탄수화물

Starch
전분으로 알려진 우르호보 요리는 우시(음식)를 참고하세요.비디오 게임은 Starch(비디오 게임)를 참조합니다.
탄수화물
Cornstarch being mixed with water
식별자
켐스파이더
  • 없음.
ECHA 인포카드 100.029.696 Edit this at Wikidata
EC 번호
  • 232-679-6
RTECS 번호
  • GM50900000
유니아이
특성.
(C
6H
10O
5)
n +(H
2O)
어금니 질량 변수
외모 흰가루
밀도 변수[1]
융점 분해되는
불용성(녹말 젤라틴화 참조)
열화학
1g당 4.1788kcal (17.484kJ/g)[2] (가열량 증가)
유해성
410°C (770°F; 683K)
NIOSH(미국 건강 노출 한도):
PEL(허용)
 TWA 15 mg/m3 (총) TWA 5 mg/m3 (resp)[3]
안전자료(SDS) ICSC 1553
별도의 언급이 없는 경우를 제외하고, 표준 상태(25 °C [77 °F], 100 kPa에서)의 재료에 대한 데이터가 제공됩니다.
확인.Y 검증 (무엇이?)
아밀로스 분자의 구조
아밀로펙틴 분자의 구조

녹말 또는 아문은 글리코사이드 결합에 의해 결합된 수많은 포도당 단위체로 구성된 고분자 탄수화물입니다.이 다당류는 에너지 저장을 위해 대부분의 녹색 식물에 의해 생산됩니다.세계적으로, 그것은 인간의 식단에서 가장 흔한 탄수화물이며, 밀, 감자, 옥수수, 쌀, 그리고 카사바와 같은 주식에 다량 함유되어 있습니다.

순수한 전분은 하얗고 맛이 없고 냄새가 없는 분말로 차가운 물이나 알코올에 녹지 않습니다.선형 아밀로스와 나선형 아밀로펙틴, 분지형 아밀로펙틴의 두 종류의 분자로 구성되어 있습니다.식물에 따라, 전분은 일반적으로 중량 기준으로 20~25%의 아밀로스와 75~80%의 아밀로펙틴을 함유합니다.[4]동물의 에너지 비축물인 글리코겐은 아밀로펙틴의 더 높은 분지형입니다.

산업에서, 녹말은 종종 녹말에 의해 당으로 전환됩니다.이 당들은 발효되어 맥주, 위스키, 바이오 연료의 제조 과정에서 에탄올을 생산할 수 있습니다.게다가, 가공된 녹말로부터 생산된 당은 많은 가공식품에 사용됩니다.

따뜻한 물에 녹말을 대부분 섞으면 밀 페이스트와 같은 페이스트가 생성되는데, 이 페이스트는 증점제, 굳히기 또는 접착제로 사용될 수 있습니다.녹말의 주된 비식품, 산업적 사용은 제지 공정에서 접착제로 사용됩니다.비슷한 페이스트인 의류 전분은 다림질을 하기 전에 특정 직물 제품에 적용할 수 있습니다.

어원

"녹말"이라는 단어는 "강하고, 뻣뻣하고, 튼튼하고, 뻣뻣하다"는 의미를 가진 게르만어의 어근에서 유래했습니다.[5]현대의 독일어 슈테르케(강도)는 수세기 동안 주로 사용된 직물 용도인 직물: 직물을 짜고 리넨을 녹이기 위한 사이징 원사와 관련이 있습니다.그리스어로 전분을 뜻하는 아밀론(amylon, ἄμ υλον)도 이와 관련이 있습니다.이는 전분(예를 들어, 아밀 알코올)과 관련되거나 유래된 여러 5-탄소 화합물의 접두어로 사용되는 뿌리 아밀을 제공합니다.

역사

티파의 뿌리줄기에서 밀가루로 나온 녹말알은 3만년 전 유럽에서 돌을 갈아 만든 것으로 확인됐습니다.[6]수수의 녹말 알갱이들은 10만년 전 모잠비크의 응갈루에 있는 동굴의 갈린 돌에서 발견되었습니다.[7]

순수하게 추출된 밀 전분 페이스트는 고대 이집트에서 아마도 파피루스를 접착시키기 위해 사용되었을 것입니다.[8]녹말의 추출은 기원후 77-79년경 플리니 대왕의 자연사에 처음 기술되어 있습니다.[9]로마인들은 화장품 크림에도 사용했고, 머리에 가루를 내고 소스를 진하게 만들기도 했습니다.페르시아인들과 인도인들은 고투마이 밀 할바와 비슷한 요리를 만들기 위해 이것을 사용했습니다.종이의 표면 처리로서 쌀 전분은 서기 700년부터 중국에서 종이 생산에 사용되어 왔습니다.[10]

전분공업

1792년에 지어진 북아일랜드 발리두건의 전분 공장
West Philadelphia Starch는 Philadelphia(펜실베니아)에서 근무, 1850년
캔자스시티의 무결점 전분 회사

전분이 함유된 식물을 직접 소비하는 것 외에도, 2008년까지 전 세계적으로 연간 6천 6백만 톤의 전분이 생산되고 있습니다.2011년에는 생산량이 7천 3백만 톤으로 늘었습니다.[11]

EU에서 전분 산업은 2011년에 약 1,100만 톤을 생산했으며, 약 40%는 산업용으로, 60%는 식품용으로 사용되고 있으며,[12] 후자의 대부분은 포도당 시럽으로 사용되고 있습니다.[13]2017년 EU의 생산량은 1,100만 톤이었고 그 중 9,4백만 톤이 EU에서 소비되었으며 그 중 54%가 전분 감미료였습니다.[14]

미국은 2017년에 약 2750만 톤의 전분을 생산하였는데, 이 중 약 820만 톤은 고과당 시럽, 620만 톤은 포도당 시럽, 250만 톤은 전분 제품이었습니다.[clarification needed]나머지 녹말은 에탄올(16억 갤런) 생산에 사용되었습니다.[15][16]

식물의 에너지 저장소

감자의 세포에 들어있는 감자 전분 과립
옥수수 종자 배아기 내배아내배아내 전분

대부분의 녹색 식물은 에너지를 녹말로 저장하고, 녹말은 반결정 과립으로 포장됩니다.[17]여분의 포도당은 식물이 생산하는 포도당보다 더 복잡한 전분으로 바뀝니다.어린 식물들은 뿌리, 씨앗, 과일에 저장된 에너지를 먹고 자라기에 적합한 토양을 찾을 때까지 삽니다.[18]예외적으로 아스테라과(아스터, 데이지, 해바라기)는 전분이 프락타니눌린으로 대체됩니다.이눌린과 같은 프락탄은 밀, 양파와 마늘, 바나나, 아스파라거스와 같은 풀에도 존재합니다.[19]

광합성에서, 식물은 이산화탄소로부터 포도당을 생산하기 위해 빛 에너지를 사용합니다.포도당은 일반적인 대사에 필요한 화학 에너지를 생성하거나 핵산, 지질, 단백질과 같은 유기 화합물과 셀룰로오스와 같은 구조 다당류를 만드는 데 사용되거나 아밀로플라스틱에 녹말 과립 형태로 저장됩니다.성장기가 끝날 무렵, 녹말이 꽃봉오리 근처의 나뭇가지에 쌓입니다.과일, 씨앗, 뿌리줄기, 그리고 관자는 다음 성장기를 준비하기 위해 녹말을 저장합니다.

녹조류와 육지 식물은 플라스티즈에 녹말을 저장하는 반면, 홍조류, 녹조류, 크립토마이드, 다이노플라젤레이트 그리고 기생 아피콤플렉스라는 비슷한 유형의 다당류를 세포질이나 주변 세포질에 저장합니다.[20]

포도당은 물에 용해되고 친수성이며 물과 결합한 다음 많은 공간을 차지하고 삼투적으로 활성화됩니다. 반면에 녹말 형태의 포도당은 용해되지 않으므로 삼투적으로 비활성화되어 훨씬 더 압축적으로 저장될 수 있습니다.반결정 과립은 일반적으로 식물의 세포 수요에 따라 바이오를 이용할 수 있는 아밀로스와 아밀로펙틴의 동심원 층으로 구성됩니다.[21]

포도당 분자는 쉽게 가수분해되는 알파 결합에 의해 녹말에서 결합됩니다.같은 종류의 결합이 동물 보호구역 다당류 글리코겐에서 발견됩니다.이것은 베타 결합에 의해 결합되고 가수분해에 훨씬 더 저항력이 있는 키틴, 셀룰로스 및 펩티도글리칸과 같은 많은 구조적 다당류와 대조적입니다.[22]

생합성

식물은 포도당 1-인산 아데닐릴트랜스퍼라제 효소를 이용하여 포도당 1-인산을 ADP-포도당으로 먼저 전환함으로써 녹말을 생산합니다.이 단계는 ATP 형태의 에너지를 필요로 합니다.효소 전분 합성효소는 성장하는 포도당 잔기에 1,4-알파 글리코사이드 결합을 통해 ADP-포도당을 추가하여 ADP를 방출하고 아밀로스를 생성합니다.글리코겐 합성 동안 UDP-글루코스가 글리코겐의 비감축 말단에 첨가됨에 따라, ADP-글루코스는 거의 확실히 아밀로스 중합체의 비감축 말단에 첨가됩니다.[23]

전분 분지 효소는 아밀로스 사슬 사이에 1,6-알파 글리코사이드 결합을 도입하여 분지된 아밀로펙틴을 생성합니다.전분 분해 효소인 이소아밀라아제는 이러한 가지들 중 일부를 제거합니다.이러한 효소들의 몇 가지 동형이 존재하며, 이는 매우 복잡한 합성 과정으로 이어집니다.[24]

글리코젠과 아밀로펙틴은 유사한 구조를 가지고 있지만, 전자는 아밀로펙틴의 1,4-알파 결합 30개 당 약 1개의 분기점을 가지고 있는 것에 비해 전자는 1,4-알파 결합 10개 당 약 1개의 분기점을 가지고 있습니다.[25]아밀로펙틴은 ADP-포도당으로부터 합성되는 반면 포유류와 곰팡이는 UDP-포도당으로부터 글리코겐을 합성합니다; 대부분의 경우 박테리아는 ADP-포도당으로부터 글리코겐을 합성합니다.[26]

식물에서 전분 합성 외에도, 전분은 효소 칵테일에 의해 매개되는 비식품 전분으로부터 합성될 수 있습니다.[27]이러한 세포가 없는 바이오시스템에서 베타-1,4-글리코시드 결합 결합된 셀룰로스는 부분적으로 셀룰로스로 가수분해됩니다.셀로비오스 인산화효소는 포도당 1-인산과 포도당으로 분해되며, 다른 효소인 감자 알파-글루칸 인산화효소는 포도당 1-인산화효소로부터 포도당 단위체를 녹말의 비-환원 말단에 추가할 수 있습니다.그 안에서 인산염은 내부적으로 재활용됩니다.다른 제품인 포도당은 효모에 의해 흡수될 수 있습니다.세포가 없는 이 바이오프로세싱은 비용이 많이 드는 화학 및 에너지 투입이 필요하지 않으며 수용액에서 수행할 수 있으며 당 손실이 없습니다.[28][29][30]

퇴화

녹말은 낮에는 식물 잎에서 합성되어 과립으로 저장되고 밤에는 에너지원으로 사용됩니다.효소를 분해하기 위해 접근하기 쉽도록 불용성, 고도로 분지된 전분 사슬은 인산화되어야 합니다.글루칸, 물 디키나아제(GWD) 효소는 사슬 1,6-알파 가지 결합에 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 녹말 과잉(성) 표현형을 초래하고,[31] 녹말은 인산화될 수 없기 때문에 플라스티즈에 축적됩니다.

인산화 후, 첫 번째 분해 효소인 베타 아밀라아제(BAM)는 환원되지 않는 끝에서 포도당 사슬을 공격할 수 있습니다.말토스는 녹말 분해의 주요 생성물로 방출됩니다.포도당 사슬이 3개 이하의 분자로 구성되어 있다면, BAM은 말토스를 방출할 수 없습니다.두 번째 효소인 불균형 효소-1(DPE1)은 두 개의 말토트라이오스 분자를 결합합니다.이 사슬로부터 포도당 분자가 방출됩니다.이제, BAM은 남아있는 사슬로부터 또 다른 말토스 분자를 방출할 수 있습니다.이 순환은 녹말이 완전히 분해될 때까지 반복됩니다.BAM이 포도당 사슬의 인산화된 분기점에 근접하면 더 이상 말토스를 방출할 수 없습니다.인산화된 사슬이 분해되기 위해서는 아이소아밀라아제(isoamylase, ISA)라는 효소가 필요합니다.[32]

녹말 분해의 생성물은 주로 말토스와[33] 더 적은 양의 포도당입니다.이 분자들은 플라스틱에서 말토스 운반체를 통해 말토스인 세포질로 보내지는데, 이 과정에서 변형된 (MEX1-돌연변이체) 말토스가 플라스틱에 축적됩니다.[34]포도당은 플라스틱 포도당 전로케이터(pGlcT)를 통해 배출됩니다.[35]이 두 당은 수크로스 합성을 위한 전구체 역할을 합니다.수크로스는 밤에 ATP를 생성하기 위해 미토콘드리아의 산화적 오탄당 인산 경로에 사용될 수 있습니다.[32]

특성.

구조.

옥수수 전분, 800배 확대, 편광 하에서 특징적인 소멸 교차를 보임
쌀 전분을 투과광 현미경으로 관찰합니다.쌀 전분의 특징은 과립이 각진 윤곽을 가지고 뭉치는 경향이 있다는 것입니다.

아밀로스는 완전히 가지가 없는 것으로 생각되었지만, 현재 그 분자 중 일부는 몇 가지 가지 가지 점을 포함하고 있는 것으로 알려져 있습니다.[36]아밀로스는 아밀로펙틴보다 훨씬 작은 분자입니다.식물에 저장된 녹말 덩어리의 약 1/4은 아밀로펙틴 분자보다 약 150배 많은 아밀로가 있지만, 아밀로펙틴으로 이루어져 있습니다.

식물 내에 축적된 전분은 반결정 과립에 저장됩니다.각각의 식물 종은 독특한 전분 과립 크기를 갖습니다: 쌀 전분은 비교적 작으며(약 2 μm), 감자 전분은 더 큰 과립(최대 100 μm), 밀과 타피오카는 그 사이에 있습니다.[37]다른 식물성 전분 공급원과는 달리 밀 전분은 2~55μm 범위의 작은 과립과 큰 과립으로 이중모달 크기 분포를 가지고 있습니다.[37]

몇몇 재배된 식물 품종들은 왁스 녹말로 알려진 아밀로스가 없는 순수한 아밀로펙틴 녹말을 가지고 있습니다.가장 많이 사용되는 것은 찰옥수수이고, 다른 것들은 찹쌀과 찰옥수수 감자 전분입니다.왁스 같은 녹말은 덜 퇴화되어 더 안정적인 페이스트가 됩니다.아밀로마이즈(amylomaize)는 아밀로스 전분이 상대적으로 많이 함유된 옥수수 품종으로, 겔 강도를 이용하고 식품에 저항성 전분(소화에 저항하는 전분)으로 사용하기 위해 재배되고 있습니다.

셀룰로스로 만들어진 합성 아밀로스는 잘 조절된 중합도를 가지고 있습니다.따라서 잠재적인 약물 전달 매개체로 사용될 수 있습니다.[27]

용해 및 젤라틴화

풍부한 물에서 가열하면 토종 전분의 과립이 부풀어 터지고, 반결정 구조가 소실되고, 작은 아밀로스 분자가 과립 밖으로 침출되기 시작하여 물을 머금는 네트워크를 형성하고 혼합물의 점도를 증가시킵니다.이 과정은 녹말 젤라틴화라고 불립니다.전분의 젤라틴화 온도는 전분 배양액, 아밀로스/아밀로펙틴 함량 및 수분 함량에 따라 다릅니다.물이 있는 녹말은 시차 주사 열량 측정(DSC) 온도 주사 동안 복잡한 다상 전이를 경험할 수 있습니다.[38]수분이 과잉된 전분의 경우, 일반적으로 저온(54–73 °C)에서 단일 젤라틴화 내온선이 관찰될 수 있습니다.[38]녹말의 수분 함량(<64%)을 감소시킴으로써, 이들이 분리되어 더 높은 온도로 이동하기 때문에 다양한 구조적 변화를 나타내는 더 많은 흡열 전이를 볼 수 있습니다.[38][39]수분 함량이 제한되어 있다면, 팽창력은 훨씬 덜 중요할 것이고, 수분 함량이 낮은 환경에서의 젤라틴화 과정은 녹말의 "용융"으로 더 정확하게 정의될 수 있을 것입니다.[40]또한 내온 및 엔탈피의 수는 아밀로스/아밀로펙틴 비율에 따라 달라졌으며, 아밀로펙틴이 풍부한 전분의 젤라틴화 엔탈피가 아밀로스가 풍부한 전분의 젤라틴화 엔탈피보다 높았습니다.[39]특히, 왁스형 및 정상 옥수수 녹말은 약 70 °C에서 큰 젤라틴화 내온선을 보여줍니다. 정상 옥수수 녹말의 경우, 약 90 °C에서 두 번째 내온선도 존재했는데, 이는 아밀로스-지질 복합체 내의 상전이로 간주됩니다. 대조적으로, 고 아밀로스 함량 녹말(예: Gelose 50 및 Gelose 80)의 경우, 매우 넓은 말단이 있습니다.온도 범위가 섭씨 65도에서 115도 사이인 온도 범위의 온도는 주요 젤라틴화 내온선과 아밀로스-지질 복합체 내의 상전이로 구성되어 있습니다.[39]

요리하는 동안, 녹말은 페이스트가 되어 점도가 더욱 증가합니다.페이스트의 냉각 또는 장기간 보관시 반결정 구조가 부분적으로 회복되고 전분 페이스트가 두꺼워져 물을 배출합니다.이것은 주로 아밀로스의 퇴행에 의해 발생합니다.이 과정은 빵을 굳히거나 녹말 젤 위에 있는 물 층을 만드는 역할을 합니다. (syneresis).

어떤 녹말은 물과 섞이면 가끔 "오블렉"이라는 별명으로 불리는 비뉴턴 유체를 생성합니다.

녹말은 이온성 액체 또는 금속 염화물 염 용액에서 용해되거나 겔화될 수도 있습니다.전분의 열 전이는 이온성 액체/물의 비율에 의해 크게 영향을 받습니다.특정 이온성 액체/물 비율을 갖는 수성 이온성 액체는 상당히 낮은 온도(심지어 실온에서도)에서 일부 녹말의 가장 효과적인 구조적 해체를 초래합니다.[41][42]이 현상은 셀룰로스의 용해와는 매우 다른데, 후자는 순수한 이온성 액체에서 가장 효율적으로 발생하고 이온성 액체에 포함된 물은 용해를 상당히 방해하기 때문입니다.[43]과립 표면 기공이 있는 녹말(예: 기장, 찰옥수수, 일반 옥수수 및 밀 녹말)의 경우, 수성 IL에 의한 부식이 내부 외부 패턴을 따르고 과립에 대한 파괴가 빠르고 고른 반면, 비교적 매끄러운 표면을 가진 녹말(예: 고-아밀로스 옥수수, 감자, 자색 얌 및 완두콩 녹말)의 경우 제안됩니다.hes), 부식은 표면에서만 시작할 수 있으므로 수성 IL의 원인이 되는 변화가 느립니다.[44]추가적인 연구에 따르면 A형 녹말은 B형 녹말(감자와 고아밀로스 옥수수)에 비해 표면의 약점으로 인해 구조적으로 파괴되기 쉽지만 기계적으로 균열된 B형 녹말 과립은 A형 녹말과 마찬가지로 상온 가공이 가능합니다.[45]또한, 녹말, 심지어 고-아밀로스 녹말도, 적당한 온도(≤50 ℃)에서 수성 금속 염화물 염(예를 들어, ZnCl2, CaCl2 및 MgCl2)에 의해 완전히 용해될 수 있고, 이러한 용해 과정 동안 녹말 나노입자가 형성될 수 있습니다.[46][47]CaCl2 용액 용해된 고-아밀로스 전분이 이온 전도성 및 변형 반응성 물질을 형성할 수 있다는 연구 결과가 있습니다.[48][49]녹말/CaCl2 겔은 종이와 목재 보드의 난연성 접착제로도 사용할 수 있습니다.[50]

가수분해

녹말을 구성 당으로 분해하거나 가수분해하는 효소는 아밀레이스라고 알려져 있습니다.

알파 아밀레이스는 식물과 동물에서 발견됩니다.사람의 침에는 아밀라아제가 풍부하고, 췌장에서도 효소를 분비합니다.고열량 식단을 가진 사람들은 저열량 식단을 가진 사람들보다 더 많은 아밀라아제 유전자를 가지고 있는 경향이 있습니다.[51]

베타 아밀라아제는 녹말을 말토스 단위로 자릅니다.이 과정은 녹말의 소화에 중요하며, 또한 양조에도 사용되는데, 이 과정에서 씨앗 알갱이의 껍질에서 나온 아밀라아제가 녹말을 말토스(Malting, Mashing)로 전환시키는 역할을 합니다.[52][53]

녹말의 연소열이 글루코스 단량체 몰 당 2,835 kJ(678 kcal)[2]인 반면, 글루코스 연소열이 몰 당 2,805 kJ(670 kcal/mol)인 경우, 가수분해는 글루코스 생성물 그램 당 약 30 kJ(7.2 kcal) 또는 166 J(40 kcal)를 방출합니다.

덱스트린화

만약 녹말이 건조한 열에 노출되면, 녹말은 분해되어 덱스트린을 형성하는데, 이러한 맥락에서 "피로덱스트린"이라고도 불립니다.이 분해 과정을 덱스트린화(dextrinization)라고 합니다.(Pyro) 덱스트린은 주로 노란색에서 갈색을 띠며 덱스트린화는 부분적으로 빵의 갈색화를 담당합니다.[54]

화학실험

주요 기사:요오드 검사
요오드로 얼룩진 밀 전분의 과립, 빛 현미경으로 촬영

녹말 검사는 요오드와 요오드화칼륨(주로 요오드화칼륨)을 혼합하여 만든 삼요오드화염(I3−) 용액을 사용합니다. 짙은 파란색은 녹말의 존재를 나타냅니다.이 반응의 세부 사항은 완전히 알려지지 않았지만, 단결정 X선 결정학 및 비교 라만 분광법을 사용한 최근의 과학적 연구는 최종 전분-요오드 복합체가 피롤로페릴렌-요오드 복합체에서 발견되는 것과 같은 무한 폴리요오드 사슬과 유사하다는 것을 시사합니다.[55]파란색의 강도는 존재하는 아밀로스의 양에 따라 달라집니다.아밀로스가 거의 없거나 전혀 없는 왁스 같은 녹말은 빨간색으로 물들 것입니다.베네딕트 검사와 펠링 검사도 녹말의 존재를 나타내기 위해 행해집니다.

물, 녹말, 요오드화물로 구성된 녹말 표시 용액은 종종 산화제 적정에 사용됩니다. 산화제가 있으면 용액이 파란색으로 변하고, 환원제가 있으면3− 삼요오드화 이온이 세 개의 요오드화 이온으로 분해되어 녹말-요오드 복합체를 분해하기 때문에 파란색이 사라집니다.전분 용액은 Briggs-Rauscher 발진 반응에서 트리요오드화 중간체의 주기적인 형성과 소모를 가시화하기 위한 지표로 사용되었습니다.그러나 녹말은 트리요오드화 이온을 포함하는 반응 단계의 속도론을 바꿉니다.[56]녹말 지표의 표준 농도는 0.3% w/w 용액입니다.이 용액은 가열된 물 1리터에 가용성 전분 3그램을 첨가하여 제조되며, 용액은 사용 전에 냉각됩니다(녹말-요오드 복합체는 35°C 이상의 온도에서 불안정해집니다).

식물의 각 종은 과립 크기, 모양 및 결정화 패턴에서 독특한 유형의 전분 과립을 가지고 있습니다.현미경 아래에서 편광된 빛으로 뒤에서 비추는 요오드로 얼룩진 녹말 알갱이는 몰타 특유의 교차 효과(멸종 교차 및 복굴절이라고도 함)를 보여줍니다.

음식.

야자수 줄기에서 사고 전분 추출

녹말은 인간의 식단에서 가장 흔한 탄수화물이며 많은 주식에 포함되어 있습니다.전 세계적으로 녹말 섭취의 주요 원천은 곡물(쌀, 밀, 옥수수)과 뿌리 채소(감자와 카사바)입니다.[57]도토리, 칡, 아라카차, 바나나, 보리, 빵과일, 메밀, 칸나, 콜로카시아, 카타쿠리, 쿠드즈, 말랑가, 기장, 귀리, 오카, 폴리네시아 칡, 사고, 수수, 고구마, 호밀, 토란, 밤, 물밤, 칡, 참마, 그리고 많은 종류의 콩을 포함한 많은 다른 전분이 함유된 음식들이 자라고 있습니다.파바, 렌즈콩, 녹두, 완두콩, 병아리콩과 같은 것들.

가공식품 이전에, 사람들은 많은 양의 저항성 녹말을 함유한, 조리되지 않은 그리고 가공되지 않은 녹말을 함유한 식물을 많이 소비했습니다.대장 내 미생물은 전분을 발효시키거나 섭취하여 에너지로 사용되는 짧은 사슬 지방산을 생성하고 미생물의 유지와 성장을 지원합니다.조리 시 녹말은 용해되지 않고 소화하기 어려운 과립에서 매우 다른 영양적 및 기능적 특성을 가진 쉽게 접근할 수 있는 포도당 사슬로 변환됩니다.[58]

현재의 식단에서는, 고도로 가공된 음식이 더 쉽게 소화되고 소장에서 더 많은 포도당을 방출합니다. 더 적은 전분이 대장에 도달하고 더 많은 에너지가 몸에 흡수됩니다.에너지 전달의 이러한 변화는 (가공식품을 더 많이 먹는 것으로 인해) 비만, 당뇨병을 포함한 현대 생활의 대사 장애 발달에 기여하는 요인 중 하나일 수 있다고 생각됩니다.[59]

아밀로스/아밀로펙틴 비율, 분자량 및 분자 미세 구조는 물리화학적 특성 및 다양한 유형의 녹말의 에너지 방출에 영향을 미칩니다.[60]게다가, 요리와 식품 가공은 녹말 소화성과 에너지 방출에 상당한 영향을 미칩니다.녹말은 소화 프로필에 따라 빠르게 소화 가능한 녹말, 천천히 소화 가능한 녹말 및 저항성 녹말로 분류되어 왔습니다.[61]생전분 과립은 인간 효소에 의한 소화에 저항하고 소장에서 포도당으로 분해되지 않습니다. 대신 대장에 도달하여 프리바이오틱 식이섬유의 역할을 합니다.[62]녹말 과립이 완전히 젤라틴화되고 요리되면 녹말은 쉽게 소화가 되고 소장 내에서 포도당을 빠르게 배출합니다.전분이 함유된 음식이 조리되고 식으면 포도당 사슬 중 일부는 재결정되어 다시 소화에 저항력을 갖게 됩니다.천천히 소화되는 전분은 소화가 느리지만 소장 내에서 비교적 완전한 생 시리얼에서 발견될 수 있습니다.[63]전분이 함유된 널리 사용되는 음식은 빵, 팬케이크, 시리얼, 국수, 파스타, 죽, 토르티야 등입니다.

높은 열로 요리하는 동안, 녹말에서 방출된 당은 Maillard 반응을 통해 아미노산과 반응하여 고급 당화 최종 생성물(AGEs)을 형성하여 음식에 향, 맛 및 질감에 기여할 수 있습니다.[64]식이 연령의 한 예는 아크릴아미드입니다.최근의 증거는 식이 AGEs의 장내 발효가 인슐린 저항성, 죽상경화증, 당뇨병 그리고 다른 염증성 질환과 관련이 있을 수 있다는 것을 암시합니다.[65][66]이것은 AGEs가 장 투과성에 미치는 영향 때문일 수 있습니다.[67]

케이크 굽는 동안의 전분 젤라틴화는 설탕이 물을 얻기 위해 경쟁함으로써 젤라틴화를 방지하고 식감을 개선함으로써 손상될 수 있습니다.

전분생산량

글루코스 시럽

전분 산업은 습식 분쇄, 세척, 체질 및 건조를 통해 씨앗, 뿌리 및 튜브에서 녹말을 추출하고 정제합니다.오늘날, 주요 상업적인 정제 녹말은 옥수수 녹말, 타피오카, 칡, 밀,[68] 쌀, 감자 녹말입니다.정제 전분의 공급원으로는 고구마, 사고, 녹두 등이 있습니다.오늘날까지, 녹말은 50 종류 이상의 식물에서 추출됩니다.

처리되지 않은 녹말은 걸쭉해지거나 젤라틴화하기 위해 열이 필요합니다.녹말이 미리 익으면 차가운 물에서 즉시 걸쭉해질 수 있습니다.이것은 미리 겔화된 전분이라고 합니다.

전분당

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

녹말은 산, 다양한 효소, 또는 둘의 조합에 의해 더 단순한 탄수화물로 가수분해될 수 있습니다.결과적인 조각을 덱스트린이라고 합니다.전환 정도는 일반적으로 녹말 내의 글리코사이드 결합의 대략적인 부분인 덱스트로스 당량(DE)에 의해 정량화됩니다.

이 녹말당은 단연코 가장 흔한 녹말을 기본으로 하는 음식 재료이며, 많은 음료와 음식에 감미료로 사용됩니다.여기에는 다음이 포함됩니다.

  • 싱겁게 맛을 내는 필러 및 증점제로 사용되는 가볍게 가수분해된(DE 10–20) 전분 제품인 말토덱스트린.
  • 미국에서 옥수수 시럽이라고도 불리는 다양한 글루코스 시럽(DE 30–70)은 많은 종류의 가공 식품에서 감미료와 증점제로 사용되는 점성 용액입니다.
  • 덱스트로스(DE 100), 상업적 포도당, 전분의 완전한 가수분해에 의해 제조된 것.
  • 포도당의 상당한 부분이 과당으로 전환될 때까지 덱스트로스 용액을 포도당 이성질화효소로 처리하여 만들어진 고과당 시럽.미국에서 고과당 옥수수 시럽은 설탕보다 상당히 저렴하며 가공식품과 음료에 사용되는 주요 감미료입니다.[69]과당은 또한 더 나은 미생물학적 안정성을 가지고 있습니다.고과당 옥수수 시럽의 한 종류인 HFCS-55는 더 많은 과당으로 만들어지기 때문에 수크로스보다 더 달콤하지만, HFCS-42의 단맛은 수크로스와 동등합니다.[70][71]
  • 말티톨, 에리트리톨, 소르비톨, 만니톨 및 수소 첨가 전분 가수분해물과 같은 당 알코올은 당을 환원시킴으로써 만들어지는 감미료입니다.

수정 녹말

개질 전분은 높은 열, 높은 전단, 낮은 pH, 동결/해빙 및 냉각과 같은 가공 또는 저장 중에 자주 발생하는 조건에서 전분이 적절하게 기능할 수 있도록 화학적으로 변형된 전분입니다.

변형된 식품 녹말은 유럽 식품 안전 당국에 따라 E 코드화되고 INS 코드화된 식품 첨가물은 Codex Alimentarius에 따라 코드화됩니다.[72]

INS 1400, 1401, 1402, 1403 및 1405는 E-번호가 없는 EU 식품 성분입니다.[73]기술적 응용을 위한 전형적인 변형 녹말은 양이온 녹말, 하이드록시에틸 녹말 및 카르복시메틸화 녹말입니다.

식품첨가물로 사용

식품 가공을 위한 첨가물로서, 식품 녹말은 일반적으로 푸딩, 커스터드, 수프, 소스, 그레이비, 파이 속, 샐러드 드레싱과 같은 식품에 증점제와 안정제로 사용되며, 면과 파스타를 만들기 위해 사용됩니다.그들은 증점제, 신장제, 유화 안정제로 기능하며 가공육의 탁월한 결합제입니다.

젤리빈, 와인껌과 같은 껌류는 종래의 의미에서 틀을 사용하여 제조되는 것이 아닙니다.쟁반에 토종 전분을 채워 넣고 평평하게 만듭니다.양성의 곰팡이가 녹말에 눌러 붙어 1,000개 정도의 젤리빈 같은 인상을 남깁니다.그리고 나서 젤리 믹스를 인상에 붓고, 세팅하기 위해 스토브 위에 올려집니다.이 방법은 제작해야 하는 금형의 수를 크게 줄입니다.

제약산업에서의 사용

제약 산업에서, 녹말은 또한 부형제, 정제 분해제, 그리고 결합제로 사용됩니다.

저항성전분

주요 기사:저항성전분

저항성 녹말은 건강한 사람의 소장에서 소화를 피하는 녹말입니다.밀이나 옥수수의 고-아밀로스 전분은 다른 종류의 전분에 비해 젤라틴화 온도가 높고, 베이킹, 가벼운 압출 및 기타 식품 가공 기술을 통해 저항성 전분 함량을 유지합니다.이것은 빵, 파스타, 쿠키, 크래커, 프레첼 그리고 다른 저수분 식품과 같은 가공 식품에서 불용성 식이 섬유로 사용됩니다.건강상의 이점을 위해 식이보충제로도 사용됩니다.발표된 연구에 따르면 저항성 전분은 인슐린 민감성을 개선하는 데 도움이 되고,[74][75] 인터류킨 6 및 종양 괴사인자 알파를[76][77] 감소시키며 대장 기능의 마커를 개선합니다.[78]저항성 전분은 온전한 통곡물의 건강상 이점에 기여한다고 제안되어 왔습니다.[79]

합성전분

2021년, 연구원들은 세계 최초로 실험실에서 녹말의 인공 합성을 보고했습니다.CO와2 수소로부터 전분을 합성하기 위해 세포가 없는 화학효소 공정이 사용되었습니다.만약 이 과정이 실행 가능하고 규모를 확장할 수 있다면, 식량 안보를 높이면서 토지, 살충제, 그리고 물 사용을 상당히 줄일 수 있을 것입니다.11개 핵심 반응의 화학적 경로는 계산 경로 설계에 의해 초안이 작성되었으며 옥수수의 전분 합성보다 ~8.5배 높은 속도로 CO를2 전분으로 전환합니다.[80][81]

비식품 용도

전분접착제
1560년 풀칠한 러프를 입은 신사

제지

제지는 전세계적으로 녹말을 위한 가장 큰 비식품 응용 프로그램으로 매년 수백만 톤의 종이를 소비합니다.[12]예를 들어, 일반적인 복사 용지 시트에서, 전분 함량은 8%까지 높을 수 있습니다.화학적으로 변형된 녹말과 변형되지 않은 녹말은 모두 제지에 사용됩니다.일반적으로 "젖은 끝"이라고 불리는 제지 공정의 젖은 부분에서, 사용되는 녹말은 양이온성이고 녹말 중합체에 결합된 양전하를 갖습니다.이러한 전분 유도체는 음이온성 또는 음전하를 띠는 종이 섬유/셀룰로오스 및 무기 충전제와 관련이 있습니다.양이온 녹말은 다른 유지제 및 내부 사이징제와 함께 제지 공정에서 형성된 종이 웹에 필요한 강도 특성을 부여하고(습식 강도), 최종 종이 시트에 강도를 부여하는 데 도움이 됩니다(건조 강도).

종이를 만드는 과정의 건조한 끝에서 종이 웹은 녹말 기반 용액으로 다시 젖게 됩니다.이 프로세스를 표면 크기 조정이라고 합니다.사용된 녹말은 제지 공장에서 화학적으로 또는 효소적으로 탈중합된 녹말 또는 녹말 산업(산화된 녹말)에서 사용되었습니다.크기/녹말 용액은 다양한 기계식 프레스(크기 프레스)를 통해 용지 웹에 도포됩니다.표면 녹말은 표면 사이징제와 함께 종이 웹에 추가적인 강도를 부여하며 우수한 인쇄 특성을 위해 물 홀드 또는 "크기"를 제공합니다.전분은 또한 안료, 바인더 및 증점제의 혼합물을 포함하는 코팅 제형의 바인더 중 하나로서 종이 코팅에 사용됩니다.코팅된 종이는 매끈함, 경도, 희끄무레함, 광택이 향상되어 인쇄 특성을 향상시킵니다.

골판지 접착제

골판지 접착제는 전 세계적으로 비식품 녹말의 다음으로 큰 응용 분야입니다.녹말풀은 대부분 변형되지 않은 천연 녹말과 붕사, 가성소다와 같은 첨가제를 기본으로 합니다.녹말의 일부는 익히지 않은 녹말의 슬러리를 운반하고 침전을 방지하기 위해 젤라틴화됩니다.이 불투명한 접착제를 스타인홀 접착제라고 합니다.풀은 플룻 끝에 발라집니다.플루트된 종이는 라이너라고 불리는 종이에 눌려집니다.그리고 나서 이것은 높은 열에서 건조되는데, 이것은 풀에 있는 익히지 않은 녹말의 나머지 부분이 부풀어 오르도록/젤라틴화되게 합니다.이 젤라틴화는 접착제를 골판지 생산을 위한 빠르고 강한 접착제로 만듭니다.

의류전분

킹스포드 오스웨고 전분 광고, 1885
다림질용 쌀 전분

의류 또는 세탁용 전분은 식물성 전분을 물에 혼합하여 제조한 액체(변성되지 않은 전분은 끓는점에 가까운 물에서만 겔화되며, 상업용 제품은 열을 필요로 하지 않을 수 있음)로 의류의 세탁에 사용됩니다.녹말은 16세기와 17세기에 유럽에서 부유층의 목을 감싸고 있는 훌륭한 린넨의 넓은 칼라와 목덜미를 단단하게 하기 위해 널리 사용되었습니다.19세기와 20세기 초에는 깨끗한 옷을 다림질하기 전에 녹말을 발라 남성 셔츠의 칼라와 소매, 여성 페티코트의 주름을 뻣뻣하게 만드는 것이 멋졌습니다.전분은 옷을 부드럽고 바삭바삭한 가장자리를 주었고, 추가적인 실용적인 목적을 가지고 있었습니다: 사람의 목과 손목에서 나온 먼지와 땀이 옷의 섬유에 달라붙는 것이었습니다.먼지는 녹말과 함께 씻겨 내려가고, 세탁 후에는 녹말이 다시 발라집니다.녹말은 물과 섞기 위한 일반적인 과립 외에 스프레이 캔에 담겨 있습니다.

바이오플라스틱

주요 기사:바이오플라스틱 § 전분계 플라스틱

녹말은 바이오플라스틱을 만드는 중요한 천연 고분자입니다.글리세롤과 같은 물과 가소제를 사용하면, 전분은 압출, 사출 성형 및 압축 성형과 같은 기존의 중합체 가공 기술을 사용하여 소위 "열가소성 전분"으로 가공될 수 있습니다.[82]천연 전분만을 기반으로 하는 재료는 가공성, 기계적 특성 및 안정성이 나쁘기 때문에, 보다 일반적으로 변형된 전분(예를 들어, 히드록시프로필 전분)이 사용되고 전분은 일부 상업적 제품(예를 들어, 폴리카프로락톤과 같은 바람직하게는 생분해성 고분자)으로서 다른 중합체(바람직하게는 생분해성 고분자)와 결합됩니다.PLANTIC HP[83] 및 Mater-Bi[84])는 시중에서 구입할 수 있습니다.

다른.

또 다른 대형 비식품 전분 응용 분야는 건축 산업으로, 석고 벽판 제조 공정에서 전분이 사용됩니다.화학적으로 변형되거나 변형되지 않은 녹말은 주로 석고를 함유한 스터코에 첨가됩니다.상단 및 하단 중량의 종이 시트가 제형에 적용되며, 이 공정은 최종적으로 단단한 벽판을 형성하기 위해 가열 및 경화가 가능합니다.녹말은 종이를 덮고 있는 경화된 석고 암석의 접착제 역할을 하며 또한 판에 강성을 제공합니다.

녹말은 책 제본용 접착제, 벽지 접착제, 종이 자루 제작, 튜브 와인딩, 껌 종이, 봉투 접착제, 학교용 접착제 및 병 라벨링을 위한 다양한 접착제 또는 접착제의[85] 제조에 사용됩니다.노란색 덱스트린과 같은 녹말 유도체는 종이 작업을 위한 단단한 접착제를 형성하기 위해 일부 화학 물질을 첨가하여 변형될 수 있습니다. 이러한 형태 중 일부는 50–70 °C(122–158 °F)에서 녹말 용액과 혼합된 붕사 또는 소다회를 사용하여 매우 우수한 접착제를 만듭니다.규산나트륨을 첨가하여 이들 화학식을 강화시킬 수 있습니다.

  • 녹말의 섬유 화학 물질: 경사 사이징제는 직물을 짜는 동안 실이 부서지는 것을 줄이기 위해 사용됩니다.전분은 주로 면사를 기준으로 크기를 조절하는데 사용됩니다.변형 전분은 섬유 인쇄 증점제로도 사용됩니다.
  • 석유 탐사에서, 녹말은 드릴링 유체의 점도를 조정하기 위해 사용되며, 이는 드릴 헤드를 윤활하고 석유 추출에서 분쇄 잔여물을 부유시키기 위해 사용됩니다.
  • 녹말은 포장용 땅콩이나 천장 타일을 만드는 데에도 사용됩니다.
  • 인쇄 산업에서 식품 등급 전분은[86] 젖은 잉크가 벗겨지는 것을 방지하기 위해 인쇄된 종이를 분리하는 데 사용되는 부동액 분무 분말 제조에 사용됩니다.
  • 바디 파우더의 경우, 분말 옥수수 전분은 탈쿰 파우더의 대용품으로 사용되며, 다른 건강 및 미용 제품에서도 마찬가지입니다.
  • 녹말은 생분해성인 다양한 생체 플라스틱, 합성 고분자를 생산하는 데 사용됩니다.예를 들면 녹말에서 나오는 포도당을 기반으로 한 폴리락트산이 있습니다.
  • 녹말의 포도당은 소위 습식 밀링(wet milling) 공정을 사용하여 바이오 연료 옥수수 에탄올로 더 발효될 수 있습니다.오늘날 대부분의 바이오 에탄올 생산 공장은 옥수수나 다른 공급 원료를 에탄올에 직접 발효시키기 위해 건식 제분 공정을 사용합니다.[87]
  • 수소 생산은 효소를 이용하여 녹말에서 나오는 포도당을 원료로 사용할 수 있습니다.[88]

산업안전보건

미국의 경우 산업안전보건국(OSHA)에서 작업장 내 녹말 노출에 대한 법적 한계(Permicable exposure limit)를 총 노출량 15mg/m3, 하루 8시간 동안 호흡기 노출량 5mg/m로3 설정했습니다.국립산업안전보건원(NIOSH)은 하루 8시간 근무에 총 노출량 10mg/m3, 호흡기 노출량 5mg/m의3 권장 노출 한도(REL)를 설정했습니다.[89]

참고 항목

참고문헌

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