Evaluation of the Biological Activities of Healthy Porridge Containing Germinated <i>Panicum miliaceum</i>

Park, Soon-Hwa; Kim, Ae-Jung; Soon-Hwa Park; Ae-Jung Kim

doi:10.20402/ajbc.2023.0085

Asian J Beauty Cosmetol > Volume 22(1); 2024 > Article

발아 기장을 첨가한 건강 죽의 생리활성 평가

Research Article

Asian J Beauty Cosmetol 2024; 22(1): 61-74.

Published online: March 29, 2024

DOI: https://doi.org/10.20402/ajbc.2023.0085

발아 기장을 첨가한 건강 죽의 생리활성 평가

박순화¹, 김애정^2,^*

¹경기대학교 대체의학과, 서울, 한국

²경기대학교 대체의학대학원 식품치료전공, 서울, 한국

Evaluation of the Biological Activities of Healthy Porridge Containing Germinated Panicum miliaceum

Soon-Hwa Park¹, Ae-Jung Kim^2,^*

¹Department of Alternative Medicine, Kyonggi University, Seoul, Korea

²Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, Nutrition Therapy, Seoul, Korea

发芽黍保健粥的生物活性评价

朴順花¹, 金愛貞^2,^*

¹京畿大学代替医疗学科，首尔，韩国

²京畿大学代替医疗学院食品治疗学科，首尔，韩国

^*Corresponding author: Ae-Jung Kim, Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidae-ro, 9-gil, Seodaemungu, Seoul 03746, Korea Tel.: +82 2 390 5044 Fax: +82 2 390 5078 Email: aj5249@naver.com

Received August 22, 2023 Revised February 5, 2024 Accepted February 14, 2024

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요약

목적

본 연구의 목적은 영양학적으로 균형 잡힌 기장을 발효시켜 백미와 발아 기장의 혼합비율을 달리하여 면역기능이 우수한 건강 죽을 개발하는 것이였다.

방법

기장과 발아 기장의 조건에 따른 생리활성을 비교하고자 기장을 발아시켜 기장과 발아 기장의 항산화 및 효소 활성의 품질을 평가하여 생리활성이 우수한 시료를 선정하였다. 또한, 기장과 발아 기장의 혼합비율을 각각 다르게 산출하여 죽을 제조한 후 점도, 색도를 측정하였다.

결과

추출조건에 따른 기장과 발아 기장의 추출물 샘플(PM EtOH, PM DW, GPM EtOH, GPM DW)의 생리활성을 분석한 결과, GPM EtOH에서 항산화 및 효소 활성이 가장 높게 나타났다. 발아 기장을 이용한 죽 샘플(Control, GPM10, GPM20, GPM30)의 품질을 평가한 결과, 점도의 경우 기장과 발아 기장의 첨가량이 증가될수록 낮아지는 경향이었다. 색도를 측정한 결과, 명도의 경우 대조군(58.60)이 가장 높았으며, 적색도의 경우는 GPM20 (-0.29)이 가장 높았 고, 황색도의 경우 GPM30 (5.62)이 가장 높게 나타났다. 황색도의 경우 발아기장의 첨가량이 증가될수록 황색도가 높아지는 경향이었다.

결론

본 연구를 통해 발아 기장에서 항산화 및 효소 활성에서도 그 우수성을 함께 확인할 수 있었다. GPM 죽이 건강과 관련된 항산화 및 효소 활성 증진에 도움이 될 것으로 판단된다. 향후 본 연구를 통해 개발된 GPM 30%의 건강 죽은 현대인의 항산화 및 효소 활성 관련 건강증진에 도움이 될 것이다.

핵심용어: 죽, 기장, 발아 기장, 항산화 활성, 효소 활성

Abstract

Purpose

In this study, healthy porridge was prepared with germinated Panicum miliaceum (GPM) to increase its antioxidative and enzymatic activities.

Methods

Before processing healthy porridge with GPM, the antioxidant activities of Panicum miliaceum (PM) and germinated GPM were determined and compared under different conditions (DW, EtOH). Then, porridge samples (Control, GPM10, GPM20, and GPM30) were prepared by varying the mixing ratios of GPM, and their viscosity and color values were determined.

Results

The extracted GPM EtOH samples exhibited higher antioxidant and enzyme activities than the water-extracted samples. The viscosity of the porridge samples (Control, GPM10, GPM20, and GPM30) tended to decrease as the amount of GPM increased. For the color values of the porridge samples, the control group demonstrated highest brightness (58.60) and GPM20 demonstrated highest redness (-0.29), GPM30 demonstrated highest Yellowness (5.62). Yellowness increased as the amount of GPM increased.

Conclusion

Based on the results of this study, GPM exhibits higher antioxidative and enzymatic activities than PM. Thus, it was concluded that 30% GPM will benefit consumers in promoting antioxidative and enzymatic activities.

Keywords: Porridge, Panicum miliaceum, Germinated Panicum miliaceum, Antioxidative activities, Enzymatic activities

中文摘要

目的

在这项研究中，用发芽的黍（GPM）制备健康粥，以提高其抗氧化和酶活性。

方法

在用GPM加工保健粥之前，测定并比较不同条件（DW、EtOH）下黍（PM）和发芽GPM的抗氧化活性。然后，通过改变GPM的混合比例来制备粥样品（对照、GPM10、GPM20和GPM30），并测定它们的粘度和色值。

结果

根据提取条件对黍和发芽黍的提取物样品（PM EtOH、PM DW、GPM EtOH、GPM DW）的生理活性进行分析，结果发现GPM EtOH表现出最高的抗氧化和酶活性。随着GPM量的增加，粥样品（对照、GPM10、GPM20 和 GPM30）的粘度趋于降低。对于粥样品的颜色值，对照组表现出最高的亮度（58.60），GPM20表现出最高的红度（-0.29）， GPM30表现出最高的黄度（5.62）。黄度随着GPM量的增加而增加。

结论

根据本研究结果，GPM比PM表现出更高的抗氧化和酶活性。因此，得出的结论是，30%的GPM将有利于消费者促进抗氧化和酶活性。

关键词: 粥, 黍, 发芽黍, 抗氧化活性, 酶活性

Introduction

최근 우리나라는 현대 과학과 의료기술의 발달로 평균수명이 증가하고 있으며, 이에 따라 건강수명에 대한 관심이 증가하고 있다. 또한, 1인 가구 증가, 고령사회 진입, 여성 경제활동 증가(Kim et al., 2022), 사회구조의 변화와 더불어 식생활의 서구화로 인한 잘못된 식생활 패턴으로 인한 만성질환이 심각한 사회문제로 대두되고 있다(Kim et al., 2019). 이에 건강증진을 목적으로 웰빙을 추구하는 소비자들의 욕구가 증대되면서 우리 전통 식문화에 대한 관심이 증가 추세에 있다(Oh & Choi, 2019).

우리나라 전통 식문화 중 곡류를 주재료로 하는 죽(粥)은 저열량이면서 섭취가 간편하여 현대인의 라이프 스타일에 안성맞춤이어서 프랜차이즈 산업에서 활성화되고 있다(Kim et al., 2021a).

죽에 사용되는 주된 곡류는 백미이지만 백미와 함께 다양한 곡류를 혼합하여 제조한다면 건강 지향적 측면에서도 우수한 음식이 될 수 있다(Hwang, 2020).

그 가운데 기장은 B.C. 7-8세기경 상고시대부터 기장이 가장 중요한 식량으로 농업 발단의 시초이며, 제사음식으로 기장이 가장 으뜸이었다. B.C. 4-5세기경에 이르러서는 기장 외에도 벼농사와 콩, 팥, 보리 등을 경작하게 되었다(Lee, 2021). 고대 중국에서 기장에 관한 언급은 고문헌 산해경(山海經)에서 서식(黍食)이라는 용어로 처음 등장하였는데 염제 신농에 관한 일화로 진(晉)나라 때 습유기(拾遺記)에 신비로운 붉은 새 한 마리가 9개의 이삭이 달린 곡식, 즉 기장을 물고 와서 땅 위에 떨어뜨렸는데, 염제가 그것을 주워 경작지에 심으니 크고 기다란 곡식이 자라났고 신기하게도 그 곡식을 먹으면 배가 부르고 죽지 않으며 오래 살 수 있었다고 기록되어 있다(quoted in Seo & Kim, 2008).

기장은 백미와 비교하면 비타민 B군은 백미의 2배, 식이섬유는 백미의 3배 정도이다. 무기질은 마그네슘 104.3 mg, 칼슘 10.7 mg, 나트륨 14.0 mg, 칼륨 157.8 mg을 함유하고 있어 영양면에서 균형 잡힌 원곡이다(Jeong et al., 2014). 또한, 기장이 발아하면 씨눈과 배젖에 있는 비활성 상태의 DNA 유전정보가 활성화가 되고 각종 효소와 영양소가 증가하게 되며(Bartnick & Szafranska, 1987), 씨 부분이 발아되면서 단백질과 아미노산, 지방산, 탄수화물, 비타민, 무기질, 식이섬유 등이 변화하며, γ -oryzanol이나 arabinoxylane, gamma-aminobutyric acid (GABA), vitamin E 등의 생리활성 성분들이 증가하고 발아 중에 효소가 활성화됨으로써 영양성분들의 체내 흡수가 용이하게 된다(Lee et al., 2007).

이에 본 연구에서는 발아시킨 기장과 백미의 혼합비율을 달리하여 죽을 제조한 후 생리활성을 평가하고자 하였다. 본 연구를 통해 개발된 건강 발효 기장 죽을 섭취한다면 항산화 및 효소 활성 증진에 도움이 될 것이다.

Methods

1. 실험재료

1) 기장

본 연구에 사용한 기장(Panicum miliaceum)은 ㈜다농(Namyangju, Korea), 백미는 2021년 임금님표 이천백미(Dehusk, Newly harvested rice, Anyang, Korea)를 마트에서 구입하여 실험에 사용하였다.

2) 기장의 발아

기장을 발아시키는 방법은 Figure 1에 제시한 바와 같다. 기장을 소독제 Vanoram disinfectant (한국삼공, Korea)로 씻고 20℃의 물에 1 h 침지한 후 물에 0.5 cm 정도 잠기게 하여 상온에서 72 h 발아시켰다(Figure 2). 발아된 시료는 물기를 제거 후 -70℃의 냉동고에 보관 후 실험에 사용하였다.

2. 기장과 발아 기장의 항산화 활성

1) 추출물 제조

기장과 발아 기장 시료들은 분쇄기(RT-N08; Mill Powder Tech Co. Ltd., Taiwan)에 분쇄하여 50 g씩 정밀저울(HR-250A; A&D Company Ltd., Korea)로 계량하고 무게 대비 10배의 용매(DW, 70% EtOH)를 첨가하였다. 열수 추출은 80℃의 auto clave (HM 250C; Sercrim Lab Tech, Korea)에서 2 h 추출하였고, 에탄올 추출은 70% EtOH에서 72 h 동안 암소에서 추출하였다. 추출 후 각 시료는 3회 여과(Whatman 3; Cytiva Korea, Korea)하여 추출액을 만들었다. 만든 추출액은 vacuum rotary evaporator (N-1110; EYELA, Japan)로 추출 용매(DW, EtOH)를 증발시켜 50 mL까지 농축하여 동결건조(Whatman 3; Cytiva Korea, Korea)한 후 -70℃의 냉동고(WUF-500; Daihan scientific Co., Ltd., Korea)에 보관하며 실험에 사용하였다.

2) Total polyphenol contents

기장과 발아 기장의 용매별 추출물의 total polyphenol contents는 Singleton & Rossi (1965)의 방법으로 F-C 시약을 이용하여 측정하였다. 추출물 350 μL에 50% Folin-Ciocalte 70 μL를 가하여 3 min 정치 후 2% (w/v) Na₂CO₃ 용액 350 μL를 넣고 1 h 반응시켜 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan, Switzerland)를 사용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total polyphenol contents는 표준물질 tannic acid를 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 환산하였고 mg TAE (tannic acid equivalent)/g으로 표기하였으며, 모든 실험은 3회 반복하여 평균값으로 나타내었다.

3) DPPH radical scavenging activity

기장과 발아 기장의 용매별 추출물의 2,2-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH; Sigma-Aldrich, USA) radical scavenging activity은 Blois (1958)의 방법을 이용하여 측정하였다. 시료 100 μL에 1.5×10^-4 M DPPH 용액 100 μL를 넣고 실온의 암실에서 30 min 정치한 후 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였고, 모든 실험은 3회 반복하여 평균값으로 나타내었다.

4) ABTS radical scavenging activity

기장과 발아 기장의 용매별 추출물의 2,2'-azino-bis-3-ethylbenzo-thiazoline-6-sulfoni acid (ABTS; Sigma-Aldrich,) radical scavenging activity은 Fellegrini et al. (1999)의 방법을 이용하여 측정하였다. 7.4 mM ABTS와 2.6 mM potassium persulfate를 동일한 비율로 섞어 24 h 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성한 후 732 nm에서 0.70±0.03의 흡광도 값이 되도록 1×PBS로 희석하였고, 희석한 ABTS용액 190 μL에 시료 10 μL를 넣고 10 min 정치한 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 732 nm에서 흡광도를 측정하였고, 모든 실험은 3회 반복하여 평균값으로 나타내었다.

3. 기장과 발아 기장의 효소 활성

1) α-Glucosidase inhibitory activity

기장과 발아 기장의 용매별 추출물의 α-glucosidase inhibitory activity는 Li et al. (2005)의 방법을 이용하여 측정하였다. 실험군에 시료 100 μL와 5 mM 4-nitrophenyl-α-D-glucopyranoside (p NPG; Sigma-Aldrich) 기질용액 20 μL를 넣고 67 mM phosphate buffer에 1 unit/mL 농도로 녹인 후 α-glucosidase 40 μL를 넣고 37℃에서 15 min 동안 preheating 시켰다. 100 mM Na₂CO₃ 50 μL를 넣어 preheating을 종료 시키고 ELISA microplate reader (Infinite 200 pro Nanoquant; Tecan)를 이용하여 405 nm에서 흡광도를 측정하여 저해율을 산출하였다.

2) ACE inhibitory activity

기장과 발아 기장의 용매별 추출물의 angiotensin-converting-enzyme (ACE) inhibitory activity는 Cushman & Cheung (1971)의 방법을 이용하여 측정하였다. 기질 액 hippury-L-histidyl-L-leucine (HHL)의 제조는 sodium-chloride를 300 mM 함유한 50 mM HCl buffer (pH 8.3)에 녹여 준비하였다. 효소로 사용한 ACE 용액은 기질 제조 시 사용한 것과 동일한 HCl buffer (pH 8.3)에 10% lung acetone powder rabbit을 4℃에서 24 h이 지난 후 원심 분리(12,000 rpm, 30 min, 4℃)하여 제조하였다. ACE inhibitory activity 분석은 ACE enzyme 50 μL, HHL 150 μ L와 sample 시료 50 μL를 혼합하였고, 대조군 (Control)은 증류수를 50 μL 넣고 37℃에서 30 min 반응시킨 후 1 M HCl 250 μL를 가하여 반응을 중지시켰다. 여기에 ethyl acetate 500 μL를 넣고 15 s 교반한 후 원심분리(3,000 rpm, 5 min) 하여 상등액 200 μL를 취하였다. 상등액은 120℃에서 30 min 가열 후 건조하여 증류수 1 mL를 넣어 용해 시켜 228 nm에서 흡광도를 측정하여 ACE 저해율을 산출하였다.

4. 발아 기장을 이용한 건강 죽 제조 및 품질특성

1) 죽 제조

백미와 발아 기장의 혼합비율을 달리하여 제조한 죽 시료들(Control, GPM10, GPM20, GPM30)의 제조방법은 Figure 3에 제시한 바와 같다. 기본 죽을 제조하기 위해 백미 100 g을 3회 수세한 후 백미 무게 대비 2배 양의 물을 부어 약 25℃의 상온에서 2 h 수침 시킨 후 체에 받쳐 1 h 물기를 빼어 사용하였다. 백미와 발아 기장의 비율은 Kim et al., (2017)의 연구를 참고하여 Table 1과 같이 설정하였다. 물 1,000 mL를 붓고 처음 180℃에서 끓기 시작하면 중불인 90℃에서 20 min, 약불인 40℃에서 20 min 동안 나무 주걱으로 저어가며 죽을 제조하였다(Figure 4).

2) 점도

발아 기장을 이용한 죽의 점도(apparent viscosity) 측정은 조리 후 수분 증발을 방지하기 위하여 호일로 덮고 실온에서 죽의 중심 온도가 60℃일 때 디지털 점도계(VT-06; RION CO., LTD., Japan)를 이용하여 측정하였다. Sample은 8 mL를 일회용 주사기로 취하였으며, spindle의 회전속도는 20 rpm으로 하였고, spindle은 SC 21을 사용하였다. 1 min이 지난 후 점도를 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다.

3) 색도

발아 기장을 이용한 죽의 색도 측정은 색차계(Chroma meter, Cr-300; Minolta, Japan)를 이용하였고, 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b) 값으로 표시하였다. 각 sample은 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었고, 표준 백색판의 조건은 L=95.28, a=0.68, b=1.95을 사용하였다.

5. 통계처리

모든 자료는 SPSS statistics 24.0 (IBM, USA)을 사용하여 평균과 표준편차를 구하였고 통계분석을 시행하였다. 독립변수 요인이 3개 이상이면 one-way ANOVA를 사용한 후 Duncan's multiple range test를 이용하여 p<0.05 수준에서 사후 검정을 하였다.

Results and Discussion

1. 기장과 발아 기장의 항산화 활성 비교

1) Total polyphenol contents

Polyphenol은 벤젠고리 구조를 갖는 저분자 물질(Jung et al., 2019)로 분자 내 hydroxyl (-OH)를 가지고 있어 단백질 또는 거대 분자들과 결합, 금속 이온과 결합하는 성질을 가진다. 이러한 성질은 활성산소 제거와 반응을 억제하여 세포의 산화를 감소시키며(Choi, 2022), 활성산소에 노출되어 손상된 DNA 보호와 우리 몸의 활성산소를 해가 없는 물질로 바꿔주며 효소, 세포 구성 단백질 등을 보호하는 항산화, 항균, 항염증, 면역조절 등 질병에 대한 위험도를 낮춘다(Cho et al., 2013).

이와 같이 polyphenol contents는 생체 내에서 항산화 활성으로 질병 예방과 건강 유지에 기여할 것으로 기대되기 때문이며 최근에는 polyphenol contents가 염증과 관련된 세포의 신호를 전달하는 경로와 상호작용 하며 산화 스트레스에 직접적인 영향을 주고 신경의 염증을 감소시켜 기억 및 인지 기능을 향상시켜 뇌 질환 예방과 치료에도 영향을 준다고 보고되고 있다(Kennedy, 2014; Lee & Lee, 2018; Sandhu et al., 2017).

따라서 본 연구에서는 Panicum miliaceum (PM) 과 germinated Panicum miliaceum (GPM)의 total polyphenol contents를 측정하여 Table 2에 제시하였다. GPM EtOH의 total polyphenol contents는 42.61 mg TAE/g으로 가장 높게 나타났고, PM EtOH 41.73 mg TAE/g, GPM DW 19.74 mg TAE/g이었으며, PM DW가 18.09 mg TAE/g으로 가장 낮게 나타났다. Park (2015)의 연구에서는 밀싹에 첨가한 비율이 높아질수록 polyphenol contents는 증가하였고, Hong et al. (2011)의 연구에서도 발아한 밀에서 polyphenol contents가 유의적으로 증가하였으며, 이를 high-performance liquid chromatography (HPLC)로 분석한 결과 밀이 발아함에 따라 caffeic acid와 syringic acid 등 polyphenol contents가 증가하였다고 보고하였다. 식물체는 산화적 스트레스에 의한 손상을 방지하기 위해 저분자 항산화 물질과 항산화 효소를 생성하여 자신을 보호하는 수단으로 이용한다(Kim & Lee, 2019). Donkor et al. (2012)은 HPLC 분석에 의해 종자였을 때는 존재하지 않던 gallic acid, p-coumaric acid, epigallocatechin, epicatechin 등의 polyphenol contents가 생겨났다고 보고하였다. Kim et al. (2010)의 벼의 발아한 추출물에서 다양한 암세포주에 대한 증식 억제 연구에서도 발아 부위에 항산화 성분이 많이 함유되어 있다고 보고하여 기장보다 발아 기장이 total polyphenol contents가 높게 나타난 본 연구결과를 뒷받침하였다.

2) DPPH radical scavenging activity

활성산소는 항산화 효소인 superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT), glutathione peroxidase (GPX) 등에 의하여 분해되거나, 비효소성 항산화 물질이 free-radical에 전자를 공여함으로써 전자를 얻어 환원된다(Brand-Williams et al., 1995). 사람을 비롯한 동식물, 호기성 미생물들은 호흡을 통해 에너지를 얻지만, 이 과정에서 얻는 산소는 세포 내에서 반응성이 높은 활성산소(reactive oxygen species, ROS)로 변환되어 세포 구성 물질에 산화적 손상을 초래한다(Kim & Lee, 2019). 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) radical scavenging activity는 천연 항산화 활성 측정에 많이 이용되는 방법으로 보라색을 띠는 DPPH는 항산화 물질로부터 전자나 수소를 공여받아 non-radical로 전환되면서 노란색으로 탈색되는 특징이 있다(Lee et al., 2007). 수소 전자공여능은 단백질, 지질과 결합하여 각종 질병 및 노화를 일으키는 oxidizing free radical을 억제시켜 노화와 질병 예방에 중요한 역할을 한다(Joung et al., 2007).

본 연구에서는 PM과 GPM의 시료들의 DPPH radical scavenging activity를 측정하여 Table 3에 제시하였다. PM과 GPM를 쪄서 열풍 건조한 GPM EtOH가 86.53%로 가장 높게 나타났으며, PM EtOH 80.01%, PM DW 36.45%, GPM DW 33.54%로 PM EtOH과 비교해 GPM EtOH에서 6.53% 높게 나타났다.

Tae et al. (2016)의 초석잠 분말을 이용한 죽, Kim (2020)의 자색 당근을 첨가한 기능성 죽에서는 초석잠 분말과 자색당근을 첨가할수록 DPPH radical scavenging activity가 증가하는 것으로 나타나 본 연구결과와 일치하였다.

3) ABTS radical scavenging activity

Rice-Evans & Miller (1997)는 ABTS radical scavenging activity는 ABTS를 과황산칼륨(potassium persulfate)과 반응시킨 후 ABTS + 가 생성되면 항산화제에 의해 환원력을 측정하여 탈색반응임을 증명하였다. 친수성 및 소수성 화합물의 항산화력 측정이 가능한 ABTS radical scavenging activity는 734 nm 파장에서 최대한의 흡광도를 가지므로 추출물 색소에 의한 영향이 최소한으로 작용하므로 DPPH 보다 정확한 항산화력을 측정할 수 있다(Arnao et al., 2001; Boligon et al., 2014). ABTS radical scavenging activity는 실험방법이 간단하면서 감도가 좋으며 모든 항산화 물질에 적용이 가능해 다양한 pH에서 측정할 수 있다(Awika et al., 2003).

따라서 본 연구에서는 ABTS radical scavenging activity를 측정하여 Table 4에 제시하였다. GPM EtOH의 시료가 80.13%로 가장 높게 나타났고, PM EtOH 73.92%, PM DW 55.37%, GPM DW 55.00%로 나타났다. PM EtOH과 비교해 GPM EtOH에서 6.21% 높게 나타났다. 이는 단시간 고온에서 세포벽의 파괴나 단백질 변성에 의한 영향으로 세포 내의 유용성분 추출효율이 증진되었기 때문이라 생각된다(Koo et al., 2007; Shoudin et al., 2004). Jeong & Lee (2022)의 연구에서 발아 시간에 따른 홍미와 현미를 측정한 결과 발아 시간에 따라 ABTS radical scavenging activity는 증가하는 것으로 보고되었고, Seol & Sim (2015)의 발아 검은색 퀴노아 연구에서도 퀴노아보다 발아 퀴노아에서 ABTS radical scavenging activity가 높은 것으로 나타나 본 연구결과를 뒷받침하였다.

2. 기장과 발아 기장의 효소 활성 비교

1) α-Glucosidase inhibitory activity

당뇨병은 인슐린 작용이나 인슐린 분비 이상으로 발생하여 고혈당 증세를 나타내는 대사장애 증후군이다(Guariguata et al., 2014). 당뇨병 환자의 경우 식후 혈당과 인슐린 농도가 비정상적으로 상승하는데 지속적으로 일어날 경우 합병증을 초래한다(Kang et al., 2013). α-Glucosidase inhibitory activity는 소 장 점막에 있는 탄수화물 가수분해 효소로 이당류를 단당류로 분해 시키는 촉매제 역할을 하는 효소이다(Shinde et al., 2008). 이 효소로 인한 탄수화물의 흡수를 지연시켜 급속한 혈당 상승을 억제시켜 항당뇨 효과가 있는 α-glucosidase inhibitory activity로 작용기전은 인슐린 분비를 통하지 않고 소장에서의 이당류 분해효소를 가역적으로 억제시키는 방법이다(Lee et al., 2020). 혈당의 증가는 산화 스트레스와 연관이 있으며 당뇨병 환자는 superoxide dismutase (SOD)가 비정상적으로 활성화되어 생체 내 저장되는 tocopherol 등의 항산화 물질 감소 등의 증상이 나타난다(Seghrouchni et al., 2002).

따라서 본 연구에서는 전처리한 4가지 시료들의 α-glucosidase inhibitory activity를 측정하여 Table 5에 제시하였다. GPM EtOH가 18.72%로 가장 높았으며, GPM DW 15.40%, PM EtOH 14.00%, PM DW 8.45%로 나타나 기장보다 발아기장 시료들의 α-glucosidase의 inhibitory activity가 높게 나타났다.

Park (2015)의 밀싹의 항산화능 및 생리활성 연구에서는 밀의 종자와 밀싹 추출물을 실험한 결과 에탄올을 용매로 사용한 밀싹에 서도 α-glucosidase inhibitory activity가 높게 나타났다.

2) ACE inhibitory activity

혈압을 조절하는 요인 중 lenin-angiotensin계는 혈압이 감소하면 신장에서 lenin이 분비되어 혈장의 angiotensinogen이 angiotensinⅠ으로 전환되고 angiotensin이 angiotensin converting enzyme (ACE)에 의해 angiotensin Ⅱ로 전환되어 부신피질에서 aldosterone 분비를 촉진하여 나트륨과 수분의 재흡수를 증가시켜 혈압을 상승하게 된다(Kim et al., 2008). ACE는 혈관벽 수축작용을 하는 angiotension Ⅱ (octapeptide)를 생성하고 혈압을 감소시키는 bradykinin을 불활성화시키는 효소이며, ACE inhibitory activity는 이러한 ACE의 작용을 저해함으로써 신장혈관을 확장시켜 나트륨 배출이 활발하게 이루어지게 하여 혈압을 낮출 수 있다(Corvol et al., 1995; Fujita et al., 2000). 일반적으로 leucine, alanin, glutamic acid, aspartic acid 및 penylalanin 등의 아미노산으로 구성된 저분자의 peptide와 free amino acid는 ACE inhibitory activity 기작에 관여한다고 알려져 있다(Shin et al., 1995). 천연 추출물의 ACE inhibitory activity를 보이면 항고혈압 소재로써의 활용 가능성이 있다고 할 수 있다(Kim et al., 2021b).

따라서 본 연구에서 PM과 GPM의 시료들의 ACE inhibitory activity를 측정하여 Table 6에 제시하였다. GPM EtOH가 75.30%로 가장 높게 나타났으며, GPM DW 70.59%, PM EtOH 69.38%, PM DW 40.37%로 나타나 기장보다 GPM 시료에서 높게 나타났다.

Kim et al. (2013)의 연구에서 발아기간이 증가함에 따라 발아한 벼의 싹 추출물에서 가장 우수한 ACE inhibitory activity를 나타내어 본 연구결과를 뒷받침하였다.

3. 발아 기장을 이용한 죽 제조 및 품질특성

1) 점도

발아 기장을 이용하여 제조한 죽 시료들(Control, GPM10, GPM20, GPM30)의 점도를 측정한 결과는 Table 7에 제시한 바와 같다.

점도의 경우, 대조군은 18.67이었고, GPM10은 2.10, GPM20 1.00, GPM30 0.60으로 GPM30이 다른 비교군들에 비해 낮게 나타났고, 비교군들 간에 유의적인 차이를 보였으며, GPM의 첨가비율이 증가할수록 점도는 낮게 나타났다.

Ko & Jeong (2020)의 연자육 분말을 첨가한 죽의 품질특성에서는 연자육 분말의 첨가량이 증가할수록 점도가 증가하였으며, Kim et al. (2020)의 자색당근을 첨가한 기능성 죽에서도 연자육 분말과 자색당근의 첨가량이 증가할수록 점도가 증가하여 본 연구결과와 다른 경향이었다.

Kim & Kwak (2011)의 은행 분말을 첨가한 죽, Lee (2013)의 모시잎을 첨가한 죽에서는 은행 분말과 모시잎의 첨가량이 증가할수록 점도는 낮아진다고 보고되어 본 연구결과와 비슷한 경향이었다. 죽의 점도는 조직감에 영향을 주고 백미나 물의 첨가량과 부재료의 배합비율의 영향을 받는다(June et al., 1998).

2) 색도

발아 기장을 이용하여 제조한 죽 시료들(Control, GPM10, GPM20, GPM30)의 색도를 측정한 결과는 Table 8에 제시한 바와 같다.

명도를 나타내는 L값의 경우, 대조군은 58.60이었고, GPM10 49.97, GPM20 46.37, GPM30 50.20으로 대조군보다 낮게 나타났고, GPM20이 다른 비교군들에 비해 낮게 나타났고, 비교군들 간에 유의적인 차이를 보였으며, GPM의 경우 GPM20의 L값이 가장 낮게 나타났다.

Figure 2에서 육안으로 보기에 죽의 밝기는 대조군이 밝게 나타났고, GPM이 첨가된 죽에서는 첨가량에 따라 명도는 유의적으로 낮아졌다.

Ji & Jeong (2013)의 연구에서는 들깨가루를 이용한 식빵에서는 들깨의 첨가량이 증가할수록 명도가 낮아진다고 보고되었으며, Hwang (2020)의 차가분말을 이용한 타락죽, Lee (2013)의 모시잎을 첨가한 죽의 품질특성에서도 차가분말과 모시잎의 첨가량이 증가할수록 명도는 낮아진다고 보고되어 본 연구결과와 비슷한 경향이었다.

적색도를 나타내는 a값의 경우, 대조군은 -1.06이었고, GPM10은 -0.76, GPM20 -0.29, GPM30 -0.71으로 대조군보다 높게 나타났고, GPM20이 다른 비교군들에 비해 높게 나타났다. 비교군들 간에 유의적인 차이를 보였으며, GPM의 경우 GPM20이 적색도가 가장 낮게 나타났다. Ha & Shin (1999)의 연구에서는 밀가루에 들깨가루의 첨가비율이 증가할수록 적색도는 높아진다고 보고하여 본 연구결과와 다른 경향이었다. Hwang (2020)의 차가분말을 이용한 타락죽에서도 차가분말의 첨가량이 증가할수록 적색도는 높아진다고 보고되어 본 연구결과와 비슷한 경향이었다.

황색도를 나타내는 b값의 경우, 대조군은 -2.12이었고, GPM10은 1.27, GPM20 4.60, GPM30 5.62로 대조군보다 높게 나타났고, GPM30이 다른 비교군들에 비해 높게 나타났다. 비교군들 간에 유의적인 차이를 보였으며, GPM의 첨가비율이 증가할수록 b값은 높게 나타났다.

Lee et al. (2005)의 연구에서 발아콩 첨가량이 높은 군에서, Ji & Jeong (2013)의 연구에서 들깨의 첨가비율이 증가하면 황색도는 높아진다고 보고되었고, Hwang (2020)의 차가분말을 이용한 타락죽에서도 차가분말의 첨가량이 증가할수록 황색도는 높아진다고 보고되어 본 연구결과와 비슷한 경향이었다. 색도는 첨가된 발아 기장의 천연 색소의 영향을 받는 것으로 생각된다.

Conclusion

기장을 발아시켜 생리활성 강화 여부를 판정한 결과 에탄올 추출 발아 기장에서 생리활성이 가장 우수하게 나타났다. 하여 본 연구에서는 발아 기장을 이용하여 죽 시료들(Control, GPM10, GPM20, GPM30)을 제조 후 품질을 평가하여 제품 가능성을 알아보고자 하였다.

추출조건에 따른 기장과 발아 기장의 추출물 시료들(PM EtOH, PM DW, GPM EtOH, GPM DW)의 생리활성을 비교·분석한 결과, 에탄올 추출 기장 시료(GPM EtOH)의 항산화 활성과 효소 활성이 가장 높게 나타났다.

기장에 비해 생리활성이 우수한 발아 기장을 이용한 죽 샘플(Control, GPM10, GPM20, GPM30)을 제조하여 품질을 평가한 결과, 점도의 경우 발아 기장의 첨가량이 증가될수록 낮아지는 경향이었다. 색도를 측정한 결과, 명도의 경우 대조군(58.60)이 가장 높았으며, 적색도의 경우는 GPM20 (-0.29)이 가장 높았고, 황색도의 경우 GPM30 (5.62)이 가장 높게 나타났다. 황색도의 경우 발아 기장의 첨가량이 증가될수록 황색도가 높아지는 경향이었다.

본 연구를 통해 발아 기장에서 항산화 및 효소 활성에서도 그 우수성을 함께 확인할 수 있었다. 그리고 첨가된 GPM에 의존해서 증가될 것으로 기대되며, GPM 죽이 건강과 관련된 항산화 및 효소 활성 증진에 도움이 될 것으로 판단된다.

향후 본 연구를 통해 개발된 GPM 30%의 건강 죽은 현대인의 항산화 및 효소 활성 관련 건강증진에 도움이 될 것이다.

NOTES

This work is part of the Soon-Hwa Park's M.S. thesis at the Kyonggi University, Seoul, Korea.

Author's contribution

AJK designed all experimental design. SHP collected literature and contributed to all aspects of analysis and experiment. SHP wrote the manuscript with assistance from AJK.

Author details

Soon-Hwa Park (Graduate student), Department of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidae-ro, 9-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03746, Korea; Ae-Jung Kim (Professor), Department of Nutrition Therapy, Graduate School of Alternative Medicine, Kyonggi University, 24, Kyonggidae-ro, 9-gil, Seodaemun-gu, Seoul 03746, Korea.

Figure 1.

Germination process of Panicum miliaceum to prepare the porridge.

Figure 2.

Images of Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum.

(A) Panicum miliaceum; (B) Germinated Panicum miliaceum.

Figure 3.

Rice porridge prepared with different mixture ratios of germinated Panicum miliaceum.

Figure 4.

Rice porridge prepared with different mixture ratios of germinated Panicum miliaceum.

(A) Control, basic porridge prepared with rice 100 g of rice; (B) GPM10, porridge prepared with rice 90 g of rice and 10 g of germinated Panicum miliaceum; (C) GPM20, porridge prepared with rice 80 g of rice and 20 g of germinated Panicum miliaceum; (D) GPM30, porridge prepared with rice 70 g of rice and 30 g of germinated Panicum miliaceum.

Table 1.

The formula of rice porridge prepared with different mixture ratio of germinated Panicum miliaceum

Ingridients¹⁾	Group (Unit: g)
Ingridients¹⁾	Control	GPM10	GPM20	GPM30
Rice	100	90	80	70
GPM	0	10	20	30
Water	1000	1000	1000	1000
Total weight	1100	1100	1100	1100

¹⁾ GPM, germinated Panicum miliaceum;

Control, basic porridge prepared with rice 100 g; GPM10, porridge prepared with rice 90 g and germinated Panicum miliaceum 10 g; GPM20, porridge prepared with rice 80 g and germinated Panicum miliaceum 20 g; GPM30, porridge prepared with rice 70 g and germinated Panicum miliaceum 30 g.

Table 2.

The total polyphenol contents of Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	Total polyphenol contents (mg TAE²⁾/g)
PM EtOH	41.73±0.37^3)a4)
PM DW	18.09±0.98^c
GPM EtOH	42.61±0.90^a
GPM DW	19.74±0.30^b

¹⁾ PM EtOH, Panicum miliaceum EtOH extract; PM DW, Panicum miliaceum D.W. extract; GPM EtOH, germinated Panicum miliaceumith EtOH extract; GPM DW, germinated Panicum miliaceumith D.W. extract;

²⁾ TAE, tannic acid equivaleant;

³⁾ Mean±SD (n=3);

⁴⁾ Means with different superscripts(a-c) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 3.

The DPPH radical scavenging activity of Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	DPPH radical scavenging activity (%)
PM EtOH	80.01±0.81^2)b3)
PM DW	36.45±4.35^c
GPM EtOH	86.53±0.41^a
GPM DW	33.54±0.64^c

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-c) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 4.

The ABTS radical scavenging activity of porridge Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	ABTS radical scavenging activity (%)
PM EtOH	73.92±2.36^2)b3)
PM DW	55.37±1.79^c
GPM EtOH	80.13±0.75^a
GPM DW	55.00±1.23^c

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-c) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 5.

The α-glucosidase inhibitory activity of Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	α-Glucosidase inhibitory activity(%)
PM EtOH	14.00±2.09^2)a3)
PM DW	8.45±2.75^b
GPM EtOH	18.72±3.58^a
GPM DW	15.40±1.62^a

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-c) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 6.

The ACE inhibitory activity of Panicum miliaceum and germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	ACE inhibitory activity(%)
PM EtOH	69.38±2.52^2)b3)
PM DW	40.37±4.09^c
GPM EtOH	75.30±0.42^a
GPM DW	70.59±0.56^b

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-c) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 7.

The viscosity evaluation of rice porridge prepared with germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	Viscosity
Control	18.67±0.58^a2)
GPM10	2.10±0.01^b
GPM20	1.00±0.01^d
GPM30	0.60±0.01^d

¹⁾ Control, basic porridge prepared with rice 100 g; GPM10, porridge prepared with rice 90 g and germinated Panicum miliaceum 10 g; GPM20, porridge prepared with rice 80 g and germinated Panicum miliaceum 20 g; GPM30, porridge prepared with rice 70 g and germinated Panicum miliaceum 30 g;

²⁾ Means with different superscripts(a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

Table 8.

Color values of rice porridge prepared with germinated Panicum miliaceum

Samples¹⁾	L	a	b
Control	58.60±1.10^2)a3)	-1.06±0.03^d	-2.12±0.07^d4)
GPM10	49.97±4.10^c	-0.76±0.16^c	1.27±0.18^fc
GPM20	46.37±1.14^d	-0.29±0.07^a	4.60±0.24^b
GPM30	50.20±1.94^b	-0.71±0.10^b	5.62±0.18^a

²⁾ Mean±SD (n=3);

³⁾ Means with different superscripts(a-d) in the same column are significantly different at p <0.05 by Duncan’s multiple range test.

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