한우의 Myosin B 단백질을 단백질 가수분해 효소인 pepsin으로 처리한 다음 단백질의 함량과 혈압상승 펩티드 생성효소인 angiotensin-I converting enzyme(ACE)에 대한 저해활성을 측정하였다. 등심이 우둔에 비해 단백질의 함량이 높았으며, 가수분해 처리 후 우둔과 다르게 등심은 3시간 가수분해 처리구에서 단백질의 함량이 높게 나타났다. ACE 저해활성은 등심에서는 3시간, 우둔에서는 6시간동안 가수분해시켰을 때 ACE 저해율이 유의적으로 가장 높게 나타났으며, 3, 6시간동안 가수분해시켰을 경우 부위 별로 유의적인 차가 있었으나(p<0.05), 0, 1시간동안 가수분해 시켰을 때는 부위간의 유의적인 차는 없었다(p>0.05). ACE 저해율이 가장 좋은 가수분해 처리구를 ultrafiltration시킨 결과, 저분자 peptide 상태의 가수분해물이 고분자에 비하여 ACE 저해율이 높은 것으로 나타났다. 차후 ACE 억제활성도가 높은 단백질을 분리하여 가장 우수한 분획을 찾아 아미노산 염기서열을 밝혀 고혈압 억제제로 합성 개발하는 연구를 추진할 예정이다.
단백질의 부분 가수분해는 산성 음료에서의 용해도 증가, 환자들의 소화력과 알러지 내성의 개선, 다른 기능적 특성의 개발 등을 위하여 식품산업에 널리 이용되고 있다. 그러나 우유 단백질이나 대두 단백질과 같은 몇 가지 단백질들은 가수분해에 의하여 강한 쓴맛을 형성한다, 단백질 가수분해물의 쓴맛에 관한 연구는 1950년대 초에 시작되었으며, 여러 가지 원료로부터 쓴맛물질이 분리되었다. 이들 단백질 가수분해물의 쓴맛 물질은 올리고펩타이드로 알려져 있으며, 펩타이드 분자를 구성하는 소수성 아미노산의 존재와 밀접한 관계가 있는 것으로 보고되고 있다. 본 연구에서는 최근에 발달된 분석기술과 생명공학적 기법으로 E. coli에서 생산한 콩 단백질 단일 subunit를 이용하여 효소적 가수분해물의 분자구조를 확인하고자 하였다. 탈지대두박으로부터 115 glycinin와 E.coli떼서 발현된 proglycinin을 각각 90%, 97%의 정제도로 분리하여 이들 단백질을 trypsin으로 각각 가수분해하였다. 115 glycinin은 효소/기질 비 3%에서 4시간 가수분해에 의해 $14.0{\times}10^{-5}$ M quinine-HCI equivalent의 강한 쓴맛을 나타내었으며, 12%의 가수분해도(DH)를 나타내었다. 대두 단백질의 쓴맛 성분을 확인 위하여 이미 아미노산 서열이 밝혀진 11S glycinin과 proglycinin 가수분해물에서 GP-HPLC, $C_{18}$ RP-HPLC 등을 통하여 쓴맛 peptide들을 분리하였다. 각각의 분획은 다시 21개의 peptide로 분리되어 그 서열이 결정되었으며 이중 RP와 GI는 이미 알려진 쓴맛 dipeptide였고, LAGNQEQE, SAEFG, NALPE, KLHENIAR, GMIYPG 등이 주된 쓴맛 Peptide로 확인되었다. 이들은 11S glycinin의 5개의 subunit 중에서 그 위치가 확인되었다. Proglycinin 가수분해물에서도 11S glycinin과 같은 방법으로 7개의 쓴맛 peptide가 분리되었다. 이들은 $A_{1a}B_{1b}$의 아미노산 서열 중에서 37-42, 103-110, 164-167, 323-327, 367-373의 위치에 분포하고 있었으며, NALKPD, IYPGCPST, SlDT, HNIGQT, NAMFVPH의 서열을 나타내었다. 분리된 쓴맛 peptide 중에서 가장 쓴 두 분회의 peptide를 합성하여 관능 검사한 결과, NALPE는 매우 쓴맛을 내는 peptide로 확인되었다.
본 연구는 고혈압을 억제하는 ACE inhibitory peptide가 한우에 함유되어 있는지를 조사하기 위한 기초연구로 한우의 우둔과 등심으로부터 Myosin B를 추출하여 가열한 것과 가열하지 않은 것으로 구분하여 pepsin으로 0, 1, 3, 6시간 동안 $37^{\circ}C$에서 가수분해 시켰다. 가수분해물을 전기영동을 실시하여 pepsin 처리시간에 따른 단백질의 변화를 검토하였고, ACE 저해 활성을 측정하였다. 전기영동의 결과 가열한 것은 가열하지 않은 것에 비해서 단백질의 변성과 소멸이 많이 일어나 밴드의 수가 적었다. Pepsin으로 가수분해한 시간이 길어짐에 일부 단백질이 소실되었고, 저분자의 단백질이 생성되었다. Pepsin으로 가수분해함에 따라 등심과 우둔에서 25, 32, 40 및 44 kDa는 소실되었고, 37 kDa의 분자량을 갖는 밴드는 생성되었으며, 27 kDa의 단백질은 처음상태 그대로 유지되었다. 가수분해물을 이용하여 ACE 저해활성도를 측정한 결과, 등심은 1시간 가수분해시 유의차가 있었으나, 우둔은 가열여부에 따라 유의차가 발견되지 않았다. 반면 등심과 우둔 모두 가수분해 시간이 증가하면 ACE 저해율은 상승하는 경향을 보였다. 이와 같은 결과를 토대로 한우로부터 추출한 Myosin B의 ACE 억제활성이 우수한 단백질분획을 찾아 아미노산 염기서열을 밝히고 고혈압 억제제로 합성 개발하는 연구를 차후 추진할 예정이다.
대두 단백질을 효소로 가수분해 하였을 때 생성되는 peptide의 항균활성을 조사하고 천연항균제로서 이용 가능성을 검토하기 위하여 분리 대두 단백질에 5종의 단백질 가수분해 효소를 작용시켜 생성된 가수분해물의 항균력을 측정하고 한외여과하여 분자량별로 분리된 각 fraction의 항균활성과 HPLC로 정제하여 항균성 peptide 의 아미노산 결합순서를 분석하여 다음과 같은 결론을 얻었다. 분리대두 단백질에 5종의 단백질 분해효소를 작용시켜 제조한 가수분해물 중 Asp.saitoi protease로 작용시킨 것이 항균활성이 높았다. Asp. saitoi protease로 작용시킨 대두 단백질의 가수분해물을 membrane filter로 여과한 결과 분자량 1000-3000 fraction에서 항균활성이 가장 높았다. 분자량 1000-3000 범위을 가진 가수분해물의 MIC는 0.5-0.8mg/$m\ell$ 이었으며 그람 양성균과 음성균 모두의 증식을 억제하는 경향을 보였다. 분리 대두 단백으로부터 얻어진 항균성 peptide는 121$^{\circ}C$, 10분간 열처리하여도 안정하였으며 한외여과에 의하여 분자량 1000-3000범위의 가수분해물을 동결건조하여 gel filteration하였을 때 2개의 fraction에서 항균 활성을 나타내었다. HPLC결과 RT 16.02 의 peak에서 항균활성이 확인되었고 질량은 1,633이었으며 아미노산 결합순서는 H$_2$N-G-P-P-G-V-V-A-T-V-V-A-A-R-COOH 이었다.
다양한 기능적 특성을 가지는 단백질 가수분해물의 개발을 위하여, casein, ISP, wheat gluten, gelatin의 4종류 단백질 기질을 alcalase, bromelain, papain, neutrase, trypsin 등의 효소를 이용하여 가수분해물을 제조하였다. 각 단백질에 대한 효소 분해과정을 확인하기 위하여 pH-stat 방법을 이용하여 시간에 따른 단백질 가수분해도(DH)를 측정하였고, 단백질 종류와 효소 종류에 의한 쓴맛 정도와 단백질 가수분해물의 용해성을 검토하고자 DH 10%에서 가수분해를 종결짓고, pH 6.5에서 각각의 용해성과 쓴맛을 NSI(nitrogen soluble index) 측정과 관능검사로 비교하였다. 시간에 따른 가수분해도는 단백질에 따라 다양하게 나타났으며, Casein, ISP, wheat gluten, gelatin의 순으로 높게 나타났다. 모든 단백질에서 alcalase의 가수분해도가 가장 높았으며, neutrase, bromelain, papain의 가수분해도는 비슷한 정도를 보였다. 그러나 trypsin의 경우는 casein에서는 매우 높았지만, ISP에서는 가장 낮았다. DH 10%에서 casein은 trypsin 가수분해물이, ISP와 gluten은 brolmelain과 neutrase 가수분해물이, gelatin의 경우 사용된 모든 효소 가수분해물이 쓴맛이 약하고 용해도가 높아 좋은 기질-효소 조합으로 선택될 수 있었다. 따라서 쓴맛이 적고 용해도가 높은 단백질 가수분해물은 가수분해도의 조절과 단백질과 효소 조합의 선택, 단백질 가수분해물의 농도 조절 등으로 얻을 수 있었다.
가다랭이 통조림 제조시 부산물로 얻어지는 혈합육의 식품소재로의 이용 가능성을 검토하기 위하여 가다랭이 혈압육 단백질 농출물과 ${\alpha}-chymotrypsin$으로 단백질 농축물을 가수분해한 단백질 가수분해물을 만들어 이들의 용해도, 가수분해도, 유리아미노산 함량 등을 측정하고, 모조 어간장 및 어묵제조시 첨가하여 관능검사를 통하여 기호성 등을 평가하였다. 단백질 농축물의 pH 1 부터 12 사이에서의 용해도는 전 구간에 걸쳐 36% 이하였고, pH 7에서 가장 낮은 22%를 보였다. 단백질 가수분해물의 용해도는 전 구간에 걸쳐 65%에서 81%로 나타났고, 용해도가 가장 낮은 pH는 7이었다. 용해도 곡선의 양상은 두 단백질에서 비슷하였다. 단백질 농축물의 가수분해도는 가수분해 12시간에서 79.8%였고 그 이상의 시간에서는 약간의 증가만 나타내었다. 총 유리아미노산의 함량은 단백질 농축물이 단백질 가수분해물 보다 약간 높았으나, 총 필수아미노산의 함량은 단백질 가수분해물에서 높게 나타났다. 두 단백질 모두 taurine의 함량이 높은 것이 특징이었다. 단백질 농축물에서는 taurine, histidine, arginine, alanine 순으로 많은 함량을 보였고 단백질 가수분해물에서는 valine, taurine, leucine, alanine순으로 많이 함유하였다. 단백질 가수분해물을 모조 어간장 제조시 첨가할 경우 모조 어간장 제조 원료액 100ml당 8g의 첨가가 적당하였고, 관능검사 결과 시판 어간장과 비교하여 손색이 없었다. 어묵제조시 단백질 가수분해물을 2%까지 첨가여도 품질면에서 손색없는 제품을 얻을 수 있었다.
효소에 의한 가수분해로 식품단백질로부터 생리활성 peptide의 생성을 밝히기 위한 연구의 일환으로 효소에 의한 단백질 가수분해물의 ACE 저해작용을 검토한 결과는 다음과 같다. 1. 가수분해에 따른 ACE 저해능은 가수분해 8시간까지는 급격히 증가하다가 그 후로는 완만하게 증가하였으며, 특히 복합효소, bromelain 및 pepsin등에 의해 우수하게 나타났다. 그러나 trypsin 및 $\alpha$-chymotrypsin에 의한 egg albumin 및 casein 가수분해시에는 가수분해 8시간 이후에는 오히려 감소하는 경향을 나타내었다. 2. 단백질 가수분해물의 ACE 저해능은 첨가량의 증가와 함께 우수한 것으로 나타났으며, 가열에 대하여 비교적 안정한 것으로 나타났다. 3. 단백질 가수분해물의 아미노산 조성은 거의 유사한 것으로 나타났으며, 특히 glutamic acid의 함량이 월등히 많은 것으로 나타났다. 그러나 egg albumin 가수분해물의 경우는 glutamic acid의 함량이 적은 반면 alanine 및 cysteine의 함량이 다소 많은 것으로 나타났다 4. Gel 여과에 의한 단백질 가수분해물의 획분별 ACE 저해작용은 서로 비슷한 획 분에서 나타났으며 이 때의 분자량은 1,400부근으로 나타났다. 5. Gel 여과에 의한 ACE 저해작용 획분의 아미노산 조성은 서로 다른 것으로 나타났다.
최근 특별한 기능을 갖는 단백질의 수요가 늘어남에 따라 단백질의 기능성을 개량하려는 연구가 활발히 이루어지고 있다. 이들 중 대표적인 것이 단백질을 단백질 분해효소로 처리한 가수분해물을 환자의 영양강화제와 같은 의약품이나 기능성이 요구되는 식량소재로서의 이용이다. 단백질의 효소적 가수분해에 있어서 회분식 공정은 장치가 간단하고 조작이 단순하며, 고 농도의 기질을 사용할 수 있지만 많은 양의 효소가 필요하며 높은 에너지와 노동력이 요구된다. 그리고 최종생성물의 저해작용으로 인해 수율이 적고 최종생성물의 기능적인 성질을 조절할 수 없는 단점이 있다.
탈지 대두박으로 부터 추출 분리하여 얻어진 분리대두 단백질에 효소(pepsin 및 trypsin)를 처리하여 부분적 단백질 가수분해물을 만들고 이들 제품의 가수분해 정도를 고유점도 측정, 수용성 단백질 및 유리아미노산 농도 측정과 전기영동등으로 평가하였으며 가수분해물의 유체변형성과 식품기능성외 변화를 평가하였다. 가수분해물의 고유점도는 사용된 효소의 종류와 처리시간에 따라 변화하였으며 가수분해에 의한 수용성 단백질의 농도 변화와 일반적으로 역비례 하였다. 0.03 M$CaCl_2$, 용액에서의 용해도와 ninhydrin test에 의한 TCA가용성 단백질 함량은 고유점도의 변화와 밀접한 상관관계를 나타내었으므로 가수분해 정토를 나타내는 지표로 사용될 수 있었다. S. D. S. - P. A. G. 전기영동 패턴은 사용한 효소와 처리시간에 따라 다른 형태를 나타냈으며 pepsin처리에 있어서는 가수분해 정도가 증가함에 따라 주로 11S분획이 선택적으로 분해되었으며 trypsin처리에 있어서는 7S와 11S모두 영향을 받았다. 가수분해물의 흐름형태는 4%용액에서 거의 New tonian 유체형태를 나타내었으며 apparent viscosity는 가수분해 정도가 증가함에 따라 감소하였다. 유화용량 및 유화안정도는 SPI보다 모두 낮은 값을 나타냈으며 같은 효소처리인 경우 가수분해 정도가 증가함에 따라 감소하는 경향을 나타내었다. 기포형성은 SPI보다 현저하게 증가하였으나 기포안정도는 가수분해 정도가 증가함에 따라 급격하게 감소하는 경향을 나타내었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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