TEMPO와 NaOCl을 이용한 선택적 산화시 온도에 따른 반응성 및 산화 옥수수 전분의 이화학적 특성

Abstract

This study was conducted to determine the desirable oxidation temperature for the selective oxidation of primary alcohol groups in cornstarch with 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyl oxoammonium ion (TEMPO) and sodium hyphochlorite (NaOCl). The effects of temperature on the oxidation process of corn starch and on the physicochemical properties were measured. The physicochemical properties of partially oxidized corn starch also were examined at the temperature determined. As the reaction temperature increased, reaction time decreased. Selectivity increased up to 35˚C and then decreased. Viscosity increased gradually up to 35˚C and then rapidly decreased. Water binding capacity, particle size and inside transparency increased with oxidation temperature. Considering these results, the desirable reaction temperature was determined as 35˚C. Water binding capacity, swelling power, solubility and transmittance of corn starch increased as oxidation rate and heating temperature increased. Particle size of oxidized corn starch slightly increased as the oxidation rate increased. Corn starch containing partially oxidized starch resulted in lower hardness, gumminess and chewiness. And improved the textural characteristics of starch during storage.;본 연구에서는 TEMPO (2, 2, 6, 6-tetramethyl-1-piperidine oxoammoniumion)와 NaOCl을 이용하여 전분의 1차 알코올기를 모두 카르복실기로 산화시키기고, 산화 반응성을 향상시키기 위한 반응 온도를 결정하기 위하여 다양한 온도(20∼45'c)에서 전분을 산화시킨 후 그 반응성 및 이화학적 특성을 조사하였다. 또한 실험을 통해 정해진 온도에서 부분적으로 전분을 산화시킨 후 제조하여 산화 수준에 따른 이화학적 특성의 변화를 평가하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다. 반응 온도에 따른 산화 반응성을 살펴보면, 반응시간은 산화반응온도가 높아짐에 따라서 급격히 감소하였으며, 선택성은 35'c까지는 증가하다가 그 이후부터는 낮아지는 경향을 나타냈으나 40'c까지 유의적인 차이는 없었다. 수율은 선택성과 동일한 경향을 보였고, 반응 온도가 45'c일 때는 급격히 낮아졌다. 점도는 35'c까지는 증가하다가 그 이후의 온도에서는 급격히 감소하였으며, 물 결합 능력은 온도가 상승함에 따라 계속 증가하는 경향을 보였다. 이에 따라 바람직한 산화 반응 온도를 35'c로 결정하였다. 이렇게 결정된 온도 수준에서 제조한 산화전분의 분자구조 및 입자구조를 확인한 결과 대분분 1차 알코올기에서 산화가 일어나 카르복실기를 형성했으며, 내부가 투명한 입자형태를 유지하면서 크기가 커졌다. 부분적으로 산화시킨 전분에서는 산화 수준이 높아질수록 저온에서도 높은 물 결합능력을 나타내었다. 팽윤력은 물 결합능력과 동일한 경향으로 산화수준이 높아짐에 따라 증가하였고 30%로 산화된 전분이 모든 온도에서 가장 높게 평가되었다. 또한 물에 대한 용해도도 다른 특성과 마찬가지로 산화정도가 높을수록 상승되는 양상을 보였다. 산화 전분용액의 투명도를 관찰한 결과 산화수준이 높아질수록 낮은 온도에서도 높은 수치를 나타내었다. 산화정도에 따른 전분 입자의 형태 변화를 관찰한 결과 산화정도가 높아질수록 산화전분 입자의 크기는 약간 커졌으며 다각형의 모양에서 불규칙한 모양으로 변화되었다. 산화수준이 증가할수록 입자 표면에 미세한 입자들이 많이 관찰되었으며, 이 같은 결과는 100% 산화 전분의 주사 전자 현미경 측정 결과와 비교할 때 그 차이가 뚜렷이 나타났다. 부분 산화된 전분을 함유한 옥수수 전분 겔은 저장 중에 옥수수 전분 겔보다 경도가 유의적으로 낮았으며 특히, 10% 산화된 전분이 함유된 겔은 저장 기간이 증가함에 따라 가장 낮게 나타났다. 또한 산화 전분을 함유한 겔이 옥수수 전분 겔보다 높은 응집성을 보였다. 본 실험 결과 TEMPO와 NaOC1을 이용하여 전분 내 1차 알코올기를 모두 카르복실기로 산화시키기 위한 바람직한 온도 수준을 결정할 수 있었고, 부분적으로 산화시킨 전분의 이화학적 특성을 알 수 있었다. 이 같은 방법은 산화정도를 제어할 수 있으므로 산화 수준을 더욱 다양하게 하여 산화 수준별로 그 특성을 정립시키고, 식품 및 그 밖의 전분응용 분야에 널리 활용할 수 있을 것으로 사료된다.;본 연구에서는 TEMPO (2, 2, 6, 6-tetramethyl-1-piperidine oxoammoniumion)와 NaOCl을 이용하여 전분의 1차 알코올기를 모두 카르복실기로 산화시키기고, 산화 반응성을 향상시키기 위한 반응 온도를 결정하기 위하여 다양한 온도(20∼45'c)에서 전분을 산화시킨 후 그 반응성 및 이화학적 특성을 조사하였다. 또한 실험을 통해 정해진 온도에서 부분적으로 전분을 산화시킨 후 제조하여 산화 수준에 따른 이화학적 특성의 변화를 평가하였다. 본 연구에서 얻어진 결과는 다음과 같다. 반응 온도에 따른 산화 반응성을 살펴보면, 반응시간은 산화반응온도가 높아짐에 따라서 급격히 감소하였으며, 선택성은 35'c까지는 증가하다가 그 이후부터는 낮아지는 경향을 나타냈으나 40'c까지 유의적인 차이는 없었다. 수율은 선택성과 동일한 경향을 보였고, 반응 온도가 45'c일 때는 급격히 낮아졌다. 점도는 35'c까지는 증가하다가 그 이후의 온도에서는 급격히 감소하였으며, 물 결합 능력은 온도가 상승함에 따라 계속 증가하는 경향을 보였다. 이에 따라 바람직한 산화 반응 온도를 35'c로 결정하였다. 이렇게 결정된 온도 수준에서 제조한 산화전분의 분자구조 및 입자구조를 확인한 결과 대분분 1차 알코올기에서 산화가 일어나 카르복실기를 형성했으며, 내부가 투명한 입자형태를 유지하면서 크기가 커졌다. 부분적으로 산화시킨 전분에서는 산화 수준이 높아질수록 저온에서도 높은 물 결합능력을 나타내었다. 팽윤력은 물 결합능력과 동일한 경향으로 산화수준이 높아짐에 따라 증가하였고 30%로 산화된 전분이 모든 온도에서 가장 높게 평가되었다. 또한 물에 대한 용해도도 다른 특성과 마찬가지로 산화정도가 높을수록 상승되는 양상을 보였다. 산화 전분용액의 투명도를 관찰한 결과 산화수준이 높아질수록 낮은 온도에서도 높은 수치를 나타내었다. 산화정도에 따른 전분 입자의 형태 변화를 관찰한 결과 산화정도가 높아질수록 산화전분 입자의 크기는 약간 커졌으며 다각형의 모양에서 불규칙한 모양으로 변화되었다. 산화수준이 증가할수록 입자 표면에 미세한 입자들이 많이 관찰되었으며, 이 같은 결과는 100% 산화 전분의 주사 전자 현미경 측정 결과와 비교할 때 그 차이가 뚜렷이 나타났다. 부분 산화된 전분을 함유한 옥수수 전분 겔은 저장 중에 옥수수 전분 겔보다 경도가 유의적으로 낮았으며 특히, 10% 산화된 전분이 함유된 겔은 저장 기간이 증가함에 따라 가장 낮게 나타났다. 또한 산화 전분을 함유한 겔이 옥수수 전분 겔보다 높은 응집성을 보였다. 본 실험 결과 TEMPO와 NaOC1을 이용하여 전분 내 1차 알코올기를 모두 카르복실기로 산화시키기 위한 바람직한 온도 수준을 결정할 수 있었고, 부분적으로 산화시킨 전분의 이화학적 특성을 알 수 있었다. 이 같은 방법은 산화정도를 제어할 수 있으므로 산화 수준을 더욱 다양하게 하여 산화 수준별로 그 특성을 정립시키고, 식품 및 그 밖의 전분응용 분야에 널리 활용할 수 있을 것으로 사료된다.;This study was conducted to determine the desirable oxidation temperature for the selective oxidation of primary alcohol groups in cornstarch with 2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidinyl oxoammonium ion (TEMPO) and sodium hyphochlorite (NaOCl). The effects of temperature on the oxidation process of corn starch and on the physicochemical properties were measured. The physicochemical properties of partially oxidized corn starch also were examined at the temperature determined. As the reaction temperature increased, reaction time decreased. Selectivity increased up to 35˚C and then decreased. Viscosity increased gradually up to 35˚C and then rapidly decreased. Water binding capacity, particle size and inside transparency increased with oxidation temperature. Considering these results, the desirable reaction temperature was determined as 35˚C. Water binding capacity, swelling power, solubility and transmittance of corn starch increased as oxidation rate and heating temperature increased. Particle size of oxidized corn starch slightly increased as the oxidation rate increased. Corn starch containing partially oxidized starch resulted in lower hardness, gumminess and chewiness. And improved the textural characteristics of starch during storage.