보리 도정부산물로부터 분리한 폴리페놀추출물의 이화학적인 특성 및 항산화효과에 관한 연구

Abstract

보리를 식용으로 하기 위해 도정, 할맥 또는 압맥 등으로 가공처리시 도정 부산물로 발생하는 맥강, 배아, 파쇄립을 75%에탄올로 추출한 후 Sepabeads SP-850 수지와 Sephadex LH-20 column을 이용하여 유효성분을 분리하고, 분리된 유효성분을 이용하여 총 폴리페놀함량, 전자공여능, 아질산염 소거능, SOD유사활성 등의 이화학적 특성을 조사함과 동시에 모델계를 이용한 식용 유지의 항산화능 및 동물실험을 통해 보리 도정부산물로 분리한 폴리페놀추출 물의 항산화효과를 확인하였다. 이상의 연구에서 얻은 결과는 다음과 같았다. 1. 이화학적 특성 유리당의 조성 및 함량은 bran 시료의 총당 함량이 2.61～3.43% 범위로 시 료간에 큰 차이가 없었으나 배아 획분은 17.1%로 가장 높게 측정되었다. 유리 형 당류로서 sucrose, glucose, fructose, maltose, raffinose 및 1-kestose가 검 출되었고 특히 배아 획분에 sucrose와 raffinose가 각각 8% 이상 높은 함량 을 나타낸 것이 특징적이었다. 토코페롤 및 토코트리에놀의 조성과 함량을 HPLC로 분석한 결과 배아 획분에는 α-토코페롤과 α-토코트리에놀이 90.26 mg/kg 및 16.27 mg/kg으로서 주종을 이루었고 bran 획분 시료에서는 토코 페롤 및 토코트리에놀이 bran Ⅱ 획분에서 가장 높은 값을 나타내었으며 특히 γ-토코트리에놀의 경우 10.33 mg/kg으로 획분 중 가장 높은 값을 보였다. 2. Polyphenol성 화합물의 추출, 분리 및 특성규명 n-Hexane으로 탈지시킨 bran 및 배아 시료를 75% 에탄올로 추출·여과 후 Sepabead-SP 850 수지를 사용하여 얻어진 폴리페놀 획분의 총 폴리페놀 함 량은 branⅠ이 43.68%로 가장 높게 측정되었다. 획분별 폴리페놀화합물의 유 형을 HPLC로 살펴본 결과 항산화 및 항변이원성효과가 매우 높은 것으로 알 려진 proanthocyanins와 prodelphinidin 다량체로 추정되었다. 획분별 추출물의 항산화 효과를 DPPH radical 소거활성으로 조사한 결과 branⅠ의 EC50이 1.59 mg/mL로 가장 높았으며 다음은 배아＞bran II＞bran III의 순 이었다. 시료농 도 0.01% 수준의 농도에서 ACE 저해작용은 배아가 40.04%로 가장 높았고, 아질산염 소거작용은 모든 획분에서 70% 이상의 소거능을 나타내었으며 SOD 유사활성은 branⅠ과 Ⅱ에서 64～78% 내외의 활성을 보여 보리 폴리페놀추출 물의 기능성 식품소재로서의 가능성을 확인하였다. 3. 보리 폴리페놀추출물(BPE)의 산화안정성 보리 도정부산물인 맥강과 배아획분으로부터 항산화 효능과 높은 상관관계 가 있는 폴리페놀성물질(barley polyphenol extract: BPE)을 분리하고 이들 획 분을 linoleic acid를 사용한 모델계와 corn oil을 기질로 한 유지의 자동산화를 통하여 이들의 항산화 효과를 검토하였다. TBA가 측정결과 bran Ⅲ의 BPE는 α-tocopherol과 유사한 값을 나타내었고, 다른 획분 특히 bran I과 배아획분의 경우는 합성 항산화제인 BHT와 유사한 것으로 나타났다. 유지의 자동산화에 대한 BPE의 항산화효과를 과산화물가를 이용하여 측정한 결과 저장 초기 10 일에서 15일 까지는 첨가 농도가 높아짐에 따라 α-tocopherol 및 BHT와 유사 하거나 다소 높은 항산화력을 나타내었으나 저장 20일 이후부터는 첨가농도에 따른 차이는 보이지 않았다. 또한 100 meq/kg?oil에 도달하는 기간을 유도기 간으로 정하고 유도기간에 따른 상대적 항산화효과(RAE)를 측정한 결과 bran Ⅰ과 배아획분의 BPE를 0.02% 첨가 시 RAE값은 각각 128 및 126이었고 0.1% 첨가시에는 135 및 133으로서 첨가량의 변화에 따른 차이는 나타나지 않았으나 BHT의 126보다 높게 측정되어 이들 획분은 천연 항산화제로서의 가능성을 확인할 수 있었다. 4. BPE의 혈당강하 및 과산화억제 효과 맥강과 배아획분으로부터 추출한 BPE를 200 ppm 농도가 되게 조정한 음료 수를 streptozotocin으로 당뇨를 유발한 당뇨쥐에 2주간 제공하면서 식이섭취 량, 체중변화, 혈액내의 포도당농도와 간지질에 대한 과산화억제에 미치는 영 향을 조사한 결과 이들 폴리페놀추출물에는 혈당강하와 과산화억제 효과가 있 음을 확인하였다. 5. 도정부산물의 혈당강하 및 과산화억제 효과 파쇄립 등 도정부산물의 섭취가 혈당강하에 미치는 효과를 살펴보기 위해 streptozotocin으로 당뇨를 유발시킨 당뇨쥐를 대상으로 동물실험 한 결과 파 쇄립, 배아, 맥강 등의 도정부산물을 급여함에 의해 1주 후부터 혈당강하효과 가 나타나기 시작하였고 6주 후에는 당뇨대조군에 비해 42～68% 정도의 유의 적인 감소가 확인되어 보리도정부산물이 식품소재로서 활용되어져야 할 필요 성을 재확인하였다.|Barley has been an important dietary cereal in Korea with the highest consumption following rice. However, the consumption of barley is decreasing with the change in the diet of Koreans. Before consumption, barley undergoes pearling as the initial process. This pearling process is a serial process of removing seed coat, aleurone layer, outer endosperm, and germ in order to obtain pearled barley. Currently in Korea, when processing barley into rolled or split polished barley, about 30% results as by-products in the form of barley bran, which is mainly used in animal feed. Pearling by-products contain not only barley bran including seed coat and aleurone layer, but also germ and broken kernel; thus, high value-added materials or processed products could be developed by appropriately processing these by-products. The objectives of this study was to separate and utilize effective components such as natural antioxidants present in barley bran fractions. The results were obtained as follows ; Barley brans, divided into fraction I(pearler 1～4), II(pearler 5～20) and III(pearler 21～24), germ, and broken kernels were collected as pearling by-products produced by an industrial process consisting of 24 consecutive barley pearlers. Barley germ and broken kernel were also collected as barley pearling by-products. Barley germ contained more protein, lipid, and ash than barley bran. The activities of α-amylase and glucoamylase were high in barley germ, whereas that of β-amylase was high in bran fraction I. Only a slight difference in free sugar content (2.61-3.43%) was observed among the barley bran fractions. The highest amount of free sugars (17.1%) was found in barley germ. Free sugars in pearling by-products included sucrose, glucose, fructose, maltose, raffinose, and 1-kestose. Barley germ contained distinctively high levels (>8%) of sucrose and raffinose, and α-tocopherol and α-tocotrienol at 90.26 and 16.27 mg/kg, respectively. The bran fraction Ⅱ contained the highest amounts of tocopherol and tocotrienol, with a significant amount of γ-tocotrienol (10.33 mg/kg). The pearling by-products were extracted with 75% ethanol, and polyphenol extracts were separated by using Sepabeads SP-850 resin. The total polyphenol content was the highest(43.68%) in the polyphenol extract separated from the bran I. The polyphenol compounds analyzed by HPLC were presumably identified to be proanthocyanins and prodelphinidin polymers, which were known to have antioxidative and antimutagenic activities. Antioxidative ability was estimated to be high in the following order of bran I ＞ germ＞ bran II ＞ bran III. At the level of 0.01% polyphenol extract, angiotensin I-converting enzyme(ACE) inhibitory activity was the highest in the germ fraction(40.04%). Nitrite-scavenging activity was more than 70% in all the fractions. Superoxide dismutase-like activity was in the range of 64～78% in the bran I and II fractions. Barley polyphenol extract(BPE) was separated from the pearling fractions, and the antioxidative activity was determined by measuring in a linoleic acid system and lipid autoxidation using corn oil as a substrate. At 0.02% addition level, thiobarbituric acid(TBA) value of BPE from bran fraction III appeared to be similar to that of α-tocopherol, and bran fraction I and germ extract exhibited a similar antioxidative activity to BHT. Peroxide value was measured to estimate antioxidative activity of BPE upon lipid autoxidation. As BPE concentration increased, it showed somewhat higher antioxidative activity than α-tocopherol and BHT until 10-15 day storage, but BPE concentration did not affect after 20-day storage. Relative antioxidant effectiveness(RAE) of 0.02-0.1% BPE from bran fraction I and germ were 128-135 and 126-133, respectively, and appeared to be higher than that of BHT(126). This suggested that these BPE fractions could be used as a natural antioxidant. Streptozotocin(STZ)-induced diabetic rats were fed beverage containing 200 ppm BPE extracted from barley bran and germ for 2 weeks, and the effects on diet intake, changes in body weight, blood glucose level, and lipid peroxidation of liver were investigated. The BPE showed hypoglycemic and lipid peroxidation inhibiting effects. Effects of barley pearling by-products on blood glucose levels in streptozotocin-induced diabetic rats were investigated. After 1 week, the blood glucose levels tended to decrease in rats fed barley broken kernel, germ and bran, and were significantly lowered by 42-68% compared with the control group after 6 weeks. This suggested that the barley pearling by-products could be used as food materials in controlling blood glucose levels.