KR20180087538A - 건식 가수분해를 활용한 전분 나노 입자 제조 방법 - Google Patents
건식 가수분해를 활용한 전분 나노 입자 제조 방법 Download PDFInfo
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Abstract
본 발명은 전분 나노 입자의 제조방법에 관한 것으로 건식가수분해 과정 및 분쇄과정 최적화를 통해 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 자세하게는 건식 가수분해를 이용하여 전분 입자의 무정형 영역을 선택적으로 제거함과 동시에 결정 영역의 가수분해를 최소화하여 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명의 전분 나노 입자 제조방법은 건식 가수분해 처리를 이용함으로써 입자의 결정에는 영향을 미치지 않으면서도 전분 입자의 붕괴를 유도하여 현저히 높은 수율로 나노 수준의 전분 입자를 용이하게 제조할 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 전분 나노 입자는 식품, 화장품, 의약품 등 다양한 사업에서 유용하게 활용될 수 있다.
Description
본 발명은 전분 나노 입자의 제조방법에 관한 것으로 건식가수분해 과정 및 분쇄과정 최적화를 통해 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 더 자세하게는 건식 가수분해를 이용하여 전분 입자의 무정형 영역을 선택적으로 제거함과 동시에 결정 영역의 가수분해를 최소화하여 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조하는 방법에 관한 것이다.
전분은 오랜 기간 인류의 주된 탄수화물 공급원으로 이용되어왔으며, 값이 싸고 안정성이 보장된 소재라는 특징으로 인해 식품, 의약품, 제지, 화장품 산업에서 보편적으로 사용되고 있다. 전분은 이와 같이 다양한 산업 분야에서 천연전분 상태로 활용되기도 하지만 보다 효율적으로 활용하기 위하여 주로 화학적, 물리적으로 변성하여 사용되고 있다. 이처럼 전분을 다양한 방법으로 변성시킴으로써 전분의 물리화학적 특성을 향상시킬 수 있고, 이로 인해 전분의 부가가치를 향상시킬 수 있다.
최근 주목받는 전분의 변성 방법 중 하나로는 전분 입자를 분쇄하여 나노 입자화 하는 방법이 있다. 전분 입자를 미세화하면 표면적인 늘어나기 때문에 향미성분을 비롯한 여러 가지 물질을 포집할 수 있을 뿐 아니라, 지방대체제 및, 천연고무를 비롯한 여러 가지 물질의 강도를 높이기 위한 충전제로도 활용될 수 있다.
한편, 천연 전분은 일정한 형태 및 크기를 갖는 고밀도 반결정성 입자로, 출처에 따라 전분 입자의 형태 및 크기가 다양하다. 일반적으로 전분은 아밀로펙틴과 아밀로즈로 구성되어 있는 입자로써 결정성 영역과 무정형한 영역이 혼합되어 있는 구조를 가지고 있는데 이 결정 구조는 아밀로펙틴 가지의 이중 사슬 결정 구조가 규칙적으로 배열된 얇은 판 (lamellae)으로 구성되어 있으며, 이러한 얇은 판의 조밀한 배열로 'blocklet' 소 단위체를 형성하게 된다. 따라서 전분 입자는 나노 수준의 'blocklet'의 조합으로 형성된 결정형 영역과 아밀로즈 및 아밀로펙틴 가지부분으로 구성된 무정형 영역으로 이루어진다.
한편, 상기의 구조를 갖는 전분 중 무정형 영역은 결정 영역에 비하여 산 혹은 효소에 의해 쉽게 가수분해되는 특성이 있으며, 이를 이용하여 전분 나노입자를 제조할 수 있다. 전분 입자의 무정형 영역을 선택적으로 가수분해함에 따라 전분 입자가 붕괴 되고 가수분해에 내성이 있는 결정 영역만 남게 되어 최종적으로 나노 입자를 제조할 수 있게 된다. 현재 보고되어 있는 전분을 이용한 나노 입자 제조 방법에는 상기 언급된 산 가수분해를 이용한 방법이 주를 이루고 있으며, 이와 같이 가수분해를 이용한 전분 나노 입자의 제조 방법의 경우, 전분의 출처에 따라 다양한 크기의 나노 입자 제조가 가능하다.
한편, 최근 연구결과에 따르면, 전분의 산 가수분해 시 전분의 무정형 영역과 결정 영역의 가수분해가 반응 초기부터 동시에 일어나며, 무정형 영역과 결정 영역의 가수분해 속도 차이에 의해 초기 반응과 후기 반응으로 구분될 수 있다고 알려져 있다. 또한, 기존의 전분 나노 입자 제조 방법의 경우 상대적으로 긴 가수분해 시간이 필요한데, 이 경우 40일 이상의 긴 가수분해 시간이 필요하고, 입자의 제조 수율 또한 매우 낮다는 문제점이 있다. 이는 수용성 용액에서 전분을 가수분해하게 되면 가수분해 과정에서 완전 당화가 일어나고 결정영역 또한 상당부분 가수분해 되기 때문으로 알려져 있다. 이러한 문제점을 해결하기 위하여 가수분해 조건을 최적화하는 기존의 연구가 진행되었지만 이 역시 수율이 15% 이하로 낮아 산업적 활용에 한계가 있다.
따라서, 전분 나노 입자를 제조함에 있어서, 제조 시간이 비교적 짧으면서도 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조할 수 있는 전분 나노 입자의 제조방법 개발이 절실히 필요한 실정이다.
본 발명은 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조할 수 있는 제조방법을 개발하고 이를 제공하는데 목적이 있다.
본 발명은 산성 수용액에 전분을 분산하여 산을 흡수시킨 후, 산이 흡수된 전분을 회수하는 단계 (a); 상기 (a) 단계 후, 상기 전분의 수분함량을 조절하는 단계 (b) 및 상기 (b) 단계 후, 열처리하여 가수 분해하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제조방법을 제공한다.
본 발명에 있어서, 상기 전분은 바람직하게 옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 고아밀로즈 전분, 쌀 전분, 찹쌀 전분, 고아밀로즈 쌀 전분, 감자 전분, 찰감자 전분, 고구마 전분, 보리 전분, 찰보리 전분, 콩 전분, 밀 전분, 찰밀 전분, 사고 전분, 아마란스 전분, 녹두 전분, 타피오카 전분, 수수 전분, 찰수수 전분, 바나나 전분, 녹두 전분, 동부 전분, 퀴노아 전분 및 칡 전분 중에서 선택되는 어느 하나 또는 하나 이상인 것인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 옥수수 전분, 찰옥수수 전분인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 (a) 단계의 산성 수용액은 바람직하게 pH 0.01~5.5인 수용액 또는 에탄올 수용액인 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 황산 0.05 내지 0.075 M인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 (b) 단계의 수분함량은 바람직하게 0~40%인 것이 좋으며 더욱 바람직하게는 20%인 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 (c) 단계의 열처리는 바람직하게 80~180℃에서 10분 내지 12시간 동안 수행하는 것이 좋으며, 더욱 바람직하게는 130℃에서 3 내지 8시간 동안 수행하는 것이 좋다.
본 발명에 있어서, 상기 전분 나노 입자는 바람직하게 결정성을 지니는 것이 좋다.
상기와 같이 본 발명의 전분 나노 입자 제조방법은 수용성 용액에서 가수분해하는 것이 아닌, 상기 (a) 단계로부터 산이 흡수된 전분을 상기 (b) 단계에서 수분이 감소되도록 조절한 후, 상기 (c) 단계에서 고온으로 열처리하여 가수분해 (건식 가수분해)하기 때문에, 입자의 형태 및 결정성에는 영향을 미치지 않으면서 나노 수준의 입자를 제조할 수 있으며, 낮은 농도의 산 처리만으로도 현저히 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조할 수 있다.
본 발명의 전분 나노 입자 제조방법은 건식 가수분해 처리를 이용함으로써 입자의 결정에는 영향을 미치지 않으면서도 전분 입자의 붕괴를 유도하여 현저히 높은 수율로 나노 수준의 전분 입자를 용이하게 제조할 수 있으며, 본 발명에 따라 제조된 전분 나노 입자는 식품, 화장품, 의약품 등 다양한 사업에서 유용하게 활용될 수 있다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 제조된 전분 나노 입자는 물리적 강도가 향상되기 때문에 보강제로써 사용이 가능하며 이러한 특성을 이용한 필름 또는 종이의 충전물로써 이용될 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 전분 나노 입자 제조 방법을 도식화한 도면이다.
도 2는 본 발명에 따른 전분 나노 입자의 제조 수율을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자의 분쇄 시 입자 형태의 변화를 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 전분 나노 입자의 투과전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 전분의 분자량 분포를 배제 크로마토그래피 시스템를 통해 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 전분의 결합구조를 핵자기공명 (NMR) 분석을 통해 측정한 결과이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 전분들의 결정성을 X선 회절 패턴 분석을 통해 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 전분들을 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)을 이용하여 결정성(1047/1022cm-1)을 측정한 결과이다.
도 2는 본 발명에 따른 전분 나노 입자의 제조 수율을 나타내는 도면이다.
도 3은 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자의 분쇄 시 입자 형태의 변화를 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
도 4는 본 발명에 따라 제조된 전분 나노 입자의 투과전자현미경 사진이다.
도 5는 본 발명에 따라 제조된 전분의 분자량 분포를 배제 크로마토그래피 시스템를 통해 측정한 결과이다.
도 6은 본 발명에 따라 제조된 전분의 결합구조를 핵자기공명 (NMR) 분석을 통해 측정한 결과이다.
도 7은 본 발명에 따라 제조된 전분들의 결정성을 X선 회절 패턴 분석을 통해 측정한 결과이다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 전분들을 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)을 이용하여 결정성(1047/1022cm-1)을 측정한 결과이다.
본 발명은 산을 처리한 후, 열처리하는 건식 가수분해를 통하여 전분 나노입자를 제조하는 방법에 관한 것이다. 본 발명에서는 페놀 황산법을 이용하여 전분 입자로부터 용출되는 총 당 함량을 측정한 결과, 전분 나노 입자가 최소 75% 이상의 수율로 제조되는 것을 확인할 수 있었으며, 광학현미경 및 주사형 전자현미경을 통해 전분 입자의 형태 변화를 확인한 결과에서는 형태가 온전하고 50 nm보다 작은 크기의 나노 입자들을 확인할 수 있었다.
또한, 사이즈 배제 크로마토그래피 시스템을 이용하여 전분 분자 분포도를 확인한 결과, 분자 분포도가 저분자 쪽으로 이동한 것을 확인함으로써 산 가수분해가 일어남을 확인할 수 있었으며, 무정형 영역에 분포한 아밀로즈 및 아밀로펙틴의 긴 사슬이 선택적으로 가수분해됨을 확인하였고, 핵자기공명 (NMR) 분석을 통해 전분 분자 내부의 글리코시딕 1-4와 1-6 결합이 분해됨을 확인하였다.
한편, 전분 입자의 결정적 특성 확인을 위하여 수행한 X선 회절 패턴 분석 실험에서는 특별한 결정도 변화를 확인할 수 없었으며, 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)에서는 'Short-range' 결정성이 감소하지 않은 것을 확인할 수 있었다.
상기의 결과를 종합해보면, 본 발명의 건식가수분해를 포함하는 방법을 이용하여 전분 나노 입자를 제조할 경우, 전분 나노 입자의 형태 및 결정성에는 영향을 미치지 않으면서도, 나노 수준의 입자를 제조할 수 있으며, 현저히 높은 수율로 전분 나노 입자를 제조할 수 있음을 확인할 수 있었다.
이하, 본 발명의 내용에 대해 하기 실시예 및 실험예에서 더욱 상세히 설명하지만, 본 발명의 권리범위가 하기 실시예 및 실험예에만 한정되는 것은 아니고, 이와 등가의 기술적 사상의 변형까지를 포함한다.
[
실시예
1: 전분 나노입자 제조]
본 실시예에서는 건식 가수분해 방법을 이용하여 전분 나노입자를 제조하고자 하였다.
옥수수 및 찰옥수수 전분 15 g을 증류수 150 mL에 분산한 후, 각 옥수수 전분에 0.050, 0.075 M (또는 같은 농도인 0.10N 및 0.15N)의 황산 용액 6 mL을 가하고 실온에서 1시간 동안 교반하였다. 그 후, 각 농도의 황산 용액이 처리된 전분 입자를 회수하여 30℃에서 건조한 후 분쇄하여 No. 120 체로 체질하였다.
체질 후, 균질화된 전분 입자를 수득하고, 이의 수분함량을 20%로 조정하고 밀봉용기에 넣어 130℃에서 각각 3, 5, 8시간 동안 열처리하였다.
열 처리된 전분을 50% 에탄올 수용액에 분산하여 중화한 뒤 다시 50% 에탄올을 처리하고 원심분리하는 방법으로 총 3회 세척하였다. 세척한 전분은 상온에서 건조 후 No. 120 체로 체질하였다.
체질 후, 균질화된 전분 입자를 수득하고, 수득된 전분 35 mg을 3.5 mL 증류수에 분산한 후 얼음 수조에서 23,000 rpm으로 20, 40, 60분까지 분쇄하여 각각의 전분 나노 입자를 제조하였다 (도 1).
도 1은 본 발명에 따른 전분 나노 입자 제조 방법을 도식화한 도면이다.
[
실험예
1: 건식 가수분해로 제조된 전분 입자의 수율 확인]
본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조된 전분 입자의 수율을 확인하고자 하였다.
페놀 황산법을 이용하여 건식 가수분해 후 전분 입자로부터 용출되는 총 당 함량을 측정하고, 이를 통해 건식 가수분해 후의 전분 입자 수율을 측정하였으며, 측정 결과는 도 2에 나타내었다. 대조군으로는 황산을 처리하지 않고 3, 5, 8시간 동안 열처리하여 제조된 옥수수 및 찰옥수수의 전분 입자를 사용하였다.
실험 결과, 대조군은 전분질이 열처리 후에 전분 입자로부터 용출되지 않은 반면, 본 실시예 1에서 제조한 옥수수 및 찰옥수수의 전분 입자는 산의 농도 및 반응 시간이 증가함에 따라 전분질의 용출이 점차 증가함으로써, 전분질 물질의 함량이 감소하는 것을 확인하였다. 하지만, 모든 전분 입자의 전분질 함량이 최소 75% 이상임을 확인하였으며, 이로 인해 본 발명의 제조방법으로 전분 나노 입자를 제조하였을 때, 전분 나노 입자로의 형태가 잘 유지됨으로써 높은 수율 (최소 75% 이상)로 전분 나노 입자를 제조할 수 있음을 확인하였다 (도 2).
도 2는 본 발명에 따른 전분 나노 입자의 제조 수율을 나타내는 도면이다.
[
실험예
2: 분쇄 과정에 따른 전분 입자의 형태 변화 확인]
본 실험예에서는 상기 실시예 1에서 제조한 전분 나노입자의 분쇄 시간에 따라 전분 입자의 형태가 어떻게 변화하는지를 광학현미경과 주사형 전자현미경을 통해 확인하고자 하였다.
(1) 광학현미경을 통한 전분 입자 형태 변화 확인
상기 실시예 1에서 제조한 각 옥수수 및 찰옥수수 전분 중 8시간 동안 열처리한 전분 입자와, 0.075 M의 황산을 처리하고, 열처리 시간을 3, 5, 8시간으로 달리한 각 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자 35 mg을 증류수 3.5 mL에 분산시킨 후, 현탁액을 얼음 수조 안에서 균질기를 이용하여 23,000 rpm의 조건으로 0, 20, 45분간 처리하였다. 상기 균질화된 샘플을 동결건조하여 각각의 전분 나노 입자를 수득하였다. 대조군으로는 산을 처리하지 않고 제조한 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자를 사용하였다.
실험 결과, 대조군의 경우 45분까지 분쇄하였을 때 주목할 만한 전분 입자의 파쇄는 없었으나 일부 전분 입자가 팽윤되거나 모양이 변형된 것을 확인하였다. 하지만 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자의 경우, 분쇄 시간이 증가함에 따라 입자가 지속적으로 파쇄되었으며 산의 농도 및 열처리 시간이 증가할수록 빠르게 분쇄되었다. 또한, 45분 동안 분쇄한 전분 입자 시료에서는 주목할 만한 입자 크기의 감소를 관찰할 수 없었다 (도 3).
또한, 본 발명에 데이터를 기재하지는 않았지만, 0.075 M의 황산을 첨가하고 8시간 동안 처리한 옥수수 전분 입자를 60분 동안 분쇄한 후 측정한 결과에서는 전분 입자가 관찰되지 않았다.
도 3은 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자의 분쇄 시 입자 형태의 변화를 광학현미경으로 관찰한 결과이다.
(2) 주사형 전자현미경을 통한 전분 입자 형태 변화 확인
0.075M 농도의 황산을 처리한 후, 8시간 동안 열처리한 옥수수 및 찰옥수수 전분 35 mg을 증류수 3.5 mL에 분산시켜 현탁액을 제조한 후, 얼음 수조 안에서 균질기를 이용하여 23,000 rpm의 조건으로 60분간 균질화하였다. 균질화된 각 전분 입자는 동결건조하여 수득하였으며, 수득된 옥수수 및 찰옥수수 전분을 주사형 전자현미경 (Zeiss 912 OMEGA, Zeiss, Oberkochen, Germany)를 이용하여 확인하였다.
실험 결과, 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자 모두에서 50 nm보다 작은 크기의 나노 입자들을 관찰할 수 있었다. 상기 결과들을 종합해보면, 본 발명의 건식 가수분해를 통해 전분 나노 입자를 제조할 경우 75% 이상의 수율로 전분 나노 입자를 제조할 수 있음을 확인하였다 (도 4).
도 4는 본 발명에 따라 제조된 전분 나노 입자의 투과전자현미경 사진이다.
[
실험예
3: 건식가수분해에 따른 전분 분자 구조의 특성 확인]
(1) 전분 분자 분포도 확인
본 실험예에서는 본 실시예 1에서 제조한 전분 입자의 분자의 분포도를 확인하고자 하였다.
실시예 1에서 제조한 각 옥수수 및 찰옥수수 전분을 알칼리성 용액에 용해시키고 멤브레인 필터 (5.0μm, Millipore, Darmstadt, Germany)를 통해 여과하였다. 이 여과된 용액에 포함된 전분 사슬을 사이즈 배제 크로마토그래피 시스템 (Waters., Milford, MA, USA)를 이용하여 분별하였다. 이동상으로는 수용성의 0.02% NaN3이 포함된 NaNO3 용액 50 mM을 사용하였으며, 덱스트린 스탠다드를 분별된 전분 사슬의 분자량을 추정하는데 사용하였다. 또한, 대조군으로 일반 전분을 사용하여 본 발명의 전분 입자와 분자 부포도를 비교하고자 하였다 (도 5의 Native).
실험 결과, 본 발명에서 제조한 전분 입자와 일반 전분의 분자 분포도를 비교한 결과, 저분자 쪽인 오른쪽으로 이동한 것을 확인할 수 있었으며, 이로써 건식 가수분해를 통해 전분 입자의 산 가수분해가 일어났음을 확인할 수 있었다. 특히 전형적인 아밀로펙틴 피크가 사라진 것으로 보아 전분 분자 구조에 큰 변화가 일어남을 확인할 수 있었다 (도 5).
도 5는 본 발명에 따라 제조된 전분의 분자량 분포를 배제 크로마토그래피 시스템를 통해 측정한 결과이다.
(2) 건식 가수분해에 따른 전분 분자의 아밀로펙틴 구조 변화 확인
본 실험예에서는 상기 전분 분자 분포도 실험에서 확인한 바를 바탕으로, 본 발명의 전분 입자 중 아밀로펙틴 구조에 어떠한 변화가 나타났는지 확인하고자 하였다.
하기 표 1 내지 2는 건식 가수분해에 따른 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자의 아밀로펙틴의 구조 변화를 나타낸 것이다.
실험 결과, 건식 가수분해로 인해 아밀로즈 (옥수수: F-1) 및 아밀로펙틴의 긴 사슬 (옥수수: F-2, 찰옥수수: F-1)의 분자량 및 함량이 유의적으로 감소하였으며, 아밀로펙틴의 짧은 사슬 분자량은 크게 감소하지 않은 것을 확인하였다.
이와 같은 결과를 통해 본 발명의 건식 가수분해 (산을 첨가한 상태에서 열처리 후 균질화) 하여 전분 나노 입자를 제조할 경우 무정형 영역에 분포한 아밀로즈나 아밀로펙틴 긴 사슬이 선택적으로 가수분해되는 것으로 판단되었다.
(3) 핵자기공명 (NMR) 분석
황산 0.075 M을 처리한 후, 8시간 동안 열처리하여 제조한 옥수수 전분 입자와, 황산 0.15 N을 처리한 후, 8시간 동안 열처리하여 제조한 찰옥수수 전분 입자에 중소수가 함유된 트리플루오로아세트산을 첨가하여 혼합한 후, 5 mm의 핵자기공명 (NMR) 튜브에 옮기고 핵자기공명 (NMR) 스펙트럼이 기록되기 전에 단단히 밀봉하였다. 핵자기공명 (NMR) 스펙트라는 NMR 스펙트로미터 (bruker avance II 600)를 이용하여 600 MHz의 주파수에서 측정하였다. 대조군으로는 산 처리를 하지 않고 제조된 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자를 이용하였다.
실험 결과, 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 옥수수 및 찰옥수수의 전분 입자에서 가수분해 후 전분 분자 내부의 글리코시딕 1-4와 1-6 결합 비율에 변화가 있음을 확인하였으며, 특히 글리코시딕 1-4가 다소 감소한 것을 확인하였다. 이를 통하여, 본 발명에 의해 제조된 전분 나노 입자의 구조는 주로 아밀로즈 및 아밀로펙틴 긴 사슬의 글리코시딕 1-4가 주로 가수분해에 의하여 분해되었음을 확인하였다 (도 6).
도 6은 본 발명에 따라 제조된 전분의 결합구조를 핵자기공명 (NMR) 분석을 통해 측정한 결과이다.
[
실험예
4: 전분 입자의 결정적 특성 확인]
본 실험예에서는 X선 회절 패턴 및 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)을 통해 건식 가수분해 유무에 따른 전분 입자 결정의 특성을 확인하고자 하였다.
(1) X선 회절 패턴 분석
본 실험예에서는 X선 회절 (XRD)을 이용하여 전분 결정의 특성을 확인하고자 하였는데, 이를 이용하면 전분 입자의 'long-range' 결정 특성을 분석할 수 있으며, 이러한 전분 입자의 'long-range' 결정 특성은 전분 분자들의 이중나선 구조의 구조적인 배열을 나타낸다.
상기 실시예 1에서 제조한 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자의 수분량을 표준화하기 위해 항온항습기를 이용하여 30℃, RH 75%의 조건에서 24시간 동안 처리함으로써 수분량의 균형을 맞추었다. 수분량이 균형화된 전분의 X선 회절 (X-ray diffraction) 패턴은 분말 X-레이 회절분석기 (X'Pert PRO MPD, PANalytical, Almelo, Netherland)를 이용하여 관찰하였으며, 각 샘플의 상대적인 결정화의 정도는 Cheetham and Tao의 방법 (1998, Carbohydrate Polymers, 36(4), 277-284)을 이용하여 측정하였다. 대조군으로는 산을 처리하지 않고 3, 5, 8시간 동안 열처리하여 제조한 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자 (Control)를 사용하였으며, 일반적인 전분 (Native)을 함께 사용하여 실험함으로써 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자의 X선 회절 패턴과 비교하고자 하였다.
실험 결과, 일반 전분 입자와 비교하였을 때, 대조군 (Control)의 경우 전분 입자의 상대적인 결정도가 증가하였으며, 건식 가수분해를 통해 제조된 전분의 경우 주목할 만한 상대적인 결정도 변화를 관찰할 수 없었다. 이에 따라 산 처리 후 열처리하는 방법은 전분 입자의 결정을 파괴하지 않는 것으로 판단되었다 (도 7).
한편, 데이터를 기재하지는 않았지만, 물리적인 파쇄의 경우 (60분 분쇄) 'long-range' 결정성이 확연히 감소하는 것으로 보아 전분 입자의 'long-range' 결정 구조는 물리적인 처리에 의하여 파괴되는 것으로 판단되었다 (미도시).
도 7은 본 발명에 따라 제조된 전분들의 결정성을 X선 회절 패턴 분석을 통해 측정한 결과이다.
(2) 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)
각 전분 샘플의 수분량을 표준화하기 위하여, 60분 동안 균질화 과정을 수행한 후, 균질화된 샘플의 흡광도 스펙트라를 프론티어 FTIR (Frontier FTIR, PerkinElmer, Waltham, MA, USA) 약화된 총 반사율 (ATR) 모드에서 셀렌화아연 결정체 (zinc selenide crystal)를 이용하여 기록하였다.
푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)에서의 1047 및 1022 cm-1 값은 각 전분 입자의 결정영역과 무정형한 영역을 나타내는 값으로 두 값의 비율로 전분 입자의 'short-range' 결정성을 간접적으로 확인할 수 있다. 전분 입자의 'short-range' 결정성은 전분 분자가 어느 정도 이중나선 구조를 형성한 것을 나타낸다. 대조군으로는 산을 처리하지 않은 옥수수 및 찰옥수수 전분 입자 (Control)를 사용하였으며, 일반적인 전분 (Native)을 함께 사용하여 실험함으로써 본 발명의 건식 가수분해를 통해 제조된 전분 입자와 비교하고자 하였다. 또한, 일반적인 나노파티클을 함께 측정하여 비교하였다.
실험 결과, 일반 전분 (Native)과 비교하였을 때, 대조군 및 본 발명의 건식 가수분해로 제조된 전분 입자 모두에서 건식 가수분해 후 'short-range' 결정성은 감소하지 않은 것을 확인하였다 (도 8).
또한, 본 발명에 데이터를 기재하지는 않았지만, 'long-rang' 결정성과는 다르게 물리적인 파쇄 (60분) 후 'short-range' 결정성은 감소하지 않았다.
도 8은 본 발명에 따라 제조된 전분들을 푸리에 변환 적외분광법 (FT-IR)을 이용하여 결정성(1047/1022cm-1)을 측정한 결과이다.
Claims (6)
- 산성 수용액에 전분을 분산하여 산을 흡수시킨 후, 건조시킴으로써 산이 흡수된 건조 전분을 회수하는 단계 (a);
상기 (a) 단계 후, 건조 전분에 수분을 가하는 단계 (b); 및
상기 (b) 단계 후, 열처리하여 가수분해하는 단계 (c);를 포함하는 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전분은,
옥수수 전분, 찰옥수수 전분, 고아밀로즈 전분, 쌀 전분, 찹쌀 전분, 고아밀로즈 쌀 전분, 감자 전분, 찰감자 전분, 고구마 전분, 보리 전분, 찰보리 전분, 콩 전분, 밀 전분, 찰밀 전분, 사고 전분, 아마란스 전분, 녹두 전분, 타피오카 전분, 수수 전분, 찰수수 전분, 바나나 전분, 녹두 전분, 동부 전분, 퀴노아 전분 및 칡 전분 중에서 선택되는 어느 하나 또는 하나 이상인 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (a) 단계의 산성 수용액은,
pH 0.01~5.5인 수용액 또는 에탄올 수용액인 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 단계 (b)는,
건조된 전분의 수분함량이 1~40%(w/w)가 되도록 수분을 가하는 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제보방법.
- 제1항에 있어서,
상기 (c) 단계의 열처리는,
80~180℃에서 10분 내지 12시간 동안 수행하는 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자 제조방법.
- 제1항에 있어서,
상기 전분 나노 입자는,
결정성을 지니는 것을 특징으로 하는 전분 나노 입자의 제조방법.
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