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문제 정의
- 그 외에 glutamic acid는 GABA, acetylcholine 등 여러 신경전달물질을 유리시킨다는 결과(17)가 있다. 본 연구에서는 주식으로만 널리 이용되어온 현미 (brown rice)를 이용하여 기능성 성분인 GABA의 높은 발아 조건을 확립하고자 chitosan과 glutamic acid 처리조건을 조사 하였다
제안 방법
- 0 nmole/g으로 나타났다. chitosan과 glutamic acid 100 ppm을 혼합한 처리구에서 발아 시킨 현미의 조단백 함량이 가장 낮게 나타나 이를 토대로 중심합성계획에 의해 발아현미 최적 생성조건을 예측하였다. 발아현미의 조단백 함량에 대한 반응표면은 안장점의 형태로 glutamic acid가 더 큰 영향을 미치며, GABA 함량에 대한 반응표면은 최대점의 형태로 나타났다.
- 중심합성계획에 따라 발 아용액에 대한 chitosan 함량(0~200 ppm) 및 glutamic acid 함량(0~400 ppm)은 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계 부호화 하여 10 구간으로 설정하여 실시하였다(Table 1). 또 발아특성에 관련된 종속변수(Yn)로서는 crude protein(Yi), GABA 함량(Y2) 으로 하였으며, 최적 발아시료의 반응 특성 결과를 회귀분 석에 사용하였다.
- 발아현미 중의 GABA 및 유리아미노산 함량을 측정하기 위해 40 mesh로 마쇄된 시료 분말 2 g을 75% ethanol(v/v) 200 mL를 가한 다음 80℃로 유지된 water bath에 1시간 환 류 냉각시켜 유리아미노산을 추출하였다. 추출액을 냉각, 여 과 및 감압농축시켜 증류수로 100 mL가 되게 정용 한 후 50 mL를 취하여 동량의 25% trichloroacetic acid (TCA)용액 을 가한 후 1시간동안 냉장 보관하면서 단백질을 침전시킨 다음 원심분리(3, 000 rpm, 20 min)하였다.
- 발아현미의 최적 생성조건을 위한 일환으로 중심합성계획 에 의해 각각의 생성조건으로 반응변수인 조단백 함량과 GABA 함량을 각각 평가하고 이들의 상대적인 값을 chitosan 함량과 glutamic acid 함량으로 회귀분석한 결과를 contour map으로 나타내었다. 각각의 관능평가의 contour map을 모두 겹쳐서 그려본 결과(Fig.
- 발아조건 에 대한 실험계획은 중심합성계획(Table 1)에 의하여 설계하 였고, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system) program(22)을 사용하였다. 중심합성계획에 따라 발 아용액에 대한 chitosan 함량(0~200 ppm) 및 glutamic acid 함량(0~400 ppm)은 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계 부호화 하여 10 구간으로 설정하여 실시하였다(Table 1). 또 발아특성에 관련된 종속변수(Yn)로서는 crude protein(Yi), GABA 함량(Y2) 으로 하였으며, 최적 발아시료의 반응 특성 결과를 회귀분 석에 사용하였다.
- 발아할 때 사용한 chitosan과 glutamic acid 용액들은 12시간마다 새로이 조제한 각각의 용액으로 교환해 주면서 발아시켰다. 증류수에서 발 아된 현미를 건져내어 55℃ dry oven에서 열풍으로 6시간 동안 건조시킨 후 40 mesh로 마쇄하여 분석에 사용하였다.
- 현미(brown rice)를 이용하여 기능성 성분인 GABA의 고함 량 발아조건을 효과적으로 활용한 최적조건을 설정하고자 조단백 함량과 GABA 함량을 분석하였다. 발아온도 25℃ 에서 조단백 함량과 GABA 함량은 260.
- 현미의 발아조건을 알아보기 위하여 플라스틱 용기(485 X 330 X 70 mm)에 현미 200 g을 물(1000 mL)에 침지하여 각 온도별(20, 25, 30, 35℃)로 incubator에서 12, 24, 36, 48, 60, 72, 84, 96 시간동안 각각 발아시켰다. 발아할 때 사용한 chitosan과 glutamic acid 용액들은 12시간마다 새로이 조제한 각각의 용액으로 교환해 주면서 발아시켰다.
대상 데이터
- 본 연구에 필요한 현미는 경북상주에서 생산되는 일품벼 로 도정한지 2주내의 현미를 사용하였다. Chitosane 탈 아 세틸화도 98% 이상인 고분자량(30만)의 것으로 (주)금호화성 (Korea)에서 구입하여 사용하였으며, chitosan과 glutamic acid는 (주)대종(Kors)어서 구입하여 사용하였으며, 이때 chitosane 1% acetic acid 용액에 용해하여 사용하였다.
- 본 연구에 필요한 현미는 경북상주에서 생산되는 일품벼 로 도정한지 2주내의 현미를 사용하였다. Chitosane 탈 아 세틸화도 98% 이상인 고분자량(30만)의 것으로 (주)금호화성 (Korea)에서 구입하여 사용하였으며, chitosan과 glutamic acid는 (주)대종(Kors)어서 구입하여 사용하였으며, 이때 chitosane 1% acetic acid 용액에 용해하여 사용하였다.
데이터처리
- 현미의 발아조건에 따른 연구에서는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(20, 21)을 이용하여 최적 발아조건 의 예측과 우수한 기능성 성분을 모니터링하였다. 발아조건 에 대한 실험계획은 중심합성계획(Table 1)에 의하여 설계하 였고, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system) program(22)을 사용하였다. 중심합성계획에 따라 발 아용액에 대한 chitosan 함량(0~200 ppm) 및 glutamic acid 함량(0~400 ppm)은 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계 부호화 하여 10 구간으로 설정하여 실시하였다(Table 1).
이론/모형
- 발아현미의 에탄올 추출액의 조단백 함량은 Lowiy법(18)에 의해 알카리성 CuSO4 - 5H2O 시약을 반응시켜 750 nm 에서 비색 정량하였다.
- 추출액을 냉각, 여 과 및 감압농축시켜 증류수로 100 mL가 되게 정용 한 후 50 mL를 취하여 동량의 25% trichloroacetic acid (TCA)용액 을 가한 후 1시간동안 냉장 보관하면서 단백질을 침전시킨 다음 원심분리(3, 000 rpm, 20 min)하였다. 이 액은 100 mL diethyl ether로 3회 반복 추출하여 지질, 색소 및 지용성 물 질을 제거하여 수용액충은 감압 농축 건고시켜 loading buffer solution (0.2N lithium citrate, pH 2.2) 5 mL로 용해한 후 0.22 ㎛ membrane loiter로 여과한 용액을 ninhydrin법으로 amino acid autoanalyzer(Biochem 20, Pharmacia Biotech. Ltd, England)을 이용해서 분석하였다Q9).
- 현미의 발아조건에 따른 연구에서는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(20, 21)을 이용하여 최적 발아조건 의 예측과 우수한 기능성 성분을 모니터링하였다. 발아조건 에 대한 실험계획은 중심합성계획(Table 1)에 의하여 설계하 였고, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system) program(22)을 사용하였다.
성능/효과
- 5배 이상 증가하였다. 35℃ 발아구 에서 GABA 함량이 가장 높게 나타났으나 25 ℃ 발아구에서 도 GABA 함량이 3.3배 증가하여 크게 차이가 나지 않았으 므로 25℃ 발아구가 적절한 것으로 나타났다.
- 7배로 서서히 증가하다가 48시간 이후에는 GABA 함량이 급격히 증가하였다. 60시간에서 72시간 사이에 가장 큰 증가를 나타냈으며 96시간에서 발아하지 않은 현미에 비해 6.6배까지 GABA의 함량이 증가하였다. 그러나 72시간 이후로 GABA 함량이 계속 증가하였으나 발아시간이 길어질수록 현미의 색상과 향이 변질될 우려가 있어 72 시간이 가장 적절한 것으로 나타났다.
- 이는 Aurisano 등의 보고(24)에서와 마찬가지로 혐기적 조건에서 72시간 발아시킨 볍씨의 경우 단백질 함량은 감소하는 반면에 유리아미노산 함량은 증가하는 것으로 보고되었다. GABA 함량 변화에서 현미는 발아시간이 증가할수록 GABA의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 침지 후 48시간 까지는 g당 2.
- 5). GABA 함량에 대한 발아조건은 아dtosan 216.48 ppm, glutamic acid 376.51 ppm 일 때 최대값은 1, 447.45 nmole/g으로 예측되었다(Table 3).
- 발아현미의 최적 생성조건을 위한 일환으로 중심합성계획 에 의해 각각의 생성조건으로 반응변수인 조단백 함량과 GABA 함량을 각각 평가하고 이들의 상대적인 값을 chitosan 함량과 glutamic acid 함량으로 회귀분석한 결과를 contour map으로 나타내었다. 각각의 관능평가의 contour map을 모두 겹쳐서 그려본 결과(Fig. 6), 빗금친 부분은 최대조건 범위를 나타낸 것으로 chitosan 함량 105 —160 ppm의 범위이고 glutamic acid 함량 200 ~290 ppm의 범위로 나타났다Table 4).
- 6배까지 GABA의 함량이 증가하였다. 그러나 72시간 이후로 GABA 함량이 계속 증가하였으나 발아시간이 길어질수록 현미의 색상과 향이 변질될 우려가 있어 72 시간이 가장 적절한 것으로 나타났다.
- Glutamic acid의 경우 50 ppm에서 가장 낮은 함량을 나타내었으나, 전반적으로 100 ppm에서 가장 낮은 함량을 나타내었다. 따라서 침지액 의 종류와 농도에 따른 발아현미의 경우 조단백 함량은 chitosan 처리구 100 ppm이 가장 낮게 나타났다. 특히 chitosan 처리구의 경우 발아과정에서 발생하는 곰팡이 발생에 대한 chitosan 처리의 효과가 다른 처리구에 비해 낮게 나타난다(23)는 결과와 마찬가지로 chitosan 처리구는 곰팡이의 생육을 억 제하는 효과가 있는 것으로 추정된다.
- 8081로 나타났으며 glutamic acid 함량이 조단백 함량에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Table 2). 또한 발아현미의 조단백 함량은 glutamic acid 함량이 증가할수록 감소하다가 200 ppm 이상에서는 다시 증가하는 경향을 나타내었으며, 최적 발아조건은 glutamic acid 190~300 ppm, chitosan 180 ppm 이상으로 나타났다. 발아현미의 GABA함량 에 대한 반응표면은 최대점의 형태(Fig.
- 1). 발 아하지 않은 현미 중의 조단백 함량은 565.6 mg%로 나타나 25℃에서의 발아한 현미의 조단백 함량에 비하여 약 2.2배 높게 나타났으며 다른 온도구간에서의 발아한 현미의 1.4~2.0배 높게 나타났다. 따라서 25℃에서 발아한 현미의 조단 백 함량이 가장 낮게 나타나 25P에서 발아한 현미가 단백 질이 분해되어 아미노산으로 전이된 것으로 추측된다.
- 발아시간에 따른 조단백 함량과 GABA 함량의 변화는 발 아시간이 경과할수록 조단백 함량이 감소하는 경향을 나타 내었다(Fig. 2). 현미 발아과정에서 조단백 함량의 감소는 유 리아미노산 함량의 증가와 밀접한 관계를 가진 것으로 여겨 진다.
- 현미(brown rice)를 이용하여 기능성 성분인 GABA의 고함 량 발아조건을 효과적으로 활용한 최적조건을 설정하고자 조단백 함량과 GABA 함량을 분석하였다. 발아온도 25℃ 에서 조단백 함량과 GABA 함량은 260.9 mg%와 425.7 nmole/g 으로 나타났으며 발아시간 72시간에서 조단백 함량과 GABA 함량이 230.6 mg%와 637.0 nmole/g으로 나타났다. chitosan과 glutamic acid 100 ppm을 혼합한 처리구에서 발아 시킨 현미의 조단백 함량이 가장 낮게 나타나 이를 토대로 중심합성계획에 의해 발아현미 최적 생성조건을 예측하였다.
- 현미가 발아하여 성장하는 과정 중에 저장한 단백질 을 분해하거나 특정 아미노산의 함량을 증진시키는 것으로 추정된다. 발아온도에 따른 GABA 함량의 변화는 현미를 72 시간 침종하여 발아시킨 결과 발아하지 않은 현미에서 GABA 함량이 128.7 nmole/g 인데 비하여 GABA 함량이 모든 구간에서 시료 g당 2.5배 이상 증가하였다. 35℃ 발아구 에서 GABA 함량이 가장 높게 나타났으나 25 ℃ 발아구에서 도 GABA 함량이 3.
- 발아온도에 따른 조단백과 GABA 함량의 변화를 분석한 결과, 발아온도가 올라갈수록 조단백 함량이 감소하다가 2 5℃ 이후로는 다시 증가하는 경향을 나타내었다(Fig. 1). 발 아하지 않은 현미 중의 조단백 함량은 565.
- 특히 chitosan 처리구의 경우 발아과정에서 발생하는 곰팡이 발생에 대한 chitosan 처리의 효과가 다른 처리구에 비해 낮게 나타난다(23)는 결과와 마찬가지로 chitosan 처리구는 곰팡이의 생육을 억 제하는 효과가 있는 것으로 추정된다. 발아현미 중의 GABA 함량을 증진시키기 위한 방법으로 glutamic acid을 사용함으로 써 GABA 함량을 증가(25)시킨다는 결과를 토대로 chitosan+glu -tamic acid 처리구의 조단백 함량을 분석한 결과 chitosan+glut -amic acid 100 ppm 처리구가 가장 낮게 나타났다.
- 또한 발아현미의 조단백 함량은 glutamic acid 함량이 증가할수록 감소하다가 200 ppm 이상에서는 다시 증가하는 경향을 나타내었으며, 최적 발아조건은 glutamic acid 190~300 ppm, chitosan 180 ppm 이상으로 나타났다. 발아현미의 GABA함량 에 대한 반응표면은 최대점의 형태(Fig. 5)를 나타내었으며 R2는 0.8453으로 나타났으며, GABA 함량에 대한 유의성은 0.0889로서 유의수준 10% 이내에서 인정되었다(Table 2). 발 아현미의 GABA 함량은 chitosan과 glutamic acid 함량이 증 가할수록 증가하다가 일정 시점 이후로는 약간의 감소를 나 타내었다(Fig.
- chitosan과 glutamic acid 100 ppm을 혼합한 처리구에서 발아 시킨 현미의 조단백 함량이 가장 낮게 나타나 이를 토대로 중심합성계획에 의해 발아현미 최적 생성조건을 예측하였다. 발아현미의 조단백 함량에 대한 반응표면은 안장점의 형태로 glutamic acid가 더 큰 영향을 미치며, GABA 함량에 대한 반응표면은 최대점의 형태로 나타났다. 발아현미의 최적 생성조건은 chitosan 105 — 160 ppm이며 glutamic acid 함량은 200 ~290 ppm의 범위로 나타났으며 예측된 범위에서 실험한 결과 예측치 보다 조금 높게 나타났다
- 발아현미의 최적 생성조건에 대한 반응표면을 서로 겹쳐 그려서 얻은 최적의 발아현미 생성조건 범위에서 나타난 임 의의 조건을 chitosan 함량 132 ppm, glutamic acid 함량 245 ppm으로 정한 후 예측된 최적의 조건범위 내에서 동일조건 으로 반복 실험한 결과 조단백 함량은 예측치 보다 조금 낮은 함량을 나타내었고 GABA 함량은 예측치 보다 함량이 높게 나타나 예측치 보다 더 좋은 결과를 나타내었다(Table 5).
- 발아현미의 조단백 함량에 대한 반응표면은 안장점의 형태로 glutamic acid가 더 큰 영향을 미치며, GABA 함량에 대한 반응표면은 최대점의 형태로 나타났다. 발아현미의 최적 생성조건은 chitosan 105 — 160 ppm이며 glutamic acid 함량은 200 ~290 ppm의 범위로 나타났으며 예측된 범위에서 실험한 결과 예측치 보다 조금 높게 나타났다
- 이상과 같은 결과를 토대로 현미 발아조건에 따른 중심합 성계획을 실시한 결과 발아현미의 조단백 함량에 대한 반응 표면은 안장점 형태 (Fig. 4)를 나타내었으며 조단백 함량에 대한 R2는 0.8081로 나타났으며 glutamic acid 함량이 조단백 함량에 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다(Table 2). 또한 발아현미의 조단백 함량은 glutamic acid 함량이 증가할수록 감소하다가 200 ppm 이상에서는 다시 증가하는 경향을 나타내었으며, 최적 발아조건은 glutamic acid 190~300 ppm, chitosan 180 ppm 이상으로 나타났다.
- GABA 함량 변화에서 현미는 발아시간이 증가할수록 GABA의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 침지 후 48시간 까지는 g당 2.7배로 서서히 증가하다가 48시간 이후에는 GABA 함량이 급격히 증가하였다. 60시간에서 72시간 사이에 가장 큰 증가를 나타냈으며 96시간에서 발아하지 않은 현미에 비해 6.
- 현미를 여러 조건에서 72시간 침지하여 발아시킨 후 조단 백 함량을 측정한 결과 발아하지 않은 현미에 비하여 현미 를 물에 침지, chitosan, glutamic acid, chitosan+glutamic acid에 용해하여 침지 하였을 때(Fig. 3), chitosan의 경우 100 ppm 에서 가장 낮은 함량을 나타내었으며 이는 chitosan+glutamic acid에서도 같은 경향을 나타내었다. Glutamic acid의 경우 50 ppm에서 가장 낮은 함량을 나타내었으나, 전반적으로 100 ppm에서 가장 낮은 함량을 나타내었다.
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