KR20220001087A - 저항전분의 함량을 증가시키는 방법 - Google Patents

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Abstract

본 발명은 저항전분 함량이 증가된 원료미 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 원료미에 관한 것이다.

Description

저항전분의 함량을 증가시키는 방법{Method for increasing the content of Resistant starch}
본 발명은 저항전분 함량이 증가된 원료미 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 원료미에 관한 것이다.
탄수화물의 한 종류인 전분(Starch)은 인체의 소화기관에 의해 소화되는 양상에 따라 소화성 전분(Digestible Starch; DS)과 저항전분(Resistant Starch; RS)으로 나뉘며, 소화성 전분은 주로 위에서 소화 흡수되는 RDS(Rapidly Digestible Starch)와 소장까지 이동한 후에 천천히 소화 흡수되는 SDS(Slowly Digestible Starch)로 분류되며, 저항전분(RS)은 위나 소장에서 소화 흡수되지 않고 대장까지 도달하는 전분을 총칭한다.
통상적으로 식품으로 사용되는 전분에는 소화성 전분과 저항전분을 일정 비율로 모두 포함하고 있으며, 저항전분은 혈중 콜레스테롤이나 지방질의 축적을 저하시켜 성인병을 예방하고, 혈당을 감소시키고, 세로토닌 및 멜라토닌의 분비를 촉진하며, 대장 내 세균에 의해 발효되어 단쇄지방산의 일종인 낙산염을 생성하여 암세포의 성장을 억제하는 효과가 있는 것으로 알려져 있다.
최근에는 고칼로리 섭취 및 운동 부족과 같은 식생활 패턴의 변화로 대사증후군의 심각성이 높아짐에 따라 식이섬유 등을 이용한 기능성 저칼로리 식품에 대한 요구가 높아지고 있으며, 이에 따라, 불용성 식이섬유로 분류되는 저항전분에 대한 관심이 더욱 높아지고 있는 추세이다.
종래에는 저항전분을 얻거나 일반 전분의 저항전분 함량을 증가시키기 위하여, 염산(HCl) 등을 이용하여 산처리한 후 염기를 추가하여 중화하고 열처리하는 방식, 또는 전분과 설탕을 혼합한 후 특수한 세균(Neisseria Perflava)에 존재하는 아밀로수크라아제를 반응시키는 방식 등이 사용되었는데, 이러한 종래의 저항전분 획득 방식은 인체에 무해한 상태의 저항전분을 얻기 위해 고가의 정밀한 제조 설비가 필요할 뿐 아니라, 일부 재료의 수급이 난해하여 대량생산하기 어려운 문제점이 있다.
이에, 현재 옥수수, 고구마 등에서 추출한 전분에 효소를 처리하여 저항전분을 제조하는 연구가 진행된 바 있으나, 다양한 식품소재로의 활용 가능성을 넓히기 위해, 별도 추출 과정 필요없이 원물 자체의 저항전분의 함량을 증가시킬 수 있는 연구가 필요한 실정이다.
한국공개특허 제10-2003-0088365호
본 발명의 목적은 저항전분 함량이 증가된 원료미 제조방법을 제공하는 것이다.
본 발명의 다른 목적은 상기 방법으로 제조된 원료미를 제공하는 것이다.
본 발명의 또 다른 목적은 상기 원료미를 포함하는 식품 조성물을 제공하는 것이다.
본 발명의 일 측면은 a) 원료미를 호화시킨 후 효소를 처리하는 단계; 및 b) 효소 처리 후 노화시키는 단계를 포함하는, 저항전분 함량이 증가된 원료미 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에서 저항전분은 전분 중에서도 인체 내에서 소화효소에 의해 소화되지 않는 전분 및 전분유도체를 일컫는다. 전분이란 직선상의 아밀로오스와 분지상의 아밀로펙틴 두 가지 유형의 다당체(polysaccharide) 분자로 구성된 입자형태를 포함하는 것으로, 소화율에 따라 빨리 소화되는 전분(RDS, rapidly digestive starch), 천천히 소화되는 전분(SDS, slowly digestive starch) 및 소화되지 않는 저항전분(RS, resistant starch)으로 구분되며, 저항전분은 특성에 따라 RS1-RS5로 구분된다.
일반적으로, RS1은 효소의 접근이 어려운 전분, RS2는 생전분으로 B형의 결정형을 가진 감자, 녹색 바나나와 고아밀로오스 옥수수전분이 속한다. RS3는 호화된 전분이 저장 중에 노화된 전분 또는 노화아밀로오스, RS4는 화학적인 변성에 의해 효소작용이 어려운 전분이며, 최근 RS5로 알려진 아밀로오스-지질 복합체는 가열 중에 전분의 아밀로오스 나선 구조 내부에 지방의 소수성기가 포접되어 형성된 복합체로 효소작용이 어려운 전분 등을 포함한다.
상기 저항전분은 소장 내에서의 소화 및 흡수에 대해 내성을 나타내며, 대장으로 넘어가서 대장 미생물총(colonic microflora)에 의해 단쇄형 지방산 및 가스로 발효될 수 있다. 대장에서 단쇄형 지방산으로 발효되기까지 체내에서 이용되지 않으므로, 다른 전분보다 감소된 칼로리 수치를 가질 수 있다. 또한, 혈액 글루코오스 및 인슐린 조절성을 향상시킴으로서 체중 유지 및 감소에 도움을 줄 수 있다.
이에 본 발명에서는 원료미에 함유되어 있는 저항전분의 함량을 증가시킴으로써 체중 감량 및 식이조절에 효과적인 원료미를 제조하는 방법을 제공하고자 한다.
본 발명에서, 상기 '원료미'는 밥, 떡, 막걸리 등의 주류, 가공식품 등 식품으로서 활용되거나 가공되는 것의 원료가 되는 쌀을 의미한다. 상기 활용 또는 가공 형태는 제한되지 않으며, 원료가 되는 쌀의 종류 역시 제한되지 않는다.
구체적으로, 상기 원료미는 백미, 흑미, 현미, 발아현미, 멥쌀, 찰보리쌀 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 원료미는 멥쌀일 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 원료미는 분쇄된 가루 형태를 포함할 수 있다. 예컨대 원료미를 분쇄하여 제조된 멥쌀가루, 현미가루 등의 쌀가루를 모두 포함한다.
상기 효소는 아밀로펙틴의 α-1, 6 결합을 가수분해시켜, 짧은 사슬 아밀로오스(short chain amylose)를 생성할 수 있는 효소를 포함한다. 구체적으로, 상기 효소는 플루라나아제(pullulanase)일 수 있다. 보다 구체적으로 상기 플루라나아제는 프로모자임 D2 (promozyme D2)일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 원료미를 분쇄한 가루를 호화시킨 후, 상온에서 다시 냉각시키고 플루라나아제 효소를 처리하였으며, 이후 노화 과정을 거쳐 저항전분 함량이 증가된 원료미를 제조하였다.
온도가 높아짐에 따라 전분 입자가 팽창하고 결정형 구조가 파괴되는 현상을 '호화'라 하며, 상기 '노화'는 온도가 낮아짐에 따라 호화로 인해 용해된 전분 분자들이 재배열 되고 일부 결정형 구조를 회복하는 것을 의미한다. 종래 전분의 '호화' 및 '노화' 과정으로 인해 곡류 등의 식품의 품질을 떨어뜨리는 것으로 알려져 있으나, 본 발명에서는 호화시킨 후 효소를 처리하고, 이후 노화시키는 단계를 통해 저항전분의 함량이 증가되며, 나아가 프리바이오틱 효과 등 기능성까지 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
구체적으로, 상기 효소 처리 농도는 100 PUN/g 내지 500 PUN/g인 것일 수 있다. 본 발명 일 실시예에서는 효소 처리 농도가 증가할수록 결정화도가 높아짐을 확인하였으며(표 2), 필요에 따라 효소 처리 농도를 변경 적용함으로써 원료미의 결정화도를 변형하여 활용할 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 노화 과정은 20 시간 내지 30 시간 진행되는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 상기 방법으로 제조된 원료미의 구조 변화를 확인하기 위해 X-선 분석, ATR/FT-IR 분석을 수행한 결과, 효소를 처리하지 않은 원료미의 구조와 상이함을 확인하였다(도 1 및 도 2). 또한 원료미의 표면을 관찰한 결과에서도 단백질에 의해 거칠고 불규칙한 표면이 효소 처리에 따라 매끄럽고 여러 개의 스트립 층을 이루는 것을 확인하였다(도 3). 상기 결과는 플루라나아제 효소 처리가 원료미 결정형 구조에 영향을 준다는 것을 시사한다.
본 발명의 일 실시예에서는 효소 처리한 원료미의 아밀로오스 함량을 측정한 결과, 아밀로오스 함량이 현저하게 증가하였으며, 특히 효소의 농도가 높을수록 아밀로오스 함량 또한 증가함을 확인하였다(표 3).
본 발명의 일 실시예에서는 효소 처리한 원료미의 저항전분의 함량이 증가되었는지 여부를 확인하기 위해 소화흡수율을 측정한 결과, 빨리 소화되는 전분(RDS)의 함량은 감소하고, 저항전분(RS)의 함량은 현저하게 증가됨을 확인하였다(표 4).
상기 결과는 효소 처리에 의해 생성된 단쇄 아밀로오스(short chain amylose)가 저항전분 함량 증가에 영향을 준 것임을 시사한다.
또한, 상기 방법은 원료미의 프리바이오틱 활성을 증가시킬 수 있다.
본 발명에서, “프리바이오틱(prebiotic)”은 장내 유익한 박테리아의 생장을 돕는 난소화성 성분으로서, 프로바이오틱스(probiotics)의 영양원이 되어 장내 환경을 개선하는데 도움을 주는 물질을 의미한다.
본 발명의 일 실시예에서 프리바이오틱 활성을 확인하기 위해 장내 유익균인 Lactobacillus 및 Bifidobacteria의 증식능을 확인한 결과, 효소를 처리한 원료미에서 상기 유익균의 증식능이 현저하게 증가함을 확인하였다(표 5).
본 발명의 다른 일 측면은 상기 방법으로 제조된 저항전분 함량이 증가된 원료미에 관한 것이다.
상기 원료미는 백미, 흑미, 현미, 발아현미, 멥쌀, 찰보리쌀 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택되는 것일 수 있으며, 구체적으로 상기 원료미는 멥쌀일 수 있다. 또한, 상기 원료미는 분쇄된 가루 형태를 포함한다. 예컨대 멥쌀가루 등을 포함한다.
상기 '저항전분' 및 '효소'에 관한 설명은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서는 플루라나아제 효소를 원료미에 처리하여 구조 변화를 확인하기 위해 X-선 분석, ATR/FT-IR 분석을 수행한 결과, 효소를 미처리한 원료미의 구조와 상이함을 확인하였다(도 1 및 도 2).
구체적으로, 상기 원료미는 X-선 분석기로 측정한 피크는 5.79, 17.10, 19.55 및 24.3°이고, ATR/FT-IR 로 측정한 피크는 995, 1,045 및 1,022 cm-1의 값을 가지는 것일 수 있다.
본 발명의 일 실시예에서는 효소 처리한 원료미의 아밀로오스 함량을 측정한 결과, 아밀로오스 함량이 현저하게 증가하였으며 특히 효소 처리시 농도가 높을수록 아밀로오스 함량 또한 증가함을 확인하였다(표 3).
구체적으로, 상기 원료미의 함량은 30% 내지 40%인 것일 수 있다.
상기 저항전분의 함량이 향상된 원료미는 소장에서 흡수되는 포도당의 양을 감소시킬 수 있어, 체중조절 및 체중유지 목적으로 활용될 수 있다.
또한 구체적으로, 상기 원료미는 프리바이오틱 활성이 증가된 것일 수 있다.
상기 “프리바이오틱”은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 일 실시예에서 프리바이오틱 활성을 확인하기 위해, 장내 유익균인 Lactobacillus 및 Bifidobacteria의 증식능을 확인한 결과, 효소를 처리한 원료미에서 상기 유익균의 증식능이 현저하게 증가함을 확인하였다(표 5).
상기 결과는 본 발명의 플루라나아제를 처리한 원료미는 저항전분 함량이 우수할 뿐 아니라, 프리바이오틱 활성 또한 우수함을 시사한다.
본 발명의 또 다른 일 측면은, 상기 원료미를 포함하는 식품 조성물에 관한 것이다.
상기 원료미에 관한 설명은 전술한 바와 동일하다.
본 발명의 원료미를 첨가할 수 있는 식품은 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 건강기능성 보조식품 등이 있다.
상기 식품의 종류는 구체적으로 건강기능식품일 수 있다. 상기 건강기능 식품은 여러 가지 영양제, 비타민, 광물(전해질), 합성 풍미제 및 천연 풍미제 등의 풍미제, 착색제 및 증진제(치즈, 초콜릿 등), 펙트산 및 그의 염, 유기산, 보호성 콜로이드 점증제, pH 조절제, 안정화제, 보존제, 글리세린, 알코올, 탄산음료에 사용되는 탄산화제 등을 함유할 수 있다. 이러한 성분은 단독으로 또는 조합으로 사용될 수 있으며, 이러한 첨가제의 비율은 조성물 전체 중량당 0.001 내지 50 중량부의 범위에서 선택되는 것이 일반적이다.
상기 건강기능식품은 식품의 생체 조절 기능을 강조한 식품으로 물리적, 생화학적, 생물공학적인 방법을 이용하여 특정 목적에 작용 및 발현하도록 부가가치를 부여한 식품이다. 이러한 건강기능 식품의 성분은 생체 방어와 신체 리듬의 조절, 질환의 방지 및 회복에 관계하는 신체 조절 기능을 생체에 대하여 충분히 발휘하도록 설계하여 가공하게 되며, 식품으로 허용 가능한 식품 보조 첨가제, 감미료 또는 기능성 원료를 함유할 수 있다.
상기 건강기능식품은 정제, 과립, 분말, 캅셀, 액상의 용액 및 환으로 이루어진 군에서 선택된 어느 하나의 제형일 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 구체적으로 상기 정제 형태의 건강기능식품은 상기 원료미를 포함하는 조성물, 부형제, 결합제, 붕해제 및 다른 첨가제 혼합물을 통상의 방법으로 과립화한 다음, 활택제 등을 넣어 압축 성형하거나, 상기 혼합물을 직접 압축 성형하여 제조할 수 있다. 또한, 상기 정제 형태의 건강기능식품은 필요에 따라 고미제 등을 함유할 수 있으며, 필요에 따라 적당한 제피제로 제피할 수도 있다.
상기 캅셀 형태의 건강기능식품 중 경질캅셀제는 통상의 경질캅셀에 원료미를 포함하는 조성물 및 부형제 등의 첨가제와의 혼합물 또는 그의 입상물 또는 제피한 입상물을 충진하여 제조할 수 있다. 연질캅셀제는 원료미를 포함하는 조성물 및 부형제 등의 첨가제와의 혼합물을 젤라틴 등 캅셀기제에 충진하여 제조할 수 있다. 상기 연질캅셀제는 필요에 따라 글리세린 또는 솔비톨 등의 가소제, 착색제, 보존제 등을 함유할 수 있다.
상기 환 형태의 건강기능식품은 원료미를 포함하는 조성물, 부형제, 결합제, 붕해제 등의 혼합물을 적당한 방법으로 성형하여 조제할 수 있으며, 필요에 따라 백당이나 다른 적당한 제피제로 제피를, 또는 전분, 탈크 또는 적당한 물질로 환의를 입힐 수도 있다.
상기 과립 형태의 건강기능식품은 원료미를 포함하는 조성물, 부형제, 결합제, 붕해제 등의 혼합물을 적당한 방법으로 입상으로 제조할 수 있으며, 필요에 따라 착향제, 고미제 등을 함유할 수 있다.
상기 부형제, 결합제, 붕해제, 활택제, 고미제, 착향제 등에 대한 용어 정의는 당업계에 공지된 것으로 그 기능 등의 동일 내지 유사한 것들을 포함할 수 있다.
또한, 상기 식품의 종류는 식품 첨가제일 수 있으며, 상기 식품 첨가제는 식품의 제조, 가공, 또는 보존을 위해 식품에 첨가, 혼합, 침윤 기타의 방법에 의해 사용되는 물질을 의미한다. 상기 식품 첨가제는 천연물과 합성품이 있으며, 기능과 용도에 따라 분류할 수 있다. 현재 한국에 식품첨가물로 허가되어 있는 품목은 화학적 합성품 370여종, 천연첨가물 50여종이며, 주로 용도에 따라 보존료, 살균제, 산화방지제, 착색료, 발색제, 표백제, 조미료, 감미료, 착향료, 팽창제, 강화제, 개량제, 유화제, 증점제(호료) 및 안정제, 피막제, 껌 기초제, 소포제, 용제, 이형제, 방충제, 품질개량제와 기타 식품제조용 첨가제 등으로 분류되어 쓰이고 있다.
상기 식품첨가제의 형태는 분말, 과립, 정제, 캡슐 또는 액상 형태를 포함할 수 있으며 구체적으로는 캡슐의 형태일 수 있으나, 상기 형태에 제한되는 것은 아니다.
본 발명의 원료미를 포함하는 식품 조성물로 사용할 경우, 상기 원료미를 그대로 첨가하거나 다른 식품 또는 식품 성분과 함께 사용하고, 통상적인 방법에 따라 적절하게 사용할 수 있다. 상기 원료미의 혼합량은 그의 사용 목적(예방, 건강 또는 개선, 치료적 처치)에 따라 적합하게 결정될 수 있다.
본 발명은 원료미 본 형태를 그대로 유지하면서 저항전분의 함량을 현저하게 증가시킬 수 있는 방법으로서, 상기 방법에 의해 제조된 원료미는 칼로리가 낮을 뿐 아니라 프리바이오틱 활성이 우수하여 다양한 식품 소재로 활용도가 높다.
본 발명의 효과는 상기한 효과로 한정되는 것은 아니며, 본 발명의 상세한 설명 또는 청구범위에 기재된 발명의 구성으로부터 추론 가능한 모든 효과를 포함하는 것으로 이해되어야한다.
도 1은 농도별 효소 처리한 멥쌀가루의 XRD 구조 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 2는 농도별 효소 처리한 멥쌀가루의 ATR/FT-IR 구조 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 3은 농도별 효소 처리한 멥쌀가루의 HR FE-SEM 표면 구조 분석 결과를 나타낸 것이다.
도 4는 농도별 효소 처리한 멥쌀가루의 호화액 입자형태를 분석한 결과를 나타낸 것이다.
이하, 첨부된 도면을 참고하여 본 발명의 실시예에 관하여 상세히 서술하나, 하기 실시예에 의해 본 발명이 제한되지 아니함은 자명하다.
실시예 1. 효소 처리 멥쌀가루
멥쌀가루의 수분 함량을 낮추기 위하여 45℃ 오븐에서 건조시켰다.
0.1 M 아세트산 나트륨 용액을 빙하 아세트산(glacial acetic acid)을 사용하여 pH 5.2로 조절하여 0.1 M 아세트산 나트륨 완충액(sodium acetate buffer)를 제조한 후 건조시킨 멥쌀가루 7%(w/w)를 첨가하여 분산시켰다. 이후, 분산액을 100℃에서 1시간 동안 호화시키고, 상온에서 냉각시켜 55℃에 도달할 때 100, 300, 500 PUN/g 농도로 각각 효소 처리를 하였다. 이때 효소는 식품첨가물로 허용된 플루라나아제(Pullulanase)의 상업 효소인 Promozyme D2를 이용하였다.
12시간 동안 효소 반응을 하고, 100℃에서 10 분간 효소 반응을 정지시켰다. 이후25℃까지 냉각시키고, 인큐베이터에서 24시간 동안 노화과정을 진행하였다. 노화과정이 끝난 후 3,500 rpm에서 10분간 원심분리를 하였으며, 침전물인 효소 처리 멥쌀가루를 수득하여 45℃의 오븐에서 일정한 수분(5~10%)에 도달할 때까지 7시간 가량 건조한 후 180 mesh 표준규격체망을 통과시켜 냉동보관 하였다.
처리된 효소의 농도에 따라 100 EM_RF, 300 EM_RF, 500 EM_RF로 각각 명명하였다.
비교예 1. 멥쌀가루
멥쌀가루를 실시예 1과 동일하게 45℃ 오븐에서 건조시킨 후, 냉동보관 하였다.
실험예 1. 멥쌀가루의 성분분석
본 발명에서 사용된 멥쌀가루의 일반성분인 수분, 조단백, 조지방, 조회분의 함량을 AOAC(1995)의 방법(AOAC. 1995. Official methods analysis. 15th ed. Association of Official Analytical Chemists, Washington, DC, USA. P 69-90. 참고)으로 분석하였다. 성분분석 결과는 아래 표 1에 나타내었다.
성분 함량(%) 성분 함량(%)
수분 11.11% 조회분 0.39%
조단백 7.02% 조지방 0.47%
아밀로오스 10.70% 아밀로펙틴 89.30%
실험예 2. 효소 처리 멥쌀가루의 구조적 특성 분석
2-1. 효소 처리 멥쌀가루의 XRD 구조분석
효소 처리 멥쌀가루의 결정화도를 X-선 분석기(D8 Advance Bruker, Germany)를 이용하여 측정하였으며 기기 조건은 회전각도(2θ) 3°부터 50°까지 회절 시켜 회절 각도에 따른 피크의 위치로부터 결정형을 분석하였다.
곡류전분은 A형, 과일(fruit)·줄기(stem) 전분은 B형, 고구마 전분은 A형과 B형의 혼합형인 C형의 패턴을 나타내었으며, 호화된 경우 V형의 패턴을 나타내는 것이다.
그 결과, 멥쌀가루에 플루라나아제 효소를 처리함에 따라, α-1, 6 결합을 분해하여 짧은 사슬 아밀로오스를 생성하고, 생성된 아밀로오스는 노화 시 수소결합을 통해 새로운 결정구조를 형성시킴을 확인하였다. 구체적으로, 멥쌀가루(RF)의 경우 A형의 패턴을 나타내는 5.13, 18.06, 23.07°에서의 피크가 관찰되었으며, 100, 300, 500 PUN/g 농도의 효소를 각각 처리한 멥쌀가루의 경우, B형의 패턴을 나타내는 5.79, 17.10, 24.3° 부근에서 피크가 관찰되었을 뿐만 아니라, V형의 패턴을 나타내는 19.55° 부근에서도 피크가 관찰되었다(도 1).
상기 결과를 통해, 플루라나아제 효소 처리는 멥쌀가루의 결정형 구조에 영향을 주며, 구체적으로 플루라나아제 첨가 농도가 증가할수록 결정형이 A형에서 B+V 형으로 변화시킴을 확인하였다.
2-2. 효소 처리 멥쌀가루 농도별 ATR FT-IR 구조분석
효소 처리 멥쌀가루의 결정구조 및 무정형 피크를 ATR/Fourier transform infrared spectrophotometer(Frontier, Perkin-Elmer Co. Ltd., UK) 를 이용하여 4,000 내지 500 cm-1 범위에서 측정하였다.
일반적으로 전분의 구조 변화는 1,045, 1,022, 995 cm-1에서 나타나는 밴드(band) 강도(intensity)에 영향을 미치는데, 특히 1,045 cm-1 및 1,022 cm-1에서의 밴드(band)는 각각 전분의 결정형 영역과 무정형 영역을 나타내므로, 밴드 강도의 비율인 995 cm-1/1,022 cm-1 혹은 1,045 cm-1/1,022 cm-1 값은 전분의 구조를 표현하는 지표로 이용될 수 있다. 따라서, 상기 1,045, 1,022, 995 cm-1 영역의 구조 및 995 cm-1/1,022 cm-1의 비율 값을 확인하였다.
그 결과, 멥쌀가루(RF) 및 효소 처리 멥쌀가루 모두 3,291, 2,926, 1,241 cm-1 영역에서 동일한 피크가 나타남을 확인하였으며, 각각의 피크는 poly-OH의 신축진동(stretching vibration), C-H의 신축진동(stretching vibration), O-H의 굽힘진동(bending vibration)에 의해 나타나는 것이다. 한편, 멥쌀가루(RF)와 달리 효소 처리 멥쌀가루(100 EM_RF, 300 EM_RF, 500 EM_RF)에서 결정형 영역에 해당하는 1,047 cm-1 및 무정형 영역에 해당하는 1,022 cm-1에서 밴드가 나타남을 확인하였다. 전분의 결정화도를 나타내는 995 cm-1/1,022 cm-1의 비율을 확인한 결과, 100 EM_RF에서 1.10이 나타나고, 300 EM_RF에서 1.12가 나타나고, 500 EM_RF에서 1.16이 나타남을 확인하였다(도 2 및 표 2).
플루라나아제 농도
(PUN/g flour) 		R995/1022
100 1.10
300 1.12
500 1.16
상기와 같은 결과는 플루라나아제 효소 처리 농도가 증가할수록 멥쌀가루의 결정화도가 높아짐을 시사한다.
2-3. 효소 처리 멥쌀가루의 HR FE-SEM 표면 구조분석
효소 처리 멥쌀가루의 표면구조는 주사 전자 현미경 (HR FE-SEM, MERLIN, Carl Zeiss, Jena, Germany)을 이용하여 시료의 형태를 관찰하고 촬영하였다.
그 결과, 멥쌀가루의 표면은 단백질로 인해 거칠고 불규칙한 다각형의 형태를 띠고 있는 반면, 효소 처리 멥쌀가루의 표면은 효소 처리로 인해 매끄럽고 여러 개의 스트립 층으로 이루어진 것을 확인하였다(도 3).
2-4. 효소 처리 멥쌀가루의 호화액의 입자형태 분석
멥쌀가루 및 효소 처리 멥쌀가루의 호화액 입자형태를 분석하기 위해, 효소 처리 멥쌀가루를 1%(w/w) 분산액으로 제조하여 실온에서 30 분 교반한 뒤, 95℃에서 1 시간 교반하여 1% 호화액을 제조하였다.
호화액은 50%로 희석한 Lugol 용액(1 g I2, 2 g KI/300 mL H2O)으로 염색한 후 광학현미경(Eclipse Ci-S, Nikon Co., Tokyo, Japan)을 이용하여 200배의 배율로 관찰하였으며 멥쌀가루 호화액의 입자형태를 분석하였다.
그 결과, 멥쌀가루(RF)는 호화되어 입자형태가 사라졌으나, 효소 처리 멥쌀가루(100 EM_RF, 300 EM_RF, 500 EM_RF)의 경우 입자의 형태가 유지되고, 입자의 파괴가 거의 일어나지 않음을 확인하였다(도 4).
상기 결과를 통해, 플루라나아제 효소가 원료미 내 함유된 전분의 아밀로펙틴의 α-1, 6 결합을 절단하여 단쇄 아밀로오스(short chain amylose)를 생성시키고, 생성된 아밀로오스는 노화 과정을 통해 수산기(hydroxyl group)에 서로 결합함으로써 결정형 구조가 상이해지고, 결정화도가 높아짐을 확인하였다.
실험예 3. 효소 처리 멥쌀가루의 이화학적 특성 분석
멥쌀가루 및 효소 처리 멥쌀가루의 아밀로오스 함량을 측정하기 위해, 시료 50 mg과 에탄올 0.5 mL, 1 N NaOH 5 mL를 넣고 혼합한 후 25℃ 인큐베이터에서 24시간 동안 방치하였다. 이후 증류수로 50 mL 정용한 것을 시료로 하였고, 페놀프탈레인 3방울을 지시약으로 하여 시료 2.5 mL에 증류수 20 mL를 넣고 0.1 N HCl로 핑크색이 사라질 때까지 적정하였다. 이후 요오드 용액 1 mL를 넣고 증류수를 이용하여 50 mL로 정용한 후 590 nm에서 흡광도를 측정하였다.
그 결과, 멥쌀가루(RF) 보다 효소 처리 멥쌀가루에서 아밀로오스 함량이 유의적으로 높은 것을 확인하였다. 특히, 멥쌀가루에서 플루라나아제를 500 PUN/g 가루(flour)의 농도로 처리한 샘플에서 아밀로오스 함량이 약 37.23%로 가장 높게 나타나는 것을 확인하였다(표 3).
플루라나아제 농도
(PUN 1) /g flour) 		아밀로오스 함량(%) 팽윤력
0 10.70 ± 0.04 c2) 14.07 ± 0.30 a
100 32.51 ± 0.39 b 3.86 ± 0.05 b
300 35.89 ± 3.22 ab 3.74 ± 0.91 b
500 37.23 ± 0.55 a 3.31 ± 0.01 b
1) 플루라나아제 단위
2) 같은 열 내 상이한 문자를 가진 값들은 크게 다름(p<0.05)
상기 결과를 통해, 효소 처리한 멥쌀 가루의 경우 효소 처리를 하지 않은 멥쌀 가루와 비교하여 아밀로오스 함량이 현저하게 증가됨을 확인하였다.
실험예 4. 효소 처리 멥쌀가루의 소화흡수율 분석
먼저 효소 용액을 제조하였다. 돼지 췌장 판 크레아틴(Pancreatin from porcine pancreas) 2 g을 증류수 24 mL에 넣고 10분간 교반한 다음 1,500 g에서 10분간 원심분리 시킨 후 상층액 20 mL를 아밀로 글루코시다제 0.4 mL 및 증류수 3.6 mL와 혼합하여 제조하였다. 효소 용액은 37°C에서 10분 동안 보관하여 평형에 이르게 하여, 효소 용액을 제조하였다.
멥쌀가루 및 효소 처리 멥쌀가루 30 mg과 마이크로마그네틱바를 2 mL 마이크로튜브(microtube)에 넣고 아세트산 나트륨 완충액(0.1 M, pH 5.2) 0.75 mL를 넣어 혼합시킨 다음 10분 동안 37°C에서 보관하였다. 제조한 효소 용액 0.75 mL를 멥쌀가루 및 효소 처리 멥쌀가루가 들어 있는 마이크로튜브에 넣고 37°C의 진탕 항온수조(shaking water bath)에서 20분 및 120분간 반응시킨 다음, 10분 동안 끓는 물에 넣어 효소 반응을 정지시켰다. 이를 마이크로 원심분리기에서 5,000 g로 10분간 원심분리한 다음 전분으로부터 가수분해된 상층액의 글루코스 양을 DNS 방법을 이용하여 측정하였다.
이후, 20분 이내 소화되는 전분을 RDS(rapidly digestible starch, 급속히 소화되는 전분), 20분과 120분 사이에 소화되는 전분을 SDS(slowly digestible starch, 천천히 소화되는 전분), 120분 이후에도 소화되지 않는 전분을 RS(resistant starch, 저항전분)으로 분류하였다.
그 결과, 효소 처리 멥쌀가루 제조 시 첨가하는 플루라나아제 농도가 0에서 100, 300, 500 PUN/g flour로 증가함에 따라 RS 함량은 13.33%에서 각각 26.17, 30.25, 32.92%로 유의적으로 증가하였다(표 4).
플루라나아제 농도
(PUN 1) /g flour) 		RDS(%) SDS(%) RS(%)
0 74.50
Figure pat00001
Figure pat00002
2.12 a2) 		12.17
Figure pat00003
Figure pat00004
2.36		 13.33
Figure pat00005
Figure pat00006
0.24 d
100 73.83
Figure pat00007
Figure pat00008
1.18 a 		N.D 3) 26.17
Figure pat00009
Figure pat00010
1.18 c
300 69.75
Figure pat00011
Figure pat00012
0.59 b 		N.D 30.25
Figure pat00013
Figure pat00014
0.59 b
500 67.08
Figure pat00015
Figure pat00016
0.35 b 		N.D 32.92
Figure pat00017
Figure pat00018
0.35 a
1) 플루라나아제 단위
2) 같은 열 내 상이한 문자를 가진 값들은 크게 다름(p<0.05)
3) N.D. 감지되지 않음(Not detected)
상기 결과는 멥쌀가루의 효소 처리에 의해 저항전분 함량이 증가함을 보여주며, 앞선 실험 결과들과 함께 비추어 보건대, 효소 가수분해에 의해 증가된 아밀로오스 분자들이 저항전분의 함량 증가에 영향을 줌을 시사한다.
즉, 아밀로오스가 노화과정 동안 수소결합을 형성하면서 이중나선(double helix) 구조를 형성하게 되고, 이렇게 형성된 이중나선 구조의α-1, 4 글루코시드 결합에는 α-아밀라제 등과 같은 소화 효소가 작용할 수 없어, 전분의 소화가 억제되는, 저항전분의 함량이 증가되는 것이다.
실험예 5. 효소 처리 멥쌀가루의 프리바이오틱 활성 분석
In-vitro 발효는 한국미생물보존센터로부터 분양받은 Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469, Bifidobacterium longum ATCC 15705을 이용하여 진행하였다. In-vitro 발효를 위해 L. rhamnosus, B. longum 10 uL를 각각 MRS 배지 및 Reinforced Clostridial Media(RCM) 배지에 접종하여 37℃에서 24시간, 48시간 동안 전배양하였다. 이후 멸균된 테스트 튜브에 발효 배지 9 mL와 시료 0.1 g 또는 0.5 g을 넣고 106의 전배양균 1 mL를 접종하여 37℃에서 24시간 동안 발효시켰다.
In-vitro 발효 후 시료의 프리바이오틱 활성 측정을 위해 시료 1% 또는 5%(w/v)을 포함하는 발효 배지 100 uL를 MRS agar 배지(L. rhamnosus) 및 RCM agar 배지(B. longum)에 도말하였다. 도말한 고체 배지를 혐기성 jar(Mitsubishi Gas Chemical, Tokyo, Japan)에 AnaeroGenTM 2.5 L gas pack(Thermo Fisher)와 함께 넣어 혐기성 환경을 만든 다음 37℃에서 24시간 동안 배양시킨 후 형성된 콜로니 수를 계수하였다(표 5).
플루라나아제 농도
(PUN 1) /g flour) 		Lactobacillus rhamnosus
ATCC 7469 		Bifidobacterium longum
ATCC 15705
총 생존 가능 수 (log CFU/mL)
이눌린(Inulin) 8.598
Figure pat00019
Figure pat00020
0.555 c2) 		8.155
Figure pat00021
Figure pat00022
0.219 c
100 8.729
Figure pat00023
Figure pat00024
0.163 bc 		8.640
Figure pat00025
Figure pat00026
0.268 b
300 9.029
Figure pat00027
Figure pat00028
0.047 ab 		8.914
Figure pat00029
Figure pat00030
0.099 a
500 9.202
Figure pat00031
Figure pat00032
0.048 a 		9.102
Figure pat00033
Figure pat00034
0.099 a
1) 플루라나아제 단위
2) 같은 열 내 상이한 문자를 가진 값들은 크게 다름(p<0.05)
그 결과, 장내 미생물인 Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469의 경우, 시판 프리바이오틱스인 이눌린 (8.598 log CFU/mL)보다 500 PUN/g flour 플루라나아제를 처리한 멥쌀가루에서 유의적으로 더 높은 Lactobacillus 증식능(9.202 log CFU/mL)이 나타남을 확인하였다.
Bifidobacterium longum ATCC 15705의 경우, 모든 효소 처리 멥쌀가루는 inulin(8.155 log CFU/mL)보다 유의적으로 더 높은 Bifidobacteria 증식능을 나타냈다. 특히, 300 또는 500 PUN/g flour 플루라나아제를 처리한 멥쌀가루의 경우 유의적으로 가장 높은 Bifidobacteria 증식능 (9.102 log CFU/mL)을 나타냄을 확인하였다.
상기 결과를 통해, 플루라나아제를 처리한 멥쌀가루가 장내 유익균 증식에 효과적이며, 이를 통해 프리바이오틱 활성이 우수함을 확인하였다.
실험예 6. 효소 처리 멥쌀가루의 단쇄지방산(short chain fatty acids, SCFAs) 함량 분석
In-vitro 발효한 시료를 3,500 rpm에서 15분간 원심분리하여 얻은 상층액을 Gas chromatograph(G3440B, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)를 이용하여 SCFAs를 분석하였다.
먼저, 2 mL 마이크로튜브에 시료의 발효 배지 상층액 0.5 mL, 1 M 인산0.2 mL, NaCl 0.4 g을 넣어 혼합한 다음 에틸 에테르(ethyl ether) 0.5 mL를 첨가하여 10,000 G에서 3분간 원심분리 하였다. 원심분리 후 상층액 1 uL를 전면 입구(front inlet)에 주입하여 SCFAs 함량을 측정하였다(표 6).
플루라나아제 농도
(PUN 1) /g flour) 		아세트산
(mM) 		프로피온산 (mM) 부티르산 (mM) 총 SCFAs
(mM)
Lactobacillus rhamnosus ATCC 7469
이눌린(Inulin) 70.77
Figure pat00035
Figure pat00036
2.31 d2) 		10.08
Figure pat00037
Figure pat00038
0.01 a 		1.77
Figure pat00039
Figure pat00040
0.01 a 		82.62
Figure pat00041
Figure pat00042
1.88 c
0 71.60
Figure pat00043
Figure pat00044
1.10 c 		10.12
Figure pat00045
Figure pat00046
0.01 a 		1.75
Figure pat00047
Figure pat00048
0.00 a 		83.46
Figure pat00049
Figure pat00050
1.00 c
100 81.39
Figure pat00051
Figure pat00052
4.64 b 		10.09
Figure pat00053
Figure pat00054
0.01 a 		1.77
Figure pat00055
Figure pat00056
0.03 a 		93.25
Figure pat00057
Figure pat00058
4.65 b
300 90.72
Figure pat00059
Figure pat00060
3.63 a 		10.11
Figure pat00061
Figure pat00062
0.00 a 		1.75
Figure pat00063
Figure pat00064
0.00 a 		102.58
Figure pat00065
Figure pat00066
3.62 a
500 92.56
Figure pat00067
Figure pat00068
0.56 a 		10.09
Figure pat00069
Figure pat00070
0.02 a 		1.76
Figure pat00071
Figure pat00072
0.01 a 		104.41
Figure pat00073
Figure pat00074
0.55 a
Bifidobacterium longum ATCC 15705
이눌린(Inulin) 37.56
Figure pat00075
Figure pat00076
3.10 d 		10.08
Figure pat00077
Figure pat00078
0.00 b 		1.77
Figure pat00079
Figure pat00080
0.04 ab 		49.41
Figure pat00081
Figure pat00082
3.14 d
0 41.52
Figure pat00083
Figure pat00084
0.30 c 		10.11
Figure pat00085
Figure pat00086
0.02 a 		1.82
Figure pat00087
Figure pat00088
0.01 a 		53.44
Figure pat00089
Figure pat00090
0.29 c
100 63.49
Figure pat00091
Figure pat00092
0.38 a 		10.09
Figure pat00093
Figure pat00094
0.00 ab 		1.74
Figure pat00095
Figure pat00096
0.00 b 		75.32
Figure pat00097
Figure pat00098
0.38 a
300 55.86
Figure pat00099
Figure pat00100
0.62 b 		10.09
Figure pat00101
Figure pat00102
0.00 ab 		1.74
Figure pat00103
Figure pat00104
0.00 b 		67.69
Figure pat00105
Figure pat00106
0.62 b
500 60.45
Figure pat00107
Figure pat00108
0.00 a 		10.09
Figure pat00109
Figure pat00110
0.00 ab 		1.74
Figure pat00111
Figure pat00112
0.00 b 		72.28
Figure pat00113
Figure pat00114
0.00 a
1) 플루라나아제 단위
2) 같은 열 내 상이한 문자를 가진 값들은 크게 다름(p<0.05)
그 결과, 시판 프리바이오틱스인 이눌린 보다 효소 처리 멥쌀가루를 프리바이오틱스로 이용했을 때 유의적으로 더 많은 SCFAs가 생성되었다.
특히, 500 PUN/g flour 플루라나아제를 처리한 멥쌀가루의 경우, L. rhamnosus의 프리바이오틱스로 작용하여 104.41 mM의 총 SCFAs를 생성하였고, B. longum에서는 72.28 mM의 총 SCFAs를 생성하였다.
상기 결과는, 효소 처리 멥쌀가루의 프리바이오틱 활성능이 우수하여, 다양한 프리바이틱용 조성물로 활용할 수 있음을 시사한다.

Claims (15)

  1. a) 원료미를 호화시킨 후 효소를 처리하는 단계; 및
    b) 효소 처리 후 노화시키는 단계를 포함하는, 저항전분 함량이 증가된 원료미 제조방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 원료미는 백미, 흑미, 현미, 발아현미, 멥쌀, 찰보리쌀 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것인, 제조방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 원료미는 분쇄된 가루 형태를 포함하는 것인, 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 효소는 플루라나아제(pullulanase)인 것인, 제조방법.
  5. 제4항에 있어서,
    상기 플루라나아제는 프로모자임 D2 (promozyme D2)인 것인, 제조방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 효소 처리 농도는 100 PUN/g 내지 500 PUN/g인 것인, 제조방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 노화 과정은 20 시간 내지 30 시간 진행하는 것인, 제조방법.
  8. 제1항 내지 제7항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 방법은 원료미의 프리바이오틱 활성을 증가시키는 것인, 제조방법.
  9. 제1항의 방법으로 제조된 저항전분 함량이 증가된 원료미.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 원료미는 백미, 흑미, 현미, 발아현미, 멥쌀, 찰보리쌀 및 이의 혼합물로 이루어진 군에서 선택된 것인, 원료미.
  11. 제9항에 있어서,
    상기 원료미는 분쇄된 가루 형태를 포함하는 것인, 원료미.
  12. 제9항에 있어서,
    상기 원료미는 X-선 분석기로 측정한 피크는 5.79, 17.10, 19.55 및 24.3°이고,
    ATR/FT-IR로 측정한 피크는 995, 1,045 및 1,022 cm-1의 값을 가지는 것인, 원료미.
  13. 제9항에 있어서,
    상기 원료미의 아밀로오스 함량은 30% 내지 40%인 것인, 원료미.
  14. 제9항에 있어서,
    상기 원료미는 프리바이오틱 활성이 증가된 것인, 원료미.
  15. 제9항 내지 제14항 중 어느 한 항의 원료미를 포함하는 식품 조성물.
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