서 언
콩에 함유된 단백질의 함량은 약 40%정도로(Kim et al., 1995), 25~45%의 범위에 있으며, 11S인 Glycinin과 7S인 β- conglycinin이 주된 분획으로 이루어져 있다(Derbyshire et al., 1976). 콩의 단백질은 식물 단백질 중 영양적으로 우수하고 물 리화학적 기능이 우수하여(Ju, 1985), 육종 목표로서 식용 콩의 단백질 함량을 높이고, 단백질 특성을 개선시키는 성분개량 및 고기능성 품종개발에 있다(Kim et al., 1995). 현재 우리나라 에서는 고단백 콩 육종과 관련하여 단백콩과 새단백콩이 개발 되었으며, 해외에서도 여교잡 및 순환선발법을 이용한 품종개 발이 계속 시도되고 있다(Wilcox, 1998). 품종 간 단백질의 함량 변이가 환경에 의한 변이 폭보다 더 크며 주로 생식 생 장기에 저온에서 성숙했을 때 단백질을 더 많이 축적한다고 보고되었다(Schutz & Bernard, 1967;Shorter et al., 1977;Wolf et al., 1982;Wilson, 2004). 콩 유전자원의 단백질 함 량을 조사한 결과, 건물중 대비 34~57% 범위에서 변이를 보 였고(Wilson, 2004), 단백질 함량과 수량은 부의 상관이었다 (Cober and Voldeng, 2000). 미국 FDA에서는 하루 25g의 콩 단백질 섭취하면 심장병 위험을 감소시킬 수 있다는 Soy Protein Health Claim을 인정하였으며, 이후 콩 식품은 서양인 의 식생활에 매우 빠르게 침투하였다(Fukushima, 2000). 콩에 서 단백질은 가장 많이 함유된 성분 중 하나로, 단백질의 함 량 및 품질을 향상시키는 것이 현재 국내 콩 육종사업의 중요 한 목표 중의 하나로 자리 잡았다(Im et al., 2008).
한국 콩 육성품종, 야생종 및 재래종의 지방과 지방산 함량 을 분석하여 유용 유전자원을 탐색하려는 시도가 지속적으로 이루어지고 있다. 우리나라의 콩 수집종의 지방함량은 평균 17.4%이며 최고함량은 21.7%였다(Kwon, 1972). 반면 야생콩 132점의 조지방 함량을 조사하였을 때 평균 9.3%로 일반 재 배종 콩에 비하여 낮으며(Yun et al., 2005), 외국도입 콩 품 종의 지방함량이 20% 내외로 한국 주요 품종에 비하여 다소 높다고 보고되었다(Yoon et al., 1984). 국내 주요 콩 46품종 의 지방함량은 평균 18.2%로 나타났으며(Choung, 2006), 콩 의 지방함량과 수량간의 관계에서는 지방함량의 수준에 따라 서 다른 것으로 보고되고 있는데, 지방함량이 18.0%일 때는 수량과 정의상관을 보이나, 22.5%를 초과하면 부의 상관을 보 인다고 보고되었다(Wang, 2006).
콩의 지방은 매우 유용한 5종 이상의 지방산으로 구성되어 있는데, 이 중 palmitic(16:0), stearic(18:0), oleic(18:1), linoleic (18:2) 및 linolenic acid(18:3)의 함량과 조성비는 유지의 물리 화학적 특성뿐만 아니라 유지의 용도를 결정하는 아주 중요한 요인이 된다. 지방산은 포화지방산(palmitic acid 12%, stearic acid 4%)이 16%, 불포화지방산(oleic acid 23%, linoleic acid 53%, linolenic acid 8%)이 84%로 구성되어 있다(Fehr, 2007;Lee et al., 2007). 포화지방산(Palmitic acid + Stearic acid)의 함량이 7.5% 이하 때 저포화지방산으로 분류하는데 (Fehr, 2007), 포화지방산은 콜레스테롤 생성과 연관된 건강상 위험인자의 하나이기 때문에 콩에서는 Palmitic acid와 Stearic acid의 함량을 감소시키는 것이 콩의 품질을 개량하기 위한 육 종의 목표로 자리 잡았다(Lee et al., 2007). 한편 불포화지방 산인 Oleic acid의 함량이 높은 지방은 산화안정성이 높아 가 공적성이 좋아서 바이오디젤, 윤활제 및 접착제로 이용되고 있 다. Linolenic acid는 인체에서 합성되지는 못하고, 신진대 사에 일정한 촉진작용을 하고 있으나 필수지방산에는 속하 지 않으며, 3개의 이중결합이 있어 불안정하고 쉽게 산화되 기 때문에 지방과 가공제품의 품질 및 영양적 가치를 저하시 킨다(Liu and White, 1992). 현재 콩 육종가들은 Linoleic, Linolenic acid의 함량을 줄이고 Oleic acid의 함량을 증가 시켜 산화안전성이 높은 이용성 및 용도를 다양화하기 위해 지방산 조성을 개선하는 노력을 지속적으로 하고 있다 (Rahman et al., 2001).
필수 지방산인 linoleic acid(ω-6)와 linolenic acid(ω-3)가 결핍되면 인간의 건강에 유해하기 때문에 linoleic acid(ω-6)와 linolenic acid(ω-3)와의 함량 균형비는 인간의 영양에 매우 중 요하다(Liu & White, 1992). 특히 콩에 들어 있는 linoleic acid의 결핍 시 성장저하, 발육부진, 시력저하, 학습능력 저하 및 순환기 질환 등을 유발하는 것으로 보고되어있다(Gebauer et al., 2006). 일반적으로 linoleic acid(ω-6) 지방산을 linolenic acid(ω-3)보다 10배에서 많게는 50배 정도 더 많이 섭취하고 있어 심장병, 암, 염증, 면역관련 질병 등에 노출된다. 건강상 지방산의 섭취비율은 2(ω-6):1(ω-3)이 가장 이상적인 것으로 알려져 있다(Connor, 2000;Brouwer et al., 2004;Gebauer et al., 2006). 콩은 ω-3 지방산인 linolenic acid 함량은 낮고 (8~9%), ω-6 지방산인 linoleic acid 함량은 7배 정도 높기 때문에 상대적으로 linolenic acid 함량을 높이고 linoleic acid 의 함량을 낮추어 ω-3 지방산의 섭취를 높임으로써 필수지방 산의 균형 섭취에 기여할 필요가 있다(Abel et al., 2004). 따 라서 본 연구는 국내 콩 품종의 단백질, 지방 및 지방산에 대 한 함량의 변이를 구명하여 고품질 콩 품종 육성 및 육종의 기초자료로 이용하고자 진행하였다.
재료 및 방법
1. 시험재료 및 재배방법
시험품종으로는 1913년부터 2013년까지 국내에서 육성된 172품종, 육성기관별로는 농촌진흥청 국립식량과학원에서 육 성된 139품종, 농업기술원(경기도 농업기술원, 강원도 농업기 술원)에서 육성된 12품종, 대학(경북대학교, 경상대학교, 영남 대학교, 서울대학교)에서 육성된 13품종, 연구소(한국원자력연 구원)에서 육성된 3품종 및 회사(소이벤처)에서 육성된 5품종 이다(Table 1). 2014년 5월 28일에 충북대학교 농업생명환경 대학 전작포장에서 휴폭 70 cm, 주간 15 cm로 1주당 3립씩 파종하였고, 초생엽이 전개되었을 때, 1주당 2개채씩 남기고 솎아주었다. 시비는 콩 복비 50 kg/10 a(N : P2O5 : K2O=3 : 3 : 3.4 kg/10 a)를 전량기비로 하였으며, 기타 재배관리는 농 촌진흥청 콩 표준재배법에 준하였다. 수확한 시험품종 종실 시 료는 건조 후 –20°C의 냉동고에서 보존하였다.
2. 종실의 단백질 함량 분석
종실의 단백질 함량은 micro-Kjeldahl법을 이용하여 분석하 였다. 콩 종실을 grinder(BCG-528 MODERN, SUPREME ELECTRIC)와 막자사발로 곱게 분쇄 한 뒤, 분쇄된 콩 종실 시료 0.5 g을 칭량하여 분해관에 넣고, 황산(H2SO4) 20 ml와 촉매제(CuSO4 + K2SO4)를 첨가 후 415°C의 분해기(HDGPro/ MA)에서 2시간 분해 후 30분간 상온에서 냉각하였다. 그 후 자동 kjeldahl 증류장치(HKD-Pro)를 이용하여 증류 한 뒤 Boric acid에 흡착된 암모니아 황산 표준용액(0.1N)으로 적정 하였다. 단백질 함량은 3반복으로 분석하였다.
3. 종실의 지방함량 및 지방산 조성 분석
가. 지방
Soxhlet 추출법을 이용하여 조지방을 정량하였다. 수기의 항 량(W0) 도달을 위하여 깨끗이 세척한 뒤 105°C의 건조기에서 2~4시간 정도 건조한 뒤 데시케이터에서 30분 방냉 후 실온 에 도달하면 무게를 칭량하였다. 이 과정을 수기의 항량이 될 때까지 반복하여 칭량하였다. 이후 콩 종실을 grinder (BCG- 528 MODERN, SUPREME ELECTRIC)와 막자사발로 곱게 분쇄 한 뒤, 분쇄된 콩 종실 3g을 원통여과지에 담은 뒤 Soxhlet 장치에 설치하고, 항량에 도달한 수기에 추출용매 에 틸에테르 200 ml를 첨가하여 40°C의 항온수조에서 6시간 가 열해 조지방을 추출하였다. 추출이 끝난 후 Soxhlet 장치를 분 리하여 감압농축기를 통해 수기에 남아있는 에틸에테르를 완 전히 제거한 후 수기를 105°C의 건조기에서 1시간, 데시케이 터에서 30분간 방냉 후 칭량하였다. 조지방 함량은 3반복으로 분석하였으며 다음과 같이 계산하였다.
나. 지방산 조성
지방산 조성분석은 조지방을 분석한 oil에서 추출된 50 μl와 반 응시약 (methanol : heptane : benzen : 2,2-dimethoxypropane : H2O4 = 37 ml : 36 ml : 20 ml : 5 ml : 2 ml) 2 ml를 vial 에 넣어 혼합한 뒤 80°C의 heating block에서 20분간 반응시 킨 뒤 냉장 보관하였다. 분석하기 바로 직전 꺼내 두 개의 층 중 상등액 800 μl를 취하여 GC용 vial에 옮겨 넣고 GC (Agilent 6850)에 주입하여 지방산 조성을 분석하였다. 지방산 조성분석은 3반복으로 실행하였으며, GC 분석은 HPINNOWAX 19091N-133 (30 m × 0.25 mm, 0.25 μm) column 을 사용하였다. 분석 조건은 Oven의 초기 온도를 150°C에서 5분 동안 유지한 후 분당 5°C씩 상승시켜 230°C로 유지시켰 다. 시료 주입구의 온도는 250°C이며 시료 검출기의 온도는 280°C를 유지시켰다. 이동상인 질소 가스는 분당 1.3 ml의 유 속을 유지하고, 주입량의 분할 비율은 50 : 1로 하여 시료 1 μl를 주입시켜 분석하였다. 지방산 조성의 분석은 3반복으로 시험하였다(Table 2).
콩 지방산의 chromatogram은 retention time에 따라 포화지 방산인 palmitic acid와 stearic acid가 먼저 분리되었고, 그 뒤 불포화지방산인 oleic acid와 linoleic acid 그리고 linolenic acid까지 모두 20분 이내에 분리되었는데, 불포화지방산보다는 포화지방산의 머무른 시간이 빨라 먼저 분리되는 것을 확인할 수 있었다.
4. 통계분석
통계분석은 SAS software (SAS Institute Inc., ver 9.1)와 Excel 2013을 사용하였으며, 평균간 분석은 Duncan의 다중범 위 시험법(Duncan’s multiple range test)을 사용하였다.
결과 및 고찰
1. 육성품종의 단백질, 지방함량 및 지방산 조성
1913년부터 2013년까지 육성된 172개 품종의 단백질, 지방 함량 및 지방산 조성은 Table 3과 같다. 육성품종의 단백질 및 지방의 총 평균함량은 각각 38.6%, 18.4%이었으며, 단백질 은 31.6%~45.3%의 범위에 있었고, 지방은 15.3%~21.5%의 범위에 있었다. Choung(2006)이 한국 주요 콩 품종 46개의 지방함량이 18.2%라고 보고한 결과와 Yoon등(1984)이 한국 콩 장려품종의 지방함량이 18%라고 보고한 것과 비슷한 경향 이었다. 포화지방산과 불포화지방산의 함량은 포화지방산 중 에서 Palmitic acid의 평균함량은 11.1%로 8.1%~13.5%의 범 위를 보였고, Stearic acid의 함량은 평균 3.7%로 1.9%~5.4% 의 범위에 있었으며, 지방산 중에서 함량이 가장 낮았다. 불포 화지방산 중 Oleic acid의 함량은 평균 26.4%로 13.1% ~41.6%의 범위에 있었으며, Linoleic acid의 평균함량은 50.9%로 37.2%~63%의 범위에 있었다. Linolenic acid의 평 균함량은 7.6%로 5.7%~9.8%의 범위에 있었다. 또한, Palmitic acid와 Stearic acid를 포함한 포화지방산의 함량은 평균 14.8%로 10.8%~17.6%의 범위에 있었고, Oleic acid와 Linoleic acid 그리고 Linolenic acid를 포함한 불포화지방산의 평균함량은 84.9%로 82.2%~89.3%의 범위내 있었다. Linoleic acid(ω-6)/Linolenic acid(ω-3)비율의 평균은 6.8%로 4.5%~9% 의 범위 내에 있었다.
육성품종에 대한 종실의 단백질, 지방 및 지방산 함량의 분 포는 Fig. 1과 같다. 단백질 함량의 분포는 35%~40%의 범위 에서 121품종이 속해있어 가장 많았고, 40%~45%의 범위 내 에서는 42품종이 속해있었고, 35%이하가 8품종, 45% 이상의 고단백질을 함유한 품종은 1품종이었다. 지방함량의 분포는 18%~20%의 범위 내에서 95품종으로 가장 많이 속해 있었고, 16%~18% 범위에서 60품종이 속해 있었고, 16%이하는 5품종 이 속해 있었다. 20% 이상인 고지방을 함유한 품종은 12품종 이었다. Palmitic acid함량은 11%~13%의 범위 내에 89품종이 속해있어 가장 많았고, 9%~11%의 범위에서는 75품종, 9%이 하에 속하는 품종은 3품종, 가장 높은 13%이상을 함유하고 있는 품종은 5품종이었다. Stearic acid의 함량 분포는 3%~4%의 범위 안에서 103품종으로 가장 많았고, 4%~5%의 범위 내에서는 49품종, 2%~3% 범위 내에 속하는 품종은 16 품종, 2% 이하는 1품종, 5% 이상은 3품종이었다. Oleic acid 의 함량은 25%~35% 범위 안에서 92품종으로 가장 많았고, 15%~25%의 범위에서 69품종으로 그 다음으로 많았고, 15% 이하는 2품종, 35% 이상은 9품종이 속해 있었다. Linoleic acid는 50%~60%의 범위가 104품종으로 가장 많은 품종이 속 해 있었고, 그 다음으로는 40%~50%가 63품종이 포함되었고, 40% 이하는 2품종, 60% 이상은 3품종이 속해 있었다. Linolenic acid는 7%~8%의 범위에 66품종으로 가장 많이 속 해 있었고, 6%~7%범위에 49품종, 8%~9%범위에서 42품종의 순이었다. 6% 이하에는 3품종이 속해 있었고, 9% 이상에는 12품종이 속해 있었다. 포화지방산은 13%~15%의 범위에 93 품종으로 가장 많은 품종이 속해 있었고, 15%~17%의 범위에 는 64품종, 13% 이하인 품종은 8품종, 17% 이상인 품종은 7 품종이었다. 불포화지방산은 83%~85% 범위에 80품종, 85%~87% 범위에 75품종이 속해 있었고, 83% 이하는 11품종, 87% 이상은 6품종이 속해 있었다. Linoleic acid(ω-6)/ Linolenic acid(ω-3)의 비율은 6.5%~7.5%의 범위가 93품종으 로 가장 많은 품종이 분포해 있었고, 5.5%~6.5%의 범위에 52품종, 7.5%~8.5% 범위에 20품종이 속해 있었다. 5.5% 이 하는 4품종, 8.5% 이상은 3품종이 각각 분포해 있었다.
2. 용도별 단백질, 지방 및 지방산 함량의 변이
용도별 한국 콩 품종의 단백질, 지방 및 지방산 함량의 변 이는 Table 4와 같다. 단백질 함량은 용도별로 유의성이 인정 되지 않았으나 풋콩 및 올콩용 품종과 밥밑용 품종이 높은 경 향이었다. 지방함량은 장류용 품종(18.7%)이 가장 높았고, 나 물용 품종과 풋콩 및 올콩용 품종과 밥밑용 품종은 비슷하였 다. Palmitic acid의 함량은 풋콩 및 올콩용 품종이 평균 11.7%로 가장 높은 경향이었고, 그 외의 용도별로는 큰 차이 가 없었다. Stearic acid의 함량은 용도별로 차이가 없었다. Oleic acid의 함량은 장류용 품종과 밥밑용 품종이 높았고, 다 음으로 나물용 품종이 높았으며 풋콩 및 올콩 품종이 가장 낮 은 경향을 보였다. Linoleic acid의 함량은 용도별로 차이가 없었고, Linolenic acid의 함량은 밥밑용 품종이 가장 높았고, 장류용 품종, 나물용 품종과 풋콩 및 올콩 품종 간에는 차이 가 없었다.
Palmitic acid와 Stearic acid를 포함한 포화지방산의 함량은 용도별로 유의성이 인정되지 않았으나 나물용 품종이 평균 15.1%로 가장 높았고, 풋콩 및 올콩용 품종과 밥밑용 품종 및 장류용 품종은 비슷하였다. Oleic acid, Linoleic acid 및 Linolenic acid의 함량을 포함한 불포화지방산의 함량은 용도 별로는 큰 차이가 없었다. Linoleic acid(ω-6)/Linolenic acid(ω-3)의 비율은 평균 나물용 품종이 평균 7.02%로 가장 높은 경향을 보였고, 풋콩 및 올콩용(6.8%), 장류용(6.8%), 밥 밑용(6.5%) 품종의 순이었다.
3. 종피색별 단백질, 지방 및 지방산 함량의 변이
종피색에 따른 단백질, 지방 및 지방산 함량의 변이는 Table 5와 같다. 단백질의 평균함량은 녹색콩이 39.6%, 갈색콩이 39.4%로 높은 경향을 보였다. 지방함량은 황색콩과 검정콩이 각각 18.5%, 18.2%으로 높은 경향이었다. Palmitic acid의 함 량은 종피색 간의 유의성이 인정되지 않았고, Stearic acid의 함량 또한 유의성이 인정되지 않았다. Oleic acid의 함량은 녹 색콩이 27.9%으로 가장 높았고, 다음으로 황색콩이 26.6%로 높았으며 녹색콩이 27.9%, 검정콩이 25.5%, 갈색콩이 25.0% 순의 높은 경향을 나타내었다. Linoleic acid의 평균함량은 종 피색 간에 유의성이 인정되지 않았으나 갈색콩이 51.8%로 가 장 높았으며 검정콩이 51.5%, 황색콩이 50.8%이었고, 녹색콩 이 49.6%로 가장 낮은 경향을 보였다. Linolenic acid의 평균 함량은 갈색콩이 가장 높았고, 다음으로 검정콩(7.9%)이 높았 고, 황색콩(7.4%)과 녹색콩(7.3%)이 녹색콩이 낮은 경향을 보 였다. 포화지방산의 함량은 종피색 간에 유의성이 인정되지 않 았으나 갈색콩이 15.1%로 가장 높은 함량을 보였고, 녹색콩이 14.9%, 황색콩과 검정콩이 14.8%로 낮은 경향을 보였다. 불포 화지방산 또한 종피색 간의 유의한 차이가 인정되지 않았다. ω-6/ω-3의 비율은 황색콩이 6.9%로 가장 높은 경향을 보였 고, 녹색콩(6.8%), 검정콩(6.6%), 갈색콩(6.4%) 순이었다.
4. 각 성분의 최대 및 최소 함량 품종
각 성분별 최대 및 최소품종을 살펴보면 Table 6과 같다. 단백질 함량이 가장 높은 품종은 새단백콩 이었으며 가장 낮 은 품종은 아가8호 이었다. 지방함량이 가장 높은 품종은 늘 찬콩, 가장 낮은 품종은 천상콩 이었다. Palmitic acid의 함량 이 가장 높은 품종은 진품콩2호, 가장 낮은 품종은 상원콩 이 었으며 stearic acid의 함량이 가장 높은 품종은 개척2호, 함량 이 가장 낮은 품종은 다올콩 이었다. oleic acid의 함량이 가 장 많은 품종은 검정콩1호, 가장 낮은 품종은 장수콩 이었으 며, linoleic acid의 함량이 최대인 품종은 장수콩, 최소품종은 검정콩1호 이었다. Linolenic acid의 함량이 최대인 품종은 영 양콩, 최소품종은 금강콩 이었으며, 포화지방산의 함량이 가장 높은 품종은 진품콩2호, 가장 낮은 품종은 상원콩 이었다. 불 포화지방산의 함량이 가장 높은 품종은 상원콩, 가장 낮은 품 종은 진품콩2호 이었고, ω-6/ω-3의 비율이 가장 높은 품종은 금강콩, 가장 낮은 품종은 남풍콩 이었다.
적 요
1913년부터 2013년까지 국내에서 육성된 172품종에 대한 종실의 단백질, 지방 함량과 지방산 조성의 변이는 다음과 같 다. 총 단백질 함량의 평균은 38.6%(31.6~45.3%), 지방함량의 평균은 18.4%(15.3~21.5%), 포화지방산 중 Palmitic acid의 함량은 평균11.11%(8.1~13.5%), Stearic acid의 함량은 평균 3.7%(1.9~5.4%), 불포화지방산인 Oleic acid의 함량은 평균 26.4%(13.1~41.8%), Linoleic acid의 함량은 평균 50.9% (37.2~63.0%), Linolenic acid의 함량은 평균 7.6%(5.7~9.8%), Linoleic(ω-6)/Linolenic(ω-3)acid의 비율은 평균 6.8(5.3~8.9)이 여서, 포화지방산이 평균 14.8%(10.8~17.6%), 그리고 불포화 지방산 함량은 평균 84.9%(79.9~88.7%)이었다. 단백질 함량이 가장 높은 품종은 45.3%로 새단백콩이었으며, 지방함량이 가 장 높은 품종은 21.5%를 함유한 늘찬콩이었다. 고 Oleic acid 함량인 동시에 저 Linoleic acid 함량인 검정콩1호는 양질의 지방산을 함유한 매우 유용한 품종이었다. 용도에 따른 단백 질, 지방 지방산의 평균함량 중 단백질의 함량은 풋콩 및 올 콩용 품종이 가장 높았고, 지방 함량은 장류용 품종이 가장 높았으며, 포화지방산은 장류용품종이 가장 낮았고, 불포화지 방산의 함량은 풋콩 및 올콩용 품종이 가장 낮았다. ω-6/ω-3 의 비율은 밥밑용 품종이 가장 낮았다. 종피색에 따라서는 단 백질 함량은 녹색콩이 가장 높았으며 지방함량은 황색콩이 가 장 높았다. 포화지방산은 황색콩과 검정콩이 가장 낮았으며, 불포화 지방산은 갈색콩이 ω-6/ω-3의 비율 또한 갈색콩이 가 장 낮게 나타났다.