不溶性 Extrusion 澱粉을 基質로 한 高純度 Maltose의 高濃度 生産
저자
발행사항
대구: 慶北大學校, 1993
학위논문사항
학위논문(석사)-- 경북대학교 대학원: 유전공학과 1993
발행연도
1993
작성언어
한국어
주제어
KDC
476.1 판사항(3)
DDC
575.1 판사항(19)
발행국(도시)
대구
형태사항
iii,74p.: 삽도; 26cm
소장기관
본 연구는 extrusion시켜 구조를 호화, 팽윤시킨 extruded 전분을 원료로 한 불균일상 효소반응계를 이용한 고순도 maltose의 고농도 생산법을 확립하기 위한 기초 연구로서, extruded 전분을 기질로 한 maltose 생산법의 효용성을 검토하였고, 각종 extruded 전분을 비교 검토하였고, 효소 반응조건을 최적화하였으며, fed-batch식 기질 첨가법을 이용한 고농도 maltose 생산에 관한 연구를 수행하였고, 또한 extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서의 maltose 생성반응 양상을 검토하였다.
Extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서의 maltose 생산수율, 속도, 그리고 함량은 액화전분을 이용했을 경우와 거의 유사한 결과를 보여 extrusion 전분은 maltose 생산에 효과적으로 이용될 수 있음을 알았다. Maltose 생성반응에 적합한 전분의 extrusion 조건은 원료전분의 초기 평형수분함량 20%, screw 회전속도 200 rpm이었으며, extruded 전분의 호화도, water solubility index(WSI), 그리고 water absorption index(WAI)는 각각 71.8%, 26.3%, 5.7 g 수분/g 전분 이었다. 초기 반응속도 및 maltose 수율은 extruded 전분의 호화도와 비례하여 증가하였으며, 호화도가 70% 전후 일때 가장 적합하였다.
Maltose 생성에 적합한 효소 반응조건을 검토하였다. 특히 extruded 전분을 300 g/L로 고정하고 pH 5.5, 50℃에서 효소 첨가량을 전분 1 g당 40 unit으로부터 500 unit까지 증가시키면서 그 영향을 검토하였다. 그 결과 maltose 생성농도 및 함량은 효소 첨가량에 비례하였으며, 전분 1 g당 40 unit을 첨가하였을 경우 24시간 반응 후 maltose의 농도와 순도는 각각 162 g/L와 60%(w/w)였고, 전분 1 g당 400 unit을 첨가할 경우 반응은 12시간만에 종결되었으며, 이때 maltose 농도와 순도는 각각 220 g/L와 77% (w/w)였다.
Extruded 전분을 고농도로 첨가하여 maltose의 생성능을 검토하기 위해서 첨가농도를 700 g/L까지 증가시키며 maltose 생성반응을 수행 하였으며, 기질을 고농도로 첨가할수록 maltose 전환율 및 순도는 비례하여 감소하였으며, 특히 고농도로 갈수록 다량의 수분이 전분입자에 흡수되어 반응액의 유동성이 감소하여 효소작용이 저해받아 maltose의 생성속도가 감소하였다.
이와 같은 문제점을 보완하기 위하여 extruded 전분을 fed-batch식으로 나누어 700 g/L까지 첨가하여 효소반응시킨 결과, maltose 생성속도 및 수율이 증가되었으며, 반응 24시간 후 maltose 생성농도는 465 g/L에 이르렀고, 이때의 maltose 순도는 70% (w/w)였다.
Extruded 전분함유 불균일상 효소반응계에서 maltose 생성 효소반응 양상을 규명하기 위하여 미반응 잔류전분의 미세구조의 변화를 SEM으로 관찰하였고, 또한 호화도의 변화도 검토하였다. Extruded 전분은 생전분에 비해 입자가 크게 팽윤되어 있고, 또한 균열이 관찰되어 수분과 효소가 침투하기 용이할 뿐만아니라 효소작용 표면적이 크게 증가되어 있었다. 또한 전분입자는 효소반응이 진행됨에 따라 급격히 단편화가 진행됨을 알 수 있었다. 또한 maltose 생성반응 중 중간 생성물의 축적 양상을 관찰한 결과 액화전분에 비해 반응 중 maltooligosaccharides의 분해가 다소 빠르게 진행되어 반응 후 maltooligosaccarides의 축적량은 적은 반면 maltose 함량이 높은 특징을 보였다. 이는 extrusion 전분을 함유한 불균일상 효소반응계에서는 dextrin이 생기지 않고 중간 생성물이 주로 fungal α-amylase에 의하여 쉽게 분해될 수 있는 maltooligosaccharides로 구성되어 있으며, 효소반응이 전분입자의 표면으로부터 내부로 침식해 들어가는 end-cutting 양상을 나타내기 때문으로 유추되었다.
이와 같은 extruded 전분함유 불균일상 효소반응계를 이용한 maltose 생산법은 기존의 증자법에 비하여 전분질의 전처리에 소요되는 에너지를 절감할 수 있는 가능성이 있을 뿐만아니라, extrusion 전분은 불용성 상태로 존재하므로 fed-batch식으로 나누어 첨가할 경우 고농도 첨가가 가능하여 고농도 maltose를 얻을 수 있고, 또한 maltodextrin이 생성되지 않아 고순도의 maltose를 얻을 수 있고, 또한 잔류전분은 반을 후 쉽게 분리할 수 있어 maltose의 분리정제가 용이한 점등 많은 장점이 있어 산업적 활용을 위한 후속 연구가 요망된다.
The production of maltose in heterogeneous enzyme reaction system using insoluble extruded corm. starch as raw material was studied. The maltose forming rate, maltose content, and maltooligosaccharides content from extruded starch were similar compared with the conventional maltose production method that utilizing soluble starch or dextrinized starch DE(7-14). The enhanced reaction was caused by transformation of the granular structure of raw corn starch by extrusion; increased accessible surface area by expansion of raw starch and decreased hardness of starch granule by a gelatinization.
The most suitable form of extruded starch was selected from several extruded starch treated under the various extrusion conditions. The maltose forming rate was proportional to the degrees of gelatinization of extruded starches to 70%, but not changed over than 70%, and the most suitable degree of gelatinizaion was considered to be around 70%.
And the effects of various reaction conditions, such as, lands of maltose forming enzyme, pH, temperature, amount of enzyme, and supplimentary enzyme dosage, were investigated. At extruded starch concentration of 300 g/L(w/v), maltose concentration and content were reached 220 g/L and 77 % (w/w), respectively, at pH 5.5 and 50℃ after 12 hours. Although the maltose formation was increased along to increasement of addition of substrate by 700 g/L, maltose forming rate and maltose content were substantially decreased, this may be due to the result of decreased enzyme action caused by the shortage of free water in reaction system.
In order to achieve effective maltose-forming reaction at high substrate concentration, the extruded starch was added fed-batch wisely, up to extruded starch at high concentration of 700 g/L(w/v). The fed-batch wise addition significantly increased the maltose concentration compared to batch wise addition from 401 g/L to 465 g/L and maltose content from 67%(w/w) to 70%(w/w).
The structural features of extruded starch granule subjected to enzyme reaction were analyzed by means of SEM and degree of gelatinization to clarify the hydrolysis phenomena of extruded starch. The starch granule was rapidly fragmented from initial stage of enzyme reaction, and degree of gelatinization of unreacted residual starch was also drastically decreased.
The accumulation pattern of maltose, maltooligosaccharides in reaction mixture was also investigated. The maltooligosaccharides production patterns were similar for both reaction, however, the accumulated maltooligosaccharides was more rapidly decomposed to maltose compared with liquefied starch. This may be due to the limited accumulation of limit dextrin during maltose forming reaction using extruded starch as raw material.
The maltose production in heterogeneous reaction system containing extruded starch has many advantages over the conventional maltose production method that utilizing liquefied starch, and hence, the feasibility evaluation of industrial application needs to be conducted.
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