KR100836666B1 - 어닐링(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)에 의한 곡류의 소화율 억제방법 - Google Patents
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Abstract
본 발명은 전분을 포함하는 곡류에 어닐링(annealing) 처리하는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법에 관한 것이다. 구체적으로는 생식의 주원료로 쓰이는 현미와 그로부터 얻은 쌀전분을 50 ~ 55℃에서 24 ~ 48시간동안 어닐링 처리하여 이들의 결정성(crystallinity)의 증가에 따른 소화율 억제방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면, 곡류에 어닐링 처리를 하여 곡류입자의 결정성 증가, 완만소화성 전분 함량비 증가 및 초반 소화율 억제를 통해서 식사 직후 혈당이 급상승하고 식사 2시간 이후 일반인 보다 빨리 혈당수치가 떨어지는 등의 혈당 반응(glucose response)에 문제가 있는 당뇨환자의 혈당 조절에 도움이 될 것이고, 일반인의 식이에 적용한다면 역시 평소의 혈당 및 건강관리 측면에서 도움이 될 것이다.
Description
도 1은 변형된 Englyst의 전분 효소가수분해법이다.
도 2는 RDS, SDS 및 RS 면적의 개략도이다.
도 3는 50℃ (a)와 55℃ (b)에서 어닐링된 현미의 시차 주사 열량계의 온도기록도 (thermogram)이다.
도 4는 50℃ (a)와 55℃ (b)에서 어닐링된 쌀전분의 시차 주사 열량계의 온도기록도 (thermogram)이다.
도 5는 50℃ (a)와 55℃ (b)에서 어닐링된 현미의 효소가수분해를 나타낸다.
도 6는 50℃ (a)와 55℃ (b)에서 어닐링된 쌀전분의 효소가수분해를 나타낸다.
도 7은 어닐링된 현미의 RDS, SDS 및 RS의 함량비를 나타낸다.
도 8은 어닐링된 쌀전분의 RDS, SDS 및 RS의 함량비를 나타낸다.
본 발명은 곡류의 소화율 억제 방법에 관한 것으로, 더욱 구체적으로 전분을 포함하는 곡류에 어닐링처리하는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법에 관한 것이다.
쌀은 전세계 인구의 절반 이상이 주식으로 삼는 매우 중요한 곡물이다. 또한 쌀은 주요 탄수화물 공급원으로서 쌀은 열량 뿐 아니라 비타민 B 복합체와 같은 영양소의 주요 급원이기도 하다 [Guraya, H.S., et al. (1985): Cereal. Chem. 74, 561-565]. 도정되지 않은 쌀알(벼)의 구조를 보면, 곡립의 16~28%(무게비)를 껍질이 차지하고 있으며 껍질과 배유의 중간에 두께가 10 ㎛정도 되는 종피의 호분층이 씨눈을 둘러싸고 있다. 쌀은 최외곽층인 껍질만 제거한 현미 그 상태로, 또는 도정과정을 거쳐 백미로 가공하여 이용되기도 한다 [Kim, K.J., et al. (1997): Korean. J. Food Sci. Technol. 29, 1. 145-149]. 현미는 과피(pericarp), 종피(seedcoat), 및 호분층(aleurone layer)으로 구성된 미강과 배(embryo) 및 배유(endosperm)로 이루어져 있다. 이들의 구성 비율은 일반적으로 미강 5~6%, 배아 2~3%, 배유 92%에 해당하기 때문에 현미에서 미강부분을 모두 도정하여 제거하면 현미의 약 92%에 해당하는 백미를 얻을 수 있다. 현미에는 식물성 섬유질을 비롯한 각종 효소, 비타민, 미네랄 등 건강에 긍정적 영향을 미치는 영양소가 다량 함유되어 있으므로 요즘에는 소비자들이 건강증진을 목적으로 현미 섭취를 선호하는 추세이다 [Kim, J.S., et al. (2004): Korean. J. Food Preservation. 11,. 2. 182-188].
최근 건강증진, 질병예방 및 치유, 나아가 평균 수명의 연장 .등에 기여하는 건강기능식품에 대한 관심이 깊어짐에 따라 이에 대한 수요도 증가하고 있다. 이에 부응하여 시중에 판매되는 다양한 건강기능식품 중에 섭취가 간편한 장점이 있어 아침 대용식과 다이어트 제품으로 사용되는 생식(Saengshik) 제품이 2003년 기준으로 연매출 2500억원 대로 건강식품 시장에서 큰 증가세를 보이고 있다. 생식은 곡류, 두류 과채류, 해조류 및 버섯류 등의 식물성 원료를 가열처리하지 않고 만든 분말처리 제품이다. 현재 국내의 생식제품은 대개 30~50 종류의 원료를 배합하여 제조하고 있으며, 각 제조사별로 제품의 차별성을 위하여 유산균 발효원료 첨가, 한방원료 첨가, 발아곡류 첨가, 씨눈 첨가 등 독자적인 개념의 원료를 배합하는 형태를 유지하고 있다 [황재관(2003): 한국식품영양학회지. 100-102].
영양적인 측면에서, 전분은 소화되는 속도와 정도에 따라 급속소화성 전분(rapidly digestible starch, RDS), 완만소화성 전분(slowly digestible starch, SDS), 저항전분(resistant starch, RS)으로 분류된다. Englyst 등은 효소가수분해 기간의 초반 20분간 소화된 부분이 급속소화성 전분(RDS), 20분에서 120분까지 소화된 부분이 완만소화성 전분이고(SDS), 120분 이후에 소화되지 않는 부분이 저항전분(RS)라고 정의 하였다 [Englyst, H.N., et al. (1992): Eur. J. Clini. Nutr. 36, 10-1]. 특히 완만소화성 전분(SDS)은 제 2형 당뇨병 환자의 경우 생리적인 이점이 있는 것으로 보고되었다. 즉, 완만소화성 전분을 많이 함유한 식품은 식후 혈당 수치가 고혈당 또는 저혈당이 되는 것을 방지할 수 있으며, 완만 소화성 전분은 포만감(satiety)을 연장시킴으로써 다이어트 관련 식품에 첨가될 수 있을 것이다 [Wolf, B.W, et al. (1999): J. Agri. Food. Chem. American Chem. Soci. 47, 4178-4183]. 완만소화성전분 뿐만 아니라, Jenkins 등 [Jenkins, D.J.A., et al. (1987): Am. J. Clin. Nutr. 46, 968-975], Bj?rck 등 [Bjorck, I.M., et al. (1994): Am. J. Clin. Nutr. 59, 699S-705S]은 일반적으로 전분의 소화와 흡수의 속도도 혈당반응과 인슐린 반응에 큰 영향을 끼친다고 보고하였고, Tovar 등은 전분 이외의 다양한 식품의 시험관내(In vitro) 소화율을 연구하였다 [Tovar, J.,et al. (2003): Cereal. Chem. 80, 533-535]. In vivo상의 수치인 혈당지수(glycemic index)는 혈당반응과 인슐린 반응과 관련된 소화 및 흡수에 대한 개념으로 시료를 섭취했을 때 기준시료를 섭취했을 때의 혈당반응과 비교해서 나타낸 값이다. 혈당지수는 현재 국외에서 당뇨환자의 식이요법 뿐만 아니라 고지혈증 환자에게도 임상적으로 활용되고 있다. 밀기울 (wheat bran)과 통밀가루 (whole grain)의 단기적인 섭취로는 큰 효과가 없으나 [Jenkins, et al. (1978): British Medical Journal. 1, 1392-1394] 장기적인 섭취가 건강한 사람과 당뇨병 환자에게 글루코스 내성(glucose tolerance)에 중요한 증가세를 나타내었다는 연구결과를 보고 하였다. 이는 섬유질이 많이 함유된 탄수화물 식품이 식후 혈당 변화폭을 줄이고 소변으로 손실되는 글루코스의 양을 줄이는 등 당뇨병을 방지하는 잠재적인 효과가 있는 것을 나타낸 연구였다 [Brodribb, A.J.. et al. British Medical Journal. 1, 428-430]. 또한, 고-섬유질-고-탄수화물 식이는 심혈관 질환에서 지방질 관련 위해 요소를 줄이는 것으로 보고 되었다 [Anderson, J.W., et al. (1991): Metabolism. 29. 551-558].
본 발명은 어닐링(annealing)이 시험관내(In vitro) 소화율에 어떤 영향을 미치는지 알아보기 위하여 생식의 주원료로 쓰이는 현미와 현미에서 얻은 쌀전분을 50, 55℃ 에서 각각 24, 48시간 동안 어닐링(annealing) 처리하여 이들의 결정성(crystallinity)의 변화와 이에 따른 시험관내(in vitro) 소화율의 변화를 알아보고자 하였다. 시험관내(In vitro) 소화율의 초반 소화율이 감소한다면 식사 직후 급격히 혈당이 증가하는 당뇨병 환자의 문제점을 개선하는 효과를 가질 것이다.
이러한 효과를 바탕으로, 식사대용식으로 선호되는 생식의 제작 공정 중의 침지과정에 어닐링(annealing) 과정을 사용할 근거자료가 되어 산업적인 파급효과가 있을 것이다.
따라서, 본 발명의 주된 목적은 곡류 입자의 결정성을 증가시킴으로써 어닐링(annealing) 처리를 통하여 곡류의 소화율 억제 방법을 제공하는 데 있다.
본 발명의 다른 목적은 일반적인 생식용 곡류의 제조 공정 중에 어닐링 처리를 도입하는 것을 특징으로 하는 생식용 곡류 제조방법을 제공하는데 있다.
본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 전분을 포함하는 곡류에 어닐링(annealing) 처리하는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법을 제공한다. 본 발명의 실시예에서는 시험관내(in vitro) 소화율을 측정함으로써, 본 발명의 곡류가 소화율을 억제한다는 것을 증명하였다.
어닐링(Annealing)이란 생전분(native starch)의 유리전이온도(glass transition temperature)와 호화온도(onset of gelatinization) 사이에서 열과 과량의 물을 가할 때 입자의 파괴 없이 일어나는 전분 입자의 물리적인 재배열을 말한다 [Tester, R.F. and Debon, S.J.J. (2000): Annealing of starch-a review. Intern. J. of Biological Macromolecules. 27, 1-12]. 이 어닐링(annealing)에 의한 변화는 전분의 물리화학적인 특성에 중요한 영향을 끼친다. 어닐링(annealing) 처리 후 일반적으로 시료의 호화 온도는 증가하고, 호화 온도 범위 (gelatinization temperature range)가 좁아지며, 호화엔탈피 (gelatinization enthalpy)는 증가하는 경향을 보인다. 이 때 물은 무정형영역의 유리전이 온도를 낮추어 주는 가소제로 작용한다 [Knutson, C.A. (1990): Cereal Chem. 67, 376-384].
본 발명의 곡류의 소화율 억제방법에 있어서, 상기 어닐링은 바람직하게는 상기 곡류에 물을 가한 후 50 ~ 55℃에서 24 ~ 48시간 동안 처리한 것이 될 수 있으나, 가장 바람직하게는 50℃에서 48시간동안 어닐링 처리하는 것이 좋다. 상기 50 ~ 55℃에서 24 ~ 48시간 동안 처리한 것이 곡류입자의 결정성 증가, 완만 소화성 전분 함량비 증가 및 초반 소화율 억제에 있어서 바람직한 결과를 나타내었다.
본 발명의 곡류의 소화율 억제방법에 있어서, 상기 어닐링에 의해 상기 곡류의 입자결정성(crystallinity)이 증가되는 것을 특징으로 한다. 어닐링에 의한 입자결정성 증가는 곡류 입자의 유연성을 떨어뜨려 전체 소화율을 낮추고, 결정성 증가에 따른 전분 입자의 내부구조의 변화는 곡류의 효소에 의한 소화율 변화에 있어서 초반소화율 억제를 높인다. 본 발명의 실시예에서는 시료입자의 결정성의 변화를 살펴볼 수 있는 용융 엔탈피(melting enthalpy) (ΔH)를 측정함으로써, 입자결정성의 증가를 입증하였다.
본 발명의 곡류의 소화율 억제방법에 있어서, 급속소화성 전분, 완만소화성 전분, 저항전분의 전분함량 변화를 이용한 어떠한 식품에도 사용될 수 있으나, 바 람직하게는 상기 어닐링에 의해 완만소화성 전분 (slowly digestible starch)의 함량비가 증가되는 것을 특징으로 한다. 여기서 완만소화성 전분이란 Englyst 등이 정의한 바와 같이 효소 가수분해시간 20분 내지 120분에서 소화된 전분 부분을 의미한다.
본 발명의 곡류의 소화율 억제방법에 있어서, 곡류의 섭취를 위한 다양한 형태의 제품에 사용될 수 있으나, 바람직하게는 상기 곡류는 생식용 곡류인 것을 특징으로 한다. 생식용 곡류에서 초반 소화율을 감소시키는 효과를 이용해서 건강 기능식품에 응용할 수 있을 것으로 기대된다.
본 발명의 곡류의 소화율 억제방법에 있어서, 상기 곡류는 전분을 포함하는 모든 종류의 곡류에 사용될 수 있으나, 바람직하게는 상기 곡류는 현미 또는 그로부터 얻은 쌀전분을 포함하는 곡류인 것을 특징으로 한다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 어닐링 처리에 의해 완만소화성 전분의 함량비가 증가되는 방법으로 소화율이 억제된 곡류를 포함하는 혈당조절용 전분식품을 제공한다. 상기 어닐링 처리에 의해 곡류의 전분함량비를 변화시켜 완만소화성 전분의 함량이 증가된 식품은 식후 혈당 수치가 고혈당 또는 저혈당이 되는 것을 방지할 수 있어 혈당 반응(glucose response)에 문제가 있는 당뇨환자에게 도움이 될 수 있다 [Wolf, B.W, et al. (1999): J. Agri. Food. Chem. American Chem. Soci. 47, 4178-4183]. 본 발명의 실시예에서는 혈당지수(GI)와 K값을 측정하여 본 발명의 전분식품이 혈당조절에 도움을 준다는 것을 증명하였다.
본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 물에 곡류를 침지하고 동결건조한 후 분쇄하는 생식용 곡류의 제조방법에 있어서, 상기 물에 침지 시 어닐링 처리를 도입하는 것을 특징으로 하는 생식용 곡류 제조방법을 제공한다.
본 발명의 생식용 곡류 제조방법은 구체적으로, 일반적인 생식 제작 공정 중 분쇄 전 상온 또는 냉수에 곡류를 수 분(min)에서 4시간 이상 침지하는 공정에, 본 발명의 최적조건인 50℃에서 48시간 조건에서 곡류를 어닐링하는 공정을 도입한다면 새로운 기능성이 추가되어 시장을 개척할 차별화된 생식제품을 얻을 수 있을 것이고 부가가치 창출에도 기여할 것이다.
일반적으로, 다양한 생식제품의 제조 공정에 첨가되는 곡류는 물에 침지 시키고 동결건조한 후 분쇄되는 것으로 현미는 모든 생식 제품에 공통적으로 포함되는 대표적인 곡류 원료이다.
이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.
재료
본 발명에 사용된 현미는 2004년 함양에서 수확된 일반 자포니카 형(normal japonica type) 추청을 사용하였고, 쌀전분은 동일한 추청 현미를 Saito[Saito, S. (1980): J. Jap. Soc. Starch Sci. 27, 295]의 방법에 따라 0.2% NaOH 용액을 사용하여 분리한 후 시료로 사용하였다.
통계분석
본 발명의 모든 결과의 통계분석은 시그마스탯(SigmaStat) 2.03 (SYSTAT software INC., Chicago, IL)을 사용하였으며, 결과값은 평균±표준편차(means ± SEM(standard error means))으로 나타내었다. 모든 결과의 분산분석은 원웨이 아노바(one way ANOVA)에 의하여 행하였으며, 실험항목간의 유의성 검정은 던칸 다중범위시험(Duncan's multiple range test)에 의해 수행하였다.
실시예 1. 어닐링(Annealing) 시료의 제조
현미와 쌀전분 시료는 어닐링(annealing)을 위하여 진동수조(water bath)에 증류수 30 ㎖ (sodium azide 0.01%, w/v)이 담긴 원뿔형 튜브(conical tube)(50 ㎖ 용량)를 충분히 물에 잠기게 넣고 50 또는 55℃로 3시간 동안 충분히 예비 가열하고 원뿔형 튜브(conical tube)에 현미 또는 쌀전분 20 g을 담고 진동수조를 50 또는 55℃를 유지하며 24시간 또는 48시간 동안 가열하였다. 소디움아자이드(Sodium azide)는 어닐링(annealing) 과정 중에 미생물의 오염을 방지하는 목적으로 사용하였다.
어닐링(annealing) 후 현미는 원뿔형 튜브(conical tube)에서 꺼내어 비이커에 옮겨 담고 증류수로 세척하여 소디움아자이드(sodium azide)를 제거하고 시료를 동결건조 한 후, 믹서(mixer)로 분쇄하고 50 mesh 체에 통과시켜 분말 형태의 시료를 얻었다. 쌀전분 시료는 입자가 미세하여 현미처럼 비이커에서 세척할 수 없으므로 침지 시킨 시료를 원뿔형 튜브(conical tube)에서 꺼낸 후, GF/C (pore size 1.2 ㎛, Whatman, USA) 종이필터를 사용하여 감압한 상태에서 증류수로 세척하면서 소디움아자이드(sodium azide)를 제거한 후 현미와 동일하게 동결건조, 분쇄, 체에 통과시켜 분말시료를 얻었다. 현미 대조군 시료는 온도만 실온으로 유지하여 어닐링(annealing) 조건과 같은 처리를 하여 얻었다. 이와 같이 분말화 되어진 시료는 4℃ 콜드 챔버(cold chamber)에 보관, 사용되었다.
실시예
2. 시차 주사 열량계 (
Differential
Scanning
Calorimeter
,
DS
)
현미와 쌀전분 시료의 열적특성은 시차주사열량계(DSC, Seiko DSC 6100, Japan)를 이용하였다. 어닐링된 시료 3.33 mg(건조중량)은 수분과의 중량비를 1 : 3으로 시차주사 열량계용 알루미늄 용기(DSC pan)에 담은 후 수분과 공기가 통하지 못하도록 완전 밀봉 후 알루미늄 용기 내부의 전분과 수분간의 수분평형을 위해서 두 시간 동안 실온에 방치된 후 사용되었다. 시료주사열량계의 시료 pan은 10℃에서 140℃까지 분당 5℃로 가열하여 시료의 흡열곡선이 기록되었다.
시차주사열량계 분석에 사용된 대조군은 시료를 넣지 않고 밀봉된 시차주사 열량계용 알루미늄 용기가 사용되었다.
실시예 3. 시험관내(In vitro) 소화율
3.1. 효소가수분해반응(enzyme hydrolysis)
시험관내(In vitro) 소화율 측정은 Thompson법[Brumosky, J.O., et al. (2001): Cereal Chem. 78. 681-689B]과 Englyst법[Englyst, H.N., et al. (1992): Eur. J. Clini. Nutr. 36, 10-14]을 변형시켜 도 1과 같이 진행되었다.
시료 500 mg (건조중량)을 원뿔형 튜브(conical tube) (50 ㎖ 용량)에 넣고, 펩신(pepsin) (43 units/㎎solid pepsin from porcine gastric mucosa, P-7125, Sigma) 0.1 g을 가한 후 0.5% (w/v) 구아검(guar gum) 용액 10 ㎖와 10 mm 직경의 유리구슬을 원뿔형 튜브(conical tube)에 함께 넣었다. 시료가 담긴 용기를 37℃ 170 rpm로 작동되는 진동수조에서 30분간 반응시킨 후 소디움아세테이트(sodium acetate) 버퍼 용액 5 ㎖을 넣고 돼지 췌장 α-아밀라제(porcine pancreatic α-amylase)(P-7545, Sigma)와 아밀로글루코시다제(amylo-glucosidase) (AMG 300L, novozymes)의 혼합 효소 10 ㎖를 가하였다. 효소를 시료에 넣는 순간을 0분으로 정하고, 이 용기를 진동수조에서 170 rpm으로 반응시키면서0, 5, 10, 15, 20 ,30, 45, 60, 90, 120 그리고 180분 마다 0.5 ㎖씩 분획을 추출해서 80% 에탄올이 담긴 15 ㎖ 원뿔형 튜브에 넣었다. 이 용액을 15분간 2000 rpm으로 원심분리한 후 상등액을 추출해서 글루코스 옥시다제-퍼옥시다제 키트(glucose oxidase-peroxidase kit) (G-3660, Sigma)를 사용하여 상등액의 글루코스(glucose) 양을 측정하였다. 혈당지수의 기준값은 흰색 빵(white bread) 500 mg, (건조질량)를 시료와 동일하게 효소가수분해반응 시켜서 구하였다. 동일 시료를 3번 반복실험해서 평균을 구하였다.
3.2. 총전분 (total starch)과 k 값 (k value)
시료 500 mg (건조중량)을 원뿔형 튜브(50 ㎖ 용량)에 넣고 15분간 끓여서 완전 호화 시킨 후 7 M KOH 10 ㎖을 넣은 뒤 30분 동안 얼음물에서 반응시켰다. 이 시료를 진동혼합기 (vortexer)를 30초간 사용해서 균질화 후 1 ㎖를 취하여 0.5 M 아세트산(acetic acid) 10 ㎖와 아밀로글루코시다제(amyloglucosidase) 200 ㎕가 담겨있는 원뿔형 튜브에 넣은 후 진동수조에서 70℃, 30분간 반응시켰다. 효소반응 후 분획 0.5 ㎖을 추출해서 80% 에탄올 5 ㎖가 담긴 용기에 넣어 더 이상의 효소반응을 중지시켰다. 이는 전분 내의 모든 당이 30분 내에 가수분해된다는 가정하에 결정되었다. 2000 rpm에서 15분간 원심분리한 후 글루코스 옥시다제-퍼옥시다제 키트를 사용하여 시료의 총전분 함량을 측정하였다. 동일 시료를 3번 반복실험해서 평균을 구하였다.
시험관내(In vitro) 소화율은 아래에 제시한 식과 같이 시료의 시간별로 효소가수분해된 전분의 양 (도 1)을 총전분의 양으로 나누어서
으로 계산하였다.
시료의 0분부터 180분까지 측정된 시험관내(In vitro) 소화율 (%)을 Goni[Goni, I., et al. (1997): Nutr. Res. 17, 427-437] 등의 방법으로 연결해서 곡선으로 커브 피팅(curve fitting)하여,
C=C∞(1-e- kt)
의 식에 따라 구하였다.
여기서, t는 시간 (min), C는 시간 t에 총전분 중에서 효소가수분해되는 전 분의 농도 %, C∞는 반응이 평형에 도달하였을 때 총전분 중에서 효소 가수분해된 전분의 농도 %이고 k는 역학 상수 (kinetic constant)이다 [Merwe, B., et al. (2001): Food Chem. 72, 347-353].
3.3 혈당지수 (Glycemic index, GI)
혈당지수(Glycemic Idex, GI)를 구하기 위해 먼저 전분가수분해 지수(hydrolysis index, HI)를 계산한 후 Granfeldt [Granfeldt, Y., et al. (1992): European Journal of Clinical Nutrition. 49, 649-660]의 방법에 따라 다음과 같이 계산하였다.
* 시료의 소화율 곡선하 면적 (Area under digestibility curve of sample)
** 흰빵 기준의 소화율 곡선하 면적 (Area under digestibility curve of white bread reference)
혈당지수 (GI) = 8.198 + (0.862 ⅹ HI)
3.4. 급속 소화성 전분(RDS), 완만 소화성 전분(SDS) 그리고 저항전분(RS)
시료는 Englyst [Englyst, H.N., et al. (1992): Eur. J. Clini. Nutr. 36, 10-14]가 사용한 정의에 따라 전분의 시험관내(In vitro) 소화율 곡선의 아래의 면적 중 0분부터 20분까지인 A부분을 급속소화성 전분(RDS), 20분부터 120분 까지의 면적인 B부분을 완만소화성 전분(SDS) 그리고 120분 이후 분해가 되지 않는 C부분의 면적을 저항전분(RS)으로 정하였다 (도 2).
실험결과 1. 시차주사열량계를 이용한 시료의 열특성 및 결정성(
crystallinity
) 분석
도 3과 4는 50, 55℃에서 각각 24, 48시간 동안 어닐링된 현미 (도 3a, 3b) 쌀전분 (도 4a, 4b)의 DSC 서모그램(thermogram)이다. 전체적으로 호화초기온도(To)은 현미와 쌀전분 모두 대조군에 비해 모든 경우에 2.0℃이상 증가하는 경향을 보였다. 최고호화온도 (Tp)는 어닐링(annealing)에 따라 일정한 경향을 보이지는 않았으나 약간 증가하는 추세였고, 호화종결온도(Tc)는 어닐링(annealing) 처리시료가 대조군에 비하여 큰 차이는 없었다.
호화온도범위(Tc-To)는 현미의 경우 특별한 경향성 없이 대조군에 비해 값이 감소하는 경향을 나타내나, 쌀전분의 경우 온도와 시간이 증가할수록 값이 더 줄어드는 경향을 전체적으로 나타내었다.
표 1, 2는 어닐링된 현미와 쌀전분의 열적 특성을 각각 정리한 표이다. 어닐링(annealing)을 통하여 일어난 시료입자의 결정성의 변화를 살펴볼 수 있는 용융 엔탈피(melting enthalpy) (ΔH)는 어닐링된 현미 및 쌀전분 시료가 어닐링되지 않은 대조군에 비해 용융 엔탈피(melting enthalpy) (ΔH)가 모두 1.0 J/g 이상 값이 증가하는 경향을 보였다.
[표 1] 어닐링된 현미의 열적 특성
BRF CON: 24시간 실온에 침지된 현미 전분, BRF 50-24: 24시간 50℃에서 어닐링된 현미 전분, BRF 50-48: 48시간 50℃에서 어닐링된 현미 전분, BRF 55-24: 24시간 55℃에서 어닐링된 현미 전분, BRF 55-48: 48시간 55℃에서 어닐링된 현미 전분.
**다른 보통의 위첨자를 가진 데이터는 통계학적 의미와 다름 (P<0.05)
[표 2] 어닐링된 쌀전분의 역적 특성
NRS CON: 24시간 실온에 침지된 쌀전분, NRS 50-24: 24시간 50℃에서 어닐링된 쌀전분, NRS 50-48: 48시간 50℃에서 어닐링된 쌀전분, NRS 55-24: 24시간 55℃에서 어닐링된 쌀전분, NRS 55-48: 48시간 55℃에서 어닐링된 쌀전분.
**다른 보통의 위첨자를 가진 데이터는 통계학적 의미와 다름 (P<0.05)
현미의 경우 ΔH값은 50 또는 55℃에서 24시간 동안 어닐링(annealing) 시킨 시료가 각각 11.6 또는 11.1 J/g으로 비슷한 값을 나타내었고, 48시간 동안 어닐링된 경우에도 온도에 따른 ΔH값은 비슷한 값을 나타내므로 온도에 의존하지 않는 경향을 보였다. 하지만, 어닐링(annealing) 처리시간을 24시간에서 48시간으로 늘릴 경우 ΔH는 50나 55℃ 경우 모두 0.6 J/g 이상 증가함으로 ΔH값은 시간에 의존하는 경향을 나타내었다. 쌀전분의 경우 ΔH값은 50℃에서 어닐링된 시료가 55℃에서 처리된 시료보다 약간 높은 값을 보였으나, 두 경우 모두 처리 시간에 따라 큰 변화를 나타나지는 않았다.
현미의 경우 어닐링(annealing) 처리시간에 따라 ΔH값이 증가하는 경향은 Hoover [Hoover, R., et al. (1994): J. Food, Biochem., 18, 67-71], Stute [Stute, R. (1992): Starch/ Staeke, 44, 205-214] 등이 보고한 결과와 일치하는 것으로 어닐링(annealing) 처리에 따라 호화초기온도 (To)가 증가하고 입자의 재배열을 통한 결정성(crystallinity) 역시 증가한 것으로 이해할 수 있다. 또한, 50℃ 24시간에서 어닐링 처리된 쌀전분의 경우에 ΔH가 대조군에 비해 증가하고 최고호화온도 (Tp)는 큰 차이가 없었다.
실험결과 2. 시험관내(In vitro) 소화율
도 5와 6은 50, 55℃ 에서 각각 24, 48시간 동안 어닐링된 현미와 쌀전분의 시간별로 효소가수분해된 전분을 효소가수분해된 총전분의 양으로 나누어 얻은 시험관내(In vitro) 소화율을 나타낸 그림이다. 시험관내(In vitro) 소화율은 모든 시료에서 대조군과 어닐링 처리된 시료간에 뚜렷한 차이를 보였다.
현미의 경우에 어닐링된 시료가 대조군에 비해 낮은 총전분 소화율을 보이는 경향으로 50℃에서 어닐링된 시료는 효소에 노출된 후 반응시간 120분까지, 55℃에서 반응된 시료는 반응시간 약 80분까지 전반적으로 소화율에서 대조군에 비해 어닐링된 시간에 상관없이 비슷한 경향을 보였다 (도 5).
쌀전분의 경우에 시험관내(In vitro) 소화율은 전체적으로 대조군에 비해 반응시간 내내 낮은 소화율을 유지하였다. 현미 시료보다는 초반 소화율이 높으나, 경향은 비슷하였다. 50℃ 에서 처리된 쌀전분 시료(도 6a)에서는 시간에 따라 총전분의 가수분해 정도가 큰 것으로 48시간 어닐링된 시료가 소화율이 더 낮은 값을 보였다. 반면에, 55℃에서 어닐링된 시료 (도 6b)는 반응 초반에는 어닐링된 시간에 따른 차이가 없으나 반응시간 약 80분 정도 이후에는 어닐링된 시간에 따른 소화율의 차이가 있는 것으로 나타났다.
소화율을 결정성과 연관시켜보면, 결정성이 높은 경우 입자의 유연성이 떨어지므로 소화율이 감소할 것이라는 가정을 해 볼 수 있다. 현미의 경우 결정성은 대조군보다 더 높았고 (표 1), 결정성(crystallinity)이 증가하면 소화율 감소할 것이라는 가정과 일치된 결과를 보였다. 대조군에 비해 낮은 소화율을 보였다(도 5). 쌀전분의 경우 역시 특별히 50℃의 경우 48시간 어닐링된 시료의 소화율이 (도 6a) 더 낮은 값을 보이므로 ΔH값이 나타내는 결정성의 결과 (표 2)와 일치하는 경향을 보였다.
실험결과 3.
혈당지수
(
GI
)와 k값 (k
value
)
총전분 가수분해 곡선의 초반 기울기인 k값(k value)은 단위시간 동안 가수분해 정도를 나타내는 값이며 C∞는 가수분해 곡선이 평형에 달했을 때의 농도를 나타내는 것으로 혈당지수가 표 3에 정리되어 있다.
k값은 현미와 쌀전분 시료 모두 대조군에 비해 감소하는 값을 나타내었고, C∞는 현미는 대조군에 비해 높고, 쌀전분은 낮은 값을 나타내었다 (표 3과 4).
[표 3] 어닐링된 현미의 K값, C∞ 및 GI
**다른 보통의 위첨자를 가진 데이터는 통계학적 의미와 다름 (P<0.05)
[표 4] 어닐링된 쌀전분의 K값, C∞ 및 GI
**다른 보통의 위첨자를 가진 데이터는 통계학적 의미와 다름 (P<0.05)
혈당지수는 모든 경우 대조군보다 낮은 값을 보였다. 혈당지수는 단위시간에 소화되어 흡수되는 당의 양을 나타나는 것으로 대조군에 비해 값이 낮다는 것은 대조군보다 적은 양의 전분이 소화된 것으로 이해될 수 있다. 이 결과는 어닐링(annealing) 처리된 시료가 소화율을 낮출 수 있다는 가정과 일치하는 결과이다. k값 역시 기울기가 낮을 경우 소화율이 낮은 것을 의미하므로 어닐링된 시료가 대조군에 비하여 초반소화율이 낮다는 것을 증명하고 있다. 하지만 혈당지수와 비교하여 볼 때 k값은 어닐링된 시료의 경우 감소의 폭이 훨씬 크게 나타나므로, 혈당지수보다 더 의미있는 값으로 받아들여질 수 있다.
현미시료의 경우 50℃에서 24시간, 50℃에서 48시간 처리된 시료가 가장 낮은 k값을 보이므로 어닐링(annealing) 처리가 소화율 감소에 긍정적인 효과를 나타낸 것으로 보인다. 이는 앞서 언급한 대로, 완만 소화성 전분 %의 변화와도 일치한 것이다(50℃ 24시간 처리한 시료가 33.58%, 50℃에서 48시간 처리한 시료가 35.32% 대조군은 21.29% 이다.).
그러므로 소화율을 낮추기 위한 어닐링(annealing) 처리 조건은 50℃에서 48시간 처리된 현미시료가 본 발명에는 가장 바람직한 조건으로 나타났다. 이와 같이 현미와 쌀전분 시료의 초반 소화율이 낮은 결과는 혈당 반응 (glucose response)에 문제가 있는 당뇨환자에게 도움이 될 수 있을 것이다. 또한, 초반 소화율이 낮고 혈당조절에 효과가 있는 전분식품은 일반인에게도 건강식품으로서의 응용가능성을 가지고 있다. 특히, 생식의 주원료로서 현미가 사용되는 것을 감안한다면 일반적인 생식 제작 공정에서 실온의 물 또는 냉수에서 침지 후 분쇄하는 과정에 어닐링(annealing) 공정을 도입한다면 본 발명에세 나타난 초반 소화율을 감소시키는 효과를 이용해서 건강 기능식품에 응용할 여지가 있을 것으로 기대된다.
실험결과 4. 급속소화성 전분 (
RDS
),
완만소화성
전분 (
SDS
) 그리고
저항전분
(RS) 함량
현미와 쌀전분의 어닐링된 조건에 따른 급속소화성 전분, 완만소화성 전분 및 저항전분의 비율은 도 7과 8에 나타나 있다.
전체적으로, 모든 시료에서 급속소화성 전분은 대조군에 비해 낮은 비율을 보였고, 완만소화성 전분은 대조군에 비해 높은 값을 나타내었다. 현미와 쌀전분을 비교해 볼 때, 현미는 쌀전분보다 완만소화성 전분와 저항전분의 비율이 훨씬 높았고, 쌀전분은 급속소화성 전분의 비율이 현미시료보다 높게 나타났다. 현미시료 (도 7)는 전체적으로 온도가 같을 경우 어닐링된 시간에 따라 큰 차이를 보이지 않았으나, 55℃에서 어닐링된 시료가 50℃에서 시료보다 약간 높은 급속소화성 전분의 함량을 나타내었다. 이로써 어닐링(annealing) 처리시에 중요한 요소는 어닐링(annealing)처리하는 시간보다 전분 입자가 녹기 시작하는 온도인 호화개시온도 (To)와 어닐링(annealing) 처리되는 온도의 차이라는 것을 알 수 있다.
쌀전분의 경우 (도 8) 각각의 어닐링(annealing) 온도에서 처리된 시간이 길수록 높은 완만소화성 전분의 비율을 보였으나 온도에 따른 차이는 크지 않았다. 50℃의 경우 완만소화성 전분은 48시간 처리된 시료가 24시간에 비해서 큰 비율을 보인 반면, 저항전분은 시간에 따른 차이를 보이지 않았다. 같은 온도에서 처리된 경우의 완만소화성 전분의 함량은 처리 시간에 의존해서 변하고 현미에서는 55℃에서 48시간 처리된 시료가 오히려 24시간 처리된 시료보다 완만 소화성 전분 함량이 낮아진 이유는 현미는 쌀전분과 다르게 섬유질 (fiber)이 전분질에서 반응하여서 어닐링(annealing) 효과의 최적지점이 쌀전분과 다르게 변하는 것에 기인하는 것으로 추측된다.
현미의 소화율이 쌀전분에 비해 낮은 현상은 현미의 겉표면에 있는 섬유질은 콩에 존재하는 섬유질처럼 두꺼운 막에 의한 전분의 포집 (fibrous thick walled cell entrapment)에 의한 것이라는 Tovar 등의 보고와 함께여겨진다 [Tovar, J., et al. (1990): J. Agric. Food Chem. 38, 488-493].
어닐링된 시료에서 급속소화성 전분 함량이 줄어든 현상은 본 발명에서 수행된 DSC 결과에서 ΔH가 증가하여 결정성이 증가한 것으로 미루어 볼 때, 어닐링(annealing) 동안 결정성이 증가하고 새로운 결정이 생기거나 재배열하여 결정이 더 강해진다는 것을 알 수 있다.
한편, 어닐링(annealing) 시에 일부의 결정 (crystal)이 녹아서 다시 결정을 만들게 된다는 이유로도 설명이 될 수 있다. 결국은 높은 결정성(higher degree of crystallinity)이 가지게 되어서 ΔH값의 증가로 전분의 결정 영역의 증가를 나타내고 [Reddy, I. and Seib. P.A. (1999): Cereal Chem. 76, 340-343] 높은 입자의 결정성과 변화된 전분입자의 내부구조가 효소 침투를 반응 초기에 방해하므로 초반 소화율이 감소하는 것으로 생각된다 [Gerard, C., et al. (2001): J. Sci. Food Agric. 81, 1281-1287].
쌀전분에서는 현미의 쌀겨(=껍질) 같은 섬유질로 이뤄진 외층이 없으므로 물리적 방어막 없이 초반에 직접 효소에 공격을 받게 될 것이다. 쌀전분의 결정성이 어닐링(annealing)에 의해서 강화되었다고 하여도 현미처럼 물리적인 외부층이 없다면 효소반응 초기에는 현미에 비해 많은 면적이 직접 효소에 노출되어 효소에 의한 소화가 현미보다 더 많이 일어날 것이다.
이상 설명한 바와 같이, 본 발명에 따르면 곡류의 초반 소화율이 낮은 결과를 당뇨병 환자의 식이에 도입한다면 식사 직후 혈당이 급상승하고 식사 2시간 이후 일반인 보다 빨리 혈당수치가 떨어지는 등의 혈당 반응(glucose response)에 문제가 있는 당뇨환자의 혈당 조절에 도움이 될 것이고, 일반인의 식이에 적용한다면 역시 평소의 혈당 및 건강관리 측면에서 도움이 될 것이다. 제품화에서는 앞서 서술한대로, 일반적인 생식 제작 공정 중 분쇄 전 상온 또는 냉수에 현미를 수 분 (min)에서 4시간 이상 침지하는 공정에, 본 발명의 최적 조건인 50℃, 48시간 조건에서 현미를 어닐링(annealing)하는 공정을 도입한다면 새로운 기능성이 추가되어 시장을 개척할 차별화된 생식제품을 얻을 수 있을 것이고, 부가가치 창출에도 기여할 것이다.
Claims (7)
- 전분을 포함하는 곡류에 물을 가한 후 50 ~ 55℃에서 24 ~ 48시간 동안 어닐링(annealing) 처리하는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법.
- 삭제
- 제 1항에 있어서, 상기 어닐링에 의해 상기 곡류의 입자결정성(crystallinity)이 증가되는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 어닐링에 의해 완만소화성 전분 (slowly digestible starch)의 함량비가 증가되는 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법.
- 제 1항에 있어서, 상기 곡류는 현미 또는 그로부터 얻은 쌀전분을 포함하는 생식용 곡류인 것을 특징으로 하는 곡류의 소화율 억제방법.
- 제 1항 또는 제 3항 내지 제 5항 중 어느 한 항의 방법에 의한 소화율이 억제된 곡류를 포함하는 혈당조절용 전분식품.
- 물에 곡류를 침지하고 동결건조한 후 분쇄하는 생식용 곡류의 제조방법에 있어서, 상기 곡류를 물에 침지 시 50 ~ 55℃에서 24 ~ 48시간 동안 어닐링(annealing) 처리를 도입하는 것을 특징으로 하는 생식용 곡류 제조방법.
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| KR1020060035713A KR100836666B1 (ko) | 2006-04-20 | 2006-04-20 | 어닐링(ａｎｎｅａｌｉｎｇ)에 의한 곡류의 소화율 억제방법 |
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