선택한 단어 수는 입니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
최소 단어 이상 선택하여야 합니다.
선택한 단어 수는 30입니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
최대 10 단어까지만 선택 가능합니다.
문제 정의
- 따라서 본 연구의 목적은 마로부터 전분의 추출 시 사용되는 전분추출용액을 달리한 마 전분을 추출하여 물리화학적 특성을 조사하고, 마 전분의 추출수율과 분석된 특성들에 기초하여 마전분의 생산을 위한 적절한 전분추출용액의 결정을 통해 마로부터 전분의 추출방법을 정립하는 것이다. 게다가 본 연구를 통해 국내산 마로부터 제조된 생(native) 전분 소재의 개발을 통해 마의 산업적 활용도의 제고를 위한 근거를 마련하고자 하였다.
- Srichuwong등(2005)은 전분입자의 결정구조의 안정성 또는 완전성(perfection)의 향상은 팽윤을 지연시키고 팽윤된 전분입자를 온전한(integrity) 상태로 유지할 수 있다고 하였다. 따라서 본 연구에서 염기성 전분추출용액에 의한 마 전분이 산성 전분추출용액에의한 것보다 높은 팽윤력을 나타내는 것은 염기성 전분추출용액에 의해 마 전분의 결정구조가 부분적으로 손상되어 전분입자 구조의 불안정성이 높아진 결과인 것 같다. 이러한 설명은 염기성 전분추출용액에 의한 마 전분들이 산성 전분추출용액의 것보다 상대적으로 낮은 상대적 결정도에 의해 지지된다(Table 2).
- 따라서 본 연구의 목적은 마로부터 전분의 추출 시 사용되는 전분추출용액을 달리한 마 전분을 추출하여 물리화학적 특성을 조사하고, 마 전분의 추출수율과 분석된 특성들에 기초하여 마전분의 생산을 위한 적절한 전분추출용액의 결정을 통해 마로부터 전분의 추출방법을 정립하는 것이다. 게다가 본 연구를 통해 국내산 마로부터 제조된 생(native) 전분 소재의 개발을 통해 마의 산업적 활용도의 제고를 위한 근거를 마련하고자 하였다.
제안 방법
- 3차에 걸쳐 회수된 전분 유는 원심분리(1,500×g, 20 min)를 통해 전분 층과 상층액을 분리한 후 전분 층에 과량의 증류수를 가하여 분산시켜 10분간 교반하고 원심분리하였다.
- 마 전분들의 입도분포와 평균입자크기는 레이저 산란 입도분석기(CILAS 1190Liquid, Cilas, Madiaon, France)를 이용하여 분석하였다. 마 전분 100 mg (d.
- 마 전분은 전분추출용액에 따라 3회 반복 추출하여 추출수율을 계산하였으며, 마 전분의 특성들은 전분추출용액에 따른 마전분 제조의 각 반복 당 적어도 1회 이상 분석하였다. 측정된 데이터들은 일원분산분석(one-way ANOVA)에 의해 통계적 유의성을 분석하고, 평균±표준편차로 표현하였다.
- 마 전분의 X선 회절도는 40 kV와 30 mA에서 조작되는 X선 회절기(D8 Advance, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany)를 이용하여 분석하였다. X선 회절도는 4-40o 2θ 회절각 범위, 2o/min 스캔속도와 0.
- 마로부터 전분의 추출조건을 확립하기 위해 아스코르브산, 메타중아황산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산나트륨을 전분추출용액으로 하여 추출된 전분의 추출수율과 물리화학적 특성을 조사하였다. 증류수를 이용하여 마로부터 전분을 추출할 경우 추출수율은 본 연구에서 적용한 전분추출용액을 사용할 때의 약 30%수준으로 매우 낮았으며, 전분추출과정 중 갈변현상의 발생으로 최종적인 마 전분이 회백색을 띄어 전분소재로 적합하지 않았다.
- 분석시료들은 입도분석기로 주입하며 시료 관을 흐르는 분산액에 레이저를 조사하여 회절 되는 산란각의 측정을 통해 0.01-1,000 μm 범위에서 전분 시료의 입자크기 분포를 얻었다.
- 3차에 걸쳐 회수된 전분 유는 원심분리(1,500×g, 20 min)를 통해 전분 층과 상층액을 분리한 후 전분 층에 과량의 증류수를 가하여 분산시켜 10분간 교반하고 원심분리하였다. 이와 같은 세척조작은 총 3회에 걸쳐 수행하였으며, 3차 세척과정에서 얻은 전분 층은 500 mL의 무수에탄올에 분산시켜 10분간 교반한 후 감압여과하여 전분 층을 회수하고 45℃의 열풍건조기에서 48시간 동안 건조하여 마 전분을 제조하였다. 마 전분의 추출수율은 다음의 계산식에 의해 결정되었다.
- 전분추출용액들은 산성의 아스코르브산(pH 3.1)과 메타중아황산나트륨(pH 4.3)과 염기성의 탄산수소나트륨(pH 8.1)과 탄산나트륨(pH 11.4)의 0.4% (w/v) 수용액을 사용하여 마로부터 전분을 추출하였고, 추출수율을 Table 1에 제시하였다. 마 전분의 추출수율은 57.
- 전분추출용액을 달리하여 제조된 마 전분들의 입도분포와 평균입도를 조사하여 Fig. 1에 제시하였다. 아스코르브산, 메타중아황산나트륨, 탄산수소나트륨 용액들에 의한 마 전분들은 8.
- 전분추출용액을 달리하여 제조된 마 전분들의 호화온도와 호화엔탈피를 시차주사열량계를 이용하여 조사하였다(Table 3). 호화개시온도는 아스코르브산, 메타중아황산나트륨, 탄산수소나트륨용액들에 의한 마 전분들에 있어 68.
- b)은 알루미늄 컵에 직접 칭량하고 최종 무게가 28 g이 되도록 증류수를 가한 후 시약스푼과 플라스틱 회전축을 이용하여 마 전분을 균일하게 분산시켰다. 제조된 분석시료는 신속점도분석기를 이용하여 플라스틱 회전축을 160 rpm으로 회전시키면서 미리 결정된 온도프로파일에 따른 점도 변화를 추적하였다. 신속점도분석 시 적용된 온도 프로파일은 50℃에서 1분간 유지하고, 12℃/min의 가열속도로 95℃까지 가열하여 95℃에서 2.
- 반면 산성 전분추출용액들은 뮤신을 응집시켜 점도를 낮추고(Ma 등, 2017), 염기성 전분추출용액들은 뮤신을 용해시켜 유동성을 향상시킴으로써(Ma 등, 2017) 증류수를 사용한 경우보다 분쇄된 마 조직으로부터 전분 입자들의 회수가 용이하여 높은 전분 추출수율을 얻은 것으로 판단된다(Table 1). 한편 증류수를 전분추출용액으로하여 제조된 마 전분은 낮은 추출수율로 대조군으로써의 대표성이 낮고, 추출과정 중 마 조직들의 갈변으로 최종적인 마 전분이 유의적인 회백색을 나타내어 본 연구에서 마 전분의 물리화학적특성 조사를 위한 대조군으로 적합하지 않았다. 대신에 일반적으로 서류작물로부터 전분의 추출 시 전분추출용액으로 사용하는 메타중아황산나트륨(Kim과 Kim, 2015)을 이용하여 추출된 마 전분을 본 연구의 대조군으로 하였다.
대상 데이터
- 한편 증류수를 전분추출용액으로하여 제조된 마 전분은 낮은 추출수율로 대조군으로써의 대표성이 낮고, 추출과정 중 마 조직들의 갈변으로 최종적인 마 전분이 유의적인 회백색을 나타내어 본 연구에서 마 전분의 물리화학적특성 조사를 위한 대조군으로 적합하지 않았다. 대신에 일반적으로 서류작물로부터 전분의 추출 시 전분추출용액으로 사용하는 메타중아황산나트륨(Kim과 Kim, 2015)을 이용하여 추출된 마 전분을 본 연구의 대조군으로 하였다.
- 알루미늄 팬은 기계적으로 밀봉하여 상온에서 18시간 동안 방치한 후 5℃/min의 가열속도로 20℃에서 100℃ 까지 스캔하였다. 대조군(reference)은 빈 알루미늄 팬으로 하였다.
- 마는 경상북도 안동지역에서 2014년 11-12월경에 수확한 장마(Dioscorea batatas)를 농업회사법인 (주)부용농산(Andong, Gyeongsangbuk, Korea)에서 구입하여 전분 추출을 위한 원료로 하였다. 구입된 장마는 각각 신문지에 싸서 상대습도 90±5%, 3-4℃의 저장고에서 저장하였고(Lee와 Park, 2013), 저온장해에 의한 부패현상과 저온당화현상에 의한 마의 전분 함량의 감소에 대한 영향을 최소화하기 위해 전분 추출은 마의 저장일로부터 1주 내에 완료하였다.
- 본 연구와 문헌상의 마 전분의 아밀로오스 함량의 차이는 마의 재배지역에 따른 재배환경의 영향 때문인 것으로 생각된다(Onwueme, 1978; Shujun등, 2006a, 2006b). 본 연구에서 사용된 마는 경상북도 안동지역에서 재배되었으며, 문헌상의 마는 강원도 원주지역에서 재배된것을 사용하였다(Kim 등, 1991).
- 구입된 장마는 각각 신문지에 싸서 상대습도 90±5%, 3-4℃의 저장고에서 저장하였고(Lee와 Park, 2013), 저온장해에 의한 부패현상과 저온당화현상에 의한 마의 전분 함량의 감소에 대한 영향을 최소화하기 위해 전분 추출은 마의 저장일로부터 1주 내에 완료하였다. 전분추출용액을 위해 아스코르브산(ascorbic acid), 메타중아황산나트륨(sodium metabisulfite), 탄산수소나트륨(sodium bicarbonate)과 탄산나트륨(sodium carbonate)을 ES식품원료(Gunpo, Gyeonggi, Korea)에서 구입하였고, 이들은 모두 식품첨가물 등급이었다. 이외의 본 연구에서 사용된 시약 및 용매들은 ACS 등급의 것들을 사용하였다.
데이터처리
- 분석된 특성들에 있어 처리군들의 평균값들 사이의 유의적인 차이는 신뢰수준 95%에서 Tukey’s HSD multiple range test에 의해 분석하였다. 모든 통계적 계산과 분석은 Minitab 16 (Minitab Inc., State College, PA, USA)을 이용하여 수행하였다.
- 분석된 특성들에 있어 처리군들의 평균값들 사이의 유의적인 차이는 신뢰수준 95%에서 Tukey’s HSD multiple range test에 의해 분석하였다.
- 측정된 데이터들은 일원분산분석(one-way ANOVA)에 의해 통계적 유의성을 분석하고, 평균±표준편차로 표현하였다.
이론/모형
- 마 전분의 조단백질 함량은 AACC법 46-08 (AACC, 2000)에따라, 총 전분 함량은 총 전분 분석 키트(total starch assay kit; Megazyme International Ltd., Bray, Ireland)를 이용하여 AACC법 76-13에 따라, 아밀로오스 함량은 Chrastil(1987)의 비색법에 따라 결정되었다.
- 마 전분의 페이스팅 점도 특성은 신속점도분석기(RVA-3D, Newport Scientific, NSW, Australia)를 이용하여 조사하였다(Kim 과 Kim, 2015). 마 전분 1.
- 마 전분의 호화특성은 시차주사열량계(DSC Q2000, TA Instruments, New Castle, DE, USA)를 이용하여 분석하였다(Kim과 Kim, 2015). 마 전분(5 mg, d.
- 2o 회절간격에 따라 얻었다. 상대적 결정화도(relative crystallinity)는 Cheetham과 Tao(1998)의 방법에 따라 총X선 회절도의 총 면적에 대한 결정피크 면적의 백분비율(%)로 결정되었다.
- b)은 증류수(25 mL)와 혼합하여 85℃에서 30분간 가열하고 냉수욕조에서 20분간 냉각한 후 원심분리(3,000×g, 20 min)하여 침전물과 상층액으로 분리하였다. 침전물은 무게를 측정하였고, 상층액은 100 mL 정용플라스크로 옮기고 증류수를 가하여 100 mL로 정용한 후 희석된 상층액의 총 당 함량을 황산-페놀법에 의해 결정하였다. 마 전분의 용해도와 팽윤력은 다음의 식들에 따라 결정되었다(Kim과 Kim, 2015).
성능/효과
- 1)Mean values of three replicate measurements; values sharing the same lowercase letters with columns are not significantly different at p<0.05.
- 또한 본 연구에서 적용된 전분추출용매들에 비해 아스코르브산은 마 전분 내에 전분추출용액의 잔류에 대한 안전성 문제가 없다. 결과적으로 마로부터 마 전분의 추출을 위한 전분추출용액을 위해서는 아스코르브산을 사용하는 것이 적절한 것 같다.
- 그럼에도 본 연구에서 적용된 전분추출용액들은 증류수를 이용하여 마로부터 전분을 추출한 경우(추출수율 20.5±3.6%) 보다 약 3배 정도 높은 수율을 나타내었다.
- 문헌상에서 Kumar 등(2018)은 농축유청단백질과 유청락트알부민이 귀리전분의 페이스팅 점도를 낮춘다고 하였고, Qiu 등(2015)은 분리대두단백질이 옥수수 전분의 페이스팅 점도를 풍부하게 하며, 분리대두단백질이 열처리에 의해 변성되었을 때 페이스팅 점도를 더욱 증가시킨다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서 적용된 전분추출용액에 의해 어떤 방식으로 뮤신의 구조적, 물성적 특성을 변화시켰는지는 제시된 연구결과들에 기초하여 알 수는 없지만 뮤신 잔류물들이 마 전분의 페이스팅 점도 발달을 풍부하게 하거나 제한한 것으로 추측된다.
- 9 μm의 평균입도를 가지며 7-60 μm의 입도분포를 보인다는 Shujun 등(2006a)의 보고와 매우 유사하였다. 따라서 본 연구에서 채택한 전분추출용액과 추출방법들은 마로부터 전분을 추출하는데 있어 적절한 것으로 판단된다.
- 마 전분들의 총 전분 함량은 92.4-95.9%의 범위에 있었으며, 탄산수소나트륨, 아스코르브산, 메타중아황산나트륨, 탄산나트륨용액들의 순서로 총 전분 함량이 증가하였고, 탄산수소나트륨과 아스코르브산 용액들은 총 전분 함량에 있어 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다(Table 1). Prez 등(2001)은 옥수수로부터 전분을 추출하는 경우에 있어 전분추출용매가 단백질 매트릭스를 분산시키는 작용에 따라 전분 추출수율이 달라진다고 하였다.
- 용해도는 전분추출용액에 따른 특정 경향을 나타내지 않았으나, 팽윤력은 산성에 비해 염기성 전분추출용액들을 사용하였을 때가 높았다. 마 전분들의 호화온도는 대체로 유사한 수준이었으나 호화엔탈피는 산성에 비해 염기성 전분추출용액들을 사용하였을 때 감소하였다. 페이스팅 점도는 탄산나트륨, 메타중아황산나트륨, 탄산수소나트륨, 아스코르브산 용액들에 의한 마전분들의 순서로 증가하였다.
- 전분추출용액을 달리하여 제조된 마 전분들의 조단백질, 총 전분 및 아밀로오스 함량들을 분석하여 Table 1에 제시하였다. 마전분들의 조단백질 함량은 1.3-1.6%의 범위에 있었으며, 탄산나트륨을 사용한 경우가 1.3%로 가장 적은 조단백질 함량을 나타내었고, 다른 전분추출용액들에 의한 전분들의 것과는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내었다. 대표적인 서류전분(감자 및 고구마)의 경우 0.
- 3)과 특성치들(Table 4)은 본 연구에서 조사된 마 전분들 중 가장 낮은 수준을 나타내었다. 반면에 탄산나트륨 용액에 의한 마 전분의 페이스팅 점도 프로파일과 특성치들은 다른 전분추출용액에 의한 것들보다 가장 높은 수준을 나타내었다. 이와 같은 현상은 아스코르브산 용액 보다 탄산나트륨 용액에 의한 마 전분이 상대적 결정도(Table 2)가 낮고, 팽윤력이 높기(Table 2) 때문인 것으로 생각된다.
- 주어진 전분추출용액 내에서 마 전분들의 상대적 결정화도는 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다. 비록 산성과 염기성 전분추출용액에 의한 마 전분들 사이의 상대적 결정화도의 차이는 미미하였지만, 염기성 전분추출용액에 의한 것이 산성 전분추출용액에 의한 것보다 통계적으로 유의적으로 낮았다(Table 2). 이러한 결과는 산성 조건에서 보다 염기성 조건에서 제조된 옥수수 전분의 결정성이 낮았다는 Palacios-Fonseca 등(2013)의 보고와 일치하였다.
- 아밀로오스 함량은 염기성 전분추출용액들(탄산수소나트륨과 탄산나트륨)에 의한 전분들이 각각 36.2%와 36.9%이었고, 산성전분추출용액들(아스코르브산과 메타중아황산나트륨)에 의한 것들이 각각 34.7%와 35.1%이었다(Table 1). 아밀로오스 함량은 주어진 염기성 또는 산성 전분추출용액들 의한 전분들 내에서 유의적인 차이를 나타내지 않았으나, 염기성 전분추출용액에 의한것들이 산성 전분추출용액에 의한 것들보다 유의적으로 높은 아밀로오스 함량을 나타내었다(Table 1).
- 1%이었다(Table 1). 아밀로오스 함량은 주어진 염기성 또는 산성 전분추출용액들 의한 전분들 내에서 유의적인 차이를 나타내지 않았으나, 염기성 전분추출용액에 의한것들이 산성 전분추출용액에 의한 것들보다 유의적으로 높은 아밀로오스 함량을 나타내었다(Table 1). Palacios-Fonseca 등(2013)은 염기성 조건에서 옥수수 전분을 추출 시 전분의 결정구조의부분적 손상, 즉 아밀로펙틴 이중나선구조의 중첩풀림(unfolding)으로 인해 아밀로펙틴과 요오드 사이의 추가적인 복합체 형성으로 산성조건에서 추출된 옥수수 전분의 아밀로오스 함량보다 높은 수준을 나타내었다고 하였다.
- 전분추출용액을 달리하여 제조된 마 전분들의 용해도와 팽윤력을 조사하여 Table 2에 나타내었다. 용해도는 메타중아황산나트륨과 탄산수소나트륨 용액들에 의한 마 전분들이 각각 28.1%와 28.2%로 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았으며, 아스코르브산(26.6%)과 탄산수소나트륨(25.0%) 용액들의 순서로 유의적으로 감소하였다(Table 2). 그러나 아밀로오스 함량과 상대적결정도에서 산성 및 염기성 전분추출용액들에 따라 관찰된 경향들은 나타나지 않았다.
- X선 회절패턴은 전형적인 C형 결정구조를 나타내었으며, 염기성 전분추출용액들을 사용한 경우 상대적 결정도는 감소하였다. 용해도는 전분추출용액에 따른 특정 경향을 나타내지 않았으나, 팽윤력은 산성에 비해 염기성 전분추출용액들을 사용하였을 때가 높았다. 마 전분들의 호화온도는 대체로 유사한 수준이었으나 호화엔탈피는 산성에 비해 염기성 전분추출용액들을 사용하였을 때 감소하였다.
- 1과 Table 4). 유사하게 탄산수소나트륨과 탄산나트륨 용액들(염기성 전분추출용액)에 의한 마 전분들의 아밀로오스 함량, 상대적 결정도, 팽윤력은 통계적으로 유의적이지 않았지만(Table 1과 2) 페이스팅 점도 프로파일과 특성치들은 탄산나트륨 용액에 의한 마 전분이 탄산수소나트륨 용액에 의한 것보다 유의적으로 높았다(Fig. 1과 Table 4). 이와 같은 현상들은 본 연구에서 얻은 결과들로는 해석이 어렵지만 마 전분에 포함되어 있는 뮤신 잔류물의 영향 때문일 가능성이 있다.
- 조사된 입도분포에 의해 결정된 마 전분의 평균입도는 21.5-23.3 μm로 탄산나트륨 용액을 사용한 것이 21.5 μm로 가장 작았으나 전분추출용액에 따라 큰 차이를 보이지 않았다(Fig. 1).
- 6%이었다(Table 2). 주어진 전분추출용액 내에서 마 전분들의 상대적 결정화도는 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다. 비록 산성과 염기성 전분추출용액에 의한 마 전분들 사이의 상대적 결정화도의 차이는 미미하였지만, 염기성 전분추출용액에 의한 것이 산성 전분추출용액에 의한 것보다 통계적으로 유의적으로 낮았다(Table 2).
- 마로부터 전분의 추출조건을 확립하기 위해 아스코르브산, 메타중아황산나트륨, 탄산수소나트륨 및 탄산나트륨을 전분추출용액으로 하여 추출된 전분의 추출수율과 물리화학적 특성을 조사하였다. 증류수를 이용하여 마로부터 전분을 추출할 경우 추출수율은 본 연구에서 적용한 전분추출용액을 사용할 때의 약 30%수준으로 매우 낮았으며, 전분추출과정 중 갈변현상의 발생으로 최종적인 마 전분이 회백색을 띄어 전분소재로 적합하지 않았다. 마 전분의 추출수율은 전분추출용액에 따라 통계적으로 유의성은 없었으나 탄산수소나트륨 용액을 사용한 경우 가장 높았으며, 아스코르브산 용액을 사용한 경우가 다음으로 높은 추출수율을 나타내었다.
- 한편 아스코르브산과 메타중아황산나트륨 용액들(산성 전분추출용액)에 의한 마 전분들은 조단백질과 아밀로오스 함량, 상대적결정도, 팽윤력에 있어 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았으나(Table 1과 2) 페이스팅 점도 프로파일과 특성치들은 메타중아황산나트륨 용액에 의한 마 전분이 아스코르브산에 의한 것보다 유의적으로 높았다(Fig. 1과 Table 4). 유사하게 탄산수소나트륨과 탄산나트륨 용액들(염기성 전분추출용액)에 의한 마 전분들의 아밀로오스 함량, 상대적 결정도, 팽윤력은 통계적으로 유의적이지 않았지만(Table 1과 2) 페이스팅 점도 프로파일과 특성치들은 탄산나트륨 용액에 의한 마 전분이 탄산수소나트륨 용액에 의한 것보다 유의적으로 높았다(Fig.
- 전반적으로 탄산나트륨용액에 의한 마 전분의 호화개시온도와 아스코르브산 용액에 의한 마 전분의 호화종결온도를 제외하고 마 전분들의 호화온도는 통계적으로 유사한 것 같다. 한편 호화엔탈피는 산성 전분추출용액들에 의한 마 전분들이 염기성 전분추출용액에 의한 것들보다 유의적으로 높은 수준을 나타내었다. 이러한 결과는 상대적 결정도(Table 2)에 제시된 것처럼 염기성 전분추출용액에 의해 마 전분의 결정구조가 부분적으로 손상되었기 때문인 것 같다.
후속연구
- 따라서 아스코르브산과 탄산수소나트륨 용액들이 마 분쇄물로부터 전분입자들의 유출에 대한 마의 점질성 뮤신의 방해효과를 최소화시키기 때문에 높은 전분 추출수율을 나타내는 것으로생각된다. 한편 전분추출용액을 달리하여 제조된 마 전분들은 본연구에서 채택된 분석법과 동일한 방법으로 정량된 서류전분(고구마 및 감자)의 총 전분 함량들(Abegunde 등, 2013; Kim과 Kim, 2015)과 유사하여 전분 소재로서 활용이 가능할 것으로 생각된다.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.