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문제 정의
- 식물성 생물자원에 효소를 처리하여 물리화학적 특성이나 가공특성을 개선한 연구 사례는 많이 보고되어 있으나 배의 가공공정에서 발생하는 부산물에 효소처리를 적용한 사례는 매우 드물다. 따라서 본 연구에서는 배의 가공공정에서 발생하는 부산물인 배의 과피와 과심을 4종의 시판용 복합효소를 처리함으로써 항산화 생리활성의 증대 효과를 조사하여 식품소재로서의 활용가능성을 알아보았다.
- ABTS radical 소거활성 평가는 potassium persulfate와 반응하여 생성된 ABTS radical이 항산화 물질에 의해 제거되어 radical 특유의 청록색이 탈색되는 원리를 이용하여 항산화능을 확인하는 방법이다(9). 배 과피와 과심에 대한 탄수화물 분해용 복합효소처리가 ABTS radical 소거능에 미치는 영향을 검토하였다. Fig.
- 배(Pyrus pyrifolia)의 과피와 과심에 복합효소처리 의해 물리화학적 특성 및 기능성에 미치는 영향을 조사하였다. 배의 과피와 과심에 4종의 복합효소를 처리할 경우 과피의 가용성 고형분 함량이 증가하였고 과심은 유의적으로 증가하지 않았다.
- 를 무해한 물 분자와 산소 분자로 전환시켜 활성산소로부터 생체를 보호한다(38). 본 실험에서는 배의 과피와 과심에 대한 탄수화물 분해용 복합효소의 처리가 SOD 유사활성에 미치는 영향을 검토하였다. Fig.
- 본 연구에서는 항산화성 생리활성물질로 잘 알려진 총 폴리페놀 성분의 함량이 탄수화물 분해용 복합효소처리에 의해 증가하는지를 알아보고자 하였다. Fig.
제안 방법
- ABTS radical 소거능 측정은 Re 등(30)의 방법을 변형하여 측정하였다. 7 mM의 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)diammonium salt(ABTS)와 2.
- 분리한 과피와 과심을 동결건조기(ED 8518, Ilshin, Gyeonggi-do, Korea)를 이용하여 동결건조 하였다. 건조한 과피와 과심을 분쇄기(HMF-995, Hanil, Seoul, Korea)를 이용하여 분쇄하였다.
- 배 과피와 과심에 Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo 등의 복합효소를 각각 처리하여 추출액의 총당이 효소처리에 의해 증가하는지를 검토하였다(Fig. 3). 과피와 과심에 효소처리 하였을 때 각각 Celluclast 처리군(23.
- 배 과피와 과심에 대하여 복합효소처리로 처리하였을 때 총 플라보노이드 함량의 변화를 조사하였다. Fig.
- 이것을 이용하여 환원력을 지닌 항산화화합물의 radical 소거능 활성을 평가한다(36,37). 배 과피와 과심을 탄수화물 분해용 복합효소(Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo)로 처리한 후 얻은 추출물에 대해서 DPPH radical 소거능을 측정하였다. Fig.
- 배를 수도수로 2회 수세한 후 배의 껍질 부위(과피, peel)와 가식 부위를 제거한 과심(core)으로 분리하였다. 분리한 과피와 과심을 동결건조기(ED 8518, Ilshin, Gyeonggi-do, Korea)를 이용하여 동결건조 하였다.
- 배의 과피(peel)와 과심(core)에 대한 탄수화물 분해용 복합효소처리가 가용성 고형분, 환원당 및 총당 함량에 미치는 영향을 검토하기 위하여 Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo 등의 복합효소를 기질 원료 중량 대비 2%(v/w)의 농도로 첨가하고 50°C에서 2시간 동안 효소처리 하였다.
- 배의 과피와 과심 분말을 각각 5%(w/v)의 농도가 되도록 증류수에 현탁하고, 0.1 N NaOH 또는 0.1 N HCl을 이용하여 pH 5로 조정한 후 복합효소(Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo)를 각각 배의 건조중량 기준 2%(v/w)의 농도로 첨가하고 항온수조를 이용하여 50°C에서 2시간 동안 진탕교반하면서 효소처리 하였다.
- 기로 환원시켜 적갈색을 띠는 원리를 이용하여 분석하였다. 배의 과피와 과심의 효소처리추출물의 환원당 함량을 조사하였다(Fig. 2). 배 과피의 효소처리추출물의 환원당 함량은 Pectinex 처리군, Celluclast 처리군, Viscozyme 처리군 및 Ultraflo 처리군에서 각각 20.
- 배를 수도수로 2회 수세한 후 배의 껍질 부위(과피, peel)와 가식 부위를 제거한 과심(core)으로 분리하였다. 분리한 과피와 과심을 동결건조기(ED 8518, Ilshin, Gyeonggi-do, Korea)를 이용하여 동결건조 하였다. 건조한 과피와 과심을 분쇄기(HMF-995, Hanil, Seoul, Korea)를 이용하여 분쇄하였다.
- , Daejeon, Korea)를 이용하여 3,200 rpm에서 10분간 원심분리 하였다. 원심분리 후 얻은 상등액으로 가용성 고형분 함량, 환원당 함량, 총당 함량, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 superoxide dismutase(SOD) 유사활성을 측정하였다.
- 총 플라보노이드 함량은 Davis 방법(28)을 변형하여 측정하였다. 시료 0.
- 5 mL를 첨가하여 혼합 후 37°C로 예열된 항온수조에서 1시간 반응시킨 다음 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 naringin을 표준물질로 작성한 검량선을 이용하여 산출하였다.
- 환원당은 알칼리성에서 3,5-dinitrosalicylic acid의 NO2기로 환원시켜 적갈색을 띠는 원리를 이용하여 분석하였다. 배의 과피와 과심의 효소처리추출물의 환원당 함량을 조사하였다(Fig.
- 효소처리한 배추출물의 가용성 고형분 함량을 휴대용 굴절계(Master-10T, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 연구에서 사용한 배는 국내산 신고 품종으로 나주배연구소에서 지원을 받아 사용하였다. 실험에 사용된 탄수화물 분해용 복합효소로서 Pectinex(Pectinex Ultra SP-L, 26000 PG/mL), Celluclast(Celluclast 1.
- 본 연구에서 사용한 배는 국내산 신고 품종으로 나주배연구소에서 지원을 받아 사용하였다. 실험에 사용된 탄수화물 분해용 복합효소로서 Pectinex(Pectinex Ultra SP-L, 26000 PG/mL), Celluclast(Celluclast 1.5 LFG, 700 EGU/g), Viscozyme(Viscozyme L, 100 FBG/g), Ultraflo(Ultraflo L, 45 FBG/g)는 Novozymes A/S(Bagsvaerd, Denmark)에서 구입하였다.
데이터처리
- 실험결과의 통계처리는 SPSS 12.0(SPSS Inc, Chicago, IL, USA)을 사용하여 ANOVA법에 의해 유의성을 검증하였으며, Duncan’s multiple range test(P<0.05)를 실시하여 통계적 유의성을 검증하였다.
이론/모형
- DPPH radical 소거능은 Heo 등(29)의 방법에 따라 측정하였다. 메탄올에 0.
- SOD 유사활성 측정은 Lee 등(31)의 방법에 따라 유해 환원산소종을 hydrogen peroxide(H2O2)로 전환시키는 반응을 촉매하는 pyrogallol의 생성량을 측정하였다. 50 mM Tris-HCl 완충용액(pH 8.
- 총 폴리페놀 함량은 Cho 등(27)의 방법인 Folin-Denis법을 응용하여 분석하였다. 시료 0.
- 총당(total sugar) 함량은 Dubois 등(26)의 phenol-sulfuric acid법을 이용하여 분석하였다. 시험관에 시료 0.
- 환원당(reducing sugar) 함량은 DNS법(25)을 이용하여 분석하였다. 시험관에 시료를 0.
성능/효과
- 배의 과피(peel)와 과심(core)에 대한 탄수화물 분해용 복합효소처리가 가용성 고형분, 환원당 및 총당 함량에 미치는 영향을 검토하기 위하여 Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo 등의 복합효소를 기질 원료 중량 대비 2%(v/w)의 농도로 첨가하고 50°C에서 2시간 동안 효소처리 하였다. Fig. 1에서 보는 바와 같이 과피에서는 Pectinex 처리군과 Viscozyme 처리군이 무처리군(3.0%)보다 각각 0.9%와 0.8% 정도 가용성 고형분 함량이 증가하였고, Celluclast 처리군과 Ultraflo 처리군은 무처리군에 비하여 유의적으로 증가하지 않았다. 과심에서는 효소처리군을 무처리군과 비교하였을 때 가용성 고형분 함량이 크게 증가하지 않는 것으로 나타났다.
- Fig. 5에서 보는 바와 같이 복합효소(Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo)로 처리한 과피의 경우 Ultraflo 처리군을 제외한 나머지 효소처리군에서 무처리군보다 총 플라보노이드 함량이 증가한 것으로 나타났으며, Viscozyme 처리군(82.3 μg/mL)은 무처리군(62.0 μg/mL)보다 총 플라보노이드 함량이 20.3 μg/mL 증가하여 가장 높은 증대 효과를 나타냈다.
- 배 과피와 과심에 대한 탄수화물 분해용 복합효소처리가 ABTS radical 소거능에 미치는 영향을 검토하였다. Fig. 7에서 보는 바와 같이 과피에서는 무처리군(50%)보다 Pectinex 처리군, Celluclast 처리군, Viscozyme 처리군 및 Ultraflo 처리군에서 각각 13%, 9.7%, 27.8% 및 20% 정도 ABTS radical 소거능이 증가하였고 Viscozyme 처리군(77.8%)에서 가장 높은 ABTS radical 소거능을 나타냈다. 이는 배의 과피에 Viscozyme을 처리하였을 때 무처리군에 비하여 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량이 가장 많이 증가됨으로써 ABTS radical 소거능도 높게 나타난 것으로 판단된다.
- 본 실험에서는 배의 과피와 과심에 대한 탄수화물 분해용 복합효소의 처리가 SOD 유사활성에 미치는 영향을 검토하였다. Fig. 8에서 보는 바와 같이 과피의 경우 Pectinex 처리군, Celluclast 처리군, Viscozyme 처리군 및 Ultraflo 처리군의 SOD 유사활성은 각각 12.3%, 14.4%, 19.5% 및 16.4%로 나타났으며, 무처리군(7.2%)에 비해 5.1~12.3% 정도 증가하였다. 과심의 경우 Ultraflo 처리군(27.
- 또한 과심에 4종의 복합효소처리 시 DPPH radical 소거능과 ABTS radical 소거능은 유의 적으로 증가하지 않았고 SOD 유사활성은 모두 증가하였다. 결과적으로 배의 과피와 과심에 탄수화물 분해 복합효소를 처리함으로써 고형분, 환원당 및 항산화 물질의 추출률을 증가시키고 항산화 활성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
- 결론적으로 배의 과피와 과심에 4종의 탄수화물 분해 복합효소를 처리하였을 때 가용성 고형분 함량, 환원당 함량 및 총당 함량이 증가하였음을 확인하였다. 또한 효소처리에 의해 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량의 증대 효과가 나타났으며 DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 증가하였다.
- 과심에 4종의 복합효소를 처리하였을 때 Viscozyme 처리군(63.8 μg/mL)에서 가장 높은 총 플라보노이드 함량이 측정되었다.
- 이는 탄수화물 분해 효소처리에 의해 연잎(20), 인삼(21), 황기(22), 흑마늘(24)의 총 폴리페놀 함량이 증대되었다고 보고된 바와 유사하였다. 과심의 경우 Celluclast 처리군과 Ultraflo 처리 군에서 무처리군 대비 각각 16.1%와 13.9% 정도 증가하였고, Pectinex 처리군과 Viscozyme 처리군에서는 무처리군에 비해 유의적인 증가를 보이지 않았다.
- 2% 정도 증가하여 약간 높은 DPPH radical 소거능을 보였고 Celluclast 처리군과 Ultraflo 처리군은 유의적으로 증가하지 않았다. 과심의 경우 무처리군(49.6%)과 비교하였을 때 Pectinex 처리군과 Viscozyme 처리군의 DPPH radical 소거능은 감소하였고 Celluclast 처리군과 Ultraflo 처리군은 유의적으로 증가하지 않았다. 이는 효소처리에 의해 총 폴리페놀 함량이 무처리군에 비해 많이 증가하지 않았기 때문에 DPPH radical 소거능에 영향을 주지 못한 것으로 판단된다.
- 3). 과피와 과심에 효소처리 하였을 때 각각 Celluclast 처리군(23.8 mg/mL)과 Viscozyme(31.3 mg/mL) 처리군에서 총당 함량이 가장 높게 나타났으며, 대부분의 효소에서 총당 함량이 증가되는 것으로 확인되었다. 이는 탄수화물 분해효소인 Pectinex와 Celluclast를 각각 처리하였을 때 흑마늘의 총당 함량이 증가되었다는 Chae 등(24)의 보고와 유사하였다.
- 6에서 보는 바와 같이 과피의 경우 Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo 효소처리추출물의 DPPH radical 소거능은 88% 이상으로 높은 DPPH radical 소거능을 보였다. 그러나 무처리군(87.4%)에 비해 Pectinex 처리군과 Viscozyme 처리군에서 각각 3.8%와 4.2% 정도 증가하여 약간 높은 DPPH radical 소거능을 보였고 Celluclast 처리군과 Ultraflo 처리군은 유의적으로 증가하지 않았다. 과심의 경우 무처리군(49.
- 또한 과심에 Celluclast로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량이 증가하였고, 총 플라보노이드 함량은 Ultraflo 처리군을 제외한 나머지 효소처리군에서는 비슷한 양상으로 증가하였다. 또한 과심에 4종의 복합효소처리 시 DPPH radical 소거능과 ABTS radical 소거능은 유의 적으로 증가하지 않았고 SOD 유사활성은 모두 증가하였다. 결과적으로 배의 과피와 과심에 탄수화물 분해 복합효소를 처리함으로써 고형분, 환원당 및 항산화 물질의 추출률을 증가시키고 항산화 활성을 향상시킬 수 있음을 확인하였다.
- 배의 과피에 Viscozyme으로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 가장 높은 증대효과를 보였다. 또한 과심에 Celluclast로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량이 증가하였고, 총 플라보노이드 함량은 Ultraflo 처리군을 제외한 나머지 효소처리군에서는 비슷한 양상으로 증가하였다. 또한 과심에 4종의 복합효소처리 시 DPPH radical 소거능과 ABTS radical 소거능은 유의 적으로 증가하지 않았고 SOD 유사활성은 모두 증가하였다.
- 과피의 가용성 고형분 함량은 Pectinex로 처리하였을 때 가장 높은 증대효과를 나타냈다. 또한 배의 과피와 과심에 Pectinex로 처리하였을 때 높은 환원당 추출 수율을 얻을 수 있었다. 총당 함량은 대부분의 효소처리군에서 증가하여 효소에 의해 탄수화물이 분해되어 당 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다.
- 결론적으로 배의 과피와 과심에 4종의 탄수화물 분해 복합효소를 처리하였을 때 가용성 고형분 함량, 환원당 함량 및 총당 함량이 증가하였음을 확인하였다. 또한 효소처리에 의해 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량의 증대 효과가 나타났으며 DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 증가하였다. 이를 통하여 효소처리에 의하여 배의 세포벽 성분을 분해하여 고형분, 환원당 및 항산화 물질의 추출율을 증가시키고 항산화 활성을 향상시키는 것을 확인하였다.
- 총당 함량은 대부분의 효소처리군에서 증가하여 효소에 의해 탄수화물이 분해되어 당 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 배의 과피에 Viscozyme으로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 가장 높은 증대효과를 보였다. 또한 과심에 Celluclast로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량이 증가하였고, 총 플라보노이드 함량은 Ultraflo 처리군을 제외한 나머지 효소처리군에서는 비슷한 양상으로 증가하였다.
- 배(Pyrus pyrifolia)의 과피와 과심에 복합효소처리 의해 물리화학적 특성 및 기능성에 미치는 영향을 조사하였다. 배의 과피와 과심에 4종의 복합효소를 처리할 경우 과피의 가용성 고형분 함량이 증가하였고 과심은 유의적으로 증가하지 않았다. 과피의 가용성 고형분 함량은 Pectinex로 처리하였을 때 가장 높은 증대효과를 나타냈다.
- 이는 탄수화물 분해효소인 Pectinex와 Celluclast를 각각 처리하였을 때 흑마늘의 총당 함량이 증가되었다는 Chae 등(24)의 보고와 유사하였다. 본 연구에서는 배의 세포벽 성분인 다당류(cellulose, hemicellulose 및 pectin)가 Pectinex, Celluclast, Viscozyme 및 Ultraflo에 의해 cellobiose, 포도당 및 올리고당 등으로 분해되어 총당 함량이 증가된 것으로 판단된다.
- 또한 효소처리에 의해 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량의 증대 효과가 나타났으며 DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 증가하였다. 이를 통하여 효소처리에 의하여 배의 세포벽 성분을 분해하여 고형분, 환원당 및 항산화 물질의 추출율을 증가시키고 항산화 활성을 향상시키는 것을 확인하였다.
- 또한 배의 과피와 과심에 Pectinex로 처리하였을 때 높은 환원당 추출 수율을 얻을 수 있었다. 총당 함량은 대부분의 효소처리군에서 증가하여 효소에 의해 탄수화물이 분해되어 당 함량이 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 배의 과피에 Viscozyme으로 처리할 경우 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH radical 소거능, ABTS radical 소거능 및 SOD 유사활성이 가장 높은 증대효과를 보였다.
- 3 mg/mL 정도 증가하였다. 최종적으로 배의 과피와 과심에 Pectinex를 처리한 군에서 환원당 함량이 가장 많이 증가한 것으로 나타났다. 이는 녹차에 Pectinex를 처리하였을 때 효소처리 전보다 환원당이 증가하였다고 보고한 Kim 등(32)의 결과와 유사한 결과이다.
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