'쓰가루'사과의 연화에 따른 세포벽성분의 변화와 펙틴 및 중성다당류의 가용화와 분해 Changes in Cell Wall Components, and Solubilization and Depolymerization of Pectin and Neutral Sugar Polymers during Softening of 'Tsugaru' Apples원문보기
'쓰가루' 사과의 연화동안에 일어나는 세포벽 성분의 변화와 펙틴 및 중성당류의 가용화와 분해 정도를 조사하였다. 과실의 연화단계별로 펙틴다당류들을 증류수, 0.05 M CDTA, 0.05 M $Na_2CO_3$, 8 M KOH를 이용하여 분획하였다. Uronic acid (UA) 함량은 과실의 연화가 진행되면서 증류수 가용성 분획에서는 저장 4주후에 급격히 증가하였다. 각 분획별 비섬유성 중성당의 종류를 보면 증류수, 0.05 M CDTA 및 0.05 M $Na_2CO_3$ 가용성분획에서의 주요 구성당은 galactose와 arabinose였으며, 8 M KOH 가용성분획에서는 glucose, galactose 및 xylose였다. 특히 증류수 가용성 분획에서 과실의 연화가 진행되면서 galactose의 함량이 증가되었다. 그리고 증류수 가용성인 물질을 Sepharose CL-2B를 이용하여 uronic acid polymers (UAP)와 carbohydrate polymers (CP)를 분획한 결과를 보면 고분자의 UAP 및 CP가 수확후 과실의 연화가 진행될수록 저분자화 되었다. 고분자 중합물의 양은 과실이 연화됨에 따라 감소하였다.
'쓰가루' 사과의 연화동안에 일어나는 세포벽 성분의 변화와 펙틴 및 중성당류의 가용화와 분해 정도를 조사하였다. 과실의 연화단계별로 펙틴다당류들을 증류수, 0.05 M CDTA, 0.05 M $Na_2CO_3$, 8 M KOH를 이용하여 분획하였다. Uronic acid (UA) 함량은 과실의 연화가 진행되면서 증류수 가용성 분획에서는 저장 4주후에 급격히 증가하였다. 각 분획별 비섬유성 중성당의 종류를 보면 증류수, 0.05 M CDTA 및 0.05 M $Na_2CO_3$ 가용성분획에서의 주요 구성당은 galactose와 arabinose였으며, 8 M KOH 가용성분획에서는 glucose, galactose 및 xylose였다. 특히 증류수 가용성 분획에서 과실의 연화가 진행되면서 galactose의 함량이 증가되었다. 그리고 증류수 가용성인 물질을 Sepharose CL-2B를 이용하여 uronic acid polymers (UAP)와 carbohydrate polymers (CP)를 분획한 결과를 보면 고분자의 UAP 및 CP가 수확후 과실의 연화가 진행될수록 저분자화 되었다. 고분자 중합물의 양은 과실이 연화됨에 따라 감소하였다.
This study was carried out to investigate changes in cell wall components and solubilization and depolymerization of pectin and neutral sugar polymers during softening of 'Tsugaru' apples. Pectic polysaccharides were solubilized in different solvents, distilled-water, 0.05 M CDTA, 0.05 M $Na_2C...
This study was carried out to investigate changes in cell wall components and solubilization and depolymerization of pectin and neutral sugar polymers during softening of 'Tsugaru' apples. Pectic polysaccharides were solubilized in different solvents, distilled-water, 0.05 M CDTA, 0.05 M $Na_2CO_3$, and 8 M KOH, from cell wall materials during fruit softening. The uronic acid contents in distilled-water fraction rapidly increased along with fruit softening at 4 weeks after ambient storage. In the change of non-cellulosic neutral sugars in the cell wall of ‘Tsugaru’ fruits, the major sugar was galactose and arabinose in distilled-water, 0.05 M CDTA and 0.05 M $Na_2CO_3$ soluble fractions, and it was glucose, galactose and xylose in 8 M KOH fraction. Especially the change of galactose contents in distilled-water fraction was increased greatly along with fruit softening. When uronic acid polymers (UAP) and carbohydrate polymers (CP) in distilled-water fraction were filtered and separated using Sepharose CL-2B column, the high molecular UAP and CP were degraded to the low molecular ones from at harvest to softening fruit. Thus, the amount of high molecular polymers were greatly decreased along with fruit softening.
This study was carried out to investigate changes in cell wall components and solubilization and depolymerization of pectin and neutral sugar polymers during softening of 'Tsugaru' apples. Pectic polysaccharides were solubilized in different solvents, distilled-water, 0.05 M CDTA, 0.05 M $Na_2CO_3$, and 8 M KOH, from cell wall materials during fruit softening. The uronic acid contents in distilled-water fraction rapidly increased along with fruit softening at 4 weeks after ambient storage. In the change of non-cellulosic neutral sugars in the cell wall of ‘Tsugaru’ fruits, the major sugar was galactose and arabinose in distilled-water, 0.05 M CDTA and 0.05 M $Na_2CO_3$ soluble fractions, and it was glucose, galactose and xylose in 8 M KOH fraction. Especially the change of galactose contents in distilled-water fraction was increased greatly along with fruit softening. When uronic acid polymers (UAP) and carbohydrate polymers (CP) in distilled-water fraction were filtered and separated using Sepharose CL-2B column, the high molecular UAP and CP were degraded to the low molecular ones from at harvest to softening fruit. Thus, the amount of high molecular polymers were greatly decreased along with fruit softening.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 과실의 연화가 심한 '쓰가루' 사과의 저장동안에 일어나는 세포벽성분들의 변화와 펙틴 및 중성다당류의 가용화와 분해 정도를 규명하므로서 과실의 연화기작을 밝히는 기초자료를 제공코저 하였다.
가설 설정
a)Datas are average of 3 replications.
제안 방법
'쓰가루' 사과의 연화동안에 일어나는 세포벽 성분의 변화와 펙틴 및 중성당류의 가용화와 분해 정도를 조사하였다. 과실의 연화단계별로 펙틴다당류들을 증류수, 0.
각 fraction용액에 존재하는 uronic acid polymers는 carbazole 비색법[3]으로, 그리고 중성당 pol- ymers는 phenol-sulfuric acid방법[9]으로 측정 하였다. Gel 여 과에 따른 다당류의 분자량은 표준 dextran (MW 2, 000, 515, 73, 40 및 10 kDa)과 비교하여 측정하였다.
Redgwell 등[18]이 행한 방법에 준하여 세포벽물질 1g으로부터 펙틴 및 헤미셀루로즈를 증류수, 0.05 M 1, 2-dia- minocyclohexane tetra acetate (CDTA), 0.05 M Na2CO3 및8 M KOH를 사용하여 각각의 용매에 의하여 추출된 세포벽 물질들을 분획하였다. 각각의 분획들은 증류수로 투석하고 동결건조하여 분석 시료로 이용하였다.
과실 경도는 fruit tester (FT011, Italy, 08 nun plunger)를, 가용성고형물 함량은 Atago 디지털 굴절당도계(DBX-55, Japan)를 사용하여 측정하였고, 산함량은 0.1 N NaOH로 적정하여 사과산으로 환산하여 표시하였다.
과실의 연화단계별로 조제된 각각의 세포벽물질 (alcohol insoluble substance : AIS)을 사용하여 펙틴분획인 증류수, 0.05 M CDTA, 0.05 M Na2CO3 가용성 물질, hemicellulose 분획인 8 M KOH 가용성물질 및 불용성물질로 분획한 후 UA함량의 변화를 조사하였다(Table 2). 일반적으로 AIS의 대부분은 세포벽물질인 것으로 알려져 있고[20], 또한 증류수나 CDTA분획에서 가용화된 다당류들은 주로 세포벽의 중층에서 기인된 것이며, Na2CO3 분획에서 가용화된 다당류들은 주로 일차세포벽에서 유리되어 나온 것이라고 하였다 [7], 증류수 가용성 분획에서는 UA함량이 수확기에는 0.
'쓰가루' 사과의 연화동안에 일어나는 세포벽 성분의 변화와 펙틴 및 중성당류의 가용화와 분해 정도를 조사하였다. 과실의 연화단계별로 펙틴다당류들을 증류수, 0.05 M CDTA,0.05 M Na2CO3, 8 M KOH를 이용하여 분획하였다. Uronic acid (UA) 함량은 과실의 연화가 진행되면서 증류수 가용성 분획에서는 저장 4주후에 급격히 증가하였다.
즉, '쓰가루' 과실로부터 과피를 제거한 과육 100 g에 80% 에탄올 250 mL를 가하여 균질화한 후 80℃에서 10분간 가열처리하여 효소를 불활성화시켰다. 그리고 80% 에탄올로 3회 여과, 세척한 후 동결건조한 것을 세포벽물질 (alcohol insoluble substance: AIS)로 하였다.
저장기간에 따라 '쓰가루' 사과의 세포벽물질로부터 분획한 water 가용성인 물질을 Sepharose CL-2B를 이용하여 gel permeation chromatography (GPC) 한 후 uronic acid poly mers (UAP)와 carbohydrate polymers (CP)의 가용화와 분해정도를 조사하였다(Fig. 1). 수확시에는(Fig 1.
저장기간에 따라 '쓰가루' 사과의 세포벽물질로부터 증류수, 0.05 M CDTA, 0.05 M Na2CO3, 8 M KOH 및 불용성물질을 사용하여 이들 용매에 가용성인 물질들과 불용성물질 을 분획하여 각각의 중성당 함량을 조사하였다. 측정된 중성당들은 rhamnose, arabinose, galactose, glucose, xylose 및 mannose로서 이들의 함량변화는 다음과 같다.
각 세포벽 다당류의 비섬유성 중성당의 정량은 Blakeney 등[4]의 방법에 따라 실시하였다. 중성당은 Hewlett Packard 5890 model gas chromatograph [column: capillary column SP-2380 (30 mx0.53 mm), injection temp.: 270℃, column temp.: 220℃, detector temp.: 270℃, carrier gas: He 24.5 ml/min.]로 측정하였으며, 표준단당류에 해당하는 alditol acetate의 chromatogram과 비교한 후 internal standard인 myo-inositol과의 비율에 의해 각각의 함량을 구하여 mol% 로 환산하였다.
이론/모형
Ben-Aire 등[⑵]의 방법에 준하였고, 펙틴의 정량은 carba zole 비색법[3]으로 실시하였다. 함량은 표준물질인 galactur- onic acid를 사용, 검량선에 의해 산출하였다.
Gel permeation profiles of water-soluble fractions at different stages in 'Tsugaru' apples during ambient storage on Sepharose CL-2B. Column fractions were assayed for total carbohydrate using the phenol-sulfu ric acid method (A490 nm) and for polyuronide using carbazole method (A530 nm). A, at harvest; B, after 1 week; C, 2 weeks; D, 3 weeks; Ef 4 weeks.
0)로 평형시켰으며, 유속은 18 ml/h로 하여 각 fraction 당 3 ml씩 분획하였다. 각 fraction용액에 존재하는 uronic acid polymers는 carbazole 비색법[3]으로, 그리고 중성당 pol- ymers는 phenol-sulfuric acid방법[9]으로 측정 하였다. Gel 여 과에 따른 다당류의 분자량은 표준 dextran (MW 2, 000, 515, 73, 40 및 10 kDa)과 비교하여 측정하였다.
각 세포벽 다당류의 비섬유성 중성당의 정량은 Blakeney 등[4]의 방법에 따라 실시하였다. 중성당은 Hewlett Packard 5890 model gas chromatograph [column: capillary column SP-2380 (30 mx0.
세포벽물질의 추출은 Yamaki 등[24]이 행한 방법을 이용 하였다. 즉, '쓰가루' 과실로부터 과피를 제거한 과육 100 g에 80% 에탄올 250 mL를 가하여 균질화한 후 80℃에서 10분간 가열처리하여 효소를 불활성화시켰다.
성능/효과
측정된 중성당들은 rhamnose, arabinose, galactose, glucose, xylose 및 mannose로서 이들의 함량변화는 다음과 같다. '쓰가루, 과실의 water 가용성물질에서는(Table 3), 주요 구성당은 gal actose, arabinose 및 glucose로 이루어져 있었고, arabinose 및 glucose의 함량은 다소 감소하는 경향을 보였으나. gal- actose의 함량은 과실의 연화가 진행되면서 증가하는 경향을 보인 것은 과실의 연화가 진행되면서 세포벽으로부터 많은 양의 galactose가 가용화되거나 분해된 것으로 추정이 된다.
CDTA 가용성물질(Table 4)에서 주요 구성당은 역시 gal actose, arabinose 및 glucose로 이루어져 있었다, 그리고 과실의 연화가 진행되면서 galactose의 함량은 감소하는 경향을 보였고, arabinose는 저장 3주까지 중가하다가 4주째 감소하는 현상을 보였다. 특히 galactose의 함량이 감소하는 현상을 보인 것은 water 가용성 분획에서 과실의 연화가 일어나면서 이미 많은 양이 세포벽으로부터 가용화되었기 때문으로 생각이 된다.
03 kg으로 급격히 감소되었다. 가용성 고형물 함량은 12.60에서 14.30으로 다소 증가하는 경향을 보였고, 산함량은 0.29%에서 0.21%로 감소 되었다(Table 1). 이는 과실이 저장기간이 길어질수록 과실의 연화가 급격히 진행되었음을 알 수가 있다.
8 M KOH 가용성 물질은 주로 hemicellulose로부터 유래하는 것으로 알려져 있다[24]. 과실 연화단계별로 이 분획에 존재하는 중성당의 변화를 보면(Table 6), 주요 구성당은 xy- lose와 glucose로 이루어져 있으며, xylose 함량은 과실의 연화가 진행되면서 증가하는 현상을 보였고, glucose의 함량은 감소하는 경향을 보였다.
8 M KOH로서 추출하고 남은 불용성 물질에서의 중성당 변화를 보면(Table 7), 주요 구성당은 50% 이상이 glucose로 이루어져 있었다. 그리고 다른 중성당들은 과실의 연화가 진행되면서 다소 증가하는 경향을 보였으나, galactose와 glu- cose는 감소하는 경향을 보였다. 지금까지 많은 종류의 과실 에서는 성숙 및 연화동안에 세포벽성분인 pectic polymers의 가용화가 증가하고 불용성펙틴은 감소하게 되며 또한, 펙틴을 구성하는 중성당 중에는 arabinose와 galactose의 감소가 현저한 것으로 보고하여 과실의 연화는 펙틴의 가용화 및 분해에 주로 기인하는 것으로 알려져 왔다[13, 18].
특히 증류수 가용성 분획에서 과실의 연화가 진행되면서 galactose의 함량이 증가되었다. 그리고 증류수 가용성 인 물질을 Sepharose CL-2B를 이용하여 ur onic acid polymers (UAP) 와 carbohydrate polymers (CP) 를분획한 결과를 보면 고분자의 UAP 및 CP가 수확후 과실의 연화가 진행될수록 저분자화 되었다. 고분자 중합물의 양은 과실이 연화됨에 따라 감소하였다.
가용성물질은(Table 5) CDTA 가용성물질과 마찬가지로 주로 펙틴으로부터 유래하는 것으로 추정되며, 주요 구성당은 arabinose와 galactose로 이루어져 있었고, 그 함량의 변화도 CDTA 가용성물질과 비슷한 경향을 보였다. 따라서 '쓰가루' 과실은 중성당들이 세포벽으로부터 유리됨으로서 복잡한 세포벽의 구조를 느슨하게 하여 과실의 연화를 촉진시키는 요인으로 작용한 것으로 추정되며, 특히 water 가용성물질에서 galactose의 함량이 증가된 것으로 보아 galactose를 세포벽으로부터 유리시키는 역할을 하는 세포벽분해효소인 0-galactosidase의 역할이 가장 큰 것으로 생각이 되었다. Kang 등[15]은 감 과실이 연화가 진행되면서 세포벽분해효 소들 중 β-galactosidase의 활성이 현저히 증가되어 과실의 연화에 직접적인 역할을 하는 것으로 추정하고 있다.
지금까지 많은 종류의 과실 에서는 성숙 및 연화동안에 세포벽성분인 pectic polymers의 가용화가 증가하고 불용성펙틴은 감소하게 되며 또한, 펙틴을 구성하는 중성당 중에는 arabinose와 galactose의 감소가 현저한 것으로 보고하여 과실의 연화는 펙틴의 가용화 및 분해에 주로 기인하는 것으로 알려져 왔다[13, 18]. 본 실험 결과 에서는 '쓰가루' 사과의 연화과정에서 세포벽 성분 중 펙틴을 구성하는 중성당인 galactose가 현저한 감소를 보이고 있고, hemicellulose를 구성하는 중성당인 xylose는 증가하는 것으로 보아 '쓰가루' 과실의 연화에는 펙틴의 분해가 주원인으로 작용하고 hemicellulose의 분해는 그 영향이 미미한 것으로 생각이 된다.
1). 수확시에는(Fig 1. A) UAP의 분자량이 2, 000-515 kDa 사이에 분포하고 있어 고분자 pol- ymer로 구성된 하나의 큰 peak가 나타났으나, 과실의 연화가 진행되면서 UAP의 분해가 일어났고 저장 4주후에는(Fig.1. E) UAP의 분자량이 40 kDa으로 하나의 peak를 보여 저분자화되어 펙틴 polymer들의 크기가 현저히 감소하였음을 알 수 있었다. 그리고 CP도 과실의 연화가 많이 진행된 저장 4 주후에는(Fig.
연화가 진행되면서 고분자의 펙틴 polymer들이 저분자화되었고, 양적으로도 감소하는 경향을 보였고, 중성당 ploymer들의 분해도 일어났다고 하였다. 이러한 결과로 미루어 볼 때 '쓰가루' 과실은 저장기간이 길어질수록 고분자 polymer들이 저분자화된 것은 펙틴의 측쇄사슬이 가수분해됨으로서 과실의 연화가 진행되었음을 추정할 수 있었다.
이상의 결과들을 종합해 볼 때 '쓰가루' 과실의 연화과정은 세포벽 물질의 가용화 및 가수분해와 밀접한 연관이 있으며 세포벽물질 중에서 비섬유성 중성당의 현저한 변화로 일어남을 알 수 있었다. 특히 세포벽을 구성하고 있는 galactan이나 arabinogalactan으로부터 galactose와 arabinose의 함량 증감 현상이 뚜렷한 것은 이들을 분해시키는 세포벽분해효소인 β-galactosidase와 이 효소의 활성을 증가시키는 에틸렌의 역할이 가장 큰 것[16, 18]으로 추정이 되었다.
참고문헌 (24)
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