누에번데기에 함유되어 있는 불용성 단백질을 가용성 단백질로 추출시키기 위하여 누에번데기에 Bacillus sp. JH-209 균주로부터 생산된 protease를 작용시켰다. 이때 누에번데기 단백질의 추출을 위한 적정 pH는 pH $7{\sim}11$까지의 알칼리 영역에서 추출율의 증가를 보였다. 최적 온도는 $40^{\circ}C$였고, 최적 작용시간은 11시간이었고, 효소의 최적 첨가량은 60 unit 정도였다. 효소처리 된 누에번데기 단백질은 효소처리하지 않은 대조구에 비해 기포력, 기포안정성, 유화력과 유화안정성이 증가하였고, 유지흡착력과 수분흡착력도 대조구에 비해서 높은값을 나타내었다.
누에번데기에 함유되어 있는 불용성 단백질을 가용성 단백질로 추출시키기 위하여 누에번데기에 Bacillus sp. JH-209 균주로부터 생산된 protease를 작용시켰다. 이때 누에번데기 단백질의 추출을 위한 적정 pH는 pH $7{\sim}11$까지의 알칼리 영역에서 추출율의 증가를 보였다. 최적 온도는 $40^{\circ}C$였고, 최적 작용시간은 11시간이었고, 효소의 최적 첨가량은 60 unit 정도였다. 효소처리 된 누에번데기 단백질은 효소처리하지 않은 대조구에 비해 기포력, 기포안정성, 유화력과 유화안정성이 증가하였고, 유지흡착력과 수분흡착력도 대조구에 비해서 높은값을 나타내었다.
To extract insoluble proteins from silkworm pupa meal, the meal was treated with pretense produced by Bacillus sp. JH-209. The extraction of insoluble silkworm pupa protein was enhanced at alkaline pHs ranged from 7 to 11 by treatment with the protease. The optimum extraction temperature was $4...
To extract insoluble proteins from silkworm pupa meal, the meal was treated with pretense produced by Bacillus sp. JH-209. The extraction of insoluble silkworm pupa protein was enhanced at alkaline pHs ranged from 7 to 11 by treatment with the protease. The optimum extraction temperature was $40^{\circ}C$ for in soluble protein treated with pretense. The optimum protease treatment time for extraction of protein was 11 hrs and optimum amount of enzyme treated for extraction of protein was 60 Unit, respectively. The treatment of enzyme extracted more protein than ordinary extraction method without pretense. The foaming capacity, foaming stability, emulsion capacity, and emulsion stability of silkworm pupa meal protein extracted by the treatment of the enzymes increased at all pH ranges. Further more oil absorption as well as water absorption capacities of the protein extracted by the treatment of the enzymes were also increased.
To extract insoluble proteins from silkworm pupa meal, the meal was treated with pretense produced by Bacillus sp. JH-209. The extraction of insoluble silkworm pupa protein was enhanced at alkaline pHs ranged from 7 to 11 by treatment with the protease. The optimum extraction temperature was $40^{\circ}C$ for in soluble protein treated with pretense. The optimum protease treatment time for extraction of protein was 11 hrs and optimum amount of enzyme treated for extraction of protein was 60 Unit, respectively. The treatment of enzyme extracted more protein than ordinary extraction method without pretense. The foaming capacity, foaming stability, emulsion capacity, and emulsion stability of silkworm pupa meal protein extracted by the treatment of the enzymes increased at all pH ranges. Further more oil absorption as well as water absorption capacities of the protein extracted by the treatment of the enzymes were also increased.
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문제 정의
sp. JH-209균주를 이용하여 단백질분해효소의 처리가 번데기 단백질 추출 및 기능성에 미치는 영향을 검토하고, 식품 단백질원으로서의 이용 가능성을 검토하였다.
제안 방법
32 units/mg인 protease를 실험에 사용하였으며, protease의 활성측정은 Ansor7)과 H* agihara 의 방법에 따라 실시하였다. 누에번데기 단백질 추출을 위한 효소처리는 protease 를 4~60unit까지 변화시키면서 누에번데기에 처리하여 실시하였다. 즉, 누에 번데기박 5 g에 buffer 92mZ와 효소액 8㎖를 가하여 3TC에서 10시간 반응을 시키고 반응이 끝난 액을 여과하여 단백질용액으로 사용하였다.
온도의 변화에 따라 효소처리에 의한 누에번데기 단백질의 추출에 미치는 영향을 살펴보기 위하여 누에번데기를 pH 7에서 효소를 가하고 20℃에서 80℃까지 온도를 변화시키며 10시간 동안 단백질을 추출하여 측정한 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 대두박의 경우 용출량이 온도가 높아짐에 따라 36.
추출된 단백질용액에 70% 황산암모늄을 가해 단백질을 침전시키고 원심분리하여 회수하였으며, 회수된 단백질은 증류수로 48시간 동안 투석하고 동결 건조시켜 단백질 시료로 하였다.
효소작용시간에 따른 단백질의 추출량 변화를 살펴보기 위하여 누에번데기에 효소를 가하고 40℃에서 1~12시간 동안 추출하였다. 실험결과 Fig.
대상 데이터
누에번데기는 시중에서 구입하여 동결 건조시킨 후 40 mesh로 분쇄하여 4℃의 저온실에 보관하면서 실험에 사용하였다.
이론/모형
Bacillus sp. JH-209 으로부터 생산한 specific activity가 244.32 units/mg인 protease를 실험에 사용하였으며, protease의 활성측정은 Ansor7)과 H* agihara 의 방법에 따라 실시하였다. 누에번데기 단백질 추출을 위한 효소처리는 protease 를 4~60unit까지 변화시키면서 누에번데기에 처리하여 실시하였다.
거품형성력은 각 단백질 0.5 g게 증류수 50 ㎖을 가하여 Cho와 Chun10)의 방법에 따라 측정하였다.
유지 및 수분흡착력은 단백질 1 g 에 증류수 또는 com oil 10㎖를 각각 가한 후 Cho 등11)의 방법에 따라 측정하였다. 흡착력은 1 g의 시료에 흡착된 증류수나 대두유의 부피를 mF수로 나타내었다.
유화력과 유화안정성은 각 단백질 0.6g에 증류수 10 m/씩을 각각 가하여 Cho 등11)의 방법에 따라 측정하였다.
최적 pH에서 효소액 처리 전 누에번데기박의 단백질 추출량을 대조구로 하여 누에 번데기박에 효소를 가하여 20~80℃까지의 각 온도단계에서 10시간 반응시키고 반응이 끝난 액을 여과한 후에 여액의 총 단백질 양을 Lowry 등9)의 방법으로 정량하였다.
최적 pH와 온도에서 첨가 효소량이 단백질의 추출에 미치는 영향을 알아보기 위하여 효소의 양을 4~60 unit까지 효소량을 증가시키면서 단백질의 추출량을 Lowry 등9)의 방법으로 측정하였다.
최적 pH와 온도에서 효소액 처리 전 누에번데기박의 단백질 추출량을 대조 구로 하여 누에 번데기박에 효소를 처리하여 1~12시간 동안 교반하고 반응이 끝난 액을 여과한 후에 여액 중의 총 단백질양을 Lowry 등9)의 방법으로 정량하였다.
효소액 처리 전에 측정한누에번데기 단백질 추출량을 대조구로 하고, 누에 번데기박에 pH 3.0과 4.0은 25 mM phosphate HC1 완충액으로, pH 5.0과 6.0은 25 mM citric acid-sodium citrate 완충액으로, pH 7.0과 8.0은 25 mM sodium phosphate 완충액 그리고 pH 9.0시 1.0은 25 mM boric acid-NaOH 완충액과 효소액을 가하여 10시간 동안 반응시키고 반응이 끝난 액을 여과한 후에 여액의 총 단백질 양을 Lowiy 등9)의 방법으로 정량하였다.
성능/효과
그러나 번데기 단백질의경우 protease처리에 의해 기포형성력이 향상되는 것으로 나타났다. 기포 안정성도 Fig. 6에서와 같이 번데기박 단백질이 대두박 단백질에 비해 안정성이 떨어지는 것으로 나타났고, 대조구와 protease처리 구 모두 30분 방치 시에 기포 부피가 약 50% 수준으로 떨어졌다. Cha와 Yoon16)은 대두박에 protease처리 시 기포형성력이 급격히 증가한다고 보고하였고, Kinsella171 는 단백질의 기포팽창력과 안정성은 단백질의 용해도에 따라 좌우되고 등전점 부근에서 가장 낮다고 하였으며, 다량의 불용성 단백질이 기포 형성력에 영향을 미칠 수 있다고 추측하였다.
2배나 더 많은 단백질을 얻을 수 있다고 보고한 것과 유사한 결과를 나타내었다. 누에 번데기박의 단백질을 10시간 동안 추출한 결과 Fig. 1에서와 같이 대조구의 경우 pH 5에서 35.36 ±1.99 mg/g으로 최저값을 보이다가 pH가 높아짐에 따라 추출량이 점차 증가하여 pH 11과 12에서 52.30±0.40과 55.23± 1.14mg/g 으로 가장 높은 값을 보였다. 그리고 효소처리의 경우는 pH 5- 9에서 대조구의 35.
2에 나타내었다. 대두박의 경우 용출량이 온도가 높아짐에 따라 36.93 ±2.27-41.27± 1.30 mg/g으로 증가하는 것으로 나타났으며, 번데기 단백질의 경우도 대조구가 온도가 높아짐에 따라 추출량이 38.72 ± 2.51T4.37± 1.85 mg/g으로 완만하게 증가하였으나 protease처리구의 경우 40~50℃에서 51.59±2.40- 50.45 ±0.61 mg/g으로 급격하게 상승하다가, 그 이상의 온도에서는 추출량이 떨어지는 경향이었다. 이는 최적온도가 40℃인이 효소가 고온에서 효소의 활성이 실활되어 효소의 작용이 이루어지지 않은 결과로 판단되었으며 Choi 등'3)은 단백질 추출에서 효소처리 시 최적 작용온도에서 추출율이 증가한다고 보고하였으며, Chun 등'm)은 효소작용온도 이상의 고온에서 효소를 작용시켰을 때 효소의 실활에 의해 추출율이 저하된다고한 보고와 비슷한 결과였다.
8%로 번데기박 단백질의 유화력이 더 높다고 보고한 것과 유사한 결과가 나타났다. 번데기 박 단백질의 경우 대조구와 효소처리구 모두 등전점이라 판단되는 pH 5 부근에서 가장 낮았으며 알칼리성으로 갈수록 조금씩 증가하였으나, pH에 따른 차이는 상당히 크게 나타났다. 단백질의 유화성은 많은 요인 즉, 기름의 첨가속도, 온도, pH, 단백질의 형태, 용해도 및 농도, 사용되는 기름의 종류, 그리고 수분함량 등에 의해서 영향을 받는다고 알려져 있다19,20).
84 mg/g으로 상당히 높은 추출량을 나타내었다. 본 연구에 사용된 번데기 단백질의 등전점은 pH 5 부근이고 이때 용해도가 최저가 되므로, 이때의 용출율을 높이기 위해 작용 pH가 약산성인 protease를 사용하였으며, pH 5~9 사이에서 protease의 반응에 의해 단백질의 추출량이 증가하는 것은 효소의 작용에 의하여 일어나는 현상인 것으로 판단하였다. 이러한 결과는 Lee와 Kiml2)o] natto protease가, 그리고 Choi 등13)이 미생물 protease가 효소의 최적작용 pH에서 단백질의 추출율을 최대로 증가시켰으며, Chun 등14,15)이 효소처리가 불용성단백질의 추출에 더 효과적이었다는 보고와 유사한 결과를 나타내었다.
이러한 결과는 효소 처리된 누에 번데기 단백질이 입자의 부피가 증가된 fluffy structure® 가지기 때문으로 추측하였다. 수분흡착력은 대두박단백질의 3.27 ± 0.15 ml/g에 비해 번데기박 단백질의 대조구가 3.06±0.11m//g 으로 상대적으로 낮으나, protease 처리에 의해 3.75±0.52m//g 로 수분흡착력이 커짐을 알 수 있었다. Park과 Park즈은 대두단백질의 오일 흡착력이 1.
동안 추출하였다. 실험결과 Fig. 3에서와 같이 번데기 박 단백질 용출률이 대두박보다 높았으며, 대조구와 효소 처리 구 모두 반응초기에는 추출량이 급속도로 증가하다가 처리 11 시간 이후부터 추출량의 증가가 완만해지기 시작하였다. Choi 등13)이 참깨박에 protease를 처리했을 때와 Chun 등14,15)이 참깨 박에 phytase와 protease를 처리 했을 때 효소처리 시간이 경과할수록 초기 추출률이 증가하다가 증가율이 점차 완만해진다고 보고하였으며 본 실험결과와 유사하였다.
수분 흡착력을 측정한 결과는 Table 1과 같다. 유지 흡착력을 보면 대두박 단백질의 1.48 ±0.25 에 비하여 번데기 박 단백질의 대조구가 2.27±0.18ml/g, protease처리구가 2.53± 0.17 로 흡착력이 더 우수함을 알 수 있었고, 누에 번데기 단백질의 흡착력은 효소처리에 의해 대조구에 비해 약 0.3 m/ 정도의 증가를 관찰할 수 있었다. 이러한 결과는 효소 처리된 누에 번데기 단백질이 입자의 부피가 증가된 fluffy structure® 가지기 때문으로 추측하였다.
첨가 효소량에 의한 추출률의 변화를 살펴보기 위하여 protease를 4~60 unit까지 처리하는 효소의 양을 달리하면서 10시간 효소 처리하여 단백질의 추출에 미치는 영향을 살펴본 결과 Fig. 4에서와 같이 protease를 20 unit 처리 시 까지 대조구에 비해 단백질 용출량이 크게 증가하지 않았으나, 30 unit 처리 시 47.65 ± 2.84 mg/g를 나타내었으며, 40 unit 이상 처리 시 52.93 ±3.24~56.56 ± 2.39 mg/g으로 대조구에 비해 2배 이상의 증가율을 나타내었다.
후속연구
대조구보다 효소처리구의 안정성이 높게 나타난 것은 protease처리에 의하여 다량의 가용성 단백질이 추출되어 더 많은 공기를 포함할 수 있기 때문에'& 기포형성력이 다소 높아진 것으로 생각된다. 이러한 기포력의 차이는 단백질의 구조와 관련이 깊으며, 추후 번데기 단백질 구조와 관련된 심도 있는 연구가 진행이 되어야 할 것으로 판단된다.
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