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문제 정의
- 본 연구는 국내 육성 벼 품종 미강의 토코페롤, 토코트리 에놀, 폴리페놀, γ-oryzanol 함량 및 기타 항산화 활성의 차이를 검토한 결과이다.
- 본 연구는 미강의 가공 및 이용성을 증진하기 위하여 국내 주요 육성 최고품질 및 고품질 벼 품종별 미강의 토코페롤 및 토코트리에놀과 기타 항산화 물질의 함량을 측정하고, 항산화 활성을 비교하여 도정 부산물의 이용 증진을 위한 기초 자료로 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 미강의 플라보노이드 함량은 Jia et al.(1999)의 방법을 응용하여 3반복으로 측정하였다. 각 추출액 250 μL에 증류수 1.
- 폴리페놀 함량은 Choi et al.(2003)의 방법에 따라 FolinCiocalteu reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색되는 원리로 3반복 분석 하였다. 추출물 100 μL에 2% Na2CO3 용액 2 mL를 가하고 3분간 방치한 후 50% Folin-Ciocalteu reagent 100 μL를 가 하였다.
- 5 g에 6% Propyl gallate(PG)이 포함된 EtOH용액 10 mL를 넣고 5분간 sonication 시킨 후 60% KOH 용액 10 mL를 가하여 70℃항온수조에서 50분간 saponification을 실시하고 ice bath에 옮겨 신속히 냉각하였다. 2% NaCl 30 ml를 가하여 잘 흔들어주고 질소 충진 후 여기에 20 mL의 0.01% butyl hydroxy toluen(BHT)이 첨가된 Hexane과 EtOAc 혼합용액(85:15) 을 넣고 흔들어주고, 수분을 제거하기 위해 무수 MgSO4 5 g 에 통과시켜 여과하는 과정으로 2반복 추출하였다.
- 다음으로 항산화 활성 분석을 통해 기타 항산화 물질의 효과를 살펴보고자 DPPH, ABTS법에 따른 항산화력과 환 원력을 Fig. 2와 같이 측정하였다.
- 1 mL amyloglucosidase을 넣고 60℃ shaking water bath에 30분간 가수분해 후 실온에서 냉각하고 가수 분해물의 4배량에 해당하는 95% ethanol 을 넣고 교반 후 실온에서 하루 동안 방치하였다. 마지막으로 미리 celite를 넣어 항량을 구해놓은 crucible에 여과하여 78% ethanol, 95% ethanol, acetone으로 차례로 세척을 한후 60℃ 열풍건조기에서 24시간 건조한 후 무게를 측정하였고, 최종 식이섬유 함량은 다음 식으로 계산하였다.
- 미강 시료는 80 mesh 체에 통과시킨 후, 시료에 5배량의 100% ethanol을 가한 뒤 상온에서 24시간 교반하면서 유용성분들을 추출하였다. 추출 후 고형분은 Whatman No.
- 분석조건은 HPLC(515 pump, 2475 FD, Waters) 를 이용하였으며, 컬럼은 Lichrosorb Si60 column(4.6 ×250 mm, 5 mm; Hibar, Darmstadt, Germany), 용매조성은 isocratic phase of n-Hexane : isopropanol(99:1, v/v), 유속은 1.5 mL/min 조건이었으며, 각 시료는 2반복으로 측정하였다.
- 추출물 250 μL에 동량의 0.2 M 인산완충액(pH 6.6), 1% K3FeCN6를 각각 가하고 이 혼합물을 50℃에서 20분간 반응시킨 후 250 μL 1% trichloracetic acid(TCA, w/v) 용액을 가하였다.
- 품종별 미강의 식이섬유 함량은 식이섬유 분석장치(Model Fibertec 1023 System E, FOSS, Denmark)를 이용하여 3반복으로 분석하였다. 시료 1 g에 50 mL 0.
- 희석된 ABTS ․ + 용액 1 mL에 희석된 추출액 50 μL를 가하여 spectrophotometer를 사용하여 흡광도의 변화를 정확히 30분 후에 측정하였으며, 표준물질로서 L-ascorbic acid(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO. USA)를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 항산화력(AEAC, mg ascorbic acid equivalent antioxidant capacity)으로 나타내었다.
대상 데이터
- 본 연구는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 2009년 관행 재배된 ‘삼광(Samkwang)’, ‘호품(Hopum)’, ‘하이아미(Haiami)’등 최고품질 7 품종과 ‘미광(Migwang)’, ‘일품(Ilpumbyeo)’등 고품질 9 품종을 선정하여 총 16 품종을 분석하여 비교 하였다(Table 1).
- 본 연구는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 2009년 관행 재배된 ‘삼광(Samkwang)’, ‘호품(Hopum)’, ‘하이아미(Haiami)’등 최고품질 7 품종과 ‘미광(Migwang)’, ‘일품(Ilpumbyeo)’등 고품질 9 품종을 선정하여 총 16 품종을 분석하여 비교 하였다(Table 1). 수확된 벼는 현미기(Model SY88-TH, Ssangyoung Ltd., Incheon, Korea)로 제현하고 마찰식 정미기 (Model MC-250, Satake Engineering Co., Ltd., Tokyo, Japan) 와 연삭식 정미기(Model TM-05, Satake Engineering Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 함께 이용하여 백미로 도정하였으며, 현미를 백미로 도정하는 과정 중 발생되는 미강을 본 연구의 재료로 사용하였다. 제조된 시료는 이후 분석 시 까지 4℃ 저온 저장고에 보관하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 1) Any means in the same column followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan’s multiple range test.
- Any means followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan’s multiple range test.
- Cultivar variation of total vitamin E contents in rice bran (µg/g): Any means followed by the same letter are not significantly (p<0.05) different by Duncan’s multiple range test.
- 국내 육성 벼 품종별 미강의 항산화 물질 함량과 항산화 활성 분석 결과는 SAS 9.2(Statistical analysis system, Enterprise guide 4.3)를 이용하여 통계분석 하였다.
이론/모형
- 총 항산화력 측정은 Re et al.(1999)의 ABTS cation decolorization assay방법에 의해서 3반복으로 측정하였다. 먼저 7.
- 환원력은 Mau et al.(2002)의 방법에 따라 3반복으로 측정하였다. 추출물 250 μL에 동량의 0.
- (2002)와 Choi et al.(2003)의 방법에 따라 3반복으로 측정하였다. 0.
- 품종별 미강의 비타민 E 함량은 Lim et al.(2007)의 방법에 기초하여 측정하였다. 미강 가루시료 0.
- γ-oryzanol함량은 Lilitchan et al.(2008)의 방법에 따라 2반복으로 측정하였다. 표준물질로는 Wako Pure Chemical Ind.
- 시료의 일반성분은 수분은 상압가열건조법(AOAC, 1995) 으로 측정하였으며, 회분은 직접회화법(AOAC, 1995)으로, 단백질은 켈달 질소 정량법(AOAC, 1995)을 이용하였으며, 지방은 Soxhlet 추출법(AOAC, 1995)을 이용하여 함량을 측정하였고, 식이섬유는 total dietary fiber assay kit(Megazyme International Ireland Limited, Wicklow, Ireland)을 이용하여 정량하였다. 무기성분 함량도 습식법(AOAC, 1995)에따라 시료 0.3～0.5 g에 1 N nitric acid 10 mL를 넣고 분해후 증류수로 정용하여 auxiliary gas flow 1.5 L/min, nebulizer pressure 30.1 psi, approximate RF power 950 W, frequency 27.12 MHz, analysis pump rate 130 rpm, pump tubing type EP-19의 조건에서 ICP(iCAP6000 Series, Thermo Electron Corporation, Cambridge, UK)로 측정하였다. 모든 일반성분및 무기성분 분석은 3반복으로 수행되었다.
- 시료의 일반성분은 수분은 상압가열건조법(AOAC, 1995) 으로 측정하였으며, 회분은 직접회화법(AOAC, 1995)으로, 단백질은 켈달 질소 정량법(AOAC, 1995)을 이용하였으며, 지방은 Soxhlet 추출법(AOAC, 1995)을 이용하여 함량을 측정하였고, 식이섬유는 total dietary fiber assay kit(Megazyme International Ireland Limited, Wicklow, Ireland)을 이용하여 정량하였다. 무기성분 함량도 습식법(AOAC, 1995)에따라 시료 0.
성능/효과
- 1. 품종별 미강의 조지방 함량은 15.8%(오대)～23.9%(칠보)이었으며 단백질 함량은 12.2%(한설)～15.1%(조운), 회분 함량은 8.7%(추청)～10.8%(한설), 식이섬유 함량은 34.1%(삼광)～43.5%(청해진미)의 범위를 나타났다
- 2. 품종별 미강의 전체 비타민 E 함량은 ‘호품’(221.47µg/g), ‘칠보’(211.63 µg/g), ‘청해진미’(208.54 µg/g) 순으로 높았고, ‘한설’(106.65 µg/g)이 가장 낮은 함량을 보였다.
- 3. γ-oryzanol은 ‘칠보’(4.30 mg/g)가 가장 높은 함량을보였으며, 미강 에탄올 추출물의 폴리페놀 함량은 ‘호품’(775.80 mg gallic acid/100g)이 가장 높은 함량을 나타내었다.
- DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과 ‘호품’의 미강이 9.82%를 나타내었으며 일품이 가장 낮은 4.36%의 소거능을 보였다.
- 결과적으로 벼 품종별 미강 항산화 성분의 유의한 차이를 확인하여, 식이섬유와 토코페롤 함량은 ‘청해진미’, 토코트리에놀과 폴리페놀 함량은 ‘호품’이 가장 높았으며, 미강 추출물의 항산화 활성에서도 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능은 ‘호품’, 환원력은 ‘운광’이 가장 높은 활성을 나타내었다.
- (2010)이 보고한 미강의 동족체별 함량 분포 경향과 동일하였다. 다만 본 미강의 비타민 E 분석 결과, 일반 밥쌀용 품종만을 대상으로 분석하였음에도 불구하고 이성체별 함량 분포가 품종에 따라 차이를 보였고, 이성체 별로 최대 함량을 보이는 품종이 서로 다른 것을 확인할 수 있었다.
- 이러한 토코페롤 및 토코트리에놀 함량은 품종, 종자의 성숙도, 재배지역, 기후상태 등에 따라 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Lee & Lee, 2003). 따라서 미강 내 비타민 E 성분을 이용하고자 할 때에는 목적하는 바에 따라 품종 등 시료의 특성을 이해하고 추출 및 가공공정에 대한 효율성 검토를 선행하는 것이 적절할 것으로 판단되었다.
- 무기물 함량은 칼슘, 철, 칼륨, 마그네슘, 망간, 나트륨, 인산, 아연을 분석한 결과, 각각 칼슘은 131 mg/100 g(미광)～163 mg/100 g(조운), 철은 13 mg/100 g(운광)～29 mg/100 g(삼광), 칼륨은 2,204 mg/100 g(운광)～2,890 mg/100 g(칠보), 마그네슘은 1,386 mg/100 g(운광)～2,402 mg/100 g(칠보), 망간은 18 mg/100 g(운광)～48 mg/100 g(추청), 나트륨은 9 mg/100 g(칠보)～31 mg/100 g(청해진미), 인산은 3,135 mg/100 g(운광)～4,934 mg/100 g(칠보), 아연은 11 mg/100 g(한설)～18 mg/100 g(하이아미)의 범위를 보였으며, 총 무기물 함량은 ‘운광’(6,921 mg/100 g)이 상대적으로 가장 낮고 ‘칠보’(10,434 mg/100 g)가 높은 것으로 나타났다(Table 2).
- 미강의 가장 많은 부분을 차지하는 식이섬유 함량은 ‘삼 광’이 34.1%으로 가장 낮았으며 ‘청해진미’가 43.5%로 가장 높은 함량을 나타내었다(Table 2).
- 8 mg gallic acid/g로 가장 높은 값을 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 일반벼의 미강보다 유색미의 미강에서 5～10배가량 높은 함량을 보이나(Oh et al., 2010), 유색미는 현미 형태로 소비되고 일반 현미보다 통상 높은 가격을 지니므로 미강 이용 가능성이 시료의 확보와 경제성 면에서 다소 낮을 것으로 판단되었다.
- 토코트리에놀의 네 가지 동족체는 전체적으로 γ-Tocotrienol 이 84.21 µg/g(호품)～40.15 µg/g(한설)로 높은 함량 범위를 나타내었고, α-Tocotrienol과 δ-Tocotrienol이 차례로 45.25 µg/g(칠보)～25.48 µg/g(한설), 5.16 µg/g(청해진미)～0.81 µg/g(한설)의 범위에 분포하였으며, β-Tocotrienol은 상대적으로 미미한 0.85 µg/g(새추청)～0.16 µg/g(한설)의 함량을 보였다.
- 토코페롤과 토코트리에놀은 각각 α-Tocopherol과 γ-Tocotrienol이 주를 이루었으며, 밥쌀용 품종 미강의 비타민 E 이성체별 함량 분포가 품종에 따라 유의한 차이를 보였다.
- 품종별 미강의 에탄올 추출물에 대한 ABTS cation decolorization assay 분석 결과, ‘호품’ 187.5 AEAC(ascorbic acid equivalent antioxidant activity)(mg/100g), ‘고품’ 115.74 AEAC (mg/100 g)등이 높았으며, ‘오대’ 20.74 AEAC(mg/100 g), ‘진수미’ 26.43 AEAC(mg/100 g) 등이 낮게 측정되었고, ‘호품’ 미강은 100 g당 ascorbic acid 187.5 mg과 동일한 항산화력을 지니는 것으로 해석할 수 있었다.
- 밥쌀용 벼 품종별 미강의 지방, 단백질, 회분, 무기물 및 식이섬유 함량 분석 결과는 등분산을 만족하였으며 그 상세 결과는 Table 2와 같았다. 품종별 미강의 조지방 함량은 15.8%(오대)～23.9%(칠보)이었으며 단백질 함량은 12.2% (한설)～15.1%(조운), 회분 함량은 8.7%(추청)～10.8%(한설) 범위로 나타났다. 상대적으로 크게 나타난 지방 함량 변이폭을 살펴보면, ‘오대’ 미강의 지방 함량이 다른 품종에 비해 크게 낮기 때문으로 Kim et al.
- 플라보노이드 함량 등과 높은 연관을 보이는 DPPH 라디칼 소거능은 호품이 9.82%로 가장 높 았으며, 폴리페놀 화합물 등과 관계되는 ABTS 라디칼소거능과 환원력은 각각 ‘호품’(187.5 AEAC mg/100g), ‘운광’(A700 = 0.19)에서 가장 높은 함량을 나타내었다.
- 환원력은 잠재적인 항산화 활성 척도로, 미강 에탄올 추출물에 대한 환원력은 1 mg/mL의 농도에서 측정한 결과 (Fig. 2) 0.12～0.19 범위로 나타나, ‘운광’(0.19)이 가장 높 았고, ‘칠보’(0.12)가 가장 낮은 환원력을 나타내었다.
후속연구
- 4. 밥쌀용 벼 품종 간 미강 기능성 성분 함량의 유의한차이를 확인하였고, 미강의 이용성 증진을 위하여 주요 품종의 특성을 이해하고 기능성 성분의 함량, 활성및 추출 수율을 최적화하기 위한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 생각된다.
- 결과적으로 벼 품종별 미강 항산화 성분의 유의한 차이를 확인하여, 식이섬유와 토코페롤 함량은 ‘청해진미’, 토코트리에놀과 폴리페놀 함량은 ‘호품’이 가장 높았으며, 미강 추출물의 항산화 활성에서도 DPPH와 ABTS 라디칼 소거능은 ‘호품’, 환원력은 ‘운광’이 가장 높은 활성을 나타내었다. 따라서 미강 식품 소재화를 위해서는 이러한 품종적 특성의 우선적 이해를 바탕으로 다양한 기능성 성분의 함량 및 활성을 최적화하기 위한 연구가 지속적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.
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