WO2013089333A1 - 가공성이 향상된 난소화성 전분 및 이의 제조방법 - Google Patents

가공성이 향상된 난소화성 전분 및 이의 제조방법 Download PDF

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WO2013089333A1
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indigestible
modified
extruder
extrusion
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이선영
최지혜
김태용
전영승
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    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
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    • C08B30/00—Preparation of starch, degraded or non-chemically modified starch, amylose, or amylopectin
    • C08B30/06—Drying; Forming
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C08—ORGANIC MACROMOLECULAR COMPOUNDS; THEIR PREPARATION OR CHEMICAL WORKING-UP; COMPOSITIONS BASED THEREON
    • C08B—POLYSACCHARIDES; DERIVATIVES THEREOF
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    • C08B31/003—Crosslinking of starch
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    • A23L—FOODS, FOODSTUFFS, OR NON-ALCOHOLIC BEVERAGES, NOT COVERED BY SUBCLASSES A21D OR A23B-A23J; THEIR PREPARATION OR TREATMENT, e.g. COOKING, MODIFICATION OF NUTRITIVE QUALITIES, PHYSICAL TREATMENT; PRESERVATION OF FOODS OR FOODSTUFFS, IN GENERAL
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    • A23L33/00—Modifying nutritive qualities of foods; Dietetic products; Preparation or treatment thereof
    • A23L33/20—Reducing nutritive value; Dietetic products with reduced nutritive value
    • A23L33/21—Addition of substantially indigestible substances, e.g. dietary fibres

Definitions

  • the present application relates to an indigestible starch with improved processability and a method for preparing the same.
  • the present application is particularly directed to indigestible starch having a certain total dietary fiber content and at the same time improving processability, such as dough forming ability.
  • the present application relates to a method for producing a fire-resistant starch, characterized in that to increase the water absorption rate by controlling the factors such as moisture supply amount, heat, pressure during extrusion of the modified starch modified by crosslinking.
  • Starch is a major source of carbohydrates in humans, which is digested by digestive enzymes in the small intestine, broken down into glucose molecules, absorbed into the blood and used as an energy source for our bodies.
  • starch is classified into three types according to the digestive form in the small intestine: rapid digestible starch (RDS), slow digestible starch (SDS), and resistant starch (RS).
  • RDS rapid digestible starch
  • SDS slow digestible starch
  • RS resistant starch
  • Resistant starch is divided into 4 types according to its shape. Specifically, RS 1 and physical starch particles which are physically inaccessible have B-type crystalline form and are present in alpha-amylase. RS 2 resistant, RS 3 formed through the aging process, and RS 4 resistant to enzymes by chemical denaturation.
  • Indigestible starch has physiological activity similar to oligosaccharides and dietary fiber, is not digested and absorbed in the small intestine, slowly increases post-prandial blood sugar levels, and produces short-chain fatty acids by microorganisms in the large intestine. It has a variety of efficacy, such as to prevent and to inhibit the accumulation of fat. Indigestible starch having a dietary fiber as described above can be usefully used as a food material.
  • RS 4 type indigestible starch having enzyme resistance by chemical denaturation is prepared by a variety of known manufacturing methods (Modified starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida, 1986) ).
  • Examples of the RS 4 type of indigestible starch include cross-linking reaction, esterification, etherification, conversion, and the like.
  • the indigestible starch due to the crosslinking reaction includes a starch modified with a crosslinking agent such as sodium trimethaphosphate (STMP), phosphoryl chloride, adipic anhydride, and the like.
  • STMP sodium trimethaphosphate
  • phosphoryl chloride phosphoryl chloride
  • adipic anhydride adipic anhydride
  • the starch includes phosphorylated starch, acetylated starch, octenylsuccinic acid substituted starch, and the like, and the indigestible starch by etherification reaction includes hydroxypropyl starch.
  • the indigestible starch by the conversion modification is an acid hydrolyzed starch, starch oxidized by sodium hypochlorite, starch modified by enzymes and the like. The above production methods may be used alone or in combination with each other.
  • the indigestible starch material produced by the cross-linking reaction continues to develop new technology for applying to food due to the advantages such as relatively high total fiber content and quality improvement in food manufacturing.
  • the indigestible starch prepared by the conventional crosslinking reaction per se lacks the ability to absorb moisture during food processing, such as kneading by mixing with water or kneading with flour, thereby preventing dough formation and starch particles.
  • the problem of presenting a foreign body in the final product has been raised because it exists in the form similar to raw starch particles without modification of.
  • the present invention was derived to solve the conventional problems, one object of the present invention is to provide a method for producing RS 4-type starch indigestible starch having a total dietary fiber content of more than a predetermined and excellent water absorption.
  • Another object of the present invention is to provide an RS 4 type indigestible starch having improved processability, such as the ability to form dough with water or compatibility with other food materials such as flour.
  • the inventors of the present invention produce modified starch by a crosslinking reaction, and when the modified starch is extruded to produce an indigestible starch, when the extrusion conditions such as moisture supply, heat, and pressure are adjusted, the present invention has a total dietary fiber content of more than a predetermined amount.
  • the present inventors have found that it is possible to prepare an indigestible starch, in which the water absorption rate, alpha degree, and the like, which are closely related to processability such as dough formation ability, are significantly increased.
  • One aspect of the present invention comprises the steps of (a) preparing modified starch modified by crosslinking; And (b) supplying the modified starch to an extruder and extruding to produce an extrudate, wherein the extrusion temperature during the extrusion is 50 to 200 ° C., and the flow rate of the extruded water supplied into the extruder versus the extruder.
  • the ratio of the feed amount of the modified starch is supplied is 1.2 ml / g to 2.0 ml / g, and the water content of the extrudate provides a method for producing a fire-resistant starch with improved processability, characterized in that 25 to 50% by weight.
  • another aspect of the present invention provides an improved indigestible starch produced by the above-described manufacturing method.
  • the indigestible starch is preferably characterized in that the total dietary fiber content is at least 15% or more, the moisture absorption rate is 150% or more.
  • RS 4 indigestible starch prepared by the manufacturing method of the present invention has a predetermined total dietary fiber content and at the same time significantly increases physical properties such as water absorption rate, alpha degree. Therefore, when using the RS 4 type indigestible starch prepared by the manufacturing method of the present invention as the material of the food processed by kneading various components such as confectionery, snacks, cereals and noodles, it is possible to provide a uniform dough without additional heat treatment. Can remove foreign body feeling of the final product.
  • Figure 1 schematically shows the structure of an extruder used when extruding modified starch modified by crosslinking in the present invention.
  • FIG. 2 is a photograph showing a state when the modified starch (modified starch prepared in Preparation Example 1) modified by crosslinking is left after mixing with water.
  • Figure 3 is a photograph showing the state when the indigestible starch of the present invention prepared by extruding modified modified starch (cross-linked starch prepared in Preparation Example 16) mixed with water and kneaded.
  • One aspect of the present invention provides a method for producing an indigestible starch having improved processability. Preparing modified modified starch by crosslinking of the indigestible starch; and extruding the modified starch to produce an extrudate.
  • Modified starch modified by crosslinking means starch obtained by adding a crosslinking agent to a raw starch suspension and performing a crosslinking reaction.
  • Preparing modified modified starch by crosslinking may include preparing a starch suspension having a starch concentration of 15 to 60% by weight; Adding a crosslinking agent to the starch suspension and performing a crosslinking reaction under alkaline pH conditions; And neutralizing the crosslinked reacted starch suspension and filtering, washing with water and drying.
  • the starch suspension is prepared by suspending the raw starch in water. At this time, the starch concentration of the starch suspension is 15 to 60% by weight, preferably 25 to 55% by weight, more preferably 30 to 50% by weight. If the starch concentration of the starch suspension is less than 15% by weight, the efficiency of the crosslinking reaction described below may be inferior, and the total dietary fiber content of the modified starch prepared may be less than 20%, and the starch concentration of the starch suspension exceeds 60% by weight. When it is difficult to uniformly stir the starch suspension, it is not easy to prepare modified starch of uniform quality. When the starch concentration of the starch suspension is 30-50% by weight, the modified starch may be economically produced, and modified starch having a high total fiber content (for example, 40% or more) may be obtained.
  • the starch concentration of the starch suspension is 15 to 60% by weight, preferably 25 to 55% by weight, more preferably 30 to 50% by weight. If the starch concentration of the starch suspension is less than 15% by weight, the efficiency of the crosslink
  • the raw starch used in the starch suspension is not limited in its kind such as unmodified starch or modified starch, for example, selected from corn starch, waxy corn starch, rice starch, tapioca starch, potato starch, sweet potato starch, or wheat starch. It may be any one of them, and mixed starch obtained by mixing two or more thereof.
  • non-modified starches such as sago starch, sagohum starch, high amylose starch (eg, starch having an amylose content of at least 40% by weight) may be used as the raw starch.
  • modified starches used as raw starch in starch suspensions include phosphorylated starch modified with a phosphating agent such as sodium tripolyphosphate (STPP), acetylated starch, octenylsuccinic acid substituted starch, hydroxypropyl starch, acid hydrolyzed starch.
  • STPP sodium tripolyphosphate
  • acetylated starch octenylsuccinic acid substituted starch
  • hydroxypropyl starch hydroxypropyl starch
  • acid hydrolyzed starch acid hydrolyzed starch.
  • Starch oxidized starch, enzymatic hydrolyzed starch and the like.
  • the crosslinking reaction step of the starch suspension consists of adding a crosslinking agent to the starch suspension and subjecting the crosslinking reaction to alkaline pH conditions.
  • the type is not particularly limited, for example, phosphoryl chloride, sodium trimetaphosphate (STMP) , Sodium tripolyphosphate (STPP), adipic acid, adipic acid anhydride, epichlorohydrin and the like can be used, and the ability to impart efficiency and indigestion of the crosslinking reaction Considering it is preferred that it is a phosphorylated crosslinking agent (phosphorylating agent).
  • the phosphorylated crosslinking agent is any one selected from the group consisting of phosphoryl chloride (sodium trimetaphosphate (STMP), sodium tripolyphosphate (STPP), and mixtures thereof) It may be configured, the mixture refers to a mixture of two or more materials.
  • the phosphorylating agent is a mixture of phosphoryl chloride (sodium tripolyphosphate, STPP), or sodium trimetaphosphate (STMP) and sodium tripolyphosphate (sodium tripolyphosphate, It is more preferable that it is a mixture of STPP, and it is most preferable that it is a mixture of sodium trimetaphosphate (STMP) and sodium tripolyphosphate (STPP).
  • the addition amount of the crosslinking agent is not particularly limited, for example, 1 to 30 parts by weight relative to 100 parts by weight of the dried starch of the starch suspension, and 100 parts by weight of the dry starch of the starch suspension to achieve an appropriate level of total fiber content. It is more preferable that it is 2 to 25 parts by weight, and most preferably 5 to 15 parts by weight in view of economics and food standards.
  • the crosslinking reaction temperature of a starch suspension is not restrict
  • the crosslinking reaction time of the starch suspension is not significantly limited, and considering the indigestion imparting aspect by the crosslinking reaction, it is at least 0.5 hours or more, for example, 0.5 to 12 hours, and the guarantee of reliable indigestion provision and In consideration of economical aspects of the manufacturing process, it is more preferably 1 to 10 hours, most preferably 1 to 5 hours.
  • the pH of the crosslinking reaction of the starch suspension is not particularly limited as long as it satisfies the alkali conditions, and in view of the reaction efficiency, the pH is preferably 10 to 14, and in view of stability of the process by preventing partial gelatinization of the starch suspension. It is more preferable that it is -13.
  • the modified starch imparted with indigestibility is produced by the crosslinking reaction, and the starch suspension subjected to the crosslinking reaction is subjected to neutralization, filtration, washing, and drying as a post-treatment step.
  • the starch suspension subjected to the crosslinking reaction is neutralized to an pH of about 5 to 7 by an acidic solution or the like, the neutralized starch suspension is filtered by a filter cloth or the like, and washed with about 5 to 20 times the water of the dry starch in the filtration process.
  • the modified starch in the form of a cake obtained after washing with water is then produced in powder form through a process such as drying and grinding.
  • the modified starch modified by crosslinking is extruded in the form of extrudates by an extruder, whereby physical properties such as water absorption rate, alpha degree, etc. are improved.
  • the extruder used to extrude the modified starch modified by the crosslinking is known or as shown in Figure 1 drive, feeder (feeder). If it is a conventional one consisting of a screw, a barrel, and a die, the kind is not particularly limited, and there are, for example, a single screw extruder, a twin screw extruder, and the like. It is preferred that it is a double twin screw extruder.
  • the twin screw extruder has a wider range of material content that can be processed than the single screw extruder, and can control the precise reaction according to the temperature distribution of the barrel, the screw configuration, and the shape of the die.
  • the barrel of the extruder has a pressure-resistant structure to withstand hundreds of atmospheric pressure and is divided into several parts to control the temperature of each part.
  • the modified starch supplied to the extruder receives thermal energy from the barrel, and the extruder is multistage.
  • the final extrusion temperature is identical to the temperature of the barrel (see T3 in FIG. 1) at the rear end close to the die when the barrel of.
  • the extrusion conditions during extrusion of modified starch for example, the extrusion temperature, the ratio of modified starch input and the feed water feed rate, and the extrudate Keep the moisture content in a certain range.
  • the extrusion temperature is preferably 50 to 200 ° C. and 60 to 160 ° C., more preferably 60 to 80 ° C. in view of the total dietary fiber content retention rate of the indigestible starch, and an increase in the water absorption of the indigestible starch. It is more preferable that it is 80-160 degreeC from a side.
  • the extrusion temperature in the appropriate range may vary depending on the crosslinker content of the modified starch.
  • the extruder preferably includes a plurality of barrels of at least two, and the temperatures of the plurality of barrels during extrusion may be independently selected at 50 to 200 ° C.
  • the ratio of the supply flow rate of the extruded water supplied into the extruder to the modified amount of the modified starch supplied to the extruder is 1.2 ml / g to 2.0 ml / g, and preferably 1.4 ml / g to 1.8 ml / g.
  • the water content of the modified starch supplied to the extruder is preferably 15% (w / w) or less, more preferably 12% (w / w) or less.
  • the water content of the extrudate is 25 to 50% by weight, preferably 30 to 45% by weight.
  • the water content of the extrudate is compounded by the extrusion temperature, the ratio of the modified starch input and the feed water feed rate, the extrusion speed (or screw rotation speed), and the extruder is overloaded if the moisture content of the extrudate is less than 25% by weight. There is a concern that it may not be made smoothly, and when the water content of the extrudate exceeds 50% by weight, the extrudate does not have a certain shape and flows down, and the pelletization, drying, and pulverization described below may not be performed smoothly. have.
  • the extrusion pressure during extrusion is complex depending on the extrusion temperature, the ratio of the modified starch input and the feed water feed rate, the extrusion speed (or screw rotational speed), etc., wherein the extrusion pressure is not limited significantly to the extent that the extruder accepts For example, it may be 0 to 8 MPa on the basis of the gauge pressure of the extruder, preferably 4 MPa or less in terms of total dietary fiber content retention, and more than 2 MPa in terms of increasing water absorption of the indigestible starch.
  • an appropriate range of extrusion pressure may vary depending on the crosslinking agent content of the modified starch.
  • the gauge pressure is not the pressure measured on the basis of the pressure in the vacuum state, but the pressure measured on the basis of the atmospheric pressure.
  • extrudate extruded in the extruder ie indigestible starch
  • extruder ie indigestible starch
  • the indigestible starch prepared by the preparation method of the present invention is an RS 4 indigestible starch, preferably at least 15% or more (for example 15 to 80%), more preferably 20% or more, most preferably 25 Have a total dietary fiber content of at least%.
  • the indigestible starch prepared by the production method of the present invention is easy to swell the starch particles at room temperature, so that the water absorption rate and alpha degree is significantly increased than the modified starch before extrusion.
  • the indigestible starch of the present invention obtained by extrusion under specific conditions has a water absorption of 110 to 220%, preferably It shows the range of 150-220%, more preferably 150-210%, and the alpha degree is 80-120%, Preferably it is 90-120%, More preferably, it shows the range of 100-120%.
  • the indigestible starch according to another aspect of the present invention significantly increases the dough forming ability by itself or mixing with other food materials such as flour, and improves food processability. . Therefore, indigestible starch according to another aspect of the present invention can be used as a dietary fiber source for foods that require processing, such as dough.
  • the indigestible starch prepared by the manufacturing method of the present invention can be used in various forms of food, such as confectionery, bakery, noodle making, in particular a health functional food or medicine for preventing or treating diabetes, hyperlipidemia, obesity, etc. It can be usefully used as a material for dietary fiber sources.
  • Corn starch (manufacturer: Daesang Co., Ltd., Korea) A starch suspension having a concentration of 40% by weight (based on the dry starch weight) is placed in a temperature-controlled reactor, and sodium sulfate is added to 100 parts by weight of dry starch of the starch suspension. It was added in parts by weight, and again the crosslinking agent was added in 12 parts by weight relative to 100 parts by weight of dry starch of the starch suspension and stirred. At this time, a mixture of sodium trimetaphosphate (STMP) and sodium tripolyphosphate (STPP) was used as a crosslinking agent, and sodium trimetaphosphate (STMP) versus sodium tripolyphosphate of the mixture was used.
  • STMP sodium trimetaphosphate
  • STPP sodium tripolyphosphate
  • STPP was 99: 1.
  • the temperature of the reactor was then raised to about 50 ° C. and the pH of the starch suspension was adjusted to about 11.3 using 4% aqueous sodium hydroxide solution.
  • crosslinking reaction was performed while maintaining the temperature of the reactor at about 50 ° C.
  • the starch suspension was neutralized to a pH of about 5.0 to 6.0 using 15% aqueous hydrochloric acid solution, filtered through a filter for primary dehydration, washed with water about 10 times the weight of the dried starch, and dewatered twice.
  • Modified starch modified by crosslinking of was obtained.
  • the modified starch in the form of cake was placed in a dryer, dried and pulverized at about 50 ° C. to have a water content of about 12 wt% or less, thereby obtaining a modified starch in powder form.
  • the modified starch was obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that the crosslinking agent was added in an amount of 8 parts by weight based on 100 parts by weight of the dried starch of the starch suspension.
  • the modified starch was obtained in the same manner as in Preparation Example 1, except that the crosslinking agent was added in an amount of 3 parts by weight based on 100 parts by weight of the dried starch of the starch suspension.
  • feeder feeder
  • a twin screw extruder consisting of a screw, barrel, and die was prepared.
  • the extruder was provided with three barrels (T1, T2, T3 in FIG. 1), and had the function of supplying the extruded water to the barrel (T1 in FIG. 1) close to the raw material feeder.
  • a barrel of each extruder is equipped with a temperature sensor, and a pressure gauge (not shown in FIG. 1) is attached between the barrel (T3 in FIG. 1) and the die at the end.
  • the modified starch in powder form prepared in Preparation Example 1 was introduced into the raw material feeder of the extruder at a speed of about 200 g / min and extruded while maintaining the rotational speed of the screw at about 500 rpm to obtain an extrudate having a moisture content of about 39% by weight. Obtained.
  • the temperatures of the three-stage barrels T1, T2, and T3 of the extruder were maintained at about 60 ° C, about 160 ° C, and about 160 ° C in sequence (the temperature of the barrel T3 corresponds to the extrusion temperature).
  • Extruded water was introduced into barrel T1 at a rate of about 340 ⁇ 2 ml / min, and the gauge pressure during extrusion was O MPa.
  • the obtained extrudate was pelletized, dried in a dryer to 12% by weight or less, and then pulverized to obtain an indigestible starch in powder form.
  • a powder-fired starch was obtained in the same manner as in Preparation Example 4, except that the modified starch in powder form prepared in Preparation Example 3 was added to the feeder of the extruder and the temperature of the three-stage barrel was changed. .
  • the modified starch in powder form prepared in Preparation Example 1 was introduced into the raw material feeder of the extruder in the same manner as in Preparation Example 4, except that the extruded water was added to barrel T1 at a rate of about 50 ⁇ 2 ml / min. Tried. This is a common condition to alpha general corn starch through an extruder.
  • the modified starch in the form of powder prepared in Preparation Example 1 was extruded under the normalized alpha starch of normal corn starch, the extruder was overloaded, and thus the extrudate could not be obtained.
  • General corn starch (manufacturer: Daesang Co., Korea) was added to the feeder of the extruder instead of the modified starch in powder form prepared in Preparation Example 1 and extruded in the same manner as in Preparation Example 4. At this time, the extrudate was very low in viscosity and flowed down without having a uniform shape, and as a result, subsequent pelletization, drying, and grinding could not be performed.
  • Table 1 shows the extrusion conditions and water content of the extrudates of Preparation Examples 4 to 21, Comparative Preparation Example 1 and Comparative Preparation Example 2.
  • the modified starch modified by crosslinking (Preparation Examples 1 to 3) and the indigestible starch (Preparation Examples 4 to 21) obtained by extruding it Total dietary fiber content, moisture uptake, and alpha degree were measured.
  • the total dietary fiber content retention rate of the indigestible starch obtained in Preparation Examples 4 to 21 was calculated.
  • Total dietary fiber content was determined according to AOAC 991.43.
  • 40 ml of MES-Tris buffer (pH 8.2) at 0.05 M concentration was added to 1.0 g of the starch sample, and 50 ⁇ l of heat-stable alpha-amylase was added thereto and reacted with boiling water at 100 ° C. for 30 minutes.
  • the reaction solution was rapidly cooled and placed in a constant temperature water bath at 60 ° C. for 30 minutes to stabilize.
  • An aqueous hydrochloric acid solution at a concentration of 0.567 N was added thereto to adjust the pH to 4.3-4.7, and then 300 ⁇ l of amyloglucosidase solution was added thereto and reacted at 60 ° C. for 30 minutes.
  • the digested digest was cooled to room temperature, and the degraded glucose content was measured according to the GOD-POD method. Specifically, 1 ml of the GOD-POD solution was placed in a microtube, and then 100 ⁇ l of the digested supernatant was added thereto, followed by incubation for 20 minutes in a constant temperature bath at 37 ° C. The absorbance was measured at 505 nm using an ultraviolet spectrophotometer and converted into a degraded glucose content.
  • Solubility (%) [dry weight of supernatant (mg) ⁇ 100] / [dry weight of starch sample (mg)]
  • % Alpha swelling degree at 25 ° C. ⁇ 100 / swelling degree at 95 ° C.]
  • Tables 2 and 3 show the measurement results of physical properties before and after extrusion of the modified starch modified by crosslinking.
  • Table 2 shows the total dietary fiber content change and the total dietary fiber content retention before and after the extrusion of modified starch
  • Table 3 shows the water absorption change and alpha degree change before and after extrusion of modified starch.
  • the extrusion temperature is preferably less than 80 °C
  • the extrusion pressure is preferably 4 MPa or less based on the gauge pressure of the extruder.
  • the extrusion temperature is preferably higher than 60 ° C
  • the extrusion pressure is preferably higher than 2 MPa when the extrusion temperature is 60 ° C.
  • FIG. 2 is a photograph showing a state in which the modified starch modified by crosslinking (modified starch prepared in Preparation Example 1) is left after mixing with water
  • FIG. 3 is extruded modified starch modified by crosslinking. It is a photograph showing the state when the indigestible starch (indigestible starch prepared in Preparation Example 16) of the present invention was mixed with water and kneaded.
  • the modified starch itself modified by cross-linking itself lacks water absorption ability to separate starch samples and water, whereas the indigestible starch obtained by extrusion treatment has increased viscosity due to increased water absorption ability. To form a uniform dough.

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Abstract

본 발명의 일 측면은 (a) 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 변성전분을 압출기에 공급하고 압출시켜 압출물을 생성시키는 단계;를 포함하고, 상기 압출시 압출 온도는 50~200℃이고, 상기 압출기 내에 공급되는 압출수의 공급 유량 대 압출기에 공급되는 변성전분의 공급량의 비는 1.2 ㎖/g 내지 2.0 ㎖/g 이며, 상기 압출물의 수분 함량은 25~50 중량%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법을 제공한다. 본 발명의 제조방법으로 제조된 RS 4형 난소화성 전분은 소정의 총 식이섬유 함량을 가지면서 동시에 수분 흡수율, 알파화도 등과 같은 물성이 크게 증가한다. 따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 RS 4형 난소화성 전분을 제과, 스낵, 시리얼, 면류와 같이 여러 성분을 반죽하여 가공하는 식품의 소재로 사용하는 경우 별도의 열처리 없이 균일한 반죽을 제공할 수 있고, 최종 제품의 이물감을 제거할 수 있다.

Description

가공성이 향상된 난소화성 전분 및 이의 제조방법
본 출원은 가공성이 향상된 난소화성 전분 및 이의 제조방법에 관한 것이다. 본 출원은 특히 소정의 총 식이섬유 함량을 가지면서 동시에 반죽 형성능과 같은 가공성이 향상된 난소화성 전분에 관한 것이다. 또한, 본 출원은 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출시 수분 공급량, 열, 압력과 같은 인자 등을 조절하여 수분 흡수율을 증가시키는 것을 특징으로 하는 난소화성 전분의 제조방법에 관한 것이다.
전분은 인간의 주요 탄수화물 공급원으로서, 소장에서 소화효소의 작용을 받아 포도당 분자로 분해되고 혈액에 흡수되어 우리 몸의 에너지 공급원으로 사용된다.
일반적으로 전분은 소장에서의 소화 형태에 따라 빠른 소화성 전분(rapidly digestible starch, RDS), 느린 소화성 전분(slowly digestible starch, SDS), 및 난소화성 전분(resistant starch, RS)과 같이 3가지로 분류된다(Englyst et al., Classification and measurement of nutritionally important starch fractions. European Journal of Clinical Nutrition 46:33-50., 1992).
이중 난소화성 전분(Resistant starch)은 그 형태에 따라 크게 4가지 유형으로 나뉘는데, 구체적으로 물리적으로 접근이 불가능한 RS 1형, 생전분 입자로 B형의 결정형을 가지며 알파-아밀라아제(α-amylase)에 내성을 갖는 RS 2형, 노화 과정을 통해 형성된 RS 3형 및 화학적 변성에 의해 효소 저항성을 갖는 RS 4형으로 구성된다.
이상과 같이 4가지 유형을 가지는 난소화성 전분의 생리학적 이점에 관한 많은 연구가 이루어져 왔다. 난소화성 전분은 올리고당 및 식이섬유와 비슷한 생리활성을 가지고, 소장에서는 소화 및 흡수가 되지 않고, 식후 혈당 수치를 천천히 증가시키고, 대장에서 미생물에 의해 단쇄 지방산을 생성시킴으로써, 대장암, 고혈당, 고지혈증 등을 예방하고, 지방의 축적을 억제하는 등의 다양한 효능을 가진다. 상기와 같은 효능을 지니며 식이섬유 공급원인 난소화성 전분은 식품 소재로 유용하게 활용될 수 있다.
한편, 화학적 변성에 의해 효소 저항성을 갖는 RS 4형의 난소화성 전분은 다양한 공지의 제조방법에 의해 기술로 제조된다 (Modified starches: Properties and Uses, Ed. Wurzburg, CRC Press, Inc., Florida, 1986). RS 4형의 난소화성 전분의 제조방법으로는 가교 결합 반응(cross-linking reaction), 에스테르화 반응(esterification), 에테르화 반응(eterification), 컨버전(conversion) 등이 있다. 보다 구체적으로 가교 결합 반응에 의한 난소화성 전분으로는 가교 결합제, 예를 들어 소듐트리메타포스페이트(STMP), 포스포릴클로라이드, 무수아디핀산 등에 의해 변형된 전분 등이 있고, 에스테르화 반응에 의한 난소화성 전분으로는 인산화 전분, 아세틸화 전분, 옥테닐숙신산 치환 전분 등이 있으며, 에테르화 반응에 의한 난소화성 전분으로는 히드록시프로필 전분 등이 있다. 또한 컨버전 변형에 의한 난소화성 전분으로는 산가수분해 전분, 차아염소산나트륨에 의해 산화된 전분, 효소에 의해 변형된 전분 등이 있다. 상기의 제조방법은 단독으로, 또는 서로 조합되어 사용될 수 있다.
특히, 가교 결합 반응에 의해 제조되는 난소화성 전분 소재는 상대적으로 높은 총 식이섬유 함량 및 식품 제조시 품질 향상 등의 장점으로 인해 식품에 적용하기 위한 새로운 기술 개발이 계속되고 있다. 그러나, 종래의 가교 결합 반응에 의해 제조된 난소화성 전분은 그 자체로 물과 혼합하여 반죽하거나 밀가루와 혼합하여 반죽하는 등의 식품 가공시 수분을 흡수하는 능력이 부족하여 반죽 형성을 방해하고 전분 입자의 변형없이 생전분 입자와 유사한 형태로 존재하여 최종 제품에 이물감을 부여하는 문제점이 제기되었다.
본 발명은 종래의 문제점을 해결하기 위해 도출된 것으로서, 본 발명의 일 목적은 소정 이상의 총 식이섬유 함량을 가지면서 동시에 수분 흡수율이 우수한 RS 4형 난소화성 전분의 제조방법을 제공하는데에 있다.
또한, 본 발명의 다른 목적은 물과의 반죽 형성능 또는 밀가루와 같은 다른 식품 소재와의 상용성(compatibility) 등과 같은 가공성이 향상된 RS 4형 난소화성 전분을 제공하는데에 있다.
본 발명의 발명자는 가교 결합 반응에 의해 변성전분을 제조하고, 상기 변성전분을 압출하여 난소화성 전분을 제조할 때 수분 공급량, 열, 압력과 같은 압출 조건을 조절하면 소정 이상의 총 식이섬유 함량을 가지면서 동시에 반죽 형성능과 같은 가공성과 밀접한 상관관계를 가지는 물성인 수분 흡수율, 알파화도 등이 현저하게 증가한 난소화성 전분의 제조가 가능함을 발견하고, 본 발명을 완성하였다.
본 발명의 일 측면은 (a) 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계; 및 (b) 상기 변성전분을 압출기에 공급하고 압출시켜 압출물을 생성시키는 단계;를 포함하고, 상기 압출시 압출 온도는 50~200℃이고, 상기 압출기 내에 공급되는 압출수의 공급 유량 대 압출기에 공급되는 변성전분의 공급량의 비는 1.2 ㎖/g 내지 2.0 ㎖/g 이며, 상기 압출물의 수분 함량은 25~50 중량%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명의 다른 측면은 전술한 제조방법으로 제조된 가공성이 향상된 난소화성 전분을 제공한다. 이때, 상기 난소화성 전분은 바람직하게는 총 식이섬유 함량이 적어도 15% 이상이고, 수분 흡수율이 150% 이상인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 제조방법으로 제조된 RS 4형 난소화성 전분은 소정의 총 식이섬유 함량을 가지면서 동시에 수분 흡수율, 알파화도 등과 같은 물성이 크게 증가한다. 따라서, 본 발명의 제조방법으로 제조된 RS 4형 난소화성 전분을 제과, 스낵, 시리얼, 면류와 같이 여러 성분을 반죽하여 가공하는 식품의 소재로 사용하는 경우 별도의 열처리 없이 균일한 반죽을 제공할 수 있고, 최종 제품의 이물감을 제거할 수 있다.
도 1은 본 발명에서 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출할 때 사용한 압출기의 구조를 개략적으로 나타낸 것이다.
도 2는 가교 결합에 의해 변형된 변성전분(제조예 1에서 제조한 변성전분)을 물과 혼합시킨 후 방치하였을 때의 상태를 나타낸 사진이다.
도 3은 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출하여 제조한 본 발명의 난소화성 전분(제조예 16에서 제조한 난소화성 전분)을 물과 혼합하고 반죽하였을 때의 상태를 나타낸 사진이다.
이하, 본 발명을 구체적으로 설명한다. 본 발명의 일 측면은 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법을 제공한다. 상기 난소화성 전분의 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계 및 상기 변성전분을 압출시켜 압출물을 생성시키는 단계를 포함한다.
가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계
가교 결합에 의해 변형된 변성전분이란 원료 전분 현탁액에 가교 결합제를 첨가하고 가교 결합 반응시켜 수득한 전분을 의미한다. 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계는 구체적으로 전분 농도가 15~60 중량%인 전분 현탁액을 준비하는 단계; 상기 전분 현탁액에 가교 결합제를 첨가하고 알칼리 pH 조건에서 가교 결합 반응시키는 단계; 및 상기 가교 결합 반응된 전분 현탁액을 중화하고 여과, 수세 및 건조하는 단계;를 포함한다.
(1) 전분 현탁액의 준비 단계
원료 전분을 물에 현탁시켜 전분 현탁액을 준비한다. 이때, 전분 현탁액의 전분 농도는 15~60 중량%, 바람직하게는 25~55 중량%, 더 바람직하게는 30~50 중량%이다. 전분 현탁액의 전분 농도가 15 중량% 미만이면 후술하는 가교 결합 반응의 효율이 떨어져서 제조된 변성전분의 총 식이섬유 함량이 20% 미만으로 될 염려가 있고, 전분 현탁액의 전분 농도가 60 중량%를 초과하면 전분 현탁액을 균일하게 교반시키기가 어려워서 균일한 품질의 변성전분을 제조하기가 원활하지 않다. 전분 현탁액의 전분 농도가 30~50 중량%일 때 변성전분을 경제적으로 제조할 수 있고, 총 식이섬유 함량이 높은(예를 들어 40% 이상) 변성전분을 얻을 수 있다.
전분 현탁액에 사용되는 원료 전분은 비변성 전분 또는 변성전분 등 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 옥수수전분, 찰옥수수전분, 쌀전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 또는 밀전분에서 선택되는 어느 하나일 수 있고, 이들을 2종 이상 혼합한 혼합전분일 수도 있다. 또한, 원료 전분으로 사고 전분(sago starch), 소검 전분(sorghum starch), 고아밀로오스 전분(예를 들어 아밀로오스 함량이 적어도 40 중량% 이상인 전분)과 같은 비변성 전분 등이 사용될 수 있다. 또한, 전분 현탁액에 원료 전분으로 사용되는 변성 전분으로는 소듐트리폴리포스페이트(STPP)와 같은 인산화제에 의해 변형된 인산화 전분, 아세틸화 전분, 옥테닐숙신산 치환 전분, 히드록시프로필 전분, 산가수분해 전분, 산화전분, 효소가수분해 전분 등이 있다.
(2) 전분 현탁액의 가교 결합 반응 단계
전분 현탁액의 가교 결합 반응 단계는 전분 현탁액에 가교 결합제를 첨가하고 알칼리 pH 조건에서 가교 결합 반응시키는 것으로 구성된다. 이때, 가교 결합제는 전분을 가교 결합에 의해 화학적으로 변성시켜 난소화성을 부여하는 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 포스포릴클로라이드(Phosphoryl chloride), 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP), 아디핀산(adipic acid), 무수 아디핀산(adipic acid anhydride), 에피클로하이드린(epichlorohydrin) 등이 사용될 수 있으며, 가교 결합 반응의 효율 및 난소화성 부여 능력을 고려할 때 인산화 가교 결합제(phosphorylating agent)인 것이 바람직하다.
상기 인산화 가교 결합제(phosphorylating agent)는 포스포릴클로라이드(Phosphoryl chloride), 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나로 구성될 수 있고, 상기 혼합물은 2종 이상의 물질을 혼합한 것을 말한다. 또한, 상기 인산화 가교 결합제(phosphorylating agent)는 포스포릴클로라이드(Phosphoryl chloride)와 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물, 또는 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP)와 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물인 것이 더 바람직하고, 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP)와 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물인 것이 가장 바람직하다. 가교 결합제로 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP)와 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물을 사용하는 경우 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP) 대 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 중량비는 90:10 내지 99.9:0.1인 것을 특징으로 한다.
가교 결합제의 첨가량은 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 적정 수준의 총 식이섬유 함량을 달성하기 위하여 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 1~30 중량부인 것이 바람직하고, 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 2~25 중량부인 것이 더 바람직하고, 경제성 및 식품 규격 측면을 고려할 때 5~15 중량부인 것이 가장 바람직하다.
또한, 전분 현탁액의 가교 결합 반응 온도는 크게 제한되지 않으며, 반응 효율 및 난소화성 전분의 제조에 대한 신뢰성을 담보하는 30~60℃측면인 것이 바람직하고, 40~60℃인 것이 더 바람직하다.
또한, 전분 현탁액의 가교 결합 반응 시간은 크게 제한되지 않으며, 가교 결합 반응에 의한 난소화성 부여 측면을 고려할 때, 적어도 0.5시간 이상, 예를 들어 0.5~12시간이며, 신뢰성 있는 난소화성 부여의 담보 및 제조 과정의 경제성 측면을 고려할 때 1~10시간인 것이 더 바람직하고, 1~5시간인 것이 가장 바람직하다.
또한, 전분 현탁액의 가교 결합 반응 pH는 알칼리 조건을 만족하는 경우라면 크게 제한되지 않으며, 반응 효율을 고려할 때 10~14인 것이 바람직하고 전분 현탁액의 부분적 호화를 방지하여 공정의 안정성을 꾀하는 측면에서 11~13인 것이 더 바람직하다.
(3) 가교 결합 반응된 전분 현탁액의 후처리 단계
가교 결합 반응에 의해 난소화성이 부여된 변성전분이 생성되며, 가교 결합 반응된 전분 현탁액은 후처리 단계로 중화, 여과, 수세 및 건조 단계를 거치게 된다. 구체적으로 가교 결합 반응된 전분 현탁액은 산성 용액 등에 의해 약 5~7의 pH로 중화되고, 중화된 전분 현탁액은 여과포 등에 의해 여과되고, 여과 과정에서 건조 전분의 약 5~20배의 물로 수세된다. 수세 후 얻은 케이크 형태의 변성전분은 이후 건조 및 분쇄 등의 과정을 거쳐 분말 형태로 제조된다.
변성전분을 압출시켜 압출물을 생성시키는 단계
가교 결합에 의해 변형된 변성전분은 압출기에 의해 압출물의 형태로 압출되고, 이때, 수분 흡수율, 알파화도 등과 같은 물리적 특성이 향상된다. 상기 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출하는데에 사용되는 압출기는 공지된 것 또는 도 1에서 보이는 바와 같이 구동부, 원료공급기(feeder). 스크루(screw), 배럴(barrel), 및 다이(die)로 구성된 통상의 것이라면 그 종류가 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 단축 압출기(single screw extruder), 이축 압출기(twin screw extruder) 등이 있으며, 이중 이축 압출기인 것이 바람직하다.
이축 압출기는 단축 압출기보다 처리할 수 있는 재료함수율의 범위가 넓고, 배럴의 온도분포, 스크루 구성, 다이 형상의 변화에 따라 치밀한 반응의 제어도 가능하며 소비전력도 적은 장점이 있다. 또한, 압출기의 배럴은 수백기압에 견디는 내압구조를 가지고 있으며 여러 개로 분할되어 있어 각 부분의 온도제어도 가능한데, 본 발명의 압출 단계에서 압출기로 공급된 변성전분은 배럴로부터 열에너지를 받으며, 압출기가 다단의 배럴을 포함하는 경우 최종 압출 온도는 다이에 근접한 후단의 배럴(도 1의 T3 참조) 온도 조건과 동일하다.
본 발명의 일 측면에 따른 난소화성 전분의 제조방법에서는 변성전분의 가공성을 향상시키기 위해 변성전분의 압출시 압출 조건, 예를 들어 압출 온도, 변성전분 투입량과 압출수 공급 속도의 비, 및 압출물의 수분 함량을 특정 범위로 유지한다. 구체적으로 압출시 압출 온도는 50~200℃이고, 60~160℃인 것이 바람직하고, 난소화성 전분의 총 식이섬유 함량 유지율 측면에서는 60~80℃인 것이 더 바람직하고, 난소화성 전분의 수분 흡수율 증가 측면에서는 80~160℃인 것이 더 바람직하다. 다만, 적정 범위의 압출 온도는 변성전분의 가교 결합제 함량에 따라 달라질 수 있다. 압출 온도와 관련하여, 압출기는 적어도 2개 이상인 복수의 배럴을 포함하는 것이 바람직하고, 압출시 상기 복수의 배럴의 온도는 50~200℃에서 각각 독립적으로 선택될 수 있다.
또한, 상기 압출기 내에 공급되는 압출수의 공급 유량 대 압출기에 공급되는 변성전분의 공급량의 비는 1.2 ㎖/g 내지 2.0 ㎖/g 이며, 1.4 ㎖/g 내지 1.8 ㎖/g 인 것이 바람직하다. 이때 압출기에 공급되는 변성전분의 수분 함량은 15%(w/w) 이하인 것이 바람직하고 12%(w/w) 이하인 것이 더 바람직하다.
또한, 압출물의 수분 함량은 25~50 중량%이며, 30~45 중량%인 것이 바람직하다. 압출물의 수분 함량은 압출 온도, 변성전분 투입량과 압출수 공급 속도의 비, 압출 속도(또는 스크루 회전 속도) 등에 의해 복합적으로 좌우되며, 압출물의 수분 함량이 25 중량% 미만인 경우 압출기에 과부하가 걸려 압출 자체가 원활히 이루어지지 않을 염려가 있고, 압출물의 수분 함량이 50 중량%를 초과하는 경우 압출물이 일정한 형태를 가지지 못하고 흘러내려, 후술하는 펠렛화, 건조, 및 분쇄가 원활이 이루어지지 않을 염려가 있다.
또한, 압출 시 압출 압력은 압출 온도, 변성전분 투입량과 압출수 공급 속도의 비, 압출 속도(또는 스크루 회전 속도) 등에 의해 복합적으로 좌우되며, 이때 압출 압력은 압출기가 용인하는 한도에서는 크게 제한되지 않으며, 예를 들어 압출기의 게이지 압력 기준으로 0~8 ㎫일 수 있고, 총 식이섬유 함량 유지율 측면에서는 4 ㎫ 이하인 것이 바람직하고, 난소화성 전분의 수분 흡수율 증가 측면에서는 2 ㎫ 초과인 것이 바람직하다. 다만, 적정 범위의 압출 압력은 변성전분의 가교 결합제 함량에 따라 달라질 수 있다. 게이지 압력은 진공상태일 때의 압력을 기준으로 해서 측정한 압력이 아니고, 대기압을 기준으로 해서 측정한 압력을 말한다.
압출기에서 압출된 압출물, 즉 난소화성 전분은 압출시 펠렛화되고, 이후 건조 및 분쇄 과정을 거쳐 분말 형태로 수득된다.
본 발명의 다른 측면은 전술한 제조방법으로 제조된 가공성이 향상된 난소화성 전분을 제공한다. 본 발명의 제조방법으로 제조된 난소화성 전분은 RS 4형 난소화성 전분으로서, 바람직하게는 적어도 15% 이상(예를 들어 15~80%), 더 바람직하게는 20% 이상, 가장 바람직하게는 25% 이상의 총 식이섬유 함량을 가진다.
또한, 본 발명의 제조방법으로 제조된 난소화성 전분은 상온에서 전분 입자의 팽윤이 용이하여 수분 흡수율 및 알파화도가 압출 전 변성전분보다 크게 증가한다. 예를 들어 압출전 변성전분의 수분 흡수율이 80~95%이고 알파화도가 60~65%인 경우 특정 조건에서 압출하여 수득한 본 발명의 난소화성 전분은 수분 흡수율이 110~220%, 바람직하게는 150~220%, 더 바람직하게는 150~210%의 범위를 보이며, 알파화도가 80~120%, 바람직하게는 90~120%, 더 바람직하게는 100~120%의 범위를 보인다.
상기와 같이 증가한 수분 흡수율 및 알파화도에 의해 본 발명의 다른 측면에 따른 난소화성 전분은 그 자체의 반죽 형성능 또는 밀가루와 같은 다른 식품 소재와의 혼합에 의한 반죽 형성능이 현저히 증가하고 식품 가공성이 향상된다. 따라서, 본 발명의 다른 측면에 따른 난소화성 전분은 반죽과 같이 가공을 필요로 하는 식품에 식이섬유 공급원 등으로 사용될 수 있다. 예를 들어, 본 발명의 제조방법에 의해 제조된 난소화성 전분은 제과, 제빵, 제면 등 다양한 형태의 식품에 사용될 수 있고, 특히 당뇨, 고지혈, 비만 등을 예방 또는 치료하기 위한 건강 기능 식품 또는 의약품의 식이 섬유 공급원의 소재로 유용하게 사용될 수 있다.
이하, 본 발명을 실시예를 통하여 보다 구체적으로 설명한다. 다만, 하기 실시예는 본 발명을 명확히 예시하기 위한 것 일뿐, 본 발명의 보호범위를 한정하는 것은 아니다.
1. 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 제조
제조예 1.
옥수수전분(제조사 : 대상주식회사, 한국) 농도가 40 중량%(건조 전분 중량 기준)인 전분 현탁액을 온도 조절이 가능한 반응기에 넣고 여기에 황산나트륨(sodium sulfate)을 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 10 중량부로 첨가하고, 다시 가교 결합제를 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 12 중량부로 첨가하고 교반시켰다. 이때 가교 결합제로는 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP) 및 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물을 사용하였고, 혼합물의 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP) 대 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 중량비는 99:1이었다. 이후, 반응기의 온도를 약 50℃로 승온시키고, 4% 수산화나트륨 수용액을 사용하여 전분 현탁액의 pH를 약 11.3으로 조정하였다. 이후 반응기의 온도를 약 50℃로 유지하면서 가교 결합 반응시켰다. 가교 결합 반응이 끝난 후 15% 염산 수용액을 사용하여 전분 현탁액을 약 5.0~6.0의 pH로 중화시키고 여과기로 여과하여 1차 탈수하고 건조 전분 중량 대비 약 10배의 물로 수세 및 2차 탈수하여 케이크 형태의 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 수득하였다. 수득한 케이크 형태의 변성전분을 건조기에 넣고 약 50℃에서 수분 함량이 약 12 중량% 이하가 되도록 건조하고 분쇄하여 분말 형태의 변성전분을 수득하였다.
제조예 2.
가교 결합제를 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 8 중량부로 첨가한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 변성전분을 수득하였다.
제조예 3.
가교 결합제를 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 3 중량부로 첨가한 점을 제외하고는 제조예 1과 동일한 방법으로 변성전분을 수득하였다.
2. 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출을 통한 난소화성 전분의 제조
제조예 4.
도 1에서 보이는 바와 같이 구동부, 원료공급기(feeder). 스크루(screw), 배럴(barrel), 및 다이(die)로 구성된 이축 압출기를 준비하였다. 이때 압출기는 3단의 배럴(도 1에서 T1, T2, T3)를 구비하였고, 원료 공급기에 근접한 배럴(도 1에서 T1)에 압출수를 공급할 수 있는 기능을 갖추었다. 또한, 압출기 각각의 배럴에는 온도 센서가 부착되어 있으며, 말단의 배럴(도 1에서 T3) 및 다이(Die) 사이에 압력 게이지(도 1에 도시되지 않음)가 부착되어 있다.
제조예 1에서 제조한 분말 형태의 변성전분을 압출기의 원료공급기에 약 200g/min의 속도로 투입하고 스크루의 회전 속도를 약 500 rpm으로 유지하면서 압출시켜 수분 함량이 약 39 중량%인 압출물을 수득하였다. 이때, 압출기의 3단 배럴인 T1, T2, 및 T3의 온도는 순서대로 약 60℃, 약 160℃ 및 약 160℃로 유지되었다(배럴 T3의 온도는 압출 온도에 해당한다.) 또한, 상온의 압출수가 약 340±2 ㎖/min의 속도로 배럴 T1에 투입되었고, 압출시 게이지 압력은 O ㎫ 이었다.
수득한 압출물을 펠렛화 시키고 건조기에서 수분 함량이 12 중량% 이하가 되도록 건조한 후 분쇄하여 분말 형태의 난소화성 전분을 수득하였다.
제조예 5 내지 19.
하기 표 1에서 보이는 바와 같이 압출기의 3단 배럴의 온도 및 압출수의 투입 속도를 달리한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 분말 형태의 난소화성 전분을 수득하였다. 이때, 압출시 게이지 압력 및 압출물의 수분 함량은 3단 배럴의 온도 및 압출수의 투입 속도에 의해 결정되었다.
제조예 20.
제조예 2에서 제조한 분말 형태의 변성전분을 압출기의 원료공급기에 투입한 점, 3단 배럴의 온도를 달리한 점, 및 압출수의 공급 속도를 달리한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 분말 형태의 난소화성 전분을 수득하였다.
제조예 21.
제조예 3에서 제조한 분말 형태의 변성전분을 압출기의 원료공급기에 투입한 점 및 3단 배럴의 온도를 달리한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 분말 형태의 난소화성 전분을 수득하였다.
비교제조예 1.
압출수를 약 50±2 ㎖/min의 속도로 배럴 T1에 투입한 점을 제외하고는 제조예 4와 동일한 방법으로 제조예 1에서 제조한 분말 형태의 변성전분을 압출기의 원료공급기에 투입하고 압출을 시도하였다. 이는 일반 옥수수전분을 압출기를 통해 알파화 시키는 통상적인 조건이다. 통상적인 일반 옥수수전분의 알파화 조건으로 제조예 1에서 제조한 분말 형태의 변성전분을 압출하였을 때 압출기에 과부하가 걸려 압출이 이루어지지 않았고, 압출물을 수득할 수 없었다.
비교제조예 2.
제조예 1에서 제조한 분말 형태의 변성전분 대신 일반 옥수수전분(제조사 : 대상주식회사, 한국)을 압출기의 원료공급기에 투입하고 제조예 4와 동일한 방법으로 압출하였다. 이때, 압출물은 점성이 매우 낮아 일정한 형태를 가지지 못하고 흘러내렸으며, 그 결과 이후의 펠렛화, 건조, 및 분쇄를 수행할 수 없었다.
하기 표 1에 제조예 4 내지 제조예 21, 비교제조예 1 및 비교제조예 2의 압출 조건 및 압출물의 수분 함량을 나타내었다.
표 1
구분 압출 조건 압출물의 수분 함량(중량%)
배럴 T1 온도(℃) 배럴 T2 온도(℃) 배럴 T3 온도(℃) 압출수 공급 속도(㎖/min) 압출시 게이지 압력(㎫)
제조예 4 60 160 160 340±2 0 39±1
제조예 5 60 160 160 332±2 1 37±1
제조예 6 60 160 160 323±2 2 36±1
제조예 7 60 80 80 340±2 0 40±1
제조예 8 60 80 80 332±2 1 40±1
제조예 9 60 80 80 323±2 2 37±1
제조예 10 60 80 80 314±2 3 36±1
제조예 11 60 80 80 305±2 4 34±1
제조예 12 60 80 80 298±2 5 33±1
제조예 13 60 60 60 340±2 0 42±1
제조예 14 60 60 60 332±2 1 40±1
제조예 15 60 60 60 323±2 2 38±1
제조예 16 60 60 60 314±2 3 38±1
제조예 17 60 60 60 305±2 4 35±1
제조예 18 60 60 60 298±2 5 33±1
제조예 19 60 60 60 294±2 6 32±1
제조예 20 60 60 60 332±2 3 39±1
제조예 21 60 60 60 340±2 3 39±1
비교제조예 1 60 160 160 50±2 - -
비교제조예 2 60 160 160 340±2 - -
3. 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 물성 변화
가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 물성 변화를 알아보기 위해 가교 결합에 의해 변형된 변성전분(제조예 1 내지 3)과 이를 압출하여 수득한 난소화성 전분(제조예 4 내지 21)의 총 식이섬유 함량, 수분 흡수율, 및 알파화도를 측정하였다. 또한, 제조예 1 내지 3에서 수득한 변성전분 및 제조예 4 내지 21에서 수득한 난소화성 전분의 총 식이섬유 함량 결과를 기초로 제조예 4 내지 21에서 수득한 난소화성 전분의 총 식이섬유 함량 유지율을 계산하였다.
(1) 총 식이섬유(Total dietary fiber, TDF) 함량 측정 및 총 식이섬유 함량유지율의 계산
총 식이섬유 함량은 AOAC 991.43에 준거하여 측정하였다. 전분 시료 1.0g에 0.05M 농도의 MES-Tris 완충액(pH 8.2) 40㎖를 넣고 분산시킨 다음 열에 안정한 알파-아밀라아제(α-amylase) 50㎕를 가하고 100℃의 끓는 물에 30분 동안 반응시켰다. 반응액을 급속히 냉각하고, 60℃의 항온 수조에서 30분간 두어 안정화시켰다. 여기에 0.567N 농도의 염산 수용액을 가하여 pH 4.3-4.7 범위로 조절한 다음, 아밀로글루코시다제 용액 300㎕를 가하고 60℃에서 30분 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 소화물을 실온으로 냉각시키고, GOD-POD법에 따라 분해된 글루코오스 함량을 측정하였다. 구체적으로 GOD-POD 용액 1㎖를 마이크로튜브에 넣은 다음, 상기의 소화물 상층액 100㎕를 첨가한 후 37℃의 항온 수조에서 20분간 배양하였다. 자외선 분광광도계(UV Spectrophotometer)를 이용하여 505nm에서 흡광도를 측정하고 이를 분해된 글루코오스 함량으로 환산하였다.
또한, 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출하여 수득한 난소화성 전분의 총 식이섬유 함량 유지율을 다음과 같은 식으로 계산하였다.
Figure PCTKR2012005871-appb-I000001
(2) 수분 흡수율의 측정
무수물 기준으로 전분 시료 3g을 튜브에 넣은 후 메탄올 1㎖를 첨가하고 유리봉으로 교반하면서 25℃의 증류수 29㎖을 첨가하였다. 튜브를 흔들면서 상온에서 18시간 방치한 후 원심분리기를 사용하여 4000rpm으로 30분간 원심 분리하고 상등액을 따르고 침전물의 중량을 측정하였다. 수분 흡수율은 하기의 식으로 계산하였다.
수분 흡수율(%) = [(침전물의 중량 - 무수 전분 시료의 중량)×100]/[무수 전분 시료의 중량]
(3) 알파화도 측정
무수물 기준으로 전분 시료 1.0g을 튜브에 넣은 후 메탄올 1㎖를 첨가하고 유리봉으로 교반하면서 25℃의 증류수를 가해 튜브의 50㎖ 표시선까지 채웠다. 이후 튜브를 25℃의 항온조에 넣고 30분간 방치한 후 원심분리기를 사용하여 4000rpm으로 30분간 원심 분리하고 상등액을 따르고 침전물의 중량을 측정하였다. 상등액을 증발기에 옮기고 증발시킨 후 110℃에서 3시간 동안 건조시켜 남아있는 상등액의 건조중량을 측정하였다. 25℃에서의 팽윤도는 하기의 식으로 계산하였다.
용해도(%) = [상등액의 건조중량(㎎)×100]/[전분 시료의 건조중량(㎎)]
팽윤도 = [침전물 중량(㎎)×100]/[전분 시료의 건조중량(㎎)×(100 - 용해도)]
또한, 동일한 전분 시료 1.0g을 튜브에 넣은 후 메탄올 1㎖를 첨가하고 유리봉으로 교반하면서 25℃의 증류수를 가해 튜브의 50㎖ 표시선까지 채웠다. 이후 튜브를 95℃의 항온조에 넣고 30분간 가열한 후 원심분리기를 사용하여 4000rpm으로 30분간 원심 분리하고 상등액을 따르고 침전물의 중량을 측정하였다. 상등액을 증발기에 옮기고 증발시킨 후 110℃에서 3시간 동안 건조시켜 남아있는 상등액의 전조중량을 측정하였다. 95℃에서의 팽윤도는 25℃에서의 팽윤도를 계산하는 식과 동일한 식을 사용하여 구하였다. 이후 알파화도를 하기의 식으로 계산하였다.
알파화도(%) = [25℃에서의 팽윤도×100]/[95℃에서의 팽윤도]
(4) 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 물성 측정 결과
하기 표 2 및 표 3에 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 물성 측정 결과를 나타내었다. 하기 표 2는 변성전분의 압출 전후의 총 식이섬유 함량 변화 및 총 식이섬유 함량 유지율을 나타낸 것이고, 하기 표 3은 변성전분의 압출 전후의 수분 흡수율 변화 및 알파화도 변화를 나타낸 것이다.
표 2
구분 총 식이섬유 함량(%) 총 식이섬유 함량 유지율(%)
압출 전 압출 후
제조예 4 83 25 30
제조예 5 83 20 24
제조예 6 83 19 23
제조예 7 83 35 42
제조예 8 83 28 34
제조예 9 83 30 36
제조예 10 83 29 35
제조예 11 83 25 35
제조예 12 83 78 30
제조예 13 83 78 94
제조예 14 83 78 94
제조예 15 83 75 90
제조예 16 83 66 80
제조예 17 83 60 72
제조예 18 83 24 29
제조예 19 83 26 31
제조예 20 51 24 47
제조예 21 30 13 43
표 3
구분 수분 흡수율(%) 알파화도(%)
압출 전 압출 후 압출 전 압출 후
제조예 4 93 189 65 113
제조예 5 93 193 65 116
제조예 6 93 198 65 118
제조예 7 93 181 65 107
제조예 8 93 190 65 107
제조예 9 93 197 65 108
제조예 10 93 201 65 110
제조예 11 93 206 65 114
제조예 12 93 208 65 115
제조예 13 93 110 65 79
제조예 14 93 112 65 83
제조예 15 93 158 65 92
제조예 16 93 177 65 104
제조예 17 93 209 65 107
제조예 18 93 211 65 108
제조예 19 93 209 65 113
제조예 20 82 196 52 110
제조예 21 79 199 51 107
표 2 내지 표 3에서 보이는 바와 같이 총 식이섬유 함량 유지율 측면을 고려할 때 압출 온도는 80℃ 미만인 것이 바람직하고, 압출 압력은 압출기의 게이지 압력 기준으로 4 ㎫ 이하인 것이 바람직하였다. 또한, 수분 흡수율 및 알파화도 측면을 고려할 때 압출 온도는 60℃를 초과하는 것이 바람직하고, 압출 온도가 60℃인 경우 압출 압력은 2 ㎫을 초과하는 것이 바람직하였다.
4. 가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 가공성 변화
가교 결합에 의해 변형된 변성전분의 압출 전후의 가공성 변화를 알아보기 위해 가교 결합에 의해 변형된 변성전분(제조예 1)과 이를 압출하여 수득한 난소화성 전분(제조예 16)의 반죽 특성을 관찰하였다. 구체적으로 전분 시료와 물을 50:50의 중량비로 섞은 후 반죽 형성능을 관찰하였다.
도 2는 가교 결합에 의해 변형된 변성전분(제조예 1에서 제조한 변성전분)을 물과 혼합시킨 후 방치하였을 때의 상태를 나타낸 사진이고, 도 3은 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 압출하여 제조한 본 발명의 난소화성 전분(제조예 16에서 제조한 난소화성 전분)을 물과 혼합하고 반죽하였을 때의 상태를 나타낸 사진이다.
도 2 및 도 3에서 보이는 바와 같이 가교 결합에 의해 변형된 변성전분 자체는 수분 흡수력이 부족하여 전분 시료와 물이 분리되는 반면, 압출 처리에 의해 수득한 난소화성 전분은 수분 흡수력이 증가하여 점성을 갖는 균일한 반죽을 형성하였다.
이상에서와 같이 본 발명을 상기의 실시예를 통해 설명하였지만 본 발명이 반드시 여기에만 한정되는 것은 아니며 본 발명의 범주와 사상을 벗어나지 않는 범위 내에서 다양한 변형실시가 가능함은 물론이다. 따라서, 본 발명의 보호범위는 본 발명에 첨부된 특허청구의 범위에 속하는 모든 실시 태양을 포함하는 것으로 해석되어야 한다.

Claims (13)

  1. (a) 가교 결합에 의해 변형된 변성전분을 준비하는 단계; 및
    (b) 상기 변성전분을 압출기에 공급하고 압출시켜 압출물을 생성시키는 단계;를 포함하고,
    상기 압출시 압출 온도는 50~200℃이고, 상기 압출기 내에 공급되는 압출수의 공급 유량 대 압출기에 공급되는 변성전분의 공급량의 비는 1.2 ㎖/g 내지 2.0 ㎖/g 이며, 상기 압출물의 수분 함량은 25~50 중량%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  2. 제 1항에 있어서, 상기 (a) 단계는
    (a1) 전분 농도가 15~60 중량%인 전분 현탁액을 준비하는 단계;
    (a2) 상기 전분 현탁액에 가교 결합제를 첨가하고 알칼리 pH 조건에서 가교 결합 반응시키는 단계; 및
    (a3) 상기 가교 결합 반응된 전분 현탁액을 중화하고 여과, 수세 및 건조하는 단계;를 포함하는 것을 특징으로 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  3. 제 2항에 있어서, 상기 (a2) 단계의 가교 결합제의 첨가량은 전분 현탁액의 건조 전분 100 중량부 대비 2~25 중량부인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  4. 제 2항에 있어서, 상기 (a2) 단계의 가교 결합제는 포스포릴클로라이드(Phosphoryl chloride), 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP), 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP), 및 이들의 혼합물로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  5. 제 4항에 있어서, 상기 (a2) 단계의 가교 결합제는 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP)와 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 혼합물이고, 상기 혼합물의 소듐트리메타포스페이트(sodium trimetaphosphate, STMP) 대 소듐트리폴리포스페이트(sodium tripolyphosphate, STPP)의 중량비는 90:10 내지 99.9:0.1인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  6. 제 2항에 있어서, 상기 (a2) 단계의 알칼리 pH 조건은 10~14인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  7. 제 2항에 있어서, 상기 (a1) 단계의 전분은 옥수수전분, 찰옥수수전분, 쌀전분, 타피오카전분, 감자전분, 고구마전분, 밀전분 및 이들의 혼합전분으로 이루어진 군으로부터 선택되는 어느 하나인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  8. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 압출시 압출 압력은 압출기의 게이지 압력 기준으로 0~8 ㎫인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  9. 제 1항에 있어서, 상기 (b) 단계의 압출기는 적어도 2개 이상인 복수의 배럴을 포함하고, 압출시 상기 복수의 배럴의 온도는 50~200℃에서 각각 독립적으로 선택되는 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분의 제조방법.
  10. 제 1항 내지 제 9항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분.
  11. 제 10항에 있어서, 총 식이섬유 함량이 15~80%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분.
  12. 제 10항에 있어서, 수분 흡수율이 150~220%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분.
  13. 제 10항에 있어서, 알파화도가 80~120%인 것을 특징으로 하는 가공성이 향상된 난소화성 전분.
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