KR100530389B1 - 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가하는 방법 및그를 이용한 식물을 첨가한 기능성 제품 - Google Patents

식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가하는 방법 및그를 이용한 식물을 첨가한 기능성 제품 Download PDF

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Abstract

본 발명은 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용이 있는 감마-아미노부티르산(GABA, γ-aminobutyric acid)을 식물 내에 그 함량을 증가하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키기 위한 물리적 혹은 화학적 방법에 있어서, 상기 식물을 발효조 내에서 이산화탄소 또는 질소 가스로 치환하여 혐기처리상태에서 저장하는 것을 특징으로 한다. 또한 상기 식물을 발효조 내에서 이산화탄소 또는 질소 가스로 치환하여 혐기처리상태에서 저장하여 감마-아미노부티르산을 증가시킨 원료를 이용하여 유산균으로 발효하면서 감마-아미노부티르산을 더욱 강화시키는 것을 특징으로 하고 있다. 상기와 같은 감마-아미노부티르산의 함량이 증대된 식물은 선식, 생식, 효소식품, 건강보조식품, 갱년기 및 노인성 식품, 의약품 제품과 소재로 응용할 수 있다.

Description

식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가하는 방법 및 그를 이용한 식물을 첨가한 기능성 제품{METHOD OF INCREASING OF THE AMOUNT OF γ-AMINOBUTYRIC ACID IN PLANTS AND UTILITY PRODUCTS INVOLVING THE PLANTS MADED THEREOF}
본 발명은 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용, 노인성 질환 예방 등 여러 생리활성 효과가 있는 감마-아미노부티르산(혹은 감마-아미노부티틸산, GABA, γ-aminobutyric acid이라고도 함)의 함량을 증가하는 방법에 관한 것이다. 보다 상세하게는 몇가지 식품 소재인 백태, 검정콩, 보리, 메밀, 들깨, 검정깨, 신선초, 케일, 인삼에 감마-아미노부티르산을 강화하기 위해 치환기체를 선발하고, 선발된 치환 기체중 이산화탄소를 사용하여 혐기 치환하여, 치환 시간에 따른 몇가지 식품 소재인 백태, 검정콩, 보리, 메밀, 들깨, 검정깨, 신선초, 케일, 인삼에 감마-아미노부티르산을 조사하여 최적 치환시간을 선정한 것이다. 또한 이외에도 물 침지에 따른 감마-아미노부티르산 함량의 변화를 조사하였다. 또한 감마-아미노부티르산을 더 많이 강화하기 위하여 이들 식품소재 분쇄물과 글루탐산 또는 글루탐산염(글루탐산나트륨염이 바람직하다)을 혼합하여 배지에 첨가하여 유산균으로 발효하면서 감마-아미노부티르산으로 전환시켜 감마-아미노부티르산을 더욱 강화시키는 것을 특징으로하고 있다.
감마-아미노부티르산은 최근 건강식품소재로 혹은 의약품 소재로 사용되고 있다. 의약품으로는 정맥 주사제로 뇌졸중, 머리외상, 뇌동맥 휴유증에 있어 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용에 사용하고 있으며, 경구 처방약으로도 판매되고 있다. 건강식품소재로는 일본의 경우 가바론차(GABARON TEA)라 하여 녹차에서 감마-아미노부티르산 함량을 증가시킨 차가 판매되고 있다<출처 : Yusuke 등, 일본식품공업과학회지 46권 4호, 274페이지, 1999년,. Tojiro 등, Agric. Biol. Chem., 51권 11호, 2865페이지 1987년>. 일본 차업계에서는 1.5mg/g 이상 함유되어 있는 녹차만을 GABARON TEA라 명명할 수 있다. 차잎에는 1번차가 주로 GABARON TEA에 사용되고 있으며, 그이유는 1번차가 2번차, 3번차보다 감마-아미노부티르산으로 전환할 수 있는 글루탐산(glutamic acid) 함량이 높기 때문이다. 국내에서도 1번차, 2번차, 3번차로 수확한 녹차잎을 12시간 정도 혐기처리하여 따라서 감마-아미노부티르산 함량을 높인 특허가 있다<공개특허 1999-0034313>. 감마-아미노부티르산을 증가시키는 연구는 주로 식물학적인 측면에서 연구되었으며, 감마-아미노부티르산 함량을 증가시키는 외부환경적 요인은 하기 [표 1]에 나타난 바와 같이, 냉장충격(cold shock), 기계자극(mechanical stimulation), 열충격(heat shock), 기체치환(hypoxia), 세포질산성화(cytosolic acidification), 수분자극(water stress), 식물성호르몬(phytohormones) 등을 들 수 있다.
감마-아미노부티르산 함량을 강화하는 요인 및 시료
처리방법 대상 시료 조직
기계자극 대두잎
냉동충격 대두잎
아스파라가스세포
열충격 콩세포배양
기체치환 차잎
벼 뿌리
세포질 산성화 아스파라가스세포
당근세포 혼탁물
수분 자극 토마토 잎과 뿌리
식물성 호르몬 뿌리 배양
그리고, 식품에서의 감마-아미노부티르산 축적을 위한 연구와 이들에 대한 기능성 연구는 최근에 들어 주로 일본에서 이루어지고 있으며, 주로 녹차와 쌀에서 이루어지고 있다.
예를 들면 혐기처리만을 하여 감마-아미노부티르산 함량을 높인 녹차 혹은 혐기처리와 호기처리를 반복하여 감마-아미노부티르산 함량을 기존보다 높인 녹차제조연구가 수행되었다<출처: Hideki 등, 일본식품공업과학회지. 46(7):494∼496 (1999)., Yusuke 등, 일본식품공업과학회지. 46(7):462∼466 (1999)., Yusuke, 등, 일본식품공업과학회지. 46(4):274∼277 (1999), Tojiro 등 Agric. Biol. Chem., 51(11):2865~2871 (1987)>. 쌀을 이용한 감마-아미노부티르산 함량을 높인 연구를 보면 물에 침지시 감마-아미노부티르산 함량의 변화와 품종별 특성 등을 조사하였으며, 이외에도 고압처리 및 쌀배아만을 대상으로 침지조건 및 침지 시간별 감마-아미노부티르산 함량을 축적하고자 한 연구도 있다<Miwako 등, 일본식품공업과학회지. 46(5):329∼333 (1999)., Miwako 등, 일본식품공업과학회지. 46(5):323∼328 (1999), Takayo 등 J. Agric. Food Chem. 42:1122~1125 (1994)>.
또한 대두에 이산화 질소같은 기체로 혐기 처리하였을 때 감마-아미노부티르산 함량의 변화를 조사한 결과 대조구 보다 7.4배정도 많이 생성된다고 하였다<Mitsuaki 등, 일본식품공업과학회지.36(11):916~919 (1989)>. 일본의 특허로는 Koji 제조중 감마-아미노부티르산 함량을 높이는 방법<일본특개 2000-60536>, 쌀배아를 이용하여 감마-아미노부티르산 함량이 높은 침지수를 회수하는 방법<일본특개평 9-140361> 등이 있다.
감마-아미노부티르산에 대한 앞으로의 전망을 보면 일본의 한 연구에서 감마-아미노부티르산을 축적한 쌀배아를 경구투여 하여 갱년기 장애 및 노인들의 정신 장애를 조사한 연구에서 하루 26.5mg 감마-아미노부티르산을 섭취하였을 때 두통 혹은 우울증같은 정신적 질환이나 여러 증상의 갱년기 장애가 약 75% 정도 치유된다고 보고되었다<출처 : Tadashi 등, 일본식품공업과학회지, 47(8):596∼603 (2000)>.
따라서 노령화 시대에 대비하기 위한 제품의 하나로 감마-아미노부티르산이 주목 받을 것이다. 본 특허에서 몇가지 식품 소재에 축척하고자 하는 물질인 감마-아미노부티르산(γ-aminobutyric acid, GABA)은 H2NCH2CH2COOH의 분자식을 갖는 분자량 103.12인 비단백태아미노산의 일종이다. 감마-아미노부티르산은 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 뇌혈류 개선, 뇌대사 증진 작용이 있어 뇌졸중, 머리외상, 뇌동맥 휴유증에 효과가 있는 것으로 보고 되고 있다.
그러나, 상기와 같이 감마-아미노부티르산의 함량을 증가하여 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 그 효과가 있음을 확인할 수 있는 반면, 그 대상이 주로 녹차와 쌀에 응용된 기술로 일반적인 식물 내 종자에서 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키는데는 한계가 있었다.
따라서, 한국공개특허 2003-21119에서는 종자 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증대시키는 방법 및 그 방법으로 제조된 식물종자에 관하여 물리적 및 화학적 스트레스를 가함으로 종자 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증대시킨다고 기술되었으나, 단순히 온도의 높고 낮음과, 공기의 주입 유무 및 식염수 처리유무에 따른 감마-아미노부티르산의 함량을 비교한 것이어서 감마-아미노부티르산의 함량을 증대시키기 위해 식물종자의 정확한 조건으로는 부족하였다.
따라서 본 발명은 상기 문제를 해결하기 위한 것으로 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키는 개선된 방법을 제공하는 것을 목적으로 한다. 본 발명은 또한, 감마-아미노부티르산의 함량이 증대된 식물을 이용한 기능성 식품을 제공하는 것을 목적으로 한다.
삭제
상기와 같은 본 발명의 목적을 달성하기 위해서는, 본 발명은 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키기 위한 물리적 혹은 화학적 방법에 있어서, 상기 식물을 물 침지 후 발효조 내에서 혐기 상태로 처리하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법을 제공한다.상기 혐기 상태는 진공으로 처리하거나 혐기성 기체로 치환하여 이루어질 수 있다. 상기 혐기성 기체로는 이산화탄소 또는 질소 기체일 수 있으며, 이산화탄소가 가장 바람직하다.상기 식물은 백태, 검정콩, 보리, 메밀, 들깨, 신선초 또는 케일 등일 수 있다.상기 물 침지 시간은 1~9 시간, 바람직하게는 2~6 시간, 가장 바람직하게는 약 6시간이다.상기 치환 처리 시간은 1시간 이상이 바람직하다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키기 위한 물리적 혹은 화학적 방법에 있어서,
삭제
상기 식물에 글루탐산 또는 글루탐산염을 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 배지에 첨가하여 유산균 발효물의 원료로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법을 제공한다.상기 식물을 배지에 첨가하기 전에, 상기 식물을 물에 침지 후 혐기 상태로 일정기간 처리하는 단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법을 제공한다.상기 글루탐산 또는 글루탐산염이 1%~5%인 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법을 제공한다.상기 배지에 첨가되는 글루탐산 또는 글루탐산염과 상기 식물의 혼합물의 함량은 10%~20%인 것이 바람직하다. 상기 유산균은 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve), 류코노스톡 플란타룸(Leuconostoc plantarum), 락토바실리우스 아시도필루스(Lactobacillus acidophillus), 비피도박테리움 페르모필리움(Bifidobacterium thermophillum) 또는 스트레프토코커스 훼카리스(Streptococus faecalis) 등이 사용될 수 있으며, 바람직하게는 비피도박테리움 브레베 또는 류코노스톡 플란타룸이며, 가장 바람직하게는 비피도박테리움 브레베이다. 본 발명의 목적을 달성하기 위해서, 본 발명은본 발명에 따라 감마-아미노부티르산 함량이 증가된 식물을 포함하는 것을 특징으로 하는 기능성 식품을 제공한다. 상기 기능성 식품으로는 본 발명에 따라 감마-아미노부티르산 함량이 증가된 식물이 혼합된 생식, 선식, 유산균제, 건강보조식품, 갱년기 및 노인성 식품, 미용식품 등이 있다.
이하, 본 발명의 실시예를 참조하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
일반적으로 감마-아미노부티르산 측정하는 방법으로는 하기와 같은 방법을 이용하였다.
즉, 메틸알콜(Methanol) 400㎕가 들어 있는 에펜도르프 튜브(Eppendorf tube)에 약 0.03ｇ의 분쇄 시료를 넣고 무게를 정확히 측정하였다. 55℃를 유지하는 수욕(water bath)에서 약 3시간동안 메틸알콜(methanol)을 휘발시켜 건조시켰다. 건조된 시료에 70mM LaCl3 1000㎕를 첨가한 후 보텍스 믹서(vortex mixer)로 교반한 다음 11000rpm에서 5분 동안 원심 분리하였다. 1.0M KOH 160㎕가 포함되어 있는 또다른 에펜도르프 튜브(Eppendorf tube)에 원심분리 상등액 800㎕를 첨가하여 보텍스 믹스(vortex mixer)로 잘 교반한 다음 11000rpm에서 5분 동안 다시 원심 분리하였다. 상등액 550㎕, 0.5M K4P2O7 200㎕, 4mM NADP+ 150㎕, 2.5units GABASE/mL 50㎕를 일회용 규벳(cuvette)에 차례로 넣고 잘 혼합한 후 340nm에서 흡광도를 측정한다. 흡광도를 측정한 다음 α-Ketoglutarate를 첨가하여 잘 혼합한 후 한시간 후에 340nm에서 흡광도를 측정하여 감마-아미노부티르산 함량을 계산하였다. 이 때 표준 곡선은 도 1에 나타내었다. 모든 실시예에서 수행한 감마-아미노부티르산 측정에 이 방법을 사용하였으며, 이방법은 Guojin, Z. 과 Alan, W.B. 등이 사용한 The Rapid Determintion of γ-Aminobutyric Acid. Phytochemistry. 44(6):1007∼1009 (1997)의 방법에 준한 것이다.
실시예 1. 감마-아미노부티르산(γ-Aminobutyric acid)을 강화하기 위한 치환 기체 선발
감마-아미노부티르산(감마-아미노부티르산이라고도 한다)을 강화하기 위한 시료로는 백태, 검정콩, 보리, 메밀, 들깨, 검정깨, 신선초, 케일, 인삼을 사용하였다. 보리, 메밀, 백태, 검정콩, 들깨, 검정깨는 유통되는 상태로 사용하였으며, 신선초와 케일은 잎을 물 2 - 3배 가하여 분쇄물을 만들어 사용하였다. 인삼은 수삼중 크기와 중량이 유사한 뿌리를 선별하여 수삼 중심부를 가로로 2 -5 cm 크기로 잘라 무작위로 사용하였다.
이들 식품 재료 2kｇ을 각각 스테인레스 발효조(200L 용량)에 넣어 CO2, N2, 진공(vacuum) 치환 처리를 1분~5분 동안 실시하였다. 용기내 치환된 이산화탄소 농도와 질소 농도는 90%~98%였다. 대조구로는 같은 조건으로 공기 중에 방치한 것을 사용하였다. 혐기치환 후 20℃~30℃에서 6시간 동안 저장한 다음 발효조 내에서 직접 스팀처리하여 효소를 불활성화 시킨 후 50℃~ 60℃에서 열풍건조하여 혐기 치환 기체에 따른 감마-아미노부티르산 함량을 측정하였으며, 그 결과는 하기 [표 2]와 같다.
치환기체에 따른 몇가지 식품원료의 감마-아미노부티르산 함량 변화(단위 : mg%)
시료명 대조구 진공 치환 질소 치환 이산화탄소 치환
백태 9.00 10.04 9.19 9.96
검정콩 6.37 5.97 6.77 6.41
보리 6.37 7.67 7.39 9.13
메밀 5.40 5.38 5.30 6.12
들깨 4.69 4.36 3.12 4,94
검정깨 3.14 3.09 2.97 3.06
인삼 10.58 12.18 10.89 45.69
신선초 43.39 43.38 49.90 518.34
케일 11.91 16.95 16.59 448.81
건조 상태로 유통되는 곡류인 보리와 메밀, 두류 소재인 백태와 검정콩, 유지종실류인 들깨와 검정깨는 감마-아미노부티르산 함량의 증가는 크지 않았으나, 수분이 있는 신선 식품은 감마-아미노부티르산 함량이 증가하였다. 신선식품 중 케일과 신선초의 감마-아미노부티르산 함량이 급격히 증가하였는데, 신선초는 43.39±3.03mg%에서 이산화탄소 처리시 518.34±8.97mg%로 약 11배 증가하였으며, 케일은 이산화 탄소 처리시 11.91±2.02mg%에서 448.81±10.58mg%로 약 40배 증가하였다. 인삼은 인삼절편의 경우 10.58±1.61mg%에서 이산화 탄소 처리시 45.69±3.68mg%로 4배정도 증가하였다. 이산화 탄소를 치환하여 감마-아미노부티르산 함량을 증가시키기 위해서는 일정량의 수분이 필요하다는 것을 알게 되었다.
실시예 2 물 침지후 치환가스에 의한 감마-아미노부티르산 함량의 변화
실시예 1의 식품 시료 2Kｇ을 물 8000㎖에 넣어 실온, 암실에서 3시간 침지한 후 혐기상태로 발효조내에서 기체 치환을 하여 6시간 동안 보관하였을 때 감마-아미노부티르산 함량의 변화는 하기 표 3에 나타내었다.
물침지후 치환기체에 따른 몇가지 식품원료의 감마-아미노부티르산 함량 변화(단위 : mg%)
시료 대조구 진공치환 질소치환 이산화탄소치환
백태 21.00±2.98 47.91±2.34 51.84±0.75 54.82±0.72
검정콩 37.56±3.22 60.97±3.45 62.57±0.33 66.35±0.89
보리 6.75±0.34 8.71±0.12 8.39±1.25 9.35±1.23
메밀 10.40±0.74 18.82±1.80 18.00±1.24 27.46±1.86
들깨 11.64±0.31 30.60±.02 32.15±0.58 39.04±0.20
검정깨 1.54±0.11 1.39±0.56 1.97±0.47 2.52±0.48
즉, 곡류인 보리와 메밀은 감마-아미노부티르산 함량이 급격한 증가를 보이지 않은 반면 두류인 백태와 검정콩은 감마-아미노부티르산 함량이 약간 증가하는 경향을 보였다. 또한 유지종실류인 들깨와 검정깨 중 들깨는 감마-아미노부티르산 함량이 증가한 반면, 검정깨는 감마-아미노부티르산 함량이 증가하지 않았다.
따라서, 백태는 침지 후 21.00mg%에서 진공 처리시 47.91mg%, 질소가스처리시 51.84mg%, 이산화탄소 처리시 54.82mg%로 증가하였으며, 검정콩은 침지후 37.56mg%, 진공 처리시 60.97mg%, 질소가스 처리시 62.57mg%, 이산화탄소 처리시66.35mg%로 증가하였다. 보리는 침지 후 6.75mg%, 진공 처리시 8.71mg%, 질소가스 처리시 8.39mg%, 이산화탄소 처리시 9.35mg%로 증가하였으나 증가량은 많지 않았다. 메밀은 침지 후 10.40mg%, 진공 처리시 18.82±1.80mg%, 질소가스 처리시 18.00±1.24mg%, 이산화탄소 처리시 27.46mg%로 증가하였으나, 보리보다 증가량이 많았다. 검정깨는 침지 효과가 거의 없었으나, 들깨는 침지후 11.64mg%, 진공 처리시 30.60mg%, 질소가스 처리시 32.15mg%, 이산화탄소 처리시 39.04±0.20mg%로 증가하였다. 따라서 실시예1의 건조상태인 것보다 물에 침지 후, 혐기 치환 처리를 하면 감마-아미노부티르산 함량을 증가 시킬 수 있었으며, 치환 기체중 이산화탄소가 가장 효과가 큰 것을 알 수 있다.
실시예 3. 검정콩의 침지시간에 따른 γ-aminobutyric acid( GABA )의 강화
검정콩을 0, 1, 2, 4, 6, 9시간 동안 발효조 내에서 물에 침지하였을 때 감마-아미노부티르산 함량의 변화는 하기 표 4와 같다.
물 침지 시간에 따른 검정콩의 감마-아미노부티르산 함량 변화
침지 시간(시간) 감마-아미노부티르산 함량 ( ㎎%)
012369 8.19 ±0.9926.61 ±1.9627.66 ±1.6328.39 ±0.8839.07 ±1.0939.94 ±0.96
다시말해, 침지전 8.19 mg/100g이었으나 침지 1시간에서는 26.61 ±1.63 mg/100g, 침지 2시간은 27.66 ±1.63mg/100g, 침지 3시간 28.39 ±0.88mg/100g, 침지 6시간 39.07 ±1.09mg/100g, 침지 9시간에는 39.94 ±0.96mg/100g로 침지 6시간 까지 약간 증가하였으나, 침지 6시간 이상에서는 증가하지 않았다. 따라서 적정 침지 시간은 6시간 정도였다. 침지 전에 비하여 침지 6시간동안 감마-아미노부티르산 함량은 약 4.8배 증가하였다. 따라서 검정콩을 물에 1~ 6시간 침지하면 약 3~5배 감마-아미노부티르산이 증가하였다.
실시예 4. 물침지 검정콩에 감마-아미노부티르산의 강화
검정콩을 물에 침지하였을 때는 실시예 3에서 설명한 것처럼, 6시간 물에 침지하였을 때 감마-아미노부티르산 함량이 높게 나타났으므로, 검정콩을 6시간 물침지하여 1, 2, 4, 6, 9시간동안 이산화탄소로 발효조의 상부 공간을 치환하였을 때의 감마-아미노부티르산 함량 변화는 하기 표 5에 나타난 바와 같다.
물 침지후 이산화탄소 치환 시간에 따른 감마-아미노부티르산 함량 변화
치환시간(시간) 감마-아미노부티르산contents
01469 39.07±1.0952.68±3.6062.95±5.1956.69±4.0657.30±3.6458.85±2.73
물에 6시간 침지한 검정콩의 이산화탄소 치환전 감마-아미노부티르산 함량은 39.07 ±1.09 mg/100g이었으며, 이산화탄소로 치환하여 저장 1시간에는 1.3배 증가한 52.68±3.60 mg/100g, 2시간에는 1.6배 증가한 62.95±5.19 mg/100g, 치환 4시간에는 1.5배 증가한 56.69±4.06 mg/100g, 치환 6시간에는 1.5배 증가한 57.30±3.64 mg/100g, 치환 9시간에는 1.5배 증가한 58.85±2.73 mg/100g를 나타내었다.
즉, 치환시간이 길어짐에 따라 감마-아미노부티르산 함량이 증가하는 경향은 없었으나, 이산화탄소로 치환 처리를 하면 감마-아미노부티르산 함량이 1.5배까지 증가하였다.
실시예 5 : 이산화 탄소 치환에 의한 신선초와 케일에 감마-아미노부티르산의 강화
실시예 1에서 신선초와 케일의 감마-아미노부티르산 함량이 이산화탄소로 치환시 가장 급격히 증가하였으므로, 위의 실시예의 방법에 준하여 실시하였다. 즉 신선초와 케일의 잎에 물을 2~3배량 가하여 콜로이드밀로 분쇄하여 분쇄물을 만든 다음 무작위로 채취하여 이들을 각각 2kｇ을 발효조( 200L용량)에 넣어 이산화탄소로 치환 처리를 하였다. 이때 치환된 용기내 이산화탄소의 농도는 90%~98%였다. 대조구로는 같은 조건으로 공기 중에 방치한 것을 사용하였다. 이산화탄소로 혐기치환 후 20℃~30℃에서 18시간 동안까지 저장하면서 일정시간마다 꺼내어 효소를 불활성화 시킨 후 열풍건조하여 감마-아미노부티르산 함량을 측정한 결과는 하기 [표 6]과 같았다.
이산화탄소 치환 시간에 따른 케일과 신선초의 감마-아미노부티르산 함량의 변화
치환시간 케일의 감마-아미노부티르산 함량(㎎/100g, dry basis) 신선초의 감마-아미노부티르산 함량(㎎/100g, dry basis)
대조구 이산화탄소 치환구 대조구 이산화탄소치환구
0 30.48±0.68 30.48±0.68 10.88±1.44 10.88±1.44
1 82.46±2.84 514.51±13.50 20.70±1.01 411.75±17.44
2 84.34±4.11 572.54±22.30 38.27±1.11 512.83±20.05
3 104.29±6.12 556.55±14.51 30.46±0.55 508.83±13.51
6 60.91±0.67 587.32±62.06 41.34±3.00 548.11±26.11
9 58.53±1.43 602.42±15.09 24.77±1.02 523.02±47.69
12 57.32±0.76 520.20±47.59 34.05±1.28 525.38±23.04
15 72.30±2.91 564.31±12.11 50.62±0.23 534.67±20.69
18 36.36±0.71 552.43±26.12 50.14±0.87 557.72±35.49
케일의 경우 이산화탄소로 치환하여 1시간 경과시 급격히 증가하여 대조구의 82.46mg%에 비해 약 6.2배 증가하였으며, 그 이후에는 증가 폭이 크지 않았다. 신선초의 경우도 이산화탄소로 치환 1시간 후 감마-아미노부티르산 함량이 급격히 증가하여 대조구 20.70mg%에 비해 약 20배 증가한 411.75mg%을 나타내었으며, 이산화탄소 치환 2시간까지 급격히 증가하여 512.83mg%였으나, 그 이후 증가폭은 크지 않았다. 따라서 케일과 신선초를 이산화탄소로 치환처리하면 각각 약 17~19배, 37~51배 증가되었다.
실시예 6 : 유산균 발효에 의한 감마-아미노부티르산의 강화
감마-아미노부티르산(γ-aminobutyric acid)은 글루탐산(L-glutamate)이 탈탄산하여 생성되는 원리에 착안하여 배지에 글루탐산을 첨가하여 유산균으로 발효하면서 감마-아미노부티르산으로 전환시키고자 하였다. 여기에서 글루탐산은 글루타민산, 글루탐산나트륨염 같은 글루탄산염을 의미하는 것이다. 불린 콩에 물을 2~3배 가하여 콜로이드밀로 분쇄한 분쇄물과 신선초와 케일에 물을 2~3배 가하여 콜로이드밀로 분쇄한 분쇄물을 실시예 3, 4와 5의 방법으로 처리하여 감마-아미노부티르산을 증가시킨 이들 분쇄물을 발효조내에서 살균하여 다시 감마-아미노부틸산을 보다 많이 강화하기 위해 글루탐산 또는 글루탐산염을 1%~5% 첨가하여 혼합한 후 엠알에스 배지에 10%~20% 첨가한 후 재살균하여 미리 선발한 유산균을 0.5%~1% 접종하여 36시간 발효시켰을 때 감마-아미노부티르산 전환율은 [표 7]에 나타내었다. 이때 비피도박테리움인 경우 아스코르브산을 0.075% 첨가하여 발효시켰다.
유산균 종류에 따른 감마-아미노부티르산 전환율
전환율 및 시료유산균 전환율(%)
검정콩 케일 신선초
Lactobacillus acidophillus 43 33 36
Bifidobacterium breve 84 54 58
Bifidobacterium thermophillum 56 32 40
Streptococus faecalis 52 39 46
Leuconostoc plantarum 78 54 60
따라서, 상기 표 7에서 보여지는 바와 같이 유산균의 종류에 따라 감마-아미노부티르산 전환율은 다르게 나타나는데, 36시간 배양시 전환율이 높은 균주는 ㅂ비피도막테리움 브레베, 류코노스톡 플란타룸이었다. Yoshie 등은 L. brevis IFO 12005에서 글루타메이트 데카록실레이스(glutamate decarboxylase)를 분리하였으며, 최적 pH는 4.2, 최적 온도는 30oC이여 이효소의 활성은 설페이트 이온(sulfate ion)의 첨가량에 의존하여 증가한다고 하였다<출처 : Yoshie 등, Biosci. Biotech, Biochem. 61권 7호 1168∼1171페이지, 1997년>. 따라서 유산균의 발효과정중 데카복실레이스란 효소가 생성하여 글루탐산(glutamate)을 감마-아미노부티르산으로 전환 할 수 있는 것이다. 감마-아미노부티르산은 L-glutamate가 탈탄산하여 생기는데 이때 H+이 소요된다. 이 반응에 관여하는 효소는 L-glutamate decarboxylase(EC 4.1.1.4)이다. 생성된 감마-아미노부티르산은 pyruvate와 가역적인 아미노산 전위(reversible transformation)과정을 통해 succinic semialdehyde로 대사되며, 이때 관여하는 효소는 감마-아미노부티르산 transminase(EC 2.6.1.19)이다. Succinic semialdehyde는 succinate로 산화되며, 관여 효소는 succinate semialdehyde dehydrogenase(EC 1.2.1.16)이다.
실시예 7. 콩과 신선초 케일 혼합물을 이용하여 유산균 발효에 의한 감마-아미노부티르산의 강화
실시예 6에서는 콩, 신선초 케일 분쇄물을 배지에 첨가하여 유산균으로 발효하는 경우를 나타낸 것이나, 콩이 유산균의 발효 기질로 사용할 수 있다는 것에 착안하여 배지대신에 콩분쇄물을 사용하는 것이 실시예 7의 특징이다. 즉 불린콩에 물을 2~3배 가하여 콜로이드밀로 분쇄한 분쇄물을 실시예 3과4의 방법으로 감마-아미노부틸산을 증가시킨 후 발효조에 넣어 살균시켜 배지 대신 사용하였다.
또한, 신선초와 케일 역시 물을 2~3배 가하여 콜로이드밀로 분쇄한 분쇄물을 실시예 5의 방법으로 처리하여 감마-아미노부티르산을 증가시킨 이들 분쇄물을 콩분쇄물에 일정양을 첨가하여 발효하는 것이다.
즉, 다시 감마-아미노부틸산을 보다 많이 강화하기 위해 글루탐산 또는 글루탐산염을 감마-아미노부틸산 강화 콩분쇄물에 1 - 5% 첨가하여 혼합한 후 여기에 다시 감마-아미노부티르산을 강화한 신선초와 케일 분쇄물을 10%~20% 첨가한 후 재살균하여 미리 선발한 유산균 중 비피도박테리움 브레베를 0.5%~1% 접종하여 36시간 발효시켰을 때 감마-아미노부티르산 전환율은 하기 표 8과 같다.
콩과 신선초, 케일 혼합물의 비피도박테리움 브레베(Bifidobacterium breve)에 의한 감마-아미노부티르산 전환율
혼합비율 전환율(%)
신선초를 10 -20% 함유한 콩 배지 40
케일을 10 - 20% 함유한 콩배지 68
물침지 없는 경우 및 물침지후 혐기 처리한 경우의 결과를 나타내는 표 2와 표 3을 비교해보면, 수분이 없는 식물의 혐기 처리한 경우는 일반 공기 상태와 감마-아미노부티르산의 함량에 큰 차이가 없는 반면, 식물 자체에 수분이 있거나, 인공적으로 물침지를 시켜 수분을 가공한 식물을 혐기처리한 경우에는 감마-아미노부티르산의 함량이 매우 증가함을 알 수 있었다. 또한, 침지 시간에 따른 감마-아미노부티르산의 함량변화를 실험한 결과 표 4에서 알 수 있는 바와 같이, 침지 시간이 1시간 이상이 되면, 감마-아미노부틸산의 함량이 급격히 증가하였으며, 특히 6시간에서 증가도가 가장 컸으며, 이후 침지 시간의 증가에 따른 감마-아미노부티르산의 함량이 증가에는 큰 변화가 없었다. 따라서, 최적의 침지시간은 6시간임을 알 수 있었다.또한, 표 5 및 표 6에서 알 수 있는 바와 같이, 침지 후 이산화 탄소 기체를 치환한 경우, 감마-아미노부티르산 함량이 증가하였으나, 치환 시간에 따른 큰 변화는 없었다. 또한, 표 7의 결과에서 알 수 있는 바와 같이, 글루탐산 또는 글루탐산염과 유산균을 접종하여 배양시켰을 때, 감마-아미노부티르산의 전환율이 큰 유산균을 발견할 수 있었으며, 특히 비피도박테리움 브레베 및 류코노스톡 플란타룸의 전환율이 가장 높았다.이러한 결과들로부터 본 발명은 식물내 감마-아미노부티르산의 함량을 높이는 방법을 제공하는 것을 알 수 있다.감마-아미노부티르산은 갱년기 장애 및 노인들의 두통 혹은 우울증같은 정신적 질환이나 여러 증상의 갱년기 장애가 치유되며, 감마-아미노부티르산은 뇌 등에 존재하는 신경전달물질의 하나로 뇌혈류 개선, 뇌대사 증진 작용이 있어 뇌졸중, 머리외상, 뇌동맥 휴유증에 효과가 있는 것으로 보고되어 있다. 감마-아미노부티르산을 강화시킨 몇 가지 식품 소재 및 몇 가지 식품 소재 추출물은 건강식품, 갱년기 및 노인성 식품, 의약품 제품들과 이들을 제품의 소재로 이용할 수 있다.
본 발명의 단순한 변형 또는 변경은 본 발명의 영역에 해당하는 것이므로 첨부된 특허청구범위에 의하여 그 권리범위가 명확해 질 것이다. 또한 여기에서 글루탐산은 글루타민산, 글루탐산나트륨염 같은 글루탄산염을 의미하는 것이다.
그리고, 상기 종래기술인 한국공개특허 2003-21119에서는 공기가 없는 단순한 혐기상태인 진공 상태에서의 감마-아미노부티르산 함량의 변화를 나타내었으나, 본 발명에서는 공기대신 치환되는 가스의 종류에 따라 감마-아미노부티르산 함량이 달라지는 것을 나타낼 뿐만 아니라, 이외에도 이산화탄소 혹은 질소가스로 처리하여 감마-아미노부티르산의 함량을 높인 식품 소재를 원료로 하여 감마-아미노산 전구체인 글루탐산을 첨가하여 유산균으로 발효시킴으로써 보다 많이 감마-아미노부티르산을 강화하는 기술을 나타낸 것이다.
이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명은 전술한 감마-아미노부티산의 함량을 식물내에 증가하도록 하여, 몇가지 식품 소재에 다양한 생리활성이 있는 감마-아미노부티르산을 강화시켜 뇌대사 증진 작용 등 치매 예방효과가 있는 몇 가지 식품 소재를 만들 수 있는 것이다. 이외에도 기체치환 방법 외에 글루탐산이나 그 유도체을 첨가하여 유산균으로 발효시키면서 감마-아미노부티르산을 더욱 많이 강화 시킬 수 있는 것이다. 감마-아미노부티르산의 효능인 치매예방, 뇌졸중, 머리외상, 뇌동맥 휴유증에 있어 뇌혈류 개선 및 뇌대사 증진 작용에 사용하고 있어, 이를 이용하여 건강식품, 미용식품, 의약품 소재와 제품 등에 다양하게 이용 할 수 있다. 또한 다른 실시예로써 감마-아미노부티르산을 측정하는 실험에 사용한 알콜추출물도 소재로도 사용할 수 있는 것이다.
도 1은 340nm에서 흡광도를 측정하여 감마-아미노부티르산 함량을 계산한 표준 곡선을 나타낸 그래프.

Claims (10)

  1. 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키기 위한 물리적 혹은 화학적 방법에 있어서,
    상기 식물을 물 침지 후 발효조 내에서 혐기 상태로 처리하여 저장하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 종자 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 혐기 상태로 처리하는 단계가 이산화탄소로 치환하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 식물이 백태, 검정콩, 보리, 메밀 또는 들깨 중 적어도 하나인 것을 특징으로 하는 종자 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 혐기 상태 처리시간이 1시간 이상인 것을 특징으로 하는 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  5. 식물 내 감마-아미노부티르산의 함량을 증가시키기 위한 물리적 혹은 화학적 방법에 있어서,
    상기 식물을 물에 침지시키는 단계, 글루탐산 또는 글루탐산염을 첨가하여 혼합물을 형성하는 단계 및 상기 혼합물을 배지에 첨가하여 유산균 발효물의 원료로 사용하는 단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 식물이 백태, 검정콩, 보리, 메밀, 들깨, 신선초 또는 케일 중 적어도 하나 인 것을 특징으로 하는 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  7. 제5항에 있어서,
    상기 글루탐산 또는 글루탐산염이 1%~5%인 것을 특징으로 하는 식물내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  8. 제5항에 있어서,
    상기 배지에 첨가되는 글루탐산 또는 글루탐산염과 상기 식물의 혼합물의 함량이 10%~20%인 것을 특징으로 하는 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  9. 제5항에 있어서,
    상기 유산균이 비피도박테리움 브레베, 류코노스톡 플란타룸, 락토바실리우스 아시도필루스, 비피도박테리움 페르모필리움 또는 스트레프토코커스 훼카리스ㅈ중 적어도 어느 하나인 것을 특징으로 하는 식물 내 감마-아미노부티르산 함량의 증가방법.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항의 방법으로 감마-아미노부티르산 함량이 증가된 식물을 생식, 선식소재, 유산균제, 건강보조식품, 갱년기 및 노인성 식품 또는 미용식품 중 어느 하나의 식품에 혼합하는 것을 특징으로 하는 기능성 제품.
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