Physicochemical and Functional Characteristics of Spray-dried Persimmon-prebiotics Powder

Abstract

Persimmons contain health beneficial components such as dietary fibers, vitamins, minerals, and polyphenols, which have antioxidant and antidiabetic effects as well as prevent cardiovascular and other various diseases. However, since most fruits contain 70–80% of moisture content, limitations such as storage, transportation loss could occur. Since most fruits are eaten after peeling, so waste issues, pesticide problems, and seasonality are other limitations. In addition, bioactive compounds such as vitamins and polyphenols could be degraded at high moisture content conditions. Spray drying is widely used for fruit powderization with produced powders having low moisture content and water activity, thus could overcome listed limitations. However, when fruits are powderized, stickiness could occur due to high amount of sugars which lead to low glass transition temperature. Thus, drying aids such as polysaccharides and proteins must be added when spray drying. Resistant maltodextrin (RMD) is a prebiotics dietary fiber that can improve the intestinal environment by becoming a nutrient for probiotics. Meanwhile, RMD is used alone, stickiness could occur, clogged to bag filter, resulting in process stop. Gum arabic, which has film-forming properties, results in stable feed solution, so it is usually used with maltodextrin when fruit powderization. The objective of this research is to examine physicochemical and functional properties of persimmon extract spray-dried powder with using resistant maltodextrin and gum arabic at a ratio of 7:3 (w/w) as drying aids (PE-RMGA). The feed solutions were prepared by adding 30% (w/w) drying aids which were maltodextrin or resistant maltodextrin and gum arabic to 10% (w/w) persimmon extract. The moisture content and water activity were 2.21%, and 0.158, respectively, which means microbiologically safe. Due to small particle size (14.4 μm), flowability and dispersibility might represented poor value. PE-RMGA showed GAB sorption model which is general sight of fruits caused by high sugar contents, and had hygroscopic properties, thereby caution is required when handling, storing of powders. Degree of encapsulation of total phenols and proanthocyanidins were 62% and 49%, respectively, but vitamin C was oxidized, it might be due to extraction process. Like other fruits, sucrose and glucose instead of sucrose made up most sugars, which work in combination with dietary fiber, so using a moderate amount will help control the glycemic index. Comparing sweetness with sucrose using electronic tongue, no significant difference was observed. Based on results, produced PE-RMGA had poor flowability according to HR and CI, and hygroscopic properties, so caution is required in handling and storage area and could be used as a natural sweetener which has antioxidant, antidiabetic, and neuroprotective characteristics if proper amounts are used. In addition, PE-RMGA contains not only components of persimmon but also prebiotics dietary fiber, it will have a more health functional role.

감에는 식이섬유, 비타민, 미네랄, 폴리페놀 등 건강에 이로운 성분이 들어 있어 항산화 및 항당뇨 효과는 물론 심혈관계 질환 등 각종 질병을 예방한다. 하지만, 대부분의 과일의 수분 함량은 70~80%에 달하기 때문에 보관, 운송 손실 등에서의 한계점을 가질 수 있고, 대부분의 과일은 껍질을 벗긴 후 먹기 때문에 쓰레기 문제, 농약 문제, 계절성 문제 등도 있다. 또한 비타민과 폴리페놀과 같은 생물 활성 화합물은 높은 수분 함량 조건에서 분해될 수 있기 때문에 수분함량을 조절하는 것은 생물 활성 화합물 파괴 방지를 위해 굉장히 중요하다. 분무 건조는 과일 분말화에 널리 쓰이고 있으며, 생산된 분말은 수분 함량 및 수분활성도가 낮기 때문에 앞서 열거된 한계를 극복할 수 있다. 하지만 과일에는 당분이 많아 유리 전이온도가 낮기 때문에 분말화될 때 고온에 의해 끈적임이 발생할 수 있고, 그렇기 때문에 분무 건조 시 다당류, 단백질 등 건조보조제를 추가해야 한다. 저항성 말토덱스트린은 프로바이오틱스의 영양소가 되어 장내 환경 개선에 도움을 줄 수 있는 프리바이오틱스 식이섬유이다. 한편, 저항성 말토덱스트린이 단독으로 사용될 경우, 끈적임이 발생할 수 있으며, 그로 인해 분무건조기의 필터가 막혀서 공정이 정지될 수 있다. 과일 분말을 만들 때 말토덱스트린과 함께 필름 형성 능력을 가진 구아검을 사용한다. 본 연구에서는 건조 보조제로써 7:3의 비율로 저항성 말토덱스트린과 구아검 (30%, w/w)을 감 추출액(10%, w/w)에 넣은 후 분무건조 시키고 생성된 분말의 물리화학적(Chapter 2) 및 기능적 특성(Chpater 3)을 확인하는 것을 목적으로 하였다. 감 추출액(10%, w/w)에 말토덱스트린이나 저항성 말토덱스트린과 구아검 건조보조제(30%, w/w)를 첨가한 후 분무 건조 시킨 결과 수분 함량과 수분활성도는 각각 2.21%, 0.158로 미생물학적으로 안정한 것으로 나타낸고 입자 크기(14.4 μm)가 작기 때문에 유동성과 분산성이 낮은 값을 나타났다. 생성된 분말은 일반적인 과일과 같은 GAB 흡착 모델을 보여주었으며, 흡습성이 강하다는 특성을 가지고 있어 분말 취급, 보관 시 주의가 요구된다. 총 페놀함량과 프로안토시아니딘 함량의 보존 정도는 높았지만 비타민C 함량은 검출되지 않았는데, 이는 추출 과정 중 제거됐을 수 있다. 당 함량은 자당 대신 대부분이 포도당과 과당으로 구성 되었고, 전자혀로 자당과의 단맛을 비교해도 큰 차이는 관찰되지 않았다. 다른 과일과 마찬가지로 설탕 대신 자당과 포도당이 대부분의 당을 구성하고 있었는데 이는 식이섬유와 함께 결합하여 작용되기 때문에 적당량을 이용하면 혈당 지수를 조절하는데 도움이 될 것이다. 결과적으로, 감 추출액에 저항성 말토덱스트린과 구아검을 혼합하여 분무 건조시킨 후 생성된 분말은 유동성과 습도 특성이 좋지 않아 취급 및 보관부위에 주의가 필요하지만 적정량을 사용할 경우 항산화, 항당뇨, 신경보호 특성을 가진 천연 감미료로 사용할 수 있다. 또한, 해당 분말은 감의 건강에 이로운 성분뿐만 아니라 프리바이오틱스 식이섬유를 함유하고 있어 보다 더 건강기능적인 역할을 할 것이다.