자가숙성발효 후 흑마늘의 S-Allyl-L-cystein, Diallyl Disulfide 및 Total Amino Acids 분석 Determination of S-Allyl-L-cystein, Diallyl Disulfide, and Total Amino Acids of Black Garlic after Spontaneous Short-term Fermentation원문보기
남해산 생마늘 및 흑마늘의 일반성분 분석, 아미노산 함량 및 마늘의 주요 황 함유 생리활성물질인 수용성 $S$-allyl-L-cysteine(SAC) 및 지용성 diallyl-disulfide(DADS)의 함량을 분석하여 발효 전후 이들 성분에 대한 함량 변화를 비교하였다. 일반성분의 함량은 생마늘과 자가숙성발효마늘에서 큰 변화가 없었다. 흑마늘 내의 17종 아미노산중 13종 아미노산 함량이 증가하였다. 특히 함황아미노산인 cysteine 및 methionine의 함량(mg/100 g)이 각각 $295.25{\pm}5.08$에서 $381.86{\pm}14.86$로, $47.2{\pm}3.92$에서 $66.6{\pm}1.08$로 증가하였고, histidine의 함량(mg/100 g)은 $319.19{\pm}5.42$에서 $796.62{\pm}7.01$로 크게 증가하였다. SAC 및 DADS의 함량(${\mu}g/g$)은 $245.35{\pm}1.35$에서 $522.51{\pm}1.19$로, $0.275{\pm}0.015$에서 $8.710{\pm}0.45$로 각각 2배와 30배 이상으로 생마늘에 비하여 흑마늘 내의 함량이 매우 큰 폭으로 증가하였다. 이러한 현상은 자가숙성발효라는 제조과정에서 생마늘의 alliin이 1차적으로 효소와 기타 화학적 반응에 의해 allicin으로 전환된 후, allicin으로부터 다른 일련의 복합적인 화학반응에 의하여 많은 양의 SAC 및 DADS가 생성된 결과에 의하여 나타났다고 할 수 있다. 또한 자가숙성 발효 과정 중 이러한 SAC 및 DADS 등과 같은 마늘 내 함황화합물들의 지표물질 생성 확인은 인체에 유익한 생리활성을 보유한 많은 종류의 다른 함황화합물들이 동시에 흑마늘 내에서 생성되었음을 암시한다. 그러나 흑마늘의 제조과정은 85~95%의 습도, $60{\sim}70^{\circ}C$에서 40여일 정도 장기간의 숙성이 필요하다. 이러한 숙성과정은 특정 미생물 또는 효소를 이용하여 단축할 필요가 있다. 또한 SAC 및 DADS 등과 같이 생리활성이 높은 함황 화합물들의 함량을 증가시킬 수 있는 새로운 가공법에 대한 연구가 필요하다.
남해산 생마늘 및 흑마늘의 일반성분 분석, 아미노산 함량 및 마늘의 주요 황 함유 생리활성물질인 수용성 $S$-allyl-L-cysteine(SAC) 및 지용성 diallyl-disulfide(DADS)의 함량을 분석하여 발효 전후 이들 성분에 대한 함량 변화를 비교하였다. 일반성분의 함량은 생마늘과 자가숙성발효마늘에서 큰 변화가 없었다. 흑마늘 내의 17종 아미노산중 13종 아미노산 함량이 증가하였다. 특히 함황아미노산인 cysteine 및 methionine의 함량(mg/100 g)이 각각 $295.25{\pm}5.08$에서 $381.86{\pm}14.86$로, $47.2{\pm}3.92$에서 $66.6{\pm}1.08$로 증가하였고, histidine의 함량(mg/100 g)은 $319.19{\pm}5.42$에서 $796.62{\pm}7.01$로 크게 증가하였다. SAC 및 DADS의 함량(${\mu}g/g$)은 $245.35{\pm}1.35$에서 $522.51{\pm}1.19$로, $0.275{\pm}0.015$에서 $8.710{\pm}0.45$로 각각 2배와 30배 이상으로 생마늘에 비하여 흑마늘 내의 함량이 매우 큰 폭으로 증가하였다. 이러한 현상은 자가숙성발효라는 제조과정에서 생마늘의 alliin이 1차적으로 효소와 기타 화학적 반응에 의해 allicin으로 전환된 후, allicin으로부터 다른 일련의 복합적인 화학반응에 의하여 많은 양의 SAC 및 DADS가 생성된 결과에 의하여 나타났다고 할 수 있다. 또한 자가숙성 발효 과정 중 이러한 SAC 및 DADS 등과 같은 마늘 내 함황화합물들의 지표물질 생성 확인은 인체에 유익한 생리활성을 보유한 많은 종류의 다른 함황화합물들이 동시에 흑마늘 내에서 생성되었음을 암시한다. 그러나 흑마늘의 제조과정은 85~95%의 습도, $60{\sim}70^{\circ}C$에서 40여일 정도 장기간의 숙성이 필요하다. 이러한 숙성과정은 특정 미생물 또는 효소를 이용하여 단축할 필요가 있다. 또한 SAC 및 DADS 등과 같이 생리활성이 높은 함황 화합물들의 함량을 증가시킬 수 있는 새로운 가공법에 대한 연구가 필요하다.
Garlic (Allium sativum L.) is one of the oldest cultivated plants and has been used throughout the world as a food supplement and a folk medicine for thousands of years. Raw garlic has been processed into a variety of commercial garlic products for consumer convenience. The latest new processing tec...
Garlic (Allium sativum L.) is one of the oldest cultivated plants and has been used throughout the world as a food supplement and a folk medicine for thousands of years. Raw garlic has been processed into a variety of commercial garlic products for consumer convenience. The latest new processing technology, 'spontaneous short-term fermentation', has been developed to process raw garlic into black garlic. The physiologically active effects of garlic have been attributed to its organosulfur compounds. In this study, the proximate compositions and the total amino acid content of raw Namhae garlic and black garlic were determined. The two major organosulfur compounds of garlic, $S$-allyl-L-cysteine (SAC), and diallyl-disulfide (DADS), were also analyzed using RP-HPLC. The proximate compositions were not different between raw and black garlic. The amount of 13 amino acids was greater in black garlic than in raw garlic among a total of 17 amino acids considered. The black garlic had 2-fold higher levels of SAC and 30-fold higher levels of DADS than the raw garlic. Therefore, it is suggested that consuming black garlic produced by spontaneous short-term fermentation is more effective than consuming raw garlic, in order for consumers to take more physiologically active organosulfur compounds (SAC and DADS), which are the compounds that are good for consumer health.
Garlic (Allium sativum L.) is one of the oldest cultivated plants and has been used throughout the world as a food supplement and a folk medicine for thousands of years. Raw garlic has been processed into a variety of commercial garlic products for consumer convenience. The latest new processing technology, 'spontaneous short-term fermentation', has been developed to process raw garlic into black garlic. The physiologically active effects of garlic have been attributed to its organosulfur compounds. In this study, the proximate compositions and the total amino acid content of raw Namhae garlic and black garlic were determined. The two major organosulfur compounds of garlic, $S$-allyl-L-cysteine (SAC), and diallyl-disulfide (DADS), were also analyzed using RP-HPLC. The proximate compositions were not different between raw and black garlic. The amount of 13 amino acids was greater in black garlic than in raw garlic among a total of 17 amino acids considered. The black garlic had 2-fold higher levels of SAC and 30-fold higher levels of DADS than the raw garlic. Therefore, it is suggested that consuming black garlic produced by spontaneous short-term fermentation is more effective than consuming raw garlic, in order for consumers to take more physiologically active organosulfur compounds (SAC and DADS), which are the compounds that are good for consumer health.
* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.
문제 정의
본 연구에서는 최근 개발된 흑마늘의 대표적 유효 생리활성 성분인 함황화합물들(SAC, DADS)의 함량, amino acids의 함량, 그리고 일반성분의 함량 변화 정도를 발효전의 생마늘과 비교 측정하여 마늘을 이용한 건강기능식품을 개발하는데 필요한 기초 자료를 확보하고자 하였다.
제안 방법
3, 4와 같다. Standard와 동일한 retention time 및 농도의 변화별로 샘플을 측정하였고 standard peak를 대조하여 샘플의 SAC와 DADS를 추정하였다. Retention time이 동일하지 않을 경우 spiking하여 판독 가능하게 하였다.
각각의 시료 1 g에 6 N HCl 용액 10 mL을 가하고 진공 밀봉하여 heating block(110±1℃)에서 24시간 동안 가수분해시킨 후, glass filter로 여과한 여액을 회전진공농축기를 이용하여 HCl을 제거하고, 증류수로 3회 세척한 다음 감압농축하여 sodium citrate buffer(pH 2.2) 10 mL로 용해한 후 0.22 μm membrane filter로 여과한 여액을 아미노산 자동 분석기(S433D, Sykam GmbH, Gilching, Germany)를 이용하여 분석, 정량하였다.
남해산 생마늘 및 흑마늘의 일반성분 분석, 아미노산 함량 및 마늘의 주요 황 함유 생리활성물질인 수용성 S-allyl-L-cysteine(SAC) 및 지용성 diallyl-disulfide(DADS)의 함량을 분석하여 발효 전후 이들 성분에 대한 함량 변화를 비교하였다. 일반성분의 함량은 생마늘과 자가숙성발효마늘에서 큰 변화가 없었다.
%로 일직선으로 증가되도록 하여 3분 동안 현 상태를 유지하고 최종적으로 처음상태로 돌아가 2분을 유지시킨다. 모든 크로마토그래피 진행은 적정(실온)온도에서 실행되어졌으며, 시료중의 DADS는 온도에 민감하므로 가급적 빨리 분석 장비로 이송하여 측정하였다.
시료의 전처리를 위해 껍질을 벗긴 생마늘, 발효마늘 2종과 남해산 생마늘을 으깬 후 소량을 4℃에서 1개월간 별도로 보관한 1종류를 각각 막자사발을 이용하여 으깬 후 5 g씩을 100 mL의 용매에 섞는다. 상온의 ultrasonication에서 5분간 균질 시킨 후 상온에서 30분간 추출하여 35℃에서 농축하고 4℃에 보관하였다(13).
전처리 과정을 거쳐 마늘로부터 메탄올로 추출한 추출물 내의 SAC와 DADS의 함량을 측정하기 위하여 5 point multi-calibration curve를 Fig. 2와 같이 도식화하였다. 농도대비 peak area를 비교하여 각각의 SAC, DADS(X), 추세선값(the corresponding absorbance value; Y)과 오차범위(r2)를 구하였고 SAC, DADS의 calibration curve의 회기방정식과 오차범위는 각각 Y＝6011.
대상 데이터
HPLC는 W600 Multisolvent delivery system(Waters, Milford, MA, USA), detecter는 W486 Tunable absorbance detecter(Waters), injector는 Rheodyne injecter 7725i(Cotati, CA, USA), column은 5 μm particles, 4.6×150 mm XTerraMS C18(Waters)을 사용하였다.
남해산 난지계 생마늘 및 그와 동품종의 발효마늘을 한국의 생산업체에서 구입하였다. SAC(primary grade)와 DADS(secondary HPLC grade)는 ChromaDex 회사(Boulder, CO, USA)의 phytochemical standard를 구입하여 -1℃에서 냉동보관 하였다. Methanol과 distilled water는 HPLC grade(Burdic & Jackson, Morristown, NJ, USA)를 사용하였다.
Sato 등(12)의 제조방법에 의거하여 생산된 국내 제조업체의 제품을 실험원료로 채택하였다. 제조 원리는 마늘의 자가숙성발효에 의한 것으로써 여타의 첨가제를 투입하지 않고 85～95%의 습도 하에 60～70℃ 온도를 유지시킨 후 40일 동안 반응한 것이다.
남해산 난지계 생마늘 및 그와 동품종의 발효마늘을 한국의 생산업체에서 구입하였다. SAC(primary grade)와 DADS(secondary HPLC grade)는 ChromaDex 회사(Boulder, CO, USA)의 phytochemical standard를 구입하여 -1℃에서 냉동보관 하였다.
데이터처리
, Chicago, IL, USA)을 이용하여 산출한 평균과 표준편차로 나타내었다. HPLC의 변수(retention time and peak area)들은 마지막 측정치의 평균값으로, 크로마토그래픽 실험 결과의 평가는 수학적 통계방법에 의해 산출하였다. 1회 측정치의 상대오차는 5%를 초과하지 않았고 상대표본(대조군)에 의해 나타난 정확도는 5% 이내이다.
본 실험결과는 3회 반복 실험하여 SPSS 12.0(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 산출한 평균과 표준편차로 나타내었다. HPLC의 변수(retention time and peak area)들은 마지막 측정치의 평균값으로, 크로마토그래픽 실험 결과의 평가는 수학적 통계방법에 의해 산출하였다.
이론/모형
수분함량은 105℃ dry oven에서 상압가열건조법으로 항량을 측정하여 산출하였고, 조단백질은 Auto-kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet 추출장치로 추출하여 측정하였고, 조섬유는 1.25% H2SO4 및 NaOH 분해법으로, 조회분은 550℃ 직접 회화법으로 측정하였으며 그 외 나머지 성분들은 가용성 무질소물로 나타내었다.
성능/효과
SAC 및 DADS의 함량(μg/g)은 245.35±1.35에서 522.51±1.19로, 0.275±0.015에서 8.710±0.45로 각각 2배와 30배 이상으로 생마늘에 비하여 흑마늘 내의 함량이 매우 큰 폭으로 증가하였다.
01 mg/g로 2배 이상 크게 늘어났다. 감칠맛을 내는 glutamate, glycine의 함량이 크게 증가했으며, 함황아미노산인 cysteine과 methionine의 함량도 증가하는 결과가 나왔다. 부분적으로는 cysteine의 대용인 methionine의 함량도 늘었다.
그리고 장기간의 발효숙성과정을 거치지 않고 4℃에서 1개월 동안 저장한 생마늘의 경우 SAC의 함량은 1,965.25±11.35 μg/g로 크게 증가하였으나 DADS의 함량은 검출되지 않았다.
2와 같이 도식화하였다. 농도대비 peak area를 비교하여 각각의 SAC, DADS(X), 추세선값(the corresponding absorbance value; Y)과 오차범위(r2)를 구하였고 SAC, DADS의 calibration curve의 회기방정식과 오차범위는 각각 Y＝6011.9X-68760, r2＝0.9994와 Y＝9302.5X＋826330, r2＝0.9902로서 신뢰도가 높게 나타났다. 생마늘과 발효마늘의 SAC와 DADS의 함량 변화를 나타내는 chromatogram 결과는 Fig.
이러한 현상은 자가숙성발효라는 제조과정에서 생마늘의 alliin이 1차적으로 효소와 기타 화학적 반응에 의해 allicin으로 전환된 후, allicin으로부터 다른 일련의 복합적인 화학반응에 의하여 많은 양의 SAC 및 DADS가 생성된 결과에 의하여 나타났다고 할 수 있다. 또한 자가숙성 발효 과정 중 이러한 SAC 및 DADS 등과 같은 마늘 내 함황화합물들의 지표물질 생성 확인은 인체에 유익한 생리활성을 보유한 많은 종류의 다른 함황화합물들이 동시에 흑마늘 내에서 생성되었음을 암시한다. 그러나 흑마늘의 제조과정은 85～95%의 습도, 60～70℃에서 40여일 정도 장기간의 숙성이 필요하다.
먼저 남해산 생마늘 및 발효마늘의 SAC 함량은 각각 245.35±1.35 μg/g와 522.51±1.19 μg/g로 약 2배 이상의 함량 증가를 보였다(Table 3).
부분적으로는 cysteine의 대용인 methionine의 함량도 늘었다. 방향족이며 필수아미노산인 phenylalanine(부분적으로 tyrosine대용)과 tyrosine의 함량도 증가한 결과로 나타났다. Alanine, aspartic acid, isoleucine, leucine, serine, valine도 생마늘 대비 발효숙성 마늘에서 함량이 증가하였다.
생마늘과 발효숙성마늘의 아미노산 함량은 arginine, lysine, proline, threonine에서 감소를 보인 반면, 이를 제외한 13 종류에서 아미노산 함량이 많게는 2배 이상 증가함을 보였다(Table 2). Arginine은 총 아미노산 대비 함량이 높은 것이 특징적이다.
일반성분 분석을 통해 생마늘(남해산)은 단백질 32.36±0.23%, 지방 1.46±0.15%, 섬유소 1.13±0.15%, 회분 4.05±0.22%, 가용성 무질소물 61.01±0.31%로 나타났다.
특히 함황아미노산인 cysteine 및 methionine의 함량(mg/100 g)이 각각 295.25±5.08에서 381.86±14.86로, 47.2±3.92에서 66.6±1.08로 증가하였고, histidine의 함량(mg/100 g)은 319.19±5.42에서 796.62±7.01로 크게 증가하였다.
후속연구
그러나 diallyl disulfide의 불검출은 다른 영향, 즉 온도나 습도 등의 요인이 작용했을 것이라 사료된다(14). 따라서 생마늘을 파쇄 하여 저장하거나, 자가숙성발효 등의 가공법으로 제조된 가공마늘을 섭취함으로써 수용성인 SAC와 지용성인 DADS 등의 생리활성물질들을 보다 쉽고, 다량으로 섭취할 수 있을 것으로 생각된다.
이러한 숙성 과정은 특정 미생물 또는 효소를 이용하여 단축할 필요가 있다. 또한 SAC 및 DADS 등과 같이 생리활성이 높은 함황 화합물들의 함량을 증가시킬 수 있는 새로운 가공법에 대한 연구가 필요하다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
마늘의 원산지는?
마늘(Allium sativum L.)은 백합과에 속하는 대표적인 Allum속 식물로서 지금은 파과(Alliaceae)로 분류되는 다년생 식물이며, 원산지는 중앙아시아나 지중해 연안지역으로 우리나라에는 중국을 거쳐 전래된 것으로 추정된다. 중국 본초강목에는 대산(大蒜) 또는 호산(胡蒜)이라 하였으며, 삼국유사에서 일연스님은 산(蒜)이라 적고 있고, 조선시대 초기 훈몽자회에 의해 산(蒜)을 마늘의 한자로 표기하게 되었다.
중국 본초강목에서 마늘을 부르는 이름은?
)은 백합과에 속하는 대표적인 Allum속 식물로서 지금은 파과(Alliaceae)로 분류되는 다년생 식물이며, 원산지는 중앙아시아나 지중해 연안지역으로 우리나라에는 중국을 거쳐 전래된 것으로 추정된다. 중국 본초강목에는 대산(大蒜) 또는 호산(胡蒜)이라 하였으며, 삼국유사에서 일연스님은 산(蒜)이라 적고 있고, 조선시대 초기 훈몽자회에 의해 산(蒜)을 마늘의 한자로 표기하게 되었다. 품종은 생태형에 따라 난지계와 한지계로 분류하고 있다.
마늘 품종인 난지계와 한지계의 국내 주산지는 어디인가?
품종은 생태형에 따라 난지계와 한지계로 분류하고 있다. 난지계는 제주, 남해, 해남, 무안 등이 주산지이며, 한지계는 의성, 서산, 삼척 등이 주산지이다. 오랜 재배역사와 더불어 식용 및 의약품으로 널리 이용되어 왔으며 아시아 지역 및 이집트, 로마에 이르기까지 광범위하게 각종 신체질환의 예방과 치료에 효과적이라고 알려져 왔다(1).
참고문헌 (14)
Block E. 1992. The chemistry of garlic and onions. Sci Am 252: 114-119.
Amagase H, Petesch BL, Matsuura H, Kasuga S, Itakura Y. 2001. Intake of garlic and its bioactive components. J Nutr 131: 955S-962S.
Lancaster JE, Shaw ML. 1989. $\gamma$ -Glutamyl peptides in the biosynthesis of S-alk(en)yl-L-cysteine sulfoxides (flavor precursors) in allium. Phytochemistry 28: 455-460.
Melino S, Sabelli R, Paci M. 2011. Allyl sulfur compounds and cellular detoxification system: effects and perspectives in cancer therapy. Amino Acids 41: 103-112.
Lawson LD. 1998. Garlic; a review of its medicinal effects and indicated active compounds. In Phytomedicines of Europe; Chemistry and Biological Activity. American Chemical Society, Washington, DC, USA. Vol 691, p 176-209.
Jang EK, Seo JH, Lee SP. 2008. Physiological activity and antioxidantive effects of aged black garlic extract. Korea J Food Sci 40: 443-448.
Block E, Naganathan S, Putman D, Zhao ST. 1992. Allium chemistry: HPLC analysis of thiosulfinates from onion, garlic, wild garlic (Ramsoms), leek, scallion, shallot, elephant (great headed) garlic, chive, and Chinese chive. Uniguely high allyl to methyl ratios in some garlic samples. J Agric Food Chem 40: 2418-2430.
Mutsch-Eckner M, Sticher O, Meier B. 1992. Reversed phase high performance liquid chromatography of S-alk(en)yl-L-cysteine derivatives in Allium sativum including the determination of (+)-S-allyl-L-cystene sulfoxid, r-L-glutamyl-S-allyl-L-cysteine and r-L-glutamyl-S-(trans-1-propenyl)-L-cyteine. J Chromatogr 625: 183-190.
Sato E, Kohno M, Hamano H, Niwano Y. 2006. Increased antioxidative potency of garlic by spontaneous short term fermentation. Plant Foods Hum Nutr 61: 157-160.
Wan X, Polyakova Y, Row KH. 2007. Determination of diallyl disulfide in garlic by reversed-phase high performance liquid chromatography. Anal Sci Technol 20: 442-447.
Iberl B, Winkler G, Knobloch K. 1990. Products of allicin transformation; ajoenes and dithiins, characterization and their determination by HPLC. Planta Med 56: 202-211.
※ AI-Helper는 부적절한 답변을 할 수 있습니다.