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문제 정의
- 본 연구에서는 LED를 이용한 특정 파장 광질의 처리 및 스트레스 유도 화합물들이 콩나물 재배 시 콩나물의 상품성에 중요한 요인 중 하나인 강도 및 유리 아미노산, 특히 뇌건강 활성 및 혈류 개선에 도움을 주는 GABA 함량 증진에 영향을 미치는 정도를 규명하고자 하였다.
제안 방법
- 6일간 재배한 콩나물의 배축 (줄기)의 견고성을 측정하였다. 견고성은 콩나물 자엽의 아래쪽 1.
- 6일간 재배한 콩나물의 배축 (줄기)의 견고성을 측정하였다. 견고성은 콩나물 자엽의 아래쪽 1.5 cm 지점 (hypocotyl 을 벗어난 지점)으로부터 뿌리 위쪽 2~3 cm정도의 길이로 잘라 각 처리당 Rheometer (Compac‐100II, Sun Scientific Co., Japan)를 이용하여 5반복으로 측정하였다 (Hwang and Park, 2011). 측정조건으로는 plunger type을 이용하여 Hardness test (test speed 120 mm/sec; load cell, 10 kg)를 수행하였다.
- 발아 container는 검은색 아크릴 판을 이용하여 파장 별로 칸막이된 LED 상자 내에서 재배 기간 동안 각각 암실, 380 nm, 440 nm, 470 nm, 660 nm 파장의 LED 광질을 처리하였다. 관수는 1일에 2~3회 정도 발아 container에 증류수를 직접 첨가해주었으며, 스트레스 유도 화합물 처리 군은 증류수 대신 각각 1 mM 농도의 ethephon과5 mM H2O2 용액을 첨가하여 암실에서 재배하였다. 콩나물의 재배는 25℃의 항온 항습실에서 총 6일간 수행되었다.
- 5 cm)에 paper towel을 깔고 적실 정도의 증류수를 부어 준 뒤 각각 75 립씩 완전 임의 배치법으로 치상하여 실시하였다. 발아 container는 검은색 아크릴 판을 이용하여 파장 별로 칸막이된 LED 상자 내에서 재배 기간 동안 각각 암실, 380 nm, 440 nm, 470 nm, 660 nm 파장의 LED 광질을 처리하였다. 관수는 1일에 2~3회 정도 발아 container에 증류수를 직접 첨가해주었으며, 스트레스 유도 화합물 처리 군은 증류수 대신 각각 1 mM 농도의 ethephon과5 mM H2O2 용액을 첨가하여 암실에서 재배하였다.
- 원심분리된 시료의 상층액을 0.2 μm 필터를 통하여 여과한 후, 총 0.4 mL 여과된 샘플을 새 Eppendorf 튜브로 옮기고, 미리 여과시켜 둔 3%의 TCA 1.6 mL를 첨가 하였다(총 2 mL).
- 유리 아미노산 분석을 위하여, 단백질 제거를 위하여 trichloroacetic acid를 이용하는 방법 (Aristoy and Toldra, 1991)을 약간 변경하여 이용하였다. 동결 건조한 콩나물 시료 1g을 막자사발을 이용하여 잘게 빻아 가루 형태로 만든 후, 20 mL의 3% TCA (Trichloroacetic acid)에 녹인 후 진탕혼합하였다.
- 6 mL를 첨가 하였다(총 2 mL). 유리 아미노산은 L‐8900 Amino acid analyzer (Hitachi, Japan)로 분석하였다.
- , Japan)를 이용하여 5반복으로 측정하였다 (Hwang and Park, 2011). 측정조건으로는 plunger type을 이용하여 Hardness test (test speed 120 mm/sec; load cell, 10 kg)를 수행하였다.
- 콩나물의 발아는 플라스틱 container (10.5 cm × 25 cm × 3.5 cm)에 paper towel을 깔고 적실 정도의 증류수를 부어 준 뒤 각각 75 립씩 완전 임의 배치법으로 치상하여 실시하였다.
대상 데이터
- 콩나물 종자는 소립품종인 풍산콩(2008년산)을 영남대학교 생명공학과에서 분양 받아 콩의 형태, 종피색 및 크기가 다른 것을 제거한 후 시험재료로 사용하였다. 실험 과정 중 발생할 병원균의 오염을 막기 위해 종자를 70% Ethanol에 흔들어 소독한 후 증류수로 거품이 나지 않을 때까지 반복하여 세척하였다.
성능/효과
- 440 nm 처리군에서는 특이하게도 스트레스 유도 화합물 처리군에서 모두 감소한 glutamate가 1.50배로 가장 크게 증가하였고, β‐ alanine이 1.34배 증가하였다.
- Ethephon 처리군에서는 β-alanine이 2.01배로 가장 크게 증가하였으며, isoleucine이 15.3배, phenylalanine이 1.51배, aspartate가 1.50배, histidine이 1.44배 증가하였고, 0.76배로 감소한 glutamate과 0.85배로 감소한 tryptophan 을 제외한 그 밖의 모든 아미노산에서 1.11∼1.39배 사이의 증가를 보였다.
- 62 mg/g 에 비해 모두 증가하였다. Ethephon과 H2O2를 처리했을 때의 총 아미노산 함량은 대조군에 비해 각각 129.43 mg/g과 121.38 mg/g으로 모두 약 1.48배와 1.39배의 증가를 보였다(Table 1).
- 46 mg/g으로 증가하였다. GABA는 ethephon 처리시 9.90 mg/g으로 가장 크게 증가하였고, H2O2 처리 시 8.69 mg/g, 470 nm 처리시 8.50 mg/g, 그리고 440 nm 파장 처리시 8.46 mg/g으로 증가하였다.
- 식물에 스트레스 유발 물질인 ethephon 처리 군에서는 콩나물 생장의 저하로 강도 측정이 불가능 했던 반면, H2O2 처리군은 정상적인 신장을 보였고, 강도 측정 결과 평균 1,150 g로 대조군과 큰 차이를 보이지 않았다. 강도 측정 결과 다양한 파장의 빛이 콩나물의 강도와 엽록소 양을 증가시켰으며, 증가된 강도에 의해 더 질긴 식감을 줄 수 있다.
- 미량 아미노산의 처리 별 함량의 변화를 비교 해 보면, 전체적으로 ethephon 처리군 에서 아미노산 증가율이 가장 우수 했으며, 470 nm와 440 nm 처리군에서도 우수했다. Ethephon 처리군에서는 β-alanine이 2.
- 식물에서 GABA는 현미, 발아현미, 녹차, 뽕잎 등에 높은 함량으로 포함되어 있는 것이 밝혀져 있으나, 이러한 자연 상태에서의 식물체 GABA 함유량으로는 약리작용을 발휘하기에 부족하여, 저온, 혐기성, 기계적 자극 등을 통한 GABA 함량을 증진시키려는 노력들이 시도되고 있다 (Bown and Shelp, 1997; Kinnersley and Turan, 2000). 본 실험을 통하여 에틸렌 가스의 전구체인 ethephon을 처리 했을 때 GABA 함량이 40% 높이 증대되는 것이 보여지며, 콩나물에서 GABA 함량 증대를 위해서 에틸렌 신호 전달 과정이 효율적으로 이용될 수 있는 가능성을 보여준다. 또한 화학적 방법인 스트레스 유도 물질과 더불어 470, 440 nm 파장만을 집중적으로 조사할 경우에도 GABA 함량이 약 20%증가된 것은, 친환경적이며 소비자의 반감이 적은 물리적 방법인 특정 파장 처리에 의해 콩나물에서 GABA 함량을 조절할 수 있음을 나타낸다.
- 2). 식물에 스트레스 유발 물질인 ethephon 처리 군에서는 콩나물 생장의 저하로 강도 측정이 불가능 했던 반면, H2O2 처리군은 정상적인 신장을 보였고, 강도 측정 결과 평균 1,150 g로 대조군과 큰 차이를 보이지 않았다. 강도 측정 결과 다양한 파장의 빛이 콩나물의 강도와 엽록소 양을 증가시켰으며, 증가된 강도에 의해 더 질긴 식감을 줄 수 있다.
- 암실에서 6일간 길러진 콩나물에서 추출한 아미노산의 성분 별 비율은 60.62 mg/g 농도의 asparagine이 총 아미노산 함량의 69.19 %로 가장 많은 양을 차지했고, 그 다음으로 GABA가 7.06 mg/g 농도로 8.06%를, arginine, lysine, glycine 순으로 각각 총 아미노산 함량의 5.54%, 2.68%, 2.37%를 차지하였다(Fig. 3). 총 유리아미노산 중에서 가장 많은 비율을 차지하고 있는 asparagine과 GABA의 처리 별 함량의 변화를 살펴보면, 암실에 길렀을 때보다 440 nm, 470 nm, ethephon, H2O2 처리에 의해 증가하는 양상을 보였다 (Fig.
- 3). 이러한 GABA는 암실에 기른 콩나물에서도 상대적으로 높은 함량을 보여 7.06 mg/g의 양을 보였지만, 외부 특정 광원인 470, 440 nm 파장에 대해서 약 20% 이상의 증가율을 보였다. 또한 식물에 스트레스 유발 물질인 ethephon을 처리했을 경우에는 약 40%나 증가된 양을 나타내었다(Table 1).
- 이러한 모든 결과들을 종합하면, 콩나물의 풍미와 영양 성분에 관여하는 유리 아미노산과 식미와 관여하는 강도는 단일 파장의 빛과 식물 스트레스 유발 물질에 의해서 증가되었다. 건강에 유익한 페놀 성분과 아이소플라빈이 콩나물에서 빛을 조사할 때 증가되는 것이 밝혀졌으나(Kim et al.
- 3). 총 유리아미노산 중에서 가장 많은 비율을 차지하고 있는 asparagine과 GABA의 처리 별 함량의 변화를 살펴보면, 암실에 길렀을 때보다 440 nm, 470 nm, ethephon, H2O2 처리에 의해 증가하는 양상을 보였다 (Fig. 4). Asparagine은 470 nm 처리 시 98.
- 이들 콩나물은 6일 동안 서서히 계속 생장하였으나, 노화 및 성숙 유전자인 에틸렌을 생성하게 하는 ethephon의 경우에 생장을 저해하였다. 콩나물의 강도는 상품성을 평가하는 데에 주된 요인으로 작용하는데, 암실에서 6일 동안 자란 콩나물이 평균 1,006 g였던 반면에, 360 nm 파장에서 자란 것이 1,782 g, 440 nm에서 1,776 g, 660 nm에서 1,698 g였으며, 470 nm에서 자란 것이 평균 2,152 g로 가장 강도가 높았다(Fig. 2). 식물에 스트레스 유발 물질인 ethephon 처리 군에서는 콩나물 생장의 저하로 강도 측정이 불가능 했던 반면, H2O2 처리군은 정상적인 신장을 보였고, 강도 측정 결과 평균 1,150 g로 대조군과 큰 차이를 보이지 않았다.
- 콩나물의 유리 아미노산 함량을 비교한 결과, 암실에서 기른 콩나물에 비해 LED 광원 처리군과 스트레스 유도 화합물 처리 군에서 대부분의 유리 아미노산 함량이 증가하였다(Table 1). 파장 별 총 유리 아미노산 함량을 비교한 결과, 380 nm 파장을 처리한 콩나물은 건조된 gram중 당 88.
- 콩나물의 유리 아미노산 함량을 비교한 결과, 암실에서 기른 콩나물에 비해 LED 광원 처리군과 스트레스 유도 화합물 처리 군에서 대부분의 유리 아미노산 함량이 증가하였다(Table 1). 파장 별 총 유리 아미노산 함량을 비교한 결과, 380 nm 파장을 처리한 콩나물은 건조된 gram중 당 88.61 mg, 440 nm 파장을 처리한 콩나물은 104.95 mg/g, 470 nm를 처리한 콩나물은 131.49 mg/g, 660 nm 파장을 처리한 콩나물은 95.08 mg/g 로 암실에서 기른 콩나물 87.62 mg/g 에 비해 모두 증가하였다. Ethephon과 H2O2를 처리했을 때의 총 아미노산 함량은 대조군에 비해 각각 129.
후속연구
- , 2006), 유리 아미노산과 GABA가 특정 파장의 빛에 의해서 증가된다는 것은 최초의 보고이다. 콩나물은 한국 국민들에게 대중적인 식재료로서 이러한 단일 파장의 빛을 이용하여 효과적으로 GABA를 비롯한 다양한 영양 성분을 증대시키는 연구가 차후 요망된다.
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