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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 보리 β-glucan의 저분자화를 통한 활용도 증진을 위하여 메성보리와 찰성보리를 온도별로 처리한 다음 열처리 온도에 따른 β-glucan의 함량과 순도, 점도 및 재용해성을 측정하고 온도별 분자량 분포를 살펴보았다.
제안 방법
- 단백질 침전 분리를 위하여 1 N HCl로 pH를 4.5로 조정한 후 원심분리 하여 상등액을 취한 후 3배량의 99% 에탄올을 가하여 진탕하고 4ºC의 냉장고에서 12시간 방치하여 β-glucan을 침전시켰으며, 이를 3,500 rpm에서 30분간 원심분리 하여 총 β-glucan을 얻었다.
- 무처리 및 열처리 보리 수용성 β-glucan의 겉보기 점도는 Jeong 등(29)의 방법을 변형하여 측정하였다.
- 무처리 및 열처리 보리 수용성 β-glucan의 분자량 분포는 Kim과 Ryu(28)의 방법을 변형하여 측정하였다.
- 배양액에 GOPOD(glucose oxidase/peroxidase) 3.0 mL를 가하고 50ºC에서 20분간 배양한 후 510 nm에서 흡광도를 측정(spectrophotometer UV-1650 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)하여 β-glucan의 순도를 계산하였다.
- 수용성 β-glucan의 재용해율은 증류수를 이용하여 1.0%(w/v)의 농도로 제조한 후 50ºC에서 12시간 중탕 가열한 용액을 냉각 및 원심분리(12,000 rpm, 10 min)한 후 남은 불용성 고형분의 무게를 측정하여 재용해율을 산출하였다.
- 열처리는 분쇄보리 중량 대비 20배의 증류수를 첨가하여 혼합한 다음 용기에 넣고 고온열처리장치(Jisico, Seoul, Korea)로 110, 120, 130, 140 및 150ºC에서 2시간 열처리하였다(26).
- 열처리에 따른 보리 β-glucan의 이화학적 특성변화를 살펴보기 위하여 새쌀보리, 새찰쌀보리 및 흰찰쌀보리를 110ºC～150ºC에서 2시간 열처리하였으며, 총 및 수용성 β-glucan 함량, 순도, 분자량, 점도 및 재용해율을 살펴보았다.
- 즉, HPLC(Acme 9000 system, Younglin Ins., Anyang, Korea)에 YMC Diol-300 size exclusion column(300×4.6 mm ID, particle size 5 μm, pore size 30 nm, YMC Co. Ltd., Kyoto, Japan)을 장착하여 이동상인 HPLC grade water를 0.5 mL/min으로 흘려주며 RI detector(RI 750F, Younglin Ins.)로 검출하였다.
- 즉, 수용성 βglucan 건조분말을 0.25, 0.5, 1.0, 1.5 및 2.0%(w/v)가 되도록 증류수에 넣고 95ºC에서 30분간 중탕 가열하고 균질화한 후 20ºC로 조절된 항온수조에서 점도계(RVT DV-II, Brookfield Co., Middleboro, MA, USA)를 이용하여 측정하였다.
- 표준 크로마토그램으로부터 회귀식을 구한 후 동일조건으로 분석한 크로마토그램의 용출시간을 대입하여 무처리 및 열처리 수용성 β-glucan의 분자량을 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 보리는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 2010년 생산한 새쌀보리(Saessalbori, SSB), 새찰쌀보리(Saechalssalbori, SCSB) 및 흰찰쌀보리(Hinchalssalbori, HCSB)를 사용하였다. 보리는 분쇄기(Micro hammer cutter mill type-3, Culatti AG, Zurich, Switzerland)로 80 mesh 이하로 분쇄한 후 -18ºC의 냉동고에서 보관하면서 시료로 사용하였다.
- )로 검출하였다. 분자량 측정용 표준물질로 Pullulan standard kit(P-82, Showa-Denko, Tokyo, Japan)를 사용하였고, 표준물질의 분자량은 P-800이 708,000, P-400이 375,000, P200이 200,000, P-100이 107,000, P-50이 47,100, P-10이 9,600, P-5가 5,900이었다. 표준 크로마토그램으로부터 회귀식을 구한 후 동일조건으로 분석한 크로마토그램의 용출시간을 대입하여 무처리 및 열처리 수용성 β-glucan의 분자량을 측정하였다.
데이터처리
- 1)Values in the same column followed by the different superscripts are significantly different (p<0.05) by Duncan's multiple test.
- 통계분석은 SPSS 통계프로그램(statistical package for the social science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 처리 간의 차이 유무를 one-way ANOVA(Analysis of variation)로 분석한 뒤 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의성을 검정하였다(p=0.05).
이론/모형
- 추출된 β-glucan의 순도는 β-D-glucan assay kit(Megazyme, Wicklow, Ireland)를 이용하여 McCleary와 GlennieHolmes(4)의 방법을 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- β-Glucan 수용액의 점도는 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 메성보리보다 찰성보리가 높았고 흰찰쌀보리보다 새찰쌀보리가 높았다.
- 3품종 보리의 총 β-glucan 함량은 7.77～8.40% 범위였으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 11.59～14.65% 범위로 증가하였으나, 140ºC와 150ºC에서는 6.30～8.33% 범위로 감소하였다.
- 또한 찰성보리 수용성 β-glucan이 메성보리 수용성 β-glucan에 비해 농도의존성이 더 큰 것으로 나타났다.
- 본 실험 결과 140ºC와 150ºC의 온도에서 수용성 β-glucan의 순도가 증가한 것은 열처리 온도가 증가함에 따라 전분의 호화도가 크게 증가하게 되어 α-amylase의 작용을 쉽게 받아 저분자 당으로 분해되어 제거되고 단백질은 열변성으로 침전 분리되었기 때문으로 생각된다.
- 수용성 β-glucan의 순도는 3품종 모두 130ºC까지는 31～37% 범위이었으나 140ºC 이상에서는 91%까지 증가하였다. 분자량은 메성보리보다 찰성보리가 더 컸으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 새쌀보리는 606,463 Da에서 1,404 Da으로, 새찰쌀보리는 698,541 Da에서 1,617 Da으로, 그리고 흰찰쌀 보리는 669,539 Da에서 1,550 Da으로 감소하였다. β-Glucan 수용액의 점도는 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 메성보리보다 찰성보리가 높았고 흰찰쌀보리보다 새찰쌀보리가 높았다.
- 새쌀보리 수용성 β-glucan의 순도는 무처리에서는 35.11%를 나타내었지만, 열처리 온도에 따라 110～130ºC 범위에서는 각각 31.33, 37.15 및 31.31%로 큰 변화가 없었으나, 140ºC와 150ºC에서는 각각 59.19 및 83.43%로 유의적으로 증가하였다(p<0.05, Fig. 1A).
- 새찰 쌀보리는 무처리 698,541 Da에서 150ºC의 1,617 Da으로 감소하였고(p<0.05), 흰찰쌀보리는 무처리의 669,539 Da에서 150ºC의 1,550 Da으로 감소하였다(p<0.05).
- 새찰쌀보리 수용성 β-glucan의 순도는 열처리 온도 130ºC까지는 무처리의 32.75%와 유사한 경향을 나타내었지만, 140ºC와 150ºC에서는 각각 69.08 및 91.02%로 증가하였다(Fig. 1B).
- 새찰쌀보리의 무처리 시 총 β-glucan 함량은 7.77%이었지만, 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하여 110, 120 및 130ºC 열처리에서 각각 13.42, 14.03 및 14.65%로 증가하였으며(p<0.05), 140과 150ºC에서는 각각 10.36%와 7.60%로 감소하였다.
- 수용성 β-glucan의 순도는 3품종 모두 130ºC까지는 31～37% 범위이었으나 140ºC 이상에서는 91%까지 증가하였다.
- 수용성 β-glucan의 함량은 무처리의 4.14～4.79% 범위에서 열처리 온도가 증가함에 따라 6.11～10.29%까지 증가하였으며, 150ºC에서는 3.01～5.60% 범위로 감소하였다.
- 열처리 온도에 따른 새쌀보리 수용성 β-glucan의 분자량 분포를 측정한 결과는 Fig. 2 및 Table 2에서 보는 바와 같이 새쌀보리 수용성 β-glucan의 분자량은 무처리의 경우 606,463 Da이었으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 유의적으로 감소하여(p<0.05), 150ºC에서는 1,404 Da으로 감소하였다.
- 열처리하지 않은 새쌀보리 β-glucan 수용액의 점도는 10.4 cP이었으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였고, 150ºC에서는 3.6 cP로 감소하였다(Fig. 3A).
- 열처리하지 않은 새쌀보리의 수용성 β-glucan 함량은 4.79%이었으며, 110～130ºC 처리온도에서는 무처리보다 감소하였지만 140ºC에서는 6.11%로 증가한 후 150ºC에서는 다시 감소하였다.
- 열처리하지 않은 새쌀보리의 수용성 β-glucan은 50.00%의 재용해율을 보였으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 140ºC와 150ºC에서는 각각 95.28 및 96.75%로 증가하였다(Fig. 4A).
- 열처리하지 않은 새쌀보리의 총 β-glucan 함량은 8.40%이었으나 열처리 시 증가하여 130ºC에서는 11.59%를 나타내었으며(p<0.05), 140ºC 이상에서는 감소하는 경향을 보이고 150ºC에서는 6.30%를 나타내었다.
- β-Glucan 수용액의 점도는 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였으며, 메성보리보다 찰성보리가 높았고 흰찰쌀보리보다 새찰쌀보리가 높았다. 재용해율은 무처리의 50～55% 범위에서 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하여 150ºC에서는 96.75～97.99% 범위로 증가하였다.
- 05). 품종에 따라서는 메성보리보다 찰성보리의 분자량이 더 큰 것으로 나타났다. Gómez 등(33)은 보리 β-glucan의 분자량이 2.
- 3C). 품종에 따라서는 메성보리보다 찰성보리의 점도가 높게 나타났으며, 흰찰쌀보리보다 새찰쌀보리의 점도가 높게 나타났다. 또한 찰성보리 수용성 β-glucan이 메성보리 수용성 β-glucan에 비해 농도의존성이 더 큰 것으로 나타났다.
- 품종에 따라서는 메성쌀보리보다 찰성쌀보리의 수용성 β-glucan의 순도가 높은 것으로 나타났다.
- 흰찰쌀보리 수용성 β-glucan의 순도는 무처리의 경우 25.63%를 나타내었지만 열처리 온도에 따라 110～130ºC 범위에서는 각각 35.11, 32.17 및 31.99%로 큰 변화가 없었지만 140ºC와 150ºC에서는 각각 71.36 및 88.02%로 유의적으로 증가하였다(p<0.05, Fig. 1C).
- 흰찰쌀보리의 총 β-glucan 함량은 무처리의 8.28%에서 열처리 온도가 110～140ºC까지 증가함에 따라12.13～15.09%로 유의적인 증가를 보였으나(p<0.05), 150ºC에서는 8.33%로 감소하였다.
후속연구
- 고분자 β-glucan은 용해도 및 점성이 높아 산업적으로 이용이 제한되므로 저분자화를 통하여 물리적 특성을 개선하고, 불용성 β-glucan의 수용성화 시킴으로써 식품산업에서의 활용도를 높이고자 하는 연구가 필요하다.
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