Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.49 No.1 pp.189-199
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2015.49.1.189

Physicochemical Properties and Biological Activities of Black Garlic (Allium sativum L.) Shoot

Kye Man Cho1, Seong Hoon Jeong2, Weon Taek Seo1*
1Dept. of Food Science, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju 660-758, Korea
2Namhae Garlic Research Institute, Namhae 668-812, Korea
Corresponding author : Weon Taek Seo, Tel: +82-55-751-3275, Fax: +82-55-751-3279, wtseo@gntech.ac.kr
September 22, 2014 January 28, 2015 February 5, 2015

Abstract

In the interests of availability of garlic (Allum sativum L.) shoot, black garlic shoot was prepared as trimmed garlic shoot in an air tight container aged primarily at 55 ± 2°C for 7 days and then aged secondary at 65 ± 2°C for 14 days, and its physicochemical characteristics, antioxidant activity, and α-glucosidase inhibition activity were studied. Sugar content of black garlic shoot compared with raw material (garlic shoot) was approximately 2 folds increased from 24.98 g/100 g to 44.86 g/100 g and acidity also approximately 2.2 folds increased from 0.41 mL to 0.91 mL, respectively. The minerals, such as sodium and phosphorus was slightly increased, while potassium was slightly decreased, and calcium and iron were not changed in black garlic shoot compared with those of the raw material. Total phenolics content of black garlic shoot, compared with raw material, was approximately 1.5 folds increased (128.6 mg/100 g) and its browning was approximately 2 folds increased (OD420 = 2.07). By a corresponding to the high total phenolic contents of black garlic shoot, DPPH radical scavenging activity, ABTS radical scavenging activity, and reducing power were relatively increased. In particular, α -Glucosidase inhibition activity of black garlic shoot (79.2%) was 2.5 folds higher than that of the raw material (31.1%) and much higher than that of its positive control acarbose (71.8%). From these results processing of black garlic shoot which has increased functionality was possible.


흑마늘종의 이화학적 특성 및 생리활성

조 계만1, 정 성훈2, 서 원택1*
1경남과학기술대학교 식품과학부
2남해마늘연구소

초록

마늘종의 활용성 증대를 위하여 흑마늘종을 제조하고 이화학적 특성, 항산화 활성 및 α-glucosidase 저해 활성을 조사하였다. 마늘종을 정선하고 밀폐 용기에 담아 55 ± 2°C에서 7일간 1차 숙성시키고, 다시 65±2°C에서 14일간 2차 숙성시켜 흑마늘종을 제조하였다. 흑마늘종은 마늘종과 비교하여 산도 및 환원당은 각각 0.41 mL 및 24.98 g/100 g에서 0.91 mL 및 44.86 g/100 g으로 약 2.2배와 2배 정 도 증가하였으며, 무기질 중 나트륨과 인은 약간 증가하였으나 칼륨은 감소하였고 칼슘과 철은 거의 변 화가 없었다. 한편 원료 마늘종과 비교하여 총 phenolics 함량은 약 1.5배(128.6 mg/100 g) 증가하였 고 갈변도는 약 2배(OD420 nm= 2.071) 증가하였으며, 이에 상응하여 DPPH 라디칼 소거활성, ABTS 라 디칼 소거활성 및 환원력의 항산화 활성도 증가하였다. 특히 α-glucosidase 저해 활성은 흑마늘종 추 출물은 79.2%로 양성 대조구로 사용한 acarbose의 71.81%보다 높았으며, 마늘종 추출물의 31.12%보다 는 약 2.3배 활성이 높았다. 이와 같은 결과로부터 마늘종으로부터 기능성이 증진된 흑마늘종 제조가 가능하였다.


    Gyeongnam National University of Science and Technology

    I.서론

    마늘종은 마늘의 줄기 안쪽 속대가 발달한 것으 로 마늘과 유사하게 함황 화합물을 지니고 있으며, 클로로필, 식이섬유, 비타민류 등의 함량이 마늘종 구에 비해 더 높아 마늘과 성분이 유사하면서도 차별화되는 성분들이 함유되어 있을 것으로 추정 되며, 마늘에 비하여 매운맛이나 향이 약하여 식용 이 용이하다는 장점(Chung & Kim, 2008)이 있고 마늘종으로부터 분리된 플라보노이드들은 항산화 활성을 지니고 있음이 보고(Kim et al., 2000; Kim et al., 2005)되어 있어 기능성 식품소재로서 충분한 활용 가능성이 제시되고 있으며, 마늘의 경 우 다양한 생리활성이 보고되어 있어 동체에서 생 산되는 마늘종도 이와 유사한 효능들을 가질 것으 로 판단된다(Yoon et al., 2014).

    한편 국내에서 마늘종의 생산량은 마늘 생산량 대비 약 6분의 1 수준이고 1∼3주간의 짧은 기간 동안 생산되고 있다(Yoon et al., 2014). 그러나 유통되는 마늘종은 대부분 마늘종 볶음, 장아찌 및 무침 등의 부식원료로 사용되고 있으며, 별다른 활 용 방안이 없어 그 소비가 한정되고 있으며 (Chung & Kim, 2008; Shin et al., 2012), 구근 발육을 위하여 마늘 수확 전 제거하게 되는데 제 때 제거하지 않으면 구근의 성장이 이루어지지 않 고 마늘종도 질기어져 식용할 수 없게 된다. 마늘 종 뽑기는 마늘구의 비대를 위하여 필수적으로 요 구되는 작업이지만 장기 저장이 어렵고 일손부족, 작업의 어려움 등으로 인하여 폐기되거나 마늘 부 산물로 인식하여 부가가치를 확보하지 못하고 있 는 실정이다. 마늘 재배량이 증가됨에 따라 부산물 로 나오는 마늘종은 수확 초기 판매하거나 일부는 저장하게 되는데 대부분의 마늘종은 밭에 그대로 폐기되는 실정이므로 마늘종의 새로운 이용 방안 이나 개발이 요구되고 있다.

    열처리 과정은 물질적인 특징이나 향뿐만 아니 라 화학적 구성 등에 많은 변화를 준다. 한편 일부 연구자들에 의해 열처리할 경우 다양한 이화학적 변화에 의해 생리활성물질이 증가한다는 연구 결 과가 발표되면서 이와 관련된 연구가 활발히 진행 되고 있다(Cho & Joo, 2012). 특히 60∼90℃의 고온에서 장시간 숙성 제조한 것을 흑마늘이라고 하며, 이 흑마늘은 생마늘보다 폴리페놀과 플라보 노이드의 함량뿐만 아니라 다양한 생리활성 역시 우수한 것으로 보고되어 있으나, 마늘 동체에서 생 산되는 마늘종에 대한 흑마늘종 제조에 대한 연구 는 보고되어 있지 않다. 이에 본 연구에서는 마늘 부산물인 마늘종의 활용가치를 높이기 위한 기초 연구 일환으로 흑마늘 제조 기반을 바탕으로 흑마 늘종을 제조하고 이들의 이화학적 특성, 항산화 활 성 및 α-glucosidase 저해활성 연구 결과를 보고 하는 바이다.

    II.재료 및 방법

    2.1.재료 및 시약

    본 실험에 사용한 마늘종은 2011년 4월에 경남 남해군에서 재배된 것을 남일영농조합법인(경남 남 해군 설천면)으로부터 구입하여 사용하였다. Folin- Cicalteu phenol, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6 -sulphonic acid) diammonium salt(ABTS), α-Glucosidase(EC 3.2.1.20, Baker’s Yeast), p -nitrophenyl-α-glucopyranoside(p -NPG), 및 gallic acid는 Sigma-Aldrich사(Saint Louis, MO, USA) 구입하였고 이외에 분석 시약들 역시 Sigma- Aldrich Chemical co.사에서 특급품을 구입하여 사 용하였다.

    2.2.흑마늘종 제조

    마늘종은 줄기 양끝을 절단하고 흐르는 물에 세척 하고 실온(18∼23℃)에서 10 시간 펼쳐 두어 물기를 제거 한 후 20∼30 cm로 절단하여 사각 스텐레인스 로 제작한 밀폐용기에 담았다. 마늘종이 담긴 밀폐 용기를 55 ± 2℃에서 7일간 발효시키고(1단 발효) 다시 65 ± 2℃에서 14일간 발효시켜(2단 발효) 흑 마늘종을 제조하였다(Fig. 1).

    2.3.이화학적 특성 분석

    마늘종 및 흑마늘종 10 g에 90 mL 멸균증류수를 첨가한 후 믹서기로 분쇄하여 사용하였다. pH는 pH meter(model 3510, Jenway, Essex, UK)를 사용하 여 측정하였고, 적정산도는 중화적정법으로 시료 1 mL를 pH 8.2±0.1까지 중화시키는데 소비된 0.1 N NaOH의 양으로 표기하였다. 당류 분석은 Joo et al.(2011)의 방법을 약간 변형하여 HPLC(Agilent 1200 series, Agilent Co., Forest Hill, Vic, Australia)를 이용하여 분석하였다. 당 분석은 마늘 종 혹은 흑마늘종에 deionized water(DW)를 25 mL 가하여 분쇄시킨 후 acetonitrile를 25 mL 가하여 sep-pak NH2 칼럼(Waters Co., Milford, MA, USA)과0.45 μm-membrane filter(DismicR -25CS, Toyoroshikaisha, Ltd., Tokyo, Japan)를 순차적으 로 통과시켜 전 처리하였다. 당 분석 칼럼(Polyamine II, 4.6×150 mm, 5 μm, YMC Co., Kyoto, Japan) 에 전 처리한 시료 20 μL을 주입하고 55℃에서 이동 상 용매(acetonitrile:water=75:25(v/v))를 1.0 mL/min 속도로 이동시키면서 reflective index (RI, Agilent 1200 series, Agilent Co.) 검출기 상에서 당을 검출하 였다. 조지방 함량은 시료를 분쇄한 후 diethyl ether 를 이용하여 Soxhlet법으로 측정하였으며, 조단백질의 함량은 Kjeldahl법으로 측정하였다(KFDA, 2010).

    2.4.무기질 분석

    무기질은 나트륨(Na), 칼슘(Ca), 칼륨(K) 인(P), 및 철(Fe)을 대상으로 분석하였다. 시료를 도가니 에 넣고 탄화기로 예비탄화 한 후 회화로에 옮겨 550℃에서 흰색이나 회색의 회분이 생길 때까지 회화 하였다. 회화가 끝난 회분을 방냉 후 주의하 여 증류수로 적신 후 염산 10 mL을 가해 수욕상 에서 완전히 증발․건조하였다. 이 건조물에 염산 10 mL을 가해 수 분 가열 후 50 mL 메스플라스 크에 여과하였다. 불용물은 여과지와 함께 사용했 던 회화용기에 넣은 후 건고하여 다시 회화하였 다. 이 회분을 증류수로 적신후 염산 2 mL을 가 해 증류수 약 5 mL로 희석한 후 수욕상에서 가온 하고, 앞의 50 mL 메스플라스크에 여과한 후 증 류수로 50 mL를 채운다. 이를 시험용액으로 하여 ICP(iCAP6300 Duo, Thermo scientific, London, UK)로 분석하였다.

    2.5.추출물 제조

    마늘종 및 흑마늘종을 각각 분쇄기로 분쇄한 후 분쇄 시료 5 g을 칭량하고 여기에 10배의 80% 메 탄올(50 mL)을 가한 후 300 rpm에서 12시간 추출 하였다. 추출액을 여과하여 여과액을 얻은 후 여과 액 일부는 0.45 μm cellulose-acetate 필터로 여 과하여 총 phenolics 함량에 대해 분석하였다. 나 머지 여과액 모두를 감압농축기를 이용하여 농축한 후 -50℃에서 동결건조하여 건조분말을 얻었다. 추 출용매인 80% 메탄올에 용해하여 각각 1000, 500, 250, 100 μg/mL 농도로 제조하여 생리활성을 검정 하였다.

    2.6총 phenolics 함량 측정

    총 phenolics 함량은 Folin Denis법(Singleton & Rossi, 1965)으로 측정하였다. 적당히 희석한 추출물 0.5 mL를 시험관에 분주하고 25% Na2CO3 용액 0.5 mL를 첨가하여 3 min 정치시켰다. 다시 2 N Folin-Ciocalteu phenol 시약 0.25 mL를 첨 가하여 혼합한 다음 30℃에서 1시간 동안 정치시 켜 발색시켰다. 발색된 청색을 750 nm에서 분광 광도계(Spectronic 2D)를 사용하여 흡광도를 측정 하였다. 이때 총 phenolics 함량은 gallic acid를 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 정량하였다.

    2.7.갈변도 측정

    마늘종 및 흑마늘종 5 g을 칭량하고 물 50 mL을 가하여 300 rpm에서 1시간 동안 추출한 후 추출액 을 원심분리하고 그 상등액을 0.45 μm celluloseacetate 필터로 여과하여 여과액을 분광광도계 (Spectronic 2D)를 사용하여 흡광도 420 nm에서 측정하였다.

    2.8.DPPH 라디칼 소거 활성

    DPPH 라디칼 소거 활성은 Lee et al.(2013)의 방법을 변형하여 측정하였다. 1.5×10-4 M DPPH 라디칼 용액 0.8 mL과 농도별(1000, 500, 250 및 100 μg/mL)로 제조한 추출액 0.2 mL를 가하고 10 초간 균질화 시켜 암실에서 30 min 방치한 후 분 광광도계(Spectronic 2D)를 사용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 음성 대조구 실험은 시료 대 신에 추출용매 0.2 mL를 취하여 실험하였으며 실 험구와 음성대조구의 흡광도를 구하여 백분율(%) 로 나타내었다. 양성 대조구 실험은 상용 천연항산 화제인 vitamin C를 이용하여 동일한 방법으로 실 시하였다.

    2.9.ABTS 라디칼 소거 활성

    ABTS 라디칼 소거 활성은 Lee et al. (2013)의 방법에 준하여 측정하였다. 7 mM ABTS 라디칼 5 mL과 2.45 mM K2S2O8 5 mL를 혼합하고 암 실에서 12∼16 시간 방치한 후 메탄올로 1:88 비 율로 희석하여 732 nm에서 대조구의 흡광도 값 이 0.7±0.02가 되도록 조절한 ABTS 라디칼 용 액을 제조하였다. 농도별로 제조한 추출액 0.1 mL과 ABTS 라디칼 용액 0.9 mL를 첨가하여 혼 합한 후 3 min 정치시켜 732 nm에서 분광광도 계(Spectronic 2D)를 사용하여 흡광도를 측정하 였다. 음성 대조구 실험은 시료 대신에 추출용매 0.1 mL를 취하여 실험하였으며, 실험구와 음성 대조구의 흡광도를 구하여 백분율(%)로 나타내었 다. 양성 대조구 실험은 상용 천연항산화제인 vitamin C를 이용하여 동일한 방법으로 실시하 였다.

    2.10.환원력

    농도별로 제조한 추출액 250 μL에 sodium phosphate buffer(200 mM, pH 6.6) 0.25 mL와 1% potassium ferricyanide 0.25 mL를 혼합시킨 후 혼 합물을 50°C에서 20분 동안 반응시켰다. 반응액에 trichloroacetic acid(10%, w/v) 0.25 mL 첨가하고 6,500×g에서 10분간 원심분리 하였다. 상등액 0.5 mL에 탈이온수 0.5 mL와 1% ferric chloride 1 mL 를 첨가한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다(Seo et al., 2011). 양성 대조구 실험은 상용 천연항산화 제인 vitamin C를 이용하여 동일한 방법으로 실시하 였다.

    2.11.α-glucosidase 저해활성

    각각의 시료 용액 50 μL와 0.5 U/mL α -glucosidase 효소액 50 μL, 200 mM 인산나트륨 완충액(pH 6.8) 50 μL를 혼합하여 37℃에서 10분간 예비 배양한 후, 5 mM이 되게 p-NPG를 녹인 인산 나트륨 완충액(pH 6.8)을 100 μL 가하여 37℃에서 10분간 반응시켰다. 반응액에 100 mM Na2CO3 750 mL를 첨가하여 반응을 정지시키고 405 nm에서 흡 광도를 측정하고 양성 대조구 실험은 acarbose를 사 용하였다(Lee et al., 2011). 음성 대조구 실험은 시 료 대신에 추출 용매로 실험하였다.

    2.12.통계처리

    실험 결과는 SPSS 12.0 package를 사용하여 분 산 분석을 수행하였고 평균±표준편차로 나타내었 다. 각 시료 분석 결과에 대한 유의성 검정은 분산 분석 후 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

    III.결과 및 고찰

    3.1.흑마늘종의 이화학적 특성

    마늘종 및 흑마늘종의 이화학적 특성을 살펴본 결 과 Tables 1~2와 같았다.

    pH, 산도, 환원당, 조단백질 및 조지방의 함량을 측정한 결과, 산도는 마늘종이 0.41 mL에서 흑마늘 종에서는 증가하여 0.91 mL으로 약 2.2배 정도 증 가하였고 당류 역시 24.98 g/100 g에서 24.98 g/ 100 g으로 증가하였다. 특히 fructose 및 glucose는 각각 11.16 g/100 g 및 9.58 g/100 g에서 29.18 g/ 100 g 및 14.17 g/100 g로 약 2.6배 및 1.5배 증가 하였고, 마늘종에서는 검출되지 않은 lactose가 흑 마늘종에서는 검출되었으나, sucrose는 감소하였다. 한편 pH, 조단백질 및 조지방 함량은 유사하였다 (Table 1). 부가적으로 제조된 흑마늘종은 단맛이 강화되고 마늘종 특유의 아린 맛과 황화합물 유래 자극성 냄새가 제거되어 관능적 성질이 증간된 특성 을 갖고 있었다(data not shown).

    고온숙정 과정 중에서 갈변물질의 생성과 더불어 pH는 낮아지고 산도는 증가하는 것으로 보고되고 있으며(Lee et al., 1998), 특히 마늘에서는 allin이 분해되어 생성된 피루브산에 의해 pH가 낮아지고 산도가 높아지는 것으로 추정되고 있어(You et al., 2011), 본 연구에서 원료인 마늘종보다 흑마늘종이 낮은 pH와 높은 산도는 마늘의 경우와 유사할 것으 로 판단되었다. 이전 연구에 따르면 흑마늘에서 환 원당의 함량이 증가하는 것은 마늘에 존재하는 polysaccharide가 고온숙성 과정에서 파괴되어 glucose, fructose, maltose 등의 단당류 및 이당류 가 생성되고(Choi et al., 1998) 마늘에 다량 존재 하는 fructose polymer인 frucatin이 파괴되어 fructose 함량이 증가하여 환원당의 함량이 증가하 는 것으로 보고되어(Kwon et al., 2006; Lee et al., 2012), 본 연구의 흑마늘종 제조 시 고온처리에 따라 fructose 및 glucose 함량이 증가하여 증가하 는 유사한 결과를 알 수 얻었을 수 있었다. 흑마늘 에서의 fructose의 증가는 흑마늘의 감미와 깊은 상 관성이 있을 것으로 추정되고 있어(You et al., 2011), 본 연구의 흑마늘종 감미 증가 역시 이와 유 사할 것으로 판단되었다. 한편 Yoon et al.(2014)은 남해지역 마늘종의 조단백질과 조지방 함량은 조사 한 결과 조단백질은 1.59 g/100 g에서 2.25 g/100 g 수준 있었고 조지방은 0.35 g/100 g에서 0.48 g/100 g으로 본 실험에서 사용한 마늘종과는 상당 한 함량의 차이를 보였다. 이는 마늘 재배 환경 즉 지역, 토양조건, 기후(일조량 및 강수량) 등의 다양 한 요인에 기인되는 것으로 추정되었다.

    흑마늘종의 무기질을 살펴본 결과, 나트륨과 인은 약간 증가하였고 칼슘과 철은 거의 변화가 없었으나, 칼륨은 감소하였다. 이는 숙성 중 수분의 용출에 기 인한 것으로 판단되었다. 마늘종의 나트륨, 칼륨, 칼 슘, 인 및 철은 각각 43.80 mg/g, 9,948.04 mg/kg, 2,129.66 mg/kg, 3,386.80 mg/kg 및 30.70 mg/kg 있었고 흑마늘종은 각각 59.50 mg/kg, 8,832.61 mg/kg, 2,254.47 mg/kg, 3,716.82 mg/kg 및 32.59 mg/kg 있었다(Table 2).

    Yoon et al.(2014)은 남해지역 마늘종의 무기질 함량을 조사한 결과 칼륨이 7,257∼10,070 mg/kg 으로 가장 높은 것으로 보고하였고 칼슘 함량은 1,463∼2,109 mg/kg, 나트륨 함량은 47.6∼356.3 mg/kg 및 철 함량은 35.0 mg/kg 이하로 보고하였 다. 한편 Chang과 Lee(1999)는 마늘의 무기성분은 수확시기와 생산지역에 따라 차이가 있다고 하였으 며, Lee et al.(2008)은 pH, 유기물 함량 및 무기성 분 등 토양 특성과 마늘의 품질 특성 간에 상관성이 있다고 보고한 바 있다. 이런 결과들은 마늘 재배 시 무기질 비료의 사용량, 주변 환경 및 토양 조건 등과 같은 환경요인에 기인한 것으로 사료된다.

    3.2.흑마늘종의 총 phenolics 및 갈변도

    Polyphenol성 화합물은 식품의 품질 및 인간 건 강에 생물학적․기능적 특성을 지니고 있는 중요한 이차대사산물로 알려져 있으며, 특히 잠재적인 항 산화, 항비만 및 항암 활성을 지니고 있는 것으로 보고되고 있다(Lee et al., 2011; Choi et al., 2012; Lee et al., 2013). 마늘종과 흑마늘종의 총 phenolics 함량 및 갈변도는 Table 3과 같았다 제조된 흑마늘종은 원료인 마늘종과 비교하여 총 phenolics 함량은 87.4 mg/100 g에서 128.6 mg/100 g으로 약 1.5배 증가하였고 갈변도는 1.109 (OD420 nm)에서 2.071(OD420 nm)로 약 2.0배 증가하 였다.

    일반적으로 polyphenol성 화합물은 한 분자 내에 2개 이상의 phenolic hydroxyl(-OH)기를 가진 방 향족 화합물들을 총칭하며, 식물체에 특수한 색깔을 부여하고 산화-환원 반응에서 기질로 작용한다(You et al., 2011; Yoon et al., 2014). Shin et al.(2012)은 생 마늘종보다 데친 마늘종에서 총 phenolics 함량이 17.89±1.46 mg/100 g으로 더 높다고 보고하였다. 최근에는 Yoon et al.(2014)은 남해지역 마늘종의 총 phenolics를 분석한 결과 33.02∼58.41 mg/100 g으로 본 연구에서 사용한 남해산 마늘종보다는 낮은 함량을 보였다. 한편 과 채류의 열처리 과정에서 조직 등과 결합되어 있는 결합형의 polyphenol성 화합물이 분리되어 유리형 으로 전환되어 증가하는 것으로 알려져 있기 때문에 (Cho & Joo, 2012; Choi et al., 2012; Lee et al., 2013) 본 연구에서도 원료인 마늘종보다 흑마 늘종에서 총 phenolics 함량이 증가한 것은 고온숙 정 과정에서 결합형 polyphenol성 화합물이 유리형 으로 전환되었기 때문인 것으로 판단되었다. 또한 마늘 가공품(예: 흑마늘)에서의 갈변은 카레멜 반응 및 마이얄 반응 등의 비효소적 갈변과 polyphenol polyphenoloxidase( PPO)에 의한 효소적 갈변으로 분류된다. 마늘 가공 시 높은 온도에서는 아미노산의 peptide, 단백질의 α-amino group과 당과의 반응에 의해 비효소적 갈변 반응이 주로 일어난다(Bas & Kim, 2002; You et al., 2011). 본 연구의 흑마늘종에서 갈변도 증가는 효소적 갈변보다는 아미노산의 peptide, α-amino group과 당과의 반응에 의한 비 효소적 갈변 반응으로 사료되나, 이에 대한 연구는 향후에 좀 더 깊이 있는 연구가 진행되어야 할 것으 로 판단되었다.

    3.3.흑마늘종의 항산화 활성

    최근 과채류에 대한 열처리 가공은 열처리 과정에 서 화학적 변화로 생리활성이 증가하는 것으로 보고 되고 있다(Dewanto et al., 2002, Cho & Joo, 2012; Choi et al., 2012; Lee et al., 2012; Lee et al., 2013). 마늘종 및 흑마늘종의 항산화 활성은 3 가지의 다른 방법인 DPPH 라디칼 소거활성, ABTS 라디칼 소거 활성 및 환원력을 통하여 평가하 였다(Figs. 25).

    DPPH 라디칼 소거활성은 처리 농도가 감소할수 록 활성은 감소하였으며, 1,000 μL 처리 시 천연 항산화제인 vitamin C는 97.38%로 가장 높았고 그 다음으로 흑마늘종이 55.37% 있었으며, 마늘종 이 가장 낮은 43.25% 이었다(Fig. 2). DPPH법은 tocopherol, ascorbate, flavonoid 화합물, 방향족 아민류, Maillard형 갈변생성물질, peptide 등의 항 산화 활성을 나타내는 생리활성 물질에 의해 환원됨 으로써 짙은 자색이 탈색되는 정도에 따라 항산화 효과를 측정하는 방법으로 항산화 물질 탐색에 가장 일반적으로 사용되는 방법이다(You et al., 2011). 이전에 많은 연구자들의 결과에 따르면 수소전자 공 여능력은 인체 내에서 지질, 단백질과 결합하여 각 종 질병 및 노화를 일으키는 산화성 free radical의 반응을 정지시키는 것으로 알려져 있으며, 일반적으 로 polyphenol성 화합물 함량과 항산화 활성 간에 상관관계가 있는 것으로 널리 알려져 있으며, 본 연 구에서도 이러한 경향과 동일한 결과를 보였다 (Singh & Singh, 2008; Kim et al., 2011; Lee et al., 2011; Choi et al., 2012; Lee et al., 2013).

    Figure. 3에서 나타낸 바와 같이, ABTS 라디칼 소거활성 역시 처리 농도가 감소할수록 활성은 감 소하였으며, 250 μL 처리 시 마늘종이 60.93%로 활 성이 가장 낮았고 그 다음은 흑마늘종으로 73.27% 있었으며, vitamin C는 92.46%로 가장 활성이 높 았다. ABTS 라디칼 소거활성이 DPPH 라디칼 소 거활성보다 더 높게 나타나는 이유는 ABTS 방법은 DP PH 방법과 비교하여 수소공여항산화제(hydrogendonating antioxidant)로서의 능력과 연쇄절단형 항산화제(chain-breaking antioxidant)로서의 능력 을 모두를 측정할 수 있고 hydrophilic 및 lipophilic 성분 모두에 적용이 가능한 장점이 있기 때문에 ABTS 라디칼 소거활성이 더 높게 나타난 것으로 판 단되었다. 역시 이전 연구자들에 의해 polyphenol성 화합물 및 갈변 물질 함량이 높을수록 ABTS 라디칼 소거활성도 높게 나타나는 것으로 보고하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타내었다(You et al., 2011; Kim et al., 2011; Lee et al., 2013). 한편, Shin et al.(2012)은 ABTS 라디칼 소거 활성은 데 친 마늘종 물 추출물의 소거능이 85.09±0.28%로 생 마늘종보다 높다고 보고하였다.

    환원력은 Fig. 4에 나타난 바와 같이, 처리 농도 가 감소할수록 활성은 감소하였다. 500 μL 처리 시 vitamin C은 1.666, 마늘종은 0.807 및 흑마늘종은 1.104 활성을 나타내었다. 전자를 제공하는 능력이 클수록 환원력이 증가되며, 흡광도 값이 상승하게 된다. 시료가 Fe3+에서 Fe2+로 환원하는 능력은 항 산화 활성을 측정하는데 사용할 수 있는데, 이때 환 원제가 제공하는 수소 원자가 유리 라디칼 사슬을 분해함으로써 환원력이 나타나게 된다(Seo et al., 2011). 많은 연구자들에 의해 polyphenol성 화합물 및 갈변 물질 함량이 높을수록 환원력이 높은 것으 로 보고하였으며(You et al., 2011; Kim et al., 2011; Choi et al., 2012; Lee et al., 2013), 본 연 구에서도 총 phenolics와 갈변 물질 함량이 높은 흑 마늘종이 원료인 마늘종보다는 환원력이 높은 것을 알 수 있었다.

    Shin et al.(2008)은 흑마늘 제조 시 가공 단계마 다 갈변 물질의 생성량이 점진적으로 증가하게 되어 항산화 활성이 증가한다고 보고하였다. 한편 Ryu et al.(2001)에 따르면 마늘의 충분한 아미노산과 환원당 등이 마늘의 숙성 과정 중 마이얄 반응의 결 과로 Fru-Age(N-alpha-(1-deoxy-D-fructose- 1-yl)-L-arginine)이라는 성분을 생성하게 되는데, 이 성분의 항산화 활성은 vitamin C와 비교될 수 있을 정도로 강한 항산화 활성을 나타낸다고 보고하 고 있다. 본 연구에서도 마늘종의 아미노산과 환원 당이 흑마늘종 제조 시 마이얄 반응에 의해 생성된 갈변물질에 의해서도 항산화 활성이 증가된 것으로 판단되었다.

    3.4.흑마늘종의 α-glucosidase 저해활성

    당뇨병은 암 및 순환기 질환과 더불어 3대 질병 의 하나로 지목되고 있다. 다당류를 섭취함으로써 α-amylase를 통해 이당류로 분해되고 분해된 이당 류는 α-glucosidase에 의해 단당류로 분해되어 소 장에 존재하는 융털을 통해 흡수되어 혈관으로 당 을 이동시켜 준다(van de Larr et al., 2005). 그 로 인하여 혈당이 증가되어 당뇨병의 환자일경우 혈당을 조절하지 못하여 여러 가지 합병증을 유발 시킨다. 이당류의 분해효소인 α-glucosidase의 억 제는 분해된 단당류의 양을 감소시켜 흡수되는 양 을 줄이고 급격한 혈당의 증가는 억제시킬 수 있다 (Lee et al., 2011). 그리하여 마늘종 및 흑마늘종의 α-glucosidase의 저해효과를 살펴본 결과 Fig. 5과 같았다.

    α-Glucosidase 저해활성은 처리 농도가 감소할 수록 활성은 감소하였으며, 1,000 μL 처리 시 흑마 늘종 추출물이 79.2%로 양성 대조구로 사용한 acarbose의 71.81%보다 높았으며, 마늘종 추출물의 31.12%보다는 약 2.3배 활성이 높았다(Fig. 5). 흑마늘종 추출물의 α-glucosidase 저해 활성은 acarbose에 비해 약간 높은 활성을 보였으며, 또한 추출물인 상태를 감안한다면 충분히 α-glucosidase 의 저해 활성을 가지고 있어 향후 추가적인 연구가 더 진행되어야 할 것으로 사료되었다.

    본 연구에서는 마늘 생산 후 부산물로 발생하는 마늘종의 활용성을 증대시킬 일환으로 흑마늘종을 제조하고 이들의 이화학적 특성, 항산화 활성 및 α-glucosidase 저해 활성을 평가하였다. 원료인 마 늘종에 비하여 흑마늘종의 경우 산도 및 환원당은 증가하였고 무기질 중 칼륨은 감소하였다. 또한 흑 마늘종에서는 총 phenolics 및 갈변도가 증가하였 으며, 이에 따라 항산화 활성 및 α-glucosidase 저 해 활성이 증가하였다. 향후 흑마늘종 최적 제조 공정 확립과 이에 따른 이화학적 변화, 향기성분, 함황 화합물 및 polyphenol성 화합물 등의 연구가 더 깊게 진행되어야 할 것으로 판단되며, 더 나아 가 다양한 생리활성 검정이 필요할 것으로 사료되 었다.

    Figure

    JALS-49-189_F1.gif

    Procedure for production of black garlic shoot

    JALS-49-189_F2.gif

    Comparison of DPPH radical scavenging activity with garlic and black garlic shoots. Means with different lowercase letters (a~g) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05)

    JALS-49-189_F3.gif

    Comparison of ABTS radical scavenging activity with garlic and black garlic shoots. Means with different lowercase letters (a~f) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05)

    JALS-49-189_F4.gif

    Comparison of reducing power with garlic and black garlic shoots. Means with different lowercase letters (a~f) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05)

    JALS-49-189_F5.gif

    Comparison of α-glucosidase inhibitory activity with garlic and black garlic shoots. Means with different lowercase letters (a~g) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05)

    Table

    Physicochemical properties of garlic and black garlic shoots

    1)All values are presented as the mean±SD of triplicate determination. Means with different lowercase letters (a and b) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05).
    2)nd, not detected

    Minerals contents of garlic and black garlic shoots

    1)All values are presented as the mean±SD of triplicate determination. Means with different lowercase letters (a and b) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05).

    Total phenolics contents and browning of garlic and black garlic shoots

    1)All values are presented as the mean±SD of triplicate determination. Means with different lowercase letters (a and b) indicate significant differences of garlic and black garlic shoots by Tukey’s multiple range test (p<0.05).

    Reference

    1. Bas SK , Kim MR (2002) Effects of sodium metabisulfite and adipic acid on browning of garlic juice concentrate during storage , Korean J. Food Cookery Sci, Vol.18; pp. 73-80
    2. Chang KM , Lee MS (1999) A study on mineral contents of the underground vegetables produced in Korea harvested in different times , Korean J. Soc. Food Sci, Vol.15; pp.545-549
    3. Cho KM , Joo OS (2012) Enhances antioxidant effects of purple sweet potato by roasting , Korean J. Food Preserv, Vol.19; pp.735-743
    4. Choi JH , Kim KY , Lee JC (1998) Effects of pre-pressing condition on quality of pear juice , Korean J. Food Sci. Technol, Vol.30; pp.827-831
    5. Choi JS , Kim HY , Seo WT , Lee JH , Cho KM (2012) Roasting enhances antioxidant effect of bitter melon (Momordica charantia L.) increasing in flavan-3-ol and phenolic acidcontents , Food Sci. Biotechnol, Vol.21; pp.19-26
    6. Chung JY , Kim CS (2008) Antioxidant activities of domestic garlic (Alium sativum L.) stems from different area , J. Korean Soc. Food Sci. Nutr, Vol.37; pp.972-978
    7. Dewanto V , Wu X , Adom KK , Liu RH (2002) Thermal processing enhances the nutritional value of tomatoes by increasing total antioxidant activity , J. Agric. Food Chem, Vol.50; pp.3010-3014
    8. Joo OS , Kang ST , Jeong CH , Lim JW , Prak YG , Cho KM (2011) Manufacturing of the enhances antioxidative wine using a ripe daebong persimmon (Dispyros kaki L) , J. Appl. Biol. Chem, Vol.54; pp.126-134
    9. Kim HG , Kim GW , Oh H , Yoo SY , Kim YO , Oh MS (2011) Influence of roasting on the antioxidant activity of small black soybean (Glycine max L. Merrill) , LWT-Food Sci. Technol, Vol.44; pp.992-998
    10. Kim MY , Choi SW , Chung SK (2000) Antioxidative flavonoids from the garlic (Allium sativum L.) shoot , Food Sci. Biotechnol, Vol.9; pp.199-203
    11. Kim MY , Kim YC , Chung SK (2005) Identification and in vitro biological activities of flavonols in garlic leaf and shoot: inhibition of soybean lipoxygenase and yaluronidase activities and scavenging of ree radicals , J. Sci. Food Agric, Vol.85; pp.633-640
    12. Korean Food Standard Codex (2010) KFDA, 10. General test methods, Korea Food Drug Administration,
    13. Kwon OC , Woo KS , Kim TM , Kim DJ , Hong JT , Jeong HS (2006) Physicochemical characteristics of garlic (Allium sativum L.) on the high temperature and pressure treatment , Korean J Food Sci. Technol, Vol.38; pp.331-336
    14. Lee JH , Lee BW , Kim B , Kim HT , Ko JM , Baek IY , Seo WT , Kang YM , Cho KM (2013) Changes in phenolic compounds (isoflavones and phenolic acids) and antioxidant properties in high-protein soybean (Glycine max L., cv. Saedanbaek) for different roasting conditions , J. Korean Soc. Appl. Biol. Chem, Vol.56; pp.605-612
    15. Lee JH , Seo WT , Cho KM (2011) Determination of phytochemical contents and biological activities from the fruits of Elaeagnus multiflora , J. Food Sci. Nutr, Vol.16; pp.29-36
    16. Lee JM , Park JH , Chu WM , Yoon YM , Park EJ , Park HR (2011) Antioxidant activity of alpha-glucosidase inhibitory activity of stings of Gleditsia sinensis extracts , J. Life Sci, Vol.21; pp.62-67
    17. Lee JW , Lee SK , Do JH , Shim KH (1998) Characteristics of the water soluble browning reaction of Korean red ginseng as affected by heating treatment , J. Ginseng Res, Vol.22; pp.193-199
    18. Lee YK , Sin HM , Woo KS , Hwang IG , Kang TS , Jeong HS (2008) The relationship between functional quality of garlic and soil composition , Korean J. Food Sci. Technol, Vol.40; pp.1-5
    19. Lee YR , Woo KS , Hwang IG , Kim HY , Lee SH , Lee JS , Jeong HS (2012) Physicochemical properties and antioxidant activities of garlic (Allium sativum L.) with different heat and pressure treatments , J. Korean Soc. Food Sci. Nutr, Vol.41; pp.278-282
    20. Ryu K , Ide N , Matsuura H , Itakura Y (2001) Na-(1-deoxy-D-fructose-1-yl)-L-arginine, an antioxidant compound identified in aged garlic extract , J. Nutr, Vol.131; pp. 972S-976S
    21. Seo WT , Kim HG , Lee JS , Cho KM (2011) Making of dongchimi naengmyeun broth which has enhanced antioxidant activity using purple sweet potato , Korean J. Microbiol, Vol.47; pp.143-150
    22. Shin JH , Choi DJ , Lee SJ , Cha JY , Kim JG , Sung NJ (2008) Changes of physicochemical components and antioxidant activity of garlic during its processing , J. Life Sci, Vol.18; pp.1123-1131
    23. Shin JH , Yoon HS , Kang MJ (2012) Chemical properties and biological activity of garlic (Allum sativum L.) shoots , J. Agric. Life Sci, Vol.46; pp.129-139
    24. Singh S , Singh RP (2008) In vitro methods of assay of antioxidant: an overview , Food Rev. Int, Vol.24; pp.392-415
    25. Singleton VL , Rossi JA (1965) Colorimetry of total phenolic with phosphomolybdic phosphotungstic acid reagents , Am. J. Enol. Viticult, Vol.16; pp.44-158
    26. van de Laar FAP , Lucassen PL , Akkermans RP , van de Lisdonk EH , Rutten GE , van Weel C (2005) Alpha-glucosidase inhibitors for patients with type 2 dibetes: results from a Cochrane systematic review and meta-analysis , Diabetes Care, Vol.28; pp.154-163
    27. Yoon HS , Kang MJ , Hwang CR , Sim HJ , Kim GM , Shin JH (2014) Physicochemical characteristics of garlic (Allium sativum L.) shoots from different areas in Namhae , Korean J. Food Preserv, Vol.21; pp.321-327
    28. You BR , Kim HR , Kim MJ , Kim MR (2011) Comparison of the quality characteristics and antioxidnat activities of the commercial black garlic and Lab-prepared fermented and aged black garlic , J. Korean Soc. Food Sci. Nutr, Vol.40; pp.366-371
    오늘하루 팝업창 안보기 닫기