본 연구에서는 아피오스로부터 전분을 추출하여 epichlorohydrin으로 가교결합을 시킨 후 가교결합 아피오스 전분의 이화학적 특성을 분석하였다. 가교결합 아피오스 전분은 치환도가 증가함에 따라 몰가교화도가 0.1225에서 3.5124로 비례적으로 증가하였으며, FT-IR을 측정한 결과, CLAP-2%는 에테르 결합으로 인하여 $1,646cm^{-1}$과 $2,930cm^{-1}$에서 피크의 강도가 강해져 가교결합 반응이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 천연 아피오스 전분의 X-선 회절도는 $2{\theta}$=15.1, 17.1, 17.9, $23.2^{\circ}$에서 피크가 나타나는 전형적인 A형 전분 형태를 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 가교화에 의해 회절도와 상대결정화도에 큰 변화를 보이지 않아 무결정 영역에서 가교결합 반응이 일어난 것으로 추정되었다. 아피오스 전분 입자를 SEM으로 관찰한 결과, 전분 입자는 구형 또는 타원형 모양을 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 천연 아피오스 전분과 비교하였을 때 전체적인 형태에는 변화가 없는 것이 관찰되었다. 색도는 가교결합이 진행되면서 명도와 청색도가 변화하였으며, 청가는 천연 아피오스 전분과 가교결합 아피오스 전분 사이에 유의적인 차이가 나타나지 않았다.
본 연구에서는 아피오스로부터 전분을 추출하여 epichlorohydrin으로 가교결합을 시킨 후 가교결합 아피오스 전분의 이화학적 특성을 분석하였다. 가교결합 아피오스 전분은 치환도가 증가함에 따라 몰가교화도가 0.1225에서 3.5124로 비례적으로 증가하였으며, FT-IR을 측정한 결과, CLAP-2%는 에테르 결합으로 인하여 $1,646cm^{-1}$과 $2,930cm^{-1}$에서 피크의 강도가 강해져 가교결합 반응이 이루어졌음을 확인할 수 있었다. 천연 아피오스 전분의 X-선 회절도는 $2{\theta}$=15.1, 17.1, 17.9, $23.2^{\circ}$에서 피크가 나타나는 전형적인 A형 전분 형태를 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 가교화에 의해 회절도와 상대결정화도에 큰 변화를 보이지 않아 무결정 영역에서 가교결합 반응이 일어난 것으로 추정되었다. 아피오스 전분 입자를 SEM으로 관찰한 결과, 전분 입자는 구형 또는 타원형 모양을 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 천연 아피오스 전분과 비교하였을 때 전체적인 형태에는 변화가 없는 것이 관찰되었다. 색도는 가교결합이 진행되면서 명도와 청색도가 변화하였으며, 청가는 천연 아피오스 전분과 가교결합 아피오스 전분 사이에 유의적인 차이가 나타나지 않았다.
Apios (Apios americana Medikus) belongs to Leguminosae and is called 'American groundnut', 'Potato bean', and 'wild bean'. Apios is native to the Northern United States but is not widely distributed in Korea. In this study, cross-linked apios starch was prepared by reaction with epichlorohydrin, fol...
Apios (Apios americana Medikus) belongs to Leguminosae and is called 'American groundnut', 'Potato bean', and 'wild bean'. Apios is native to the Northern United States but is not widely distributed in Korea. In this study, cross-linked apios starch was prepared by reaction with epichlorohydrin, followed by characterization. FT-IR spectroscopy confirmed the degree of cross-linking of apios starch. X-ray diffraction patterns of native apios showed typical 'A' type as peaks at 15.1, 17.1, 17.9 and $23.2^{\circ}$, and cross-linking did not affect relative crystallinity and X-ray diffraction patterns of the starch. Scanning electron micrographs showed that apios starch granules were smooth with a globular shape, and there was little damage to starch granules after cross-linking. The lightness value of cross-linked apios starch was lower than that of native apios starch, whereas the redness value was not significantly different between cross-linked apios starch and native apios starch. Blue value showed that cross-linking of starch did not affect the iodine reaction of starch.
Apios (Apios americana Medikus) belongs to Leguminosae and is called 'American groundnut', 'Potato bean', and 'wild bean'. Apios is native to the Northern United States but is not widely distributed in Korea. In this study, cross-linked apios starch was prepared by reaction with epichlorohydrin, followed by characterization. FT-IR spectroscopy confirmed the degree of cross-linking of apios starch. X-ray diffraction patterns of native apios showed typical 'A' type as peaks at 15.1, 17.1, 17.9 and $23.2^{\circ}$, and cross-linking did not affect relative crystallinity and X-ray diffraction patterns of the starch. Scanning electron micrographs showed that apios starch granules were smooth with a globular shape, and there was little damage to starch granules after cross-linking. The lightness value of cross-linked apios starch was lower than that of native apios starch, whereas the redness value was not significantly different between cross-linked apios starch and native apios starch. Blue value showed that cross-linking of starch did not affect the iodine reaction of starch.
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제안 방법
가교결합의 형성 여부를 확인하기 위하여 가교결합한 전분을 12시간 동안 40℃에서 건조시킨 다음 KBr를 섞어 pellet 형태로 만들어 400∼4,000 cm–1 범위에서 FT-IR Spectroscope(Spectrum GX & AutoImage, Perkin-Elmer, Shelton, USA)를 이용하여 측정하였다.
2%(Kim & Lee 1996)보다 약간 높은 수준이었다. 몰가교화도(MDC)는 전분 100 g을 anhydroglucose unit(MW=180)로 환산하고, 반응한 epichlorohydrin의 양을 mole 수로 표현하여 계산하였다. 가교결합 아피오스 전분의 몰가교 화도는 0.
본 연구에서는 아피오스로부터 전분을 추출하여 epichlorohydrin으로 가교결합을 시킨 후 가교결합 아피오스 전분의 이화학적 특성을 분석하였다. 가교결합 아피오스 전분은 치환도가 증가함에 따라 몰가교화도가 0.
0)을 이용하여 calibration한 다음 용기에 전분 시료를 넣어 전분의 L, a, b 값을 측정하였다. 색도는 3번 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
Jane J et al(1992)의 방법을 이용하여 가교결합 전분을 제조하였다. 아피오스 전분 100 g을 비커에 넣고 증류수 166 mL를 가하여 상온에서 2시간 동안 교반한 후, 아피오스 전분 무게의 0.1%, 0.5%, 1%, 2% epichlorohydrin을 첨가한 다음, 1 M NaOH 용액을 가하여 pH 10으로 맞추었다. 상온에서 24시간 동안 가교반응을 진행시킨 후 아세트산으로 pH를 5.
아피오스전분의입자크기와 표면형태는 Scanning Electron Microscope(SEM)(S-570, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 전분 전처리는 전분을 금/백금으로 도금하여 전도성을 갖게 한 다음 SEM을 사용하여 가속 전압 15 kv, Photo times 85 sec 조건에서 1,500배의 배율로 관찰하였다.
09 g을 가한 다음 증류수로 45 mL를 맞추어 희석시켰다. 여기에 요오드-요오드화칼륨 용액(2 mg I2/mL, 20 mg KI/mL) 0.5 mL를 가하고, 50 mL까지 정용하여 상온에서 20분간 방치한 다음 UV/Visible spectrophotometer를 이용하여 680 nm에서 흡광도를 측정하여 다음 식으로 청가를 계산하였다. 3번 반복 실험을 하여 평균값을 구하였다.
가교결합 시 epichlorohydrin은 전분 입자 안으로 침투되어 전분 입자 안에서 단계적으로 에테르 결합을 하여 망상구조를 형성한다(Alexander RJ 1995). 이 과정에서 가교결합 반응에 이용되지 못한 epichlorohydrin양을 제외하여 반응수율을 구하였다. 그 결과 반응수율은 62.
이 용액 1 mL를 시험관에 취하고 chromatropic acid reagent 10 mL를 각 시험관에 첨가하여 30분 동안 끓는 수조에서 열처리하였다. 이를 실온으로 식힌 후 UV/Visible spectrophotometer(Du 800, Beckman coulter, Fullerton, USA)를 이용하여 570 nm에서 흡광도 측정하여 농도를 계산하였다.
이 밖에 아피오스에는 사포닌, 칼슘, 철분, 식유섬유와 isoflavone과 같은 특수 성분이 풍부하게 함유되어 있어(Okubo K et al 1994, Hoshikawa & Juliarni 1995, Krishnan HB 1998) 일본에서는 건강식품으로 이용되고 있으나, 국내에서는 아직까지 아피오스에 대해 잘 알려져 있지 않고, 이에 대한 연구도 많이 수행되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 아피오스의 주성분인 전분의 특성과 이를 변형한 가교결합 전분의 특성을 살펴보기 위해 아피오스의 전분을 추출하고, 이를 화학적으로 변성하여 가교결합 전분을 제조한 후, 가교화도와 X-선 회절도, 상대결정화도, 전분 입자의 성상, 색도 및 청가 등 전분의 이화학적 특성을 분석하였다.
아피오스전분의입자크기와 표면형태는 Scanning Electron Microscope(SEM)(S-570, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 전분 전처리는 전분을 금/백금으로 도금하여 전도성을 갖게 한 다음 SEM을 사용하여 가속 전압 15 kv, Photo times 85 sec 조건에서 1,500배의 배율로 관찰하였다.
전분의 색을 Hunter 색차계(Whiteness checker RF-1, Nippon Denshoku Kogyo, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 표준 백색판(L=92.
대상 데이터
(Tokyo, Japan)에서 구입하였으며, sodium hydroxide, chromatropic acid와 potassium iodide는 Dukson Chem Co.(Ansan, Korea)에서 구입하여 실험에 사용하였다.
실험에 사용된 sodium periodate와 epichlorohydrin은 Samchun Chem Co.(Ansan, Korea)으로 부터 구입하였다. Sodium arsenite은 Wako Pure Chemical Co.
데이터처리
5 mL를 가하고, 50 mL까지 정용하여 상온에서 20분간 방치한 다음 UV/Visible spectrophotometer를 이용하여 680 nm에서 흡광도를 측정하여 다음 식으로 청가를 계산하였다. 3번 반복 실험을 하여 평균값을 구하였다.
각 실험군 간의 유의성은 분산 분석(ANOVA)을 실시한 후 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple range test로 검정하였다.
이론/모형
Jane J et al(1992)의 방법을 이용하여 가교결합 전분을 제조하였다. 아피오스 전분 100 g을 비커에 넣고 증류수 166 mL를 가하여 상온에서 2시간 동안 교반한 후, 아피오스 전분 무게의 0.
기기 조건은 target : Cu-Ka, Voltage : 40 Kv, Current : 300 mA의 조건으로 회절각도(2θ) 5∼45°까지 scanning speed 5°/min으로 회절시켜 측정하였다. 또한 Komiya T et al(1986)과 Billaderis CG et al(1980)의 방법에 따라 Ac/(Ac+Aa)[Ac : 결정성 영역, Aa : 비결정성 영역]를 계산하여 전분의 상대적인 결정화도를 구하였다.
본 실험에 사용된 아피오스는 경기도 양평 농장에서 재배된 것으로 알칼리 침지법(Yamamoto K et al 1973)을 이용하여 전분을 분리하였다. 아피오스의 껍질을 벗겨 무게를 측정한 다음 아피오스 중량 2배의 0.
아피오스 전분의 가교화도는 Hammerstrand GE et al(1960)의 방법을 이용하여 측정하였다. 즉, 가교결합 전분 제조 시 여과한 여과액 20 mL를 50 mL 메스플라스크에 취하고, 2 N NaOH 1 mL를 첨가하였다.
아피오스 전분의 청가(Blue value)는 Gilbert & Spragg(1964)의 방법을 이용하여 측정하였다.
전분의 X-선 회절도는 Owush-Ansah J et al(1982)의 방법으로 X-ray diffractometer(Max-2500, Rigaku, Japan)를 사용하여 확인하였다. 기기 조건은 target : Cu-Ka, Voltage : 40 Kv, Current : 300 mA의 조건으로 회절각도(2θ) 5∼45°까지 scanning speed 5°/min으로 회절시켜 측정하였다.
성능/효과
가교결합 아피오스 전분은 치환도가 증가함에 따라 몰가교화도가 0.1225에서 3.5124로 비례적으로 증가하였으며, FT-IR을 측정한 결과, CLAP-2%는 에테르 결합으로 인하여 1,646 cm−1과 2,930 cm−1에서 피크의 강도가 강해져 가교결합 반응이 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
가교결합 전분은 2θ=18.02에서 피크가 관찰되었으나, 천연 아피오스 전분과 큰 차이를 나타내지 않았으며, 상대결정화도도 천연 아피오스 전분과 가교결합 아피오스 전분 사이에 유의적인 차이는 없는 것으로 나타났다(Table 2).
그 결과 반응수율은 62.98∼90.32%로 사용한 epichlorohydrin 농도가 증가함에 따라 증가하였으며, 이는 감자 전분의 가교화 반응수율로 보고된 78.2%(Hammerstrand GE et al 1960)와 85.2%(Kim & Lee 1996)보다 약간 높은 수준이었다.
2°에서 피크가 나타나는 전형적인 A형 전분 형태를 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 가교화에 의해 회절도와 상대결정화도에 큰 변화를 보이지 않아 무결정 영역에서 가교결합 반응이 일어난 것으로 추정되었다. 아피오스 전분 입자를 SEM으로 관찰한 결과, 전분 입자는 구형 또는 타원형 모양을 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 천연 아피오스 전분과 비교하였을 때 전체적인 형태에는 변화가 없는 것이 관찰되었다. 색도는 가교결합이 진행되면서 명도와 청색도가 변화하였으며, 청가는 천연 아피오스 전분과 가교결합 아피오스 전분 사이에 유의적인 차이가 나타나지 않았다.
Liu J et al(2014)는 옥수수 전분을 가교결합하여 FT-IR을 측정한 결과, 1642 cm−1 에서의 피크가 천연 전분의 피크보다 뾰족하지는 않으나, 피크의 강도는 증가하였다고 보고하여 본 연구와 유사한 양상을 나타내었다. 이러한 피크들의 변화로 천연 아피오스 전분이 epichlorohydrin과 반응하여 가교결합 반응이 잘 이루어졌음을 확인할 수 있었다.
6 µm라고 하였는데, 본 연구에서도 이와 유사한 형태와 크기의 전분이 관찰되었다. 천연 아피오스 전분과 가교결합 아피오스 전분 사이에 입자의 형태에서는 큰 변화가 관찰되지 않아 가교화도가 증가하여도 전분 입자의 형태에는 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 가교결합 찰옥수수 전분이 천연 찰옥수수 전분과 형태적인 차이를 나타내지 않았다고 한 Luo FX(2009)의 연구 결과와 유사하였다.
천연 아피오스 전분의 X-선 회절도는 2θ=15.1, 17.1, 17.9, 23.2°에서 피크가 나타나는 전형적인 A형 전분 형태를 나타내었으며, 가교결합 아피오스 전분은 가교화에 의해 회절도와 상대결정화도에 큰 변화를 보이지 않아 무결정 영역에서 가교결합 반응이 일어난 것으로 추정되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
아피오스란 무엇인가?
아피오스(Apios americana Medikus)는 groundnut, earthnut 혹은 potato bean이라고도 불리며, 원산지는 북미 대륙의 중동부이고, 캐나다와 미국에 많이 분포한다. 아피오스는 콩과(Leguminosae)에 속하는 덩굴성 다년생 식물로 지하부에 덩이줄기를 형성하고, 이것이 주로 식용으로 이용된다(Blackmon & Reynolds 1986). 아피오스의 주된 구성 성분은 수분, 전분, 단백질이며, 아피오스는 괴경을 이용하는 다른 작물보다 3배 많은 조단백질을 함유하고 있고(Ameny MA et al 1994) glutamic acid와 aspartic acid가 풍부하여 좋은 단백질 급원 식품이라고 할 수 있다(Yasuo O et al 2006).
아피오스의 주된 구성 성분은 무엇인가?
아피오스는 콩과(Leguminosae)에 속하는 덩굴성 다년생 식물로 지하부에 덩이줄기를 형성하고, 이것이 주로 식용으로 이용된다(Blackmon & Reynolds 1986). 아피오스의 주된 구성 성분은 수분, 전분, 단백질이며, 아피오스는 괴경을 이용하는 다른 작물보다 3배 많은 조단백질을 함유하고 있고(Ameny MA et al 1994) glutamic acid와 aspartic acid가 풍부하여 좋은 단백질 급원 식품이라고 할 수 있다(Yasuo O et al 2006). 이 밖에 아피오스에는 사포닌, 칼슘, 철분, 식유섬유와 isoflavone과 같은 특수 성분이 풍부하게 함유되어 있어(Okubo K et al 1994, Hoshikawa & Juliarni 1995, Krishnan HB 1998) 일본에서는 건강식품으로 이용되고 있으나, 국내에서는 아직까지 아피오스에 대해 잘 알려져 있지 않고, 이에 대한 연구도 많이 수행되어 있지 않다.
epichlorohydrin 처리에 의한 아피오스 전분의 가교결합 형성 원리는?
아피오스 전분에 epichlorohydrin을 처리하여 가교결합 전분 제조 시 반응수율 및 가교화도는 Table 1과 같다. 가교결합 시 epichlorohydrin은 전분 입자 안으로 침투되어 전분 입자 안에서 단계적으로 에테르 결합을 하여 망상구조를 형성한다(Alexander RJ 1995). 이 과정에서 가교결합 반응에 이용되지 못한 epichlorohydrin양을 제외하여 반응수율을 구하였다.
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