국내산 밀을 이용한 저 알레르겐 빵의 개발

Abstract

근년 우리 나라에서 아토피성 피부염이나 화분증 등 알레르기 환자가 급격히 증가하고 있으며 이와 함께 식품 알레르기도 날로 증가하고 있다. 그 원인으로서 배기 가스등으로 대표되는 환경의 악화, 사회의 복잡화에 의한 스트레스 증대, 구미형 영양과잉 식사 등을 생각할 수 있다. 특히, 전 세계적으로 인류의 주식을 담당하고 있는 밀의 알레르기는 서구식 식생활이 보급되어 우리 국민에게 제 2의 기본 식량으로 자리 잡은 밀의 가공 식품 소비량이 늘어감에 따라 더욱 큰 비율로 발증 되고 있다. 밀 알레르기는 기도를 경유한 항원자극으로 발증하여 천식이나 비염을 일으키는데, α-amylase inhibitor가 주요 알레르겐으로 동정되었으며 경구섭취에서는 밀의 주요 단백질인 gluten도 알레르기 증상을 일으킴이 증명되었다. 또한 예로부터 celiac disease라는 매우 심한 위장 증상을 나타내는 질환은 밀을 비롯한 소맥류(밀, 보리, 귀리 등)를 섭취함으로써 발증하며, 특히 소장에서의 염증, 전반적인 흡수불량을 특징으로 한다. 우리 나라에서도 최근 위와 같은 저알레르기성 식?걀? 대한 연구가 활발히 진행되고 있으나 연구 대상이 되는 원인 식품이 달걀, 우유, 대두 등으로 국한되어 있으며 주식을 담당하는 쌀, 밀 등에 대해서는 연구가 미비한 실정이다. 본 연구는 선행된 국내산 밀 품종의 제빵 적성에 관한 연구에서 제빵성이 가장 우수하다고 보고된 금강밀을 이용하여 국내산 밀 소비를 촉진하기 위해 밀 제품의 다품종화를 확산시키기 위한 목적으로 저 알레르겐 빵을 제조 하고자 하였다. 우선 gluten fraction을 추출한 후 항원성을 조사하였으며, 식용이 가능한 bromelain, ficin, papain, protease from bovine pancreas의 효소 처리로 항원성 저감화를 시도하였다. 또한 yeast로 발효시킨 빵을 섭취한 후 호흡기 증상이 나타난 보고에서 yeast가 생성한 α-amylase가 알레르기의 원인임이 밝혀졌으므로 yeast 대체 첨가물을 사용하였으며 발효력 측정기구인 Meissle 발효관을 이용하여 CO_(2) 발생량을 측정하였다. 4종류의 효소 중 gluten fraction 분해력이 우수한 효소 하나를 선택하여 반죽에 사용하였고 English muffin을 직접 제조하여 관능 특성을 평가하여 다음과 같은 결과를 얻었다. 1. 밀 단백질인 gluten fraction을 추출하기 위하여 PBS, ethanol, UTH buffer를 추출 용매로 사용하였으며 SDS-PAGE를 통하여 단백질을 분리, 확인하였다. Gluten 분획 단백질은 UTH buffer에서 분리된 단백질이 PBS나 ethanol 각각에서 분리된 단백질과 다른 pattern을 나타내었다. 추출한 gluten fraction은 10~50 kDa의 분자량에서 밴드가 확인되었으며 특히, 약 25 kDa, 34 kDa, 그리고 45 kDa 부근의 밴드가 주요하게 나타났다. 2. 경구 투여로 유도된 밀 항체는 ELISA와 western blot을 통하여 항원-항체 반응을 통해 확인하였다. Gluten 경구 투여에 의해 생성된 IgG, IgE 항체는 투여 시간 경과에 따라 상승하였다. Western blot 결과 항체에 의해 인식되는 band 수가 늘어났으며 강하게 발색되어 gluten의 반복 투여에 대해 인식되는 항원이 증가함을 시사하였다. 3. 추출된 gluten fraction을 bromelain, papain, ficin 그리고 b.p. protease 각각 효소의 최적 pH와 온도에서 0, 4, 8, 24시간 동안 처리하여 가수 분해하였으며, 이와 같이 효소 분해된 gluten peptide의 anti-gluten 항체에 대한 항원-항체 반응을 위하여 ELISA를 실시하였다. 이 결과 bromelain, papain, ficin의 경우보다 bovine pancreas from protease(b.p. protease)를 처리한 경우?? ELISA value를 크게 저하시킴으로써 gluten fraction에 의해 생성된 항체가 인식하는 amino acid 서열이 분해(epitope) 되었음을 시사하였다. 모든 효소 분해는 8시간까지 감소 하다가 8시간 이후 거의 변화를 보이지 않았으며, 24시간 반응하였을 경우 이취가 발생하여 식용으로 사용할 경우 저 알레르겐 밀가루 제조에 적합하지 않음을 알 수 있었다. 4. B.p. protease의 분해능력을 1mg, 2mg, 3mg/gluten fraction 10mL로 첨가량을 달리하여 검토한 결과 첨가량에 따른 변화는 거의 나타나지 않았다. 따라서 금강밀의 gluten fraction을 protease 1mg/10mL로 4시간 처리하여 단백질을 분해하여 우리밀의 항원성 저하가 가능하였다. 5. Yeast 대체 첨가제로 sodium hydrogen carbonate(NaHCO_(3))를 선택하였으며, 첨가제의 농도가 다른 12종류(HAB 1 ~ HAB 12)의 반죽을 제조하여 Meissle 발효관에 의한 CO_(2) 발생량 비교 실험 결과, NaHCO_(3) 첨가를 많이 할수록 CO_(2) 발생량이 증가함을 알 수 있었으나 HAB Emglish muffin 제조시 2.0% 이상 첨가한 HAB 7 이상에서는 NaHCO_(3)의 쓴 맛이 강하게 나타나 전체적인 기호도가 떨어지는 것으로 드러났다. 6. Sucrose 과다 첨가가 CO_(2) 발생량에 미치는 효과를 알아보기 위하여 sucrose 농도를 0.63%, 1.0%, 2.0%로 조절하였으나 본 연구에서는 조절한 sucrose의 농도가 CO_(2) 발생에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 나타났으므로 섭취자의 기호에 따라 sucrose의 농도를 0.63% ~ 2.0% 사이에서 조절할 수 있을 것으로 판단된다. 7. 저 알레르겐 빵의 외부특성 관능검사에서 용적, 껍질의 색, 껍질의 질, 껍질 두께의 고름 항목에서 유의적인 차이를 보였다. 용적은 HAB 4, HAB 5, HAB 9에서 높은 점수를 받았으며, 껍질의 색은 HAB 7, HAB 8에서, 껍질의 질은 HAB 7, HAB 9에서 높은 점수를 나타냈다. 껍질 두께의 고름은 유의적인 차이를 보이지 않았다. 8. 내부특성 관능검사 결과 HAB 7, HAB 8이 기공과 색상이 우수하다고 나타났으며 HAB 5, HAB 6이 향과 맛 항목에서 우수하다고 나타났다. 또한 전체적인 기호도 평가 시 매우 유의적인(p＜0.005) 차이를 보이며 HAB 5가 우수한 결과를 나타내었는데, 이는 외부특성 관능검사 결과 대부분의 항목에서 우수함을 보인 HAB 7, HAB 8에서는 NaHCO_(3)의 쓴 맛이 강하게 나타나 맛과 향의 항목에서 낮은 점수를 받았기 때문에 전체적인 기호도가 떨어진 것으로 생각된다. 9. HAB 5 ＞＞ HAB 9 ＞ HAB 6, HAB 7 순으로 전체적인 기호도가 나타났으며 국내산 밀을 이용한 저 알레르겐 빵의 시작품은 wheat flour 100g, b.p protease 100mg, water 62mL로 15분 반죽하여 4시간 동안 항원성 저감화 반응을 시킨 반죽에 NaHCO_(3) 1.5%, sucrose 1.0%, NaCl 1.0%, citric acid 1.0%를 첨가하여 제작되었다.|This year, Korea is increasing an epidemic of allergies such as atopic dermatitis and pollinosis. The causes can be traced to exhaust fumes, one of the environment-degrading factors, increasing stress from a more complex society, and excessive nutritional intake from a western-style diet. As these allergy increase, so do food allergies. Particularly, the allergies caused by wheat need serious attention as wheat is the main food of people around the world. The same level of alert is required in Korea where wheat has become the second important crop, since the increased income level has brought in a wheat-based western-style diet. Wheat allergies developed by antigens through the respiratory tract, cause asthma and rhinitis. α-amylase inhibitors are identified as the main allergens; and in oral ingestion, the main protein of wheat, gluten is proven to cause an allergy. For another instance, a severe gastroenteric disorder, called celiac disease has been identified for a long time. The disease is developed by ingesting types of wheat(wheat, rye, oats, and etc.). The symptoms accompany an inflammation in the small intestine, and overall indigestion. In Korea, there is active research on hypoallergenic foods, as mentioned above, but the scope is limited to allergy-inducing foods such as eggs, milk, and soybeans, while little research is conducted on staple foods such as rice, wheat, and etc. 1. Gluten fraction was isolated from domestic wheat by each solvent(PBS, alcohol, UTH buffer) to develop hypoallergenic bread. Isolated gluten fraction had molecular weight of 10-50 kDa which was identified by SDS-PAGE. Molecular weight of gluten bands mainly had 25 kDa, 34 kDa, and 45 kDa. 2. Isolated gluten fraction was used in animal experiment. By animal experiment, induced gluten antigen was determined by enzyme linked immunosorbent assay (ELISA) and western blot analysis. ELISA value of IgG and IgE were increased during gavage and adjuvant. This result was determined by western blot. 3. Isolated gluten was treated by bromelain, papain, ficin and b.p. protease to determine degree of gluten decomposition. Each enzyme treated at their optimal pH and temperature for 0, 4, 8, and 24 hours. Degree of gluten decomposition by enzymes was determined by ELISA. In this result, sample treated with b.p. protease were lower ELISA value than bromelain, papain, ficin. 4. 1mg, 2mg and 3mg of b.p. protease were added to gluten fraction 10mL to know ability of gluten decomposition. However, any differneces were not identified. Thus, the chance was detected in b.p. protease treatment (1mg per gluten fraction 10mL, 4 hours) to develop domestic wheat having hypoallergenicity. 5. Instead of yeast, sodium hydrogen carbonate(NaHCO_(3)) was used and doughs were made into various addivives (NaHCO_(3), sucrose) concentrations (HAB1 ~HAB12). In Meissle fermentor, CO_(2) emissions were increased by addition of NaHCO_(3). However, HAB English muffin was tasted bitter in HAB7 ~ HAB12(over 2.0% of NaHCO_(3)). Therefore, acceptability of taste was decreased in adding over 2% of NaHCO_(3) 6. To identify effect of sucrose in CO_(2) emissions, sucrose was added 0.63, 1.0 and 2.0% of wheat flour 100g. However, in this result, there was not effect on concetration of sucrose. 7. In external sensory properties, hypoallergenic bread showed significant differences of their loaf volume, symmetry of form, color of crust, quality of crust and evenness. Samples having high scores in this properties were followed: loaf volume; HAB 4, 5, and 9, equality of crust; HAB 7 and 9, color of crust and evenness; HAB 7 and 8. 8. In internal sensory properties, HAB 7 and 8 showed high quality in grain and color. HAB 5 and 6 showed high quality in aroma and taste. Also, HAB 5 showed quality higher than other samples very significantly(p＜0.005). Although, HAB 7 and 8 showed high quality. However, they tasted bitter than HAB 5. 9. Overall acceptability was shown as follows: HAB 5 ＞＞ HAB 9 ＞ HAB 6, HAB 7. Trial products of hypoallergenic bread using domestic wheat was produced from dough, NaHCO_(3) 1.5%, sucrose 1.0%, NaCl 1.0%, citric acid 1.0%. Dough was made into KumKang wheat flour 100g, b.p protease 100mg, water 62mL then treated at 37℃ for 4 hours.