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문제 정의
- 한편, 밀의 HSP에 대한 연구보고(22-24)에서 열충격에 의해 합성된 HSP70이 밀가루의 반죽 특성을 변화시킨다는 보고는, 소량이지만 열에 의해 생성된 새로운 단백질(25)이 대두 분리 단백질의 기능성을 변화시킬 수 있는 가능성을 제시하고 있다. 따라서 본 연구에서는 대두 단백질의 기능성 변형 방법으로 대두 종자의 열처리 효과를 알아보고자 국내 장려품종 장류용 대두 2종을 다양한 조건으로 열처리한 후 열처리 대두에서 단백질을 분리함으로써, HSP를 함유한 대두 분리단백(soy protein isolate)을 제조하여 열처리 대두 단백질의 용해성, 유화성, 기포성 및 겔 특성 등 단백질의 기능성 변화를 조사하였다.
제안 방법
- 열처리 조건은 선행연구(2, 20)와 예비실험의 결과를 참고하여 60℃에서 시간(30, 60, 90, 120분)을달리하였고 수침시간을 동일하게 하기 위하여 모든 시료의 수침 시간은 120분으로 일정하게 하였다. 120분 동안 상온수(20℃) 에서 침지한 시료를 열처리하지 않은 대조군으로 하였다. 침지한 후 콩과 침지액을 함께 waring blender로 갈아 동결건조 하였다.
- 겔 형성력은 Puppo 등(30) 의 방법으로 겔을 형성하는 SPI 의 최소농도를 구하기 위해 6, 8, 9, 10, 11와 12%(w/w)의 농도로 겔을 제조한 뒤 급냉시킨후 4。(:에서 1시간 동안 방치하면서 cap tube를 거꾸로 뒤집어 용액이 흘러내리지 않는 상태의 시료를 최소농도로 정하였다. TPA(texture profile analysis)특성은 TPA analyser(IA-XT2, Stable Micro system, England)로 직경이 2mm인 probe(Part No. P/2)를 사용하여 측정하였다. 측정조건은 5 kg의 full-scale load 를 적용하였고 pretest speed, test speed, post test speed 는 모두 5.
- 5-12까지 조정하면서 1시간 동안 교반하였다. 각 시료를 원심분리(27, 000 Xg, 20분)한 후, 상층액을 취하여 BCA 방법으로 단백질 정량을 하여 용해도 값을 구하였다.
- 위하여 대두를 6飾?게서 30, 60, 90과 120분 침지한 후대두 분리 단백(SPI)을 제조하여 열처리하지 않은 대조군과 여러 가지 기능성을 비교하였다. 용해도 특성은 pH 4.
- 7g에 증류수 10mL 을 넣은 뒤 대두유 10mL을 첨가하여 균질화(24, 000rpm, 1분) 하였다. 균질화 된 suspensione 15 mL 원심관에 둘로 나누어 담아 각각 유화활성도와 유화 안정성 측정에 사용하였다. 유화활성도(EA, emulsion activity)는 원심분리(l, 300Xg, 5분)한 후전체 부피에 대한 유화층의 부피를 % 로 나타내었고, 유화안정성 (ES, emulsion stability)은 8WC에서 30분간 가열하고 1S>C 에서 방냉 한 후 원심분리(l, 300Xg, 5분)하여 전체 부피에 대한 유화층의 부피를 % 로 나타내었다.
- 3 g에 증류수 30mL를 waring blender 에서 섞은 뒤 lOOmL 메스실린더에 넣어 준비한 다음 homogenizer로 균질화(24, 000中111, 1분)하였다. 기포팽창력은 균질화 후 기포의 높이를 측정하였고, 기포 안정성은 균질화 후 24℃에서 30분 동안 방치한 후의 기포 높이를 측정하였다.
- 대두의 열처리가 대두단백질의 용해도에 영향을 미치는지 알아보기 위하여, 장류용 콩인 만리와 태광 품종을 6(FC에서 다양한 시간 동안 열처리한 후 제조한 SPI의 pH 1.5, 2-9와 pH 12에서의 용해도 변화를 Fig. 1에 나타내었다. 두 품종 시료에서 모두 대두 단백질의 등전점 근처인 pH 4.
- 분리대두단백 겔은 Renkema 등(8)의 방법을 변형시켜 제조하였는데, 14% SPI 용액을 균질화하여 2N NaOH로 pH 7.6로조정한 뒤 원심분리(LOOOXg, 1분)하고 다시 균질화하였다. 용액을 cap tube(높이 35 mm, 내경 10 mm)에 2mL 용량씩 담아 9CTC에서 30분간 가열한 뒤 1VC의 항온수조에서 냉각시켜 다시 4℃에서 24시간 동안 방치하였다.
- 열처리하였다. 열처리 조건은 선행연구(2, 20)와 예비실험의 결과를 참고하여 60℃에서 시간(30, 60, 90, 120분)을달리하였고 수침시간을 동일하게 하기 위하여 모든 시료의 수침 시간은 120분으로 일정하게 하였다. 120분 동안 상온수(20℃) 에서 침지한 시료를 열처리하지 않은 대조군으로 하였다.
- P/2)를 사용하여 측정하였다. 측정조건은 5 kg의 full-scale load 를 적용하였고 pretest speed, test speed, post test speed 는 모두 5.0mm/sec로 원래 높이의 80%를 3초 동안 압축하였다. 통계처리실험 결과는 SPSS(version 10.
- 120분 동안 상온수(20℃) 에서 침지한 시료를 열처리하지 않은 대조군으로 하였다. 침지한 후 콩과 침지액을 함께 waring blender로 갈아 동결건조 하였다.
- 콩과 증류수를 1 : 10(w/v) 비율로 250mL 시약병에 담아 항온수조에서 열처리하였다. 열처리 조건은 선행연구(2, 20)와 예비실험의 결과를 참고하여 60℃에서 시간(30, 60, 90, 120분)을달리하였고 수침시간을 동일하게 하기 위하여 모든 시료의 수침 시간은 120분으로 일정하게 하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 재료는 우리나라 장려품종 장류용 콩인 만 리(S-142)와 태광(S-151)으로 충청남도 농업기술원에서 제공받아 사용하였다.
데이터처리
- a-cMeans with diiferent superscript letters within the same column are significantly different (p<0.05) by Duncan's multiple test.
- 0mm/sec로 원래 높이의 80%를 3초 동안 압축하였다. 통계처리실험 결과는 SPSS(version 10.0) 프로그램을 이용하여 분산분석을 하였으며 Duncan의 다범위 검정으로 시료 차이에 대한 유의성을 5%에서 판정하였다.
이론/모형
- Lin 등(27)의 방법에 따라 SPI 500 mg에 대두유 3mL를 첨가하여 vortex한 뒤 homogenizer에서 1분간 균질화 하였다. 30 분 동안 방치한 뒤 원심분리(l, 610Xg, 25분)한 후, 유리된 대두유의 부피를 재어 단백질 g당 흡수된 기름의 mL를 유지흡수력으로 나타내었다.
- Petruccelli의 방법(26)을 이용하여 다음과 같이 분리대두 단백을 제조하였다. 동결건조한 시료는 hexane으로 탈지하여 건조시킨 뒤, 10배의 증류수로 균일하게 분산시키고 2N NaOH 로 pH 8.
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기포특성
기포팽칭■력(FE, foam expansion) 및 기포안정성(FS, foam stability)^ Franzen과 Kinsella(ll)의 방법에 따라 SPI 0.3 g에 증류수 30mL를 waring blender 에서 섞은 뒤 lOOmL 메스실린더에 넣어 준비한 다음 homogenizer로 균질화(24, 000中111, 1분)하였다. 기포팽창력은 균질화 후 기포의 높이를 측정하였고, 기포 안정성은 균질화 후 24℃에서 30분 동안 방치한 후의 기포 높이를 측정하였다.
- 유화 형성력(EC, emulsion capacity)는 Swift 등(30)의 방법에 따라 SPI 50mg, 증류수 5mL와 methyl red 10mg을 섞어 균질화(12, 000ipm, 30초)한 후 대두유를 ImL/sec 속도로 뷰렛을 이용하여 첨가하였다. 전환점 (inversion point, O/W-*W/O)에서대두유 부피를 기록하여 단백질 1 g의 유화에 필요한 대두유의 부피 (mL)를 유화형성력 값으로 나타내었다.
성능/효과
- 응집성 (cohesiveness)은 다른 특성들과 반대로 보였는데 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였으며 90분시료가 최소값을 나타내어 대조군보다 2배 정도 낮은 값을 보였고 120분 시료는 다시 대조군과 차이가 없는 응집성을 나타내었다. 검성(gumminess)과 씹힘성(chewiness)은 열처리에 의해 유의적으로 증가하여 90분 시료에서 최대값을 나타내었고 대조군의 2배 이상의 증가를 보였다.
- 만리의 경우 기포 팽창력과 기포안정성이 열처리에 의해 증가하였고, 만리와 태광 모두 기포팽창력이 90분 시료에서 최대값을 보였으며, 태광은 열처리에 의해 매우 불안정한 기포 안정성을 보였다. 겔의 TP\ 결과, 열처리 시간이 증가함에 따라 경도, 부착성, 탄성, 검 성 및 씹힘성이 증가하였고 특히 모든 특성이 대체로 如분 시료에서 최고값을 보였다. 그러나 응집성은 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였다.
- 8 mL/g 정도 더 감소하여 &0분에서 최고 유지흡수력을 나타내었다. 대두유 대신 peanut oil을 사용한 Promosoy 10M과 Promine D의 경우 유지흡수력은 1.10과 1.70이었던 반면(33), 본 실험은 그에 비해 4-5배 넘는 결과를보였으며, lupin seed의 경우(34), protein concentrate 2.86,defatted protein concentratee] 3.89보다 본 실험이 1.5-2레] 정도큰 값을 나타내었는데 이는 시료 및 실험방법의 차이에서 비롯된 것으로 추측된다.
- 1에 나타내었다. 두 품종 시료에서 모두 대두 단백질의 등전점 근처인 pH 4.0에서 가장 낮은 용해도를 보이고 pH 3.0 이하와 pH 5.0 이상에서 용해도가 급격히 증가하는 전형적인 U-shape 곡선을 보여주고 있다. 만 리의 경우, 30분 열처리한 M30부터 120분 열처리한 M120는 열처리 하지 않은 M0 시료보다 실험한 전 pH에서 대체 적으로 용해도가 높은 것을 볼 수 있다.
- 3% 가 methionine으로 함황 아미노산이 다른 대두 단백질보다 월등히 풍부한 특징이 있다四. 따라서 열처리를 통해 2.5배의 basic 7S globulin 의 증가가 일어나면 약 30% 의 함황 아미노산이 증가하는 변화가 일어날 수 있으므로 대두 열처리에 의한 겔 경도의 증가 및 다른 겔 특성 변화가 일어나는 것으로 사료된다.
- 만리의 경우, 대조군보다 열처리 시간이 길어짐에 따라 기포팽창력(FE)이 증가하였으며 90분 열처리 한 SPI가 최대 기포팽창력 값을 나타내었는데 이때의 값은 대조군보다 3배에 가까운 수치로 대두의 열처리에 의해 SPI의 기포팽창력이 매우 증가함을 알 수 있었다. 또한 기포 안정성 (FS)의 경우도 대조군이 가장 낮은 수치를 보였으며 30분에서 최대값을 보였고 시간이 지남에 따라 점점 감소하였다. 태광의 경우 기포팽창력은 유의적인 차이는 없지만 열처리 시간에 따라 약간씩 증가하는 경향을 보인데 반해 기포 안정성은 대조군을 제외한'모든 시료富의 기포가 안정성을 쉽게 잃고 꺼져버려 측정이 불가능하였다.
- 만 리와 태광 품종 모두 열처리 시간이 증가함에 따라 수분흡수력이 증가하였다. 만리의 경우 대조군보다 60분 열처리 시료가 0.
- 만리와 태광 품종의 대두를 시간에 따라 열처리한 후 SPI 를제조하여 겔 형성력을 살펴본 결과(Table 3), 만리의 경우는 90 분과 120분 열처리에 의해 최소 겔형성 단백질 농도가 대조군의 11%에서 10%로 1% 낮아졌으며, 태광의 경우는 대조군 10%, 60분 11%, 90분 12%로 겔형성 최소농도가 증가하다가 90분哓과 120분 열처리 시료는 다시 10 % 농도에서 겔을 형성하였다. Table 4는 만리를 시간에 따라 열처리를 한 후 얻은 SPI 로 겔을 제조하여 얻은 TRA.
- 5의 등전점 부근에서 최소의 용해도를 보였고 등전점 이하와 이상에서는 비교적 90% 넘는 높은 용해도를 나타내었다. 만리와 태광에서 모두 열처리 시간이 증가함에 따라 등전점 이하의 pH에서 용해도가 증가하였다. 수분흡수력도 열처리 시간이 증가함에 따라 증가하였고 만리의 경우 90분 시료에서 가장 높은 수분흡수력을 나타내었다.
- 유화 특성은 만리의 경우 열처리에 의해 유화 활성도, 유화안정성과 유화형성력이 모두 대조군보다 유의하게 증가하였고, 태광의 경우에는 열처리에 의해 유화 활성도와 유화형성력이 유의적으로 증가하였다. 만리의 경우 기포 팽창력과 기포안정성이 열처리에 의해 증가하였고, 만리와 태광 모두 기포팽창력이 90분 시료에서 최대값을 보였으며, 태광은 열처리에 의해 매우 불안정한 기포 안정성을 보였다. 겔의 TP\ 결과, 열처리 시간이 증가함에 따라 경도, 부착성, 탄성, 검 성 및 씹힘성이 증가하였고 특히 모든 특성이 대체로 如분 시료에서 최고값을 보였다.
- 만리의 경우 열처리 시간이 증가함에 따라 유화 활성도(EA)가 증가하여 60분 이상의 열처리 시료들은 대조군보다 유의적인 증가를 보였다. 유화안정성 (ES)도 대조군에 비해 30분 이상 열처리함에 의해 유의적인 증가를 보였고, 유화 형성력 (EC)은 90분까지는 시간에 따라 증가추세를 보이다가 120분 시료는 유화형성력이 감소하였다.
- 각각 Table 1과 2에 제시하였다. 만리의 경우, 대조군보다 열처리 시간이 길어짐에 따라 기포팽창력(FE)이 증가하였으며 90분 열처리 한 SPI가 최대 기포팽창력 값을 나타내었는데 이때의 값은 대조군보다 3배에 가까운 수치로 대두의 열처리에 의해 SPI의 기포팽창력이 매우 증가함을 알 수 있었다. 또한 기포 안정성 (FS)의 경우도 대조군이 가장 낮은 수치를 보였으며 30분에서 최대값을 보였고 시간이 지남에 따라 점점 감소하였다.
- 59 mL/g 감소하였다. 반면, 태광의 경우는 열처리 시간이 증가함에 따라 수분흡수력이 유의적인 차이 없이 조금씩 증가하는 결과를 나타내었다. Wang과 Kinsella(33)은 Pro- mosoy(soy protein isolate)와 Promine(sodium soy isolate)의 수분흡수력이 각각 3.
- 결과이다. 열처리 시간이 증가함에 따라 경도(hardness)는 증가하여 60분 시료겔은 대조군보다 유의적으로 단단한 겔을 형성하였고, 90분 시료의 겔은 대조군보다 4배가 넘는 높은 값을 나타내었다. 부착성(adhesive's) 도 대체적으로 시간에 따라 증가하였으며 9(분일 때 가장 낮은 값, 즉 부착성이 유의적으로 큰 결과를 나타내었다.
- 가지 기능성을 비교하였다. 용해도 특성은 pH 4.5의 등전점 부근에서 최소의 용해도를 보였고 등전점 이하와 이상에서는 비교적 90% 넘는 높은 용해도를 나타내었다. 만리와 태광에서 모두 열처리 시간이 증가함에 따라 등전점 이하의 pH에서 용해도가 증가하였다.
- 유지흡수력은 만리의 경우 열처리 시간에 따라 전체적으로 유의적인 감소 경향을 보였으며 120분 열처리 시료는 대조군보다 1.05 mL/g 감소하였다(Table 1). 태광은 반대로 60분 까지의 열처리 시료는 대조군보다 증가하였다가, 90분에는 0.
- 수분흡수력도 열처리 시간이 증가함에 따라 증가하였고 만리의 경우 90분 시료에서 가장 높은 수분흡수력을 나타내었다. 유지흡수력은 만리의 경우 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였고 태광의 경우에는 6W분 시료에서 최대값을 나타내었다. 유화 특성은 만리의 경우 열처리에 의해 유화 활성도, 유화안정성과 유화형성력이 모두 대조군보다 유의하게 증가하였고, 태광의 경우에는 열처리에 의해 유화 활성도와 유화형성력이 유의적으로 증가하였다.
- 유지흡수력은 만리의 경우 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였고 태광의 경우에는 6W분 시료에서 최대값을 나타내었다. 유화 특성은 만리의 경우 열처리에 의해 유화 활성도, 유화안정성과 유화형성력이 모두 대조군보다 유의하게 증가하였고, 태광의 경우에는 열처리에 의해 유화 활성도와 유화형성력이 유의적으로 증가하였다. 만리의 경우 기포 팽창력과 기포안정성이 열처리에 의해 증가하였고, 만리와 태광 모두 기포팽창력이 90분 시료에서 최대값을 보였으며, 태광은 열처리에 의해 매우 불안정한 기포 안정성을 보였다.
- 만리의 경우 열처리 시간이 증가함에 따라 유화 활성도(EA)가 증가하여 60분 이상의 열처리 시료들은 대조군보다 유의적인 증가를 보였다. 유화안정성 (ES)도 대조군에 비해 30분 이상 열처리함에 의해 유의적인 증가를 보였고, 유화 형성력 (EC)은 90분까지는 시간에 따라 증가추세를 보이다가 120분 시료는 유화형성력이 감소하였다. 태광의 경우도 30분 이상의 열처리에 의해 유화활성도가 대조군보다 증가하였으며 유화 안정성은 열처리 시간에 따라 감소(30분) 하였다가 증가(60분 이상) 하는 변화를 나타내었다.
- 탄성 (springiness)은 대조군에 비해 큰 변화는 없었으며 30분 열처리에 의해 약간 감소하였다가 그 이상의 열처리에 의해 대조군과 비슷한 값을 나타내었다. 응집성 (cohesiveness)은 다른 특성들과 반대로 보였는데 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였으며 90분시료가 최소값을 나타내어 대조군보다 2배 정도 낮은 값을 보였고 120분 시료는 다시 대조군과 차이가 없는 응집성을 나타내었다. 검성(gumminess)과 씹힘성(chewiness)은 열처리에 의해 유의적으로 증가하여 90분 시료에서 최대값을 나타내었고 대조군의 2배 이상의 증가를 보였다.
- 부착성도 열처리 시간이 증가함에 따라 지속적으로 증가하였다. 탄성은 대조군과 60분 시료에서 0.99로 가장 큰 값을 나타내었으며 만리의 경우와 마찬가지로 응집성 도열 처리 시간이 증가함에 따라 감소하였는데 90분에서 최저값을 보였고 120분에서 다시 약간 증가하였다. 검성과 씹힘성은 30분 열처리에 의해 대조군보다 유의적으로 낮아졌다가 60분 시료는 대조군과 비슷한 값을 보였고 90분 시료는 더 증가하여 최고값을 나타내었으며 120분 시료는 대조군, 60분 시료와 비슷한 값을 나타내었다.
- 05 mL/g 감소하였다(Table 1). 태광은 반대로 60분 까지의 열처리 시료는 대조군보다 증가하였다가, 90분에는 0.1 mU g 감소하였고 120분 시료는 0.8 mL/g 정도 더 감소하여 &0분에서 최고 유지흡수력을 나타내었다. 대두유 대신 peanut oil을 사용한 Promosoy 10M과 Promine D의 경우 유지흡수력은 1.
- 유화안정성 (ES)도 대조군에 비해 30분 이상 열처리함에 의해 유의적인 증가를 보였고, 유화 형성력 (EC)은 90분까지는 시간에 따라 증가추세를 보이다가 120분 시료는 유화형성력이 감소하였다. 태광의 경우도 30분 이상의 열처리에 의해 유화활성도가 대조군보다 증가하였으며 유화 안정성은 열처리 시간에 따라 감소(30분) 하였다가 증가(60분 이상) 하는 변화를 나타내었다. 유화형성력은 60분 시료의 경우 대조군보다 유의적으로 높은 값을 보였으며 90분과 120분 시료는 다시 약간 감소하여 60분에서 최고값을 나타내었다.
후속연구
- 그러나 응집성은 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하였다. 이상의 결과로 대두의 열처리에 의해 대두 단백질의 기능성이 변화하는 것을 알 수 있었고, 대두를 첨가물이나 식품가공재료로 사용할 때 이러한 변화를 고려하여 유용하게 활용할 수 있으리라 생각된다.
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