찹쌀 전분을 가교화 후 4가지 상업용 ${\alpha}$-amylase 효소와 반응시켜 CLE 찹쌀 전분을 제조하고 이들의 이화학적 특성을 연구하였다. CLE 찹쌀 전분의 팽윤력 및 용해도는 천연 찹쌀 전분에 비해 다소 증가되는 경향을 보였다. 등온흡습곡선에서는 CLE 처리에 따른 수분 감소현상을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. RVA특성을 검토한 결과 Termamyl과 Liquozyme으로 처리한 찹쌀 전분은 전반적으로 효소에 의한 가수분해가 강하게 진행되어 온도에 따른 점도의 변화가 크게 나타나지 않았으며, Fungamyl과 Kleistase로 처리한 찹쌀 전분은 효소에 의한 가수분해가 상대적으로 미약하게 진행되어 가교화에 의한 특성을 더 많이 나타내었다. DSC 열적 특성의 경우 호화개시온도, 호화종결온도 그리고 호화온도범위, 호화 엔탈피 모두 각 전분간에 유의적인 차이가 나타나지 않았다. X-ray 회절 분석 결과 또한 CLE 찹쌀 전분과 천연 찹쌀 전분 모두 A형의 결정 형태를 나타내었고, 상대적 결정화도의 차이가 나타나지 않는 것으로 보아 가교화 및 가교화후 효소처리가 찹쌀 전분의 결정형영역에는 영향을 주지 않는 것으로 보여진다.
찹쌀 전분을 가교화 후 4가지 상업용 ${\alpha}$-amylase 효소와 반응시켜 CLE 찹쌀 전분을 제조하고 이들의 이화학적 특성을 연구하였다. CLE 찹쌀 전분의 팽윤력 및 용해도는 천연 찹쌀 전분에 비해 다소 증가되는 경향을 보였다. 등온흡습곡선에서는 CLE 처리에 따른 수분 감소현상을 보였으나 유의적인 차이는 없었다. RVA특성을 검토한 결과 Termamyl과 Liquozyme으로 처리한 찹쌀 전분은 전반적으로 효소에 의한 가수분해가 강하게 진행되어 온도에 따른 점도의 변화가 크게 나타나지 않았으며, Fungamyl과 Kleistase로 처리한 찹쌀 전분은 효소에 의한 가수분해가 상대적으로 미약하게 진행되어 가교화에 의한 특성을 더 많이 나타내었다. DSC 열적 특성의 경우 호화개시온도, 호화종결온도 그리고 호화온도범위, 호화 엔탈피 모두 각 전분간에 유의적인 차이가 나타나지 않았다. X-ray 회절 분석 결과 또한 CLE 찹쌀 전분과 천연 찹쌀 전분 모두 A형의 결정 형태를 나타내었고, 상대적 결정화도의 차이가 나타나지 않는 것으로 보아 가교화 및 가교화후 효소처리가 찹쌀 전분의 결정형영역에는 영향을 주지 않는 것으로 보여진다.
This study examined the physicochemical properties of chemically and enzymatically cross-modified waxy rice starches. The waxy rice starch was cross-linked using phosphorous oxychloride, and then partially hydrolyzed with four commercial ${\alpha}$-amylases (Fungamyl, Termamyl, Liquozyme,...
This study examined the physicochemical properties of chemically and enzymatically cross-modified waxy rice starches. The waxy rice starch was cross-linked using phosphorous oxychloride, and then partially hydrolyzed with four commercial ${\alpha}$-amylases (Fungamyl, Termamyl, Liquozyme, Kleistase). Swelling power and the moisture sorption isotherm did not change with cross-modification. Two cross-modified waxy rice starches (hydrolyzed with Termamyl and Liquozyme) showed higher solubilities than native starch and the two other cross-modified starches (hydrolyzed with Fungamyl and Kleistase). In terms of RVA characteristics, the two cross-modified waxy rice starches hydrolyzed with Termamyl and Liquozyme, respectively, had lower peak viscosity, holding strength, and final viscosity than the native starch. However, the two starches hydrolyzed with Fungamyl and Kleistase, respectively, revealed higher peak viscosity, holding strength, and final viscosity than the native starch. No differences were displayed in the X-ray diffraction patterns and DSC thermal characteristics of the cross-modified waxy rice starch as compared to both the native and cross-linked starches, indicating that cross-linking and enzymatic hydrolysis occurred in the amorphous region and did not alter the crystalline region.
This study examined the physicochemical properties of chemically and enzymatically cross-modified waxy rice starches. The waxy rice starch was cross-linked using phosphorous oxychloride, and then partially hydrolyzed with four commercial ${\alpha}$-amylases (Fungamyl, Termamyl, Liquozyme, Kleistase). Swelling power and the moisture sorption isotherm did not change with cross-modification. Two cross-modified waxy rice starches (hydrolyzed with Termamyl and Liquozyme) showed higher solubilities than native starch and the two other cross-modified starches (hydrolyzed with Fungamyl and Kleistase). In terms of RVA characteristics, the two cross-modified waxy rice starches hydrolyzed with Termamyl and Liquozyme, respectively, had lower peak viscosity, holding strength, and final viscosity than the native starch. However, the two starches hydrolyzed with Fungamyl and Kleistase, respectively, revealed higher peak viscosity, holding strength, and final viscosity than the native starch. No differences were displayed in the X-ray diffraction patterns and DSC thermal characteristics of the cross-modified waxy rice starch as compared to both the native and cross-linked starches, indicating that cross-linking and enzymatic hydrolysis occurred in the amorphous region and did not alter the crystalline region.
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문제 정의
하지만 가교화 처리 후 효소처리를 병행하여 제조한 교^변성에 대한 연구는 그리 많지 않으며, 이들의 물리화학적 특성에 대한 연구도 거의 없는 실정이다. 따라서 본 연구에서는 POCl3를 이용한 가교화 처리 후에 상업적으로 활용되는 α-amylase 효소들을 이용하여 효소 처리한 가교화 효소처리 찹쌀 전분을 제조 후이들의 물리화학적 특성을 분석하여 산업용 전분으로서의 적합성을 검토하고, 화학적 및 효소적으로 교차 변성된 찹쌀 전분의 물리 화학적 특성에 대한 기초자료를 제공하고 가공 전분으로서의 활용 가능성을 알아보고자 하였다.
제안 방법
6 g(고형분 함량 기준)과 증류수 25 mL를 가한 다음 플라스틱 회전축을 사용하여 완전하게 교반시켜 시료액을 제조하였다. 50℃로 맞춘 RVA에서 1분간 교반한 다음, 분당 12℃씩 95℃까지 가열하고 95℃에서 2.5분간 유지시킨 후 분당 12℃씩 50℃로 냉각시켜 50℃로 2분간 유지시키면서 pasting temperature,peak time, peak viscosity, holding strength, breakdown, setback및 final viscosity 값을 측정하였다. 교반 속도는 처음 10초간 960 rpm의 속도로 빠르게 교반후 160 rpm의 속도로 일정하게 교반 하며 측정하였다.
CLE 찹쌀 전분의 호화 중 열역학적 특성을 알아보기 위해 밀봉된 알루미늄 빈 pan을 기준으로 하여 differential scanning cal- orimeter(DSC-650, Sinco Co., Seoul, Korea)를 이용해 Choi 둥의 방법 (18)을 변형하여 측정하였다. 수분함량 60%로 제조한 시료를 건량 기준 10 mg 내외로 알루미늄팬에 담은 후 상온에서 1시간 동안 안정화시켰으며 25℃부터 130℃까지 5℃/min으로 가열하여 DSC thermogram 상에 나타나는 흡열 peak를 구하였다.
POCl3 0.002%로 처리 후 4가지 상업용 α-amylase 효소 처리한 (이하CLE) 찹쌀 전분의 phosphorus 정량은 AOAC의 방법(12)을 변형하여 다음과 같이 측정하였다. 150 mL 도가니에 찹쌀 전분 5 g을 건량기준으로 정량한 다음 550℃ 회화로(LMF-1200, Car- bolite, Hope Valley, UK)에서 12시간 동안 회화시켰다.
002% 첨가하고 밀폐시킨 후 교반기로 교반하면서 45℃에서 2시간 반응시켰다. 반응 후 시료를 1 N HCl을 사용하여 pH 6으로 중화하고 Table 1과 같은 4가지 상업용 α-amylase 효소들(Fungamyl 800L (이하 Fungamyl), Termamyl type L(이하 Termamyl), Liquozyme supra(이하 Liquozyme), Kleistase L1(이하 Kleistase))을 같은 효소 활성도를 갖도록 환산(전분 고형분 대비 10 FAU/g, 10 KNU/g, 10 AU/g)하여 첨가한 후 40℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후 1 N HCl을 이용하여 pH를 1로 조정하여 효소들을 불활성화시킨 후 고형분 대비 5배수의 증류수로 수세하여 탈수 후 자연상태에서 건조시킨 뒤 분쇄하여 80 mesh(180 ㎛ 이하) 체를 통과시켜 시료로 사용하였다.
5 g과 30 mL의 증류수로 분산 시켜 20-90℃까지 10℃ 간격으로 30분간 가열하고 실온에서 1, 500 g (3, 500 rpm)로 30분간 원심분리를 하였다. 상등액은 120℃에서 4시간 이상 건조시켜 가용성 전분의 무게를 측정하였고 침전물은 그대로 무게를 측정한 후 ③과 ④의 식에 의하여 팽윤력 및 용해도를 각각 구하였다.
, Seoul, Korea)를 이용해 Choi 둥의 방법 (18)을 변형하여 측정하였다. 수분함량 60%로 제조한 시료를 건량 기준 10 mg 내외로 알루미늄팬에 담은 후 상온에서 1시간 동안 안정화시켰으며 25℃부터 130℃까지 5℃/min으로 가열하여 DSC thermogram 상에 나타나는 흡열 peak를 구하였다. 흡열 peak 로부터 호화개시온도(To: onset temperature), 최대호화온도(Tp: peak temperature), 호화종결온도(L: conclusion temperature)와 흡열엔탈피 (AH: overall gelatinization enthalpy or ciystal melting enthalpy) 를 각각 구하였다
측정하였다. 시료 약 1 g을 칭량용기에 정량한 다음 25℃ 의 온도에서 수분활성도가 0.11-0.94로 일정하게 유지된 데시케이터에 넣고 24시간마다 무게의 변화를 측정하여 2-3일간 시료의 무게 변화가 없을 때의 평형 수분함량을 측정하여 나타내었피 (AH: overall gelatinization enthalpy or ciystal meltingenthalpy)를 각각 구하였다.
수분함량 60%로 제조한 시료를 건량 기준 10 mg 내외로 알루미늄팬에 담은 후 상온에서 1시간 동안 안정화시켰으며 25℃부터 130℃까지 5℃/min으로 가열하여 DSC thermogram 상에 나타나는 흡열 peak를 구하였다. 흡열 peak 로부터 호화개시온도(To: onset temperature), 최대호화온도(Tp: peak temperature), 호화종결온도(L: conclusion temperature)와 흡열엔탈피 (AH: overall gelatinization enthalpy or ciystal melting enthalpy) 를 각각 구하였다
대상 데이터
본 연구에 사용한 찹쌀가루(2002년산, 동신찰벼, 함양)는 농협에서 구입하였으며 냉장실 (4±1℃) 에 보관하면서 실험에 사용하였다.
데이터처리
, Cary, NC, USA) 통계프로그램을 이용하여 5% 유의수준에서 Duncan's multiple range다 이 때 상대습도의 조절을 위해 사용한 포화 염 용액의 수분활성도 값은 Table 3과 같다. test로 다중비교를 실시하였다.
모든 실험은 3회 이상 반복 측정한 다음 SAS(statistical analysis system, version 8.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 통계프로그램을 이용하여 5% 유의수준에서 Duncan's multiple range다 이 때 상대습도의 조절을 위해 사용한 포화 염 용액의 수분활성도 값은 Table 3과 같다. test로 다중비교를 실시하였다.
이론/모형
CL 및 CLE 찹쌀 전분의 X-ray 회절도를 Fig. 4에 나타내었으며, 상대적 결정화도는 회절도형으로부터 Komiya 방법(19)에 따라 계산하여 Table 5에 나타내었다.
CLE 찹쌀 전분의 pasting 특성은 rapid visco nalyzer(RVA-3D, Newport Scientific Pty. Ltd, Narrabeen, N.S.W., Australia)롤 이용하여 Lee 둥의 방법(17)으로 측정하였다. 즉, 알루미늄 용기에 찹쌀 전분 2.
CLE 찹쌀 전분의 등온흡습곡선은 Koo 등(16)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 약 1 g을 칭량용기에 정량한 다음 25℃ 의 온도에서 수분활성도가 0.
45 ㎛ syringe filter(Nylon 66, Whatman, Kent, UK를 통과시킨 뒤 ion chroma- tography(DX-500 System, Dionex, Sunnyvale, CA, USA를 이용하여 Table 2와 같은 조건으로 phosphate 함량을 측정하였다. Phosphorus 함량은 ①의 식과 같이 Smith 등(13)의 conversion factor를 사용하여 phosphorus group으로 환산하였으며, 치환도(DS, degree of substitution)는 ②의 식과 같이 Rungtiwa 등(14)의 phos phate diester group 계산식으로 CLE 찹쌀 전분의 치환도를 계산하였다.
까지 scanning speed: 3o/min(0.02o Step)으로 회절하여 X-ray difaction pattern을 보았으며 Nara와 Komiya(19)의 방법으로 상대적 결정화도를 구하였다.
찹쌀 전분은 알칼리 침지법(9)을 이용하여 분리하였다. 즉 찹쌀 가루에 0.
찹쌀 전분의 가교화(CL)는 Zheng의 방법(10)을 이용하였으며, 효소처리(E)는 Yu의 방법(11)을 이용하였다. 즉 찹쌀 전분을 고형분 대비 20% 현탁액으로 제조하여 교반기(PL-S300R, Poong Lim Co.
성능/효과
CL 및 CLE 찹쌀 전분 시료의 경우 시료들간의 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 가교화 및 효소에 따른 상대적 결정화도가 유사하였다. 따라서 가교화 및 효소처리가 X 선 회절 pattem 영역에는 영향을 주지 않는 것을 알 수 있었으며, 가교화 및 효소 처리가 무정형 영역에만 영향을 준 것을 확인할 수 있었다.
94 범위의 수분활성도에서 CL 및 CLE처리에 따른 차이는 나타나지 않았다. CL 찹쌀 전분의 경우 주어진 수분 활성도에서 천연 찹쌀 전분과 비슷한 수분함량을 나타내었으며, CLE 찹쌀 전분의 경우 주어진 수분활성도에서 천연 찹쌀 전분보다 낮은 수분함량을 나타내어 water holding capacity가 상대적으로 약간 낮은 것으로 나타났으나, 시료간 유의적인 차이는 나타나지 않았다.
3에 나타내었다. CLE 찹쌀 전분의 등온흡습곡선은 일반 곡류전분에서 나타나는 전형적인 sigmoid형의 곡선(Type II isotherm)을 나타내었고 수분 활성도 0.11-0.94 범위의 수분활성도에서 CL 및 CLE처리에 따른 차이는 나타나지 않았다. CL 찹쌀 전분의 경우 주어진 수분 활성도에서 천연 찹쌀 전분과 비슷한 수분함량을 나타내었으며, CLE 찹쌀 전분의 경우 주어진 수분활성도에서 천연 찹쌀 전분보다 낮은 수분함량을 나타내어 water holding capacity가 상대적으로 약간 낮은 것으로 나타났으나, 시료간 유의적인 차이는 나타나지 않았다.
9 %로 완만하게 나타나 천연전분보다 낮은 용해도를 보였다. CLE찹쌀 전분의 용해도는 20-50℃에서는 천연 찹쌀 전분보다 낮은 용해도를 보이다가 60℃에서 천연 찹쌀 전분보다 증가하기 시작하여 90℃까지 꾸준히 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 Termamyl과 Liquozyme의 경우 유난히 높은 용해도를 보였는데 이는 일부 전분들이 적게 팽윤되고 단분자로 잘라진 전분입자가 많아지면서 용해도가 높아진 것으로 보이며, 본 연구의 RVA 특성 역시 전분이 분해되면서 적은 점도를 나타낸 것으로 보인다.
X선 회절에 의해서 CLE 찹쌀 전분의 구조를 조사해 본 결과 찹쌀 전분들 모두 회절 각도 15o, 17o에서 2개의 peak, 23o에서 강한 peak를 보이는 전형적인 A형의 회절양상을 나타내었다. CL 및 CLE 찹쌀 전분 시료의 경우 시료들간의 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 가교화 및 효소에 따른 상대적 결정화도가 유사하였다.
나타내었다. 가교화 전분의 경우, 전분 분자간의 가교화 공유결합의 영향으로 최고 점도가 낮아지는 것이 일반적이나 본 연구에서 가교화는 오히려 최고 점도를 증가시키는 것으로 나타났다. Yu 둥(23)의 결과에서와 같이 미량의 가교제를 사용했을 때 최고 점도가 높아지다가 가교제가 어느 이상 첨가될 때부터 점도가 낮아지는 연
CL 및 CLE 찹쌀 전분 시료의 경우 시료들간의 유의적인 차이가 나타나지 않았으며, 가교화 및 효소에 따른 상대적 결정화도가 유사하였다. 따라서 가교화 및 효소처리가 X 선 회절 pattem 영역에는 영향을 주지 않는 것을 알 수 있었으며, 가교화 및 효소 처리가 무정형 영역에만 영향을 준 것을 확인할 수 있었다.
효소의 종류의 따른 팽윤력은 Kleistase로 처리한 찹쌀 전분이 다른 효소로 처리한 찹쌀 전분들에 비해 높았다. 일반적으로 가교화 전분의 경우 상대적으로 낮은 팽윤도와 용해도를 나타내는 특성을 보이는데 본 연구 결과에서 팽윤력은 상대적으로 높게 나타났다. 가교화 반응은 일반적으로 두 가지 단계를 거쳐서 일어나는데, 치환반응이 먼저 일어나고, 치환된 부분과 근접해있는 전분 분자간의 가교화 반응이 일어난다.
CLE찹쌀 전분의 용해도는 20-50℃에서는 천연 찹쌀 전분보다 낮은 용해도를 보이다가 60℃에서 천연 찹쌀 전분보다 증가하기 시작하여 90℃까지 꾸준히 증가하는 경향을 나타내었다. 특히 Termamyl과 Liquozyme의 경우 유난히 높은 용해도를 보였는데 이는 일부 전분들이 적게 팽윤되고 단분자로 잘라진 전분입자가 많아지면서 용해도가 높아진 것으로 보이며, 본 연구의 RVA 특성 역시 전분이 분해되면서 적은 점도를 나타낸 것으로 보인다. Yu 등(23)은 찹쌀전분의 가교화가 팽윤력은 상대적으로 높게, 용해도는 낮게 해준다고 하였다.
1 로 꾸준히 증가하는 경향을 나타내었고,변성되지 않은 천연 찹쌀 전분보다 전체적으로 높은 팽윤력을 나타내었다. 효소의 종류의 따른 팽윤력은 Kleistase로 처리한 찹쌀 전분이 다른 효소로 처리한 찹쌀 전분들에 비해 높았다. 일반적으로 가교화 전분의 경우 상대적으로 낮은 팽윤도와 용해도를 나타내는 특성을 보이는데 본 연구 결과에서 팽윤력은 상대적으로 높게 나타났다.
후속연구
인함량이 낮게 나오는 경우, 치환 및 가교화가 일어나는 부위에 효소가 선택적으로 가수분해하여 용출되었기 때문으로 생각된다. 또한 일반적으로 인함량의 경우 측정하는 방법과 품종에 따라 많이 달라지는 것으로 보고되고 있어(20-22), 이에 대한 연구가 더 필요할 것으로 판단된다.
참고문헌 (25)
Alexander RJ. Modified starches and their uses. pp. 1-5. In: Food Application. Korean Corn Processing Industry Association, U.S. Grains Cuncil Washington DC, USA (1995)
Pomeranz Y. Carbohydrates. Starch. pp. 68-69. In: Functional Properties of Food Components. 2nd ed. Academic Press, New York, USA (1991)
Wurzgurg OB. Nutritional aspects and safety of modified food starches. J. Food Sci. Nutr. 44: 74-79 (1986)
Rutenberg MW, Solarek DX. Starch derivatives: Production and uses. pp. 324. In: Starch Chemistry and Technology 2nd ed. Whistler RL, BeMiller JN, Paschall EF (ed). Academic Press, New York, USA (1984)
Wurzburg OB. Introduction. p. 12. In: Modified Starches: Properties and Uses. Wurzburg OB (ed). CRC Press, FL, USA (1987)
Dumoulin Y, Cartilier LH, Mateescu MA. Cross-linked amylose tablets containing $alpha$ -amylase: An enzymatically-controlled drug release system. J. Control. Release 60: 161-167 (1999)
Tester RF, Yousuf R, Karkalas J, Kettlitz B, Roper H. Properties of protease-treated maize starches. Food Chem. 110: in press (2008)
Puchongkavarin H, Varavinit S, Bergthaller W. Comparative study of pilot scale rice starch production by an alkaline and an enzyme process. Starch 57: 134-144 (2005)
Yu C. Physicochemical properties of enzymatically partially hydrolyzed waxy rice starches and its application to Yukwa. Institute of Life Science & Resources, Kyung Hee Univ. 26: 1-7 (2007)
AOAC. Official Methods of Analysis. 16th ed. Method 948,09, Association of Official Analytical Chemists, Washington, DC,USA (1985)
Smith RJ, Caruso JL. Determination of phosphorus. pp 42-46. In: Methods in Carbohydrate Chemistry. IV. Starch. Whistler RL (ed). Academic press, NY, USA (1964)
Rungtiwa W, Sujin S, Bovornlak O, Saiyavit V. Zeta potential and pasting properties of phosphorylated or crosslinked rice starches. Starch 57: 32-37 (2005)
Schoch TJ. Swelling power and solubility of granular starches. pp. 106. In: Methods of Carbohydrate Chemistry. Whistler RL (ed.) Academic Press, New York, USA (1964)
Koo HJ, Park SH, Jo JS, Kim BY, Hur NY, Baik MY. Physicochemical characteristics of 6-year-old korean ginseng starches. LWT-Food Sci. Technol. 38: 801-807 (2005)
Lee KJ, Lee SY, Kim YR, Park JW, Shim JY. Effect of dry heating on the pasting/retrogradation and textural properties of starchsoy protein mixture. Korean J. Food Sci. Technol. 36: 568-573 (2004)
Choi HW, Koo HJ, Kim CT, Hwang SY, Kim DS, Choi SW, Hur NY, Baik MY. Physicochemical properties of hydroxypropylated rice starches. Korean J. Food Sci. Technol. 37: 44-49 (2005)
Nara S, Komiya T. Studies on the relationship between water saturated state and crystallinity by the diffraction method for moistened potato starch. Starch 35: 407-410 (1983)
Tester RF, Qi X. Molecular basis of the gelatinization and swelling characteristics of waxy barley starches grown in the same location during the same season. part I. composition and alphaglucan fine structure. J. Cereal Sci. 39: 47-56 (2004)
Rungtiwa W, Sujin S, Bovornlak O, Saiyavit V. Zeta potential and pasting properties of phosphorylated or crosslinked rice starches. Starch 57: 32-37 (2005)
Roy LW, James NB, Eugene FP. Starch. Chemistry and technology. 2nd ed. pp. 516-528. In: Physicochemical Properties of Rice Starch. Academic Press, New York, USA (1984)
Yu C, Choi HW, Kim CT, Ahn SC, Choi SW, Kim BY, Baik MY. Physicochemical properties of cross-linked waxy rice starches and its application to Yukwa. Korean J. Food Sci. Technol. 39:534-540 (2007)
Olvido I, Julio LB. Water agar-agar equilibrium: Determination and correlation of sorption isotherms. J. Food Sci. 34: 209-216 (1999)
Chatakanonda P, Varavinit S, Chinachoti P. Effect of crosslinking on thermal and microscopic transitions of rice starch. LWT-Food Sci. Technol. 33: 276-284 (2000)
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