벼화분의 영양학적 가치 및 항산화 활성

서 론

인간의 평균 수명이 연장되고 생활수준이 점차 향상되면서 건강에 대한 관심이 고조되고 있다. 최근에는 생활환경과 식생활 등의 변화로 심혈관계 질환과 내분비계 질환인 당뇨병 등 성인병이 증가하는 추세이다(Zhang et al., 2008). 노화와 질병의 원인은 다양하지만 일반적으로 생체내의 산화적 스트레스에 의해 생성되는 활성산소(reactive oxygen species, ROS)의 축적이 세포를 손상시켜 노화가 촉진된다. 활성산소는 물질대사에 의한 부산물로, 산소가 전자를 얻어 환원되면 초과산화(superoxide, O2-), 과산화수소(hydrogen peroxide, H₂O₂), 수산(hydroxyl radical, HO), 물(H₂O)이 순차적으로 생성되는데 이때 생성된 물질들을 일반적으로 활성 산소라 한다. 활성 산소는 반응성이 매우 높은 물질로 세포를 손상시켜 동맥경화, 당뇨병, 암, 노화 등을 유발하는 것으로 알려져 있다(Wiseman and Halliwell, 1996; Yhe et al., 2003). 이러한 노화 억제와 성인병 예방을 위한 항산화 물질 등 건강식품에 대한 연구가 활발히 진행되고 있다. 항산화 활성은 활성산소를 소거함으로써 식품이나 인체 내의 산화작용을 줄여주는 역할을 한다. 항산화 물질은 동, 식물계에 널리 분포하고 있으며, 페놀성화합물과 플라보노이드, 아스코르빈산, 토코페롤 등의 물질은 성인병을 예방하고 노화를 지연시킨다고 알려져 있다(Block and Langseth, 1994). 벌꿀과 화분은 플라보노이드계 물질이 함유된 항산화 활성이 높은 항산화제이다(Andrade et al., 1997; Sabatier et al., 1992). 꿀벌화분(bee pollen)은 일벌이 어린 벌에게 먹이기 위해서 다리에 묻혀오는 화분에 꿀과 효소가 혼합되어 경단처럼 뭉쳐진 덩어리로 영양성분이 풍부하여 오래전부터 자연 건강식품으로 이용되어 왔다(정 등, 1984; Todd and Bretherick, 1942). 꿀벌화분은 꿀벌의 유충과 성충의 단백질원으로 탄수화물, 지방, 비타민, 무기질 등의 영양성분이 풍부하며, 또한 로열젤리의 원료이다(최, 1995). 화분은 이용가치가 매우 높은 자연식품으로 혈관 및 순환계, 소화계, 신진대사계, 노화 등 다양한 질환에 효과가 있다고 알려져 있으며, 최근에는 항균 및 면역증강 효과, 전립선 비대증 및 전립선염 치료 효과 등이 보고되었다(최 등, 2007; Fang et al., 2008; Li et al., 2009; Abouda et al., 2011).

국내에서 생산이 되는 화분은 봄철에 수확되는 도토리화분과 다래화분이 가장 많으며 소비량이 급격히 증가하는 여름부터는 화분 공급이 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 국내에서 재배되는 농작물 중 재배면적이 가장 많은 벼 화분을 수집하여 영양성분, 항산화 활성 등을 평가하여 여름 화분으로 개발하고자 하였다.

재료 및 방법

비타민 분석

비타민 함량은 식품공전 분석방법(2008)에 따라 비타민 B2(riboflavain), B3(niacin), C(ascobic acid)를 분석하였다.

비타민 B2 분석은 균질화된 시료 2g을 0.1N HCl 용액 25mL에 넣고 비등수욕 중에 60분간 침출하여 가수분해한 다음 2N Sodium acetate buffer로 pH를 4.5로 맞춘 후 Takadiastase 300mg을 가한 후 37°C에서 18시간 침지하였다. 총량을 50mL로 맞춘 다음 원심분리기(5804R, Eppendorf, Germany)에서 3,000rpm, 5분간 원심분리하여 상층액을 0.2μm syringe filter로 여과하여 HPLC(Shiseido Nanospace SI-2, Japan)로 함량을 측정하였으며, HPLC의 조건은 Table 1과같다.

Table 1.

Operating condition of HPLC for vitamin B2, B3 and C analysis

비타민 B3 분석은 시료 2g을 0.1N HCl 용액 25mL에 넣고 비등수욕 중에 60분간 침출하여 가수분해한 후 총량을 50mL로 맞춘 다음 shaker로 5분간 교반하였다. 원심분리기에서 3,000rpm, 5분간 원심분리하여 상층액을 0.2μm syringe filter로 여과하여 HPLC로 함량을 측정하였다.

비타민 C 분석은 시료 15g을 5% metaphosphoric acid(Wako) 20mL로 균질화(Ultra-Turrax T25, IKA Labo, Germany)하여 총량을 50mL로 맞춘 후, 초음파추출기로 30분간 추출하였다. 원심분리기에서 12,500g로 10분간 원심분리한 후 상등액을 0.45μm 필터로 여과하여 시험용액으로 하였다. 분석은 HPLC(Shiseido Nanospace SI-2, Japan)로 하였으며, 검출기는 UV 254nm를 사용하였다.

결과 및 고찰

일반성분 분석

벼화분의 일반성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 벼화분의 수분 함량은 23.7%로 김(1986)이 수집지역(남부지방, 중부지방, 북부지방)에 따라 조사한 35.4∼42.5%보다 낮았다. 화분의 수분 함량은 기원식 물체, 채집시기, 밀원의 조건, 꿀 함유 상태에 따라 다르며, 특히 벌이 화분을 수집하기 위해 이용하는 꿀의 수분함량(40∼60%)에 영향을 많이 받는다(김, 1986; Stanley and Linskens, 1974). 벼화분의 회분 함량은 1.67%로 도토리화분 2.7%(최와 정, 2004), 다래화분 2.3%(홍 등, 2013a), 송화분 3.2%(이 등, 1997)보다 낮았다. 조단백질 함량은 15.66%로 도토리화분 22.3%(최와 정, 2004), 다래화분 35.8%(홍 등, 2013a), 족제비싸리화분 23.05%(Hong et al., 2016), 벚나무화분 24.6%(김과 손, 1990)보다 낮았으나 송화분 14.0%(이 등, 1997)보다는 월등히 높았다. 김(1986)이 수집 지역에 따라 조사한 조단백질 함량은 10.75∼20.24%이었다. 벼화분의 조지방 함량은 5.31%로 도토리화분 11.8%과 다래화분 8.7%(홍 등, 2013a)보다 낮았으나 족제비싸리화분 3.12%(Hong et al., 2016), 송화분 3.0%(이 등, 1997)과 유채화분 3.2%(김과 손, 1990)보다는 높았다. 한편 김(1986)이 수집 지역에 따라 조사한 조지방 함량은 1.65∼2.05%이었다. 벼화분의 탄수화물 함량은 53.71%로 도토리화분 47.9%와 다래화분 48.1%(홍 등, 2013a), 송화분 31.9%(이 등, 1997)보다 높았으며 족제비싸리화분 59.94%(Hong et al., 2016)와 비슷하였다. 화분의 일반 성분은 밀원과 지역의 외적환경요인에 따라 차이가 있다. 탄수화물 함량의 비중이 높으면 밀원 분포상 초본류식물의 화분 유입이 많은 것으로 판단되며 이는 화분 함유량 중 glucose 량과의 관계로 해석된다(김, 1986).

Table 2.

Proximate chemical composition of rice bee pollen grains

아미노산 조성

벼화분의 아미노산 조성을 분석한 결과는 Fig. 1에서와 같이 glutamic acid 등 18종의 아미노산이 존재하며, 특히 phenylalanine, leucine, threonine, lysine, valine, tryptophan, isoleucine, methionine 등 필수아미노산 8종을 모두 함유하고 있다. 함량면에서는 비필수 아미노산 proline이 3.270%로 가장 많이 함유되어 있으며, glutamic acid 1.356%, aspartic acid 1.334%, lysine 1.054% 순이었으며, cystine, histidine, methionine 등은 소량 존재하였다. 도토리화분과 다래화분의 아미노산 조성은 aspartic acid, glutamic acid, leucine, lysine 순으로 분포하며(이 등, 1997; 홍 등, 2013b), 송화분은 aspartic acid, glutamic acid, arginine 순으로 존재하며(한 등, 2004), 족제비싸리화분과 해바라기화분은 glutamic acid, aspartic acid, proline 순으로 분포하였다(Hong et al., 2016; 윤 등, 1985). 따라서 벌화분의 아미노산 조성은 glutamic acid와 aspartic acid가 가장 많이 분포하며, 그 다음으로 도토리화분과 다래화분에는 leucine, 송화분에는 arginine, 족제비싸리화분과 해바라기화분, 벼화분에는 proline이 많이 함유되어 있었다. 또한 cystine, histidine, methionine 등의 아미노산은 모든 화분에 소량 존재하였다. 위 결과는 Solberg and Remedios(1980) 등은 화분에는 aspartic acid, glutamic acid, arginine, leucine, proline, lysine 등 6종의 아미노산이 전제 아미노산 함량의 60%를 차지한다는 보고와 유사한 결과이다. 일반적으로 화분에는 모든 필수아미노산을 함유하고 있으며 함량은 식물의 종에 따라 차이가 있다(Leblanc et al., 2009).

Fig. 1.

Content of amino acid composition in rice bee pollen grains. IIe; soleucine, Leu; leucine, Lys; lysine, Met; methionine, Phe; Phenylalanine, Thr; Threonine, Ttp; tryptophan, Val; valine, His; histidine, Ala; alanine, Arg; Arginine, Asp; aspartic avid, Glu; glutamic acid, Gly; glycine, Ser; serine, Cys; cysteine, Tyr; tyrosine, Pro; proline.

비타민 함량

벼화분의 비타민 B₁, B₂, B₃, C의 함량을 분석한 결과는 Table 3과 같다. 비타민 B₁은 벼화분에서 검출되지 않았으며, 비타민 B₂, B₃, C의 함량은 각각 0.69mg/100g, 4.28mg/100g, 0.60mg/100g으로 나타났다. 벼화분의 비타민 B₂ 함량은 이 등(1997)이 보고한 도토리화분 0.8mg/100g과 송화분 0.6mg/100g과 비슷하였다. 비타민C의 함량은 송화분(한 등, 2004)과 유사하였으나 족제비싸리화분 57.81mg/100g보다 적었다.

Table 3.

Vitamin content of rice bee pollen grains

미량원소 함량

벼화분의 대표적인 7종 미량원소 함량을 분석한 결과는 Table 4와 같다. 분석한 7종의 미량원소 중 칼륨(K)이 514.45mg/100g으로 가장 많이 함유되어 있으며, 철분(Fe)이 3.85mg/100g으로 가장 적게 함유되어 있었다. 한 등(2004)이 분석한 송화분의 미량원소에서도 칼륨(K)과 인(P)의 함량이 가장 많았으며, 철분(Fe) 가장 적게 함유되어 있었다. K/Na 비는 31.93으로 도토리화분 12.59과 송화분 10.88보다 높았으나(이 등, 1997) 족제비싸리화분 44.03보다는 낮았다. Ca/P비는 0.26으로인에비해칼슘이매우적은것으로나타났다.

Table 4.

Mineral content of rice bee pollen grains

항산화 활성 및 총페놀 함량

벼화분의 항산화 활성 및 총페놀 함량을 분석한 결과는 Table 5와 같다. 벼화분의 자유라디칼소거능에 대한 항산화 활성은 추출물 500μg/ml에서 36.09%이었으며, 총페놀함량은 mg당 15.56μg이었다. DPPH radical 소거능은 산화작용에 의하여 발생하는 hydroxyl radical, superoxide radical 등을 제거하는 항산화 능력을 평가할 때 가장 널리 이용되는 지표이다(김 등, 2000; 이 등, 2011). 항산화 효과는 페놀 또는 플라보노이드 함량이 많을수록 높은 것으로 알려져 있으며(Kim et al., 2015), 항산화 활성은 폴리페놀성 물질의 수산기를 통한 수소 공여와 페놀 고리구조의 공명구조 안정화로 인하여 나타낸다고 알려져 있다(이 등, 2009).

Table 5.

Antioxidant activity and polyphenol content of rice bee pollen grains

적 요

국내에서 재배되는 농작물 중 재배면적(778ha)이 가장 많은 벼 화분을 여름 화분으로 개발하고자 영양성분, 미량원소, 항산화 활성 등을 평가하였다. 일반성분 분석결과 수분 23.65%, 회분 1.67%, 조단백질 15.66%, 조지방 5.31%, 탄수화물 함량은 53.71%였다. 벼화분에는 proline, glutamic acid, aspartic acid, lysine 등의 아미노산이 많이 존재하였으며, cystine, histidine, methionine 등은 소량 존재하였다. 비타민 함량은 B₂ 0.69mg/100g, B₃ 4.28mg/100g, C 0.60mg/100g으로 나타났다. 미량원소 함량은 칼륨(K)이 514.45mg/100g으로 가장 많이 함유되어 있으며, 철분(Fe)이 3.85mg/100g으로 가장 적게 함유되어 있었다. 벼화분의 DPPH에 대한 항산화 활성은 36.09%이었으며, 총페놀함량은 mg당 15.56μg이었다. 벼화분의 조지방 함량은 도토리화분과 다래화분에 비해 적었으나 족제비싸리 화분, 송화분, 유채화분보다 많았다. 아미노산 조성은 필수아미노산 8종을 포함하여 18종의 아미노산이 풍부하게 존재하였으며, 항산화 활성도 우수하여 여름 화분으로 개발이 기대된다.

Acknowledgments

본 연구는 농촌진흥청 국립농업과학원 공동연구국책기술개발사업(과제번호: PJ 010837)의 지원에 의해 수행된 결과입니다.

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