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[국내논문] 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)의 Polyphenol Oxidase 분리 정제 및 특성 조사
Purification and Characterization of Polyphenol Oxidase from Oyster Mushroom (Pleurotus ostreatus) 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.40 no.10, 2011년, pp.1447 - 1452  

최주희 (목포대학교 식품공학과 및 천일염생명과학연구소) ,  김현진 (한국식품연구원) ,  박선영 (목포대학교 식품공학과 및 천일염생명과학연구소) ,  함경식 (목포대학교 식품공학과 및 천일염생명과학연구소)

초록
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우리나라 버섯 생산량의 약 80%를 차지하는 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)의 유통 중에 발생하는 갈변을 방지하기 위한 기초 조사로 갈변원인 효소인 polyphenol oxidase(PPO)를 분리 정제하여 그 특성을 조사하였다. 느타리버섯으로부터 3개의 PPO isoforms(PO-I, PO-II-1, PO-II-2)을 분리하였으며, gel-filteration을 이용한 분자량 확인 결과 PO-II-1은 void volume(70 kDa), PO-I과 PO-II-2는 include volume(6 kDa)에서 분리되는 것으로 보아 PO-II-1은 70 kDa 이상, PO-I과 PO-II-2는 6 kDa 이하인 것으로 확인되었다. 분리된 3개의 PPO isoform들을 partially denatured-PAGE 후, activity staining을 이용하여 분석한 결과, 비록 이들 PPO isoforms PO-II-1과 PO-II-2에 다수의 단백질들이 들어있기는 하지만 PPO 활성을 보이는 band가 하나로 나타남으로써 분리된 PPO isoform들이 실제 PPO 활성을 갖고 있는 단백질로 확인되었으며 다른 PPO isoform이 혼합되지 않은 단일 PPO isoform으로 분리되었음을 알 수 있다. Hydrophobic interaction chromatography에서 분리된 isoform PO를 이용하여 특성을 조사한 결과 최적 반응온도와 pH는 일반적인 다른 과채류와는 달리 $50{\sim}55^{\circ}C$, pH 5.5에서 높은 활성을 나타내었으며, 열 안정성 실험에 있어서는 $60^{\circ}C$에서 45분간 가열 처리 시 약 40%의 PPO activity가 남아있는 반면, $80^{\circ}C$에서 30분간 가열 처리 시 PPO가 완전히 불 활성화되었다. 그리고 chlorogenic acid와 pyrogallol에 대하여 높은 기질 특이성을 보였다.

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Polyphenol oxidase (PPO) isoforms were partially purified from oyster mushroom (Pleurotus ostreatus) using various chromatography techniques, and their characteristics of heat stability, substrate affinity, optimum pH, and optimum temperature were investigated. Three PPO isoforms named PO-I, PO-II-1...

주제어

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문제 정의

  • 7% 함유하고 있을 뿐만 아니라 항암, 항산화, 항균 등 다양한 기능성을 갖고 있는 것으로 알려졌으나 갈변에 관한 연구, 특히 PPO에 대한 연구는 거의 진행되지 않았다(7-11). 따라서 본 실험에서는 우리나라에서 버섯 총 생산량의 약 80%를 차지하고 있는(12) 느타리버섯의 효소적 갈변을 효과적으로 제어하기 위하여 느타리버섯으로부터 PPO을 부분 분리 정제하고, 이들 PPO isoforms을 함유하고 있는 부분 정제된 분획을 이용하여 최적 반응온도, pH, 열안정성, 기질특이성을 조사하였다.
  • 우리나라 버섯 생산량의 약 80%를 차지하는 느타리버섯(Pleurotus ostreatus)의 유통 중에 발생하는 갈변을 방지하기 위한 기초 조사로 갈변원인 효소인 polyphenol oxidase(PPO)를 분리 정제하여 그 특성을 조사하였다. 느타리버섯으로부터 3개의 PPO isoforms(PO-Ⅰ, PO-Ⅱ-1, PO-Ⅱ-2)을 분리하였으며, gel-filteration을 이용한 분자량 확인 결과 PO-Ⅱ-1은 void volume(70 kDa), PO-Ⅰ과 PO-Ⅱ-2는 include volume(6 kDa)에서 분리되는 것으로 보아 PO-Ⅱ-1은 70 kDa 이상, PO-Ⅰ과 PO-Ⅱ-2는 6 kDa 이하인 것으로 확인되었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
다양한 기능성을 갖고 있는 신선편이식품의 소비가 증가하고 있는 이유는 무엇인가? 식품에 대한 소비성향이 건강 지향적이면서 간편성을 추구하는 식품으로 바뀌면서 과채류와 버섯을 비롯한 다양한 기능성을 갖고 있는 신선편이식품의 소비가 꾸준히 증가하고 있다. 그러나 과채류와 버섯은 수확 후 가공 및 유통되는 과정에서 발생하는 갈변이나 물러짐 현상 등 다양한 변화에 따른 품질 저하의 문제에 직면해있으며 그중에서도 갈변으로 인한 과일의 손실률이 전체 손실율의 50% 이상을 차지하는 것으로 보고되고 있다(1).
과채류와 버섯의 품질 보존에 직면한 문제는 무엇인가? 식품에 대한 소비성향이 건강 지향적이면서 간편성을 추구하는 식품으로 바뀌면서 과채류와 버섯을 비롯한 다양한 기능성을 갖고 있는 신선편이식품의 소비가 꾸준히 증가하고 있다. 그러나 과채류와 버섯은 수확 후 가공 및 유통되는 과정에서 발생하는 갈변이나 물러짐 현상 등 다양한 변화에 따른 품질 저하의 문제에 직면해있으며 그중에서도 갈변으로 인한 과일의 손실률이 전체 손실율의 50% 이상을 차지하는 것으로 보고되고 있다(1). 과채류나 버섯에서 발생하는 갈변 현상은 크게 polyphenol oxidase(PPO)와 peroxidase가 관여하는 효소적 갈변과 성분 상호간의 화학적 변화에 의해 발생하는 비효소적 갈변으로 나누어지는데, 과채류나 버섯의 신선편이식품 가공 시 발생하는 갈변은 주로 갈변효소에 의해 발생하는 경우가 대부분이다(2).
polyphenol oxidase는 효소적 갈변을 어떻게 일으키는가? 과채류나 버섯에서 발생하는 갈변 현상은 크게 polyphenol oxidase(PPO)와 peroxidase가 관여하는 효소적 갈변과 성분 상호간의 화학적 변화에 의해 발생하는 비효소적 갈변으로 나누어지는데, 과채류나 버섯의 신선편이식품 가공 시 발생하는 갈변은 주로 갈변효소에 의해 발생하는 경우가 대부분이다(2). 갈변효소 중 자연계에 널리 존재하는 PPO는 산소 존재 하에서 phenolic compounds를 산화시켜 o-quinon compounds를 만들고 이들 물질이 서로 중합되면서 갈색 또는 적색의 갈변물질을 생성하게 된 다. 효소적 갈변은 주로 가공이나 유통과정에서 발생하는 수세, 박피, 절단 등 물리적 스트레스에 의해 떨어져있던 PPO와 기질로 작용하는 phenolic compounds, 산소가 서로 반응 하면서 주로 발생하는 것으로 알려져 있다(3).
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참고문헌 (18)

  1. Whitaker JR, Lee CY. 1995. Recent advances in chemistry of enzymatic browning (an overview). In Enzymatic Browning and I ts Prevention. Lee CY, Whitaker JR, eds. ACS Symposium Series 600, Washington, DC, USA. p 2-7. 

  2. Martinez MV, Whitaker JR. 1995. The biochemistry and control of enzymatic browning. Trend Food Sci Technol 6: 195-200. 

  3. Mayer AM. 2006. Polyphenol oxidase in plants and fungi: Going places? Phytochemistry 67: 2318-2331. 

  4. Friedman M. 1997. Chemistry, biochemistry, and dietary role of potato polyphenols. J Agric Food Chem 45: 1523-1540. 

  5. Gonzalez EA, Peiro JM, Oria R, Lopez-Buesa P. 2007. Browning prevention by ascorbic acid and 4-hexylresorcinol: Different mechanism of action on polyphenol oxidase in the presence and in the absence of substrates. J Food Sci 72: C464-C470. 

  6. Han DS, Ahn BH, Shin HK. 1992. Modified atmosphere storage for extending shelf life of oyster mushroom and shiitake. Korean J Food Sci Technol 24: 376-381. 

  7. Alarcon J, Aguila S, Arancibia-Avila P, Fuentes O, Zamorano-Ponce E, Hernandez M. 2003. Production and purification of statins from Pleurotus ostreatus (Basidiomycetes) strains. Z Naturforsch 58: 62-64. 

  8. Hossain S, Hashimoto M, Choudhury EK, Alam N, Hussain S, Hasan M, Choudhury SK, Mahmud I. 2003. Dietary mushroom (Pleurotus ostreatus) ameliorates atherogenic lipid in hypercholesterolaemic rats. Clin Exp Pharmacol Physiol 30: 470-475. 

  9. Saragi I, Ghosh D, Bhutia SK, Mallick SK, Maiti TK. 2006. Anti-tumor and immunomodulating effects of Pleurotus ostreatus mycelia-derived proteoglycans. Int Immunopharmacol 6: 1287-1297. 

  10. Hearst R, Nelson D, McCollum G, Millar BC, Maeda Y, Goldsmith CE, Rooney PJ, Loughrey A, Rao JR, Moore JE. 2009. An examination of antibacterial and antifungal properties of constituents of Shiitake (Lentinula edodes) and oyster (Pleurotus ostreatus) mushrooms. Complement Ther Clin Pract 15: 5-7. 

  11. Jayakumar T, Thomas PA, Geraldine P. 2007. Protective effect of an extract of the oyster mushroom, Pleurotus ostreatus, on antioxidants of major organs of aged rats. Exp Gerontol 42: 183-191. 

  12. Choi MH, Kim GH. 2003. Quality changes in oyster mushrooms during modified atmosphere storage as affected by temperatures and packing materials. Korean J Food Sci Technol 35: 1079-1085. 

  13. Bradford MM. 1976. A rapid and sensitive method for the quantitation of microgram quantities of protein utilizing the principle of protein-dye binding. Anal Biochem 72: 248-254. 

  14. Chisari M, Barbagallo RN, Spagna G. 2008. Characterization and role of polyphenol oxidase and peroxidase in browning of fresh-cut melon. J Agric Food Chem 56: 132-138. 

  15. Dogan S, Turan P, Dogan M, Arslan O, Alkan M. 2005. Purification and characterization of Ocimum basilicum L. polyphenol oxidase. J Agric Food Chem 53: 10224-10230. 

  16. Moon SM, Kim HJ, Ham KS. 2003. Purification and characterization of polyphenol oxidase from lotus root (Nelumbo nucifera G.). Korean J Food Sci Technol 35: 791-796. 

  17. Lourenco EJ, Neves VA, Da Silva MA. 1992. Polyphenol oxidase from sweet potato: purification and properties. J Agric Food Chem 40: 2369-2373. 

  18. Lim JH, Jeong MC, Moon KD. 2006. Purification and characterization of polyphenol oxidase in the flesh of the Fuji apple. Food Sci Biotechnol 15: 177-182. 

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