Journal Search Engine
Search Advanced Search Adode Reader(link)
Download PDF Export Citaion korean bibliography PMC previewer
ISSN : 1225-8504(Print)
ISSN : 2287-8165(Online)
Journal of the Korean Society of International Agricultue Vol.29 No.4 pp.445-453
DOI : https://doi.org/10.12719/KSIA.2017.29.4.445

Changes in Content of Polyphenols and Amino Acids in Pigmented Rice Seeds during Germination

Sang-Uk Chon*, Jung-Suk Park**, Young-Han Kim***, Gi-Sik Jang****, Mi-Kyung Lee*****
*Future Agro-Food Research Institute, EFARINET Co. Ltd., Gwangju 61071, Korea
**Department of Complementary Alternative Medicine, Kwangju Women’s University, Gwangju 62396, Korea
***Goheung Local Food Enterprise Organization, Donggang-Myun, Goheung 59502, Korea
****G-Food Agricultural Corporation Company, Donggang-Myun, Goheung 59502, Korea
*****Department of Food and Nutrition, Gwangju Health University, Gwangju 62287, Korea
Corresponding author : +82-62-571-6508choncn@nate.com
20170903 20171213 20171222

Abstract

The objective of this study was to determine the changes in content of polyphenolics, flavonoids, amino acids, especially γ-aminobutyric acid (GABA), and the antioxidant activities in the methanol extracts of four different pigmented rice seeds (white, black, red, and green color) at different germination stages, dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1), 2 (GS2) and 3 days (GS3). Total phenolics content at 1000 mg/kg extract was highest in black rice, ranging from 208.3 to 257.3 mg/kg, and followed by red rice 144.7 to 185.7 mg/kg, brown rice 151.3 to 194.2 mg/kg and green rice 125.7 to 160.7 mg/kg (lowest). Total flavonoid level had same tendency to total phenolics among colored rices with significant differences, showing highest amounts (45.2 to 56.8 mg/kg) in black rice and lowest (18.8 to 23.0 mg/kg) in green rice. Total phenolics and total flavonoids levels in black and brown seeds were highest when soaked, and in red rice when nonsoaked, and in green rice when germinated for 1 day. These results showed that content of physiologically-active substances were differ depending on seed coat color, soaking or germinating degree. Content in total amino acids during germination was ranged from 136.5 to 232.0 mg/kg in green rice (highest), and 98.9 to 176.0 mg/kg in red rice (lowest). Total content of amino acids and GABA level in all seed colors were high in order of GS3 > GS1 > IS > DS. The antioxidant activity of the methanol extracts from all the seed colors concentration-dependently increased. DPPH free radical scavenging activity at 2,000 mg/kg was highest in black rice by 83.0 to 87.7%, and lowest in green rice by 44.3 to 65.7%.


유색현미의 발아과정 중 생리활성물질 및 아미노산 함량의 변화양상

천 상욱*, 박 정숙**, 김 영한***, 장 기식****, 이 미경*****
*㈜이파리넷 미래농식품연구소
**광주여자대학교 대체의학과
***고흥로컬푸드사업단
****농업회사법인 (주)지푸드
*****광주보건대학교 식품영양과

초록


    서 언

    현미(brown rice)는 정제되지 않은 전곡립(whole grain)으로 서 정제된 상태보다 인체에 유용한 각종 영양 및 생리활성 성 분이 많이 포함되어 있어 오늘날 건강지향적 소비자들의 관심 을 받으며 다양한 제품으로 응용되며 개발이 되고 있다. 현미 는 벼에서 왕겨를 제거한 상태로 과피(pericarp), 종피(seed coat), 및 호분층(aleurone layer)을 포함하는 미강과 배 (embryo), 배유(endosperm)로 이루어져 있고 이들의 구성비율 은 일반적으로 미강 5~6%, 배 2~3%, 배유 92% 정도에 해 당하기 때문에 현미를 도정하면 현미의 약 92%에 해당하는 일반 현미를 얻을 수 있다(Juliano and Bechtel, 1985). 현미 는 일반 현미에 비하여 지방, 단백질, vitamin B1과 B2가 풍 부하고 식이섬유의 함량이 약 2배 정도 높으며 칼슘과 철분을 비롯한 각종 무기질의 함량도 일반 현미보다 높기 때문에 현 미를 일반 현미로 도정할 때 도정도가 높아질수록 양적 감소 뿐만 아니라 호분층에 다량 함유되어 있는 각종 영양분의 감 소를 초래하게 된다(Champagne et al., 2004; Choe et al., 2002). 특히, 현미에는 감마오리자놀(γ-oryzanol), 옥타코사놀 (octacosanol), phytosterol (β-sitosterol), γ-aminobutyric acid (GABA), tocopherol, tocotrienol 등의 생리활성물질들을 풍부 히 함유하고 있으며 이들 생리활성물질들은 혈당 강하, 혈압 상승 억제, 콜레스테롤 저하, 항암성 및 지구력 강화 효과가 있는 것으로 보고되었다(Lin and Lai, 2011; Liu, 2007).

    현미는 적갈색에서 흑자색에 이르는 다양한 변이의 유색미 가 재배되는데, 적갈색계의 현미는 탄닌계 색소가, 흑자색계에 는 안토시아닌계 색소가 함유되어 있다(Ha et al., 1999). 그 리고 등숙기에 과피층의 엽록소 소실이 늦어 녹색을 띠는 현 미 즉 녹미도 생산된다(Kang et al., 2008). 이들 유색미에 포 함된 탄닌계 색소는 유해성 중금속 제거 및 변이원 물질 생성 을 억제시키는 등의 효능이 있으며, 안토시아닌계 색소는 항 산화, 항암 기능 등의 효능을 보유하고 있는 것으로 보고되었 다(Lee et al., 2002). 또한 엽록소는 조혈, 항암, 항염 등의 효능을 가지고 있다(Lee et al., 2002; Jeon et al., 2009). 유 색미의 일종인 흑미 또한 겉껍질만 제거된 상태로, 일반 현 미에 비해 식이섬유 함량이 높으며 비타민, 무기질 등의 영 양소 함량이 풍부하다(Defa and Meiyu, 1992). 흑미에는 polyphenols, flavonoids, anthocyanins, γ-oryzanol 등 생리활 성 성분들을 함유하고 있으며 이들은 생체에서 항산화 기능을 나타내는 것으로(Fardet et al., 2008) 알려져 있다. 흑미의 쌀 겨층에 존재하는 자홍색 색소인 anthocyanin은 cyanidin-3- glucoside, malvidin-3-glucoside와 같은 배당체를 주성분으로 구성되어 있으며 항산화 활성뿐만 아니라 항균활성, 항변이원 성, 혈전용해 활성, 노화방지 효과 등 다양한 생리활성이 있는 것으로 보고된 바 있다(Tsuda et al., 1994; Ichikawa et al., 2001).

    최근에는 이러한 현미의 꺼칠한 식감을 개선하고 밥맛을 향 상시키기 위하여 현미에 적정한 수분·온도·산소를 공급하여 0.5~2 mm 정도 싹을 틔운 다음, 발아시에 발생하는 이취·이미 를 제거하여 건조시킨 형태인 발아현미 제품이 소비자의 각광 을 받고 있다. 일반적으로 발아현미는 발아되는 과정에서 종 실에 생화학적, 이화학적 변화를 초래하여 소화율을 향상시키 고 생리활성이 높아진다. 최근에는 현미 소비활성화의 일환으 로서 현미의 단점을 극복하면서 여러 가지 영양성과 기능성을 포함한 발아현미가 각광을 받고 있으며 이러한 발아현미는 기 존 현미에 비하여 조직이 연화되어 질감 개선 및 관능성 향상 은 물론 식이섬유, ferulic acid, tocotrienols, 마그네슘, 아연, γ-oryzanol, γ-aminobutyric acid (GABA) 및 β-sitosterol 등 각종 영양·기능성 성분 및 효소들의 활성화로 인하여 건강 기 능성 물질이 활성화되거나 증가되는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 2001; Kim et al., 1998; Oh, 2002).

    GABA (γ-aminobutyric acid)는 자연계에 널리 분포하는 비 단백태 아미노산의 일종으로 흥분 억제성 신경전달물질이다. 중추신경계 전체 신경전달물질 중 약 30%를 차지하며 다른 신경전달물질에 비하여 약 200~1,000배의 고농도로 존재한 다. 동물의 경우 뇌·신장·심장·폐 등에서 발견되며 식물의 경 우 발아현미를 비롯한 발아곡류, 녹차, 배추 뿌리 등에서 많이 검출되고 있다 (Oh, 2007). GABA는 혈압상승억제, 혈중 콜 레스테롤 및 중성지방 증가 억제, 뇌의 혈류 개선, 비만 방 지, 시력증진, 항불안, 항경련 등 인체의 많은 생리적인 메카 니즘의 조절에 관여하는 것으로 알려져 있고, 성장호르몬의 분 비 조절에도 관여하며, 통증완화에도 효과가 있는 것으로 알 려져 있어 약리적으로 매우 주목 받는 물질이다 (Krogsgaard- Larsen, 1989; Leventhal et al., 2003). 이러한 GABA의 역 할로 인해 최근에는 기능성 식품소재로서의 GABA에 대한 관 심이 고조되고 있다. 식물체내 GABA의 합성은 여러 외부 환 경적 요인(기계적인 자극, 온도, 산소결핍, 수분, 스트레스)에 의해 유도되는 것으로 알려져 있다 (Shelp, 1999; Bouche and Fromm, 2004).

    유색미를 발아현미용 원료로서 이용하여 건강에도 좋으면서 도 기능성 성분이 최대로 증가되는 가공기술을 개발하고 흑미 와 적미를 포함한 발아 유색현미에 대한 소비자들의 호응도를 높이기 위해 건종자로부터 발아초기에 이르기까지 유색현미의 품질 및 기능성 성분의 변화를 검토한 연구결과는 아직 없는 실정이다. 따라서, 다양한 유색 현미인 일반 현미, 흑미, 홍 미, 녹미를 공시하여 건종자, 침종, 발아 후 1일, 2일 및 3일 된 발아 종자의 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, 아미노산 함량과 DPPH 라디컬 소거능 및 아질산염 소거능을 측정하여 비교·분석 하였다.

    재료 및 방법

    식물 재료

    전남 고흥군에서 2014년에 재배된 일반미 (“새누리”)와 유 색미 즉, 흑미(“조생흑찰”), 홍미(“자광찰벼”) 및 녹미(“녹원찰 벼”)를 수확하여 열풍건조기(Hanbaek Co., SWB-10, Korea) 로 50°C에서 건조(14% 범위)한 후, 제현기(Model SY88-TH, Ssangyong Ltd., Incheon, Korea)로 왕겨를 제거하여 현미를 만들었다. 유색 현미를 각각 1 kg씩 세척한 후, 세척한 현미의 2배 중량의 물을 준비하여 수분함량이 40~50% 정도 함유하도 록 18시간(15~24시간) 동안 침지하였다. 침지된 현미는 3일간 평균 10 mm 정도의 크기로 발아될 때까지 22±3°C 범위의 온 도 하에서 재배하였다. 일반 현미, 흑미, 홍미, 녹미의 발아율 은 각각 95%, 89%, 85%, 80%로 일반 현미가 가장 높았고 녹미가 가장 낮은 것으로 나타났다. 발아기간 중 종자는 건종 자(DS), 침종종자(IS), 발아 1일째(5 mm 길이) 종자(GS1), 발 아 2일째(7 mm 길이) 종자(GS2), 발아 3일째(10 mm 길이) 종자(GS3)로 구분하여 채취하여 다시 열풍건조기(Hanbaek Co., SWB-10, Korea)로 건조(14% 범위)하여 분쇄기(분쇄기 (C/11/1, Glenmills, USA)로 100 메쉬(mesh)의 크기로 분말화 하여 시료로 사용하였다.

    총 페놀 함량

    총 페놀 화합물 함량은 Folin-Denis 방법(Singleton and Rossi, 1965)에 따라 분석하였다. 유색 현미 추출물을 1 mg mL-1농도로 조제한 후, 이 시료액 1mL에 증류수 3 mL를 첨 가하고, Folin & Ciocalteau's phenol reagent 1 mL를 첨가 한 후 27°C shaking bath에서 혼합하였다. 5분 후 NaCO3포 화용액 1 mL를 넣어 혼합하여 실온에서 1시간 방치한 후 640 nm에서 분광광도계(UV-1650PC, SHIMADZU, Kyoto, Japan)로 흡광도를 측정하였다. 페놀 화합물 함량은 표준물질 chlorogenic acid의 농도를 이용하여 검량선을 작성한 후 정량 하였다. 단위는 추출물 kg당 정량된 화합물을 mg (mg/kg)으 로 표시하기로 한다.

    총 플라보노이드 함량

    총 플라보노이드 함량은 유색 현미 각 시료 0.1 g에 Lister et al.(1994) 변법에 따라 75% 메탄올을 가하여 실온에서 하 룻밤 동안 추출한 다음 이 검액 1.0 mL를 시험관에 취하고 10 mL의 diethylene glycol을 가하여 잘 혼합하였다. 다시 여 기에 1 N NaOH 0.1 mL를 잘 혼합시켜 37°C의 water bath 에서 1시간 동안 반응시킨 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였 다. 공시험은 시료 용액 대신 50% 메탄올 용액을 동일하게 처리하였으며, 표준곡선은 naringin(Sigma Co., St. Louis, MO, USA)을 이용하여 표준 검량곡선을 작성하고 이로부터 총 플라보노이드 함량을 구하였다.

    유리 아미노산 함량

    유리 아미노산 함량은 Kim and Ahn 방법(2014)으로 아미 노산 자동분석기 (L-8900, Hitachi, Japan)로 다음과 같은 조건 으로 분석하였다. 컬럼은 Hitachi custom ion-exchange resin 2622 (4.6 i.d. × 60 mm, particle size = 5 μm)였고, post column reaction을 위해서 lithium citrate buffer와 ninhydrin을 사용하였고 유속은 각각 0.35 mL/min, 0.30 mL/min이었다. 컬 럼온도는 30-70°C로 단계별로 승온하였고 reaction coil의 온도 는 135°C로 유지하였다. 시료는 3회 추출하여 분석한 후 평균 과 표준편차로 각 아미노산의 함량을 산출하였다.

    DPPH 활성

    HPLC에 의해 DPPH(1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl radical) scavenging activity 검정 방법(Blois, 1958)으로서 분석대상이 DPPH 용액의 흡광도(500-550 nm)와 같은 영역에 있을 경우 HPLC를 이용하여 정량적 분석조건이 가능하다. 900 μL DPPH 용액(100 μM)과 시료용액 100 μL를 혼합한 후 암조건 에서 10분 동안 반응시킨다. 900 μL DPPH 용액(100 μL)과 유색 현미 시료 추출물 또는 그 분획물을 용해한 용액(100μL) 을 혼합하여 상기방법으로 측정하여 시료가 첨가하지 않은 DPPH용액의 용출 peak의 면적으로 한다. Column : Shim pack (4.6 × 250 mm), mobile phase : MeOH-H2O (70:30, v/v), wavelength : 517 nm, flow rate : 0.8mL min-1, attenuation : 32, injection volume : 20μL의 HPLC 조건으로 실시하며 HPLC에 의한 DPPH radical-scavenging 활성은 다음과 같이 구할 수 있다. 또한 필요에 따라 활성이 50%일 때의 추출물 의 농도를 IC50값으로 나타냈다.

    A n = ( A A o ) / A o × 100

    • An : DPPH radical-scavenging 활성 (%)

    • A : 시료가 첨가된 반응용액중의 DPPH radical의 용출피크 면적

    • Ao : 시료가 첨가하지 않은 DPPH radical 용액의 용출피크 면적

    아질산염 소거능

    각 유색 현미 메탄올 추출물의 아질산염 소거작용(nitrite scavenging ability)의 측정은 1 mM NaNO220μL에 시료의 추 출액 40 μL와 0.1N HCl(pH 1.2) 또는 0.2M citrate buffer (pH 4.2) 또는 0.2 M citrate buffer(pH 6.0)을 140 μL 사용 하여 부피를 200 μL로 맞추었다. 이 반응액을 37°C 항온수조 에서 1시간 반응시킨 후 2% acetic acid 1,000 μL, Griess 시약(30% acetic acid로 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine을 1:1 비율로 혼합한 것, 사용직전에 조제) 80 μL를 가하여 잘 혼합시켜 빛을 차단한 상온에서 15분간 반응 시킨 후 520 nm에서 흡광도를 측정하여 아래와 같이 아질산 염 소거능을 구하였다(Gray and Dugan, 1975).

    N(%) = [1-(A-C)/B]×100

    • N: 아질산염 소거능

    • A: 1 mM NaNO2에 샘플 첨가 1시간 후 흡광도

    • B: 1 mM NaNO2 흡광도

    • C: 대조구 흡광도

    결과 및 고찰

    총 페놀 함량

    발아에 따른 유색 현미의 총 페놀 함량(표준물질 : chlorogenic acid)을 분석한 결과, 흑미에서 건종자, 침종자, 발 아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차의 함량은 208.3~257.3 mg/kg 범위로 가장 높게 나타났고, 그 다음이 홍미 144.7 ~185.7mg/kg, 일반 현미 151.3~194.2mg/kg, 녹미 125.7~160.7 mg/kg 순으로 나타나 녹미가 가장 낮은 함량을 보였다(Fig. 1).

    건종자에서는 흑미가 225.5 mg/kg으로 가장 높았고, 그 다 음이 홍미 185.7 mg/kg, 일반 현미 151.3 mg/kg, 녹미 125.7 mg/kg으로 나타나 녹미가 가장 낯은 함량을 보였다(Fig. 1). 침종한 종자의 경우, 흑미 257.3mg/kg, 일반 현미 194.2mg/kg, 녹미 149.0 mg/kg으로 전체적으로 건종자에 비해 유의적인 증 가가 있었으나, 홍미는 159.3 mg/kg으로 나타나 유의적으로 감 소하는 경향이 뚜렷하였다. 발아한 종자의 경우는 발아 후 일 수가 증가함에 따라 일반 현미와 흑미는 감소하였으나, 홍미 와 녹미는 증가하는 경향을 보였다(Fig. 1).

    건종자, 침종자, 발아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차에 걸친 발아과정 중에서 흑미는 침종할 때 257.3 mg/kg으로 가 장 높게 나타났고, 홍미는 건종자에서 185.7 mg/kg, 일반 현미 는 침종할 때 194.2 mg/kg, 녹미는 발아 1일차에 160.7 mg/kg 으로 가장 높은 폴리페놀 함량을 보여 종자의 발아 여부와 발 아 과정별로 유의적인 폴리페놀 함량의 차이가 있는 것으로 나타났다(Fig. 1).

    곡류에서의 발아 전후의 항산화활성 변화는 품종에 따라 달 라지는데, Lee et al.(2006)의 보고에 의하면 남풍거대배아미는 발아 처리가 총 페놀화합물의 함량에 거의 영향을 주지 않았던 반면 화청거대배아미는 발아 처리로 페놀화합물 함량이 약 2.5 배 증가하였다고 하였으며, 또한 일반미와 남풍거대배아미의 경 우 발아 처리 후 환원력은 오히려 감소하였다고 보고하였다.

    총 플라보노이드 함량

    발아에 따른 유색 현미의 총 플라보노이드 함량(표준물질 : naringin)을 분석한 결과, 흑미에서 건종자, 침종자, 발아 1일 차, 발아 2일차 및 발아 3일차의 함량은 45.2~56.8 mg/kg 범 위로 가장 높게 나타났다. 그 다음이 홍미 21.7~30.8 mg/kg, 일반 현미 16.0~24.3 mg/kg, 녹미 18.8~23.0 mg/kg 순으로 나 타나 녹미가 가장 낮은 함량을 보였다(Fig. 2).

    건종자에서는 흑미가 52.1mg/kg으로 가장 높았고, 그 다음이 홍미로 30.8 mg/kg, 일반 현미 21.0 mg/kg, 녹미 18.8 mg/kg 으로 나타나 녹미가 가장 낯은 함량을 보였다(Fig. 1). 침종한 종자의 경우, 흑미 55.9 mg/kg, 일반 현미 24.3 mg/kg, 녹미 22.6 mg/kg으로 나타나 전체적으로 건종자에 비해 유의적인 증 가를 보였으나, 특히 홍미는 22.6 mg/kg으로 건종자보다 유의 적으로 감소한 것으로 나타났다. 발아한 종자의 경우는 전체 유색미에서 발아 후 일 수가 증가함에 따라 총 플라보노이드 함량은 감소하는 경향을 보였다(Fig. 2).

    건종자, 침종자, 발아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차에 걸친 발아과정 중에서 흑미는 침종할 때 257.3 mg/kg으로 가 장 높게 나타났고, 홍미는 건종자에서 185.7 mg/kg, 일반 현 미는 침종할 때 194.2 mg/kg, 녹미는 발아 1일차에 160.7 mg/kg으로 가장 높은 폴리페놀 함량을 보여 종자의 발아 여 부와 발아 과정별로 총 플라보노이드 함량에 있어서 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났다(Fig. 2).

    Sung et al.(2013)의 연구 결과에 의하면 큰눈벼에서는 발아 후 항산화 성분인 polyphenol 함량이 증가하였으나 일품벼에 서는 반대로 감소한 것으로 나타난 바, 이전에 보고된 Choi et al.(2006)가 발표한 심명흑찰벼의 경우 발아 후 항산화활성 이 감소하였다고 보고와 유사한 결과를 나타났다. 이런 현상 은 품종간에 차이가 있을 수 있는 것으로 해석된다. 한편, 총 flavonoid 함량의 경우, 큰눈벼와 일품벼 모두 발아 후의 총 flavonoid 함량이 감소하는 것으로 나타났다. 특히 발아 후 일 품벼의 총 flavonoid 함량 감소율은 발아 후 총 polyphenol 함량의 감소율보다 더 높게 측정되었는데, 이 또한 수용성 flavonoid 성분들이 발아과정 중 침지수 및 발아수에 용출되어 져 나가기 때문인 것으로 사료된다고 하였다(Sung et al., 2013).

    아미노산 함량

    건종자, 침종자, 발아 1일차 및 발아 3일차에 조사된 유색 현미의 발아과정에서 아미노산 함량 변이는, 일반 현미의 총 아미노산 함량은 84.9~208.4 mg/kg 범위였고, 흑미는 110.6 ~230.7 mg/kg, 홍미는 98.9~176.0 mg/kg, 녹미는 136.5~232.0 mg/kg범위로 녹미가 가장 높았고. 그 다음이 흑미, 일반 현 미, 홍미 순으로 나타나 홍미가 가장 낮은 함량을 보였다 (Table 1~4).Table 2Table 3

    건종자에서는 녹미가 136.5 mg/kg으로 가장 높았고, 그 다 음이 흑미로 110.6 mg/kg, 홍미 98.9 mg/kg, 일반 현미 84.9 mg/kg으로 나타나 일반 현미가 가장 낯은 함량을 보였다. 침 종한 종자의 경우, 녹미 157.8 mg/kg로 가장 높았고, 흑미 151.8 mg/kg, 홍미 138.9 mg/kg, 일반 현미 85.3 mg/kg으로 나타나 전체적으로 건종자에 비해 각각 16%, 37%, 41%, 1% 증가하여 홍미가 가장 높은 증가를 보였다. 한편, 발아한 종자 의 경우는 전체 유색미에서 발아 후 일 수가 증가함에 따라 총 아미노산 함량은 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. 일 반 현미의 발아 1일차 및 발아 3일차에서 총 아미노산 함량은 각각 196.7과 208.4 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 132와 146% 증가하였고, 흑미는 각각 178.0과 230.7 mg/kg으로 건 종자에 비해 각각 62와 109% 증가하였고, 홍미는 각각 167.9 과 176.0 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 70과 78% 증가하였 고, 녹미는 각각 179.1과 232.0 mg/kg으로 건종자에 비해 각 각 31과 70% 증가한 것으로 나타났다. 즉, 발아 1일차 및 발 아 3일차에서 총 아미노산 함량은 흑미에서 가장 높았고, 홍 미에서 가장 낮았고, 건종자에 비해 발아 3일차의 총 아미노 산 함량 증가는 일반 현미에서 가장 높았고 그 다음이 흑미, 홍미, 녹미 순으로 나타났다. 따라서 유색미 현미의 발아 중 총 아미노산 함량은 건종자 < 침종종자 < 발아1종자 < 발아 3종자 순으로 높았다(Table 1~4).

    Komatsuzaki et al.(2007)의 연구에 의하면, 각각 미발아 현 미와 발아 현미의 GABA 함량이 73±0.5, 101±3.6μg/g임을 나타내었으며 본 연구의 건종자, 침종종자 및 발아 현미의 GABA 함량보다 높은 수치였다. 이는 현미의 품종과 재배환 경이 다르고, 발아 현미의 경우 발아 조건이 다른 점으로부터 기인하는 것으로 보여진다. 발아시켰을 때 현미보다 발아 현 미의 GABA 함량이 증가하는 결과는 Choi et al.(2009)의 연 구와도 일치하는데, 현미를 각각 1일, 3일 동안 발아시켰을 때 건종자나 침종종자 현미보다 GABA의 함량이 증가하는 결과 를 보여 주고 있으며, Kum et al.(2004)은 현미의 발아 후에 GABA 함량이 60% 증가하였다고 보고하였고 Choi et al.(2009)의 연구 결과에서도 현미의 상태인 일반 특수미를 2 일간 발아시켰을 때, GABA의 함량이 유의적(p<0.05)으로 10 배 이상 증가됨을 보고 하였다. 한편, Matsuyama et al. (2009)은 대두를 발아시킨 후 GABA의 함량이 증가함을 보고 하였다. 따라서 본 결과를 통해 발아 후 GABA의 함량이 증 진됨을 알 수 있었다.

    유색 현미의 건종자에 함유된 아미노산 중에서 glutamic acid, aspartic acid, serine이 각각 32.3~52.5 mg/kg, 13.5~25.4 mg/kg, 6.3~11.0 mg/kg으로 가장 높은 함량을 보였으며, 침종 자와 발아종자에서도 가장 높은 함량을 보였다. 또한 유색미 의 침종과 발아에 따른 12종의 아미노산 함량은 뚜렷하게 증 가하였으나 aspartic acid는 감소한 것으로 나타났다. 특히, 유 색미 현미의 발아 중 총 GABA 함량 건종자 < 침종종자 < 발아1종자 < 발아3종자 순으로 높게 나타났다. 건종자에서는 GABA 함량은 일반 현미가 8.5 mg/kg으로 가장 높았고, 그 다음이 녹미로 5.6 mg/kg, 흑미 3.9 mg/kg, 홍미 2.8 mg/kg으 로 나타나 홍미가 가장 낯은 함량을 보였다. 침종한 종자의 경우, 일반 현미 9.7 mg/kg로 가장 높았고, 녹미 6.4 mg/kg, 흑미 6.5 mg/kg, 홍미 5.2 mg/kg로 나타나 전체적으로 건종자 에 비해 각각 15%, 13%, 65%, 85% 증가하여 홍미가 가장 높은 증가를 보였다. 한편, 발아한 종자의 경우는 전체 유색미 에서 발아 후 일 수가 증가함에 따라 총 아미노산 함량은 유 의적으로 증가하는 경향을 보였다. 일반 현미의 발아 1일차 및 발아 3일차에서 GABA 함량은 각각 11.6과 17.5 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 37과 107% 증가하였고, 흑미는 각각 7.5 와 16.0 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 92와 307% 증가하였 고, 홍미는 각각 7.8과 14.0 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 180과 401% 증가하였고, 녹미는 각각 7.2와 9.3 mg/kg으로 건종자에 비해 각각 28과 66% 증가한 것으로 나타났다. 즉, 발아 1일차 및 발아 3일차에서 GABA 함량은 일반 현미에서 가장 높았고, 녹미에서 가장 낮았으나 건종자에 비해 발아 3 일차의 총 아미노산 함량 증가는 홍미에서 가장 높았고 그 다 음이 흑미, 일반 현미, 녹미 순으로 나타났다. (Table 1~4).

    유사한 연구로서 Oh(2003)는 증류수로 발아시킨 현미가 발 아전보다 GABA 함량이 1.5배 증가하였다고 보고하였으며, Choi et al.(2004)은 현미 발아 8시간 경과 후 GABA 함량이 185.4 nmol/g에서 339.9 nmol/g으로 증가하는 것을 각각 보 고한바 있다. 또한 Choi et al.(2009)은 큰눈, 고마이, 백진주, 일품, 신명흑찰, 설갱 등 6품종의 벼 발아 전후의 GABA 함 량을 비교하였을 때, 일품벼와 큰눈벼가 발아 전 각각 259.8 nmol/g과 564.6 nmol/g에서 발아 후 각각 2659.4 nmol/g, 8316.0 nmol/g의 GABA 함량 증가를 보고하여 본 연구와 유 사한 결과를 나타내었다. Sung et al.(2013)의 연구 결과도 큰 눈벼와 일품벼의 현미는 발아 과정을 통해 GABA 함량이 증 가하였으며, 특히 일품벼의 미강층에서 발아 후 가장 큰 증가 율을 나타내었다고 보고하여 본 연구를 뒷받침해 주고 있다.

    DPPH 활성

    발아에 따른 유색 현미의 DPPH radical 소거능을 분석한 결과, 추출물 농도 2,000 mg/kg를 기준으로 일반 현미에서 건 종자, 침종자, 발아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차의 활성 은 64.4~77.5% 범위였고, 흑미는 83.0~87.7%, 홍미는 88.2~91.7%, 녹미는 44.3~65.7%를 나타나 홍미, 흑미, 일반 현미, 녹미 순으로 홍미가 가장 높았고, 녹미가 가장 낮은 활 성을 보였다(Fig. 3).

    건종자에서는 홍미가 90.7%로 가장 높았고, 그 다음이 흑미 83.0%, 일반 현미 74.1%, 녹미 59.1%로 나타나 녹미가 가장 낯은 활성을 보였다. 침종한 종자의 경우, 홍미 91.7%, 흑미 83.2%, 일반 현미 77.5%, 녹미 54.3%로 같은 경향을 보였으 나 홍미, 흑미, 일반 현미는 증가하였으나 녹미는 감소하는 경 향을 보였다. 한편 발아한 종자의 경우는 발아 후 일 수가 증 가함에 따라 흑미와 녹미는 증가하였으나, 일반 현미와 홍미 는 감소하는 경향을 보였다(Fig. 3).

    각 유색미별 발아과정 중의 DPPH radical 소거능 활성은 일반 현미와 흑미는 발아 3일차에서, 홍미는 건종자, 침종자, 발아 1일차와 발아 2일차에서, 녹미는 발아 2일차 및 발아 3 일차에서 각각 유의적인 차이를 보여 유색미간 또는 발아과정 별로 다른 활성을 보이는 것으로 나타났다. Choi et al.(2009) 은 품종별 현미를 발아시킨 뒤 항산화 함량을 측정해 본 결과 신명흑찰을 제외하곤 통계적으로 유의적 차이를 나타내지 않 음을 알 수 있었다. 신명흑찰벼의 경우 발아 후 그 항산화 활 성이 감소하였는데 이는 발아 공정에서 신명흑찰의 주요 항산 화 성분인 수용성 안토시아닌 색소가 침지수 및 발아수에 용 출되어 발아 전 현미에 비해 활성이 감소된 것으로 생각된 다. 비록 신명흑찰의 경우 발아 후 그 활성이 상당히 저하되 었으나 다른 품종에 비해 높은 활성을 나타내었다. Lee et al.(2004)은 발아 거대배아미의 생리활성 효과를 연구하였는데 일반현미와 남풍거대배아미의 경우 발아 후 환원력이 감소하 는 반면에 화청거대배아미는 그 활성이 증가하는 결과를 보고 하였다. 또한 곡류 내 주요 항산화 지표 물질인 폴리페놀 함 량도 화청거대배아미에서만 증가하는 결과를 보고하였다.

    NSA 활성

    발아에 따른 유색 현미의 아질산염 소거능을 분석한 결과, 건종자, 침종자, 발아 1일차 및 발아 3일차에서 흑미 현미가 각각 34.6, 32.0, 39.5 및 44.1%로 가장 높게 나타났다. 한편, 건종자 중에서 흑미가 34.6%로 가장 높았고, 그 다음이 일반 현미, 녹미, 홍미 순으로 홍미가 21.1%로 가장 낮게 나 타났다. 침종자 중에서 흑미, 일반 현미, 홍미, 녹미 순으로 흑 미가 32.6%로 가장 높았고 녹미가 22.9%로 가장 낮았다. 발 아 1일차와 3일차에서는 흑미, 일반 현미, 홍미, 녹미 순으로 높은 활성을 보였다(Fig. 4). 하지만 건종자, 침종자, 발아 1일 차에서는 유색미별 아질산염 소거능의 유의적인 차이는 인정 되지 않았으나 발아 3일차에서 유색미별 아질산염 소거능은 유의적인 차이를 보였다.

    본 연구는 발아에 따른 일반 현미, 흑미, 홍미, 녹미 4가지 유색 현미의 폴리페놀 함량, 플라보노이드 함량, 아미노산 함 량과 DPPH 라디컬 소거능 및 아질산염 소거능을 측정하여 발아 과정 중의 유색 현미를 식품학적 소재로서 생리활성물질 의 변화를 알아보고자 수행하였다. 총 페놀 함량과 총 플라보 노이드 함량을 분석한 결과, 4가지 유색미 모두가 발아 전보 다는 발아 후에 그 함량이 감소된 것으로 나타났고, 발아 중 총 아미노산과 GABA 함량은 발아 전보다는 발아 후 일수가 증가할수록 높은 함량을 보였다. 유색현미의 발아 중 DPPH radical 소거능에 의한 항산화능은 흑미와 녹미는 발아 전보다 증가하였으나, 일반 현미와 홍미는 감소하는 경향을 보였다. 유색미에 따라서 생리활성이 밝혀진 폴리페놀 화합물이 다량 존재함을 확인하였고 함량의 변화는 발아 전보다는 발아 후에 감소하는 것으로 나타났으나, 혈압상승억제, 혈중 콜레스테롤 및 중성지방 증가 억제, 뇌의 혈류 개선, 비만 방지, 시력증 진, 항불안, 항경련 등 인체의 많은 생리적인 메카니즘의 조절 에 관여하는 것으로 알려져 있는 GABA 성분 함량은 발아 전보다는 후에 뚜렷하게 증가하는 경향을 보였다. 이를 규명 하기 위해서 향후 본 연구를 바탕으로 유색미의 색소와 연관 된 생리활성 및 효소활성 변이 등에 관해 면밀한 검증 연구가 필요할 것으로 사료된다.

    적 요

    발아에 따른 유색 현미의 총 페놀 함량(표준물질 : chlorogenic acid)을 분석한 결과, 흑미에서 건종자, 침종자, 발 아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차의 함량은 208.3~257.3 mg/kg 범위로 가장 높게 나타났고, 그 다음이 홍미 144.7 ~185.7 mg/kg, 일반 현미 151.3~194.2 mg/kg, 녹미 125.7~160.7 mg/kg 순으로 나타나 녹미가 가장 낮은 함량을 보였다. 총 플 라보노이드 함량(표준물질 : naringin)을 분석한 결과, 흑미에 서 건종자, 침종자, 발아 1일차, 발아 2일차 및 발아 3일차의 함량은 45.2~56.8 mg/kg 범위로 가장 높게 나타났다. 그 다음 이 홍미 21.7~30.8 mg/kg, 일반 현미 16.0~24.3 mg/kg, 녹미 18.8~23.0 mg/kg 순으로 나타나 녹미가 가장 낮은 함량을 보 였다. 흑미와 일반 현미는 침종할 때, 홍미는 건종자에서 녹미 는 발아 1일차에 가장 높은 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량 을 보였고 종피 색, 침종 유무와 발아 과정별로 유의적인 함 량 차이가 있는 것으로 나타났다. 일반 현미의 발아과정 총 아미노산 함량은 84.9~208.4 mg/kg 범위였고, 흑미는 110.6 ~230.7 mg/kg, 홍미는 98.9~176.0 mg/kg, 녹미는 136.5~232.0 mg/kg범위로 녹미가 가장 높았고. 그 다음이 흑미, 일반 현 미, 홍미 순으로 나타나 홍미가 가장 낮은 함량을 보였고 발 아 중 총 아미노산과 GABA 함량은 건종자 < 침종종자 < 발아1종자 < 발아3종자 순으로 높았다. 발아기간 중 유색 현 미의 추출물 농도 2,000 mg/kg에서 DPPH radical 소거능은 일반 현미에서 64.4~77.5% 범위였고, 흑미는 83.0~87.7%, 홍 미는 88.2~91.7%, 녹미는 44.3~65.7%를 나타나 홍미가 가장 높았고, 녹미가 가장 낮은 활성을 보였다.

    ACKNOWLEDGMENTS

    본 연구는 고흥로컬푸드 향토사업단의 <2015년 고흥틈새작 물 농식품 다변화 사업>과 관련한 상품화지원 사업 연구비 지 원에 의하여 수행되었으며, 이에 감사를 드립니다.

    Figure

    KSIA-29-445_F1.gif

    Total phenolics content of methanol extracts from dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1), 2 (GS2) and 3 days (GS3) with different seed colors, brown, black, red, and green seeds. Means with the same letter are not significantly different (p < 0.05).

    KSIA-29-445_F2.gif

    Total flavonoids level of methanol extracts from dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1), 2 (GS2) and 3 days (GS3) with different seed colors, brown, black, red, and green seeds. Means with the same letter within a column are not significantly different (p < 0.05).

    KSIA-29-445_F3.gif

    DPPH radical scavenging activity of methanol extracts from different germinating seeds, dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), germinated seeds for 1 day (GS1) and for 3 days (GS3) with different seed colors, black, red, brown and green seeds. Means with the same letter within a column are not significantly different (p < 0.05).

    KSIA-29-445_F4.gif

    Nitrite scavenging activity of methanol extracts from dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1), 2 (GS2) and 3 days (GS3) with different seed colors, brown, black, red, and green seeds. Means with the same letter within a column are not significantly different (p < 0.05).

    Table

    Amino acids content of dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1) and 3 days (GS3) of brown rice.

    Amino acids content of dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1) and 3 days (GS3) of black rice.

    Amino acids content of dry seeds (DS), imbibed seeds (IS), and germinated seeds for 1 (GS1) and 3 days (GS3) of red rice.

    Amino acids content of dry seeds (DS), imbibed seeds(IS), and germinated seeds for 1 (GS1) and 3 days (GS3) of green rice.

    Reference

    1. BloisM.S. (1958) Antioxidant determinations by use of a stable free radical. , Nature, Vol.26 ; pp.1199-1200
    2. BoucheN. FrommH. (2004) GABA in plants: just a metabolite. , Trends Plant Sci., Vol.9 ; pp.110-115
    3. ChampagneE.T. WoodD.F. JulianoB.O. BechtelD.B. , ChampagneE.T. (2004) Rice Chemistry and Technology., AACC, ; pp.93-96
    4. ChoeJ.S. AhnH.H. NamH.J. (2002) Comparison of nutritional composition in Korean rices. , J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., Vol.31 ; pp.885-892
    5. ChoiH.D. ParkY.K. KimY.S. ChungC.H. ParkY.D. (2004) Effect of pretreatment conditions on I3-aminobutyric acid content of brown rice and germinated brown rice. , Korean J. Food Sci. Technol., Vol.36 ; pp.761-764
    6. ChoiI.D. KimD.S. SonJ.G. YangC.G. ChunJ.Y. KimK.J. (2006) Physicochemical properties of giant embryo brown rice (Keunnunbyeo). , Agric. Chem. Biotechnol., Vol.49 ; pp.95-100
    7. ChoiY. JeonG. KongS. LeeJ. (2009) Changes in GABA content of selected specialty rice after germination. , Food Eng. Prog., Vol.13 ; pp.154-158
    8. DefaG. MeiyuX. (1992) A study on special nutrient of purple glutinous rice. , Zhongguo Nong Ye Ke Xue, Vol.25 ; pp.36-41
    9. FardetA. RockE. RemesyC. (2008) Is the in vitro antioxidant potential of whole-grain cereals and cereal products well reflected in vivo? , J. Cereal Sci., Vol.48 ; pp.258-276
    10. GrayJ.I. Jr. DuganL.R. (1975) Inhibition of N-nitrosamine formation in model food systems. , J. Food Sci., Vol.40 ; pp.981-984
    11. HaT.Y. ParkS.H. LeeC.H. LeeS.H. (1999) Chemical composition of pigmented rice varieties. , Korean J. Food Sci. Technol., Vol.31 ; pp.336-341
    12. IchikawaH. IchiyanagiT. XuB. YoshiiY. NakajimaM. KonishiT. (2001) Antioxidant activity of anthocyanin extract from purple black rice. , J. Med. Food, Vol.4 ; pp.211-218
    13. JeonH.Y. KimJ.K. SeoD.B. LeeS.J. (2009) Effects of chlorophyll a on UVB-induced cellular resposes and type pN collagen synthesis in vitro. , Korean J. Food Sci. Technol., Vol.41 ; pp.700-705
    14. JulianoB.O. BechtelD.B. (1985) The rice grain and its gross composition., The American Association of Cereal Chemists, Inc, ; pp.17
    15. KangS.Y. ShinI.C. KimD.S. LeeG.J. KimJ.B. LeeD.Y. LeeS.Y. LeeD.J. (2008) A new green-kerneled glutinous rice mutant variety, ?~Nogwonchalbyeo ?(tm) developed by gamma ray irradiation. , Yugjong Haghoeji, Vol.40 ; pp.303-307
    16. KimS.L. SonY.K. SonJ.R. HurH.S. (2001) Effect of germination condition and drying methods on physicochemical properties of sprouted brown rice. , Hangug Jagmul Haghoeji, Vol.46 ; pp.221-228
    17. KomatsuzakiN. TsukaharaK. ToyoshimaH. SuzukiT. ShimizuN. KimuraT. (2007) Effect of soaking and gaseous treatment on GABA content in germinated brown rice. , J. Food Eng., Vol.78 ; pp.556-560
    18. Krogsgaard-LarsenP. , WilliamsM. GlennonR.A. TimmermansP.M. (1989) Receptor Phamacology Funtion., Dekker, Inc., ; pp.349-383
    19. KimH.R. AhnJ.B. (2014) Analysis of Free Amino Acids and Polyphenol Compounds from Lycopene Variety of Cherry Tomatoes. , Korean Journal of Culinary Research, Vol.20 (3) ; pp.37-49
    20. KimS.S. KimY.K. LeeW.J. (1998) Microwave vacuum drying of germinated brown rice as a potential raw material for enzyme food. , Korean J. Food Sci. Technol., Vol.30 ; pp.1107-1113
    21. KumJ.S. ChoiB.K. LeeH.Y. ParkJ.D. ParkH.J. (2004) Physicochemical properties of germinated brown rice. , Korean J. Food Preserv., Vol.11 ; pp.182-188
    22. LeeY.R. KangM.Y. KohH.J. ChinJ.H. NamS.H. (2004) Screening of physiological functionality of germinated giant embryonic rices. , J. Korean Soc. Appl. Biol. Chem., Vol.47 ; pp.216-221
    23. LeeY.S. ChoJ.M. RheeC.O. (2002) Physicochemical properties of pigmented rice (Suwon-415). , Korean J. Food Sci. Technol., Vol.34 ; pp.842-845
    24. LeventhalA.G. WangY.C. PuM.L. ZhouY.F. MaY. (2003) GABA and its agonists improved visual cortical function in senescent monkeys. , Science, Vol.300 ; pp.812-815
    25. LinP.Y. LaiH.M. (2011) Bioactive compounds in rice during grain development. , Food Chem., Vol.127 ; pp.86-93
    26. ListerC.E. LancasterJ.E. SuttonK.H. WalkerJ.R. (1994) Developmental changes in the concentration and composition of flavonoids in skin of a red and a green apple cultivar. , J. Sci. Food Agric., Vol.64 ; pp.155-161
    27. LiuR.H. (2007) Whole grain phytochemicals and health. , J. Cereal Sci., Vol.46 ; pp.207-219
    28. MatsuyamaA. YoshimuraK. ShimizuC. MuranoY. TakeuchiH. IshimotoM. (2009) Characterization of glutamate decarboxylase mediating I3-amino butyric acid increase in the early germination stage of soybean (Glycine max [L.] Merr). , J. Biosci. Bioeng., Vol.107 ; pp.538-543
    29. OhS.H. (2003) Stimulation of I3-aminobutyric acid synthesis activity in brown rice by a chitosan/glutamic acid germination solution and calcium/calmodulin. , J. Biochem. Mol. Biol., Vol.36 ; pp.319-325
    30. OhS.H. (2007) Effects and applications of germinated brown rice with enhanced levels of GABA. , Food Sci. Ind., Vol.40 ; pp.41-46
    31. OhY.S. (2002) Study on nutritional properties of sprouting brown rice. MS thesis, Kongju Nation University,
    32. ShelpB.J. BownA.W. McLeanM.D. (1999) Metabolism and functions of gamma-aminobutyric acid. , Trends Plant Sci., Vol.4 ; pp.446-452
    33. SingletonV.L. RossiJ.A. (1965) A colorimetry of total phenolics with phosphomolybdic-phosphotungstic acid reagents. , Am. J. Enol. Vitic., Vol.16 ; pp.144-158
    34. SungJ.H. LeeJ.S. OhS.K. LeeJ.S. ChoiW.S. (2013) Changes in phytochemical content and antiproliferative activity of germinated geunnun and ilpum rice varieties. , J. Korean Soc. Food Sci. Nutr., Vol.42 (7) ; pp.1157-1161
    35. TsudaT. WatanabeM. OhshimaK. NorinobuS. ChoiS.W. KawakishiS. OsawaT. (1994) Antioxidative activity of the anthocyanin pigments cyanidin 3-O-I -D-glucoside and cyanidin. , J. Agric. Food Chem., Vol.42 ; pp.2407-2411