고 분지아미노산 함유 옥수수 단백가수물의 제조 및 알코올성 간 손상 보호효과

Abstract

본 연구는 새로운 기능성 단백가수분해물(펩타이드 등)의 소재개발을 위하여 전통메주로부터 단백질 가수분해능이 우수한 균주를 분리하고, 변이에 따른 활성 변화와 반응조건별 단백질 분해능의 조건을 확립하였다. 또한 옥수수 글루텐으로부터 분지쇄아미노산(branched chain amino acid, BCAA) 함량이 강화된 기능성 펩타이드 제조를 위한 분해조건을 최적화하고, 이의 알코올성 간 손상에 대한 보호효과를 동물실험을 통해 조사하였다. 메주에서 분리한 400여종의 곰팡이와 세균 중에서 clear zone을 형성하는 크기에 따라 1차적으로 16종(9종의 Aspergillus sp.과 7종의 Bacillus sp.)을 선별하였다. 이 중 단백질 분해 효소 활성과 clear zone 형성 정도가 우수한 Aspergillus sp. F-8과 Bacillus sp. B-4을 선정하였다. Aspergillus sp. F-8과 Bacillus sp. B-4의 단백질 분해 효소 활성은 random mutation에 의해 각각 1.7배와 2.1배 향상되었다. 최종 선별 변이주인 Aspergillus sp. F-8-Mutant의 효소 활성에 대한 가수분해 반응조건 중 온도, 배양시간 및 pH의 효과를 조사한 결과, 45℃에서 72시간까지 배양 시 최대 54.0%의 높은 가수분해율을 나타내었다. 그러나 반응물의 pH를 조절한 경우, 가수분해율의 변화는 없었으나, 일반세균이 200배 이상 증가함으로써 세균오염의 가능성을 보였다. 원료의 전처리, 가수분해 방법, 농축과정 및 제형화 공정을 최적화하여 BCAA 함량이 증가된 옥수수 펩타이드 제조법을 확립하였다. 옥수수 글루텐의 단백질 회수율은 증자와 탄수화물 분해효소 처리 등의 전처리 과정에 의해 약 11% 정도 증가하였다. 가수분해 방법에서는 미생물을 배양하여 제조한 코지에 상업용 효소를 소량 혼합하여 반응시킨 가수분해물에서 향상된 유리아미노산 및 BCAA 함량을 얻을 수 있었다. 또한, 가수분해 반응액은 농축과 여과를 통해 BCAA의 함량이 약 100% 정도 향상되었다. 위의 조건에서 제조한 옥수수 가수분해 반응물의 분말화를 위해 분무건조기의 온도와 고결방지제 종류를 비교한 결과, inlet 온도 185℃, outlet 온도 80℃, 분산속도 18,000 rpm에서 2% maltodextrin을 사용 시 가장 좋은 상태의 분말 제품을 얻을 수 있었다. 이와 같은 가수분해 및 분말화 공정을 통해 단백질 이용률이 32%까지 향상되고, BCAA 함량이 전체 유리아미노산 대비 41%의 높은 비율로 구성되어 있는 옥수수 글루텐 가수분해물을 제조할 수 있었다. 이상과 같이, 본 연구에서는 옥수수 글루텐 가수분해물 제조를 위한 최적화 과정을 통해 BCAA가 풍부한 가수분해물 제조와 최종 제품의 품질 안정화 조건을 확립할 수 있었다. 또한, 본 연구에서 개발한 미생물(코지)과 효소를 동시에 사용하는 방법에 의하여 옥수수 글루텐을 가수분해하면 적은 양의 효소사용으로 유사한 유리아미노산 및 BCAA 함량을 나타내는 가수분해물을 얻을 수 있었다. 따라서, 본 연구에서 개발한 옥수수 글루텐 가수분해물 제조공정은 매우 효율적이며, 경제적인 방법이라 할 수 있다. 위에서 얻은 최적의 조건에서 제조한 옥수수 글루텐 가수분해물(corn gluten hydrolysates, CGH)의 알코올 대사 및 간 기능 보호효과에 대한 효과를 측정하였다. 즉, 흰쥐에게 4주간 시료를 함유한 알코올을 경구 투여함에 의해 간 손상을 유도시키고, 혈액 중 생화학적 간 기능 지표(ALP, GOT, GPT), 간세포 내 항산화 효소(SOD, GPX, catalase)와 지질과산화물(MDA) 및 알코올 대사와 관련된 효소(ADH, ALDH, MEOS)의 활성을 측정하였다. 또한 알코올 섭취에 따른 경시적인 ethanol과 acetaldehyde 농도에 대한 시료의 효과를 분석하였다. 알코올성 간 손상을 입은 흰쥐의 체중변화 및 간 중량에 대한 에탄올 투여 및 CGH의 효과는 보이지 않았으며, 식이섭취량은 정상군에 비해 CGH 섭취군에서 유의적으로 감소하였다. 알코올 섭취로 증가된 혈중 ALP 활성은 CGH 처치로 약30% 감소한 반면, GOT 및 GPT 활성은 유의적인 변화를 보이지 않았다. 알코올성 간 손상에 따른 체내 항산화 반응계 중 catalase 효소활성은 알코올 투여군에 비해 CGH 처리군에서 79%까지 유의적으로 감소하였다. ADH 활성은 유의적인 차이를 보이지 않았으나, ALDH 활성은 알코올 투여 대조군에 비해 CGH군에서 20% 정도 유의적으로 증가하였다. 특히, CGH는 MEOS활성에 대해 농도의존적으로 작용하여 3% CGH을 급여한 그룹에서는 알코올 투여 대조군에 비해 20%까지 활성이 감소하는 결과를 보였다. 알코올 단회 투여에 따른 경시적인 혈액 중 ethanol 농도는 유의적인 차이가 없었다. 그러나 acetaldehyde 농도는 CGH 투여에 의해 급격히 감소하였고, 시간에 따른 곡선 하 면적으로 환산한 결과, 약 60% 정도 감소한 효과를 보였다. 이상과 같이, CGH는 알코올 대사과정 중 ALDH 및 MEOS system에 작용하여 체내 알코올성 간 손상에 대한 간 기능 보호효과와 함께 ethanol 대사산물인 acetaldehyde의 체내 배출을 촉진시키는 기능성 소재로 활용이 가능함을 알 수 있었다.