옥수수 전분을 propylene oxide와 반응시켜 치환도가 $0.031{\sim}0.147$되는 hydroxypropyl 옥수수 전분을 제조하여 물리화학적 특성을 규명하였다. Hydroxypropylation에 의하여 팽윤력, 용해도 및 물결합 능력이 증가하고 생전분의 효소 분해력이 높아졌으며 요오드 흡착강도가 낮아졌다. 아울러 hydroxypropylation에 의하여 전분의 결정화도도 감소되었다. 한편, 옥수수 전분을 hydroxypropylation시켰을 때 분자량 $1.34{\times}10^7$ 이상의 큰 분자는 감소하였고 $1.34{\times}10^7{\sim}1.18{\times}10^5$의 전분 분자는 증가하였다. Hydroxypropylation에 의하여 옥수수 전분 입자의 형태에는 별 변화가 없었으나 입자크기는 평균입경이 $13.9\;{\mu}m$에서 $16.0\;{\mu}m$로 증가하였다.
옥수수 전분을 하이드록시프로필화 및 가교화시켜 변성 전분을 제조한 후 DSC, Amylograph 등을 이용하여 호화특성을 연구하고 호화액의 gel 특성을 조사하였다. 하이드록시프로필화에 의하여 옥수수 전분의 호화온도는 크게 떨어졌으며 가교화만을 시킨 전분은 호화온도가 약간 상승하였으며 호화엔탈피는 약간 감소하였다. 하이드록시프로필화와 가교화를 동시에 시켰을 때는 호화온도가 크게 떨어져 하이드록시프로필화만 시킨 것보다는 약간 높았으나 팽윤이 억제되었고 gel 조직강도는 증가하였다.
밤에서 추출한 천연 밤전분(NCS)과 이에 propylene oxide를 반응시켜 제조한 hydroxypro-pyl화 밤전분(HCS)의 이화학적 특성을 비교 검토하였다. 색도는 NCS와 HCS 사이에 별 차이가 없었고, 물결합 능력은 NCS가 233.8%, HCS가 244.5%를 나타내어 HCS의 물결합 능력이 증가하는 양상을 보였다. Hydroxypropylation에 의해 HCS의 청가 및 amylose 함량이 다소 감소하여 전분의 구조가 변형됨을 알 수 있었고 팽화력과 용해도에서도 증가하였다. 0.2% 전분 현탁액으로 광투과도를 측정한 결과 역시 HCS가 NCS에 비해 증가함을 알 수 있었다. DSC와 amylogram을 이용하여 호화 양상을 측정한 결과 hydroxypropylation에 의해 HCS의 호화 온도 및 호화 엔탈피가 감소하여 HCS를 식품가공에 이용할 경우 전분이 호화되는데 필요한 열량이 감소하여 경제적인 잇점이 있을 것으로 생각된다.
Potato starches were hydroxypropylated with 2.5, 5.0, 7.5, and 10.0% propylene oxide(PO) to improve mechanical properties of starch polyethylene film. Starch polyethylene cast films were prepared that contained 5% or 10% of the hydroxypropylated potato starch. Mechanical properties of these films were measured and compared to those of the films containing native potato starch. DS(degree of substitution) increased proportionally as propylene oxide concentration increased. Relative crystallinity in X ray diffraction patterns was decreased and starch granule observed by scanning electron micro scopy was destroyed by severe hydroxypropylation. In color properties of films, b value was not significantly different in the films but 5% starch polyethylene films with 2.5 PO starch showed the lowest L and a value. Tensile strength and strain energy of the films except the film containing 10.0 PO starch were higher than those of the containing native starch.
당면에 적합한 옥수수 변성전분을 개발하기 위하여 실험실규모로 원료전분별 당면을 제조하여 이화학적 특성을 살펴보았고 몇 가지 옥수수 변성전분을 제조하여 당면을 만들어 당면의 특성을 조사하였다. 우선 원료전분의 호화특성을 amylograph로 살펴본 결과 감자전분의 점도가 가장 높았으며 녹두전분이 가장 낮았다. 옥수수 전분을 oxidation, hydroxypropylation, hydroxypropylation+cross-linking시킨 결과 호화온도가 떨어지고 점도가 상승하였다. 실험실에서 제조한 당면의 DSC endotherm과 X-ray diffraction을 측정한 결과 대부분 당면의 Ti가 $60^{\circ}C$ 이상으로 시판당면의 peak 온도보다 높았고 X-ray 회절도의 peak가 분명하게 나타나 시판 당면과는 달리 실험실 당면 제조 조건하에서 당면이 완전히 호화되지 않았음을 보여주었다. 변성시킨 옥수수전분을 이용하여 만든 당면의 경우 hydroxypropylation에 의하여 peak 온도가 $3^{\circ}C$정도 낮아졌으며 oxidation에 의하여는 Ti가$2.5^{\circ}C$ 정도 높아졌다. 당면의 물리적 특성을 보면 원료전분별로는 고구마전분, 녹두전분의 hardness와 compression slope가 각각 $11,726{\sim}12,555\;g/cm^2$, $29,914{\sim}30,604\;g/cm^3$으로 가장 높았으며 찰옥수수전분으로 만든 당면이 가장 낮았다. 옥수수 전분을 변성시켜 만든 당면의 경우 산화전분으로 만든 당면의 hardness와 compression slope가 타 전분에 비하여 높게 나타났으며 고형분의 손실 면이나 조리과정 중의 팽윤 정도 등을 종합적으로 고려해 볼 때 옥수수 전분을 pH 9.0, $40^{\circ}C$에서 NaOCl 0.5% 농도로 30분간 약하게 산화반응을 시킨 옥수수 전분이 당면제조에 매우 적합한 특성을 갖고 있음을 확인하였다.
치환제인 PO 농도(2%, 6%, 12%)를 달리하여 제조한 하이드록시프로필화 쌀전분에 가교제인 $POCl_{3}$ 농도(0.005%, 0.02%)를 달리하여 처리한 HPCL 쌀전분을 제조하고, HPCL 쌀전분의 용해도, 팽윤력, pasting 특성 및 열적 특성을 연구하였다. 팽윤력은 일반 쌀전분 보다 다소 낮은 온도에서 증가되기 시작하였으나 그 이후는 모두 낮은 수치를 보여 HPCL 쌀전분이 일반 쌀전분보다 완만한 상승을 나타내었다. 용해도는 HPCL 쌀전분이 일반 쌀전분보다 전체적으로 낮은 값을 나타내었다. 한편 PO 함량이 증가할수록 팽윤력과 용해도 모두 증가하는 경향을 나타내었다. RVA pasting분석 결과, HPCL 쌀전분의 경우 일반 쌀전분보다 최고 점도는 낮아졌고 holding strength와 finalviscosity는 높은 경향을 나타내었으며, breakdown은 낮아지고 setback은 높은 것으로 나타났다. 열적 특성 분석 결과 HPCL 쌀전분의 경우 일반 쌀 전분보다 낮은 $T_{o}, T_{p}, T_{c}$ 및 ${\Delta}H$를 나타내었으며, $POCl_{3}$ 함량이 적을수록 감소폭이 더 큰 것으로 나타났다. 따라서 HPCL 쌀전분의 경우 RVA pasting 특성은 PO 첨가량, 즉 하이드록시프로필화에 따른 영향이 크다고 볼 수 있고 DSC 열적특성은 하이드록시프로필화 및 가교화 모두 영향을 미치는 것으로 생각된다.
녹두, 고구마, 물밤 전분에 propylene oxide를 0~18% 첨가하여 하이드록시프로필화 전분을 제조하여 하드캡슐 제조시 젤라틴 대체제로서의 가능성을 검토하였다. RVA 시험결과 propylene oxide 첨가량이 증가할수록 호화온도와 setback은 감소했고 최고 점도와 breakdown은 증가하였다. 팽윤력은 녹두의 경우 propylene oxide 양이 12% 이상 첨가되었을 때 급격히 증가하였고 고구마와 물밤은 9% 첨가했을때부터 증가하기 시작하였다. 투명도는 녹두가 다른 전분보다 가장 높았으며 propylene oxide 첨가량에 유의적으로 증가했고 고구마와 물밤의 경우 하이드록시프로필화 전분이 일반 전분보다는 증가했으나 propylene oxide의 양에 따른 경향성은 보이지 않았다. 붕해도 시험에서는 물밤의 경우 propylene oxide 6% 이상 첨가하였을 때 완전히 용해되었고 녹두와 고구마는 12% 이상 첨가되었을 때 완전히 용해되었다. 본 실험에서는 하이드록시프로필화 전분이 젤라틴 또는 동물성단백질을 기본으로 제조된 하드캡슐의 대체제로써 의약 산업에서 활용될 수 있는 가능성을 보여주었다. 본 연구결과를 토대로 하이드록시프로필화 전분 필름의 물성, 온도와 pH에 따른 붕해도 실험등이 추가 연구된다면 전분 하드캡슐로 상용화도 가능할 것이라 생각된다.
옥수수 전분을 propylene oxide와 반응시켜 하이드록시프로필화 옥수수 전분을 제조한 후 물리화학적 특성을 조사하였다. DSC, Amylograph 등을 이용하여 호화특성을 조사한 결과 치환기가 증가할수록 호화온도가 낮아져 치환도가 DS 0.068 이상에서는 호화개시온도가 $59^{\circ}C$로 감자 전분의 호화온도인 $62^{\circ}C$ 보다도 낮았으며 DS $0.120{\sim}0.147$에서는 $53^{\circ}C$까지 떨어졌다. 호화시킨 전분을 $4^{\circ}C$에 저장하면서 노화속도를 측정한 결과 DS 0.120 이상에서는 $4^{\circ}C$에서 7일간 방치하여도 거의 노화가 일어나지 않아 하이드록시프로필화에 의하여 크게 억제되었다. 또한 하이드록시프로필화 시킨 옥수수 전분은 빛 투과도 증가 시작온도가 낮아졌으며 빛 투과도는 현저히 증가되었다. 옥수수 전분을 하이드록시프로필화 시켰을때 gel 형성시간은 늦어졌으며 gel 조직이 연해지고 겔 강도도 떨어졌다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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