 반복하고 이를 두 번 더 반복하여 총 3회 수세하였다. 수세가 끝난 시료를 상온에서 하루 동안 건조시키고, 이를 분쇄한 후 80 메쉬(180 ㎛ 이하) 체에 통과시켜 무정형 입자 전분을 얻었다.

<실시예 2>

천연 옥수수 전분 대신 타피오카 전분을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법을 수행하여 무정형 입자 전분을 얻었다.

<실시예 3>

천연 옥수수 전분 대신 멥쌀 전분을 사용한 것을 제외하고 실시예 1과 같은 방법을 수행하여 무정형 입자 전분을 얻었다.

<비교예 1>

천연 옥수수 전분을 준비하고, 이를 비교예 1의 전분으로 사용하였다.

<비교예 2>

천연 옥수수 전분 30g(고형분 무게 기준)에 전분 중에 포함된 수분과 증류수의 합이 100g이 되도록 증류수를 첨가하여 전분 현탁액을 제조하였다. 상기 전분 현탁액을 플라스틱 파우치팩에 넣어 밀봉하고, 균일하게 흔들어 주었다. 그 후, 전분 현탁액이 담긴 플라스틱 파우치팩을 초고압 장치(Autoclave Engineers, A division of Snap-tite, Inc., 미국)에 넣고 압력 전달 매개로서 증류수를 이용하여 상온(25 ℃), 550 MPa에서 30분간 압력을 가하여 주었다. 초고압 처리 후 시료를 바로 플라스틱 파우치백에서 꺼냈다. 그리고 에탄올 수세를 거치지 않고 페이스트(paste) 상태의 시료를 100 ml의 증류수에 분산시킨 후 빠른 건조를 위해 105℃ 열풍건조기에 약 6시간 동안 건조시켰다. 그 후 시료를 분쇄하고, 80 메쉬(180 ㎛ 이하) 체에 통과시켜 전분을 수득하였다.

<비교예 3>

천연 옥수수 전분 30g(고형분 무게 기준)에 전분 중에 포함된 수분과 증류수의 합이 100g이 되도록 증류수를 첨가하여 전분 현탁액을 제조하였다. 상기 전분 현탁액을 플라스틱 파우치팩에 넣어 밀봉하고, 균일하게 흔들어 주었다. 그 후, 전분 현탁액을 95℃의 water bath에서 30분 동안 반응시켰다. 그 후 시료를 바로 플라스틱 파우치백에서 꺼내 현탁액 부피 대비 2배의 에탄올을 가하여 섞어 주고, 그 후 원심분리기를 이용하여 4℃에서 3000rpm으로 5분 동안 원심분리하였다. 원심분리에 의하여 얻은 침전물에 다시 에탄올을 가하는 방법으로 수세를 반복하고 이를 두 번 더 반복하여 총 3회 수세하였다. 수세가 끝난 시료를 상온에서 하루 동안 건조시키고, 이를 분쇄한 후 80 메쉬(180 ㎛ 이하) 체에 통과시켜 전분을 얻었다.

<비교예 4>

천연 옥수수 전분 30g(고형분 무게 기준)에 전분 중에 포함된 수분과 증류수의 합이 100g이 되도록 증류수를 첨가하여 전분 현탁액을 제조하였다. 상기 전분 현탁액을 플라스틱 파우치팩에 넣어 밀봉하고, 균일하게 흔들어 주었다. 그 후, 전분 현탁액을 95℃의 water bath에서 30분 동안 반응시켰다. 그리고 에탄올 수세를 거치지 않고 시료를 100 ml의 증류수에 분산시킨 후 빠른 건조를 위해 105℃ 열풍건조기에 약 6시간 동안 건조시켰다. 그 후 시료를 분쇄하고, 80 메쉬(180 ㎛ 이하) 체에 통과시켜 전분을 수득하였다.

<비교예 5>

천연 타피오카 전분을 준비하고, 이를 비교예 5의 전분으로 사용하였다.

<비교예 6>

천연 옥수수 전분 대신 타피오카 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 2와 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

<비교예 7>

천연 옥수수 전분 대신 타피오카 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 3과 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

<비교예 8>

천연 옥수수 전분 대신 타피오카 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 4와 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

<비교예 9>

천연 멥쌀 전분을 준비하고, 이를 비교예 9의 전분으로 사용하였다.

<비교예 10>

천연 옥수수 전분 대신 멥쌀 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 2와 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

<비교예 11>

천연 옥수수 전분 대신 멥쌀 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 3과 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

<비교예 12>

천연 옥수수 전분 대신 멥쌀 전분을 사용한 것을 제외하고 비교예 4와 같은 방법을 수행하여 전분을 얻었다.

상기 실시예 1 내지 3 및 비교예 1 내지 12를 간략히 정리하면 하기 표 1과 같다.

<실험예 1>

실시예 1 내지 3의 초고압 처리 무정형 입자 전분의 호화 중 열역학적 특성을 측정하였다. 이는 밀봉된 빈 팬을 레퍼런스로 하여 시차주사열량기(Differential Scanning Calorimeter(DSC-650), SINCO, 한국)를 이용해 측정하였다. 수분 함량 70%로 제조한 시료를 25 mg 내외로 알루미늄 팬에 담은 후 25℃부터 160℃까지 10℃/min으로 가열하여 DSC 써모그램(thermogram) 상에 나타나는 흡열 피크를 구하였다. 흡열 피크로부터 흡열엔탈피 (△H : amylopectin melting enthalpy)를 구하여 호화 여부를 판단하였다.

그 결과, 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 호화엔탈피(△H)값은 4.03-5.91 J/g로 나타난 반면(각각 비교예 1, 5 및 9), 초고압으로 제조한 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)은 0.08-0.43 J/g로 감소해 초고압 처리로 인해 완전한 호화가 이루어졌음을 알 수 있었다(표 2).

또한 DSC 써모그램으로부터 구한 그래프를 보면, 천연 전분들의 경우 60℃에서 80℃ 사이에 전분이 호화될 때 나타나는 피크(peak)가 나타나는 것을 볼 수 있었다(비교예 1, 5 및 9). 하지만 초고압 처리된 전분(실시예 1 내지 3)의 그래프에서는 피크가 나타나지 않아 초고압으로 인해 호화가 되면서 내부의 결정 영역(crystal region)이 파괴된 것을 알 수 있었다(도 2).

* ΔH :흡열엔탈피(amylopectin melting enthalpy)

* 동일 컬럼 내의 동일 알파벳 문자가 붙은 값은 유의적 차이를 보이지 않음(p<0.05).

<실험예 2> 전분의 현미경 분석

실시예 1내지 3에서 제조한 이들의 무정형 입자 전분의 현미경 분석을 실시하였다. 천연 전분 및 무정형 입자 전분에 증류수를 소량 가하여 분산시킨 후 슬라이드 글라스에 한 방울 떨어뜨리고 커버 글라스를 덮어 일반현미경, 편광현미경 분석을 위한 샘플을 제조하였다. 상기 샘플을 이용하여 현미경 분석을 실시하였다. 구체적으로는 반현미경 분석으로 편광 되어있지 않은 빛을 이용해 외형을 관찰하고 편광현미경에서 편광을 통해 나타나는 복굴절성의 여부를 관찰하였다. 또한 전분의 외형을 자세히 비교, 관찰하기 위해 주사전자현미경(Scanning Electron Microscope, SEM) 분석을 실시하였다. 이를 위해 알루미늄 stub에 double-side carbon tape를 붙이고 그 위에 천연 전분 및 무정형 입자 전분을 산재시켜 분석에 이용하였다.

그 결과는 하기 도 3 내지 5와 같다. 도 3은 옥수수 전분의 현미경 관찰 결과이고, 도 4는 타피오카 전분의 현미경 관찰 결과이며, 도 5는 멥쌀 전분의 현미경 관찰 결과이다. 또한 도 3 내지 5에서 A1 내지 A5는 일반 현미경으로 관찰한 결과이고, B1 내지 B5는 편광 현미경으로 관찰한 결과이며, C1 내지 C5는 주사전자 현미경으로 관찰한 결과이다.

도 3에서 천연 옥수수 전분의 결과를 보면, 일반현미경으로 관찰한 A1 결과를 통해 뚜렷한 입자 모양을 확인할 수 있고 이를 편광현미경으로 관찰해 얻은 B1 결과를 보면 천연 옥수수 전분에서 나타나는 전형적인 복굴절이 선명하게 나타나 있는 것을 알 수 있다. 또한 C1의 주사전자현미경 결과를 통해서도 입자 형태를 확인할 수 있다.

한편, 무정형 입자 전분(실시예 1)의 결과를 살펴보면 B2에서 편광 현미경 분석 결과를 통해 복굴절이 사라진 것을 확인할 수 있었고 이를 통해 실험예 1의 DSC 분석 결과와 마찬가지로 호화가 되었음을 알 수 있었다. 그러나 A2와 C2 결과를 통해 일반현미경과 주사전자현미경 결과를 보면, 실시예 1의 전분의 경우 호화가 되었음에도 입자 형태는 유지하는 것을 알 수 있었다.

그 외 비교예 2 내지 4의 전분들의 경우, 복굴절이 없어진 것이 확인되어 호화가 이루어진 것을 알 수 있다. 그러나 일반현미경과 주사전자현미경의 결과를 통하여, 이들 비교예 2 내지 4의 전분들은 입자 모양이 모두 파괴된 것을 알 수 있었다(A3 내지 A5, B3 내지 B5 및 C3 내지 C5).

도 4의 타피오카 전분의 결과와 도 5의 멥쌀 전분의 결과 역시, 상기 도 3의 옥수수 전분의 결과와 유사하게 나타났다.

<실험예 3> 전분의 찬물 팽윤 특성

실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 찬물 팽윤 특성을 평가하였다. 이를 위하여, 비교예 1, 비교예 5 및 비교예 9의 천연 전분들과 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분들을 각각 증류수와 혼합하였다. 이 때, 상기 전분-증류수 혼합물들은 각각 고농도(30 중량%)와 저농도(5 중량%)의 두 종류로 제조하였다. 즉, 2 ml 용량의 마이크로 테스트 튜브(micro test tube)에 1 ml의 증류수를 넣고 고형분 무게 기준으로 전분의 함량을 30 중량%와 5 중량%로 맞추었다.

혼합물 제조 시 시간에 따른 변화를 관찰하기 위해 증류수에 전분을 넣은 직후의 변화(A1 내지 A12), 이들을 교반 혼합한 직후의 변화(B1 내지 B12) 및, 또한 이들을 혼합한 직후 각각 슬라이드 글라스에 소량 덜어 관찰한 결과(C1 내지 C12), 혼합 후 상온에 20분 동안 방치시켰을 때의 변화(D1 내지 D12)를 각각 관찰하였다(도 6). 도 6의 기호는 하기와 표 3과 같고, 각각의 기호는 도 6의 기호 하단의 열에 적용된다. 예컨대, ①은 비교예 1의 전분의 30 중량% 혼합물로, A1은 상기 전분을 증류수에 넣은 직후이고, B1은 이를 혼합한 직후이며, C1은 혼합한 직후 슬라이드 글라스에 소량 덜어 관찰한 결과이고, D1은 이를 혼합한 후 상온에 20분 동안 방치시켰을 때의 결과이다.

도 6에서 옥수수 전분의 30% 혼합물의 결과를 보면, 천연 전분(비교예 1)의 경우 증류수에 전분을 30중량%의 농도로 섞으면(①) 물과 반응하지 않고 바로 가라앉는 것을 A1에서 관찰할 수 있다. 하지만 실시예 1의 무정형 입자 전분의 경우(②) 물에 가라앉지 않고 바로 팽윤하는 것을 A2의 결과를 통해 알 수 있다. 이들을 골고루 혼합했을 때 천연전분(비교예 1)의 경우 전분 현탁액을 형성하는 것을 B1의 결과를 통해 알 수 있었고, 무정형 입자 전분(실시예 1)의 경우 부드러운 질감의 페이스트를 형성하는 것을 B2를 통해 관찰할 수 있었다. 또한 이들을 각각 슬라이드 글라스에 소량 덜어 관찰한 C1과 C2의 결과를 통해 그 형태의 차이를 더 뚜렷하게 관찰할 수 있었다. 혼합물을 상온에서 20분 동안 방치한 후 천연전분(비교예 1)의 경우에는 전분이 가라앉아 증류수와 층을 형성한 것을 D1의 결과를 통해 확인할 수 있었다. 반면 D2의 결과를 통해 무정형 입자 전분(실시예 1)은 페이스트의 형태가 그대로 유지되는 것을 볼 수 있었다.

옥수수 전분의 5% 혼합물의 결과를 보면(③ 및 ④), 증류수와 전분을 섞은 직후(A3 및 A4)에는 옥수수 전분의 30% 혼합물과 비슷한 현상을 보였고, 이들을 혼합한 후에는 30% 혼합물과 다르게 천연전분(비교예 1)과 무정형 입자 전분(실시예 1) 모두 현탁액을 형성하였다(B3 및 B4). 하지만 이들을 20분 동안 방치한 후의 결과를 보면 천연전분(비교예 1)과 무정형 입자 전분(실시예 1)이 가라앉아있는 층의 높이가 달랐으며, 무정형 입자 전분(실시예 1)의 경우 물과 혼합했을 때 물을 흡수하여 팽창하는 것을 확인할 수 있었다(D4)(도 6).

한편, 타피오카와 멥쌀 전분의 경우 옥수수 전분의 결과와 유사한 변화를 보였다. 하지만 도 6의 D8과 D12의 결과를 통해 무정형 입자 타피오카 전분(실시예 2)과 무정형 입자 멥쌀 전분(실시예 3)의 5 중량% 현탁액의 시간에 따른 변화를 살펴보면, 무정형 입자 옥수수 전분(실시예 1)의 D4와 비교했을 때, 세 종류의 전분이 각각 팽창하는 정도가 달라 가라앉아 있는 높이가 서로 다른 것을 알 수 있었다(도 6의 D4, D8 및 D12).

<실험예 3> 전분의 수분 보유력

실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 수분 보유력을 Lee 등의 방법(Y. H. Lee, T. H. Moon. Composition, Water-Holding Capacity and Effect on Starch Retrogradation of Rice Bran Dietary Fiber. Korean J Food Sci & Technol. 26(3): 288-294 (1994))을 이용하여 측정하였다. 구체적인 측정 방버은 하기와 같다. 먼저, Conical tube 내에 0.5 g의 시료 및 12.5 ml의 증류수를 섞어 현탁액을 제조한 후 1분간 vortex mixer로 섞은 후 상온에 방치하였다. 그 후 4℃에서 3000 rpm의 조건으로 15분간 원심분리를 시켜 상층액과 침전물을 분리시켰다. 흡수종이에 Conical tube를 거꾸로 세워서 침전물에 남아있는 수분을 15분 동안 분리시킨 후 남은 침전물을 105℃의 dry oven에서 하루 동안 건조시켜 수분을 흡수한 상태의 중량과 건조 중량과의 차이를 수분 보유력으로 계산하였다.

그 결과, 실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분들의 수분 보유력이 비교예 1, 5 및 9의 천연전분들에 비해 2배 이상 증가한 것을 알 수 있었다. 초고압 처리 및 에탄올 수세를 통하여 옥수수 전분의 수분 보유력은 0.99에서 4.95로, 타피오카 전분의 수분 보유력은 0.77에서 4.79, 멥쌀 전분의 수분 보유력은 1.21에서 4.88로 각각 증가하였다. 이는 천연전분이 무정형 입자 전분이 되었을 때 입자 모양은 남아있지만 초고압 처리로 인해 호화가 된 상태이기 때문에 내부의 전분 체인(chain) 간의 결합이 약해져서, 겉으로 노출된 -OH기가 많아져 수분 보유력이 증가한 것으로 판단된다(도 7).

<실험예 4> 전분의 호화 특성

실시예 1 내지 3의 무정형 입자 전분의 호화 특성을 Rapid Visco Analyzer (RVA-3D, Newport Scientific Pty. LTD, 호주)를 이용하여 측정하였다. 각각의 시료들로는 초고압 처리 후 에탄올 수세한 무정형 입자 전분들(실시예 1 내지 3), 천연 전분들(비교예 1, 5 및 9), 초고압 처리 후 증류수 수세한 전분들(비교예 2, 6 및 10)을 사용하였다.

구체적인 측정 방법은 하기와 같다. 먼저, 알루미늄 용기에 옥수수와 타피오카 전분 시료 3.0 g, 멥쌀 전분 1.5 g과 증류수 25 ml을 가한 다음 플라스틱 회전축을 사용하여 완전하게 교반시켜 시료액을 제조하였다. 50℃로 맞춘 RVA에서 1분간 빠른 속도로 교반한 다음, 분당 12℃씩 95℃까지 가열하고 95℃에서 2.5분간 유지시킨 후 50℃로 냉각시켜 2분간 유지시키면서 최고 점도(peak viscosity), 최저 점도(trough viscosity), 강하점도(breakdown), 최종 점도(final viscosity), 냉각 후 점도(setback), 피크 타임(peak time) 및 호화개시온도(pasting temperature)값을 측정하였다.

그 결과, 초음파 처리 및 에탄올 수세 공정에 의하여 전분의 호화개시온도가 증가하는 것이 확인되었다. 즉, 옥수수 전분의 경우 호화개시온도(pasting temperature)가 77.1℃(비교예 1)에서 85.8℃(실시예 1)로, 타피오카 전분의 경우 72.5℃(비교예 5)에서 77.8℃(실시예 2)로, 멥쌀 전분은 74.3℃(비교예 9)에서 77.6℃(실시예 3)로 천연 전분에 비해 무정형 입자 전분의 호화개시온도가 증가하였다.

또한 점도가 증가하는 시간이 늦춰졌으며 피크 타임(peak time)도 옥수수 전분의 경우 5.8 분(비교예 1)에서 6.8 분(실시예 1)으로, 타피오카 전분의 경우 4.7 분(비교예 5)에서 6.5 분(실시예 2)으로, 멥쌀 전분의 경우 4.4 분(비교예 9)에서 4.6 분(실시예 3)으로 증가하였다.

최고 점도(peak viscosity)의 경우 옥수수 전분에서는 천연 전분(비교예 1)이 267.5 RVU, 무정형 입자 전분(실시예 1)이 177 RVU을 나타내 감소한 것을 알 수 있었고, 타피오카 전분의 경우에도 355.5 RVU(비교예 5)에서 294.5 RVU(실시예 2)로, 멥쌀 전분의 경우에도 62.5 RVU(비교예 9)에서 57.0 RVU(실시예 3)으로 감소한 것을 알 수 있었다.

반면 최저 점도(trough viscosity)의 경우 옥수수 전분과 멥쌀 전분의 경우 무정형 입자 전분이 되었을 때 최저 점도가 감소하였지만 타피오카 전분의 경우 202.5 RVU(비교예 5)에서 246.5 RVU(실시예 2)로 증가하였다.

이들의 차이로 나타나는 강하점도(breakdown)는 95℃에서 50℃로 냉각시킬 때에 전분 입자가 붕괴되기 쉬운 정도를 나타내는데, 천연 옥수수 전분의 강하점도는 87.0 RVU(비교예 1)에서 무정형 입자 전분이 되었을 때 27.0 RVU로 감소(실시예 1)하고 타피오카 전분의 경우 153.0 RVU(비교예 5)에서 48.0 RVU(실시예 2)로, 멥쌀 전분은 42.5 RVU(비교예 9)에서 39.0 RVU(실시예 3)로 감소해 세 가지 전분 모두 무정형 입자 전분이 되었을 때 강하점도가 감소하는 것을 알 수 있었다.

최종 점도(final viscosity)의 경우 옥수수 전분은 천연 전분에서 무정형 입자 전분이 되었을 때 252.0 RVU(비교예 1)에서 164.5 RVU(실시예 1)로 감소하였고 멥쌀 전분의 경우에도 61.5 RVU(비교예 9)에서 55.5 RVU(실시예 3)로 감소한 반면, 타피오카 전분의 경우 278.5 RVU(비교예 5)에서 무정형 입자 전분이 되었을 때 362.0 RVU(실시예 2)로 증가하였다.

냉각 후 점도(setback)는 최종 점도와 최저 점도와의 차이로 나타내는 값으로 온도에 따른 점도의 안정성을 뜻하며 전분의 노화 정도를 나타낸다. 옥수수 전분의 냉각 후 점도는 천연 전분이 71.5 RVU(비교예 1)로 나타나고 무정형 입자 전분은 14.5 RVU(실시예 1)로 나타나 크게 감소한 것을 알 수 있었다. 멥쌀 전분의 경우 41.5 RVU(비교예 9)에서 무정형 입자 전분이 되었을 때 37.5 RVU(실시예 3)로 소량 감소하였으며 타피오카 전분의 경우 76.0 RVU(비교예 5)에서 115.5 RVU(실시예 2)로 무정형 입자 전분이 되었을 때 증가한 것을 알 수 있다(표 4).

상기 결과들은 도 8에서 그 경향을 확인할 수 있으며, 도 8의 A, B, C는 각각 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 결과를 나타낸다. 이를 보면, 천연 전분(비교예 1, 5 및 9) 및 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)의 그래프와 비교하였을 때 무정형 비입자 전분(비교예 2, 6 및 10)의 그래프에서는 온도 변화에 따른 전분의 호화 특성이 나타나지 않았다. 이는 초고압 처리로 인해 호화가 된 후 수세 용매로 증류수를 사용하는 경우 용매인 증류수의 영향으로 입자 상태가 파괴되었기 때문으로, 입자 형태를 유지하고 있는 천연 전분(비교예 1, 5 및 9) 및 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)과 다른 특성을 보이는 것으로 판단되었다.

또한 RVA 호화 커브를 통하여, 초고압 처리 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)이 천연 전분(비교예 1, 5 및 9)보다 호화개시온도 및 피크 타임은 높은 반면, 최고 점도 및 강하점도는 낮은 것을 알 수 있었다. 또한 타피오카 전분의 경우에서만 천연 전분(비교예 5)보다 무정형 입자 전분(실시예 2)의 최저 점도와 최종 점도, 냉각 후 점도가 높은 것으로 나타났다(도 8).

결론적으로 무정형 입자 전분의 경우 천연 전분과 비교되는 새로운 호화 특성을 나타내는 것을 알 수 있었고 전분의 종류에 따라 호화 특성이 다르게 나타남을 알 수 있었다.

*동일 열 내 서로 다른 영문자를 갖는 평균들은 상당히 다른 것들이다(p<0.05).

<실험예 5> 전분의 용해도 및 팽윤력 측정

실시예 1 내지 3의 초고압 처리 무정형 입자 전분의 용해도와 팽윤력을 Koo 등의 방법[Hye-Jin Koo, So-Hee Park, Jae-Sun Jo, Byung-Yong Kim, Nam-Youn Hur, Moo-Yeol Baik. Physicochemical characteristics of 6-year-old Korean ginseng starches. LWT - Food Science and Technology. 38(8): 801-807 (2005)]을 변형하여 측정하였다. 측정 방법은 하기와 같다. 먼저, 0.5g의 전분을 30ml의 증류수와 혼합하여 현탁액을 제조한 후 입자 상태의 유무에 따른 변화를 알아보기 위해서 60℃와 90℃의 water bath에서 30분간 열을 가하였다. 60℃는 입자가 파괴되지는 않지만 온도의 영향을 받아 변화가 일어나기 시작하는 온도이고 90℃는 전분 입자가 모두 파괴되는 온도이다. 이 후 3,000 rpm으로 1 시간 동안 원심 분리하여 상등액은 105℃에서 건조시켜 가용성 전분의 무게를 측정하였고, 침전물은 그대로 무게를 측정하여 하기 식 1 및 2에 의하여 용해도 및 팽윤력을 각각 구하였다.

<식 1>

용해도(%)=(가용성 전분 무게/시료 건조 무게) × 100

<식 2>

팽윤력= [침전물의 무게/{시료 건조무게 × (100-용해도%)}] × 100

용해도는 전분입자 중의 물에 녹는 성분이 전분 입자로부터 용출, 용해되는 정도를 나타내는 것이다. 천연 전분(비교예 1, 5 및 9)과 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)의 용해도를 도 9 및 도 10에 나타내었다. 도 9는 60 ℃에서의 전분의 용해도를 나타내고, 도 10은 90℃에서의 전분의 용해도를 나타낸다.

도 9를 보면, 60℃에서의 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 용해도는 각각 0.63, 0.71, 8.25%이고(각각 비교예 1, 5 및 9), 이들의 무정형 입자 전분의 용해도는 각각 2.07, 2.61, 11.55%(각각 실시예 1 내지 3)로 모두 천연전분에 비해 무정형 입자 전분의 용해도가 증가한 것을 알 수 있다. 무정형 입자 전분은 초고압에 의해 이미 호화가 된 전분이기 때문에 전분 입자의 외부 구조가 약해져 있어 60℃의 온도에서 내부 물질의 용출이 더 활발하게 일어난 것으로 보인다.

또한 도 10을 보면, 90℃에서의 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 용해도는 각각 14.42, 61.10, 69.07%로 나타났고(각각 비교예 1, 5 및 9), 무정형 입자 전분의 용해도는 각각 9.20, 19.80, 59.17%(실시예 1 내지 3)로 나타나 60℃와는 반대로 천연 전분에 비해 무정형 입자 전분의 용해도가 더 낮은 것을 볼 수 있다. 이는 무정형 입자 전분의 생성 과정에서 이미 내부의 용해 물질이 입자 외부로 용출되어 손실되었기 때문에, 90℃의 온도에서 입자가 완전히 파괴되었을 때 용출된 내부의 용해 물질은 오히려 천연전분보다 낮게 나온 것으로 보인다.

팽윤력은 전분입자가 팽윤하여 터지기 전까지 최대로 수분을 흡수할 수 있는 능력이다. 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분(비교예 1, 5 및 9)과 이들의 무정형 입자 전분(실시예 1 내지 3)의 팽윤력은 도 11 및 12에 나타내었다. 도 11은 60 ℃에서의 전분의 팽윤력을 나타내고, 도 12는 90℃에서의 전분의 팽윤력을 나타낸다.

도 11을 보면, 60℃에서 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 팽윤력은 각각 3.06, 3.92, 8.92(각각 비교예 1, 5 및 9)로 나타나고 이들의 무정형 입자 전분의 결과는 각각 6.09, 7.43, 16.05(각각 실시예 1 내지 3)로 나타나, 천연 전분보다 무정형 입자 전분의 팽윤력이 더 높은 것을 알 수 있다. 60℃에서 천연전분의 경우 호화가 되지 않은 상태이고 무정형 입자 전분은 이미 호화가 되어 내부의 결정 구조가 파괴된 상태이므로 전분 입자 내에 물과 결합할 수 있는 -OH기가 많아져 천연전분보다 더 높은 팽윤력을 갖는 것으로 보인다.

한편, 도 12를 보면, 90℃일 때의 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 팽윤력은 각각 16.18, 22.68, 17.70(각각 비교예 1, 5 및 9)으로 나타나고 이들의 무정형 입자 전분의 팽윤력은 각각 9.14, 15.82, 18.79(각각 실시예 1 내지 3)로 나타났다. 그러므로 옥수수, 타피오카 전분의 경우에는 무정형 입자 전분의 팽윤력이 더 낮게 나타났고 멥쌀 전분의 경우에는 천연 전분과 무정형 입자 전분의 90℃에서의 팽윤력이 유사하게 나타났다. 무정형 입자 전분은 천연 전분에 비해 구조가 약해져 있기 때문에 90℃에서 완전히 파괴되는 입자가 많고 그 속도도 빨라 팽윤력이 더 낮게 나온 것으로 보이고, 전술한 바와 같이, 무정형 입자 전분의 생성 과정에서 내부 물질이 용출되었기 때문에 물을 함유할 고형 성분들(solid contents)의 감소로 팽윤력이 천연전분보다 낮게 나온 것으로 보인다.

<실험예 6> 전분의 겉보기 점도 측정

실시예 1 내지 3의 초고압 처리 무정형 입자 전분의 겉보기 점도(Apparent viscosity)를 구하기 위해 Brookfield viscometer (model RVDV-Ⅱ+PRO, Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, MA)를 사용하였다. 구체적인 측정 방법은 하기와 같다. 먼저, 측정을 위해 250 ml의 비커에 각각의 전분 시료와 증류수를 섞어 7% (w/v)의 현탁액 제조 후 교반하여 혼합물의 겉보기 점도를 측정하였다. 겉보기 점도의 측정은 No.1 spindle을 이용하여 200 rpm의 조건에서 상온에서 실시하였다.

그 결과, 천연 옥수수, 타피오카, 멥쌀 전분의 겉보기 점도는 16 내지 19 cp의 값(비교예 1, 5 및 9)을 나타내는 반면 무정형 입자 전분의 겉보기 점도는 27 내지 44 cp의 값(실시예 1 내지 3)을 나타내 천연전분에 비하여 겉보기 점도가 증가한 것을 알 수 있었다. 또한 이 중에서도 무정형 입자 타피오카 전분의 겉보기 점도가 44.05 cp로 가장 높게 나타났다(실시예 2)(표 5). 이는 물과 섞었을 때 천연전분은 물에 반응하지 않고 단지 현탁액을 형성하는 것과 달리 무정형 입자 전분은 물을 흡수해 상온에서 점성을 띈다는 것을 의미한다. 결과적으로 무정형 입자 전분은 천연 전분과 다른 특성을 보여 상온에 점도 증진제로 쓸 수 있는 가능성을 확인하였다.

Claims (14)

1. 전분을 준비하는 단계;
   상기 전분을 초고압 처리하는 단계;및
   상기 초고압 처리한 전분을 알코올로 수세하는 단계를 포함하는 무정형 입자 전분의 제조 방법.
   
2. 제 1항에 있어서,
   상기 초고압 처리는 300 - 1000 MPa의 압력을 가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
3. 제 1항에 있어서,
   상기 초고압 처리는 초고압을 10분 내지 1시간 동안 가하여 수행하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
4. 제 1항에 있어서,
   상기 초고압 처리는 상온에서 수행되는 것을 특징을 하는 제조 방법.
   
5. 제 1항에 있어서,
   상기 초고압 처리는 0 - 40 ℃에서 수행되는 것을 특징을 하는 제조 방법.
   
6. 제 1항에 있어서,
   상기 알코올은 탄소 수 3 이하의 저가 알코올인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
7. 제 1항에 있어서,
   상기 무정형 입자 전분은 전분의 결정 영역은 손실되었으나, 입자 구조는 유지하고 있는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
8. 제 1항에 있어서,
   상기 무정형 입자 전분은 호화 전분인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
9. 제 1항에 있어서,
   상기 전분을 물에 넣어 현탁액을 제조한 후 이를 초고압 처리하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
   
10. 제 1항에 있어서,
    상기 에탄올로 수세한 전분을 건조 후 분쇄하여 수득하는 단계를 추가로 포함하는 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
11. 제 1항에 있어서,
    상기 전분은 식물로부터 수득되는 천연 전분인 것을 특징으로 하는 제조 방법.
    
12. 호화 전분인, 무정형 입자 전분.
    
13. 제 12항의 무정형 입자 전분을 포함하는 식품 조성물.
    
14. 제 12항의 무정형 입자 전분을 포함하는 점도 증진제.
    

Images