쇄미로부터 알칼리침지법과 효소소화법을 이용한 쌀전분의 생산 및 특성

김이재(Reejae Kim),임송이(SongI Lim),김현석(Hyun-Seok Kim) 한국식품과학회 2021 한국식품과학회지 Vol.53 No.6

쌀전분 생산 원료로서 쇄미의 활용 가능성을 조사하기 위해 예산, 김포, 평택 지역의 미곡종합처리장들에서 얻은 대쇄미를 알칼리침지법과 효소소화법을 이용하여 쌀전분을 제조하고, 이들의 물리화학적 특성을 조사하였다. 쇄미의 조단백질 함량은 김포>평택>예산의 순서로 증가하였지만, 국내 주요 11품종 쌀의 조단백질 함량 범위를 초과하거나 미달하였다. 쇄미가루의 총 전분 함량은 지역별 차이는 크지 않았으며, 정미의 총 전분 함량 범위 내에 있어 쌀전분 생산 원료로 사용할 수 있다. 지역별 쇄미가루로부터 알칼리침지법과 효소소화법에 따라 제조된 쇄미전분의 조단백질 함량은 1% 내외로 상업적 생전분으로 활용이 가능 수준이었다. 아밀로스 함량은 지역별로 소폭 차이가 존재하였지만, 제조방법에 따른 유의적 차이는 관찰되지 않았다. 쇄미전분들의 형태학적 특성은 일반적인 쌀전분과 다르지 않았으며, 제조방법에 따른 구조적 변형은 관찰되지 않았다. X선 회절패턴은 모든 쇄미전분들에서 전형적인 A형 결정 배열을 나타내었으며, 제조방법에 따른 결정구조의 변형은 관찰되지 않았지만 상대결정도에 있어 차이가 존재하였다. 호화특성에 있어 알칼리침지법보다 효소소화법에 의한 쇄미전분들이 높은 호화개시온도 및 호화최고온도와 좁은 호화온도범위를 나타내었다. 관찰된 상대결정도와 호화온도의 차이는 annealing이 효소소화법에 따른 쇄미전분에서 발생하였다는 것을 가리킨다. 팽윤력과 용해도는 알칼리침지법보다 효소소화법에 따른 쇄미전분에서 일반적으로 낮은 수준을 나타내었다. 페이스팅 점도 특성에 있어 알칼리침지법보다 효소소화법에 의한 쇄미전분은 페이스팅 점도의 발달이 지연되었으며, 높은 최고점도와 최저점도를, 낮은 붕괴점도, 최종점도와 치반점도를 나타내었다. 이와 같은 팽윤력, 용해도 및 페이스팅 점도의 차이는 효소소화법에 의한 쇄미전분들의 annealing 때문이다. 전체적인 결과를 종합하면, 쇄미는 쌀전분의 원료로 사용할 수 있으며, 효소소화법은 알칼리침지법에 따른 쌀전분의 팽윤력, 용해도, 호화특성 및 페이스팅 점도 특성과는 다른 쌀전분을 제조할 수 있을 것이다. 게다가 쌀전분의 높은 가격이 비싼 원료쌀과 높은 생산비용 때문임을 고려할 때, 쌀전분 원료로 쇄미의 사용에 따른 쌀전분 생산원가의 절감은 판매가격을 낮춰 쌀전분의 식품 및 비식품 산업적 활용도를 높일 수 있을 것이다. This study investigated the physicochemical properties of rice starch isolated from broken rice using alkaline steeping (AKL) and enzymatic digestion (ENZ) methods. Broken rice starch (BRS) by AKL and ENZ possessed crude protein contents (0.6-1.4%) acceptable to commercial products of native starch and belonged to an intermediate amylose rice starch. AKL-BRS and ENZ-BRS showed a typical A-type crystal packing arrangement with small variations in their relative crystallinity. ENZ-BRS exhibited higher gelatinization onset and peak temperatures, and a narrower gelatinization temperature range than AKL-BRS, indicating that annealing occurred in ENZ-BRS. Lower swelling power and solubility were generally observed in the ENZ-BRS. ENZ-BRS also showed slower viscosity development, higher peak and trough viscosities, and lower breakdown, final, and setback viscosities, compared to those in AKL-BRS. These results are ascribed to the annealing phenomenon in ENZ-BRS. Overall, BRS from cheap broken rice using AKL and ENZ could contribute to the expansion of rice starch utilization in food and non-food industries.

개선된 효소소화법에 의한 고미로부터 쌀전분의 생산 및 특성

김이재(Reejae Kim),임송이(SongI Lim),김현석(Hyun-Seok Kim) 한국식품과학회 2021 한국식품과학회지 Vol.53 No.6

정미와 쇄미로부터 상업적 기준에 부합하는 쌀전분을 생산하는 효소소화법을 오래 묵은 쌀(고미)에 적용 가능한지를 조사하였다. 선행된 연구에서 다층 여과법을 채택한 효소소화법은 고미로부터 높은 조단백질 함량(3.6-4.1%)의 쌀전분이 배출되어 상업적으로 활용이 가능한 쌀전분을 생산할 수 없었다. 그래서 기존효소소화법의 다층 여과법 대신에 효소반응 고미 침전물 상층부의 부드러운 층(쌀단백 잔류물, tailed 전분과 섬유소 등)을 흡입하여 제거하는 방식을 채택하여 개선된 효소소화법(iENZ, improved enzymatic digestion method)을 구축하였다. iENZ에 따른 고미전분의 조단백질 함량은 0.5-0.7%로, 알칼리침지법(AKL, akaline steeping method)에 따른 고미전분의 것과 유사하였으며 상업적인 생전분의 조단백질 함량 기준(<1%)을 충족하였다. 한편 iENZ에 따른 고미전분을 상업적인 쌀전분으로 활용할 수 있는지를 조사하기 위해 AKL과 iENZ에 따른 고미전분의 물리화학적 특성을 조사하였다. 고미전분들의 아밀로스 함량은 본 연구에 사용된 고미가 멥쌀로부터 유래되었다는 것을 가리킨다. AKL보다 iENZ에 따른 고미전분의 아밀로스 함량이 전반적으로 낮았는데, 이는 쌀이 오래 저장되면서 형성된 유리아미노산과 쌀전분의 아밀로스 사이의 아밀로스-지질 복합체의 형성 때문이다. AKL과 iENZ에 의한 고미전분들은 전형적인 A형 결정 패턴을 보였으며, 추출정제법에 따른 X선 회절 패턴과 상대결정도의 차이는 관찰되지 않았다. iENZ에 따른 고미전분은 AKL에 의한 것보다 좁은 호화온도범위를 보이면서 높은 호화온도와 낮은 호화엔탈피를 나타내었다. 이것은 iENZ에 따라 고미로부터 쌀전분을 추출·정제하는 동안 고미전분 내에서 annealing이 일어났기 때문이다. iENZ에 의해 발생한 annealing은 고미전분의 팽윤력과 용해도를 낮췄으며, 페이스팅 점도 발달을 지연시키면서도 높은 수준의 페이스팅 점도를 형성하였다. 전반적으로 iENZ는 고미뿐만 아니라 정미와 쇄미에서도 고순도의 쌀전분을 생산할 수 있는 방법이었으며, 고미는 쌀전분 원료로 사용 가능하였다. iENZ는 쌀전분의 추출과 동시에 쌀전분을 물리적으로 변형하는 방법으로 생각되며, 이 방법에 따라 제조된 쌀전분은 쌀전분의 물리화학적 특성의 다양성을 확대할 수 있을 것으로 생각된다. The objective of this study was to investigate the physicochemical properties of rice starch extracted from stale rice using alkaline steeping (AKL) and improved enzymatic digestion (iENZ) methods. The crude protein content (0.5-0.7%) of stale rice starch (SRS) was less than 1% by iENZ, but not so when measured by the existing ENZ methods. SRS is an intermediate amylose rice starch. AKL-SRS and iENZ-SRS exhibited typical A-type crystal packing arrangements with similar relative crystallinities. iENZ-SRS showed higher gelatinization onset and peak temperatures with a narrower gelatinization temperature range, compared to those of AKL-SRS, indicating that iENZ annealed SRS. Thus, iENZ-SRS exhibited lower swelling power and solubility, and higher pasting viscosities with delayed viscosity development. Overall, the use of stale rice as a rice starch source could make economical production of rice starch possible, and iENZ may diversify rice starch characteristics, which expands the utilization of rice starch in food and non-food industries.

단백질분해효소에 의한 쌀가루로부터 쌀전분의 분리 및 물리화학적 특성

김이재 ( Reejae Kim ),오지원 ( Jiwon Oh ),김현석 ( Hyun-seok Kim ) 한국산업식품공학회 2019 산업 식품공학 Vol.23 No.3

식품첨가물등급의 protease를 이용하여 쌀가루로부터 쌀전분을 분리하는 효소적 쌀전분 분리·정제법을 구축하기 위해 protease의 반응시간, 반응온도와 농도를 요인으로 하여 변형된 2³ 완전요인설계법에 따라 protease 반응조건들을 설계하고 이에 따른 쌀전분들의 수율을 조사하였다. 설계된 반응조건들에 따라 제조된 쌀전분들의 수율들에 기초한 반응표면분석을 통해 쌀전분 수율에 대한 protease 반응조건들의 영향을 조사하였다. 또한 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들의 상업적 활용도를 평가하기 위해 알칼리 침지법에 의해 제조된 쌀전분(대조군)과 물리화학적 특성을 대해 비교 분석하였다. Protease를 이용한 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들의 수율은 대조군보다 낮았지만 그 상대적 순도는 높은 수준을 나타내었다. Protease에 미량 함유되어 있는 amylase 계통의 효소들에 의한 쌀전분의 부분적인 손상이 예상됨에도 1.5% protease를 이용하여 15℃에서 24시간 동안 처리하여 제조된 쌀전분(RST2)의 아밀로오스 함량은 대조군의 것과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 용해도는 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들이 대조군보다 유의적으로 높은 수준을 나타내었다. 팽윤력은 RST2와 0.5% protease를 이용하여 15℃에서 24시간 동안 처리하여 제조된 쌀전분(RST3)이 대조군과 유의적인 차이를 보이지 않았다. 호화온도는 대조군에 비해 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들이 높은 수준을 나타내었으나 호화엔탈피는 유의적으로 낮은 수준이었다. 페이스팅 점도는 대조군에 비해 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들이 모든 온도프로파일에 있어 낮은 수준을 나타내었다. 이와 같은 결과들은 효소적 분리·정제법에 사용된 protease에 미량 함유되어 있는 amylase 계통의 효소들에 의한 쌀전분의 부분적인 손상과 protease 처리하는 동안 쌀전분에 있어 annealing이 진행된 결과인 것으로 생각된다. 그럼에도 본 연구에서 효소적 분리·정제법에 의해 제조된 쌀전분들은 높은 고형분 함량을 요구하며, 페이스트의 겔화 또는 노화의 진행이 지연되는 특성을 가공식품의 원료로 적합한 것으로 판단된다. 따라서 효소적 분리·정제법에 의한 쌀전분들은 기존의 알칼리 침지법에 의한 쌀전분과는 다른 특성을 보유한 쌀전분 소재로서 활용가능성이 있을 것으로 생각된다. 또한 효소적 분리·정제법은 알칼리 침지법에 비해 쌀전분의 제조 시간을 단축할 수 있으며, 고농도의 염용액을 배출하지 않아 경제적인 방법인 것으로 판단된다. This study aimed to investigate the impact of protease treatments on the yield of rice starch (RST) from frozen rice flours, and to compare the physicochemical properties of RST by alkaline steeping (control) and enzymatic isolation (E-RST) methods. Although the yield of E-RST, prepared according to conditions designed by the modified 23 complete factorial design, was lower than the control, the opposite trends were observed in its purity. E-RST (RST1, isolated for 8 h at 15oC with 0.5% protease; RST2, isolated for 24 h at 15oC with 1.5% protease; RST3, isolated for 24 h at 15oC with 0.5% protease) with the yields above 50% were selected. Amylose contents did not significantly differ for the control and RST2. Relative to the control, solubilities were higher for all E-RST, but swelling power did not significantly differ for E-RST except for RST1. Although all E-RST revealed higher gelatinization temperatures than the control, the reversed trends were found in the gelatinization enthalpy. The pasting viscosities of all E-RST were lower than those of the control. Consequently, the enzymatic isolation method using protease would be a more time-saving and eco-friendly way of preparing RST than the alkaline steeping method, even though its characteristics are different.