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문제 정의
- 이에 본 논문에서는 괴각의 일반영양성분과 rutin, catechin류 및 rutin, quercetin 등의 flavonoids 함량, 항산화비타민과 수용성 항산화 물질 등 체내에서 생리활성 효능을 발휘할 수 있는 기능성 물질의 함량을 분석하여 향후 괴각의 유효성을 평가하는데 기초 자료로 삼고자 하였다.
- 본 연구에서도 괴각의 항산화 영양소 및 항산화 물질 함량과 항산화 활성을 측정하여 기능성 소재로서의 활용가능성을 타진하고자 하였다(Table 13). 항산화 영양소로는 비타민 C, E 및 β-carotene과 망간, 아연, 구리 등의 미량영양소가 함유되어 있었으며 그 외 여러 기초 연구 등에서 항산화 활성이 보고된 flavonoids 및 catechin 화합물 등의 polyphenol이 함유되어 있었다.
- 본 연구는 괴각을 대상으로 약이성 음식으로의 활용을 위한 가능성을 타진하고자 계획·수행되었다.
제안 방법
- 즉, 건조분말시료를 heat stable termamyl α-amylase로 액화시킨 다음 protease와 amyloglucosidase를 차례로 반응시켜 단백질과 전분을 가수분해시키고 용액 중의 수용성 식이섬유를 에탄올로 침전시켰다. 미리 항량을 구해 놓은 crucible에 이 용액을 감압여과한 다음 잔사를 에탄올과 아세톤으로 세척, 건조한 후 건조잔사 중의 단백질과 회분의 양을 제외한 건조 전후의 무게차로 총 식이섬유의 함량을 구하였다.
- 불용성 식이섬유(insoluble dietary fiber, IDF) 함량은 총 식이섬유 함량 분석법과 마찬가지로 효소중량법인 AOAC 법(18)으로 분석하였다. 즉, 건조분말시료를 총 식이섬유 분석법과 동일한 방법으로 효소적 가수분해 과정을 거친 후, 에탄올 처리를 하지 않고 미리 항량을 구해 놓은 crucible에 이 용액을 감압 여과하였다. Crucible의 잔사를 증류수와 에탄올, 아세톤으로 순차적으로 세척, 건조한 후 건조잔사 중의 단백질과 회분의 양을 제외한 건조 전후의 무게차로 불용성 식이섬유의 함량을 구하였다.
- 즉, 건조분말시료를 총 식이섬유 분석법과 동일한 방법으로 효소적 가수분해 과정을 거친 후, 에탄올 처리를 하지 않고 미리 항량을 구해 놓은 crucible에 이 용액을 감압 여과하였다. Crucible의 잔사를 증류수와 에탄올, 아세톤으로 순차적으로 세척, 건조한 후 건조잔사 중의 단백질과 회분의 양을 제외한 건조 전후의 무게차로 불용성 식이섬유의 함량을 구하였다. 수용성 식이섬유 함량은 총 식이섬유와 불용성 식이섬유의 함량차로 구하였다.
- Crucible의 잔사를 증류수와 에탄올, 아세톤으로 순차적으로 세척, 건조한 후 건조잔사 중의 단백질과 회분의 양을 제외한 건조 전후의 무게차로 불용성 식이섬유의 함량을 구하였다. 수용성 식이섬유 함량은 총 식이섬유와 불용성 식이섬유의 함량차로 구하였다.
- 분석조건은 Sugar-Pak Ⅰ column(Waters, USA, 300 mm×6.5 mm)과 용출용매 Ca-EDTA(500 mg/L)를 조합하였다.
- 괴각의 항산화비타민 및 β-carotene 함량 분석 항산화비타민 및 β-carotene 함량 분석은 Kwak 등(24)의 방법을 응용하여 HPLC로 분석하였다.
- 괴각의 지방산 조성은 Folch법(21) 및 Morrison법(22) 등을 이용하여 GC로 분석하였다. 즉, 시료를 soxhlet 추출기로 24시간 지방을 추출한 후 BF3-methanol으로 methylation하여 가스액체크로마토그래피(HP 5890A gas chromatograph, USA)로 분석하였다(23,24). 이때 분석조건은 Table 3과 같다.
- 5 mL/min로 흘려보냈으며 검출은 refractive index(RI) detector를 이용하였다. 표준품 용액과 시료의 유리당 peak를 직접 비교하여 확인하였다. 정량은 각 표준퓸의 검량곡선을 따로 작성한 후 peak의 면적에서 산출하였다.
- 표준품 용액과 시료의 유리당 peak를 직접 비교하여 확인하였다. 정량은 각 표준퓸의 검량곡선을 따로 작성한 후 peak의 면적에서 산출하였다.
- 괴각의 항산화비타민 및 β-carotene 함량 분석 항산화비타민 및 β-carotene 함량 분석은 Kwak 등(24)의 방법을 응용하여 HPLC로 분석하였다. 항산화비타민 중 비타민 C의 분석은 시료 1 g에 증류수 5 mL를 가하여 5분간 초음파로 처리하여 추출한 액을 여과하여, 잔류물에 다시 증류수 5 mL를 가하여 같은 조작을 3회 반복하여 추출한 액을 모두 합하여 추출액의 전량을 20 mL로 한 것을 여과하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였으며, 같은 조작을 3회 반복하여 측정수치의 평균을 취하였다. 시료 중 존재할 가능성이 있는 산화형인 dehydro-ascobic acid(DAA)의 분석을 위해 시료를 10 mM dithiothreitol(DTT)로 환원처리 후 측정한 것을 산화형과 환원형의 총 ascorbic acid(AA)의 양으로 계산하였다.
- 항산화비타민 중 비타민 C의 분석은 시료 1 g에 증류수 5 mL를 가하여 5분간 초음파로 처리하여 추출한 액을 여과하여, 잔류물에 다시 증류수 5 mL를 가하여 같은 조작을 3회 반복하여 추출한 액을 모두 합하여 추출액의 전량을 20 mL로 한 것을 여과하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였으며, 같은 조작을 3회 반복하여 측정수치의 평균을 취하였다. 시료 중 존재할 가능성이 있는 산화형인 dehydro-ascobic acid(DAA)의 분석을 위해 시료를 10 mM dithiothreitol(DTT)로 환원처리 후 측정한 것을 산화형과 환원형의 총 ascorbic acid(AA)의 양으로 계산하였다. 이 때 HPLC(JASSCO, Japan) 분석조건은 stationary phase: CDS C18(250 mm, Thermo Separation Products), mobile phase : methanol/water(97:3), flow rate: 0.
- 5 mL/min, detector: λmax=254 nm이었다. 또한, 비타민 A와 E의 함량은 HPLC(Alliance 2690 Separation Module, Waters, USA)를 사용하여 분석하였다. 즉, 시료를 0.
- Catechin류 함량 분석: 시료의 카테킨류(EGC, EC, EGCG 및 ECG)의 함량은 Ikegaya 등(26)의 방법을 약간 변형하여 Fig. 1과 같이 시료를 전처리한 후 HPLC로 동시 분리·정량하였다.
- 6×250 mm, 5 μm, Waters, USA)을 사용하였으며, 이동상은 methanol : water(93:7, v/v, isocratic mode) 혼합액을 이용하여 분리하였다. 검출기는 474 fluorescence detector(형광검출기, Waters, USA)의 excitation과 emission 파장을 각각 340, 460 nm으로 고정하여 분석하였으며, 또한 photodiode array detector 996(Waters, USA)을 사용하여 200～800 nm의 범위에서 scanning하여 분석하였다. 한편, β-carotene 분석은 시료 1 g에 증류수 5 mL를 가한 후 ethyl ether와 petroleum ether 혼합용액(1:1) 10mL를 가하여 강하게 흔들어 준 후 상층액을 beaker에 취하였다.
- 추출된 용액을 증류 flask에 넣은 후 감압증류하여 용제를 제거시킨 후 acetone에 용해시켜 전량을 20 mL로 하였다. Acetone에 용해시킨 시료를 여과지로 여과한 후, 다시 HPLC용 여과지로 여과하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였으며, 같은 조작을 3회 반복하여 측정수치의 평균을 취하였다. 이 때 HPLC(JASSCO, Japan) 분석조건은 stationary phase: CDS C18(300 mm, Thermo Separation Products), mobile phase: acetone/ water(100:5), flow rate: 1 mL/min, detector: λ max=450 nm이었다.
- Rutin, quercetin 및 quercitrin: 괴각의 루틴 함량은 Ohara 등(25)의 방법을 응용하여 HPLC로 분석하였다. 즉, 시료 1 g을 메탄올 20 mL에 가한 다음 80℃ 수욕조에서 1시간 동안 환류 추출한 후 냉각하였다.
- 1과 같이 시료를 전처리한 후 HPLC로 동시 분리·정량하였다. 카테킨류 혼합용액 표준용액은 메틸알콜 : 물 : 0.2 M 인산완충액(pH 3.0)(3:15:2)으로 용해하여 EGC, EC, EGCG 및 ECG가 각각 100, 100, 100 및 200 ppm이 되도록 조제하였다. 시험용액 및 혼합표준용액을 각각 10 μL씩 HPLC에 주입하였으며 Peak 면적법으로 계산하였다.
- 수용성 항산화 물질 함량은 직접적인 방법으로 항산화분석기(Photochem, Analytik Jena AG, Germany)을 이용하여 비타민 C를 대조하여 비교하였다(27).
- 본 연구는 괴각을 대상으로 약이성 음식으로의 활용을 위한 가능성을 타진하고자 계획·수행되었다. 따라서 괴각의 영양성분 분석을 통한 식품영양학적 접근, 생리활성 기능을 기대할 수 있는 관련 물질 함량을 분석하였다. 식품영양학적 접근에서의 괴각의 일반성분은 건량기준으로 당질 75.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 괴각은 2003년에 재배된 것을 전주 금오당에서 구입하여 원광대학교 익산 한방병원에서 검증하여 사용하였다. 증류수로 가볍게 씻어 음지에서 말려서 일반성분 분석에 사용하였다.
이론/모형
- 괴각의 일반성분은 AOAC법(16)에 의하여 분석하였다. 즉, 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분 함량은 550℃에서 직접회화법을 이용하여 분석하였다.
- 괴각의 일반성분은 AOAC법(16)에 의하여 분석하였다. 즉, 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분 함량은 550℃에서 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 조단백질 함량은 micro-kjeldahl 법을 이용한 단백질 자동분석기(Kjeltec protein analyzer, Tecator, Sweden)로, 조지방 함량은 Soxhlet 법을 이용하여 분석하였다.
- 즉, 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분 함량은 550℃에서 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 조단백질 함량은 micro-kjeldahl 법을 이용한 단백질 자동분석기(Kjeltec protein analyzer, Tecator, Sweden)로, 조지방 함량은 Soxhlet 법을 이용하여 분석하였다. 총 당질 함량은 위의 측정치를 합한 값을 100에서 뺀 값으로 하였다.
- 총 식이섬유(total dietary fiber, TDF) 함량은 AOAC법(17)에 의한 효소중량법(enzymatic-gravimetric method)으로 분석하였다. 즉, 건조분말시료를 heat stable termamyl α-amylase로 액화시킨 다음 protease와 amyloglucosidase를 차례로 반응시켜 단백질과 전분을 가수분해시키고 용액 중의 수용성 식이섬유를 에탄올로 침전시켰다.
- 불용성 식이섬유(insoluble dietary fiber, IDF) 함량은 총 식이섬유 함량 분석법과 마찬가지로 효소중량법인 AOAC 법(18)으로 분석하였다. 즉, 건조분말시료를 총 식이섬유 분석법과 동일한 방법으로 효소적 가수분해 과정을 거친 후, 에탄올 처리를 하지 않고 미리 항량을 구해 놓은 crucible에 이 용액을 감압 여과하였다.
- 아미노산 함량은 AOAC법(19)에 따라 아미노산 분석기로 분석하였다. 즉, 시료 10 g을 냉각 아세톤으로 탈수시킨 후 60℃의 dry oven에서 여과지에 펴서 건조시키고 마쇄하였다.
- 무기질(Ca, P, Mg, K, Na, Fe, Zn, Cu, Mn) 함량은 AOAC법(20)에 의하여 분석하였다. 즉, 시료를 0.
- 41) 정용한다. 이렇게 여과된 여과액을 각 희석용액으로 적절한 농도로 희석한 후 Inductively Coupled Spectrometer(ICP, Lactam 8440, Plasma Lab., Astraila)를 이용한 유도결합 Plasma 방출분석법으로 분석하였으며, 분석조건은 Table 2와 같다.
- 괴각의 지방산 조성은 Folch법(21) 및 Morrison법(22) 등을 이용하여 GC로 분석하였다. 즉, 시료를 soxhlet 추출기로 24시간 지방을 추출한 후 BF3-methanol으로 methylation하여 가스액체크로마토그래피(HP 5890A gas chromatograph, USA)로 분석하였다(23,24).
- 시험용액 및 혼합표준용액을 각각 10 μL씩 HPLC에 주입하였으며 Peak 면적법으로 계산하였다.
성능/효과
- 45%이었다. 식이섬유 중 가용성과 불용성 식이섬유소 함량은 각각 1.09% 및 10.36%로 나타나 불용성 식이섬유소 함량이 높은 것으로 나타났다. 또한 괴각 100 g의 총 열량은 337.
- 한편 영양소의 함량을 평가하는 데는 실제적인 고형물의 함량이 중시되므로 wet weight basis보다는 dry weight basis가 효과적일 것으로 판단하여 괴각의 일반성분과 식이섬유소 함량을 건량기준으로 환산하여 Table 5의 괄호 안에 표시하였다. 그 결과 탄수화물 75.9%, 조단백 16.4%, 조지방 2.4% 및 조회분 5.2%로 나타났다. 따라서 괴각의 주된 성분은 대부분의 식물체의 구성성분인 탄수화물이며 탄수화물 중 식이섬유 함량이 약 15.
- 아미노산 조성: Table 5에 나타난 바와 같이 괴각 100 g(dry weight basis) 중에는 조단백질 함량이 16.40%이었고 Table 6과 같이 괴각의 구성아미노산의 종류는 총 18종이며, 이 중 asparagine과 tyrosine 함량이 가장 높은 함량을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 필수아미노산 함량은 괴각 100 g(wet weight basis)당 약 2.
- 40%이었고 Table 6과 같이 괴각의 구성아미노산의 종류는 총 18종이며, 이 중 asparagine과 tyrosine 함량이 가장 높은 함량을 차지하고 있는 것으로 나타났다. 필수아미노산 함량은 괴각 100 g(wet weight basis)당 약 2.3 g, 비필수아미노산 함량은 약 5.2 g으로써 필수아미노산과 비필수아미노산의 비율이 약 0.44이었다(Table 6).
- 35 mg) 순이었다. 미량영양소인 철분, 구리, 아연 및 망간 함량도 각각 16.45 mg, 1.05 mg, 2.84 mg 및 1.65 mg 함유되어 있는 것으로 분석되었다(Table 7).
- 31%로 구성되어 이 세 가지 지방산이 높은 조성 비율을 보였다. 총 포화지방산 24.94%, 단일불포화지방산 32.40% 및 다가불포화지방산 32.86%로 구성되어 있어 일반 식물 종자, 잎 및 줄기, 뿌리에서 보고된 지방산 조성보다 다가불포화지방산 함량이 높은 것이 특징이었다(Table 8).
- 유리당 함량: Table 9에는 괴각에서 분석된 glucose, fructose 및 maltose의 함량을 정리하였다. Fructose의 함량이 전체 유리당의 약 50%를 차지하고 있는 것으로 나타났다.
- 괴각에서 분석된 항산화비타민인 비타민 A, C, E 및 β-carotene 함량 중 비타민 C의 함량이 괴각 100 g당 약 2.4 g 정도로 가장 높은 함량을 나타났고, 비타민 E는 0.25 mg, 비타민 A는 0.04 mg, β-carotene은 0.07 mg 함유되어 있었다(Table 10).
- 괴각의 수용성 항산화물질 함량: 괴각의 물추출물 1 mL당 수용성 항산화물질의 함량은 4.95 μg 함유되어 있었으며 이는 mL당 1,560.96 mmol 비타민 C에 해당되는 항산화능력을 가지는 것으로 나타났다.
- 또한 혈관의 탄력 및 모세혈관 투과성에 관여하는 루틴의 함량이 1.78%를 차지하고 있었으며, 괴각의 물추출물 1 mL당 수용성 항산화물질의 함량은 4.95 μg 함유되어 있었으며 이는 mL당 비타민 C 1,560.96 mmol에 해당하는 항산화능력을 가지는 것으로 나타났다.
- 항산화 영양소로는 비타민 C, E 및 β-carotene과 망간, 아연, 구리 등의 미량영양소가 함유되어 있었으며 그 외 여러 기초 연구 등에서 항산화 활성이 보고된 flavonoids 및 catechin 화합물 등의 polyphenol이 함유되어 있었다. 비타민 중에서는 비타민 C의 함량이 가장 높게 나타났고(100 g당 약 2.4 g), 망간은 100 g당 1.65 mg, 아연은 2.84 mg 및 구리는 1.05 mg 함유되어 있었다. 또한 괴각 물 추출물 중의 수용성 항산화 물질이 1 mL당 4.
- 따라서 괴각의 영양성분 분석을 통한 식품영양학적 접근, 생리활성 기능을 기대할 수 있는 관련 물질 함량을 분석하였다. 식품영양학적 접근에서의 괴각의 일반성분은 건량기준으로 당질 75.9%, 조단백질 16.4%, 조지방 2.41% 및 조회분 5.2%이었고 괴각 100 g의 함유 열량은 337.3 kcal로 분석되었으며, 총 식이섬유소 함량은 건량기준으로 총 당질 중 11.45%이었고 수용성 및 불용성 식이섬유소 함량은 각각 1.09%, 10.36%로 나타났다. 또한, 총 18종의 아미노산으로 구성되었으며 필수아미노산과 비필수아미노산 함량은 각각 2,310.
- 36%로 나타났다. 또한, 총 18종의 아미노산으로 구성되었으며 필수아미노산과 비필수아미노산 함량은 각각 2,310.91 mg, 5,218.52 mg이었고, 무기질 중 칼륨의 함유량이 가장 높았고 그 다음이 칼슘, 인, 마그네슘 순으로 나타나 알칼리성 재료임을 알 수 있었으며, 지방산 함량의 경우 총 포화지방산 24.94%, 단일불포화지방산 32.40% 및 다가불포화지방산 32.86%로 구성되어 있어 다른 식물류에 비해 불포화지방산의 함량이 높은 것으로 나타났다. 괴각의 생리활성 물질의 분석에서는 생리활성 작용이 기대되는 항산화비타민의 경우 비타민 C의 함량이 가장 높아 혈관의 탄력성 증진에 관여하리라 생각된다.
- 카테킨류의 함량: Table 11에는 괴각에 함유된 카테킨류의 함량을 분석하였다. 총 카테킨 화합물 중 (-)-epigallocatechin 3-gallate 함량이 0.92%로 가장 높았고 그 다음에는 (-)-epicatechin 3-gallate이 0.40%이었고, (-)-epicatechin와 (-)-epigallocatechin의 함량도 각각 0.30%, 0.08% 함유된 것으로 분석되었다(Table 11). 괴각의 카테킨이 환원작용, 금속이온 봉쇄작용 등에 의하여 항산화성을 나타내는 폴리페놀성 화합물이기 때문에 지질 과산화에 의한 생체의 순환기장애와 발암 및 노화억제 등과 같은 생체조절 물질로서 이용될 가능성이 있으리라 사료된다.
후속연구
- 그러나 식물자원을 이용한 건강기능식품의 제조·사용이 늘어나고 있는 만큼 고가의 비용과 효능에 대한 논란 및 형태의 제한 등이 맹점으로 대두되면서(12), 국민의 건강과 복지를 위해서는 또 다른 대안이 요구되고 있다. 따라서 식품의 3차 기능은 물론 영양 가치와 기호성이 동시에 충족될 수 있으며 과학적인 근거를 바탕으로 접근한 경제적인 약이성 식품 또는 음식이 대안 중의 하나가 될 수 있으며 이 분야의 연구가 필요하리라 생각된다.
- 08% 함유된 것으로 분석되었다(Table 11). 괴각의 카테킨이 환원작용, 금속이온 봉쇄작용 등에 의하여 항산화성을 나타내는 폴리페놀성 화합물이기 때문에 지질 과산화에 의한 생체의 순환기장애와 발암 및 노화억제 등과 같은 생체조절 물질로서 이용될 가능성이 있으리라 사료된다.
- 본 연구에서 분석된 괴각의 영양성분은 다른 연구자들에 의해 보고된 자료가 없어 비교·고찰할 수 없으나 전체적인 영양성분 구성으로 보아 식물성 식품으로서의 활용하기 위한 기준은 갖추어졌다고 사료된다.
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