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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 꽃송이버섯의 이용가치를 증진시키기 위하여 꽃송이버섯을 유산균과 홍국균을 이용하여 발효한 후 열수와 수용성 에탄올로 추출하여 추출물과 잔사를 제조하고 버섯 원물과 발효물 각각의 추출물과 잔사의 식이섬유와 β-glucan의 함량을 비교 분석하여 향후 건강기능식품 소재와 가공식품 원료로의 이용 가능성을 평가하고자 하였다.
- 본 연구에서는 식이섬유와 β-glucan이 풍부한 꽃송이버섯을 발효한 후 추출하여 이들 성분의 함량을 보다 증가시킨 추출물과 잔사를 제조하고자 하였다.
제안 방법
- 추출잔사는 3 L 삼각플라스크에 회수하여 1차 추출과 동일한 방법으로 한번 더 추출하였다. 1차 추출물과 2차 추출물을 합쳐 추출물로 하고 2차 추출 후 남은 것을 추출잔사로 하였다. 추출물은 감압농축기에서 농축한 후 동결건조하고 추출잔사는 그대로 동결건조하여 시료로 사용하였다.
- 5 L jarfermenter(Fermentec Co., Oksan, Korea)에 꽃송이 자실체 분말 300 g과 증류수 3 L를 가하여 현탁한 후 121°C에서 20분간 가압 살균하였다.
- 유산균 발효의 경우, 시료 500 g에 증류수 5 L를 가하여 현탁한 후 121℃에서 20분간 가압 살균하였다. 가압살균 처리한 현탁액에 MRS에서 전배양한 Lactobacillus brevis를 총 배양액의 3% 수준으로 접종하여 38℃에서 24시간 배양하여 발효물을 제조하였다. 홍국균 발효의 경우 고려대학교 식품영양학과 기능성식품 연구실에서 제공한 Monascus(M.
- , Oksan, Korea)에 꽃송이 자실체 분말 300 g과 증류수 3 L를 가하여 현탁한 후 121°C에서 20분간 가압 살균하였다. 가압살균 처리한 현탁액에 PDB(potato dextrase broth, Difco Laboratories, St. Louis, MI, USA)에서 25℃에서 5일 동안 전배양한 M. pilosus를 총 배양액의 2% 수준으로 접종하여 25℃에서 서서히 교반하면서 7일간 배양하여 발효물을 제조하였다. 유산균과 홍국균 발효물은 각각 충분히 건조하여 시료로 사용하였다.
- 건조한 꽃송이버섯 자실체의 원물과 발효물의 일반성분함량을 분석하여 서로 비교하였다(Table 1). 꽃송이버섯 원물과 발효물 모두 주로 식이섬유(64.
- 꽃송이버섯 자실체의 원물과 발효물의 추출용매에 따른 추출물과 잔사의 β-glucan 함량을 분석하였다(Fig. 4).
- 꽃송이버섯 자실체의 원물과 발효물의 추출용매에 따른 추출물과 잔사의 수율을 비교하였다(Fig. 1). 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출물의 수율은 수용성 에탄올 추출물의 수율보다 높은 경향을 나타내었으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 추출물의 수율은 낮아지는 경향을 보였다.
- 꽃송이버섯 자실체의 원물과 발효물의 추출용매에 따른 추출물의 수용성, 불용성 및 총 식이섬유 함량을 분석하였다(Fig. 2). 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출물의 수용성 식이섬유 함량은 3종의 수용성 에탄올 추출물의 수용성 식이섬유 함량에 비해서 높았으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 수용성 식이섬유 함량은 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 버섯 시료의 β-glucan 함량은 mushroom and yeast beta-glucan assay procedure kit를 이용하여 측정하였다.
- 버섯 원물과 발효물을 이용하여 열수 및 수용성 에탄올 추출물과 추출잔사를 제조하였다. 열수 추출의 경우 시료 50g과 증류수 500 mL를 3 L 삼각플라스크에 넣고 autoclave에서 100℃에서 6시간 동안 추출한 후 감압 플라스크에서 Whatman paper를 이용하여 여과하였다.
- 추출물은 감압농축기에서 농축한 후 동결건조하고 추출잔사는 그대로 동결건조하여 시료로 사용하였다. 수용성 에탄올 추출의 경우 시료 50 g과 수용성 에탄올(50, 70, 90%, v/v) 500 mL를 3 L 삼각플라스크에 각각 넣고 40℃에서 150 rpm으로 교반하면서 48시간 동안 추출한 후 감압 플라스크에서 Whatman paper를 이용하여 여과하였다. 추출잔사는 3 L 삼각플라스크에 회수하여 1차 추출과 동일한 방법으로 한 번 더 추출하였다.
- 시료 1g에 MES/TRIS 완충용액(0.05 M MES, 0.05 M TRIS, 24℃에서 pH 8.2) 40 mL를 가하고 교반하여 충분히 분산시킨 후 내열성 α-amylase 50 μL를 가하였다.
- 미리 규조토를 넣어 항량을 구해놓은 유리여과기에 효소분해 한 시료를 여과한 후 잔사는 70℃의 물 10 mL로 2회 씻은 후 세척액은 여액에 합치고 잔사는 다시 90% ethanol과 acetone의 순으로 각각 15 mL씩 2회 세척한 후 무게를 측정하였다. 이 잔사량에서 잔사의 회분량과 단백질량을 감하여 불용성 식이섬유 함량을 구하였다. 앞서 얻은 여액에는 90% ethanol 200 mL를 가하고 60℃에서 1시간 동안 정치하여 침전물을 형성시키고 규조토를 넣어 항량시킨 유리여과기로 여과한 후 잔사는 90% ethanol과 acetone의 순으로 각각 15 mL로 2회 세척한 후 무게를 측정하였다.
- 앞서 얻은 여액에는 90% ethanol 200 mL를 가하고 60℃에서 1시간 동안 정치하여 침전물을 형성시키고 규조토를 넣어 항량시킨 유리여과기로 여과한 후 잔사는 90% ethanol과 acetone의 순으로 각각 15 mL로 2회 세척한 후 무게를 측정하였다. 이 잔사량에서 잔사의 회분량과 단백질량을 감하여 수용성 식이섬유 함량을 구하였다. 이렇게 측정된 불용성 식이섬유 함량과 수용성 식이섬유 함량을 합하여 총 식이섬유 함량을 구하였다.
- 이 잔사량에서 잔사의 회분량과 단백질량을 감하여 수용성 식이섬유 함량을 구하였다. 이렇게 측정된 불용성 식이섬유 함량과 수용성 식이섬유 함량을 합하여 총 식이섬유 함량을 구하였다.
- 이를 위해 열풍 건조한 꽃송이버섯 자실체의 분말을 유산균(L. brevis)과 홍국균(M. pilosus)으로 각각 발효한 후 열수와 수용성 에탄올(50, 70, 90%, v/v)로 추출하여 추출물과 잔사를 제조하고 이들의 수용성, 불용성 및 총 식이섬유와 β-glucan의 함량을 버섯 원물의 추출물과 잔사의 각 성분의 함량과 비교하였다.
- 열수 추출의 경우 시료 50g과 증류수 500 mL를 3 L 삼각플라스크에 넣고 autoclave에서 100℃에서 6시간 동안 추출한 후 감압 플라스크에서 Whatman paper를 이용하여 여과하였다. 추출잔사는 3 L 삼각플라스크에 회수하여 1차 추출과 동일한 방법으로 한번 더 추출하였다. 1차 추출물과 2차 추출물을 합쳐 추출물로 하고 2차 추출 후 남은 것을 추출잔사로 하였다.
- 측정된 total glucan과 α-glucan의 흡광도는 표준물질인 glucose 용액(1 mg/mL)을 GOPOD 시약과 반응시킨 반응액의 흡광도를 이용하여 각각 함량(g/100 g) 값으로 계산하였다.
대상 데이터
- 식이섬유 함량 분석에 사용된 total dietary fiber assay procedure kit(K-TDFR 03/2009)와 β-glucan 함량 분석에 사용된 mushroom and yeast beta-glucan assay procedure kit(K-YBGL 04/2008)는 Megazyme International Ireland Ltd.(Wicklow, Ireland)에서 구입하였다.
- 꽃송이버섯 자실체 분말을 이용하여 유산균 및 홍국균 발효물을 제조하였다. 유산균 발효의 경우, 시료 500 g에 증류수 5 L를 가하여 현탁한 후 121℃에서 20분간 가압 살균하였다.
- 본 실험에 사용된 꽃송이버섯 자실체는 (주)하나바이오텍(Yeoncheon, Korea)에서 2011년 생산한 것으로 열풍 건조된 상태로 제공받아 충분히 건조하여 분쇄기로 세절한 후 시료로 사용하였다. 식이섬유 함량 분석에 사용된 total dietary fiber assay procedure kit(K-TDFR 03/2009)와 β-glucan 함량 분석에 사용된 mushroom and yeast beta-glucan assay procedure kit(K-YBGL 04/2008)는 Megazyme International Ireland Ltd.
- pilosus를 총 배양액의 2% 수준으로 접종하여 25℃에서 서서히 교반하면서 7일간 배양하여 발효물을 제조하였다. 유산균과 홍국균 발효물은 각각 충분히 건조하여 시료로 사용하였다.
- 1차 추출물과 2차 추출물을 합쳐 추출물로 하고 2차 추출 후 남은 것을 추출잔사로 하였다. 추출물은 감압농축기에서 농축한 후 동결건조하고 추출잔사는 그대로 동결건조하여 시료로 사용하였다. 수용성 에탄올 추출의 경우 시료 50 g과 수용성 에탄올(50, 70, 90%, v/v) 500 mL를 3 L 삼각플라스크에 각각 넣고 40℃에서 150 rpm으로 교반하면서 48시간 동안 추출한 후 감압 플라스크에서 Whatman paper를 이용하여 여과하였다.
- 1차 추출물과 2차 추출물을 합쳐 추출물로 하고 2차 추출 후 남은 것을 추출잔사로 하였다. 추출물은 급속 진공 농축기에서 농축한 후 동결건조하고 추출잔사는 그대로 동결건조 하여 시료로 사용하였다.
- 가압살균 처리한 현탁액에 MRS에서 전배양한 Lactobacillus brevis를 총 배양액의 3% 수준으로 접종하여 38℃에서 24시간 배양하여 발효물을 제조하였다. 홍국균 발효의 경우 고려대학교 식품영양학과 기능성식품 연구실에서 제공한 Monascus(M.) pilosus IFO480을 사용하였다. 5 L jarfermenter(Fermentec Co.
데이터처리
- 모든 실험은 2회 반복 실시하였으며 측정값은 평균±표준편차로 나타내었다.
- 측정값의 평균 간의 차이는 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)과 사후검정으로 Duncan’s multiple range test를 이용하여 5% 유의수준에서 분석하였다.
-
통계처리
통계분석은 SAS(Statistical Analysis System) software package(SAS 9.1.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 사용하여 실시하였다. 모든 실험은 2회 반복 실시하였으며 측정값은 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- 버섯 시료의 수용성 식이섬유, 불용성 식이섬유 및 총 식이섬유 함량은 AOAC법(11)에 의하여 분석하였다. 시료 1g에 MES/TRIS 완충용액(0.
- 버섯 시료의 일반성분은 식품공전의 일반시헙법(10)에 따라 분석하였다. 수분 함량은 105℃ 상압가열건조법으로, 조회분 함량은 550℃ 전기회화로를 이용한 직접회화법으로, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질 함량은 자동질소 증류장치를 이용한 micro-Kjeldahl법으로 각각 분석하였다.
- 버섯 시료의 일반성분은 식품공전의 일반시헙법(10)에 따라 분석하였다. 수분 함량은 105℃ 상압가열건조법으로, 조회분 함량은 550℃ 전기회화로를 이용한 직접회화법으로, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법, 조단백질 함량은 자동질소 증류장치를 이용한 micro-Kjeldahl법으로 각각 분석하였다. 각 성분의 함량은 시료의 건조 중량 100 g당 함량으로 나타내었다.
성능/효과
- 따라서 꽃송이버섯의 유산균과 홍국균을 이용한 발효 과정이 버섯 내 β-glucan의 함량에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었다.
- 따라서 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출물의 총 식이섬유 함량이 유의적으로(p<0.05) 가장 높았으며 90% 에탄올 추출물은 50%, 70% 에탄올 추출물에 비해서 높은 총 식이섬유 함량을 보였다.
- 4 g/100 g으로 매우 높았고 결과적으로 버섯 원물과 발효물의 열수 추출 잔사의 약 90%가 식이섬유로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 따라서 불용성 식이섬유로 대부분 구성되어 있는 꽃송이버섯과 유산균 및 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출 잔사는 분말 형태로 건강기능식품이나 가공식품 제조에 사용할 수 있을 것으로 보인다.
- 05) 낮은 수율을 나타내었다. 따라서 추출용매의 극성이 증가할수록 꽃송이버섯 추출물의 수율은 증가하는 것으로 판단되었다. 열수 추출의 경우 유산균 발효 버섯의 추출물 수율은 29.
- 반면에 버섯 원물과 유산균 발효 버섯의 불용성 식이섬유 함량은 열수와 50%, 70% 에탄올 추출물보다 90% 에탄올 추출물에서 유의적으로(p<0.05) 높았으며, 홍국균 발효 버섯의 경우에도 90% 에탄올 추출물의 불용성 식이섬유 함량이 다른 종류의 추출물의 함량에 비해서 높은 경향을 나타내었다.
- 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출 잔사에 비해서 수용성 에탄올 추출 잔사의 수용성 식이섬유 함량은 높고 불용성 식이섬유 함량은 낮았으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 이러한 경향은 두드러졌다. 버섯 원물과 발효 물의 열수 추출 잔사는 1.0～1.3 g/100 g의 매우 낮은 수용성 식이섬유 함량을 보인데 비해서 불용성 식이섬유 함량은 87.4～89.4 g/100 g으로 매우 높았고 결과적으로 버섯 원물과 발효물의 열수 추출 잔사의 약 90%가 식이섬유로 구성되어 있음을 알 수 있었다. 따라서 불용성 식이섬유로 대부분 구성되어 있는 꽃송이버섯과 유산균 및 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출 잔사는 분말 형태로 건강기능식품이나 가공식품 제조에 사용할 수 있을 것으로 보인다.
- 3에 나타내었다. 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출 잔사에 비해서 수용성 에탄올 추출 잔사의 수용성 식이섬유 함량은 높고 불용성 식이섬유 함량은 낮았으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 이러한 경향은 두드러졌다. 버섯 원물과 발효 물의 열수 추출 잔사는 1.
- 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출 후 잔사의 양은 수용성 에탄올 추출에서 얻어진 잔사의 양보다 유의적으로(p<0.05) 적었다.
- 2). 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출물의 수용성 식이섬유 함량은 3종의 수용성 에탄올 추출물의 수용성 식이섬유 함량에 비해서 높았으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 수용성 식이섬유 함량은 낮아지는 경향을 나타내었다. 반면에 버섯 원물과 유산균 발효 버섯의 불용성 식이섬유 함량은 열수와 50%, 70% 에탄올 추출물보다 90% 에탄올 추출물에서 유의적으로(p<0.
- 1). 버섯 원물과 발효물 모두에서 열수 추출물의 수율은 수용성 에탄올 추출물의 수율보다 높은 경향을 나타내었으며 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 추출물의 수율은 낮아지는 경향을 보였다. 특히 90% 에탄올 추출물은 열수 추출물뿐만 아니라 50% 및 70% 에탄올 추출물에 비해서 유의적으로(p<0.
- 버섯 원물과 유산균 발효 버섯의 경우, 4종의 추출물은 서로 유사한 β-glucan 함량을 나타내었으나 홍국균 발효 버섯에서는 열수 추출물의 β-glucan 함량이 수용성 에탄올 추출물에 비해서 유의적으로(p<0.05) 높았으며, 특히 수용성 에탄올의 농도가 증가함에 따라 β-glucan 함량은 낮아지는 경향을 나타내었다.
- 4 g/100 g)의 수용성 식이섬유의 함량 간에는 유의적인 차이가 없었다. 버섯 원물의 열수 추출물의 수용성 식이섬유 함량은 14.6 g/100 g이었으며 유산균 발효 버섯의 열수 추출물은 보다 낮은 8.2 g/100 g의 수용성 식이섬유 함량을 나타내었다. 반면에 홍국균 발효 버섯의 열수 추출물의 수용성 식이섬유 함량은 19.
- 건조한 꽃송이버섯 자실체의 원물과 발효물의 식이섬유 조성과 β-glucan 함량은 Table 2에 나타내었다. 버섯 원물의 총 식이섬유 중 96.0%가 불용성 식이섬유로 구성되어있었고 유산균 발효 버섯과 홍국균 발효 버섯에서도 불용성 식이섬유가 총 식이섬유의 96.7～96.8%를 차지하였다. 이에 비해 수용성 식이섬유의 함량은 버섯 원물과 발효물에서 2.
- 본 연구에서 측정된 버섯 원물의 β-glucan 함량은 24.0 g/100 g으로 나타났다.
- 열수 추출의 경우 유산균 발효 버섯의 추출물 수율은 29.4%로 버섯 원물(22.6%)과 홍국균 발효 버섯(16.6%)의 추출물 수율에 비해서 유의적으로(p<0.05) 높았다.
- 유산균 발효 버섯과 홍국균 발효 버섯의 β-glucan 함량은 각각 21.9 g/100 g과 24.4 g/100 g으로 버섯 원물의 β-glucan 함량과 유의적인 차이가 없었다.
- 유산균 발효 버섯의 추출 잔사의 수율은 추출용매의 종류와 상관없이 버섯 원물과 홍국균 발효 버섯의 추출 잔사의 수율에 비해서 유의적으로(p<0.05) 낮았다.
- 05) 높았다. 즉 열수 추출 잔사의 수율은 버섯 원물에서 71.1%, 유산균 발효 버섯에서 61.2%, 그리고 홍국균 발효 버섯에서 69.6%이었으며, 90% 에탄올 추출의 경우 버섯 원물, 유산균 발효 버섯, 홍국균 발효 버섯의 추출 잔사는 각각 81.3%, 78.9%, 84.4%의 수율을 나타내었다.
- 추출 용매별 버섯 원물과 발효 버섯의 β-glucan 함량을 비교해보면 열수와 수용성 에탄올 추출 모두에서 버섯 원물의 추출물(15.2～16.6 g/100 g)은 발효 꽃송이버섯의 추출물보다 유의적으로(p<0.05) 높은 β-glucan 함량을 나타내었으며 발효 버섯의 경우에는 유산균 발효 버섯의 추출물(7.7～10.0 g/100 g)의 β-glucan 함량이 홍국균 발효 버섯의 추출물(2.0～9.4 g/100 g)의 함량보다 높은 경향을 나타내었다.
- 추출물의 경우, 홍국균 발효 버섯의 열수 추출물에서 총 식이섬유(21.6 g/100 g)와 수용성 식이섬유 함량(19.3 g/100 g)이 가장 높았으며 버섯 원물의 열수 추출물의 총 식이섬유(16.4 g/100 g)와 수용성 식이섬유 함량(14.6 g/100 g)보다도 유의적으로(p<0.05) 높았다.
- 특히 홍국균 발효 버섯(74.4 g/100 g)은 버섯 원물(64.4 g/100 g)과 유산균 발효 버섯(66.1 g/100 g)에 비해서 유의적으로(p<0.05) 높은 총 식이섬유 함량을 나타내었다.
- 한편 버섯 원물과 발효물 모두에서 4종의 추출물은 추출 전 보다 낮은 β-glucan 함량을 나타내었기 때문에 열수와 수용성 에탄올은 꽃송이버섯에 존재하는 β-glucan의 추출에 효과적이지 않은 것으로 판단되었다.
- 따라서 이러한 결과는 꽃송이버섯의 홍국균 발효 과정에서 수용성 식이섬유의 일부가 이 효소들에 의해 가수분해 되고 분자량이 감소하여 열수에 보다 추출이 용이한 상태로 전환되기 때문인 것으로 생각된다. 한편 홍국균 발효 버섯의 열수 추출물의 불용성 식이섬유 함량은 2.3 g/100 g으로 매우 낮았으며 결과적으로 총 식이섬유 함량은 21.6 g/100 g이었다. 따라서 본 연구에서 제조한 꽃송이버섯과 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출물은 액상 형태의 건강기능식품이나 가공식품의 원료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 05) 높았다. 홍국균 발효 버섯을 열수 추출하고 남은잔사의 총 식이섬유 함량은 90.5 g/100 g이었고 이들의 대부분이 불용성 식이섬유로 구성되어 있었으며, β-glucan 함량은 버섯 원물이나 홍국균 발효 버섯보다 높은 31.0 g/100 g이었다. 따라서 본 연구에서 제조한 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출물과 잔사는 각각 액상과 분말 형태의 건강기능식품 및 가공식품 소재로 개발될 수 있을 것으로 기대된다.
- 홍국균 발효 버섯의 총 식이섬유 함량은 74.4 g/100 g으로 버섯 원물(64.4 g/100 g)과 유산균 발효 버섯(66.1 g/100 g)의 총식이섬유 함량에 비해서 유의적으로(p<0.05) 높았다.
- 홍국균 발효 버섯의 추출 잔사의 수율은 열수와 50% 에탄올 추출에서 버섯 원물의 추출잔사의 수율과 유의적인 차이가 없었으나 70%와 90% 에탄올 추출에서는 버섯 원물의 추출 잔사의 수율보다 유의적으로 (p<0.05) 높았다.
후속연구
- 따라서 꽃송이버섯을 경제성 있는 고부가가치 식품 소재로 개발하기 위해서는 꽃송이버섯의 유효 성분인 식이섬유와 β-glucan의 효율적인 추출 방법과 추출과정에서 얻어지는 부산물인 잔사(residues)를 소재로 이용하는 방법, 그리고 기존의 제품화 기술과는 차별화된 방법의 개발이 필요하다.
- 6 g/100 g이었다. 따라서 본 연구에서 제조한 꽃송이버섯과 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출물은 액상 형태의 건강기능식품이나 가공식품의 원료로 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 0 g/100 g이었다. 따라서 본 연구에서 제조한 홍국균 발효 꽃송이버섯의 열수 추출물과 잔사는 각각 액상과 분말 형태의 건강기능식품 및 가공식품 소재로 개발될 수 있을 것으로 기대된다.
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