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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.33 No.2 pp.167-173
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2020.33.2.167

Effect on Angiotensin-Ⅰ Converting Enzyme Inhibition and Antioxidant Activities of Soybean (Glycine max L.) following Steaming and Drying Nine Times

Hyun Young Kim, Hye-Young Seo*, Woo Duck Seo, Mi Ja Lee, Man-Soo Choi, Hyeonmi Ham†
Junior Researcher, Division of Crop Foundation, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
*Research Assistant, Division of Crop Foundation, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea
Corresponding author: Hyeonmi Ham, Junior Researcher, Division of Crop Foundation, National Institute of Crop Science, Rural Development Administration, Wanju 55365, Korea. Tel: +82-63-238-5335, Fax: +82-63-238-5305, E-mail: hamhm@korea.kr
11/07/2019 27/03/2020 07/04/2020

Abstract


To increase the functional material content of soybean, a repetitive steaming and drying process was used. We investigated the changes in the total polyphenol content, the antioxidant activity, and the angiotensin-Ⅰ converting enzyme (ACE) inhibition in soybean following nine rounds of steaming and drying. Soybean was steamed 9 times for 2 h and then dried 9 times from 55°C to 73°C for 3 h. The total polyphenol content in the soybean reached a maximum value of 60.47 mg GAE eq./100 g at 73°C while the total polyphenol content in the raw soybean reached 25.17 mg GAE eq./100 g. In the raw soybean samples, the DPPH radical scavenging activity (5 mg/mL) was 8.04% but it increased by 43.29% after drying 9 times to 73°C. ABTS radical scavenging activity also improved following 9 rounds of steaming and drying. ACE inhibitory activity of the soybean dried 9 times at 73°C was 58.94% at 10 mg/mL. These results showed that steaming and drying soybean 9 times enhanced the antioxidant activity and the ACE inhibitory activity of soybean. Therefore, more research on the biological and anti-hypertensive activity of soybean using this steaming and drying method is necessary.



구증구포 처리 대두 추출물의 항산화 활성 및 Angiotensin-Ⅰ Converting Enzyme 저해 효과

김 현영, 서 혜영*, 서 우덕, 이 미자, 최 만수, 함 현미†
농촌진흥청 국립식량과학원 작물기초기반과 농업연구사
*농촌진흥청 국립식량과학원 작물기초기반과 연구원

초록


    서 론

    예로부터 대두는 주식인 쌀 다음으로 우리나라 국민이 많 이 섭취하는 중요한 곡물로서 각종 장류나 음식의 주재료로 사용되어져 오고 있다(Hong 등 2014). 대두는 단백질(35~ 40%)과 지방(15~20%)의 함량이 높아 영양학적 가치가 우 수할 뿐만 아니라, 다양한 생리활성을 가진 기능성 물질들 을 함유하고 있어 건강․기능성 식품소재로 기대되고 있다. 대두에는 phyic acid, triterpene, flavonoid, lignan 등 14종 이상의 phytochemical들이 암 예방 및 증식억제에 관여하는 것으로 밝혀졌으며(Caragay AB 1992), 특히 여성호르몬인 estrogen과 유사한 구조의 이소플라본은 갱년기 여성들에게 많은 비만, 골다공증 및 심혈관계질환의 예방효과가 보고되 고 있다(Jeon 등 2005). 현재까지 국내에서 대두의 유용성 분, 생리활성, 효능평가 등 다양한 연구가 보고되고 있다. 대 두와 쥐눈이콩 추출물의 항산화 활성 평가(Hong 등 2014), 유기농 콩 추출물의 항염증 및 항알레르기 효과 연구(Chung 등 2011), 대두 에탄올 추출물의 항병이원성 및 변이원성 검 정(Chang 등 2002), 두류 종류별 항돌연변이 및 암세포 증 식 억제 효과(Lim SY 2010) 등 다양한 생리활성 소재로서 가능성을 제시한 연구가 보고되고 있다. 또한, 대두를 활용 하여 발아(Jeon 등 2005), 로스팅(Lee 등 2014), 발효(Jang & Jeong 2011), 가수분해(Back 등 2010) 등 다양한 방법을 적 용 후 유용성분 및 생리활성 변화를 분석하고, 평가함으로 써 산업화소재 활용의 기초자료로 제공하고자 한 선행연구 들이 있다.

    대부분 건강기능식품 제조 시 소재의 유용성분 함량을 증 가시키기 위해 발효, 가수분해, 분쇄 및 건조 등 다양한 가공 방법이 사용된다(Jang 등 2015). 또한 유용성분 추출 시 사용 되는 추출용매 종류 및 시간, 온도 등 조건에 따라 생리활성 물질의 함량과 활성에 유의적인 영향을 주는 것으로 연구되 고 있다(Jun 등 2016). 여러 가공 방법 중 하나인 구증구포(九 蒸九曝)는 한약재 수치법 중 하나로, 9번 찌고 말리는 과정을 반복하여 제조되는 것으로, 인삼의 경우 9증9포 후 흑색을 띠 는 인삼을 흑삼이라 표현하고, 가공인삼보다 ginsenoside 종 류 및 함량이 높게 나타났다는 보고가 있다(Kim 등 2011). 그러나 대두를 이용하여 구증구포 처리를 하여 항산화 활성 및 생리활성을 평가한 연구는 전무한 실정이다.

    따라서 본 연구에서는 9번 찌고 말리는 방법인 구증구포 를 통하여 대두가 가진 많은 생리활성물질의 변화를 살펴보 고자 총 페놀 함량과 항산화 활성 및 ACE 저해활성을 평가 하여 대두의 9증9포 방법이 대두 성분 변화에 미치는 영향 을 분석함으로써 식품가공에 활용되는 기초자료를 제공하 고자 하였다.

    재료 및 방법

    1. 실험 재료

    본 연구에 사용된 대두(Glycine max L.)는 농가 재배면적 이 대체적으로 넓고, 대표품종으로 알려진 대풍3호로 경남 밀양 소재의 국립식량과학원 남부작물부 시험용 포장에서 2018년도에 생산된 것을 실험재료로 하여 4℃ 냉장고에 저 장하면서 실험에 사용하였다.

    2. 증포 처리 방법

    대두를 증류수에 18시간 침지 후 200 g을 상압증자기 (ST-KS01, Royal Essex, Stoke, England)에 넣고 100℃로 증 숙한 후, 열풍 건조기(HFD-60000HL, Hanil, Seoul, Korean) 를 이용하여 각각 55℃, 63℃, 70℃로 3시간씩, 각각 9회 반 복하여 증포하였다. 열풍건조 설정 온도는 기업체 및 제품 개발 시 가장 많이 사용하는 온도로 설정하였다(Kim 등 2011;Jun 등 2016). 모든 처리가 끝난 샘플은 최종적으로 동결건조(FDU-2100, EYELA, Tokyo, Japan)한 다음 분석시 료로 사용하였다. 또한 각각 처리한 대두의 형태를 비교하 기 위하여 대두의 외관은 대두와 일정한 거리로 유지시킨 다음 카메라를 고정하고, 디지털카메라(HDR-PJ50, Sony, Tokyo, Japan)로 촬영하였다.

    3. 메탄올 추출물 제조

    메탄올 추출물 제조는 증포처리하지 않은 대두와 각 조건 별로 증포 처리한 대두를 실험용 분쇄기(NSG-100 2SS, Hanil, Seoul, Korea)로 분쇄한 후에 분쇄물 2 g에 100% 메 탄올 40 mL를 첨가하여 24시간 동안 교반추출한 다음 원심 분리(5,000 rpm, 10 min) 및 여과(Whatman No. 4, GE Healthcare Bio-Sciences AB, Uppsala, Sweden)하는 과정을 3회 반 복 추출하였다. 최종 추출용매는 진공회전농축기(N-1000, EYELA, Tokyo, Japan)를 이용하여 농축한 후 동결건조 (FDU-2100, EYELA, Tokyo, Japan)하여 추출 후 무게를 측 정하여 수율을 측정하였으며, -20℃에 보관하며 활성 분석 시료로 사용하였다.

    4. 갈변도

    증포처리 시료의 갈변도는 Ajandouz 등(2001)의 방법을 변형하여 측정하였다. 증포처리한 분말 시료 10 g에 80% 메 탄올 100 mL를 첨가하여 4시간 균질화 시킨 후 여과 (Whatman No. 4, GE Healthcare Bio-Sciences AB, Uppsala, Sweden)한 용액을 이용하여 Maillard 반응 중간생성물을 측 정하는 280 nm와 Maillard 반응 최종생성물을 측정하는 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.

    5. 폴리페놀 함량 및 항산화 활성 측정

    추출물에 대한 총 폴리페놀 함량은 Woo 등(2015)의 방법 에 따라 총 폴리페놀 함량은 추출물 10 μL에 2% Na2CO3 용 액 200 μL를 가한 후 3분간 방치하여 50% Folin-Ciocalteu reagent(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 10 μL를 가하 였다. 30분 후, 750 nm 파장에서 흡광도를 측정하였고, 표준 물질인 gallic acid(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 사용하여 검량선을 작성하였으며, 시료 g중의 mg gallic acid equivalents(GAE, dry basis)로 나타내었다.

    추출물에 대한 항산화 활성은 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 및 ABTS(2,2'-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6- sulfonic acid) 라디칼소거 활성을 측정하였다(Woo 등 2015). DPPH 라디칼소거 활성은 0.2 mM DPPH 용액 200 μL에 시료 10 μL를 첨가한 후 30분 후에 520 nm에서 흡광 도를 측정하였다. ABTS 라디칼소거활성은 ABTS 7.4 mM과 potassium persulphate 2.6 mM를 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후, 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.4~1.5가 되도록 몰 흡광계수(ε=3.6×104 M-1 cm-1)를 이용하여 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 200 μL 에 추출액 10 μL를 가하여 60분 후에 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 및 ABTS radical 소거활성은 다음과 같 이 샘플 농도 5 mg/mL 시료 첨가 시 흡광도와 시료 비첨가 시 흡광도의 백분율로 표시하였다.

    Radical scavenging activity (%) = {1-(Sample OD./Control O.D)}×100

    6. 추출물의 ACE 저해 활성

    증포 대두 추출물의 ACE(angiotensin Ⅰ converting enzyme) 저해활성은 Do 등(2006)의 방법으로 측정하였다. ACE 효소 액 80 μL(0.2 unit/mL)에 기질인 5 mM Hippuryl-L-His- L-Leu(HHL, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 100 μL 를 취하여 반응시키고, 가수분해물의 상층액 100 μL를 가하 여, 37℃에서 30분 동안 반응을 시켰다. 1 N HCl 0.25 mL를 가하여 반응을 정지시키고, ethyl acetate 1.25 mL를 가하여 vortex로 강하게 15초간 교반한 후 상층액 1 mL를 취하여 120℃ 의 thermo bath(ALB-128, Finepcr, Seoul, Korea)에서 30분 간 건조시킨 다음 증류수 1 mL를 가하여 용해시킨 후 228 nm에서 흡광도를 측정하였다.

    7. 통계분석

    각 실험 데이터는 3회 이상 반복 측정하여 평균과 표준편 차로 나타내었다. 통계처리는 SPSS(Statistics Package for the Social Science, Ver. 19.0, IBM., Chicago, IL, USA) 프 로그램으로 일원배치 분산분석(One way-ANOVA)을 실시 하였고, 실험군 간의 유의성 검증은 Ducan의 다중범위검정 으로 p<0.05 수준에서 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1. 증포처리 대두의 추출수율, 형태변화 및 갈변도

    대두의 유용성분 함량을 증진하기 위한 방법으로 홍삼 제 조에 많이 이용되는 증포방법을 이용하여 건조 온도에 따른 대두의 추출수율 및 형태적 변화를 살펴보았다. 건조 온도 를 각각 55℃, 63℃, 70℃로 처리한 후, 메탄올 추출수율은 Table 1과 같다. 증포 처리하지 않은 대두의 추출수율이 1.65%로 가장 높은 수율을 나타냈으며, 55℃에서 건조처리한 대두의 경우 1.09%, 70℃에서 건조 처리한 대두 메탄올 추출 물의 수율은 1.18%로 유의적인 차이가 나타나지 않았다.

    증포처리에 따른 대두의 형태는 Table 2에서 보는 것과 같이 증포 횟수가 증가하거나 건조 온도가 높아질수록 대두 의 형태가 변했다. 원형 대두보다 온도별 구증구포 처리 후 시료의 색이 매우 진하게 변화하였으며, 형태도 구증구포 처리 후 본래의 형태가 대부분 깨지고 부서지는 등 구증구 포 처리과정에서 대부분 변화된 것으로 나타났다. 또한 증 포처리에 따른 대두의 갈변도를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 증포처리 온도가 증가함에 따라 280 nm와 420 nm의 값 모두 증가하는 것으로 나타났으며, 중간생성물은 0.172 에서 1.367로 증가하였으며, 최종 성생물은 0.075에서 0.667 로 유의적으로 증가하였다(p<0.05). Jun 등(2016)의 연구에 따르면 증포처리한 삼채뿌리의 갈변정도를 살펴본 결과, 증 포 횟수가 증가함에 따라 색도는 L과 b값은 감소하였으나, a값은 증가하여 전체적인 색상이 갈색 또는 흑갈색으로 변 화하였으며, 이러한 현상은 처리정도에 따라 갈변 중간 생 성물과 항산화 성분으로 알려진 melanoidin이라는 갈변물질 이 다량 생성된 것으로 나타났다. 또한, 수삼을 구증구포 처 리한 흑삼 제조과정 중 증포 횟수에 따른 수분함량 등을 살 펴 본 결과(Kim 등 2011), 증포 횟수가 증가함에 따라 형태 적 변화가 발생하며, 수분함량이 점점 감소하는 것으로 나 타났다. 이와 같은 결과는 증포 처리가 진행될수록 시료들 의 갈변도가 증가했다는 연구 결과와 유사하였다. 이는 유 리당, 유리아미노산, 페놀성 화합물 등이 100℃에서 반응할 경우 Maillard반응, 카라멜화반응, 자동산화반응 등과 같은 비효소적 갈변반응이 일어나서 갈변물질로 전환된다는 Lertittikul 등(2007)의 연구에서도 알 수 있듯이, 고온의 증 포 과정 중 대두에 존재하는 유리당, 유리아미노산 및 다양 한 화합물 등의 성분들에 의한 비효소적 갈변반응으로 형태 가 변형된 것으로 생각된다.

    2. 증포처리 대두 추출물의 총 폴리페놀 함량 분석

    증포 처리에 따른 대두 메탄올 추출물의 항산화 성분 중 총 폴리페놀 함량 분석을 실시하였다. 그 결과, Fig. 1에서 나타난 바와 같이, 55℃ 처리를 제외하고 63℃와 70℃ 처리 시 총 폴리페놀 함량이 증가하는 것으로 나타났다(p<0.05). 증포 처리를 하지 않은 대두의 경우 25.17 mg GAE/100 g 으로 나타났으나, 63℃에서 건조 처리한 대두 추출물의 경 우 38.51 mg GAE/100 g, 70℃에서 건조 처리한 대두 추출 물의 경우에는 60.47 mg GAE/100 g으로 증포 처리 전후 총 폴리페놀 함량은 약 3배 정도 증가한 것으로 나타났다 (p<0.05). 이는 증포 처리한 삼채 뿌리 열수추출물의 항산화 활성 연구와도 유사한 경향을 나타냈다(Jun 등 2015). 증포 처리한 삼채 뿌리 열수 추출물에서도 증포 온도 및 횟수가 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 증가하였고, 총 폴리페놀과 갈변도의 상관관계를 살펴봤을 때 강한 상관 관계를 나타냈다고 보고하였다. Hwang 등(2006)의 연구에 서도 한국산 배즙의 열처리 온도에 따른 총 폴리페놀 함량 을 살펴본 결과, 열처리 온도가 높고 시간이 길수록 폴리페 놀 함량이 유의적으로 증가했으며, 갈변정도를 나타내는 5-HMF 함량 또한 열처리 온도와 시간이 증가할수록 높아져 서, 그 두 분석 항목간에 상관관계가 높게 나타났다고 보고 하였다. 따라서 본 연구에서 사용한 구증구포 시 온도 및 횟 수에 따라 폴리페놀 함량이 증가하는 것은 갈변 정도에 따 라 다양한 항산화 물질 등이 증가하여 나타나는 현상으로 생각된다.

    3. 증포처리 대두 추출물의 항산화 활성 평가

    온도별로 증포한 대두의 메탄올 추출물 5 mg/mL가 나타 내는 각각의 라디칼 소거능을 Table 4에 나타냈다. DPPH 라디칼 소거능의 경우 63℃와 70℃ 건조 처리한 경우에는 각각 38.39%와 45.26%로 무처리 대두 추출물의 17.52% 보 다 라디칼 소거능이 유의적으로 증가하는 것으로 나타났다 (p<0.05). 또한 ABTS 라디칼 소거능의 경우도 무처리 대두 의 경우 8.02%로 매우 낮게 나타난 반면, 70℃ 건조 처리 증포 대두의 경우 43.29%로 증포 처리 전후 약 4~5배 증가 하는 것으로 나타났다. 이는 증포가 진행됨에 따라 비효소 적 갈변현상이 일어나며, 갈변 물질이 증가하고(Table 3), 다 양한 물질들의 생성 및 합성이 일어남에 따라 항산화 성분 이 증가하여 항산화 활성도 증가하는 것으로 생각된다(Kim 등 2008). 6가지 과채류의 열처리 전후 항산화 활성을 살펴 본 연구에 따르면(Kim 등 2008) 열처리 온도가 증가할수록 DPPH 라디칼 소거능이 유의적으로 증가하는 것으로 나타 났는데, 본 연구결과와 유사하게 열처리 전보다 항산화 활 성이 우수하였다. Jun 등(2016)의 증포 처리한 삼채 뿌리의 메탄올 추출물의 항산화 활성을 연구한 결과, 증포 횟수가 2회에서 4회 증가함에 따라 생 삼채뿌리보다 EC50 값이 감 소하여, 증포 처리 횟수가 증가함에 따라 항산화 활성이 높 아지는 것으로 보고하여 본 연구와 유사한 경향을 확인하였 다. 따라서 본 연구에서 활용한 증포 처리 방법 또한 대두의 항산화 활성에 영향을 미쳤다고 판단된다.

    4. 증포처리 대두 ACE 저해활성 평가

    온도에 따른 증포처리 대두 메탄올 추출물의 in vitro 상 에서 고혈압에 대한 활성을 알아보기 위하여 ACE 저해활성 을 측정한 결과는 Fig. 2와 같이 나타났다. 55℃에서 증포처 리한 대두의 경우를 제외하고, 나머지 온도에서 증포 처리 를 한 경우가 무처리보다 매우 높은 ACE 저해 활성이 나타 났다(p<0.05). 특히 70℃에서 건조한 증포 대두 추출물의 경 우 10 mg/mL 농도에서 약 60% 가까운 ACE 저해 활성이 나타났다. 무처리 대두 추출물에서는 약 10% 정도의 효소 저해 활성이 나타났고, 55℃ 건조 온도로 처리한 샘플에서 활성이 감소하였다가, 63℃ 및 70℃로 처리 온도가 증가함에 따라 각각 23% 및 58%의 효소저해활성이 유의적으로 증가 하였다(p<0.05). 이러한 결과는 열처리 온도에 따른 수경재 배 인삼의 효소활성을 연구한 보고에 따르면, 열처리 온도가 높아질수록 ACE 저해활성이 증가한다는 결과(Hwang 등 2013)와 유사한 경향을 나타내었다. 또한 Do 등(2005)Hara 등(1987)의 연구결과에 따르면 이러한 ACE 저해인자 로는 저분자 peptied들과 그 유도체들, 카테킨, rutin 같은 자 연계의 폴리페놀 계열 성분들이 대표적으로 많이 알려져 있 다고 보고하고 있다. 따라서 본 연구에서도 폴리페놀 함량 (Fig. 1)이 55℃ 처리 시 감소하였다가 그 후 증가하는 경향 으로 나타난 것으로 보아, 이에 영향을 받아 ACE 저해 활성 도 같은 경향으로 나타난 것으로 판단된다.

    요약 및 결론

    본 연구에서는 대두의 유용성분 함량 증진을 위하여 구증 구포 방법을 활용하여 증포 처리를 한 후에 대두의 총폴리 페놀 함량, 항산화 활성 및 ACE 저해 활성을 평가하였다. 그 결과, 증포 처리 전후 추출 수율은 처리 간 유의적인 차 이는 없었으며, 증포처리가 진행될수록 비효소적 갈변화에 의한 색과 형태적인 변화를 살펴볼 수 있었다. 총폴리페놀 함량의 경우, 55℃에서 건조하여 증포한 경우 무처리보다 함량이 더 낮게 나타났지만(19.56 mg GAE/100 g), 70℃에 서 건조하여 증포 처리하였을 경우 60.47 mg GAE/100 g으 로 유의적으로 증가하는 것으로 나타났고, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능의 경우에서도 총폴리페놀 함량 변화와 유사 한 패턴으로 55℃에서 건조하여 증포 처리한 경우 무처리보 다 라디칼 소거능이 낮게 나타났지만, 63℃ 및 70℃에서 처 리한 샘플은 건조 온도가 증가할수록 라디칼 소거능도 증가 하는 것으로 나타났다. 또한 ACE 조효소를 이용한 효소저 해활성을 살펴본 결과, 70℃ 건조하여 증포 처리한 경우 약 50% 이상의 효소 억제 활성을 나타내며, 고혈압에도 효과 가 있을 것으로 사료된다. 이상의 결과를 살펴보면, 대두의 유용성분 함량 증진 방법 중에 구증구포 방법을 이용하면 항산화 성분 및 생리활성이 증가하는 것으로 나타났으며, 그에 따라 구증구포 방법은 대두의 항산화 활성 및 생리활 성을 증가시키는 데 효과적인 가공법으로 판단되며, 추후 다양한 활성 평가를 검토해야 할 것으로 판단된다.

    감사의 글

    본 논문은 농촌진흥청 AGENDA 연구사업(ATIS 과제번 호: PJ0143052020)의 지원에 의해 이루어진 것임.

    Figure

    KSFAN-33-2-167_F1.gif
    Total polyphenol contents of 9 times repetitive steaming and drying process soybean.

    Means in the same group with the different letters (a-d) are significantly (p<0.05) different by one-way analysis of variance (ANOVA) using Duncan’s multiple range test.

    KSFAN-33-2-167_F2.gif
    ACE inhibitory activities of 9 times repetitive steaming and drying process soybean by methanol extract.

    1) S-55 is drying temperature 55℃, S-60 is drying temperature 63℃ and S-70 is drying temperature 70℃. Sample concentration: 10 mg/mL. 2) Means in the same group with the different letters (a-d) are significantly (p<0.05) different by one-way analysis of variance (ANOVA) using Duncan’s multiple range test.

    Table

    Extraction yield from 9 times repetitive steaming and drying process soybean by methanol
    Changes in shape and color of soybean depending on temperature and number of steaming and drying
    Browning index of soybean depending on temperature and number of steaming and drying
    DPPH and ABTS radical scavenging activity of 9 times repetitive steaming and drying process soybean by methanol extract

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