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문제 정의
- Tadpitchayangkoon 등(2010)은 어육 근장 단백질을 산과 알칼리 처리하여 변성시키면 오히려 근원섬유 단백질과의 반응을 저해함으로써 근원섬유단백질의 겔 특성을 잘 유지시킬 수 있도록 하였다고 보고하였다. 따라서 수리미 제조시 부산물로 처리하는 근장 단백질의 성상을 조절하여 겔 특성을 높이고 보수성을 증진할 수 있는 방법이 시도되었다.
- 본 연구에서는 미생물 유래 TGase를 다양한 친수성 콜로이드와 단백질을 이용한 식품에 적용한 예를 살펴보고 이를 통하여 식육 및 수산가공품의 효과적인 활용 방안을 모색하기 위하여 수행되었다.
제안 방법
- 따라서 Hong과 Chin (2009)은 TGase와 SA system의 개별 최적 배합비를 반응표면분석 기법(Response Surface Methodology)을 이용하여 산출하였다. TGase는 촉매 기질로 소량의 caseinate (CS)를 활용하였고, SA system은 SA, CC 및 GdL의 농도를 조절하여 최적 배합비를 산출하였다. SA system은 GdL과 SA 농도 겔 형성에 중요한 역할을 담당하고 있으며, 두 성분의 첨가량을 증가시킴에 따른 겔강도 증가 효과가 관찰되었다(Fig.
- Hemung과 Chin(2013)은 약 30에서 35 cm 크기의 도미(red sea bream) 살코기를 발라내어 Xiong (1993)의 방법으로 근원섬유단백질을 추출하였으며 근장단백질은 증류수로 계속 수세 한 후 원심분리 후 상등액을 취하여 동결건조 후 분말화시켰고 분말의 단백질 함량은 약 74~75% 정도이었다. pH 6.25에서 0.3~0.6 M의 식염농도로 약 4%의 근원섬유단백질에 근장단백질의 함량을 0.1~1.0% 달리하며 겔 강도를 측정하였다. TGase를 첨가하여 어육 근원섬유 단백질과 근장단백질을 첨가하여 점성을 비교한 결과 shear rate이 증가할수록 shear stress가 낮아지는 shear thinning behavior 특성을 가지게 되고 각각의 shear rate에서는 근장단백질의 첨가량이 많을수록 오히려 낮은 stress를 보이고 있으며 식염농도(0.
- 도미(Red sea bream)를 이용하여 근원섬유단백질과 근장단백질을 추출하였고 TGase를 이용하여 가교결합을 유도하였다. 특별히 추출한 근장 단백질의 분말을 산과 알칼리를 이용하여 각각 pH 3과 12로 변환시킨 후 다시 중성부분으로 조정한 후 동결 건조시켰다.
- 특별히 추출한 근장 단백질의 분말을 산과 알칼리를 이용하여 각각 pH 3과 12로 변환시킨 후 다시 중성부분으로 조정한 후 동결 건조시켰다. 이전 방법(Xiong, 1993)과 동일하게 어육 근원섬유 단백질 농도를 4%로, 식염농도 약 0.3 M로 조정하고 pH가 6.25인 상태에서 준비한 산성 및 염기성 근원섬유단백질을 각각 0.5%과 TG를 1% 첨가하고 냉장상태에서 약 6시간 배양 후 가열 겔 특성을 조사하였다.
성능/효과
- 3 M 염농도에서는 저하되는 결과가 나타나게 되었고, 특히 GdL을 고농도로 사용하는 경우 가열 감량의 저하가 현저함이 관찰되었다. TGase는 첨가 수준의 증가에 따른 겔강도 증가가 현저한 반면, 가열감량의 증가도 현저하게 평가되었다(Fig. 8). 본 연구를 통하여 최적 TGase 농도는 0.
- 0% 달리하며 겔 강도를 측정하였다. TGase를 첨가하여 어육 근원섬유 단백질과 근장단백질을 첨가하여 점성을 비교한 결과 shear rate이 증가할수록 shear stress가 낮아지는 shear thinning behavior 특성을 가지게 되고 각각의 shear rate에서는 근장단백질의 첨가량이 많을수록 오히려 낮은 stress를 보이고 있으며 식염농도(0.3 vs 0.6 M)에 따라서는 큰 차이를 보이지 않았다. 한편 전기영동에 의한 어육의 근원섬유 단백질과 근장단백질을 이용한 단백질의 패턴을 살펴보면 일반적인 근원섬유단백질에서는 200 KDa의 어육 myosin 단백질과 43 kDa의 어육 액틴 단백질이 존재하고(Fig.
- 가열 후 측정한 가열감량은 근장 단백질을 첨가할수록 낮았고 산이나 염기를 처리한 근장 단백질과 그렇지 못한 단백질간의 차이는 보이지 않았다(Table 4). Ramirez 등(2007)은 수리미로부터 유리되는 유리수분은 불용성물질의 첨가로 일부 감소되거나 복원될 수 있다고 보고하였다.
- 10). 결국 TGase와 SA system의 조합 사용은 이들이 근원섬유 단백질에 작용하는 작용력의 균형에 따라 효과적으로 젤을 형성할 수 있었으며, 이는 식육가공품의 염 농도에 크게 영향을 받는 것으로 판단되었다.
- 근장 단백질 첨가에 따른 가열감량과 겔강도를 살펴보면 식염농도가 낮을수록 가열감량이 높았고 근장단백질의 첨가량이 증가 할수록 가열감량은 감소함을 알 수 있었다(Table 3). 이러한 사실은 근장 단백질 자체가 수분을 보유하는 성상을 일부 가지고 있으며 특히 TGase에 의한 가교 결합으로 인하여 나타날 수 있는 수분의 유리현상을 일부 방지할 수 있음을 시사하고 있다.
- 이를 해결하기 위하여 첨가한 SA는 자체 겔 형성 능력을 보유하고 있으며, CC 및 GdL과 조합하여 coldset binding system으로 적용이 가능하다. 따라서 SA system에 의한 조직감 개선이 기대되며, 수분과의 결합을 통한 가열수율 저하를 방지함으로써 TGase와 SA system은 상보적으로 식육제품 제조에 활용할 수 있었다. 또한 TGase에 의한 공유 결합으로 유리되는 수분의 삼출을 방지하기 위하여 친수성 콜로이드 뿐만 아니라 단백질도 사용되는데 특히 수리미의 제조 중에 버려지는 어육 근장단백질을 이용하였으며 어육 근장단백질의 첨가는 가열수율을 방지하여 보수성을 좋게 하였으며 특히 저 식염농도(0.
- 특히 TGase 단독 처리시에 야기되는 가열수율의 저하를 SA와 조합 사용함 으로써 일부 억제할 수 있었다(Table 2). 따라서 TGase에 의한 식육 가공품의 조직감 향상과 더불어 함께 첨가된 SA에 의한 수분 결합을 효과적으로 유도할 수 있었으며, 이는 향후 다양한 식육 가공제품 생산에 적용 될 수 있는 효과적인 결착제로 적용이 가능하였다.
- 9). 따라서 TGase와 SA system의 조합 첨가를 통한 최적 배합비 산출이 가능하였으며, 각 성분에 따른 근육단백질의 상도해도를 산출할 수 있었다(Fig. 10). 결국 TGase와 SA system의 조합 사용은 이들이 근원섬유 단백질에 작용하는 작용력의 균형에 따라 효과적으로 젤을 형성할 수 있었으며, 이는 식육가공품의 염 농도에 크게 영향을 받는 것으로 판단되었다.
- 3). 따라서 TGase의 반응은 기질의 pH에 의존하는 특성을 보이는데, 최적 활성을 보이는 pH 5-9 영역에서 단백질 기질은 음하전을 갖는 반면, TGase는 양하전을 갖게 되며, 기질과 효소간의 정전기적 인력에 의해 촉매반응이 발생된다. 반면, 기질의 pH가 기질의 등전점보다 낮은 경우, 기질의 protonation 반응이 우세하기 때문에 TGase의 반응은 공유결합에 이르지 못하고 1단계인 deamidation 단계에서 종료된다(Hong and Xiong, 2012).
- 하지만 단백질분해효소가 일부 함유되어 있는 근장단백질의 분해로 인해 겔 강도를 감소시킬 것으로 예상하였으나 근장단백질의 함량에 상관없이 유사한 함량을 보임으로써 근장단 백질의 첨가는 예상한 것만큼 그렇게 나쁜 영향을 주지는 않았다(Park and Park, 2007). 또 하나의 주목할 사실은 TGase 첨가에 의하여 고분자의 단백질화합물이 생성되었고 근장단백질의 함량에 따라서 50 kDa 분획의 단백질 물질도 점차 생성되어 근장단백질의 경우 근원섬유 단백질의 가교결합의 형성을 저해하지 못한 것으로 분석된다(Fig. 11).
- 이는 TGase의 반응으로 유리된 수분이 변성되거나 변성되지 않은 근장단백질에 흡수되어 점성이 높아짐으로써 일부 팽윤된 것으로 유추할 수 있다. 반면 겔강도에 있어서는 산이나 알카리로 변성시킨 것은 그렇지 않은 근장단백질을 근원 섬유단백질에 혼합하여 TGase로 반응시킨 것에 비하여 높았고 근장 단백질을 첨가하지 않은 대조구와 유사함으로써 변성을 시킨 단백질의 겔강도는 그렇지 않은 근장 단백질보다 겔강도가 높았다(Table 4).
- 7). 반면, SA system에 의한 겔 강도는 0.1 M 염 농도에서는 높게 평가된 반면, 0.3 M 염농도에서는 저하되는 결과가 나타나게 되었고, 특히 GdL을 고농도로 사용하는 경우 가열 감량의 저하가 현저함이 관찰되었다. TGase는 첨가 수준의 증가에 따른 겔강도 증가가 현저한 반면, 가열감량의 증가도 현저하게 평가되었다(Fig.
- 하지만 동일한 조건에서의 피크의 위치나 크기의 변화는 그 단백질이 가지고 있는 상이 바뀌게 되는 것이다. 본 실험에서 변성시키지 않은 순수 어육 근장단백질을 어육 근원섬유단 백질에 첨가할 때 높은 열안정성을 보였고 이것은 근장단백질이 근원섬유 단백질 중 myosin 꼬리부분과 일부 결합하여 열안정성이 높아진 것으로 해석된다. 반면 pH에 의하여 변성된 근장단 백질을 첨가할 경우 세번째 피크가 좀 더 낮은 온도부분에서 발견되었는데(Fig.
- 8). 본 연구를 통하여 최적 TGase 농도는 0.6%로 산출된 반면, SA system은 0.25% SA, 0.08% CC 및 0.25% GdL이 최적 배합비로 확립되었다(Fig. 9). 따라서 TGase와 SA system의 조합 첨가를 통한 최적 배합비 산출이 가능하였으며, 각 성분에 따른 근육단백질의 상도해도를 산출할 수 있었다(Fig.
- 이러한 사실은 근장 단백질 자체가 수분을 보유하는 성상을 일부 가지고 있으며 특히 TGase에 의한 가교 결합으로 인하여 나타날 수 있는 수분의 유리현상을 일부 방지할 수 있음을 시사하고 있다. 어육 근원섬유 단백질과 근장단백질을 이용하고 TGase를 일정량 첨가하여 반응한 3차원적인 구조는 주사현미경으로 관찰할 수 있으며 특히 근장단백질의 첨가는(Fig. 12b, c, d) 단백질 3차구조에 영향을 주지는 못했고 근장단백질의 첨가량이 많아짐에 따라 첨가하지 않은 구조(Fig. 12a)에 비교하여 외부구조가 촉촉하고 부드러운 느낌을 주었으며 이러한 현상은 식염농도가 높아짐에 따라 더욱 두드러짐으로써 구조적으로 안정감을 주는 것으로 판단된다.
- 6). 특히 TGase 단독 처리시에 야기되는 가열수율의 저하를 SA와 조합 사용함 으로써 일부 억제할 수 있었다(Table 2). 따라서 TGase에 의한 식육 가공품의 조직감 향상과 더불어 함께 첨가된 SA에 의한 수분 결합을 효과적으로 유도할 수 있었으며, 이는 향후 다양한 식육 가공제품 생산에 적용 될 수 있는 효과적인 결착제로 적용이 가능하였다.
- 6 M)에 비하여 용해성이 높아서 나타나는 현상으로 사료된다. 한편 근장단백질을 산이나 알카리로 변성시킨 후 다시 pH를 중성으로 조절하여 이용하면 단백질의 변성으로 인한 근원 섬유단백질과의 반응을 최소화하여 겔 특성을 향상시키며 기존의 근장 단백질을 첨가 하였을때 에는 보수성만 좋아졌지만 이와 같이 산과 알칼리를 이용한 단백질 변성기술로 근원섬유단백질과 반응을 최소화하여 보수성 뿐만 아니라 겔강도 향상시킬 수 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 TGase 사용에 따라 나타날 수 있는 보수력의 감소를 SA system의 활용으로 일부 복원할 수 있으며, 수리미 제조시에 버려지는 어육 근장단백질을 보수성 및 겔강화 소제로 최대한 활용함으로써 우수한 품질의 식육 및 수산제품개발에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
후속연구
- 한편 근장단백질을 산이나 알카리로 변성시킨 후 다시 pH를 중성으로 조절하여 이용하면 단백질의 변성으로 인한 근원 섬유단백질과의 반응을 최소화하여 겔 특성을 향상시키며 기존의 근장 단백질을 첨가 하였을때 에는 보수성만 좋아졌지만 이와 같이 산과 알칼리를 이용한 단백질 변성기술로 근원섬유단백질과 반응을 최소화하여 보수성 뿐만 아니라 겔강도 향상시킬 수 있었다. 따라서 본 연구를 통하여 TGase 사용에 따라 나타날 수 있는 보수력의 감소를 SA system의 활용으로 일부 복원할 수 있으며, 수리미 제조시에 버려지는 어육 근장단백질을 보수성 및 겔강화 소제로 최대한 활용함으로써 우수한 품질의 식육 및 수산제품개발에 적용이 가능할 것으로 기대된다.
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