Starch

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Starch
Cornstarch being mixed with water
Identifiers
ChemSpider
  • none
ECHA InfoCard 100.029.696 Edit this at Wikidata
EC Number
  • 232-679-6
RTECS number
  • GM5090000
Properties
(C
6H
10O
5)
n +(H
2O)
Molar mass Variable
Appearance White powder
Density Variable[1]
Melting point decomposes
insoluble (see starch gelatinization)
Thermochemistry
그램당 4.1788킬로칼로리(17.484kJ/g) [2] ( 더 높은 발열량 )
위험
410°C(770°F, 683K)
NIOSH (미국 건강 노출 제한):
PEL (허용)
 TWA 15 mg/m 3 (총) TWA 5 mg/m 3 (resp) [3]
물질안전보건자료 (SDS) ICSC 1553
달리 명시되지 않는 한, 표준 상태 (25°C[77°F], 100kPa)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.
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정보 상자 참조
아밀로스 분자 의 구조
아밀로펙틴 분자 의 구조

전분 또는 아밀룸 은 글리코시드 결합 으로 연결된 수많은 포도당 단위 로 구성된 고분자 탄수화물 입니다. 이 다당류 는 에너지 저장을 위해 대부분의 녹색 식물 에서 생산됩니다. 전 세계적으로 인간의 식단에서 가장 흔한 탄수화물이며 밀 , 감자 , 옥수수 (옥수수), 쌀 , 카사바 (마니옥) 와 같은 주식 에 다량 함유되어 있습니다.

순수한 전분은 백색의 무미, 무취의 분말로 냉수나 알코올에 녹지 않습니다. 그것은 선형 및 나선형 아밀로스 및 분지형 아밀로펙틴 의 두 가지 유형의 분자로 구성됩니다 . 식물에 따라 전분은 일반적으로 중량 기준으로 20~25%의 아밀로오스와 75~80%의 아밀로펙틴을 함유합니다. [4] 동물의 포도당 저장고인 글리코겐 은 아밀로펙틴의 더 고도로 분지된 버전입니다.

산업에서 전분은 예를 들어 맥아 에 의해 설탕으로 전환되고 발효 되어 맥주 , 위스키 및 바이오 연료 제조에서 에탄올 을 생산 합니다. 가공 식품에 사용되는 많은 설탕을 생산하기 위해 가공됩니다. 따뜻한 물에 대부분의 전분을 혼합하면 밀 페이스트와 같은 페이스트가 생성 되며 , 이는 농축제, 경화제 또는 접착제로 사용할 수 있습니다. 전분의 가장 큰 산업적 비식품 용도는 제지 공정에서 접착제로 사용됩니다. 특정 섬유 제품은 다림질 전에 강화 하기 위해 전분 용액을 사용할 수 있습니다 .

어원

"전분"이라는 단어는 "강한, 뻣뻣한, 강화하다, 굳게 하다"라는 의미 의 게르만 어근에서 유래했습니다. [5] 현대 독일의 Stärke ( 강도)는 수세기 동안 주요 응용 분야인 직물에 사용 되는 것과 관련 이 있습니다 . 전분에 대한 그리스어 "아밀론"(ἄμυλον)은 "제분되지 않은"을 의미하기도 합니다. 이는 전분과 관련되거나 전분에서 파생된 여러 5-탄소 화합물 의 접두사로 사용되는 루트 아밀 을 제공합니다(예: 아밀 알코올 ).

역사

30,000년 전으로 거슬러 올라가는 유럽 의 숫돌 에서 밀가루 로 사용 되는 Typha 의 뿌리줄기 (부들, 황소) 의 전분 알갱이 가 확인되었습니다 . [6] 수수 의 전분 알갱이는 최대 100,000년 전의 모잠비크 응갈루에( Ngalue ) 동굴의 맷돌에서 발견되었습니다 . [7]

순수 추출된 밀 전분 페이스트는 고대 이집트 에서 파피루스 를 접착하는 데 사용되었을 가능성이 있습니다. [8] 전분의 추출은 AD 77-79년경 Pliny the Elder 의 자연사 에 처음 기술되어 있습니다. [9] 로마인들은 화장용 크림, 머리카락을 가루로 만들고 소스 를 걸쭉 하게 만드는 데에도 이것을 사용했습니다. 페르시아인과 인도인은 고투마이 밀 할바와 유사한 요리를 만들기 위해 그것을 사용 했습니다 . 쌀 전분은 700 년 부터 중국의 종이 생산에 종이 표면 처리제로 사용되었습니다 . [10]

전분 산업

1792년에 지어진 Ballydugan ( 북아일랜드 ) 의 전분 공장
West Philadelphia Starch는 1850년 필라델피아(펜실베니아) 에서 일합니다.
캔자스시티 의 Faultless Starch Company

직접적으로 소비되는 녹말 식물 외에도 2008년까지 전 세계적으로 연간 6600만 톤의 녹말이 생산되고 있습니다. 2011년에는 생산량이 7,300만 톤으로 증가했습니다. [11]

EU 에서 전분 산업 은 2008년에 약 850만 톤을 생산했으며 약 40%는 산업용으로, 60%는 식품 용도로 사용되며 [12] 후자의 대부분은 포도당 시럽 입니다. [13] 2017년 EU 생산량은 1,100만 톤이었고 그 중 9,400만 톤이 EU에서 소비되었으며 그 중 54%가 전분 감미료였습니다. [14]

미국 은 2017년에 약 2,750만 톤의 전분을 생산했으며 그 중 약 820만 톤은 고 과당 시럽 , 620만 톤은 포도당 시럽, 250만 톤은 전분 제품이었습니다. [ 설명 필요 ] 나머지 전분은 에탄올 (16억 갤런) 생산에 사용되었습니다. [15] [16]

식물의 에너지 저장

감자 세포 의 감자 전분 과립
옥수수 종자 배유의 전분

대부분의 녹색 식물은 반결정질 과립으로 포장된 전분으로 에너지를 저장합니다. 여분 의 포도당은 식물이 생산하는 포도당보다 복잡한 전분으로 변합니다. 어린 식물은 자라기에 적합한 토양을 찾을 때까지 뿌리, 씨앗 및 과일에 저장된 에너지로 삽니다. [18] 예외는 국화과 (과꽃, 데이지, 해바라기)과로, 전분은 프룩탄 이눌린 으로 대체됩니다 . 이눌린 유사 프룩탄은 밀 , 양파 , 마늘 , 바나나 , 아스파라거스 와 같은 풀에도 존재 합니다. [19]

광합성 에서 식물은 빛 에너지를 사용하여 이산화탄소 로부터 포도당 을 생산 합니다. 포도당은 일반 대사 에 필요한 화학 에너지를 생성하고 핵산 , 지질 , 단백질 과 같은 유기 화합물 및 셀룰로오스 와 같은 구조적 다당류 를 만드는 데 사용 되거나 전분 과립 형태로 아밀로플라스트 에 저장됩니다 . 성장기가 끝날 무렵, 전분은 새싹 근처의 나무 잔가지에 축적됩니다. 과일 , 씨앗 , 뿌리줄기 및 괴경다음 재배 시즌을 준비하기 위해 전분을 저장합니다.

포도당은 물에 녹고 친수성 이며 물과 결합한 다음 많은 공간을 차지하며 삼투압 활성입니다. 반면에 전분 형태의 포도당은 용해되지 않으므로 삼투적으로 비활성이며 훨씬 더 조밀하게 저장할 수 있습니다. 반결정질 과립은 일반적으로 식물의 세포 요구에 따라 생물학적으로 이용 가능하게 될 수 있는 아밀로오스와 아밀로펙틴의 동심원 층으로 구성됩니다. [20]

포도당 분자는 쉽게 가수분해 되는 알파 결합 에 의해 전분에 결합 됩니다. 같은 유형의 결합이 동물 보호 구역의 다당류 글리코겐 에서 발견됩니다 . 이것은 베타 결합 에 의해 결합 되고 가수분해에 훨씬 더 강한 키틴 , 셀룰로오스 및 펩티도글리칸 과 같은 많은 구조적 다당류와 대조됩니다 . [21]

생합성

식물은 먼저 효소 글루코스-1-포스페이트 아데닐릴 트랜스퍼라제를 사용하여 글루코스 1-포스페이트 를 ADP- 글루코스로 전환함으로써 전분을 생산 합니다. 이 단계에서는 ATP 형태의 에너지가 필요합니다 . 그런 다음 효소 전분 합성 효소 는 1,4-알파 글리코시드 결합 을 통해 ADP-글루코스를 성장하는 글루코스 잔기 사슬에 추가하여 ADP를 유리 시키고 아밀로스를 생성합니다. ADP-포도당은 글리코겐 합성 과정에서 글리코겐의 비환원 말단에 UDP-포도당이 첨가되기 때문에 아밀로스 중합체의 비환원 말단에 거의 확실하게 첨가된다. [22]

전분 분지 효소 는 아밀로스 사슬 사이에 1,6-알파 글리코시드 결합을 도입하여 분지된 아밀로펙틴을 생성합니다. 전분 탈분지 효소 isoamylase 는 이러한 가지 중 일부를 제거합니다. 이러한 효소의 여러 동형 이 존재하여 매우 복잡한 합성 과정을 초래합니다. [23]

글리코겐과 아밀로펙틴은 유사한 구조를 갖지만, 전자는 10개의 1,4-알파 결합당 약 1개의 분기점이 있는 것과 비교하여 아밀로펙틴의 30개 1,4-알파 결합당 약 1개의 분기점이 있습니다. [24] 아밀로펙틴은 ADP-포도당에서 합성되는 반면 포유류와 균류는 UDP-포도당 에서 글리코겐을 합성합니다 . 대부분의 경우 박테리아는 ADP-포도당 (전분과 유사)에서 글리코겐을 합성합니다. [25]

식물에서의 전분 합성 외에도 전분은 효소 칵테일에 의해 매개되는 비식품 전분으로부터 합성될 수 있습니다. 이 무세포 생물계에서 베타-1,4-글리코시드 결합 결합된 셀룰로오스는 부분적으로 셀로 비오스 로 가수분해된다 . 셀로비오스 인산화 효소는 포도당 1-인산과 포도당으로 분해합니다. 다른 효소인 감자 알파글루칸 인산화 효소 는 포도당 1-인산화효소의 포도당 단위를 전분의 비환원성 말단에 추가할 수 있습니다. 그 안에서 인산염은 내부적으로 재활용됩니다. 다른 생성물인 포도당은 효모에 의해 동화될 수 있습니다. 이 무세포 바이오프로세싱은 값비싼 화학물질 및 에너지 투입이 필요하지 않으며 수용액에서 수행할 수 있으며 당 손실이 없습니다. [27] [28][29]

저하

전분은 낮 동안 식물 잎에서 합성되어 과립으로 저장됩니다. 밤에는 에너지원으로 사용됩니다. 불용성, 고도로 분지된 전분 사슬은 분해 효소에 접근할 수 있도록 인산화 되어야 합니다. 효소 글루칸, 물 디키나제 (GWD)는 1,6-알파 분지 결합 사슬에 가까운 포도당 분자의 C-6 위치에서 인산화됩니다. 두 번째 효소인 포스포글루칸, 물 디키나아제 (PWD)는 C-3 위치에서 포도당 분자를 인산화합니다. 이러한 효소의 손실, 예를 들어 GWD의 손실은 전분 과잉(성별) 표현형을 초래하고, [30] 전분은 인산화될 수 없기 때문에 색소체에 축적됩니다.

인산화 후 첫 번째 분해 효소인 베타-아밀라아제 (BAM)는 비환원 말단에서 포도당 사슬을 공격할 수 있습니다. 맥아당 은 전분 분해의 주요 생성물로 방출됩니다. 포도당 사슬이 3개 이하의 분자로 구성된 경우 BAM은 말토스를 방출할 수 없습니다. 두 번째 효소인 불균형 효소-1 (DPE1)은 두 개의 말토트리오스 분자를 결합합니다. 이 사슬에서 포도당 분자가 방출됩니다. 이제 BAM은 나머지 사슬에서 또 다른 말토오스 분자를 방출할 수 있습니다. 이 주기는 전분이 완전히 분해될 때까지 반복됩니다. BAM이 포도당 사슬의 인산화된 분기점에 가까워지면 더 이상 말토스를 방출할 수 없습니다. 인산화된 사슬이 분해되기 위해서는 효소 isoamylase(ISA)가 필요합니다. [31]

전분 분해 산물은 주로 말토스 [32] 와 소량의 포도당입니다. 이 분자는 색소체에서 세포질로 내보내지며 말토스 수송체를 통해 말토스가 변이되면(MEX1-돌연변이) 색소체에 말토스 축적이 발생합니다. 포도당은 색소체 포도당 전위 (pGlcT) 를 통해 내보내집니다 . 이 두 당은 자당 합성의 전구체로 작용한다 . 그런 다음 자당 은 미토콘드리아의 산화 오탄당 인산 경로에 사용되어 밤에 ATP를 생성할 수 있습니다. [31]

속성

구조

옥수수 전분, 800x 확대, 편광 아래에서 특징적인 소광 십자가 를 보여줍니다.
광학현미경으로 본 쌀 전분. 쌀 전분의 특징은 전분 과립이 각진 외곽선을 가지며 일부가 서로 붙어있어 더 큰 과립을 형성한다는 것입니다.

아밀로오스는 완전히 분지되지 않은 것으로 생각되었지만, 현재 아밀로오스의 분자 중 일부는 몇 개의 분지를 포함하고 있는 것으로 알려져 있습니다. 아밀로스 는 아밀로펙틴보다 훨씬 작은 분자입니다. 식물에 있는 전분 과립 질량의 약 1/4은 아밀로오스로 구성되어 있지만, 아밀로펙틴 분자보다 약 150배 더 ​​많은 아밀로오스가 있습니다.

전분 분자는 식물에서 반결정질 과립으로 배열됩니다. 각 식물 종은 고유한 전분 입자 크기를 가지고 있습니다. 쌀 전분은 비교적 작은(약 2μm) 반면 감자 전분 은 더 큰 입자(최대 100μm)를 가지고 있습니다.

일부 재배 식물 품종에는 왁스 전분 으로 알려진 아밀로스가 없는 순수한 아밀로펙틴 전분이 있습니다. 가장 많이 사용되는 것은 찰옥수수 이고, 나머지는 찹쌀 과 찹쌀 전분 이다. 왁스 전분은 퇴화 현상이 적기 때문에 페이스트가 더 안정적입니다. 고아밀로스 전분인 아밀로 마이즈 는 젤 강도를 이용하고 식품에서 저항성 전분 (소화에 저항하는 전분)으로 사용하기 위해 재배됩니다.

셀룰로오스로 만든 합성 아밀로스는 중합도가 잘 조절됩니다. 따라서 잠재적인 약물 전달 담체로 사용할 수 있습니다. [26]

용해 및 젤라틴화

풍부한 물에서 가열하면 천연 전분의 과립이 부풀어 오르고 파열되며 반결정 구조가 손실되고 더 작은 아밀로스 분자가 과립에서 침출되기 시작하여 물을 보유하고 혼합물의 점도 를 증가시키는 네트워크를 형성합니다 . 이 과정을 전분 젤라틴화 라고 합니다. 전분의 호화 온도는 전분 품종, 아밀로오스/아밀로펙틴 함량, 수분 함량에 따라 다르다. 물이 있는 전분은 시차 주사 열량계(DSC) 온도 스캐닝 중에 복잡한 다상 전이를 경험할 수 있습니다 . [36] 물이 과잉인 전분의 경우 일반적으로 낮은 온도 범위(54–73 °C)에서 단일 호화 흡열이 관찰될 수 있습니다. [36]전분의 수분 함량(<64%)을 줄임으로써 서로 다른 구조적 변화를 나타내는 더 많은 흡열 전이가 분리되고 더 높은 온도로 이동하기 때문에 볼 수 있습니다. [36] [37] 제한된 수분 함량으로 인해 팽윤력은 훨씬 덜 중요할 것이며 수분 함량이 낮은 환경에서 젤라틴화 과정은 전분의 "녹음"으로 더 정확하게 정의될 수 있습니다. 또한, 흡열 및 엔탈피의 수는 amylose /amylopectin 비율에 의존하였고, 호화엔탈피는 amylose가 풍부한 전분보다 amylopectin이 풍부한 전분이 높았다. [37] Specifically, waxy and normal maize starches show a large gelatinization endotherm at about 70 °C; for normal maize starches, there was also a second endotherm at about 90 °C, considered as the phase transition within an amylose–lipid complex; In contrast, for high-amylose content starches (e.g. Gelose 50 and Gelose 80), there is a very broad endotherm in the temperature range between 65 and 115 °C, which is composed of the main gelatinization endotherm and the phase transition within an amylose–lipid complex.[37]

요리 하는 동안 전분은 반죽이 되어 점도가 더 높아집니다. 페이스트를 냉각하거나 장기간 보관하는 동안 반결정 구조가 부분적으로 회복되고 전분 페이스트가 두꺼워져 물이 배출됩니다. 이것은 주로 아밀로오스의 퇴행 으로 인해 발생합니다. 이 과정은 빵의 경화 또는 부패, 그리고 전분 겔 상단의 수분층 ( 이수 현상 )에 대한 책임이 있습니다.

특정 전분은 물과 혼합될 때 "oobleck"이라는 별명이 붙은 비뉴턴 유체 를 생성합니다.

전분은 또한 이온성 액체 또는 금속 염화물 염 용액 에서 용해되거나 겔화될 수 있습니다 . 전분의 열전이는 이온성 액체/물 비율에 크게 영향을 받습니다. 특정 이온성 액체/물 비율을 갖는 수성 이온성 액체는 상당히 감소된 온도(심지어 실온에서도)에서 일부 전분의 가장 효과적인 구조적 분해를 유도합니다. 이러한 현상은 셀룰로오스의 용해와 매우 다른데 , 이는 후자가 순수한 이온성 액체에서 가장 효율적으로 발생하고 이온성 액체에 포함된 물이 용해를 크게 방해하기 때문이다. [41]과립 표면 기공이 있는 전분(예: 기장, 밀랍 옥수수, 일반 옥수수 및 밀 전분)의 경우 수성 IL에 의한 부식이 내부 패턴을 따르고 과립 파괴가 빠르고 균일하다고 제안되는 반면, 전분의 경우 상대적으로 매끄러운 표면(예: 고아밀로스 옥수수, 감자, 자색 참마 및 완두콩 전분)의 경우 부식은 표면에서만 시작될 수 있으므로 수성 IL로 인한 변화는 느립니다. 게다가, 전분, 심지어 고아밀로스 전분도 적당한 온도(≤50°C)에서 수성 금속 염화물 염(예: ZnCl 2 , CaCl 2 및 MgCl 2 )에 의해 완전히 용해될 수 있고 , 전분 나노입자가 형성 될 수 있다 . 이 용해 과정. [43] [44]

가수분해

전분을 구성하는 당으로 분해 하거나 가수분해 하는 효소 를 아밀라아제 라고 합니다.

알파-아밀라아제는 식물과 동물에서 발견됩니다. 인간의 타액 에는 아밀라아제가 풍부하고 췌장 에서도 효소를 분비합니다. 전분 함량이 높은 식단을 섭취하는 집단의 개인은 전분 함량이 낮은 식단을 섭취하는 집단보다 더 많은 아밀라아제 유전자를 갖는 경향이 있습니다. [45]

베타-아밀라아제는 전분을 맥아당 단위 로 절단 합니다. 이 과정은 전분의 소화에 중요하며 양조 에도 사용됩니다 . 여기서 종자 곡물의 껍질에서 나온 아밀라아제는 전분을 맥아당으로 전환하는 역할을 합니다( Malting , Mashing ). [46] [47]

포도당의 연소열이 2,805킬로줄/몰(670kcal/mol)인 반면 전분의 연소열은 포도당 단량체 1몰당 2,835kJ(678kcal) [2] 라고 가정 할 때 가수분해는 몰당 약 30kJ(7.2kcal)를 방출하며, 또는 포도당 제품 1g당 166J(40cal).

탈취

전분이 건열에 노출되면 분해되어 덱스트린 을 형성 하며 이 맥락에서 "파이로덱스트린"이라고도 합니다. 이 분해 과정을 덱스트린화(dextrinization)라고 합니다. (파이로)덱스트린은 주로 노란색에서 갈색이며 덱스트린화는 구운 빵의 갈변에 부분적으로 책임이 있습니다. [48]

화학 시험

요오드로 염색된 밀 전분 과립, 광학 현미경으로 촬영

요오드 와 요오드화물 (보통 요오드화칼륨 에서 추출 )을 혼합하여 형성된 삼요오드화물(I 3 - ) 용액 은 전분을 테스트하는 데 사용됩니다. 진한 파란색은 전분의 존재를 나타냅니다. 이 반응의 세부 사항은 완전히 알려져 있지 않지만, 단결정 X선 결정학 및 비교 라만 분광법을 사용한 최근의 과학적 연구에 따르면 최종 전분-요오드 구조는 피롤로페릴렌-요오드 착물에서 발견되는 것과 같은 무한 폴리요오다이드 사슬과 유사합니다. [49]생성된 파란색의 강도는 존재하는 아밀로스의 양에 따라 다릅니다. 아밀로스가 거의 또는 전혀 없는 왁스 같은 전분은 빨간색으로 변합니다. Benedict's test와 Fehling's test는 또한 전분의 존재를 나타내기 위해 수행됩니다.

물, 전분 및 요오드화물로 구성된 전분 지시약 용액은 산화환원 적정 에 자주 사용됩니다. 산화제가 있을 때 용액이 파란색으로 변하고 환원제 가 있을 때 삼요오드화물 (I 3 - ) 이온이 분해되어 파란색이 사라집니다. 세 개의 요오드화물 이온, 전분-요오드 복합체 분해. 전분 용액은 Briggs-Rauscher 진동 반응 에서 triiodide 중간체의 주기적인 형성과 소비를 시각화하기 위한 지표로 사용되었습니다 . 그러나 전분 은 삼요오드화물 이온을 포함하는 반응 단계 의 동역학 을 변경합니다. [50] 0.3% w/w용액은 전분 지시약의 표준 농도입니다. 그것은 1리터의 가열된 물에 3g의 가용성 전분을 첨가하여 만듭니다. 용액은 사용 전에 냉각됩니다(전분-요오드 복합체는 35°C 이상의 온도에서 불안정해집니다).

식물의 각 종에는 과립 크기, 모양 및 결정화 패턴이 독특한 유형의 전분 과립이 있습니다. 현미경으로 보면 요오드로 염색된 전분 알갱이가 뒤에서 편광된 빛 을 비추 면 독특한 몰타 교차 효과( 소광 교차 및 복굴절 이라고도 함 )를 보여줍니다.

음식

야자 줄기에서 사고 전분 추출

전분은 인간의 식단에서 가장 흔한 탄수화물 이며 많은 주식 에 포함되어 있습니다. 전 세계적으로 전분 섭취의 주요 공급원은 곡물 ( 쌀 , 밀 및 옥수수 )과 뿌리 채소 ( 감자 및 카사바 )입니다. [51] 도토리 , 칡 , 아라카차 , 바나나 , 보리 , 빵나무 열매 , 메밀 , 칸나 를 포함하여 특정 기후에서만 재배되는 많은 다른 녹말 식품, 콜로카시아 , 카타쿠리 , 칡 , 말랑가 , 기장 , 귀리 , 오카 , 폴리네시아 칡 , 사고 , 수수 , 고구마 , 호밀 , 토란 , 밤 , 물 밤 , 참마 , 그리고 다양한 종류 의 콩 , 렌틸 콩 등 , 완두콩 및 병아리콩 .

널리 사용되는 전분 함유 식품은 빵 , 팬케이크 , 시리얼 , 국수 , 파스타 , 죽 및 옥수수 입니다.

소화 효소는 결정 구조를 소화하는 데 문제가 있습니다. 생전분은 십이지장 과 소장 에서 제대로 소화되지 않는 반면 박테리아 분해는 주로 결장 에서 일어난다 . 전분을 익히면 소화율이 높아집니다.

케이크 베이킹 중 전분 젤라틴화 는 물 을 놓고 경쟁하는 설탕에 의해 손상되어 젤라틴화를 방지하고 질감을 개선할 수 있습니다.

가공식품이 등장하기 전, 사람들은 저항성 전분 을 많이 함유한 전분 함유 식물을 익히지 않고 가공하지 않고 많이 섭취 했습니다. 대장 내 미생물은 전분을 발효시켜 에너지로 사용되는 단쇄 지방산을 생성 하고 미생물의 유지와 성장을 지원합니다. 고도로 가공된 식품은 더 쉽게 소화되고 소장에서 더 많은 포도당을 방출합니다. 즉, 더 적은 전분이 대장에 도달하고 더 많은 에너지가 신체에 흡수됩니다. 이러한 에너지 전달의 변화(더 많은 가공 식품 섭취의 결과)는 비만 및 당뇨병을 포함한 현대 생활의 대사 장애 발병에 기여하는 요인 중 하나일 수 있다고 생각됩니다. [52]

아밀로스/아밀로펙틴 비율, 분자량 및 분자 미세 구조는 다양한 유형의 전분의 에너지 방출뿐만 아니라 물리화학적 특성에 영향을 미칩니다. 또한, 조리 및 식품 가공은 전분 소화율 및 에너지 방출에 상당한 영향을 미칩니다 . 전분은 빠르게 소화 가능한 전분, 천천히 소화 가능한 전분, 저항성 전분으로 분류할 수 있습니다. [54] 생 전분 과립은 인간의 효소에 의한 소화에 저항하고 소장에서 포도당으로 분해되지 않습니다. 대신 대장에 도달하여 프리바이오틱 식이섬유 로 기능 합니다. [55]전분 과립이 완전히 젤라틴화되고 조리되면 전분이 쉽게 소화되고 소장 내에서 포도당을 빠르게 방출합니다. 녹말이 많은 음식을 요리하고 식히면 일부 포도당 사슬이 재결정화되어 다시 소화에 저항하게 됩니다. 천천히 소화 가능한 전분은 소화가 느리지 만 소장 내에서 비교적 완전한 원시 곡물에서 찾을 수 있습니다. [54]

전분 생산

포도당 시럽

전분 산업은 습식 분쇄, 세척, 체질 및 건조를 통해 종자, 뿌리 및 괴경에서 전분을 추출하고 정제합니다. 오늘날 주요 상업용 정제 전분은 옥수수 전분 , 타피오카 , 칡, [56] 그리고 밀, 쌀, 감자 전분 입니다. 덜 정제된 전분의 공급원은 고구마, 사고 및 녹두입니다. 오늘날까지 전분은 50종 이상의 식물에서 추출됩니다.

처리되지 않은 전분은 두껍게 하거나 젤라틴화하기 위해 열이 필요합니다. 전분이 미리 요리되면 찬물에 즉시 걸쭉하게 만드는 데 사용할 수 있습니다. 이것을 전호화 전분 이라고 합니다 .

전분당

카로 옥수수 시럽 광고 1917
1880년대 나이아가라 옥수수 전분 광고
태평양 세탁 및 요리 전분 광고 1904

전분은 산 , 다양한 효소 또는 이 둘의 조합에 의해 더 단순한 탄수화물로 가수분해 될 수 있습니다. 결과 조각은 덱스트린 으로 알려져 있습니다 . 전환 정도는 일반적으로 덱스트로스 당량 (DE)으로 정량화되며, 이는 끊어진 전분 의 글리코시드 결합 의 대략적인 부분입니다 .

이 전분 설탕은 가장 일반적인 전분 기반 식품 성분이며 많은 음료 및 식품에서 감미료로 사용됩니다. 여기에는 다음이 포함됩니다.

변성 전분

변성 전분 은 고열, 고전단, 낮은 pH, 동결/해동 및 냉각과 같이 가공 또는 저장 중에 자주 접하게 되는 조건에서 전분이 적절하게 기능할 수 있도록 화학적으로 개질된 전분입니다 .

변형 식품 전분은 유럽 ​​식품 안전청(European Food Safety Authority ) 에 따라 E 코드화 되고 Codex Alimentarius 에 따라 INS 코드화 식품 첨가물 : [60]

INS 1400, 1401, 1402, 1403 및 1405는 E-번호가 없는 EU 식품 성분에 있습니다. 기술 적용을 위한 전형적인 변성 전분은 양이온 성 전분 , 히드록시에틸 전분 및 카르복시메틸화 전분이다.

식품 첨가물로 사용

식품 가공 첨가제로서 식품 전분은 일반적으로 푸딩, 커스터드, 수프, 소스, 그레이비, 파이 필링 및 샐러드 드레싱과 같은 식품의 증점제 및 안정제로 사용되며 국수 및 파스타를 만드는 데 사용됩니다. 이들은 증점제, 증량제, 유화 안정제 역할을 하며 가공육에서 탁월한 결합제입니다.

젤리빈 , 와인껌 등의 껌 과자 는 기존의 틀을 이용하여 제조하지 않습니다. 트레이에 천연 전분을 채우고 수평을 맞춥니다. 그런 다음 포지티브 몰드를 전분에 눌러 1,000개 정도의 젤리 빈을 남깁니다. 그런 다음 젤리 믹스를 인상에 붓고 스토브에 올려 고정합니다. 이 방법은 제조해야 하는 금형의 수를 크게 줄입니다.

제약 산업에서 사용

제약 산업에서 전분은 또한 부형제 , 정제 붕해제 및 결합제로 사용됩니다.

저항성 전분

저항성 전분 은 건강한 사람의 소장에서 소화되지 않는 전분입니다. 옥수수에서 추출한 고아밀로스 전분은 다른 유형의 전분보다 호화 온도가 높으며 베이킹 , 온화한 압출 및 기타 식품 가공 기술 을 통해 저항성 전분 함량을 유지합니다 . 빵, 파스타, 쿠키, 크래커, 프레첼 및 기타 저수분 식품과 같은 가공 식품에서 불용성 식이 섬유 로 사용됩니다. 건강상의 이점을 위해식이 보조제로도 사용됩니다. 발표된 연구에 따르면 저항성 전분은 인슐린 감수성을 개선하고 [62] 포만감을 증가 시키며 [63] 염증 유발 바이오마커를 감소시키는 것으로 나타났습니다인터루킨 6 및 종양 괴사 인자 알파 [64] 및 결장 기능의 마커를 개선합니다. 저항성 전분은 온전한 통곡물의 건강상의 이점에 기여한다고 제안되었습니다. [66]

합성 전분

2021년에 연구자들은 실험실에서 세계 최초 의 전분 인공 합성을 보고했습니다. 무세포 화학효소 공정을 사용하여 CO 2 와 수소 로부터 전분을 합성 했습니다. 그 과정이 실행 가능하고 확장될 수 있다면 식량 안보를 높이는 동시에 토지, 살충제, 물 사용은 물론 온실 가스 배출을 상당히 줄일 수 있습니다. 11개 핵심 반응의 화학적 경로는 계산 경로 설계 에 의해 작성 되었으며 옥수수에서 전분 합성보다 ~8.5배 더 빠른 속도 로 CO 2 를 전분으로 전환 합니다. [67] [68]

비 식품 응용

전분 접착제
1560년, 주름진 주름을 가진 신사

제지

제지 분야는 전 세계적으로 가장 큰 전분 비식품 응용 분야로 연간 수백만 톤을 소비합니다. 예 를 들어, 일반적인 복사 용지에서 전분 함량은 8%까지 높을 수 있습니다. 화학적으로 변형된 전분과 변형되지 않은 전분은 모두 제지에서 사용됩니다. 일반적으로 "습식"이라고 하는 제지 공정의 습한 부분에서 사용된 전분은 양이온성이며 전분 중합체에 결합된 양전하를 가집니다. 이러한 전분 유도체는 음이온성 또는 음전하를 띤 종이 섬유/ 셀룰로오스 및 무기 충전제와 관련됩니다. 양이온성 전분은 다른 보유 및 내부 크기 조정제와 함께 제지 공정에서 형성된 종이 웹에 필요한 강도 특성을 부여하는 데 도움이 됩니다.습윤 강도 ), 최종 종이 시트에 강도(건조 강도)를 제공합니다.

제지 공정의 마지막 단계에서 종이 웹은 전분 기반 용액으로 다시 적셔집니다. 이 프로세스를 표면 크기 조정 이라고 합니다. 사용된 전분은 제지 공장이나 전분 산업(산화 전분)에서 화학적으로 또는 효소적으로 해중합되었습니다. 크기/전분 솔루션은 다양한 기계적 프레스(크기 프레스)를 통해 종이 웹에 적용됩니다. 표면 사이징제와 함께 표면 전분은 종이 웹에 추가 강도를 부여하고 우수한 인쇄 특성을 위한 방수 또는 "크기"를 추가로 제공합니다. 전분은 또한 안료, 결합제 및 증점제의 혼합물을 포함하는 코팅 제형을 위한 결합제 중 하나로 종이 코팅에 사용됩니다. 코팅 용지평활도, 경도, 백색도 및 광택도가 향상되어 인쇄 특성이 향상됩니다.

골판지 접착제

골판지 접착제는 전 세계적으로 비식품 전분의 다음으로 큰 응용 분야입니다. 전분 접착제 는 대부분 수정되지 않은 천연 전분과 붕사 및 가성 소다 와 같은 일부 첨가제를 기반으로 합니다. 전분의 일부는 조리되지 않은 전분의 슬러리를 운반하고 침전을 방지하기 위해 젤라틴화됩니다. 이 불투명한 접착제를 SteinHall 접착제라고 합니다. 플루트의 끝 부분에 접착제가 도포됩니다. 홈이 있는 종이는 라이너라는 종이에 눌러집니다. 이것은 그런 다음 고열로 건조되어 풀에 있는 조리되지 않은 전분의 나머지 부분이 부풀어 오르거나 젤라틴화됩니다. 이 젤라틴화는 골판지 생산을 위한 접착제를 빠르고 강력한 접착제로 만듭니다.

의류 전분

Kingsford Oswego 전분 광고, 1885

의류 또는 세탁용 전분은 식물성 전분을 물에 혼합하여 제조한 액체로(비변성 전분은 끓는점에 가까운 물에서만 겔화되며 상용 제품은 열이 필요하지 않을 수 있음) 의류 세탁 에 사용됩니다. 전분은 16세기와 17세기에 유럽에서 부유층 의 목을 둘러싸고 있는 가는 린넨 의 넓은 깃과 주름 을 강화하기 위해 널리 사용되었습니다. 19세기와 20세기 초반 에는 깨끗한 옷을 다림질 하기 전에 남성용 셔츠 의 깃과 소매 , 여성용 페티코트 의 주름장식을 전분으로 뻣뻣하게 만드는 것이 세련되었습니다.. 녹말은 옷의 가장자리를 매끄럽고 선명하게 했으며 목과 손목의 먼지와 땀이 옷의 섬유보다는 녹말에 달라붙는 추가적인 실용적인 목적이 있었습니다. 흙은 녹말과 함께 씻겨 나갈 것입니다. 세탁 후 전분을 다시 바르십시오. 전분은 물과 혼합하는 일반적인 과립 외에도 스프레이 캔 으로 제공됩니다.

바이오플라스틱

바이오 플라스틱 § 전분 기반 플라스틱

전분은 바이오 플라스틱을 만드는 중요한 천연 고분자입니다. 물과 글리세롤과 같은 가소제를 사용하면 전분을 압출, 사출 성형 및 압축 성형과 같은 기존의 고분자 가공 기술을 사용하여 소위 "열가소성 전분"으로 가공할 수 있습니다. 천연 전분 만을 원료로 하는 재료는 가공성, 기계적 물성, 안정성이 좋지 않기 때문에 일부 상용제품 으로 변성전분(예: 하이드록시프로필전분)을 사용하고 전분을 다른 고분자(바람직하게는 폴리카프로락톤 과 같은 생분해성 고분자)와 결합한다. (예: PLANTIC™ HP [70] 및 Mater-Bi ® [71] ) 시장에서 사용할 수 있습니다.

다림질 용 쌀 전분

기타

또 다른 대규모 비식품 전분 응용 분야는 석고 벽 보드 제조 공정에 전분이 사용되는 건설 산업입니다. 화학적으로 변형되거나 변형되지 않은 전분은 주로 석고 를 포함하는 치장 벽토에 첨가됩니다 . 상단 및 하단 중량지 시트가 제형에 적용되며, 이 과정을 가열 및 경화하여 최종적으로 단단한 벽 보드를 형성합니다. 전분은 종이 덮개로 경화된 석고 암석에 접착제 역할을 하고 보드에 강성을 제공합니다.

전분은 제본, 벽지 접착제 , 종이 자루 생산, 튜브 와인딩, 고무질 종이 , 봉투 접착제, 학교 접착제 및 병 라벨링 을 위한 다양한 접착제 또는 접착제 제조에 사용됩니다. 황색 덱스트린과 같은 전분 유도체는 종이 작업을 위한 단단한 접착제를 형성하기 위해 일부 화학 물질을 추가하여 변형될 수 있습니다. 이러한 형태 중 일부는 붕사 또는 소다회 를 사용 하며, 이는 50–70°C(122–158°F)에서 전분 용액과 혼합되어 매우 우수한 접착제를 만듭니다. 이러한 공식을 강화하기 위해 규산나트륨을 첨가할 수 있습니다.

산업안전보건

미국에서 OSHA( Occupational Safety and Health Administration )는 작업장에서 전분 노출에 대한 법적 한계( 허용 노출 한계 )를 하루 8시간 동안 총 노출 15 mg/m 3 및 호흡기 노출 5 mg/m 3 으로 설정했습니다. . NIOSH(National Institute for Occupational Safety and Health)는 하루 8시간 동안 총 노출 10mg/m 3 및 호흡기 노출 5mg/m 3 의 권장 노출 한계 ( REL ) 를 설정 했습니다. [76]

참조

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