[논문]다양한 낙농 발효유제품에서 HPLC를 이용하여 탄수화물과 유기산의 동시 검출에 관한 연구

김동현; 황대근; 천정환; 김현숙; 김홍석; 송광영; 임진혁; 김영지; 강일병; 이수경; 서건호

다양한 낙농 발효유제품에서 HPLC를 이용하여 탄수화물과 유기산의 동시 검출에 관한 연구
Simultaneous Determination of Carbohydrates and Organic Acids in Various Cultured Dairy Foods by High-Performance Liquid Chromatography: A Preliminary Study 원문보기

Journal of milk science and biotechnology = 한국유가공학회지, v.33 no.4, 2015년, pp.263 - 269

초록
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본 연구에서는 다양한 낙농 발효유제품에 있어서 다양한 유기산과 탄수화물의 분석이 HPLC 방법으로 동시에 잘 진행되었다. 이 방법의 주요 장점으로는 (1) 간단한 시료 준비와 단일 추출이 가능, (2) 유동상(mobile phase)과 추출 용매에 있어서 편리성과 경제성, (3) 추출제와 유동상에 사용되는 황산의 농도가 매우 낮기에 친환경적인 실험, (4) 하나의 샘플당 30분 안에 HPLC의 분석이 완료 가능, (5) 다양한 농도범위에서도 분석 및 정량 가능, (6) 몇 가지 물질을 제외하고 모든 화합물의 변동계수가 낮음, 그리고 (7) 회수율이 대체적으로 높다는 것이다. 또한, $60{\sim}65^{\circ}C$에서 분석 column을 사용하였기에 column 효율면에서도 손실이 극히 적은 것으로 관찰되었다. 따라서 본 실험에서 분석된 다양한 낙농 발효유제품에서의 acid, 탄수화물, diacetyl, acetoin 등이 HPLC 방법은 매우 신속하고 정확하게 검출되었다. 하지만 다양한 향미의 변화를 최소화하면서 다양한 향미를 효과적으로 추출할 수 있는 HPLC 방법들이 지속적으로 개발되어야 다양한 낙농 발효유제품의 품질개선에 기여할 것으로 사료된다. 왜냐하면 향미 성분의 분석은 성분을 정성하는 것뿐만 아니라, 정성된 화합물이 그 식품의 향에 어느 정도 기여하는지를 중요하게 결정하기 때문이다. 또한 본 실험에 사용된 HPLC 방법으로 다양한 유산균주의 일정한 배양시간동안 유당분해효소(lactase) 능력이 조사 되었는데, 각 Probiotic lactic acid bacteria마다 다양한 유당분해효소(lactase)의 능력을 보였으며, 같은 균종에서도 차이가 있는 것으로 나타났다. 본 실험에서는 Bifidobacterium spp.가 Lactobacillus spp.와 Streptococcus spp.보다 높은 유당분해효소(lactase)의 능력을 보였다. 하지만 유산균주의 유당분해효소 능력을 정확하게 파악하기 위해서는 각 Probiotic lactic acid bacteria의 exo- 및 endo-lactase에 대한 연구가 추가적으로 필요하다. 결론적으로 다양한 낙농발효식품 및 기타 발효식품 등에서 HPLC 방법으로 동시에 유기산과 탄수화물 분석이 공인방법으로써 인정되기 위해서는 더 많은 기초자료 확립과 재현성에 관한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

Various carbohydrates (lactose, glucose, and fructose), lactic acid, uric acid, and acetoin were separated on a ZORBAX Carbohydrate Analysis column using the Agilent 1200 HPLC ChemStation$^{TM}$, and were identified according to retention times with 325 Dual Wavelength UV-Vis Detector and Refractive Index Detector with 0.013 N $H_2SO_4$ at a flow rate of 0.8 mL/min. In addition, the lactase activity of four commercial probiotic lactic acid bacteria during 6-hour incubation was determined using a high-performance liquid chromatography (HPLC) method. Among the tested samples, Bifidobacterium animalis subsp. lactis showed the greatest lactase activity, followed by Lactobacillus rhamnosus and Lactobacillus casei, with Streptococcus salivarius subsp. thermophilus showing the lowest activity. Therefore, this HPLC technique shows potential for evaluating the fermentation processes of probiotic lactic acid bacteria and could simultaneously confirm the degree of ripening in various fermented dairy foods within only a half hour.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구의 목적은 낙농 발효유제품(예, 치즈, 요구르트, Kefir, 우유 등)에서 산(acid), 탄수화물, diacetyl, acetoin 등의 성분을 쉽고 간편하면서도 신속하게 추출하여 HPLC 방법으로 분석하는데 있다. 더 나아가서 이런 방법들이 공인방법으로 채택될 수 있도록 기초연구를 수행하는데 있다.
더 나아가서 이런 방법들이 공인방법으로 채택될 수 있도록 기초연구를 수행하는데 있다. 또한 다양한 낙농 발효유제품에 사용되는 유산균주의 유당분해효소(lactase) 능력에 의한 탄수화물의 변화에 관한 연구도 함께 조사하여 향후 유산균주의 선별과 이용가능성에 대한 기초자료를 확보하고자 실험이 진행되었다.

제안 방법

균주배양액으로서 10% 환원탈지유(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)가 이용되었으며, 환원탈지유를 살균처리(83℃/ 30 min)한 후 37~40℃로 냉각한 후, 각 농축동결건조균의 농도가 10⁸ CFU/mL 이상이 되도록 접종하고, 바로 각 현탁액들은 효소활력을 높이기 위해서 37℃ 배양기에서 총 6시간 배양하면서 두 시간 단위로 추출하여 HPLC 분석을 위한 샘플 전처리를 거친 후 HPLC로 lactose, glucose 등의 함량 변화 등을 분석하였다.
본 연구에서는 기존의 방법인 Zeppa 등(2001)의 방법을 변형하여 간단한 추출방법과 HPLC를 이용하여 다양한 낙농 발효유제품의 유기산과 탄수화물을 동시에 조사하였고, 또한 Probiotic lactic acid bacteria의 배양시간에 따른 탄수화물 변화 등을 분석하였다.
표준용액으로는 lactose, glucose, fructose, lactic acid, uric acid, acetoin(Sigma-Aldrich, St.Louis, MO, USA) 등을 HPLC로 각각 분석하였고, 나중엔 각각 함께 섞은 용액을 HPLC로 각각 분석하여 RT(retention time)를 상호 비교하여 검증하였다.

대상 데이터

본 실험에서 사용된 샘플에서 kefir solution과 kefir grain은 건국대학교 수의과대학 및 KU 식품안전연구소에서 분양을 받아 사용하였으며, 그 외 우유(market milk), 치즈, 요구르트는 시중의 대형 마트에서 판매되는 것을 구입하여 분석하였다.

성능/효과

다시 말해서, 본 실험의 결과에서 알 수 있듯이, 다양한 낙농 발효유제품에서 유기산과 탄수화물은 동시에 분석이 잘 진행되었다. 하지만 공인된 방법으로 인정되기 위해서 더 다양한 낙농 발효유제품의 분석연구와 유효검사(validation)가 절실히 필요하다.
또한, 60~65℃에서 분석 column을 사용하였기에 column 효율면에서도 손실이 극히 적은 것으로 관찰되었다. 따라서 본 실험에서 분석된 다양한 낙농 발효유제품에서의 acid, 탄수화물, diacetyl, acetoin 등이 HPLC 방법은 매우 신속하고 정확하게 검출되었다. 하지만 다양한 향미의 변화를 최소화하면서 다양한 향미를 효과적으로 추출할 수있는 HPLC 방법들이 지속적으로 개발되어야 다양한 낙농 발효유제품의 품질개선에 기여할 것으로 사료된다.
본 연구에서는 다양한 낙농 발효유제품에 있어서 다양한 유기산과 탄수화물의 분석이 HPLC 방법으로 동시에 잘 진행되었다. 이 방법의 주요 장점으로는 (1) 간단한 시료 준비와 단일 추출이 가능, (2) 유동상(mobile phase)과 추출 용매에 있어서 편리성과 경제성, (3) 추출제와 유동상에 사용되는 황산의 농도가 매우 낮기에 친환경적인 실험, (4) 하나의 샘플당 30분 안에 HPLC의 분석이 완료 가능, (5) 다양한 농도범위에서도 분석 및 정량 가능, (6) 몇 가지 물질을 제외하고 모든 화합물의 변동계수가 낮음, 그리고 (7) 회수율이 대체적으로 높다는 것이다.

후속연구

lactis, Lactobacillus rhamnosus, Lactobacillus casei와 Streptococcus salivarius subsp. thermophilus가 배양기간 동안 각 유산균주마다 생성한 다양한 향미 성분과 향미 변화 등에 관한 연구를 진행하여 향후 낙농 발효유제품 제조 시 기초자료로 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
하지만 유산균주의 유당분해효소 능력을 정확하게 파악하기 위해서는 각 Probiotic lactic acid bacteria의 exo- 및 endo-lactase에 대한 연구가 추가적으로 필요하다. 결론적으로 다양한 낙농발효식품 및 기타 발효식품등에서 HPLC 방법으로 동시에 유기산과 탄수화물 분석이 공인방법으로써 인정되기 위해서는 더 많은 기초자료 확립과 재현성에 관한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.
또한 5가지의 다양한 낙농발효유제품인 Kefir solution, Kefir grain, 우유(market milk), Yoghurt, 치즈 등이 UV 210 nm와 UV 290 nm에서 다양한 peak를 나타내었다(Data not shown). 더 자세한 분석을 위해서는 lactic acid, uric acid와 acetoin 뿐만 아니라, UV 210 nm 와 290 nm에서 분석 가능한 더 많은 다양한 유기산에 대한 연구가 더 진행되어야 할 것이다.
Choi 등(2012)에 의하면 한국산 쌀 100%를 사용한 술 품질인증제품(살균, 비살균탁주)을 실온 및 냉장 조건에서 보관하면서 7종의 유기산인 acetic acid, citric acid, fumaric acid, lactic acid, malic acid, oxalic acid, succinic acid 등의 변화를 관찰하였다고 보고하였는데, 다양한 유기산의 변화는 미생물의 존재 유무에 큰 영향을 받는 것을 결론을 내렸다. 따라서 낙농 발효유제품의 경우에도 다양한 probiotic lactic acid bacteria의 존재하에 보관기간에 따른 유기산 조성 변화에 대한 연구와 품질과의 관계도 향후 조사되어야 할 것이며, HPLC 방법으로 유제품 분석에 적합한 분석법에 대한 연구가 더 많이 진행되어야 할 것이다. 왜냐하면 유제품의 다양성과 고품질과 향미에 대한 관심이 점점 증가되고 있기 때문이다.
이러한 문제점의 부분적인 해결은 Mullin과 Emmons(1997) 및 Zeppa 등(2001)에 의해서 연구가 진행되었으며, 유기산 등이 효과적으로 정량분석이 가능하였다고 보고하였다. 따라서 현재, 낙농 발효유제품에 있어서 동시에 산(acid), 탄수화물, diacetyl, acetoin를 분석하는 방법에 대한 정확성 및 신속성에 관한 더 많은 연구가 절실히 요구되고 있는 것이 현실이다.
, 2012). 따라서, lactic acid bacteria마다 다양한 exo- 및 endo- lactase의 능력을 측정하는 연구가 향후 진행되어야 할 것으로 사료된다. 그리고 Bifidobacterium animalis subsp.
2에 표준용액 분석과 비교하여 본 실험에서 분석된 각 낙농 발효유제품은 특이적으로 다양하게 분석이 되었다. 본 실험에서는 lactose, glucose, fructose만을 이용하여 HPLC로 분석하였는데, 향후 여기에 oligosaccharide 뿐만 아니라, 다양한 monosaccharide 등을 이용하여 분석 여부를 확인하는 연구가 진행되어야 할 것이다. 또한 5가지의 다양한 낙농발효유제품인 Kefir solution, Kefir grain, 우유(market milk), Yoghurt, 치즈 등이 UV 210 nm와 UV 290 nm에서 다양한 peak를 나타내었다(Data not shown).
(1) 비색정량방법(colorimetric method), (2) polarogarphic 방법,(3) gas chromatography/mass spectrophotometry(GC/MS) 방법,그리고 (4) HPLC 방법인데, 최근에는 HPLC 방법으로 향미성분에 관한 많은 연구가 진행되고 있다. 특히, 향미의 변화를 최소화시키면서 효과적으로 향미를 추출할 수 있는 다양한 HPLC 방법들이 지속적으로 개발되어야 할 것이며, 이런과정을 통해서 다양한 낙농 발효유제품의 품질개선과 가공공정에 많은 도움을 줄 수 있을 것으로 사료된다.
다시 말해서, 본 실험의 결과에서 알 수 있듯이, 다양한 낙농 발효유제품에서 유기산과 탄수화물은 동시에 분석이 잘 진행되었다. 하지만 공인된 방법으로 인정되기 위해서 더 다양한 낙농 발효유제품의 분석연구와 유효검사(validation)가 절실히 필요하다.
따라서 본 실험에서 분석된 다양한 낙농 발효유제품에서의 acid, 탄수화물, diacetyl, acetoin 등이 HPLC 방법은 매우 신속하고 정확하게 검출되었다. 하지만 다양한 향미의 변화를 최소화하면서 다양한 향미를 효과적으로 추출할 수있는 HPLC 방법들이 지속적으로 개발되어야 다양한 낙농 발효유제품의 품질개선에 기여할 것으로 사료된다. 왜냐하면 향미 성분의 분석은 성분을 정성하는 것뿐만 아니라, 정성된 화합물이 그 식품의 향에 어느 정도 기여하는지를 중요하게 결정하기 때문이다.
보다 높은 유당분해효소(lactase)의 능력을 보였다. 하지만 유산균주의 유당분해효소 능력을 정확하게 파악하기 위해서는 각 Probiotic lactic acid bacteria의 exo- 및 endo-lactase에 대한 연구가 추가적으로 필요하다. 결론적으로 다양한 낙농발효식품 및 기타 발효식품등에서 HPLC 방법으로 동시에 유기산과 탄수화물 분석이 공인방법으로써 인정되기 위해서는 더 많은 기초자료 확립과 재현성에 관한 지속적인 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	유제품으로부터 주요 유기산으로는 무엇이 있는가?	, 2001). 따라서 유제품으로부터 주요 유기산으로는 acetic, butyric, citric, formic, hippuric, lactic, orotic, propionic, pyruvic 및 uric acid 등이 있으며, 탄수화물에는 lactose, glucose, galactose, fructose 등이 있다. 따라서 유제품을 포함한 다양한 발효식품으로부터 유기산과 탄수화물을 효과적으로 분리하기 위해서는 다양한 HPLC 방법이 널리 사용되고 있는 것이 현실이다(Kelebek et al.
	유산균의 주요한 역할은?	, 2016). 더 나아가서 이런 유익한 점들 가운데 하나는 인간의 소장에서 유당(lactose)을 가수분해해서 glucose와 galactose로 전환시키는 lactase를 생산해내는 것이 유산균의 주요한 역할로 알려져 있다. 왜냐하면 전 세계 인구의 70% 정도가 소화계효소(lactase)의 부족 때문에 우유속의 유당을 소화하는 능력이 없다고 알려져 있기 때문이다.
	다양한 낙농 발효유제품의 특색 있는 향미의 변화와 향미를 추출할 수 있는 다양한 HPLC 방법들에 대한 연구가 필요한 이유는?	또한 다양한 낙농 발효유제품의 특색 있는 향미의 변화와 향미를 추출할 수 있는 다양한 HPLC 방법들에 대한 연구가 필요한 시점이다. 왜냐하면 다양한 낙농 발효유제품에 사용한 probiotic lactic acid bacteria에 대한 연구가 함께 진행되어야 하기 때문이다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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