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문제 정의
- 따라서 고단백 식품으로의 장점과 특징을 이용하여 식품으로 활용도를 높이는 한 방법으로 다양한 가공방법에 따른 조성 및 함량의 변화에 대한 연구의 활성화를 위하여, 본 연구에서는 단백질이 풍부한 돈혈을 이용해 효소를 통한 가수분해 조건에 따른 식품학적 품질특성변화를 조사하여 미이용 자원에 대한 기초자료로 이용하고자 한다.
- 본 연구는 폐기되는 돈혈을 식품소재로 활용하고자 단백질 가수분해효소 5종을 처리하여 품질특성 변화를 조사하였다. 그 결과 KMFP-15(E)로 가수분해할 때 pH 7.
제안 방법
- ,Bucheon, Korea)에서 각각의 효소 공통 최적 활성온도인 55℃로 100 rpm, 4시간 동안 가수분해하였다. 가수분해 농도별 조건에서는 상기 효소들 중에서 가장 높은 가수분해율을 나타내어 선별된 최적 효소 KMFP-15를 0, 0.1, 0.2 및 0.3%(w/v)의 농도로 각각 첨가하여 최적 활성온도인 60℃에서 100 rpm, 4시간 가수분해하였으며, 가수분해 시간별 조건에서는 앞서 설정된 최적의 가수분해 조건인 KMFP-15 0.2%(w/v)를 첨가하여 60℃, 100 rpm으로 0, 2, 4, 6 및 8시간 동안 가수분해한 것을 각각의 분석시료로 사용하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 돈혈은 2014년 11월과 12월 총 4차례에 걸쳐 수급해왔으며, 수급한 시료는 응고방지를 위해 구연산나트륨(Duksan, Ansan, Korea)을 첨가하여 4℃ 이하에서 보관하며 사용하였다. 가수분해효소는 현재 시판되는 Alcalase 2.
데이터처리
- 본 실험의 결과는 아미노산 함량의 경우 2회 반복, 그외의 결과는 3회 반복으로 수행된 평균과 표준편차로 나타내었다. 각 실험결과에 대한 통계분석은 IBM SPSS Statistics (21, IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 p<0.05 수준에서 일원배치 분산분석법을 시행하고 각 실험군 평균치간의 유의적 차이는 Duncan’s multiple range test 로 검증하였다.
이론/모형
- PBHP의 무기질 함량은 습식분해법(Wet Digestion Method)(15)으로 분석하였다. 시료 1 g에 65%의 HNO3 6 mL와 30% H2O2 1 mL를 teflon bottle에 담은 후 이를 전처리 시험용액으로 하며, Microwave digestion system(Ethos-1600, Milestone, Sorisole, Italy)을 이용하여 최고 600 W로 총 20분간 산분해를 실시하였다.
- 돈혈에 KMFP-15를 0.2%(w/v) 첨가하여 4시간 가수분해 시킨 액을 80℃에서 살균, 부직포 여과 후 80℃에서 열풍건조한 분말시료(Porcine Blood Hydrolysis Powder, PBHP)의 일반성분은 AOAC법(14)에 준하여 수분, 조지방, 조회분, 조단백의 함량을 측정하여 평가하였다. 즉 수분은 수분 자동측정기(FD-220, Kett, Tokyo, Japan)를, 조지방은 지방 자동추출기(Soxtec 2050, Foss, Hoganas, Sweden)를 이용하여 측정하였으며, 조회분은 직접회화법으로, 조단백질은 Kjeldahl법에 따라 Micro Kjeldahl 장치(Distillation Unit B-323, Buchi, Flawil, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
- 25 g을 취하여 ampule에 넣고 6 N HCl 15 mL를 가한 다음 N2가스로 치환하여 신속하게 밀봉하였다. 이를 110℃ 오븐에서 24시간 가수분해 시킨 뒤 방냉하여 탈이온수로 50 mL 메스플라스크에서 정용 후 0.2 μm membrane filter로 여과하여 AccQ-Tag방법(13)으로 유도체화 시킨 다음 amino acid analyzer 로 분석하였다.
- 2%(w/v) 첨가하여 4시간 가수분해 시킨 액을 80℃에서 살균, 부직포 여과 후 80℃에서 열풍건조한 분말시료(Porcine Blood Hydrolysis Powder, PBHP)의 일반성분은 AOAC법(14)에 준하여 수분, 조지방, 조회분, 조단백의 함량을 측정하여 평가하였다. 즉 수분은 수분 자동측정기(FD-220, Kett, Tokyo, Japan)를, 조지방은 지방 자동추출기(Soxtec 2050, Foss, Hoganas, Sweden)를 이용하여 측정하였으며, 조회분은 직접회화법으로, 조단백질은 Kjeldahl법에 따라 Micro Kjeldahl 장치(Distillation Unit B-323, Buchi, Flawil, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
성능/효과
- 3°Brix 및 유리아미노산 함량 4,944 mg%로 가장 높은 고형분 함량 및 유리아미노산 함량을 나타내었다. KMFP-15(E) 농도에 따른 영향을 조사한 결과 처리농도가 증가함에 따라 총 고형분 함량 및 유리아미노산이 증가하였으며, 유리아미노산은 KMFP-15(E) 0.2% (w/v)첨가구에서 7,224 mg%로 0.3% (w/v)첨가구와 유의적인 차이를 나타내지 않아 0.2% (w/v)로 설정하였다. KMFP-15(E)의 가수분해 시간에 따라 유리아미노산 함량은 4시간에서 7,404 mg%로 가장 높게 나타났으며, 시간이 경과할수록 감소하는 경향을 보여 최적 가수분해시간은 4시간으로 설정하였다.
- 본 연구결과는 기질에 작용하는 효소의 농도가 무첨가구에서 0.2% (w/v)로 증가함에 따라 가수분해율이 증가한 것(16)과 동일한 경향을 보였지만, 기질에 대해 어느 일정량 이상의 효소를 첨가했을 때 증가하는 효소제의 농도에 비례해 가수분해율이 증가하지 않았다고 보고한 것(21)과 유사 하게 KMF-15(E) 0.2% 및 0.3% (w/v) 첨가 간에 유의적인 차이를 보이지 않아 효소제 농도는 0.2% (w/v)가 적합한 것으로 생각된다.
- KMFP-15(E)의 가수분해 시간에 따라 유리아미노산 함량은 4시간에서 7,404 mg%로 가장 높게 나타났으며, 시간이 경과할수록 감소하는 경향을 보여 최적 가수분해시간은 4시간으로 설정하였다. 상기 설정된 가수분해 조건을 통해 제조된 돈혈분말(PBHP)에는 조단백질 및 아미노산과 철분, 칼륨, 아연 등 다량의 무기질이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 특히, 철분의 함량은 1,983 mg%로 높게 나타나 식품소재로 활용 가능한 것으로 나타났다. 이상의 결과 폐기되는 돈혈의 활용방안으로 다양한 가수분해조건중 효소 KMFP15(E) 0.
- 총 고형분 함량의 경우 무처리구 17.3 °Brix에 비하여 효소처리 구간 모두 증가하는 것으로 나타났으며 특히 (E), (B) 및 (D) 처리구에서 각각 7.0, 6.5 및 5.7 °Brix 가량 높게 증가하여 E가 다른 시료에 비해 유의적으로 높게 나타났다. Kim 등(16)의 연구와 비교하여 단백질가수분해 효소처리 과정 중 총 고형분 함량이 무처리구에 비하여 상승하였다고 보고되어 본 결과와 유사하였다.
- 총 유리아미노산 함량은 무처리구에서 475 mg%로 나타났으며 2시간 처리에서 4,541 mg%로 9배 이상 증가하였고 4시간 처리에서 7,404 mg%로 대조구와 비교하여 15배 이상 증가하여 가장 높게 증가하였다. 6시간 및 8시간 처리할때 각각 6,427 mg% 및 5,776 mg%로 나타났다.
- 효소농도별에 따른 가수분해물의 총 유리아미노산 함량의 경우 KMF-15(E) 0.1% (w/v)에서 5,154 mg%로 무첨가구보다 약 11.8배 증가하였고 0.2% 및 0.3% (w/v)에서 각각 7,224 mg% 및 7,275 mg%로 약 16.5배 증가하였다. 필수유리아미노산 함량 또한 총 유리아미노산과 같은 경향으로 효소 농도가 증가할수록 함량이 높게 나타났으며 0.
후속연구
- 하지만 이들 대부분은 합성 아미노산제들로 이루어져 있거나 함량이 적은 점 및 가격이 비싸다는 단점이 있다. 따라서 저가이면서 천연소재로부터 유래된 아미노산제의 연구 및 개발이 필요한 실정이며, 돈혈을 활용하여 저분자화 기술을 접목시킨다면 가능할 것으로 생각된다.
- 상기 설정된 가수분해 조건을 통해 제조된 돈혈분말(PBHP)에는 조단백질 및 아미노산과 철분, 칼륨, 아연 등 다량의 무기질이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 특히, 철분의 함량은 1,983 mg%로 높게 나타나 식품소재로 활용 가능한 것으로 나타났다. 이상의 결과 폐기되는 돈혈의 활용방안으로 다양한 가수분해조건중 효소 KMFP15(E) 0.2% (w/v)를 첨가하여, 4시간에서 가수분해 하였을 때 전반적 품질 특성이 가장 우수하여 향후 돈혈을 이용해 단백질 보충, 아미노산소재 및 철분강화제 등의 식품 및 의약품 소재로의 고부가가치 창출이 가능할 것으로 판단되었다.
- 이러한 결과는 단백질의 측정방법의 차이 때문에 나타난 것으로 보여 진다. 조단백 이외에 조회분의 함량 또한 5.42%로 높아 영양학적으로 우수한 것으로 나타나 단백질, 펩타이드 및 미네랄 보충 천연소재로의 활용이 가능할 것으로 생각된다.
- (B) 및 (D) 처리구의 경우 무처리구에 비하여 증가하였지만 증가율이 다소 낮게 나타나 돈혈의 가수분해에는 적절하지 않은 것으로 생각된다. 총 고형분 함량 및총 유리아미노산 함량이 가장 높게 나타난 (E)효소가 돈혈의 가수분해에 가장 적합한 것으로 생각되며 이와 같은 결과를 통해 천연소재인 돈혈을 효소적 가수분해를 통해 펩타이드 및 아미노산으로 저분자화 한 후 분리공정을 거친다면 단백질 및 아미노산보충제로의 활용이 가능할 것으로 생각된다. 가수분해 후 유리아미노산 함량이 높아진 것은 protease처리에 의해 단백질이 분해되면서 저분자인 아미노산화 되어 함량이 높아지는 것으로 판단된다.
- 상기의 설정된 조건으로 가수분해 시킨 PBHP의 무기질 및 중금속을 분석한 결과는 Table 9와 같다. 혈액에 다량 함유된 것으로 알려진 철분(Fe)의 경우 1,973 ppm으로 나타나 다량 함유된 것을 확인하였고 고농도의 철분제로의 개발및 활용이 가능할 것으로 생각된다. 칼륨(K)의 경우 7,237 ppm으로 돈혈 분말의 무기질 조성 중 두 번째로 함량이 높았다.
- 혈액을 이용하여 단백질이나 철분 등의 유용성분을 추출하는 등 기능적인 측면을 강조한 식품분야로의 연구 및 제조기술이 보완되면 폐기물을 통해 고부가가치를 창출하여, 경제적 및 환경적인 측면으로도 큰 성과를 기대할 수 있을 것으로 생각된다.
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