가열온도에 따른 당용액의 카라멜 생성물의 Polyphenol Oxidase에 대한 저해효과 Inhibition Effects of Caramelization Products from Sugar Solutions Subjected to Different Temperature on Polyphenol Oxidase원문보기
Fructose, glucose, sucrose 용액에 촉매를 가하지 않고 15$0^{\circ}C$, 17$0^{\circ}C$, 20$0^{\circ}C$에서 각각 가열하고 반응에 따른 카라멜 수용액의 색소형성, pH의 변화, 환원성 및 PPO에 대한 저해효과를 측정하고 이들 사이의 상관관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 초기 카라멜화 생성물 및 갈색색소의 형성은 가열온도가 높고 시간이 길어짐에 따라서 증가하였으며, 세 당들 간에는 fructose>sucrose>glucose 카라멜 수용액 순서로 증가하였으며 (p<0.005) 반면에 pH는 감소하였다. 특히 20$0^{\circ}C$에서 가열한 당용액들은 pH 3.32~3.50 범위를 나타내었다. 카라멜 수용액의 환원성 및 PPO에 대한 그들의 저해효과는 가열 온도와 시간이 증가함에 따라서 각각 증가하였으며, 15$0^{\circ}C$와 17$0^{\circ}C$에서는 fructose>sucrose>glucose 카라멜 수용액 순서로 증가하였다(P<0.001). 그러나 20$0^{\circ}C$에서는 초기 단계에서는 fructose의 환원성이 가장 높았으나 후반부에서는 sucrose의 환원성이 크게 나타났는데 이는 형성된 CP의 차이에 기인된 것이라 생각된다. 카라멜 용액의 환원성은 reductones 화합물의 형성에 의한 것으로 생각되어진다. 또한 20$0^{\circ}C$에서 60분 가열한 sucrose 카라멜 수용액이 PPO활성을 34.6% 감소시켜 저해효과가 가장 높게 나타났다. 이로부터 카라멜 수용액의 PPO에 대한 저해효과는 카라멜 수용액의 환원성과 관련이 있는 것으로 생각되어진다.
Fructose, glucose, sucrose 용액에 촉매를 가하지 않고 15$0^{\circ}C$, 17$0^{\circ}C$, 20$0^{\circ}C$에서 각각 가열하고 반응에 따른 카라멜 수용액의 색소형성, pH의 변화, 환원성 및 PPO에 대한 저해효과를 측정하고 이들 사이의 상관관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 초기 카라멜화 생성물 및 갈색색소의 형성은 가열온도가 높고 시간이 길어짐에 따라서 증가하였으며, 세 당들 간에는 fructose>sucrose>glucose 카라멜 수용액 순서로 증가하였으며 (p<0.005) 반면에 pH는 감소하였다. 특히 20$0^{\circ}C$에서 가열한 당용액들은 pH 3.32~3.50 범위를 나타내었다. 카라멜 수용액의 환원성 및 PPO에 대한 그들의 저해효과는 가열 온도와 시간이 증가함에 따라서 각각 증가하였으며, 15$0^{\circ}C$와 17$0^{\circ}C$에서는 fructose>sucrose>glucose 카라멜 수용액 순서로 증가하였다(P<0.001). 그러나 20$0^{\circ}C$에서는 초기 단계에서는 fructose의 환원성이 가장 높았으나 후반부에서는 sucrose의 환원성이 크게 나타났는데 이는 형성된 CP의 차이에 기인된 것이라 생각된다. 카라멜 용액의 환원성은 reductones 화합물의 형성에 의한 것으로 생각되어진다. 또한 20$0^{\circ}C$에서 60분 가열한 sucrose 카라멜 수용액이 PPO활성을 34.6% 감소시켜 저해효과가 가장 높게 나타났다. 이로부터 카라멜 수용액의 PPO에 대한 저해효과는 카라멜 수용액의 환원성과 관련이 있는 것으로 생각되어진다.
Solutions of fructose, glucose and sucrose were heated without catalyst at various temperature for different length of time. Changes in the formation of early caramelization product and browning intensity as well as pH of heated sugar solutions were determined. Reducing powers of caramelization prod...
Solutions of fructose, glucose and sucrose were heated without catalyst at various temperature for different length of time. Changes in the formation of early caramelization product and browning intensity as well as pH of heated sugar solutions were determined. Reducing powers of caramelization products (CP) and their inhibitory effects on polyphenol oxidase (PPO) were also determined and their correlations were discussed. The early CP and browning intensity increased with temperature and time, in the order of heated fructose>sucrose>glucose solutions (p<0.005), while pH decreased. pHs of sugar solutions heated at 20$0^{\circ}C$ showed in the range of 3.32 ~ 3.50. Reducing power of CP as well as their inhibitory effect on PPO also increased with temperature and time, respectively. Among sugar solutions, reducing power showed the same trends as above at both 15$0^{\circ}C$ and 17$0^{\circ}C$ (p<0.001). However, those of heated fructose solutions were the highest in the early stage, while those of heated sucrose solutions were the highest in the final stage at 20$0^{\circ}C$. This is due to the difference in CP formed. Sucrose solution heated at 20$0^{\circ}C$ showed the highest inhibitory effect, reducing PPO activity by 34.6%. From these results, it is considered that the inhibitory effect of CP on PPO is partly related to their reducing power.
Solutions of fructose, glucose and sucrose were heated without catalyst at various temperature for different length of time. Changes in the formation of early caramelization product and browning intensity as well as pH of heated sugar solutions were determined. Reducing powers of caramelization products (CP) and their inhibitory effects on polyphenol oxidase (PPO) were also determined and their correlations were discussed. The early CP and browning intensity increased with temperature and time, in the order of heated fructose>sucrose>glucose solutions (p<0.005), while pH decreased. pHs of sugar solutions heated at 20$0^{\circ}C$ showed in the range of 3.32 ~ 3.50. Reducing power of CP as well as their inhibitory effect on PPO also increased with temperature and time, respectively. Among sugar solutions, reducing power showed the same trends as above at both 15$0^{\circ}C$ and 17$0^{\circ}C$ (p<0.001). However, those of heated fructose solutions were the highest in the early stage, while those of heated sucrose solutions were the highest in the final stage at 20$0^{\circ}C$. This is due to the difference in CP formed. Sucrose solution heated at 20$0^{\circ}C$ showed the highest inhibitory effect, reducing PPO activity by 34.6%. From these results, it is considered that the inhibitory effect of CP on PPO is partly related to their reducing power.
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문제 정의
본 연구에서는 여러 온도에서 fructose, glucose, sucrose 용액의 카라멜화 반응으로 인한 색소형성 및 pH의 변화 그리고 카라멜 수용액의 환원성과 PPO에 대한 저해 효과를 측정하고 이들 간의 상관관계를 조사하였다.
가설 설정
갈색의 색소성분은 aldol축합에 의한 중합체로서 HMF, furfural이 중요한 전구체라고 생각되기도 하나 3- deoxyosulose와 같은 dicarbonyl 화합물인 osuloses가 보다 중합체 형성에 중요하다고 하였다(13). 한편 Homoki-Farkas 등(13)은 당의 카라멜화 생성물 중에서 methylglyoxal(MG) 을 측정하였으며 3-deoxyosuloses로부터 형성된다고 가정하였다. MG는 돌연변이를 일으키고 세포를 해치는 작용을 하며 실제로 여러 빵류, 삶은 감자, 커피, 포도주 및 다양한 음료 등에서 발견되었다(14).
제안 방법
1.71 M fructose, glucose, sucrose 용액을 150℃, 170℃, 200 ℃에서 각각 가열시 초기 카라멜 생성물 및 갈색색소의 형성은 294 nm와 420 nm에서의 흡광도를 측정하였다.
1.71 M glucose, fructose 및 sucrose 용액을 제조하고(6, 7) 각각 10 mL 씩 취하여 50 mL 비이커에 넣고 hot plate (Cor ning Co., USA) 위에서 digital 온도계로 측정한 표면온도 150 ℃, 170℃, 200℃에서 각각 180분, 120분, 60분간 가열한 후 각 반응액을 증류수로 50 mL로 정용하여 제조하였다.
Fructose, glucose, sucrose 용액 에 촉매를 가하지 않고 150 ℃, 170℃, 200℃에서 각각 가열하고 반응에 따른 카라멜 수용액의 색소형성, pH의 변화, 환원성 및 PPO에 대한 저해효과를 측정하고 이들 사이의 상관관계를 조사한 결과는 다음과 같다. 초기 카라멜화 생성물 및 갈색색소의 형성은 가열온도가 높고 시간이 길어짐 에 따라서 증가하였으며, 세 당들 간에는 fructose〉sucrose〉glucose 카라멜 수용액 순서로 증가 하였으며(psucrose〉glucose 카라멜 수용액 순서로 증가하였다(p<0.
PPO의 정량 : Oszmianski와 Lee(10)에 의한 실험 방법을 변형하여 사용하였다. 1 mM의 catechol/인산염 완충용액(0.
색소형성의 측정 : 초기 카라멜 생성물의 형성 및 갈변정 도는 294 nm, 420 nm에서 각각 홉광도를 측정 하였다(8). pH의 측정 : 카라멜 수용액의 pH는 pH meter(Hanna In struments, HI 8418, Singapore)를 사용하여 측정하였다.
5)과 1% K-fer- ricyanide 5 mL를 넣고 항온수조(50℃)에서 20분간 방치한 후 꺼내어 상온(25℃)으로 냉각하였다. 이용액 5mL에 증류 수 5 mL와 0.1% FeC131 m丄를 넣어서 10분간 방치한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하여 카라멜 수용액의 환원성을 측정하였다.
pH의 측정 : 카라멜 수용액의 pH는 pH meter(Hanna In struments, HI 8418, Singapore)를 사용하여 측정하였다. 환원성의 측정 : Oyaizu(9)의 방법을 변형하여 각 카라멜 수용액 5 mL에 인산 완충용액(0.2 M, pH 6.5)과 1% K-fer- ricyanide 5 mL를 넣고 항온수조(50℃)에서 20분간 방치한 후 꺼내어 상온(25℃)으로 냉각하였다. 이용액 5mL에 증류 수 5 mL와 0.
대상 데이터
Glucose, fructose, sucrose 및 catechole Sigma사(St. Lou~ is, MO, USA)로부터 구입하였고, 기타 시약은 일급시약을 사용하였다.
데이터처리
실험결과는 Statistical Analysis System(SAS) package 를 이용하여 General Linear Model(GLM) procedure로 분산 분석(Analysis of variance)하여 유의성을 검증하였다(11).
성능/효과
6배, glucose 용액보다 약 7배 높게 나타났다. 170℃에서 120분 가열한 fructose 용액의 흡광도는 sucrose 용액보다는 L2배, glucose 용액보다 약 13배 높게 나타났다. 200℃에서 60분 가열한 fructose 용액의 흡광도는 sucrose 용액보다는 약간 높았으며, glucose 용액보다 약 10배 높게 나타났다.
170℃에서 120분 가열한 fructose 용액의 흡광도는 sucrose 용액보다는 L2배, glucose 용액보다 약 13배 높게 나타났다. 200℃에서 60분 가열한 fructose 용액의 흡광도는 sucrose 용액보다는 약간 높았으며, glucose 용액보다 약 10배 높게 나타났다. 따라서 각 온도에서 fructose>sucrose> glucose 카라멜 수용액 순으로 흡광도가 증가하였다(p<0.
Table 2의 갈색색소의 형성도 각 온도에서 세 당류 모두 반응시간이 지남에 따라 증가하는 것으로 나타났다. 또한 150 ℃에서 180분 가열한 fructose 용액 의 흡광도는 sucrose보다 2.1배, glucose 용액보다 3배 높았으며, 170℃에서 120분 가열한 fructose 용액은 sucrose보다 L6배, glucose 용액보다 5.7배 높았고, 200℃에서 60분간 가열한 fructose 용액은 sucrose 보다 약간 높았으며, glucose 보다 4.7배 높게 나타났다. 이로부터 각 온도에서 fructose>sucrose>glucose 카라멜 수용액 순서로 흡광도가 증가하였다.
Table 1에 나타난 바와 같이 초기 카라멜 생성물의 형성은 각 온도에서 세 당류 모두 반응시간이 증가함에 따라 증가하였다. 또한 150℃에서 180분간 가열한 fructose 용액의 흡광 도는 sucrose 용액보다 1.6배, glucose 용액보다 약 7배 높게 나타났다. 170℃에서 120분 가열한 fructose 용액의 흡광도는 sucrose 용액보다는 L2배, glucose 용액보다 약 13배 높게 나타났다.
카라멜 용액의 환원성ereductones 화합물의 형성에 의한 것으로 생각되어진다. 또한 200℃에서 60분 가열한 sucrose 카라멜 수용액이 PPO활성을 34.6% 감소시켜 저해효과가 가장 높게 나타났다. 이로부터 카라멜 수용액의 PPO에 대한 저해효과는 카라멜 수용액의 환원성과 관련이 있는 것으로 생각되어진다.
그리고 PPO 조효소액에 대한 저해효과는 150℃에서와 같은 순서로 증가하였다. 이로부터 당류의 가열온도와 시간이 증가함에 따라서 카라멜 수용액의 PPO 활성에 대한 저해효 과는 증가하는 것으로 나타났으나 세 당류간에 유의적 인 차이는 나타나지 않았다.
후속연구
이상의 결과로부터 PPO 활성에 대하여 저해활성을 갖는 카라멜 생성물이 과실 및 채소의 갈변 억제에 천연 항갈색화제로서 사용될 수 있는지에 대한 연구가 필요하다고 생각된다.
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