녹두분말의 가수분해 조건에 따른 특성 비교

Characteristics of Mung Bean Powders After Various Hydrolysis Protocols

Abstract

국내산 녹두의 효율적 활용방안으로 녹두분말(A)와 효소제 무첨가 가수분해분말(B) 및 최적조건에서 가수분해시킨 분말(C)의 기능적 특성을 각각 비교하였다. 그 결과 단백질, 지방, 탄수화물, 회분, 수분 등 성분의 함량은 녹두 분말의 처리 방법에 따른 큰 차이가 없었다. 색도는 (B)와 (C)는 비슷한 경향을 보였으며 환원당의 함량은 (C)가 292.63 mg%로 높은 함량을 보였으며, 총 페놀 함량은 (A)와 (C)가 각각 38.63 mg%와 38.38 mg%로 나타내었다. SDS-전기영동 패턴을 살펴본 결과 (A)와 (B)에 비하여 (C)구간은 17 kDa 이하의 저분자 분자량을 나타냈다. 유리당 함량은 (A)와 (B)가 각각 86.36 mg%, 54.20 mg%에 비하여 (C)가 1,125.16 mg%로 높은 함량을 나타내었다. 총 유리아미노산 함량은 (C)<(B)<(A)순으로 각각 22,116.35 mg%, 2,731.29 mg%, 578.54 mg% 함량을 나타내었으며, 필수아미노산 함량도 (C)가 8,231.42 mg%로 높은 함량을 보였다. DPPH free radical 소거활성능은 (A)와 (C)가 각각 62.16%, 57.63%로 높은 활성을 보였으나 (B)는 19.26로 가장 낮은 활성을 나타내었다. 혈전용해 활성은 (C)가 24.01%로 가장 높은 활성을 나타내었고, (A) 20.69% 그리고 (B) 18.06%의 활성순으로 나타났다. 최적조건에서 가수분해 녹두분말(C)이 가수분해 되지 않은 무처리 녹두분말(B)과 녹두분말(A)에 비해 기능적 및 품질 특성이 매우 높은 것으로 나타나 식품 소재로 다양한 활용이 기대되었다.

To efficiently use Korean mung beans, the functional characteristics of mung bean powder(A), unhydrolyzed mung bean flour(B), and mung bean flour hydrolyzed under optimum conditions(C), were compared. The contents of protein, fat, carbohydrate, ash, and water, did not vary greatly with different treatment methods. The color values of (B) and (C) were similar, while the L value of (A) was higher than those of the other samples. Thereducing sugar content of (C) was highest at 292.63 mg%, while the total phenol contents of (A) and (C) were similar at 38.63 mg% and 38.38 mg%, respectively. The molecular weight of (A) was under 17 kDa by SDS-PAGE, and was lower than the molecular weights of the other samples (B, C), which generally ranged from 17 kDa to 72 kDa. The free sugar content of (C) was highest at 1,125.16 mg%, while (A) and (B) yielded values of 86.36 mg% and 54.20 mg%, respectively. Total free amino acid contents were in the order(C)(B)(A), and were 22,116.35 mg%, 2,731.29 mg%, and 578.54 mg%, respectively. The amino acid content of (C) was 8,231.42 mg% and was higher than those of (A) or(B). The DPPH free radical scavenging abilities of (A) and (C) were high, at 62.1% and 57.63%, respectively, while (B) showed a lower value at 19.26%. Fibrinolytic activity was highest(24.01%) in (C), and was 20.69% in (A) and 18.06% in (B). The above results indicate that mung bean flour hydrolyzed under optimal conditions (C) had the highest functional and quality characteristics, in comparisonh with unhydrolyzed flour (B) and mung bean powder (A). Diverse applications of hydrolyzed mung bean flour are anticipated.

서 론

녹두(mung bean)는 콩과식물의 1년생 작물로써 명녹두,조녹두 그리고 황녹두 등의 품종이 있으나 명녹두가 주종을 이루고 있으며, 둥글고 작은 것이 좋은 품종으로 알려져 있다. 녹두는 향미가 좋고 전분질이 우수하여 녹두빈대떡,청포묵, 떡고물, 녹드죽, 숙주나물 등 고급식품과 당면원료로 사용되고 있으며 잡티제거, 땀띠나 여드름 등의 각종피부질환 및 미백에도 유용하여 한방 화장품의 주원료로도 쓰이고 있다. 또한, 몸을 차게 하는 특징을 가지고 있어 해열, 고혈압 등과 물을 많이 마시고 더위로 설사하는데삶은 즙을 마시면 효과가 뛰어나다고 전해지고 있다(1).

최에 관한 연구로 녹두, 밀가루 복합분의 제면성 및 제품특근까지의 녹두에 관한 연구로는 녹두의 일반성분(2), 전분의 이화학적 성질 및 겔의 노화특성(3), 녹두단백질의 분리 및 기능에 따른 특성에 대한 연구(4,5) 등이 보고되었으며, 녹두를 활용한 가공식품의 제조에는 녹두 전분의 첨가 농도가 오미자편의 품질 특성에 미치는 영향(6), 녹두전분과 설탕의 함량을 달리 한 도편의 품질특성과 기호도(7), 면류가공원료성 (8)과 더불어 녹두의 이소플라본 함량과 항산화 및 혈전용해 활성(9), 녹두 나물 생즙이 카드뮴에 의한 흰쥐의 간 손상에 미치는 영향(10), 녹두 lectin의 cytokine 생성효과(11)에 대한 연구가 보고되었다. 이에 녹두를 활용한 다양한 식품소재로 활용하기 위한 연구가 요구되고 있으나 가수분해에 관한 연구는 없는 실정이다.

최근에 단백질을 식품에 폭 넓게 이용하기 위해서 단백질 가수분해물 개발에 많은 노력이 이루어지고 있다. 식품 단백질의 기능적 특성을 향상시킬 때에 일반적으로 사용되는 물리적, 화학적 및 효소적 변형들이 있으며 물리적 변형은 고도의 기능성 향상을 기대하기 어려우며, 화학적 변형은 여러 가지 결점들이 보고되고 있으므로(12) 효소적 변형을 이용하여 단백질을 유리아미노산, oligopeptide, 저분자 단백질로 변형하여 각각 원래 단백질에서 분해 후 처음과 다른 생리활성을 지니게 됨으로써 기능성을 향상 시키려는 연구가 많이 시도되고 있다(13). 이러한 녹두의 국내 생산량은 1996년 3,479톤이던 것이 1999년에는 2,283톤으로 감소하는 추세이며, 수입량은 1998년 대비 1999년에 140%의 증가율을 보이면서 크게 증가되고 있다.

본 연구에서는 녹두의 효율적 활용방안으로 효소적 가수분해에 따른 기능적 특성 변화를 조사하여 다양한 식품소재로 활용 가능성을 조사하였다.

재료 및 방법

재 료

본 실험에 사용한 녹두는 2005년 전라북도 정읍시 소성농협식품에서 시판되는 껍질이 제거된 녹두를 구입하여 사용하였다. 효소제는 Gu 등(13)의 최적조건으로 선별한 a-amylase (14,500 unit/g, Daiwa Kasei, Japan)와 protease (70,000 PU/g, Daiwa Kasei, Japan)를 각각 사용하였다.

시료의 전처리

녹두분말 시료(A)는 건조 상태에서 껍질을 제거한 녹두를 분쇄기 (MC-811C, Samsung Co. Ltd, Korea)로 100 mesh이상 분쇄시켜 사용하였고 Gu 등(13)의 최적 조건에 준하여 가수분해한 녹두분말(C)은 녹두를 roasting 후 실온에서 1시간 침지, 5분간 가열한 후 물기를 제거하고 냉각시킨 녹두의 중량에 400% (v/w) 물을 첨가하여 homogenizer (HF-93, SMT company, Japan) 로 10,000 rpm에서 5분간 마쇄하였다. 그리고 500 mL erlenmeyer flask에 마쇄된 녹두액 200 mL씩을 넣고 효소제를 첨가한 후, shaking water bath (100 rpm)에서 60°C, 1시간 동안 가수분해한 후 냉각시켜 녹두 가수분해물을 분무 건조하여 시료로 사용하였다. 그리고 열처리 등에 따른 변화를 조사하기 위하여 최적가수분해 조건으로 분해를 하면서 효소제만 첨가하지 않은 구간(B)을 대조군으로 각각의 특성을 비교하였다.

일반성분 분석. 색도, 환원당 및 총 페놀성 화합물 함량

녹두분말의 일반성분 분석은 AOAC법 (14)에 따라 정량하였다. 분말 시료의 색도는 색차계(CR-10, Japan)를 사용해 명도(L), 적색도(a), 황색도(b)를 각각 측정하여 Hunter’s color value로 나타내었다. 환원당 함량은 dinitrosalicylic acid (DNS) 법 (15)으로 UV-visible spectrophotometer (Shimadzu UV-1601, Japan)를 이용하여 546 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 당 정량은 glucose를 표준물질로 사용하여 상기의 방법으로 작성 한 표준곡선으로부터 환산하여 측정하였다. 총 페놀성 화합물 함량은 Folin-Denis법으로 UV-visible spectrophotometer를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 tannic acid를 표준물질로 사용하여 상기의 방법으로 작성한 표준곡선으로부터 환산하였다(16).

유리 아미노산

녹두분말 시료에 75% ethanol 100 mL(v/v)을 가하여 80°C 로 유지되는 water bath에 1시간 추출하고 추출액은 여과지(What man No. 1)로 여과하여 감압 농축시켜 증류수로 100 mL이 되게 정용한 후 이 중 50 mL를 취하고, 여기에 25% TCA 용액을 동량 가하여 1시간 동안 냉장 보관 후 원심분리(3,000 rpm, 20 min)를 하였다. 상등액에 diethyl ether 100 mL을 가하여 3회 반복 추출하여 지질, 색소 및 지용성 물질을 제거하였다. 수용액층은 40°C에서 감압농축 건조시켜0.2 N lithium citrate buffer (pH 2.2) 10 mL로 용해하고 membrane filter (pore size 0.22 μm, Advantec MFS. Japan)로 여과한 액을 아미 노산 자동분석기 (Biochem 20, Pharmacia Biotech. Ltd, England)로 분석하였다.

유리당 함량

유리당 분석은 건조된 시료를 diethyl ether로 탈지한 후탈지 시료 5 g에 75% ethanol 200 mL(v/v)을 가하여 80 & deg; C로 유지된 water bath에서 1시간 환류 냉각시키면서 유리당을추출하였다. 추출액은 냉각 여과하여 50°C에서 감압농축한 후 100 mL로 정용하였다. Sep-pack C₁₈ cartridge로 색소 및 단백질성분을 제거한 후 0.45 μm membrane filter로 여과하여 high performance liquid chromatograph (HPLC, Waters 2690, Japan)로 분석하였다. 이때 유리당 분석 colunm은 carbohydrate analysis column (4.6×250 mm. Waters Co.), detector는 RI(M410 RI) detector, mobile phase는 75% acetonitrile, flow rate는 0.6 mL/min, injection volume은 20 & mu;L로 하였다.

SDS-PAGE 전기영동

녹두 가수분해물을 원심분리하여 상등액에 sample buffer를 동량 첨가한 후 100°C의 물에 5분간 가열하여 단백질의 완전한 변성을 유도한 후 전기영동을 하였다(Mini-PROTEAN 3, BIO-Rad Laboratories, Inc. USA). 전기영동용 완충용액은 0.1%(w/v) SDS를 포함하는 0.025M-Tris base, 0.192 M glycine(pH 8.3) 용액을 사용하였다. Gel의 염색은 coomasie blue R-250로 상온에서 30분간 교반하면서 염색하였고, 탈색시약(100 mL methanol, 100 mL glacial acetic acid, 800 mL H₂O)으로 gel을 18시간 이상 탈색시켜 가용성 단백질의 전기영동 패턴을 조사하였다.

DPPH free radical 소거활성

녹두분말 시료의 α,α'-diphenyl-β-picrylliydrazyl (DPPH)라디칼 소거 활성 (17)은 DPPH 12 mg을 absolute ethanol 100 mL에 용해한 후, 50% ethanol 용액을 대조구로 하여 517 nm에서 DPPH용액의 흡광도를 약 1.0이 되도록 희석하여 사용하였다. 시료 1 mL에 DPPH용액 4 mL을 혼합하여 정확히 30분 동안 반응시킨 후, UV-visible spectrophotometer를 이용하여 517 nm에서 흡광도의 변화를 측정해 아래의 식으로부터 DPPH 라디칼 소거활성을 계산하였다.

DPPH free radical scavenging activity(%)= (\(1-\frac{As}{Ac}\))×100

As : 시료 첨가구의 흡광도

Ac : 시료 무첨가구의 흡광도

혈전용해 활성

혈전용해 활성은 Anson의 방법(18)을 변형하여 UV- visible spectrophotometer로 660 nm에서 흡광도를 측정하였다. 분해물의 tyrosine양은 tyrosine을 표준물질로 사용하여 작성한 표준곡선으로부터 환산하였다. 효소활성은 조효소액 1 mL가 1분 동안 tyrosine 1 μg을 생성하는 능력을 1 unit로 하였다.

통계 처리

본 실험에서 얻어진 결과의 유의성 분석과 유의차 검정은 SAS에 의한 분산분석과 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

결과 및 고찰

시료의 일반성분

녹두 가수분해 조건에 따른 주요 성분 변화를 Table 1에 나타내었다. 껍질을 제거한 생 녹두분말(신은 조지방 함량 2.2%, 조회분함량 3.3%로 다른 구간에 비해 높게 나타났다. 가수분해를 시키지 않은 녹두분말(B)은 당질의 함량이 62.7%로 상대적으로 높게 나타났고, 최적조건에서 가수분해 시킨 녹두분말(C)의 경우 조단백함량이 28.6%로 높게 나타났지만 녹두의 전처리 방법에 따른 일반 성분의 변화는큰 차이를 나타내지는 않았다.

Table 1. Proximate composition of the mung bean flour

색도. 환원당 및 총 페놀성 화합물 함량

녹두분말 시료들의 색도, 환원당 및 총 페놀 함량을 분석한 결과, Table 2와 같이 L값은 (B)와 (C)에서 각각 8 0.3와79.4로 큰 차이를 보이지 않았으나 효소제를 처리한 (A)는 86.5로 (B)와 (C)에 비해 높게 나타났다. a와 b값은 시료들간에 큰 차이를 보이지 않았다 환원당 함량은 (A)와 (B)에서는 3.25 mg%와 1.63 mg%로 함량이 매우 낮았으나 최적조건에서 처리한 (C)의 경우 292.63 mg%로 (A)에 비해 약 90배 이상 높은 함량을 나타내었다. 이것은 효소제로 처리에 의해 녹두에 함유된 다당류들이 가수 분해되어 환원당이 생성하는 것으로 추측된다. 총 페놀성 화합물 함량을 조사한 결과 (A)와 (C)는 약 38 mg%로 큰 차이가 없었으나, (B)에서 26.96 mg%로 (A)와 (C)보다 낮게 나타났다. 종실류의 페놀성 화합물 중 flavonoid류와 phenolic acid가 가장 중요한 항산화물질이라 보고가(19) 있으므로 추후 녹두의 페놀성 화합물의 성분에 대한 연구가 더 필요한 것으로 생각된다.

Table 2. Difference of hunter’s color, reducing sugar and total phenol on the mung bean flour

SDS-PAGE 전기영동 패턴

녹두의 가수분해 정도를 조사하기 위해서 SDS-PAGE상에서 전기 영동한 결과를 Fig. 1에 나타내었다. Lane 2는 효소제를 처리한 것(A)으로서 분자량 50,000-70,000 Da 사이에 7개의 band가 나타내었고 그 중 가장 주된 분리대는 분자량이 53,000 Da로 Derbyshire 등(20) 및 Koh 등(21)의 선행 연구에서도 가수분해 된 단백질의 분자량 53,000 Da으로 보고된 것으로 보아 본 연구 결과와 일치하는 경향을 나타내었다. 효소처리를 하지 않은 lane 3(B)은 52,000-72,000 Da, 30,000-33,000 Da과 17,000 Da 이하의 분자량을 나타내고 있다. 하지만 최적조건인 Lane 4 (C)는 24,000 Da 이상의 상위 band가 나타나지 않았으며, 17,000 Da 이하의 단백질 band가 넓은 분포대를 나타내었다. 이는긴 peptide 사슬을 보다 작은 분자량의 peptide 혼합물로 가수분해함으로 인하여 이들 단백질이 저분자화 되는 것을전기영동분석 결과로 추정 할 수 있었다. 따라서 고분자의 녹두 단백질은 효소제 처리에 의하여 17,000 Da이하의 저분자 peptide를 가지고 있음을 확인 할 수 있었다.

Fig. 1. SDS-polyacrylamide gel electrophoresis profile on the mung bean flour.

유리당 함량의 변화

녹두분말 시료의 유리당 조성을 분석한 결과를 Table 3에 나타내었다. (A)에서는 sucrose 65.50 mg%, glucose 10.22 mg%, maltose 7.64 mg%로 나타났으며, sucrose가 전체 함량의 78.57%를 차지하였다. (C)에서는 maltose, glucose 및 sucrose가 810.18, 192.14 및 121.84 mg%순으로 나타났다. (B)에서는 maltose는 검출되지 않았고, sucrose와 glucose 함량은 (A)와 (C)에 비해 낮게 나타났다. 이는 녹두분말의 전분이 이당류와 단당류로 분해가 되지 않았으나 효소처리로 인하여 전분질이 이당류 및 단당류까지 분해가 일어난 것으로 추정되었다. 그러나 녹두의 구성성분 중 당질이 대부분을 차지하는 것에 비하여 유리당으로 분해는 많지 않았던 것으로 생각된다.

Table 3. Free sugar contents of the mung bean flour

유리아미노산 함량의 변화

각 처리 조건별 녹두분말의 유리아미노산을 분석한 결과를 Table 4에 나타내었다. (C)의 유리아미노산 조성은 glutamic acid (4,450.80 mg%), arginine (4,225.05 mg%), phenylalanine (2,707.13 mg%), leucine (2,296.00 mg%), valine (1,359.28 mg%) 등의 순으로 함유된 것으로 나타났다. Kim 등(22)이 한국산 녹두의 단백질 중 glutamic acid, arginine 순으로 많이 함유되었다는 보고와 유사한 경향을 나타내었다. 또한 Mu 등(23)의 결과에서 한국산 녹두에는 분리된 유리아미노산 중 함황 아미노산인 cystine은 본 연구의 녹두 추출액에서는 검출되지 않아 원료 상에 차이가 있는 것으로 나타났다. (C)의 총 유리아미노산 함량은 22,116.35 mg%으로 (B)의 유리아미노산 함량 2,731.29 mg% 보다 8배 높은 함량을 나타내었으며, (A)의 함량 578.54 mg% 보다는 약 38배 높은 함량을 나타내었다. 또한,필수아미노산은 (C)가 8,231.42 mg%로 가장 높은 함량을 나타내어 다른 녹두분말 시료(A)와 (B) 보다 약 11~235배 높은 함량을 나타내었다. 이는 증자 및 열처리, 효소처리에 의해 단백질이 아미노산으로 전이된 시료(B)와 (C)에 비해(A)는 가수분해가 되지 않은 것으로 생각된다.

Table 4. Comparison of free amino acid content on the mung bean flour

DPPH free radical 소거 활성

DPPH는 free radical을 갖는 물질 중에서 비교적 안정한 화합물로 항산화 활성을 갖는 물질에 의해 환원됨으로써불가역적으로 안정한 분자를 형성하여 색이 탈색되는데이로부터 항산화 물질의 전자공여능 차이를 쉽게 즉정 할수 있고 실제 항산화 활성과도 연관성이 매우 높은 장점이 있는 방법으로 알려져 있다. 녹두분말 시료의 DPPH free radical 소거활성을 조사한 결과 Fig. 2에서와 같이 (A)는 62.16%로 가장 높은 활성을 나타내었고, (C)는 57.63%의 활성을 나타내었으며, (B)는 가장 낮은 19.26%의 활성을 나타내었다. 가수분해 시키지 않은 구간(B) 보다 가수분해된녹두분말(C)의 DPPH fee radical 소거 활성이 3배 이상 높아지는 것을 알 수 있었다. Yamaguchi 등(24,25)도 단백질 가수분해물의 항산화능은 구성 peptide의 성상에 따라 차이가 있으며, 이는 가수분해에 의하여 생성된 peptide의 말단아미노산에 의하여 그 peptide의 입체 구조가 달라지기 때문이라고 추정하고 있으며 이러한 peptide류의 항산화작용은 분자량과도 관련이 있다고 생각된다.

Fig. 2, Comparison of DPPH free radical scavenging activity on the mung bean flour.

혈전용해 활성

혈전은 상처를 복구할 때 생체내의 혈전생성기작(blood cascade mechanism)에 의해 활성화된 thrombin에 의하여 fibrinogen이 fibrin으로 전환되고 이들이 서로 불용성의 입체적 구조를 가진 3차원의 격자 중합체를 형성함으로 생성되며(26), 지혈과정에서 중요한 역할을 담당하는 것으로 알려져 있다. Fig. 3에서와 같이 처리조건을 달리 한 각각녹두분말 시료들의 혈전용해 활성을 조사한 결과, (C)에서 24.01%로 가장 높은 활성을 나타내었으며, (A)에서 20.69%로 나타났고 (B)에서는 18.06%로 가장 낮은 활성을 나타내었다. 상기 실험에서는 우리나라 전통 대두발효식품으로써 혈전용해능이 우수하다고 보고된 된장(27)과 청국장(28)장류보다는 낮은 혈전용해 활성을 나타내었으나 시료 자체에 혈전용해물질을 갖고 있다. 한편, Oh 등(9)은 plasmin을 이용하여 녹두의 혈전용해 활성 연구에서 산 처리 및 열처리에 의해 활성이 발현되었다는 보고에 의해 다양한 활용성 등을 고려할 때 높은 부가가치를 지닌 기능성 식품 소재로의 활용이 기대되었다.

Fig. 3. Comparison of fibrinolytic activity on the mung bean flour.

요 약

국내산 녹두의 효율적 활용방안으로 녹두분말 (A)와 효소제 무첨가 가수분해분말 (B) 및 최적조건에서 가수분해시킨 분말 (C)의 기능적 특성을 각각 비교하였다. 그 결과 단백질, 지방, 탄수화물, 회분, 수분 등 성분의 함량은 녹두분말의 처리 방법에 따른 큰 차이가 없었다. 색도는 (B)와 (C)는 비슷한 경향을 보였으며 환원당의 함량은 (C)가 292.63 mg%로 높은 함량을 보였으며, 총 페놀 함량은 (A)와 (C)가 각각 38.63 mg%와 38.38 mg%로 나타내었다. SDS-전기영동 패턴을 살펴본 결과 (A)와 (B)에 비하여 (C) 구간은 17 kDa 이하의 저분자 분자량을 나타냈다. 유리당 함량은(A)와 (B)가 각각 86.36 mg%, 54.20 mg%에 비하여 (C)가 1,125.16 mg%로 높은 함량을 나타내었다. 총 유리아미노산 함량은 (C)> (B)> (A)순으로 각각 22,116.35 mg%, 2,731.29 mg%, 578.54 mg% 함량을 나타내었으며, 필수아미노산 함량도 (C)가 8,231.42 mg%로 높은 함량을 보였다. DPPH free radical 소거활성능은 (A)와 (C)가 각각 62.16%, 57.63%로 높은 활성을 보였으나 (B)는 19.26로 가장 낮은 활성을 나타내었다. 혈전용해 활성은 (C)가 24.01%로 가장 높은 활성을 나타내었고, (A) 20.69% 그리고 (B) 18.06%의 활성순으로 나타났다. 최적조건에서 가수분해 녹두분말 (C)이 가수분해 되지 않은 무처리 녹두분말(B)과 녹두분말 (A)에 비해 기능적 및 품질 특성이 매우 높은 것으로 나타나 식품소재로 다양한 활용이 기대되었다.

감사의 글

본 연구 결과는 2005년 전라북도 정읍시 연구과제의 일부로 이에 감사드립니다.