[논문]쌀귀리 가루의 입도별 이화학적 특성 및 항산화 활성

전현일; 유선희; 송근섭; 김영수

doi:10.11002/kjfp.2017.24.7.965

쌀귀리 가루의 입도별 이화학적 특성 및 항산화 활성
Effect of particle size of naked oat flours on physicochemical and antioxidant property 원문보기

한국식품저장유통학회지 = Korean journal of food preservation, v.24 no.7, 2017년, pp.965 - 974

전현일 (전북대학교 식품공학과) , 유선희 (정읍시 농업기술센터) , 송근섭 (전북대학교 식품공학과) , 김영수 (전북대학교 식품공학과)

초록
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본 연구에서는 영양학적 가치가 높은 쌀귀리의 식품산업 이용률을 높이고자 쌀귀리를 입도별로 제조하여 이들의 이화학적 특성 및 항산화 활성을 비교하였다. 쌀귀리의 조단백질, 조지방 및 조회분 함량이 각각 15.7%, 10.0% 및 1.8%이었으며, 입도가 작아질수록 이들의 함량은 감소하였다. 주요 유리아미노산은 비필수아미노산 중에서는 cystine(58.3 mg%), ${\beta}$-aminoisobutyric acid(53.8 mg%) 등, 필수아미노산 중에서는 phenylalanine(8.6 mg%)과 histidine (12.2 mg%)이었으며, 입도가 작아질수록 함량은 감소하였다. 총 전분, 아밀로스, 손상전분, 총 식이섬유, ${\beta}$-glucan 및 총 유리당 함량은 각각 56.4%, 21.4%, 11.7%, 11.0%, 4.7% 및 2,555.3 mg%이었으며, 입도가 작아질수록 총 전분, 아밀로스 및 손상전분의 함량은 감소한 반면에 총 식이섬유와 ${\beta}$-glucan의 함량은 증가하였다. 색도는 L 값이 75.3, a 값이 0.3 및 b 값이 13.1이었으며, 입도가 작아질수록 L 값은 증가하였으나 a와 b 값은 감소하였다. 호화특성은 최고점도가 263.8 RVU, 최저점도가 155.6 RVU 및 최종점도가 399.3 RVU이었으며, 입도가 작아질수록 최고점도와 최종점도는 증가하였다. TPC, TFC 및 항산화 활성(DPPH radical assay, ABTS radical cation assay 및 reducing power)은 각각 $237.8{\mu}g/g$, $90.9{\mu}g/g$, 57.3%, 53.4% 및 0.23이었으며, 입도가 작아질수록 항산화 성분 및 항산화 활성은 감소하였다. 한편 TPC와 TFC에 관한 각 항산화 활성의 결정계수(correlation determination coefficient, $R^2$) 값이 각각 0.87 이상과 0.81 이상으로 나타나 항산화 성분과 항산화 활성은 상관성을 보였다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was carried out to investigate the effect of particle size of naked oat flour (NOF) on physicochemical property and antioxidant activity. The NOF was passed through $250{\mu}m$ and $160{\mu}m$ size sieves to obtain three fractions (fraction A: $250{\mu}m$ or more, fraction B: $160-250{\mu}m$, and fraction C: $160{\mu}m$ or less). Moisture, crude protein, crude fat, and crude ash contents of NOF were 8.4, 15.7, 10.0, and 1.8%, respectively, and these contents were increased as the particle size of NOF decreased. The mineral and free amino acid contents of NOF also had a similar tendency. The contents of total starch, amylose, starch damage, total dietary fiber, ${\beta}$-glucan, total phenolics, and flavonoids in NOF were 56.4%, 21.4%, 11.7%, 11.0%, 4.7%, $237.8{\mu}g/g$ and $90.9{\mu}g/g$, respectively. As the particle size of NOF decreased, total starch, amylose, and starch damage contents increased, whereas total dietary fiber, ${\beta}$-glucan, total phenolic and flavonoid contents decreased. Also, three antioxidant activities of NOF were closely correlated with their total phenolics and flavonoids contents, showing high correlation coefficient values ($R^2=0.87$ and 0.81, respectively).

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

그러므로 곡류를 활용한 가공제품의 제조에는 입도별 이화학적 특성 및 가공적성에 관한 정보가 필요하지만 이에 관한 연구가 아직까지는 미비한 실정이다. 이에 쌀귀리의 활용도를 높이기 위한 기초자료를 얻고자 쌀귀리 가루의 입도별 이화학적 특성 및 항산화 활성을 비교 분석하였다.

제안 방법

DPPH radical assay는 Williams 등(27)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 100 μL에 100 μM DPPH용액 2 mL를 첨가하여 암소에서 20분간 반응시킨 후에 515 nm에서 흡광도를 측정하였으며, DPPH radical 소거능은 다음의 식으로 산출하여 나타내었다.
Column의 초기온도는 140℃이었고 5분간 유지한 다음 4℃/min로 240℃까지 온도를 상승시켜 22분간 유지하였으며 column의 injector와 detector의 온도는 260℃이었다. GC에 의해서 분리된 각 지방산 methyl ester를 peak 면적비로 계산하여 각 지방산의 조성비를 구하였다. 각 지방산 peak 면적은 동일조건에서 분석한 표준지방산 methyl ester mixture(supelco 37 comp FAME Mix 10 mg/mL in CH₂Cl₂)와 retention time을 비교하여 분석하였다.
0 L/min, column oven의 온도는 35℃, injection volume은 100 μL이었다. HPLC에 의해서 분리된 각 유리당의 함량은 동일조건에서 분석한 표줄물질의 peak 면적의 비율과 retention time을 비교하여 분석하였으며 표준물질로는 glucose, maltose 및 fructose를 사용하였다.
5 g에 증류수 2 mL와 nitric acid 8 mL를 첨가하여 습식회화한 후에 증류수를 첨가하여 20 mL로 정용한 용액을 분석 시료로 사용하였다. K, Ca, Fe, Na, Mg, Mn, Zn 및 Cu는 ICP(iCAP6500, Thermo elemental Ltd., Cambridge, England)로 분석하였으며, 분석조건은 RF power가 1,150 W, flush pump rate는 50 rpm, nebulizer gas flow는 0.5 L/min 및 coolant gas flow는 12 L/min이었다.
GC에 의해서 분리된 각 지방산 methyl ester를 peak 면적비로 계산하여 각 지방산의 조성비를 구하였다. 각 지방산 peak 면적은 동일조건에서 분석한 표준지방산 methyl ester mixture(supelco 37 comp FAME Mix 10 mg/mL in CH₂Cl₂)와 retention time을 비교하여 분석하였다.
굴절당도계(PAL-1, Atago Co., Ltd., Tokyo, Japan)로 여액의 °Brix를 측정하여 전분손상도를 산출한 후에 이를 총 전분의 함량에 대입하여 손상전분 함량을 재산출하였다.
추출액은 시료 2 g에 70% ethanol 20 mL를 첨가하여 상온에서 3시간 추출한 후에 원심분리(16,150 ×g, 10분)하여 상등액을 얻는 과정을 3회 반복하였다. 상등액은 여과(Whatman No.4, GE Healthcare Bio-Sciences AB, Uppsala, Sweden)와 감압농축(40℃)한 후 10 mL로 정용하여 항산화 활성의 분석시료로 사용하였다.
색도는 색차계(SP-80, Tokyo Denshoku, Tokyo, Japan)를이용하여 귀리 가루의 L(명도), a(적색도), b(황색도) 을 측정하였다.호화특성은 시료 3.
시료 1 g에 70% methanol 10 mL을 첨가하여 microwaving extractor(MARS Xtraction, CEM Co., NC, USA)를 사용하여 80℃에서 60분간 추출한 후에 원심분리(10,767 ×g, 10분)하여 상등액을 얻는 과정을 3회 반복하였다.
시료 100 μL에 100 μM DPPH용액 2 mL를 첨가하여 암소에서 20분간 반응시킨 후에 515 nm에서 흡광도를 측정하였으며, DPPH radical 소거능은 다음의 식으로 산출하여 나타내었다.
시료 30 μL에 ABTS radical 용액 3 mL를 첨가하여 암소에서 6분간 반응시킨 후에 734 nm에서 흡광도를 측정하였으며, ABTS radical 소거능은 다음의 식으로 산출하여 나타내었다.
5 N NaOH/methanol 5 mL를 넣고 10분간 수욕상에서 가수분해시켰다. 여기에 14% BF₃-methanol 5 mL를 첨가하고 2분간 가열하여 methyl ester화한 후, n-hexane으로 추출한 지방산 분석시료를 gas chromatography system(GC, 6890N, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)으로 측정하였다. column은 100 m×0.
제분된 쌀 귀리 가루는 250 μm와 160 μm의 표준망체(Daihan Scientific Co., Ltd., Seoul, Korea)로 체질하여 250 μm 이상(fractionA), 160-250 μm(fraction B) 및 160 μm 이하(fraction C)의 3개의 군으로 분획하였다.
추출물 500 μL에 5% NaNO275 μL을 첨가하여 5분간 반응시킨 후에 10% AlCl3 150μL을 첨가하였다.
추출액은 시료 2 g에 70% ethanol 20 mL를 첨가하여 상온에서 3시간 추출한 후에 원심분리(16,150 ×g, 10분)하여 상등액을 얻는 과정을 3회 반복하였다.

대상 데이터

본 연구에 사용한 쌀귀리는 전북 정읍에서 생산된 조양 품종을 구입하여 수분함량이 12%까지 되도록 열풍건조하였다. gallic acid, catechin, Folin-Ciocalteau reagent, butylatedhydroxytoluene(BHT), 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH),2,2-azinobis(3-ethylenebenzothiozoline-6-sulfonicacid)(ABTS), glucose, maltose, fructose, rice starch 등은 Sigma-Aldrich사(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였으며, 그 밖의 시약들은 analytical grade를 구입하여 사용하였다.
대조구의 주요 지방산은 포화지방산 중에서는 palmitic acid(15.4%)이었으며, 불포화지방산 중에서는 oleic acid(47.7%)와 linoleic acid(32.7%)이었다.
본 연구에 사용한 쌀귀리는 전북 정읍에서 생산된 조양 품종을 구입하여 수분함량이 12%까지 되도록 열풍건조하였다. gallic acid, catechin, Folin-Ciocalteau reagent, butylatedhydroxytoluene(BHT), 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH),2,2-azinobis(3-ethylenebenzothiozoline-6-sulfonicacid)(ABTS), glucose, maltose, fructose, rice starch 등은 Sigma-Aldrich사(St.

데이터처리

각 시료간의 유의성은 p<0.05 수준에서 one way ANOVA로 분산분석한 후에 Duncan's multiple range test로 비교하였으며, 쌀귀리의 항산화 성분과 항산화 활성의 연관성은 Pearson 상관분석을 이용한 단순회귀분석(simple regression analysis)을 실시하여 비교하였다.
각 실험은 3회 반복 실험하여 얻은 결과를 SAS 통계 프로그램(SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었다(30). 각 시료간의 유의성은 p<0.

이론/모형

β-Glucan 함량은 Megazyme β-glucan assay kit(Megazyme Pty., Ltd.)를 이용하여 McCleary와 Glennie-Holmes(22)의 방법으로 측정하였다.
ABTS radical assay는 Arts 등(28)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 30 μL에 ABTS radical 용액 3 mL를 첨가하여 암소에서 6분간 반응시킨 후에 734 nm에서 흡광도를 측정하였으며, ABTS radical 소거능은 다음의 식으로 산출하여 나타내었다.
Reducing power는 Oyaizu(29)의 방법을 이용하였다. 시료 1 mL에 0.
Total flavonoid 함량(total flavonoid content, TFC)은 Jia등(26)의 방법을 이용하였다. 추출물 500 μL에 5% NaNO₂75 μL을 첨가하여 5분간 반응시킨 후에 10% AlCl₃ 150μL을 첨가하였다.
Total phenolic 함량(total phenolic content, TPC)은Dewanto 등(25)의 방법을 이용하였다. 추출물 0.
무기질 함량은 식품공전 방법(16)으로 측정하였다. 시료 0.
손상전분(damaged starch) 함량은 Boyaci 등(20)의 방법을 이용하였다. 시료 9 g에 α-amylase 용액(277.
유리당 함량(free sugar)은 Cho 등(23)의 방법으로 측정하였다. 시료 1 g에 70% methanol 10 mL을 첨가하여 microwaving extractor(MARS Xtraction, CEM Co.
유리아미노산 함량은 Spacknan 등(17)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 1 g에 70% ethanol 30 mL를 첨가하여 초음파 처리(30℃, 30분)한 후에 원심분리(5,000 rpm, 10분)하여 상등액을 얻는 과정을 3회 반복하였다.
일반성분 함량은 AOAC(15) 방법을 이용하여 수분은 상압가열건조법, 조회분은 직접회화법, 조지방은 Soxhlet법,조단백은 Micro-Kjeldahl법으로 측정하였다.
지방산 조성은 Metcalfe 등(24)의 방법을 이용하여 지질을 methyl ester화 시킨 후에 측정하였다. 시료 10 g에 diethyl ether 100 mL를 첨가하여 soxhlet 추출법으로 약 10시간 동안 추출한 후에 소량의 증류수를 첨가하고 분액 깔대기로 diethyl ether 층을 분리하였다.
총 식이섬유(total dietary fiber) 함량은 식이섬유 분석용 kit(TDF 100A, Sigma Chemical Co., St, Louis, Mo, USA)를 사용하여 Prosky 등(21)의 방법으로 측정하였다.
총 전분(total starch) 함량은 Megazyme total starch assay kit(Megazyme Pty., Ltd., Wicklow, Ireland)를 이용하여 McCleary 등(18)의 방법으로 측정하였다.

성능/효과

1)EAA and NEAA are an abbreviation for essential amino acid and non essential amino acid, respectively.
1)SFA and USFA are an abbreviation for saturated fatty acid and unsaturated fatty acids, respectively.
2)Break down value is a difference between peak viscosity and trough, setback value is a difference between final viscosity and trough.
3)X1, X2, Y, and R represent total phenolic content, total flavonoid content, each antioxidant activity, and correlation coefficient, respectively.
유리아미노산 함량의 분석결과는 Table 2와 같다. 대조구의 유리아미노산 조성은 주로 비필수아미노산(non essential amino acid, NEAA)으로 이루어져 있으며, 필수아미노산(essential amino acid, NAA) 함량은 총 유리아미노산의 10.3%인 39.1 mg%로 나타났다. 주요 유리아미노산은NEAA 중에서는 glutamic acid(53.
대조구의 탄수화물 조성은 총 전분, 아밀로스, 손상전분, 총 식이섬유,β-glucan 및 총 유리당 함량이 각각 56.4%, 21.4%, 11.7%, 11.0%, 4.7% 및 2,555.3 mg%로, 이중 총 전분함량이 가장 높게 나타났다.
반면에 비전분다당류로 분류되는 총 식이섬유와 β-glucan의 함량은 fraction A에서 각각 15.4%와 5.2%, fraction C에서 각각 9.2%와 4.0%로 입도가 작아질수록 감소하여 전분이나 전분과 관련 있는 성분들(아밀로스와 손상전분)과는 다른 경향을 보였다.
일반성분 및 무기질 함량의 분석결과는 Table 1과 같다. 쌀귀리 가루(대조구)의 일반성분은 수분, 조단백질, 조지방및 조회분 함량이 각각 8.4%, 15.7%, 10.0% 및 1.8%로 귀리의 일반성분 중에서 조단백질 함량이 가장 높았다는 결과와 유사하였으나 조양 품종의 조단백질 함량이 12.9%라는 결과보다 다소 높게 나타났다(31,32). 한편, 쌀귀리의 주요 무기질은 K 311.
입도별로는 수분이 8.9-9.6%, 조단백질이 14.6-16.6%, 조회분이 1.4-2.0%, 무기질이 417.2-537.8 mg%로 입도가 작아질수록 수분은 증가하였으나 조단백질, 조지방, 조회분 및 무기질 함량은 감소하였다. 이는 귀리의 강층(bran)이 배유(endosperm)보다 조단백, 조지방, 조회분 및 무기질 등의 영양성분을 더 많이 함유하고 있기 때문(4,33)으로, 입도별 분획과정 중에 귀리의 세포벽을 이루는 강층이 감소함으로써 입도가 작아질수록 조단백질, 조지방, 조회분 및 무기질 함량이 감소할 뿐만 아니라 표면적이 넓어져 분획과정 중 공기에 존재하는 수분을 많이 흡착하여 수분이 증가하는 것으로 추정된다.
입도별로는 총 전분, 아밀로스 및 손상전분의 함량이 fraction A에서 각각 53.6% 19.2% 및 10.1%, fraction C에서 각각 61.6%, 25.3% 및 15.5%로 입도가 작아질수록 증가하였다. 쌀, 보리, 밀, 귀리와 같은 곡류는 가공제품으로 제조하기 위한 전 단계로 제분을 하게 되는데, 이 때 치밀한미셀구조의 생전분(native starch)이 분쇄되면서 입도는 작아짐과 동시에 분쇄의 충격으로 전분의 일부가 미세다공성 구조의 손상전분(damaged starch)으로 전환된다(38).
8배 감소하였으며, 각 항산화 활성에서도 유사한 경향이었다. 특히, 피어슨 상관회귀 분석으로 산출한 결정계수(correlation determination coefficient, R2) 값이 TPC가 0.87 이상을, TFC가 0.81 이상을 나타내어 높은 상관성을 보였다. 이는 귀리의 페놀성 화합물이 세포벽에 단백질과 같이 결합한 상태로 존재하기 때문에 배유보다는 강층에 주로 존재하여 420 μm 이상의 입도가 큰 분획이 420 μm 이하의 분획보다 TPC와 항산화 활성이 높았다는 결과와 유사하였다(12,14,47).
9%라는 결과보다 다소 높게 나타났다(31,32). 한편, 쌀귀리의 주요 무기질은 K 311.0 mg%, Mg 132.7 mg% 및 Ca 65.5 mg%로 총 무기질(529.9 mg%)의 96.1%에 해당하였으며, Fe, Na, Mn, Zn, 및 Cu 등과 같은 무기질을 미량 함유하고 있는 것으로 나타났다. 이는 귀리의 주요 무기질이 K(468.
05분에서 50℃를 유지하였다. 호화특성은 최고점도, 최저점도, 최종점도, 강하점도 및 치반점도로 나타내었다. 강하점도는 최고점도에서 최저점도를 뺀 값으로, 치 반점도는 최종점도에서 최저점도를 뺀 값으로 하였다.
8)보다 L과 a 값은 낮게 나타났으나 b 값은 높게 나타났다(41). 호화특성은 최고점도가 263.8 RVU, 최저점도가 155.6 RVU, 그리고 최종점도가 399.3 RVU이었다. 특히 95℃에서 50℃로 냉각하면서 나타나는 치반점도가 243.

후속연구

결과적으로 입도에 따른 영양성분의 조성변화가 이화학적 특성 및 항산화 활성에 영향을 미치는 것으로 나타나 제빵, 제면 등의 가공제품에 적합한 입도의 쌀귀리 가루를 제조한다면 쌀귀리의 활용도를 높일 수 있을 것으로 기대된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	귀리의 효능은?	특히, 귀리에 다량 함유된 페놀성 화합물, β-glucan 등과 같은 생리활성 성분이 체내의 면역력을 증가시키고 노화를 지연시켜 고지혈증, 당뇨, 암 등의 만성질환 예방에 효과가 있다고 보고되어 건강에 관심이 많은 소비자들이 오트밀이나 스낵 형태로 가공된 아침식사 용도로 이용하고 있으며, 그 수요가 증가하고 있다(10,11).
	귀리란?	벼과 작물인 귀리(Avena sativa L.)는 세계적으로 밀, 옥수수, 벼, 보리 다음으로 많이 생산되고 있을 뿐만 아니라 양질의 단백질, 지질, 섬유질, 무기질, 페놀성 화합물 등을 함유하여 영양학적 가치가 높은 건강식품으로 인식되어 매년 소비량이 증가하고 있는 곡물이다(1,2). 품종별로는 껍질의 유무에 따라 겉귀리와 쌀귀리로 구분되며, 껍질 제거가 용이한 쌀귀리가 영양성, 기호성 및 가공적성에서도 우수한 것으로 평가되고 있다(3,4).
	우리나라 실정에 맞게 개발된 국내산 쌀귀리 품종은?	품종별로는 껍질의 유무에 따라 겉귀리와 쌀귀리로 구분되며, 껍질 제거가 용이한 쌀귀리가 영양성, 기호성 및 가공적성에서도 우수한 것으로 평가되고 있다(3,4). 과거에는 국산용 쌀귀리 품종이 없어서 캐나다, 호주, 러시아 등에서 대부분 수입하여 식용이나 가공제품에 사용하였으나 근래에는 국내에서 재배 및 생산량이 적합한 조양, 선양, 대양 등과 같은 쌀귀리 품종이 개발되었다(5). 이 중에서 조양(Choyang)은 조숙성인 식용귀리를 모본으로 귀리 23호를 부본으로 교배시켜 육종한 조숙성 품종으로 곡실의 발현율이 높고 수량이 많아 벼와 연계한 이모작 재배가 가능하여 국내산 쌀귀리의 국내 자급율 향상을 위해서 육성되었다(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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