[논문]탄수화물 가수분해효소 처리가 옥수수 가루의 페놀산과 항산화활성에 미치는 영향

조동화; 김미정; 심은영; 전용희; 이춘기; 우관식

doi:10.9721/kjfst.2018.50.2.132

탄수화물 가수분해효소 처리가 옥수수 가루의 페놀산과 항산화활성에 미치는 영향
Effect of carbohydrase treatments on phenolics content and antioxidant activity of maize flour 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.50 no.2, 2018년, pp.132 - 137

조동화 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 김미정 (농촌진흥청 연구정책국) , 심은영 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 전용희 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 이춘기 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부) , 우관식 (농촌진흥청 국립식량과학원 중부작물부)

초록
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본 연구에서는 탄수화물 가수분해효소가 옥수수 가루의 페놀 화합물 및 항산화성에 미치는 영향을 조사하였다. 옥수수 가루는 빵, 과자 등 다양한 가공 식품 뿐만 아니라 가축용 사료로도 이용되고 있으며, 이에 대한 기능성의 증가는 국민 및 반려동물의 건강성 증진에 기여할 수 있을 것이다. 본 실험에서 탄수화물 가수분해효소 처리는 옥수수 가루의 유리 페놀산 및 총 페놀 화합물 함량을 유의적으로 증가시켰으며, 이는 효소 처리가 세포벽 구성성분과 강하게 결합하고 있는 불용성 페놀산을 유리화하기 때문이다. 또한 옥수수 가루의 항산화활성 또한 효소처리에 의해 유의적으로 증가하였는데, 이는 강한 항산화활성을 가진 유리 페놀산이 탄수화물 가수분해효소에 의해 증가하였기 때문이다. 상용 탄수화물 가수분해효소 처리는 친환경적일 뿐만 아니라 공정이 단순하여 상업적으로 이용하기 쉬울 것이라 생각된다. 하지만 아직 탄수화물 가수분해효소 처리가 옥수수 가루의 가공 적성에 미치는 영향 및 생산법 최적화에 대한 연구가 이루어져 있지 않으며 이에 대한 추가적인 연구가 필요할 것이다.

Abstract ▼ AI-Helper

Enzymatic treatments of maize flour (MF) were investigated using commercial carbohydrases (Ultraflo L and Pentopan 500 BG) to enhance the phenolic acid content and antioxidant property. The total phenolic acid content of the MF was 3.76 mg/100 g, whereas those of the Pentopan 500 BG and Ultraflo L treated MF were 6.85 and 39.55 mg/100 g, respectively. Particularly, ferulic acid content of Pentopan 500 BG-treated MF was 20.0 times higher than that of untreated MF (1.7 vs. 33.9 mg/100 g). Pentopan 500 BG appeared to be more effective than Ultraflo L in increasing the free phenolic acid content. Antioxidant activities of enzyme treated MF were significantly higher than untreated MF. In particular, the Pentopan 500 BG-treated MF (16.0 mmol TE/100 g) was approximately 1.5 times higher than untreated MF (12.6 mmol TE/100 g). Enzymatic hydrolysis of cell wall polysaccharides in MF could be used as an effective procedure for not only increasing phenolic content but also antioxidant activities.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

또한 탄수화물 분해효소 처리는 식이섬유와 결합하고 있는 불용성 페놀산을 유리 형태로 전환시켜주며 곡류의 건강 기능성을 증진시켜줄 것으로 예상되나 이에 대한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 탄수화물 가수분해효소를 옥수수 가루에 처리함으로써 옥수수 가루의 기능성을 높이고자 하였으며, 이를 위하여 환원당과 페놀산 함량, 항산화활성을 조사하였다.

제안 방법

옥수수 가루 15 g (dry basis)과 100 μL 탄수화물 가수분해효소(Table 1)와 10 mL sodium acetate buffer (50 mM, pH 5.5)를 밀폐된 용기에 넣고 완전히 섞어준다. 이후 이를 진탕항온수조(40℃, 16시간, 150 rpm)에서 반응시키고 열풍건조(50℃, 8시간)하였다.

대상 데이터

본 실험에는 2016년 농촌진흥청 국립식량과학원에서 재배 및 수확된 광평옥(Zea mays L. cv. Kwangpyeongok)을 사용하였다. 옥수수는 낟알을 분리한 후 깨끗이 수세하고 40℃에서 24시간 동안 열풍 건조하였다.
건조가 완료된 시료는 분쇄 후 100 mesh(pore size 150 μm)에 통과시켜 일정 크기의 가루를 얻었으며, 이때 체를 통과하지 않은 시료는 다시 분쇄 및 체로 치는 과정을 반복하였다. 탄수화물 가수분해효소 Pentopan 500 BG (Endo-1-4-β-xylanase from Thermomyces lanuginosus)와 Ultraflo L (heat stable multi-active β-glucanase)는 Novozyme (Bagsværd, Denmark)에서 구입하여 사용하였다. 사용한 효소의 주요 효소와 소스, 최적 반응조건은 Table 1에 나타내었다.

데이터처리

모든 실험결과는 3회 반복하였으며, 얻어진 측정값은 SPSS 통계 package program (statical package social science, version 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 분산분석 (ANOVA test)을 실시하였고, 다중범위시험법(Duncan’s multiple range test)로 유의성을 검증하였다.

이론/모형

옥수수 가루 페놀산 분획 추출물의 항산화활성은 ABTS (2,2'-azino-bis-3-ethyl-benzo-thiazoline-6-sulfonic acid) 라디칼 소거활성과 FRAP (ferric reducing antioxidant power) 방법을 이용하여 측정하였다. ABTS 라디칼 소거활성은 Re 등(1999)의 방법을 일부 수정하여 7.
옥수수 가루의 항산화활성은 ABTS 라디칼 소거활성과 FRAP 방법으로 측정하였으며, 그 결과는 Table 4에 나타냈다. 효소처리 하지 않은 옥수수 가루의 ABTS 라디칼 소거활성과 FRAP는 각각 12.

성능/효과

옥수수에는 카로테노이드, 탄닌, 플라보노이드, 안토시아닌과 같은 다양한 페놀 계열의 화합물뿐만 아니라 비타민, 기능성 지방산 등 다양한 항산화물질을 가지고 있다(Bacchetti 등, 2013). 그럼에도 불구하고 효소처리는 페놀산 및 총 페놀화합물 함량뿐만 아니라 옥수수 가루의 항산화활성을 증진시키는데 효과적인 것을 본 실험을 통해 관찰할 수 있었다.
본 연구에서 옥수수 가루의 항산화활성은 효소 처리에 의해 증가하였지만, 유리 페놀산 및 페놀 화합물 함량과 정의 상관관계를 가지지 않았다(Table 2 및 3 vs 4). 이는 옥수수 가루에 페놀산 및 페놀 화합물 외의 다른 항산화성분이 존재하기 때문으로생각된다.

후속연구

하지만 아직 효소처리에 따른 탄수화물의 구조 변화에 대한 연구는 진행되지 않고 있다. 앞으로 탄수화물 가수분해효소 처리된 곡류를 상업적으로 이용하기 위해서는 효소 처리가 탄수화물, 특히 식이섬유의 구조와 구성에 미치는 영향에 대한 연구가 필요할 것으로 생각된다.
옥수수는 쌀, 보리, 밀, 귀리 등의 식량작물과 비교하여 유리 페놀산 함량이 높다(Boz, 2015; Sosulski 등, 1982). 이와 같이 옥수수는 다른 식량 작물보다 항산화활성이 뛰어난 유리 페놀산을 다량 함유하고 있기 때문에 앞으로 이를 활용한 건강기능식품 및 화장품 개발에 대한 연구가 필요하다고 생각된다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	쌀, 밀과 다른 옥수수의 특징은?	옥수수(Zea may)는 쌀, 밀과 함께 세계에서 가장 많이 생산되는 식량 작물 중 하나이다. 쌀과 밀이 주로 식용으로 이용되는 것과 대조적으로 옥수수는 식용뿐만 아니라 사료용, 종실용, 사일리지용 등 다양하게 이용되고 있으며 우리나라 전역에서 재배가 가능하다(Lee 등, 2016). 또한 최근에는 옥수수를 바이오 연료(bio-fuel)의 주원료로 활용하고자 하는 연구가 활발하게 진행되고 있어, 다른 두 곡류에 비해 이용 범위가 넓다고 할 수 있다.
	페놀산이란 무엇인가?	페놀산(phenolic acid)은 펜토스 인산대사 경로(pentose phosphate pathway), 시킴산 경로(shikimate pathway), 페닐프로파노이드 경로(phenylpropanoid pathway)에 의해 생성되는 이차 대사산물(secondary metabolites)이다. 이들 대부분은 benzoic acid와 cinnamic acid에 하나 이상의 치환기를 가지고 있는 형태의 화합물로 식물체의 병원체, 곤충 등에 대한 방어에서 중요한 역할을 한다(Balasundram 등, 2006).
	페놀산의 주된 형태와 역할은?	페놀산(phenolic acid)은 펜토스 인산대사 경로(pentose phosphate pathway), 시킴산 경로(shikimate pathway), 페닐프로파노이드 경로(phenylpropanoid pathway)에 의해 생성되는 이차 대사산물(secondary metabolites)이다. 이들 대부분은 benzoic acid와 cinnamic acid에 하나 이상의 치환기를 가지고 있는 형태의 화합물로 식물체의 병원체, 곤충 등에 대한 방어에서 중요한 역할을 한다(Balasundram 등, 2006). 옥수수를 비롯한 다양한 전곡류에 다량 존재하는 페놀산은 항산화, 항염증, 항당뇨, 항비만, 항암, 심혈관계질환 예방 등 다양한 생리활성을 가지고 있다.

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