KR20240032827A - 완두콩 전분의 플래시 열 처리 방법 - Google Patents

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KR20240032827A
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Abstract

본 발명은 고함량의 느린 소화성 분획(SDS)을 갖는 콩과 식물 전분의 제조 방법에 관한 것이며, 열수 처리 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
1) 30 내지 40 중량%의 건조물 함량을 갖는 전분유를 제조하는 단계;
2) 이러한 방식으로 제조된 전분유를 전분유의 체류 시간이 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만이도록 하는 연속식 반응기 내에서 50 내지 60℃, 바람직하게는 55℃로 가열하는 단계; 및
3) 이러한 방식으로 처리된 전분유를 회수, 여과, 및 건조하는 단계.

Description

완두콩 전분의 플래시 열 처리 방법
본 발명은 완두콩 전분의 느린 소화성 분획의 함량을 증가시키기 위한 열수 방법에 관한 것이다. 보다 특히, 이러한 열수 방법은 완두콩 전분의 열 처리를 위한 연속적이고, 신속한 방법("플래시 열 처리"로 지칭됨)이다.
이는 또한 이런 방식으로 수득된 완두콩 전분 및 이의 용도에 관한 것이다.
발명의 분야
생리학적 관점에서, 인간 또는 동물의 식사 과정에서 섭취하는 대부분의 탄수화물은 전분이 대표적이며, 전분은 식물에서 특유하고, 전분 식품(파스타, 밀가루, 감자)의 주성분인 에너지 저장 분자이다.
섭취 동안, 전분 분자는 더 작은 선형 글루칸 사슬로 해리되며, 그 자체는 소화계에 의해 흡수될 수 있는 단순 글루코스 분자로 해리된다.
전분 소화는 타액의 효소: 타액 아밀라제에 의해 저작 동안 입에서 시작된다.
전분의 이러한 초기 분해는 위의 산성도에 의해 중단되지만, 췌장 및 장 효소의 작용으로 인해 십이지장(소장의 첫 번째 부분)에서 재개된다.
이러한 모든 아밀라제의 연이은 작용은 이당류, 말토스가 출현되도록 하며, 그 자체는 2개의 단당류, 글루코스로 전환된다.
생화학적으로 합성된 탄수화물의 공급원, 전분은 식물계에서 가장 널리 퍼져 있는 유기 물질 중 하나이며, 이는 유기체의 영양 저장분을 구성한다.
따라서, 이는 고등 식물, 특히 곡물(밀, 옥수수 등), 콩과 식물(완두콩, 콩 등), 괴경(감자, 얌 등), 뿌리(카사바, 고구마 등), 알뿌리, 줄기, 및 열매의 저장 기관과 조직에 자연적으로 존재한다.
전분은 주로 분자 구조에서 분지화 공급원인 α-(1-4) 및 α-(1-6) 결합을 통해 서로 결합된 D-글루코스 단위로 구성된 2개의 동종중합체, 아밀로스와 아밀로펙틴의 혼합물이다.
이들 2개의 동종중합체는 이의 분지도 및 이의 중합도의 측면에서 상이하다.
아밀로스는 짧은 가지로 약간 분지되어 있으며, 10,000 내지 1,000,000 달톤의 분자량을 갖는다. 분자는 100개 내지 10,000개의 글루코스 분자로 형성된다.
아밀로펙틴은 α-(1-6) 결합을 통해 24 내지 30개의 글루코스 단위마다 가지를 갖는 분지형 분자이다. 이의 분자량은 1,000,000 내지 100,000,000 달톤 범위이고, 이의 분지도는 약 5%이다. 전체 사슬은 10,000 내지 100,000개의 글루코스 단위를 포함할 수 있다.
아밀로스 대 아밀로펙틴의 비율은 전분의 식물원에 좌우된다.
전분은 과립 상태, 즉, 반결정질 과립 형태로 저장 기관 및 조직 내에 저장된다.
이러한 반결정질 상태는 본질적으로 아밀로펙틴 거대분자로 인한 것이다.
천연 상태에서, 전분 과립은 15 내지 45 중량% 범위의 결정화도를 가지며, 이는 실질적으로 식물 기원 및 이들의 추출에 사용된 방법에 좌우된다.
따라서, 편광 아래에 놓인 과립형 전분은 현미경으로 보면 "몰타 십자가(Maltese cross)"로서 지칭되는 특징적인 검은색 십자가를 갖는다.
이러한 양성 복굴절 현상은 과립의 반결정질 구조로 인한 것이다: 그 이유는 중합체 사슬의 평균 배향이 방사형이기 때문이다.
과립형 전분에 대한 보다 상세한 설명은 다음을 참조할 수 있다: 문헌[chapter II, entitled "Structure et morphologie du grain d'amidon" ["Structure and morphology of the starch grain"] by S. Perez, in the work "Initiation la chimie et la physico-chimie " ["Introduction to macromolecule chemistry and physical chemistry"], first edition, 2000, volume 13, pages 41 to 86, Groupe d'Etudes et d'Applications des [French Polymer Group]].
건조 전분은 식물 기원에 따라 12 내지 20 중량% 범위의 물 함량을 함유한다. 이러한 물 함량은 명백하게 배지의 잔류 수분에 좌우된다(aw = 1의 경우, 전분은 전분 g당 최대 0.5 g의 물을 고정할 수 있음).
전분 현탁액을 과량의 물과 함께 이의 호화 온도에 가까운 온도로 가열하게 되면 과립이 비가역적으로 팽윤되며, 이의 분산 및 이어서 이의 용해로 이어진다.
이는 특히 전분에 이의 관심 기술적 특성을 부여하는 이들의 특성이다.
"호화 범위"로 지칭되는 소정의 온도 범위에서 전분 입자는 매우 빠르게 팽윤되며, 이의 반결정질 구조를 상실한다(복굴절 소실).
일반적으로, 모든 과립은 5 내지 20℃ 정도의 온도 범위에 걸쳐 가능한 한 팽윤될 것이다. 분산상을 구성하는 팽윤된 과립 및 수성 연속상을 증점시키는 분자(주로 아밀로스)로 구성된 페이스트가 수득된다.
페이스트의 레올로지 특성은 이들 2개의 상들의 상대적 비율 및 과립의 팽윤 부피에 좌우된다. 호화 범위는 전분의 식물 기원에 따라 가변적이다.
전분 페이스트가 매우 다수의 고도로 팽윤된 과립을 함유할 때 최대 점도가 수득된다. 가열을 전단과 함께 지속할 때, 과립은 터지고, 물질은 매질 중에 분산할 것이다.
아밀로스-지질 복합체는 상기 조합이 아밀로스와 물 분자의 상호작용을 방지하기 때문에 지연된 팽윤을 가지며, 과립(아밀로마이즈가 지질과 복합체화됨)의 전체 팽윤을 수득하기 위해서는 90℃ 초과의 온도가 필요하다.
과립이 소실되고, 거대분자가 용해되면 점도는 감소한다.
전분 완두콩의 온도를 낮추는 것(냉각에 의함)은 거대분자의 겔화 또는 불용화를 초래하며, 이어서 이들 거대분자의 결정화가 관찰된다.
이러한 현상은 명칭 노화(retrogradation)로 알려져 있다.
페이스트가 아밀로스를 함유할 때, 이는 노화를 겪을 이러한 첫 번째 분자이다.
이는 접합 구역을 통해 3차원 네트워크를 발생할 "결정"을 형성하기 위해 이중 나선 및 이중 나선의 조합의 형성을 구성할 것이다.
이러한 네트워크는 수시간 내에 매우 빠르게 형성되며, 최대 수주 동안 전개를 지속한다. 이중 나선을 형성하는 수소 가교 결합을 통해 분자가 서로 회합하게 되면 네트워크 내의 회합된 물 분자를 대체하며, 유의한 이수를 유발한다.
전분의 구조적 복잡도 및 이의 물리화학적 특성은 이러한 부류의 탄수화물이 인간과 동물에서 동화된 다음 가변적 방식으로 소화될 것임을 의미한다.
이는 전분이 이의 소화율에 따라 세 가지 카테고리로 분류되는 이유이다: 신속한 소화성, 느린 소화성, 또는 비-소화성.
자연적으로 과립/반결정질 형태로 존재하는 전분은 식품 처리 동안 열, 압력, 및/또는 수분에 대한 노출 후 "신속한 소화성 전분"(RDS)으로 전환될 수 있다.
느린 소화성 전분(SDS)은 여전히 결정 구조를 가지며 소화 효소에 대한 접근성이 떨어지기 때문에 RDS와 비교하여 소화 효소에 의해 분해되는 데 더 오래 소요된다.
이러한 SDS 분획의 소화는 글루코스를 온건하고 규칙적으로 혈액 내로 방출하도록 한다. 이들은 낮은 G.I 전분("저혈당 지수"용)으로 알려져 있다.
높은 SDS 함량을 갖는 식품은 이어서 단지 낮은 SDS 함량을 갖는 식품보다 더 낮은 식후 혈당 반응 및 더 낮은 인슐린 반응을 유도할 것이다.
대조적으로, RDS는 이들의 글루코스를 혈액 내로 훨씬 더 빠르게 방출하기 때문에 영양가가 높은 탄수화물이다. 그러나, 영양원은 대사 증후군을 야기할 수 있는 이를 너무 많이 함유하지 않도록 주의하여야 한다.
소위 저항성 전분(RS)에 대해 말하자면, 이들은 결과적으로 장내 효소에 의해 소화될 수 없는 섬유질(예컨대, 옥수수겨, 귀리 섬유질, 검 등)에 필적한다.
전체 전분은 이의 세 가지 성분의 합임이 선행 기술에서 인정되었다: RDS, SDS 및 RS.
따라서, 다양한 유형의 전분은 인간의 소화계에서 상이한 속도로 소화된다.
따라서, SDS는 RDS보다 더 느린 소화 속도를 갖는 것으로 추정된다. RS는 소장에서 효소적 소화에 저항력이 있는 전분의 분획이다. 이 분획은 대장에서 발효되며, 따라서 식이성 섬유로 간주할 수 있다.
따라서, SDS 분획 및 RDS 분획은 이용 가능한 글루코스의 공급원이다.
SDS는 밀, 쌀, 보리, 호밀, 옥수수와 같은 곡물의 일부 조리되지 않은 종자 및 완두콩, 들콩(field bean), 및 렌즈콩과 같은 콩과 식물에 자연적으로 존재한다.
SDS 함량은 주로 뒤따를 식품 처리 동안 전분의 호화에 의해 영향을 받는다.
실제로, 이 공정 동안 온도, 압력, 및 수분에 대한 노출은 SDS 분획이 RDS로 전환되도록 하여, 전분이 효소적 소화에 더 쉽게 접근할 수 있도록 만든다.
이러한 전환은 전분의 호화를 제한하기 위해 조리 조건을 제어함으로써 최소화할 수 있다.
따라서, 조성물 또는 식료품에서 SDS의 원래 함량은 이의 제조가 수행되었던 방식에 좌우될 것이다.
따라서, SDS를 많이 함유하는 식료품은 일반적으로 아주 적게 함유하는 부풀린 아침 식사용 곡물이나 빵과 달리 특정 파스타, 반숙 쌀, 통보리, 및 특정 쿠키인 것으로 알려져 있다.
식품의 SDS 함량은 통상적으로 H.N. ENGLYST와 그의 동료들에 의해 개발된 시험관 내 방법(1992년에 문헌[European Journal of Clinical Nutrition, volume 46, pages S33-S50]에 게재됨)을 사용하여 결정된다.
이 발표의 나머지 부분에서, "ENGLYST에 따른" 이1992년 방법을 참조할 것이다.
이 방법은 소장에서 발생하는 효소적 소화를 시뮬레이션하기 위해 개발되었다.
제품 또는 전분 샘플을 소화 효소의 존재 하에 튜브 내로 도입하고, 글루코스의 방출이 120분의 반응 동안 측정된다.
이 방법은 하기를 구별할 수 있도록 한다:
신속하게 이용 가능한 글루코스(RAG)를 측정한 것에 의한 RDS 분획; 이 경우에서는, 0분 내지 20분에 방출된 글루코스를 측정하고;
천천히 이용 가능한 글루코스(SAG)를 측정한 것에 의한 SDS 분획; 이 경우에서는, 20분 내지 120분에 방출된 글루코스를 측정하고;
RS 분획은 120분 후에 방출되지 않은 글루코스에 해당하며, 이는 다음 식에 의한 ENGLYST 방법에 따라 계산된다: TS-(RDS + SDS), 여기서, TS = 전체 전분(전분 자체에 대해 분석을 수행할 때 전체 전분은 100%와 같은 것으로 간주됨)이다.
전분으로부터의 이용 가능한 탄수화물을 50 중량% 초과로 함유하는 탄수화물이 풍부한 식품(이 중 적어도 40 중량%가 SDS임)은 통상적으로 SDS가 높은 식품으로 간주된다.
따라서, 이들은 더 낮은 SDS 함량을 갖는 식품과 비교하여 혈당 지수 및 인슐린 생성을 제한하기 위해 권장된다.
이들 식품 응용 분야에서 통상적으로 사용되는 모든 전분 중에서 콩과 식물 전분 및 보다 특히 완두콩 전분이 주요한 후보이다.
실제로, 완두콩 종자는 이들의 높은 전분 함량(건조물의 중량 기준으로 55 내지 70%) 및 이들의 낮은 혈당 지수에 대해 알려져 있다(문헌[RATNAYAKE et al. "Pea starch, composition, structure and properties - A review", , 2002, vol. 54, pp. 217-234]).
따라서, ENGLYST에 따라 통상적으로 27 내지 38 중량%의 SDS 함량을 나타내는 천연 완두콩 전분은 영양학적 응용 분야에서 관심을 끌고 있다.
그러나, 높은 SDS 함량을 갖는 식품을 제조하기 위해서는, 더 높은 분획의 느린 소화성 탄수화물을 갖는 전분을 사용하는 것이 필요하다.
어닐링 유형 열 처리는 전분 과립의 결정 구조를 변경할 수 있도록 만드는 것으로 선행 기술에 알려져 있다.
그러나, 어닐링 공정의 주요 목적은 느린 소화성 분획(SDS) 함량의 수준을 증가시키는 것이 아니라, 오히려 RDS 분획 함량을 증가시킴으로써 전분 및 특히 콩과 식물 전분, 예컨대 완두콩 전분을 더 소화하기 쉽게 만들기 위한 것으로 선행 기술에 알려져 있다(문헌[article by CHUNG et al., in Carbohydr. Polym., 2009, vol. 75, pp. 436-447] 참조).
그러나, 이의 특허 출원 국제공개 WO 2021/099747호에서, 출원인 회사는 RDS 분획을 증가시키기 위해서가 아니라, 오히려 콩과 식물 전분, 특히 완두콩 전분의 SDS 함량을 증가시키기 위해 이 어닐링 기술을 최적화하였으며, 이는 이 목적에 특히 적합한 어닐링 공정 조건을 찾고, 발견하는 것에 의한다.
여전히, 어닐링 방법 자체에 대한 제한이 존재하는 실정이다. 구체적으로, 이 처리는 보통 불연속적 공정의 맥락에서 수행되며, 목표 온도에서 적어도 30분 동안 가열하는 것이 필요하다.
불연속적 공정에서의 가열 시간의 목표는 열원과 용기(또는 반응기)의 중앙 사이의 온도의 균형을 이루며 전분 결정자가 재배열(어닐링 효과)되도록 하는 것이다.
더 큰 반응기는 열원과 용기의 중앙 사이의 더 긴 경로로 인해 더 긴 가열 시간이 필요할 것이다. 마찬가지로, 더 높은 고체 함량은 더 높은 점도로 인해 더 긴 가열 시간이 필요할 것이다.
따라서, 출원인 회사는 기본적 어닐링 방법의 가열 시간보다 훨씬 더 짧은 가열 시간을 갖는 연속식 방법을 구현하는 것에 의해 콩과 식물 전분, 특히 완두콩 전부의 SDS 함량이 증가되도록 하는 작동 조건을 발견함으로써 이러한 어닐링 방법을 최적화하기로 결정하였다.
다른 특성, 상세 사항, 및 이점은 다음의 상세한 설명을 해석하고 첨부된 도면을 분석함으로써 명백할 것이다:
도 1
[도 1]은 직렬로 3개의 조를 포함하는 본 발명의 일 실시형태에 따른 열적 요리기(thermal cooker)를 나타낸다.
따라서, 본 발명은 고함량의 느린 소화성 분획(SDS)을 갖는 콩과 식물 전분, 바람직하게는 완두콩 전분의 제조 방법에 관한 것이며, 수열 처리 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 한다:
1) 30 내지 40 중량%의 건조물 함량을 갖는 전분유(starch milk)를 제조하는 단계;
2) 이러한 방식으로 제조된 전분유를 전분유의 체류 시간이 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만이도록 하는 연속식 반응기 내에서 48 내지 60℃, 바람직하게는 55℃로 가열하는 단계; 및
3) 이러한 방식으로 처리된 전분유를 회수, 여과, 및 건조하는 단계.
본 발명의 의미에서 "고함량의 느린 소화성 분획"은 전분에 대해 건조 중량 기준 5 내지 25%, 바람직하게는 건조 중량 기준 10 내지 20%의, 전분으로부터 제조된 SDS 함량의 증가를 의미하는 것으로 이해된다.
본 발명의 목적을 위해, "콩과 식물"은 세살피니아세아에, 미모사세아에, 또는 파필리오나세아에의 과에 속하는 임의의 식물, 특히 파필리오나세아에의 과에 속하는 임의의 식물, 예를 들어 완두콩, 콩, 잠두, 들콩, 렌즈콩, 알팔파, 클로버, 또는 루핀을 의미한다.
이 정의는 특히 문헌[the article by HOOVER et al. entitled "Composition, structure, functionality and chemical modification of legume starches: a review", Can. J. Physiol. Pharmacol. 1991, vol. 69, pp. 79-92)]에 포함된 표에 기술된 모든 식물을 포함한다.
바람직하게는, 콩과 식물은 완두콩, 콩, 잠두, 및 들콩을 포함하는 군으로부터 선택된다.
이롭게는, 이는 완두콩이며, 용어 "완두콩"은 이의 가장 넓은 의미로 본원에서 고려되며, 특히 하기를 포함한다:
"매끄러운 완두콩"의 모든 야생 품종 및
상기 품종이 일반적으로 의도되는 용도(인간 식품, 동물 사료, 및/또는 기타 용도)와 상관없이, "매끄러운 완두콩" 및 "주름진 완두콩"의 모든 돌연변이 품종.
상기 돌연변이 품종은 C-L HEYDLEY 등의 문헌["Developing novel pea starches", Proceedings of the Symposium of the Industrial Biochemistry and Biotechnology Group of the Biochemical Society, 1996, pp. 77--87]에 기재된 바와 같이 "r 돌연변이체", "rb 돌연변이체", "rug 3 돌연변이체", "rug 4 돌연변이체", "rug 5 돌연변이체" 및 "lam 돌연변이체"로서 특히 알려져 있는 것들이다.
또 다른 이로운 변이체에 따르면, 콩과 식물(예를 들어, 완두콩 또는 들콩 품종)은 중량 기준(건조/건조) 적어도 25%, 바람직하게는 적어도 40%의 전분을 함유하는 입자를 제공하는 식물이다.
"콩과 식물 전분"은 콩과 식물 및 특히 파필리오나세아에로부터 임의의 수단에 의해 추출된 임의의 조성물을 의미하도록 의도되며, 이의 전분 함량은 40% 초과, 바람직하게는 50% 초과, 그리고 더욱더 바람직하게는 75% 초과이고, 이들 백분율은 상기 조성물의 건조 중량에 대한 건조 중량으로 표시된다.
이롭게는, 이러한 전분 함량은 90% 초과(건조/건조)이다. 이는 특히 98 중량% 초과를 포함하여 95 중량% 초과일 수 있다.
"천연" 전분은 임의의 화학적 개질을 겪지 않은 전분을 의미한다.
이들의 기본적인 SDS 분획 함량을 결정하기 위해, 본 발명에 따른 것인지 여부와 상관없이, 완두콩 전분은 문헌[ENGLYST et al. entitled "Classification and measurement of nutritionally important starch fractions", Eur. J. Clin. Nutr., 1992, vol. 46 (Supp. 2), pp. S33-S50]에 의한 방법의 시험관내 소화 과정 조건에 따라 분석된다.
상기 방법은 식품 내에 함유된 신속한 소화성 전분(RDS), 느린 소화성 전분(SDS), 및 비-소화성(저항성) 전분(RS)의 분획을 측정하는 것으로 구성된다.
이러한 분획은 판크레아틴, 아밀로글루코시다제, 및 인버타제를 이용한 효소적 소화 후에 측정된다.
방출된 글루코스는 DiaSys Distribution France Sarl 사에서 판매하는 참조 번호 1 2500 99 10 923의 Glucose GOD FS 글루코스 옥시다제 키트를 사용하여 상기 키트의 프로토콜에 따라 비색법에 의해 측정된다.
ENGLYST에 따라 소화를 측정하기 위해 구현된 방법의 상세 사항은 이의 특허 출원 국제공개 WO 2021/099747호에서 출원인 회사에 의해 제공된 것과 유사하다:
사용된 시약:
무수 나트륨 아세테이트(SIGMA로부터, 참조 번호: 71184)
벤조산(SIGMA로부터, 참조 번호: 242381)
CaCl2(MERCK로부터, 참조 번호: 1.02378.0500)
아세트산 0.1 M(SIGMA로부터, 참조 번호: 33209)
돼지 판크레아틴 8 x USP(SIGMA로부터, 참조 번호: P 7545)
아밀로글루코시다제 EC 3.2.1.3(SIGMA로부터, ≥260 U/mL / ≒ 300 AGU/mL의 활성을 가짐, 촉매 번호 A7095)
인버타제 EC 3.2.1.26(SIGMA로부터, ≥300 단위/(mg 고체)의 활성을 가짐, 촉매 번호 I-4504)
구아(SIGMA로부터, 참조 번호: G4129)
66°의 에탄올
절차
250 ml의 포화 벤조산 용액 중에 8.203 g의 무수 나트륨 아세테이트를 용해시키고, 이를 RO 수로 500 ml로 희석하고, 0.1 M의 아세트산으로 pH를 5.2로 조절하고, 이를 다시 RO 수로 1000 ml로 희석하고, 완충액의 리터당 4 ml의 CaCl2 1 M을 첨가하여 아세테이트 완충액(0.1 M)을 제조하였다.
효소 용액을 실험 전에 신선하게 제조하였다. 각각 2.5 g의 돼지 판크레아틴(8 × USP, P7545, Sigma)를 보유하는 4개의 50 ml의 원심분리 튜브를 제조하고, 20 ml의 RO 수와 혼합하였다.
혼합물을 10 분 동안 교반하고, 1500 × g에서 10분 동안 원심분리하였다.
상청액(각각의 튜브에 대해 13.5 ml)을 합치고, 2.775 ml의 아밀로글루코시다제(EC 3.2.1.3, A7095, Sigma)와 3.225 ml의 RO 수와 4 ml의 RO 수 중에 사전 용해된 33.3 mg의 인버타제(EC 3.2.1.26, I4504, Sigma)를 혼합하였다.
각각의 샘플(0.8 g, 건조 기준)을 50 ml의 튜브 내에서 20 ml의 아세테이트 완충액 및 50 mg의 구아검과 혼합하였다.
"블랭크(blank)" 대조군은 임의의 샘플 없이 20 ml의 아세테이트 완충액과 50 mg의 구아검을 사용하여 제조하는 한편, 표준물은 20 ml의 아세테이트 완충 용액 중에 0.5 g의 무수 글루코스와 50 mg의 구아검을 함유하였다.
구아검은 아세테이트 완충액 중에 사전 용해될 수 있으며, 예를 들어 300 ml의 아세테이트 완충액 중의 750 mg의 구아검이다.
샘플, 블랭크, 및 표준물을 15분 동안 교반하면서 수조 내에서 37℃로 평형을 유지하였다.
분취액(0.1 ml)을 각각의 튜브 내로 취한 후, 효소(0분)을 첨가하고, 0.9 ml의 66% 에탄올 용액과 혼합하였다.
분당 하나의 튜브를 취하여, 5 ml의 효소 용액을 샘플, 블랭크, 및 표준물에 첨가하였다.
혼합 직후, 튜브를 교반하면서 120분 동안 37℃의 수조 내에 배치하였다.
분취액(0.1 ml)을 20분 및 120분에 각각의 튜브로부터 취하고, 0.9 ml의 66% v/v 에탄올 용액과 혼합하였다.
용액과 알코올의 혼합물을 1500 × g에서 3분 동안 원심분리하였다.
각각의 상청액 내의 글루코스 함량(각각 0, 20, 및 120분에 대한 G0, G20, 및 G120)을 비색 방법을 사용하여 분석하고, 이를 사용하여 신속한 소화성 전분(RDS), 느린 소화성 전분(SDS), 및 저항성 전분(RS)을 다음과 같이 계산하였다:
RDS = (G20 - G0) x 0.9
SDS = (G120 - G20) x 0.9
RS = 100% - (RDS + SDS) = 100% - (G120 x 0.9)
출원인 회사가 관찰하였던 바와 같이, 더 많은 양의 전분이 2시간의 반응 후에 가수분해될 수 있기 때문에 통상적인 ENGLYST 방법은 고갈될 때까지 전분 샘플이 가수분해되도록 허용하지 않는다.
이러한 관찰은 이의 특허 출원 국제공개 WO 2021/099748호에서 완두콩 전분의 RS 분획으로부터 비롯된 매우 느린 소화성 분획의 존재를 밝힘으로써 출원인 회사가 이의 특성을 사용하도록 만들었다. 이 분획을 vSDS 분획(매우 느린 소화성 전분용)으로 정의하였다.
따라서, 16시간의 가수분해를 사용하는 AOAC 2002.02 방법을 사용하여 절대 RS 함량을 얻었으며, 상기 결과를 식이성 섬유로 주장할 수 있다.
RS의 2개의 수준들 사이를 구별하기 위해, RSE 및 RSA 파라미터를 사용하여 각각 ENGLYST 방법(RSE) 및 AOAC 2002.02(RSA)에 의해 얻은 RS 함량을 표시하였다.
RSE 및 RSA 사이의 차이는 매우 느린 소화성 전분(vSDS), ENGLYST 방법을 사용하여 가수분해되는 데 2시간 초과가 필요한 전분의 소화성 부분으로 간주된다.
이 방법에 따르면, 천연 완두콩 전분은 통상적으로 다음 함량을 갖는다:
13 내지 16 중량%의 RDS 함량,
24 내지 38 중량%의 SDS 함량,
50 내지 65 중량%의 RSE 함량,
9 내지 20 중량%의 RSA 함량,
35 내지 45 중량%의 vSDS 함량.
SDS 수준을 증가시키기 위해, 출원인 회사에 의해 개발된 본 발명에 따른 플래시 열 처리 방법은 정밀한 열수 접근법을 사용한다.
따라서, 본 발명은 고함량의 느린 소화성 분획(SDS)을 갖는 콩과 식물 전분, 바람직하게는 완두콩 전분의 제조 방법에 관한 것이며, 본 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 수열 처리 방법이다:
1) 30 내지 40 중량%의 건조물 함량을 갖는 전분유를 제조하는 단계;
2) 이러한 방식으로 제조된 전분유를 전분유의 체류 시간이 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만이도록 하는 연속식 반응기 내에서 50 내지 60℃, 바람직하게는 55℃로 가열하는 단계; 및
3) 이러한 방식으로 처리된 전분유를 회수, 여과, 및 건조하는 단계.
본 발명에 따른 상기 방법의 제1 단계는 30 내지 40 중량%, 바람직하게는 32 중량%의 건조물 함량을 갖는 콩과 식물의 전분유, 이러한 특정 경우, 완두콩의 전분유를 제조하는 단계로 구성된다.
본 발명에 따른 방법의 제2 단계는 이러한 방식으로 제조된 전분유를 전분유의 체류 시간이 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만이도록 하는 연속식 반응기 내에서 48 내지 60℃, 바람직하게는 55℃로 가열하는 단계로 구성된다.
전분유의 이러한 온도는 열 처리 장치의 출구에서 측정된 것이다.
출원인 회사는 조 온도가 65℃를 초과하지 않는 열적 요리기를 사용하는 것을 권장한다. 하기 예시될 것인 바와 같이, 본 발명에 따른 방법의 일 예시적인 구현에 사용되는 실험실 장치에서, 실시예에 사용되는 열적 요리기는 직렬로 3개의 조를 포함한다(도 1 참조). 그러나, 이러한 장치를 연속식 방법이 구현되도록 하는 임의의 다른 장치로 대체될 수 있다. 당업자는 적합한 조건 하에서 이러한 제2 단계를 수행하기 위해 조의 치수, 수 및 각각의 장치에 적합한 처리량을 선택하는 방식을 알 것이다.
본 발명에 따른 방법이 수행되도록 하는 다른 장치는 예를 들어 유제품을 저온 살균하는 데 사용되는 것들, 예컨대 플레이트 교환기 또는 튜브 교환기이다.
이롭게는, 제2 단계 전에 전분유가 단계 2)의 온도에 가까운 온도에 도달하기에 충분한 시간 동안 35 내지 45°, 바람직하게는 약 40℃의 온도에서의 예열 단계가 선행될 수 있다. 이러한 선택적 예열 단계의 지속 시간은 장치의 정확한 구성에 따라 당업자에 의해 용이하게 결정될 것이다.
따라서, 본 발명에 따른 방법의 제3 및 마지막 단계는 하기 예시되는 바와 같이 이러한 방식으로 처리된 전분유를 회수, 여과, 및 건조하는 것으로 구성된다.
수득된 건조 전분의 잔류 수분 함량은 15 중량% 미만, 바람직하게는 12 중량% 이하이다.
이들 생성물의 ENGLYST 소화율 측정은 초기 전분에 대해 건조 중량 기준 8 내지 25%, 바람직하게는 건조 중량 기준 12 내지 20% 더 높은, 초기 전분으로부터 제조되었던 SDS 값을 제공한다.
하기 나타낼 것인 바와 같이, 완두콩 전분에 대한 이러한 SDS 값은 35 중량% 초과, 바람직하게는 40 내지 55 중량%이다.
본 발명은 또한 상기 기재된 방법 중 하나에 따라 제조된 고함량의 느린 소화성 분획을 갖는 완두콩 전분에 관한 것이며, SDS 함량이 35 중량% 초과, 바람직하게는 40 내지 50 중량%인 것을 특징으로 한다.
높은 SDS 함량을 갖는 이들 전분은 이어서 이롭게는 식품(특히 운동선수용으로 의도됨) 또는 의학(전문가 영양)과 관련된 응용 분야에서 사용될 것이다.
본 발명은 또한 본 발명에 따른 전분의 식품 및 의학 응용 분야, 특히 운동선수 또는 전문가 영양을 위한 식품에서의 용도에 관한 것이다.
본 발명은 다음 실시예를 해석하여 보다 잘 이해될 것이며, 이는 본 발명에 따른 특정 실시형태 및 특정 이로운 특성을 오직 언급하는 예시적인 것으로 의도되고, 비제한적이다.
실시예 1: 상이한 온도에서의 33%의 SDS 함량을 갖는 완두콩 전분의 플래시 열 처리
탈염수 중의 32%의 건조물의 완두콩 전분 현탁액(출원인 회사에 의해 판매되는 완두콩 전분 LN30 - 회분 1)을 도 1의 실험실 요리기 내에서 가열하여 출구에서 50, 52, 55, 또는 59℃의 온도에 도달하였다.
요리기 온도가 안정할 때까지 시스템을 물로 실행하고, 이어서 물을 완두콩 전분 현탁액으로 대체하였다.
소기의 온도가 실험실 요리기의 출구에서 수득될 때까지 3개의 조의 온도를 조절하였다(표 I 참조).
직렬로 3개의 조를 포함하는 열적 요리기를 이 실시예에서 사용하였다. 그러나, 치수가 허용하는 경우, 이는 소기의 온도에서의 단일 조를 포함하는 연속식 공정을 허용하는 요리기로 대체될 수 있다.
완두콩 전분 현탁액을 40℃로 예열하여 실험실 요리기 내에서 목표 온도에 도달하는 데 필요한 시간을 감소시켰다. 전분 현탁액의 처리량은 약 200 mL/분이었다. 체류 시간은 2분 미만이었다.
처리된 전분을 3번 다공도를 갖는 소결된 디스크가 있는 펀넬을 통해 여과시키고, 이어서 12% 이하의 수분 함량에 도달할 때까지 유동층 건조기(TG 200, Retsch)를 사용하여 60℃에서 건조하고, 식품 처리기(Thermomix TM3300, 독일 훠베르크 소재)를 사용하여 분쇄하였다.
[표 I]
처리된 완두콩 전분의 시험관내 소화율을 상기 명시된 ENGLYST에 따라 분석하고, 결과를 하기 표 II에 제시한다.
[표 II]
처리 1, 2, 및 3은 유사한 소화율 특성을 갖는 전분을 생성하였으며, 기본적인 천연 완두콩 전분의 RDS 및 SDS 함량을 약간 증가시키는 한편, RSE 및 RSA를 감소시켰다(표 II).
처리 4는 최고 SDS 및 RDS 함량을 가졌으며, SDS 함량은 또한 RDS 함량보다 더 높았다.
처리 4는 또한 최저 RSE 및 RSA를 함유하였다. RSA 함량은 처리된 샘플 사이에서 매우 유사하고, 매우 낮았으며(< 4%), 이는 대부분의 RSE가 사실상 vSDS이었음을 나타낸다.
호화 특성을 DSC 8000(Perkin Elmer, 미국 소재)을 사용하여 분석하였다. 각각의 전분 샘플을 물과 혼합하여 18%(w/w)의 전분 현탁액을 수득하였다. 전분 현탁액(15 mg)을 알루미늄 도가니 내에 배치하고, 완전히 밀봉하였다. 이는 이어서 5℃에서 평형을 유지한 후, 10℃/분으로 5℃에서 110℃로 가열하였다.
시작 온도(To), 피크 온도(Tp), 결론 온도(Tc), 및 호화 엔탈피를 이들의 온도기록도로부터 결정하였다.
결과는 하기 표 III에 제시되어 있다:
[표 III]
처리 1, 2, 및 3은 천연 완두콩 전분의 호화 특성에서 약간의 변화를 나타낸 반면, 처리 4는 다른 특성은 천연 완두콩 전분의 것들과 유사하면서 To를 증가시켰다(표 III).
To의 증가는 어닐링 효과의 지표이며, 이는 처리 4 후의 완두콩 전분의 소화율에서의 실질적인 변화를 설명한다.
실시예 2: 각각 24% 및 34%의 SDS를 갖는 완두콩 전분의 2개의 회분의 플래시 열 처리
탈염수 중에 32% 또는 37%의 건조물을 갖는 2개의 완두콩 전분 현탁액(천연 완두콩 전분 N-735 및 출원인 회사로부터의 완두콩 전분 LN30 - 회분 2)를 실험실 요리기 내에서 55℃에서 처리하였다.
요리기 온도가 안정할 때까지 시스템을 물로 실행하고, 이어서 물을 완두콩 전분 현탁액으로 대체하였다.
전분 현탁액의 농도 및 실험실 요리기의 3개의 조의 온도는 표 IV에서 제공된다.
완두콩 전분 현탁액을 40℃로 예열하여 실험실 요리기 내에서 목표 온도에 도달하는 데 필요한 시간을 감소시켰다.
전분 현탁액의 처리량은 약 200 mL/분이었다.
체류 시간은 2분 미만이었다.
처리된 전분을 3번 다공도를 갖는 소결된 디스크가 있는 펀넬을 통해 여과시키고, 이어서 12% 이하의 수분 함량에 도달할 때까지 유동층 건조기(TG200, Retsch)를 사용하여 60℃에서 건조하고, 식품 처리기(Thermomix TM3300, 독일 훠베르크 소재)를 사용하여 분쇄하였다.
[표 IV]
처리된 완두콩 전분의 시험관내 소화율을 상기 명시된 ENGLYST에 따라 분석하고, 결과를 하기 표 V에 제시한다.
[표 V]
RSE 함량이 천연 완두콩 전분에서 가장 높으며, 그 다음은 이들의 vSDS 함량이다. RSA 함량은 RSE 함량의 50% 미만이었기 때문에 RSE 함량의 대부분은 vSDS이었다.
32% 및 37%의 전분 현탁액은 유사한 시험관내 소화율 결과를 나타냈다(표 V).
처리된 샘플 모두는 이들의 천연 동족체보다 더 높은 RDS 및 SDS 함량 및 더 낮은 RSE 및 RSA 함량을 나타냈다.
처리된 전분의 RDS 함량은 언제나 30% 미만이고, 이들의 SDS 함량보다 더 낮았다.
RSE 함량의 감소는 RSA 함량의 감소보다 더 커서 이들의 차이를 감소시켰으며, 이는 vSDS 함량이 처리 후에 감소되었음을 나타낸다. 그러나, 일반적으로 RSE 함량 중 70% 초과는 여전히 vSDS였다.
[표 VI]
처리 후의 호화 특성의 변화는 덜 명백하였다(표 VI).

Claims (5)

  1. 고함량의 느린 소화성 분획(SDS)을 갖는 콩과 식물 전분의 제조 방법으로서, 열수 처리 방법은 다음 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는, 콩과 식물 전분의 제조 방법:
    1) 30 내지 40 중량%의 건조물 함량을 갖는 전분유(starch milk)를 제조하는 단계;
    2) 이러한 방식으로 제조된 전분유를 전분유의 체류 시간이 5분 미만, 바람직하게는 2분 미만이도록 하는 연속식 반응기 내에서 50 내지 60℃, 바람직하게는 55℃로 가열하는 단계; 및
    3) 이러한 방식으로 처리된 전분유를 회수, 여과, 및 건조하는 단계.
  2. 제1항에 있어서, 콩과 식물 전분은 완두콩, 콩, 잠두, 들콩(field bean), 렌즈콩, 알팔파, 클로버, 및 루핀 전분의 군으로부터 선택되고, 특히 완두콩 전분인 것을 특징으로 하는, 콩과 식물 전분의 제조 방법.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서, 고함량의 느린 소화성 분획(SDS)은 초기 전분에 대해 건조 중량 기준 5 내지 25%, 바람직하게는 건조 중량 기준 10 내지 20% 증가에 해당하는 것을 특징으로 하는, 콩과 식물 전분의 제조 방법.
  4. 제1항 내지 제3항 중 어느 한 항의 방법에 따라 제조된 고함량의 느린 소화성 분획을 갖는 완두콩 전분으로서, SDS 함량이 35 중량% 초과, 바람직하게는 40 내지 55 중량%인 것을 특징으로 하는, 완두콩 전분.
  5. 제4항에 따른 전분의 식품 응용 분야, 특히 운동선수용 식품에서의 용도.
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