미강 식이섬유인 헤미셀룰로오스를 효율적으로 추출할 수 있는 공정을 개발하고자 반응표면분석법에 의한 헤미셀룰로오스 추출공정 최적화를 실시하였다. 중심합성계획에 따라 NaOH 농도($X_1$), 추출 시간($X_2$)을 독립변수($X_i$)로 하고 추출물의 특성 즉, 추출 수율($Y_1$), Xyl/Ara ratio($Y_2$), 우론산($Y_3$), 베타 글루칸($Y_4$), 총 당($Y_5$)을 종속변수로 하여 추출을 실시하였다. 그 결과, R-square는 $0.8626{\sim}0.9319$으로 나타났으며, 추출 수율은 NaOH 농도가 증가하고 추출 시간이 증가함에 따라 값이 증가하였다. 추출 수율을 고려하여 이들 추출물의 특성을 모두 만족시키는 최적 추출조건은 NaOH 농도 2.45 M, 추출 시간 24.2 시간으로 나타났으며 예측된 최적 추출조건에서 실험한 결과, 각 종속변수들의 예측값과 실제값이 유사하게 나타났다. 최적 추출물의 구조적 특성을 조사한 결과, 표면구조는 매우 불규칙한 망상구조의 형태로 작은 입자와 큰 고분자 입자가 함께 관찰되었으며 평균 분자량은 $235{\sim}240$ kDa과 $8.0{\sim}9.4$ kDa의 범위로 나타났다.
미강 식이섬유인 헤미셀룰로오스를 효율적으로 추출할 수 있는 공정을 개발하고자 반응표면분석법에 의한 헤미셀룰로오스 추출공정 최적화를 실시하였다. 중심합성계획에 따라 NaOH 농도($X_1$), 추출 시간($X_2$)을 독립변수($X_i$)로 하고 추출물의 특성 즉, 추출 수율($Y_1$), Xyl/Ara ratio($Y_2$), 우론산($Y_3$), 베타 글루칸($Y_4$), 총 당($Y_5$)을 종속변수로 하여 추출을 실시하였다. 그 결과, R-square는 $0.8626{\sim}0.9319$으로 나타났으며, 추출 수율은 NaOH 농도가 증가하고 추출 시간이 증가함에 따라 값이 증가하였다. 추출 수율을 고려하여 이들 추출물의 특성을 모두 만족시키는 최적 추출조건은 NaOH 농도 2.45 M, 추출 시간 24.2 시간으로 나타났으며 예측된 최적 추출조건에서 실험한 결과, 각 종속변수들의 예측값과 실제값이 유사하게 나타났다. 최적 추출물의 구조적 특성을 조사한 결과, 표면구조는 매우 불규칙한 망상구조의 형태로 작은 입자와 큰 고분자 입자가 함께 관찰되었으며 평균 분자량은 $235{\sim}240$ kDa과 $8.0{\sim}9.4$ kDa의 범위로 나타났다.
A central composite design was applied to investigate the effects of the independent variables of NaOH concentration(X1) and extraction time(X2) on dependent variables such as Yield(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), uronic acid(Y3), $\beta$-glucan(Y4) and total sugars(Y5) of hemicelluloses separate...
A central composite design was applied to investigate the effects of the independent variables of NaOH concentration(X1) and extraction time(X2) on dependent variables such as Yield(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), uronic acid(Y3), $\beta$-glucan(Y4) and total sugars(Y5) of hemicelluloses separated from rice bran. The Coefficients of determination(R2) in various models ranged from 0.8626 to 0.9319. Yield increased with increased NaOH concentration and extraction time. The optimum extraction conditions were NaOH concentration at 2.45M and extraction time of 24.2 h. Predicted values at the optimized conditions were acceptable, compared with experimental values. The structural characteristics of an optimum hemicellulose extract were explored. As a result, it showed that the surfaces of hemicellulose had a highly irregular reticulated structure. And also it was both small and large molecular particle in the hemicelluloses. Their average molecular weights were in the ranges $235{\sim}240$ kDa and $8.0{\sim}9.4kDa$, respectively.
A central composite design was applied to investigate the effects of the independent variables of NaOH concentration(X1) and extraction time(X2) on dependent variables such as Yield(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), uronic acid(Y3), $\beta$-glucan(Y4) and total sugars(Y5) of hemicelluloses separated from rice bran. The Coefficients of determination(R2) in various models ranged from 0.8626 to 0.9319. Yield increased with increased NaOH concentration and extraction time. The optimum extraction conditions were NaOH concentration at 2.45M and extraction time of 24.2 h. Predicted values at the optimized conditions were acceptable, compared with experimental values. The structural characteristics of an optimum hemicellulose extract were explored. As a result, it showed that the surfaces of hemicellulose had a highly irregular reticulated structure. And also it was both small and large molecular particle in the hemicelluloses. Their average molecular weights were in the ranges $235{\sim}240$ kDa and $8.0{\sim}9.4kDa$, respectively.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 미강으로부터 기능성 식이섬유의 소재의 일환인 헤미셀룰로오스를 효과적으로 추출하고자 알칼리 용매와 진탕 추출법을 이용하여 최적의 추출 조건을 확립하고자 하였다. 이때 중심합성실험계획에 의해 알칼리 용매의 농도와 진탕 추출 시간을 독립변수로 하고 추출물의 기능성 성분 및 특성을 종속변수로 반응표면회귀분석을 실시하였으며, 이 추출물의 특성 또한 알아보고자 하였다.
하지만, 항산화성분 및 미강유를 생산한 후 부산물인 탈지미강에도 기능성 소재의 일환인 식이섬유가 다량 함유되어 있음에도 불구하고 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 탈지미강의 효율적 활용을 위하여 미강으로부터 식이섬유 추출 및 최적화에 관련한 연구를 실시하였고, 추출한 미강 유래의 식이섬유 특성에 대해서도 알아보고자하였다. 탈지 미강의 주요성분인 식이섬유(dietary fiber)는 인체 내 소화효소로는 분해될 수 없는 비소화성 물질로서 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin), 펙틴(pectin), 검(gum) 등을 함유하고 있다(9).
미강 식이섬유인 헤미셀룰로오스를 효율적으로 추출할 수 있는 공정을 개발하고자 반응표면분석법에 의한 헤미셀룰로오스 추출공정 최적화를 실시하였다. 중심합성계획에 따라 NaOH 농도(X1), 추출 시간(X2)을 독립변수(Xi)로 하고 추출물의 특성 즉, 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산 (Y3), 베타 글루칸(Y4), 총 당(Y5)을 종속변수로 하여 추출을 실시하였다.
가설 설정
H : optimal extracts of hemicellulose.
제안 방법
0% HPLC)를 1 mg/mL 1 mL을 첨가한 후, alditol acetate화 하였다(20). Alditol acetate화 한 시료를 gas chromatography를 이용하여 당 함량을 분석하였다. 분석 조건은 Jeol JMS-700(Mass)가 장착된 Hewlett-Packard 6869 series로써 column은 DB-225(30 m × 0.
NaOH를 추출 용매로 하여 진탕 추출기를 이용한 미강내의 헤미셀룰오로스 추출 시, NaOH 농도와 추출 시간을 추출 조건으로 하여 이로부터 추출 조건 최적화를 위해 추출물의 특성인 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산(Y3), 베타-글루칸(Y4), 총 당(Y5)의 contour map을 superimposing하여 Fig. 7과 같이 최적 추출조건 범위를 예측하였다. 이때, 반응표면이 중복된 부분의 범위는 Table 7에 나타난 바와 같이 NaOH 농도 2.
각 조건에서 획득한 추출물의 추출 수율은 미강 10 g로부터 추출한 헤미셀룰로오스(Alcohol insoluble hemicellulose)를 동결 건조 한 후 그 무게를 측정하였으며, 추출시에 사용된 원료량(건물량)의 백분율로 하여 추출 수율(%)을 계산하였다.
아밀로글루코시다아제는 전분류의 비환원성말단의 D-glucose를 풀어주어 α-D-1,4 결합과 α-D-1,6 결합의 다당류로의 전환 및 가수분해에 촉매역할을 하는 효소로 시럽 등에 주로 사용되며, 다양한 전분 가수분해효소 중 아밀로글루코시다아제만이 전분을 분해하여 α-D-1,4 결합과 α-D-1,6 결합으로 구성된 다당류로 전환시켜 준다(27). 따라서, 탈지미강의 전분가수분해 효소를 이용하여 전분을 가수 분해시킨 후 알칼리 용매를 이용하여 헤미셀룰로오스를 추출하였다. 추출 조건에 따른 추출 수율의 변화는 Fig.
추출조건 별 각 추출물의 최적 추출조건 예측은 기능성 성분 특성에 대한 contour map superimposing 했을 때 중복되는 부분의 범위에서 최적 추출 조건 범위를 설정하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 중심점을 최적 추출조건으로 예측하고, 각 회귀식에 대입하여 예측값을 설정하였다. 예측된 추출 조건에서 실제 추출실험을 실시한 후 추출물의 특성을 측정하여 실제값과 예측값을 비교하였다.
미강 식이섬유인 헤미셀룰로오스의 최적 추출 조건을 알아보기 위해 중심합성계획을 실시하였으며 본 실험에서 공정변수인 NaOH 농도와 추출 시간에 따른 헤미셀룰로오스 추출물의 추출 수율, Xyl/Ara ratio, 우론산, 베타 글루칸, 총 당 함량을 조사한 결과를 Table 3에 나타내었다. 그리고 독립변수에 대한 종속변수(Yn)에 반응정도를 RSM program을 이용하여 2차 다항방정식의 결과는 Table 4에 나타내었으며, Table 6에는 통계적 유의성을 나타내었다.
성분 당은internal standard인 β-D-allose의 양을 기준으로 하여 peak의 면적을 계산하고 xylose, arabinose, β-D-allose의 상대적인 백분율로 계산하였다.
또한 예측된 범위에서 임의의 중심점을 최적 추출조건으로 예측하고, 각 회귀식에 대입하여 예측값을 설정하였다. 예측된 추출 조건에서 실제 추출실험을 실시한 후 추출물의 특성을 측정하여 실제값과 예측값을 비교하였다.
이 때 표준 용액의 검량선은 D-glucronic acid(Sigma Chemical Co., HPLC)로 200 mg/mL stock solution을 만든 뒤 희석하여 10～200 μg/mL정도의 범위가 되도록 표준용액을 조제하여 검량선을 작성하여 시료 중의 우론산 함량(%)을 계산하였다.
전계 방사형 주사 전자현미경(Hitachi, S-4300, Japan)을 이용하여 최적 추출 조건에서 추출한 시료의 조직상의 특징을 관찰하기 위해 각각의 시료를 백금으로 도금시켜 전도성을 갖게 하였다. 이 시료를 전계 방사형 주사 전자현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)을 사용하여 일정한 가속전압을 가하여 10,000배, 50,000배, 100,000배의 배율로 관찰하였다.
따라서 본 연구에서는 미강으로부터 기능성 식이섬유의 소재의 일환인 헤미셀룰로오스를 효과적으로 추출하고자 알칼리 용매와 진탕 추출법을 이용하여 최적의 추출 조건을 확립하고자 하였다. 이때 중심합성실험계획에 의해 알칼리 용매의 농도와 진탕 추출 시간을 독립변수로 하고 추출물의 기능성 성분 및 특성을 종속변수로 반응표면회귀분석을 실시하였으며, 이 추출물의 특성 또한 알아보고자 하였다.
전계 방사형 주사 전자현미경(Hitachi, S-4300, Japan)을 이용하여 최적 추출 조건에서 추출한 시료의 조직상의 특징을 관찰하기 위해 각각의 시료를 백금으로 도금시켜 전도성을 갖게 하였다. 이 시료를 전계 방사형 주사 전자현미경(FE-SEM, Field Emission Scanning Electron Microscope)을 사용하여 일정한 가속전압을 가하여 10,000배, 50,000배, 100,000배의 배율로 관찰하였다.
미강 식이섬유인 헤미셀룰로오스를 효율적으로 추출할 수 있는 공정을 개발하고자 반응표면분석법에 의한 헤미셀룰로오스 추출공정 최적화를 실시하였다. 중심합성계획에 따라 NaOH 농도(X1), 추출 시간(X2)을 독립변수(Xi)로 하고 추출물의 특성 즉, 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산 (Y3), 베타 글루칸(Y4), 총 당(Y5)을 종속변수로 하여 추출을 실시하였다. 그 결과, R-square는 0.
9%)을 사용하여 지용성 성분 및 왁스류를 제거한 후 추출용 시료로 사용하였다. 즉, 탈지 미강 10g 에 0.1%의 아밀로글루코시다아제(amlyoglucosidase, 3,260 U/mL, Megazyme Ltd., Ireland)용액 500 mL을 넣고, 40℃에서 24 시간 동안 전분 가수분해 한 다음 1,000rpm에서 15분간 원심분리한 후 여액을 제거하고 잔사를 Table 2과 같이 추출 조건을 달리하여 NaOH 용액 100 mL을 가하여 상온(25℃)에서 진탕 추출기(Shaking Incubator SW-90R, Sang Woo Scientific Co., Korea)를 이용하여 알칼리 용해성 다당류를 추출하였다. 진탕 추출한 추출물을 8,000 rpm에서 15 분 동안 원심 분리한 후 그 상징액을 아세트산(Kanto Chemical Co.
, Korea)를 이용하여 알칼리 용해성 다당류를 추출하였다. 진탕 추출한 추출물을 8,000 rpm에서 15 분 동안 원심 분리한 후 그 상징액을 아세트산(Kanto Chemical Co., Inc.)을 이용하여 pH 6.95～7.00이 되도록 pH meter (HANNA Instruments pH 211, USA)를 이용하여 중화시킨 후, 최종농도가 7%가 되도록 트리클로로아세트산(JUNSEI Chemical Co.)를 첨가하여 8,000rpm에서 15 분 동안 원심 분리하여 염용성 단백질을 제거하였다. 상등액에 다시 150 mL 증류수를 가하여 희석을 한 후 최종 부피가 100 mL이 되도록 농축하였다.
추출조건 별 각 추출물의 최적 추출조건 예측은 기능성 성분 특성에 대한 contour map superimposing 했을 때 중복되는 부분의 범위에서 최적 추출 조건 범위를 설정하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 중심점을 최적 추출조건으로 예측하고, 각 회귀식에 대입하여 예측값을 설정하였다.
추출특성의 모니터링과 최적조건범위 예측된 모델식을 이용하여 3차원 반응표면분석으로 해석하였다.
미강은 2006년 7월 경상북도 김천 건양RPC(주)으로부터 분쇄된 시료를 공급받았으며, 표준 망체 No. 40(aperture 425 μm)를 통과하는 시료를 4배 가량의 헥산(Sigma Chemical Co. ≥99.9%)을 이용하여 하룻밤 진탕 추출하여 탈지 시킨 후, 50℃에서 5시간 건조한 시료를 -20℃의 암소에 보관하면서 추출용 시료로 사용하였다.
분석 조건은 Jeol JMS-700(Mass)가 장착된 Hewlett-Packard 6869 series로써 column은 DB-225(30 m × 0.25 mm × 0.25 μm)을 사용하였다.
정제된 헤미셀룰로오스를 추출 하기위해서는 알칼리 용매에 의한 헤미셀룰로오스 추출 이전에 왁스, 클로로필(chrolophyll)과 같은 비세포벽성분을 제거하는 것이 필수적이므로(17) 핵산(Sigma chemical co. ≥99.9%)을 사용하여 지용성 성분 및 왁스류를 제거한 후 추출용 시료로 사용하였다.
데이터처리
추출공정의 독립변수(Xi)는 NaOH 농도(X1)와 추출 시간(X2)에 대한 실험범위를 선정하여 5단계(-2, -1, 0, 1, 2)로 부호화하였으며 Table 2에 나타내었다. 또한 이들의 독립변수에 영향을 받는 종속변수 (Yn)는 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산(Y3), 베타 글루칸(Y4), 총 당(Y5)을 측정하여 각각 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우에는 능선분석을 하여 최적점을 구하였다.
미강으로부터 헤미셀룰로오스 추출 시 최적 추출조건을 얻기 위해서 중심합성계획법(central composite design)을 사용하였으며, 반응표면을 이용한 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system, USA, 1999) program을 사용하였다(18). 추출공정의 독립변수(Xi)는 NaOH 농도(X1)와 추출 시간(X2)에 대한 실험범위를 선정하여 5단계(-2, -1, 0, 1, 2)로 부호화하였으며 Table 2에 나타내었다.
또한 이들의 독립변수에 영향을 받는 종속변수 (Yn)는 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산(Y3), 베타 글루칸(Y4), 총 당(Y5)을 측정하여 각각 회귀분석을 실시하였다. 회귀분석 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우에는 능선분석을 하여 최적점을 구하였다. 이 때 두개의 독립변수와 종속변수에 대한 2차 회귀모형식은 식(1)과 같다.
이론/모형
당 함량 분석은 glucose를 표준물질로 하여 phenol-sulfuric acid법을 이용하였다(25). 즉 시료 1 mg/mL에 5% phenol solution 1 mL를 가한 후 H2SO4 6 mL를 가하여 혼합하고 20 분간 방치한 뒤에 470 nm에서 비색정량 하였다.
미강의 일반성분은 A.O.A.C 법에 준하여(16) 수분은 적외선 수분 측정기(SARTORIUS AG GOTTGEN MA 35M-000230V1, Germany)를 이용하였고, 조지방은 Soxtec(FOSS QUALITY ASSURANCE., Sotex™ 2045, Hogans, Sweden)를 이용하였으며, 회분은 550℃ 회화법, 조단백질은 Kjeltec Auto sampler System 1035 Analyzer를 이용하였고, 조섬유는 Hennber-Stohmann법에 따라 구하였다.
베타 글루칸 함량은 Mixed-Linkage Beta-glucan Assay Procedure인 AOAC Method 995.16 와 32-23법에 준하여 정량하였다(22-24). 실험에 사용한 시약은 Megazyme International Ireland Ltd.
우론산 함량은 Filisetti-Cozzi and Carpita (1991)법에 따라 525 nm에서 비색 정량하였다(21).이 때 표준 용액의 검량선은 D-glucronic acid(Sigma Chemical Co.
성능/효과
50,000배로 확대 관찰 한 결과, 입자의 표면이 대체로 부드러우며 둥근 형태였으며, 기공은 평균 1 μm이하 이며, 불규칙한 망상구조가 세부적으로 진행되는 것으로 확인 되었다. 10,000배로의 확대 관찰 한 결과, 추출물의 표면에 작은 입자가 표면에 부착되어 있고, 망상 구조 또한 관찰 가능하였다. 이 입자의 크기는 50 nm이하의 매우 작은 입자로 관찰 되었다.
50,000배로 확대 관찰 한 결과, 입자의 표면이 대체로 부드러우며 둥근 형태였으며, 기공은 평균 1 μm이하 이며, 불규칙한 망상구조가 세부적으로 진행되는 것으로 확인 되었다.
GPC 분석 결과, 첫 번째 분획물(1st Peak)의 Mn은 141～169 kDa 이며, Mw은 235～240 kDa로 나타났다(Table 9). 두 번째 분획물은 Mn은 7.
, Sotex™ 2045, Hogans, Sweden)를 이용하였으며, 회분은 550℃ 회화법, 조단백질은 Kjeltec Auto sampler System 1035 Analyzer를 이용하였고, 조섬유는 Hennber-Stohmann법에 따라 구하였다. 가용성 무질소물은 100에서 수분, 조단백질, 조지방, 조회분, 조섬유 값을 제한 값으로 하였고, 모든 실험은 3회 반복하여 그 평균값으로 나타내었다.
중심합성계획에 따라 NaOH 농도(X1), 추출 시간(X2)을 독립변수(Xi)로 하고 추출물의 특성 즉, 추출 수율(Y1), Xyl/Ara ratio(Y2), 우론산 (Y3), 베타 글루칸(Y4), 총 당(Y5)을 종속변수로 하여 추출을 실시하였다. 그 결과, R-square는 0.8626～0.9319으로 나타났으며, 추출 수율은 NaOH 농도가 증가하고 추출 시간이 증가함에 따라 값이 증가하였다. 추출 수율을 고려하여 이들 추출물의 특성을 모두 만족시키는 최적 추출조건은 NaOH 농도 2.
그리고 Table 6에 나타난 바와 같이 헤미셀룰로오스 추출수율에서는 추출 시간보다 NaOH 농도가 더 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다. 그리고 추출 농도가 증가함에 따라 추출 수율이 비례하여 증가하였으나, 추출 농도가 높아짐에 따라 추출수율의 증가율은 점점 감소하였다. 이는 추출 시간에서 보듯이 NaOH 농도가 증가함에 따라 추출용매와 시료사이에 추출 반응이 활발해짐에 따라 헤미셀룰로오스의 추출수율이 증가하는 것으로 사료된다.
GPC 분석 결과, 첫 번째 분획물(1st Peak)의 Mn은 141～169 kDa 이며, Mw은 235～240 kDa로 나타났다(Table 9). 두 번째 분획물은 Mn은 7.8～8.9 kDa, Mw 8.0～9.4 kDa로 분자량이 낮은 것으로 관찰되었다. 이는 B.
1). 반응표면분석 결과 안장점(saddle point)의 형태로 NaOH 농도 2.47 M, 추출 시간 15.27시간에서 최대값 18.58%로 예측되었다.
일반적으로, 열수 추출 하였을 때 보다 알칼리 용매로 추출 시 아라비노자일란의 Xyl/Ara 비율과 비교 시 높은 값을 나타낸다(34). 본 연구에서 Xyl/Ara ratio은 0.93～1.10로 나타났으며, 이는 아라비노자일란을 구성하는 xylose에 arabinose가 대개 1개 치환된 것을 많이 포함하는 골격을 갖는 것을 알 수 있었다. 이는 J.
본 연구에서 헤미셀룰로오스의 우론산의 함량 변화에 NaOH농도가 매우 유의하게 영향을 주었다(p<0.1).
0 정도로 낮은 값을 지니는 것으로 알려져 있다. 본 연구에서도 추출물의 다분산도는 유사한 경향을 나타내었으며, 본 연구에서의 헤미셀룰로오스 추출 및 정제 공정은 추출 다당류의 다분산도에 영향을 주는 것으로 확인된다.
8884로 비교적 높은 상관성을 나타내었고 5% 이내에서 유의성을 보였다. 실험 결과 본 연구에서 헤미셀룰로오스 추출물의 우론산의 함량은 10.48～17.36%로 이는 다시마류(tangle)로부터 분리한 수용성 비전분성 다당류내의 우론산 함량이 10.24 g/100 g인 김은희 외 등의 보고와 비교 하였을 시 우론산 함량이 비교적 높았다(36). 그리고 산성 다당체인 우론산은 알칼리 용해성 헤미셀룰로오스 추출 될 시 NaOH 용매에 의해 가수분해 되면서 우론산이 소량 추출 되는 것으로 알려져 있다(37).
8815이고 10%이내에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점 (Saddle point)으로 능선분석을 실시하여 본 결과 NaOH농도 2.06 M, 추출시간은 27.91 시간에서 최대값 56.88%로 예측되었다.
9319이고 5% 이내에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점(Saddle point)의 형태였으며, 능선분석을 실시하여 본 결과 NaOH농도 1.16 M, 추출시간은 6.73 시간에서 최대값 0.53%로 예측되었다. 본 연구 결과는 J.
9153로 높은 상관관계를 보였고, 5% 이내에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 최대점(Maximun point)이고 최대값은14.34%로 예측되었고, 이때의 추출조건은 NaOH 농도 2.39 M, 추출시간은 23.5시간이었다(Table 5).
위에서 얻은 최적 추출조건에 대한 예측치와 동일 조건에서 실제 실험치와의 추출 성분 특성을 확인하여 Table 8에 나타내었다. 예측된 최적 추출 조건에서 얻어진 헤미셀룰로오스 예측 추출 수율은 14.61%, 우론산 15.35%, 베타-글루칸 함량 0.31%, 총 당 54.71%이었다. 이에 대한 실측치는 추출 수율은 14.
71%이었다. 이에 대한 실측치는 추출 수율은 14.48%, 우론산 14.40%, 베타-글루칸 0.34%, 총 당 55.36%로 예측된 값과 실측값은 오차값을 고려하여 거의 유사한 값을 나타내어 도출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다.
05), 추출 시간은 Xyl/Ara ratio에 영향을 미치지 않았다(Table 6). 즉, 본 연구에서 미강으로부터 헤미셀룰로오스의 추출 시 알칼리용매의 농도가 증가함에 따라 추출된 아라비노자일란의 치환도가 감소하여 그 수용성이 감소하는 것으로 사료된다.
2 시간으로 나타났으며 예측된 최적 추출조건에서 실험한 결과, 각 종속변수들의 예측값과 실제값이 유사하게 나타났다. 최적 추출물의 구조적 특성을 조사한 결과, 표면구조는 매우 불규칙한 망상구조의 형태로 작은 입자와 큰 고분자 입자가 함께 관찰되었으며 평균 분자량은 235～240 kDa과 8.0～9.4 kDa의 범위로 나타났다.
9319으로 나타났으며, 추출 수율은 NaOH 농도가 증가하고 추출 시간이 증가함에 따라 값이 증가하였다. 추출 수율을 고려하여 이들 추출물의 특성을 모두 만족시키는 최적 추출조건은 NaOH 농도 2.45 M, 추출 시간 24.2 시간으로 나타났으며 예측된 최적 추출조건에서 실험한 결과, 각 종속변수들의 예측값과 실제값이 유사하게 나타났다. 최적 추출물의 구조적 특성을 조사한 결과, 표면구조는 매우 불규칙한 망상구조의 형태로 작은 입자와 큰 고분자 입자가 함께 관찰되었으며 평균 분자량은 235～240 kDa과 8.
따라서, 탈지미강의 전분가수분해 효소를 이용하여 전분을 가수 분해시킨 후 알칼리 용매를 이용하여 헤미셀룰로오스를 추출하였다. 추출 조건에 따른 추출 수율의 변화는 Fig. 2.에서 나타난 바와 같이 NaOH 농도와 추출 시간 증가함에 따라 추출 수율이 유의하게 증가하였다. 이는 추출 시간이 증가함에 따라 알칼리 용매에 의한 용질로의 침투력이 증가하여 알칼리 용해성의 헤미셀룰로오스 추출 수율이 증가하기 때문이다(28).
추출물의 표면을 관찰한 결과, 10,000배로 관찰하였을시에 전체적으로 불규칙한 망상 구조를 이루고 있었으며 그 사이에 작은 입자와 큰 덩어리의 형태인 입자들이 함께공존하고 있는 것을 확인 할 수 있었다. 50,000배로 확대 관찰 한 결과, 입자의 표면이 대체로 부드러우며 둥근 형태였으며, 기공은 평균 1 μm이하 이며, 불규칙한 망상구조가 세부적으로 진행되는 것으로 확인 되었다.
추출 조건에 따른 미강으로부터의 헤미셀룰로오스내의 우론산 함량은 Table 3에 나타내었고, 그 결과에 따른 우론산 함량에 대한 반응표면 회귀식은 Table 4와 같다. 추출물의 회귀식에서 R-square값은 0.8884로 비교적 높은 상관성을 나타내었고 5% 이내에서 유의성을 보였다. 실험 결과 본 연구에서 헤미셀룰로오스 추출물의 우론산의 함량은 10.
본 실험에 사용된 미강과 탈지미강의 일반성분 분석 결과는 Table 1과 같다. 탈지 미강은 수분 7.87%, 조단백질15.45%, 조지방 4.28%, 조회분 9.63%, 조섬유 14.64%, 가용성 무질소물의 함량 48.13%이고, 탈지 전 미강은 조지방22.83%, 조단백질9.40%, 조회분 10.02%였다. 탈지 미강의 조지방 함량은 탈지전과 비교 시 약 18%이상 함량이 감소하였고, 조단백질과 조섬유의 함량은 상대적으로 증가하였다.
02%였다. 탈지 미강의 조지방 함량은 탈지전과 비교 시 약 18%이상 함량이 감소하였고, 조단백질과 조섬유의 함량은 상대적으로 증가하였다. 이는 김 등의 연구(26)에서 미강의 지방과 조회분 함량이 15.
헤미셀룰로오스 추출물에서의 베타 글루칸 함량은 NaOH 농도와 추출 시간 모두에 매우 유의하게 영향을 받고 있으며, 특히 추출 시간이 추출 농도와 비교시 매우 유의하게 영향을 주는 것으로 나타났다(p<0.05).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미강이란?
미강이란 현미에서 백미로 도정하는 과정에서 생기는 쌀눈과 쌀겨로 이루어진 속껍질 가루를 말하며 현미의 약 8%를 차지한다. 미강의 조성은 벼의 품종, 도정 방법 등에따라 다르나 수분함량 14%를 기준으로 할 때 단백질11～17%, 지방 15～20%, 조섬유 7～11%, 조회분 7～10%로 식이섬유 및 유용성분 등이 다량 함유되어 있다(1).
헤미셀룰로오스란?
탈지 미강의 주요성분인 식이섬유(dietary fiber)는 인체 내 소화효소로는 분해될 수 없는 비소화성 물질로서 셀룰로오스(cellulose), 헤미셀룰로오스(hemicellulose), 리그닌(lignin), 펙틴(pectin), 검(gum) 등을 함유하고 있다(9). 이 중 헤미셀룰로오스는pentose와 hexose 당으로 구성되어 있는 고분자 다당류이다. 식이섬유는 보수력, 무기질 및 지질과의 결합력, 발효성, 점도 상승 등의 특성을 가지고 있으며 인체에서 다양한 생리 기능을 나타낸다.
아라비노자일란의 효능은 무엇인가?
아라비노자일란은 쌀, 밀, 호밀, 보리, 귀리, 수수 등 곡류의 세포벽에 존재하는 헤미셀룰로오스의 일종으로 대표적인 비전분 다당류(non-strach polysaccharide)이다(12). 특히, 이 다당류는 혈중 콜레스테롤 감소효능이 매우 우수하며, 인슐린 분비 저해능력을 보유하고 있는 것으로 알려져 있다(13).
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