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문제 정의
- 따라서, 본 연구에서는 국내에서 생산되고 있는 블루베리 중 경북 김천산(lowbush)과 경기 평택산(highbush) 블루베리의 일반성분, 영양성분 및 anthocyanin, resveratrol과 같은 생리활성 성분을 분석, 비교하고자 하였다. 또한, DPPH 라디칼소거법을 통한 항산화 효과를 비교함으로써 향후 각종 블루베리를 활용한 기능성식품 소재 및 가공식품 개발에 도움이 될 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 따라서, 본 연구에서는 국내에서 생산되고 있는 블루베리 중 경북 김천산(lowbush)과 경기 평택산(highbush) 블루베리의 일반성분, 영양성분 및 anthocyanin, resveratrol과 같은 생리활성 성분을 분석, 비교하고자 하였다. 또한, DPPH 라디칼소거법을 통한 항산화 효과를 비교함으로써 향후 각종 블루베리를 활용한 기능성식품 소재 및 가공식품 개발에 도움이 될 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.
가설 설정
- 2)ND=Not Dedected.
제안 방법
- GC 분석시 HP-FFAP column(30 m×0.32 μm ID, 0.52 mm film thickness, Agilent Technologies)을 사용하였고, injector 230℃, detector 50℃, column oven 100℃(2 min)∼4℃/min∼230℃(20 min) 및 carrier gas인 He을 1.5 mL/min, split ratio 10:1의 조건으로 흘려주면서 불꽃이온화검출기(FID)로 분석하였다(22).
- 2)로 여과한 여액을 pH meter(691 pH Meter, Metrohm, Herisau, Swiss)로 측정하였다. Soluble solid 함량은 굴절당도계(N-1E, Atago, Tokyo, Japan)을 이용하여 측정하였다(19).
- 이때 시료 주입량은 20 μL이었고, 용매의 gradient 조건은 8분까지 4:6의 acetonitrile/water, 35분까지 1:9, 그리고 50분까지 다시 4:6으로 조정하였으며, 308 nm 에서 측정하였다. trans-Resveratrol 함량 분석은 표준 trans-resveratrol(Sigma, St Louis, MO, USA)과 시료의 머무름 시간을 직접 비교하여 확인하였고, 표준품의 검량곡선 작성 후 peak의 면적을 비교하여 산출하였다.
- 국내 김천산 lowbush 블루베리와 평택산 highbush 블루베리의 영양성분 및 항산화 활성을 분석하였다. 일반성분 조성 분석결과 산지에 따른 유의적인 차이는 없었다.
- 단백질을 강산으로 가수분해하여 발생하는 유리아미노산을 ion exchange를 통해 분리하고 ninhydrin post column 유도체를 형성시킨 후 발색시켜 visible detector로 분석하는 원리를 이용하여 아미노산 조성을 분석하였다(23). 즉, 시료 약 10 g을 정확히 칭량하여 ampule에 넣은 후 6 N HCl 15 mL를 가한 다음 3분간 진탕하였다.
- 즉, 블루베리 착즙액 1 mL에 2 N Folin-Denis reagent 1 mL를 가하여 진탕하고 정확히 3분후 10% Na2CO3 용액 5 mL를 가한 다음 실온에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응액을 분광광도계로 760 nm에서 흡광도를 측정하였고 gallic acid로 작성한 표준곡선으로부터 total polyphenol 화합물의 함량을 구하였다.
- 이를 550℃ 전기회화로에서 1시간 동안 회화시킨 다음 방냉하고 다시 도가니에 묽은 염산(염산:증류수=1:1, v/v) 10 mL를 천천히 가하여 재를 녹인 후 고속액체크로마토그래피용 증류수를 이용하여 50 mL로 정용한 다음, 무회분 여과지로 여과하여 시험용액으로 하였다. 분석은 ICP-AES(Activa, HORIBA Jobin- Yvon, Longjumeau, France)를 사용하였으며 RF power 1,000 W, nebulizer gas flow 0.7〜0.8 L/min, plasma gas flow 12 L/min, sheath gas flow 0.2 L/min 및 pump speed 20 rates/min의 조건으로 분석하였다.
- 분석은 carbohydrate column(4.6 mm×250 mm, 5 μm particle size, Waters Co., Milford, MA, USA)을 사용하여 시료를 10 μL 주입하고 이동상으로 acetonitrile:water(74:26, v/v)의 혼합용액을 isocratic mode에서 1.0 mL/min의 속도로 흘리면서 38℃에서 분석하였다.
- 블루베리 시료에 함유된 유리당을 50% ethanol로 추출한 다음 고속액체크로마토그래피를 이용하여 분석하였다 (19). 시료를 mixer로 완전히 균질화시켜 5∼10 g을 250 mL flask에 취하고 50% ethanol 50 mL를 가하여 65℃ 수욕 상에서 1시간 동안 환류냉각 추출하였다.
- 블루베리의 total anthocyanin 함량 분석은 Lee 등(24)의 방법을 변형하여 측정하였으며, 시료 1 g에 0.1% HCl이 포함된 methanol을 10 mL씩 가하여 교반(150 rpm, 2 hr, 25℃) 후 원심분리(3,000 rpm, 20 min)한 상등액을 anthocyanin 분석 시료로 사용하였다. 위 추출물 1 mL에 0.
- 블루베리의 trans-resveratrol 함량은 Adrian 등(25)의 방법을 수정하여 분석하였다. 시료 각 1 g에 80% methanol 5 mL를 가하여 실온에서 24시간 추출한 후 0.
- 블루베리의 전자공여작용(electron donating ability, EDA)은 DPPH(α,α-diphenyl-picrylhydrazyl)의 라디칼소거 효과로 각 시료의 환원력을 측정하여 나타내었다.
- 시료 각 1 g에 80% methanol 5 mL를 가하여 실온에서 24시간 추출한 후 0.45 μm syringe filter로 여과하여 HPLC(Varian 920-LC, Agilent Technologies) 로 분석하였다.
- 아미노산 표준물질은 amino acid standard H(Pierce Co., Rockford, IL, U.S.A.)를 사용하였으며, 분석조건은 ion exchange column(4.6×60 mm, packed with Hitachi custom ion exchange resin), column flow 1.0 mL/min, injection volume 20 μL, wavelength 570 nm 및 440 nm (for proline)로 분석하였다.
- 이를 0.45 μm PTFE filter(Millipore Co., Billerica, MA, USA)로 여과한 후 시험용액으로 하여 아미노산자동분석기(Hitachi AAA L-8900, Hitachi High-Technologies Co., Tokyo, Japan) 로 분석하였다.
- 블루베리 시료중의 주요 5종의 무기질 함량은 식품공전 중의 ICP-AES법에 의거하여 측정하였다(20). 즉, 시료 약3 g을 항량이 된 도가니에 정확히 취해 전열기 위에서 예비 탄화한 후 550℃ 회화로에서 백색 또는 회백색이 될 때까지 회화시켰다. 실온으로 냉각한 후 남아있는 회백색 재에 증류수 10방울 정도를 떨어뜨려 날리지 않도록 한 다음 묽은 질산(질산:증류수=1:1, v/v) 3 mL를 넣고 열판에서 가열하여 질산을 완전하게 건고시켰다.
- 추출용매를 0.45μm syringe filter로 처리하고 HPLC-RI(Jasco RI-2031 plus, JASCO International Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 분석하였다.
대상 데이터
- Column은 XTerra™ RP18(4.6×250 mm, 5μm particle size, Waters)을 사용하였으며, column 온도는 25℃로 유지하였다.
- 본 실험에 사용된 블루베리는 웰런비엔에프(충남 천안) 에서 제공받아 -20℃에 냉동보관하며 분석 시료로 사용하였으며, 블루베리의 품종 및 재배지역(경기 평택, 경북 김천)의 특성은 Table 1과 같다.
데이터처리
- 실험에서 얻어진 결과의 통계적 유의성은 SPSS(21.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) program을 이용하여 실험군당 평균±표준편차로 표시하였고, 각 군당 3개의 시료를 사용하여 실험은 3회 반복시행하였다.
이론/모형
- 블루베리 시료중의 주요 5종의 무기질 함량은 식품공전 중의 ICP-AES법에 의거하여 측정하였다(20). 즉, 시료 약3 g을 항량이 된 도가니에 정확히 취해 전열기 위에서 예비 탄화한 후 550℃ 회화로에서 백색 또는 회백색이 될 때까지 회화시켰다.
- 블루베리 시료중의 지방산 조성은 Folch 등(21)의 방법에 의하여 지질을 추출 및 정제한 후 14% BF3-methanol로 methyl ester화하여 Gas Chromatography (HP-6890GC FID, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)로 분석하였다. GC 분석시 HP-FFAP column(30 m×0.
- 블루베리의 total polyphenol contents는 Song 등(22)의 방법에 따라 측정하였다. 즉, 블루베리 착즙액 1 mL에 2 N Folin-Denis reagent 1 mL를 가하여 진탕하고 정확히 3분후 10% Na2CO3 용액 5 mL를 가한 다음 실온에서 1시간 동안 반응시켰다.
- 일반성분은 AOAC방법(18)에 준하여 분석하였다. 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분함량은 550℃에서 직접회화법으로 분석하였다. 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl법을 이용한 단백질 자동분석기(Kjeltec protein analyzer, Tecator Co.
- , Hoeganaes, Sweden)로, 조지방 함량은 Soxhlet법을 이용하여 분석하였다. 식이섬유 함량은 효소중량법으로 분석하였고, 총 당질 함량은 차감법으로 계산하였다.
- 일반성분은 AOAC방법(18)에 준하여 분석하였다. 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분함량은 550℃에서 직접회화법으로 분석하였다.
- 수분함량은 105℃ 상압건조법, 회분함량은 550℃에서 직접회화법으로 분석하였다. 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl법을 이용한 단백질 자동분석기(Kjeltec protein analyzer, Tecator Co., Hoeganaes, Sweden)로, 조지방 함량은 Soxhlet법을 이용하여 분석하였다. 식이섬유 함량은 효소중량법으로 분석하였고, 총 당질 함량은 차감법으로 계산하였다.
성능/효과
- DPPH radical 소거활성으로 분석한 두 품종 블루베리의 전자공여능은 매우 농도의존적이었으며 1,000 μg/mL의 농도에서 각각 79.7% 및 74.1%으로 김천산이 평택산보다 높게 나타났다(Fig. 1).
- 국내에서 생산된 2종류의 블루베리(김천산 lowbush, 평택산 highbush)의 일반성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. Lowbush 블루베리는 수분 91.08%, 탄수화물 4.17%, 조섬유 3.01%, 조지방 0.97%, 조단백 0.63%, 조회분 0.14%순이었으며, highbush 블루베리는 수분 90.77%, 탄수화물 5.17%, 조섬유 2.57%, 조지방 0.72%, 조단백 0.60%, 조회분 0.17% 으로 품종별 차이는 거의 없는 것으로 나타났으나 두 품종 모두 조섬유 함량이 비교적 높은 것이 특징적이었다. Jeong 등(26)이 보고한 건조블루베리에는 수분 10.
- 주요 포화지방산은 palmitic acid이고, 주요 불포화지방산은 linoleic acid, linolenic acid, oleic acid 등의 4종으로 나타났다. 가장 많은 지방산은 linoleic acid로 김천산 39.7%, 평택산 39.2%를 함유하고 있었고 다음으로 linolenic acid가 각각 23.5%, 20.5%씩 함유된 것으로 나타났다. 또한, 포화지방산 함량은 평택산이 18.
- 김천산 lowbush 블루베리의 total anthocyanin 함량은 22.0 mg/100 g으로, 평택산 highbush 블루베리의 18.1 mg/100 g 보다 높았다(Table 8). Anthocynin은 과일과 채소 등에서 자색, 청색 및 적색 등의 관능적 품질특성을 결정하는 천연 수용성 색소이기도 하지만 색소로서의 기능 외에 항산화 활성 등 다양한 생리활성이 보고된 바 있어(9,16) 기능성 측면에서 블루베리의 품질을 판단할 수 있는 중요한 지표성분이 될 수 있다.
- 김천산에 함유된 필수아미노산은 leucine>lysine>phenylalanine>valine>threonine>isoleucine>methionine 순으로 총 153.7 mg/100 g으로 나타나총 유리아미노산 중 31.8%를 차지하였고 비필수아미노산은 glutamic acid, aspartic acid, arginine, alanine, glycine, serine, tyrosine, proline, histidine의 순으로 총 330.2 mg/10g을 함유하고 있는 것으로 나타났다.
- 유리당 함량을 분석한 결과 Table 5와 같이 이들의 주요 유리당은 glucose와 fructose인 것으로 나타났다. 김천산은 fructose 2.99% 및 glucose 2.81%를 함유하고 있었고, 평택산은 각각 2.89% 및 2.61%를 함유하고 있는 것으로 분석되었으며 전체적으로 김천산 lowbush 블루베리가 평택산 highbush 블루베리에 비해 다소 높은 함량을 보였다. 이당류를 살펴본 결과 lactose 및 maltose는 검출되지 않았고 예상과 달리 sucrose 또한 검출되지 않았다.
- 두 블루베리의 총 폴리페놀 함량을 분석한 결과 각각 141.3 mg/100 g 및 138.4 mg/100 g으로 나타났다(Table 8). 담양에서 재배한 블루베리의 총 폴리페놀은 213.
- 9%보다 다소 높았다. 두 품종 모두 16종(필수 아미노산 7종, 비필수아미노산 9종)의 유리아미노산을 함유하였고 총 유리아미 노산 함량대비 필수아미노산은 김천산이 31.8%로 평택산의 28.9%보다 높았다. 준필수아미노산인 arginine은 평택산에 많이 함유되어 있는 것이 매우 특징적이었다.
- 블루베리의 유리아미노산 조성을 분석한 결과는 Table 7과 같다. 두 품종 모두 유리아미노산 20종 중 16종(필수아미노산 7종, 비필수 아미노산 9종)의 유리아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 김천산에 함유된 필수아미노산은 leucine>lysine>phenylalanine>valine>threonine>isoleucine>methionine 순으로 총 153.
- 5%씩 함유된 것으로 나타났다. 또한, 포화지방산 함량은 평택산이 18.8%로 김천산의 17.8%보다 다소 높았으나, 불포화지방산의 경우는 반대로 김천산이 81.7%로 평택산 79.9%보다 다소 높게 함유하고 있는 것으로 나타났다. Moon 등(27)은 국내산과 미국산 블루베리의 주요지방산이 oleic acid, linoleic acid, palmitic acid 의 순서인 것으로 보고하여 본 실험 결과와는 다소 차이를 보였다.
- 블루베리 착즙액의 pH 및 가용성고형분 함량을 측정한 결과, 김천산이 pH 4.35로 평택산의 pH 4.57보다 약간 낮은 값을 나타내었으나, 가용성고형분 함량은 평택산이 9.71ºBrix로 김천산의 8.35ºBrix보다 다소 높은 값을 보였다.
- 준필수아미노산인 arginine은 평택산에 많이 함유되어 있는 것이 매우 특징적이었다. 생리활성 성분인 anthocyanin, trans-resveratrol 및 total polyphenol을 정량하여 김천산과 평택산에서 각각 anthocyanin 22.0, 18.1 mg/100 g, trans-resveratrol 0.12, 0.11 mg/100 g 및 total polyphenol 141.3, 138.4 mg/100 g의 결과를 얻었다. 전자공여능으로 분석한 두 블루베리의 항산화 활성은 농도의존적이었으며 1,000 μg/mL의 농도에서 각각 79.
- 61%를 함유하고 있는 것으로 분석되었으며 전체적으로 김천산 lowbush 블루베리가 평택산 highbush 블루베리에 비해 다소 높은 함량을 보였다. 이당류를 살펴본 결과 lactose 및 maltose는 검출되지 않았고 예상과 달리 sucrose 또한 검출되지 않았다. 이는 시중 마트에서 구입한 국내산 블루베리에서 69.
- 전자공여능으로 분석한 두 블루베리의 항산화 활성은 농도의존적이었으며 1,000 μg/mL의 농도에서 각각 79.7% 및 74.1%으로 김천산이 평택산보다 높게 나타났다.
- 1). 전자공여능은 total polyphenol, anthocyanin 및 resveratrol 등과 같은 항산화 활성 성분들과 밀접한 상관관계가 있으며 본 연구에서도 이들 성분의 함량이 모두 높은 김천산 lowbush의 전자공여능 또한 높은 것으로 나타나 일치하는 경향을 보여주었다. 한편, 담양산 블루베리의 전자공여능은 54.
- 주요 5종의 대량무기질 함량 분석결과 김천산과 평택산에서 각각 P(11.60, 12,27%)>Ca(5.33, 9.06%)> Mg(4.70, 6.05%)>Na(0.24, 0.20%)>Zn(0.06, 0.07%) 순으로 함유되어 있었다.
- 07%) 순으로 함유되어 있었다. 주요 유리당은 김천산 및 평택산 각각 fructose 2.99, 2.89%와 glucose 2.81, 2.61%로 나타났고 sucrose, maltose 및 lactose 등의 이당류는 검출되지 않았다. 불포화지방산은 김천산이 81.
- 블루베리의 지방산 조성을 분석한 결과는 Table 6과 같다. 주요 포화지방산은 palmitic acid이고, 주요 불포화지방산은 linoleic acid, linolenic acid, oleic acid 등의 4종으로 나타났다. 가장 많은 지방산은 linoleic acid로 김천산 39.
- 2 mg/10g을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 평택산의 필수아미노산은 leucine, lysine, phenylalanine, threonine, valine, isoleucine, methionine 순으로 총 147.6 mg/100 g을 함유하고 있었으며(총 유리아미노산 함량 대비 28.9%), 비필수아미노산은 총 361.7 mg/100 g을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 한편, 유아와 성장기 어린이에게 필요한 준필수아미노산인 arginine이 평택산 highbush 블루베리에 특히 많이 함유된 것으로 나타난 점은 매우 특징적이다.
- 한편, 유아와 성장기 어린이에게 필요한 준필수아미노산인 arginine이 평택산 highbush 블루베리에 특히 많이 함유된 것으로 나타난 점은 매우 특징적이다. 한편, 유리아미노산의 총합계를 살펴보면 평택산 highbush 블루베리가 509.3 mg/100g으로 김천산 lowbush 블루베리 483.9 mg/100 g에 비해 많이 함았으나 필수아미노산은 반대로 lowbush가 highbush보다 3.9% 더 많은 것으로 나타났다. 기존의 다른 국내산 블루베리의 성분분석 결과에서는 더 적은 12종의 아미노산만이 검출되고 arginine, amino-n-butyric acid, glutamic acid, alanine, serine 등의 순으로 함유되어 있음이 보고되어(27) 본 실험의 결과와는 다소 차이를 보였다.
후속연구
- Rupasinghe와 Clegg(28)는 블루베리를 이용하여 제조한 와인의 무기성분을 분석하여 가장 많은 Ca 958 μg/g을 비롯하여 Mg, Zn, P 및 S 등이 함유되어 있음을 보고하였다. 본 연구에서 분석한 두 품종 블루베리에 P, Ca 및 Mg이 비교적 다량 함유되어 있는 사실은 향후 이들을 원료로 한 가공식품의 개발 전략 및 방향설정시 유용하게 활용될수 있을 것으로 사료된다.
- 항산화활성은 total polyphenol, anthocyanin 및 trans-resveratrol과 같은 기능성 성분의 함량이 김천산에서 더 높았던 결과와도 밀접한 상관관계가 있는 것으로 보여진다. 이상과 같은 기초적 연구결과는 향후 수입산 블루베리를 대체하기 위한 국내의 블루베리 재배면적 확대뿐만 아니라 기능성 식품소재로서의 이용에 있어 유용한 자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
- 50%로 glucose 함량이 fructose보다 높은 것으로 보고하는 등 블루베리의 산지, 품종, 원료의 혼합 여부 등에따라 유리당 함량은 매우 다른 것으로 나타나고 있다. 이와 같은 블루베리의 유리당 함량은 향후 개발제품의 맛에 결정적인 영향을 미칠 수 있는 요인이므로 원료의 선발에 있어 중요한 기초자료가 될 것으로 사료된다.
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