추출조건에 따른 귀리겨 ${\beta}$-glucan의 추출조건을 확립하기 위하여 추출온도($40{\sim}60^{\circ}C$), 추출용매의 에탄올 농도(0~20%) 및 pH(5~9)를 변수로 중심합성계획법으로 설계하여 ${\beta}$-glucan 추출특성을 조사하였다. 추출시간의 증가에 따라 ${\beta}$-glucan의 추출속도는 추출초기에 급격히 증가하였으나, 이후에는 완만하였다. 총괄물질전달계수는 $3.363{\sim}8.552{\times}10^{-6}cm/min$ 범위로 낮은 추출온도에서는 추출용매의 농도가 낮을수록, 높은 추출온도에서는 추출용매의 농도가 높을수록 증가하였지만 pH에 의한 영향은 적은 것으로 나타났다. 추출용매의 pH는 중성일 때보다 산성이나 알칼리성일 때 ${\beta}$-glucan의 추출량이 증가하였다. 추출조건에 따라서 ${\beta}$-glucan 수용액의 점도는 유의적인 차이를 보였으며, 총괄물질전달계수가 높을수록 crude ${\beta}$-glucan 수용액의 점도가 높게 나타났으며, 점도, 추출율 및 총괄물질전달계수의 상관관계를 분석한 결과, 각각의 요인들이 높은 양의 상관관계(p<0.01)를 나타내었다.
The effect of different temperatures (45, 55, 65, and $75^{\circ}C$) on the extraction of ${\beta}$-glucan and the properties of extracted ${\beta}$-glucan were investigated with four different varieties of barley. Jeju naked barley, blue barley, beer barley, and black barley contained 6.85, 5.13, 3.58, and 4.16% of ${\beta}$-glucan, respectively. ${\beta}$-glucan in barley was extracted in the range of 64.88 to 93.84% depending on the extraction temperature and barley variety. The ${\beta}$-glucans in Jeju naked barley, Jeju blue barley, and black barley were optimally extracted at $65^{\circ}C$ for 3 h and Jeju beer barley at $75^{\circ}C$. The extracted ${\beta}$-glucan resolubilized to 43.48-81.73% and the ratio of ${\beta}(1{\rightarrow}3)$ to ${\beta}(1{\rightarrow}4)$ linkage was in the range of 1:3.8-5.8. These results suggest that purification and properties of ${\beta}$-glucan depend not only on the water extraction temperature, but also on the barley variety.
Seo, Yu-Ri;Kim, Hye-Been;Cheong, Kyu-Min;Lim, Ki-Taek
한국농업기계학회:학술대회논문집
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한국농업기계학회 2017년도 춘계공동학술대회
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pp.101-101
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2017
Beta-glucan is a polymerized polysaccharide on beta-1,3 chemical bonds. It has the main pharmacological action of various anticancer mushrooms and is colorless and odorless. In addition, it enhances phagocytosis of macrophages against mycobacterium tuberculosism and increases resistance of host against food poisoning bacteria. Owing to these advantages, beta-glucan was used in various health supplement foods such as immune boosters, hypotensive agent and hypoglycemic agent. Our study was aimed to investigate the effective components of beta-glucan, which was optimized via the contents of Sarcodon aspratus and rice bran. First, the mixture ratio condition of Sarcodon aspratus and rice bran were respectively 10:0, 7:3, 5:5, 3:7, and 0:10. The raw materials were fabricated using hot water extraction method. Distilled water of 100 mL was added to the raw material and extracted. After the extraction processed, the content of effective components was analyzed. The absorbance of beta-glucan was measured using a beta-glucan kit (Megazyme, (1-3) (1-4) BETA-D-GLUCAN ASSAY KIT). The absorbance analysis was repeated three times for accurate analysis. After the extracts were lyophilized, the yields of extracted raw materials according to the mixture ratio conditions of Sarcodon aspratus and rice bran (10:0, 7:3, 5:5, 3:7, and 0:10) were respectively 33.1%, 34.5%, 35.3%, 30.7%, and 24.3%. The absorbance was 1.52, 1.47, 1.50, 1.79, and 1.56, respectively. As a result, the optimum ratio of beta-glucan is 3:7 at Sarcodon aspratus and rice bran. This study suggested that the optimal amount of beta-glucan could be used as a health supplement foods and food additive such as immune boosters, hypotensive agent and hypoglycemic agent. However, the new condition (temperature, time) of hot water extraction to maximize the content of beta-glucan could be considered, could be necessary to compare with the existing extracts.
버섯에서 추출되는 생리활성물질얀 ${\beta}$-glucan은 탁월한 항암 효과를 갖는 물질이다. 특히 Agaricus blazei에 $\beta$-glucan이 많이 포함되어 있는 것으로 보고되어져 있다. 본 연구의 목적은 마이 크로웨이브를 사용하여 아가리쿠스버섯으로부터 ${\beta}$-glucan을 추 출하는 공정의 추출효율을 극대화하는 것으로, 다양한 추출시간 과 마이크로웨이브 출력을 이용하여 최적 운전조건을 결정하였 다. 최적 마이크로웨이브의 최적 출력은 200, 500, 650 watt의 경우에서 실험하여 결정하였다. 추출물질의 구조와 농도 분석은 nuclear magnetic resonance spectroscopy와 infrared spectroscopy 를 이용하여 수행하였다 본 실험 결과로 마이크로웨이브를 이 용한 추출의 다당류 수율이 전통적 인 열수추출방법보다 향상됨을 확인하였고, 소량의 용매와 짧은 추출 시간으로 향상된 수율을 얻을 수 있음을 알 수 있었다.
Bran(1∼5번)의 총 평균 $\beta$-glucan 함량은 5.52%로서 가장 높은 회수율 (48.5%)을 보인 추출 조건은 pH 10 및 45$^{\circ}C$, 다음은 pH 7 및 45$^{\circ}C$로 나타났다. 보리겨의 gum 물질은 배유 부분의 gum 물질과는 달리 상당량의 전분, 단백질이 혼입되어 있었고 정제된 $\beta$-glucan 도 단백질 및 전분 함량이 감소되긴 하였으나 호분층 안쪽의 bran 1,2,3,4에서도 $\beta$-glucan 함량이 78.2∼85.8%를 나타내어 세포벽의 peptide, arabinoxylan 등과 강하게 결합됨을 알 수 있었다. $\beta$-glucan을 이루는 구성당은 glucose가 주종이며, 그 외 arabinose, xylose, mannose, galactose였으며, 분자량은 보리겨에 따라 차이가 있으나 bran 1∼3의 경우 4.09 x $10^{5}$ 에서 4.41 x $10^{5}$ 정도의 분자량이 90% 이상을 차지하였으며, 다당 고유의 특성인 분자량의 분산성을 나타내었다. 한편 $\beta$-glucan의 구조 역시 보리겨에 따라 다소 차이가 있으나 $\beta$-(1\$\longrightarrow$3) 결합, $\beta$-(1\$\longrightarrow$4) 결합이 대부분을 차지하였고, $\beta$-glucan용액의 유동특성은 농도가 증가함에 따라 유동지수는 감소하여 의가소성이 증가하는 경향을 나타내었다.
A soluble dietary fiber, $\beta$-glucan, contained in oat and barley has nutritional benefits such as hypocholesterolemic effects and influences blood glucose regulation. The contents of $\beta$-glucan in both cereals range from 3 to 7% with the exception of a certain barley genotype which contains up to 16% $\beta$-glucan. $\beta$-Glucan is distributed mainly in the cell walls of endosperm and the distal (bran) portion of kernel. Various procedures have been developed for increasing the extraction yield of $\beta$-glucan. Oat gum prepared with weak alkali extractionand alcohol proecipitation following protein removal usually contains 80% $\beta$-glucan.The most commonly used method for $\beta$-glucan quantitiation is an enzymatic procedure combining lichenase plus $\beta$-glucosidase followed by measuring the amount of glucos released by glucose oxidase-peroxidase treatment. The increase in foam-and emulsion-stabilizing capacity of $\beta$-glucan is due to the increase in viscosity of the aqueous phase. Therefore, $\beta$-glucan shows great potentials as a thickener and a stabilizer.
Plentiful amount of spent yeast has been produced as a by-product from breweries. ${\beta}-Glucan$ was prepared from the spent brewer's yeast in a crude form with hot water extraction and subsequent enzymatic treatment. The crude ${\beta}-glucan$ preparation consisted of mainly glucan (53% of total wt), containing approximately 35% ${\beta}-glucan$ content of total weight. The effects of crude ${\beta}-glucan$ substitution (1-9%) on pasting properties of wheat flour and starch were determined using a Rapid Visco-Analyzer (RVA). Incorporation of yeast ${\beta}-glucan$ into wheat flour and starch significantly decreased peak and [mal viscosities, but slightly increased setback viscosity. The setback viscosity was considerably higher in starch/${\beta}-glucan$ suspension than in flour/${\beta}-glucan$ suspension. It was suggested that preparation of yeast ${\beta}-glucan$ into aqueous dispersion might affect pasting behaviors of wheat flour and starch.
한국산 보리 및 귀리품종의 수용성, 불용성 및 총 ${\beta}-glucan$ 함량을 분석하여 ${\beta}-glucan$의 용해성을 조사하였다. 보리원맥의 총 ${\beta}-glucan$ 함량은 $3.3{\sim}5.6%$ 범위였으며 $65{\sim}70%$ 정맥수율로 도정하여 껍질 및 강층을 제거한 정맥의 ${\beta}-glucan$ 함량은 $3.5{\sim}7.1%$로 증가하였다. 보리원맥의 수용성 ${\beta}-glucan$ 함량은 $1.4{\sim}3.3%$의 분포였으며 총 ${\beta}-glucan$에 대한 수용성 ${\beta}-glucan$의 백분을로 나타낸 용해성(% solubility)은 $43{\sim}61%$ 범위로 총량의 약 반가량이 수용성인 것으로 나타났다. 보리정맥에 있어서는 총 ${\beta}-glucan$과 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량은 증가한 반면 수용성 ${\beta}-glucan$은 약간 감소하는 경향을 보여 용해성이 $35{\sim}55%$로 원맥보다 다소 낮았다. 귀리는 총 ${\beta}-glucan$ 함량이 겉귀리에서 $3.1{\sim}4.0%$, groats에서 $4.0{\sim}4.8%$였으며 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량이 $0.5{\sim}0.7%$로 보리에서 보다 훨씬 낮아 추출되어 나오는 수용성 ${\beta}-glucan$은 약 84%로 매우 높게 나타났다. 보리와 귀리는 추출초기에 빠른 속도로 ${\beta}-glucan$이 추출되었으며 귀리가 보리에 비해 추출이 보다 급격히 이루어졌는데 $2{\sim}3$시간 후에는 대부분의 수용성 ${\beta}-glucan$이 추출되었다 추출온도가 $23{\sim}45^{\circ}C$로 증가함에 따라 수용성 추출량이 증가하였으나 $65^{\circ}C$에서는 보리의 경우 추출량이 떨어졌다. 보리 및 귀리는 증자에 의한 가열처리에 의해 불용성 ${\beta}-glucan$ 함량이 증가하여 ${\beta}-glucan$의 용해성이 떨어진 반면 보리의 볶음처리에서는 ${\beta}-glucan$이 가용화됨에 따라 용해성이 증가하는 것으로 나타났다.
아가리쿠스(Agaricus blazei)버섯의 균사체 배양조건을 최적화하여 유효성분인 $\beta$-glucan의 생성을 극대화시키고자 하였다. 아가리쿠스 균사체 배양시 탄소원과 질소원의 농도 및 종류별 배지를 검토한 결과 배지조성은 glucose 5% (w/v), yeast extract 0.5% (w/v), malt extract 0.5% (w/v), $KH_2PO_4$ 0.1% (w/v), $MgSO_4{\cdot}7H_2O$ 0.05% (w/v)가 최적이었다. 30L 발효조에서의 배양 조건은 pH 5.0, $28^{\circ}C$, 1 vvm, 300 rpm에서 균사체의 생육과 $\beta$-glucan의 생성이 가장 효과적이었다. 위 조건 중에서 세포 외 $\beta$-glucan의 생성을 증가시 키기 위해 초기 glucose의 첨가량을 4%로 낮추어 glucose에 의한 균사체 성장 저해작용을 최소화하는 한편, 배양 70시간 시점에 glucose 3%, yeast extract 0.1%, malt extract 0.1%의 추가 배지를 첨가하여 배양함으로써 batch 배양에 의한 2.8 g/L에 비해 2배 정도 증가한 5.2 g/L의 세포 외 $\beta$-glucan을 얻을 수 있었다. 또한 균사체 내의 세포벽 $\beta$-glucan을 효과적으로 추출하기 위해 세포벽분해효소인 lytic enzyme과 단백분해효소인 bromelain의 연속적인 효소반응으로 추출량이 3.5 g/L로 증가하여 균사체의 단순 열수추출에 비해 약 4배의 추출 수율이 향상되었다.
국내산 영지버섯으로부터 ${\beta}-glucan$ 소재 개발을 위하여 pH를 달리하여 물 및 에탄올로 $90^{\circ}C$에서 환류 추출하여, ${\beta}-glucan$ 함량과 항산화 활성 및 항산화 성분을 조사하였다. 물 추출물(pH 10)이 추출수율($8.53{\pm}0.17%$)과 ${\beta}-glucan$ 함량($6.20{\pm}0.12g/100g$)이 가장 높았다(P<0.05). 전반적으로 pH가 증가할수록 ${\beta}-glucan$ 함량이 증가하였으며 에탄올 추출물은 물 추출물보다 추출수율과 ${\beta}-glucan$ 함량이 낮았다. DPPH 라디칼 소거 활성과 FRAP 활성은 에탄올 추출물이 물 추출물보다 비교적 높았으며 pH 조건은 활성에 영향을 미치지 않았다(P<0.05). 총폴리페놀 화합물 및 총플라보노이드 화합물의 함량도 pH 조건에 상관없이 물 추출물보다 에탄올 추출물이 높았다. 물 추출물 및 에탄올 추출물들의 항산화 활성과 항산화 성분 값들은 비교적 높은 상관성을 보였으며, DPPH 라디칼 소거 활성과 총폴리페놀 화합물 함량 간의 상관성이 가장 높았다(r=0.969).
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[게시일 2004년 10월 1일]
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