[논문]Faba bean 가루 및 녹말의 열역학적 특성과 물리화학적 특성

김희윤; 최요한; 조은정; 백무열; 최현욱

doi:10.9721/kjfst.2020.52.4.409

Faba bean 가루 및 녹말의 열역학적 특성과 물리화학적 특성
Thermal and physiochemical properties of faba bean (Vicia faba L.) flour and starch 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.52 no.4, 2020년, pp.409 - 414

김희윤 (경희대학교 생명공학원 식품생명공학과) , 최요한 (경희대학교 생명공학원 식품생명공학과) , 조은정 (경희대학교 생명공학원 식품생명공학과) , 백무열 (경희대학교 생명공학원 식품생명공학과) , 최현욱 (전주대학교 바이오기능성식품학과)

초록
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시중에 분쇄된 상태로 판매되는 CFBF와 faba bean 원물을 직접 분쇄하여 제조한 FBF, 그리고 분쇄한 faba bean 가루에서 알칼리 추출법으로 추출한 FBS의 물리화학적 특성을 확인하였다. FBS의 녹말 입자는 타원형에 표면에 갈라짐이 있으며 CFBF와 FBF는 일정하지 않은 크기의 입자를 보였다. FBS는 상대적으로 낮은 용해도와 겉보기 점도를 보여주었다. CFBF와 FBF는 호화 특성을 나타내지 못한 반면 FBS는 비교적 낮은 trough와 높은 setback값의 호화 특성을 보여주어 차이를 나타냈다. FBS의 호화 엔탈피는 12.9 J/g으로 CFBF와 FBF 보다 높은 값을 나타내었다. 상대결정화도에서도 역시 FSB가 CFBF와 FBF와 비교하여 상대적으로 높은 값을 나타내었다. CFBF와 FBF는 여러 실험들의 결과에서 서로 크게 차이 나지 않고 비슷한 경향의 특성을 확인하였으나 FBS는 CFBF, FBF와는 크게 다른 물리화학적 특징들을 보였다. 이는 서로 다른 단백질 함량 때문이라 판단된다. FBS는 녹말 추출을 위하여 NaOH 용액을 이용하여 단백질을 제거하여 단백질 함량이 CFBF, FBF와 비교했을 때 상당히 낮고 단백질을 제거하기 위한 공정 중 녹말의 변화가 있으며 CFBF와 FBF의 단백질은 녹말과 수분의 반응에 관여하여 물리화학적 특성에 영향을 끼쳤다고 판단되었다. 한국에서는 faba bean 가루와 녹말을 다양하게 사용하고 있지 않은데 이 연구의 결과는 식품산업에 faba bean을 적용하기 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

In this study, we conducted a physiochemical property analysis using commercial faba bean flour (CFBF), faba bean flour (FBF), and faba bean starch (FBS). We observed that the FBS granules were elliptical and cracked on the surface. Moreover, FBS showed significantly lower solubility and apparent viscosity than FBF and CFBF. With respect to the pasting properties, FBS exhibited a peak viscosity of 1349.3 cP at 94.8℃ and a breakdown of 42.7 cP, whereas FBF and CFBF displayed no pasting properties. The FBS gelatinization enthalpy (12.9 J/g) was relatively high compared with the values obtained for FBF and CFBF (5.9 and 4.6 J/g, respectively). The FBS X-ray diffraction patterns showed a C-type pattern with peaks at diffraction angle (2θ) of 5.9°, 15.2°, 17.3°, and 23.1°, which were the same in FBF and CFBF with relatively low peak intensity. These results represent basic data for using faba bean as a food material.

주제어

표/그림 (7)

그림 Fig. 1. Morphology of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch); CFBF (SEM ×1500) (A), FBF (SEM ×1500) (B), FBS (SEM ×1000) (C), FBS (PM ×400) (D)
표 Table 1. Chemical composition and amylose content of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)
표 Table 2. Solubility and swelling power of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)
표 Table 3. Pasting properties of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)
표 Table 4. Thermal properties of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)
그림 Fig. 2. Apparent viscosity of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch).
$Fig. 3. X-ray diffraction pattern of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)$ 그림 Fig. 3. X-ray diffraction pattern of CFBF (Commercial faba bean flour), FBF (faba bean flour) and FBS (faba bean starch)

AI 본문요약
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문제 정의

지금까지 많은 연구들이 옥수수나 쌀, 밀, 타로(taro), 강두(cowpea) 등 다양한 식물 소재의 가루와 녹말의 이화학 성질에 대해 진행되었으나 faba bean 가루와 faba bean 녹말의 이화학적 특성 차이에 대한 연구는 부족한 실정이다(Aboubakar 등 2008; Adebooye와 Singh 2008; Blazek과 Copeland 2008). 따라서 본 연구에서는 새로운 식품 소재로서 faba bean 가루와 녹말의 물리 화학적 특성과 열역학적 특성을 비교 분석하여 식품산업에서 faba bean 가루와 녹말의 이용방법을 찾고자 하였다.

제안 방법

2 g I₂, 2 g KI/ 100 mL 증류수) 2 mL를 추가로 넣고, 증류수를 이용해 총 용량을 100 mL로 맞춘다. 15분의 반응시간 후 Spectrophotometer (UV-1200, Labentech, Incheon, Korea)를 이용해 635 nm에서 흡광도를 측정하여 아래와 같은 식을 이용해 Amylose 함량을 결정하였다.
FBS 입자 관찰은 시료를 증류수에 분산시켜 광학현미경(BX40, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)을 이용하여 편광렌즈를 사용해 녹말 입자의 복굴절성을 확인하였다. CFBF, FBF, FBS 입자의 표면 관찰은 주사전자현미경(SEM, 15 kV, Hitachi TM3000, Tokyo, Japan)을 이용하였고, 알루미늄 스터브에 시료를 올리고 코팅 기계(MCM-200 Ion Sputter Coater, Suwon, Korea)를 이용해 금 분말 코팅 후 주사전자현미경으로 3 kV의 가속전압을 이용해 관찰하였다
FBS 입자 관찰은 시료를 증류수에 분산시켜 광학현미경(BX40, Olympus Corporation, Tokyo, Japan)을 이용하여 편광렌즈를 사용해 녹말 입자의 복굴절성을 확인하였다. CFBF, FBF, FBS 입자의 표면 관찰은 주사전자현미경(SEM, 15 kV, Hitachi TM3000, Tokyo, Japan)을 이용하였고, 알루미늄 스터브에 시료를 올리고 코팅 기계(MCM-200 Ion Sputter Coater, Suwon, Korea)를 이용해 금 분말 코팅 후 주사전자현미경으로 3 kV의 가속전압을 이용해 관찰하였다
2018년 한국원자력연구원에서 재배 및 수확한 faba bean (Jeongeup, Korea)을 제공받아 실험에 사용하였다. Faba bean을 세척 후 blender (HC-BL5000, Happycall, Gimhae, Korea)로 곱게 갈아, 100 mesh체를 이용해 faba bean 가루(faba bean flour, FBF) 로 사용했고, 알칼리 추출법을 이용해 FBF로부터 녹말을 추출하여 faba bean 녹말(faba bean starch, FBS)로 사용하였다. 대조군으로 시중에서 구입한 faba bean 가루(Commercial faba bean flour, CFBF, HOMECRAFT Pulse 3101 Flour, Ingredion Co.
Reference로 빈 알루미늄 팬을 사용하여 To (onset temperature), Tp (peak temperature), Tc (conclusion temperature), ΔH (gelatinization enthalpy)를 측정하였다.
가열을 통한 온도의 변화 없이 상온에서 현탁액의 점도를 측정, 비교하기 위해 겉보기 점도를 측정하였다. CFBF, FBF, FBS의 겉보기 점도는 각각 22.
, Waltham, MA, USA)분석을 실시하였다. 수분함량 75%로 제조한 시료 15-20 mg을 알루미늄 팬에 담아 밀봉한 후, 30℃에서 110℃까지 분당 10℃의 속도로 가열하여 분석하였다. Reference로 빈 알루미늄 팬을 사용하여 To (onset temperature), Tp (peak temperature), Tc (conclusion temperature), ΔH (gelatinization enthalpy)를 측정하였다.
시료 0.5 g을 30 mL의 증류수와 혼합하여 현탁액을 제조하고, 30, 60, 65, 90℃의 항온 수조에서 30분간 열을 가하고, 3000 rpm으로 30분 동안 원심 분리하였다. 상등액은 105℃에서 24시간 동안 건조시켜 가용성 성분의 무게를 측정하였고, 침전물은 그대로 무게를 측정하였다.
, Warriewood, Australia)를 이용한 점도 분석을 실시하였다. 시료 2.5 g (건량 기준)과 증류수를 이용하여 총 무게를 28 g으로 맞춘 후, 플라스틱 회전축을 이용해 교반하며 점도를 측정하였고, 측정 중 시료를 가열, 냉각시켰다. 시료를 50℃로 2분간 유지한 후, 95℃까지 분당 10℃의 속도로 시료를 가열하였고, 5분간 95℃를 유지하였다가 분당 9 ℃의 속도로 50℃까지 냉각시킨 후 2분간 유지하여 peak viscosity (PV), trough viscosity (TV), breakdown (BD), final viscosity (FV), setback (SB)을 측정하였다.
5 g (건량 기준)과 증류수를 이용하여 총 무게를 28 g으로 맞춘 후, 플라스틱 회전축을 이용해 교반하며 점도를 측정하였고, 측정 중 시료를 가열, 냉각시켰다. 시료를 50℃로 2분간 유지한 후, 95℃까지 분당 10℃의 속도로 시료를 가열하였고, 5분간 95℃를 유지하였다가 분당 9 ℃의 속도로 50℃까지 냉각시킨 후 2분간 유지하여 peak viscosity (PV), trough viscosity (TV), breakdown (BD), final viscosity (FV), setback (SB)을 측정하였다.
시료의 pasting 특성을 알아보기 위해 Rapid visco analyzer (RVA-3D, Newport Scientific Pty. Ltd., Warriewood, Australia)를 이용한 점도 분석을 실시하였다. 시료 2.
시료의 겉보기 점도는 Brookfield viscometer (RVDV-II+PRO, Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, MA, USA)로 측정하였다. 10% (w/v) 증류수 현탁액 200 mL를 제조 후 No.
수분함량, 조단백, 조지방, 조회분 함량은 각각 105^oC 건조오븐법, Kjeldahl 방법, Soxhlet 추출법, 건식 ashing 방법을 사용하여 분석하였다. 시료의 아밀로오스 함량은 Morison과 Kaignelet (1983)의 방법을 변형하여 측정하였다. Test tube에 100 mg의 시료와 10 mL의 UDMSO (6 M urea 수용액과 DMSO의 혼합액(1:9 (w/w)))를 넣은 후 끓는 물에서 15분간 잘 흔들며 가열한 후, 100℃ 드라이 오븐에서 45분간 더 가열한다.
시료의 열역학적 특성을 알아보기 위해 시차주사열량기(DSC 4000, Perkin Elmar Inc., Waltham, MA, USA)분석을 실시하였다. 수분함량 75%로 제조한 시료 15-20 mg을 알루미늄 팬에 담아 밀봉한 후, 30℃에서 110℃까지 분당 10℃의 속도로 가열하여 분석하였다.
시중에 분쇄된 상태로 판매되는 CFBF와 faba bean 원물을 직접 분쇄하여 제조한 FBF, 그리고 분쇄한 faba bean 가루에서 알칼리 추출법으로 추출한 FBS의 물리화학적 특성을 확인하였다. FBS의 녹말 입자는 타원형에 표면에 갈라짐이 있으며 CFBF와 FBF는 일정하지 않은 크기의 입자를 보였다.

대상 데이터

2018년 한국원자력연구원에서 재배 및 수확한 faba bean (Jeongeup, Korea)을 제공받아 실험에 사용하였다. Faba bean을 세척 후 blender (HC-BL5000, Happycall, Gimhae, Korea)로 곱게 갈아, 100 mesh체를 이용해 faba bean 가루(faba bean flour, FBF) 로 사용했고, 알칼리 추출법을 이용해 FBF로부터 녹말을 추출하여 faba bean 녹말(faba bean starch, FBS)로 사용하였다.
Faba bean을 세척 후 blender (HC-BL5000, Happycall, Gimhae, Korea)로 곱게 갈아, 100 mesh체를 이용해 faba bean 가루(faba bean flour, FBF) 로 사용했고, 알칼리 추출법을 이용해 FBF로부터 녹말을 추출하여 faba bean 녹말(faba bean starch, FBS)로 사용하였다. 대조군으로 시중에서 구입한 faba bean 가루(Commercial faba bean flour, CFBF, HOMECRAFT Pulse 3101 Flour, Ingredion Co., Westchester, IL, USA)를 사용하였다.

데이터처리

모든 실험은 최소 3회 이상 반복 측정한 다음 SAS (version 9.1.3, SAS Institute INC., Cary, NC, USA) 통계 프로그램을 이용하여 5% 유의 수준에서 Duncan’s multiple range test로 평균 간의 다중 비교를 실시하였다.
통계분석은 ANOVA를 이용하여 분석을 하였다. 모든 실험은 최소 3회 이상 반복 측정한 다음 SAS (version 9.

이론/모형

CFBF, FBF, FBS의 chemical composition은 한국 식품 규격 Codex의 방법을 사용하여 측정하였다. 수분함량, 조단백, 조지방, 조회분 함량은 각각 105^oC 건조오븐법, Kjeldahl 방법, Soxhlet 추출법, 건식 ashing 방법을 사용하여 분석하였다.
FBF로부터 FBS를 분리하기 위하여 알칼리 침지법을 이용하였다. 200 g의 FBF를 1 L의 0.
X선 회절도는 시료의 결정구조와 상대적 결정화도를 분석하기 위해 X-ray diffractometer (D8 Advance, Bruker AXS GmbH, Karlsruhe, Germany)에 의해 Cu-Kα을 X-ray원으로 하여 40 kV와 300 mA의 조건에서 0.02º 2θ 회절 간격으로 5-40º(2θ)까지 3º/ min으로 X선 회절도를 조건으로 측정하였으며, Nara와 Komiya (1983)의 방법을 이용해 아래와 같이 상대결정화도를 계산하였다.
CFBF, FBF, FBS의 chemical composition은 한국 식품 규격 Codex의 방법을 사용하여 측정하였다. 수분함량, 조단백, 조지방, 조회분 함량은 각각 105^oC 건조오븐법, Kjeldahl 방법, Soxhlet 추출법, 건식 ashing 방법을 사용하여 분석하였다. 시료의 아밀로오스 함량은 Morison과 Kaignelet (1983)의 방법을 변형하여 측정하였다.

성능/효과

CFBF, FBF, FBS의 일반성분 및 아밀로오스 함량을 분석한 결과를 Table 1에 나타냈다. CFBF, FBF, FBS의 수분함량은 10.5, 7.6, 5.4%, 조지방함량은 2.0, 1.7, 3.0%, 조단백함량은 28.3, 25.6, 0.9%로 FBS의 경우 NaOH를 사용하여 알칼리 침지법으로 녹말을 분리하였기 때문에 매우 낮은 조단백함량을 보였다. 아밀로오스 함량의 경우 14.
상대결정화도에서도 역시 FSB가 CFBF와 FBF와 비교하여 상대 적으로 높은 값을 나타내었다. CFBF와 FBF는 여러 실험들의 결과에서 서로 크게 차이 나지 않고 비슷한 경향의 특성을 확인하였으나 FBS는 CFBF, FBF와는 크게 다른 물리화학적 특징들을 보였다. 이는 서로 다른 단백질 함량 때문이라 판단된다.
FBS는 상대적으로 낮은 용해도와 겉보기 점도를 보여주었다. CFBF와 FBF는 호화 특성을 나타내지 못한 반면 FBS는 비교적 낮은 trough와 높은 setback값의 호화특성을 보여주어 차이를 나타냈다. FBS의 호화 엔탈피는 12.
5%로 관찰되었다. FBS의 아밀로오스 함량도 조단백함량과 마찬가지로 FBF에서 녹말만 분리해 내는 과정으로 인하여 가장 많은 비율의 아밀로오스 함량이 관찰되었다. FBS의 아밀로오스 함량은 Chung 등(2009)에서 관찰한 pea, lentil 녹말(35.
또한 상대적 결정화도는 14.02% (CFBF), 13.35% (FBF), 20.83% (FBS)로 FBS에서 상대적으로 더 높게 증가한 값을 나타냈다. FBS의 결정화도는 알칼리법으로 녹말을 분리하는 과정에서 증가한 것으로 Israkarn 등(2014)에 따르면 녹말을 분리하기 위한 알칼리 처리 후 중화 및 수세 과정에서 아밀로오스의 급격한 감소가 일어나고 40℃에서 열풍 건조하는 동안 아밀로펙틴 double-helix가 재배열이 되어 native녹말보다 알칼리법으로 단백질을 제거한 녹말의 상대결정화도가 증가한다고 보고하였다.
모든 시료의 X-ray 회절도는 일반적인 두류 녹말에서 나타나는 5.9º, 15.2º, 17.3º, 23.1º에서 peak가 관찰되는 C-type crystal pattern을 나타내었다(Fig. 2).
FBS는 모든 온도조건에서 다른 두 시료에 비해 현저히 낮은 용해도를 보였다. 팽윤력은 모든 시료에서 온도가 증가함에 따라 증가하였는데, 65℃에서의 팽윤력과 90℃에서의 팽윤력 간에 각 시료 별로 5.37% (CFBF), 6.27% (FBF), 8.08% (FBS)의 차이를 나타냈다. FBS가 다른 두 시료에 비해 상대적으로 큰 차이를 보인 이유는 팽윤 온도가 FBS의 호화개시 온도 이상으로 올라감에 따라 FBS가 호화되며 빠르게 수화되고, 더 많은 물이 입자 내부로 침투되었기 때문이고 CFBF와 FBF도 온도가 증가함에 따라 구성성분 중 녹말 입자의 호화에 의해 팽윤력이 증가하지만 녹말의 함량이 FBS보다 적고, 온도가 올라감에 따라 구성성분중 단백질의 변성 등으로 흡습력이 떨어져 증가율이 상대적으로 낮게 나타난 것으로 보인다.
FBS의 녹말 입자는 타원형에 표면에 갈라짐이 있으며, Ambigaipalan 등(2011)의 연구 결과에서 관찰한 faba bean 녹말의 입자와 동일한 형상을 보였다. 편광현미경으로 관찰하기 위하여 물에 팽윤시켰을 때에도 녹말의 입자를 그대로 유지하였으며 호화 되지 않은 녹말에서 가장 흔하게 볼 수 있는 특징인 복굴절성을 보였다. CFBF와 FBF는 SEM을 통해 관찰하였는데 서로 비슷한 형상을 보였으며 일정하지 않은 크기의 입자를 보였다.

후속연구

FBS는 녹말 추출을 위하여 NaOH 용액을 이용하여 단백질을 제거하여 단백질 함량이 CFBF, FBF와 비교했을 때 상당히 낮고 단백질을 제거하기 위한 공정 중 녹말의 변화가 있으며 CFBF와 FBF의 단백질은 녹말과 수분의 반응에 관여하여 물리화학적 특성에 영향을 끼쳤다고 판단되었다. 한국에서는 faba bean 가루와 녹말을 다양하게 사용하고 있지 않은데 이 연구의 결과는 식품산업에 faba bean을 적용하기 위한 기초자료로 사용될 수 있을 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	콩이란?	콩은 Fabaceae 또는 Leguminosae과에 속하는 식물의 총칭으로 콩과 식물은 18,000종 이상이 있으며, 그 중 사람이 이용하는 것은 극히 일부이다. Faba bean (Broad bean, Vicia faba L.
	faba bean이 전 세계 콩 생산량에서 차지하는 비율은?	)은 북아프리카가 원산지인 두류 작물로 전세계적으로 자생하지만 주로 중국과 이집트, 에티오피아와 중앙아시아 등지에서 재배되며 사료로 사용되거나 볶음이나 튀김, 고물로 만들어 먹는다. 또한 faba bean은 중앙아시아 등지에서 중요한 단백질 생산 원료로 사용되며 전세계 콩 생산량의 7.6%를 차지한다(FAO, 2001). 잠두중독증(Favism)은 사람에게 급성 용혈성 빈혈을 일으키는 유전에 따른 질병이며 주로 지중해 연안 지역과 북아프리카, 중앙아시아 등에서 보고되며, 우리나라를 포함한 동북아 지역에서는 많이 나타나지 않는다.
	발아한 Faba bean은 비만 유도 쥐에게 어떠한 효과를 나타내는가?	또한 faba bean에 함유된 LDOPA는 파킨슨병에 효능을 가진 물질로, Rabey 등(1993)에 따르면 faba bean의 섭취가 혈중 L-DOPA 농도를 높이는데 도움이 되며, 이는 경증 파킨슨병 환자들에게 효과가 있다고 하였다. AlMasri (2015)에 따르면 발아한 faba bean은 비만 유도 쥐에게 항비만 효과를 가진다고 보고 하였다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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