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문제 정의
- 따라서 연구는 최근 각광을 받고 있는 sprout에 대하여 기능성 상품으로서의 개발 연구의 일환으로, sprout의 재배에 있어서 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 첨가한 재배용수로 발아시킨 다양한 sprout에 대하여 강력한 항산화 효과가 알려져 있는(Bendich 등 1986; Yiin & Lim 1998; Tapiero 등 2003) 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 변화와 함께 항산화 활성 변화도 실험하여 기능성이 강화된 새로운 sprout로서의 개발 가능성을 검토하고자 하였다.
제안 방법
- 0.1 M의 초산 완충액(pH 5.5, 2.0 ㎖)에 시료의 EtOH 용액(2.0 ㎖) 및 2×10－4 M DPPH EtOH 용액(1.0 ㎖)을 가하여 전량을 5 ㎖로 하고 실온에 방치한 후, 30분 후 517 ㎚에서의 흡광도 감소를 3회 반복하여 측정하였다.
- 5종류의 씨앗에 대하여 선별한 씨앗을 세척하여 물을 뺀 후 각각의 씨앗마다 일정한 기간(7일) 동안 일정한 간격으로 분무하는 수경재배 장치를 사용하여 sprout를 재배하였다. 이때 대조군은 1차 증류수를 재배용수로 사용하였고, 실험군은 비타민 C(500 ㎎/1ℓ), 산화게르마늄(25 ㎎/1ℓ) 및 산화셀레늄(25 ㎎/1ℓ)을 일정한 농도로 용해시킨 1차 증류수를 재배용수로 사용하여 재배하였다.
- HPLC 분석 조건은 Choi 등(2005)과 Singh 등(2007)의 비타민 C 분석 조건을 기초로 하여 칼럼은 역상 HPLC용 column(Capcell Pak C18 : 150×4.6 ㎜: 5 ㎛, Shiseido Co.)을 사용하였고, 이동상은 0.05 M sodium acetate buffer(pH 5.2)와 acetonitrile을 사용하여 gradient profile로 최적의 용매 조건을 검토하였다.
- 수경 재배한 5종의 sprout인 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순을 잘 세척한 후 2일간 실온에서 음건하였다. 각각의 sprout에 대해 H2O로 3시간씩 3회 환류 추출하여 여과한 후 농축하여 항산화 활성 측정을 위한 각각의 H2O 추출물을 얻었다.
- 확립된 HPLC 분석 조건으로 분석하여 얻은 크로마토그램의 피크 면적을 y값으로 표준물질의 농도를 x값으로 하여 표준검량 곡선을 작성하였다. 게르마늄과 셀레늄의 검량곡선은 또한 3차 증류수를 이용하여 게르마늄 및 셀레늄 표준용액을 1,000, 500, 250, 100, 50 pg/㎖가 되도록 조제한 후 ICP-MS로 분석하여 이온 세기값을 y값으로 표준물질의 농도를 x값으로 하여 표준검량 곡선을 작성하였다.
- 따라서 연구는 최근 각광을 받고 있는 sprout에 대하여 기능성 상품으로서의 개발 연구의 일환으로, sprout의 재배에 있어서 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 첨가한 재배용수로 발아시킨 다양한 sprout에 대하여 강력한 항산화 효과가 알려져 있는(Bendich 등 1986; Yiin & Lim 1998; Tapiero 등 2003) 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 변화와 함께 항산화 활성 변화도 실험하여 기능성이 강화된 새로운 sprout로서의 개발 가능성을 검토하고자 하였다. 기능성 sprout 개발을 위한 연구의 일환으로 5종의 sprout인 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순에 대하여 일정한 기간(7일) 동안 1차 증류수로 재배한 대조군과 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 첨가한 재배용수로 재배한 실험군에 대하여 비타민 C, 게르마늄 및 셀레늄의 함량 변화 및 항산화 활성 변화를 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻고자 한다.
- 본 연구에서는 5종의 sprout인 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순에 대하여 일정한 기간 동안 1차 증류수로 재배한 대조군과 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 첨가한 재배용수로 재배한 실험군에 대하여 비타민 C, 게르마늄 및 셀레늄의 함량 변화 및 항산화 활성 변화를 비교 분석하여 다음과 같은 결과를 얻었다.
- 5종의 sprout 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순의 비타민 C의 정량은 Martinez-Villaluenga 등(2010)과 Singh 등(2007)의 전처리 방법을 참조하여 수행하였다. 분석용 sprout를 재배한 후 3회 정도 씻은 후 2일간 건조시킨 다음 잘게 자른 시료 1.5 g에 15 ㎖의 6% HPO3로 30분 동안 균일하게 초음파 추출 후 0.45 ㎛ membrane filter로 여과한 후 HPLC로 20 ㎕를 주입하여 분석하였다. 분석은 샘플 당 3회 반복 실험을 실시하였다.
- 45 ㎛ membrane filter로 여과한 후 HPLC로 20 ㎕를 주입하여 분석하였다. 분석은 샘플 당 3회 반복 실험을 실시하였다.
- 수경 재배한 5종의 sprout인 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순을 잘 세척한 후 2일간 실온에서 음건하였다. 각각의 sprout에 대해 H2O로 3시간씩 3회 환류 추출하여 여과한 후 농축하여 항산화 활성 측정을 위한 각각의 H2O 추출물을 얻었다.
- 0 ㎖)을 가하여 전량을 5 ㎖로 하고 실온에 방치한 후, 30분 후 517 ㎚에서의 흡광도 감소를 3회 반복하여 측정하였다. 시료 무첨가의 control의 흡광도를 1/2로 감소시키는데 필요한 시료의 양(㎎)을 tocopherol 및 BHA와 같은 기존의 항산화제를 대조군으로 하여 시험하였다.
- 5종류의 씨앗에 대하여 선별한 씨앗을 세척하여 물을 뺀 후 각각의 씨앗마다 일정한 기간(7일) 동안 일정한 간격으로 분무하는 수경재배 장치를 사용하여 sprout를 재배하였다. 이때 대조군은 1차 증류수를 재배용수로 사용하였고, 실험군은 비타민 C(500 ㎎/1ℓ), 산화게르마늄(25 ㎎/1ℓ) 및 산화셀레늄(25 ㎎/1ℓ)을 일정한 농도로 용해시킨 1차 증류수를 재배용수로 사용하여 재배하였다.
- 재배기는 순환장치 수경재배기(Freshlife Sprouter, Tribest, Seoul, Korea)를 사용하였고, 함량 분석용 HPLC로는 Varian(USA)의 9050 Variable Wavelength UV-VIS Detector, 9300 Autosampler, 9012 Solvent Delivery System을 사용하였으며, 유도 결합 플라스마 질량 분석기(ICP-MS : Inductively Coupled Plasma-Mass Spectrometer)는 Varian(USA)의 Ultramass 700을 사용하여 측정하였다. 흡광도는 Milton-Roy spectronic Genesys-5 UV spectrophotometer를 사용하였다.
- 발아 후 재배가 끝난 대조군과 실험군 sprout를 잘 세척한 후 2일간 건조시켰다. 재배량의 1/2은 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 분석을 위한 시료로 하였고, 시료의 나머지 반은 항산화 효과를 측정하기 위하여 각각의 시료를 H2O로 3시간씩 2회 환류 추출하여 여과 후 감압 농축하여 Table 3에 나타낸 것과 같이 각각의 H2O 추출물을 얻었다. 재배량 및 물 추출물의 양을 측정한 결과, 비타민 C, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄 무첨가 재배용수로 재배한 sprout가 게르마늄 첨가 농도와 Cheong 등(2009)의 셀레늄 첨가 농도를 참조하고 항산화 활성을 고려하여 비타민 C의 농도를 500 ㎎/ℓ, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 25 ㎎/ℓ로 첨가한 재배용수로 재배한 실험군에 비해 건조 중량이 약 2배 정도에 해당함으로 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄의 첨가에 따라 생장률이 저해되어짐을 알 수 있었다.
- 여분의 산을 증발시키고 증류수를 가해 가용성 염을 녹인 후, 실온까지 식히고 5C 거름종이로 거른 후, 100 ㎖ 부피 플라스크에 옮긴 다음 눈금까지 증류수로 희석한다. 전처리를 마친 시료용액을 연동 펌프를 통해 1 ㎖/min의 속도로 주입시키면서 ICP-MS의 최적기기 및 분석 조건에서 이온 세기를 측정하여 셀레늄과 게르마늄의 함량을 분석하였다. 분석은 샘플 당 3회 반복 실험을 실시하였다.
- 표준물질인 비타민 C에 대한 검량선을 작성하기 위하여 비타민 C를 단계적으로 희석하여 농도가 250, 100, 50, 및 25 ㎍/㎖가 되도록 조제한 후, 15초 간 vortexing 한 후 0.45 ㎛ membrane filter로 여과하여 사용하였다. 확립된 HPLC 분석 조건으로 분석하여 얻은 크로마토그램의 피크 면적을 y값으로 표준물질의 농도를 x값으로 하여 표준검량 곡선을 작성하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순의 sprout 씨앗은 원주시 소재 종묘상에서 흥농 종묘 및 제일 종묘 제품을 구매하여 재배하였으며, 표본은 상지대학교 제약공학과 의약화학실험실에 보관 중이다.
- 항산화 활성 측정용 시약인 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)는 Aldrich사 제품을 구입하여 사용하였으며, 표준품인 α-tocopherol, BHA, 비타민 C, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄은 Sigma사 제품을 구입하여 사용하였다. 본 실험의 시약 및 용매는 분석용 특급 또는 1급 시약을 사용하였고, HPLC용 용매는 HPLC grade를 사용하였다.
- 항산화 활성 측정용 시약인 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)는 Aldrich사 제품을 구입하여 사용하였으며, 표준품인 α-tocopherol, BHA, 비타민 C, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄은 Sigma사 제품을 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 45 ㎛ membrane filter로 여과하여 사용하였다. 확립된 HPLC 분석 조건으로 분석하여 얻은 크로마토그램의 피크 면적을 y값으로 표준물질의 농도를 x값으로 하여 표준검량 곡선을 작성하였다. 게르마늄과 셀레늄의 검량곡선은 또한 3차 증류수를 이용하여 게르마늄 및 셀레늄 표준용액을 1,000, 500, 250, 100, 50 pg/㎖가 되도록 조제한 후 ICP-MS로 분석하여 이온 세기값을 y값으로 표준물질의 농도를 x값으로 하여 표준검량 곡선을 작성하였다.
이론/모형
- 2일간 건조시킨 5종 sprout에 대해 Jeong 등(2003)과 Cheong 등(2009)의 전처리 방법을 기초하여 실시하였다. Sprout 1 g을 250 ㎖ Pyrex 비이커에 넣고 고순도 질산 15 ㎖를 가한 후, 시계접시를 덮고 150℃ 정도를 유지하면서 3시간 동안 가열 분해시킨다.
- 5종의 sprout 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순의 비타민 C의 정량은 Martinez-Villaluenga 등(2010)과 Singh 등(2007)의 전처리 방법을 참조하여 수행하였다. 분석용 sprout를 재배한 후 3회 정도 씻은 후 2일간 건조시킨 다음 잘게 자른 시료 1.
- DPPH 라디칼 소거 작용에 의한 항산화 활성은 Boo 등(2009)과 Yoshikawa 등(1994)의 연구 논문을 참조로 하여 다음과 같이 측정하였다. 0.
성능/효과
- Sprout의 발아 재배 시에 비타민 C와 산화게르마늄 및 산화셀레늄과 같은 항산화 활성 물질을 첨가한 재배용수로 발아시킨 sprout는 증류수로만 발아시킨 sprout와 비교하여 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 증가를 보였고, 동시에 항산화 활성도 증가하였다. 이 결과는 sprout의 발아 재배 시에 다양한 기능성 물질을 첨가하여 함량 증가를 유도하는 것이 가능하며, 이는 결국 생물 활성을 증대시킨 새로운 기능성 식품 및 소재의 개발 가능성을 시사하고 있다.
- 그러나 5종 sprout에 있어서 게르마늄과 셀레늄 함량은 비타민 C에서와 마찬가지로 Han(1998) 등과 Cheong 등(2009) 및 Park 등(2002)이 보고한 다른 채소류의 발아에 의한 sprout에 있어서의 게르마늄과 셀레늄 농도보다는 낮은 함량을 보이고 있는데, 이는 다른 연구와 달리 본 연구에서는 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄과 같이 항산화 활성이 기대되는 3종의 물질을 혼합한 재배용수로 재배함에 따라 흡수율과 생장률에 영향을 미침으로 단일 물질로 재배한 sprout에 비해서는 낮은 함량을 보이고 있다고 생각된다. 그러나 기능성 물질을 함유한 용수로 재배한 실험군은 2～6배의 비타민 C 함량 증가와 함께 소량의 게르마늄과 셀레늄의 함량 증가를 나타냄으로써 sprout의 재배 시 기능성 물질을 함유한 용수로 재배할 경우에는 이들 물질의 함량 증가는 가능할 것으로 생각된다.
- 또한 5종의 sprout 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순의 대조군과 실험군에 있어서 게르마늄과 셀레늄의 함량은 각 sprout의 검액에서 얻은 이온 세기를 표준 용액으로부터 얻어진 검량선에 대입하여 각각의 함량을 계산하여 Table 5에 나타내었다. 대조군에서는 거의 관측되지 않던 게르마늄과 셀레늄이 실험군에서는 함량 증가가 확인되었지만, 게르마늄의 함량은 0.31～0.74 ㎎/g의 범위에서, 그리고 셀레늄은 0.06～0.21 ㎎/g의 함량 분포를 나타냄으로서 sprout의 종류에 따라 함량 증가가 큰 차이를 보였다. 이는 Han 등(2007)과 Cheong 등(2009)이 게르마늄과 셀레늄의 흡수에 있어 품종별 및 작물별로 차이가 많이 난다는 보고와 유사한 결과를 보이고 있다.
- 5 ㎎/100 g으로 증가하였다. 이상의 결과, sprout의 종에 따라 약간의 차이는 있으나, 대조군의 비타민 C 함량은 이미 발표되어진 논문에 비해 낮은 비타민 C 함량을 전반적으로 보이고 있다. 또한 5종의 sprout 알팔파, 대파, 브로콜리, 메밀 및 무순의 대조군과 실험군에 있어서 게르마늄과 셀레늄의 함량은 각 sprout의 검액에서 얻은 이온 세기를 표준 용액으로부터 얻어진 검량선에 대입하여 각각의 함량을 계산하여 Table 5에 나타내었다.
- 재배량의 1/2은 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 분석을 위한 시료로 하였고, 시료의 나머지 반은 항산화 효과를 측정하기 위하여 각각의 시료를 H2O로 3시간씩 2회 환류 추출하여 여과 후 감압 농축하여 Table 3에 나타낸 것과 같이 각각의 H2O 추출물을 얻었다. 재배량 및 물 추출물의 양을 측정한 결과, 비타민 C, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄 무첨가 재배용수로 재배한 sprout가 게르마늄 첨가 농도와 Cheong 등(2009)의 셀레늄 첨가 농도를 참조하고 항산화 활성을 고려하여 비타민 C의 농도를 500 ㎎/ℓ, 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄을 25 ㎎/ℓ로 첨가한 재배용수로 재배한 실험군에 비해 건조 중량이 약 2배 정도에 해당함으로 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄의 첨가에 따라 생장률이 저해되어짐을 알 수 있었다. 이 결과는 셀레늄 처리에 따른 농도별 발아율과 생장률을 비교했을 때 셀레늄의 농도가 높을수록 발아율과 생장률이 감소한다는 Cheong 등(2009)과 Yun 등(2003)의 논문 결과와 유사한 결과를 보였다.
- 천연항산화제인 α-tocopherol과 합성항산화제인 BHA를 대조군으로 하여 항산화 시험을 한 결과, Table 6에서와 같이 DPPH radical을 50% 억제하는데 필요한 각종 sprout의 물 추출물 함량이 알팔파는 0.120에서 0.076 ㎎으로, 대파는 0.093에서 0.048 ㎎으로, 브로콜리는 0.092에서 0.054 ㎎으로, 메밀은 0.075에서 0.055 ㎎으로 또한 무순도 0.063에서 0.052 ㎎으로 감소하는 등 비타민 C와 산화게르마늄 및 산화셀레늄을 첨가한 용수로 재배한 sprout가 대조군의 sprout에 비하여 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 증가에 따라 항산화 효과도 증가하였다.
후속연구
- 이 결과는 sprout의 발아 재배 시에 다양한 기능성 물질을 첨가하여 함량 증가를 유도하는 것이 가능하며, 이는 결국 생물 활성을 증대시킨 새로운 기능성 식품 및 소재의 개발 가능성을 시사하고 있다. 더 나아가 항산화 활성이 증가된 새싹을 활용한 다양한 메뉴 활용에 기초자료로 활용되기를 기대한다.
- 이 결과는 셀레늄 처리에 따른 농도별 발아율과 생장률을 비교했을 때 셀레늄의 농도가 높을수록 발아율과 생장률이 감소한다는 Cheong 등(2009)과 Yun 등(2003)의 논문 결과와 유사한 결과를 보였다. 따라서 향후 발아율과 생장률의 개선을 위해 비타민 C와 산화 게르마늄 및 산화 셀레늄의 농도를 다양하게 조절한 연구가 보완되어져야 할 것으로 사료되었다.
- Sprout의 발아 재배 시에 비타민 C와 산화게르마늄 및 산화셀레늄과 같은 항산화 활성 물질을 첨가한 재배용수로 발아시킨 sprout는 증류수로만 발아시킨 sprout와 비교하여 비타민 C와 게르마늄 및 셀레늄의 함량 증가를 보였고, 동시에 항산화 활성도 증가하였다. 이 결과는 sprout의 발아 재배 시에 다양한 기능성 물질을 첨가하여 함량 증가를 유도하는 것이 가능하며, 이는 결국 생물 활성을 증대시킨 새로운 기능성 식품 및 소재의 개발 가능성을 시사하고 있다. 더 나아가 항산화 활성이 증가된 새싹을 활용한 다양한 메뉴 활용에 기초자료로 활용되기를 기대한다.
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