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문제 정의
- 본 연구에서는 각각 다른 4종의 protease 처리에 따른 콩 분말 및 콩분리 단백 (SPI)가 수분해물의 특성을 조사하여 그 활용방안을 검토하고자 한다.
제안 방법
- 관능검사에 필요한 훈련 과정을 거치게 한 후 신뢰성과 실험에 대한 관심도 등을 고려하여 식품영양 전공 대학생 15명을 선발하여 관능검사를 실시하였다. 각 가수 분해물의 비린향(1점: 비린내가 매우 강하다, 5점 : 전혀 나지 않는다)과 쓴맛(1점: 매우 쓰다, 5점 : 전혀 쓰지 않다) 에 대하여 5점 평점법으로 평가하였으며(10)이때 시료는 4C에서 보관 후 제공되었다. 관능검사 결과는 PC-SAS system을 이용하여 통계처리하였으며, 시료 간의 유의성 검증은 ANOVA를 이용하여 Duncan's multiple range test 를 실시하였다 (17).
- 2%(v/w)의 농도로 첨가한 다음, 50 ℃에서 2시간 동안 100 rpm으로 진탕하면서 가수 분해 시켰다. 각 반응액은 80C 에서 10분간 처리하여 잔존 protease 를 불활성화시킨 후, 8, 000rpm에서 20분 동안 원심분리하여 상징액을 사용하였으며, 대조구는 기질용액에 protease 처리를 하지 않은 것을 동일하게 비교하였다.
- 관능검사에 필요한 훈련 과정을 거치게 한 후 신뢰성과 실험에 대한 관심도 등을 고려하여 식품영양 전공 대학생 15명을 선발하여 관능검사를 실시하였다. 각 가수 분해물의 비린향(1점: 비린내가 매우 강하다, 5점 : 전혀 나지 않는다)과 쓴맛(1점: 매우 쓰다, 5점 : 전혀 쓰지 않다) 에 대하여 5점 평점법으로 평가하였으며(10)이때 시료는 4C에서 보관 후 제공되었다.
- 콩가수분해물의 기능성 강화를 위하여 콩분말 및 SPI 에 4종의 protease 를 처리하여 가수분해물의 특성을 조사하였다. 수율은 protease(B) 를 처리하였을 때 콩 분말에서 43.
대상 데이터
- 본 실험의 재료는 2004년 경북 상주군에서 재배한 메주콩을 분쇄기로 100 mesh 이상 분쇄시킨 분말과, (주)정식품에서 제공받은 콩분리 단백 (soy protein isolate, SPI) 을 각각 증류수에 현탁하여 10%(w/v)용액으로 만들어 기질로 이용하였다. Protease는 Daiwa kasei(Japan)에서 (A) Protin 90, 000 PU/g, (B) Protin 70, 000 PU/g, (C) Protin -1 100,000 PU/g 및 (D) Protin- 2 100,000 PU/g 를 각각 구입하여 사용하였다.
- 본 실험의 재료는 2004년 경북 상주군에서 재배한 메주콩을 분쇄기로 100 mesh 이상 분쇄시킨 분말과, (주)정식품에서 제공받은 콩분리 단백 (soy protein isolate, SPI) 을 각각 증류수에 현탁하여 10%(w/v)용액으로 만들어 기질로 이용하였다. Protease는 Daiwa kasei(Japan)에서 (A) Protin 90, 000 PU/g, (B) Protin 70, 000 PU/g, (C) Protin -1 100,000 PU/g 및 (D) Protin- 2 100,000 PU/g 를 각각 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- abmeans in the column followed by the same letters are not significantly different at p<0.05 level by Duncan's multiple range test.
- 각 가수 분해물의 비린향(1점: 비린내가 매우 강하다, 5점 : 전혀 나지 않는다)과 쓴맛(1점: 매우 쓰다, 5점 : 전혀 쓰지 않다) 에 대하여 5점 평점법으로 평가하였으며(10)이때 시료는 4C에서 보관 후 제공되었다. 관능검사 결과는 PC-SAS system을 이용하여 통계처리하였으며, 시료 간의 유의성 검증은 ANOVA를 이용하여 Duncan's multiple range test 를 실시하였다 (17).
이론/모형
- Cha 와 Yoon 의 방법(13)에 준하여 콩분말 및 SPI 기질용액을 200 mL씩 취한 후 각각의 protease를 기질용액에 대해 0.2%(v/w)의 농도로 첨가한 다음, 50 ℃에서 2시간 동안 100 rpm으로 진탕하면서 가수 분해 시켰다. 각 반응액은 80C 에서 10분간 처리하여 잔존 protease 를 불활성화시킨 후, 8, 000rpm에서 20분 동안 원심분리하여 상징액을 사용하였으며, 대조구는 기질용액에 protease 처리를 하지 않은 것을 동일하게 비교하였다.
- 수율은 원료량에 대하여 가수분해 후 남은 잔사의 건조 중량을 뺀 값을 백분율로 나타내었다. 용해도는 Edwards 와 Shpe 의 방법(14)에 따라 가수 분해물 10mL에 10%(w/v) trichloroacetic acid(TCA) 용액을 동량으로 넣어 혼합한 후 원심분리(3, 000 rpm, 10분) 하여 불용성 물질을 제거한 후, 분리된 상징액의 가용성 단백질을 정량하여 총단백질에 대한 가용성 단백질의 백분율로 표시하였다. 이때 10% TCA용액에 침전하지 않는 단백질을 가용성 단백질로 정의 하였다.
- 총 페놀성 물질은 A.O.A.C(15) 방법으로 정량하였으며 tannic acid 를 표준물질로 이용하였다. 칼슘내 인성은 Pyun 과 Hwang의 방법(16)에 따라 각각의 가수 분해물 10 mL에 30 mM CaCl2 용액 10mL을 첨가하여 25C에서 30분간 반응시켰다.
- C(15) 방법으로 정량하였으며 tannic acid 를 표준물질로 이용하였다. 칼슘내 인성은 Pyun 과 Hwang의 방법(16)에 따라 각각의 가수 분해물 10 mL에 30 mM CaCl2 용액 10mL을 첨가하여 25C에서 30분간 반응시켰다. 반응액은 원심분리(8, 000rpm, 10분) 하여 침전물 을 제거한 후, 280nm에서 흡광도를 측정하여 칼슘내 인성 으로 나타내었다.
성능/효과
- Protease 처리 후 가 수분해물의 칼슘내인성을 조사한 결과를 콩 분말의 칼슘 내 인성은 protease (A), (C) 및 (D)처리 구 에서 0.105 ~ 0.188로 대조구의 0.107과 차이가 없었으나 protease (B) 처리구는 0.421로 가장 높게 나타났다(Table 3). SPI 가수분해 물의 칼슘 내 인성은 protease (B)처 리구에서 0.
- 12 %) 이상 많이 함유되어 있었다. SPI에서는 조지방이 검출되지 않았으며 콩 분말은 SPI 보다 조회분과 탄수화물의 함량이 높았다.
- 콩 분말에서 콩 특유의 비린내는 protease처리로 감소하였으나 콩분말과 SPI 모두 protease 처리로 쓴맛이 강해졌으며 protease 의 종류에 따른 차이는 확인되지 않았다. 가수분해 물의 수율을 비롯한 이화학적 특성을 감안할 때, protease (B)가 가수분해물 제조에 적합하였으며, 가수 분해물의 활용 형태에 따라 관능적 특성의 보완이 요구되었다.
- 각각의 protease 처리에 따른 총 페놀성 물질의 함량을 조사한 결과를 Table 2에서 보는 바와 같이 SPI 를 protease (B)와 (C)로 처리한 경우 총 페놀성 물질은 249.9 mg%, 222.2mg%로, 대조구 137.6mg%에 비해서 1.6배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 하지만 protease (A)처리구의 총페놀 성 물질은 167.
- 또한 protease를 처리한 후 잔존한 콩비린내는 본 연구에서 열처리되지 않은 기질을 이용하여 저온(50℃)에서 가수분해물을 제조한 것에 기인된 것으로 생각되었다. 맛에 대한 평가는 콩 분말과 SPI 모두 대조구보다 protease 처리구가 유의적으로 쓴맛을 나타내었으며, 콩 분말보다 SPI 을 기질로 한 조건에서 쓴맛이 강한 것으로 나타났다. 이 같은 쓴맛은 가수 분해물을 제조할 때 고미성 아미노산이 함께 생성됨에 따른 것이며, 콩 분말에 비해 SPI의 가수 분해도가 높아서 쓴맛이 좀 더 강하게 나타난 것으로 생각된다.
- 본 실험에 사용된 콩 분말과 SPI 의 일반 성분을 조사한 결과를 Table 1에 나타내었다. 수분 함량은 콩 분말이 8.5%, SPI 가 7.9%로 나타났으며, 조단백질은 SPI 가 콩분말보다 2배(90.6 + 0.12 %) 이상 많이 함유되어 있었다. SPI에서는 조지방이 검출되지 않았으며 콩 분말은 SPI 보다 조회분과 탄수화물의 함량이 높았다.
- 콩가수분해물의 기능성 강화를 위하여 콩분말 및 SPI 에 4종의 protease 를 처리하여 가수분해물의 특성을 조사하였다. 수율은 protease(B) 를 처리하였을 때 콩 분말에서 43.2%, SPI 에서 61.6%로 가장 높게 나타났다. 용해도와 총 페놀성 물질은 protease (B)와 (C) 처 리구에서 크게 증가하였으며, 칼슘내 인성은 protease(B) 를 처리하였을 때 향상되었다.
- 2). 용해도는 protease (D)을 제외한 나머지 protease 를 SPI 에 처리하였을 때 크게 증가하여, 단백질의 가용화가 급속히 진행됨을 확인할 수 있었다. Protease (D)는 가수분해물의 수율은 양호하였으나 분해 특성상 좀 더 고분자의 peptide 를 생산하기 때문에 용해도가 낮은 것으로 예상되었다.
- Protease (D)는 가수분해물의 수율은 양호하였으나 분해 특성상 좀 더 고분자의 peptide 를 생산하기 때문에 용해도가 낮은 것으로 예상되었다. 용해도는 protease(B) 처리구와 (C)처리구에서 높았으며, 콩분말에서는 용해도가 약 22%, SPI 에서는 약 43% 정도로 나타났다. 단백질의 용해도는 등 전점일 때 최소이고, 양극단의 pH로 갈수록 증가하는 유형을 나타낸다 (18).
- 6%로 가장 높게 나타났다. 용해도와 총 페놀성 물질은 protease (B)와 (C) 처 리구에서 크게 증가하였으며, 칼슘내 인성은 protease(B) 를 처리하였을 때 향상되었다. 콩 분말에서 콩 특유의 비린내는 protease처리로 감소하였으나 콩분말과 SPI 모두 protease 처리로 쓴맛이 강해졌으며 protease 의 종류에 따른 차이는 확인되지 않았다.
- 콩 분말과 SPI 에 4종의 protease 를 각각 처리하여 얻은 가수 분해물의 수율은 콩 분말을 기질로 하였을 때 각 protease 처리군의 수율은 39.8 ~ 43.2%로, 대조군의 수율 33.5% 와 크게 차이나지 않았으나, SPI에서는 protease (A)를 비롯해서 3종의 protease 처리로 수율이 2 ~ 10배까지 큰 폭으로 증가하였다 (Fig. 1).이는 콩 분말의 경우 가용성을 가진 비단 백성 물질이 다량 함유되어, SPI 에 비해 수율 변화가 상대적으로 작기 때문인 것으로 생각되며, 수율은 두 기질 모두 protease (B) 처리 시에 가장 높았다.
- 콩 분말과 SPI의 protease 가수분해물의 관능검사 결과를 Table 4에 나타내었다. 콩 분말에서 콩 특유의 비린 향은 대조구와 protease 처리 구간에 유의적인 차이가 있었으나 SPI 에서는 유의적인 차이가 없었다. 이는 콩 분말을 protease로 처리하면 lipoxygenase의 작용이 저해되어 콩비린내가 감소한 것으로 생각되며, SPI는 콩에서 SPI를 분리•제조하는 중에 lipoxygenase가 불활성화됨으로서 콩비린 향에 유의적 차이가 나타나지 않은 것으로 생각된다.
- 용해도와 총 페놀성 물질은 protease (B)와 (C) 처 리구에서 크게 증가하였으며, 칼슘내 인성은 protease(B) 를 처리하였을 때 향상되었다. 콩 분말에서 콩 특유의 비린내는 protease처리로 감소하였으나 콩분말과 SPI 모두 protease 처리로 쓴맛이 강해졌으며 protease 의 종류에 따른 차이는 확인되지 않았다. 가수분해 물의 수율을 비롯한 이화학적 특성을 감안할 때, protease (B)가 가수분해물 제조에 적합하였으며, 가수 분해물의 활용 형태에 따라 관능적 특성의 보완이 요구되었다.
후속연구
- 9mg%로 대조구와 차이가 없었으며, protease (D)처리구는 총 페놀성 물질 함량이 대조구보다 낮아 가수분해물간 상호작용이 있을 것으로 사료된다. Pratt 등(8)이 콩 단백질을 가수 분해하면 페놀성 항산화 성분 인 isoflavone 인 genistein 과 daidzein, glycitein 등을 추출된다고 보고된 바 있어, 가수 분해 후 페놀성물질의 증가는 isoflavone 성분과 관련이 있을 것으로 생각되며 함유된 페놀성 물질의 특성에 대해서는 연구가 더 필요한 것으로 생각된다. 한편 콩분말은 대조구의총 페놀성 물질이 57.
- 이에 따라 관련 업계에서는 전통식 두유 생산이외에 소비자의 기호에 부응하여 맛을 개선하는 동시에 기능성을 향상시킨 제품 개발에 주력하고 있으며 관심 중의 일부분은 칼슘을 보강한 고칼슘 제품으로, 대다수의 현대인이 칼슘 결핍에 따른 골질환 발병의 위험(9)에 노출된 점을 감안할 때 시장성이 클 것으로 평가된다. Protease 를 이용한 콩가수분해물 생산은 콩 단백질의 특성 변화로 고칼슘 두유(105mg/100mL 이상 칼슘 함유)를 생산할 때 발생되는 응고, 침전을 방지할 수 있으며, 이밖에도 기능성 peptide 및 생리활성 성분의 유리 현상 등으로 새로운 건강음료의 개발을 기대해 볼 수 있다. 콩 단백질의 효소제 처리에 관한 연구로는 Chae 등(10)과 Choung 등(11) 이 미생물을 복합처리한 두유박단백질 제조 및 콩 단백질 특성에 대해, Pyun과 Hwang(12)이 Bacillus polymyxa에서 분리한 protease 를 처리한 단백질의 기능성에 대해 보고하고 있으나 아직 상업적 활용을 위한 연구는 미흡한 실정이다.
- 칼슘내인성은 콩 단백 질의 칼슘에 대한 결합 억제능을 나타낸 값으로, 칼슘이 강화된 음료 형태의 콩 제품 생산에 있어 잠재적 품질 결정 요인으로 인식된다(16). 따라서 칼슘내인성은 단백질의 용해도와 함께 콩가공품의 품질을 좌우하는 주요 요인으로 protease(B)는 칼슘내인성 향상에 긍정적인 효과를 가져올 것으로 예상되며 칼슘내인성에 영향을 미치는 요인에 대한 추가적인 연구가 요망된다.
- 쓴맛은 콩비린내와 마찬가지로 protease 종류에 따른 영향은 확인되지 않았다. 이상의 결과로 protease (B)를 이용한 기능성 콩가수분해물의 제조 가능성을 확인할 수 있었으며 앞으로 protease (B)의 최적 처리 조건과 관능적 특성에 대한 지속적인 연구가 더 필요하며, 가수 분해물을 음료 등으로 상품화할 경우에는 제품의 concept 및 소비계층의 기호를 반영하여 관능적 보완이 요구되었다.
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