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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 보리 전분 추출공정 중 각 단계별로 전분 balance를 측정함으로서 β-glucanase의 처리 효과를 확인하고, 추출된 전분의 morphology를 조사하여 수율증대의 원인을 규명하고자 하였다.
- 본 연구는 찰보리전분 추출에 있어서 β-glucanase의 첨가 효과를 연구하였다.
제안 방법
- Filter를 통과한 여과액은 3000 ×g의 조건에서 원심분리하여 침전물 및 상등액(R2)을 얻었으며, 이 침전물에 예비실험을 통하여 선정된 반응조건(효소량 1 wt%, 반응시간 6 hr, 가수량5 배)으로 효소를 첨가하여 반응시켰다.
- 5로 맞춘 뒤 10분간 교반한 후 이를 3000 ×g로 원심분리하여 상등액은 R4로 수집하였고, 침전물 중 상층부인 갈색층은 spatula로 긁어내어 R5로 수집하였다. 남은 전분 층은 따로 회수하여 물을 5배 넣고 다시 원심분리를 통해 R4, R5로 재수집하고, 최종적으로 얻은 전분은 45℃ 인큐베이터에서 건조하여 분석용 시료로 하였다.
- 보리 전분의 추출은 Andersson 등(2001)의 방법을 변형하여 Fig. 1과 같이 추출하였다. 먼저 crushed barley 50g(wet basis)을 시료의 5배의 침지액에 넣고 45℃ 인큐베이터에서 16 hr동안 침지시켰다.
- 분쇄액을 75 μm filter bag에 넣어 여과한 다음, filter에 남은 잔여물을 재수집하여 5배의 수돗물을 가하여 위과정을 2차례 반복하여 추출하였다.
- 추출 전처리 공정으로 보리 시료를 수침하였다. 수침은 시료의 10배의 수돗물을 20℃로 맞춰 10분간 휘저어주며 시행하였으며, 이후 수침 시료를 체에 바쳐 30℃, 80% 상대습도 조건에서 30분간 물을 빼낸 후 roll milling 하였다(Roll mill 간격 : 1 mm, 통과횟수 : 5회). 이렇게 하여 얻은 crushed barley는 저장 중 변질을 방지하기 위해 -20℃냉동실에 보관하면서 실험에 이용하였다.
- 전분수율은 분리된 전분의 순도를 측정하여 순수한 전분 함량으로 계산하였다. 순도를 측정하기 위한 실험 방법으로 AOAC방법의 amyloglucosidase/α-amylase method 를 이용한 kit (K-TSTA, Megazyme International lreland Ltd, Bray, Ireland)를 사용하여 분석하였다.
- 전분입자는 추출한 전분을 희석한 뒤 위상차현미경(BX503200 WBX PHD, Olympus, Japan)을 이용하여 확대비율 100배, 200배에서 관찰하였다.
- 추출 전처리 공정으로 보리 시료를 수침하였다. 수침은 시료의 10배의 수돗물을 20℃로 맞춰 10분간 휘저어주며 시행하였으며, 이후 수침 시료를 체에 바쳐 30℃, 80% 상대습도 조건에서 30분간 물을 빼낸 후 roll milling 하였다(Roll mill 간격 : 1 mm, 통과횟수 : 5회).
- 효소처리 및 효소비처리 전분의 입자 형태를 위상차 현미경을 통해 100, 200배율에서 확인하였다(Figs. 3과 4). 전분입자는 대체로 약 18 μm의 둥근 모양의 형태를 띠고 있었으며, 여기에 효소처리 전분의 경우 약 3 μm 정도의 작은 입자들이 효소비처리 전분에 비해 다량으로 함께 존재하는 것을 볼 수 있었다.
- 효소처리에 의한 수율증가 이유를 확인하기 위해 추출과정 중 발생되는 잔여물(R1-R5)을 모두 회수하여 각 잔여물의 무게를 측정하고 전분함량을 구하였다(Table 4, Fig. 2).
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 재료는 쌀보리 품종 중 2011년에 생산된 흰찰 쌀보리로 농촌진흥청에서 공급받아 실험에 사용하였다. 실험에 사용된 효소 Ultraflo L(Novozyme, Denmark)은 열에 안정적인 multi-active β-glucanase로서 Humicola insolens에서 얻은 것을 사용했다.
- 실험에 사용된 효소 Ultraflo L(Novozyme, Denmark)은 열에 안정적인 multi-active β-glucanase로서 Humicola insolens에서 얻은 것을 사용했다.
이론/모형
- 순도를 측정하기 위한 실험 방법으로 AOAC방법의 amyloglucosidase/α-amylase method 를 이용한 kit (K-TSTA, Megazyme International lreland Ltd, Bray, Ireland)를 사용하여 분석하였다.
- 시료의 일반성분 분석은 AOAC 방법(AOAC, 1994)을 이용하였으며, 수분은 상압가열 건조법, 조회분은 직접회화법, 조지방은 Soxhlet법, 조단백은 Micro-Kjeldahl법으로 측정하였다.
성능/효과
- Vasanthan과 Bhatty(1996)는 보리에서 small granule과 large granule을 분리하여 이들의 크기를 측정한 결과 2-10 μm의 전분입자를 smallgranule, 12-26 μm 크기의 입자를 large-granule이라고 보고하였으며, 또한 부드러운 둥근모양의 보리전분입자를 확인하였는데, 본 논문의 조사 결과는 이들의 결과와 매우 유사한 것으로 사료되었다. 따라서 본 실험에서 효소처리의 경우 전분 수율이 크게 증가된 것(12.1% 이상)은 추출 전분 중 small granule 입자가 크게 증가한 것에 기인된 것으로 추정하였다. 즉 효소처리에 의하여 전분 이외의 성분과 matrix를 형성하고 있는 small granule의 분리를 촉진하여 전분 중 이들의 양이 증대된 것으로 생각되었다.
- 46%로 효소를 처리할 경우약 12% 이상 높은 추출 수율 증대를 나타내었다. 따라서, 추출 공정에 있어서 효소를 첨가하지 않을 경우 전분 손실이 나타나는 것을 확인할 수 있었으며, 효소 처리에 따른각 추출단계별 전분 balance는 후술하였다.
- 본 논문에서는 β-glucanase 효소를 처리한 뒤 R5 잔유물이 0.4%로 크게 낮아진 것을 볼 수 있는데 본 실험공정을 통해 전술한 matrix가 효과적으로 분해･제거 되었으며, 그 결과 전분의 분리가 잘 이루어진 것으로 추정된다.
- 전분입자는 대체로 약 18 μm의 둥근 모양의 형태를 띠고 있었으며, 여기에 효소처리 전분의 경우 약 3 μm 정도의 작은 입자들이 효소비처리 전분에 비해 다량으로 함께 존재하는 것을 볼 수 있었다.
- Andersson 등(2001)은 25 μm filter residue(R3)의 대부분이 dietary fiber이며, 특히 찰보리에는 불용성 (1-3),(1-4)mixed linked 다당류인 β-glucan이 다량 포함되어 있다고 보고하였다. 즉 R3 구성물이 본 실험에서 사용한 효소에 의해 분해됨으로서 그 함량이 크게 줄어들었으며, 그 결과 잔유물 중의 전분함유량도 크게 감소한 것으로 추정되었다. 또한 R3 구성물의 감소는 이후의 filtration 공정을 매우 용이하게 하였다.
- 1% 이상)은 추출 전분 중 small granule 입자가 크게 증가한 것에 기인된 것으로 추정하였다. 즉 효소처리에 의하여 전분 이외의 성분과 matrix를 형성하고 있는 small granule의 분리를 촉진하여 전분 중 이들의 양이 증대된 것으로 생각되었다. 그러나 이는 small-granules과 large-granules의 정량적 분리를 통해 심층 확인해볼 필요가 있다고 생각된다.
- 본 연구는 찰보리전분 추출에 있어서 β-glucanase의 첨가 효과를 연구하였다. 추출 전분의 일반성분 중 단백질함량은 효소처리 전분이 효소비처리 전분에 비해 0.03% 낮았으며, 추출 수율은 효소를 처리할 경우 90.56%, 효소를 처리하지 않을 경우 78.46%로 전자가 후자에 비해 12.1% 높은 수율을 나타내었다. 이러한 추출 수율의 증가 이유는 효소처리에 의한 세포벽 구성성분인 β-glucan과 기타 다당류, 점질물질 등이 분해되어 R3(조전분 현탁액의 25 μm filter residue)와 R5(원심분리 침전물 상층의 brown layer) 중의 전분이 효과적으로 분리되었기 때문으로 추정되었으며, 위상차 현미경을 통해 추출전분을 관찰한 결과 수율의 증가를 초래하는 구체적 이유는 small-granules의 분리 증가에 기인한 것으로 추정하였다.
- 찰보리 전처리 과정을 통해 얻은 crushed barley는 30%이상의 높은 수분량을 보유하고 있었으며, 2% 내외의 단백질, 1% 정도의 지방을 함유하고 있었다. 추출된 전분의 일반성분을 보면 효소비처리 전분[starch(non-enzyme)]이 효소처리 전분[starch (enzyme)]보다 단백질 함량이 다소 높은(0.03% 정도) 것을 확인할 수 있는데, 이는 효소처리에 의해 단백질과 전분의 분리가 보다 효율적으로 이루어졌음을 나타낸다. Table 1의 찰보리 추출전분의 일반성분은 Kim 등(1999)이 보고한 결과와 유사한 경향을 보였다.
- 추출전분의 전분 순도를 측정한 결과를 Table 2에 나타내었다. 효소처리 전분의 순도는 98.51%로 매우 높은 순도를 보였으며, 효소비처리 전분보다 더욱 높은(약 2.14%) 순도의 전분을 추출 할 수 있었다.
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