| 초록 |
연구의 목적 및 내용 ▪ 식물자원 및 식물자원 가공부산물로부터 전분 추출·정제법 확립 및 전분 소재화 ▪ 물리적 기능 및 생리적 기능, 생산성 증대를 위한 전분 산업화 연구 ▪ 개발된 전분들의 물리적 및 생리적 기능탐색을 통한 용도별 소재화 및 산업화 ▪ 식품산업과 농업 간 연계 강화로 수입대체 효과 증대 및 농부산물의 부가가치 제고 ▪ 국내 농산물 유래 전분의 추출·정제법 확립 및 전분소재 개발 - 국내 활용 전분 산업 원료의 대부분을 차지하고 있는 식물자원(쌀, 감자, 고구마, 마)으로부터 전분생산 극대화를 위한 전분 추출·정제법 확립 및 특성평가 - 농산자원 가공부산물(쇄미, 감자 가공슬러지, 밀기울)로부터 전분생산을 위한 전분 추출·정제법 확립 및 특성평가 - 생 촉매 반응 등을 통한 특용자원 가공부산물의 전분성 물질의 고수율 회수공정 및 소재화 기술 개발(홍삼박 및 마박) ▪ 물리적 기능성 및 생리활성 효능의 향상을 위한 전분변성기술 개발 - 추출·정제된 전분으로부터 무정형전분입자 소재개발 - 무정형전분입자의 지소화성 향상을 위한 물리적 처리 공정 개발 및 기능 생리활성 검증(in vitro 및 in vivo) - 생물전환기술 등을 활용한 지소화성 및 난소화성 전분소재 개발 ▪ 개발된 전분 소재들의 물리적 및 생리적 기능성 탐색 - 개발된 전분 소재들과 기존 화학적 변성전분들의 물리적 기능성 비교연구 - 고 탄수화물 및 고지방 식이 동물모델에 의한 개발된 전분 소재들의 in vivo생리활성 효능(장 기능 개선, 항비만 등) 탐색 및 관련 효능 작용기전 규명 ▪ 물리적 및 생리적 기능성에 따른 기능성 전분 소재들의 용도별 소재화 및 산업화 연구개발성과 ▪ 서류 작물인 감자와 고구마에서부터 효소적 전분을 추출공정을 수행한 결과,감자의 경우 β-glucanase 계열의 효소가, 고구마의 경우 Aspergillus oryzae 유래 cellulase 계열의 효소를 이용했을 때 물리화학적 특성에 변화 없이 높은 수율로 전분이 추출되었다. 마를 0.4% (w/v) sodium bicarbonate 용액에 침지시켰을 때 안정적인 전분추출수율을 얻을 수 있었다. 쌀의 경우 sodium carbonate와 단백질분해효소의 병행처리를 통해 개발된 방법을 이용할 경우 기존의 전분과 물리화학적 차이가 없는 전분을 얻을 수 있었다. ▪ 쌀 부산물인 쇄미(broken rice)에서 단백질분해효소 처리, 가압효소 추출법(Free-thaw infusion, FI), 그리고 알칼리 침전법을 통해 전분을 추출한 결과 이화학적 특성 차이 없이 FI에서 가장 수율로 전분이 추출되었다. 감자 sludge의 경우 감자에서 추출했을 때와 같이 β-glucanase 계열로 효율적으로 추출가능하며, 효소의 농도에 따라 추출효율에 큰 변화가 없었다. 또한 밀기울에서 전분을 추출하기 위해 단백질분해효소와 cellulase를 이용하였으며 이 때 곰팡이(Aspergillus oryzae) 유래 단백질분해효소에 의하여 추출효율이 높았으나, cellulase에 따른 유의적 변화는 나타나지 않았다. ▪ 반응표면 분석법을 통하여, 감자, 고구마, 쌀 유래 전분 추출의 최적화 방법을 확립하였다. ▪ 다양한 미생물 유래의 amylosucrase (ASase)를 비교 분석한 결과 열 안정성이 떨어지지만 당전이 활성이 높은 NPAS (Neisseria polysaccharea 유래 ASase), 그리고 당전이 활성이 NPAS에 비하여 비교적 낮지만 열안정성이 가장 높은 DGAS (Deinococcus geothermalis 유래 ASase)를 선정하여 하였다. 또한, sucrose phoshorlyase (SPase)와 glucan phosphorylase (GPase) 효소의 활성을 확인하여 효소수식공정을 개발하였다. ▪ 서류 전분 (감자와 고구마 유래 전분)을 다양한 온도에서 DGAS 처리 한 결과,감자의 경우 효소의 활성이 가장 높은 40℃, 고구마의 경우 30와 40℃에서 저항전분 함량이 가장 높게 형성되는 것을 확인하였다. 또한 각 반응 온도에 따라 amylopectin의 side-chain 길이의 차이가 나타났으며, 이에 다른 물리화학적 특성이 나타났다. 멥쌀 전분에 저항전분 함량은 0.7%에서 DGAS 처리 시 32.5%, NPAS 처리 시 저항전분 함량은 39.8%로, 찹쌀 전분의 저항전분 함량도 0.8%에서, DGAS 처리 시 23.6%, NPAS 처리 시 38.3%로 크게 증가한 것을 확인할 수 있었다. 또한 두 효소에 따라 물리화학적 특성에 차이가 나타났다. ▪ Dual enzyme system을 이용한 결과, sucrose와 SPase를 이용하여 값비싼 기질인 G-1-P을 생산하고, 이를 전분과 GPase를 반응하여 저항전분 함량이 크게 증가하였으며, 물리화학적 특성이 변한 기능성 전분을 합성하는 공정을 성공적으로 개발하였다. ▪ 마지막으로, ASase를 이용하여 농산물 가공부산물로부터 효소수식전분을 제조하였다. 전분을 추출하고 남은 마박의 경우 DGAS를 처리하였을 경우, 기존의 마박이 가지고 있는 저항전분 함량인 27.44 ± 3.45 % 보다 더 높은 35.21 ±2.32 %로 나왔다. 또한 ginsenoside를 추출하고 남은 홍삼박에 NPAS를 처리할 경우 저항전분함량이 0.26 ± 0.23 %에서 17.71 ± 0.62 %로 크게 증가하는 것을 확인하였다. ▪ 본 연구를 통하여 효소적으로 합성된 변성전분은 RS함량이 증가한 것뿐만이 아니라 전분 자체의 물리화학적 특성이 완전히 달라진 것을 확인 할 수 있었다. ▪ 무정형입자감자전분(AGPS)과 교차변성무정형입자감자전분(CLAGPS)을 각각 에탄올처리 및 가교화처리 후 열처리하여 제조 한 후 이들의 특성을 알아보았다. 두 전분 모두 입자모양은 유지하였으나 복굴절성이 소실되었으며 DSC 및 XRD결과에서도 완전하 호화를 나타내었다. 그러나 이들 전분의 겉보기점도,팽윤력, 용해도 및 RVA pasting properties는 전혀 다른 특성을 나타내었다. 무정형입자감자전분은 호화감자전분에 비해 상대적으로 높은 효소저항전분을 보였으나 교차변성무정형입자감자전분은 큰 차이를 나타내지 않았다. 다양한 수분함량 및 온도에서 무정형입자감자전분에 열수처리를 하여 이들의 물리화학적 변화를 유도하였다. 무정형입자감자전분을 열수처리한 결과 DSC 및 XRD상의 변화가 나타나 이들의 분자배열이 바뀌었음을 알 수 있었다. 열수처리한 무정형입자감자전분은 온도 및 수분함량에 따라 무정형에서 A- 또는 B-type 결정형을 가지는 입자전분으로 변화하였다. Raman spectroscopy와 FT-IR 분석결과 이들의 분자구조 변화를 확정할 수 있었다. 열수처리한 무정형입자감자전분은 상대적으로 높은 효소저항전분과 slowly digestible starch 함량을 나타냈고 상대적으로 작은 rapidly digestible starch 함량을 나타내었다. ▪ 다양한 유기산 (10~30%) 및 pH 3.5로 처리한 경우, citric acid 처리 시 높은 RS 함량으로 인해 현저히 낮은 소화율을 나타내었으며, malic acid, tartaric acid는 유사한 소화율을 보여 citric acid보다는 다소 높은 소화율을 유지함. 하지만, 모든 유기산 처리군은 호화 후에도 천연전분보다 현저히 낮은 소화율을 나타냄으로써 식품에 적용할 경우 가공처리에도 소화지연 효과를 유지할 것으로 기대되어짐. 이에 citric acid, malic acid, 및 tartaric acid 함량 10~30% 첨가 후 pH를 3.5로 조절하여 제조한 변성전분을 동물실험 효능검증을 위한 유용후보군으로 선정하였음. ▪ 유기산 첨가 없이 pH만 조절한 전분을 분석한 결과, pH level과 소화율이 경향 없이 나타나 유기산 처리 전분의 소화지연 효과는 산에 의한 가수분해에 의한 결과이기보다 유기산이 전분 사슬에 치환되어 나타나는 결과라고 추측할 수 있음. ▪ 동물실험 결과, CA30%, pH3.5-고농도 군에서 체중증가 억제효과 및 유의적으로 낮은 혈당수준을 보여 항비만 및 항당뇨 소재로서의 가능성을 확인하였음. ▪ 대표적 prebiotic 소재인 프락토올리고당(FOS)과 변성전분의 유익균 생육효과를 비교하였을 때 구연산 처리 변성전분에서도 그에 상응하는 유익균 생육효과를 나타냄을 확인하였음. ▪ 유기산(citric aci |
