초록 ▼

Ⅳ. 연구개발결과
1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발
보리의 단백질, 전분, 베타글루칸을 추출하여 새로운 식품소재로 개발하기 위해서는 이들 성분들을 많이 함유하는 품종을 위주로 선발하고자 하였다. 본 연구에서는 단백질 소재개발용품종으로는 대안찰을 전분소재 개발용 품종으로는 다송을 베타글루칸 소재 개발용 품종으로는 조아찰을 선발하였다. 질소시비 함량이 증가할수록 모든 품종에서 단백질 함량은 증가하였으며 전분함량은 질소시비 함량이 증가할수록 다소 감소하는 경향을 나

Ⅳ. 연구개발결과
1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발
보리의 단백질, 전분, 베타글루칸을 추출하여 새로운 식품소재로 개발하기 위해서는 이들 성분들을 많이 함유하는 품종을 위주로 선발하고자 하였다. 본 연구에서는 단백질 소재개발용품종으로는 대안찰을 전분소재 개발용 품종으로는 다송을 베타글루칸 소재 개발용 품종으로는 조아찰을 선발하였다. 질소시비 함량이 증가할수록 모든 품종에서 단백질 함량은 증가하였으며 전분함량은 질소시비 함량이 증가할수록 다소 감소하는 경향을 나타내었고 베탁글루칸함량은 질소시비 함량이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다. 단백질, 전분, 베타글루칸 총생산은 질소 50% 증비에서 가장 높았다. 추출베타글루칸을 첨가한 요구르트 제조시 베타글루칸 함량 증가 뿐만 아니라 호상요구르트에서 요구하는 점도 증가 및 항산화활성 증대를 나타내었다.
국내산 주요 맥주보리 품종의 맥아 품질 특성을 조사하여 프리믹스용 적정 품종 선발을 위한 시험결과 맥아 수율, 맥아 단백질, 맥즙연과시간, 콜박지수, Friability 등은 품종간, 연차간에 차이를 보였다. 광맥은 맥아 수율과 효소역가가 다른 품종들에 비해 높게 나타났으며 당도가 낮아 맥즙의 분말 제조가 용이 할 것으로 생각되어 맥주용 프리믹스 제조에 광맥보리가 적합한 품종으로 나타났다.
2. 보리 β-glucan의 수용성 저분자화 기술 개발 및 기능성 식품소재화
열처리, 알칼리/산 가수분해에 따라 β-glucan의 함량과 순도가 달랐으며, β-glucan의 분자량과 점도 감소 및 용해도가 증가하였다. 사용 β-glucanase의 작용부위가 달라 효소의 종류에 따라 분해산물이 다양하였으며, 재조합 대장균을 이용하여 β-glucanase의 가수분해 특성 구명 및 최적 효소반응조건을 확립하였다. 과산화수소와 가열병용처리를 통하여 수용성 β-glucan의 추출조건을 최적화하였다. 저분자화 수용성 β-glucan의 항암활성, 면역증진 효과 및 항암활성은 미약하였으나, in vitro 결합력은 분자량에 따라 다양한 활성을 보였다. 저분자 및 변성 β-glucan을 이용하여 유화제, 음료, 과립, 정제 및 캡슐을 제조하여 그 특성을 평가하였다.
3. 보릿가루의 단백질 소재자원 활용기술 개발
보리 단백질 추출 방법을 최적화하여 추출된 보리 단백질, 맥강 단백질을 이용하여 가식성 필름을 제조하였다. 다양한 가소제, 가교제와 나노클레이를 첨가하여 필름의물성을 개선하여 자몽종자 추출물이 함유된 항균성 필름을 제조하였다. 이를 양송이버섯 포장재에 적용한 결과 양송이버섯의 품질을 유지시켜주는 결과를 관찰할 수 있었다. 또한 보리 단백 펩타이드 이용한 biomineral chelate 제조 기술 확립하였고 특히 칼슘 결합펩타이드의 분리 및 정제를 통한 biomineral chelate 제조 기술 확립하였다. 따라서 보리 단백질을 이용하여 식품의 품질을 유지할 수 있는 포장재를 개발하였고, 칼슘 결합 펩타이드 제조 기술을 확립하였다.
4. 보리 전분 추출 정제 기술 개발 및 구조분석을 통한 용도 개발
기존 방식의 보리전분 추출 수율은 약 60%로 저조하였지만, 보리전분의 알칼리 추출공정을 통해 전분 추출 수율을 73%(찰보리)~90%(메보리)까지 증가하였다. β-glucanase를 이용하여 국내산 찰보리로부터 전분을 추출하고 전분 추출수율을 최적화하는 효소반응 조건을 반응표면분석법을 통해 조사하고자 하였다. 추출수율은 독립변수인 반응시간이 짧을수록, 효소량이 많을수록, 가수량이 많을수록 높았으며, 효소량이 추출수율에 가장 큰 영향을 주었다. 회귀분석 결과, 최대 추출수율을 나타내는 최적 조건은 반응시간 2.63시간, 효소량 1.7%, 가수량 4.38배로 예측되었다. 효소를 처리하여 전분을 추출하는 경우 추출 수율이 크게 증가하였으며, 이의 원인을 규명하기 위해 전분 추출 공정 중 발생하는 잔여물(R1-R5)들의 전분 balance를 측정한 결과, 효소를 처리했을 때 R1과 R5에 함유되어 있던 전분량이 크게 줄어든 것을 확인할 수 있었다. 따라서 전분 추출수율이 증가한 주된 요인은, 전분 추출 공정 중 발생하는 잔여물 중 상당량의 전분을 내포하고 있던 R1과 R5에 β-glucanase가 작용하여 β-glucan 및 섬유질등이 효과적으로 분해 • 제거되어 전분의 분리가 잘 이루어졌기 때문인 것으로 사료되었다. 또한 주사전자현미경을 통한 효소처리 및 효소 비처리 전분입자의 형태를 분석한 결과, 효소를 처리한 경우 작은 크기의 전분입자인 B-granule이 효율적으로 분리되었음을 알 수 있었다. 효소처리 유무에 따른 전분의 순도는 효소처리 시 다소 낮았으며, 이화학적 특성을 비교한 결과 두 전분 간에는 대체로 유사한 경향을 나타내어 효소처리에 따른 전분의 이화학적 특성 변화는 없는 것으로 사료되었다.
또한 국내산 쌀보리(새쌀, 새찰, 흰찰보리) 전분의 이화학적 특성 및 이들 전분 현탁액의 가열에 따른 호화 양상 및 레올로지 특성에 대한 연구 결과, 새쌀보리 전분은아밀로스 함량이 새찰 및 흰찰보리 전분에 비해 높았으며, 물결합력은 낮았다. 팽윤력은 전반적으로 새쌀보리 전분이 새찰 및 흰찰보리 전분에 비해 낮았고 80℃ 이상의 고온에서 급격히 증가하는 특성을 보인 반면, 새찰 및 흰찰보리 전분은 온도의 증가와 더불어 일정하게 증가하였다. 용해도는 새쌀보리 전분이 새찰 및 흰찰보리 전분에 비해 낮았으며, 세 전분 모두 80℃ 이상의 고온에서 급격히 증가하였다. 전분 입자의 표면형태는 품종에 관계없이 모두 납작한 원형의 큰 입자와 불규칙적인 구의 형태인 작은 입자로 이루어져 있었다. 전분의 입도분포는 세 품종 모두 큰 입자 및 작은 입자로 구성되어 나타나는 bi-modal 분포를 나타냈다. DSC 분석을 통한 전분의 열적특성에 있어서 새쌀보리 전분의 To가 62.25℃로 새찰(63.75℃) 및 흰찰보리 전분(62.53℃)에 비해 낮았으며, 호화온도 범위(To-TC)는 새찰, 흰찰, 새쌀보리 전분 순으로 높게 나타났다. RVA 및 small-deformation measurement로 부터 새쌀보리 전분은 높은 강도의 겔을 형성하는 반면에 노화되기 쉬우며, 찰보리 전분(새찰 및 흰찰보리 전분)은 겔 강도는 낮으나 쌀보리 전분에 비해 현저히 낮은 노화특성을 나타낼 것으로 사료되었다.
국내산 쌀보리(새쌀, 흰찰보리) 중 보리 유용성분인 베타글루칸, 단백질, 전분의 동시 추출법에 대해 연구하였다. 새쌀보리의 경우, 동시 추출 공정을 통해 얻은 베타글루칸, 단백질, 전분의 추출 수율은 각각 46.55%, 36.09%, 89.02%로 나타났고, 흰찰보리의 경우, 동시 추출법을 통해 얻은 베타글루칸, 단백질, 전분의 추출 수율은 각각 59.60%,38.62%, 83.96%로 나타났다. 기존의 전분 추출 공정과 동시 추출 공정 중 발생하는 잔여물(R1-R5)들의 베타글루칸, 단백질, 전분 함량을 비교한 결과, 기존의 전분 추출 공정시 주로 R1, R2에 남아있던 베타글루칸, 단백질, 전분은 동시 추출 공정을 통해 대부분이 추출 된 것을 확인할 수 있었다. 따라서 보리에서의 동시 추출 공정을 통해 베타글루칸, 단백질, 전분의 획득이 가능한 것으로 판단되었다.
5. 국산 맥주보리의 고품질 맥아, 맥주 제조 다양화기술 및 제품개발
본 연구에서는 국내맥주보리로 만들어진 맥아 품질을 조사하였다. 시험 품종의 원맥 품질 특성은 전분 함량에서 다소 차이를 보였으며, 맥아 품질 특성은 단백질과 전분, 환원당에서 차이를 보였다. 맥아 효소활성은 효소력가와 관련된 amylase 효소 활성에서 차이를 보였고 양조과정에 영향을 주는 β-glucan 함량이 광맥과 백호에서 낮아 우수하였다. 프리믹스는 물에 녹을 수 있어 맥주 양조를 쉽게 할 수 있는 장점이 있지만 프피믹스 제조 시간이 오래 걸리기 때문에 비용이 비쌀 수 있다. 그러므로, 특수맥아농축액과 맥아파우더(프리믹스)+ glucose(단당류)를 혼합하여 만든다면 비용이 저렴하면서 제조하기가 편리하여 발효가 잘 되고 맛이 좋아 소비자가 선호 할 것으로 보인다. 제주지역 국내맥주보리 품종 재배시험 결과 백호보리가 기계수확에 알맞고 생육특성과 품질특성이 양호하였다.

Abstract ▼

1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발
This study was conducted to choose the best barley cultivar for development of new food material using the protein, starch and β-glucan extracted from barley. Among the Korean hull-less barley cultivars, Daeanchal, Dasong, Joachal were the bes

1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발
This study was conducted to choose the best barley cultivar for development of new food material using the protein, starch and β-glucan extracted from barley. Among the Korean hull-less barley cultivars, Daeanchal, Dasong, Joachal were the best cultivars for using the protein, starch and β-glucan, respectively. We investigated the growing properties of 3 barley cultivars according to various nitrogen fertilization levels.
The average heading and maturing dates were delayed 1-3 days. Culm length, spike length and grains per spike increased as the nitrogen fertilization level increased. Spikes per m2, 1,000-grain weight and yield also increased. However, the test weight decreased.Protein content was increased regardless cultivars. Starch content decreased in Dasong and Daeanchal.β-glucan content increased as the nitrogen level increased. Protein, starch and β-glucan yield based on grain yield was the highest in 50% increasing nitrogen level.
Also, to select the optimal malting barley cultivar for production of beer premix, we investigated the malt quality of 20 Korean malting barleys. Malt qualities such as protein content, germination energy, malt extract, filtration speed, friability, Kolbach index and diastatic power were different according to cultivars and growing year. Backho had small annual variation in malt quality. Especially, its friability was stable. Gwangmaeg had high diastatic power, malt yield and low sugar content. Therefore, optimal malting barley cultivar for beer making primix was Gwangmaeg.
2. 보리 β-glucan의 수용성 저분자화 기술 개발 및 기능성 식품소재화
The contents and purities were varied with different depolymerization treatments. The molecular weight and viscosity of hydrolysed β-glucan decreased with increasing heating temperature, alkali and acid concentration. The resolubility of raw barley β-glucan was about 50%, but increased to 97% with increasing acid concentration. The action modes of three commercially available microbial β-glucanases were determined against barley and oat β-glucans. In addition, four β-glucanase genes were cloned from Thermotoga neapolitana (TnβGn-A and B), Bacillus amyloliquefaciens (BaβGn), and B. subtilis strain 168 (BsβGn), which were expressed in E. coli. The purity of soluble β-glucan as increasing hydrogen peroxide concentration and heating temperature increased, however soluble β-glucan content, molecular weight, and viscosity decreased. Overall, the extraction conditions for the optimized soluble β-glucan content and purity of barley via RSM were expected to be at 0.509～0.514% hydrogen peroxide concentration, 115～117°C for 11～24 min. I n vitro binding activities of water, oil, and bile acid were varied with different depolymerization treatments methods and molecular weights. Heated and acid/alkali hydrolyzed and modified β-glucan with octenyl succinic anhydride (OSA) can improve the stability of emulsion. Addition of catalase, phytic acid and citric acid were enhanced stability of β-glucan beverages. The size distribution and viscosity were increased with increasing β-glucan concentration. The OSA modified β-glucan with high degree of substitution was improved and useful for bioactive food components as a delivery carriers.
3. 보릿가루의 단백질 소재자원 활용기술 개발
Barley protein (BP) is obtained as a by-product in the production of barley starch, and it can be used to create edible protein films and calcium binding peptide. To optimize the extraction method of barley bran, alkali-acid, organic solvent, and enzyme were used. To prepare the BP film and improve the physical properties, plasticizers, crosslinking agents, and nanoclay were incorporated. In addition, the BP film containing grapefruit seed extract (GSE) was prepared as an antimicrobial packaging and applied to mushroom. The result shows that BP film packaging improves microbial safety and quality preservation of mushroom during storage.
To develop calcium binding peptide, BP was hydrolyzed with enzyme and calcium-binding activity was measured. As a result, the highest calcium-binding peptide fraction was obtained, and the results suggest that barley protein hydrolysates can be used as a calcium supplement. Therefore, BP can be used as base material of edible film and mineral binding peptide.
4. 보리 전분 추출 정제 기술 개발 및 구조분석을 통한 용도 개발
In the alkali extraction of starch, conditions for wet milling, such as milling time, milling speed and number of repetition, were investigated and the results were analyzed by response surface methodology. Optimization on β-glucanase-assisted extraction was made in order to isolate waxy barley starch from domestic cultivar using the D-optimal design suitable for Response Surface Methodology (RSM). The results demonstrated that the amount of enzyme was found to be a major influencing factor on the extraction yield, which was substantially increased by increasing the amount of enzyme. It was also influenced by the reaction time and amount of water addition; however, the two factors were less influential than the amount of enzyme. The physicochemical properties of starch extracted from domestic barley cultivars (Saessal, Saechal, and Heenchal barley) and the rheological properties of its suspension upon heating were investigated.
OSA starch was prepared from domestic barely and then its emulsifying properties were investigated. DS (degree of substitution) was determined to be 0.012, indicating a reasonable additional reaction. It was found that fat globule size decreased with increasing concentrations of OSA starch in emulsions (e.g., 0.33±0.02 μm above 0.25 wt% OSA starch in emulsion). Creaming stability was greatest when OSA starch was added above 1 wt% in emulsion.
Simultaneous extraction process of starch from domestic barley was developed. In Saessal barley, extraction yield for beta-glucan, protein and starch was found to be 46.55, 36.09, and 89.02%, respectively.
5. 국산 맥주보리의 고품질 맥아, 맥주 제조 다양화기술 및 제품개발
In this study, we investigated the malt qualities of Korean malting barley and selected the optimal Korean malting barley cultivar for beer production. The starch content was different with malting barley cultivars. Protein, starch content and reduced sugar of malt was different.
Gwangmaeg and Backho had high amylase activity and low β-glucan content.
Premix makes beer production easy because of high water solubility, but it increases the price. So, mixture of special malt extract and malt powder (premix+glucose) will decrease the price and increase the efficiency of fermentation. As a result, Bacho was suitable for machinery harvest and had good growth and quality characteristics. Thus, it was the best malting barley in Jeju region.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 요약문 ... 3
• SUMMARY ... 10
• 목차 ... 13
• 제 1 장 서 론 ... 14
• 1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발 ... 14
• 2. 보리 β-glucan의 수용성 저분자화 기술 개발 및 기능성 식품소재화 ... 15
• 3. 보릿가루의 단백질 소재자원 활용기술 개발 ... 16
• 4. 보리 전분 추출 정제 기술 개발 및 구조분석을 통한 용도 개발 ... 17
• 5. 국산 맥주보리의 고품질 맥아, 맥주 제조 다양화기술 및 제품개발 ... 20
• 제 2 장 국내외 기술개발 현황 ... 22
• 1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발 ... 22
• 2. 보리 β-glucan의 수용성 저분자화 기술 개발 및 기능성 식품소재화 ... 22
• 3. 보릿가루의 단백질 소재자원 활용기술 개발 ... 24
• 4. 보리 전분 추출 정제 기술 개발 및 구조분석을 통한 용도 개발 ... 24
• 5. 국산 맥주보리의 고품질 맥아, 맥주 제조 다양화기술 및 제품개발 ... 25
• 제 3 장 연구개발 수행 내용 및 결과 ... 26
• 1. 보릿가루 특이성분 이용 가공제품 및 맥주 제조용 프리믹스 개발을 위한 적합 보리 품종 선발 ... 26
• 2. 보리 β-glucan의 수용성 저분자화 기술 개발 및 기능성 식품소재화 ... 46
• 3. 보릿가루의 단백질 소재자원 활용기술 개발 ... 153
• 4. 보리 전분 추출 정제 기술 개발 및 구조분석을 통한 용도 개발 ... 198
• 5. 국산 맥주보리의 고품질 맥아, 맥주 제조 다양화 기술 및 제품개발 ... 244
• 제 4 장 연구개발 목표 달성도 및 대외 기여도 ... 258
• 1절 : 목표대비 달성도 ... 258
• 2절 : 정량적 성과(논문게재, 특허출원, 기타) ... 260
• 제 5 장 연구개발결과의 활용계획 ... 261
• 제 6 장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 262
• 제 7 장 기타 중요 변동사항 ... 263
• 제 8 장 국가과학기술종합정보시스템에 등록한 연구장비 현황 ... 264
• 제 9 장 참고문헌 ... 265
• 끝페이지 ... 275