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타피오카와 겉보리 혼합원료의 당화 및 알코올 발효의 특성 연구
Saccharification and alcohol fermentation characteristics of a mixture of tapioca and hulled barley 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.51 no.1, 2019년, pp.18 - 23  

김선혜 (서울과학기술대학교 식품공학과) ,  오종수 (서울과학기술대학교 식품공학과) ,  강성태 (서울과학기술대학교 식품공학과)

초록
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알코올 발효에 이용되는 타피오카와 겉보리 혼합원료의 효소당화액을 제조하여 알코올 발효 특성을 조사하였다. 타피오카와 겉보리 혼합원료를 내열성 액화효소인 Spezyme Fred를 0.04% 사용하여 액화하고 글루코아밀레이스(G), 단백질가수분해효소(P), 베타글루칸 가수분해효소(B)를 혼합한 당화효소제(GPB)를 사용하여 당화하였다. 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)를 $50^{\circ}C$에서 150분간 당화하였을 때 당화액의 포도당 함량은 11.9%였고 점도는 26 cp로 나타났다. 베타글루칸 가수분해효소(B)의 첨가는 당화액의 포도당 수율의 증가와 점성의 저하에 도움을 주었다. 타피오카와 겉보리의 혼합비율을 7:3(w/w)으로 하였을 때 다른 비율의 당화액에 비하여 점도가 낮으며 포도당 함량이 높게 나타났다. 타피오카와 겉보리 혼합원료에 300%의 가수량으로 확립된 조건에서 당화하고 $30^{\circ}C$에서 72시간 알코올 발효를 수행한 결과 타피오카와 겉보리 혼합원료를 이용한 알코올 발효에 적합한 발효액의 알코올 및 포도당 함량은 각각 9.0과 0.02%였고, pH와 산도는 각각 pH 4.3과 0.3%이었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

An enzymatically saccharified tapioca and hulled barley (TB) raw mixed solution was used to examine alcohol fermentation characteristics. The TB mixture was liquefied with 0.04% ${\alpha}-amylase$ "Spezyme-Fred" and saccharified using an enzyme mixture (GPB), which consisted of glucoamyla...

주제어

표/그림 (11)

AI 본문요약
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제안 방법

  • A로 액화된 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)에 GBP를 0.3% 첨가하여 50°C에서 당화시키고 시간 경과에 따른 당화액의 포도당 및 점성을 분석하였다(Fig. 2).
  • A로 액화된 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)에 GPB를 0.3% 첨가하여 당화 온도가 당화액의 점성과 포도당 함량에 미치는 영향을 조사하였다. 포도당 함량은 당화 전 액화액은 0.
  • A로 액화된 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)의 당화공정에서 효소제 혼합이 당화에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 3). 타피오카와 겉보리의 β-glucan의 함량을 분석한 결과, 타피오카와 겉보리의 β-glucan 함량은 각각 0.
  • 원료 사용량 대비 가수량에 따른 영향은 가수량을 150%에서 500%(w/w)로 조절하여 첨가하고 액화 및 당화, 그리고 알코올 발효시킨 후 전체 가수량을 500%로 조정하여 여과 후 분석하였다. GPB의 사용량이 알코올발효에 미치는 영향은 타피오카와 겉보리를 액화한 후 당화효소제인 G 0.24%, P 0.04% 그리고 B 0.01%로 구성된 GPB를 혼합원료의 무게 대비 0.1%에서 0.8%(w/w)까지 첨가한 후 당화하고 알코올 발효 후 분석하였다.
  • 3%의 GPB를 첨가하여 50°C에서 150분 동안 반응시켰다. 당화가 끝난 당화액의 점성과 포도당 함량의 변화를 조사하였다.
  • 당화액 및 알코올 발효액의 포도당 정량은 포도당 측정 kit(KGLUC, Megazyme)를 사용하였으며 UV/Vis 분광광도계(U-1900, HITACHI)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 타피오카와 겉보리 단독 및 혼합원료의 당화액의 점성은 Shin 등(2016)의 방법을 따라 spindle 61이 장착된 회전점성계(LVDV-E, Brookfield, Toronto, Canada)를 사용하여 100 rpm에서 측정하였다.
  • 본 연구에서는 타피오카와 겉보리를 혼합한 녹말질 원료에 대하여 글루코아밀레이스(G), 단백질가수분해효소(P), 베타글루칸 가수분해효소(B) 등 복합효소를 사용한 당화를 시도하고 온도와 시간 등 당화조건을 확립하는 한편 타피오카와 겉보리 혼합원료의 당화를 위한 복합효소의 영향, 타피오카와 겉보리 비율의 영향을 조사하였다. 또한 알코올 발효를 수행하기 위한 효소농도 및 당화액에 대한 가수량의 영향, 제조된 효소 당화액의 알코올 수율 향상에 미치는 영향을 평가하였다.
  • 발효액을 거름종이(MN614, 1/4, φ 320 mm, Macherey-Nagel, Duren, Germany)로 여과하고 여과액을 사용하여 알코올, 포도당, pH, 그리고 총산도를 분석하였다.
  • 베타글루칸은 β-glucan 측정 kit (K-BGLU, Megazyme, Chicago, IL, USA)으로 효소 분해 후 UV/Vis 분광광도계(U-1900, HITACHI, Tokyo, Japan)로 510 nm에서 흡광도를 측정하여 kit 분석법으로 계산하여 산출하였다.
  • 본 연구에서는 타피오카와 겉보리를 혼합한 녹말질 원료에 대하여 글루코아밀레이스(G), 단백질가수분해효소(P), 베타글루칸 가수분해효소(B) 등 복합효소를 사용한 당화를 시도하고 온도와 시간 등 당화조건을 확립하는 한편 타피오카와 겉보리 혼합원료의 당화를 위한 복합효소의 영향, 타피오카와 겉보리 비율의 영향을 조사하였다.
  • 분쇄한 타피오카 70 g과 겉보리 30 g을 mashing machine (BGT8AH, Beijing DZT Brew Technology, Hangzhou, China)의 스테인리스강 비이커에 넣고 360% (w/w)로 가수한 후 액화효소제(A)를 혼합원료 100 g 대비 50 mg (0.05%)을 첨가하여 90°C에서 30분 동안 액화하였다.
  • 8%로 측정되었다. 수분함량은 적외선수분측정기(FD-720, Korea Kett Co., Seoul, Korea)을 사용하여 시료 5 g을 넣어 수분을 측정하였고, 타피오카 12.9%, 겉보리 11.9%로 측정되었다.
  • 알코올 발효에 이용되는 타피오카와 겉보리 혼합원료의 효소 당화액을 제조하여 알코올 발효 특성을 조사하였다. 타피오카와 겉보리 혼합원료를 내열성 액화효소인 Spezyme Fred를 0.
  • 05%)을 첨가하여 90°C에서 30분 동안 액화하였다. 액화시킨 혼합원료에 G 0.24%, P 0.04%, 그리고 B 0.01%로 구성된 당화효소제(GPB)를 0.30% 첨가하고 온도와 시간을 달리하여 당화하였다.
  • 발효액을 거름종이(MN614, 1/4, φ 320 mm, Macherey-Nagel, Duren, Germany)로 여과하고 여과액을 사용하여 알코올, 포도당, pH, 그리고 총산도를 분석하였다. 원료 사용량 대비 가수량에 따른 영향은 가수량을 150%에서 500%(w/w)로 조절하여 첨가하고 액화 및 당화, 그리고 알코올 발효시킨 후 전체 가수량을 500%로 조정하여 여과 후 분석하였다. GPB의 사용량이 알코올발효에 미치는 영향은 타피오카와 겉보리를 액화한 후 당화효소제인 G 0.
  • 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)를 사용하였을 때 GPB를 이용한 알코올 발효 과정에서 가수량에 따른 영향을 조사하였다. 액화 시 혼합원료 무게 대비 가수량을 150%에서 500% (w/w)으로 조절하여 액화하고 GPB를 첨가하여 50°C에서 당화시킨 후 60시간 동안 30°C에서 알코올 발효를 수행하여 알코올 발효액의 알코올 농도와 포도당 농도를 Fig.
  • 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)의 GPB를 이용한 알코올 발효를 위해 원료 대비 300% (w/w)의 가수량에 GPB를 0.4%(w/w) 가하고, 발효배지 대비 건조 효모 0.03% (w/w)를 접종하여 발효시간에 따른 알코올 함량 및 포도당의 변화(Fig. 9)와 pH 및 총산도의 변화(Fig. 10)를 조사하였다. 알코올 함량은 발효 0, 12, 24, 36, 48, 60, 72와 84시간에 각각 0, 0.
  • 알코올 발효에 이용되는 타피오카와 겉보리 혼합원료의 효소 당화액을 제조하여 알코올 발효 특성을 조사하였다. 타피오카와 겉보리 혼합원료를 내열성 액화효소인 Spezyme Fred를 0.04% 사용하여 액화하고 글루코아밀레이스(G), 단백질가수분해효소(P), 베타글루칸 가수분해효소(B)를 혼합한 당화효소제(GPB)를 사용하여 당화하였다. 타피오카와 겉보리 혼합원료(7:3, w/w)를 50°C에서 150분간 당화하였을 때 당화액의 포도당 함량은 11.
  • 타피오카와 겉보리 혼합원료에 가수량을 300% (w/w)로 조절하여 액화하고 GPB의 사용량을 0.1-0.8% (100-800 mg, w/w)로 가하여 50°C에서 150분 동안 당화한 후 알코올 발효를 60시간 동안 30°C에서 수행하였다.
  • 타피오카와 겉보리 혼합원료의 당화에 가장 적절한 사용비율을 조사하였다(Fig. 4). 타피오카 100% 사용 시 포도당 함량이 15.
  • 타피오카와 겉보리 혼합원료의 당화효소제의 영향을 조사하기 위하여 G, P, B, 그리고 H를 혼합원료 100 g에 대하여 각각 240mg (0.24%), 40 mg (0.04%), 10 mg (0.01%), 그리고 10 mg(0.01%)를 사용하는 G, GP, GPB, 그리고 GPBH 네 가지로 조합하여 첨가한 후 50°C에서 150분 동안 당화시켰다.
  • 타피오카와 겉보리의 당화액을 30°C로 냉각시키고 건조효모를 발효 배지의 0.03% (w/v)로 접종한 후 30°C의 진탕항온배양기에서 60시간 동안 알코올 발효시켰다.
  • 타피오카와 겉보리의 사용비율에 따른 영향을 조사하기 위하여 타피오카와 겉보리를 1:9, 3:7, 5:5, 7:3, 그리고 9:1 (w/w)의 비율로 혼합한 후 0.05%의 액화효소제(A)를 첨가하여 액화시키고 0.3%의 GPB를 첨가하여 50°C에서 150분 동안 반응시켰다.

대상 데이터

  • 본 실험에 사용된 타피오카는 (주)화이트진로(Seoul, Korea)에서 제공받아 사용되었고, 겉보리는 인터넷에서 구매(Minganetonghulledbarley, Daegu, Korea) 후 방앗간에서 분쇄하여 사용하였다.녹말함량은 DNS법(Kim 등, 2016)을 사용하여 측정되었고 녹말함량은 타피오카 74.
  • 본 실험에서 사용된 액화효소제는 내열성 알파아밀레이스인 Spezyme Fred (A, from Bacilllus licheniformis, Genencor, Rochester, NY, USA)를 사용하였고, 당화효소제는 글루코아밀레이스(G, from Aspergillus niger, Sinobios, Shanghai, China), 단백질가수분해효소(P, Prozyme NP, from Bacillus licheniformis, BisionCo., Seoul, Korea), 베타글루칸 가수분해효소(B, Brewmax L,Bision Co., Seoul, Korea), 헤미셀룰로스 가수분해효소(H, Brewmax Super, Bision Co., Seoul, Korea)를 사용하였다.
  • 사용균주 본 실험에서 사용된 알코올 발효 균주는 Saccharomyces cerevisiae 기원의 건조 효모 제품인 Ethanol Red (Batch. 61197/1, Fermentis, Marcq-en-Baroeul, France)를 발효배지의 0.03% (w/v)로 동일하게 사용하였다.

데이터처리

  • 실험결과는 3회 반복측정한 후 평균±표준편차로 나타내었다.

이론/모형

  • 본 실험에 사용된 타피오카는 (주)화이트진로(Seoul, Korea)에서 제공받아 사용되었고, 겉보리는 인터넷에서 구매(Minganetonghulledbarley, Daegu, Korea) 후 방앗간에서 분쇄하여 사용하였다.녹말함량은 DNS법(Kim 등, 2016)을 사용하여 측정되었고 녹말함량은 타피오카 74.6%, 겉보리 55.8%로 측정되었다. 수분함량은 적외선수분측정기(FD-720, Korea Kett Co.
  • 당화액 및 알코올 발효액의 포도당 정량은 포도당 측정 kit(KGLUC, Megazyme)를 사용하였으며 UV/Vis 분광광도계(U-1900, HITACHI)를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 타피오카와 겉보리 단독 및 혼합원료의 당화액의 점성은 Shin 등(2016)의 방법을 따라 spindle 61이 장착된 회전점성계(LVDV-E, Brookfield, Toronto, Canada)를 사용하여 100 rpm에서 측정하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
타피오카는 무엇인가? 타피오카(Monihot esculenta)는 주로 열대지방에서 자라는 작물로 남미지역이 최대 원산지이며, cassava, mandioca, manioca 또는 yuca 등의 이름으로 통용되고 있다. 타피오카는 주로 뿌리를 사용하고 건조 시 건물의 약 75%가 전분으로 구성되어 주정 원료로 널리 사용되고 있다(Rhee 등, 1976; Chee, 1986).
주정의 원료 중 탄수화물 원료는 무엇이 있는가? 주정의 원료는 크게 탄수화물 원료, 녹말질 원료, 섬유질 원료로 나누어진다. 탄수화물 원료로는 사탕무우, 사탕수수, 당밀 등이 있다. 1983년부터 공해문제로 주정원료로 당밀을 사용하지 않고, 타피오카(tapioca)를 태국 등 동남아에서 수입하여 발효용 원료로 사용하고 있다(Park 등, 2005).
주정의 원료 중 녹말질 원료의 종류는 무엇이 있는가? 1983년부터 공해문제로 주정원료로 당밀을 사용하지 않고, 타피오카(tapioca)를 태국 등 동남아에서 수입하여 발효용 원료로 사용하고 있다(Park 등, 2005). 녹말질 원료로는 녹말을 다량 함유하는 고구마, 감자 등의 서류와 쌀, 보리, 밀, 옥수수, 수수 등의 곡류가 있고, 섬유질 원료는 목재 및 농산 폐기물 등의 섬유소를 이용한다. 그러나 섬유질 원료는 저렴하고 풍부하나 강산, 고압 하에 당화가 필요하고 섬유소를 쉽게 분해하는 효소(cellulase)의 개발이 요구되어 상업적으로 사용되기 어렵다(Chang과 Holtzapple, 2000).
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