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문제 정의
- 본 연구에서는 알칼리호화가 서로 다른 정도로 진행된 옥수수 전분의 특성을 파악하기 위하여 알칼리호화 과정 중의 입자형태, 입자크기의 분포, solubility 및 용출 아밀로오스, 다당류의 함량을 측정하였으며, 호화진행 정도가 다른 옥수수전분 현탁액을 동결 건조하여 X-ray diflfractogram을 이용한 결정성 및 DSC thermo-gram을 이용한 호화엔탈피 등의 특성을 살펴보았다.
제안 방법
- NaOH 첨가에 의하여 옥수수전분이 호화되는 과정에서 용출되는 당류 및 아밀로오스의 함량변화를 살펴보았다. 다당류 및 아밀로오스의 함량은 NaOH의 첨가량이 증가할수록 호화도 상승곡선과 유사한 형태로 증가하였다(Fig.
- NaOH에 의하여 호화가 진행되는 옥수수전분의 용해도를 살펴보았다(Fig. 2). 호화도가 증가함에 따라 용해도는 온도와 상관없이 높은 상관관계를 가지고 증가하였는데 이는 알칼리에 의하여 전분의 호화가 진행되면서 열에 의한 호화와 마찬가지로 전분 의용 해도가 증가한다는 일반적인 현상을 의미한다.
- 각 온도별로 알칼리호화를 진행시킨 옥수수전분 현탁액을 동결건조 및 분쇄하여 시료를 제조한 후 X-ray pattern을 살펴보았다(Fig. 5). X-ray pattern은 호화도와 상관없이 20 = 15.
- 8 범위의 값을 갖도록 희석하여 600nm에서 흡광도를 측정한 결과를 이용하여 100% 옥수수 전분 호화용액의 농도별 흡광도(Ac) 곡선을 작성하였다. 발색시약은 potassium iodide(4%)과 iodine 용액(1%)의 혼합물을 사용하였으며 측정시료의 l%(v/v)를 첨가하여 측정하였다.
- 000Xg로 30분간 원심분리 후 상등액을 취했다. 상등액을 적당량 희석하여 총량을 4mL로 조절한 후 발색 용액을 l%(v/v)를첨가하여 골고루 교반한 후 30분 후에 흡광도를 측정하여 As로 하였다. 이때의 As값을 같은 농도의 100% 호화액의 흡광도(Ac) 와 비교하여 다음과 같이 구하였다.
- 알칼리 호화도가 다른 옥수수전분 및 양이온성전분의 X-ray diffractogram을 측정하기 위하여 알칼리호화가 진행된 시료를 동결건조한 후 분쇄하여 시료를 제조하였으며 Rigakudenki X-ray difiractormeter(D-max type)을 이용하여 X-선 회절도를 즉정하였다. X-선 회절장치의 설정치는 target voltage는 30kY 전류는 20 mA, scanning range는 345℃로 설정하였다.
- 알칼리를 첨가한 전분 slimy의 호화도는 Wootton 등(14)의 방법을 변형하여 측정하였다. 옥수수전분 0.
- 알칼리호화가 진행되는 과정에서의 옥수수전분 입자의 크기변화를 즉정하기 위하여 image particle size analyser(Galai Co. Ltd., CIS-100, Migdal Haemek, Israel)를 사용하였으며 측정범위는 0- 150 pm로 조절하였다.
- 옥수수전분 현탁액의 교반온도를 달리하여 알칼리호화를 진행시킨 후 옥수수전분 입자의 크기에 미치는 온도의 영향을 최소화하기 위하여 현탁액을 상온으로 냉각한 후 입자크기를 측정하였다. 입자의 크기는 호화도와 상관없이 분포의 변화가 거의 없었으며 입자의 평균 크기 역시 큰 변화가 없는 것으로 나타났다 (Table 1).
- 용해도는 반응이 끝난 전분현탁액을 2, 000Xg로 30분간 원심분리 하여 상등액을 취한 후 페놀-황산법(16)을 이용하여 용출된다 당류 총량을 측정하여 계산하였으며 용출 아밀로오스 함량을 측정하기 위하여 potassium iodide(4%) 와 iodine 용액(1%)의 혼합물을 발색시약으로 하여 600nm에서 측정시료의 l%(v/v)를 첨가한 후 흡광도를 측정하여(17) 본 실험에 사용된 옥수수 전분에서 분리한 아밀로오스를 이용하여 만들어진 표준곡선으로부터 구하였다.
- 전분현탁액의 온도가 98°C 에 이르면 이 온도에서 15분간 유지시킨 후, 얼음조 중에서 급속히 냉각시켜 800Xg에서 30분간 원심분리하였다. 원심분리된 상등액을 이용하여 상기의 가열, 냉각, 원심분리의 과정을 3회 반복 처리하였다. 최종 상층액에 부탄올 125 mL를 가하여 5시간 동안 교반시킨 후 800Xg에서 30분간 원심분리하여 아밀로오스-부탄올 복합체의 침전물을 얻었다.
- 여과액에 부탄올 75mL를 가하고 자석교반기 위에서 16시간 동안 교반시켰다. 이 용액을 원심분리하여 얻어진 아밀로오스-부탄올 복합체는 위와 같은 분산 및 여과과정을 거쳐 정제하였고 이러한 정제과정을 총 7회 반복하여 얻은 아밀로오스-부탄올 복합체의 침전물에 아세톤, 에탄올, 에테르를 차례로 처리하여 아밀로오스를 분리하였으며 분리된 아밀로오스는 건조기에서 40℃(2로 24시간 건조한 후 분쇄하여 시료로 사용하였다.
- 5 mL를 첨가하여 5분간 반응시켜 10% (w/v) 농도의 완전 호화용액을 제조한 후 1 N HC1을 이용하여 중화시킨다. 이를 증류수로 흡광도가 0.1-0.8 범위의 값을 갖도록 희석하여 600nm에서 흡광도를 측정한 결과를 이용하여 100% 옥수수 전분 호화용액의 농도별 흡광도(Ac) 곡선을 작성하였다. 발색시약은 potassium iodide(4%)과 iodine 용액(1%)의 혼합물을 사용하였으며 측정시료의 l%(v/v)를 첨가하여 측정하였다.
- 전분입자 표면의 자세한 관찰을 위하여 알칼리 첨가량을 달리하여 24시간 동안 40℃(2에서 교반한 옥수수전분 현탁액을 동결건조하여 호화도별 시료를 제조한 후 주사전자 현미경을 사용하여 그 형태를 관찰하였다(Fig. 1). 대부분의 입자표면에서 동결건조 시 수분의 배출구로 보이는 아주 작은 구멍이 관찰되었으며 호화도에 따르는 입자의 형태 및 크기의 변화는 관찰되지 않았다.
- 전분입자의 표면은 주사 전자 현미경(scanning electron micro scope, S-2700, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 1, 500-5, 000배로 관찰하였다.
- 호화된 정도가 서로 다른 옥수수전분의 흡열곡선을 관찰하기 위하여 알칼리 호화가 진행된 옥수수전분 현탁액을 동결건조한 후 분쇄하여 시료를 제조하고 시료무게의 4배의 증류수를 첨가 한 후 Exter 6000(Seiko Instruments Inc., Tokyo, Japan) 시차 주사 열량기로 50-95T의 범위에서 분당 10℃(3로 가열하면서 흡열특성을 분석하였으며, 자체 적분 프로그램 (DSC Measurement, Seiko Inc.)을 이용하여 각 특성치를 분석하였다.
대상 데이터
- 실험에 사용된 옥수수전분은 Duksan Pure Chemicals Co., Ltd. (Seoul, Korea)로부터 시약급을 구입하여 사용하였다.
성능/효과
- Woottor과 Bamunamchchi(27)의 각종 변성전분의 호화에 관한 연구에서 덱스트린화 전분은 원료전분과 비교하여 AH%의 감소와 Tp의 증가현상을 보인다는 결과와 유사하다고 볼 때 알칼리 호화의 진행에 따라 옥수수전분이 덱스트린화 되어간다는 예측도 가능할 것이다.
- 5). X-ray pattern은 호화도와 상관없이 20 = 15.3, 17.2- 18.0, 23.0-23.3 부근에서 강한 intensity를 보이는 전형적인 A 형태의 X-ray diffraction pattem(22)을 보였으며 호화도가 증가할수록 결정성의 견고함을 나타내는 특정 회절각도의 intensity가 감소하였다.
- 당류 및 아밀로오스의 함량변화를 살펴보았다. 다당류 및 아밀로오스의 함량은 NaOH의 첨가량이 증가할수록 호화도 상승곡선과 유사한 형태로 증가하였다(Fig. 3). 용출당류 중 아밀로오스가 차지하는 비율은 가열에 의한 호화와는 차별되는 경향을 보였는데 호화도가 낮은 경우에는 아밀로오스의 비율이 낮다가 호화가 진행됨에 따라 증가하기 시작하여 용출당류의 거의 100% 까지 증가한 후 점차로 그 비율이 낮아지는 것을 알 수 있었다 (Fig.
- 밝혔다. 본 실험에서 입자크기 분포의 변화는 거의 나타나지 않았으며 단지 호화도가 증가하면서 가장 많은 비율을 차지하는 10-20 um 의 크기를 갖는 입자가 약간 감소하고 상대적으로 큰 입자의 분포가 미세한 정도로 증가하는 현상을 볼 수 있었으나 그 변화의 정도는 매우 작았다. 이는 열에 의한 호화와는 달리 호화과정 중의 입자크기의 변화가 거의 없다는 사실과 알칼리호화에 의한 전분 입자의 팽창은 거의 발생하지 않으며 단지 구조가 약한 입자의 붕괴가 수반된다는 사실을 알 수 있었다.
- 알칼리호화를 진행시킨 온도와는 상관없이 호화도가 증가하면서 onset temperature (To), peak temperature(Tp) 그리고 conclu sion temperature(Tc)가 증가하는 경향을 보임으로써 흡열곡선이전반적으로 고온부로 이동하는 경향이 있었으며(Fig. 8) 특별한흡열곡선의 형태변화는 없었으나 AHgtheat of gelatinization)의 값은 X-ray thermogram에서 호화도의 증가에 따라 감소하는 상대 intensity와 유사한 형태로 감소하였다(Fig. 9).
- 호화도에 따라 모두 증가하였다. 알칼리호화의 경우 낮은 호화도에서도 특정 X-ray 회절각도에서의 강도 및 DSC의 호화엔탈피가 감소하여 가열호화와는 달리 호화 초반에 전분 입자의 결정질이 손상되는 것을 알 수 있었으며, 결정질이 손상됨에 따라 용출당 중의 아밀로오스의 상대적 함량이 낮아지고 호화과정 중의 전분 입자크기는 거의 변하지 않았다. 또한 DSC의 흡열곡선이 호화도가 증가함에 따라 고온으로 이동하였다.
- 옥수수 전분의 용해도, 아밀로오스 용출량 및 용출당 함량은 알칼리 호화도에 따라 모두 증가하였다. 알칼리호화의 경우 낮은 호화도에서도 특정 X-ray 회절각도에서의 강도 및 DSC의 호화엔탈피가 감소하여 가열호화와는 달리 호화 초반에 전분 입자의 결정질이 손상되는 것을 알 수 있었으며, 결정질이 손상됨에 따라 용출당 중의 아밀로오스의 상대적 함량이 낮아지고 호화과정 중의 전분 입자크기는 거의 변하지 않았다.
- 3). 용출당류 중 아밀로오스가 차지하는 비율은 가열에 의한 호화와는 차별되는 경향을 보였는데 호화도가 낮은 경우에는 아밀로오스의 비율이 낮다가 호화가 진행됨에 따라 증가하기 시작하여 용출당류의 거의 100% 까지 증가한 후 점차로 그 비율이 낮아지는 것을 알 수 있었다 (Fig. 4). 이는 NaOH의 첨가에 따른 호화과정의 초기에는 전분 무정형영역의 파괴에 의하여 아밀로오스가 용출되기 보다는 전분 입자의 파괴가 거의 발생하지 않은 상태에서 수용성 당류가 생성되었다는 것을 의미한다.
- 본 실험에서 입자크기 분포의 변화는 거의 나타나지 않았으며 단지 호화도가 증가하면서 가장 많은 비율을 차지하는 10-20 um 의 크기를 갖는 입자가 약간 감소하고 상대적으로 큰 입자의 분포가 미세한 정도로 증가하는 현상을 볼 수 있었으나 그 변화의 정도는 매우 작았다. 이는 열에 의한 호화와는 달리 호화과정 중의 입자크기의 변화가 거의 없다는 사실과 알칼리호화에 의한 전분 입자의 팽창은 거의 발생하지 않으며 단지 구조가 약한 입자의 붕괴가 수반된다는 사실을 알 수 있었다. 60℃(2에서 알칼리 호화를 진행시킨 경우 큰 입자의 분포증가가 4(TC나 50℃<2에 비교해서는 뚜렷하게 나타났는데 이는 현탁액의 반응온도가 호화개시온도에 접근함으로써 발생한 결과로 예측된다.
- 입자의 크기는 호화도와 상관없이 분포의 변화가 거의 없었으며 입자의 평균 크기 역시 큰 변화가 없는 것으로 나타났다 (Table 1). 이러한 결과는 전분현탁액을 가열에 의하여 호화시킬 경우에 입자의 크기가 큰 폭으로 변화는 것과는 많은 차이점을 보이고 있다(18).
후속연구
- 호화의 진행에 따르는 ΔHG의 감소는 파괴되지 않은 입자들의 양이 상대적으로 줄어들기 때문에 나타나는 현상이지만 DSC thermogram에서 흡열곡선의 고온부로의 이동, 특히 peak temper- ature의 이동은 알칼리호화과정 중 결정질구조가 치밀한 전분이 잔류한다는 예상을 가능하게 하며 알칼리호화의 진행에 따라 아밀로오스의 용출량이 아밀로펙틴과 비교하여 상대적으로 많기 때문에 잔류하는 전분입자의 상대적인 아밀로펙틴함량의 증가에 따른 결과로도 해석이 가능할 것이다. B-type의 전분에서 아밀로오스 함량의 감소에 따르는 AIIG의 감소는 보고된 바 있다(26).
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