최근 화학적 합성 식품첨가물에 대한 소비자들의 반발로 인해 클린라벨(clean-label) 식품소재의 개발과 이를 적용한 식품들의 시장규모가 증가하고 있으며, 전분산업에서도 기존의 화학적 변성전분을 대체할 수 있는 클린라벨 전분소재의 개발과 이용에 대한 관심이 높아지고 있다. 본 연구의 목적은 클린라벨 전분소재 개발의 일환으로 침수형 자외선조사를 이용한 옥수수전분의 광화학적 변성처리 방법을 디자인하고, 전분 특성에 대한 침수형 자외선조사의 영향을 조사하며 그들의 물리화학적 특성을 비교분석하여 기존의 화학적 변성전분을 대체할 수 있는 자외선조사 처리된 전분의 유용성을 평가하는 것이었다.
옥수수전분과 찰옥수수전분은 상업적으로 시판되는 것을 추가적인 정제 없이 사용하였으며, 멥쌀전분과 찹쌀전분은 시판되는 쌀가루로부터 알칼리침지법으로 분리한 전분을 사용하였다. Box-Behnken 디자인을 이용하여 옥수수전분에 대한 중심점 5개를 포함한 17개의 실험점을 유전형별로 설계하였으며, 자외선조사 처리요인(factor)들은 자외선조사강도(UV irradiance), 반응시간(time) 및 반응온도(temperature)이었고, 이들의 수준(level)은 각각 7.85-27.55 mW/cm2, 6-24 h와 5-50℃의 범위로 하였다. 자외선조사는 2.5% 전분 현탁액 3 L를 제조하여 이중자켓 비커(water-jacket beaker)에서 침수형 UVC 램프를 이용하여 실험조건에 따라 실시하였다. 실험조건에 따라 제조된 전분들로부터 상대적결정화도(relative crystallinity), 용해도(solubility), 팽윤력(swelling power), 호화특성(thermal properties), 페이스팅 점도특성(pasting properties), 아밀로오스 함량(amylose content), 환원 말단기 함량(reducing end)을 측정하였다. 침수형 자외선조사는 옥수수전분의 특성에 유의적인 영향을 주었으며, 옥수수전분은 용해도, 페이스팅 온도(pasting temperature), 최고점도(peak viscosity), 최저점도(trough viscosity), 붕괴점도(breakdown viscosity), 최종점도(final viscosity), 치반점도(setback viscosity), 호화개시온도(gelatinization onset temperature), 호화최고온도(gelatinization peak temperature), 아밀로오스 함량, 환원 말단기 함량의 특성에, 찰옥수수전분은 상대적 결정화도, 용해도, 팽윤력, 페이스팅 온도, 최저점도, 최종점도, 치반점도, 호화개시온도, 호화최고온도, 호화종결온도(gelatinization end temperature)의 특성에 유의적인 차이를 나타냈다.
대조군(native)과 비교하여 페이스팅 점도를 가장 높게 증가시킨 실험조건을 HS, 클린라벨 전분과 유사한 페이스팅 점도특성을 나타낸 실험조건을 CS라 명명하고, 유전형별로 자외선조사처리 조건에 따라 멥쌀전분과 찹쌀전분에 처리하여 자외선조사 처리된 전분소재를 제조하였다. HS 및 CS조건에 따라 제조한 옥수수전분, 찰옥수수전분, 멥쌀전분, 찹쌀전분은 형태학적 특성, X-선 회절패턴 및 상대적 결정화도, 분자구조 분석, 아밀로펙틴 분지사슬 분포, 용해도, 팽윤력, 호화 및 노화특성, 페이스팅 점도 특성, 내산성, 내열성 및 내전단성을 측정하여 비교분석하였다. 전분의 구조적 패턴은 유의적인 변화가 나타났으며, 이 변화를 고려할 때 자외선조사에 의해 형성된 자유라디칼에 의해 전분의 결정영역 내 무정형 층에 있는 분지점이 산화반응에 의해 가수분해(depolymerization)될 수 있으며, 전분 내에서 라디칼에 의한 공유결합이 형성되어 가교결합(cross-linking)이 발생하며, 가교결합은 분자사슬 간에 직접적으로 일어날 수 있으며, 또한 잘라진 분자가 새롭게 결합되어 나타날 것으로 생각된다. 현재까지 HS는 가교결합이, CS는 가수분해가 더 우세하게 나타나는 것으로 예상된다. 또한 자외선조사 처리된 전분은 물리화학적 특성이 유의적으로 변화하였으며, 생전분보다 내산성, 내열성, 내전단성이 상대적으로 우수하게 나타났다.
따라서 본 연구는 침수형자외선조사에 의한 전분의 외부구조에 영향을 최소화하면서 물리화학적 특성을 변화시키는 비화학적 공정을 개발하였고, 이 공정은 식품 및 전분산업에 즉각적으로 활용가능 할 것으로 기대된다.

The recent attempts are to develop the functional native starch (clean-label starch) to replace chemically-modified starches, due to consumers’ repulsion on chemically-synthesized food additives. This study was to design and investigate the effects of photochemical modification of corn and rice starches using a submerged UVC irradiation system and to evaluate the availability of UVC-irradiated starches to replace the existing modified starches through comparing their physicochemical properties. 17 experiments were constructed using a Box-Benhken design with 5 center points according to starch genotypes. The UV irradiance, time, and temperature as factors were 7.85-23.55 mW/cm2, 6-24 h, and 5-50℃, respectively. An aqueous dispersion of corn starch was treated with submerged UVC lamps according to the designed conditions, followed by its characterization. The submerged UVC irradiation significantly altered starch characteristics such as relative crystallinity, solubility, swelling power, thermal properties, pasting properties, amylose content, and reducing end content. Normal and waxy starches from corn and rice were treated according to experimental conditions that enhance the pasting viscosities of starches (designated as HS) and that show a pasting viscosity profile similar to that of clean-label starch (designated as CS). UVC-irradiated starches significantly altered their molecular structures and physicochemical properties. Overall results suggest that the submerged UVC irradiation can modify starch characteristics without chemicals, and the effect of submerged UVC irradiation on starch characteristics varied depending on UVC irradiation conditions. Also, the submerged UVC irradiation significantly modifies the structural characteristics of starches, altering their physicochemical properties, and UVC-irradiated starches exhibited the greater acid, heat, and shear tolerance than raw starch. Thus, this research developed the non-chemical process to modify the physicochemical properties of starch by the submerged UVC irradiation, and it can be immediately applied to food and starch industries.