(1→3),(1→4)-β-D-glucan은 보리, 귀리, 호밀 및 쌀 등의 곡류 세포벽 다당류로서 존재하며, 수용성 β-glucan은 다양한 생리활성이 알려지면서 대표적인 수용성 식이섬유의 하나로 주목받고 있지만 그 함량이 총 β-glucan의 약 40% 정도에 불과하며, 분자량이 크고 점도가 높아 산업적 이용에 제한이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 물리적, 화학적 및 생물학적 처리를 통하여 β-glucan의 저분자화 연구가 진행되었다. 그러나 대부분의 연구는 추출된 고순도 β-glucan의 저분자화 및 그 특성에 주목하고 있으며, 원료 보리에 적용된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원료보리를 다양한 방법으로 추출한 후 분리된 β-glucan의 이화학적 특성을 구명하고, 수용성 저분자화 β-glucan의 생리적 기능과 ...
(1→3),(1→4)-β-D-glucan은 보리, 귀리, 호밀 및 쌀 등의 곡류 세포벽 다당류로서 존재하며, 수용성 β-glucan은 다양한 생리활성이 알려지면서 대표적인 수용성 식이섬유의 하나로 주목받고 있지만 그 함량이 총 β-glucan의 약 40% 정도에 불과하며, 분자량이 크고 점도가 높아 산업적 이용에 제한이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 물리적, 화학적 및 생물학적 처리를 통하여 β-glucan의 저분자화 연구가 진행되었다. 그러나 대부분의 연구는 추출된 고순도 β-glucan의 저분자화 및 그 특성에 주목하고 있으며, 원료 보리에 적용된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원료보리를 다양한 방법으로 추출한 후 분리된 β-glucan의 이화학적 특성을 구명하고, 수용성 저분자화 β-glucan의 생리적 기능과 유화안정성 평가 및 수용성 β-glucan의 추출조건을 최적화하고자 하였다. 원료 보리를 열처리, 산/알칼리 가수분해 및 과산화수소 처리한 후 추출된 β-glucan의 함량, 순도 및 물리적 특성을 평가하였다. 메성 및 찰성보리 β-glucan의 함량은 각각 3.80%와 3.32%이었으며, 수용성 β-glucan은 약 40%이었으나, 추출조건의 강도가 증가함에 따라 함량은 감소하고 순도는 증가하였다. β-(1→4)/(1→3)결합비는 열처리를 제외한 모든 처리구에서 감소하는 경향을 보였다. 추출조건의 강도가 증가함에 따라 분자량과 점도는 감소하였으며, 열처리와 산처리의 분자량 감소가 크게 나타났다. 이로 인하여 재용해율은 증가하였으며, '분자량-점도'와 '농도-점도' 간에 높은 상관관계를 보였다. 원료 보리를 다양한 방법으로 추출하여 얻은 수용성 저분자화 β-glucan의 식이섬유로서의 기능성을 확인하고자 in vitro 결합력을 평가하였다. 물 결합력의 경우 찰성보리 β-glucan (6.74 g/g)이 메성보리(6.14 g/g) 보다 높게 나타났으며, 추출조건의 강도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 지방 결합력의 경우에도 찰성보리(12.48 g/g)가 메성보리(8.29 g/g)보다 높게 나타났으며, 추출조건의 강도 증가와 함께 전반적으로 감소하는 경향을 보였으나 2 × 105정도의 분자량을 갖는 처리구에서 무처리와 유사하거나 증가하였다. 담즙산 결합력의 경우 메성 및 찰성보리 β-glucan이 각각 22.42%와 26.71%로 나타났으며, 저분자화됨에 따라 크게 감소하는 경향을 보였으나 1 × 105정도의 분자량 범위에서 높게 나타났다. 수용성 저분자화 β-glucan의 활용도를 높이고자 n-octenyl succinic anhydride(OSA)로 수식된 변성 β-glucan의 치환특성과 유화안정성을 평가하였다. 치환도는 0.0113에서 0.0234로 증가하였으며, 이는 식품첨가물 기준규격에 적합한 수준이었다. 치환도 증가에 따라 반응수율도 48.24~59.38%에서 90%로 크게 증가하였으며, 분자량과 점도 역시 수식 전의 β-glucan에 비하여 크게 증가하였다. 이들의 상관관계 분석 결과 분자량이 작을수록 화학적 수식이 높게 나타났으며(-0.957**), 치환도와 반응수율도 높은 양의 상관관계(0.987**)를 보였다. 변성 β-glucan을 이용하여 제조한 유화액의 유화안정성으로 10일간 저장하면서 지방구 크기(d32)와 크리밍 안정성 변화를 살펴보았다. 분자량이 작고 OSA치환도가 높을수록 지방구 크기는 감소하였으며, 저장기간동안 크리밍 안정성도 높게 나타났다. 보리로부터 수용성 β-glucan의 추출조건을 최적화하기 위하여 과산화수소 농도(X1: 0.2~0.8%), 열처리 온도(X2: 90~150°C) 및 시간(X3: 5~35 min)을 변수로 중심합성계획에 따라 얻은 실험값을 반응표면분석을 실시하였다. 과산화수소에 의하여 유도되는 Fenton 산화반응에 중요한 역할을 하는 불포화지방산과 철 함량은 메성보리가 높았다. 또한, Fenton 산화반응에서 산화제일철(0.1 mM)는 촉매제, 피틴산(0.1 mM)과 카탈라아제(1 kU/mL)는 억제제의 역할을 하며, 이들의 최적 처리조건을 설정하였다. 분산분석(ANOVA) 결과 수용성 β-glucan의 함량에 미치는 영향은 과산화수소 농도가 가장 컸으며, 열처리 온도는 영향을 주지 못하였다. 또한, 수용성 β-glucan 함량의 이차다항식 분석 결과 결정계수와 적합결여도는 각각 0.827과 0.151로 모델이 적합함을 알수 있었다. 반응표면분석을 통하여 얻은 최적 추출조건에서의 예측값과 실험값에는 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 메성 및 찰성보리로부터 수용성 β-glucan 추출 최적조건은 각각 0.514%/115°C/24 min과 0.444%/105°C/21 min으로 나타났다. 본 연구결과 보리의 열처리, 산/알칼리 가수분해 및 과산화수소 처리는 β-glucan의 순도를 증가시키고, 분자량, 점도의 감소와 용해도의 증가에 따라 β-glucan의 물성을 개선하였다. 특정 처리조건에서 지방과 담즙산 결합력이 증가되었으며, 분자량 감소와 치환도 증가에 따라 유화안정성이 향상되었다. 따라서 수용성 저분자화 β-glucan과 변성 β-glucan의 식품, 의약품 및 화장품 산업에서 이용성을 증가시킬 수 있을 것으로 판단되며, 또한 과산화수소와 열처리를 이용한 추출조건의 최적화를 통하여 β-glucan의 추출공정을 개선하였다.
(1→3),(1→4)-β-D-glucan은 보리, 귀리, 호밀 및 쌀 등의 곡류 세포벽 다당류로서 존재하며, 수용성 β-glucan은 다양한 생리활성이 알려지면서 대표적인 수용성 식이섬유의 하나로 주목받고 있지만 그 함량이 총 β-glucan의 약 40% 정도에 불과하며, 분자량이 크고 점도가 높아 산업적 이용에 제한이 있다. 이러한 문제를 해결하기 위하여 물리적, 화학적 및 생물학적 처리를 통하여 β-glucan의 저분자화 연구가 진행되었다. 그러나 대부분의 연구는 추출된 고순도 β-glucan의 저분자화 및 그 특성에 주목하고 있으며, 원료 보리에 적용된 연구는 미흡한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 원료보리를 다양한 방법으로 추출한 후 분리된 β-glucan의 이화학적 특성을 구명하고, 수용성 저분자화 β-glucan의 생리적 기능과 유화안정성 평가 및 수용성 β-glucan의 추출조건을 최적화하고자 하였다. 원료 보리를 열처리, 산/알칼리 가수분해 및 과산화수소 처리한 후 추출된 β-glucan의 함량, 순도 및 물리적 특성을 평가하였다. 메성 및 찰성보리 β-glucan의 함량은 각각 3.80%와 3.32%이었으며, 수용성 β-glucan은 약 40%이었으나, 추출조건의 강도가 증가함에 따라 함량은 감소하고 순도는 증가하였다. β-(1→4)/(1→3)결합비는 열처리를 제외한 모든 처리구에서 감소하는 경향을 보였다. 추출조건의 강도가 증가함에 따라 분자량과 점도는 감소하였으며, 열처리와 산처리의 분자량 감소가 크게 나타났다. 이로 인하여 재용해율은 증가하였으며, '분자량-점도'와 '농도-점도' 간에 높은 상관관계를 보였다. 원료 보리를 다양한 방법으로 추출하여 얻은 수용성 저분자화 β-glucan의 식이섬유로서의 기능성을 확인하고자 in vitro 결합력을 평가하였다. 물 결합력의 경우 찰성보리 β-glucan (6.74 g/g)이 메성보리(6.14 g/g) 보다 높게 나타났으며, 추출조건의 강도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 지방 결합력의 경우에도 찰성보리(12.48 g/g)가 메성보리(8.29 g/g)보다 높게 나타났으며, 추출조건의 강도 증가와 함께 전반적으로 감소하는 경향을 보였으나 2 × 105정도의 분자량을 갖는 처리구에서 무처리와 유사하거나 증가하였다. 담즙산 결합력의 경우 메성 및 찰성보리 β-glucan이 각각 22.42%와 26.71%로 나타났으며, 저분자화됨에 따라 크게 감소하는 경향을 보였으나 1 × 105정도의 분자량 범위에서 높게 나타났다. 수용성 저분자화 β-glucan의 활용도를 높이고자 n-octenyl succinic anhydride(OSA)로 수식된 변성 β-glucan의 치환특성과 유화안정성을 평가하였다. 치환도는 0.0113에서 0.0234로 증가하였으며, 이는 식품첨가물 기준규격에 적합한 수준이었다. 치환도 증가에 따라 반응수율도 48.24~59.38%에서 90%로 크게 증가하였으며, 분자량과 점도 역시 수식 전의 β-glucan에 비하여 크게 증가하였다. 이들의 상관관계 분석 결과 분자량이 작을수록 화학적 수식이 높게 나타났으며(-0.957**), 치환도와 반응수율도 높은 양의 상관관계(0.987**)를 보였다. 변성 β-glucan을 이용하여 제조한 유화액의 유화안정성으로 10일간 저장하면서 지방구 크기(d32)와 크리밍 안정성 변화를 살펴보았다. 분자량이 작고 OSA치환도가 높을수록 지방구 크기는 감소하였으며, 저장기간동안 크리밍 안정성도 높게 나타났다. 보리로부터 수용성 β-glucan의 추출조건을 최적화하기 위하여 과산화수소 농도(X1: 0.2~0.8%), 열처리 온도(X2: 90~150°C) 및 시간(X3: 5~35 min)을 변수로 중심합성계획에 따라 얻은 실험값을 반응표면분석을 실시하였다. 과산화수소에 의하여 유도되는 Fenton 산화반응에 중요한 역할을 하는 불포화지방산과 철 함량은 메성보리가 높았다. 또한, Fenton 산화반응에서 산화제일철(0.1 mM)는 촉매제, 피틴산(0.1 mM)과 카탈라아제(1 kU/mL)는 억제제의 역할을 하며, 이들의 최적 처리조건을 설정하였다. 분산분석(ANOVA) 결과 수용성 β-glucan의 함량에 미치는 영향은 과산화수소 농도가 가장 컸으며, 열처리 온도는 영향을 주지 못하였다. 또한, 수용성 β-glucan 함량의 이차다항식 분석 결과 결정계수와 적합결여도는 각각 0.827과 0.151로 모델이 적합함을 알수 있었다. 반응표면분석을 통하여 얻은 최적 추출조건에서의 예측값과 실험값에는 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 메성 및 찰성보리로부터 수용성 β-glucan 추출 최적조건은 각각 0.514%/115°C/24 min과 0.444%/105°C/21 min으로 나타났다. 본 연구결과 보리의 열처리, 산/알칼리 가수분해 및 과산화수소 처리는 β-glucan의 순도를 증가시키고, 분자량, 점도의 감소와 용해도의 증가에 따라 β-glucan의 물성을 개선하였다. 특정 처리조건에서 지방과 담즙산 결합력이 증가되었으며, 분자량 감소와 치환도 증가에 따라 유화안정성이 향상되었다. 따라서 수용성 저분자화 β-glucan과 변성 β-glucan의 식품, 의약품 및 화장품 산업에서 이용성을 증가시킬 수 있을 것으로 판단되며, 또한 과산화수소와 열처리를 이용한 추출조건의 최적화를 통하여 β-glucan의 추출공정을 개선하였다.
(1→3),(1→4)-β-D-glucan, as a cereal soluble dietary fiber, have various physiological effects, however, the potential food applications of β-glucan are still limited because of low extraction yield, solubility, and high viscosity. Since the enzymatic hydrolysis and physicho-chemical treatments have ...
(1→3),(1→4)-β-D-glucan, as a cereal soluble dietary fiber, have various physiological effects, however, the potential food applications of β-glucan are still limited because of low extraction yield, solubility, and high viscosity. Since the enzymatic hydrolysis and physicho-chemical treatments have been used to prepare depolymerized β-glucan. Many researches were reported and it is well-known that which treatments decrease the molecular weight and viscosity of β-glucan; however, these studies were performed on extracted and purified β-glucan or rich-fraction from barley bran. Also, very few studies have been investigated changes in content and purity of total and soluble β-glucan from whole grain barley by various extraction methods. Therefore, the objectives of this study were to preparation of soluble depolymerized β-glucan and investigation of their physicochemical and physiological properties for increase the application in food and cosmetic industry. In the interests of objectives, (1) investigated the changes in physicochemical characteristics of β-glucan from whole grain barley using different extraction methods; (2) evaluated the in vitro binding capacities of depolymerized soluble β-glucan as a component of dietary fiber; (3) investigated the physicochemical characteristics and emulsion stabilities of n-octenyl succinic anhydride modified β-glucans for using emulsifier; (4) optimized the extraction conditions of soluble β-glucan using hydrogen peroxide and thermal processing by response surface methodology, and its physicochemical characteristics are evaluated. The changes in content, purity, ratio of β-(1→4)/β-(1→3) linkages, average molecular weight, viscosity and resolubility of barley β-glucan were investigated. The degree of polymerization of β-glucan was decreased by various extraction methods such as heat-treatment, acid/alkali-hydrolysis, and oxidative degradation. As the extraction instensity such as heating temperature, HCl, NaOH and H2O2 concentration increased, the purity and resolubility of the β-glucan increased, and accelerated the decrease in the molecular weight and viscosity. The ratio of β-(1→4)/β-(1→3) linkages and viscosity decreased with an increasing acid/alkali and H2O2 concentration, whereas purity increased, which led to an increase in resolubility. In this study, very encouraging results that the ratio of soluble β-glucan increased by depolymerization. Also, heat treatment and oxidative degradation are shown to be used as an effective method to produce β-glucan with high water solubility and low viscosity. The changes in in vitro binding capacities of barley β-glucan with different extraction methods investigated. Water binding capacities of β-glucan from depolymerized barley significantly decreased. Fat and bile acid binding capacities of β-glucan from depolymerized barley overall decreased as the intensity of treatment increased, however, higher than other extraction conditions in a certain molecular weight distribution of about 100,000 and 200,000. There may be a couple of factors to influence the in vitro binding capacity of β-glucan, such as extraction conditions, structural and physicochemical properties as well as molecular weight. The physicochemical characteristics and emulsion stability of n-octenyl succinic anhydride modified barley β-glucan (OSA-BG) investigated. The degree of substitution (DS) and reaction efficiency (RE) of OSA-BG emulsions significantly increased, while molecular weight and viscosity decreased as increasing the intensity of the extraction methods. The droplet size (d32) of OSA-BG emulsions significantly decreased as increasing the intensity of extraction methods, however, the d32 values of emulsions significantly increased as increasing the storage periods at 10 days. The OSA-BG with high DS and low molecular weight enhanced the emulsion stability and it will be utilized versatile tools in food, pharmacy, and daily chemical industry. The extraction conditions with high content of soluble β-glucan optimized using the response surface methodology (RSM). Analysis of variance showed that relative good fit to the mathematic model, because the coefficients of the determinations (R2) and lack of fit were 0.827 and 0.151 for soluble β-glucan content, respectively. Overall, optimal extraction conditions for high content of soluble barley β-glucan via RSM expected to be at 0.509~0.514% of hydrogen peroxide concentration, 115~117°C of heating temperature and 11~24 min of heating time. These results showed that heat treatment, acid/alkali hydrolysis and oxidative degradation incerease the purity of β-glucan, and improve the rheological properties by decrease the molecular weight, viscosity and increase the solubility. The fat and bile acid binding capacity increased or maintained in a certain extraction conditions. The emulsion stability of OSA-modified β-glucan emulsion was increased by decreasing the molecular weight and increasing the DS. Therefore, the depolymerized soluble barley β-glucan and OSA modified β-glucan were condsidered able to develop as functional materials in food, drug and cosmetic industry. Also, extraction procedure of β-glucan was improved by optimizing the extraction conditions using hydrogen peroxide and heat treatment.
(1→3),(1→4)-β-D-glucan, as a cereal soluble dietary fiber, have various physiological effects, however, the potential food applications of β-glucan are still limited because of low extraction yield, solubility, and high viscosity. Since the enzymatic hydrolysis and physicho-chemical treatments have been used to prepare depolymerized β-glucan. Many researches were reported and it is well-known that which treatments decrease the molecular weight and viscosity of β-glucan; however, these studies were performed on extracted and purified β-glucan or rich-fraction from barley bran. Also, very few studies have been investigated changes in content and purity of total and soluble β-glucan from whole grain barley by various extraction methods. Therefore, the objectives of this study were to preparation of soluble depolymerized β-glucan and investigation of their physicochemical and physiological properties for increase the application in food and cosmetic industry. In the interests of objectives, (1) investigated the changes in physicochemical characteristics of β-glucan from whole grain barley using different extraction methods; (2) evaluated the in vitro binding capacities of depolymerized soluble β-glucan as a component of dietary fiber; (3) investigated the physicochemical characteristics and emulsion stabilities of n-octenyl succinic anhydride modified β-glucans for using emulsifier; (4) optimized the extraction conditions of soluble β-glucan using hydrogen peroxide and thermal processing by response surface methodology, and its physicochemical characteristics are evaluated. The changes in content, purity, ratio of β-(1→4)/β-(1→3) linkages, average molecular weight, viscosity and resolubility of barley β-glucan were investigated. The degree of polymerization of β-glucan was decreased by various extraction methods such as heat-treatment, acid/alkali-hydrolysis, and oxidative degradation. As the extraction instensity such as heating temperature, HCl, NaOH and H2O2 concentration increased, the purity and resolubility of the β-glucan increased, and accelerated the decrease in the molecular weight and viscosity. The ratio of β-(1→4)/β-(1→3) linkages and viscosity decreased with an increasing acid/alkali and H2O2 concentration, whereas purity increased, which led to an increase in resolubility. In this study, very encouraging results that the ratio of soluble β-glucan increased by depolymerization. Also, heat treatment and oxidative degradation are shown to be used as an effective method to produce β-glucan with high water solubility and low viscosity. The changes in in vitro binding capacities of barley β-glucan with different extraction methods investigated. Water binding capacities of β-glucan from depolymerized barley significantly decreased. Fat and bile acid binding capacities of β-glucan from depolymerized barley overall decreased as the intensity of treatment increased, however, higher than other extraction conditions in a certain molecular weight distribution of about 100,000 and 200,000. There may be a couple of factors to influence the in vitro binding capacity of β-glucan, such as extraction conditions, structural and physicochemical properties as well as molecular weight. The physicochemical characteristics and emulsion stability of n-octenyl succinic anhydride modified barley β-glucan (OSA-BG) investigated. The degree of substitution (DS) and reaction efficiency (RE) of OSA-BG emulsions significantly increased, while molecular weight and viscosity decreased as increasing the intensity of the extraction methods. The droplet size (d32) of OSA-BG emulsions significantly decreased as increasing the intensity of extraction methods, however, the d32 values of emulsions significantly increased as increasing the storage periods at 10 days. The OSA-BG with high DS and low molecular weight enhanced the emulsion stability and it will be utilized versatile tools in food, pharmacy, and daily chemical industry. The extraction conditions with high content of soluble β-glucan optimized using the response surface methodology (RSM). Analysis of variance showed that relative good fit to the mathematic model, because the coefficients of the determinations (R2) and lack of fit were 0.827 and 0.151 for soluble β-glucan content, respectively. Overall, optimal extraction conditions for high content of soluble barley β-glucan via RSM expected to be at 0.509~0.514% of hydrogen peroxide concentration, 115~117°C of heating temperature and 11~24 min of heating time. These results showed that heat treatment, acid/alkali hydrolysis and oxidative degradation incerease the purity of β-glucan, and improve the rheological properties by decrease the molecular weight, viscosity and increase the solubility. The fat and bile acid binding capacity increased or maintained in a certain extraction conditions. The emulsion stability of OSA-modified β-glucan emulsion was increased by decreasing the molecular weight and increasing the DS. Therefore, the depolymerized soluble barley β-glucan and OSA modified β-glucan were condsidered able to develop as functional materials in food, drug and cosmetic industry. Also, extraction procedure of β-glucan was improved by optimizing the extraction conditions using hydrogen peroxide and heat treatment.
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