본 연구는 우리나라에서 재배되는 대두, 녹두, 적두 및 완두 4종의 콩 원물을 선발하여 단백을 추출한 후 얻은 농축콩단백의 영양학적 및 기능적 특성을 분석하여 4종 단백 소재의 품질 특성을 알아보고자 하였다. 4종 농축콩단백의 영양학적 특성을 살펴본 결과, 단백질 함량은 72.58-78.69%로 나타났고, 아미노산의 함량은 4종 농축콩단백 모두 aspartic acid, glutamic acid, lysine에서 높은 함량을 나타났으며, 농축녹두단백의 총 필수 아미노산 함량이 3종 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05). 4종 농축콩단백의 기능적 특성을 알아본 결과, pH와 겉보기 밀도는 농축녹두단백과 농축적두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았고(p<0.05), 수분흡수력은 농축완두단백이, 유지흡수력은 농축대두단백이, 유화 활성은 농축녹두단백이, 유화안전성은 농축녹두단백과 농축완두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05). 따라서 본 연구를 종합해 볼 때, 4종 농축콩단백의 각 기능적 특성을 고려하여 대체육 제품 산업에 적용한다면, 식품소재로서 활용가치가 있을 것으로 판단된다.
본 연구는 우리나라에서 재배되는 대두, 녹두, 적두 및 완두 4종의 콩 원물을 선발하여 단백을 추출한 후 얻은 농축콩단백의 영양학적 및 기능적 특성을 분석하여 4종 단백 소재의 품질 특성을 알아보고자 하였다. 4종 농축콩단백의 영양학적 특성을 살펴본 결과, 단백질 함량은 72.58-78.69%로 나타났고, 아미노산의 함량은 4종 농축콩단백 모두 aspartic acid, glutamic acid, lysine에서 높은 함량을 나타났으며, 농축녹두단백의 총 필수 아미노산 함량이 3종 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05). 4종 농축콩단백의 기능적 특성을 알아본 결과, pH와 겉보기 밀도는 농축녹두단백과 농축적두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았고(p<0.05), 수분흡수력은 농축완두단백이, 유지흡수력은 농축대두단백이, 유화 활성은 농축녹두단백이, 유화안전성은 농축녹두단백과 농축완두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05). 따라서 본 연구를 종합해 볼 때, 4종 농축콩단백의 각 기능적 특성을 고려하여 대체육 제품 산업에 적용한다면, 식품소재로서 활용가치가 있을 것으로 판단된다.
The purpose of this study was to investigate the nutritional characteristics of selected soybeans grown in Korea to isolate concentrated proteins. Examination of the general characteristics revealed that the pH and apparent density of Phaseolus radiatus L. protein and concentrated Vigna angularis pr...
The purpose of this study was to investigate the nutritional characteristics of selected soybeans grown in Korea to isolate concentrated proteins. Examination of the general characteristics revealed that the pH and apparent density of Phaseolus radiatus L. protein and concentrated Vigna angularis protein were significantly higher than those of other concentrated soy proteins. The water absorption capacity was high for concentrated Pisum sativum L. protein, whereas the oil absorption capacity was high for concentrated Glycine max (L.) Merr. protein. The emulsifying activity and emulsifying stability were higher and significantly higher, respectively, for enriched P. radiatus protein. Considering the functional characteristics of concentrated soy protein, its application as a food material in the meat product industry in Korea may be of potential value.
The purpose of this study was to investigate the nutritional characteristics of selected soybeans grown in Korea to isolate concentrated proteins. Examination of the general characteristics revealed that the pH and apparent density of Phaseolus radiatus L. protein and concentrated Vigna angularis protein were significantly higher than those of other concentrated soy proteins. The water absorption capacity was high for concentrated Pisum sativum L. protein, whereas the oil absorption capacity was high for concentrated Glycine max (L.) Merr. protein. The emulsifying activity and emulsifying stability were higher and significantly higher, respectively, for enriched P. radiatus protein. Considering the functional characteristics of concentrated soy protein, its application as a food material in the meat product industry in Korea may be of potential value.
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문제 정의
최근 국내에서 분리대두단백을 이용하여 만든 불고기, 소시지, 햄 등의 제품이 개발되어 판매되고 있지만, 아직은 동물성 고기와 같은 다즙성, 맛 및 풍미 구현이 부족하여 추가적인 연구가 요구된다(Kim, 2019). 따라서 본 연구에서는 동물성 단백질과 영양소의 함량을 가장 유사하게 맞출 수 있는 배합비율에 대한 선행 실험을 반복하여 실행한 결과 우리나라에서 재배된 콩 4종을 선발하였고, 이에 대해 고함량 단백질을 함유한 농축단백을 만들어 일반성분 분석, 아미노산 함량 분석 및 단백질 기능적 특성 분석을 통해 농축단백 소재를 개발하여 식물성 대체육 제품 개발에 도움이 되고자 실시하였다.
본 연구는 우리나라에서 재배되는 대두, 녹두, 적두 및 완두 4종의 콩 원물을 선발하여 단백을 추출한 후 얻은 농축콩단백의 영양학적 및 기능적 특성을 분석하여 4종 단백 소재의 품질 특성을 알아보고자 하였다. 4종 농축콩단백의 영양학적 특성을 살펴본 결과, 단백질 함량은 72.
가설 설정
2)a-bMeans without common letter in the same row differ (p<0.05).
2)a-dMeans without common letter in the same row differ (p<0.05).
제안 방법
PITC labeling된 시료를 400 µL의 혼합용매(1.4 mM NaHAc+0.1% Triethylamine+6% CH3CN; pH 6.1)에 녹인 후 그 중 10 µL을 취하여 RP-HPLC (Waters 510, Milford, MA, USA)에 주입하여 분석하였다.
대두, 녹두, 적두 및 완두로부터 얻은 농축콩단백의 구성 아미노산, 즉 9종의 필수 아미노산(histidine, threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine, lysine, tryptophan)과 9종의 비필수 아미노산(aspartic acid, glutamic acid, serine, glycine, arginine, alanine, proline, tyrosine, cysteine)등 총 18종 아미노산을 분석하였고, Table 3과 4에 제시하였다. 총 필수 아미노산 함량은 100 mg당 26.
물질의 안정성을 확인하기 위한 pH 측정은 증류수와 시료를 10% (w/v)의 현탁액으로 만들고, 시료와 증류수를 교반하면서 pH 측정기(Starter 3100, Ohaus, Parsippany, NJ, USA)로 측정하였다. 겉보기 밀도(bulk density, BD)는 Okezie와 Bello (1988)의 방법에 의하여 무게가 측정된 시료를 10 mL 메스실린더에 넣고 계속 가볍게 두드려 부피 변화가 없을 때 중단하여 다음 식에 의하여 계산하였다.
유지흡수력은 시료 1g에 10 mL의 카놀라유를 혼합하고, 혼합물을 60초 동안 voltex mixer (Vision, Bucheon, Korea)를 이용하여 교반하였다. 실온에서 10분간 방치한 후 4,000 rpm에서 30분간 원심분리한 다음 상층액을 따라내고, 10분간 방치 후 침전물의 중량을 측정하여 조사하였다.
5 g에 증류수 5 mL를 가하여 균질기(HG15A, Daihan, Gimpo, Korea)로 5,000 rpm에서 1분간 분산시킨 후, 옥수수기름 5 mL를 다시 첨가하여 동일한 방법으로 분산시켜 균일 혼합하였다. 이때 형성된 혼합액 sample을 이용하여 유화 활성과 유화 안정성을 측정하였다. 유화 활성은 1,600 rpm에서 5분간 원심분리하여 다음 식에 의하여 계산하였으며, 유화 안정성은 유화액을 80oC 항온수조(C-W8, Changshin Scientific Co.
5로 조절하고 10분간 교반(Pw-ss20w, Poonglim, Sejong, Korea)한 후 다시 8,000 rpm (20oC)에서 10분간 원심분리하였다. 침전물을 모아서 50oC 열풍 인큐베이터(Sbod203, Sinan, Seoul, Korea)에서 24시간 동안 건조하고 65oC에서 1시간 저온살균한 후 믹서기(Smx-9400 MD, Shinil, Seoul, Korea)로 갈아서 40 mesh체에 통과시켜 제조하였다(Fig. 1).
수분흡수력 측정을 위해 시료 2g에 증류수 20 mL를 혼합하였다. 혼합물을 30초 동안 voltex mixer (Vision, Bucheon, Korea)를 이용하여 교반하고 10분간 정치시킨 다음 이 과정을 5번 반복한 후 4,000 rpm에서 20분간 원심분리하고 상층액을 따라낸 다음, 그 상태에서 10분간 정치시킨 후 침전물의 중량을 측정하여 조사하였다.
대상 데이터
용매 A는 140 mM sodium acetate (6% acetonitrile)이고, 용매 B는 60% acetonitrile이었다. Waters 2487 UV detector를 이용하여 254 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 분석 조건은 Table 1에 제시하였다.
본 실험에 사용된 콩은 대두(Sangju, Korea), 녹두(Jeongeup, Korea), 적두(Gongju, Korea), 완두(Goesan, Korea) 4가지 종류의 콩을 E마트에서 일괄적으로 대량 구매하여 사용하였다.
C 열풍인큐베이터(Sbod-203, Sinan, Seoul, Korea)에 넓게 펼쳐서 24시간 건조하였다. 탈피 건조된 대두를 분쇄기(Ksm750a, Keumsan machine, Daegu, Korea)로 분쇄하여 40 mesh체에 통과시켜 분말로 제조하였다. 대두분말에 3배의 n-hexane (w/w)을 첨가하고 실온에서 교반기(Pw-ss20w, Poonglim, Sejong, Korea)를 이용하여 6시간 교반 시켰다.
데이터처리
농축콩단백 4종에 대한 일반성분, 아미노산 분석, 기능적 특성에 대한 실험 자료는 SPSS (Statistical Package for Social Science, version 23.0 for Window, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 각 시료에 대한 평균과 표준편차로 나타내었다. 시료 간의 차이분석은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 사용하였고, 사후검증은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의적 차이(p<0.
시료 간의 차이분석은 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 사용하였고, 사후검증은 Duncan’s multiple range test를 이용하여 유의적 차이(p<0.05)를 검증하였다.
이론/모형
물질의 안정성을 확인하기 위한 pH 측정은 증류수와 시료를 10% (w/v)의 현탁액으로 만들고, 시료와 증류수를 교반하면서 pH 측정기(Starter 3100, Ohaus, Parsippany, NJ, USA)로 측정하였다. 겉보기 밀도(bulk density, BD)는 Okezie와 Bello (1988)의 방법에 의하여 무게가 측정된 시료를 10 mL 메스실린더에 넣고 계속 가볍게 두드려 부피 변화가 없을 때 중단하여 다음 식에 의하여 계산하였다.
단백질은 천연계에 존재하는 천연유화제로서 유화과정에서 물과 기름의 계면장력을 낮추어 유화액 형성을 용이하게 하고, 형성된 유화액을 안정화시키는 작용을 하기 때문에(Kim과 Ahn, 2007) 본 연구에서 유화 활성(emulsifying activity, EA)과 유화 안정성(emulsifying stability, ES)에 대해 Kim과 Park(1995)의 방법에 따라 측정하였다. 시료 0.
수분흡수력(water absorption capacity, WAC)과 유지흡수력(oil absorption capacity, OAC)은 Adepeju 등(2011)의 방법을 이용하여 측정하였다. 수분흡수력 측정을 위해 시료 2g에 증류수 20 mL를 혼합하였다.
아미노산 분석을 위해 시료 일정량을 취한 후 PICO-Tag법을 이용하여 phenyl isothiocyanate (PITC) labeling을 실시하였다. PITC labeling된 시료를 400 µL의 혼합용매(1.
용해도
용해도(solubility)는 Bae와 Rhee(1998)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 500 mg에 50 mL의 증류수를 첨가하고 0.
1 N NaOH 용액으로 pH를 조정하면서 30분 동안 교반한 후, 10분간 원심분리(40,000 rpm) 하였다. 원심분리 후 얻어진 상층액 1 mL 중의 단백질 함량을 Lowry 등(1951)의 방법으로 750 nm에서 흡광도를 측정하였고, BSA (bovine serum albumin) 시약을 일정 농도로 희석하여 표준곡선을 작성하였다.
성능/효과
05). 4종 농축콩단백 모두 비필수 아미노산 aspartic acid, glutamic acid, serine, glycine, arginine, alanine, proline, tyrosine에서 유의적인 차이가 없었으며, 모두 aspartic acid (9.74-12.42 mg/100 mg), glutamic acid (9.53-11.45 mg/100 mg) 및 lysine (6.35-8.04 mg/100 mg)에서 높은 조성을 나타냈다.
4종 농축콩단백의 pH는 농축녹두단백이 4.48±0.01, 농축적두단백이 4.48±0.00로 나타났으며, 이는 농축대두단백과 농축완두단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05).
4종 농축콩단백의 기능적 특성을 알아본 결과, pH와 겉보기 밀도는 농축녹두단백과 농축적두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았고(p<0.05), 수분흡수력은 농축완두단백이, 유지흡수력은 농축대두단백이, 유화 활성은 농축녹두단백이, 유화안전성은 농축녹두단백과 농축완두단백이 다른 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05).
4종 농축콩단백의 영양학적 특성을 살펴본 결과, 단백질 함량은 72.58-78.69%로 나타났고, 아미노산의 함량은 4종 농축콩단백 모두 aspartic acid, glutamic acid, lysine에서 높은 함량을 나타났으며, 농축녹두단백의 총 필수 아미노산 함량이 3종 농축콩단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05).
겉보기밀도는 농축적두단백이 0.84±0.02 g/mL, 농축녹두단백이 0.83±0.00 g/mL 순으로 높게 나왔으며, 이는 농축완두단백과 농축대두단백에 비해 유의하게 높았다(p<0.05).
농축콩단백질의 용해도는 pH 4-6 사이에서 최소 용해도가 나타났고, pH 8 이상에서 증가하는 양상을 보이면서 pH 12에 최대 용해도를 가진 U자형 곡선 모양의 그래프를 나타내었지만, 4종 단백질의 용해도는 각 pH 구간마다 유의적인 차이를 보였다(p<0.05).
단백질함량은 농축완두단백이 78.69±0.63%, 농축녹두단백이 77.33±0.10%, 농축대두단백이 74.04±1.24%, 농축적두단백이 72.58±0.40% 순으로 높았으며, 농축완두단백과 농축녹두단백의 단백질함량은 유의적인 차이가 없었다.
06 mL/g으로 높았고, kariya seed 분리단백질의 유지흡수력이 높을때, kariya seed 농축단백질의 유지흡수력은 낮은 결과를 나타냈다고 보고하였다. 본 실험에서 최대 유지흡수력을 가진 농축대두단백이 최소 수분흡수력을 보였고, 최대 수분흡수력을 가진 농축 완두단백이 비교적 낮은 유지흡수력을 나타내었다.
03%로 나타났다고 보고하였다. 본 연구에서 4종의 콩에서 추출된 농축콩단백의 단백질 함량은 Kyriakopoulou 등(2019)의 보고와 동일하게 70% 보다 높고, 90% 보다 낮아서 분리단백보다는 농축단백으로 분류하는 것이 적합하다고 사료된다.
수분함량은 농축녹두단백, 농축적두단백, 농축완두단백 및 농축대두단백이 각각 7.43±0.02, 6.75±0.10, 6.10±2.47, 5.37±0.07% 순으로 유의한 차이가 나타났다(p<0.05).
수분흡수력은 농축완두단백이 223.38±0.90%로 최대 흡수력을 보였고, 농축적두단백이 213.05±0.52%, 농축녹두단백이 211.67±0.46%, 농축대두단백이 194.48±0.29% 순으로 유의적으로 높았다(p<0.05).
유지흡수력은 농축대두단백이 166.24±0.40%의 최대 흡수력을 보였고, 농축 완두단백 162.41±0.63%, 농축적두단백 160.78±0.20%, 농축녹두단백 160.09±0.22% 순으로 높았으나, 농축적두단백과 농축녹두단백은 유의적인 차이가 없었다.
유화 활성은 농축녹두단백이 44.00±1.00%로 최대 활성을 보였고, 농축적두단백, 농축완두단백, 농축대두단백이 각각 33.00±1.00, 18.33±0.58, 17.33±1.16% 순으로 나타났으며, 농축완두단백과 농축대두단백은 유의적인 차이가 없었다.
45%로 최대 활성을 보였다. 유화안정성은 pH 4.5 부근에서 최소 안정성과 pH 11 부근에서 농축호두단백과 분리호두단백이 각각 76.92, 83.33%로 최대 안정성을 나타내었다. Adiamo 등(2016)은 kariya seed 농축단백과 kariya seed 분리단백의 pH를 달리하여 유화성을 측정하였을때, pH 4 부근에서 최소 유화 활성 및 유화안정성을 보였으며, pH 10 부근에서 최대 유화 활성 및 유화안정성을 나타내어 유화 활성 및 유화안정성이 pH의 영향을 받음을 증명하였다.
유화안정성은 농축녹두단백이 36.33±2.08%로 최대 흡수력을 보였고, 농축완두단백이 35.67±2.08%, 농축적두단백이 24.67±0.58%, 농축대두단백이 18.33±0.58% 순으로 높았으나, 농축녹두단백과 농축완두단백은 유의적인 차이가 없었다.
제조된 시료 4종의 일반성분 중 수분은 상압가열 건조법, 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방은 soxhlet 추출법, 조회분은 건식회화법을 이용해 분석하였으며, 탄수화물은 시료 전체를 100% 기준으로 하고 수분, 조회분, 조단백질, 조지방 함량을 감한 것으로 산출하였다.
지방함량은 농축대두단백이 11.19±0.16%, 농축완두단백이 8.33±0.29%, 농축적두단백이 5.08±0.08%, 농축녹두단백이 4.84±0.08% 순으로 높았으나, 농축적두단백과 농축녹두단백 사이에는 유의적인 차이가 없었다.
총 비필수 아미노산 함량은 33.89-40.20 mg/100 mg 범위이며, 100 mg당 농축대두단백이 40.20±4.31 mg, 농축녹두단백이 39.22±6.87 mg, 농축적두단백이 35.88±0.53 mg, 농축완두단백이 33.89±4.14 mg 순으로 나타났으나, 유의적인 차이가 없었다.
총 필수 아미노산 함량은 100 mg당 26.45-30.32 mg 범위이며, 농축녹두단백은 30.32±0.32 mg로 유의적으로 높았으나(p<0.05), 농축대두단백, 농축완두단백 및 농축적두단백의 함량은 각각 26.83±2.03, 26.59±0.49, 26.45±0.68 mg 순으로 유의적인 차이가 없었다.
탄수화물 함량은 농축적두단백, 농축대두단백, 농축녹두단백, 농축완두단백이 각각 12.35±0.35, 7.01±1.59, 6.98±0.17, 2.47±0.86% 순으로 높았으나, 농축대두단백과 농축녹두단백은 유의적인 차이가 없었다.
05). 따라서 본 연구를 종합해 볼 때, 4종 농축콩단백의 각 기능적 특성을 고려하여 대체육 제품 산업에 적용한다면, 식품소재로서 활용가치가 있을 것으로 판단된다.
최근 국내에서 분리대두단백을 이용하여 만든 불고기, 소시지, 햄 등의 제품이 개발되어 판매되고 있지만, 아직은 동물성 고기와 같은 다즙성, 맛 및 풍미 구현이 부족하여 추가적인 연구가 요구된다(Kim, 2019). 따라서 본 연구에서는 동물성 단백질과 영양소의 함량을 가장 유사하게 맞출 수 있는 배합비율에 대한 선행 실험을 반복하여 실행한 결과 우리나라에서 재배된 콩 4종을 선발하였고, 이에 대해 고함량 단백질을 함유한 농축단백을 만들어 일반성분 분석, 아미노산 함량 분석 및 단백질 기능적 특성 분석을 통해 농축단백 소재를 개발하여 식물성 대체육 제품 개발에 도움이 되고자 실시하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
콩은 어떤 식품인가?
콩(Glycine max MERR)은 우리나라에서 오래전부터 재배되었으며, 식물성 단백질과 지방을 보충하는데 좋은 식품이다(Lee 등, 2018). 콩은 전통적으로 우리나라 국민이 가장 많이 섭취하고 있는 곡물 중 하나로 간장, 된장, 고추장 등 장류뿐만 아니라, 단백질이 많아 대체육의 단백질 영양공급원 등으로 다양하게 이용되어 왔다.
두과 작물중에서 대두, 녹두, 적두, 완두의 탄수화물, 단백질, 지질, 수분, 회분의 구성은 각각 어떻게 되는가?
)는 우리나라에서 콩을 제외한 두과 작물 중 강낭콩 다음으로 생산규모가 큰 작물로서, 밥밑용, 떡고물, 통조림, 채소와 사료 등으로 이용되고 있으며, 단백질 복합탄수화물 섬유질 무기질 비타민 및 항산화 물질을 포함하여 우수한 영양급원으로 섭취되고 있다(Koo 등, 2015). 대두(노란콩)의 경우 가식부 100 g당 수분 9.7 g, 단백질 36.2 g, 지질 17.8 g, 회분 30.7 g 및 탄수화물 30.7 g이었으며, 녹두의 경우 가식부 100 g당 수분 10.9 g, 단백질 22.3 g, 지질 1.5 g, 회분 3.3 g 및 탄수화물 62.0 g로 보고되었다(RDA, 2006a). 또한 적두의 경우 수분 10.1 g, 단백질 21.6 g, 지질 0.3 g, 회분 3.6 g 및 탄수화물 64.4 g이었으며, 완두의 경우 수분 8.1 g, 단백질 20.7 g, 지질 1.3 g, 회분 2.8 g 및 탄수화물 65.1 g로 보고되었다(RDA, 2006a).
대체육은 무엇인가?
건강, 환경 및 윤리적인 이유로 인해 식물성 대체육에 대한 관심이 증가하면서 식물성 식재료를 이용하여 만든 식물성 고기, 동물 세포를 증식하여 만든 배양육, 식용 가능한 곤충을 사용하여 만든 단백질 식품 등의 대체육 산업이 증가하였다(Jeong와 Jo, 2018). 대체육은 질감, 향미, 외관과 같은 육류의 심미적 특성 또는 화학적 특성이 육류와 유사한 식품을 말하며, 기존 육류와 같은 영양적 기능을 가지는 제품으로써 최근 가장 많이 알려져 있는 것은 식물성 대체육이며, 최근 콩단백질을 활용한 식물성 대 체육의 연구가 진행되고 있다(Satich, 2016). 두류에는 강낭콩, 녹두, 동부, 완두, 팥, 적두 등과 같이 다양한 종류가 있고, 종별 또는 품종별 구성성분의 차이가 있으며(Kim 등, 2018), 예부터 묵, 국수, 고물, 죽, 소 등으로 사용되어 왔다.
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