본 연구는 국내에서 개발된 베타-카로틴 강화 유전자변형 벼(GM 벼)와 그 모종 벼인 낙동벼(non-GM 벼)로부터 쌀(현미, 백미)의 일반성분, 베타-카로틴, 지방산, 아미노산, 무기질 함량을 분석하여 유전자변형 쌀에서 주요 영양성분 조성에 차이가 있는지를 비교하기 위해 수행되었다. GM 쌀은 non-GM 모종 쌀과 일반성분 함량이 유사하였고 GM 쌀 100 g당 약 0.2 mg의 베타-카로틴을 함유하는 것으로 분석되었다. GM 쌀의 지방산 조성은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 지방산 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었으며 non-GM 쌀과 전체적인 지방산 조성이 유사한 것으로 나타났다. GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다. 베타-카로틴 강화 유전자변형 쌀은 의도한 바의 베타-카로틴이 쌀의 종실에 생합성 됨과 함께 쌀의 일반성분, 지방산, 아미노산 및 무기질 함량에는 별 다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
본 연구는 국내에서 개발된 베타-카로틴 강화 유전자변형 벼(GM 벼)와 그 모종 벼인 낙동벼(non-GM 벼)로부터 쌀(현미, 백미)의 일반성분, 베타-카로틴, 지방산, 아미노산, 무기질 함량을 분석하여 유전자변형 쌀에서 주요 영양성분 조성에 차이가 있는지를 비교하기 위해 수행되었다. GM 쌀은 non-GM 모종 쌀과 일반성분 함량이 유사하였고 GM 쌀 100 g당 약 0.2 mg의 베타-카로틴을 함유하는 것으로 분석되었다. GM 쌀의 지방산 조성은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 지방산 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었으며 non-GM 쌀과 전체적인 지방산 조성이 유사한 것으로 나타났다. GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다. 베타-카로틴 강화 유전자변형 쌀은 의도한 바의 베타-카로틴이 쌀의 종실에 생합성 됨과 함께 쌀의 일반성분, 지방산, 아미노산 및 무기질 함량에는 별 다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
This study was conducted to analyze nutrient composition of a genetically modified $\beta$-carotene biofortified rice (GM rice), developed by the Rural Development Admistration in Korea. The nutritional constituents of GM rice were compared with those of the parental rice cultivar 'Nakdon...
This study was conducted to analyze nutrient composition of a genetically modified $\beta$-carotene biofortified rice (GM rice), developed by the Rural Development Admistration in Korea. The nutritional constituents of GM rice were compared with those of the parental rice cultivar 'Nakdong' as a non-GM control to access nutritional equivalence. Proximate components (moisture, starch, protein, lipid, and ash) of the GM rice were similar to those of the conventional non-GM rice. $\beta$-Carotene contents of GM brown and milled rice were 2.35, 2.03 ${\mu}g/g$(d.b.), respectively. There were no significant differences between the GM and non-GM rice with respect to most of their nutrient composition, despite minor differences in most amino acids and minerals. This result demonstrated that the nutritional composition of this GM rice would be equivalent to that of the parental non-GM rice without major changes in its chemical contents.
This study was conducted to analyze nutrient composition of a genetically modified $\beta$-carotene biofortified rice (GM rice), developed by the Rural Development Admistration in Korea. The nutritional constituents of GM rice were compared with those of the parental rice cultivar 'Nakdong' as a non-GM control to access nutritional equivalence. Proximate components (moisture, starch, protein, lipid, and ash) of the GM rice were similar to those of the conventional non-GM rice. $\beta$-Carotene contents of GM brown and milled rice were 2.35, 2.03 ${\mu}g/g$(d.b.), respectively. There were no significant differences between the GM and non-GM rice with respect to most of their nutrient composition, despite minor differences in most amino acids and minerals. This result demonstrated that the nutritional composition of this GM rice would be equivalent to that of the parental non-GM rice without major changes in its chemical contents.
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문제 정의
본 연구는 국내에서 개발된 베타-카로틴 강화 유전자변형 벼(GM 벼)와 그 모종 벼인 낙동벼(non-GM 벼)로부터 쌀(현미, 백미)의 일반성분, 베타-카로틴, 지방산, 아미노산, 무기질 함량을 분석하여 유전자변형 쌀에서 주요 영양성분 조성에 차이가 있는지를 비교하기 위해 수행되었다. GM 쌀은 non-GM 모종 쌀과 일반성분 함량이 유사하였고 GM 쌀 100 g당 약 0.
본 연구에서는 국내에서 개발된 유전자변형 베타-카로틴 생합성 벼의 식품 안전성 평가의 일환으로 모종 벼인 낙동벼와 함께 쌀의 주요 영양성분 함량을 비교 분석하고자 하였다.
제안 방법
실험에 사용한 쌀 시료는 모종인 낙동벼와 수원과 군위에서 재배한 유전자변형 베타-카로틴 강화 벼로서 농촌진흥청 국립농업과학원 생물안전성과에서 제공받아 사용하였다. 냉장보관 한 벼를 제현기(Satake rice machine Type THU, Satake Engineering Co., Tokyo, Japan)로 처리하여 왕겨를 분리하고 현미를 제조하였으며, 이 현미를 도정기(Testing rice mill VP-31T, Fujihara Factory, Tokyo, Japan)로 도정하여 백미를 제조하였다. 현미와 백미는 0.
이렇게 얻어진 석유에테르층을 250 mL 용량의 지방수기에 옮겨 40℃ 온도에서 감압농축 하여 건고시킨 후 10 mL 이소프로판올을 가하여 0.2 μm membrane filter로 여과한 시험용액으로 하였으며, HPLC를 사용하여 베타-카로틴 및 토코페롤을 분석하였다.
회화된 시료에 증류수 10방울 정도를 떨어뜨린 다음 묽은 질산용액(질산 : 증류수＝1:1, v/v) 3 mL를 넣고 열판에서 가열하여 질산을 휘발시켜 완전하게 건조시켰다. 이를 450℃ 전기회화로에서 1시간 동안 회화시킨 다음 방냉하고 다시 도가니에 묽은 염산용액(염산 : 증류수＝1:1, v/v) 10 mL를 천천히 가하여 회화된 시료를 녹인 후 HPLC용 증류수를 이용하여 50 mL로 정용한 다음, 무회분 여과지로 여과한 용액을 ICP-AES(Horiba Jobin-Yvon JY Activa, France)에 주입하여 분석하였다.
반응이 끝나면 시료가 든 튜브에 포화식염수 3 mL을 넣고 5초간 가볍게 흔들어준 후 이소옥탄층을 뽑아 무수황산나트륨을 이용하여 탈수시켰다. 탈수된 지방산 메틸 에스테르 시험액을 받아 Gas Chromatography(Hewlett-Packard 6890 series, USA)에 주입하여 분석하였다. 이때 분석조건으로 column은 HPFFAP(30 m×0.
대상 데이터
본 실험에 사용한 쌀은 현미와 백미의 아미노산 함량이 Glu>Asp>Arg>Leu>Val 순으로 보고한 결과(20)와 유사하였다.
실험에 사용한 쌀 시료는 모종인 낙동벼와 수원과 군위에서 재배한 유전자변형 베타-카로틴 강화 벼로서 농촌진흥청 국립농업과학원 생물안전성과에서 제공받아 사용하였다. 냉장보관 한 벼를 제현기(Satake rice machine Type THU, Satake Engineering Co.
25 μm)를 사용하여 column 초기온도 100℃에서 2분간 유지시킨 후 4℃/min의 속도로 230℃까지 승온시킨 후 230℃에서 20분간 유지하였다. 주입구 온도는 230℃, 검출기는 FID(Flame Ionized Detector, 250℃), 그리고 운반기체는 He(1.5 mL/min)을 사용하였다.
, Tokyo, Japan)로 처리하여 왕겨를 분리하고 현미를 제조하였으며, 이 현미를 도정기(Testing rice mill VP-31T, Fujihara Factory, Tokyo, Japan)로 도정하여 백미를 제조하였다. 현미와 백미는 0.5 mm screen을 사용한 Cyclotec 1093 Sample Mill(Tecator, Hoganas, Sweden)로 분쇄하여 분석용 시료로 사용하였다.
이론/모형
쌀 시료의 수분, 조단백, 조회분, 전분 함량은 각각 AACC 방법(13) 44-15A, 46-13, 08-01, 76-1에 의해 분석하였으며, 조지방 함량은 AOAC Soxhlet 방법(14)에 의해 분석하였다.
2 μm membrane filter로 여과하였다. 여액 2 mL를 취해 25 mL로 정용한 후 이를 AccQ-Tag 방법(15)으로 유도체화시킨 다음 아미노산 분석기를 이용하여 아미노산을 분석하였다. 이때 column은 Nova-Pak C18(3.
이때 column은 Nova-Pak C18(3.9×150 mm, Waters, USA)을 사용하였으며, 주입량은 10 μL, column 온도는 30℃, 검출기는 fluorescence(Ex: 250 nm, Em: 395 nm), 이동상은 0.14 M sodium acetate(A), 60% acetonitrile(B)를 사용하여 gradient법으로 분석하였다.
성능/효과
GM 백미에 함유되어 있는 아미노산 함량은 glutamic acid가 1,151 mg%로 가장 높았으며 Asp(570 mg%)>Arg(535 mg%)>Leu(505 mg%)>Ala(364 mg%)>Ser(353 mg%)>Val(345 mg%) 순으로 나타났다. GM 백미는 non-GM 백미에 비해 cystein을 제외한 모든 아미노산의 함량이 약간 높았으나 GM과 non-GM 백미간 아미노산 함량의 유의적인 차이는 없는 것으로 판단되었다. 한편 현미의 아미노산 함량은 백미에 비해 다소 증가하였다.
GM 백미에 함유되어 있는 아미노산 함량은 glutamic acid가 1,151 mg%로 가장 높았으며 Asp(570 mg%)>Arg(535 mg%)>Leu(505 mg%)>Ala(364 mg%)>Ser(353 mg%)>Val(345 mg%) 순으로 나타났다.
27%와 유사하였다. GM 백미의 경우 전분함량은 72.25%, 조단백 6.46%, 조지방 0.95%, 조회분 1.12%로 현미에 비해 전분함량이 증가한 반면 조단백, 조지방, 조회분 함량은 다소 감소하였으며 non-GM 백미와는 별 차이를 보이지 않았다. Juliano와 Bechtel(4)에 의하면 쌀의 일반성분 함량이 현미는 단백질 7.
3 mg% 순으로 함량이 높았으며 그 다음으로 Na, Ca, Zn, Fe의 순으로 나타났다. GM 백미의 무기질 함량은 P 143.8 mg%, K 102.3 mg%, Mg 40.8 mg% 순으로 대부분을 차지했고 그 다음으로 Na, Ca, Zn, Fe의 순으로 non-GM 백미와 같은 순서였으며 Fe 함량을 제외하고 무기질의 함량이 non-GM 백미에 비해 약간 높게 나타났다.
국내산 쌀의 지방산 조성은 oleic, linoleic, palmitic acid를 포함하여 3종의 지방산 비율이 높아 대부분을 차지하며 품종에 따라 oleic acid 또는 linoleic acid가 가장 높은 비율로 나타난다고 보고한 바(16,17)와 유사하였다. GM 백미의 포화지방산(saturated fatty acid; SFA) 함량의 비율은 palmitic acid가 16.6%로 전체 포화지방산(20.2%)의 대부분을 차지하고 있으며 총 불포화지방산(unsaturated fatty acid; USFA)은 79.8%로 oleic acid와 linoleic acid가 각각 40.5%, 37.2%로 총지방산 중 가장 높은 비율을 차지하고 있었다. 본 연구결과에서 GM 백미와 non-GM 백미의 전체적인 지방산 조성은 유사한 것으로 나타났다.
본 연구는 국내에서 개발된 베타-카로틴 강화 유전자변형 벼(GM 벼)와 그 모종 벼인 낙동벼(non-GM 벼)로부터 쌀(현미, 백미)의 일반성분, 베타-카로틴, 지방산, 아미노산, 무기질 함량을 분석하여 유전자변형 쌀에서 주요 영양성분 조성에 차이가 있는지를 비교하기 위해 수행되었다. GM 쌀은 non-GM 모종 쌀과 일반성분 함량이 유사하였고 GM 쌀 100 g당 약 0.2 mg의 베타-카로틴을 함유하는 것으로 분석되었다. GM 쌀의 지방산 조성은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 지방산 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었으며 non-GM 쌀과 전체적인 지방산 조성이 유사한 것으로 나타났다.
GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다.
2 mg의 베타-카로틴을 함유하는 것으로 분석되었다. GM 쌀의 지방산 조성은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 지방산 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었으며 non-GM 쌀과 전체적인 지방산 조성이 유사한 것으로 나타났다. GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다.
GM 현미와 non-GM 현미의 무기질 함량은 각각 P 313.6, 307.2 mg%, K 237.7, 238.3 mg%, Mg 105.8, 101.8 mg%, Na 23.5, 15.5 mg%, Ca이 15.8, 12.0 mg%였으며 Fe, K를 제외하고 GM 현미에서 약간 높게 나타났다. 현미의 무기질 함량은 백미에 비해 높았는데, 특히 P, K, Mg는 백미보다 2배 이상의 높은 함량으로 분석되었다.
GM 현미의 지방산 조성은 백미의 경우와 유사한 경향을 보여주었다. GM 현미와 non-GM 현미의 총 불포화지방산 함량 비율은 각각 80.6%, 80.8%로 거의 일치하였으며 백미의 총 불포화지방산 조성보다는 약간 높게 나타났다. 베타카로틴 강화 GM 쌀 백미와 현미의 USFA/SFA의 비율은 각각 3.
GM 현미의 토코페롤 함량은 1.53 μg/g으로 non-GM 현미보다 낮았으나 GM 백미의 경우에는 0.35 μg/g으로 non-GM 백미보다 약간 증가한 것으로 분석되었다.
GM 쌀과 non-GM 쌀의 7개 무기질 원소에 대한 함량을 분석한 결과는 Table 5와 같다. Non-GM 백미의 무기질 함량은 P 126.3 mg%, K 90.5 mg%, Mg 33.3 mg% 순으로 함량이 높았으며 그 다음으로 Na, Ca, Zn, Fe의 순으로 나타났다. GM 백미의 무기질 함량은 P 143.
또한 지금까지 국내산 쌀의 일반성분에 관한 연구결과에서 쌀은 품종 및 환경적인 요인에 따라 일반성분의 함량에 차이가 있으나 현미는 단백질 6.2∼9.1%, 조지방 1.6∼2.8, 조회분 1.2∼1.5% 범위이고 백미는 단백질 5.0∼8.8%, 조지방 0.4∼1.3%, 조회분 0.3∼0.9% 범위로 보고한(16,17) 바와 비교할 때 본 실험의 베타-카로틴 강화 GM 쌀은 국내산 일반 쌀의 일반 성분 함량 범위 내에 있는 것으로 분석되었다.
쌀에 함유되어 있는 지방산으로서 myristic acid, palmitic acid, palmitoleic acid, stearic acid, oleic acid, linoleic acid, linolenic acid, arachidonic acid, gadoleic acid, behenic acid, lignoceric acid를 분리할 수 있었다. 백미의 지방산 조성은 GM 쌀과 non-GM 쌀 모두에서 oleic acid와 linoleic acid가 비슷한 수준으로 가장 높았으며 palmitic acid를 포함하여 이 3종의 지방산이 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었다. 나머지 지방산으로 stearic acid, linolenic acid 순(3∼4%)으로 조성되었으며 그 외에도 myristic, palmitoleic, arachidic, gadoleic, behenic, lignoceric acid가 소량 함유되어 있었다.
GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다. 베타-카로틴 강화 유전자변형 쌀은 의도한 바의 베타-카로틴이 쌀의 종실에 생합성 됨과 함께 쌀의 일반성분, 지방산, 아미노산 및 무기질 함량에는 별 다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
본 실험에 사용한 GM 쌀의 베타-카로틴 함량은 Ye 등(5)이 개발한 golden rice 1의 carotenoid 함량인 1.6 μg/g에 비해 높았으나 Paine 등(8)에 의해 개발된 golden rice 2(약 31 μg/g)에 비해서는 낮은 함량을 포함하는 것으로 나타났다.
본 실험에 사용한 GM 현미와 백미의 베타-카로틴 함량은 각각 2.35, 2.03 μg/g으로 분석되었으며, 현미뿐만 아니라 도정한 백미의 배유에도 비슷한 함량의 베타-카로틴이 생합성 되어 있음을 알 수 있었다.
2%로 총지방산 중 가장 높은 비율을 차지하고 있었다. 본 연구결과에서 GM 백미와 non-GM 백미의 전체적인 지방산 조성은 유사한 것으로 나타났다.
한편 현미의 아미노산 함량은 백미에 비해 다소 증가하였다. 전체적으로 GM 쌀에 함유된 아미노산의 함량은 glutamic acid, aspartic acid와 같은 산성아미노산의 함량이 높게 나타났고 arginine, leucine, alanine, serine의 순이었다. 또한 histidine, cystein은 낮은 수준으로 포함되었으며 methionine의 함량이 가장 낮게 나타났다.
본 실험에 사용한 쌀은 현미와 백미의 아미노산 함량이 Glu>Asp>Arg>Leu>Val 순으로 보고한 결과(20)와 유사하였다. 총 아미노산 함량은 GM 백미에서 6.38 g/100 g, non-GM 백미에서 5.99 g/100 g이었으며, GM 현미 6.66 g/100 g, non-GM 현미 6.29 g/100 g으로 GM 쌀에서 약간 높게 분석되어 조단백질 함량의 분석결과와 유사한 경향이었다.
총 토코페롤 함량은 non-GM 현미와 백미에서 각각 3.10, 0.16 μg/g을 함유하는 것으로 분석되었다.
0 mg%였으며 Fe, K를 제외하고 GM 현미에서 약간 높게 나타났다. 현미의 무기질 함량은 백미에 비해 높았는데, 특히 P, K, Mg는 백미보다 2배 이상의 높은 함량으로 분석되었다. GM 현미와 non-GM 현미 모두에서 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며 이는 국내산 쌀의 무기질 함량을 분석한 연구결과(21,22)와 유사한 경향이었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
쌀은 어떤 곡류인가?
쌀은 전 세계 인구의 반 이상이 주식으로 이용하는 중요한 에너지원이 되는 곡류이다. 그러나 쌀은 주로 도정하여 백미로 섭취하며 백미의 경우 Fe, Zn, vitamin E와 vitamin A와 같은 여러 가지 필수 미량영양소가 부족하다(4).
제2세대 황금쌀의 특징은?
황금쌀은 Japonica 쌀 품종에 수선화(Narcissus pseudonarcissus)의 phytoene synthase(PSY) 유전자와 세균 Erwinia uredovora의 phytoene desaturase(CrtI) 유전자를 삽입함으로써 최초로 재조합되었으며(5), 이어서 Indica 쌀 품종에도 적용되었다(6,7). 그 후 옥수수 PSY 유전자를 선택하여 최초 개발된 황금쌀에 비해 carotenoid 함량이 약 20배 정도 증가된 제2세대 황금쌀이 개발되었다(8). 국내에는 최근 농촌진흥청 국립농업과학원에서 다양한 숙과색의 고추(Capsicum)로부터 carotenoid의 생합성 조절기작을 규명하고(9), 고추 carotenoid 대사관련 다중유전자를 동시발현기술(10)에 의해 쌀의 배유부위에 발현시킨 베타-카로틴 생합성 벼를 개발하였다.
베타-카로틴 강화 유전자변형 벼와 그 모종 벼의 주요 영양성분 조성을 비교한 결과는?
본 연구는 국내에서 개발된 베타-카로틴 강화 유전자변형 벼(GM 벼)와 그 모종 벼인 낙동벼(non-GM 벼)로부터 쌀(현미, 백미)의 일반성분, 베타-카로틴, 지방산, 아미노산, 무기질 함량을 분석하여 유전자변형 쌀에서 주요 영양성분 조성에 차이가 있는지를 비교하기 위해 수행되었다. GM 쌀은 non-GM 모종 쌀과 일반성분 함량이 유사하였고 GM 쌀 100 g당 약 0.2 mg의 베타-카로틴을 함유하는 것으로 분석되었다. GM 쌀의 지방산 조성은 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid가 지방산 전체의 94% 이상으로 거의 대부분을 차지하고 있었으며 non-GM 쌀과 전체적인 지방산 조성이 유사한 것으로 나타났다. GM 쌀의 아미노산은 Asp>Arg>Leu>Ala>Ser>Val 순으로 그 함량이 높았고 무기질 함량은 P>K>Mg>Na>Ca>Zn>Fe의 순이었으며, non-GM 쌀에 비해 대부분의 아미노산과 무기질 함량이 약간 높은 수치로 측정되었지만 유의적인 차이는 없는 것으로 평가되었다. 베타-카로틴 강화 유전자변형 쌀은 의도한 바의 베타-카로틴이 쌀의 종실에 생합성 됨과 함께 쌀의 일반성분, 지방산, 아미노산 및 무기질 함량에는 별 다른 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
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