[논문]잡곡당화음료 제조 최적 조건 탐색 및 항당뇨 활성 평가

이재성; 강윤환; 김경곤; 윤연경; 임준구; 김태우; 김대중; 원상연; 배무환; 최한석; 최면

doi:10.4163/jnh.2014.47.1.12

잡곡당화음료 제조 최적 조건 탐색 및 항당뇨 활성 평가
Exploration of optimum conditions for production of saccharogenic mixed grain beverages and assessment of anti-diabetic activity 원문보기

Journal of nutrition and health, v.47 no.1, 2014년, pp.12 - 22

이재성 (강원대학교 생명건강공학과) , 강윤환 (강원대학교 강원웰빙특산물산업화지역혁신센터) , 김경곤 (강원대학교 생명건강공학과) , 윤연경 (강원대학교 생명건강공학과) , 임준구 (강원대학교 강원웰빙특산물산업화지역혁신센터) , 김태우 (강원대학교 강원웰빙특산물산업화지역혁신센터) , 김대중 (강원대학교 강원웰빙특산물산업화지역혁신센터) , 원상연 ((주)엔에스쇼핑) , 배무환 ((주)엔에스쇼핑) , 최한석 (농촌진흥청 국립농업과학원 발효식품과) , 최면 (강원대학교 생명건강공학과)

초록
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본 연구에서는 Aspergillus oryzae CF1001 균주를 이용하여 잡곡당화음료 개발조건의 최적화와 향기성분을 분석하고 항당뇨 활성을 확인하고자 하였다. 중심합성실험계획법에 의해 당화온도 $50.71^{\circ}C$, 호화시간 45.12분이 최적 당화조건으로 선정되었으며, 당화온도가 호화시간에 비하여 $Brix^{\circ}$ 증가에 더 많은 영향을 미치는 것으로 확인되었다. 잡곡당화음료의 휘발성 향기성분은 33가지 동정성분과 29가지의 미지 성분이 분석되었다. 소장 내 당흡수와 관련된 ${\alpha}$-glucosidase 활성억제능은 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다. HepG2 세포의 glucose uptake 활성을 확인한 결과, 인슐린에 관계없이 glucose uptake가 증가하였으며, 관련 단백질인 GLUT-2, -4의 발현 또한 증가하는 것으로 나타났다. 세포 내 당소모대사 관련 효소인 GK와 PDH도 증가하는 것으로 나타났으며, 잉여로 남은 glucose를 지방으로 전환 저장하는 ACL, ACC 유전자도 증가하는 것으로 나타났다. 이를 통해 잡곡당화음료가 glucose uptake와 세포 내 당소모대사 증가를 도우며, 남는 glucose를 지방으로 전환 저장시키는데 도움을 줄 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Purpose: This study was conducted to establish the production conditions through optimization of the production process of beverages using Aspergillus oryzae CF1001, and to analyze volatile compounds and antidiabetic activity. Methods: The optimum condition was selected using the response surface methodology (RSM), through a regression analysis with the following independent variables gelatinization temperature (GT, $X_1$), saccharogenic time (ST, $X_2$), and dependent variable; ${\Delta}E$ value (y). The condition with the lowest ${\Delta}E$ value occurred with combined 45 min ST and $50^{\circ}C$ GT. The volatile compounds were analyzed quantitatively by GC-MS. Results: Assessment of antidiabetic activity of saccharogenic mixed grain beverage (SMGB) was determined by measurement of ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity, and glucose uptake activity and glucose metabolic protein expression by reverse transcriptase polymerase chain reaction (RT-PCR) and western blot analysis. Results of volatile compounds analysis, 62 kinds of volatile compounds were detected in SMGB. Palmitic acid (9.534% ratio), benzaldehyde (8.948% ratio), benzyl ethyl ether (8.792% ratio), ethyl alcohol (8.35% ratio), and 2-amyl furan (4.826% ratio) were abundant in SMGB. We confirmed that ${\alpha}$-glucosidase inhibition activity, glucose uptake activity, and glucose-metabolic proteins were upregulated by SMGB treatment with concentration dependent manner. Conclusion: Saccharogenic mixed grain beverage (SMGB) showed potential antidiabetic activity. Further studies will be needed in order to improve the taste and functionality of SMGB.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 Aspergillus oryzae CF1001 균주를 이용하여 제조한 잡곡당화음료의 혈당조절기능을 통한 당뇨환자들의 삶의 질 개선을 위한 기능성 식품 개발의 기초자료를 제공하고자 중심합성계획법에 의해 최적 당화조건을 설정하고, 제조된 잡곡당화음료의 향기성분 분석 및 항당뇨 활성을 확인하고자 하였다.
본 연구에서는 Aspergillus oryzae CF1001 균주를 이용하여 잡곡당화음료 개발조건의 최적화와 향기성분을 분석하고 항당뇨 활성을 확인하고자 하였다. 중심합성실험계획법에 의해 당화온도 50.
Isabel 등²⁸은 코코아로부터 추출한 flavonoid와 epicatechin이 HepG2 세포 내 AMP-activated protein kinase (AMPK)를 인산화시켜 glucose uptake를 증가시켰다고 보고하였으며, Nakamaru 등²⁹은 당뇨치료제인 AICAR의 처리가 HepG2 세포의 AMPK 활성을 증가시켰다고 보고하였다. 본 연구에서도 HepG2를 이용하여 잡곡당화음료의 항당뇨 활성을 평가하고자 하였다.
Choi 등²¹은 글루코오스 수율은 효소 사용량, 기질 농도, pH, 온도 등에 매우 민감하며, 최대 글루코오스 수율을 얻기 위해서는 최적 온도 및 pH 조건에서 효소 사용량을 높여야 한다고 하였으나, 효소 사용량의 증가는 비용 증가로 이어지기 때문에 적절한 최대 글루코오스 수율 내에서 효소 사용량을 최소화하는 공정을 만드는 것이 중요하다고 하였다. 이에 본 실험결과는 일정량의 당화효소를 이용한 최대 당화효율을 당화온도와 추출시간을 이용하여 최적화함으로서 생산 공정의 기초자료를 확보할 수 있었다.

가설 설정

Measurement of glucose uptake activity and GLUT-2, -4 expression in HepG2 cell. A: Effect of SMGB (Asp. CF1001) on glucose uptake. B: Effect of SMGB on GLUT-2, GLUT-4 mRNA expression.
Measurement of glycolytic key enzyme expression in HepG2 cell. A: Effect of SMGB on GK and PDH mRNA expression. B: Effect of SMGB on GK and PDH protein expression.
A: Effect of SMGB on GK and PDH mRNA expression. B: Effect of SMGB on GK and PDH protein expression. Values are mean ± standard deviation of triplicate determination, different letters on the bars (a-c) indicate significant differences (p ＜ 0.
CF1001) on glucose uptake. B: Effect of SMGB on GLUT-2, GLUT-4 mRNA expression. C: Effect of SMGB on GLUT-2, GLUT-4 protein expression.
B: Effect of SMGB on GLUT-2, GLUT-4 mRNA expression. C: Effect of SMGB on GLUT-2, GLUT-4 protein expression. Values are mean ± standard deviation of triplicate determination, different letters on the bars (a-d) indicate significant differences (p ＜ 0.

제안 방법

α-glucosidase 활성억제 측정은 in vitro에서 기질과의 반응역학분석 (kinetic analysis) 방법으로 억제율을 측정하여 소재의 혈당 조절 기능을 규명하였다.
PCR tube에 Go Tag Green Master 10 μl, forward primer (15 μM)와 reverse primer (15 μM)를 각각 0.5 μl, nuclease free water 8 μl, 합성한 first-stand cDNA 1 μl를 첨가하여 잘 섞은 후 PCR를 실행하였으며 각각의 primer의 PCR조건은 Table 3과 같다.
5 μl, nuclease free water 8 μl, 합성한 first-stand cDNA 1 μl를 첨가하여 잘 섞은 후 PCR를 실행하였으며 각각의 primer의 PCR조건은 Table 3과 같다. PCR 산물은 0.002% ethidium bromide가 첨가한 1.2% agarose gel에 100 V에서 30분간 전기영동 후 자외선 광으로 유전자 발현 정도를 알아보았다. 그 밴드의 강도를 imageJ (National institutes of health, Bethesda, MD, USA) 소프트웨어를 이용하여 분석 정량하였다.
GC-MS의 검출기 분석조건은 ionization energy 70 eV, 시료의 이온화는 Elctron impact/mass spectrometer (EI/MS)방법으로 하였다. Source temperature는 200℃, trap current 250 uA로 하여 진행하였으며 각 시료의 peak의 total ion chromatography (TIC)를 얻은 후 National Bureau of Standards (NBS) library search (version 1,4 SRI, Thermo electron, Waltham, MA, USA)와 retention time을 비교하여 문헌상에 보고된 데이터와 비교하여 각각의 향기성분을 동정하고 GC를 이용하여 함량을 확인하였다.¹⁹
Synthetic substrate인 2.5 mM p-nitrophenyl α-D-glucospyranoside를 phosphate buffer (pH 6.8)에 첨가한 후 α-glucosidase 활성 억제 실험을 할 시료를 넣고 그 혼합액에 enzyme solution을 첨가 후 37℃에서 20분간 반응시키고 0.1 M NaOH를 첨가하여 반응을 종결시켜 substrate인 pNPG로부터 유리되어 나오는 반응 생성물인 pnitrophenol을 405 nm에서 측정하여 α-glucosidase 활성의 억제정도를 측정하였다.
1% Tween 20과 5% 탈지분유를 함유한 Tris-buffered saline (TBS)에 1시간 동안 반응시킴으로써 blocking 하였다. 그 후 GK, PDH, GLUT-2 및 GLUT-4 1차 antibody (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)가 첨가된 buffer에서 1시간 동안 반응한 후 TBS-T (TBS containing 0.1% tween-20)로 5분간 3차례에 걸쳐 세척하였다. 그런 다음 membrane은 2차 anti-rabbit IgG conjugates horseradish peroxidase antibody (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)가 첨가된 용액을 넣고 상온에서 1시간 동안 혼합한 후 5분 단위로 3차례에 걸쳐 세척하였다.
45 μm, PVDF transfer membrane, Thermo, Rockford, IL, USA)으로 단백질을 전이하였다. 비특이적 단백질 결합 부분은 0.1% Tween 20과 5% 탈지분유를 함유한 Tris-buffered saline (TBS)에 1시간 동안 반응시킴으로써 blocking 하였다. 그 후 GK, PDH, GLUT-2 및 GLUT-4 1차 antibody (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)가 첨가된 buffer에서 1시간 동안 반응한 후 TBS-T (TBS containing 0.
추출조건에 대한 실험계획은 중심합성계획 (central composite design)을 사용하였으며, 반응표면분석을 위해 MiniTab 16 (Minitab inc, state college, PA, USA)을 사용하였다. 실험계획은 당화공정에서 중요한 변수로 고려되는 인자 즉, 당화온도 (40~60℃, X₁), 호화시간 (20~40 min, X₂)를 중심합성계획에 따라 Table 1과 같이 13구간으로 설정하여 음료 개발을 실시하였다. 또한 이들 요인변수에 의해 영향을 받는 종속변수 (Y)는 가용성고형분 (Brix°)으로 하였으며, 이들은 3회 반복 측정하여 그 평균값을 회귀분석에 사용하였다.
잡곡당화음료의 향기성분을 분석하기 위한 GC는 Aglient 7890A-FID (Agilent, Santa clara, CA, USA), GC-MS는 5975C (agilent)를 사용하였고, GC와 GC-MS column은 각각 DB-FFAP (60 m × 0.25 mm × 0.5 μm film thickness Agilent) capillary column을 사용하였으며 splitless mode로 분석하였다.
저자는 이전 연구에서, Aspergillus oryzae CF1001을 포함한 Aspergillus acidus KACC46420, Rhizopus delemar KACC46149, Rhizopus oryzae KACC45714 등 다양한 균주를 이용하여 당화 starter를 제조하여, 쌀과 함께 메밀, 조, 기장, 수수를 모두 혼합한 원료량의 0.2%를 첨가하여 53℃에서 20시간 동안 당화하여 잡곡당화음료를 제조하였고, 제조된 음료들 간의 항산화 활성을 비교하였다. 잡곡당화음료에는 폴리페놀과 플라보노이드 성분이 함유되어 있었으며, 항산화 활성이 균주에 따라 달리 나타난 것을 보고하였다.
조건별 당화음료의 최적 당화조건 예측은 Brix°에 대한 contour map superimposing 했을 때 임의의 중심점을 최적 조건으로 예측하고, 회귀식에 대입하여 예측 값을 설정하였다.
중심합성계획에 의해 당화온도 (X1)와 호화시간 (X2)에 따른 Brix° (Y)에 대한 회귀식과 반응표면 분석에 의해 최적당화조건을 예측하였다.
추출한 RNA (2 μg)와 RNase free water로 9 μl을 맞추고 70℃에서 5분간 반응시킨 후 2 × cDNA synthesis 완충용액 10 μl, cDNA synthsis Enzyme Mix 1 μl, 를 섞어 11 μl씩 각 PCR tube에 더한 후 25℃에서 5분, 42℃에서 60분, 70℃에서 15분간 반응시켜 cDNA를 합성하였다.
항당뇨 관련 주요 효소들의 mRNA 발현량을 측정하기 위하여 cDNA로 RT-PCR을 실시하였다. 실험에 사용한 primer sequence는 Table 2와 같다.

대상 데이터

간암 세포주인 HepG2 (Hepatocellular carcinoma)는 한국 세포주 은행 (Korean Cell Line Bank, KCLB)으로부터 분양받아 사용하였다. HepG2 세포는 Minimum essential medium (MEM, welgene, Daegu)배지에 10% fetal bovine serum (FBS, welgene, Daegu), 1% penicillin-streptomycin (welgene, Daegu)가 첨가된 배지를 사용하여 37℃ 및 5% CO₂ 조건에서 배양하였다.
간암 세포주인 HepG2 (Hepatocellular carcinoma)는 한국 세포주 은행 (Korean Cell Line Bank, KCLB)으로부터 분양받아 사용하였다. HepG2 세포는 Minimum essential medium (MEM, welgene, Daegu)배지에 10% fetal bovine serum (FBS, welgene, Daegu), 1% penicillin-streptomycin (welgene, Daegu)가 첨가된 배지를 사용하여 37℃ 및 5% CO₂ 조건에서 배양하였다.
그 밴드의 강도는 imageJ (National institutes of health, Bethesda, MD, USA) 소프트웨어를 이용하여 분석 정량하였다. 내부 표준단백질은 GAPDH (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)을 사용하였다.

데이터처리

Values are mean ± standard deviation of triplicate determination, different letters on the bars (a-c) indicate significant differences (p ＜ 0.05) by Duncan's multiple range test.
Values are mean ± standard deviation of triplicate determination, different letters on the bars (a-c) indicate significant differences (p ＜ 0.05) by Duncan’s multiple range test.
Values are mean ± standard deviation of triplicate determination, different letters on the bars (a-d) indicate significant differences (p ＜ 0.05) by Duncan’s multiple range test.
발색은 enhanced chemiluminescence method를 이용하여 x-ray 필름에 감광시켰다. 그 밴드의 강도는 imageJ (National institutes of health, Bethesda, MD, USA) 소프트웨어를 이용하여 분석 정량하였다. 내부 표준단백질은 GAPDH (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)을 사용하였다.
2% agarose gel에 100 V에서 30분간 전기영동 후 자외선 광으로 유전자 발현 정도를 알아보았다. 그 밴드의 강도를 imageJ (National institutes of health, Bethesda, MD, USA) 소프트웨어를 이용하여 분석 정량하였다.
또한 이들 요인변수에 의해 영향을 받는 종속변수 (Y)는 가용성고형분 (Brix°)으로 하였으며, 이들은 3회 반복 측정하여 그 평균값을 회귀분석에 사용하였다.
실험에서 얻어진 결과의 통계적 유의성은 SPSS (IBM Corporation, Version 10.0, Armonk, NY, USA) program을 이용하여 실험군당 mean ± S.D.으로 표시하였고, 각 농도의 평균차의 통계적 유의성을 p ＜ 0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test에 의해 검정하였다.

이론/모형

First strand cDNA를 합성하기 위하여 AmfiRiert Platinum cDNA snythesis Master Mix (GenDEPOT, Barker, TX, USA)를 이용하였다. 추출한 RNA (2 μg)와 RNase free water로 9 μl을 맞추고 70℃에서 5분간 반응시킨 후 2 × cDNA synthesis 완충용액 10 μl, cDNA synthsis Enzyme Mix 1 μl, 를 섞어 11 μl씩 각 PCR tube에 더한 후 25℃에서 5분, 42℃에서 60분, 70℃에서 15분간 반응시켜 cDNA를 합성하였다.
7 ml/min의 유속이 되도록 조절하였다. GC-MS의 검출기 분석조건은 ionization energy 70 eV, 시료의 이온화는 Elctron impact/mass spectrometer (EI/MS)방법으로 하였다. Source temperature는 200℃, trap current 250 uA로 하여 진행하였으며 각 시료의 peak의 total ion chromatography (TIC)를 얻은 후 National Bureau of Standards (NBS) library search (version 1,4 SRI, Thermo electron, Waltham, MA, USA)와 retention time을 비교하여 문헌상에 보고된 데이터와 비교하여 각각의 향기성분을 동정하고 GC를 이용하여 함량을 확인하였다.
그런 다음 membrane은 2차 anti-rabbit IgG conjugates horseradish peroxidase antibody (Santa Cruz Biotechnology, Santa Cruz, CA, USA)가 첨가된 용액을 넣고 상온에서 1시간 동안 혼합한 후 5분 단위로 3차례에 걸쳐 세척하였다. 발색은 enhanced chemiluminescence method를 이용하여 x-ray 필름에 감광시켰다. 그 밴드의 강도는 imageJ (National institutes of health, Bethesda, MD, USA) 소프트웨어를 이용하여 분석 정량하였다.
본 실험에서는 잡곡당화음료의 당화 최적 조건을 설정하기 위해 반응표면분석법 (response surface methodology, RSM)을 사용하였다. 추출조건에 대한 실험계획은 중심합성계획 (central composite design)을 사용하였으며, 반응표면분석을 위해 MiniTab 16 (Minitab inc, state college, PA, USA)을 사용하였다.
잡곡당화음료의 처리에 따른 HepG2 세포의 glucose uptake 변화는 glucose uptake colorimetric assay kit (Biovision, Milpitas, CA, USA)을 이용하여 수행하였다. 즉, HepG2 세포를 96-well plates에 1×10⁵ cells/ml로 분주한 뒤 24시간 동안 배양한 후 FBS가 포함되지 않은 배지로 교체하여 24시간 더 배양하였다.
본 실험에서는 잡곡당화음료의 당화 최적 조건을 설정하기 위해 반응표면분석법 (response surface methodology, RSM)을 사용하였다. 추출조건에 대한 실험계획은 중심합성계획 (central composite design)을 사용하였으며, 반응표면분석을 위해 MiniTab 16 (Minitab inc, state college, PA, USA)을 사용하였다. 실험계획은 당화공정에서 중요한 변수로 고려되는 인자 즉, 당화온도 (40~60℃, X₁), 호화시간 (20~40 min, X₂)를 중심합성계획에 따라 Table 1과 같이 13구간으로 설정하여 음료 개발을 실시하였다.

성능/효과

8 잡곡당화음료의 처리가 HepG2 내 ACL와 ACC의 mRNA 또한 증가시키는 것으로 나타났다. RomanRopez와 Allred³⁹의 연구에서는 당뇨유발흰쥐에서 ACC의 감소가 관찰되었으며, Park 등⁴⁰은 당뇨가 유발된 흰쥐의 저하된 ACC 효소의 활성 회복을 통해 항당뇨 효능을 이끌 수 있다는 연구결과를 발표하였다.
Aspergillus oryzae CF1001균주를 이용하여 잡곡당화음료 제조시 Brix°는 당화온도가 높아질수록 증가하다가 55℃ 이상 온도에서 감소를 보였으며, 추출시간에 따라 증가하다가 50분 이후로 서서히 감소하였다.
Brix°에 대해 당화조건을 고려하여 능선분석한 결과 (Fig. 2), 당화온도 50.71℃, 호화시간 45.12분 일 때 Brix° 최대값은 16.69일 것으로 예상되었으며 (Table 6), 호화시간보다는 당화온도가 더 많은 영향을 미쳤을 것으로 사료 된다 (Table 7).
72% 증가하였다. GK와 PDH protein 증감을 조사한 결과 (Fig. 5B), GK의 경우 3 mg/ml에서 108.9%, PDH의 경우 3 mg/ml에서 112.48% 증가하였다.
49% 증가하였다. GLUT-2와-4의 protein 발현 증감을 조사한 결과 (Fig. 4C), GLUT-2의 경우 5 mg/ml에서 112.34% 증가하였고, GLUT-4는 5 mg/ml 에서 112.81% 증가하는 것으로 관찰되었다.
4와 같다. Glucose uptake 실험결과 (Fig. 4A), 대조군과 비교하였을 때 139.87%증가한 것으로 나타났으며, 잡곡 당화음료와 인슐린이 처리된 군은 인슐린 단독처리군에 비하여 약 143.17% 증가한 것을 관찰하였다. 간세포의 주요 glucose transporter (GLUT)인 glucose transporter-2와 -4 (GLUT-2, -4)의 mRNA 발현을 확인한 결과 (Fig.
소장 내 당흡수와 관련된 α-glucosidase 활성억제능은 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다. HepG2세포의 glucose uptake 활성을 확인한 결과, 인슐린에 관계없이 glucose uptake가 증가하였으며, 관련 단백질인 GLUT-2, -4의 발현 또한 증가하는 것으로 나타났다. 세포 내 당소모대사 관련 효소인 GK와 PDH도 증가하는 것으로 나타났으며, 잉여로 남은 glucose를 지방으로 전환 저장하는 ACL, ACC 유전자도 증가하는 것으로 나타났다.
17% 증가한 것을 관찰하였다. 간세포의 주요 glucose transporter (GLUT)인 glucose transporter-2와 -4 (GLUT-2, -4)의 mRNA 발현을 확인한 결과 (Fig. 4B), 잡곡당화음료의 처리에 의해 증가하는 것을 관찰할 수 있었으며, GLUT-2의 경우 10 mg/ml의 농도에서 279.57% 증가하였고, GLUT-4는 5 mg/ml에서 156.49% 증가하였다. GLUT-2와-4의 protein 발현 증감을 조사한 결과 (Fig.
농도에 따른 α-glucosidase 활성억제능을 측정한 결과 α-glucosidase 억제제로 시판중인 acarbose의 활성은 3, 5, 10 mg/ml에서 각각 51.4 ± 1.63, 61.34 ± 2.13, 72.3 ± 1.63%의 활성을 나타내었으며, 잡곡당화음료에서는 9.99 ± 1.57, 16.67 ±1.35, 21.94 ± 0.66%의 활성을 나타내었다.
향기성분분석결과잡곡당화음료를 SPME법으로 추출하여 GC-MS로 분석한 결과, 총 62가지의 휘발성 향기성분이 동정되었으며, 나타난 성분을 Table 8에 나타내었다. 동정된 성분은 acid 7종, aldehyde 6종, alcohol 5종, ketone 4종, furan 3종, hydrocarbon 2종과 ester 및 ether를 포함한 기타 6종으로 총 33종이 동정되었으며 29종의 미지 성분으로 나타났다. Palmitic acid (9.
잡곡당화음료에는 폴리페놀과 플라보노이드 성분이 함유되어 있었으며, 항산화 활성이 균주에 따라 달리 나타난 것을 보고하였다. 또한 제품 개발과정에서 가장 중요한 평가요소인 색, 맛, 향의 품질평가에서 Aspergillus oryzae CF 1001 균주를 이용하여 제조한 음료가 가장 우수한 것으로 평가되었다.¹⁸
본 실험 결과 잡곡당화음료 개발조건 최적화 및 향기성분 분석을 통한 관능평가부분 개선방향 제시를 위한 기초자료를 확보하였으며, 항당뇨 활성을 검증함으로써 기능성음료 개발의 가능성을 확인할 수 있었다. 차후 잡곡당화음료의 맛 및 품질 개선에 대한 연구와 함께 다양한 기능성 평가에 대한 연구가 더 진행되면 당뇨환자의 삶의 질 개선에 도움을 줄 수 있는 식품의 개발이 가능해질 것이다.
38%가 alcohol류로 나타났다. 본 실험에서는 Aspergillus oryzae 균을 발효가 아닌 당화 과정에 사용하여 음료를 개발하였기 때문에 휘발성 향기성분을 분석한 결과 alcohol류는 5종으로 종류와 함량이 Lee와 Han²⁵의 연구결과와 비교하여 낮았으며 면적 비율을 확인한 결과 palmitic acid (9.534%), benzaldehyde (8.948%), benzyl ethyl ether (8.792%), ethyl alcohol (8.35%) 등이 주요 성분으로 검출되었다. 향은 색깔 및 질감과 함께 주요한 관능적 요소중 하나로 식품의 상품가치를 평가 및 향상시킬 수 있는 요소이다.
^35,36 Kim 등³⁷과 Choe 등³⁸은 동충하초에서 추출한 유효성분이 glucokinase, pyruvate dehydrogenase, acetyl CoA carboxylase 활성을 유의적으로 증가시켰다고 보고하였으며 당뇨환자에게 동충하초 인진쑥 메밀쌀 열수추출물의 혼합물섭취가 혈당강하 효능이 있다고 보고하였다. 본 실험에서는 잡곡당화음료가 HepG2 내의 GK, PDH의 mRNA와 protein의 발현을 증가 시키는 것을 확인하였으며, 이는 잡곡당화음료가 세포내로 흡수된 glucose를 소모시킬 수 있으며 잠재적으로 혈당강하 효능이 있음을 의미한다.
32 또한 GLUT-2와 -4의 발현에 여향을 미치는 소재의 개발은 향후 소장, 근육 및 지방조직에서 포도당 흡수 및 대사에 미치는 영향을 연구할 기초자료가 될 수 있다. 본 연구결과 잡곡당화음료을 이용하여 glucose uptake 증감과 GLUT-2, -4 mRNA 및 protein 발현을 확인한 결과, 인슐린 유무에 관계없이 glucose uptake가 증가하고 GLUT-2의 mRNA가 급격히 증가하는 것으로 나타났으며 GLUT-4의 mRNA는 GLUT-2 보다는 낮았지만 유의한 증가를 보였다. GLUT-2 및 -4의 단백질 발현은 mRNA와 같이 잡곡당화음료에 의하여 유의한 증가효과를 나타내었다.
상기 결과들을 토대로 잡곡당화음료는 α-glucosidase 활성 억제작용을 통해 소장 내 탄수화물 분해를 억제하여 급격한 혈당상승을 억제하고, 간세포의 glucose 흡수를 증가시키고, 흡수된 glucose는 대사에 이용하도록 유도하며, 과잉된 glucose는 지방으로 전환 저장하여 잠재적인 혈당강하를 유도할 수 있음을 예측할 수 있다.
HepG2세포의 glucose uptake 활성을 확인한 결과, 인슐린에 관계없이 glucose uptake가 증가하였으며, 관련 단백질인 GLUT-2, -4의 발현 또한 증가하는 것으로 나타났다. 세포 내 당소모대사 관련 효소인 GK와 PDH도 증가하는 것으로 나타났으며, 잉여로 남은 glucose를 지방으로 전환 저장하는 ACL, ACC 유전자도 증가하는 것으로 나타났다. 이를 통해 잡곡당화음료가 glucose uptake와 세포 내 당소모대사 증가를 도우며, 남는 glucose를 지방으로 전환 저장시키는데 도움을 줄 것으로 사료된다.
소장 내 당흡수와 관련된 α-glucosidase 활성억제능은 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다.
잡곡당화음료가 HepG2 세포의 ACL (ATP-citrate lyase), ACC (Acetyl-CoA carboxylase) mRNA 증감에 미치는 영향 조사한 결과 (Fig. 6), 두 효소 모두 10 mg/ml에서 가장 큰 발현 양을 나타내었다. ACL의 경우 10 mg/ml에서 215.
66%의 활성을 나타내었다. 잡곡당화음료와 acarbose 모두 농도 의존적으로 활성이 증가하는 것으로 조사되었다.
잡곡당화음료의 처리에 따른 HepG2 세포의 GK (glucokinase)와 PDH (pyruvate dehydrogenase) mRNA 증감을 조사한 결과 (Fig. 5A), 모든 효소의 발현이 잡곡당화음료처리에 의해 증가하는 것으로 관찰되었다. GK의 경우 10 mg/ml에서 116.
중심합성실험계획법에 의해 당화온도 50.71℃, 호화시간 45.12분이 최적 당화조건으로 선정되었으며, 당화온도가 호화시간에 비하여 Brix° 증가에 더 많은 영향을 미치는 것으로 확인되었다.

후속연구

이러한 GLUTs의 발현이 증가된다면 혈중 당 유입량이 증가되어 혈당은 저하될 수 있다.32 또한 GLUT-2와 -4의 발현에 여향을 미치는 소재의 개발은 향후 소장, 근육 및 지방조직에서 포도당 흡수 및 대사에 미치는 영향을 연구할 기초자료가 될 수 있다. 본 연구결과 잡곡당화음료을 이용하여 glucose uptake 증감과 GLUT-2, -4 mRNA 및 protein 발현을 확인한 결과, 인슐린 유무에 관계없이 glucose uptake가 증가하고 GLUT-2의 mRNA가 급격히 증가하는 것으로 나타났으며 GLUT-4의 mRNA는 GLUT-2 보다는 낮았지만 유의한 증가를 보였다.
²⁶ Choi 등²⁷은 식혜 제조 공정에서 엿기름을 첨가하면, 엿기름으로부터 추출되어 나오는 amylase에 의해 당화작용이 일어나고, 쌀 전분과 찹쌀 전분 등이 당화되어 maltose, glucose 등으로 전환되며 식혜 특유의 감미와 풍미가 생성되는 것으로 보고하였다. 본 실험 결과, Aspergillus oryzae CF1001을 이용하여 잡곡을 당화 시키는 과정에서 잡곡당화음료의 고유 향이 생성된 것을 확인할 수 있었으며 향후 관능평가결과를 개선하여 제품화에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
본 실험 결과 잡곡당화음료 개발조건 최적화 및 향기성분 분석을 통한 관능평가부분 개선방향 제시를 위한 기초자료를 확보하였으며, 항당뇨 활성을 검증함으로써 기능성음료 개발의 가능성을 확인할 수 있었다. 차후 잡곡당화음료의 맛 및 품질 개선에 대한 연구와 함께 다양한 기능성 평가에 대한 연구가 더 진행되면 당뇨환자의 삶의 질 개선에 도움을 줄 수 있는 식품의 개발이 가능해질 것이다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	세포내 당 흡수는 무엇에 의해 조절되는가?	세포내 당 흡수는 glucose transporters (GLUTs)에 의해 조절되며, GLUTs는 발현 위치, 기질 등에 따라 15종으로 구분 된다.30 사람 간조직과 HepG2 세포에서 발현되는 GLUTs 중에는 간에서 가장 많은 발현 양을 보이며 포도당의 항상성유지 역할을 하는 GLUT-2와 인슐린 신호기전에 의해 포도당 흡수기능을 수행하는 GLUT-4가 있다.
	당뇨는 어떻게 구분되나?	당뇨는 췌장의 β세포 감소에 의한 인슐린 분비저하로 나타나는 제 1형 당뇨병과 인슐린 분비저하와 인슐린 저항성에 의한 제 2형 당뇨병으로 구분 된다.8 당뇨는 다양한 만성 합병증을 유도하는 것으로 알려져 있다.
	휘발성 향기성분의 추출방법 중, SPME 분석법은 어디에 주로 이용되는가?	휘발성 향기성분의 추출방법에는 SDE 및 SPME 법 등이 있으며,22 SDE 법은 소량의 용매로 추출하며 향기의 손실이 적지만 추출하는 동안 고온을 유지하므로 주요 성분이 분해될 수 있다. SPME 분석법은 휘발성분을 흡착제에 흡착시킨 후 추출 및 농축단계를 거치지 않고 바로 GC에 투입함으로서 비점이 낮은 향기성분 분석에 주로 이용되고 있다.23 SPME 분석법은 시료를 건조할 필요 없이 분석할 수 있으므로 건조로 인한 향기성분의 심한 손실을 가질 수 있는 시료의 경우 생체로 분석할 수 있다는 장점을 지니고 있다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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