한국콩연구회

식물면역활성제(elicitor)를 이용한 콩나물의 고품질화 기술 개발

Development of cultivation method for high quality soybean sprout using elicitors

주관연구기관 : 목포대학교

연구책임자 : 함경식

발행년월 : 2003-01

주관부처 : 농림부

원문

http://www.ndsl.kr/ndsl/commons/util/ndslOriginalView.do?dbt=TRKO&cn=TRKO201400023879&rn=&url=&pageCode=PG18

연구개발 결과 및 활용에 대한 건의

1. 연구개발 결과

본 연구는 콩나물 재배에서 문제가 되고 있는 농약 사용을 줄이기 위함과 더불어 콩나물의 기능성 물질을 증가시키기 위한 시도로 식물면역활성 물질을 사용하였으며 이의 이용이 콩나물에 어떤 영향을 주는 지를 조사하였다. 또한 더 나아가 콩나물 재배에 이용했던 기술이 콩 재배 시에도 적용하여 콩수량 및 종실 내 isoflavonoid 함량이 증가된 고품질 기능성 콩을 생산할 수 있는지를 조사하였다.

가. 식물 면역 활성물질을 이용한 콩나물의 고품질화 기술개발

식물 면역 활성물질은 많은 보고에서 식물의 이차대사 산물을 증가시키는 것으로되어 있다. 많은 이차 대사산물은 인간에 있어서 항암, 항산화, 혈중콜레스테롤 저하 기능 등 다양한 생리조절 능력을 갖는 것으로 알려져 있다. 콩에는 isoflavone같은 2차 대사산물이 있는데, 이것은 인간의 건강에 있어 다양하게 유익한 점을 가지고 있기 때문에 많은 과학자들은 이것에 대한 연구를 계속해서 시도하고 있다. 이에 본 연구에서는 콩나물 재배동안 식물면역활성제로서 chitosan과 β-glucan 두 가지를 처리함으로서 콩나물의 생장특성과 isoflavone함량의 변화, 그리고 다른 기능성 성분의 함량을 조사하였다. 이런 연구를 위해 먼저 elicitor 중 β-glucan과 oligogalacturonide를 제조하였다. oligogalacturonide는 pectin에서 제조하였는데 isoflavonoid 증가 효과를 보았을 때 별로 효과가 없어 이다음 실험에는 chitosan은 회사로부터 공급받았으며 β-glucan은 맥주 폐효모를 산 가수분해하여 얻었다. β-glucan은 콩나물에서 chitosan 보다 훨씬 낮은 농도인 ng/㎖ 단위에서 elicitor 활성을 보이는 것으로 나타났으며 이의 경제적 생산을 위하여 기존에 많이 쓰는 Trifluoroacetic acid(TFA) 대신에 단가가 싸고 식품안전성에 문제가 덜한 HCl을 대체 용매로 사용하여 추출조건을 확립하였다.

β-glucan을 TFA대신 HCl으로 제조한 결과 85℃의 온도에서 0.5 M의 농도로 40분간 가수분해한 결과 TFA를 쓸 때 보다 많은 β-glucan을 얻을 수 있었으며, 추출한 β-glucan의 식물면역활성 기능을 soybean cotyledon assay를 통해 측정한 결과 TFA를 이용 추출한 β-glucan과 비슷한 활성을 가지고 있었다. HCl 처리에 의해 생성된 β-glucan의 구성성분은 단백질이 26.4%, 총당은 9%이며 조지방과 회분은 극히 미량이었다. 제조한 β-glucan의 분자량은 10,000과 40,000사이에 존재하였다. 이렇게 생산한 β-glucan과 chitosan을 콩나물 재배에 사용하였을 때 콩나물의 발아율은 약 5∼10%정도 증가하였으며 콩나물의 길이는 짧아지고 굵기는 두꺼워지는 경향이 보였다. Isoflavonoid 증가효과는 β-glucan, chitosan 둘 다 있었으며 chitosan 분자량에 따른 효과를 조사하였을 때 30 cps chitosan을 사용하였을 경우 효과가 좋았다. Chitosan 농도에 따른 효과는 30 cps 키토산을 사용하였을 경우 키토산 농도가 0.05% 일 때 가장 좋았으며 그 이후는 감소하는 경향을 보였다. 다른 기능성분 활성을 조사한 결과 chitosan처리에 의해 항산화 활성이 증가하는 것을 볼 수 있었고, elicitor처리에 의한 아질산염 소거능은 거의 변화가 없는 것으로 나타났고, 이는 무처리구에도 마찬가지이므로 콩나물 자체에 아질산염 소거능이 거의 없는 것으로 판단된다. 또한 여러 기능성이 알려진 사포닌 함량을 조사한 결과 elicitor 처리한 콩나물이 무처리 콩나물보다 높은 함량을 가졌다. Elicitor 처리가 콩나물의 병에 대한 저항성을 증가시키는 지를 알아보기 위하여 콩의 병원균으로 알려진 Phytophthora sojae와 콩나물에서 분리된 병원균 Bacillus subtilis, Bacillus coagulans를 인위적으로 감염시켰을 때 무처리 콩나물에 비하여 elicitor 처리 콩나물이 감염정도가 약하고 elicitor 처리 콩나물 중에서도 특히 chitosan, β-glucan 혼합처리 콩나물이 모든 감염 처리에서 강한 저항성을 보였다. 이것은 즉 elicitor 처리에 의해 콩나물 생체 내에서 방어 기작의 변화가 온 것으로 볼 수 있어서 elicitor 처리 콩나물에서 일부 방어 단백질의 변화를 분석한 결과 trypsin inhibitor, β-1,3-glucanase, phenylalanine-ammonialyase activity 는 처음에는 상당량이 존재하나 성장하는 과정에서 많이 감소하는 경향을 나타내었지만 elicitor처리 콩나물이 무처리 콩나물에 비하여 성장한지 6시간까지의 초기 activity도 현저하게 많을 뿐만 아니라 72시간 후에도 잔존하는 activity 또한 훨씬 많다는 것을 확인할 수 있었다.

콩나물은 유통기간이 짧은 것이 문제가 되어 elicitor 처리를 통해 유통기간 연장이 가능한지를 조사하였다. 그 결과 elicitor 처리한 콩나물이 총균수에 있어 약 80∼90% 정도 감소하는 것을 알 수 있었다. 이 결과는 elicitor 처리를 통해 유통기간 연장이 가능하다는 것을 제시한다. 또한 isoflavonoid도 수확 직후의 높은 함량을 그대로 유지하는 것이 관찰되었다. 위와 같은 실험실에서의 재배결과가 공장에서 대규모로 재배하였을 때에도 적용되는지를 알기 위해 공장에서 실증실험을 한 결과 실험실에서와 비슷한 결과가 나왔다. 즉 발아율 수율에 있어 elicitor를 처리하였을 때 높았으며 isoflavonoid 함량도 증가하였다. 특히 맛에 어떤 영향을 주었는지를 알아보기 위하여 관능평가를 한 결과 기호도가 상승된 것으로 나왔다.

Elicitor가 우리가 모르는 어떤 독성물질을 증가시킬 수 있다는 가능성을 고려하여 쥐를 이용하여 독성 실험을 하였다. 암․수 rat 각 40마리를 이용하여 콩나물 건조 분말을 최고 10%까지 시료에 혼합, 90일간 투여하면서 투여군에서 체중의 변화, 사료섭취량, 음수량, 행동의 변화, 혈액학, 혈청생화학적 변수, 주요 장기의 조직학적 측면에 영향이 나타나는가를 시험하였다. 그 결과 어떤 변수에서도 시험시료의 투여와 관련되었다고 판단할 만한 변화가 관찰되지 않았기 때문에 이 콩나물시료가 인간에 심각한 독성을 미칠 가능성은 거의 없다고 판단된다. 이 시험에서 사용한 최고 혼합농도인 10%는 콩나물 습중량으로 역산하면 인간(65 ㎏ 기준)이 매일 2.1∼7.5㎏(마켓에서 파는 콩나물 25봉지에 해당)를 섭취하는 경우와 비교할 만할 것이다. 일반적으로 인간이 매일 콩나물을 섭취하는 양이 300ｇ 정도로 가정한다면 rat과 인간의 감도차이를 고려한다고 하더라도 충분히 안전하다고 볼 수 있다.

나. 식물면역활성제(elicitor)를 이용한 기능성 콩 재배기술 개발

식물면역활성제인 키토산과 글루칸 용액을 콩 종자 및 잎에 처리하여 수량 및 isoflavonoid 함량 변화를 조사하였으며 수행된 실험은 발아율 조사, elicitor 처리효과, 한발스트레스하의 elicitor 효과, 전착제 혼용시 elicitor의 효과, 병저항성 조사 등이었다.

Elicitor 처리별 포장출아율을 조사한 결과 신팔달콩에서는 무처리 62%에 비해 처리구인 키토산 70%, 글루칸 68%, 혼합처리 71%로 더 높은 출아율을 보였으며 태광콩의 경우도 동일한 경향을 보였다.

고농도의 elicitor 종자침지 처리 후 유묘생장을 조사한 결과, 키토산 처리에서는 무 처리와 비슷한 생육량과 입모율을 보였으나 글루칸처리에서는 발아 및 입모율이 낮았으며 생육저해효과를 보였다.

Elicitor 처리에 의한 콩 수량의 변화를 조사한 결과, 신팔달콩보다는 태광콩에서 수량증가효과를 나타냈고 혼합처리가 단독처리보다 더 높은 종실수량을 보였다. 포트재배의 경우 두 품종 모두에서 종실수량 증가효과를 볼 수 있었으며 혼합처리구에서 신팔달 23.0g/plant, 태광 13.5g/plant로 가장 높은 수량을 보였고 다음으로 키토산처리구, 글루칸처리구, 무처리 순으로 나타났다. 처리농도별로는 키토산은 중농도, 글루칸은 저농도에서 종실수량이 높았으며, 처리시기에서는 신팔달콩은 개화후처리구, 태광콩은 개화전처리구에서 더 높은 수량을 보였다.

Elicitor 처리에 따른 콩 종실내 isoflavonoid 함량을 조사한 결과, 전반적으로 처리별 통계적으로 유의한 차이를 보이지 않았으나 태광콩에서 무처리구 보다 처리구에서 높은 함량을 보였으며 키토산 처리구가 3.79mg/10g으로 가장 높은 함량을 보였다. 포트재배에서도 신팔달콩보다 태광콩에서 더 높은 함량증가를 보였고 키토산 고농도처리구에서 4.76mg/10g으로 가장 높은 isoflavonoid 함량을 나타냈다. 처리시기 별로는 신팔달콩은 개화후처리, 태광콩은 개화전처리에서 높은 함량을 보였고 처리 종류별로는 두 품종에서 모두 혼합처리구가 가장 높은 함량을 보였다.

한발스트레스 조건에서의 elicitor 효과를 조사한 결과, 지상부생육량, 백립중, 그리고 개체 종실수량은 한발처리로 감소하는 경향이었다. 근류발생은 글루칸처리에서 한발처리<한발무처리<무처리 순으로 높았고 키토산처리에서는 한발무처리<무처리<한발처리 순으로 높게 나타나 키토산 처리로 근류발생의 증가 또는 회복이 가능한 것으로 생각되었다. Isoflavonoid 함량을 보면 키토산처리구가 무처리구보다 높은 함량을 보였지만 한발처리로 함량이 증가되지는 않은 것으로 나타났다. 전착제 혼용처리 시 elicitor의 효과를 조사한 결과를 보면, 경장 등 생육형질에는 거의 차이가 없었고 종실수량에서는 키토산처리구가 글루칸처리구보다 높았고 전착제 혼용처리구가 비혼용구보다 더 높게 나타났다. 근류발생은 처리구가 높았으나 전착제혼용처리구가 단독처리구보다 낮은 근류발생을 보였다. Isoflavonoid 함량을 보면 키토산처리구가 무처리구보다는 높은 함량을 보였으며 전착제혼용처리에 의해 더 증진된 함량증가 효과를 나타냈다.

Elicitor 처리시 병저항성 정도를 조사하기 위해 콩 잎에 불마름병(Xanthomonas campestris)을 접종한 결과, 무처리구 보다 처리구인 키토산처리구, 글루칸처리구, 혼합처리구에서 모두 낮은 감염정도를 보였고 키토산처리구에서 가장 강한 저항성을 보여 elicitor 처리에 의해 저항성이 증진되었음이 확인되었다.