초록 ▼

본 연구에서는 귀리를 기능성 식품소재로 개발하기 위한 연구의 일환으로 귀리겨로부터 우수한 생리활성을 나타내는 ß-glucan을 추출할 수 있는 최적 추출조건을 조사하기 위하여， ß-glucan 추출시 유효한 추출변수로 작용되는 인자인 추출온도, 추출용매로써의 에탄올의 농도 및 용매 pH의 조건을 중심합성계획법에 의하여 설계한 추출조건에서 여러 가지 crude ß-glucan 분획을 얻어, 이화학적 특성 및 생리적 특성을 조사하였으며, 이를 바탕으로 Lab Test와 Pilot 시생산을 통해 최상의 생산 공정을 확립하였다. 제품 유형

본 연구에서는 귀리를 기능성 식품소재로 개발하기 위한 연구의 일환으로 귀리겨로부터 우수한 생리활성을 나타내는 ß-glucan을 추출할 수 있는 최적 추출조건을 조사하기 위하여， ß-glucan 추출시 유효한 추출변수로 작용되는 인자인 추출온도, 추출용매로써의 에탄올의 농도 및 용매 pH의 조건을 중심합성계획법에 의하여 설계한 추출조건에서 여러 가지 crude ß-glucan 분획을 얻어, 이화학적 특성 및 생리적 특성을 조사하였으며, 이를 바탕으로 Lab Test와 Pilot 시생산을 통해 최상의 생산 공정을 확립하였다. 제품 유형별, 성품함량에 따른 제품의 종류별 공정을 통해 대량 생산을 하여 각 제품의 규격 설정 및 분석을 통해 야를 이용한 적용제품의 적용성 실험을 실시한 결과는 다음과 같다.
① 귀리 ß-glucan은 추출시간이 경과할수록 추출량이 증가하였으나， 추출속도는 감소하였으므로 추출시간을 1시간으로 선정하였고, ß-glucan의 추출속도는 추출온도 및 에탄올농도에 대하여 유의적으로 영향을 받았다(p<0.05).
② 추출조건에 따른 crude ß-glucan의 수율은 3.7%~15.8% 범위였고， ß-glucan, 단백질, 지방 및 회분 함량은 각각 21.4~38.3%, 23.8~29.0%, 8.3~11.8% 및 5.9~7.9% 였고, 반응표면 분석에 의하여 추출조건에 따른 crude ß-glucan의 수율 빛 회분을 제외한 모든 성분은 일반적으로 영향을 받는 것으로 나타나(p<0.001)，추출조건에 따라 조성이 다른 crude ß-glucan 분획을 얻을 수 있었다.
③ crude ß-glucan을 95℃에서 하룻밤동안 용해했을 때 시료는 50.3~69.5%가， ß-glucan은 63.4~98.0% 가 용해되었고, 점도는 1% 이상의 농도와 40℃ 이하의 낮은 온도에서만 유의차가 인정되었으며 약한 의소성 유체로 나타났다.
④ 15개의 분획을 대상으로 in vitro 실험에서 생리활성을 조사한 결과, 항균성, 항산화성은 없었고, 3번 분획에서 당분해효소저해능이 우수하였고，14번 분획에서 glucose 투석지연효과가 우수하였으며, 항암성과 복강 대식세포의 nitrate 생성능은 1,7,11,12,13번 분획에서 상대적으로 높았다.
⑤ in vitro 실험에서 우수한 생리활성을 보인 7개 (1,3, 7, 11, 12, 13, 14번)의 분획을 대상으로，in vivo 실험을 실시한 결과，3번 분획과 14번 분획에서 당뇨 유발 쥐의 혈당 농도를 유의적으로 낮추었고(p<0.001), 7번 분획과 12번 분획에서 복수암, 대장암 예방효과 및 carbon 탐식능이 증가하였다. 특히, 복수암 유발쥐에서는 현저한 체중증가 억제와 생존기간 연장 효과가 있었으며,대장암 유발쥐에서는 진성 종양으로 발전해 가는 4개 이상의 AC로 구성된 ACF를 탁월하게 감소시켰으며 저농도일 때 더 효과적이었다.
⑥ 식품용 효소 (thermamyl 120L)를 이용하여 70~88% 순도의 ß-glucan을 얻었고， 점도는 crude ß-glucan보다 월등히 향상되어 동일 농도의 식품용 guar gum 이나 CMC 용액과 유사하였고, 강한 의소성을 나타내었다.
⑦ ß-glucan 의 구성당은 glucose만이 확인되었고, 구성 아미노산은 cystein은 검출되지 않았고, glutamic acid와 lysine 이 일반적으로 높은 경향을 보였으나 정제시료에 따라 아미노산 조성 패턴이 달라졌다.
⑧ 평균 분자량은 2.0x 10⁶~5.1x 10⁶ 범위였으며, 흡열곡선은 비정제시료는 2개 정제시료는 1개가 나타났으므로， ß-glucan의 melting point는 130-140℃ 범위였고， peak 온도는 처리구 및 정제도에 따라 증가 또는 감소하였고, 엔탈피는 증가하였다. ß-(1-3) 및 ß-(1-4) 결합비는 crude ß-glucan 에서는 큰 차이는 없었고 정제될수록 1-4 결합의 비율이 감소하는 경향을 보였다.
⑨ 실험실 공정 실험을 통해 원료중량 대비 용매의 사용양은 9-13 배 범위가 가장 작업성 및 경제성이 좋았으며, 효율적인 효소 처리는 Heat stable a-Amylase의 경우 용매의 pH 6.5-7.5 범위에서 전분의 완전 호화 시간으로부터 1시간 이내가 양호한 것으로 나타났으며 AMG는 산성조건의 70℃ 조건에서 좋았다.
⑩ Pilot 공정은 총체적 원료 사용량 및 제반 작업 시간의 증가에 따른 공정별 개선요인을 파악하고 이를 개선하였으며, 농축공정에서는 가공 중간제품의 고점성으로 인한 농축물 이송상의 손실을 방지하기 위한 방법이 사용되었다.
⑪ Pilot 공정을 통한 시생산품 중의 베타글루칸 함량 범위는 35~97%이었고 물성중 점성 범위는 900~2000cP이었으며 평균 분자량은 MW 100,000-400,000 이었다. 성분 함량 및 제품의 유형에 따라 3품목으로 설정하여 상품명 Hipurican-MC (베타글루칸기준 30~60%) 과 Hipurican-HC (베타글루칸기준 90~97%) 그리고 Hipurican-FC (베타글루칸기준 0.8~1.2%) 으로 하였다.
⑫ Pilot 시생산을 거쳐 대량 시생산된 제품의 물성 및 안정성 은 적용제품의 용도 범위에서 안정하였으며, 넓은 범위의 pH 안정성과 장시간의 가온에서도 점성 및 성분함량에는 큰 변화가 없었다. 완제품 적용시험에서 고상형의 완제품 적용성은 기존 Hipurìcan 비첨가 제품과 비교시 품질 및 물성면에서 우수하게 나타났고 FDA 일일 권장량 및 기능성 단백 다당체로서의 활성 또한 확보하였다.
이상의 결과로부터 우수한 생리적 특성을 갖는 ß-glucan의 추출조건을 도출할 수 있어 산업적인 이용할 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

This work was focused on the development of neutraceutical food ingredient and the optimization of the extraction conditions of soluble B-glucan with high physiological properties from oat bran. Crude B-glucan was extraced by manipulating the experiment factors temperatures (40, 45, 50, 55, and 60:

This work was focused on the development of neutraceutical food ingredient and the optimization of the extraction conditions of soluble B-glucan with high physiological properties from oat bran. Crude B-glucan was extraced by manipulating the experiment factors temperatures (40, 45, 50, 55, and 60: X₁), ethanol concentration (0, 5, 10, 15, and 20%: X₂), and pH (5, 6, 7, 8, and 9: X₃), and investigated for the physiological and physicochemical characteristics. The commercial optimal extraction process was established by producing commercial product in laboratory-scale and pilot plant scale, based on the physicochemical and physiological activities. The products, categorized by product type and ß-glucan content, were produced by each process in pilot scale, investigated the chemical compositions, and determined the standard. The application tests were carried out with the final product. The results were followed as below.
① Extraction rate of ß-glucan was reduced with extraction time. Optimum extraction time was selected in 1hr. Extraction rate was influenced by extraction temperature and ethanol concentration significantly.
② The yield of crude B-glucan ranged between 3.7 and 15.8% and the content of ß-glucan, protein, lipid, and ash in crude ß-glucan was in 21.4-38.3%, 23.8-29.0%, 8.3-11.8%, and 5.9-7.9%, respectively. The response surface methodology (RSM) showed that the extraction yield and all : compositions, except ash; of crude ß-glucans were generally influenced by the extraction conditions. These results suggested that crude B-glucan with various properties could be fractioned with different extraction conditions.
③ Solubility of crude ß-glucan was about 50.3-69.5% in water and viscosity of crude ß-g1ucan in aquouse solution was significantly different more than 1 % concentration and less than 4°C.
This glucan displayed light psuedoplastic flow property.
④ In vitro test, antimicrobial activity was not detected in all crude B-glucan fractions, there was little antioxidant activity. The glucose retardation effects was significantly higher in No. 14, and the inhibitory activity of a-glucosidase was higher in No.3. Inhibition effects on tumor cell lines in human and promoting effect on the in vitro nitric oxide production by isolated murine peritoneal macrophages, was relatively high in No.1, 7, 11, 12 and 13.
⑤ In vivo test, both No. 3 and 14 significantly lowered the blood glucose and triglyceride level in diabetic induced rats. From the result of antitumor(sarcoma 180) activity, the increase of body weight was markedly delayed and the life span was relatively increased in No. 7 and 12(100mg/kg). In colon tumor model, a relatively-low dose(50mg/kg) of No. 7 and 12 greatly reduced total number of ACE especially more than 3 aberrant crypts. Carbon phagocytic index of blood macrophages was high in No.7, 12 and 13.
⑥ ß-glucan was purified about 70~88% by using thermamyl 120L. ß-glucan was more viscouse than crude ß-glucan and similar with guar gum and CMC at the same concentration showing stiff psuedoplastic flow property than crude ß-glucan.
⑦ Monosaccharide in ß-g1ucan was glucose, and there was no cystein in ß-glucan. Glutamic acid was generally high and gradually reduced with purification steps. Amino acid pattern was varied with ß-glucan fractions.
⑧ Average molecular weight was 2.0~5.1xl0⁶. From the Differential Scanning Calorimetry analysis, 2 peaks were detected in crude ß-g1ucans and the first peak was ß-glucan melting point(130-140C). Peak temperature was gradually increased with ß-glucan level. The ratio of ß-(1-4) and 13-(1-3) linkages was similar in crude ß-glucans but markedly increased after purification.
⑨ The useful ratio of solvent ratio to raw material were identified as 9-13 fold from the laboratory-scale test, considering operational and economical benefit. Treatment of heat stable a-amylase was efficient at the range from 6.5 to 7.5 of solvent pH, in 1hr after gelatination of starch, and the tratment of AMG wss efficient at 70℃ in acidic condition.
⑩ In pilot plant, the critical factor caused by increasing the raw material volume and operation time was investigated and improved. The method for preventing the loss of concentrates during transportation due to the high viscosity of product, was developed in concentration process.
⑪ Commercial products produced by pilot plant contained 35-97% of ß-g1ucan and their viscosity and average molecular weight were ranged 900-2000cP, 100000-400000, respectively.
They were devided into 3 categories by ß-glucan content and the type of product. The 3 product were named as Hipurican-MC(30-60% ß-glucan), Hipurican-HC(90-97% ß-g1ucan) and Hipurican-FC(O.9-1.4 % ß-glucan).
⑫ The rheology and stability of commercial product produced by pilot plant were stable in applied products. The pH was stable at the broad ranges, and the viscosity and the component of the commercial product did not change after the long time heating. From the result of the appling test, the final product of solid type added Hipurican showd better quality and rheology than that of without Hipurican. Commercial product was satisfied with the Recommended Daily Allowance(RDA) of FDA and the physiological activity as proteoglucan.

목차 Contents

• 표지 ... 1
• 제출문 ... 2
• 목차 ... 3
• 요약문 ... 4
• SUMMARY ... 6
• 총괄연구개발과제 연구결과 ... 8
• 1. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 8
• 2. 총괄연구개발과제의 최종 연구개발 내용 및 결과 ... 12
• 3. 총괄연구개발과제의 연구개발 고찰 및 결론 ... 21
• 4. 사업화 목표 달성도 및 계획 ... 55
• 5. 총괄연구개발과제의 연구성과 ... 64
• 6. 연구개발결과의 파급효과 ... 71
• 7. 첨부서류 ... 71
• 제1세부 연구개발과제 연구결과 ... 114
• 1. 제1세부 연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 115
• 2. 제1세부 연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 116
• 3. 제1세부 연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 117
• 4. 제1세부 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 118
• 5. 제1세부 연구개발과제의 연구성과 ... 144
• 6. 참고문헌 ... 150
• 제2세부 연구개발과제 연구결과 ... 152
• 1. 제2세부 연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 153
• 2. 제2세부 연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 154
• 3. 제2세부 연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 162
• 4. 제2세부 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 164
• 5. 제2세부 연구개발과제의 연구성과 ... 198
• 6. 참고문헌 ... 204
• 제3세부연구개발과제 연구결과 ... 208
• 1. 제3세부 연구개발과제의 최종 연구개발 목표 ... 209
• 2. 제3세부 연구개발과제의 연구대상 및 방법 ... 210
• 3. 제3세부 연구개발과제의 최종 연구개발결과 ... 219
• 4. 제3세부 연구개발과제의 연구결과 고찰 및 결론 ... 220
• 5. 제3세부 연구개발과제의 연구성과 ... 249
• 6. 참고문헌 ... 255
• 끝페이지 ... 256