전분, 단백질, 지방, 당류 등의 복잡한 다성분계로 구성된 전분질식품의 노화를 억제하기 위한 기초자료를 얻기 위해 전체 수분함량 50%의 동일한 조건에서 밀전분과 sucrose와 글루텐을 모델계로 하여 전분의 유리전이와 호화 및 노화현상을 연구하였다. Sucrose나 글루텐은 밀전분에 대한 첨가비율이 증가함에 따라 밀전분의 유리전이온도($T_G$)를 감소시켰으며 sucrose는 밀전분의 호화온도($T_G$)와 호화엔탈피값(${\Delta}H_G$)을 증가시켰다. 글루텐을 포함한 시료들은 글루텐을 포함하지 않은 시료들보다 낮은 $T_G$와 ${\triangle}H_G$값을 나타내었다. 저장온도 $4^{\circ}C$에서 4주간 저장한 밀전분겔 시료들 중 sucrose와 글루텐을 포함하지 않는 밀전분겔은 4주의 저장기간 동안 재결정이 계속된 반면 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계는 1주의 저장기간에 거의 재결정이 완료되었다. 저장온도 $32^{\circ}C$에서 모든 전분겔 시료들은 저장기간 1주의 저장기간에서 재결정 발생속도가 컸으며 4주의 저장기간까지 느린 속도이지만 계속적으로 재결정이 발생하였으며 밀전분에 대해 sucrose와 글루텐의 첨가비가 가장 높았던 1 :0.5 :0.12의 밀전분-sucrose-글루텐계의 노화된 정도가 가장 적었다. DSC로 측정한 노화의 결과들은 폴리머재결정원리에서의 결정의 핵형성율과 핵성장율이 노화 endotherm의 peak 폭(${\delta}T$)과 peak온도($T_R$)로 전환된다는 실험적 결과로부터 노화에 대한 해석이 가능하였다.
전분, 단백질, 지방, 당류 등의 복잡한 다성분계로 구성된 전분질식품의 노화를 억제하기 위한 기초자료를 얻기 위해 전체 수분함량 50%의 동일한 조건에서 밀전분과 sucrose와 글루텐을 모델계로 하여 전분의 유리전이와 호화 및 노화현상을 연구하였다. Sucrose나 글루텐은 밀전분에 대한 첨가비율이 증가함에 따라 밀전분의 유리전이온도($T_G$)를 감소시켰으며 sucrose는 밀전분의 호화온도($T_G$)와 호화엔탈피값(${\Delta}H_G$)을 증가시켰다. 글루텐을 포함한 시료들은 글루텐을 포함하지 않은 시료들보다 낮은 $T_G$와 ${\triangle}H_G$값을 나타내었다. 저장온도 $4^{\circ}C$에서 4주간 저장한 밀전분겔 시료들 중 sucrose와 글루텐을 포함하지 않는 밀전분겔은 4주의 저장기간 동안 재결정이 계속된 반면 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계는 1주의 저장기간에 거의 재결정이 완료되었다. 저장온도 $32^{\circ}C$에서 모든 전분겔 시료들은 저장기간 1주의 저장기간에서 재결정 발생속도가 컸으며 4주의 저장기간까지 느린 속도이지만 계속적으로 재결정이 발생하였으며 밀전분에 대해 sucrose와 글루텐의 첨가비가 가장 높았던 1 :0.5 :0.12의 밀전분-sucrose-글루텐계의 노화된 정도가 가장 적었다. DSC로 측정한 노화의 결과들은 폴리머재결정원리에서의 결정의 핵형성율과 핵성장율이 노화 endotherm의 peak 폭(${\delta}T$)과 peak온도($T_R$)로 전환된다는 실험적 결과로부터 노화에 대한 해석이 가능하였다.
Differential scanning calorimetry (DSC) was used to study effects of sucrose and gluten on wheat starch glass transition, gelatinization, and retrogradation. Glass transition temperature ($T_{g}$) of wheat starch decreased as the ratio of sucrose or gluten to starch increased. Both peak t...
Differential scanning calorimetry (DSC) was used to study effects of sucrose and gluten on wheat starch glass transition, gelatinization, and retrogradation. Glass transition temperature ($T_{g}$) of wheat starch decreased as the ratio of sucrose or gluten to starch increased. Both peak temperature ($T_{G}$) and enthalpy values of gelatinization endotherm increased or decreased with increasing ratio of sucrose or gluten, respectively. Wheat starch gel with no sucrose and gluten recrystallized up to 4 weeks of storage at $4^{\circ}C$, whereas those with sucrose and gluten completed recrystallization within 1 week. Both wheat starch gels with no sucrose and gluten, and those with sucrose and gluten at storage temperature of $32^{\circ}C$ recrystallized up to 4 weeks, with wheat starch-sucrose-gluten (1 : 0.5 : 0.12) system, which had highest ratios of gluten and sucrose to starch, showing lowest recrystallization. Nucleation and propagation rates of starch gel recrystallization based on polymer crystallization principles can be converted into peak width (${\delta}T$) and peak temperature ($T_{R}$) of retrogradative endotherm by DSC, because higher nucleation rate at storage temperature of $4^{\circ}C$ close to $T_{g}$ showed higher ${\delta}T$, whereas higher propagation rate at $32^{\circ}C$ (close to $T_{G}$) had higher $T_{R}$.
Differential scanning calorimetry (DSC) was used to study effects of sucrose and gluten on wheat starch glass transition, gelatinization, and retrogradation. Glass transition temperature ($T_{g}$) of wheat starch decreased as the ratio of sucrose or gluten to starch increased. Both peak temperature ($T_{G}$) and enthalpy values of gelatinization endotherm increased or decreased with increasing ratio of sucrose or gluten, respectively. Wheat starch gel with no sucrose and gluten recrystallized up to 4 weeks of storage at $4^{\circ}C$, whereas those with sucrose and gluten completed recrystallization within 1 week. Both wheat starch gels with no sucrose and gluten, and those with sucrose and gluten at storage temperature of $32^{\circ}C$ recrystallized up to 4 weeks, with wheat starch-sucrose-gluten (1 : 0.5 : 0.12) system, which had highest ratios of gluten and sucrose to starch, showing lowest recrystallization. Nucleation and propagation rates of starch gel recrystallization based on polymer crystallization principles can be converted into peak width (${\delta}T$) and peak temperature ($T_{R}$) of retrogradative endotherm by DSC, because higher nucleation rate at storage temperature of $4^{\circ}C$ close to $T_{g}$ showed higher ${\delta}T$, whereas higher propagation rate at $32^{\circ}C$ (close to $T_{G}$) had higher $T_{R}$.
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문제 정의
효과적일 것이다. 본 연구에서는 시차주사열량계를 이용하여 다성분계 전분질 식품의 노화를 방지하기 위한 기초자료를 마련하고자 밀전분과 글루텐과 sucrose를 모델 계 (model sys-tem)로 하여 전분의 유리전이와 호화 및 노화현상을 연구하였다.
제안 방법
원하는 수분함량이 되면 sealer 를 사용하여 pan을 밀봉한 후 최종무게를 다시 측정하여 정확한 수분함량을 결정하였다. DSC에서 가열하기 전 시료들의 수분 평형이 골고루 유지되도록 incubator안에 25℃에서 1일간 방치한 후 다시 lid가 밀봉된 pan의 무게를 재어 수분손실 유무를 확인한 후 측정을 시작하였다. 가열 후 lid가 밀봉된 pan의 무게를 다시 재어 가열 전과 비교하여 pan의 붕괴유무를 확인하였다 (10).
DSC에서 가열하기 전 시료들의 수분 평형이 골고루 유지되도록 incubator안에 25℃에서 1일간 방치한 후 다시 lid가 밀봉된 pan의 무게를 재어 수분손실 유무를 확인한 후 측정을 시작하였다. 가열 후 lid가 밀봉된 pan의 무게를 다시 재어 가열 전과 비교하여 pan의 붕괴유무를 확인하였다 (10).
밀전분과 Blender로 고르게 혼합한 밀전분-sucrose계, 밀전분 -sucrose-글루텐계 시료(1-5 mg)는 무게를 측정한 Perkin Elmer aluminum DSC pan(0219-0062)에 담고 lid를 덮었으며 reference pan으로는 sample pan과 열용량의 균형을 맞주기 위하여 빈 pan을 사용하였다. 시료에 수분첨가 방법은 미리 무게를 측정한 시료와 물을 포함하는 DSC pan을 원하는 수분함량이 될 때까지 microsyringe(10 μL)를 사용하여 수분이 침투하여 pan의 바닥까지 골고루 퍼지도록 충분한 양의 증류수를 첨가한 후 이 DSC pan에 들어있는 시료가 ㎍까지 측정이 가능한 supermi- crobalance(Sartorius C.
밀전분에 대한 sucrose와 글루텐의 영향을 측정하기 위해 밀전분 1에 대해 sucrose의 비율을 0.25와 0.5로 정하고 글루텐의 비율은 밀가루의 강력분과 박력분의 글루텐함량에 유사한 0.08과 0.12로 하여 동일한 전체수분함량 50%에서 밀전분, 글루텐, 밀전분-sucrose계, 밀전분-sucrose-글루텐계의 Tg를 측정한 결과를 Fig. 3에 나타내었다.
밀전분의 노화정도는 Cold lab chamber(비전과학, KMC- 1302L)와 Incubator(비젼과학, KMC-1203P3)를 사용하여 저장온도 4와 32℃에서 1주와 4주 저장한 호화된 시료들을 DSC에서 10℃/min 속도로 10에서 100℃까지 가열하여 40-70℃의 범위에서 나타나는 재결정화된 엔탈피를 측정하였다. 숙성과정동안 재결정화된 정도를 나타내는 노화의 정도는 호화 peak의 분석과 마찬가지로 흡열전이(endothermic transition) peak의 전분 그램당 엔탈피값(J/g starch, AHr)으로 나타내었고(19) 전분분자 재결정에 대한 핵형성율(nucleation)과 핵성장율(propagation)을 나타내는 노화 endotherm peak의 폭0T)과 최고점온도(TR)는 Fig.
sample pan과 열용량의 균형을 맞주기 위하여 빈 pan을 사용하였다. 시료에 수분첨가 방법은 미리 무게를 측정한 시료와 물을 포함하는 DSC pan을 원하는 수분함량이 될 때까지 microsyringe(10 μL)를 사용하여 수분이 침투하여 pan의 바닥까지 골고루 퍼지도록 충분한 양의 증류수를 첨가한 후 이 DSC pan에 들어있는 시료가 ㎍까지 측정이 가능한 supermi- crobalance(Sartorius C. 40020013)의 platfbrm에서 원하는 수분함량이 될 때까지 자연 증발시켰다. 원하는 수분함량이 되면 sealer 를 사용하여 pan을 밀봉한 후 최종무게를 다시 측정하여 정확한 수분함량을 결정하였다.
시료에서 밀전분의 호화정도는 1차가열에서 가장 낮은 온도 (60-70℃)에서 나타나는 peak의 면적(엔탈피의 변화, AH%으로 하였으며(18) 최고점온도(peak temperature, TG)는 Perkin Elmer software anaysis program에 의해 분석하였, 다(Fig. 2). 호화 엔탈피는 전분 그램당 joule(J/g starch)로 표시하였다.
대상 데이터
밀전분과 글루텐(80% gluten, 7% fat)은 Sigma Chemical 사 (USA)에서 sucrose는 Fluka 사(Swiss)에서 구입하여 사용하였다. 특히 sucrose는 granule 상태로 밀전분과 입도차이가 커서 혼합에 어려움이 있어서 Blender로 분쇄하여 입도를 작게한 후 혼합하여 사용하였다.
저장온도 32℃ 에서는 저장기간 1주와 4주의 결과에서 시료들 간 재결정이 발생한 정도는 시료간 차이가 있었으나 재결정이 진행되는 경향은 저장온도 4℃와는 달리 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분 시료와 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계 시료들 모두 1주의 저장기간에서 재결정 발생속도가 컸으며 4주의 저장기간까지 느린 속도이지만 계속적으로 재결정이 발생하였다. 저장기간 1주와 4주에서 밀전분 -sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 재결정화된 정도가 sucrose와 gluten이 첨가되지 않은 밀전분보다 노화된 정도가 낮았으며 밀전분 1에 대해 sucrose와 글루텐의 첨가비율이 가장 높았던 1:0.5: 0.12의 밀전분-sucrose-글루텐계의 재결정화된 정도가 가장 적었다.
또한 밀전분-sucrose 계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 노화된 정도도 차이를 나타내었다. 저장온도 32℃ 에서는 저장기간 1주와 4주의 결과에서 시료들 간 재결정이 발생한 정도는 시료간 차이가 있었으나 재결정이 진행되는 경향은 저장온도 4℃와는 달리 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분 시료와 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계 시료들 모두 1주의 저장기간에서 재결정 발생속도가 컸으며 4주의 저장기간까지 느린 속도이지만 계속적으로 재결정이 발생하였다. 저장기간 1주와 4주에서 밀전분 -sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 재결정화된 정도가 sucrose와 gluten이 첨가되지 않은 밀전분보다 노화된 정도가 낮았으며 밀전분 1에 대해 sucrose와 글루텐의 첨가비율이 가장 높았던 1:0.
5에 나타내었다. 저장온도 4℃에서 4주 저장한 밀전분의 노화 정도는 밀전분-sucrose 계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 밀전분의 재결정화 정도가 전반적으로 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분 시료보다 다소 컸으며 재결정화 되는 속도도 차이 (ΔHr의 기울기)가 있었다. 즉, 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계에서 밀전분이 재결정된 정도는 1주의 저장기간에서 대부분 완료된 반면 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분겔은 4주까지 계속 증가되는 경향을 나타내었다.
4에 나타내었다. 전분의 재결정원리(6, 13) 와밀접한 관계를 갖는 호화 endotherm peak의 최고점 온도(Tg)는 밀전분 1에 대해 sucrose의 비가 0.25와 0.5로 증가함에 따라 밀전분만의 Tg값인 64.16℃에서 67.51℃과 69.3℃로 각각 증가하였고 호화엔탈피값(AH)도 4.46J/g starch에서 5.4와 7.73 J/g starch로 증가하였다. 전분을 DSC로 가열할 때 호화온도가 당류에 의해 증가된다는 관점에서 Evan과 Haisman(21)은 감자전분에서 당류는 전분의 용융온도와 용융엔탈피를 증가시키며 그 원인으로는 당류의 water volume fraction이 변화되기 때문으로 설명하고 있으며 Chinachoti 등(22)과 Johnson 등(23)은 O-NMR과 electron spin resonance를 사용한 결과 sucrose가 밀전분 사-슬의 유동성을 저해한다고 하였다.
저장온도 4℃에서 4주 저장한 밀전분의 노화 정도는 밀전분-sucrose 계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 밀전분의 재결정화 정도가 전반적으로 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분 시료보다 다소 컸으며 재결정화 되는 속도도 차이 (ΔHr의 기울기)가 있었다. 즉, 밀전분-sucrose계와 밀전분-sucrose-글루텐계에서 밀전분이 재결정된 정도는 1주의 저장기간에서 대부분 완료된 반면 sucrose와 글루텐이 첨가되지 않은 밀전분겔은 4주까지 계속 증가되는 경향을 나타내었다. 또한 밀전분-sucrose 계와 밀전분-sucrose-글루텐계의 노화된 정도도 차이를 나타내었다.
참고문헌 (33)
Noel TR, Ring SG, Whittam MA. Glass transitions in low-moisture foods. Trends Food Sci. Technol. 1: 62-67 (1990)
Slade L, Levine H. Recent advances in starch retrogradation. In: Industrial Polysaccharides. Stivala SS, Cresenzi V, Dea ICM. (ed). Gordon and Breach Science, New York, NY, USA (1987)
Slade L, Levine H. Structural stability of intermediate moisture foods-a new understanding? pp. 115-147. In: Food Structure, Its Creation and Evaluation. Blanshard JMV, Mitchell JR (ed). Butterworths, London, UK (1988)
Kalichevsky MT, Blanshard JMV. A study of the effect of water on the glass transition of 1:1 mixtures of amylopectin, casein and gluten using DSC and DMTA. Carbohydr. Polym. 19: 271-278 (1992)
Biliaderis CG. Structures and phase transitions of starch in food systems. Food Technol. 3: 98-109 (1992)
Jang JK, Lee SH, Cho SC, Pyun YR. Effect of sucrose on glass transition, gelatinization and retrogradation of wheat starch. Cereal Chem. 78: 186-192 (2001)
Slade L, Levine H. Non-equilibrium melting of native granular starch Part I. Temperature location of the glass transition associated with gelatinization of A-type cereal starches. Carbohydr. Polym. 8: 183-208 (1988)
Hatley RHM, van den Berg C, Franks F. The unfrozen water content of maximally freeze concentrated carbohydrate solutions: validity of the methods used for its determination. Cryo-Lett. 12: 113-124 (1991)
Jovanovich G, Zamponi RA, Lupano CE, Anon MC. Effect of water content on the formation and dissociation of the amyloselipid complex in wheat flour. J. Agric. Food Chem. 40: 1789-1793 (1992)
Chinachoti P, Kim-Shin MS, Mari F, Lo L. Gelatinization of wheat starch in the presence of sucrose and sodium chloride: Correlation between gelatinization temperature and water mobility as determined by oxygen-17 nuclear magnetic resonance. Cereal Chem. 68: 245-249 (1991)
Johnson JM, Davis EA, Gorden J. Interaction of starch and sugar water measured by electron spin resonance and differential scanning calorimetry. Cereal Chem. 67: 286-291 (1990)
Slade L, Levine H. Beyond water activity: Recent advances based on an alternative approach to the assessment of food quality and safety. Crit. Rev. Food Sci. Nutr. 30: 115-360 (1991)
Maxwell JL, Zobel HF. Model studies on cake staling. Cereal Foods World 23: 124-128 (1978)
Chang SM, Lin LC. Retrogradation of rice starches studied by differential scanning calorimetry and influence of sugars, NaCl and lipids. J. Food Sci. 56: 564-566 (1991)
Erlander SR, Erlander LG. Explanation of ionic sequences in various phenomena X: Protein carbohydrate interactions and the mechanism for the staling of bread. Starch 21: 305-313 (1969)
Bechtel WG, Meisner DF. Staling studies of bread made with flour fractions. III. Effect of crumb moisture and tailings starch. Cereal Chem. 36: 176-184 (1959)
Willhoft EMA. Bread staling, I. Experiment study II. Theoretical study. J. Sci. Food Agric. 22: 176-180 (1971)
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