쌀 생산의 주요 부산물인 왕겨는 그 동안 축사의 바닥재나 비료로 활용되었으나 대부분의 왕겨는 농업폐기물이 된다. 항산화제 또는 발효 가능한 당 공급원으로서의 잠재적인 응용에도 불구하고 왕겨의 리그노셀룰로스 성분은 식품 산업에서 재활용 또는 업사이클링 응용에 제한이 있다. 왕겨를 기능성 원료로 활용하기 위한 현재의 기술은 전적으로 상업적인 효소적 ...
쌀 생산의 주요 부산물인 왕겨는 그 동안 축사의 바닥재나 비료로 활용되었으나 대부분의 왕겨는 농업폐기물이 된다. 항산화제 또는 발효 가능한 당 공급원으로서의 잠재적인 응용에도 불구하고 왕겨의 리그노셀룰로스 성분은 식품 산업에서 재활용 또는 업사이클링 응용에 제한이 있다. 왕겨를 기능성 원료로 활용하기 위한 현재의 기술은 전적으로 상업적인 효소적 가수분해 또는 미생물에 의한 생성에 의존하고 있다. 그러나 이러한 효소 기술은 왕겨를 기능성 원료로 전환시키는 효율이 매우 낮다. 고압(HP)은 프로테아제 또는 환원 효소와 같은 효소의 작용을 개선하기 위한 잠재적인 응용이 있는 것으로 알려져 있지만 셀룰라아제 활성에 대한 HP의 영향에 관한 조사는 여전히 거의 없다. 따라서 본 연구는 왕겨의 효소적 가수분해 효율에 대한 HP의 영향을 조사하고 잠재적 프리바이오틱스로서 가수분해물의 유용성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 첫 번째 실험을 위해 왕겨의 HP 매개 효소 가수분해의 최적화를 수행하였다. 탈규 전처리와 HP를 사용하거나 사용하지 않은 왕겨의 효소 가수분해 효율을 비교하기 위해 세 가지 유형의 셀룰라아제를 선택하였다. 셀로비오하이드롤라아제I의 경우, 200 MPa에서 24시간 동안 HP를 유지한 결과는 비가압 가수분해물에 비해 가수분해물의 환원당 함량을 유의하게 증가시켰고, 왕겨를 탈규소 처리했을 때 비가압 제품보다 더 높은 환원당 함량을 보였다. 가장 높은 환원당 생성물은 전처리 된 HP 생성물(0.26 mg/mL)이었다. 가수분해물은 생 왕겨에서 더 높은 DPPH 라디칼 소거 활성(90 %)을 나타내었지만, 가수분해물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 탈규화 및 HP 처리에 의해 영향을 받지 않았다. HPLC에서 가장 높은 셀로비오스 함량은 전처리 된 왕겨의 무가압 생성물에서 나타났으며, HP 제품과의 차이는 작았다. 그리고 생 왕겨의 가수분해물은 셀로비오스를 생성하지 않았다. β-글루코시다아제의 경우 셀로비오하이드롤라아제 I과 달리 무전처리 제품에서 환원당 함량이 높았다. 효소 효율을 비교하기 위하여 효소를 넣지 않은 왕겨의 환원당 함량과 가수분해물의 환원당 함량의 차이를 확인한 결과, 전처리 된 가수분해물에서만 환원당이 생성됨을 확인하였다. 이것은 β-글루코시다아제의 셀로비오스를 가수분해하는 효소 기질이라고 볼 수 있다. 그리고 200 MPa에서 24시간 동안 생 왕겨 가수분해물의 당 생성을 확인함으로써 왕겨에서의 HP 공정이 우수함을 입증하였다. 이 결과에서는 HP 처리된 무전처리 왕겨에서 환원당 효율이 더 우수한 것을 확인하였으며, 효소별 환원당 함량은 β-글루코시다아제에서 왕겨의 가수분해 활성이 더 좋았으나 여전히 효소적 가수분해 효율은 산가수분해보다 낮았다. DPPH 라디칼 소거 활성 실험 결과는 셀로비오하이드롤라아제 I와 유사하였다. HPLC 결과는 200MPa로 HP 처리한 생 왕겨에서만 포도당이 생성되었으나 다른 시료에서는 포도당이 생성되지 않았으며, 이는 환원당 측정에서 확인한 결과와 동일하다. 셀룰라아제의 최적 공정 조건을 찾기 위해 두 가지 pH 조건(pH 4.2 및 6.0)과 세 가지 HP 수준(0.1, 100 및 200 MPa에서 24시간 동안)에서 왕겨를 β-글루코시다아제 및 셀룰라아제(Trichoderma sp.)와 반응시켰다. 효소 활성에 대한 HP의 영향은 pH와 효소의 종류에 따라 달랐다. β-글루코시다아제의 경우, HP 수준이 증가하면 pH 4.2에서 환원당 함량이 유의하게 증가하는 반면, pH 6.0에서 100MPa의 HP를 적용했을 때 그 효과가 최대가 되었다. 이러한 패턴은 셀룰라아제와 반응한 왕겨의 환원당 함량과도 동일하였다. 또한 환원당 함량은 β-글루코시다아제 처리구보다 셀룰라아제 처리구에서 2배 이상 높았다. 그 결과 HP가 효소적 가수분해 효율을 높이는 효과가 있음을 확인하였으나 산 가수분해보다는 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 결국, 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해서 셀룰라아제와 반응한 왕겨의 가수분해 반응 시간을 증가시켰으며, 효소 가수분해물을 산 가수분해한 왕겨와 비교하였다. 왕겨는 100MPa에서 HP 유무에 관계없이 최대 72시간 동안 배양하였다. 압력을 가하지 않은 시료의 경우, 최대 환원당 함량은 24시간에서 발견되었으며, 배양 기간을 더 늘려도 왕겨의 가수분해에 영향을 미치지 않았다. 또한, 셀룰라아제의 가수분해 효율은 산 가수분해의 42.4%였다. 반대로, HP 하에서 48시간 동안 배양 시간을 증가시키면 가수분해물의 환원당 함량이 크게 증가했으며 가수분해 효율은 산 가수분해의 93.1%였다. 또한 산가수분해물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 55.9%인 반면 HP 처리의 경우 78.5%를 나타내었다. 그 결과 100MPa의 HP는 왕겨를 기능성 원료로 전환하는 상업적 활용 가능성이 있었다. 두 번째 실험에서는 감미료 및 프리바이오틱스에 대해서 HP 처리한 왕겨 가수분해물의 사용 가능성을 평가하였다. 왕겨 가수분해물의 주성분은 설탕이기 때문에 가수분해물의 맛에 영향을 미치게 된다. 전자 혀 센서를 이용한 분석 결과, 배양 시간이 길수록 HP 처리의 단맛이 낮아지는 것으로 나타났다. 그러나 가수분해물은 효소적 가수분해물의 주된 문제로 보고된 쓴맛이 더 낮았다. 또한 HP 처리의 잠복기가 길어짐에 따라 감칠맛이 크게 증가했다. 프리바이오틱스의 공급원으로 Lactobacillus rhamnosus GG(LGG)를 HP 처리(100 MPa, 48시간)에 접종하고 LGG의 성장 패턴을 산가수분해물 및 포도당 용액과 비교하였다. 그 결과, 산가수분해물은 LGG의 기질로 작용하지 않는 반면, HP 처리에서 LGG의 성장 패턴은 포도당 용액과 다르지 않았다. 처음에 배지의 LGG는 4.4 log CFU/mL였으며 12시간 동안 HP 처리 및 포도당 용액 모두에서 LGG의 기하급수적 증가가 발견되었다. 24시간 후 LGG는 두 매체 모두에서 6.4-6.7 log CFU/mL에 도달했다. 그 결과 HP는 기능성 식품 원료 생산을 위한 효소적 공정 개선에 유리하였으며, 본 연구에서는 왕겨를 프리바이오틱스 또는 식품첨가물로 전환할 수 있음을 입증하였다. 특히, 본 연구에서 적용한 100MPa의 약한 가압은 장치의 스케일업과 바이오매스의 대량생산에 상업적으로 적용할 수 있는 이점이 있었다. 대부분의 농∙산업폐기물은 주로 식물화학물질을 가공한 목질계 물질이기 때문에 HP를 이용한 왕겨의 최적화된 가수분해 과정은 농∙산업폐기물의 업사이클링에 잠재적인 응용이 될 수 있을 것으로 판단된다.
쌀 생산의 주요 부산물인 왕겨는 그 동안 축사의 바닥재나 비료로 활용되었으나 대부분의 왕겨는 농업폐기물이 된다. 항산화제 또는 발효 가능한 당 공급원으로서의 잠재적인 응용에도 불구하고 왕겨의 리그노셀룰로스 성분은 식품 산업에서 재활용 또는 업사이클링 응용에 제한이 있다. 왕겨를 기능성 원료로 활용하기 위한 현재의 기술은 전적으로 상업적인 효소적 가수분해 또는 미생물에 의한 생성에 의존하고 있다. 그러나 이러한 효소 기술은 왕겨를 기능성 원료로 전환시키는 효율이 매우 낮다. 고압(HP)은 프로테아제 또는 환원 효소와 같은 효소의 작용을 개선하기 위한 잠재적인 응용이 있는 것으로 알려져 있지만 셀룰라아제 활성에 대한 HP의 영향에 관한 조사는 여전히 거의 없다. 따라서 본 연구는 왕겨의 효소적 가수분해 효율에 대한 HP의 영향을 조사하고 잠재적 프리바이오틱스로서 가수분해물의 유용성을 평가하는 것을 목적으로 하였다. 첫 번째 실험을 위해 왕겨의 HP 매개 효소 가수분해의 최적화를 수행하였다. 탈규 전처리와 HP를 사용하거나 사용하지 않은 왕겨의 효소 가수분해 효율을 비교하기 위해 세 가지 유형의 셀룰라아제를 선택하였다. 셀로비오하이드롤라아제I의 경우, 200 MPa에서 24시간 동안 HP를 유지한 결과는 비가압 가수분해물에 비해 가수분해물의 환원당 함량을 유의하게 증가시켰고, 왕겨를 탈규소 처리했을 때 비가압 제품보다 더 높은 환원당 함량을 보였다. 가장 높은 환원당 생성물은 전처리 된 HP 생성물(0.26 mg/mL)이었다. 가수분해물은 생 왕겨에서 더 높은 DPPH 라디칼 소거 활성(90 %)을 나타내었지만, 가수분해물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 탈규화 및 HP 처리에 의해 영향을 받지 않았다. HPLC에서 가장 높은 셀로비오스 함량은 전처리 된 왕겨의 무가압 생성물에서 나타났으며, HP 제품과의 차이는 작았다. 그리고 생 왕겨의 가수분해물은 셀로비오스를 생성하지 않았다. β-글루코시다아제의 경우 셀로비오하이드롤라아제 I과 달리 무전처리 제품에서 환원당 함량이 높았다. 효소 효율을 비교하기 위하여 효소를 넣지 않은 왕겨의 환원당 함량과 가수분해물의 환원당 함량의 차이를 확인한 결과, 전처리 된 가수분해물에서만 환원당이 생성됨을 확인하였다. 이것은 β-글루코시다아제의 셀로비오스를 가수분해하는 효소 기질이라고 볼 수 있다. 그리고 200 MPa에서 24시간 동안 생 왕겨 가수분해물의 당 생성을 확인함으로써 왕겨에서의 HP 공정이 우수함을 입증하였다. 이 결과에서는 HP 처리된 무전처리 왕겨에서 환원당 효율이 더 우수한 것을 확인하였으며, 효소별 환원당 함량은 β-글루코시다아제에서 왕겨의 가수분해 활성이 더 좋았으나 여전히 효소적 가수분해 효율은 산가수분해보다 낮았다. DPPH 라디칼 소거 활성 실험 결과는 셀로비오하이드롤라아제 I와 유사하였다. HPLC 결과는 200MPa로 HP 처리한 생 왕겨에서만 포도당이 생성되었으나 다른 시료에서는 포도당이 생성되지 않았으며, 이는 환원당 측정에서 확인한 결과와 동일하다. 셀룰라아제의 최적 공정 조건을 찾기 위해 두 가지 pH 조건(pH 4.2 및 6.0)과 세 가지 HP 수준(0.1, 100 및 200 MPa에서 24시간 동안)에서 왕겨를 β-글루코시다아제 및 셀룰라아제(Trichoderma sp.)와 반응시켰다. 효소 활성에 대한 HP의 영향은 pH와 효소의 종류에 따라 달랐다. β-글루코시다아제의 경우, HP 수준이 증가하면 pH 4.2에서 환원당 함량이 유의하게 증가하는 반면, pH 6.0에서 100MPa의 HP를 적용했을 때 그 효과가 최대가 되었다. 이러한 패턴은 셀룰라아제와 반응한 왕겨의 환원당 함량과도 동일하였다. 또한 환원당 함량은 β-글루코시다아제 처리구보다 셀룰라아제 처리구에서 2배 이상 높았다. 그 결과 HP가 효소적 가수분해 효율을 높이는 효과가 있음을 확인하였으나 산 가수분해보다는 효율이 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 결국, 효소적 가수분해 효율을 높이기 위해서 셀룰라아제와 반응한 왕겨의 가수분해 반응 시간을 증가시켰으며, 효소 가수분해물을 산 가수분해한 왕겨와 비교하였다. 왕겨는 100MPa에서 HP 유무에 관계없이 최대 72시간 동안 배양하였다. 압력을 가하지 않은 시료의 경우, 최대 환원당 함량은 24시간에서 발견되었으며, 배양 기간을 더 늘려도 왕겨의 가수분해에 영향을 미치지 않았다. 또한, 셀룰라아제의 가수분해 효율은 산 가수분해의 42.4%였다. 반대로, HP 하에서 48시간 동안 배양 시간을 증가시키면 가수분해물의 환원당 함량이 크게 증가했으며 가수분해 효율은 산 가수분해의 93.1%였다. 또한 산가수분해물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 55.9%인 반면 HP 처리의 경우 78.5%를 나타내었다. 그 결과 100MPa의 HP는 왕겨를 기능성 원료로 전환하는 상업적 활용 가능성이 있었다. 두 번째 실험에서는 감미료 및 프리바이오틱스에 대해서 HP 처리한 왕겨 가수분해물의 사용 가능성을 평가하였다. 왕겨 가수분해물의 주성분은 설탕이기 때문에 가수분해물의 맛에 영향을 미치게 된다. 전자 혀 센서를 이용한 분석 결과, 배양 시간이 길수록 HP 처리의 단맛이 낮아지는 것으로 나타났다. 그러나 가수분해물은 효소적 가수분해물의 주된 문제로 보고된 쓴맛이 더 낮았다. 또한 HP 처리의 잠복기가 길어짐에 따라 감칠맛이 크게 증가했다. 프리바이오틱스의 공급원으로 Lactobacillus rhamnosus GG(LGG)를 HP 처리(100 MPa, 48시간)에 접종하고 LGG의 성장 패턴을 산가수분해물 및 포도당 용액과 비교하였다. 그 결과, 산가수분해물은 LGG의 기질로 작용하지 않는 반면, HP 처리에서 LGG의 성장 패턴은 포도당 용액과 다르지 않았다. 처음에 배지의 LGG는 4.4 log CFU/mL였으며 12시간 동안 HP 처리 및 포도당 용액 모두에서 LGG의 기하급수적 증가가 발견되었다. 24시간 후 LGG는 두 매체 모두에서 6.4-6.7 log CFU/mL에 도달했다. 그 결과 HP는 기능성 식품 원료 생산을 위한 효소적 공정 개선에 유리하였으며, 본 연구에서는 왕겨를 프리바이오틱스 또는 식품첨가물로 전환할 수 있음을 입증하였다. 특히, 본 연구에서 적용한 100MPa의 약한 가압은 장치의 스케일업과 바이오매스의 대량생산에 상업적으로 적용할 수 있는 이점이 있었다. 대부분의 농∙산업폐기물은 주로 식물화학물질을 가공한 목질계 물질이기 때문에 HP를 이용한 왕겨의 최적화된 가수분해 과정은 농∙산업폐기물의 업사이클링에 잠재적인 응용이 될 수 있을 것으로 판단된다.
Rice husks which are the major byproducts of rice production have been utilized as a feed or fertilizer, nevertheless, most of rice husks become an agricultural waste. Despite their potential application as an antioxidant or a fermentable sugar source, lignocellulosic nature of the rice husks has li...
Rice husks which are the major byproducts of rice production have been utilized as a feed or fertilizer, nevertheless, most of rice husks become an agricultural waste. Despite their potential application as an antioxidant or a fermentable sugar source, lignocellulosic nature of the rice husks has limit their recycling or upcycling applications in food industry. Current technology to utilize the rice husks as a functional ingredient is solely depending on enzymatic hydrolysis from a commercial or generated by microorganisms. However, this enzymatic technique has very low efficiency to convert the rice husks into functional ingredients. It has been known that high pressure (HP) has a potential application to improve the action of enzymes such as proteases or reducing enzymes, still little investigation regarding the impact of HP on cellulase activity is available. Therefore, this study was aimed to investigate the effect of HP on the enzymatic hydrolysis efficiency of rice husks and to evaluate the utility of hydrolysates as potential prebiotics. For the first experiment, optimization of HP-mediated enzymatic hydrolysis of rice husks were carried out. Three types of cellulases were selected to compare the enzymatic hydrolysis efficiency of rice husks with and without desilication pretreatment and HP. For cellobiohydrolase I, HP at 200 MPa for 24 h significantly increased the reducing sugar content of the hydrolysate compared to the unpressurized counterpart (p<0.05), and showed a higher reducing sugar content than the unpressurized product when the rice husks was desilication (p<0.05). The highest reducing sugar product was the HP product of pretreatment (p<0.05). Although, the hydrolysates exhibited higher DPPH radical scavenging activity in raw rice husks (p<0.05), the DPPH radical scavenging activity of the hydrolysates was affected neither by desilication nor by HP treatment. The highest cellobiose content in HPLC was in the unpressurized counterpart of pretreatment, and the difference was small (p<0.05) with the product of HP. And the hydrolysate of raw rice husks did not produce cellobiose. For β-glucosidase, unlike cellobiohydrolase I, the reducing sugar content was high in the product of non-pretreatment (p<0.05). In order to compare enzyme efficiency, when the difference between the reducing sugar values of rice husks without enzyme and the reducing sugar values of the hydrolysate was checked, it was confirmed that only the hydrolysate of pretreatment produced reducing sugar (p<0.05). It can be seen as an enzyme substrate that hydrolyzes the cellobiose of β-glucosidase. And it was proved that the HP process in rice husks was excellent by confirming sugar formation in raw rice husks hydrolysate at 200 MPa for 24 h. In this result, it was confirmed that the HP-treated non-treatment rice husks had better reducing sugar efficiency, and the reducing sugar content of each enzyme was better hydrolysis activity of rice husks in β-glucosidase, but the enzymatic hydrolysis efficiency was still lower than that of acid hydrolysis. Experimental results of DPPH radical scavenging activity were similar to those of cellobiohydrolase I. In the result of HPLC, only HP of 200MPa of raw rice husks produced glucose, but other samples did not, which is the same as the result confirmed in reducing sugar measurement (p<0.05). To find the optimal process condition for cellulases, rice husks were reacted with β-glucosidase and cellulase (from Trichoderma sp.) under two pH conditions (pH 4.2 and 6.0) and three HP levels (0.1, 100 and 200 MPa for 24 h). The effect of HP on enzymatic activity was different depending on pH and type of enzyme. For β-glucosidase, increasing HP level increased the reducing sugar content significantly at pH 4.2, whereas the effect was maximum when 100 MPa of HP was applied at pH 6.0 (p<0.05). This pattern was also identical to the reducing sugar content of rice husks reacted with cellulase. In addition, the reducing sugar content was more than twice higher in cellulase treatments than β-glucosidase. From the results, it was confirmed that HP had an effect on the enhancing enzymatic hydrolysis efficiency however the efficiency was lesser than acid hydrolysis. Eventually, time-dependent enzymatic hydrolysis efficiency was compared with acid hydrolysis using cellulase. The rice husks were incubated up to 72 h with and without HP at 100 MPa. For unpressurized sample, maximum reducing sugar content was found at 24 h and further increasing the incubation period had no effect on hydrolysis of rice husks. In addition, the hydrolysis efficiency of cellulase was 42.4% of the acid hydrolysis. Contrarily, increasing incubation time for 48 h under HP significantly increased the reducing sugar content of the hydrolysates of which hydrolysis efficiency was 93.1% of the acid hydrolysis. In addition, DPPH radical scavenging activity of acid hydrolysate was 55.9% whereas those of HP treatment exhibited 78.5%. Based on the result, 100 MPa of HP had a potential application of commercial application to convert rice husks into the functional ingredient. In the second experiment, applications of the HP treatment as a sweetener and prebiotics were evaluated. Since the major component in the hydrolysate of rice husks was sugar, it would affect the taste of hydrolysates. According to the analysis using electronic tongue sensor, increasing incubation time manifested lower sweetness of HP treatment. However, the hydrolysates showed lower bitterness which was reported as the main problem involving in enzymatic hydrolysates. In addition, great increase in umami was obtained with increasing incubation period of HP treatment. As a source of prebiotics, lactobacillus rhamnosus GG (LGG) was inoculated into HP treatment (100 MPa for 48 h) and the growth pattern of LGG was compared with acid hydrolysates and glucose solution. As a result, acid hydrolysates did not act as the substrate for LGG, whereas the growth pattern of LGG in HP treatment did not differ from glucose solution. Initially LGG in media was 4.4 log CFU/mL and exponential increase in LGG was found in both HP treatment and glucose solution for 12 h. After 24 h, the LGG reached to 6.4-6.7 log CFU/mL in both media. From the results, HP was favorable for improving the enzymatic process to produce functional food ingredients, and the present study demonstrated that rice husks could be converted to the prebiotics or food additives. In particular, 100 MPa of mild pressurization applied in this study had a benefit to scale-up the device and to apply commercially for mass production of biomasses. Since most agro-industrial wastes are mainly lignocellulosic materials with processing phytochemicals, the optimized hydrolysis procedure of rice husks using HP would be potential application to upcycle the agro-industrial wastes.
Rice husks which are the major byproducts of rice production have been utilized as a feed or fertilizer, nevertheless, most of rice husks become an agricultural waste. Despite their potential application as an antioxidant or a fermentable sugar source, lignocellulosic nature of the rice husks has limit their recycling or upcycling applications in food industry. Current technology to utilize the rice husks as a functional ingredient is solely depending on enzymatic hydrolysis from a commercial or generated by microorganisms. However, this enzymatic technique has very low efficiency to convert the rice husks into functional ingredients. It has been known that high pressure (HP) has a potential application to improve the action of enzymes such as proteases or reducing enzymes, still little investigation regarding the impact of HP on cellulase activity is available. Therefore, this study was aimed to investigate the effect of HP on the enzymatic hydrolysis efficiency of rice husks and to evaluate the utility of hydrolysates as potential prebiotics. For the first experiment, optimization of HP-mediated enzymatic hydrolysis of rice husks were carried out. Three types of cellulases were selected to compare the enzymatic hydrolysis efficiency of rice husks with and without desilication pretreatment and HP. For cellobiohydrolase I, HP at 200 MPa for 24 h significantly increased the reducing sugar content of the hydrolysate compared to the unpressurized counterpart (p<0.05), and showed a higher reducing sugar content than the unpressurized product when the rice husks was desilication (p<0.05). The highest reducing sugar product was the HP product of pretreatment (p<0.05). Although, the hydrolysates exhibited higher DPPH radical scavenging activity in raw rice husks (p<0.05), the DPPH radical scavenging activity of the hydrolysates was affected neither by desilication nor by HP treatment. The highest cellobiose content in HPLC was in the unpressurized counterpart of pretreatment, and the difference was small (p<0.05) with the product of HP. And the hydrolysate of raw rice husks did not produce cellobiose. For β-glucosidase, unlike cellobiohydrolase I, the reducing sugar content was high in the product of non-pretreatment (p<0.05). In order to compare enzyme efficiency, when the difference between the reducing sugar values of rice husks without enzyme and the reducing sugar values of the hydrolysate was checked, it was confirmed that only the hydrolysate of pretreatment produced reducing sugar (p<0.05). It can be seen as an enzyme substrate that hydrolyzes the cellobiose of β-glucosidase. And it was proved that the HP process in rice husks was excellent by confirming sugar formation in raw rice husks hydrolysate at 200 MPa for 24 h. In this result, it was confirmed that the HP-treated non-treatment rice husks had better reducing sugar efficiency, and the reducing sugar content of each enzyme was better hydrolysis activity of rice husks in β-glucosidase, but the enzymatic hydrolysis efficiency was still lower than that of acid hydrolysis. Experimental results of DPPH radical scavenging activity were similar to those of cellobiohydrolase I. In the result of HPLC, only HP of 200MPa of raw rice husks produced glucose, but other samples did not, which is the same as the result confirmed in reducing sugar measurement (p<0.05). To find the optimal process condition for cellulases, rice husks were reacted with β-glucosidase and cellulase (from Trichoderma sp.) under two pH conditions (pH 4.2 and 6.0) and three HP levels (0.1, 100 and 200 MPa for 24 h). The effect of HP on enzymatic activity was different depending on pH and type of enzyme. For β-glucosidase, increasing HP level increased the reducing sugar content significantly at pH 4.2, whereas the effect was maximum when 100 MPa of HP was applied at pH 6.0 (p<0.05). This pattern was also identical to the reducing sugar content of rice husks reacted with cellulase. In addition, the reducing sugar content was more than twice higher in cellulase treatments than β-glucosidase. From the results, it was confirmed that HP had an effect on the enhancing enzymatic hydrolysis efficiency however the efficiency was lesser than acid hydrolysis. Eventually, time-dependent enzymatic hydrolysis efficiency was compared with acid hydrolysis using cellulase. The rice husks were incubated up to 72 h with and without HP at 100 MPa. For unpressurized sample, maximum reducing sugar content was found at 24 h and further increasing the incubation period had no effect on hydrolysis of rice husks. In addition, the hydrolysis efficiency of cellulase was 42.4% of the acid hydrolysis. Contrarily, increasing incubation time for 48 h under HP significantly increased the reducing sugar content of the hydrolysates of which hydrolysis efficiency was 93.1% of the acid hydrolysis. In addition, DPPH radical scavenging activity of acid hydrolysate was 55.9% whereas those of HP treatment exhibited 78.5%. Based on the result, 100 MPa of HP had a potential application of commercial application to convert rice husks into the functional ingredient. In the second experiment, applications of the HP treatment as a sweetener and prebiotics were evaluated. Since the major component in the hydrolysate of rice husks was sugar, it would affect the taste of hydrolysates. According to the analysis using electronic tongue sensor, increasing incubation time manifested lower sweetness of HP treatment. However, the hydrolysates showed lower bitterness which was reported as the main problem involving in enzymatic hydrolysates. In addition, great increase in umami was obtained with increasing incubation period of HP treatment. As a source of prebiotics, lactobacillus rhamnosus GG (LGG) was inoculated into HP treatment (100 MPa for 48 h) and the growth pattern of LGG was compared with acid hydrolysates and glucose solution. As a result, acid hydrolysates did not act as the substrate for LGG, whereas the growth pattern of LGG in HP treatment did not differ from glucose solution. Initially LGG in media was 4.4 log CFU/mL and exponential increase in LGG was found in both HP treatment and glucose solution for 12 h. After 24 h, the LGG reached to 6.4-6.7 log CFU/mL in both media. From the results, HP was favorable for improving the enzymatic process to produce functional food ingredients, and the present study demonstrated that rice husks could be converted to the prebiotics or food additives. In particular, 100 MPa of mild pressurization applied in this study had a benefit to scale-up the device and to apply commercially for mass production of biomasses. Since most agro-industrial wastes are mainly lignocellulosic materials with processing phytochemicals, the optimized hydrolysis procedure of rice husks using HP would be potential application to upcycle the agro-industrial wastes.
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