Bacillus subtilis를 이용한 발효 감자 칩의 감자 품종에 따른 아크릴아마이드 저감화 비교 Comparison of Reduced Acrylamide Formation in Chips Fermented with Different Cultivar Potatoes by Bacillus subtilis원문보기
본 연구에서는 240일간 저장한 네 가지 품종의 감자를 Bacillus subtilis로 발효한 후 제조한 감자 칩의 아크릴아마이드 함량과 색도 변화를 알아보고자 하였다. B. subtilis에 의한 단시간 발효는 모든 품종의 감자 슬라이스로부터 유리된 환원당 제거에 효과적이었으나 총당 함량 감소에는 영향을 미치지는 않았다. 또한, 새봉과 진선 감자 슬라이스 내 존재하는 아스파라긴 함량도 감소하였다. 이러한 결과는 복합적으로 감자 칩의 아크릴아마이드 생성량과 색 형성에 영향을 미쳤다. 대서를 제외한 나머지 세 품종은 모두 83% 이상의 아크릴아마이드 감소율을 보였다. 따라서 본 연구는 B. subtilis에 의한 단시간 발효를 통하여 저장감자를 가공식품으로 활용할 수 있는 방안을 제시하고 있다.
본 연구에서는 240일간 저장한 네 가지 품종의 감자를 Bacillus subtilis로 발효한 후 제조한 감자 칩의 아크릴아마이드 함량과 색도 변화를 알아보고자 하였다. B. subtilis에 의한 단시간 발효는 모든 품종의 감자 슬라이스로부터 유리된 환원당 제거에 효과적이었으나 총당 함량 감소에는 영향을 미치지는 않았다. 또한, 새봉과 진선 감자 슬라이스 내 존재하는 아스파라긴 함량도 감소하였다. 이러한 결과는 복합적으로 감자 칩의 아크릴아마이드 생성량과 색 형성에 영향을 미쳤다. 대서를 제외한 나머지 세 품종은 모두 83% 이상의 아크릴아마이드 감소율을 보였다. 따라서 본 연구는 B. subtilis에 의한 단시간 발효를 통하여 저장감자를 가공식품으로 활용할 수 있는 방안을 제시하고 있다.
Acrylamide is a probable human carcinogen and can be formed during frying of starchy foods. The objective of this study was to investigate the effects of acrylamide reduction in storage potato chips by fermentation of Bacillus subtilis and compare its usefulness with four different cultivars of stor...
Acrylamide is a probable human carcinogen and can be formed during frying of starchy foods. The objective of this study was to investigate the effects of acrylamide reduction in storage potato chips by fermentation of Bacillus subtilis and compare its usefulness with four different cultivars of storage potatoes (Goeun, Atlantic, Saebong, and Jinsun). Potato slices were fermented by B. subtilis at $37^{\circ}C$ for 0, 2, and 4 h and fried at $180^{\circ}C$ for 115 s. The total sugar contents of the fermented potato slices did not change compared to the control. However, reducing sugar contents increased in the fermentation solution containing potato slices. Asparagine contents of Saebong and Jinsun potato slices decreased with fermentation time. Color values of the fermented potato chips were improved compared to those of non-fermented potato chips. The highest $L^*$ value was found in Saebong (57.4), followed by Goeun (56.7), Jinsun (52.5), and Atlantic (48.8) after 4 h of fermentation. Potatoes stored for 240 days generated considerable amounts of acrylamide, ranging from 4.99 to 10.38 ppm, after frying. Four hours of fermentation reduced acrylamide formation in all potato chips. The lowest acrylamide content was found in Saebong (0.77 ppm), followed by Jinsun (1.21 ppm), Goeun (1.76 ppm), and Atlantic (4.09 ppm). In conclusion, fermentation of storage potatoes by B. subtilis can effectively lower acrylamide formation during frying of potato chips.
Acrylamide is a probable human carcinogen and can be formed during frying of starchy foods. The objective of this study was to investigate the effects of acrylamide reduction in storage potato chips by fermentation of Bacillus subtilis and compare its usefulness with four different cultivars of storage potatoes (Goeun, Atlantic, Saebong, and Jinsun). Potato slices were fermented by B. subtilis at $37^{\circ}C$ for 0, 2, and 4 h and fried at $180^{\circ}C$ for 115 s. The total sugar contents of the fermented potato slices did not change compared to the control. However, reducing sugar contents increased in the fermentation solution containing potato slices. Asparagine contents of Saebong and Jinsun potato slices decreased with fermentation time. Color values of the fermented potato chips were improved compared to those of non-fermented potato chips. The highest $L^*$ value was found in Saebong (57.4), followed by Goeun (56.7), Jinsun (52.5), and Atlantic (48.8) after 4 h of fermentation. Potatoes stored for 240 days generated considerable amounts of acrylamide, ranging from 4.99 to 10.38 ppm, after frying. Four hours of fermentation reduced acrylamide formation in all potato chips. The lowest acrylamide content was found in Saebong (0.77 ppm), followed by Jinsun (1.21 ppm), Goeun (1.76 ppm), and Atlantic (4.09 ppm). In conclusion, fermentation of storage potatoes by B. subtilis can effectively lower acrylamide formation during frying of potato chips.
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문제 정의
대서를 제외한 나머지 세 품종은 모두 83% 이상의 아크릴아마이드 감소율을 보였다. 따라서 본 연구는 B. subtilis에 의한 단시간 발효를 통하여 저장감자를 가공식품으로 활용할 수 있는 방안을 제시하고 있다.
subtilis의 효소활성 능력이 증가한다는 것을 보여준다(16). 따라서 본 연구에서는 amylase의 전분 가수분해를 최소화하여 감자 칩의 조직감에 부정적인 영향을 미치지 않게 하기 위해 감자 발효 구간을 급격히 증가하는 시기 이전인 0~4시간으로 설정하였다.
Marquez와 Anon(18)은 감자를 5개월 동안 저장한 결과 총당에 대한 환원당의 비율이 55%에서 80%로 증가하였다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서는 감자의 환원당 함량을 감소하기 위하여 B. subtilis로 발효를 하였다.
로 햇감자 슬라이스를 발효시켜 감자 칩의 색도를 향상시키고, 아크릴아마이드 함량을 94% 이상 감소한바 있다. 따라서 본 연구에서는 선행연구를 바탕으로 국내에서 재배되고 있는 저장 감자를 Bacillus subtilis로 발효를 하여 품종에 따른 감자 칩의 색 변화와 아크릴아마이드 함량에 미치는 영향을 알아보고자 하였다.
본 연구에서는 240일간 저장한 네 가지 품종의 감자를 Bacillus subtilis로 발효한 후 제조한 감자 칩의 아크릴아마이드 함량과 색도 변화를 알아보고자 하였다. B.
가설 설정
1)Means with different letters within a row are significantly different (P<0.05).
제안 방법
)로 분쇄하여 균질화한 후 색차계(Model CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter 값(L=명도, a=적색도, b=황색도)을 측정하였다. 3부분의 단면을 각각 측정하여 평균을 내었다.
5 g의 감자 분말과 15 mL의 증류수를 넣고,60°C 수욕조에 5분간 끓인 후 실온에서 10 mL의 증류수를 넣고 반응을 종료하였다. Filter paper를 사용하여 여과한 후 0.1 mL씩 채취한 것으로 Megazyme kit(MegazymeInternational Ireland Ltd.)을 사용하여 아스파라긴 함량을 측정하였다. 추출한 샘플 0.
각 실험군의 색도는 감자 칩을 믹서기(BL120, Home Culture Appliances Ltd.)로 분쇄하여 균질화한 후 색차계(Model CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter 값(L=명도, a=적색도, b=황색도)을 측정하였다. 3부분의 단면을 각각 측정하여 평균을 내었다.
균을 배양한 배지를 3,424×gforce, 5°C에서 15분간 원심분리 후 상등액을 제거한 다음두 번 세척하여 종균으로 이용하였다. 각 품종별 감자를 물로 세척하여 껍질을 벗긴 후 슬라이서(Progressive International Inc., Guangzhou, China)를 이용하여 1.5 mm 두께의 슬라이스로 절단하였다. 이 슬라이스를 3% 멸균 식염수에 1:2(w/v) 비율로 침지한 다음 상기 분리 균 107~108cells/mL를 접종하였다.
균을 배양한 배지를 3,424×gforce, 5°C에서 15분간 원심분리 후 상등액을 제거한 다음두 번 세척하여 종균으로 이용하였다.
이후 원심분리 하고 얻어진 물층 5 mL를 여과튜브에 옮기고 7,000 rpm으로 10분간 다시 원심분리 하여 상등액을 얻었다. 메탄올 3.5 mL와 물 3.5 mL로 활성화시킨 OASIS HLB SPE 카트리지에 상등액을 1.5 mL를 넣어 통과시킨 후 물 0.5 mL를 흘려버리고 물 1.5 mL를 용출시켜 모은 용액을 메탄올 2.5 mL와 물 2.5mL로 활성화시킨 Bond Elut-Accucat SPE 카트리지에 1.5 mL를 넣은 후 처음 0.5 mL를 흘려버리고 이후 얻어진 1 mL를 액체 질량분석기(API 5000 LC/MS/MS System,AB Sciex Pte Ltd., Woodlands, Singapore)의 분석시료로 사용하였다. 질량분석기 분석조건은 Table 1과 같다.
발효 감자 50 g을 30초간 물로 씻고 물기를 털어 제거한 후 품종별 구역을 나눈 다음 튀김기(DS-100, Daeshin Co.,Incheon, Korea)에 넣어 180°C에서 1분 55초간 유탕 처리하였다.
반응액은 분광광도계(Ultrospec 2100pro, Amersham Biosciences, Uppsala, Sweden) 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선은 maltose를 이용하여 작성하였고 효소액 1 mL가 1분에 1 mg의 maltose를 유리시킬 때의 효소량을 1 unit으로 하였다.
품종별 감자 분말을 80% 에탄올로 추출한 후, Megazyme kit(Megazyme International Ireland Ltd., County Wicklow, Ireland)을 사용하여 측정하였다. 에탄올 추출물 3 mL에 thermostable α-amylase를 넣고 85°C 수욕조에서 6분간 반응시키면서 2분마다 세게 흔들어주었다.
대상 데이터
Amylase 활성은 dinitrosalicylic acid(DNS) 시약을 사용하여 측정하였으며 측정 전 발효 상등액 0.5 mL를 25°C에서 3~4분 방치한 후 사용하였다.
감자(Solanum tuberosum L.)는 강원도 평창군 대관령에서 2015년 8월 25일 수확 후 240일간 저온 저장한 것을 국립식량과학원 고령지농업연구소에서 공급받아 이용하였다. 본 연구에서 사용된 감자 품종은 ‘고운’, ‘대서’, ‘새봉’,‘진선’이다.
제조한 감자 칩은 믹서기(BL120, Home Culture Appliances Ltd.)로 분쇄하여 -23°C에 보관하며 아크릴아마이드와 색도 분석 시료로 사용하였다.
데이터처리
, State College, PA, USA) 통계프로그램을 이용하였다. 각 실험군 평균 간의 유의적 차이는 Tukeytest로 검증하였다.
실험 결과는 3회 반복으로 수행한 평균값과 표준편차로나타냈고, 각 실험 결과에 대한 통계분석은 Minitab 16(Minitab Inc., State College, PA, USA) 통계프로그램을 이용하였다. 각 실험군 평균 간의 유의적 차이는 Tukeytest로 검증하였다.
이론/모형
아크릴아마이드 함량은 식품의약품안전처에 고시된 실험 방법(4)에 따라 액체 질량분석기(HPLC/MS/MS)에 MRM(multiple reaction monitering)을 이용하여 분석하였다. 제조한 감자 칩을 믹서기(Home Culture Appliances Ltd.
성능/효과
따라서 총당 함량이 발효시간에 따른 유의적인 변화가 없는 것으로 보아 단시간 발효가 감자 칩의 조직감에 큰 영향을 끼치지 않을 것으로 생각된다. 4시간 발효 후 감자의 총당함량은 대서가 가장 많았으며, 이 함량은 고운, 진선, 새봉 순이었다. Kita(15)에 따르면 감자의 전분 함량은 감자 칩의 바삭바삭한 조직감에 큰 영향을 미친다는 보고 결과가 있다.
본 연구에서는 240일간 저장한 네 가지 품종의 감자를 Bacillus subtilis로 발효한 후 제조한 감자 칩의 아크릴아마이드 함량과 색도 변화를 알아보고자 하였다. B. subtilis에 의한 단시간 발효는 모든 품종의 감자 슬라이스로부터 유리된 환원당 제거에 효과적이었으나 총당 함량 감소에는 영향을 미치지는 않았다. 또한, 새봉과 진선 감자 슬라이스 내 존재하는 아스파라긴 함량도 감소하였다.
감자 슬라이스를 NaCl 용액에 2~4시간 동안 침지하였을때에는 환원당 함량이 지속해서 증가하였으나, 발효하였을 때에는 juice에서 환원당은 미량 검출되었다(Table 3). 이는 B.
그러나 2002년 스웨덴 국립식품청(SNFA, Swedish National Food Administration)에서 이러한 과정 중에 식품 내 발암의심 물질인 아크릴아마이드(acrylamide)도 함께 생성될 수 있다는 발표를 한 이후 여러 나라에서 고온 가열 조리 식품 내 아크릴아마이드 함량을 조사하였다. 국내 식품공전상 분류되는 17개 식품군, 총 471개의 시료를 분석한 결과, 감자스낵, 비스킷, 시리얼, 초콜릿, 커피, prune juice 등에서 비교적 많은 양의 아크릴아마이드가 검출되었다. 특히 감자 스낵류에서 195~4,002 ppb로 가장 많은 양의 아크릴아마이드가 검출되었다(1).
Kita(15)에 따르면 감자의 전분 함량은 감자 칩의 바삭바삭한 조직감에 큰 영향을 미친다는 보고 결과가 있다. 따라서 단시간 발효 중 전분의 변화가 없는 본 연구 결과로부터 감자 칩의 최종 조직감에 영향이 없을 것이라고 추측할 수 있다.
subtilis에 의한 단시간 발효는 모든 품종의 감자 슬라이스로부터 유리된 환원당 제거에 효과적이었으나 총당 함량 감소에는 영향을 미치지는 않았다. 또한, 새봉과 진선 감자 슬라이스 내 존재하는 아스파라긴 함량도 감소하였다. 이러한 결과는 복합적으로 감자 칩의 아크릴아마이드 생성량과 색 형성에 영향을 미쳤다.
발효하기 전 초기 아크릴아마이드 함량보다 4시간 발효한 후의 아크릴아마이드 함량을 비교해 보았을 때 감소율이 가장 크고 동시에 가장 낮은 수치를 보이는 품종은 새봉으로 4,990 μg/kg에서 768 μg/kg까지 84.6% 감소하였으며, 이는 WHO에서 제시한 아크릴아마이드 평균 권고량에 가장 근접한 함량이었다.
보통 감자 칩의 L*값은 51~60을 나타내고 있으며 그 이하로 낮아질 경우 매우 어두운 색을 나타내고 그 이상의 값을 가지면 매우 밝다(18). 본 실험에서는 발효시간이 증가함에 따라 모든 품종에서 발효 감자 칩의 L*값과 a*값이 감소하였다. 저장 기간 동안 환원당 함량이 증가한 저장감자를 이용하여 감자 칩을 제조했기 때문에 일반적인 감자 칩의 색도보다 어두운 값을 보이며, 특히 발효 전의 L*값은 45 이하를 보였다.
그러나 감자의 저장 기간이 길어질수록 총당 함량이 감소할 뿐 아니라 전분이 차지하는 비율은 낮아지고, 환원당의 함량은 증가한다(18). 본 연구에서 사용한 240일간 저장한 감자의 총당 함량은 42.49~55.81%였다(Table 4). 저온 저장하는 동안 감자의 전분은 효소나 미생물의 작용에 의해 이를 둘러싸고 있는 막이 점차 분해되어 감소한다고 알려져 있다(22).
Kita(15)는 감자 칩의 전분 함량이 높을수록 조직감이 좋아진다고 보고하였다. 본 연구에서 품종별 감자를 0~16시간 B. subtilis로 발효한 결과, amylase 활성은 발효 4~6시간 사이에 급격히 증가한 후 6시간 이후 일정하였다(Table 2). 이것은 전분의 존재 하에 발효시간이 지날수록 α-amylase를 생성해내는 B.
본 연구에서 품종이 다른 저장 감자를 이용하여 제조한 칩의 아크릴아마이드 함량은 고운(10,384 μg/kg), 대서(16,634 μg/kg), 새봉(4,990μg/kg), 진선(7,577 μg/kg)으로 높은 수치를 보였다.
subtilis 발효는 품종별로 다른 양상을 보였다. 진선과 새봉은 4시간 발효 후 유의적으로 아스파라긴 함량이 감소하였으나, 고운과 대서는 발효가 아스파라긴 함량에 영향을 미치지 않았다.
43%) 순으로 감소율이 높았다. 특히 진선과 새봉의 경우 발효시간이 증가함에 따라 아스파라긴과 아크릴아마이드 모두 다른 품종에 비해 큰 폭으로 낮아졌다. 이것은 아크릴아마이드 생성기전에 영향을 미치는 환원당의 함량이 발효시간이 증가할수록 감소하는 경향과 상관성이 있으며, 또한 아크릴아마이드의 전구물질인 아스파라긴의 함량이 감소함에 따라 아크릴아마이드가 감소하는 경향을 보인 것으로 생각된다.
저장 기간 동안 환원당 함량이 증가한 저장감자를 이용하여 감자 칩을 제조했기 때문에 일반적인 감자 칩의 색도보다 어두운 값을 보이며, 특히 발효 전의 L*값은 45 이하를 보였다. 하지만 B. subtilis를 이용하여 4시간 발효한 뒤의 색도는 대서를 제외하고 모두 50 이상의 값을 보여 색도가 향상되었음을 볼 수 있었다. 또한, 육안으로도 색도가 밝아진 것을 확인할 수 있었다(Fig.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
우리나라 국민의 아크릴아마이드 섭취량은?
특히 감자 스낵류에서 195~4,002 ppb로 가장 많은 양의 아크릴아마이드가 검출되었다(1). 우리나라 국민을 대상으로 아크릴아마이드의 1인 1일 섭취량을 연구한 결과 평균 2.9 μg/person/d를 섭취하였으며, 특히 12~29세의 청소년과 청년층은 4.7 μg/person/d를 초과하며 섭취하였다(2). World Health Organization(WHO)의 International Agency for Research on Cancer(IARC)에서는 아크릴아마이드를 고용량 섭취시킨 실험동물에서 악성 및 양성 위종양 및 신경독성을 유발하는 물질로 확인됨에 따라 아크릴아마이드를 인간에게 암을 유발할 가능성이 있는 물질(group 2A carcinogen)로 분류하였다(3).
아크릴아마이드를 고용량 섭취하면 발생할 수 있는 질병은?
7 μg/person/d를 초과하며 섭취하였다(2). World Health Organization(WHO)의 International Agency for Research on Cancer(IARC)에서는 아크릴아마이드를 고용량 섭취시킨 실험동물에서 악성 및 양성 위종양 및 신경독성을 유발하는 물질로 확인됨에 따라 아크릴아마이드를 인간에게 암을 유발할 가능성이 있는 물질(group 2A carcinogen)로 분류하였다(3). 그러나 현재까지 식품의 제조과정에서 생성되는 아크릴아마이드 수준에서는 암을 유발시킨다는 명확한 증거는 없으므로 우리나라를 비롯하여 WHO, Codex 등 국제기구나 미국 등은 기준규격을 설정하기보다는 효과적인 저감화 또는 제어 방법을 개발하기 위해 구체적인 생성기전 연구에 집중하고 있다(4,5).
Maillard 반응이 일어나면서 생길 수 있는 발암물질은 무엇인가?
전분 함유량이 많은 식품을 고온에서 가열 처리하면 환원당과 아미노태 질소화합물 사이에서 Maillard 반응이 일어나 풍미가 향상된다. 그러나 2002년 스웨덴 국립식품청(SNFA, Swedish National Food Administration)에서 이러한 과정 중에 식품 내 발암의심 물질인 아크릴아마이드(acrylamide)도 함께 생성될 수 있다는 발표를 한 이후 여러 나라에서 고온 가열 조리 식품 내 아크릴아마이드 함량을 조사하였다. 국내 식품공전상 분류되는 17개 식품군, 총 471개의 시료를 분석한 결과, 감자스낵, 비스킷, 시리얼, 초콜릿, 커피, prune juice 등에서 비교적 많은 양의 아크릴아마이드가 검출되었다.
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