본 연구는 수수 계통들의 탄닌 함량별 소화효소 저해율을 조사하여 향후 수수 품종육성과 수수의 이용성 향상을 위하여 실시하였다. 남풍찰수수의 탄닌의 분포를 조사한 결과, 과피와 배유사이의 종피층에 탄닌이 분포함을 알 수 있었다. 도정을 하지 않은 조곡에서 탄닌 함량은 11.54 mg/g이었고, 73% 도정한 종실과 겨에서 각각 4.57 mg/g과 28.71 mg/g으로 가장 높게 나타났다가 65% 도정한 종실과 겨에서 2.06 mg/g과 26.38 mg/g으로 줄었다. 수수 추출물 탄닌 함량별로 15계통을 대상으로 소화효소 반응을 조사한 결과, 탄닌이 함유된 계통들에서 탄닌이 없는 계통들에 비해 당질가수분해 효소인 ${\alpha}$-amylase, ${\alpha}$-glucosidase, ${\beta}$-glucosidase 저해율이 높게 나타났다. 특히 ${\alpha}$-glucosidase의 저해율은 모든 탄닌 계통에서 97% 이상으로 다른 소화효소들에 비해 매우 특이적으로 높은 저해율을 보였다. Protease의 저해율은 탄닌 계통들에서 non-탄닌 계통들에 비해 전반적으로 높게 나타났다. Lipase 저해율은 20% 이하로 저해가 일어나지 않거나 매우 낮아 수수 계통들간의 lipase 저해율의 유의성이 없었다.
본 연구는 수수 계통들의 탄닌 함량별 소화효소 저해율을 조사하여 향후 수수 품종육성과 수수의 이용성 향상을 위하여 실시하였다. 남풍찰수수의 탄닌의 분포를 조사한 결과, 과피와 배유사이의 종피층에 탄닌이 분포함을 알 수 있었다. 도정을 하지 않은 조곡에서 탄닌 함량은 11.54 mg/g이었고, 73% 도정한 종실과 겨에서 각각 4.57 mg/g과 28.71 mg/g으로 가장 높게 나타났다가 65% 도정한 종실과 겨에서 2.06 mg/g과 26.38 mg/g으로 줄었다. 수수 추출물 탄닌 함량별로 15계통을 대상으로 소화효소 반응을 조사한 결과, 탄닌이 함유된 계통들에서 탄닌이 없는 계통들에 비해 당질가수분해 효소인 ${\alpha}$-amylase, ${\alpha}$-glucosidase, ${\beta}$-glucosidase 저해율이 높게 나타났다. 특히 ${\alpha}$-glucosidase의 저해율은 모든 탄닌 계통에서 97% 이상으로 다른 소화효소들에 비해 매우 특이적으로 높은 저해율을 보였다. Protease의 저해율은 탄닌 계통들에서 non-탄닌 계통들에 비해 전반적으로 높게 나타났다. Lipase 저해율은 20% 이하로 저해가 일어나지 않거나 매우 낮아 수수 계통들간의 lipase 저해율의 유의성이 없었다.
We evaluated the distribution pattern of tannin in 164 sorghum breeding lines and the inhibition rates of amylase, protease, and lipase in sorghum lines with different tannin concentrations. Tannin was existed in the testa of sorghum grain. The tannin content in whole grain of Nampungchal sorghum wa...
We evaluated the distribution pattern of tannin in 164 sorghum breeding lines and the inhibition rates of amylase, protease, and lipase in sorghum lines with different tannin concentrations. Tannin was existed in the testa of sorghum grain. The tannin content in whole grain of Nampungchal sorghum was 11.54 mg/g, and that in grain (milling rate 73%) and bran fractions was 4.57 mg/g and 28.71 mg/g, respectively. The inhibition rate of ${\alpha}$-amylase, ${\alpha}$-glucosidase, and ${\beta}$-glucosidase in sorghum lines with tannin was higher than that in sorghum lines without tannin. The inhibition rate of ${\alpha}$-glucosidase was greater than 97% in sorghum lines with tannin. The inhibition rate of protease ranged from 20% to 70% in the sorghum lines, showing no discernable trends in tannin content. Lipase inhibition was either very low or not observed and did not seem to correlate with tannin concentration.
We evaluated the distribution pattern of tannin in 164 sorghum breeding lines and the inhibition rates of amylase, protease, and lipase in sorghum lines with different tannin concentrations. Tannin was existed in the testa of sorghum grain. The tannin content in whole grain of Nampungchal sorghum was 11.54 mg/g, and that in grain (milling rate 73%) and bran fractions was 4.57 mg/g and 28.71 mg/g, respectively. The inhibition rate of ${\alpha}$-amylase, ${\alpha}$-glucosidase, and ${\beta}$-glucosidase in sorghum lines with tannin was higher than that in sorghum lines without tannin. The inhibition rate of ${\alpha}$-glucosidase was greater than 97% in sorghum lines with tannin. The inhibition rate of protease ranged from 20% to 70% in the sorghum lines, showing no discernable trends in tannin content. Lipase inhibition was either very low or not observed and did not seem to correlate with tannin concentration.
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문제 정의
이에 본 연구는 수수 탄닌을 이용한 식품 및 가공 이용성에 적합한 품종 개발을 위하여 수수 교배후대 계통들의 탄닌 함량을 분석하고, 이들 계통 중 탄닌 함량별 소화효소들의 저해 반응을 조사하여 수수 탄닌의 다양한 용도 개발을 위한 기본정보를 제공하고자 실시하였다.
가설 설정
Protease의 경우에는 저농도에서부터 높은 저해를 보이기 시작하여 50 μM 이상의 농도 적용시 30% 대의 잔존 활성만을 유지하였으며, PVP 첨가로 96~111%의 활성 회복율을 보였다. Lipase 활성은 탄닌산농도 따른 활성의 변화가 크지 않았다. 수수 추출물의 경우에는 수수 내의 탄닌 뿐만 아니라 여러 종류의 물질이 소화효소를 저해하는데 함께 영향을 미치는 것으로 알려졌으나(26), 본 연구결과에서는 탄닌산이 소화효소에 특히 α-glucosidase의 저해에 관여했음을 보였다.
제안 방법
소화효소 활성 저해수수의 탄닌 함량이 소화효소에 미치는 영향을 알아보고자, 교배후대집단 164 계통 중 탄닌 함량별로 선발된 수수 15계통(Table 2)의 시료 추출물과 표준품종으로 남풍찰수수와 대비로 추청벼 현미를 이용하여 당질 가수분해효소들(α-amylase, α-glucosidase, β-glucosidase)의 저해율과 PVP를 처리한 다음 당질 가수분해효소들의 저해율을 조사한 실험군과 비교하였다(Table 3).
수수의 각 소화효소에 대한 저해성이 탄닌에 의한 영향인지를 알아보기 위해 탄닌산(tannic acid) 용액의 농도(0,5, 10, 50, 및 100 μM)를 달리하여 5가지 소화효소에 미치는 영향을 조사하였다(Fig. 3).
수수의 소화효소의 활성 저해가 탄닌에 의한 영향인지 조사하기 위해 탄닌산 용액의 농도(0, 5, 10, 50, 및 100μM)를 달리하여 5가지 효소의 활성 변화를 검토하였다.
본 연구에 사용된 시료는 수수의 다양한 변이를 창출하고자 재래종간 교배육성한 집단을 2014년 경상북도농업기술원 포장에 재배하여 수확한 교배후대집단(F4 seed)의 164 계통들과 남풍찰수수의 조곡을 건조하여 사용하였다. 수수의 종실 내 탄닌과 총폴리페놀 함량의 분포를 조사하기 위해 남풍찰수수의 도정율(65%, 73%, 83%, 92%, 조곡)을 달리하여 탄닌 함량을 조사하였다. 탄닌 함량에 따른 소화 효소들의 반응을 조사하기 위해서는 남풍찰수수를 대조로 하여 164계통 중 탄닌 함량별로 선발된 15계통의 조곡을 대상으로 측정하였다.
5 g에 80% methanol 10 mL를 첨가하여 shaking incubator에서 1시간 동안 진탕배양(150 rpm) 한후 원심분리(3,500 rpm, 10 min)하여 얻은 상등액을 이후의 분석실험에 사용하였다. 탄닌 함량별로 선발된 수수 15계통과 대조구로 남풍찰수수와 추청벼 현미를 이용하여 당질가수분해효소(α-amylase, α-glucosidase, β-glucosidase)와단백질 분해효소(protease) 및 지질 분해효소(lipase)의 저해율을 조사하였다, 이들 소화효소의 저해율과 탄닌과의 연관성을 검정하고자 탄닌 또는 페놀성 물질과 선택적으로 결합하는 물질인 polyvinylpyrrolidone(PVP)을 처리하여 탄닌을 비롯한 페놀성 물질이 제거된 후의 저해율을 측정한 실험군과 비교하였다.
탄닌과 총 폴리페놀 분석수수의 종실 내 탄닌과 총 폴리페놀의 분포와 함량을 조사하기 위해 남풍찰수수를 도정하여 무게에 따른 도정율별(Fig. 1)로 종실과 겨를 나누어 각각의 추출물의 탄닌 함량과 총 폴리페놀 함량을 조사하였다.
대상 데이터
본 연구에 사용된 시료는 수수의 다양한 변이를 창출하고자 재래종간 교배육성한 집단을 2014년 경상북도농업기술원 포장에 재배하여 수확한 교배후대집단(F4 seed)의 164 계통들과 남풍찰수수의 조곡을 건조하여 사용하였다. 수수의 종실 내 탄닌과 총폴리페놀 함량의 분포를 조사하기 위해 남풍찰수수의 도정율(65%, 73%, 83%, 92%, 조곡)을 달리하여 탄닌 함량을 조사하였다.
수수의 종실 내 탄닌과 총폴리페놀 함량의 분포를 조사하기 위해 남풍찰수수의 도정율(65%, 73%, 83%, 92%, 조곡)을 달리하여 탄닌 함량을 조사하였다. 탄닌 함량에 따른 소화 효소들의 반응을 조사하기 위해서는 남풍찰수수를 대조로 하여 164계통 중 탄닌 함량별로 선발된 15계통의 조곡을 대상으로 측정하였다. 시험에 사용된 모든 시료는 ballmill(MM400, Retsch GmbH, Haan, Germany)로 분쇄하여 사용하였다.
데이터처리
1)Means with different small letters in the same column are significantly (p<0.05) by Duncan's multiple range test.
실험결과는 SAS program(version 9.2, SAS Inst., Inc.,Gray, NC, USA)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 실시하여 유의성이 있는 처리에 대하여 Duncan's multiple rangetest로 계통간의 유의적 차이를 분석하였다(p<0.05).
이론/모형
Folin-Ciocalteu법(14)을 응용하여 수행하였다. 시료에 대하여 효소용액(Sigma bovin pancreas protease), 인산 buffer(pH 7.
이에 대한 대조구는 구연산철 암모늄 용액을 넣지 않은 조건으로 반응시켜 측정하였다. KS법을 이용하여 측정된 흡광도는 탄닌산(Sigma, Belgium)을 사용하여 농도별로 작성한 표준곡선에 기준하여 환산하였다.
수수의 탄닌 함량의 분석은 한국산업표준법(KS H ISO 9648:2009, 이하 KS법)(12)으로 측정하였다. 시료를 75% dimethylformamide로 추출한 상등액을 사용하여 NH3용액 및 ammonium iron(Ⅲ) citrate 용액으로 발색하여 흡광분석기(SPECTRO Star Nano BMG Labtech, Ortenberg, Germany)로 525 nm에서 흡광도를 측정하였다.
총폴리페놀 함량 분석은 Folin-Denis 방법(13)에 기준하여 흡광분석기 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광도는 탄닌산을 이용하여 농도별로 작성한 표준곡선에 기준하여 환산하였다.
성능/효과
탄닌 함량의 다양성을 위해 육성한 교배후대집단(F4seed)의 조곡 탄닌 함량을 분석한 결과(Fig. 2), 164계통의 탄닌 함량은 5~10 mg/g에서 가장 많은 계통들이 분포하는 정규분포를 나타내어 탄닌 형질은 관여하는 유전자수가 많은 양적형질임을 알 수 있었다. Maxson과 Rooney(18)의 5종류의 탄닌분석법별 수수 종실의 탄닌 함량은 분석방법에 따라 0.
남풍찰수수와 탄닌 함량별 수수 15계통의 추출물을 대상으로 단백질 분해효소(protease)와 지질 분해효소(lipase)의 저해율을 측정한 결과(Table 4), protease의 저해율은 탄닌계통들에서 non-탄닌 계통들에 비해 전반적으로 높게 나타났으나, 수수의 탄닌 함량과는 밀접한 관계가 없었다. 이는 각각 계통별 탄닌의 구조적 차이 등 다른 성분들의 특성에 의한 것이라는 보고(14,22)가 있다.
남풍찰수수의 도정율에 따른 탄닌과 총폴리페놀 함량(Table 1)은 도정을 하지 않은 조곡에서 각각 11.54 mg/g, 14.73 mg/g이었고, 65% 도정한 종실에서는 각각 2.06 mg/g, 5.32 mg/g으로 적었다. 한편 조곡을 도정한 겨의 탄닌과 총폴리페놀 함량은 조곡에 비해 각각 2배 이상, 1.
1)로 종실과 겨를 나누어 각각의 추출물의 탄닌 함량과 총 폴리페놀 함량을 조사하였다. 종실색은 도정을 많이 해서 도정율이 낮아질수록 밝아졌으며 겨는 73% 도정율에서 가장 진하게 나타나, 수수 색소는 종자의 과피와 종피층에 존재함을 확인할 수 있었다.
탄닌이나 페놀성 물질을 결합하는 물질로 알려진 PVP를 처리한 경우 모든 탄닌 계통들에서 당질 가수분해 효소들의 저해율이 낮아졌다. 특히 α-glucosidase의 경우 남풍찰수수를 비롯한 4계통(SL 152, SL 94, SL135, SL 36)은 활성이 완전히 회복되어 탄닌이나 페놀성물질이 소화에 영향을 미침을 알 수 있었으나, 탄닌 함량이 높은 7계통(SL 63, SL 17, SL85, SL 160, SL 81, SL 1, SL70)의 α-glucosidase 활성이 회복되긴 했으나 60% 이상의 저해율을 보여 탄닌 이외의 물질도 소화에 관여함을 알 수 있었다.
후속연구
수수 계통들 중에 탄닌 함량이 높은 SL 1과 SL 70의 경우 당질가수분해 효소들과 지질 분해효소의 저해율은 높고 단백질 분해효소의 저해율은 낮아, 이들을 계통들을 대상으로 항비만이나 항당뇨에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.
Mabelebele 등(17)은 수수의 총폴리페놀과 축합형 탄닌 및 항산화능(antioxidant activity)이 높은 상관관계를 있다고 하였다. 이는 종실의 탄닌 성분 이용 및 보다 많은 탄닌을 함유한 수수 겨의 바이오매스 자원을 이용한 항산화 물질 등 기능성 물질 개발로의 가능성을 보여 주었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
수수의 재배 특징은?
수수(Sorghum bicolor)는 고온, 건조에 강한 작물로 밀, 옥수수, 벼, 보리에 이어 세계적인 주요작물로 널리 재배되고 있다. 우리나라에서도 오곡밥에 빼놓을 수 없는 잡곡중 하나로 돌떡, 수수부꾸미 등 다양한 전통음식에 이용되어 오고 있다(1).
수수(Sorghum bicolor)는 우리나라 어떤 전통음식에 이용되고 있는가?
수수(Sorghum bicolor)는 고온, 건조에 강한 작물로 밀, 옥수수, 벼, 보리에 이어 세계적인 주요작물로 널리 재배되고 있다. 우리나라에서도 오곡밥에 빼놓을 수 없는 잡곡중 하나로 돌떡, 수수부꾸미 등 다양한 전통음식에 이용되어 오고 있다(1).
탄닌은 어떻게 분류되는가?
수수는 화곡류 식량작물 중에서 특이하게 탄닌을 함유하고 있다. 탄닌은 분자량 500~3,000의 수용성 페놀성 물질로 구조 차이에 따라 가수분해형 탄닌(hydrolyzable tannins)과축합형 탄닌(condensed tannins)으로 분류된다. 감, 녹차 등 고등식물에는 주로 축합형 탄닌이 분포하는 것으로 알려져 있다(2).
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