곡류 가공 부산물인 미강과 맥강을 활용한 GABA 생산성 향상을 위하여 맥강과 미강의 첨가량, glutamate 농도 및 보리 품종에 따른 GABA 생산량을 측정 비교하였다. 그 결과 맥강이 미강 보다 모든 조건에서 높은 GABA 생산성을 보였고, 맥강을 활용한 GABA 생산 반응에서 최적 조건은 맥강 첨가량은 0.15 g/mL, glutamate 농도는 10 mM, 반응온도는 $20^{\circ}C$로 이때 glutamate의 GABA로의 전환율은 75.1%였다. 또한 보리 품종에 따른 GABA 생산성은 유의적인 차이를 나타내었으며 다송과 영백찰쌀보리가 높은 GABA 생산성을 나타내었다. 본 연구결과 부산물인 맥강을 이용하여 GABA 생산성을 향상시킬 수 있었으며, 보리 품종이 GABA 생산의 중요 요인으로 작용하였다.
곡류 가공 부산물인 미강과 맥강을 활용한 GABA 생산성 향상을 위하여 맥강과 미강의 첨가량, glutamate 농도 및 보리 품종에 따른 GABA 생산량을 측정 비교하였다. 그 결과 맥강이 미강 보다 모든 조건에서 높은 GABA 생산성을 보였고, 맥강을 활용한 GABA 생산 반응에서 최적 조건은 맥강 첨가량은 0.15 g/mL, glutamate 농도는 10 mM, 반응온도는 $20^{\circ}C$로 이때 glutamate의 GABA로의 전환율은 75.1%였다. 또한 보리 품종에 따른 GABA 생산성은 유의적인 차이를 나타내었으며 다송과 영백찰쌀보리가 높은 GABA 생산성을 나타내었다. 본 연구결과 부산물인 맥강을 이용하여 GABA 생산성을 향상시킬 수 있었으며, 보리 품종이 GABA 생산의 중요 요인으로 작용하였다.
${\gamma}$-Aminobutyric acid (GABA) has antihypertensive and anti-stress effects on humans. The present study aimed to investigate the effect of glutamate concentration, bran content, and barley cultivars on GABA production and determine the optimal reaction condition. Barley bran resulte...
${\gamma}$-Aminobutyric acid (GABA) has antihypertensive and anti-stress effects on humans. The present study aimed to investigate the effect of glutamate concentration, bran content, and barley cultivars on GABA production and determine the optimal reaction condition. Barley bran resulted in higher GABA productivity compared with that of rice bran. The higher the bran content, the higher was the GABA productivity. Furthermore, high glutamate concentration resulted in high GABA production. However, there was a decrease in the glutamate conversion rate. The production of GABA varied with temperature and barley cultivar. The optimal condition for GABA production using barley bran was 0.15 g/mL barley content, 10 mM glutamate concentration, and $20^{\circ}C$ reaction temperature. Under optimal condition, the GABA concentration was 10.34 mM, and glutamate conversion rate was 75.1%. Furthermore, the GABA productivity of the GABA production reaction using barley bran differed depending on the cultivar. Dasong and Yeongbaekchal showed higher GABA productivity than that by other cultivars.
${\gamma}$-Aminobutyric acid (GABA) has antihypertensive and anti-stress effects on humans. The present study aimed to investigate the effect of glutamate concentration, bran content, and barley cultivars on GABA production and determine the optimal reaction condition. Barley bran resulted in higher GABA productivity compared with that of rice bran. The higher the bran content, the higher was the GABA productivity. Furthermore, high glutamate concentration resulted in high GABA production. However, there was a decrease in the glutamate conversion rate. The production of GABA varied with temperature and barley cultivar. The optimal condition for GABA production using barley bran was 0.15 g/mL barley content, 10 mM glutamate concentration, and $20^{\circ}C$ reaction temperature. Under optimal condition, the GABA concentration was 10.34 mM, and glutamate conversion rate was 75.1%. Furthermore, the GABA productivity of the GABA production reaction using barley bran differed depending on the cultivar. Dasong and Yeongbaekchal showed higher GABA productivity than that by other cultivars.
본 연구에서는 곡류 가공 부산물인 맥강과 미강에 포함되어 있는 GAD를 활용하여 glutamate를 GABA로 전환하는 반응에서 GABA의 생산성 향상을 위한 최적 반응조건을 알아보고자 맥강과 미강의 첨가량, glutamate 농도, 반응온도 및 국내산 쌀보리 품종에 따른 GABA의 생산성을 비교하였다. ;
제안 방법
일반적으로 GABA를 합성하는 공정은 GAD 효소의 촉매작용에 의해 glutamate를 탈 탄산화시켜 GABA로 만드는 과정이다. GABA 생산량을 향상시키기 위해서 초기 glutamate 농도를 10, 20, 30, 40 mM로 변화시켜 반응시켰으며, 이때 미강과 맥강 첨가량은 0.15 g/mL이었고, 20℃에서 6시간 반응시켰다. 실험 결과 생성된 GABA 함량과 반응하지 않고 남아 있는 glutamic acid 함량 및 glutamate 전환율을 Table 2에 나타내었다.
미강 및 새찰쌀보리 맥강을 활용한 GABA생산 반응에서 이들 첨가량에 의한 GABA생산 효과를 알아보리 위하여 10 mM glutamate용액 10 mL에 미강과 새찰쌀보리 맥강을 각각 0.025, 0.05, 0.1, 0.15 및 0.2 g/mL를 첨가하고 20℃에서 6시간 반응시킨 후 GABA와 glutamic acid 함량 변화를 확인하였다. Fig.
대상 데이터
이들 품종들의 특성은 Table 1에 나타내었으며, 이를 사다께 도정기(Sadake test mill, M05, Tokyo, Japan)를 이용하여 73% 도정하여 사용하였다. 미강은 (주)산마을(경남 창녕군 장마면)에서 구입하였다. GABA와 monosodium glutamate는 Sigma Chemicals Co.
본 실험에 사용한 맥강은 농촌진흥청에서 육성한 쌀보리 13품종을 국립식량과학원 시험포장에서 표준 재배법에 준하여 재배하였으며, 2015년 중순에 파종하고, 2016년 6월에 수확하여, 14℃ 저장고에 저장하였다. 이들 품종들의 특성은 Table 1에 나타내었으며, 이를 사다께 도정기(Sadake test mill, M05, Tokyo, Japan)를 이용하여 73% 도정하여 사용하였다.
데이터처리
실험치는 평균값과 표준오차로 표시하였다. 통계분석은 SAS Enterprise Guide 4.0 (Statistical analysis system, 2016, Cray, NC, USA)로 분석하고, 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s multiple range test로 유의수준 5% (p<0.05)에서 검증하였다.
이론/모형
GABA 및 glutamic acid 함량은 AccQ·Tag UPLC (Waters, Milford, MA) 분석 시스템을 이용하여 Limure et al. (2009)의 방법에 기초하여 측정하였다. 시료는 멤브레인 필터를 이용하여 여과하였으며, 여과한 시료는 UPLC분석을 하기 위하여 AccQ-Tag 방법을 이용하여 유도체화하였다.
7 ml/min이었고, 주입량은 1 μL이었고, 각 시료는 3반복으로 측정하였다. 크로마토그램 데이터는 Empower personal software (Waters)를 사용하여 분석하였으며, GABA를 제외한 아미노산 함량 분석은 Waters amino acids standards(Waters)를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
이들 맥강은 200 g을 test mill (TM-05C, SATAKE, Japan)로 154 g까지 도정하고 남은 부산물이다. GABA 생산량은 20℃에서 6시간 반응시킨 것(2.13-6.86 mM)이 40℃에서 반응시킨 것(2.03-3.80 mM)보다 모든 품종에서 높았으며, 20℃에서 6시간 반응의 경우 품종별로 유의적인 차이를 나타내었고, 새쌀보리(6.86 mM)가 새찰쌀보리(4.76 mM)와 대안찰쌀보리(2.13 mM)보다 높은 GABA 생산량을 보였다. 전환되지 않고 남은 glutamic acid 함량은 20℃ 반응에서는 1.
맥강의 경우 GABA 생산량은 20 mM에서 높았지만 glutamate 전환율은 10 mM에서 가장 높았으며, 미강의 경우에도 glutamate 농도가 10 mM에서 전환율이 가장 높았으며 그 이상의 농도에서는 대부분이 전환하지 않고 그대로 남아있었으며 맥강이 미강보다 훨씬 높은 GABA 생산 효율을 보였다. 그러므로 본 실험의 경우 GABA 생산을 위한 최적 glutamate 농도는 10 mM 이었다. Liu et al.
40 mM이 전환되지 않고 남아 있었다. 실험결과 맥강이 미강보다 약 2-3배 높은 GABA 생산량을 보였고, GABA 최대 생산을 위한 맥강의 최적 첨가량은 0.15 g/mL 이었으며, 이러한 결과는 Limure et al. (2009)이 보고한 결과와 일치하였다. 또한, Limure et al.
13 mM)보다 높은 GABA 생산량을 보였다. 전환되지 않고 남은 glutamic acid 함량은 20℃ 반응에서는 1.21-2.80 mM이었으며, 40℃ 반응의 경우에는 3.52-4.20 mM로 40℃ 반응의 경우 전환되지 않고 남은 glutamic acid 함량이 20℃ 반응에서 보다 높아 GABA 생산 반응은 40℃ 보다는 20℃가 적합하였다. ;
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
γ-aminobutyric acid (GABA)란?
γ-aminobutyric acid (GABA)는 4개의 탄소를 중심으로 구성되어 있는 비단백질 구성 아미노산으로 뇌와 척추에 존재하며 신경전달물질로서 혈류개선을 통한 뇌의 산소공급을 원활하게 하여 뇌의 대사를 촉진시키고, 결합하는 수용체의 종류에 따라 신경억제를 통한 불안감 해소, 기억력증강 또는 조울증 등에 영향을 준다(Shin et al., 2007; Lim et al.
GABA의 대량 생산을 위해 시도된 연구는 무엇인가?
최근의 연구는 이러한 질병의 치료에 사용하기 위한 기능성 식품에 관심이 집중되고 있고, GABA는 다양한 식품 속에 포함되어 있으나 함량이 낮아 자연적인 섭취로 GABA의 생리작용을 기대하기는 어려워 GABA의 대량 생산을 위해 인위적으로 함량을 높이는 연구가 진행되고 있다. 녹차(Jeng et al., 2007), 현미(Komatsuzaki et al., 2007), 보리(Chung et al., 2009), 밀(Young et al., 2011), 홍국미(Chuang et al., 2011) 등 다양한 종류의 식물을 활용한 유산균 발효를 통하여 GABA생산성을 향상시키는 연구들이 수행되었으며, monosodium glutamate (MSG)를 첨가하여 GABA 생성량을 증가시키는 효과에 대한 연구 또한 활발히 이뤄지고 있다(Choi et al., 2006)
GABA성 신경세포(GABAergic neurons)의 GABA결핍이 원인인 질병은?
, 2009). 또한 스트레스 해소, 혈압강하작용, 우울증 개선, 중풍과 치매 예방, 불면, 비만, 갱년기장애 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 최근의 연구에서는 Alzheimer’s disease (Rissma et al., 2007), 불안장애(Obata et al., 2008), 우울증(Hasler et al., 2007) 등의 질병이 GABA성 신경세포(GABAergic neurons)의 GABA결핍에 원인이 있는 것으로 보고되고 있다. 최근의 연구는 이러한 질병의 치료에 사용하기 위한 기능성 식품에 관심이 집중되고 있고, GABA는 다양한 식품 속에 포함되어 있으나 함량이 낮아 자연적인 섭취로 GABA의 생리작용을 기대하기는 어려워 GABA의 대량 생산을 위해 인위적으로 함량을 높이는 연구가 진행되고 있다.
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