본 연구는 물리적 전분 변성방법으로서 유체전단 균질기와 초음파 균질기를 이용하여 쌀 전분의 크기 감소로 인한 물리적 변성 쌀 전분의 이화학적 특성을 분석하는데 있다. 물 대 전분의 비가 5:1이고, 20,500 rpm조건의 유체전단 균질기와 5초의 파동과 40 kHz의 주파수조건의 초음파 균질기로 각각 10분간 처리하였을 때 생전분과 호화전분의 크기를 1/3수준으로 줄일 수 있었으며 동시에 균질화시 킬 수가 있었다. 균질화된 전분과 균질화된 호화전분은 대조구에 비하여 높은 값의 비표면적, 광투과도, 용해도 및 팽윤력을 나타내었으며, 매우 큰 폭의 겉보기 점도 감소를 보였다. 반면에, 초음파 균질기로 처리한 변성전분의 호화과정은 대조구에 비하여 어려웠으나 유체전단 균질기의 경우는 대조구와 비슷하였다.
본 연구는 물리적 전분 변성방법으로서 유체전단 균질기와 초음파 균질기를 이용하여 쌀 전분의 크기 감소로 인한 물리적 변성 쌀 전분의 이화학적 특성을 분석하는데 있다. 물 대 전분의 비가 5:1이고, 20,500 rpm조건의 유체전단 균질기와 5초의 파동과 40 kHz의 주파수조건의 초음파 균질기로 각각 10분간 처리하였을 때 생전분과 호화전분의 크기를 1/3수준으로 줄일 수 있었으며 동시에 균질화시 킬 수가 있었다. 균질화된 전분과 균질화된 호화전분은 대조구에 비하여 높은 값의 비표면적, 광투과도, 용해도 및 팽윤력을 나타내었으며, 매우 큰 폭의 겉보기 점도 감소를 보였다. 반면에, 초음파 균질기로 처리한 변성전분의 호화과정은 대조구에 비하여 어려웠으나 유체전단 균질기의 경우는 대조구와 비슷하였다.
The objectives of this research were to analyze physicochemical properties of physically modified rice starch which was prepared by hydro-shear homogenizer and ultrasonic homogenizer. The 5:1 of water to starch ratio, 20,500 rpm of hydro-shear homogenizer, and 5 sec of pulse and 40 kHz of frequency ...
The objectives of this research were to analyze physicochemical properties of physically modified rice starch which was prepared by hydro-shear homogenizer and ultrasonic homogenizer. The 5:1 of water to starch ratio, 20,500 rpm of hydro-shear homogenizer, and 5 sec of pulse and 40 kHz of frequency of ultrasonic homogenizer, which were operated for 10 min. The 1/3 of size reduction of raw rice starch and gelatinized rice starch, and reduced of particle size were achieved by above processing conditions. The homogenization of raw rice starch and gelatinized rice starch were higher values of specific area, transmittance, solubility and swelling power than control. While, these had lower value of apparent viscosity than control. In raw rice starch, the gelatinization characteristics of ultrasonic homogenizer treated rice starch had some higher values of gelatinization temperature, peak temperature and enthalpy than those of control. While, those of hydro-shear homogenizer treated rice starch had similar values to those of control.
The objectives of this research were to analyze physicochemical properties of physically modified rice starch which was prepared by hydro-shear homogenizer and ultrasonic homogenizer. The 5:1 of water to starch ratio, 20,500 rpm of hydro-shear homogenizer, and 5 sec of pulse and 40 kHz of frequency of ultrasonic homogenizer, which were operated for 10 min. The 1/3 of size reduction of raw rice starch and gelatinized rice starch, and reduced of particle size were achieved by above processing conditions. The homogenization of raw rice starch and gelatinized rice starch were higher values of specific area, transmittance, solubility and swelling power than control. While, these had lower value of apparent viscosity than control. In raw rice starch, the gelatinization characteristics of ultrasonic homogenizer treated rice starch had some higher values of gelatinization temperature, peak temperature and enthalpy than those of control. While, those of hydro-shear homogenizer treated rice starch had similar values to those of control.
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문제 정의
따라서, 본 연구는 새로운 물리적 변성방법으로써 유체전 단 균질기와 초음파 균질기를 이용하여 쌀 전분의 크기를 작게 하여 낮은 점성, 용해도 향상, 소화흡수율 향상 등의 이화학적 특성이 요구되어지는 특수영양식의 새로운 기초 소재 (basic material)를 개발하는데 있다.
본 연구는 물리적 전분 변성방법으로서 유체전단 균질기와 초음파 균질기를 이용하여 쌀 전분의 크기 감소로 인한 물리적 변성 쌀 전분의 이화학적 특성을 분석하는데 있다. 물 대 전분 의 비가 5:1이고, 20, 500 rpm 조건의 유체전단 균질기와 5초의 파동과 40 kHz의 주파수조건의 초음파 균질 기 로 각각 10분간 처 리하였을 때 생전분과 호화전분의 크기를 1/3수준으로 줄일 수 있었으며 동시에 균질화시 킬 수가 있었다.
생 전 분과 호화된 전 분을 유체 전 단균질 기 와 초음파균질 기 로 각각 균질화시킨 다음 동결건조된 시료의 물리적 성질을 분석하고자 하였다. 광 투과도는 Wilson 등(13)의 방법에 따라 0.
제안 방법
Differential Scanning Calorimeter(DSC-2010, TA Instruments, UK)를 사용하여 Krog 등(16)의 방법을 변형하여 hermatic aluminum pan에 생전분과 유체전단균질기와 초음파균질기로 각각 균질화시킨 전분들을 증류수에 1:2 (w/v)비 율로 넣고 밀봉하였다. Reference pan에 는 증류수를 사용하였으며 30℃로부터 100℃까지 5℃/min 속도로 가열 하여 흡열 peak를 얻었으며 이 peak로부터 호화특성을 분석하였다.
Laser Differential Particle Analyzer를 이용하여 전분 약 1 g 증류수에 분산시켜 1분간 초음파로 처리한 다음 전분입 자크기 분포, 평균입자크기 및 비표면적 등을측정하였다(12).
Differential Scanning Calorimeter(DSC-2010, TA Instruments, UK)를 사용하여 Krog 등(16)의 방법을 변형하여 hermatic aluminum pan에 생전분과 유체전단균질기와 초음파균질기로 각각 균질화시킨 전분들을 증류수에 1:2 (w/v)비 율로 넣고 밀봉하였다. Reference pan에 는 증류수를 사용하였으며 30℃로부터 100℃까지 5℃/min 속도로 가열 하여 흡열 peak를 얻었으며 이 peak로부터 호화특성을 분석하였다.
각 시료를 주사 전자현미경 (scanning electron micro- 云아冷)으로 500~ 5,000배 확대하여 전분구조를 관찰하였다.
상압, 100℃에서 전분 대 물의 비율을 l:10(w/v)으로 하여 30분간 호화시 킨 대조구(A)와 같은 조건에서 유체전단 균질기로 처리한 호화전분(B) 및 초음파 균질기로 처리한 호화 전분(C)을 주사현미경으로 500배 확대한 다음 미세구조를 관찰한 결과 Fig. 2와 같다. 호화된 경우 전분입자의 붕괴를 볼 수 있으며 초음파 균질기로 처리한 호화전분보다 유체전 단 균질기로 처리한 호화전분이 구조파괴가 많이 된 것을 볼 수 있었다.
쌀 생전분 대 물의 비율을 1:5~l:10(w/v)으로 조절하여 유체전단 균질기 (hydro-shear homogenizer, Ultra-Turrax T-25, Janke & Kunkel Co., Germany)와 초음파 균질기 (ultrasonic homogenizer, Model CV-26, Sonics & Materials Inc., US A) 를 사용하여 각각 20, 500 rpm 으로 10 ~ 20 분 간과 pulse 5초, 주파수 40 kHz로 10 ~ 20분간 시료를 균질 화 하였다. 또한 쌀 생전분 대 물의 비율을 l:10(w/v)으로 조절 하여 상압, 100℃에서 30분간 호화시킨 다음 각각 앞서의 조건으로 각각 균질화시켰다.
2%의 시료현탁액을 60~90℃에서 5분간 가열한 다음 분광광도계를 사용하여 625 nm에서 측정하였다. 용해도 와 팽윤력은 Schoch(14)의 방법을 변형하여 시료 1 g과 물 50 mL를 원심 분리 관에 담아 잘 분산시 킨 후 90℃의 온도에서 30분간 가열한 다음 4, 500 rpm에서 30분간 원심 분리하여 측정하였다. 물 결합능력은 Medcalf와 GiUes(15)의 방법에 따라 시료 2 g에 증류수 40 mL을 가하고 실온에서 1시간 동안 잘 저 어 준 다음 3, 000 rpm의 속도로 20분간 원심분리 한 후 1분간 거꾸로 세워 상등액을 제거하고 증가된 수분함량 과 시료전분의 중량비로부터 물 결합능력을 구하였다.
유동특성은 Brookfield 점도계를 사용하여 회전속도를 2~20 rpm으로 변화시 키 면서 생전분의 균질화 시 간, 입 자크 기 및 가수율에 따른 겉보기 점도를 25℃에서 측정하였다.
대상 데이터
시료는 멥쌀(Oryza sativa L.)로서 추청벼를 이용하였다.
이론/모형
생 전 분과 호화된 전 분을 유체 전 단균질 기 와 초음파균질 기 로 각각 균질화시킨 다음 동결건조된 시료의 물리적 성질을 분석하고자 하였다. 광 투과도는 Wilson 등(13)의 방법에 따라 0.2%의 시료현탁액을 60~90℃에서 5분간 가열한 다음 분광광도계를 사용하여 625 nm에서 측정하였다. 용해도 와 팽윤력은 Schoch(14)의 방법을 변형하여 시료 1 g과 물 50 mL를 원심 분리 관에 담아 잘 분산시 킨 후 90℃의 온도에서 30분간 가열한 다음 4, 500 rpm에서 30분간 원심 분리하여 측정하였다.
용해도 와 팽윤력은 Schoch(14)의 방법을 변형하여 시료 1 g과 물 50 mL를 원심 분리 관에 담아 잘 분산시 킨 후 90℃의 온도에서 30분간 가열한 다음 4, 500 rpm에서 30분간 원심 분리하여 측정하였다. 물 결합능력은 Medcalf와 GiUes(15)의 방법에 따라 시료 2 g에 증류수 40 mL을 가하고 실온에서 1시간 동안 잘 저 어 준 다음 3, 000 rpm의 속도로 20분간 원심분리 한 후 1분간 거꾸로 세워 상등액을 제거하고 증가된 수분함량 과 시료전분의 중량비로부터 물 결합능력을 구하였다.
쌀 생전분의 수분, 조단백, 조지 방 및 회 분의 함량은 AOAC 법에 의하여 분석하였다(11).
성능/효과
가수율을 5:1과 10:l(v/w)로 조절하였을 때의 겉보기 점 도를 비교하여 보면 겉보기 점도에서 매우 큰 차이를 보이고 있으며 전분용액의 농도가 높을수록 겉보기 점도는 증가함 을 알 수 있었다.
물 대 전분 의 비가 5:1이고, 20, 500 rpm 조건의 유체전단 균질기와 5초의 파동과 40 kHz의 주파수조건의 초음파 균질 기 로 각각 10분간 처 리하였을 때 생전분과 호화전분의 크기를 1/3수준으로 줄일 수 있었으며 동시에 균질화시 킬 수가 있었다. 균질화된 전분과 균질화된 호화전분은 대조구에 비하여 높은 값의 비표며적, 광투과도, 용해도 및 팽윤력을 나타내었으며, 매우 큰 폭의 걷 보기 점도 감소를 보였다. 반면에, 초음파 균질기로 처리한 변 성전분의 호화과정은 대조구에 비하여 어려웠으나 유체전단 균질기의 경우는 대조구와 비슷하였다.
이 는, 쌀 전분의 호화개 시 온도가 60℃부근임 을 알 수 있는 것이고 시간이 지남에 따라서 전분이 호화되면서 분자들 간의 회합이 풀어져 광투과도가 증가되는 것이다(18). 대조 구의 광투과도는 균질기로 처리된 전분들에 비하여 80℃까 지는 높게 나타났다. Biliaderis 등(18)은 광투과도의 변화양 상을 통하여 입자간 결합강도와 입자내부의 치밀한 정도를 예측할 수 있다고 하였다.
6과 같다. 대조구에 비하여 유체 전단 균질기나 초음파 균질기로 10분간 처리한 전분의 경우 호화개시온도(To), 호화최대온도(TQ 및 호화엔탈피(Z/Ho) 가 크게 나타났다. 추청 벼 품종의 쌀전분 To와 Tp 및 Z/Ho는 각각 53.
5) 세 가지 시료 모두 50℃에서 80℃의 구간에서는 온도의 증가에 따른 광투과도의 증가현 상은 미 미하였으나, 80℃에서 90℃로 온도가 올라감에 따라서 광투과도의 급격한 증가를 보였다. 또한, 생전분의 경우 와는 아주 다르게 호화전분의 경우 초음파로 처리한 호화전분이 전반적으로 가장 높게 나타났으며, 그다음 유체전단 균질기로 처리 한 호화전분, 대조구 순서 이 었 다. 90℃를 기 준 으로 각각 43.
물 결합능력은 생전분의 경우 세 가지 시료 모두 비슷하게 나타났으며 호화전분의 경우 대조구와 유체전단 균질기로 처리한 호화전분은 비슷하였으나 초음파 처리한 호화전분 은 대조구의 약 50%수준이었다. 호화전분의 물 결합능력 (369.
본 연구는 물리적 전분 변성방법으로서 유체전단 균질기와 초음파 균질기를 이용하여 쌀 전분의 크기 감소로 인한 물리적 변성 쌀 전분의 이화학적 특성을 분석하는데 있다. 물 대 전분 의 비가 5:1이고, 20, 500 rpm 조건의 유체전단 균질기와 5초의 파동과 40 kHz의 주파수조건의 초음파 균질 기 로 각각 10분간 처 리하였을 때 생전분과 호화전분의 크기를 1/3수준으로 줄일 수 있었으며 동시에 균질화시 킬 수가 있었다. 균질화된 전분과 균질화된 호화전분은 대조구에 비하여 높은 값의 비표며적, 광투과도, 용해도 및 팽윤력을 나타내었으며, 매우 큰 폭의 걷 보기 점도 감소를 보였다.
생전분과 호화전분의 90℃에서 용해도와 팽윤력 및 실온 에서의 물 결합능력 결과는 Table 2와 같다. 생전분과 호화 전분 모두 대조구보다 균질기로 처리한 시료가 용해도에서 높은 값을 나타내었으며 생전분 용해도에서는 13~15% 증 가를 보인 반면 호화전분의 경우에는 171 ~180%의 증가를 나타내었다. 이는 균질기로 처리되는 과정에서 손상전분입 자의 증가로 인하여 용해도가 증가된 것으로 사료된다.
생전분 및 호화전분의 평균크기와 비표면적을 나타낸 결과는 Table 1과 같다. 생전분에서는 유체전단이나 초음파로 균질화시켰을 때 전분의 평균크기가 1.589 μm에서 각각 0.424 Jim와 0.441 Um로 줄어들었으나, 호화전분에서는 유체 전단 균질기가 효과가 있었던 반면 초음파 균질기는 큰 효과가 나타나지 않았다. 비표면적에서는 생전분의 경우 대조구 에 비하여 유체전단 균질화와 초음파 균질화시 킨 것이 각각 21.
이는 균질기로 처리되는 과정에서 손상전분입 자의 증가로 인하여 용해도가 증가된 것으로 사료된다. 전반적으로 호화전분 group의 용해도가 생전분 group보다 높은 용해도를 보였다.
924 pm 로 나타났다. 크기 분포도로 보아 유체전단이나 초음파로 균질화시킨 전분 및 호화전분의 크기분포가 대조구보다 훨 씬 적은 범위를 나타내는 것을 알 수 있었으며 이는 크기의 균질화가 이루어졌음을 나타낸 것이다.
팽윤력 또한 생전분의 경우 균질기로 처 리한 시료가 78~ 95% 높게 나타났으며 호화전분은 43~46% 증가를 보였다. 팽윤력은 전분이 수화되는 능력을 측정하는 것으로 손상전 분의 증가에 따라서 전분의 수화도는 커지며 전분입자 내부 의 결합력과 전분입자의 회합정도에 따라 다르며 전분입자 의 크기가 작을수록 팽윤력이 크게 나타나기 때문이다.
2와 같다. 호화된 경우 전분입자의 붕괴를 볼 수 있으며 초음파 균질기로 처리한 호화전분보다 유체전 단 균질기로 처리한 호화전분이 구조파괴가 많이 된 것을 볼 수 있었다. 생전분과 호화전분의 균질화 작업을 거친 경우 미 세 구조(Figs.
후속연구
그러나 화학적 변성 전분은 안전성 에 대한 문제로 식품으로의 사용에 많은 제한을 받으며 현재 국내에서 식 품용으로 허 가된 것은 초산전분, 하이 드록시 프 로필 인산전분, 초산 아디핀산전분과 옥테일 호박산전분의 네 가지 품목뿐이다(2). 따라서, 새로운 물리적 방법의 안전 성과 기능성이 뛰어난 변성전분 제조기술 개발이 필요하다.
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