Study on the Physicochemical Properties of Clean-label Starch Produced using Blending, Ultrasound and Enzymatic Treatments

Abstract

The food and beverage companies are focusing on Clean-label food recently. Clean-label means a product made from raw materials with minimal processing without artificial coloring or other food additives. In this regard, starch prepared by physical (blends, heat-moisture treatment, ultrasound treatment etc.) and enzymatic treatments are classified as clean label starch, and these treatments can produce special starch that are consistent with consumer trends while giving native starch a variety of properties to have the effect of chemically modified starch. Commonly, physical and enzymatic treatment of various starch have been studied well, but research on the manufacture of clean-label starch combined with physical and enzyme treatment, and systematic study on characteristics of clean label starch-based paste and hydrogel for using in food industry are very insufficient. Therefore, in this research, clean-label starch with enhanced physicochemical properties was produced and encapsulation system using clean-label starch was developed. To manufacture the physically modified clean-label starch, the ultrasound treated rice and potato starch were gelatinized by mixing them in a ratio of 1:3, and it was completed by freeze-drying them. This manufactured clean-label starch showed similar viscosity (about 30 Pa·s at 50 s-1) when compared to xanthan gum. Therefore, clean-label starch was applied to Toromi and ketchup to replace xanthan gum, and it was thought that xanthan gum could be replaced sufficiently. Cyclic glucans, which is made from enzymatic treatment, were also examined as one kind of clean-label starch. It was possible to overcome the shortcomings of natural plant extracts with antibacterial and antioxidant activity by using cyclic glucans as hosts. As for the types of cyclic glucan, β-cyclodextrin, cycloamylose, hydroxypropyl-β-cyclodextrin, maltodextrin and clustered dextrin were used. Forming nano-complexations and multi-nanomaterials using cyclic glucans with natural plant extracts (licorice and rosemary) improved stability (increased about 4.73 times) and solubility (increased 3.0~13.4 times). In conclusion, this research has provided an overview of the currently available clean-label starch. Clean label starch, made without the use of chemicals, is not expected to completely replace conventional modified starch at the present time, due to various limitations. However, there remain many opportunities for use of clean label starch. Clean label starch currently constitutes only 5% of the global modified starch market, it will increasingly replace hydrocolloids and modified starch.

생활 습관의 변화와 더불어 식음료 업체들은 최근 클린라벨 식품에 주력하고 있다. 클린라벨 이란 인공 착색제 또는 다른 식품 첨가물 없이 최소한의 처리 및 원료로 만든 제품을 말한다. 이와 관련하여 물리적 처리방법(블렌딩, 열수처리, 초음파처리 등)과 효소처리로 제조된 전분은 클린라벨 전분으로 분류되며, 이러한 처리법은 일반 전분에 다양한 화학적 성질을 부여하면서 소비자 트렌드에 부합하는 특별한 전분을 생산할 수 있다. 일반적으로 다양한 전분의 물리적, 효소적 처리방법은 잘 연구되어 왔으나, 물리적-효소적 처리를 결합하여 클린라벨 전분을 제조하는 것에 관한 연구와 클린라벨 전분 기반 페이스트 및 하이드로겔의 특성에 대한 체계적인 연구는 매우 미흡한 실정이다. 따라서 이번 연구에서는 물리화학적 특성이 강화된 클린라벨 전분을 생산하고 클린라벨 전분을 이용한 캡슐화 시스템을 개발하였다. 먼저 물리적으로 변형된 클린라벨 전분을 제조하기 위하여 초음파 처리된 쌀과 감자 전분을 1:3의 비율로 혼합하여 호화시켰고, 페이스트를 동결 건조하여 완성하였다. 이렇게 제조된 클린라벨 전분은 잔탄검에 비해서 점성이 뛰어났으며, 실제로 토로미와 케첩 등 잔탄검이 이용되는 식품에 적용하였다. 결과적으로 클린라벨 전분은 잔탄검을 충분히 대체할 수 있을 것으로 생각되었다. 또 다른 클린라벨 전분의 종류로 효소 처리를 통해 제조된 환형글루칸에 관해 실험하였다. 환형글루칸의 종류로는 β-사이클로덱스트린, 사이클로아밀로스, 히드록시프로필-β-사이클로 덱스트린, 말토 덱스트린, 분지 덱스트린이 사용되었다. 천연 식물 추출물(감초, 로즈마리)은 항균 및 항산화 활성을 가지고 있지만 소수성을 가지므로 물에 잘 용해가 되지 않는 등의 단점을 가지고 있다. 따라서 환형글루칸을 호스트로 사용하고 천연 식물 추출물을 게스트물질로 사용함으로써 캡슐화를 통해 추출물의 단점을 극복할 수 있었다. 그 결과 환형글루칸-추출물의 나노복합체 및 O/W에멀젼을 첨가한 멀티나노물질을 형성해 안정성과 용해도를 높일 수 있었다. 화학물질을 사용하지 않고 만든 클린라벨 전분은 여러 가지 한계로 인해 현재 기존의 변성전분을 완전히 대체하지는 못할 것으로 생각된다. 그러나 클린라벨 전분은 현재 전 세계 변성전분 시장의 5%에 불과하므로 좀 더 연구하고 발전시킬 수 있는 기회가 많이 남아있다. 이를 통해 앞으로는 클린라벨 전분이 더욱 더 하이드로 콜로이드와 변성전분을 대체해 나갈 것으로 생각된다.