KR20060095199A - 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기를 선택적으로 카르복실기로 산화시키되 그 산화율을 원하는 비율로 조절할 수 있도록 산화조건을 최적화함으로써, 용해도가 증가하고, 담즙산 결합능이 향상되며, 혈중 콜레스테롤 및 중성지질의 함량 저하능이 탁월하게 향상된 물성을 나타내는 산화 귀리 베타-글루칸을 그 용도에 따라 임의로 산화율을 결정할 수 있는 제조방법을 제공하며, 또한 제조된 산화 베타-글루칸을 콜레스테롤 저하제 및 다양한 식품에 적용할 수 있도록 한 것이다.

귀리, 베타-글루칸, 산화

Description

산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법{Preparing method of Oxidized Oat β-Glucan}

도 1은 귀리 베타-글루칸의 산화 공정을 간단하게 나타낸 흐름도이다.

도 2는 TEMPO 농도(X₁)와 NaBr 농도(X₂)에 따른 산화율의 반응 표면(response surface) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 3은 NaBr 농도(X₂)와 반응 시간(X₃)에 따른 산화율의 반응 표면(response surface) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 4는 TEMPO 농도(X₁)와 반응 시간(X₃)에 따른 산화율의 반응 표면(response surface) 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 5는 귀리 베타-글루칸의 산화 반응시 NaOH 소비량과 산화 반응 시간과의 상관관계를 나타낸 그래프이다.

도 6은 귀리 베타-글루칸, 25% 산화 귀리 베타-글루칸, 50 % 산화 귀리 베타-글루칸, 75 % 산화 귀리 베타-글루칸 및 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 ¹³C-NMR 스펙트럼을 나타낸 그래프이다.

도 7은 귀리 베타-글루칸, 25% 산화 귀리 베타-글루칸, 50 % 산화 귀리 베타 -글루칸, 75 % 산화 귀리 베타-글루칸 및 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 분자량 분석 결과를 나타낸 그래프이다.

도 8은 귀리 베타-글루칸, 25% 산화 귀리 베타-글루칸, 50 % 산화 귀리 베타-글루칸, 75 % 산화 귀리 베타-글루칸 및 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 물에 대한 용해도를 측정한 그래프이다.

도 9는 귀리 베타-글루칸, 25% 산화 귀리 베타-글루칸, 50 % 산화 귀리 베타-글루칸, 75 % 산화 귀리 베타-글루칸 및 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 답즙산 결합능을 측정한 그래프이다.

도 10은 베타-글루칸 미함유, 귀리 베타-글루칸 함유 및 100 % 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가하여 제조한 스폰지 케이크의 외부(crust) 및 내부(crumb)의 사진이다.

본 발명은 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법에 관한 것으로서, 더욱 상세하게는 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기를 선택적으로 카르복실기로 산화시키되 그 산화율을 원하는 비율로 조절할 수 있도록 산화조건을 최적화함으로써, 용해도가 증가하고, 담즙산 결합능이 향상되며, 혈중 콜레스테롤 및 중성지질의 함량 저하능이 탁월하게 향상된 물성을 나타내는 산화 귀리 베타-글루칸을 그 용도에 따라 임 의로 산화율을 결정할 수 있는 제조방법을 제공하며, 또한 제조된 산화 베타-글루칸을 콜레스테롤 저하제 및 다양한 식품에 적용할 수 있도록 한 것이다.

베타 글루칸((1→3), (1→4)-β-D-glucan)은 보리, 옥수수, 귀리 등 곡류의 세포벽 속에 존재하며 β-(1→3)-결합과 β-(1→4)결합으로 연결되어 있는 직쇄상의 단순다당류로서 다음 화학식 1로 도시될 수 있다[Fincher and Stone, 1986; Nicoliai and Werner 1999].

귀리의 고분자 수용성 식이섬유인 베타-글루칸은 높은 점성을 가지고 있어 혈중 콜레스테롤 함량을 낮추고[Anderson et al., 1984; Delaney et al., 2002]. 식후 당류의 소화 흡수를 지연시키며 인슐린(insulin)의 분비를 조절할 뿐 아니라 당뇨병에 있어서 혈당 농도를 저하시키며[Wood et al., 1994], 지질의 흡수를 저하시키고[Lia et al., 1997], 대장암을 예방하는 것으로 알려져 있다[Klopfenstein, 1988].

상기와 같은 이유로 식이섬유를 식품에 첨가하는 연구가 이루어지고 있지만, 이들이 식품에 적용되었을 경우 부피감소와 텍스쳐 변화[Lee and Chang, 2003], 수율 저하 및 부피감소와 견고성이 강해지는 등[Gill et al., 2002]의 좋지 않은 영 향을 나타내는 것으로 알려져 있다. 따라서 식품에 이용하더라도 이질감을 주지 않는 새로운 연구 방안이 시도 되어야 할 것이다.

한편, 산화는 다당류 사슬내의 알코올(alcohol)기를 케토(keto)기나 카르복시기(carboxyl)로 전환 시키는 반응[Hebeish, 1989]이다. 상기한 산화반응에 가장 많이 이용되는 산화제는 소듐 하이포클로라이트(NaOCl), 소듐 브로마이드(NaBr)가 있으며, 이 외에도 K₂MnO₄ 및 K₂Cr₂O₇이 있다.

이러한 산화는 일반 산화와 선택적 산화로 크게 나눌 수 있다[Boruch, 1985]. 상기 일반 산화반응은 NaOCl로 산화 반응을 유도하는 반응으로 일어나는 부위가 무작위적이어서, 제조과정 중 C₆의 1차 알코올기를 산화시킬 뿐 아니라 C₂, C₃의 알코올기를 무작위적으로 산화시켜 다음 반응식 1에 나타낸 바와 같이 케토기 형성 및 환상구조를 깨뜨려 분자량을 감소시킨다[Bourch, 1985; Floor et al., 1989].

그러나, Chang과 Cho(1997)는 이러한 산화로 인해 다당류를 구성하고 있는 기본 단위당류 고유의 환상구조와 폴리머(polymer)로서의 특성마저 소실되는 결정적인 문제점을 지적하였다.

선택적 산화는 테트라메틸 피페리딘 옥소암모늄(2,2,6,6-tetramethyl-1- piperidine oxoammonium ion, 이하 "TEMPO"라 한다)과 NaBr 촉매를 동시에 사용하여 다당류내의 1차 알코올기만을 선택적으로 산화 시켜 카르복실화를 도입하는 반응이다. 이러한 산화 방법은 다당류의 분자 구조를 유지시키면서, 산화반응의 정확한 제어가 가능하여 균일한 산화 정도를 지닌 산물을 생산해 낼 수 있고 동일한 산화 반응물을 얻을 수 있다는 특징이 있다.

상기와 같은 TEMPO와 NaBr을 촉매로 사용하여 NaOCl을 사용하여 특이적으로 산화 시키는 방법을 시도한 결과 95 % 이상의 선택성을 확인하였으며, 최종 생성물에 사용된 산화제와 촉매제가 잔류하지 않고 모두 제거 된 것을 확인된 바 있다[de Nooy 등, 1995]. 대략적인 선택적 산화 과정은 다음 반응식 2와 같이 나타낼 수 있으며[Kota et al., 2003], Lim 등 (2000)은 TEMPO, NaBr 및 NaOCl을 이용하여 특이적으로 산화시킨 베타-사이클로덱스트린(β-cyclodextrin)의 독성 실험 결과 돌연변이원성이 음성인 것을 확인함으로써 산화물의 안정성을 입증하기도 하였다.

그러나, 1차 알코올기가 모두 산화된 전분과 셀룰로오스는 물에 대한 용해도와 점도가 증가하여, Ca²⁺와 반응하여 겔(gel)을 형성한다는 보고[Chang and Robyt, 1996]와 1차 알코올기만을 선택적으로 산화시킨 셀룰로오스의 식품에 적용하고 관능적 특성을 조사한 것 뿐이다[Suh et al., 2001].

즉, 상기와 같이 TEMPO를 이용하여 전분이나 셀룰로오스 내의 1차 알코올기를 모두 산화시켜 생성된 폴리글루쿠론산(polyglucuronic acid)은 검류(gum)와 유사하여 하이드로콜로이드(hydrocolloid)의 새로운 소재로 이용될 수 있지만[Suh et al., 2001], TEMPO를 이용하여 식품 소재로서의 응용가능성을 조사한 연구는 미비한 실정이다.

이에 본 발명의 발명자들은 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기를 특이적으로 산화시키는데 있어서 효율적인 산화 반응조건을 모색하고자 하였으며, 산화 정도에 따른 용해도 및 생리활성(in vitro)을 조사하여 활성이 높은 최적의 산화 귀리 베타-글루칸을 제조하며, 제조된 산화 귀리 베타-글루칸의 생리 활성을 확인하여 콜레스테롤 저하제 및 식품에 적용하고자 하였다.

따라서, 본 발명은 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기를 선택적으로 산화시키기 위한 방법으로 TEMPO과 NaBr 및 NaOCl를 사용하며 보다 더 효과적인 산화 조건을 모색하기 위해 반응표면분석(Response Surface Methodology)을 통하여 확립된 최적의 제조방법을 제공함에 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 1차 알코올기가 선택적으로 산화되어 귀리 베타-글루칸에 비해 용해도가 향상되고, 담즙산 결합능이 증가되어 혈중 콜레스테롤 및 트리글리세라이드(TG)의 저하능이 강화된 산화 귀리 베타-글루칸이 적용된 콜레스테롤 저하제를 제공하는데 그 목적이 있다.

또한 본 발명은 상기 산화 귀리 베타-글루칸이 적용된 다양한 식품을 제공하는데 그 목적이 있다.

본 발명은 귀리 베타-글루칸 수용액 중 베타-글루칸 1 mM에 대하여, 테트라메틸 피페리딘 옥소암모늄(TEMPO) 0.002492 ∼ 0.009968 mM/AGU(anhydroglucose unit)와 소듐 브로마이드(NaBr) 0.001547 ∼ 0.006189 mM/AGU 및 소듐 하이포클로라이트(NaOCl) 0.55 ∼ 2.2 mM/AGU를 가한 후 반응액의 pH를 10.8 로 조정하여 이를 유지하면서 산화 반응시키는 과정, 상기 산화 반응액에 알코올을 가하여 산화 반응을 중단시키고 산화 반응액을 중화시키는 과정, 및 상기 중화 반응액에 아세톤을 가하여 산화 귀리 베타-글루칸을 침전시킨 후 여과 건조시키는 과정을 포함하여 이루어지는 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법을 특징으로 한다.

본 발명은 상기 산화 귀리 베타-글루칸을 유효성분으로 하는 콜레스테롤 저하제, 및 식품을 포함한다.

이하 본 발명을 상세하게 설명한다.

본 발명은 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기를 선택적으로 카르복실기로 산화시키되 그 산화율을 원하는 비율로 조절할 수 있도록 산화조건을 최적화함으로써, 용해도가 증가하고, 담즙산 결합능이 향상되며, 혈중 콜레스테롤 및 중성지질의 함량 저하능이 탁월하게 향상된 산화 베타-글루칸을 그 용도에 따라 임의로 산화율을 결정할 수 있는 방법을 제공하며, 또한 제조된 산화 베타-글루칸을 콜레스 테롤 저하제 및 다양한 식품에 적용할 수 있도록 한 것이다.

본 발명은 귀리의 고분자 수용성 식이섬유인 베타-글루칸의 1차 알코올기만을 선택적으로 산화시키며, 특히 상기 1차 알코올기의 산화율을 임의로 조절할 수 있도록 함으로써 최적의 생리활성을 나타내는 산화 귀리 베타-글루칸을 제조하는 간단한 방법을 제공하고자 한다. 즉, 본 발명에 의하면 산화율이 25%, 50% 75% 및 100 % 등의 임의적인 수치로 결정된 산화 귀리 베타-글루칸을 높은 수율로 제조할 수 있도록 하였다.

이러한 본 발명에 따라 제조된 산화 귀리 베타-글루칸은 1차 알코올기만이 선택적으로 산화되어 물에 대한 용해성이 우수하고, 담즙산 결합능이 향상된 물성을 나타낸다. 산화 귀리 베타-글루칸의 함량을 증가시켜 식이에 제공함에 따라 혈중 콜레스테롤 저하능, 특히 저밀도지단백 콜레스테롤(LDL-cholesterol)이 저하된 산화 귀리 베타-글루칸을 제조할 수 있으며, 상기 저밀도지단백 콜레스테롤과 고밀도지단백 콜레스테롤(HDL-cholesterol)의 비율을 나타내는 동맥경화 지수(arteriosclerosis index)가 감소되는 등의 우수한 생리활성을 가지게 된다.

이하 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법을 첨부도면 도 1에 의거하여 과정별로 구체적으로 설명한다.

먼저, 귀리 베타-글루칸 수용액 중 베타-글루칸 1 mM에 대하여, 테트라메틸 피페리딘 옥소암모늄(TEMPO) 0.002492 ∼ 0.009968 mM/AGU와 소듐 브로마이드(NaBr) 0.001547 ∼ 0.006189 mM/AGU 및 소듐 하이포클로라이트(NaOCl) 0.55 ∼ 2.2 mM/AGU를 가한 후 반응액의 pH를 10.8 로 조정하여 이를 유지하면서 산화 반응 시키는 과정이다.

상기 산화 반응을 수행함에 있어, 변수로 작용하는 TEMPO, NaBr 및 반응시간은 반응 표면 분석(Rsponse Surface Methodoloy)에 의하여 산화반응이 최적으로 일어나는 조건을 설정하였다. 산화정도에 영향을 미치는 변수인 TEMPO, NaBr의 농도와 반응 시간을 독립변수로 설정하고 각 변수들은 -2, -1, 0, 1, 2의 다섯 단계로 부호화하였으며 각각의 독립변수에 대한 실험 영역은 Chang 등(1999)이 반응표면분석에 의해 베타-싸이클로덱스트린(β-cyclodextrin)의 산화 최적화 조건 결정한 연구와 예비 실험을 결과를 이용하여 설정하였다(다음 표 1 참고).

구 분	변수	코드 수준					△X
	Xi	-2	-1	0	1	2
TEMPO1)	X1	0.006	0.008	0.01	0.012	0.014	0.002
NaBr2)	X2	0.01	0.03	0.05	0.07	0.09	0.02
반응시간(분)	X3	5	10	15	20	25	5
1)(mmol/AGU) 2)(g/AGU)

상기 코드(code)와 변수를 이용하여 중심합성계획의 2차 모형으로 작성하였으며, 프랙셔널(fractional) 2³ (8 point), 스타 포인트(star point) (6 point), 중앙 포인트(central point) (2 point)로서 총 16개의 실험구를 설정하여 실시하였다.

각 실험구에 대한 결과는 SAS(Statistical Analysis System )프로그램[SAS Institute Inc. Cary, NC, USA]을 사용하여 다중회귀분석하고, 종속변수에 대한 모델을 추정하여 이를 다항 회귀 모형식으로 변환하였다(다음 수학식 1 참조).

상기 수학식 1에서, Y는 반응변수(산화 정도, %)이고, Xi 및 Xj는 독립변수(산화 조건)이며, b₀는 절편, b_i, b_ii, b_ij는 회귀계수이다.

또한, 산화 조건의 다중회귀분석, 분산분석, F 검정 및 t 검정을 통하여 종속 변량의 최적화를 확인하였고, 정준분석(Canonical analysis)에 의해 정상점을 구하였으며, 3차원 분석(3-D plot)을 통하여 산화 조건의 최적화를 실시하였으며, 귀리 베타-글루칸의 RSREG의 통계처리 결과는 다음 표 2와 같다.

인자	코드(coded)	비코드(uncoded)
X1	-0.00808	-0.01616
X2	-0.099228	-0.198455
X3	0.430103	0.860206
X1 : TEMPO(mmol) X2 : NaBr(g) X3 : 반응시간(min)

3가지 독립변수에 대한 산화율(Y)을 종속변수로 설정하여 다중 회귀분석을 수행한 결과는 다음 수학식 2와 같다.

Y = 96.03 + 6.28X₃ - 5X₂ ²

상기 수학식 2에서, Y는 산화율(%)이고, X₂는 NaBr의 농도(mM/AGU)이며, X₃은 반응 시간(분)이다.

산화 정도에 대한 회귀식의 결정계수(r2)는 0.8280(다음 표 참고)이고, 회기식에 따르면, NaBr의 농도(X₂)와 반응시간(X₃)이 산화 정도에 영향을 미치는 것으로 나타났다.

다중 회귀 분석에 의해 설정된 모델식을 이용하여 두 독립변수 상호간의 관계를 3차원으로 도식한 결과를 첨부도면 도 2 내지 4에 나타내었다.

산화 정도에 대한 최적조건은 정준분석(cononical analysis)에 의해서 산출하였으며 각 독립변수에 대한 정준형식(cononical form)은 다음 수학식 3과 같이 나타낼 수 있다.

y = 99.09 - 7.62X₁ - 13.01X₂ - 21.86X₃

상기 수학식 3에서, y는 산화 정도이고, X₁은 TEMPO의 농도mM/AGU이며, X₂는 NaBr의 농도mM/AGU이고, X₃은 반응시간(분)이다.

모든 고유값들이 음으로 나타났으므로 정상점(stational point)는 최대점(maximum point)으로 결정되어 TEMPO를 이용한 선택적 산화 제조 과정의 최적 조건을 산출 할 수 있었다.

즉, 귀리 베타-글루칸 1mM에 대하여, TEMPO 0.002492 ∼ 0.009968 mM/AGU와 NaBr 0.001547 ∼ 0.006189 mM/AGU 및 NaOCl 0.55 ∼ 2.2 mM/AGUmM/AUG, NaBr 반응시간은 19분 18초이며, 구체적으로 100 % 산화 귀리 베타-글루칸을 제조하기 위하여 사용되는 최적조건은 TEMPO 0.9968 μmol/100 mM AGU, NaBr 0.46g/AGU와 반응 시간은 19분 18초였으며 예측된 산화 정도는 99.089%로 나타났다. 최적 조건에서 산화를 수행한 결과 97.47%의 실측값을 얻을 수 있었다.

귀리 베타-글루칸 산화 정도에 영향을 미치는 TEMPO와 NaBr의 농도, 반응시간의 3가지 인자(factor)를 독립변수로 하여 설정된 16개 실험구의 귀리 베타-글루칸의 산화 정도는 다음 표 3에 나타내었다. 실험 결과 NaBr의 농도와 반응시간이 산화 정도에 많은 영향을 미치는 것을 확인할 수 있다.

실험구	요인 변수			반응 변수
	X1	X2	X3	산화율(%)
1	-1	-1	-1	90.0
2	1	-1	1	92.5
3	-1	1	-1	70.0
4	1	1	1	87.0
5	-1	-1	-1	90.0
6	1	-1	1	95.0
7	-1	1	-1	75.5
8	1	1	1	81.5
9	-1	0	0	97.5
10	1	0	0	95.0
11	-2	0	0	85.0
12	2	0	0	90.0
13	0	-2	0	77.5
14	0	2	0	75.0
15	0	0	2	65.0
16	0	0	-2	100.0
X1:TEMPO 농도 X2:NaBr 농도 X3:반응시간(분)

다음으로, 상기와 같이 최적화된 조건으로 산화 반응을 수행한 다음 산화 반응액에 알코올을 가하여 산화 반응을 중단(Quenching)시키고 산화 반응액을 중화시키는 과정이다. 즉, 상기 산화 반응에서 pH 10.8을 유지하기 위하여 첨가한 알칼리(예를 들어, 수산화 나트륨 등) 등이 모두 소모된 다음 알코올을 가하여 산화 반응을 급속히 중단 시키고, 산(예를 들어, HCl 등)을 가하여 반응액을 중화(pH 7)시킨다.

마지막으로, 상기 중화 반응액에 아세톤을 가하여 산화 귀리 베타-글루칸을 침전시킨 후 여과 건조시켜 본 발명에서 목적하는 산화 귀리 베타-글루칸을 얻을 수 있다.

상기한 본 발명의 방법에 의하면 베타-글루칸의 1차 알코올기(C₆)만 선택적으로 산화되며, 산화율이 조절된 산화 귀리 베타-글루칸을 제조할 수 있다.

본 발명에 의하여 제조된 산화 귀리 베타-글루칸은 1차 알코올기만이 선택적으로 산화되었음을 확인하였으며, 분자량 확인한 결과 귀리 베타-글루칸과 거의 동일하여 반응이 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법이 안정적으로 이루어짐을 알 수 있다.

본 발명에 의하여 제조된 산화 귀리 베타-글루칸은 용해도가 향상되었을 뿐 아니라, 산화 정도가 증가 할수록 용해도와 담즙산 결합능이 함께 향상되어, 결국 콜레스테롤 저하능이 향상됨을 확인할 수 있다.

또한 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸은 식품 적성이 우수하여, 특히 면류나 빵에 적용하였을 경우 함께 사용된 밀가루 등의 호화 적성이 우수하여 노화 지연 효과가 우수하였다. 또한, 조리된 식품의 국수의 경우 경도, 점착성, 검성, 응집성, 씹힘성 등의 텍스쳐(texture) 특성을 높아졌고, 스폰지 케이크의 경우 색상이 우수하게 발현되고 텍스쳐 특성 중에서 탄성과 응집성 좋게 나타났다.

즉, 상기와 같은 결과를 종합하여 볼 때, 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸은 식품산업 뿐만 아니라 의약학 분야에도 다양한 적용 가능성을 가지고 있음을 확인할 수 있으며, 특히 콜레스테롤 저하제로서의 응용 가능성이 높음을 알 수 있다. 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸은 임상 투여시에 경구 또는 비경구로 투여, 예를 들어 정맥 내, 피하, 복강 내 또는 국소 적용할 수 있으며, 일반적인 의약품 및 건강식품의 형태로 사용될 수 있다.

본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸은 경구 투여용 제형, 예를 들면 정제, 트로키제(troches), 로렌지(lozenge), 수용성 또는 유성현탁액, 조제분말 또는 과립, 에멀젼, 하드 또는 소프트 캡슐, 시럽 또는 엘릭실제(elixirs)로 제제화된다. 정제 및 캡슐 등의 제형으로 제제하기 위해 락토오스, 사카로오스, 솔비톨, 만니톨, 전분, 아밀로펙틴, 셀룰로오스 또는 젤라틴과 같은 결합제; 디칼슘 포스페이트와 같은 부형제; 옥수수 전분 또는 고구마 전분과 같은 붕괴제; 스테아린산 마그네슘, 스테아린산 칼슘, 스테아릴푸마르산 나트륨 또는 폴리에틸렌글리콜 왁스와 같은 윤활유가 함유된다. 캡슐제형의 경우는 상기에서 언급한 물질 이외에도 지방유와 같은 액체 담체를 함유한다.

또한, 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸은 비경구로 투여할 수 있으며, 비경구 투여는 피하주사, 정맥주사, 근육 내 주사 또는 흉부 내 주사 주입방식에 의한다. 비경구 투여용 제형으로 제제화하기 위해서는 산화 귀리 베타-글루칸을 안정제 또는 완충제와 함께 물에서 혼합하여 용액 또는 현탁액으로 제조하고 이를 앰플 또는 바이알의 단위 투여형으로 제제한다.

또한, 상기 유효성분의 투여 용량은 일반적으로 성인 환자 체중 1 kg 당 1 ∼ 50 mg/일이고, 바람직하기로는 5 ∼ 20 mg/일이며, 의사 또는 약사의 판단에 따라 일정 시간 간격으로 1 ∼ 수회, 바람직하기로는 하루 2 ∼ 3 회 분할 투여할 수 있다.

또한, 본 발명의 산화 귀리 베타-글루칸을 유효성분으로 하는 건강보조제 및 식품를 포함한다. 상기 건강보조제는 산화 베타-글루칸을 음료, 차류, 향신료, 껌, 과자류 등의 식품소재에 첨가하거나, 캡슐화, 분말화, 현탁액 등으로 제조한 식품으로, 이를 섭취할 경우 건강상 특정한 효과를 가져오는 것을 의미하나, 일반 약품과는 달리 식품을 원료로 하여 약품의 장기복용시 발생할 수 있는 부작용 등이 없는 장점이 있다.

이하 본 발명을 실시예에 의거하여 구체적으로 설명하겠는바, 본 발명이 다음 실시예에 의하여 한정되는 것은 아니다.

베타-글루칸은 귀리에서 추출한 베타-글루칸을 사용하였고, 귀리 베타-글루칸의 산화에 사용된 TEMPO(2,2,6,6-tetramethyl-1-piperidine oxoammonium ion)은 시그마-알드리치 사(Sigma-Aldrich Chemical Co. Milwaukee, WI, USA)의 제품을 사용하였으며, NaOCl 용액은 쥰세이사(Junsei Chemical Co. Tokyo, Japan)의 제품을 사용했으며, 그 외 시약은 일등급 시약을 사용하였다.

다음 실시예의 실험 결과들은 SPSS(statistical package for social science)를 이용하여 통계처리 하였으며, 각 실험결과들의 평균값들의 차이 검증은 One-Way ANOVA(analysis of variance)를 사용하였고, Duncan's multiple range test로 p<0.05수준에서 유의성을 검증하였다. 모든 값은 표준 편차(standard error mean) 값으로 표기하였다(Lee et al., 1998).

실시예 1 : 반응 표면 분석법에 의하여 최적화된 방법으로 산화 귀리 베타-글루칸 제조

(1) 산화 귀리 베타-글루칸의 제조

산화제인 NaOCl은 Billiaders 등(1981)의 보고에서 알려진 바와 같이, 과다한 농도로 첨가하면 전분류의 글리코시드 결합(glycosidic linkage)이 파괴되는 단점이 있어 본 실험에서는 NaOCl의 농도를 한계량인 2.0 mM/mM AGU(anhydroglucose unit)의 농도보다 10% 높게 사용한 2.2 mM/mM AGU의 농도로 고정시킨 후 사용하였고, 반응액의 pH는 최적으로 알려진 범위인 pH 10.8로 유지 하여 반응을 수행하였다[De Nooy et al., 1995; Chang and Cho, 1997]. NaOCl용액의 함량 측정은 실험할 때 매회 실시하였으며 AOAC(1990)의 방법에 따라 함량을 측정하였다.

귀리 베타-글루칸의 산화는 Chang과 Robyt(1996)의 방법을 일부 변형하여 제조하였으며, 개략적인 과정은 첨부도면 도 1에 나타내었다.

귀리 베타-글루칸 0.162 g (1 mM AGU, w/v, 건조 중량 기준)를 증류수 30 mL에 완전히 용해시킨 후, 25 ℃에서 자석식 교반기를 이용해 교반하면서 25 ∼ 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 얻기 위하여 일정량의 TEMPO 0.002492 ∼ 0.009968 mM/AGU와 NaBr 0.001547 ∼ 0.006189 mM/AGU 및 소듐 하이포클로라이트(NaOCl) 0.55 ∼ 2.2 mM/AGU를 첨가하고, 여기에 1N HCl을 가하여 pH 10.8로 조정한 후 산화 반응시켰다. 산화 반응이 일어나면서 생성된 카르복실기에 의해 감소되는 pH는 0.5 N NaOH 용액을 가하여 반응액의 pH가 10.8을 유지하도록 한다.

상기 산화 반응액의 pH를 10.8로 유지시키기 위하여 사용된 NaOH 1 mM이 다 소모되었을 때 10 mL의 에탄올을 첨가한 후 4 N의 HCl로 중화(pH 7)시킨 다음 산화 반응을 종결 시켰다.

상기 산화 반응이 종결된 반응액의 3 배(v/v)가 되는 아세톤을 첨가하여 산화 귀리 베타-글루칸을 침전시킨 후, 여과지(Whatman No. 41)로 감압여과하는 과정을 3회 반복 수행한 다음 고형물을 55 ℃ 진공 건조오븐에서 24 시간 건조시켜 산화 귀리 베타-글루칸을 수득하였다.

(2) 산화 반응 측정

TEMPO를 사용한 귀리 베타-글루칸의 특이적 산화 반응의 양상을 측정하기 위하여 반응에 소요되는 시간, 수율을 다음과 같이 측정하였다.

① 반응 시간

산화 반응이 진행되면서 감소되는 pH를 10.8로 일정하게 유지하기 위하여 NaOH를 첨가하므로, 반응시간은 1 mM AGU당 1 mM의 OH가 소비되는 데 필요한 시간으로 하였다. 즉, 사용된 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기의 mole 수와 동일한 mole 수인 1 mM의 NaOH가 소비되었을 때까지 소요되는 시간을 측정하였다.

② 산화 반응 정도

1차 알코올기가 카르복실기로 전환하는 C₆의 알코올기 산화 정도는 처음 pH를 유지하는데 요구되는 알칼리(NaOH)의 양을 측정하여 결정하였다.

③ 수율

귀리 베타-글루칸의 산화 반응을 종결한 후, 회수하여 건조시킨 시료의 수율은 다음 수학식 5와 같이 계산 하였다.

상기한 최적의 산화 조건을 바탕으로 산화 과정을 진행하였으며, 산화 정도를 달리한 산화물(25, 50, 75 및 100%)을 제조하였고 산화물의 반응시간 및 수율은 다음 표 4에 나타내었고, 귀리 베타-글루칸의 산화반응 시 NaOH 소비량과 산화 반응시간과의 상관관계는 첨부도면 도 5에 나타내었다.

	반응시간(분)	수율(%)
25% 산화 귀리 베타-글루칸	0.45	98.5 %
50% 산화 귀리 베타-글루칸	1.00	99.1%
75% 산화 귀리 베타-글루칸	3.13	98.4%
100% 산화 귀리 베타-글루칸	20.54	90.5%

산화 귀리 베타-글루칸의 산화 정도는 귀리 베타-글루칸의 1차 알코올기 mmol 수와 동일한 mmol 수의 NaOH가 모두 소비될 때 100% 산화물로 간주하였다.

첨부도면 도 5에 의하면 최적 조건에서 귀리 베타-글루칸 1 mmol의 100% 산화물을 제조할 때, NaOH 소비량에 따른 반응시간을 나타내는 것으로 NaOH의 소비가 0.75 mmol (degree of oxdation 75%) 소비 될 때 까지는 약 3분에 걸쳐 일어나는 매우 빠른 반응 속도를 보였으며, 1 mmol이 모두 소비될 때까지는 약 20분이 걸리는 반응속도를 보였다.

일반적으로 풀루란(pullulan), 아밀로덱스트린(amylodextrin)과 같은 수용성 글루칸류를 pH 10.0 이상, 온도 2 ℃에서 수행하였을 때의 반응시간은 약 60 분 전후였으나(De nooy et al., 1995) 본 실험에서는 20 여분의 반응시간을 보였다. 이러한 결과는 상대적으로 높은 온도에서 산화 반응을 유도시켰기 때문인 것으로 생각된다.

(3) 산화 정도에 따른 귀리 베타-글루칸의 구조 및 분자량 확인

1) ¹³C-NMR 스펙트럼

귀리 베타-글루칸의 구조와 산화 정도에 따른 귀리 베타-글루칸의 구조를 확인하기 위하여 D₂O에 각 시료를 200 mg/mL의 농도로 용해시킨 후 핵자기공명 스펙트럼[Nuclear Magnetic Resonance spectra, NMR, Unity INOVA spectrometer Varian Co., USA]을 이용하여 분석하였으며[Bowles et al., 1996], 귀리 베타-글루칸 및 25, 50, 75 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸의 ¹³C-NMR 스펙트럼은 첨부도면 도 6 에 나타내었다.

도 6에 의하면 산화가 진행됨에 따라 60.2 ppm의 C₆의 알코올기 피크(peak)는 점차 감소하고, 175.2 ppm의 C₆ 카르복실기를 나타내는 피크는 증가하는 변화를 보임을 알 수 있다. 귀리 베타-글루칸, 25 및 50% 산화 귀리 베타-글루칸에서는 C₆의 알코올기의 존재 때문에 작은 피크를 발견할 수 있었는데 이러한 결과는 불완전하게 산화된 생성물에서 C₆의 알데하이드기가 존재함을 말해 주고 100% 산화물에서는 C₆의 알코올기를 나타내는 피크가 완전히 사라지고 C₆의 알코올기가 카르복실화 되었음을 보여주는 결과이다. 또한 모든 산화 귀리 베타-글루칸의 구조분석 결과, 198 ∼ 200 ppm 위치에 피크가 나타나지 않았는데, 이것은 산화 과정동안에 케톤기 형성이 없음을 말해 준다. 이와 같은 결과는 Jiang 등(2000)의 보고와 일치하였다.

Kata 등(2003)은 NaOCl, TEMPO 및 NaBr을 매개로 수용성 전분의 선택적산화물의 산화정도를 반응시간으로 제어하여 얻었으며 산화 정도에 따른 구조적 변화를 ¹³C-NMR로 확인한 결과 산화 정도가 증가 할수록 C₆의 카르복실기 형성을 175 ppm에서 발견하였다고 보고 하였고, 본 실험과 같은 경향을 보였다.

2) 분자량 분석

귀리 베타-글루칸과 산화 정도에 따른 분자량 변화를 조사하기 위하여 겔 투과 크로마토그램[gel permeation chromatogram, LC-900, JAI, Japan]을 이용하여 분석하였고, 분자량 표준 시약(molecular weight standard)으로 덱스트란(dextran)을 사용하여 측정하였다. 이때, 시료의 농도는 10 mg/mL로 하였으며, 이동상은 3차 증류수로 유속 3.5 mL/min으로 하여 분석하였으며, 결과는 첨부도면 도 7에 나타내었다.

도 7에 의하면 귀리 베타-글루칸의 평균분자량은 약 1.35 × 10⁵ Da(dalton)이었으며, 25, 50, 75 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸은 각각 약 1.04 × 10⁵, 1.24 × 10⁵, 1.03 × 10⁵ 및 1.02 × 10⁵ Da 였다.

분자량 분석 결과, 산화 모두 분자량 10 만 이내의 고분자물 형태로 유지됨을 알 수 있었고, 산화 정도에 따른 분자량 변화는 거의 없었으며 산화 여부에 따라 약 3만 이내의 분자량 감소를 확인하였다. 이상의 결과로 보아 초기 산화과정이 분자량 감소에 영향을 미칠 것으로 생각 된다.

(4) 산화 정도에 따른 귀리 베타-글루칸의 용해도 확인

귀리 베타-글루칸과 25, 50, 75 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸의 물에 대한 용해도는 Chang과 Cho(1997)의 방법을 변형하여 측정하였다.

즉, 귀리 베타-글루칸은 25 mg/mL의 농도로 제조하고 25, 50, 75 및 100% 산화물은 100 mg/mL의 농도로 제조한 후 25 ℃에서 24 시간 교반 시켰다. 과포화된 다당류 및 산화물질 분산액을 6,000 × g 에서 15분간 원심분리한 후 상등액 0.4 mL을 취하여 동결건조 뒤 0.4 mL의 물속에 용해된 무게를 측정하여 물에 대한 용해도를 계산하였으며, 그 결과는 첨부도면 도 8에 나타내었으며, 도 7과 같이 산화 정도가 증가함에 따라 유의적으로(p<0.05) 증가하였다.

귀리 베타-글루칸은 2.5 mg/mL의 농도에서, 산화 귀리 베타-글루칸은 100 mg/mL의 농도에서 실시한 결과 25 ℃에서 귀리 베타-글루칸은 36.2%의 용해도를 보였으나, 산화 정도가 25, 50, 75 및 100%로 향상됨에 따라서 각 산화물에 대한 용해도는 각각 56.84, 71.12, 80.41 및 87.81%로 용해도가 증가하였다.

이는 키토산(chitosan)이 선택적 산화정도를 달리한 키토산의 용해도가 산화증가 비례적이지 않다는 보고(Yoo et al., 2004)와는 다른 결과를 보였지만 풀루란, 아밀로펙틴(amylopectin)과 같은 수용성 다당류가 산화 과정 후 원래보다 약 2 배에서 3 배가량 향상되었다는 Chang과 Robyt(1996)의 연구와 같은 경향을 보였다. 이것은 베타-글루칸 분자내의 1차 알코올이 카르복실산(carboxylic acid)로 전환되어 여러 가지 다당류들이 물에 쉽게 해리될 수 있는 특성을 지니게 되는 현상에 기인하는 것(Chang and Cho, 1997)이라 생각된다.

(5) 산화 정도에 따른 귀리 베타-글루칸의 담즙산 결합능 확인

귀리 베타-글루칸 및 25, 50, 75 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸의 콜레스테롤 저하효과에 대한 시험관 내(in vitro) 실험으로 담즙산 결합능은 Carmire 등(1993)과 Boyd 등(1966)의 방법을 변형하여 다음과 같이 측정 하였다.

즉, 담즙산(bile acid) 200 μM을 함유하는 0.01 M 소듐 포스페이트 완충액(pH 7.0)에 시료 2.5 mg/mL 되도록 첨가하여 2시간 동안 37 ℃에서 수화시킨 후 0.2 ㎛ 시린지 필터(syringe filter, Water Co., USA)로 여과하였다. 여과된 시료 0.2 mL을 취하여 70% 황산 1 mL을 넣고 5분간 반응시킨 후 0.25% 푸르푸랄(furfural) 0.2 mL 첨가 후 한 시간 동안 방치 후 510 nm에서 흡광도를 측정하여 귀리 베타-글루칸 및 25, 50, 75 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸의 담즙산 결합능을 측정하였다. 귀리 베타-글루칸에 대한 담즙산 결합능을 2.5 mg/mL의 농도에서 실시한 결과는 도 9에 나타내었다. 담즙산을 결합하는 능력은 귀리 베타-글루칸 4.24 %에 비해 산화 정도가 25, 50, 75 및 100%로 증가됨에 따라 각각 4.7, 8.09, 8.79, 10.50%로 증가하였으며, 100% 산화 귀리 베타-글루칸은 귀리 베타-글루칸보다 그 활성이 약 2.5 배 가량 증가하는 결과를 보였다. 모든 군에서 유의적인 차이를 보였으며(p<0.05), 산화정도가 증가 할수록 좋은 활성을 보임을 알 수 있었다.

펙틴(Pectin), 구아검(guar gum) (Park et al., 1994)과 소듐 알지네이트(sodium alginate) (Nishina et al., 1991)과 같은 수용성 식이섬유가 콜레스테롤 저하 효과가 있으며, 불용성 식이섬유인 셀룰로스(cellulose)는 콜레스테롤 농도에 영향을 미치지 않거나 도리어 콜레스테롤을 증가시키는 경향이 있다고 하였다(Park et al., 1994; Kang et al., 1994; Nishina et al., 1991).

따라서, 본 연구에서는 산화 과정을 거친 귀리 베타-글루칸이 수용성 향상으로 인해 겔(gel)을 형성하는 능력이 커짐으로서 담즙산과 결합하는 능력이 향상되고, 결국 수용성이 87 %로 가장 많이 향상된 100 % 산화 귀리 베타-글루칸이 우수한 콜레스테롤 저하효과 보인 것으로 생각된다.

상기와 같은 본 발명의 제조방법에 의하면 산화율을 임의로 조절하여 산화 귀리 베타-글루칸을 제조할 수 있으며, 특히 C₆ 의 알코올기만 선택적으로 산화된 산화 귀리 베타-글루칸을 제조할 수 있다, 또한, 이러한 산화 유무에 따른 약간의 분자량 감소만 있을 뿐으로 산화 귀리 베타-글루칸의 평균 분자량은 약 1.08 × 10⁵ Da으로 산화 후에도 고분자를 유지할 수 있도록 하였다.

본 발명에 의하여 제조된 산화 귀리 베타-글루칸의 물에 대한 용해도와 콜레스테롤 저하능을 시험관(in vitro)상에서 담즙산 결합능으로 수행한 결과 산화 귀리 베타-글루칸이 본래 귀리 베타-글루칸 보다 용해도와 담즙산 결합능이 월등하였으며, 산화 정도가 증가 할수록 즉, 귀리 베타-글루칸의 카르복실기가 많아질수록 그 활성이 향상됨을 알 수 있었다.

실시예 2 : 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 생리활성(in vivo) 확인

상기한 실시예 1의 결과에 기인하여, 수용성 향상과 담즙산 결합능이 가장 우수한 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 사용하여 콜레스테롤 저하효과를 검토하고자 하였다.

(1) 100% 산화 귀리 베타-글루칸 급여가 고 콜레스테롤 식이 흰쥐의 지질대사에 미치는 영향

1) 실험동물

실험동물은 생후 4주된 약(100 ㅁ 10 g)의 위스터 래트(Wister rat) 수컷을 (주)샘타코에서 분양받아 7일간 분말 사료로 적응 시킨 후 임의배치법으로 각 그룹당 8마리씩 고 콜레스테롤식이군(C), 귀리 베타-글루칸식이군(BG), 귀리 베타-글루칸과 100% 산화 귀리 베타-글루칸 혼합식이군(BO), 100% 산화 귀리 베타-글루칸식이군(Oxi)군으로 나누어 두 마리씩 대사장에 넣어 4주간 사육하였다. 사육기간 동안 식이와 물은 자유로이 공급하고, 사육실의 온도는 24 ± 2 ℃를 유지시켰으며, 12시간 간격으로 명암을 조절하였다.

2) 식이조성

모든 실험 식이는 AIN96-G를 기본으로 하여 콜레스테롤이 1% 함유된 식이로 고 콜레스테롤을 유도하였으며, 고 콜레스테롤을 유도한 군은 대조군으로, 식이에 귀리 베타-글루칸이 5% 함유된 식이를 제공한 군은 BG군, 귀리 베타-글루칸 2.5%와 100% 산화 귀리 베타-글루칸 2.5%가 함유된 식이를 제공한 군은 BO군, 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 5% 함유된 식이를 제공한 군은 Oxi군으로 하였다. 다음 표 5에 실험 식이의 조성을 나타내었다.

구분	조성성분(단위gm(%))
	대조군(C)1)	BG2)	BO3)	Oxi4)
카제인	200	200	200	200
L-시스틴	3	3	3	3
옥수수 전분	517.48	467.48	467.48	467.48
수크로스	100	100	100	100
셀룰로스	50	50	50	50
대두유	70	70	70	70
t-부틸하이드로퀴논	0.014	0.014	0.014	0.014
무기질 믹스(S10022G)	35	35	35	35
비타민 믹스(V10037)	10	10	10	10
콜린 바이타르타레이트	2.5	2.5	2.5	2.5
콜레스테롤	10	10	10	10
콜린산	2	2	2	2
베타-글루칸		50	25
산화 베타-글루칸			25	50
합계	1000	1000	1000	1000
1)고 콜레스테롤 유도군 2)귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 3)귀리 베타-글루칸 2.5%와 100% 산화 귀리 베타-글루칸 2.5% 함유 식이 제공 군 4)100% 산화 귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군

3) 체중 증가량, 식이 섭취량 및 에너지 효율

식이 섭취량은 매일 식이를 공급할 때마다 측정하였고, 체중 측정은 식이 섭취로 인한 일시적인 체중 변화를 막기 위하여 측정하기 1시간 전에 식이와 물을 제거한 후 일주일에 두 번 측정하였다. 식이 공급과 체중 측정은 매 측정 시 오후 2시에 실시하였다.

식이 효율(food efficiency ratio, FER)은 전 체중 증가량을 같은 기간 동안의 식이 섭취량으로 나누어 계산 하였다. 체중 증가량, 식이 섭취량 및 식이 효율은 다음 표 6과 같으며, 군간의 유의적인 차이를 보이지 않았다.

실험군	구 분
	0일	4주후	체중증가	식이 섭취량	식이 효율
대조군l)	134.25±3.16ns)*	266.00±6.18ns)	131.75±7.52ns)	528.6±24.00ns)	0.25±0.20ns)
BG2)	136.13±2.28	281.13±7.64	147.00±6.35	542.25± 4.57	0.27±0.01
BO3)	136.25±2.17	260.50±6.0	124.25±7.65	526.88±17.14	0.24±0.02
Oxi4)	136.25±2.28	264.75±8.44	128.50±7.63	562.88±9.36	0.23±0.01
1)고 콜레스테롤 유도군 2)귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 3)귀리 베타-글루칸 2.5%와 100% 산화 귀리 베타-글루칸 2.5% 함유 식이 제공 군 4)100% 산화 귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 ns) 유의적이지 않음 *평균 ± 표준 편차[by Duncan's multiple range test (p<0.05)]

상기 표 6에 나타난 결과는 식이에 콜레스테롤 급여수준을 달리한 흰쥐에서 식이효율 및 체증증가량을 조사한 결과 군간에 유의적인 차이를 보이지 않았다는 Lim 등(1985)의 연구와 콜레스테롤과 귀리 베타-글루칸을 급여한 군의 흰쥐가 콜레스테롤과 일반식이를 제공한 군과 체중차이가 없다고 보고한 Schrijver 등(1992)의 연구와 같은 경향을 보였다. 이와 같은 결과로 보아 콜레스테롤과 귀리 베타-글루칸의 급여가 식이 효율 및 체중증가에 큰 영향을 미치지 않는다고 할 수 있겠다.

4) 시료의 수집

① 혈액 및 간의 채취

4 주간의 사육이 끝난 실험동물은 12시간 절식 후 드라이 아이스(dry ice)로 마취시켜 복부를 절개한 다음 심장에서 혈액을 채취하여 헤파린(heparin) 처리된 튜브에 담아 300 × g에서 15분간 원심 분리하여 혈청을 분리하고 지질 분석을 위해 실험 전까지 -70 ℃에 보관하였다. 혈액 채취 후 간에서 콜레스테롤과 트리글리세라이드(triglyceride, TG)를 측정하기 위해 간을 떼어 내어 0.9% 생리 식염수로 씻은 후 무게를 측정한 다음 분석 시 까지 -70 ℃에서 보관 하였다.

② 분의 수거

각 실험동물의 분은 희생 3일간 수거하여 분의 건 중량을 재고 -70 ℃ 냉동고에 보관하였다. 그 후 분석 전에 80 ℃ 드라이 오븐(dry oven)에서 24시간 동안 건조시켜 건 중량을 잰 후 분쇄하여 실험에 이용하였다.

5) 시료 분석

① 혈액의 지질 성분

혈청 내 총 콜레스테롤(total cholesterol, TC) 및 고밀도지단백-콜레스테롤(HDL-C)과 트리글리세라이드(TG)측정은 키트(kit, 아산 제약)을 사용하여 각각 500과 550 nm에서 흡광도를 측정하여 표준 효소비색법으로 정량하였다. 혈청 내의 , 저밀도지단백-콜레스테롤(LDL-C) 및 초저밀도지단백-콜레스테롤(VLDL-C)은 다음 수학식 6 및 7과 같이 계산하였다.

VLDL-C = TC - (HDL-C + LDL-C )

주간의 실험식이 제공 후 측정한 혈청 지질 농도는 다음 표 7과 같다.

상기 표 7에 의하면 혈청 총 콜레스테롤(total cholesterol, TC)농도는 대조군이 176.84 ± 14.13 mg/dL로 가장 높은 농도를 나타내고, Oxi군은 139.89 ± 11.35 mg/dL 농도로 크게 감소하여 유의적(p<0.05)이었고, 귀리 베타-글루칸을 급여한 BG군과 귀리 베타-글루칸과 산화 귀리 베타-글루칸을 함께 급여한 BO군에서는 유의적인 차이를 보이지 않았으나 감소하는 경향은 보였다. TG의 농도는 대조군, BG, BO, Oxi군순으로 점차 감소하였으며, 대조군 59.60 ± 5.36 mg/dL로 가장 높았고, Oxi군은 41.15 ± 5.56 mg/dL의 농도로 대조군에 비해 가장 크게 감소하여 유의적인 차이(p < 0.05)가 있었다.

혈청 HDL-C은 모든 군에서 유의적인 차이를 나타내지 않았다. LDL-C는 TC와 같은 경향을 보여 대조군에 비해 Oxi군에서 105.52 mg/dl로 가장 낮은 농도를 보였고 VLDL-C 도 대조군에 비하여 8.23 mg/dL로 유의적인 차이로 감소하였다.

동맥경화 지수를 나타내는 AI는 HDL-C과 LDL-C의 비를 나타내는 것으로 모든 실험 군에서 유의적인 차이를 보이지 않았으나, 대조군에 비해 BG, BO, Oxi군순으로 감소하는 경향을 보였다.

결과적으로 Oxi군이 대조군 보다 혈청 TC 농도는 약 23%, TG의 농도는 약 21% 현저하게 감소하였다. 이상의 결과로 볼 때, 콜레스테롤 저하효과가 뛰어난 것으로 잘 알려진 귀리 베타-글루칸 (Hick et al., 1995)을 급여한 BG 군 보다 100% 산화 베타-글루칸이 첨가된 BO 군과 Oxi 군이 혈청 콜레스테롤 저하 효과가 뛰어난 것을 알 수 있었다.

② 간의 지질 성분 추출 및 분석

간의 지질 추출은 Folch 등(1957)의 방법을 이용하여 추출하였다. 즉, 간 조직 1 g을 절단하여 10 mL 클로로포름과 메탄올의 혼합물(2:1, v/v)과 2 mL의 증류수를 넣고 조직 균질기(tissue homogenizer)로 5분간 균질화하여, 3,000 ×g 에서 10분간 원심분리 하였다. 콜레스테롤과 TG를 함유하고 있는 하층액인 클로로포름층을 감압건조 시킨 후 분석에 이용하였다. 간 중의 TG와 TC 함량은 혈청중의 지질성분 분석과 같은 방법으로 분석하였다. 100 % 산화 귀리 베타-글루칸의 급여가 간 무게, TC, TG에 미치는 영향은 다음 표 8에 나타내었다.

실험군	구분
	간 중량(g)	총콜레스테롤 (mg/g liver)	TG (mg/g liver)
대조군1)	14.09± 0.53ab*	14.02± 1.43c	10.01± 0.94ns)
BG2)	14.80± 0.60b	11.02± 0.75b	9.42± 0.57
BO3)	12.76± 0.39a	8.78± 0.72ab	9.13± 0.99
Oxi4)	12.79± 0.53a	7.31± 0.66a	8.36± 0.84
1)고 콜레스테롤 유도군 2)귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 3)귀리 베타-글루칸 2.5%와 100% 산화 귀리 베타-글루칸 2.5% 함유 식이 제공 군 4)100% 산화 귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 ns) 유의적이지 않음 *평균 ± 표준 편차[by Duncan's multiple range test (p<0.05)]

상기 표 8에 나타낸 바와 같이, 간의 무게는 그룹간의 유의적인 차이(p< 0.05)를 보였다. 각 군의 간 무게는 대조군 14.09 ± 0.53 g과 BG군 14.80 ± 0.60 g에 비해 산화 귀리 베타-글루칸을 급여한 군인 BO군과 Oxi군이 각각 12.76± 0.39 g, 12.79± 0.53 g으로 유의적인 차이로 감소하였다(p< 0.05).

이와 같은 결과는 1%의 콜레스테롤과 0.2% 콜린산(cholic acid)으로 고 콜레스테롤증을 유발시킨 군이 일반 식이를 제공한 군에 비하여 간의 무게를 증가시켰고, 수용성 식이섬유인 금불초(psyllium), 검류(gums), 펙틴(pectin)을 제공한 군에서는 간의 무게가 감소하며, 혈청 및 간의 콜레스테롤 저하효과를 보인다는 (Anderson et al., 1994)의 보고와 일치한다.

간 중 TC의 농도는 모든 실험 군에서 유의적인 차이(p < 0.05)를 보였다. 간 1 g당 TC의 농도는 대조군 14.02± 1.43 mg/ g에 비해 BG군 11.02± 0.75 mg/g, BO군 8.78± 0.72 mg/g, Oxi군 7.31± 0.66 mg/g 의 농도로, 콜레스테롤을 유도한 C군에 비하여 각각 약 21%, 37%, 47%로 급격하게 감소하였다. TG는 모든 실험 군에서 유의적인 차이를 나타내지 않았지만, TC 와 같이 대조군, BG, BO, Oxi 군순으로 감소하는 경향을 보였다.

간 중의 콜레스테롤은 혈청의 지질 성분 분석 결과와 비슷한 경향이었다. 즉, TC 와 TG의 농도가 귀리 베타-글루칸을 제공한 군보다 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 군에서 급격히 감소하였다. TC의 농도는 혈청에서 보다 간에서 그 차이가 현저하였는데, 수용성 식이섬유가 혈장 콜레스테롤 농도 보다 간의 콜레스테롤 농도에 현저한 영향을 미친다는 Kang 과 Song(1997)의 보고로 미루어 보아 귀리 베타-글루칸보다 수용성이 향상된 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 급여한 Oxi군에서 TC 와 TG농도가 더욱 낮아진 것으로 생각 된다.

③ 분 중의 지질 성분 및 담즙산 함량 측정

분의 TC과 TG의 분석에는 Folch 등(1957)의 방법을 이용하여 간과 동일한 방법으로 각종 지질을 분석하였다. 분변 내 담즙산은 변 1 g를 에탄올 40 mL을 가하여 3회 반복 추출하고, 일정량을 취해 에탄올을 제거하고 담즙산 측정용 키트(Wako Chemical Co., Japan)을 이용하여 측정하였다. 일일 분의 양과 분 중의 TC, TG와 담즙산 함량을 측정한 결과를 다음 표 9에 나타내었다.

실험군	구 분
	분의 무게 (g/day)	TC (mg/day)	TG (mg/day)	담즙산 (mmol/day)
대조군1)	1.76± 0.09a*	13.24± 1.93a	0.38± 0.07a	4.10± 0.27ab
BG2)	1.93± 0.14ab	18.39± 1.69b	0.74± 0.10b	5.23± 0.54b
BO3)	2.13± 0.06b	21.18± 1.20b	0.88± 0.08b	4.86± 0.34b
Oxi4)	1.97± 0.15ab	21.55± 1.50b	0.97± 0.09b	3.17± 0.23a
1)고 콜레스테롤 유도군 2)귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 3)귀리 베타-글루칸 2.5%와 100% 산화 귀리 베타-글루칸 2.5% 함유 식이 제공 군 4)100% 산화 귀리 베타-글루칸 5% 함유 식이 제공 군 *평균 ± 표준 편차[by Duncan's multiple range test (p<0.05)]

상기 표 9에 나타낸 바와 같이, 분의 양은 대조군에 비하여 BO군이 유의적인 차이로 증가하였으며(p<0.05), 모든 실험군에서 증가하는 경향을 보였다. 분의 1일 배설량은 대조군에 비하여, BO군이 유의적인 차이로 증가하였으며, 분변으로 TC와 TG의 배설량은 Oxi군이 가장 뛰어났으며, TG의 농도는 대조군에 약 2.5배 이상의 배설능을 보였다.

분 중 TC의 함량은 대조군에 비하여 모든 실험군이 유의적으로 증가하였으며, Oxi군이 21.55 mg/day 로 가장 높은 값을 나타내었고, TG의 함량도 역시 모든 실험군에서 유의적으로 증가하였으며, 대조군 0.38 mg/day과 비교하여 BG, BO, Oxi 군이 각각 0.74, 0.88, 0.97 mg/day으 농도로 증가함을 보였다. 특히 Oxi군은 대조군에 비하여 약 2배 이상의 TG를 배출하는 것을 알 수 있었다.

담즙산 배설량은 TC, TG와는 반대의 경향을 보였다. BG군이 5.23 mmol/day로 가장 많은 량을 나타냈으며, Oxi군은 대조군(4.10 mmol/day) 보다도 적은 3.17 mmol/day 의 배설량을 보였다.

결과적으로, 시험관(In vitro) 실험의 경우 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 담즙산 결합능이 가장 우수했던 것과는 달리 분 중의 담즙산 농도는 Oxi군, C군, BO 군, BG군순으로 증가하였다.

귀리 베타-글루칸의 콜레스테롤 저하효과는 강한 점성으로 인하여 체내의 담즙산을 흡착하여 분변으로 배설함으로서 혈청과 간의 콜레스테롤 저하시킨다고 알려져 있는(Schrijver et al., 1992) 것과 같이 본 실험에서도, BG군에서는 이와 같은 결과를 보였으나 산화 귀리 베타-글루칸을 급여한 군에서는 정반대의 결과를 보였다. 이러한 결과는 귀리 베타-글루칸이 산화로 인하여 생성된 카르복실기에 의해 수용성 향상으로 점도가 저하되어 담즙산을 결합하는 능력이 저하된 것으로 추정된다.

식이섬유가 담즙산 배설능에 미치는 영향은 식이섬유의 종류에 따라 다양한 결과를 보여 주는데 (Vahouny et al., 1987) 체내 콜레스테롤 저하에 아무런 영향을 미치지 않거나 심지어 체내 콜레스테롤을 증가시키는 불용성 식이섬유 셀룰로스도 분의 담즙산 결합능은 증가시킨다고 보고되었다. 이러한 보고들을 볼 때, 식이 섬유 섭취에 의한 체내 콜레스테롤 농도 저하효과는 전적으로 담즙산 재흡수 저하에 의한 것은 아니며 중성지방과 콜레스테롤 외의 다른 영양성분의 흡수저하가 복합적으로 작용 한 것으로 생각된다.

Anderson 등(1994)은 10가지 식이섬유급원들의 콜레스테롤 저하 효과를 1% 콜레스테롤과 0.2 % 콜린산를 함유한 식이를 섭취한 흰쥐에서 비교하였을 때 수용성 식이 섬유인 금불초(psyllium)가 가장 현저한 저하효과를 보였으며, 그 다음으로 귀리(oat), 검(gum), 구아검(guar gum), 펙틴(pectin)이 높았다고 보고하였다. 그러나, 불용성 식이섬유의 함량이 높은 쌀겨(rice bran)나 밀겨(wheat bran) 등은 콜레스테롤 저하효과가 없다고 보고하였다. 이러한 점을 종합해 볼때, 수용성 식이섬유가 불용성 식이 섬유에 비하여 우수한 콜레스테롤 저하능을 가질 수 있다고 판단된다.

식이 섬유가 대장에서 발효할 때 생산되는 저급지방산들이 콜레스테롤 합성능을 저해한다고 하였다(Nishina and Freedland, 1990; Chen and Anmderson, 1979). 그리고 수용성 식이 섬유가 불용성 식이 섬유소에 비하여 단쇄 지방산(SCFAs)을 생성하는 능력이 크다고 하였다(Goni and Martin-Caron, 1998).

산화 후 수용성이 약 3배가 향상된 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 대장에서 단쇄 지방산을 생성하면서 콜레스테롤 합성능을 저해한다고 추측해 볼 수 있겠다.

실시예 3: 산화 귀리 베타-글루칸의 독성 실험

(1) 실험용 쥐에 대한 경구 투여 급성 독성실험

6주령의 특정병원부재(SPF) SD계 실험용 쥐(rat)를 사용하여 급성독성실험을 실시하였다. 군당 2 마리씩의 동물에 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 각각 0.5% 메틸셀룰로즈 용액에 현탁하여 1 g/kg/1 ㎖의 용량으로 단회 경구투여하였다. 시험물질 투여 후 동물의 폐사여부, 임상증상, 체중변화를 관찰하고 혈액학적 검사와 혈액생화학적검사를 실시하였으며, 부검하여 육안으로 복강장기와 흉강장기의 이상여부를 관찰하였다. 시험결과, 시험물질을 투여한 모든 동물에서 특기할 만한 임상증상이나 폐사된 동물은 없었으며, 체중변화, 혈액검사, 혈액생화학 검사, 부검소견 등에서도 독성변화는 관찰되지 않았다. 이상의 결과 실험된 화합물은 모두 랫트에서 500 mg/kg까지 독성변화를 나타내지 않으며 경구 투여 최소치사량(LD50)은 500 mg/kg이상인 안전한 물질로 판단되었다.

(2) 실험용 쥐에 대한 비경구 투여 독성실험

상기 경구 투여 독성실험과 동일한 실험용 쥐를 사용하여, 본 발명의 실시예에 따라 제조된 100% 산화 귀리 베타-글루칸 -- mg 씩 근육주사 방법으로 투여하였다. 실험용 쥐 한 마리에는 2주 간격으로 2번, 다른 한 마리의 실험쥐에는 2 주 간격으로 2회 투여 후, 1 개월의 간격을 둔 다음 다시 2 주 간격으로 3회 투여를 실시하였다.

처음 주사 후 6 개월간 질병 유무(clinical sign), 체중, 체온 등 외관(physical examination), 혈액세포의 이상(haematology), 배설물의 이상(urinalysis)을 관찰하였으나 모두 정상치의 값을 나타내었다.

실시예 4 : 제제화 예

상기에서 확인된 바와 같이, 산화 귀리 베타-글루칸은 우수한 담즙산 결합능 및 콜레스테롤 저하능을 나타내어 콜레스테롤 저하제 등의 약제 조성물로 제제화할 수 있으며, 또한 건강보조식품으로 제조할 수 있다.

① 시럽제의 제조

본 발명의 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 유효성분 2 %(중량/부피)로 함유하는 시럽은 다음과 같은 방법으로 제조하였다.

100% 산화 귀리 베타-글루칸 2g, 당 25.4g 을 온수 80 g에 용해시켰다. 이 용액을 냉각시킨 후, 여기에 글리세린 8.0 g, 사카린 0.8 g, 향미료 0.04 g, 에탄올 4.0 g, 소르빈산 0.4 g 및 증류수로 이루어진 용액을 제조하여 혼합하였다. 이 혼합물에 물을 첨가하여 100 ㎖가 되게 하였다.

② 정제의 제조

유효성분 15 mg이 함유된 정제는 다음과 같은 방법으로 제조하였다.

100% 산화 귀리 베타-글루칸 250 g을 락토오스 175.9 g, 감자전분 180 g 및 콜로이드성 규산 32 g과 혼합하였다. 이 혼합물에 10% 젤라틴 용액을 첨가시킨 후, 분쇄해서 14 메쉬체를 통과시켰다. 이것을 건조시키고 여기에 감자전분 160 g, 활석 50 g 및 스테아린산 마그네슘 5 g을 첨가해서 얻은 혼합물을 정제로 만들었다.

③ 주사액제의 제조

유효성분 10 mg을 함유하는 주사액제는 다음과 같은 방법으로 제조하였다.

100% 산화 귀리 베타-글루칸 1 g, 염화나트륨 0.6 g 및 아스코르빈산 0.1 g을 증류수에 용해시켜서 100 ㎖을 만들었다. 이 용액을 병에 넣고 20 ℃에서 30 분간 가열하여 멸균시켰다.

④ 건강보조 음료의 제조

100% 산화 귀리 베타-글루칸 500 ㎎을 적당량의 물에 용해시킨 후에 보조성분으로서 비타민 C, 교미제로서 구연산, 구연산나트륨, 올리고당을 적당량 가하고, 보존제로서 적당량의 나트륨벤조에이트를 가한 후에 물을 가하여 전량을 100 ㎖로 만들어 음료용 조성물을 제조하였다. 이때 타우린이나 마이오 이노시톨, 엽산, 판토텐산 등을 단독으로 혹은 함께 첨가할 수 있다.

실시예 5: 최적 산화물의 식품에의 적용 확인

(1) 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 제면에 미치는 영향

1) 실험재료

다목적용 1등급 중력분 밀가루(대한제분)를 구입하였으며, 소금은 순도 99%이상의 정제염(한주 소금)을 사용하였다. 시료로 이용된 귀리 베타-글루칸, 100% 산화 귀리 베타-글루칸 및 밀가루는 18 메쉬(mesh) 체를 통과 시켜 실험재료로 사용하였다(Lee and jung, 2003).

2) 국수 제조 및 호화특성 확인

밀가루 200 g에 소금 4 g를 녹인 물 80 mL을 가하고 실온에서 15분간 반죽하였다. 면대형성을 향상시키기 위하여 25 ℃에서 60분간 재우기를 한 후 수동식 제면기(Pastashule Mod, 150, China)로 롤 간격 3단계(4.5 mm, 3.0 mm, 2.0 mm)로 조절하여 dough sheet를 형성하고 폭 4.0 mm, 두께 2.0 mm인 대조면(C-N)을 제조하였고(Lee, 1992; Lee and Jung, 2003), 귀리 베타-글루칸(BG-N) 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸(Oxi-N)을 각각 밀가루에 1%함량이 되도록 첨가 한 후 대조면(C-N)과 같은 방법으로 제조하였으며, 귀리와 100%산화 귀리 베타-글루칸의 호화특성 및 점성특성을 측정하기 위해 RVA (Rapid Viscosity Analyzer, Newport Scientific Pty, Ltd., Warriewood, NSW, Australia)로 분석하였다(Choi et al.. 2003).

즉, 밀가루와 시료 복합분 3.5 g에 물 25 mL을 가한 후, 12 ℃/min의 속도로 교반과 동시에 50 ℃에서 95 ℃까지 가열하고 95 ℃에서 2.5 분간 유지시켰다가 50 ℃까지 냉각시킨 후 50 ℃에서 2.5분간 유지시켜 반응을 종결시켰다.

국수 제조 시 귀리 베타-글루칸 및 산화 귀리 베타-글루칸 첨가한 밀가루 복합분의 호화 특성을 분석한 결과를 다음 표 10에 나타내었다.

상기 표 10에 나타낸 바와 같이, 호화 온도(pasting temperature)는 C-N이 50.68 ± 0.74 ℃, BG-N이 54.23± 5.20 ℃, Oxi-N이 50.03± 0.11℃로 나타나 귀리 베타-글루칸의 첨가가 일반 밀가루에 비하여 호화온도를 높이지만, 산화 과정 후에 호화 온도를 낮추는 것을 알 수 있었다. 최고점도(hot peak viscosity)는 C-N 3189± 26.87 cp에 비해 BG-N군이 3613± 113.8 cp로 높게 나타난 반면 Oxi-N군은 2779± 38.89(cp)로 현저히 낮게 나타났다. 냉각점도(final viscosity) 또한 최고 점도와 같은 경향으로 BG-N이 가장 높은 점도를 나타내며 Oxi-N군이 가장 낮은 점도를 보였다. 전분의 전단력, 가열에 대한 내구력을 알 수 있는 열화(breakdown)점도는 C-N군 1092± 31.11 cp에 비하여 BG-N군과 Oxi-N군이 각각 1430± 40.31 cp와 946± 43.84 cp로 귀리 베타-글루칸을 1% 첨가한 복합분이 반죽의 내구성을 크게 해 주고, 산화 귀리 베타-글루칸 1% 첨가한 복합분은 그 내구성을 떨어뜨리는 것으로 나타났다.

셋-백(set back) 값이 낮을수록 노화 현상이 천천히 일어남을 추정할 수 있는데 C-N에 비하여, Oxi-N이 1409± 34.65(cp) 값으로 낮아졌고, BG-N은 1533± 53.74(cp)으로 높은 값을 나타내었다.

즉, 국수제조 시 귀리 베타-글루칸의 첨가는 반죽의 점성을 증가 시키며, 열에 대한 내구력을 향상시키는 반면 노화를 빠르게 진행시켰다. 반면 산화 귀리 베타-글루칸의 첨가 복합분은 카르복실기 생성으로 분자간의 반발력을 유도하여 분자간의 결합을 저지함으로서 겔(gel) 형성을 억제하여 점성을 감소시키며, 셋-백(set back)값의 감소로 노화를 지연시키는 특징이 있는 것으로 확인되었다.

귀리 베타-글루칸을 첨가한 복합분이 반죽의 점도를 향상 시키고 대조군보다 노화를 더 빠르게 진행 시키는 것은 귀리 베타-글루칸이 갖는 큰 점성 때문이다. 보리에서 추출한 베타-글루칸이 최고점도 및 냉각 점도를 상승시킨다는 Choi 등(2003)의 결과와 같았다. 또한, 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 복합분의 경우 대조군보다 산화 전분이 호화 점도를 감소시킨 것은 NaOCl로 산화를 유도한 옥수수 전분이 낮은 점성을 보인다는 보고(Han and Ahn, 2002; Wang and Wang, 2003)의 보고와 일치한다.

3) 국수의 조리 실험

국수의 중량 50 g을 끓는 물(증류수) 500 mL에 넣고 6분간 조리 후 건져서 흐르는 냉수에 30초간 냉각시킨 후 10분간 물을 뺀 무게로 계산하였고, 국수의 부피는 50 g의 국수를 500 mL의 증류수를 담은 1 L의 메스 실린더에 담근 후 증가하는 물의 부피로 계산하였다. 조리면의 함수율은 삶아서 건져낸 국수를 10분간 물기를 제거 한 후 측정한 국수의 중량에서 생면의 중량을 빼고 다시 생면의 중량으로 나누어 준 후 100을 곱해준 값으로 하였다(Lee and Jung, 2003).

중력분 밀가루에 귀리 베타-글루칸과 산화 귀리 베타-글루칸을 각각 1% 씩 대체하여 제조한 국수의 조리 특성을 실험한 결과는 다음 표 11에 나타내었다.

구분	조리후 중량(g)	조리후 부피(mL)	함수율(%)
C-N	113.52	108	125
BG-N	114.72	110	128
Oxi-N	115.12	110	128
1)C-N: 대조군 국수 2)BG-N: 귀리 베타-글루칸 국수 3)Oxi-N: 100% 산화 귀리 베타 글루칸 국수

상기 표 11에 나타낸 바와 같이, 조리 후 국수의 중량은 C-N이 113.5 g, BG-N이 114.7 g, Oxi-N이 115.1 g으로 증가였으며 중량증가에 따라 부피, 함수율도 C-N에 비하여 BG-N, Oxi-N이 모두 증가하였다.

상기와 같은 결과는 귀리 베타-글루칸이 강함 점성으로 인하여 수분을 보유하려는 능력에 의한 것이라 생각되며, 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 국수의 중량이 더 증가한 것은 카르복실기 생성에 의해 용해성의 향상이 동반되어 나타난 결과라고 생각된다.

5) 국수의 색도

국수의 색도는 생면과 조리면을 세절 한 후 표면 색도를 색차계(Chroma Meter DP-400, Minolta. Co., Japan)를 사용하여 5회 반복하여 측정하였으며 그 값은 Hunter's L(명도), a(적색도), b(황색도)값으로 표시하였다. 국수의 색도를 측정한 결과는 다음 표 12에 나타내었다.

상기 표 12 에 나타낸 바와 같이, 생면의 경우 명도를 나타내는 L 값은 C-N군(78.3 ± 0.08)에 비하여 BG-N군(79.60 ± 0.25)과 Oxi-N군(81.42 ± 0.16)의 값이 유의적으로 높아졌고(p<0.05), 적색도를 나타내는 a값은 그룹간의 차이가 없었고, 황색도를 나타내는 b값은 Oxi-N군이 C-N군에 비하여 낮아져 황색도가 감소하였다.

반면, 조리면의 L, a, b 값은 조리 전의 생면보다 색도가 전체적으로 감소하였으며 조리 전과는 반대의 경향을 나타내었는데, L값은 각각 C-N 군(72.16± 0.56), BG-N군(71.37± 0.29) Oxi-N군(70.76± 0.33)으로 낮아졌으며, b 값은 C-N군(7.39± 0.16), BG-N군(7.87± 0.07), Oxi-N군(7.87± 0.12)이었으며 a 값은 유의적인 차이가 없었다(p<0.05).

즉, 국수의 색도는 조리전과 후의 반대의 경향을 나타내는데, 생면의 경우, Oxi-N군이 적색도를 나타내는 a값에서는 유의적인 차이를 보이지 않았지만 명도를 나타내는 L값과 황색도를 나타내는 b값은 대조군에 비하여 낮은 값을 보임으로 국수의 색이 밝아졌음을 확인하였지만, 조리 후 전체적인 국수면의 색이 어두워 졌을 뿐 아니라, 반대로 대조군이 가장 높은 값으로 밝았고, BG-N군, Oxi-N군순으로 높은 값을 나타내었다. Oxi-N군의 색도가 조리 전·후로 정반대의 경향을 보이는 것은 일반적으로 산화 전분이 열에 민감하며, 열에 노출되었을 때, 황색과 갈색으로 변화는 특성을 갖기 때문이다(Whistler et al.,1984).

6) 국수의 텍스쳐 특성

생면과 조리한 국수의 텍스쳐 특성은 텍스쳐 분석기(texture analyzer, TA-XT2, Stable Microsystems Ltd., UK)를 사용하여 측정하였다. 다음 표 13의 조건으로 직경 3.5 cm의 원형 탐침기(probe)를 사용하여 생면과 삶은 국수의 경도(hardness), 탄성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess) 및 씹힘성(chewiness)을 측정하였으며, 귀리 베타-글루칸과 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 생면과 조리면의 텍스쳐 측정 결과는 다음 표 14에 나타내었다.

시료 크기	5 cm
프루브(probe)	35 mm
테스트 스피드	10.0 mm/sec
포스트(post) 테스트 스피드	10.0 mm/sec
프리(pre) 테스트 스피드	5.0 mm/sec
트리거(Trigger) 타입	20 g
변형(Deformation)	50%

상기 표 14에 나타낸 바와 같이, 생면의 경도(견고성)는 BG-N군(1803.09± 81.4), Oxi-N군(1621.41± 68.34), C-N군(1451.59± 58.2) 순이었다. C-N군에 비해 BG-N군이 검성, 씹힘성이 증가하는 경향을 보였으나 유의적인 차이는 없었으나, Oxi-N군은 응집성, 검성, 씹힘성이 모두 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 조리면의 경우 경도는 Oxi-N군(1172.03± 117.43)이 현저히 감소하여 가장 약한 강도를 보였다.

생면과 조리면의 경우 대조군에 비하여, 귀리 베타-글루칸과 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가하여 제조한 국수가 경도, 검성, 씹힘성이 향상되었는데, 이러한 결과는 Lee and Jung(2003)의 보리 베타-글루칸 강화 국수의 텍스쳐 특성 중 견고성, 씹힘성이 높아진다는 보고와 일치한다. 이는 귀리 베타-글루칸의 검성 때문인 것으로 생각된다.

그리고, 생면에서는 Oxi-N군이 모든 면에서 높은 값을 나타내었지만, 조리 후 검성과 경도, 씹힘성이 BG-N군보다 낮은 값을 나타내었다. 이러한 결과는 국수를 삶는 조리 과정 중 물에 대한 용해성이 우수한 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 물을 흡수하여 국수가 풀어져 견고성이 낮아진 것으로 생각된다.

(2) 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 제빵에 미치는 영향

1) 실험재료

1등급 박력분 밀가루(대한제분), 설탕(대한제분)을 구입하였으며, 소금은 순도 99%이상의 정제염(한주 소금)을 사용하였다. 시료로 이용된 귀리 베타-글루칸, 100% 산화 귀리 베타-글루칸 및 밀가루는 30 메쉬 체를 통과 시켜 실험재료로 사용하였다(Chun, 2003).

2) 스폰지 케이크의 제조

다음 표 15에 나타낸 재료의 배합비로 스폰지 케이크를 제조하였다. 달걀, 설탕, 소금을 첨가하여 저속에서 1분 고속에서 4분, 중속에서 1분간 테이블 믹서(table mixer)의 휘퍼(whipper)를 사용하여 휘핑하고, 2회 체질 한 밀가루를 넣고 저속으로 1.5분간 혼합하고, 윗불 190 ℃, 아랫불 170 오븐에서 30분간 구어내고 1시간 방치 후 실험에 사용하였다(Jeong and Shim, 2004).

귀리 베타-글루칸(BG-B) 및 100% 산화 귀리 베타-글루칸(Oxi-B)을 각각 밀가루 대비 1% 함량이 되도록 첨가 한 복합분을 표준 스폰지 케이크(C-B) 제조법과 같은 방법으로 제조하였다.

구분(단위: g)	C-B1)	BG-B2)	Oxi-B3)
밀가루	100	99	99
달걀	150	150	150
설탕	120	120	120
베이킹 파우더	0.5	0.5	0.5
정제염	1	1	1
베타-글루칸	0	1	0
100% 산화 베타-글루칸	0	0	1
1)C-B: 베타-글루칸 미함유 스폰지 케이크 2)BG-B: 귀리 베타-글루칸을 함유하는 스폰지 케이크 3)Oxi-B: 산화 귀리 베타-글루칸을 함유하는 스폰지 케이크

3) 스폰지 케이크의 호화 특성

귀리와 100% 산화 귀리 베타-글루칸의 호화특성 및 점성특성을 측정하기 위해 RVA(Newport Scientific Pty, Ltd., Warriewood, NSW, Australia)로 분석하였다(Choi et al., 2003).

즉, 밀가루와 시료 복합분 3.5 g에 물 25 mL을 가한 후, 12 ℃/min의 속도로 교반과 동시에 50 ℃에서 95 ℃까지 가열하고 95 ℃에서 2.5 분간 유지시켰다가 50 ℃까지 12 ℃/min의 속도로 냉각시킨 후 50 ℃에서 2.5 분간 유지시켜 반응을 종결 시켰다. 스폰지 케이크 제조 시 귀리 베타-글루칸 및 산화 귀리 베타-글루칸 첨가한 밀가루(박력분)복합분의 호화 특성을 분석한 결과는 다음 표 16에 나타내었다.

상기 표 16에 나타낸 바와 같이, 국수 제조 시 호화특성을 조사한 RVA 결과 전체적인 점도는 감소하였으나 경향은 같았다. 즉, 제면에서의 결과와는 다르게, 호화개시 온도에는 큰 차이가 없었지만, 최고점도(peak viscosity)와 냉각점도(final viscosity)는 Oxi-B군, C-B군, BG-B군 순으로 감소하였으며 가열에 대한 내구력을 나타내는 열화(breakdown)는 Oxi-B군 661± 7.07 cp, C-B군 882± 12.30 cp, BG-B군 1238± 31.82cp 로 증가하여 귀리 베타-글루칸이 가장 큰 값을 나타냈다.

셋-백(Set back) 값은 C-B군이 1516±17.43 cp, 귀리 베타-글루칸을 첨가한 복합분이 1609± 5.66 cp, 100% 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 복합분이 1416± 2.12 cp로 나타나 100% 산화 귀리 베타-글루칸이 귀리 베타-글루칸에 비해 낮은 값을 보였다.

스폰지 케이크 제조 시 사용한 박력분에 각 시료를 귀리 베타-글루칸, 산화 귀리 베타-글루칸이 각각 1% 되게 한 혼합분에서의 호화 특성은 국수 제조시 중력분에 각 시료 1% 되게 한 복합분의 호화 특성과 같은 경향을 보였다. 다만, 전체적인 점도가 스폰지 케이크의 복합분이 더 낮게 나타났다. 이것은 중력분에 비하여 글루텐 함량이 적은 박력분이 낮은 점성을 나타냈으리라 생각된다.

4) 스폰지 케이크 특성

스폰지 케이크의 제조 후 특성으로 총 부피 지수(total volume index), 대칭성(symmetry)과 균일성(uniformity) 지수는 Bath 등(1992) 의 방법으로 측정하였으며, 그 결과를 다음 표 17과 첨부도면 도 10에 나타내었다.

구분	총 부피지수	대칭성지수	균일성 지수
C-B1)	34.3	0.5	0.3
BG-B2)	34.8	0	0
Oxi-B3)	32.9	0.8	0.2
1)C-B: 베타-글루칸 미함유 스폰지 케이크 2)BG-B: 귀리 베타-글루칸을 함유하는 스폰지 케이크 3)Oxi-B: 산화 귀리 베타-글루칸을 함유하는 스폰지 케이크

상기 표 17에 나타낸 바와 같이, 총 부피 지수는 C-B군에 비하여,BG-B의 케이크가 약간 증가하였고, Oxi-B 케이크는 감소하였다. 대칭성과 균일지수는 BG-B 케이크가 가장 고른 형태를 유지하였다. 귀리 베타-글루칸이 1%가 되도록 하여 제조한 스폰지 케이크가 대칭성과 균일지수가 높은 것으로 나타났는데, Lee(1992)의 보고와 일치한다. Bhatty(1986)는 보릿가루가 밀가루의 글루텐(gluten)을 희석하는 원인이 되고 이것이 가스(gas) 형성능을 방해하여 빵의 부피를 감소시킨다고 하였다.

본 발명의 결과는 정제된 귀리 베타-글루칸을 첨가한 식빵이 부피 향상 및 제빵 특성에 좋은 효과를 증진을 시킨다는 Lee(1992)의 보고에 따라 이와 같은 결과를 보인다.

5) 스폰지 케이크 색도

시료를 1시간 동안 방냉 후, 스폰지 케이크의 외부(crust) 부분과 내부(crumb)부분의 표면을 색차계(Chroma Meter DP-400, Minolta Co., Japan)를 사용하여 5회 반복하여 측정하였고, 그 값은 Hunter's L(명도), a(적색도), b(황색도)값으로 표시하여 표 18에 나타내었다.

상기 표 18에 나타낸 바와 같이, 외부(crust)의 L값은 C-B에 비하여 BG-B과 Oxi-B스폰지 케이크의 색이 어두워졌으며, 두 시료간의 차이는 없었지만, Oxi-B 군이 더 낮은 값을 보였다. a값과 b값도 역시 대조군과 비교하여 감소하였다.(p<0.05) 내부(crumb)의 L, a, b 값은 외부도 역시 비슷한 경향을 보여, 산화 귀리 베타-글루칸을 첨가한 군이 더 어두운 경향을 나타내었다.

또한, 스폰지 케이크 제조 후의 색도 역시 조리면과 같은 경향을 보였다. Oxi-B군은 대조군에 비하여, 갈색이 더욱 짙어진 것을 육안으로도 확인 할 수 있었는데 설탕에 의한 카라멜화 반응과 산화물이 180 ℃의 고온에 노출되면서 갈색화가 더욱 뚜렷해 진 것으로 생각된다.

6) 스폰지 케이크의 텍스쳐 특성

텍스쳐 특성은 텍스쳐 분석기(Texture Analyzer, TA-XT2, Stable Microsystems Ltd., UK)을 사용하여 측정하였다. 시료는 1.5cm × 1.5cm × 1.5cm 크기로 잘라 직경 3.5 cm의 원형 탐침기(probe)를 사용하여 다음 표 19의 조건으로 스폰지 케이크의 경도, 탄성, 응집성, 검성 및 씹힘성을 측정하였으며(Chun, 2003), 그 결과는 다음 표 20에 나타내었다.

시료 크기	1.5×1.5×1.5cm
프루브(probe)	35 mm
테스트 스피드	5.0 mm/sec
포스트(post) 테스트 스피드	5.0 mm/sec
프리(pre) 테스트 스피드	2.0 mm/sec
트리거(Trigger) 타입	50 g
변형(Deformation)	50%

상기 표 20에 의하면, 스폰지 케이크의 경도와 검성은 BG-B C-B, Oxi-B 순으로 감소하였다(p<0.05). 검성은 씹힘성, 탄성 등은 그룹간의 유의적인 차이를 보이지 않았으며, Suh 등(2001)은 산화 셀룰로오스를 첨가한 레이어 케이크가 대조군보다 단단한 정도는 낮고, 촉촉한 정도는 더 크다고 보고하였는데 본 실험 결과와 같은 경향을 보였다.

상술한 바와 같이 본 발명에 의하면, 산화 최적 조건에서 산화정도에 따른 산화 귀리 베타-굴루칸을 얻을 수 있었고, 1차 알코올기만이 선택적으로 산화되었음을 ¹³C -NMR 분석으로 확인되었으며, 산화에 따른 분자량의 안정성 또한 확인하였다.

산화 귀리 베타-글루칸의 산화율이 증가함에 따라 물에 대한 용해도 및 담즙산 결합능이 매우 뛰어나며, 동물 실험결과 100% 산화물을 첨가한 식이를 제공한 실험군에서 혈청, 간 및 분변중의 콜레스테롤 농도가 낮아지는 것으로 콜레스테롤 저하 효과를 확인 하였다. 또한, 국수와 스폰지 케이크를 제조하여 식품특성을 조사한 결과 100% 산화 베타-글루칸을 첨가 군이 씹힘성, 검성을 부여함은 물론, 노화지연에 효과가 있었다.

이는 귀리 베타-글루칸의 산화가 항 콜레스테롤 활성을 강화 시킬 뿐 아니라 식품에 적용 시 좋은 식품학적 특성을 갖게 해 기능성 식품 소재로 가치가 충분하다고 생각된다.

Claims (4)

1. 귀리 베타-글루칸 수용액 중 베타-글루칸 1 mM에 대하여, 테트라메틸 피페리딘 옥소암모늄(TEMPO) 0.002492 ∼ 0.009968 mM/AGU(anhydroglucose unit)와 소듐 브로마이드(NaBr) 0.001547 ∼ 0.006189 mM/AGU 및 소듐 하이포클로라이트(NaOCl) 0.55 ∼ 2.2 mM/AGU를 가한 후 반응액의 pH를 10.8 로 조정하여 이를 유지하면서 산화 반응시키는 과정,

   상기 산화 반응액에 알코올을 가하여 산화 반응을 중단시키고 산화 반응액을 중화시키는 과정, 및

   상기 중화 반응액에 아세톤을 가하여 산화 귀리 베타-글루칸을 침전시킨 후 여과 건조시키는 과정

   을 포함하여 이루어지는 것을 특징으로 하는 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법.
2. 제 1 항에 있어서, 상기 산화 반응은 다음 수학식 2에 의하여 산화율(Y)을 조절하는 것을 특징으로 하는 산화 귀리 베타-글루칸의 제조방법.

   [수학식 2]

   Y = 96.03 + 6.28X₃ - 5X₂ ²

   상기 수학식 2에서, Y는 산화율(%)이고, X₂는 NaBr의 농도(mM/AGU)이며, X₃은 반응시간(분)이다.
3. 산화율(Y)이 25 ∼ 100 %인 산화 귀리 베타-글루칸을 유효성분으로 하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 저하제.
4. 산화율(Y)이 25 ∼ 100 %인 산화 귀리 베타-글루칸을 유효성분으로 하는 것을 특징으로 하는 콜레스테롤 저하 효과를 갖는 건강 식품.

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