인삼전분으로부터 기능성 말토올리고당을 생산하기 위하여 인삼전분에 대한 말토 올리고당 생산 최적조건을 검토하고 이들을 정제 한 후 물리화학적 특성과 장내 유용 세균에 대한 생육효과를 조사하였다. Amano-A amylase를 사용하였을 때 glucose가 4개 이상 결합된 말토 올리고당이 많이 생성되어 최적 효소로 선정하였고, 이 효소를 이용한 말토 올리고당 생산 최적조건은 인삼전분 10%, 효소 첨가 농도 50 unit/g 전분 과 반응시간 24시간이었다. 인삼전분을 효소분해하여 생산하고 carbon-celite로 정제한 말토올리고당의 점도와 보수력은 각각 37.7 cps(20。C)와 110%(75%상대습도)로 설탕에 비하여 높았으며, 감미도는 설탕의 25.6% 이었다. 또한 생산된 말토올리고당은 장내 유용세균인 Biflidobacterium infantis의 생육을 촉진시켰다
키토산과 키토올리고당을 첨가한 식빵의 저장성을 조사하기 위하여 제빵시 키토산을 3%, 1%, 0.1%, 그리고 키토올리고당 1%를 첨가하여 저장 중 수분의 변화, pH의 변화, 미생물의 변화 등을 살펴보았다. 저장 중 수분의 변화는 첨가농도의 영향에 따라 저장기간이 경과할수록 수분이 감소하였는데, 그 폭은 대조구에 비해 완만하였다. 또 pH의 변화는 제빵 후 1일에는 키토산의 첨가량(3%, 1%, 0.1%)이 많을수록 pH가 높았으며, 저장 4일 이후부터 약간씩 낮아졌다. 그리고 키토올리고당 첨가구와 대조구는 처음부터 비교적 낮았으며 저장 기간에 따라 변화도 완만하였다. 그리고 생균수의 변화에 있어서는 키토산 0.1% 첨가구에서는 대조구에 비해 큰 차이가 없는 반면, 키토산 1%, 3% 첨가구에서는 농도에 따라 1∼2일 정도 생성이 늦었으며, 특히 키토올리고당 1%의 경우 3일 정도 느렸다. 또한 곰팡이 생성에 대한 육안 관찰에서도 대조구에서는 저장 3일째부터 곰팡이의 생성이 확인되었으나, 키토산 0.1% 첨가구에서는 4일째에 확인되었고, 키토산 1%와 3% 첨가구에서는 5일째에, 그리고 키토올리고당 1% 첨가구에서는 6일째에 관찰되었다. 이상의 결과를 종합해 볼 때 식빵 제조시 키토산 및 키토올리고당을 첨가할 경우 식빵의 shelf-life 연장에 효과가 있는 것으로 나타났다.
대표적인 기능성 감미료인 프락토올리고당, 대두올리고당, 이소말토올리고당 등 세 종류의 올리고당류를 각각 김치제조시에 첨가하여 김치의 기능성 향상을 시도한 결과, 프락토올리고당과 대두올리고당은 김치발효 중에 미생물들에 의해 크게 이용되어 많은 양이 분해되었으나, 이소말토올리고당의 경우는 $25^{\circ}C$ 이상의 높은 온도에서까지 3주동안 대단히 안정하여 효과적인 당류로 인정되었다.
쌀 소비 촉진과 쌀가공품의 다양화를 위해 쌀가루를 이용한 이소말토올리고당 제조에 대해 연구하였다. 최적 반응 조건을 확립하기 위해서 상업용 효소인 Termamyl 2X, Maltogenase L, Promozyme D2, Fungamyl 800L, Trnasglucosidase L을 사용하였고, 당류는 HPLC-CAD를 이용하여 말토올리고당과 이소말토올리고당을 동시분석하여 제조 조건별로 당의 구성 및 함량을 확인하였다. 액화반응의 최적화 조건을 탐색하기 위해 효소의 농도(0.025%, 0.05%, 0.075%, 0.1%)와 시간(1 h, 2 h)에 변화를 주어 반응시켰으며, 가수분해 정도를 확인하기 위해 액화액의 환원당 함량을 측정하였다. 그 결과 Termamyl 2X를 0.075% 첨가하여 2시간 동안 반응하였을 때 환원당 함량이 138.26 g/L로 가장 높았다. 당화·전이반응의 최적화 조건을 확인하기 위해 효소의 종류, 효소농도, 효소반응시간을 달리하여 이소말토올리고당을 제조하였다. Maltogenase L, Promozyme D2, Transglucosidase L을 동시에 첨가하여 반응시켰을 때 isomaltose와 panose를 많이 생산하면서 총 이소말토올리고당의 함량이 가장 높게 나타났다. 그리고 효소의 첨가량을 결정하기 위해 각각 농도에 변화를 주어 시간별로 당 함량을 검토하였다. 그 결과, Maltogenase L은 0.0015%, Promozyme D2는 0.05-0.1%, Transglucosidase L은 0.1%를 첨가하였을 때, glucose의 함량은 감소되고 중합도가 높은 이소말토올리고당의 함량은 증가하는 효과가 있었다. 최적 효소반응시간 결정을 위해 6시간마다 생성물의 변화를 관찰한 결과, 36시간에 총 이소말토올리고당이 75.36 g/L로 가장 높은 것으으로 확인되었다. 최적 조건으로 제조된 이소말토올리고당은 18 brix였고, isomaltose 35.11 g/L, panose 11.97 g/L, isomaltotriose 19.95 g/L, isomaltotetraose 7.46 g/L, isomaltopentaose 1.05 g/L 이 생성되었으며, 총당 중 이소말토올리고당의 비율은 56.37%였다.
본 연구는 다식 제조 시 감미와 결착제로서 꿀과 올리고당을 사용하고, 마 분말 첨가량을 달리하여 만든 쌀다식의 기계적 검사와 관능검사를 실시하여 마 분말을 첨가한 쌀다식 제조의 최적의 배합비를 구하고자 하였다. 수분함량은 꿀 첨가군이 올리고당 첨가군보다 낮았으며, 당도는 더 높게 나타났다. 색도는 꿀 첨가군보다 올리고당 첨가군이 L, a값은 높았으며, b값은 낮은 것으로 나타났다. 경도, 씹힘성, 검성, 응집성은 꿀 첨가군과 올리고당 첨가군 모두 대조군이 가장 낮았으며, 꿀 첨가군보다 올리고당 첨가군이 모든 항목에서 더 높은 수치를 나타내었다. 기호도 검사의 결과 외관, 마의 맛, 단맛, 전반적인 기호도에서는 마 분말 20% 첨가군이 가장 기호도가 높다고 평가되었다. 이상의 결과를 토대로 볼 때 마 분말의 첨가는 쌀다식의 기호도를 높여주고, 꿀과 올리고당을 이용한 다식 제조 시 마 분말 20%를 첨가하는 것이 가장 좋다고 사료되며, 본 연구는 다식의 제조 시 꿀과 올리고당을 감미 와 결착제로 사용하였으나 차후에 더욱 다양한 감미료와 보존성, 첨가비율을 달리하여 제조한 다식의 연구가 필요하리라고 본다.
본 연구의 목적은 키토산올리고당의 쥐 간조직 독성여부를 관찰하고자 하였다. 건강한 Wistar계 쥐를 사용하였다. 실험군은 Group 1. 일반식이를 섭취한 대조군, Group 2 0.1%(1mg/ml)키토산올리고당 수용액을 30일 간 음용수를 통해 자유자재로 섭취시킨 후 교미시켜 태어난 $F_1$ 세대, Group 3 $F_1$ 세대의 쥐에게 0.1%(1 mg/ml) 키토산올리고당 수용액을 30일간 음용수를 통해 자유자재로 섭취한 후 교미시켜 태어난 $F_2$ 세대, Group 40.1% (1 mg/ml) 키토산올리고당 수용액을 90일간 음용수를 통해 자유자재로 섭취시킨 군, Group 50.1% (1 mg/ml) 키토산올리고당 수용액을 365일간 음용수를 통해 자유자재로 섭취시킨 군의 쥐 등으로 각 실험군 당 쥐 10마리를 사용하였고, 다음과 같은 결과를 얻었다. Group 4의 경우 약간의 소포체 팽창을 관찰하였을뿐, 다른 실험군에서는 대조군과 비교하여 특별한 간 조직의 미세구조 변화를 관찰하지 못하였다. 결론적으로 키토산올리고당은 무독성 물질로서 안전성이 있다고 사료된다.
최근 다양한 기능성의 발현으로 크게 각광받고 있는 키토산 올리고당을 이용하여 칼슘의 체내 흡수율의 효과에 미치는 영향을 in vitro 및 랫트를 이용한 in vivo에 의해 검토하였다. 1. 제조된 키토산 올리고당은 3당류$\~$5당류가 주로 분포되어 있었으며, 이들의 총 함량은 $70\%$ 이상이었다. 그리고 강력한 항종양활성 및 항균활성을 가지는 것으로 알려져 있는 6당류와 7당류도 각각 $14.2\%$와 $11.3\%$로 비교적 높게 함유되어 있었다. 2. in vitro에서, 키토산 올리고당의 첨가는 무첨가에 비해 칼슘의 흡수율을 약 $50\%$ 향상시킨 것으로 나타났다. 3. 키토산 올리고당 $1\%$만을 염화칼슘과 함께 랫트에 섭취시켰을 경우, 분으로 배출되는 칼슘량은 약 $75\%$ 감소하였으며, 대퇴골의 뼈골절강도는 대조군보다 약 $20\%$, 올리고당 무첨가군보다 약 $15\%$ 증가하였다. 4. 이상의 결과를 종합적으로 검토하면, 키토산 올리고당은 칼슘의 체내 흡수율을 명확히 향상시키는 것으로 판단되었다.
Dextransucrse와 ${\alpha}$-amylase의 혼합효소반응 통하여 새로운 구조의 올리고당을 생산하였고, 그 특성을 조사하였다. 기질인 설탕과 녹말의 농도를 10%(w/v), 5%(w/v)로 하였을 때 dextransucrase와 ${\alpha}$-amylase의 활성비가 100U대 1000U일 경우 올리고당의 종류와 생산수율이 66.4%로 가장 높았다. 녹말의 분해산물이 dextransucrase의 수용체 반응을 활성화시켜 dextransucrase 활성을 증가시켰다. 혼합효소의 활성이 증가할수록 올리고당보다는 다당을 생산하였다. 5%(w/v)의 녹말을 1시간동안 반응시켜 수용체로 이용될 수 있는 산물의 양을 증가시킨 후 설탕의 농도가 10%(w/v)가 되도록 반응시킨 방법이 녹말과 설탕을 반응초기부터 모두 반응시킨 방법보다 올리고당 생산수율이 12% 더 증가하였다. 새로운 구조의 올리고당은 pH 3에서는 10.6, pH 4에서는 7.8%의 분해를 보였다. 새로운 구조의 올리고당은 pH 6과 140$^{\circ}C$ 고온에서 89.3%까지 안정하였다.
심장사상충 자충이 합성한 당단백의 분지(분지) 역할을 하는 N-linked high mannose 타입 올리고당의 구조에 대한 조사를 수행하였다. 사상충 자충을 방사선 표식 2-[$^3H$] mmannose를 함유한 배지에서 24시간 배양하였다. 자충으로부터 분리 정제한 당단백을 pronate로 소화시킨 다음. concanavalin A-Sepharose 크로마토그라피하여 분획하였다. 37%의 mannose가 자충 대사에 이용되었으며 pectin chromatography를 사용하여 high mannose 타입의 올리고당을 회수하였다. 이 올리고당을 $endo-{\beta}-N-acetylglucosaminidase$ H 효소로 소화시킨 후 HPLC를 사용하여 highmannose 타입 올리고당의 구성을 분석하였다. 심장사상충 자충이 합성한 high mannose 타입 올리고당의 형태는 $Man_5GIcNAc_2,{\;}Man_6GIcNAc_2,{\;}Man_7GIcNAc_2과{\;}Man_8GlcNAc_2$로 확인되었다. 이와 같이 심장사상충 자충이 체내 합성한 high mannose 타입 올리고당이 일반 척추동물이 체내 합성한 high mannose 타입 올리고당과 구조적으로 일치하였다.
키토산 올리고당이 ACE 저해활성과 SHR의 혈압에 미치는 영향을 검토하였다. 키토산 올리고당은 모두 ACE 저해활성을 나타내었다. ACE 저해활성$(IC_{50})$은 3량체가 $0.9\;{\mu}mole$로 가장 우수하였고 2량체의 경우에는 $2.4\;{\mu}mole$, 그 외의 올리고당은 모두 $>100\;{\mu}mole$였다. 강력한 ACE 저해제인 Captopril(2-D-mercaptopropanoyl-L-proline)의 인체 투여량을 기준으로 3량체 키토산 올리고당 2.14 mg/kg을 SHR에 강제 경구투여한 바, 4시간 경에 8주령 및 21주령 SHR모두 최저혈압을 보였고 이 때의 혈압 강하는 8주령 SHR $27{\pm}4.8\;mmHg$, 21주령 SHR $36{\pm}4.3\;mmHg$로 나타났다. 따라서 3량체 키토산 올리고당은 2량체 키토산 올리고당과 함께 향후 고혈압 치료제로서 응용가능함이 시사되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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