KR20080091880A

KR20080091880A - 김의 기능성 물질 추출 방법

Info

Publication number: KR20080091880A
Application number: KR1020070034862A
Authority: KR
Inventors: 조영철; 이경식; 김해섭; 전수경; 박정욱; 박인배; 이영재
Original assignee: 전라남도
Priority date: 2007-04-10
Filing date: 2007-04-10
Publication date: 2008-10-15
Anticipated expiration: 2027-04-10
Also published as: KR100864403B1

Abstract

본 발명은 김의 기능성 물질 추출 방법에 관한 것으로, 보다 상세하게는 김의 기능성 유용성분을 최대로 추출할 수 있는 김의 기능성 물질의 추출 방법에 관한 것이다.

본 발명에 따른 김의 기능성 물질 추출 방법은, 건조된 김분말에 에탄올을 가하여 김분말에 함유된 지용성분을 추출하여 탈지 김분말을 제조하는 탈지 김분말 제조 단계와, 탈지 김분말에 용매를 가한 후 호모게나이져 또는 초음파파쇄기로 탈지 김분말을 파쇄하여 균질화시키는 물리적 가수분해 단계와, 균질화된 김분말-용매 혼합액에 섬유질분해효소와 단백질분해효소를 가하여 김분말의 섬유질 및 단백질을 가수분해시키는 효소적 가수분해 단계와, 효소적 가수분해된 김분말-용매 혼합액을 121℃, 1.2㎏/㎠의 고온고압처리하고 pH1.5 내지 pH7.0으로조절하는 고온고압처리 및 pH조절단계와, 고온고압처리 및 pH조절이 끝난 혼합액을 실온까지 냉각시킨 후 원심분리기를 이용하여 침전물과 상등액을 분리하고 여과하여 김추출액을 얻는 원심분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

김, 추출

Description

김의 기능성 물질 추출 방법{METHOD FOR EXTRACTING FUNCTIONAL SUBSTANCE FROM LAVER}

도 1a 및 도 1b는 각각 김 분말량과 고온고압처리에 따른 추출율 및 고형분 함량을 비교한 그래프

도 2a 내지 도 2c는 pH조절과 고온고압처리시간 간의 관계에 따른 추출율, 고형분 함량, 총당을 비교한 그래프

도 3a 및 도 3b는 고온고압처리 시간에 따른 추출액에 대한 전자공여능을 비교환 그래프

도 4a 내지 도 4c는 pH7과 pH2로 초음파 파쇄처리 후 고온고압처리한 추출율, 고형분 함량 및 총당의 결과를 도시한 그래프

도 5는 물리적,효소적 가수분해처리 후 김추출액의 고온고압처리온도 및 시간에 따른 추출율의 결과를 도시한 그래프

도 6은 물리적,효소적 가수분해처리 후 김추출액의 고온고압처리온도 및 시간에 따른 고형분 함량의 결과를 도시한 그래프

도 7은 김추출액의 전자공여능 실험 결과를 도시한 그래프

도 8은 김추출액의 제조 공정을 도시한 흐름도

해조류는 예로부터 아시아 지역에서 널리 섭취해 왔으며, 영양학적으로 열량은 매우 낮으면서 비타민과 무기질, 식이섬유소가 풍부하고, 육지식물에는 비소화성의 점질성 다당류를 다량 함유하고 있으며, 채소류와 비교해서 필수아미노산과 불포화지방산이 많다는 것이 특징이다(Jimenez-Escrig et al, 1999).

김은 전세계에 널리 분포하고 있는데, 약 50종이 기록되어 있으며 우리나라에서는 10종이 기록되어 있다. 이 중에서 주요한 김류의 양식종은 방사무늬김(Pohpyra yezoensis Ueda), 참김(P. tenera Kjellman), 둥근김(P. kuniedai Kurogi) 등이며, 돌김류로서는 잇바다 돌김(미역김, P. dentata Kjellman), 둥근 돌김(P. suborbiculata Kjellman), 긴잎 돌김(P. pseudolinearis Ueda), 모무늬 돌김(P. seriata Kjellman)등이 있다(박정식, 2004).

우리나라에서 김은 남해안과 서해안에서 양식되고 있으며 생산량에서 있어서 천해양식 총생산량의 약 26%, 해조류 총생산량의 약 30%로서 다른 해조류에 비해 많은 편이다. 김의 생산량을 살펴보면 2005년 전라남도에서는 전국 김생산량의 67.7%인 133,724 M/T을 차지하며 생산금액으로는 1,338억원 정도에 이르며, 전남의 양식해조류 전체생산량의 73.4%를 차지하는 주요 해조류 중의 하나이다(해양수산부 통계, 2006).

김은 미역이나 다시마 등과 함께 가장 많이 생산되는 해조류로 홍조류에 속하는 우리나라 대표적인 해조류 중의 하나로써(정영훈 등, 1985), 칼슘, 칼륨, 철, 인 등의 무기질 함량이 풍부한 식품이며(임종환, 1993) 현대인들의 건강 유지를 위하여 필요한 여러 가지 미량원소도 많이 함유하고 있는 매우 우수한 식품으로 알려져 있다.

우리나라의 김의 소비동향을 살펴보면 거의 국내 소비에 치중되고 있으며, 국내에서 김에 대한 소비형태를 살펴보면 주로 김밥, 초밥 그리고 조미 대용품 등 단순한 부식용으로 이용되고 있다. 이들 해조류는 1970년대 이후 양식기술의 발달로 생산량은 꾸준히 증가하고 있지만 소비는 정체되어 해조산업의 장애요인이 되고 있다. 그러나 지금까지 김을 비롯한 해조류의 각종 성분, 칼슘, 칼륨, 철분, 요오드 등의 미네랄 성분과 비타민을 비롯하여 단백질 등의 영양성분, 섬유질, porphyran, fucoidan, alginic acid, 타우린 등의 생리활성물질들이 분석되어지고, 생체유지기능에 관한 연구들이 수행되어 관심이 고조되고 있다(홍상필 등, 1997).

노다 등(Noda H et al, 1989)은 김에는 항암작용이 있는 것으로 알려진 포프피란(Porphyran)이 건량기준으로 1.53% 함유되어 있는 것으로 보고한 바 있으며, 어린이의 준필수아미노산으로 알려진 타우린이 약 170mg%(건량기준)인 것으로 보고된 바 있다. 이러한 해조류의 유용성분들을 추출하기 위해 물과 에탄올을 사용한 결과 유용성분들이 에탄올보다는 물로 추출시 더 효율이 좋았음을 밝혔다. 열수추출시 10분이내에 시료의 건량기준으로 27~28% 정도의 가용성분이 추출되므로 쉽게 이용이 가능하며, 이런 특성들을 이용하여 해조류를 열수추출이 용이한 분말형태로 만들어 티백(tea-bag) 형태의 다류식품으로 만들려는 시도가 있었다. 또한 유용성분을 많이 함유한 김은 스낵류, 유아식, 조미료, 증점제, 영양식품 및 건강기능식품 등 다양한 제품개발이 가능한 것으로 평가되고 있다.

건조김은 대부분 식용을 위해 배소하는데 배소 김은 건조김에 비해 클로로필(Chlorophyll), 카르테노이드(Carotenoid) 등의 색소와 피코빌린(Phycobilin)과 같은 홍조소가 부분적 혹은 대부분이 파괴되지만 맛과 향에 대한 기호성이 좋아지게 된다. 배소김의 향미는 주로 아미노산과 당의 가열반응에 의해 발생되는 카르보닐(Carbonyl), 파이라진(Pyrazine) 및 감마-부티롤-아세톤(γ-butyrol-acetone) 등의 생성과 열처리로 인한 김조직의 변화로 각종 정미성분의 유출이 용이해진 때문이라고 알려져 있다(홍상필 등, 1997). 김의 배소로 인해 색소 단백질의 변성이 일어나게 되는 점도 있지만 황산기를 6%정도 함유하고 있어 항균효과, 항종양효과 등 다양한 기능성을 나타내고 있는 수용성다당류의 추출성이 높아지게 된다(Noda H et al, 1989). 이 다당은 소화되지 않는 식이섬유로서의 가치도 매우 크다 할 수 있으며 점성이 높아 식품의 물성부형제로서의 사용 가치도 높다. 노다(Noda H et al, 1989) 등에 의하면 김에 존재하는 주요 유리아미노산 중 Ala, Glu, Asp은 김의 정미에 중요한 영향을 주며, 담석의 예방, 혈장 콜레스테롤 수준 조정, 백내장 및 당뇨병에 유효한 것으로 알려진 함황아미노산인 것으로 보고되었다.

최근 고혈압, 암 등 성인병에 대한 관심이 증가하면서 식품 유래 효소가수분해물의 기능성에 대한 관심이 증가하고 있으며, 효소를 이용한 단백질 가수분해물 은 그 종류가 매우 다양하기 때문에 그 응용범위도 폭넓게 이루어지고 있다. 특히 효소가수분해물의 항고혈압효과에 대하여는 식이단백질의 아미노산 조성 및 비율, 즉 cysteine, glycine, arginine 및 lysine/arginine 등과 혈청지질대사에 관여하는 효과 및 효소 활성을 갖기 때문에 나타나는 것으로 보고되고 있다(Lee YS et al, 1997; Aoyama et al, 1995; Kimikazu et al, 1986; Liu et al, 1994).

김의 포피란 가수분해물인 포피란 올리고당이 macrophage stimulation activity 및 장내세균에서의 생리활성이 높기 때문이다. 또한 김단백질의 가수분해 펩타이드들이 고혈압과 관련 있는 ACE 저해작용등에 효과 있다고 알려져 있다(최수진 등, 2000).

또한, 김에는 알라닌, 글루탐산, 타우린, 아스파틱산과 같은 아미노산 물질들의 함량이 높다. 이중 타우린은 aminosulfonic acid 일종으로 무색침상결정으로 물에는 녹고 알코올에는 불용인 특성을 가지고 있다(Yamaguchi, 1985; Lee et al, 1992).

해조류의 생리활성에 관한 연구로는 갈조류의 항응고, 항암 및 항AIDS 활성(Kim DS and Park YH, 1985; Colliec S et al, 1991), 해조류의 항암 및 항궤양 활성(Lee YS et al, 1992; Cho KJ et al, 1990; Chiharu N et al, 1992), 홍조류의 항응고 활성(Do JR, 1997; Pintauro SJ and Gilbert SW, 1990; Park JH, 1998; Schwart HJ and Kellermeyer RW, 1969) 등이 보고되었다.

한편, 효소를 이용하여 해조성분을 분해하고자 한 시도는 alginic acid 제조시 수율을 높이기 위하여 cellulase, pectinase 및 pentosanase 등을 첨가하는 공 업적인 방법(Graham, 1977)과 해조류에 cellulase와 조개류 내장 추출물을 혼합하여 일정시간 분해한 후 사료로 이용하고자 하는 연구(Lee and Sung, 1990)가 있다.

또한 추출 조건에 관하여 소금과 ethanol을 첨가한 수용액에서 미역, 김 및 청각 등의 해조류의 단백질에 관하여 보고한 바 있으며(조 등, 1974; 조 등, 1975), 해조류의 alginate 추출 조건에 관하여는 여러 논문이 발표된 바 있다(최 등, 1992; 이 등, 1997).

김은 독특한 맛과 향을 가지고 있으며 이러한 맛과 향에는 엑스성분이 크게 좌우한다. 이러한 해조류 중의 엑스성분은 아미노산, oligopeptide, amine, betanie, aminosulfonic acid, 핵산관련화합물 등의 저분자 화합물로 알려져 있으며(尹藤啓二, 1978) 이러한 성분들은 그 종류와 양이 영양염류와 해수의 물리화학적 요인은 물론 일조량, 계절, 생육장소, 일기, 조체의 부위 등 여러 가지 요인에 따라 변동이 심하다고 한다(野田宏行, 1993).

아미노산은 다양한 맛과 영양을 가지고 있다. 맛은 전통적으로 단맛, 쓴맛, 신맛 등의 세가지로 분류해 왔지만, 최근에는 감칠맛이 독립된 영역으로 인정되어 가는 추세이다. 단맛은 8종(Gly, Hyp, Ala, 쏙, Pro, Cit, Lys·HCl, Gln), 쓴맛은 10종(Phe, Trp, Arg, Arg·HCl, Ile, Val, Leu, Met, Orn, His),신맛은 4종(His·HCl, Asp, Giu, Asn)이 알려져 있다. 최근에 알려진 감칠맛의 성분으로는 아미노산 2종(Glu·Na, Asp·Na)과 핵산계 조미성분(Na-inosinate, Na-guanylate)이 알려져 있다.

근래에 와서는 세계적으로 해조를 식량자원으로서 재평가하려는 추세에 있 고, 최근에 이른바 건강보조식품, 생리활성물질의 공급원 등으로서도 각광을 받고 있어 김을 포함한 해조의 이용도는 늘어날 것으로 전망된다(박영호 등, 1997; 박정식, 2004; 박춘규 등, 2000; 이정민 등, 2005).

본 발명은 상기와 같은 점을 인식하여 안출된 것으로 본 발명의 목적은 전국 생산량의 80%이상을 차지하는 김을 활용할 수 있도록 김의 기능성 물질을 최대한 추출할 수 있는 김의 기능성 물질의 추출 방법을 제공하는 것이다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위하여 본 발명에 따른 김의 기능성 물질의 추출 방법은, 건조된 김분말에 에탄올을 가하여 김분말에 함유된 지용성분을 추출하여 탈지 김분말을 제조하는 탈지 김분말 제조 단계와, 탈지 김분말에 용매를 가한 후 호모게나이져 또는 초음파파쇄기로 탈지 김분말을 파쇄하여 균질화시키는 물리적 가수분해 단계와, 균질화된 김분말-용매 혼합액에 섬유질분해효소와 단백질분해효소를 가하여 김분말의 섬유질 및 단백질을 가수분해시키는 효소적 가수분해 단계와, 효소적 가수분해된 김분말-용매 혼합액을 121℃, 1.2㎏/㎠의 고온고압처리하고 pH1.5 내지 pH7.0으로조절하는 고온고압처리 및 pH조절단계, 고온고압처리 및 pH조절이 끝난 혼합액을 실온까지 냉각시킨 후 원심분리기를 이용하여 침전물과 상등액을 분리하고 여과하여 김추출액을 얻는 원심분리단계를 포함하는 것을 특징으로 한다.

또한, 본 발명에 다른 김의 기능성 물질의 추출 방법은, 원심분리된 김추출 액에 주정을 가한 다음 여과하여 여과액을 얻고, 그 여과액을 농축시킨 당분리 및 농축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 한다.

이하에서는 본 발명에 따른 김의 기능성 물질의 추출 방법을 도면 및 실시예를 참조하여 보다 상세하게 설명하기로 한다.

실시예1 : 김 추출액 제조 및 성분분석

1. 재료

김(Porphyra tenera , laver)은 전남 완도 지역에서 2006년 2월 생산되어 일련의 가공 과정을 거쳐 마른 김 상태로 유통되는 것을 구입하였다. 마른 김은 분쇄기를 이용하여 100 mesh 이하로 분쇄하였고, -18℃이하의 냉동고에 밀봉 보관하며 실험에 사용하였다.

2. 김의 일반성분 분석 방법

김의 일반성분 측정은 A.O.A.C.법(2000)에 준하여 측정하였다. 즉, 수분은 상압가열건조법, 조단백질은 자동질소증류장치(KJELTEC 2200 SYSTEM, Foss, Sweden)를 이용하여 Kjeldahl법, 조지방은 자동지방추출장치(SOXTEC AVANTI 2055 SYSTEM, Foss, Sweden)를 이용하여 Soxhlet법 및 조회분은 건식회화법으로 측정하였다. 또한 탄수화물의 함량은 100에서 수분, 조회분, 조단백, 조지방 등의 성분 합을 뺀 값으로 표시하였다.

3. 김의 기능성 물질 추출

김 분말을 탈지, 고속호모게나이져(FH91type, SMT사, 일본)처리 후, 물리화학적처리, 효소분해처리, 추출 pH, 온도 및 반응시간 등 다양한 예비 실험을 통해 김 추출물을 제조하고 최대추출조건을 확립하였다.

① 탈지 김 분말 제조 단계(S10)

건조 김 분말시료 1중량부에 대해 에탄올 10중량부를 가하여 24시간 교반하여 지용성 성분을 추출 후 유리여과기로 여과하였다. 여과되지 않은 잔사에 에탄올로 충분히 수세 후 엽록소 등 지용성 성분을 제거하였다. 이 잔사를 건조기(FC-1D-2, 우주과학, 한국)로 옮겨 50℃에서 12시간 가량 건조하여 탈지 김 분말을 제조하였다.

② 물리적 가수분해 단계(S20)

호모게나이져 처리방법은 탈지 김 분말 1g에 증류수100mL를 넣고 혼합하고 고속호모게나이져(FH91type, SMT사, 일본)를 이용하여 17,000rpm으로 10분간 처리하여 김의 세포벽 등을 파쇄 및 균질화하고, pH조절은 1N NaOH와 1N HCl를 이용하여 조금씩 넣으면서 pH meter로 하였다.

초음파파쇄처리방법은 탈지 김 분말 1g에 증류수100mL를 가하고 초음파파쇄기(VCX600, Sonics & Materials Inc., USA)를 이용하여 20㎑, pluse 9.0 3.0, 시간 30분, 온도 25℃의 조건에서 사용하였다.

반응시간별 처리는 탈지 김 분말 1g에 증류수100mL를 가하고 용매(1N NaOH, 1N HCl)를 사용하여 pH를 조절하고 후 고온고압멸균기(AC-2, 우주과학, 한국)에서 121℃, 1.2㎏/㎠에서 5분, 15분, 30분, 45분, 60분 시간별로 고온고압처리하였다.

③ 효소적 가수분해 단계(S30)

탈지 김분말 1g에 증류수 100mL를 가하고 호모게나이져 처리 후 섬유질분해효소와 단백질분해효소를 이용한 가수분해를 실시하였다.

먼저 섬유질을 분해하기 위해 1N HCl로 pH 4.5로 조절하여 섬유질분해효소인 Viscozyme(Novo enzyme, Denmark)과 Celluclast(Novo enzyme, Denmark)를 탈지 김분말의 10%(w/v)에 상당한 양을 각각 가하고 50℃ 항온수조에 넣고 4시간 동안 반응시켰다. 반응후 실온에서 1N NaOH를 사용하여 pH 7.0으로 조절한 후, 단백질 분해효소 Alcalase(Novo enzyme, Denmark)를 김 분말 무게의 1%(w/v)를 가하여 60℃로 항온수조에 넣고 4시간 동안 반응시킨다.

④ 고온고압처리 및 pH조절 단계(S40)

효소분해가 끝난 추출액을 pH가 1.5와 7.0으로 조절 후 고온고압멸균기(AC-2, 우주과학, 한국)에서 121℃, 1.2㎏/㎠에서 2시간씩 고온고압처리를 하였다.

⑤ 원심분리 단계(S50)

고온고압처리 및 pH조절이 끝난 추출액을 실온까지 냉각시킨 후, 고속원심분리기(Model-Mega21R, 한일과학, 한국)를 이용하여 5℃에서 9,000rpm으로 30분간 원심분리시켜 침전물과 상등액을 분리하였다.

분리된 상등액을 와트만 No. 4 여과지가 장착된 깔대기에 침전층이 분리되지 않게 조심스럽게 옮긴 후 자연 여과하여 김 추출액을 제조하였다.

⑥ 당분리 및 여과 단계(S60)

김 추출액 중의 당분리를 위해 주정(프레타놀 A)를 사용하였다. 추출액에 주정(프레타놀 A)을 3배(v/v)를 가하여 12시간 정도 침전을 한다. 침전 후 상등액을 와트만 여과지를 이용하여 침전층이 분리되지 않게 조심스럽게 옮긴 후 여과하여 여과액을 농축기를 이용하여 주정 가수량 만큼을 농축하고 나머지 액을 얻는다. 여액을 여과장치를 이용하여 최종 김 추출액을 얻는다.

4. 김 추출액의 성분분석

① 추출율

추출된 김 추출액의 추출율은 최초 김 분말의 무게를 측정하고, 상기 과정에 의해 제조된 김 추출액을 고속원심분리기(Model-Mega21R, 한일과학, 한국)를 이용하여 5℃에서 9,000rpm으로 30분간 원심분리시켜 침전물과 상등액을 분리하였다. 이때 침전물을 항량이 구해진 수기에 취해 105℃로 조절된 건조기(FC-1D-2, 우주과학, 한국)에서 12시간 동안 건조 후 항량을 측정하여 최초 김 분말의 무게와 감소 율로 나타내었다.

② 고형분

추출된 김 추출액의 고형분 함량은 항량이 구해진 수기에 김 추출액 10mL를 각각 취해 105℃로 조절된 건조기(FC-1D-2, 우주과학, 한국)에서 12시간 동안 건조 후 항량을 측정하여 수기 무게의 증가를 시료액의 무게로 나누어 백분율로 나타내었다.

③ 총당

김 추출액의 총당은 페놀-황산법에 따라 측정하였다(주현규 등a, 1992). 김 추출액을 적당히 희석하여 시료용액 1mL에 10~100㎍의 탄수화물이 함유되도록 조절 후 5% phenol 1mL, 진한 황산 5mL를 첨가하여 혼합 후 20분간 실온에 방치 후 분광광도계(UV-1700 UV/VIS spectrometer, Shimadzu, Japan)를 이용하여 470nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 당 표준용액은 galactose를 농도별로 단계적으로 조제 후 시료액과 동일한 방법을 이용하여 발색시킨 후 당 농도에 따른 흡광도로 검량선을 작성 후 시료 중의 당함량을 구하였다.

④ 미네랄

미네랄 분석은 시료를 건식회화법에 의해 전처리 한 후 원자흡광광도계(SpectrAA-280Fs, Varian, Australia)를 사용하여 측정하였다. 즉, 시료 5g을 550℃에서 4시간 회화하고 3mL의 HNO₃ 용액을 가하여 용해한 후 여과한 것을 50mL로 정용한 후, 표 1의 원자흡광광도계 조건에 의하여 측정하였다.

Item	Cu	Fe	K	Mg	Zn	Ca	Na
Flame type	Air / Acetylene
Air flow (L/ min )	13.5	13.5	13.5	13.5	13.5	13.5	13.5
Acetylene flow (L/ min )	2	2	2	2	2	2	3.5
Wavelength ( nm )	248.3	324.7	766.5	285.2	213.9	422.7	589.0
Slit width ( nm )	0.5	0.2	1.0	0.5	1.0	0.5	0.5
Lamp current ( mA )	4	5	5	4	5	10	5

④ 유리아미노산

유리아미노산의 분석은 환류플라스크에 김 추출액 20mL 및 70% ethanol 50mL를 취해 환류냉각장치에 연결하여 100℃에서 1시간 동안 가열환류 시켰다. 이를 냉각 후 와트만 No.3 여과지가 장착된 흡입여과장치에서 여과하였다. 이 여액을 모아 진공감압농축기(아이라, 일본)를 이용하여 40℃이하에서 2~3mL까지 감압농축시키고 농축액과 농축수기는 소량의 증류수로 세척하여 분액깔대기로 옮겼다. 이에 diethyl ether 20mL를 가해 2회 탈지시킨 후 하층을 농축수기로 옮겨 농축, 건고 시켰다. 건고시킨 시료용액을 lithium citrate 완충용액(pH2.2)으로 용해하고 25 mL로 정용한 것을 자동아미노산자동분석기(Biochrom 30, Amersham Biosciences Ltd., England)로 표 2의 조건에 따라 분석하였다.

Instrument	Biochrom 30 Amino acid analyser
Integrator	EZ Chrom *Elite*
Column	Lithium Column
Column temperature	31~74℃
Flow rate	Buffer 20㎖/ hr , ninhydrin 20㎖/ hr
pH range	2.80~3.55
Buffer solution	Lithium citrate buffer
Detection	440 nm , 570 nm

5. 추출액의 기능성 분석

① 전자공여능

전자공여능(Electron-donating activity, EDA)은 Blois(Blois MS, 1958) 방법을 변형하여 측정하였다. 즉 시료 0.2mL에 1×10^-4M 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH)용액(99.9% methanol에 용해) 3mL를 가한 후 10초간 진탕한 다음 10분간 반응시켜 525nm에서 흡광도(UV-1700 UV/VIS spectrometer, Shimadzu, Japan)의 감소치를 측정하고, 이때 전자공여능은 아래의 수학식1과 같이 비첨가구(A)와 시료첨가구(B)의 흡광도 차이를 백분율로 나타냈다.

EDA(%) = (A-B)/A×100

A : 비첨가구의 흡광도, B : 시료첨가구의 흡광도

② SOD 유사활성

SOD(Superoxide dismutase) 유사활성의 측정은 Marklund와 Marklund의 방법을 변형한 Kim 등(Kim SM et al., 2001)의 방법을 이용하여 실시하였다. 즉, 추출 물을 감압농축한 후, tris-HCl buffer(50mM tris[hydroxymethyl] amino-methane + 10mM EDTA, pH 8.5)를 이용하여 pH 8.5로 조절된 시료액을 만들었다. 각 시료 0.2mL에 pH 8.5로 보정한 tris-HCl buffer(50mM tris[hydroxymethyl]amino-methane + 10mM EDTA) 3mL와 7.2mM pyrogallol 0.2mL를 가하고 25℃에서 10분간 방치 후 1N HCl 1mL로 반응을 정지시킨 후 분광광도계(UV-1700 UV/VIS spectrometer, Shimadzu, Japan)를 이용하여 420nm에서의 흡광도를 측정하여 수학시 2와 같이 추출물 첨가구의 흡광도(A)와 추출물 무첨가구의 흡광도(B)의 차이를 백분율로 나타내었다.

SOD 유사활성(%) = 1-(A/B)×100

A: 추출물 첨가구의 흡광도, B: 추출물 무첨가구의 흡광도

(단 A, B는 대조구의 흡광도를 제외한 수치임.)

③ 아질산염소거능

아질산염 소거작용은 Kato 등(1987)과 김 등(Kim SB et al., 1987)의 방법에 의하여 측정하였다. 1mM NaNO₂용액 1mL에 시료 김추출액 1mL를 첨가하고 여기에 0.1 N HCl과 0.1M 구연산완충용액을 사용하여 반응용액의 pH 2로 조정한 후 반응용액의 부피를 10mL로 하고 37℃에서 1시간 동안 반응시켜 얻은 반응액을 1mL씩 취하고 여기에 2% 초산용액 5mL를 첨가한 다음 Griess시약 0.4mL를 가하여 혼합시켜 실온에 서 15분간 방치시킨 후 분광광도계(UV-1700 UV/VIS spectrometer, Shimadzu, Japan)를 사용하여 520 nm서 흡광도를 측정하여 잔존하는 아질산염의 백분율로써 나타냈다. 공시험은 Griess시약 대신 증류수 0.4mL를 가하여 수학식3과 같은 방법으로 행하였다.

S(%) = 1-(A-C)/B×100

S : 아질산염 소거능

A : 1 mM NaNO₂용액에 시료를 첨가하여 1시간 반응시킨 후의 흡광도

B : 1 mM NaNO₂용액의 흡광도

C : 시료(김 추출액)의 흡광도

④ 폴리페놀 함량

폴리페놀 물질의 함량 측정은 Rhee 등(Rhee KS et al., 1981)의 방법에 의하여 측정하였다. 즉, 각 추출물 0.2mL에 2% Na₂NO₃ 2.0mL를 가하여 충분히 혼합하고 2분 후에 50% Folin-Ciocalteu's reagent 0.2mL를 가하여 상온에서 30분 동안 방치한 후 750nm에서 흡광도(UV-1700 UV/VIS spectrometer, Shimadzu, Japan)를 측정하였다. 페놀성 물질함량은 tannic acid를 표준물질로 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 구하였다.

6. 결과

① 김의 일반 성분

실험에 사용한 원료 김의 일반성분 분석결과는 표 3과 같이 건물기준으로 탄수화물이 46.8%, 조단백질 38.8%, 조회분 11.6%, 조지방은 2.8%로 나타났다.

건조방법을 달리한 건조 김과의 비교에서 단백질 함량은 33.8~37.0%, 지방함량은 0.3~0.7%, 회분은 12.3~12.8%의 결과(이수현, 2002)로 다소 높게 나왔는데 이는 건조에 따른 수분의 제거로 인한 것으로 추정된다. 전북 부안지역과 위도지역에서 1998년 1월부터 3월까지 채취시기별로 성분조사 결과, 부안지역 김의 경우, 단백질 함량은 32.0~38.9%와 비슷한 수준이었으나 상대적으로 탄수화물함량은 35.9~38.4%에 비해 약 10% 가량이 낮고 조회분이 21.8~26.3%에 비해 10% 가량이 낮았다. 위도지역의 경우, 단백질 함량이 30.4~35.4% 다소 낮고 조회분은 25.1~27.2%로 다소 높은 결과는 얻었는데 이는 시료 원초의 세척방법의 차이에서 난 것으로 추정된다(Koo GK and Park JH, 1999).

(단위:%)	수 분	조단백질	조지방	탄수화물	조회분
함량	3.3	37.5	2.7	45.2	11.3
(건물기준)	-	(38.8)	(2.8)	(46.8)	(11.6)

김 분말의 미네랄 분석 결과를 표 4에 나타내었다. 미네랄 성분 측정 결과 칼륨 1,290.4mg/100g으로 가장 많이 나타난 성분이었다. 다음으로 나트륨 684.8mg/100g>마그네슘 408.8mg/100g>칼슘211.9mg/100g으로 나타났으며 철 14.1mg/100g, 아연 5.8mg/100g, 구리 1.5mg/100g로 미량 함유되어 있음을 알 수 있었다. 미네랄 등의 미량원소는 사람의 노화를 방지하고, 또한 심장을 보호하여 암을 예방하는 효과 등이 판명되었다고 보고하였다(西澤一俊, 1989; 山中勝己, 1991; 野田宏行, 1993).

(단위 : mg /100g)
K	Na	Mg	Ca	Fe	Zn	Cu
1,290.4	684.8	408.8	211.9	14.1	5.8	1.5

김 분말의 유리아미노산의 결과를 표 5에 나타내었다. 본 실시예에서는 사용된 김 분말의 유리아미노산은 37종의 유리아미노산이 검출되었으며 건물 100g당 2,440.06mg함유하고 있었다. 김 분말의 건물을 기준으로 유리아미노산 함량은 taurine 594.88mg/100g, alanine 571.11mg/100g이 월등하게 많았으며, 다음로 glutamine 188.91mg/100g, asparagine 130.50mg/100g, citrulline 101.27mg/100g, urea 73.31mg/100g, sarcosine 65.0mg/100g, asparatic acid 63.21mg/100g, threonine 50.23mg/100g, proline 47.86mg/100g 함유되어 이들 10종이 유리아미노산 총량의 73.0%를 차지하고 있었으며 필수아미노산과 비필수아미노산 총량이 1,268.98mg/100g으로 52.0%를 차지하였다.

taurine은 EPA와 같이 LDL-콜레스테롤을 저하시키는데 유효한 작용을 하는 성분이다. taurine은 혈압강하와 고혈압에 관련된 동맥경화증, 혈관장해에 의한 뇌졸중, 뇌혈전 등의 뇌질환, 더욱이 심근경색, 울혈성 심질환, 심부전 등의 심질환에 효과가 있다고 보고되었다.

alanine은 주요 기능은 탄수화물을 섭취 안하고 단백질만 먹는다면 아미노산 중 alanine을 간에서 글리코겐으로 합성하여 에너지원으로 전환하는데 작용을 하며, 면역글로불린과 항체를 형성하여 면역계 강화를 이룬다고 보고되었다.

(단위:mg/100g,건물기준)

Hydroxy-L-proline	13.85
Proline	47.86
O-Phospho-L-serine	43.78
Taurine	594.88
Urea	73.31
Asparatic acid	63.21
Threonine	50.23
Serine	25.47
Asparagine	130.50
Glutamine	188.91
Sarcosine	65.00
α-aminoadipic acid	17.19
Glysine	17.80
Alanine	571.11
Citrulline	101.27
Valine	44.40
Cysteine	17.39
Methionine	27.99
Cystathionine	27.26
Isoleucine	27.91
Leucine	43.21
Tyrosine	31.08
β-Alanine	20.26
Phenylalanine	24.06
β-Aminoisobutyric acid	23.61
Homocystine	6.55
γ-amino-n-butyric acid	44.10
Ethanolamine	3.13
Ammonia	48.02
Ornitine	10.51
Lysine	13.88
1-Methylhistidine	3.32
Histidine	5.51
3-Methylhistidine	0.36
Anserine	1.17
Carnosine	1.30
Arginine	10.67
Total	2,440.06

다른 연구자의 결과와 비교해 보면, 방사무늬 김 월별 마른 김과 건제품의 유리아미노산 결과는, 마른 김의 경우, 28~31종이 검출되었으며, 유리아미노산 총량은 마른 김 100g당 5,147~6,139mg(평균5,594mg)이었다. 방사무늬 김 건제품의 건물 100g당 유리아미노산 총량은 5,648~6,845mg(평균6,181mg)이었다. 함량이 많았던 alanine, taurine 등 대부분의 개별 유리아미노산에 있어서도 채취시기가 늦어짐에 따라 감소되었다고 하였다. 방사무늬 김 건제품에서 함량이 많은 유리아미노산으로서는 건물 100g당 alanine 1,281~1,869mg, glutamic acid 1,165~2,117mg, taurine 1,290~1,487mg, phosphoserine 183~212mg, aspartic acid 167~214mg, proline 163~192mg, glutamine 104~294mg, arginine 99~113mg, asparagine 61~103mg, histidine 70~92mg의 순으로 이들 10종이 월별로 유리아미노산 총량의 91.8~93.0%를 차지하였다는 보고(박춘규 등, 2001a)와는 다소 함량에 차이는 보이고 있는데 이는 원료 김의 종류와 채취시기에서 오는 차이라고 추정되어 진다.

잇바디돌김 월별 유리아미노산 결과는, 생김의 경우, 27~31종이 검출되었으며, 유리아미노산 총량은 생김 100g당 462~915mg(평균743mg)이었다. 월별 건물 100g당 유리아미노산 총량은 2,404~3,966mg범위로 1월에 3,966mg으로 가장 높았으며 2월에 3,048mg으로 낮아졌으며 3월에 다시 3,897mg으로 증가되었다가 4월에 2,404mg으로 월별 변화가 많았음을 보고하였다. 따라서 동일한 양식장에서 양식된 김이라 할지라도 김의 종류에 따라 유리아미노산총량은 시기별로 서로 차이가 있는 것으로 밝혀졌다. 중요한 유리아미노산으로서는 건물 100g당 alanine 651~1,439mg, taurine 641~872mg, glutamine 52~472mg, glutamic acid 176~491mg, aspartic acid 36~145mg, phosphoserine 75~120mg, cystathionine 4~170mg, histidine 31~88mg, threonine 44~68mg, asparagine 16~93mg의 순으로 이들 10종이 월별로 유리아미노산 총량의 79.7~92.1%(평균86.7%)를 보였다는 보고(박춘규 등, 2001b)와 유사한 함량을 보이고 있으나 원료 김의 종류와 채취시기에서 오는 차이에서 다소간에 차이가 있음을 알 수 있었다.

실시예2-① : 김 분말량과 고온고압처리에 따른 추출 조건

김 분말에 함유되어 있는 유용성분 및 최대추출분해를 하기 위해 물리화학적방법의 추출조건을 파악하고자 증류수 100mL에 김 분말량을 증가시키면서(1g, 2g, 3g) 김 분말량과 고온고압처리시 추출율 및 고형분 함량을 알아보자고 실험한 결과에 대한 그래프를 각각 도 1a 및 도 1b에 나타내었다. 도 1a 및 1b에서 실험구는 pH7이고, 대조구I은 pH2의 산처리한 것이며, 대조구II는 pH11의 알카리처리한 것이다.

도 1a 및 도 1b에 따르면, 실험구는 시료의 증가에 따라 추출수율은 28.7%에서 59.78%로 증가하였고 대조구Ⅰ는 산처리 효과를 볼 수 있었는데 시료량의 증가에 따라 86.6%에서 80.21%로 감소하는 경향을 보였고 반면 대조구Ⅱ는 알칼리처리구로써 유의적인 경향을 나타내지는 않았다.

고형분함량의 결과는 실험구는 시료의 증가에 따라 0.41%에서 1.05%로 다소 증가하였으며 대조구Ⅰ는 0.73~1.92% 수준으로 나타났고, 대조구Ⅱ는 0.95~1.86%로 유의적인 증가 경향을 보였는데 이는 시료량의 증가와 산,칼리 처리에 따른 반사적인 효과와 고온고압처리로 인해 수분 증발로 고형분 함량에 영향을 주었을 것으로 추정된다.

이로써 김 분말 : 추출용매의 비는 1 : 100(w/v)로 결정하는 것이 추출율과 고형분의 효과적인 것으로 사료된다.

실시예2-② : 고온고압처리 및 pH조절에 따른 추출 조건

김 분말에 함유되어 있는 유용성분 및 최대추출분해를 하기 위해 물리화학적방법 추출조건 확립하기 위해서 용매에 의한 pH조절(1N HCl과 1N NaOH를 사용하여 pH meter로 pH를 pH2, pH7, pH11조절)과 고온고압처리시간 간의 관계를 알아보고자 고온고압처리 시간을 5분(도면의 -■- 표시), 15분(도면의 -◆- 표시), 30분(도면의 -▲- 표시), 45분(도면의 -×- 표시), 60분(도면의 -○- 표시)의 조건으로 1g의 김 분말을 100mL증류수에 pH를 조절하여 추출실험한 결과를 도 2a 내지 도 2c에 나타내었다.

도 2a 내지 도 2c에 따르면, 추출율은 pH2처리구가 pH7, pH11보다 2배정도 높은 결과를 나타내었는데, 고온고압처리시간에 따른 추출율을 보면, pH2의 경우 83.4~86.5%, pH7의 경우 26.5~47.7%, pH11의 경우 35.1~57.1%를 나타내었다. pH가 낮은수록 추출율의 효과가 높았음을 알 수 있는 결과를 얻었다.

고온고압처리시간에 따른 고형분함량은 pH11가 다른 처리구에 비해 최대 5배가량 높은 결과를 보였는데, pH11의 경우 0.93~1.1%를 보인 반면, pH2의 경우 0.6~0.84%, pH7의 경우는 0.2~0.43%를 보였다. 이결과에서는 각각의 pH에서 고온고압처리 시간에 따른 유의적인 차이를 보이는 않았다.

고온고압처리시간에 따른 총당은 pH2가 2배정도 높았는데, pH2의 경우 265~409mg/100g pH7의 경우 128~223mg/100g, pH11의 경우 110~183mg/100g의 결과를 나타내었다. 이상의 결과를 보면, 고형분 함량과 총당 함량간 관계에서 고온고압처리시간에 따른 유의적인 관계를 볼 수 없었으며 추출 조건이 산성이고 고온고압처리 시간이 길수록 추출율, 고형분 함량 및 총당 함량의 상호간의 긴밀한 접근성이 있음을 확인할 수 있는 결과를 얻었다.

고온고압처리 시간에 따른 추출액에 대한 전자공여능을 실험 결과를 도 3a 및 도 3b에 나타내었다. 전자공여능은 아스코르빈산, 토코페롤, polyhydroxy 방향족 화합물, 방향족 아민류에 의해 환원되어 짙은 자색이 탈색됨으로서 항산화 물질의 전자공여능을 측정할 때 DPPH법이 유용한 방법으로 알려져 있다(Blois MS, 1958).

추출액의 제조시 고온고압시간에 따른 기능성 물질 영향을 보기 위한 예비실험으로서 고온고압처리시간이 길어지면서 추출율(도면의 -■- 표시)의 증가와 함께 추출액에 전자공여능(도면의 -□- 표시), 즉 항산화 활성이 강한 물질을 많이 함유하고 있음을 간접적으로 시사한 결과를 보았다.

pH7의 처리조건에서의 김추출액의 전자공여능은 12.52%~54.28%로 차이가 많았으며, pH2의 처리조건에서의 김추출액의 전자공여능은 83.4%~88.5%의 범위로 나타났다. 추출시 pH에 대한 영향을 보여주었다. 이는 산성조건에서 고온고압추출 시간을 오래하여도 전자공여능을 보이는 물질이 함유하고 있음을 알 수 있었다.

실시예2-③ : 초음파파쇄 및 고온고압처리 병행시 추출 조건

실험구는 pH7, 대조구Ⅰ는 pH2로 조절된 실험구로 초음파파쇄처리(20㎑, pluse 9.0 3.0, 시간 30분, 온도 25℃의 조건)후 고온고압처리(121℃에서 30분, 60분처리)하여 초음파파쇄의 전처리의 효과를 알아보자고 실험한 결과를 도 4a 내지 도 4c에 나타내었다.(탈지 김분말 1g에 100mL 증류수를 넣고 pH2는 1N HCl를 소량 넣어 pH merter로 pH는 조절하였다)

초음파파쇄처리후 고온고압처리한 결과의 추출수율, 총당은 고온고압처리시간 증가에 따라 실험구와 대조구Ⅰ(pH2처리구)에서 실시예2-②의 결과와 같은 경향으로 모두 증가하는 경향보였으며, 초음파파쇄처리에 의한 효과를 나타내지는 않았다. 추출율은 실험구가 고온고압처리시간의 증가함에 따라 42.9%에서 55.6%로 증가하는 경향으로 실시예2-②의 결과와 같은 경향이면서 121℃, 30분에서만 다소 추출율이 높은 효과를 보였다.

대조구Ⅰ의 경우, 80.9~84.4%의 추출율을 보였다. 고형분함량은 실험구 0.33~0.43%, 대조구Ⅰ는 0.83~0.98%를 보였다. 총당함량은 실험구 183~241mg/100g수준을, 대조구Ⅰ는 215~388mg/100g 수준을 보였다.

이상의 결과로 보면 실시예2-②의 결과와 비교하여 전체적으로 초음파파쇄처리의 유의적인 효과를 볼 수 없었다.

실시예3 : 최대추출조건

김의 최대추출율을 위한 효소처리 농도는 Viscozyme, Celluclast를 김분말의 10%(탈지 김분말 1g에 대한 10%)첨가하여 pH=4.5, 50℃, 4시간에서 처리하고, 단백질분해효소로서는 Alcalase를 김분말의 1%(탈지 김분말 1g에 대한 1%)를 사용하여 pH=7.0, 60℃, 4시간처리하는 효소처리가수분해를 하였다. 효소가수분해 후 김추출액의 고온고압처리온도 및 시간에 따른 최대추출율과 고형분함량의 결과를 도 5 및 도 6에 나타내었다.

추출율은 추출액에 대한 100℃처리조건에서 최대 추출율 pH1.5, 8시간 고온고압처리구에서 79.23%였으며, 전체적인 범위 72.80~79.23%을 나타냈고, 추출액에 대한 121℃처리조건에서 최대 추출율 pH1.5, 4시간처리구에서 89.06%를 가장 높은 추출율을 보였으며 전체적인 범위 77.24~89.06%을 보였다.

고형분함량은 100℃, 8시간 처리조건 pH1.5에서 최대 0.74%를 보였으며 전체적인 범위 0.69~0.74%, 121℃, 8hr 처리조건 pH 11에서 최대 0.77%를 보였으며 전체적인 범위 0.72~0.77%에서 값을 나타내었다.

최대추출조건에서의 추출액의 유리아미노산 함량의 결과는 표 6과 같다. 김추출물(pH1.5)의 경우, 유리아미노산은 35종의 유리아미노산이 검출되었으며 건물 100g당 8,615.85mg함유하고 있었다. 김추출물(pH1.5)의 건물기준으로 유리아미노산 함량은 Asparatic acid 1,359.91 mg/100g, Alanine 922.58 mg/100g, Taurine 869.09 mg/100g이 월등하게 많았으며, 전체중 36.6%를 차지하고 있었다. 다음순으로 ammonia 583.11mg/100g, cystathionine 371.59mg/100g, arginine 355.31mg/100g, glutamine 348.63mg/100g, sarcosine 326.99mg/100g, lysine 299.09mg/100g, leucine 265.84mg/100g 함유되어 이들 10종이 유리아미노산 총량의 66.2%를 차지하고 있으며 필수아미노산과 비필수아미노산 총량이 4,052.99mg/100g으로 47.0%를 차지하였다. 함황아미노산인 Methionine, Cysteine, Taurine은 1,149.05 mg/100g가 함유되어 전체 함량중에 13.3%를 차지하였다.

김추출물(pH7.0)의 경우, 유리아미노산은 34종의 유리아미노산이 검출되었으며 건물 100g당 9,690.50mg함유하고 있어 추출물 pH1.5보다 다소 많은 유리아미노산이 검출되었다. 김추출물(pH7.0)의 건물기준으로 유리아미노산 함량은 Asparatic acid 1,457.87mg/100g, Alanine 965.77mg/100g, Taurine 873.77mg/100g 순으로 전체중 35.8%를 차지하고 있었다. 다음순으로 ammonia 516.15mg/100g, urea 487.61mg/100g, glutamine 371.29mg/100g, cystathionine 362.44mg/100g, arginine 360.51mg/100g, lysine 304.13mg/100g, leucine 290.29mg/100g 함유되어 이들 10종이 유리아미노산 총량의 65.1%를 차지하고 있으며 필수아미노산과 비필수아미노산 총량이 4,458.34mg/100g으로 46.3%를 차지하였다. 함황아미노산인 Methionine, Cysteine, Taurine은 1,131.40mg/100g으로 전체 유리아미노산 중에 12.3%를 차지하였다.

갈조류에 많이 함유되어 있는 저분자 질소화합물인 laminine은 혈압강하작용이 있으며(Girard JP et al., 1988) 황산기를 함유하는 다당류의 일종인 alginic acid와 fucosterol, 녹조류인 파래와 홍조류인 김에 함유되어 있는 betaine은 혈중콜레스테롤 저하효과(정복미 등, 2001; 김육용 등, 2000) 가 있다고 보고되었다.

(단위: mg /100g,건물기준)

	추출액 pH1.5	추출액 pH7.0
Hydroxy-L-proline	6.65	1.48
Proline	174.61	185.28
Taurine	869.09	873.77
Urea	0.00	487.61
Asparatic acid	1359.91	1457.87
Threonine	199.72	230.39
Serine	180.87	189.27
Glutamine	348.63	371.29
Sarcosine	326.99	260.18
α-aminoadipic acid	76.47	85.00
Glysine	190.77	203.19
Alanine	922.58	965.77
L-α-amino-n-butyric acid	21.94	40.46
Valine	206.97	247.31
Cysteine	173.84	179.49
Methionine	106.12	78.14
Cystathionine	371.59	362.44
Isoleucine	137.31	126.98
Leucine	265.84	290.29
Tyrosine	229.67	251.22
β-Alanine	148.31	140.66
Phenylalanine	190.70	200.30
β-Aminoisobutyric acid	115.34	0.00
Homocystine	155.68	235.35
γ-amino-n-butyric acid	87.31	92.25
Ethanolamine	51.86	45.42
Ammonia	583.11	516.15
Hydroxylysine	154.65	121.59
Ornitine	48.71	47.92
Lysine	299.09	304.13
1-Methylhistidine	44.04	36.41
Histidine	70.96	74.78
3-Methylhistidine	6.50	0.00
Anserine	95.29	97.66
Carnosine	39.51	45.39
Arginine	355.31	360.51
Total	8,615.85	9,205.98

실시예4 : 김 추출액의 기능성 성분의 분석

전자공여능은 인체에 유해한 활성유리기에 전자를 공여해 안정화 시키는 능력 조사하는 항목이다. 실시예3에서 효소적가수분해후 고온고압처리한 김추출액에 대한 전자공여능 실험결과는 도 7과 같다.

기존 대표적인 천연 항산화제로 사용중인 α-tocopherol 50ppm과 100ppm과 김추출액 pH1.5와 pH7.0의 각각 1,250ppm상당의 희석액을 조제하여 전자공여능의 항산화능 비교하였다.

김추출액 pH1.5의 경우 57.14%, pH7.0의 경우 35.68%로 α-tocopherol 50ppm과 100ppm의 34.32%와 62.90%범위내로 전자공여능 효과를 나타내었다.

곽 등(곽충실 등, 2005)의 해조류로부터 얻은 에탄올추출물의 전자공여능의 결과 가장 높았던 시료중 1000㎍/mL 처리 농도의 파래의 경우 35.95%였으며, 김의 경우는 2500㎍/mL 처리 농도에서 26.45%로 본 실험의 추출액이 전자공여능이 좀더 우수한 것으로 결과를 나타내었다. 추출액의 갈색도와 중화할 때의 침전·분리 등에 의해 어느 정도 실험에 제한이 있었지만, 추출액의 농도가 높아질수록 항산화력이 증가한 것으로 사료된다.

추출액의 기능성 성분에 대한 분석 즉, SOD유사활성, 아질산염소거능, 폴리페놀함량에 대한 분석 결과를 표 7에 나타내었다.

	농도	추출액(pH 1.5)	추출액(pH 7.0)
SOD 유사활성	0.125%	21.6%	17.1%
	1.25%	34.6%	30.0%
	2.5%	38.3%	36.1%
	5.0%	54.8%	45.9%
	10.0%	89.4%	47.6%
아질산염소거능		78.96%	85.67%
폴리페놀함량		19.4mg/100g	18.4mg/100g

SOD유사활성은 인체에 유해한 활성산소 등을 과산화수소로 전환시키는 능력 조사하는 항목이다. 본 실험의 결과 SOD 유사활성은 추출물의 농도가 증가함에 따라 SOD유사활성이 증가함을 보였는데, 추출액 pH1.5의 경우의 농도가 증가함에 따라 SOD 유사활성은 21.6~89.4%로 현저히 활성이 높음을 알 수 있었으며, 추출액 pH7.0의 경우는 농도의 증가함에 따라 17.1~47.6%로 pH 1.5추출액이 전반적으로 활성이 높은 결과를 보였다. 추출액의 농도가 증가에 따라 갈색도가 증가하여 측정에 어려움이 있었다. 복분자열수추출물의 SOD 유사활성의 경우 27.95~41.12%로 보고하였으며, 감초추출물의 경우는 37.49~42.75%로 본 실험의 결과의 유사한 결과를 보여 김추출액의 SOD 유사활성을 확인할 수 있었다.

SOD는 열에 약해 70℃ 이상의 온도에서는 쉽게 불활성화 되며 생리적 조건이나 pH 5.0~9.5 사이에서는 활성에 큰 영향을 받지 않으나 pH 10 이상에서는 매우 불안정한 것으로 알려져 있다. 즉, Superoxide는 활성산소의 시발물질로, superoxide anion의 저해물질로는 생체내 SOD라는 효소가 있어 세포내 활성산소를 독성이 적은 과산화수소로 전환시키는 반응을 촉매하며 SOD에 의해 생성된 과산화수소는 catalase 또는 peroxidase에 의해 물분자와 산소 분자로 전환되는 중요한 효소 중의 하나이다.

아질산염소거능은 분석한 결과, 추출액 pH1.5의 경우 78.96%, pH7.0의 경우 85.67%의 결과를 나타내었다. 아질산염 소거능은 주로 낮은 pH에서 활성이 강함을 알 수 있었다. 해조류에 의한 아질산염 분해작용에서 녹조류와 홍조류의 경우에는 환원력과 라디칼소거효과 또한 극히 낮은 결과를 나타내었는데(박영범, 2005) 본 실험과는 다른 경향으로 이는 추출조건과 추출용매가 다른데에서 오는 차이라고 사료된다.

아질산염소거능은 발암물질로 알려진 아질산염을 제거하는 능력 조사하는 항목이다. 식물체 등에 상당량 존재하는 질산염도 체내에서 아질산염으로 환원된다. 아질산염은 2급 및 3급 아민과 반응하여 발암성 nitrosamine을 생성하는 것으로 알려져 있다(Brendler SY et al., 1992; Mirvish SS et al., 1972).

폴리페놀 함량을 분석한 결과, 추출액 pH1.5의 경우 19.4mg/100g, pH7.0의 경우 18.4mg/100g으로 낮은 pH에서 폴리페놀함량이 많은 것을 알 수 있었다. 곽 등(곽충실 등, 2005)의 해조류의 에탄올추출에 의한 폴리페놀함량을 조사한 결과 김의 경우 0.67mg/g으로 보고하였는데 본 실험의 결과로 효소병행에 의한 열수추출시 보다 좋은 효과를 얻을수 있었다. 페놀성 화합물은 식물계에 널리 분포되어 있는 2차 대사산물의 하나로서 다양한 구조와 분자량을 가지며, 이들은 phenolic hydroxyl기를 가지고 있기 때문에 단백질 등의 거대분자들과 결합하는 성질을 가지며, 항산화, 항미생물 활성 효과 등의 생리활성 기능도 가진다(Kuhnau J, 1976).

실시예5 : 김추출물 제조 공정 및 분석

김 추출액을 제조하는 최적 공정도는 도 8과 같다. 탈지된 김 분말에 증류수로 1:100(w/v)를 가하고 균질화한다. 호모게나이져 처리 후 pH4.5로 조절(pH조절은 1N HCl을 소량 넣으면서 pH meter로 조절) 후 Viscozyme과 Celluclast 섬유질분해효소를 김분말에 대한 10%에 상당한 양을 각각 첨가하고 미리 50℃로 조절해 놓은 항온수조에 넣고 4시간 동안 반응시켰다. 다음으로 pH를 7.0으로 조절(pH조절은 1N NaOH를 소량 넣으면서 pH meter로 조절) 후, 단백질 분해효소인 Alcalase 는 김분말에 대한 1%에 상당한 양을 첨가하여 60℃로 조절해 놓은 항온수조에 넣고 4시간 동안 반응시켰다. 효소가수분해 후, 고온고압처리를 121℃, 1.2㎏/㎠에서 2시간을 한다. 고온고압처리가 끝난 추출액을 실온까지 냉각시킨 후 원심분리를 5℃에서 9,000rpm으로 30분간 분리시켜 침전물과 상등액을 분리하였다. 분리된 상등액을 와트만 No. 4 여과지가 장착된 깔대기에 침전층이 분리되지 않게 조심스럽게 옮긴 후 자연 여과하여 김 추출액을 제조하였다. 김 추출액중의 당분리는 주정(프레타놀 A)를 사용하였다. 추출액에 주정(프레타놀 A)을 3배(v/v)를 가하여 12시간 정도 침전을 한다. 침전 후 상등액을 와트만 여과지가 이용하여 침전층이 분리되지 않게 조심스럽게 옮긴 후 여과하여 여과액을 진공감압농축기(N-21NS, EYELA, 일본)를 이용하여 주정 가수량 만큼을 60℃로 감압농축하여 나머지 액을 얻는다. 여액을 여과하여 최종 김 추출액로 하여 제품을 완성하였다.

최종 김추출액을 제조하여 기능성성분을 분석한 결과 표 8과 같다. 전자공여능은 29.45~32.14%범위를, SOD 유사활성은 18.1~23.5%범위를, 아질산염소거능은 42.7~50.7%범위를 나타내었다.

	전자공여능	SOD 유사활성	아질산염소거능
최종 김추출액	29.45~32.14%	18.1~23.5%	42.7~50.7%

최대추출조건의 확립으로 김의 유용성분의 추출에 대한 새로운 방법을 제시하였고 이를 이용한 추출물의 제조와 추출물의 당분리 전·후 용도에 맞는 중간소재로 활용가능할 것으로 사료된다.

전국 생산량의 80%이상을 차지하는 김의 활용방안의 일환으로 김 추출물의 최대추출조건확립과 추출물제조 하였다. 물리적, 효소가수분해(섬유질분해효소처리, 단백질분해효소처리)방법을 병행하여 최대추출율 89%까지 추출율을 극대화하여 김추출액을 제조하였다. 최대추출조건중 pH1.5 경우는 유리아미노산은 35종이, pH7.0 경우는 34종이 검출되었고, 건물 100g당 8,615.85mg(추출물100mL기준 86.16mg%), 9,205.98mg(추출물100mL기준 92.06mg%)씩 함유하고 있었으며 김추출물 pH1.5와 pH7.0 모두 건물기준 Asparatic acid>Alanine>Taurine순으로 많이 추출되었다. 김추출액의 기능성분석 결과, 전자공여능에서 김추출액 pH1.5의 경우 57.14%, pH7.0의 경우 35.68%로 α-tocopherol 50ppm과 100ppm의 34.32%와 62.90%범위내로 전자공여능 효과를 나타내었다. SOD 유사활성은 추출물의 농도가 증가함에 따라 SOD유사활성이 증가함을 보였는데, 김추출액 pH1.5의 경우 21.6~89.4%, 김추출액 pH7.0의 경우 17.1~47.6%를 나타내었다. 아질산염소거능은 김추출액 pH1.5의 경우 78.96%, pH7.0의 경우 85.67%의 결과를 나타내었다. 폴리페놀 함량은, 김추출액 pH1.5의 경우 19.4mg/100g, pH7.0의 경우 18.4mg/100g으로 나타내었다.

따라서, 본 연구결과를 이용하여 김의 최대추출조건확립을 통해 이 추출물의 갖고 있는 기능성성분을 확인하였으며, 물리적·효소가수분해적 분해에 의한 추출물로 이를 중간소재로 활용할 수 있는 자료로 판단된다.

상기와 같은 구성에 의하여 본 발명에 따른 김의 기능성 물질 추출 방법은 김의 기능성 물질을 최대한 추출할 수 있는 장점을 갖는다.

앞에서 설명된 김의 기능성 물질 추출 방법은 본 발명을 실시하기 위한 하나의 실시예에 불과하며, 본 발명의 기술적 사상을 한정하는 것으로 해석되어서는 안 된다. 본 발명의 보호범위는 이하의 특허청구범위에 기재된 사항에 의해서만 정하여지며, 본 발명의 요지를 벗어남이 없이 개량 및 변경된 실시예는 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 자명한 것인 한 본 발명의 보호범위에 속한다고 할 것이다.

Claims

건조된 김분말에 에탄올을 가하여 김분말에 함유된 지용성분을 추출하여 탈지 김분말을 제조하는 탈지 김분말 제조 단계와,

균질화된 김분말-용매 혼합액에 섬유질분해효소와 단백질분해효소를 가하여 김분말의 섬유질 및 단백질을 가수분해시키는 효소적 가수분해 단계와,

효소적 가수분해된 김분말-용매 혼합액을 121℃, 1.2㎏/㎠의 고온고압처리하고 pH1.5 내지 pH7.0으로조절하는 고온고압처리 및 pH조절단계와,

고온고압처리 및 pH조절이 끝난 혼합액을 실온까지 냉각시킨 후 원심분리기를 이용하여 침전물과 상등액을 분리하고 여과하여 김추출액을 얻는 원심분리단계를 포함하는 것을 특징으로 하는 김의 기능성 물질의 추출 방법.
제1항에 있어서,

원심분리된 김추출액에 주정을 가한 다음 여과하여 여과액을 얻고, 그 여과액을 농축시킨 당분리 및 농축단계를 더 포함하는 것을 특징으로 하는 김의 기능성 물질의 추출 방법.