[논문]메밀껍질의 효소분해에 의한 기능성 올리고당의 생산 및 특성

임희진; 김춘영; 윤경영

doi:10.9721/kjfst.2016.48.3.201

[국내논문] 메밀껍질의 효소분해에 의한 기능성 올리고당의 생산 및 특성
Production and Characteristics of Cello- and Xylo-oligosaccharides by Enzymatic Hydrolysis of Buckwheat Hulls 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.48 no.3, 2016년, pp.201 - 207

임희진 (영남대학교 식품영양학과) , 김춘영 (영남대학교 식품영양학과) , 윤경영 (영남대학교 식품영양학과)

초록
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메밀껍질은 메밀 알곡보다 유효성분이 많음에도 불구하고 식품학적 가치가 떨어져 대부분 폐기되고 있다. 따라서 이를 기능성 식품소재로 활용하기 위해 효소분해하여 기능성 올리고당을 생산하고 이들의 특성을 분석하였다. 올리고당 생산을 위한 최적 가수분해조건은 셀룰로스 분획의 경우 pH 5.0, $40^{\circ}C$, 기질농도 4%로 결정되었으며, 헤미셀룰로스 분획은 pH 5.0, $40^{\circ}C$, 30 unit으로 결정되었다. 최적 분해조건을 이용하여 72시간 효소분해 후 얻은 올리고당의 생산량을 측정한 결과, 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당의 수율은 각각 132.37 g/kg 및 393.04 g/kg이었다. 또한 각 분획의 올리고당 함량을 측정한 결과, 포도당, 자일로스, xylobiose, xylotriose, cellobiose 및 cellotriose가 검출되었다. 올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 측정한 결과, OSC는 분해시간이 증가할수록 산화방지 활성은 감소한 반면 OSH는 증가하였다. 또한 메밀껍질로부터 생산된 올리고당 첨가 시, 모든 비피더스 균주의 생육이 control에 비해 증가하여 프리 바이오틱 효과가 있음을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, 효소분해에 의해 메밀껍질로부터 올리고당을 생산할 수 있었으며, 산화방지와 프리바이오틱 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 목적에 따라 효소의 처리시간 및 방법을 다양화한다면 기능성식품으로의 활용이 더 높아질 것으로 예상된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was conducted to produce oligosaccharides from buckwheat hull by using commercial enzymes. Yields of oligosaccharides obtained by enzymatic hydrolysis of the cellulose and hemicellulose fractions were 132.37 and 393.04 g/kg, respectively. Xylose, glucose, fructose, xylobiose, xylotriose, cellobiose, and cellotriose were detected in the hydrolysate produced from buckwheat hull. Antioxidant activity of oligosaccharide from cellulose fraction (OSC) reduced with increasing hydrolysis time; however, the antioxidant activity of oligosaccharide from hemicellulose fraction (OSF) increased as the hydrolysis time was prolonged. OSF and OSC showed higher increase in viable counts compared to the control. As a result, oligosaccharides produced from buckwheat hull by enzymatic hydrolysis showed antioxidant activity and prebiotic effects. It is suggested that utilization of oligosaccharides produced from buckwheat hull as functional food materials may be improved when hydrolysis time and conditions are controlled for this purpose.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 농산 부산물인 메밀껍질에서 기능성이 우수한 셀로 및 자일로올리고당을 생산하기 위해 효소 선정 및 효소의 최적 분해조건을 설정하였다. 또한 생산된 올리고당의 특성을 평가하기 위해 구성당 분석, 산화방지 활성과 프리바이오틱스(prebiotics)로서의 효과를 측정하였다.

제안 방법

0로, 온도는 30. 40, 50, 60℃로, 효소농도는 15, 20, 25, 30, 35 unit으로 변화시키면서 효소 반응한 후 DNS법을 이용해 자일로스의 생성량을 측정하였다. pH는 헤미셀룰로스 분획 20 mL에 염산을 첨가해 각각의 pH를 조절한 후 25 mL 메스플라스크에 증류수로 정용하여 실험에 사용하였다.
Fe²⁺ 킬레이팅 활성은 Dinish 등(28)의 방법을 수정하여 측정하였다. 시료를 증류수에 녹여 농도별로 1 mL 취한 뒤, 2 mM 염화철(II)(FeCl₂)과 5 mM Ferrozine (3-(2-pyridyl)-5,6-diphenyl-1,2,4-triazine-4',4''-disulfonic acid; Sigma)을 각각 25 µL 첨가하고 vortex mixing 하였다.
1% 멸균 펩톤수 9 mL에 희석하여 pour plate 하고 24시간 배양 후 집락을 계수하였다. OSC의 대조군으로는 시료 대신 1 mL의 30% DMSO를 첨가하여 동일한 방법으로 측정하였다. 또한 OSH의 과당(fructose) 함량이 높아 이에 의한 젖산세균 생육 촉진 효과를 배제하기 위하여 과당를 첨가하여 동일한 방법으로 측정한 것은 OSH의 대조군으로 사용하였다.
Viscozyme L을 사용하여 메밀껍질의 헤미셀룰로스 분획을 분해하기 위한 효소의 최적 분해 조건을 설정하기 위해 pH, 온도, 효소농도를 변화시키면서 실험하였다. pH는 3.
pH 5.0, 40℃에서 효소 농도를 다르게 하여 가수분해하였으며, 생성된 분해물의 환원당량을 측정하였다. 효소농도가 증가할수록 환원당 함량도 증가하였고, 30 unit에서 6.
0, 50°C, 25 unit로 하여 효소분해 반응을 하였다. 그 후, 효소 반응물 각각의 포도당(glucose)와 자일로스의 함량을 DNS법으로 비교하여 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획을 가장 많이 분해하는 효소를 각각 결정하였다.
기능성 올리고당 생산을 위한 Celluclast 1.5L의 최적 분해조건을 설정하기 위해 pH, 온도, 기질농도에 따라 셀룰로스 분획을 24시간 동안 효소분해하였고, 기질이 분해되는 비율을 측정하여 Table 2에 나타내었다. pH 5.
메밀껍질은 메밀 알곡보다 유효성분이 많음에도 불구하고 식품학적 가치가 떨어져 대부분 폐기되고 있다. 따라서 이를 기능성 식품소재로 활용하기 위해 효소분해하여 기능성 올리고당을 생산하고 이들의 특성을 분석하였다. 올리고당 생산을 위한 최적 가수분해조건은 셀룰로스 분획의 경우 pH 5.
따라서 본 연구에서는 농산 부산물인 메밀껍질에서 기능성이 우수한 셀로 및 자일로올리고당을 생산하기 위해 효소 선정 및 효소의 최적 분해조건을 설정하였다. 또한 생산된 올리고당의 특성을 평가하기 위해 구성당 분석, 산화방지 활성과 프리바이오틱스(prebiotics)로서의 효과를 측정하였다.
메밀껍질로부터 기능성 올리고당을 제조하기 위해 효소 가수 분해를 실시하였고, 셀룰로스 분획과 헤미셀룰로스 분획의 최적 분해조건을 이용하여 72시간 동안 효소분해하였다. 즉, 셀룰로스 분획은 pH 5.
메밀껍질로부터 생산된 기능성 올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 확인하기 위해 전자공여능, ABTS·+ 라디칼 소거능, Fe2+ 킬레이팅 효과를 측정하였고, 이들의 IC50 을 구하여 Table 6에 나타내었다.
메밀껍질로부터 생산된 기능성 올리고당(OSC와 OSH)의 프리 바이오틱(prebiotic) 효과를 확인하기 위해 젖산세균(L. plantarum, L. casei, L. delbrueckii, L. acidophilus)의 증식에 미치는 영향을 측정하였고, 그 결과를 Table 7에 나타내었다. OSC는 올리고당을 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 균주들이 유의적으로 증가하였고 좋은 생육 정도를 나타내었다.
메밀껍질로부터 생성된 기능성 올리고당의 산화방지 활성은 전자공여능, ABTS·+ 라디칼 소거능, Fe2+ 킬레이팅 활성을 시료 농도별로 측정한 뒤, 각 시험에서 라디칼을 50% 감소시키는데 필요한 시료의 농도인 IC50(50% inhibition concentration)으로 나타내었다.
메밀껍질로부터 얻은 분획물로부터 기능성 올리고당을 생산하기 위한 효소를 결정하기 위해 Cellucalst 1.5L, Shearzyme plus, Viscozyme L 및 Pectinex Ultra SP-L을 이용하여 셀룰로스 분획과헤미셀룰로스 분획을 각각 24시간 동안 효소분해를 하였고, 분해물의 환원당량을 측정하여 Table 1에 나타내었다. 셀룰로스 분획은 Cellucalst 1.
메밀껍질의 셀룰로스 분획을 가수분해하기 위한 최적 분해조건을 설정하기 위해 Celluclast 1.5L를 이용하여 pH(3.0, 4.0, 5.0, 6.0, 7.0), 온도(30, 40, 50, 60℃), 기질농도(1, 2, 3, 4, 5%)를 변화시키면서 실험하였고, 가수분해물인 포도당 생성량을 DNS법으로 비교하였다. 각 pH는 시트르산 완충용액(citrate buffer, pH 3.
pH는 헤미셀룰로스 분획 20 mL에 염산을 첨가해 각각의 pH를 조절한 후 25 mL 메스플라스크에 증류수로 정용하여 실험에 사용하였다. 분해율은 반응한 헤미셀룰로스 분획 1 L 중 효소 반응 후 생성된 자일로스 함량으로 하였다.
5L, Shearzyme plus, Viscozyme L 및 Pectinex Ultra SP-L을 이용하여 셀룰로스 분획과헤미셀룰로스 분획을 각각 24시간 동안 효소분해를 하였고, 분해물의 환원당량을 측정하여 Table 1에 나타내었다. 셀룰로스 분획은 Cellucalst 1.5L로 분해한 분해물의 환원당량이 9.55 mg/mL로 유의적으로 가장 높았고, 헤미셀룰로스 분획은 Viscozyme L에 의한 분해물의 환원당량이 4.87 mg/mL로 유의적으로 가장 높아 이들 효소를 각각 분획물의 가수분해를 위한 효소로 결정하였다.
셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획물에 대해 가장 높은 분해력을 가지는 효소를 선정하기 위해 임의의 pH, 온도, 효소량 및 기질 농도를 정하여 실험하였다. 셀룰로스 분획의 경우 pH는 5.
시료를 증류수에 녹여 농도별로 1 mL 취한 뒤, 2 mM 염화철(II)(FeCl2)과 5 mM Ferrozine (3-(2-pyridyl)-5,6-diphenyl-1,2,4-triazine-4',4''-disulfonic acid; Sigma)을 각각 25 µL 첨가하고 vortex mixing 하였다.
전자공여능은 Blois(26)의 방법으로 측정하였다. 안정한 자유(free) 라디칼인 1,1-다이페닐-2-피크릴 하이드라질(1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl, DPPH, Sigma)에 대한 시료 용액과의 전자공여 효과로써 이 반응에 의해 DPPH 라디칼이 감소하는 정도를 분광광도계(spectrophotometer, U-2900, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 각 식이섬유를 농도별로 제조하여 시험관에 0.
즉, 최적 조건으로 효소분해한 후 동결 건조한 셀룰로스 분획과 헤미셀룰로스 분획에 분획의 20배에 해당하는 60°C의 80% 에탄올(ethanol)을 가해 용해시킨 후 알코올에 용해되지 않는 고분자의 다당류를 제거하였다. 이때 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당을 각각 OSC (oligosaccharide from cellulose fraction) 및 OSH (oligosaccharide from hemicellulose fraction)로 하였다. 또한 각 분획물로부터 얻어진 올리고당 함유 가수분해물의 수율은 메밀껍질의 건조 중량(kg)당 효소 반응 후 생성된 분해물의 건조 중량(g)으로 나타내었다.
시료를 증류수에 녹여 농도별로 1 mL 취한 뒤, 2 mM 염화철(II)(FeCl₂)과 5 mM Ferrozine (3-(2-pyridyl)-5,6-diphenyl-1,2,4-triazine-4',4''-disulfonic acid; Sigma)을 각각 25 µL 첨가하고 vortex mixing 하였다. 이를 10분간 실온에 방치 한 다음 562 nm에서 흡광도를 측정하여 Fe²⁺ 킬레이팅 활성(%)을 측정하였다.
장내 유익균의 생육에 미치는 영향은 broth microdilution method (29)을 응용하여 측정하였다. 즉, 시험균주 4가지를 초기 균수가 4 log CFU/mL가 되도록 0.
또한 OSH의 과당(fructose) 함량이 높아 이에 의한 젖산세균 생육 촉진 효과를 배제하기 위하여 과당를 첨가하여 동일한 방법으로 측정한 것은 OSH의 대조군으로 사용하였다. 즉, 과당를 14.40 mg/mL 농도로 제조한 후 1 mL를 30% DMSO에 올리고당 대신 첨가하여 젖산세균의 생육정도를 측정하여 OSH 첨가군과 생육정도를 비교하였다.
장내 유익균의 생육에 미치는 영향은 broth microdilution method (29)을 응용하여 측정하였다. 즉, 시험균주 4가지를 초기 균수가 4 log CFU/mL가 되도록 0.1% 살균 펩톤수(BactoTM Peptone, Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA)에 희석하여 사용하였다. 살균된 MRS broth 8.
즉, 최적 조건으로 효소분해한 후 동결 건조한 셀룰로스 분획과 헤미셀룰로스 분획에 분획의 20배에 해당하는 60°C의 80% 에탄올(ethanol)을 가해 용해시킨 후 알코올에 용해되지 않는 고분자의 다당류를 제거하였다.
증류수에 희석한 50 µL의 시료를 시험관에 가하고 희석된 ABTS·+ 용액 3 mL를 첨가하여 실온에서 6분간 반응시킨 후, 734 nm에서 흡광도를 측정하여 ABTS·+ 라디칼 소거능(%)을 산출하였다.
최적 pH 5.0에서 온도에 따른 분해율을 측정하였다. 40℃에서 가장 높은 분해율을 보였고, 그 다음으로는 30℃로 나타났다.
5 L을 첨가하여 40℃에서 150 rpm으로 0, 24, 48, 72시간 동안 효소분해하였다. 헤미셀룰로스 분획은 pH 5.0으로 조절한 헤미셀룰로스 분획 250 mL를 최적 분해 온도에서 1시간 동안 진탕배양기에서 배양한 후, Viscozyme L을 첨가하여 효소분해(0, 24, 48, 72시간) 하였다. 효소 반응을 끝낸 분해액은 90℃의 water bath (WD-06, Han Yang Scientific Co.
효소의 분해로 생성된 가수분해물에 함유된 올리고당(OSC, OSH)의 함량은 Carbohydrate analysis column (3.9×300 mm, Waters Co., Milford, MA, USA)을 이용하여 HPLC (Waters 2695, Waters Co., Milford, MA, USA)로 측정하였다.

대상 데이터

delbrueckii subsp. bulgaricus ATCC 11842, L. acidophilus ATCC 832로 총 4종을 한국미생물 보존센터(Seoul, Korea)에서 분양받아 사용했다. 균주를 백금루프로 Lactobacillus MRS Broth (Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA)에 접종하여 37℃ incubator (IB-600M, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 24시간 배양 후, 단일 콜로니를 취해 3회 계대 배양 하여 사용하였다.
acidophilus ATCC 832로 총 4종을 한국미생물 보존센터(Seoul, Korea)에서 분양받아 사용했다. 균주를 백금루프로 Lactobacillus MRS Broth (Becton, Dickinson and Company, Sparks, MD, USA)에 접종하여 37℃ incubator (IB-600M, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 24시간 배양 후, 단일 콜로니를 취해 3회 계대 배양 하여 사용하였다.
본 실험에 사용된 메밀껍질은 경북 봉화에서 구입한 것으로 크기와 외관이 균일한 것을 사용하였다. 구입한 메밀껍질은 이물질 제거 및 세척 후 냉동 건조하고, 마쇄 후 체질하여 −40 °C 냉동고(deep freezer, MDF-435, Sanyo, Tokyo, Japan)에 보관하면서 실험에 사용하였다.
올리고당 생산의 최대 가수분해 반응을 가지는 효소를 선정하기 위해 Celluclast 1.5L, Viscozyme L, Shearzyme plus와 Pectinex Ultra SP-L (Novozymes, Bagsvaerd, Denmark)을 사용하였다. 셀룰로스가수분해효소(cellulase)와 자일란가수분해효소(xylanase) 활성은 카복시메틸셀룰로스(carboxymethylcellulose, CMC, Sigma, St.

데이터처리

또한 프리 바이오틱 효과 측정을 위한 대조군(control)과 실험군 간의 유의적 차이는 p<0.05 수준에서 t-test로 검증하였다.
본 실험결과는 3반복으로 수행된 평균값과 표준편차로 나타냈고, 각 실험결과에 대한 통계분석은 SPSS (Ver. 21, Chicago, IL, USA) 통계 프로그램을 이용하여 p<0.05 수준에서 일원배치 분산 분석법을 시행하였으며, 각 실험군 평균치간의 유의적 차이는 던컨시험(Duncan’s multiple range test)으로 검증하였다.

이론/모형

식물 세포벽에서 셀룰로스를 제외한 다당류를 총칭하는 헤미 셀룰로스는 강한 알칼리에 용해되는 특성을 가진다. 따라서 Im과 Yoon(24)의 방법을 이용하여 메밀껍질로부터 헤미셀룰로스를 분리하였다. 즉, 메밀껍질 30 g당 300 mL의 1 M 수산화소듐(NaOH)을 가하여 균질기(homogenizer, AM-1, Nissei, Japan)로 180 rpm으로 3분간 균질화한 후, 1M의 NaOH 100 mL를 첨가하고 진탕 배양기(shaking incubator, KMC-8480SF, Vision scientific Co.
5L, Viscozyme L, Shearzyme plus와 Pectinex Ultra SP-L (Novozymes, Bagsvaerd, Denmark)을 사용하였다. 셀룰로스가수분해효소(cellulase)와 자일란가수분해효소(xylanase) 활성은 카복시메틸셀룰로스(carboxymethylcellulose, CMC, Sigma, St. Louis, MO, USA)와 자일란(xylan, Sigma)을 기질로 하여 생산된 환원당량을 DNS법(23)으로 측정하여 나타내었다. 즉 셀룰로스가 수분해효소의 활성단위는 1분 동안 pH 5.
전자공여능은 Blois(26)의 방법으로 측정하였다. 안정한 자유(free) 라디칼인 1,1-다이페닐-2-피크릴 하이드라질(1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl, DPPH, Sigma)에 대한 시료 용액과의 전자공여 효과로써 이 반응에 의해 DPPH 라디칼이 감소하는 정도를 분광광도계(spectrophotometer, U-2900, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다.
효소분해에 의해 얻은 가수분해물로부터 올리고당의 분리는 Seo와 Yoon(25)의 방법을 이용하였다. 즉, 최적 조건으로 효소분해한 후 동결 건조한 셀룰로스 분획과 헤미셀룰로스 분획에 분획의 20배에 해당하는 60°C의 80% 에탄올(ethanol)을 가해 용해시킨 후 알코올에 용해되지 않는 고분자의 다당류를 제거하였다.

성능/효과

4가지 균주 중, L. acidophuilus 의 생육이 3.15×109 CFU/mL로 가장 좋았으며, L. plantarum은 9.20×108 CFU/mL로 control에 비해 10배 이상의 생육증진을 나타냈다.
ABTS·+ 라디칼 소거능 측정 결과, OSC와 OSH에서 각각 0시간(19.26 mg/mL)와 72시간(9.08 mg/mL)에서 유의적으로 가장 낮은 IC50 값을 나타내었다.
acidophilus)의 증식에 미치는 영향을 측정하였고, 그 결과를 Table 7에 나타내었다. OSC는 올리고당을 첨가하지 않은 대조군에 비해 모든 균주들이 유의적으로 증가하였고 좋은 생육 정도를 나타내었다. 4가지 균주 중, L.
OSC와 OSH의 전자공여능은 각각 24시간(961.31 µg/mL) 및 0시간(179.69 µg/mL)에서 유의적으로 가장 낮은 IC50값을 나타내었으며, 72시간 분해 후 전자공여능은 크게 감소하였다.
OSH에서는 L. delbrueckii에서 3.12×109 CFU/mL로 가장 높은 생육증진을 보였으며, 대조군과 유의적인 차이를 보였다.
Viscozyme L로 효소분해한 헤미셀룰로스 분획으로부터 생산된 올리고당의 생산량을 측정한 결과, 효소처리 전 올리고당의 생산량은 196.74 g/kg로 측정되어 셀룰로스 분획보다 헤미셀룰로스 분획의 올리고당 함량이 더 많은 것으로 나타났다. 효소분해시간이 지날수록 올리고당의 생산량은 증가하였고, 72시간에서 올리고당의 생산량은 269.
pH 5.0, 40℃에서 기질농도에 따른 기질의 분해율을 측정한 결과, 4%의 기질농도까지 기질농도가 높아질수록 분해율이 증가하였으며, 기질농도 4%에서 22.14%로 유의적으로 가장 높게 나타났다. 반면, 기질농도 5%에서는 21.
5L의 최적 분해조건을 설정하기 위해 pH, 온도, 기질농도에 따라 셀룰로스 분획을 24시간 동안 효소분해하였고, 기질이 분해되는 비율을 측정하여 Table 2에 나타내었다. pH 5.0과 pH 6.0에서 효소분해된 가수분해물의 분해율이 각각 17.80, 16.46%로 다른 pH 보다 높은 분해율을 나타냈고, pH 5.0에서 유의적으로 가장 높은 분해율을 나타 내었다. Gibbins 등(30)은 효소를 이용한 잇꽃기름의 최적 추출조건 연구에서 Cellucalst 1.
OSH는 모든 시간대에서 자일로스, 과당, xylobiose, xylotriose가 검출되었다. 구성당 중 과당의 함량이 제일 높았고, 효소 처리 전부터 48시간 후까지는 유의적인 차이가 없었으나 72시간 후에 14.40 mg/100 mg으로 유의적으로 가장 높게 나타났다. 자일로스의 함량은 효소 처리전 0.
유리라디칼은 인체 내 각종 질병과 세포의 노화를 일으키는 원인 물질이며, 유리라디칼에 전자를 공여하여 산화를 억제시키는 전자공여 작용은 식물 추출물 등에서 산화방지제로 작용하는 물질을 확인할 수 있는 척도로 사용된다(36). 따라서 0-24시간 효소분해 시 전자공여능이 가장 높게 나타났으며, 24시간 이상의 효소분해는 오히려 산화방지 물질을 분해하는 것으로 예상된다.
프리바이오틱스란 유해균의 성장을 억제하는 비피더스균의 활성 효과(bifidogenic effect)를 지닌 비분해성 올리고당으로, 사람과 동물의 소장에서 분해되지 않고 사람의 결장과 브로일러의 맹장에 도달할 수 있으며, 비피도박테리아와 일부 젖산세균과 같은 유익한 미생물의 성장을 위한 탄수화물 기질을 제공할 수 있다(39). 따라서 본 연구에서 효소분해에 의해 생성된 자일로스, 포도당, 과당의 단당류와 셀로올리고당, 자일로올리고당의 다당류가 프리바이오틱스로 작용하여 젖산세균의 생장에 영향을 미쳤으며, 균주에 따라 생육증식에 영향을 미치는 올리고당의 종류가 다른 것으로 판단된다.
또한 L. plantarum과 L. caseid에서는 각각 8.00×108 CFU/mL과 9.27×108 CFU/mL의 생육을 보였으며, L. plantarum은 대조군과 유의적인 차이를 보였다.
04 g/kg이었다. 또한 각 분획의 올리고당 함량을 측정한 결과, 포도당, 자일로스, xylobiose, xylotriose, cellobiose 및 cellotriose가검출되었다. 올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 측정한 결과, OSC는 분해시간이 증가할수록 산화방지 활성은 감소한 반면 OSH는 증가하였다.
올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 측정한 결과, OSC는 분해시간이 증가할수록 산화방지 활성은 감소한 반면 OSH는 증가하였다. 또한 메밀껍질로부터 생산된 올리고당 첨가 시, 모든 비피더스 균주의 생육이 control에 비해 증가하여 프리 바이오틱 효과가 있음을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, 효소분해에 의해 메밀껍질로부터 올리고당을 생산할 수 있었으며, 산화 방지와 프리바이오틱 효과가 있음을 확인하였다.
78 g/kg으로 나타났다. 또한 분해 시간이 증가함에 따라 올리고당의 수율도 유의적으로 증가하여, 72시간 효소분해 후 395.66 g/kg의 수율을 보였다.
메밀껍질의 셀룰로스 분획과 헤미셀룰로스 분획으로부터 생산된 총 올리고당의 수율을 측정한 결과, 효소분해 전 총 올리고당의 함량은 264.78 g/kg으로 나타났다. 또한 분해 시간이 증가함에 따라 올리고당의 수율도 유의적으로 증가하여, 72시간 효소분해 후 395.
71 mg/100 mg으로 측정되었다. 반면, cellobiose의 함량은 24시간 후 분획에서 0.85 mg/100 mg로 가장 높게 나타났으며 48시간 후에는 감소하였고, cellotriose는 모든 시간대에서 비슷하게 나타나 유의적인 차이가 없었다. Yoon 등(35)의 당근박의 올리고당의 구성당 함량을 측정한 결과, 효소분해시간이 증가할수록 포도당의 함량은 증가하였고, cellobiose 함량은 효소분해에 따라 증가하다가 감소하여 본 연구와 유사한 결과를 보였다.
최적 분해 조건 하에서 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획을 72시간 동안 효소분해한 후 얻은 올리고당의 생산량을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 셀룰로스 분획물의 효소처리 전 올리고당의 함량은 68.04 g/kg이었으며, 효소분해 24시간 후 올리고당의 생산량은 103.92 g/kg로 급격히 증가하였고, 분해시간이 증가함에 따라 생산량도 증가하여 72시간 후 생산량이 126.33 g/kg로 측정되었다. 이는 효소의 작용에 의해 셀룰로스가 분해되어 포도당 및 셀로올리고당(cello-oligosaccharides)의 생성이 증가한 것으로 판단된다.
셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당의 주요 구성당을 분석한 결과(Table 4), 포도당 함량은 분해시간이 길어질수록 증가하여 72시간 후 3.71 mg/100 mg으로 측정되었다. 반면, cellobiose의 함량은 24시간 후 분획에서 0.
따라서 이를 기능성 식품소재로 활용하기 위해 효소분해하여 기능성 올리고당을 생산하고 이들의 특성을 분석하였다. 올리고당 생산을 위한 최적 가수분해조건은 셀룰로스 분획의 경우 pH 5.0, 40℃, 기질농도 4%로 결정되었으며, 헤미셀룰로스 분획은 pH 5.0, 40℃, 30 unit으로 결정되었다. 최적 분해조건을 이용하여 72시간 효소분해 후 얻은 올리고당의 생산량을 측정한 결과, 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당의 수율은 각각 132.
또한 각 분획의 올리고당 함량을 측정한 결과, 포도당, 자일로스, xylobiose, xylotriose, cellobiose 및 cellotriose가검출되었다. 올리고당(OSC, OSH)의 산화방지 활성을 측정한 결과, OSC는 분해시간이 증가할수록 산화방지 활성은 감소한 반면 OSH는 증가하였다. 또한 메밀껍질로부터 생산된 올리고당 첨가 시, 모든 비피더스 균주의 생육이 control에 비해 증가하여 프리 바이오틱 효과가 있음을 알 수 있었다.
또한 메밀껍질로부터 생산된 올리고당 첨가 시, 모든 비피더스 균주의 생육이 control에 비해 증가하여 프리 바이오틱 효과가 있음을 알 수 있었다. 이상의 연구결과, 효소분해에 의해 메밀껍질로부터 올리고당을 생산할 수 있었으며, 산화 방지와 프리바이오틱 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 목적에 따라 효소의 처리시간 및 방법을 다양화한다면 기능성식품으로의 활용이 더 높아질 것으로 예상된다.
파인애플의 줄기와 부산물로부터 효소 처리에 의한 자일로 올리고당 생산 연구(22)에서 효소분해 시간이 증가할수록 올리고당의 함량은 증가하나 일정시간이 지나면 고분자의 올리고당의 함량이 감소하는 것으로 나타나 본 연구와 유사하였다. 이와 같은 결과로 OSH는 효소분해 시간이 증가할수록 자일로스와 과당와 같은 단당류의 함량은 높아지나, xylobiose와 xylotriose와 같은 올리고당은 일정 분해시간이 지나면 오히려 감소하는 것으로 나타나 사용목적에 따라 효소 분해시간을 조절할 필요가 있을 것으로 판단된다.
40 mg/100 mg으로 유의적으로 가장 높게 나타났다. 자일로스의 함량은 효소 처리전 0.02 mg/100 g이었으며, 72시간에서 0.13 mg/100 mg으로 증가하였으나 그 함량은 매우 낮았다. 효소분해시간이 증가할수록 xylobiose와 xylotriose 의 함량이 증가하여 48시간에서 각각 1.
최적 pH 5.0에서 온도에 따른 분해물의 환원당 함량을 측정한 결과, 40°C에서 8.43 mg/mL로 가장 높은 값을 나타냈고, 60°C에서 7.20 mg/mL로 가장 낮은 값을 나타내었다.
0, 40℃, 30 unit으로 결정되었다. 최적 분해조건을 이용하여 72시간 효소분해 후 얻은 올리고당의 생산량을 측정한 결과, 셀룰로스와 헤미셀룰로스 분획으로부터 얻은 올리고당의 수율은 각각 132.37 g/kg 및 393.04 g/kg이었다. 또한 각 분획의 올리고당 함량을 측정한 결과, 포도당, 자일로스, xylobiose, xylotriose, cellobiose 및 cellotriose가검출되었다.
헤미셀룰로스 분획물로부터 기능성 올리고당을 생산하기 위한 최적 조건을 설정하기 위하여 pH, 온도와 효소농도에 따른 분해물의 환원당 함량을 측정한 결과(Table 2), 반응물의 환원당량은 pH 5.0에서 6.27 mg/mL로 유의적으로 가장 높은 함량을 나타냈고, pH 7.0에서 1.82 mg/mL로 가장 낮은 함량을 나타냈었다. Liu 등(2008)의 연구에서 Viscozyme L에 의한 pH에 따른 추출수율을 측정한 결과, 효소 처리로 인한 추출 수율이 pH 4.
0, 40℃에서 효소 농도를 다르게 하여 가수분해하였으며, 생성된 분해물의 환원당량을 측정하였다. 효소농도가 증가할수록 환원당 함량도 증가하였고, 30 unit에서 6.92 mg/mL로 가장 높은 함량을 나타냈으나 35 unit에서는 오히려 감소하였다. 이는 셀룰로스 분획의 분해실험과 동일하게 효소와 반응할 수 있는 기질의 양이 부족한 것으로 판단된다.
13 mg/100 mg으로 증가하였으나 그 함량은 매우 낮았다. 효소분해시간이 증가할수록 xylobiose와 xylotriose 의 함량이 증가하여 48시간에서 각각 1.43 mg/100 mg 및 0.13 mg/100 mg으로 가장 높게 나타났으며, 72시간에서는 오히려 감소하였다. 파인애플의 줄기와 부산물로부터 효소 처리에 의한 자일로 올리고당 생산 연구(22)에서 효소분해 시간이 증가할수록 올리고당의 함량은 증가하나 일정시간이 지나면 고분자의 올리고당의 함량이 감소하는 것으로 나타나 본 연구와 유사하였다.
74 g/kg로 측정되어 셀룰로스 분획보다 헤미셀룰로스 분획의 올리고당 함량이 더 많은 것으로 나타났다. 효소분해시간이 지날수록 올리고당의 생산량은 증가하였고, 72시간에서 올리고당의 생산량은 269.33 g/kg로 나타났다. 이는 Viscozyme L의 작용으로 인해 자일로스, 포도당, 과당 등 단당류와 자일로 올리고당 등의 올리고당이 생성되었기 때문으로 판단된다.

후속연구

이상의 연구결과, 효소분해에 의해 메밀껍질로부터 올리고당을 생산할 수 있었으며, 산화 방지와 프리바이오틱 효과가 있음을 확인하였다. 따라서 목적에 따라 효소의 처리시간 및 방법을 다양화한다면 기능성식품으로의 활용이 더 높아질 것으로 예상된다.
이것은 본 연구의 OSC 의 결과와는 상반되나 OSH의 결과와는 같았다. 따라서 추후 올리고당의 종류 및 분자량에 따른 라디칼 소거능의 변화에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	국내의 농산부산물에서 많은 양을 차지하는 곡물은?	국내의 농산부산물은 연간 630만톤 이상 발생한다(7). 특히 메밀껍질의 발생량은 약 1000톤으로 메밀의 40% 정도이며, 이는 다른 곡류의 부산물 발생비율에 비해 높은 수준이다(8,9). 메밀 (Buckwheat; Fagopyrum esculentum)은 마디풀과에 속하는 일년초로서 탄수화물, 단백질, 필수아미노산, 불포화지방산 및 무기물과 비타민을 함유하고 있다(10).
	식물조직의 세포벽을 구성하는 물질은?	식물조직의 세포벽은 셀룰로스와 헤미셀룰로스, 펙틴 등의 식이섬유, 소량의 당단백질 및 미량의 폐놀계 물질로 구성되어 있으며, 이들은 복잡한 사슬로 연결되어 있다(1). 농작물의 수확 또는 식품가공 시 발생하는 짚, 껍질, 박, 잎, 씨 등의 부산물은 대부분 세포벽으로 이루어져 있고 자체의 천연 생리활성 물질을 함유하고 있어, 이들을 기능성 소재로서 활용할 수 있는 가능성이 크다(2).
	짚, 껍질, 박, 잎, 씨 등의 부산물을 기능성 소재로 활용할 수 있는 이유는?	식물조직의 세포벽은 셀룰로스와 헤미셀룰로스, 펙틴 등의 식이섬유, 소량의 당단백질 및 미량의 폐놀계 물질로 구성되어 있으며, 이들은 복잡한 사슬로 연결되어 있다(1). 농작물의 수확 또는 식품가공 시 발생하는 짚, 껍질, 박, 잎, 씨 등의 부산물은 대부분 세포벽으로 이루어져 있고 자체의 천연 생리활성 물질을 함유하고 있어, 이들을 기능성 소재로서 활용할 수 있는 가능성이 크다(2). 최근 연구에 의하면 식물 가공부산물들은 올리고당을 비롯한 기능성 당의 우수한 소재일뿐만아니라, 값이 저렴하고 대량 이용이 가능하여 기능성 소재로 주목을 받고 있다(3-6).

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저자의 다른 논문 :

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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