[논문]괭생이모자반(Sargassum horneri)으로부터 추출한 다당의 이화학적 특성

구재근; 정성우

doi:10.5657/kfas.2020.0681

괭생이모자반(Sargassum horneri)으로부터 추출한 다당의 이화학적 특성
Isolation and Characterization of Polysaccharides Purified from Brown Alga Sargassum horneri 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.53 no.5, 2020년, pp.681 - 687

구재근 (군산대학교 식품생명공학과) , 정성우 (군산대학교 식품생명공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Physicochemical properties of fucoidan and alginate extracted from Sargassium horneri were investigated. The alginates were extracted and purified via three different routes (CaCl2, HCl and ethanol routes), and their rheological properties at various concentrations and temperatures were determined. The yield of fucoidan was 3.08%, and it was mainly composed of fucose and galactose. Fourier-transform infrared spectrum of fucoidan showed strong absorption band at 1,254 and 827 cm-1 corresponding to the sulfate group. Flow behavior of the alginate solution was characterized using the power-law model. The consistency index increased with increasing concentrations. The sodium alginate solution (1.5%) exhibited Newtonian behavior when extracted via the CaCl2 and HCl routes, while it exhibited pseudoplastic behavior when extracted via the ethanol route. The effect of temperature on the flow behavior was investigated in terms of the activation energy (Ea), which was obtained using the Arrhenius equation. The Ea value corresponding to the alginate solution decreased with increasing shear rates. The Ea values corresponding to the alginate solutions purified via the CaCl2, HCl, and ethanol routes were 13.54-18.64 kJ/mol, 13.42-19.21 kJ/mol, and 9.51-10.67 kJ/mol, respectively. The low Ea values corresponding to the solutions extracted via the ethanol route suggest that the flow behavior does not depend significantly on temperature.

주제어

표/그림 (11)

그림 Fig. 1. Process for extraction and purification of sodium alginates from Sargassum horneri.
표 Table 1. Proximate composition of Sargassum horneri (%)¹
표 Table 2. Amino acid composition of dried Sargassum horneri (mg/100 g)
그림 Fig. 2. FT-IR spectra of the fucoidans extracted from Sargassum horneri.
표 Table 3. Mineral composition of dried Sargassum horneri (mg/100 g)
표 Table 4. Chemical composition of fucoidan and alginates purified by three different methods from Sargassum horneri
그림 Fig. 3. FT-IR spectra of sodium alginates purifed by three different methods from Sargassum horneri.
그림 Fig. 4. Shear stress-shear rate plot of sodium alginate solutions purified by three different methods from Sargassum horneri at 25°C.
표 Table 5. Rheological parameters for sodium alginate solutions purified by three different methods from Sargassum horneri at 25°C
그림 Fig. 5. The effect of temperature on the shear stress of sodium alginate solutions (1.5%) purified with three different methods from Sargassum horneri (shear rate, 500s^-1).
표 Table 6. Constants for Arrhenius model for alginate solutions purifed with three different methods from Sargassum horneri

AI 본문요약
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문제 정의

, 1999; 2003) 등이 보고되고 있어 해조 유래 기능성 소재로 활용 가능성이 높다. 본 연구에서는 국내연안에서 채취한 괭생이모자반 유조의 활용방안을 검토하기위해 괭생이모자반의 화학적 조성을 조사하고 또한 알긴산과 후코이단을 추출 정제하여 이화학적 특성을 조사하였다.

제안 방법

괭생이모자반에서 추출한 후코이단의 FT-IR을 측정하였다(Fig. 2). 주요 흡수 band는 3232, 1619, 1403, 1254, 1054, 827 cm^-1 부근에서 관찰되었다.
, Waltham, MA, USA)로 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,350 W이며, peristaltic pump rate는 45 rpm으로 하였고, 가스는 초고순도 argon을 사용하였으며, nebulizer pressure와 coolant gas flow는 각각 200 kPa 및 12 (L/min)이며, observation height는 각각 30 psi 및 15 mm로 하였다.
0으로 조절한 후 65℃에서 1시간 추출, 여과하여 산 추출액을 분리하였다. 산 추출액을 중화한 후 CaCl₂ 용액을 첨가하여 생성된 침전물을 원심분리(6,000 g, 15분)하여 제거한 후 상층액에 에탄올을 첨가하고 원심분리(6,000 g, 15분)하여 분리한 침전물을 40℃에서 건조하여 후코이단 시료로 사용하였다.
1 mL/min의 유속으로 하여 분석하였다. 시료의 구성당 함량은 표준시약의 검량선을 이용하여 산출하였다.
온도가 알긴산 용액(1.5%)의 점도에 미치는 영향을 조사하기 위해 전단속도 500 s^-1에서 온도를 달리하면서 전단응력을 측정하였다(Fig. 5). 전시료 모두 온도가 증가함에 따라 전단응력이 감소하였다.
무기질 함량은 시료 일정량에 질산(36%, w/w) 5 mL를 가한 후 130℃에서 2시간 이상 완전히 분해하였다. 이 분해물을 질산(36%)으로 25 mL로 정용하고 유도 결합 플라즈마 방출 분광계(ICP-OES, iCAP 7400DUO Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, MA, USA)로 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,350 W이며, peristaltic pump rate는 45 rpm으로 하였고, 가스는 초고순도 argon을 사용하였으며, nebulizer pressure와 coolant gas flow는 각각 200 kPa 및 12 (L/min)이며, observation height는 각각 30 psi 및 15 mm로 하였다.
점도 및 유동 특성은 점도계(HAAKE RotoVisco 1, Thermo Electron, Waltham, MA, USA)를 이용하여 20℃에서 sensor PP60Ti (Radius 30 mm, Gap 1 mm)를 사용하여 측정하였다. 전단 속도 0-1,500 1/s, 온도 25℃에서 측정하였다.
정용한 추출액에서 일정량을 취해 동량의 5% (v/w) TCA를 가하고 균질화 한 후 원심분리(10,000 rpm, 10분) 및 여과(0.22 μm filter)하여 제조하였다.
총 아미노산 분석 시료는 건조 분쇄한 시료에 6 N HCl를 가하여 밀봉 및 가수분해(110℃, 22시간)한 후 감압 농축 및 0.02 N HCl로 정용하고 여과(0.45 μm filter)하여 제조하였다.
총 아미노산 분석에 사용한 칼럼은 Hitachi HPLC packed column (#2622PH column, 6×4.6 mm)이며, 유리아미노산은 Hitachi HPLC packed column (#2622PF column, 6×4.6 mm)을 사용하여 아미노산 자동분석기(L-8900, Hitachi, Tokyo, Japan)로 실시하였다.

대상 데이터

구성당 GC 분석은 Hewlett Packard GC Model 6890과 FID (flame ionization detecter) 검출기, 칼럼은 SP-2330 (0.25 mm I.D×30 m, film thickness; 0.2 μm) 칼럼을 사용하였다.
실험에 사용한 괭생이모자반(Sargassum horneri)은 2018년 6월에 전라남도 고흥군 연안에서 채취하여 실험실로 옮긴 후 냉동 저장하여 두고 실험에 사용하였다.

이론/모형

FT-IR (Fourier-transform infrared) 분석은 6300FV+IRT5000 (Jasco, Tokyo, Japan)으로 후코이단과 알긴산을 ATR (attenuated total reflection absorption spectroscopy, 감쇠 전 반사 흡수 분광법)법으로 분석하였다.
구성당 분석은 Furneaux et al. (1990)의 방법에 따라 표준시약(rhamnose, fucose, arabinose, ribose, galactose, xylose, mannose, glucose)과 시료에 내부 표준물질(myo-inositol)을 넣어 각각 acetylation 유도체화 한 후 GC (gas chromatography)로 분석하였다. 구성당 GC 분석은 Hewlett Packard GC Model 6890과 FID (flame ionization detecter) 검출기, 칼럼은 SP-2330 (0.
전단 속도 0-1,500 1/s, 온도 25℃에서 측정하였다. 농도 변화(1.0% 1.5%, 2.0%, 2.5%)에 따른 유동 특성 값은 power-law model 식(1)을 사용하여 점조성 지수 K와 유동 지수 n을 구하였다.
수분은 105℃ 상압 건조법, 회분은 550℃ 회화법, 단백질은 Kjeldhal법으로 측정하였고, 지방은 Soxhlet법으로 측정하였다.
전시료 모두 온도가 증가함에 따라 전단응력이 감소하였다. 온도 변화와 정제 방법의 차이가 알긴산 용액의 점도에 미치는 영향을 알아보기 위해 온도를 달리하면서 Arrhenius 식을 이용하여 활성화 에너지를 구하였다(Table 6). 전시료 모두 전단 속도가 증가함에 따라 활성화 에너지가 감소하였다.
일반성분은 AOAC (1990)법에 준하여 측정하였다. 수분은 105℃ 상압 건조법, 회분은 550℃ 회화법, 단백질은 Kjeldhal법으로 측정하였고, 지방은 Soxhlet법으로 측정하였다.
0으로 조정한 후 shaking water bath (70°C, 100 rpm)에서 3시간 교반하면서 추출하였다. 추출한 알긴산은 CaCl₂ 정제법(CaCl₂ route), HCl 정제법(HCl route), 에탄올 정제법(ethanol route)으로 각각 정제하였다(Fig. 1). 즉, CaCl₂ 정제법은 우선 알긴산 추출액에 10% CaCl₂ 용액을 첨가한 후 원심분리(6,000 g, 15분)하여 알긴산칼슘을 분리하였다.
후코이단 제조는 Koo et al. (1995)의 방법에 준하여 실시하였다. 즉, 건조 분쇄한 괭생이모자반에 85% 메탄올을 시료가 충분히 잠길 정도 넣고 70℃에서 3시간 추출, 여과하여 메탄올 가용성 성분을 제거하였다.
후코이단과 알긴산의 온도 변화(15℃, 25℃, 35℃, 45℃)에 따른 활성화 에너지 값은 Arrhenius model (2)을 이용하여 구하였다(Rao and Anantheswaran, 1982).

성능/효과

괭생이모자반의 일반성분은 Table 1과 같다. 건물 기준으로 탄수화물 67.8%, 회분 18.8%, 단백질 12.6% 순으로 함량이 높았고, 지질 함량은 0.7%로 낮았다. 괭생이모자반의 계절별 일반성분의 평균값이 건물 기준으로 단백질 9.
21 kJ/mol로 큰 차이가 없었다. 반면에 무한 겉보기 점도인 K값은 전시료 모두 전단속도 증가에 따라 증가하였고, ethanol route가 가장 높았다. 활성화 에너지는 용액이 유동성을 나타내기 위해 필요한 최소한의 에너지로, 낮은 활성화 에너지는 다당 내부 및 다당 간의 상호 작용이 약하고 온도 의존성이 낮음을 나타낸다(Paual et al.
, 2013). 본 연구의 괭생이모자반에서도 글루탐산과 아스파르트산의 함량이 높아 총 아미노산의 조성이 유사한 경향을 나타내었다. 괭생이모자반의 무기질 함량은 Table 3과 같다.
전 시료 모두 전단 속도와 증가함에 따른 전단응력이 증가하였고 또한 농도 증가에 따라서도 전단응력이 증가함을 알 수 있다. 알긴산 용액(2.0%)의 전단응력은 전단속도 300 s^-1일 때 CaCl₂ 정제법, HCl 정제법, ethanol 정제법이 각각 2.89, 2.63, 2.98 Pa로 에탄올 정제법이 가장 높았다. 다당의 점도는 분자구조 및 분자량에 영향을 받는다.
08%로 비슷한 수율을 나타내었다. 알긴산의 수율은 정제 방법에 따라 차이가 있어 에탄올 정제법이 16.03%로 가장 높았고 HCl과 CaCl₂ 정제법은 각각 7.47%, 7.93%로 비슷하였다. Kim and Park (1985)은 괭생이모자반을 계절별로 채취하여 알긴산 수율을 조사한 결과 평균적으로 26.
35 mg/100 g이며 글루탐산, 아스파르트산, 류신, 아르기닌, 글리신, 라이신 순으로 함량이 높았다. 유리 아미노산은 32.1 mg/100 g이며, 글루탐산, 아스파르트산, 글리신, 라이신, 아르기닌, 트레오닌 순으로 함량이 높았다. 모자반의 총 아미노산 함량은 글루탐산, 알라닌, 류신, 아스파르트산 순으로 높고(NIFS, 2009) 또한 S.
4와 같다. 전 시료 모두 전단 속도와 증가함에 따른 전단응력이 증가하였고 또한 농도 증가에 따라서도 전단응력이 증가함을 알 수 있다. 알긴산 용액(2.
99이상으로 매우 높았다. 정제방법 차이에 따른 유동지수 값은 ethanol, CaCl₂ , HCl route 순으로 낮고 ethanol route로 정제한 알긴산은 전시료 모두 비뉴톤 특성을 나타내었다. 반면에 CaCl₂와 HCl route로 정제한 알긴산은 고농도인 2.
괭생이모자반의 구성 아미노산과 유리 아미노산은 Table 2와 같다. 총아미노산 함량은 101.35 mg/100 g이며 글루탐산, 아스파르트산, 류신, 아르기닌, 글리신, 라이신 순으로 함량이 높았다. 유리 아미노산은 32.
괭생이모자반의 무기질 함량은 Table 3과 같다. 칼륨이 2.58%로 가장 함량이 높고, 다음으로 칼슘 1.10%, 나트륨 1.02%, 마그네슘 0.77% 순으로 높았다. 특히 Na/K의 비가 0.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	괭생이모자반이란?	괭생이모자반(Sargassum horneri)은 모자반과(Sargassaceae)에 속하는 1년생 갈조류로 국내 연안 및 일본과 중국 연안에 널리 분포한다. 모자반은 해중림을 형성하여 수산 동물의 서식지로 중요한 역할을 담당하고 있으나 종종 엽체가 기질에서 떨어져나와 다량의 부유성 모자반 띠를 형성한다.
	국내에서 괭생이모자반의 부유성 유조가 대량 발생했을 때 생긴 문제점은?	모자반은 해중림을 형성하여 수산 동물의 서식지로 중요한 역할을 담당하고 있으나 종종 엽체가 기질에서 떨어져나와 다량의 부유성 모자반 띠를 형성한다. 국내에도 전남 신안, 제주도 연안에 괭생이모자반 부유성 유조가 대량 발생하여 양식장 피해뿐아니라 해변에 악취와 경관 피해를 유발하는 등 많은 문제가 발생시켰다(Hwang et al., 2016).
	괭생이모자반의 화학적 조성을 조사하고 또한 알긴산과 후코이단을 추출 정제하여 이화학적 특성을 조사하기위해 후코이단을 제조한 방법은?	후코이단 제조는 Koo et al. (1995)의 방법에 준하여 실시하였다. 즉, 건조 분쇄한 괭생이모자반에 85% 메탄올을 시료가 충분히 잠길 정도 넣고 70°C에서 3시간 추출, 여과하여 메탄올 가용성 성분을 제거하였다. 남은 잔사에 증류수를 넣고 묽은 염산용액으로 pH 2.0으로 조절한 후 65°C에서 1시간 추출, 여과하여 산 추출액을 분리하였다. 산 추출액을 중화한 후 CaCl2 용액을 첨가하여 생성된 침전물을 원심분리(6,000 g, 15분)하여 제거한 후 상층액에 에탄올을 첨가하고 원심분리(6,000 g, 15분)하여 분리한 침전물을 40°C에서 건조하여 후코이단 시료로 사용하였다.

참고문헌 (24)

AOAC (Association of Official Analytical Chemists). 1990. Official method of analysis of AOAC international. 15th. Ed.Arlington, VA, U.S.A., 777-788.
Boo HJ, Moon HS, Lee Y, Jeon TJ and Chun JY. 2020. Appearance characteristics and antioxidant activity of Jeju coast Sargassum horneri according to collecting time. J Korean Soc Food Sci Nutr 49, 485-492. https://doi.org/10.3746/jkfn.2020.49.5.485.

상세보기
Chale-Dzul J, Moo-Puc R, Robledo D and Freile-Pelegrin Y. 2015. Hepatoprotective effect of the fucoidan from the brown seaweed Turbinaria tricostata. J Appl Phycol 27, 2123-2135. https://doi.org/10.1007/s10811-014-0429-9.

상세보기
Chandia NP and Matsuhiro B. 2008. Charaterization of fucoidan from Lessonia vadosa (Pheophyta) and its anticoagulant and elicitor properties. Int J Biol Macromol 42, 235-240. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2007.10.023.

상세보기
Choi JG, Lee SG, Han SJ, Cho MH and Lee PC. 2014. Effect of gamma irradiation on the structure of fucoidan. Radiat Phys Chem 100, 54-58. https://doi.org/10.1016/j.radphyschem.2014.03.018.

상세보기
Furneaux RH, Miller IJ and Stevenson TT. 1990. Agaroids from New Zealand members of the Gracilariacece (Gracilariales, Rhodophyta) - a novel dimethylated agar. Hydrobiologia 204/205, 645-654. https://doi.org/10.1007/978-94-009-2049-1_94.

상세보기
Hwang EK, Lee SJ, Ha DS and Park CS. 2016. Sargassum Golden Tides in the Shinan-gun and Jeju Island, Korea. Korean J Fish Aquat Sci 49, 689-693. https://doi.org/10.5657/KFAS.2016.0689.
Jeong DY, Jeong DI, Jeong SM and Kim YJ. 2017. Production of bioethanol via Sargassum horneri fermentation. J Korean Soc Urban Environ 17, 19-24.
Jun JY, Lee SY, Kim BM and Jeong IH. 2011. Effect of lactic acid extracts of Sargassum horneri on bone formation in female sprage-dawley rats. Korean J Fish Aquat Sci 44, 25-30. https://doi.org/10.5657/kfas.2011.44.1.025.
Khajouei RA, Keramat J, Hamdami N, Ursu A, Delattre C, Laroche C, Gardarin C, Lecerf D, Desbrieres J, Djelveh G and Michaud P. 2018. Extraction and characterization of an alginate from the Iranian brown seaweed Nizimuddinia zanardini. Int J Biol Macromol 118, 1073-1081. https://doi.org/10.1016/j.ijbiomac.2018.06.154.

상세보기
Kim DS and Park YH. 1985. Uronic acid composition, block structure and some related properties of alginic acid. Bull Korean Fish Sci 18, 124-130.
Koo JG, Jo KS, Do JR and Woo SJ. 1995. Isolation and purification of fucoidans from Laminaria religiosa and Undaria pinnatifida in Korea. Korean J Fish Sci 28, 227-236.
Koo JG, Jo KS and Park JH. 1997. Rheological properties of fucoidans from Laminaria religiosa, sporophylls of Undaria pinnatifida, Hizikia fusiforme and Sagassum fulvellum in Korea. Korean J Fish Aquat Sci 30, 329-333.
Leal D, Matsuhino B, Rossi M and Caruso F. 2008. FT-IR spectra of alginic acid block fractions in three species of brown seaweeds. Carbohydr Res 343, 308-316. https://doi.org/10.1016/j.carres.2007.10.016.

상세보기
Mazumder A, Holdt SL, Francisci DD, Alvarado-Morales M, Mishra HN and Angelidaki I. 2016. Extraction of alginate from Sargassum muticum: process optimization and study of its functional activities. J Appl Phycol 28, 3625-3634. https://doi.org/10.1007/s10811-016-0872-x.

상세보기
Murakami K, Yamaguchi Y, Noda K, Fujii T, Shinohara N, Ushirokawa T, Sugawa-Katayama Y and Katayama M. 2011. Seasonal variation in the chemical composition of a marine brown alga, Sargassum horneri (Turner) C. Agardh. J Food Compos Anal 24, 231-236. https://doi.org/10.1016/j.jfca.2010.08.004.

상세보기
Murakami K, Matoba Y, Noda K, Yamaguchi Y, Fujii T, Shinohara N, Akimoto T, Sugawa-Katayama Y and Katayama M. 2009. Seasonal variation in the chemical compositions of akamoku Sargassum horneri harvested in Chikuzen sea, Fukuoka prefecture. Aquaculture Sci 57, 549-556.
NIFS (National Institute of Fisheries Science). 2009. Chemical composition of marine products in Korea 2009. NIFS, Busan, Korea, 122-123.
Paula RCM, Santana SA and Rodrigues JF. 2001. Composition and rheological properties of Albizia lebbeck gum exudates. Carbohydr Polym 44, 133-139. https://doi.org/10.1016/S0144-8617(00)00213-7.

상세보기
Peng Y, Xie E, Zheng K, Fredimoses M, Yang X, Zhou X, Wang Y, Yang B, Lin X, Liu J and Liu Y. 2013. Nutritional and chemical composition and antiviral activity of cultivated seaweed Sargassum naozhouense Tseng et Lu Mar Drugs 11, 20-32. https://doi.org/10.3390/md11010020.
Rao MA and Anantheswaran RC. 1982. Rheology of fluids in food processing. Food Technol 36, 116-126.
Shibata H, Kimura TI, Nagaoka M, Hashimota SM, Sawada H, Ueyma S and Yokokura T. 1999. Inhibition effect of Cladosiphon fucoidan on the adhesion of Helicobacter pylori to human gastric cells. J Nutr Sci Vitaminol 45, 325-336. https://doi.org/10.3177/jnsv.45.325.

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Shibata H, Iimuro M, Uchiya N, Kawamori T, Nagaoka M, Ueyama S, Hashimoto S, Yokokura T, Sugimura T and Wakabayashi K. 2003. Preventive effects of Cladosiphon fucoidan against Helicobacter pylori infection in Mongolian gerbils. Helicobacter 8, 59-65. https://doi.org/10.1046/j.1523-5378.2003.00124.x.

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Vitali AA and Rao MA. 1984. Flow properties of low pulp concentrated orange juice; effect of temperature and concentration. J Food Sci 49, 882-888. https://doi.org/10.1111/j.1365-2621.1984.tb13233.x

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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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