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문제 정의
- 본 연구에서는 곡류 등을 주원료로 한 효소식품과 효소표방식품인 기타가공품에 들어 있는 전분을 분해하는 α-아밀라아제와 β-아밀라아제 활성을 조사하고 발효식품인 음료류와 효소식품의 아밀라아제 활성을 비교하여 소비자에게 정확한 정보를 제공함으로써 올바른 제품을 선택할 수 있도록 도움을 주고 이를 바탕으로 식품공전의 효소의 규격기준이 마련되어 있지 않은 β-아밀라아제의 기준 설정과 효소에 대한 기준강화를 위한 기초자료로 제공하고 일부 식사대용이나 다이어트 식품으로 오인되어 판매되는 이들 제품에 함유된 당 함량을 분석하여 당 함유실태를 파악하고자 한다.
- 본 연구에서는 효소식품 표방제품(이하 효소표방식품)에 대해 “효소식품이 아님에도 불구하고 효소의 효능, 효과를 강조하여 소비자들이 효소식품으로 오인하도록 만들어진 제품”으로 정의하고자 한다.
- 효소 (표방)식품 일부가 체중조절용식품이나 다이어트식 품으로 선정하여 판매되는 사례가 종종 발생하는데 이에본 연구에서는 효소식품과 효소표방식품의 당 함량을 분석하여 실태를 파악하고자 하였다. 효소식품과 효소표방 식품의 총 당 함량을 살펴보면, 효소식품은 평균 22.
제안 방법
- α-아밀라아제는 Park과 Oh7) 와 김 등8) 의 방법을 변형하여 측정하였다.
- β-아밀라아제는 Namgung과 Hong9), 박 등10) 의 방법을 변형하여 측정하였다.
- 0%로 희석하여 사용하였다. 검체는 균질화한 후 약 1.0 g을 정밀히 달아 증류수 25 mL 에 녹인 후 아세토니트릴을 가하여 50 mL로 정용하고 여과 후 시차굴절계검출기(RI 410, Waters Co., USA)를 사용하여 HPLC로 분석하였고 기기 조건은 Table 1과 같고 당 표준품의 HPLC의 크로마토그램은 Fig. 1과 같다.
- 1% CaCl2 1 mL를 첨가하고 항온수조(37℃)에서 5분간 예열 후 미리 100℃에서 가열처리한 검액 1 mL를 첨가하였다. 또 효소표준용액용 시험관에 1.0% 기질용액 5 mL와 초산염완충액(pH 5.0) 3 mL, 0.1% CaCl2 1 mL을 첨가하고 항온수조(37℃)에서 5분간 예열 후 증류수 1 mL를 첨가하였다. 각 시험관을 잘 흔든 후 정확히 30분간 항온수조(37℃) 내에서 반응시켰다.
- 따로, 표준용액은 맥아당 (표준품)을 이용하였으며 검액 1 mL 대신에 표준용액 1 mL와 물 1 mL를 각각 사용하여 시험용액과 동일조작을 하였다. 물을 사용한 것을 대조액으로 하여 단계 희석한 표준용액의 흡광도를 측정하고 표준곡선을 작성하였다.
- 각 시험관을 잘 흔든 후 정확히 30분간 항온수조(37℃) 내에서 반응시켰다. 반응완료 후 즉시 얼음물로 냉각시키고 시험관에 반응액 0.2 mL를 취하고 0.00025 N I2 solution 10 mL를 첨가한 후 UV-Visible Spectrophoto-meter를 이용하여 660 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다.
- 인터넷을 통해 유통, 판매 중인 효소식품 50건 (곡류효소함유제품 45건, 과·채류효소함유제품 1건, 기타식물효소함유제품 4건), 효소표방식품 48건 (기타가공품 30건, 음료베이스 6건, 기타발효음료류 7건, 액상차 5건), 총 98건을 구매하여 α-아밀라아제 활성, β-아밀라아제 활성 그리고 당류 (과당, 포도당, 자당, 유당, 맥아당) 함량을 분석하였다.
- 즉, 요오드와 함께 혼합된 α-아밀라아제에 의해 전분이 가수분해 될 때 나타내는 푸른색이 감소하는 정도를 측정하는 방법으로 α-아밀라아제 활성은 30분간 10 mg의 전분을 분해시켰을 때를 1 U (unit)으로 하여 1 g으로 환산하였다.
- 즉, 환원당에 의해 3,5-디니트로살리실산의 NO2 기가 NH2 기로 환원되면서 적갈색을 띠는 성질을 이용하여 비색정량하는 방법으로 β-아밀라아제 활성은 1분간 1 mg의 맥아당(maltose)에 상당하는 환원당을 생성할 때를 1 U(unit)으로 하여 1 g으로 환산하였다.
- 표준용액은 표준품 (과당, 포도당, 자당, 유당, 맥아당)을각각 약 1 g을 취하여 증류수를 가하여 100 mL 정용하고 증류수로 0.02, 0.05, 0.1, 1.0%로 희석하여 사용하였다. 검체는 균질화한 후 약 1.
- 시험관 모두를 끓는 수욕조에서 10분간 끓여주고 신속하게 냉각시킨 후 물 10 mL를 넣고 잘 흔들어 주었다. 효소공 시험용액을 대조액으로 하여 UV-Visible Spectrophotometer를 이용하여 540 nm의 파장에서 효소시험용액의 흡광도를 측정하였다. 따로, 표준용액은 맥아당 (표준품)을 이용하였으며 검액 1 mL 대신에 표준용액 1 mL와 물 1 mL를 각각 사용하여 시험용액과 동일조작을 하였다.
- 2 μm, Whatman International ltd, ENGLAND)를 사용하였다. 효소시험에는 Water Bath (Lab. companion CW-10GL, JEIO TECH, Korea)를 사용하여 가온하고 UV-Visible Spectrophotometer (Beckman DU-800, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였고 시료의 당류 분석은 High Performance Liquid Chromatography (2414 RID, 515 Pump, 2707 Auto-sampler, Column Heater, Waters, USA)를 이용하였다.
- 0% 전분용액을 기질용액으로 사용하였다. 효소시험용 시험관에는 1.0% 기질용액 5 mL와 초산염완충액(pH 5.0) 3 mL, 0.1% CaCl2 1 mL를 첨가하고 항온수조(37℃)에서 5분간 예열 후 검액 1 mL를 첨가하였고 효소공시험용으로 다른 시험관에 1.0% 기질용액 5 mL와 초산염완충액(pH 5.0) 3 mL, 0.1% CaCl2 1 mL를 첨가하고 항온수조(37℃)에서 5분간 예열 후 미리 100℃에서 가열처리한 검액 1 mL를 첨가하였다. 또 효소표준용액용 시험관에 1.
대상 데이터
- 8)을 기질용액으로 하여 1 mL를 넣고 항온수조(50℃)에서 5분간 정치하고, 검액 1 mL를 첨가하고 항온수조(50℃)에서 정확히 10분간 반응시킨 다음 3,5 디니트로살리실산시액 2 mL를 첨가하여 반응을 정지시켰다. 별도의 효소공시험용 시험관에 기질용액 1 mL 및 3,5-디니트로살리실산시액 2 mL를 넣고, 이에 검액 1 mL를 첨가했다. 시험관 모두를 끓는 수욕조에서 10분간 끓여주고 신속하게 냉각시킨 후 물 10 mL를 넣고 잘 흔들어 주었다.
- 본 연구에 사용된 시약은 soluble starch, calcium chloride (Sigma-Aldrich, China), sodium hydrogen phosphate (Sigma-Aldrich, Germany), sodium metabisulfite (Sigma-Aldrich, Italy), fructose (Sigma-Aldrich, Japan), glucose (Sigma, France), sucrose (Sigma, Switzerland), lactose (Fluka, Japan), maltose (Sigma-Aldrich, Japan), 0.1N I2 solution, sodium hydroxide (Merck, Germany), sodium acetate anhydrous, dibasic potassium phosphate (Sigma, USA), 3,5-dinitrosalicylic acid (Sigma, India), potassium sodium tartrate tetrahydrate (Kanto, Japan), acetic acid, phenol (Wako, Japan), acetonitrile (Budrick & Jackson, Usa)등 이고 증류수는 Thermo Scientific Barnstead NANO pure Diamond (Reverse Osmosis, Model D126611/D11911, Banstead, USA)를 이용하여 18.2 MΩ수준으로 정제하여 사용하였다.
- 분석 시료액 여과에는 ADVANTEC 2 (Toyo Roshi Kaisha, Ltd, Japan)를, 표준액 여과에는 Membrane syringe filter (Nylon 13 mm, 0.2 μm, Whatman International ltd, ENGLAND)를 사용하였다.
데이터처리
- 실험결과 자료는 SPSS (statistical package for socialscience)를 이용하여 분석한 후 피어슨 상관계수를 사용하여 p < 0.01, p < 0.05를 기준으로 실험값 간의 유의성을 검증하였다.
성능/효과
- α-아밀라아제 활성은 β-아밀라아제 활성과 강한 상관관계 (r = 0.760, p < 0.01)가 있었으며 개별 당류 중 유당 함량 (r = 0.903, p < 0.01)과 매우 강한 상관관계를 나타냈다.
- β-아밀라아제 활성은 총 당 함량과 강한 상관관계(r = 0.633, p < 0.01)를 나타냈고 개별 당류 중 유당 함량과 강한 상관관계(r = 0.757, p < 0.01)를, 포도당 함량과 보통 상관관계(r = 0.571, p < 0.01)를 나타냈다.
- β-아밀라아제 활성은 총 당 함량과 강한 상관관계(r = 0.733, p < 0.01)를 나타냈고 개별 당류 중 유당 함량과 강한 상관관계(r = 0.648, p < 0.01)를 나타냈다.
- 54 g/ 100 g으로 발효식품에서 높은 총 당 함량을 나타냈다. 각 식품유형에 개별 당 함량을 평균값으로 살펴보면, 효소식 품은 포도당(10.02 g/100 g)과 유당(8.62 g/100 g), 기타가공 품은 포도당(8.91 g/100 g), 음료베이스는 과당(23.37 g/100g)과 포도당(23.16 g/100 g), 기타발효음료는 포도당(22.09g/100 g)과 과당(18.57 g/100 g), 액상차는 포도당(19.43 g/ 100 g)과 과당(14.28 g/100 g)이 많은 함량을 나타냈다. 효소식품과 효소표방식품의 당 함량은 Table 5와 같다.
- 곡류 등을 주원료로 한 효소식품과 효소표방식품인 기타가공품에 들어 있는 전분을 분해하는 α-아밀라아제와 β-아밀라아제는 효소식품에서 기타가공품에 비해 높은 활성을 나타냈고 발효식품에서는 매우 낮게 나타났다.
- 곡류를 원료로 한 효소식품과 효소표방식품인 기타가공품 모두에서 α-아밀라아제 활성과 β-아밀라아제 활성 사이에서 강한 양의 상관관계를 나타냈고 즉, 두 효소 활성 사이에 양의 비례 관계가 성립함을 알 수 있었다.
- 본 연구에 사용한 효소식품과 기타가공품은 모두 분말 제품이었고 음료베이스, 기타발효음료류, 액상차는 모두 액상제품이었으며 이들은 발효의 정의에 의하여 발효식품으로 표시하였다.
- 열에 약한 β-아밀라아제 활성은 효소식품에서 최소 0.35 U/ g 에서 최대 1,144.29 U/g의 범위로 식품유형 간에 3,269배 이상 큰 편차를 나타냈고 효소표방식품 중 기타가공품을 제외한 발효식품의 β-아밀라아제 활성은 평균 10.49 U/ g으로 효소식품보다 매우 낮게 나타났다.
- 즉, α-아밀라 아제와 β-아밀라아제 효소의 활성은 모두 총 당 함량과 강한 상관관계(r = 0.683, r = 0.733, p < 0.01)를 보였다.
- 효소 (표방)식품 일부가 체중조절용식품이나 다이어트식 품으로 선정하여 판매되는 사례가 종종 발생하는데 이에본 연구에서는 효소식품과 효소표방식품의 당 함량을 분석하여 실태를 파악하고자 하였다. 효소식품과 효소표방 식품의 총 당 함량을 살펴보면, 효소식품은 평균 22.36 g/ 100 g, 기타가공품은 14.80 g/100 g, 음료베이스는 46.89 g/ 100 g, 기타발효음료류는 41.14 g/100 g, 액상차는 39.54 g/ 100 g으로 발효식품에서 높은 총 당 함량을 나타냈다. 각 식품유형에 개별 당 함량을 평균값으로 살펴보면, 효소식 품은 포도당(10.
- 효소식품에서 총 당 함량은 개별 당류 중 유당 함량(r = 0.758, p < 0.01) 및 포도당 함량(r = 0.652, p < 0.01)과 강한 상관관계를 나타냈다.
- 57 U/g으로 나타났다. 효소식품은 기타가공품에 비해 약 40배 정도 높은 활성을 나타냈고발효식품은 1.0 U/g이하의 미미한 활성을 나타냈다. β-아밀라아제 활성을 평균값으로 살펴보면, 효소식품은 125.
- 효소식품의 β-아밀라아제 활성이 평균 126 U/g에 못 미치는 제품이 50건 중 41건으로 약 82%가평균 활성에 못 미치는 것으로 나타났고 발효식품의 경우, 18건 중17건이 15 U/g에 못 미치는 활성을 나타냈다.
- 효소식품의 경우, α-아밀라아제 활성에 대한 정량기준이 설정되어 있지 않아 시험결과 평균값을 기준으로 하여 살펴보면, 평균 4,625 U/g로 50건 중 39건(약 78%)이 평균 활성에 못미치는 것으로 나타났고 발효식품의 경우, 18건 중 13건이 1 U/g에도 못 미치는 미미한 활성을 나타냈다.
- 효소표방식품 중 발효식품의 개별 당 함량을 비교해보면, 3가지 제품유형 모두 과당과 포도당의 비율이 다른 당류보다 높게 나타났고 액상차에서 자당의 비율이 조금 높게 나타났다. 일반적으로 자당이 슈크라제에 의해 과당과 포도당으로 가수분해되는데 액상차에선 미분해된 자당이 존재하기 때문으로 생각된다.
- 효소표방식품의 β-아밀라아제 활성은 효소식품에 비해 매우낮은 활성을 나타냈다.
후속연구
- 식품공전에 규격기준이 설정되어 있지 않은 β-아밀라아제 활성을 조사한 결과 같은 효소식품 내에서도 커다란 활성 차이를 보였고 α-아밀라아제와더불어 전분을 가수분해하는 효소로서 커다란 역할을 하는 β-아밀라아제의 규격기준도 마련되어야 할 것으로 생각된다.
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