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Comparison of starch-lipid complex between normal corn starch and amylosucrase-treated waxy
메옥수수 녹말과 아밀로수크레이스 처리 찰옥수수 녹말-지방산 복합체의 이화학적 특성 비교

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Authors
임주희
Advisor
문태화
Major
농업생명과학대학 농생명공학부
Issue Date
2016-02
Publisher
서울대학교 대학원
Keywords
normal corn starchamylosucrasewaxy corn starchstarch-fatty acid complexin vitro digestibilityLOS plotphysicochemical properties
Description
학위논문 (석사)-- 서울대학교 대학원 : 농생명공학부, 2016. 2. 문태화.
Abstract
지방산과 같은 리간드 존재 시에 아밀로스는 그 형태를 변화해 아밀로스-지방산 내제 복합체를 형성한다. 그러나 찰 녹말은 아밀로펙틴의 짧은 가지 사슬과 입체적 장애 때문에 지방산 과의 복합체 형성이 어렵다. 이 연구에서는 메옥수수 녹말과 amylosucrase (AS) 를 처리한 찰옥수수 녹말에 지방산(미리스트산(C14:0)과 팔미트산(C16:0))을 녹말의 5%만큼 처리하여 복합체를 형성하였다. 이 연구의 목적은 기존에 알려진 메옥수수 녹말-지방산 복합체와 효소적 변형으로 얻은 찰 녹말-지방산 복합체의 함량, X-선 회절 및 상대적 결정화도, 열 특성, 그리고 소화율에 미치는 영향을 알아보는 것이었다.
AS 처리에 의해 찰옥수수 녹말의 아밀로펙틴 가지 사슬 길이가 증가하였고, 겉보기 아밀로스 함량은 메옥수수 녹말의 그 양과 비슷하게 증가하였다. AS 처리 찰옥수수 녹말은 메옥수수 녹말과 비교하여 복합체 함량이 더 많았다. 이 결과는 효소적 변형으로 연장된 찰 녹말의 아밀로펙틴 사슬이 다발로 존재 하기 때문에, 지방산과 복합체를 이루는데 더 유리함을 보여준다. 녹말-지방산 복합체의 X-선 회절도형은 V 형을 나타내며 복합체가 형성되었음을 확인하였다. 메옥수수 녹말-지방산 복합체는 type I 과 type II 복합체가 형성 되었고 이에 따라 결정형 구조가 형성되었다. 따라서 상대적 결정화도, 용융 온도, 용융 엔탈피는 증가하였고 소화율은 감소하였다. 반면 AS 처리한 찰옥수수 녹말 복합체의 지방산은 연장된 가지 사슬이 형성한 이중 나선 구조를 해리시킴에 따라, 지방산이 첨가되지 않은 시료에 비해 상대적 결정화도, 용융 온도, 용융 엔탈피는 감소하였고 소화율은 증가하였다. Log of slope 법으로 소화성의 가수분해 곡선을 미분하여 1차식으로 나타내었고, 이를 이용하여 샘플의 소화속도를 분석하였다. 메옥수수 녹말 복합체의 소화 속도 상수 (k_RDS) 는 지방산 복합체 형성 시 감소하며 느린 소화 성을 보였고, AS 처리 찰옥수수 녹말 복합체는 지방산 복합체 형성시 그 값이 증가하며 지방산이 첨가되지 않은 시료와 비교했을 때 더 빠르게 가수분해 될 수 있음을 확인했다. 이 또한 복합체의 구조적 특성으로 설명 할 수 있으며, 메옥수수 녹말의 경우 결정형 영역이 증가하며 낮아진 소화 성을, AS 처리 찰 녹말은 지방산이 연장된 아밀로펙틴 사슬의 결정형 구조를 해리시키며 증가된 소화 성을 보인다. 메옥수수 녹말과 AS 찰 녹말을 비교해 볼 때, AS 찰 녹말은 메옥수수 녹말 보다 지소화성 획분의 양이 많아 더 느리게 소화됨을 알 수 있다.
이 실험을 통해, 상대적 결정화도, 열 특성, 소화 특성에서 AS 처리 찰 녹말-지방산 복합체가 메옥수수 녹말-지방산 복합체와는 이화학적 특성이 반대 경향을 보임을 확인하였고, 소화 성 또한 메옥수수 녹말에 비해 낮음으로써 저 소화 성 복합체 소재로 이용될 수 있음을 제안 할 수 있다. 나아가 AS처리 찰 녹말-지방산 복합체는 그 형성률이 높음에 따라 유용 물질의 전달 매개체로 사용 될 수 있음을 제안하였다.
In the presence of a ligand such as fatty acid, amylose undergoes conformational changes to form a amylose-fatty acid inclusion complex. However, complexation of waxy starch with a fatty acid is restricted by steric hindrance and short branch chains of amylopectin (AP). In this study, starch-lipid complexes were prepared by using normal corn starch (NC) and amylosucrase (AS)-treated waxy corn starch (ASWC) with fatty acid (5% on the starch basis) i.e. myristic acid (MA, C14:0) and palmitic acid (PA, C16:0). This study aimed to investigate the differences in characteristics of starch-lipid complex of normal starch and waxy starch with elongated branch chain length of AP by enzymatic modification. The property of AS-treatment was determined by high-performance anion-exchange chromatography system. The complex index and X-ray diffraction analysis were utilized to evaluate the formation of complexes. Thermal property and digestibility were investigated by differential scanning calorimeter and log of slope (LOS) method. LOS plot method can demonstrate the change of k in the first order kinetics. Rate constants for digestion could be named k_RDS and k_SDS which means rate of rapid digestible starch and slow digestible starch.
The AS-treatment increased the branch chain length of WC which led to a raise of apparent amylose content (29.7%) similar to that of normal corn starch (29.0%). The ability of the ASWC to complex with fatty acids was higher than that of NC. This result suggested that elongated branch chain length of ASWC induced more favorable lipid complexation as compared with NC. The X-ray diffraction analysis of starch-lipid complexes revealed a V-type pattern, a clear indication of complex formation. The relative crystallinity, peak temperature (Tp) and melting enthalpy (△H) of NC complexes increased owing to crystalline structure formed by complexation. As the complexed fatty acids of ASWC disrupted the double helical structure of elongated branch chain, relative crystallinity, Tp, and △H decreased. Therefore, digestibility and k_RDS of NC complexes decreased and those of ASWC increased.
In contrast with previous studies, this study found that ASWC has higher ability to combine with fatty acids and lower digestibility than those of NC. These findings strengthen the hypothesis that the structure of ASWC attributes to formation of starch-fatty acid complexes. Hence, the ASWC can be preferred over NC in delivery system.
Language
English
URI
http://hdl.handle.net/10371/125942
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Appears in Collections:
College of Agriculture and Life Sciences (농업생명과학대학)Dept. of Agricultural Biotechnology (농생명공학부)Theses (Master's Degree_농생명공학부)
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