들깨는 건강식품으로써 다양한 영양성분 및 생리활성 물질을 함유하고 있어 혈압저하, 혈전증 개선 및 암세포 증식 억제 등의 효과가 있다. 또한 들기름 제조시 들깨 종자를 착유하고 남은 들깨박에는 다양한 성분이 존재하여 기능성 식품소재로써의 활용가능성이 많은 부산물이다. 따라서 들깨박단백질, 들깨박단백질 효소가수해물 및 한외여과 공정을 통해 분리한 분획물의 물리적 및 기능성 특성을 분석하여 다양한 식품소재로 활용할 수 있는 자료를 제시하고자 하였으며, 그 결과는 다음과 같다.
1. 들깨박단백질의 가수분해물 생산을 위한 최적 효소를 선정하기 위해 단백질분해효소 7종을 이용하여 효소 반응 시킨 후 가수분해도를 측정하였다. 그 결과 4시간 동안 효소 반응하였을 때 flavourzyme이 70.68%로 가장 높은 가수분해도가 나타났으며, 그 다음으로 protamex, papain, trypsin, acalase, pepsin, neutrase가 각각 56.43%, 56.08%, 55.75%, 52.37%, 51.04%, 43.89% 순으로 가수분해도가 나타났다. 따라서 들깨박단백질 가수분해물 최적 효소는 가수분해도가 가장 높은 flavourzyme을 선정하였다.
2. 들깨박단백질 효소가수분해물의 최적 가수분해 조건을 선정하기 위해 pH, 온도, 효소농도에 따른 flavourzyme 가수분해물의 가수분해도를 측정하였다. 그 결과, flavourzyme에 의한 가수분해도가 가장 높은 pH 7.0, 50℃, 효소농도 10 unit, 가수분해시간은 4시간으로 최적 가수분해 조건을 설정하였다.
3. Flavourzyme의 최적 가수분해 조건에 따라 제조된 가수분해물을 한외여과장치를 이용하여 >10, 5-10, 3-5, 1-3, <1 kDa으로 분획한 후 동결건조하여 수율을 측정하였다. 그 결과 1 kDa 이하가 45.65%로 유의적으로 가장 높은 수율을 보였으며(p<0.05), 그 다음으로 5-10 kDa(16.45%), 10 kDa 이상(16.37%), 1-3 kDa(10.86%), 3-5 kDa(10.67%) 순으로 높은 수율을 보였다.
4. 들깨박단백질, 효소가수분해물 및 한외여과를 이용하여 얻은 분획물의 물리적 특성 알아보고자 단백질 용해도, 유화성, 기포성, 유지 및 수분 흡착력 및 겉보기 밀도를 측정하였다.
단백질 용해도는 각 pH에 따라 들깨박단백질은 22.81∼39.21%이며, 들깨박단백질 효소가수분해물은 38.84∼57.53%이며, 한외여과를 이용하여 얻은 분획물은 31.79∼62.64%로 나타났다. 한외여과에 의해 분획된 분획물은 들깨박단백질과 효소가수분해물보다도 높은 용해도를 보였다. 유화형성력은 분획물(47.77∼69.35%)이 들깨박단백질(40.18∼52.46%)과 효소가수분해물(48.58∼64.87%)보다 높은 용해도를 나타냈다. 또한 분획물 중 1 kDa 이하가 pH 2.0에서 68.57%로 가장 높게 나타났다. 단백질을 80℃에서 30분 동안 가열했을 시 분획물(39.90∼62.03%)이 들깨박단백질(33.18∼44.04%)보다 높은 유화안정성을 나타내었다. 기포형성력은 효소가수분해물(5.0∼6.1 mL) 및 분획물(5.2∼7.5 mL)이 들깨박단백질(3.7∼4.8 mL)보다 높았다. 기포안정성은 pH 10.0에서 가장 높았으며, pH 4.0에서 가장 낮았다. 들깨박단백질과 효소가수분해물은 기포를 형성한지 1시간 이내에 사라졌으나 한외여과에 의해 제조된 분획물은 기포가 2시간 이상이나 지속되어 비교적 기포 안정성이 우수하였다. 유지 및 수분 흡착력 중 수분 흡착력은 들깨박단백질(1.23 mL/g)이 효소가수분해물(0.68 mL/g)과 분획물(0.42∼0.82 mL/g)보다 높았으며, 지방 흡착력은 들깨박단백질에서는 1.36 mL/g이며, 효소가수분해물에서는 2.45 mL/g이며, 분획물에서는 2.43∼2.89 mL/g으로 분자량이 작을수록 지방 흡착력이 우수한 것으로 나타났다. 겉보기 밀도는 들깨박단백질이 0.064 g/mL으로 가장 높았으며, 그 다음으로 효소가수분해물이 0.048 g/mL, 분획물은 10 kDa 이상은 0.037 g/mL, 5-10 kDa은 0.018 g/mL, 3-5 kDa은 0.026 g/mL, 1-3 kDa은 0.028 g/mL, 1 kDa 이하는 0.035 g/mL로 나타났다.
5. 들깨박단백질, 효소가수분해물 및 한외여과를 이용하여 얻은 분획물의 항산화 활성을 알아보고자 전자공여능, ABTS 라디칼 소거능, hydroxyl 라디칼 소거능, superoxide dismutase 유사활성, 환원력, Fe²+ 킬레이팅 효과를 측정하였다.
전자공여능은 10 kDa 이상이 276.89 μg/mL로 가장 낮은 IC50을 보였다. 그 다음으로 3-5 kDa이 423.67μg/mL, 효소가수분해물이 681.19 μg/mL, 5-10 kDa이 1883.50 μg/mL, 1-3 kDa이 1961.26 μg/mL, 1 kDa 이하가 2889.26 μg/mL 순으로 낮은 IC50을 보였다. ABTS 라디칼 소거능에서는 모든 분획물에서 농도가 유의적으로 높은 소거능이 나타났으며, 3 mg/mL, 4 mg/mL에서는 1 kDa 이하의 분획이 각각 88.45%, 90.27%으로 가장 높은 ABTS 라디칼 소거능 활성을 보였다. Hydroxyl 라디칼 소거능에서는 1 kDa 이하(1.92 mg/mL), 5-10 kDa(2.56 mg/mL), 3-5 kDa(2.92 mg/mL), 1-3 kDa(3.22 mg/mL), 효소가수분해물(3.84 mg/mL), 10 kDa 이상(15.77 mg/mL)순으로 가장 낮은 IC50을 나타났다. SOD 유사활성에서는 1 kDa 이하가 2.68 mg/mL로 IC50이 가장 낮았다. 환원력에서는 3-5 kDa이 136.42 μg/mL로 가장 낮은 IC50을 나타났다. Fe2+ 킬레이팅 효과는 모든 분획물에서 농도가 증가함에 높은 소거능을 보였다. 가장 낮은 농도 제외하고 1 kDa 이하의 분획물이 가장 높은 효과를 보였으며 1,000 μg/mL의 농도에서 효소가수분해물를 제외하고 모든 분획물의 효과가 70%가 넘었다.
6. 들깨박단백질 효소가수분해물 및 분획물의 항당뇨 활성을 알아보고자 α-amylase 저해활성, α-glucosidase 저해활성을 측정하였다. 항당뇨 활성은 분획물의 농도 증가에 따라 저해활성이 높아졌으며 α-amylase 저해활성은 모든 농도에서는 1 kDa 이하가 분획물 중 유의적으로 가장 높은 활성을 보였다. 또한 1,000 μg/mL에서는 모든 분획물이 acarbose의 78∼83%의 활성을 보였다. α-Glucosidase 저해활성은 125, 250, 500, 1,000 μg/mL 농도에서 1 kDa 이하가 각각 48.16%, 56.32%, 61.66%, 70.59%의 저해활성을 보여 추출물 중 유의적으로 가장 높은 활성을 보였다. 1 kDa 이하의 IC50은 157.56 μg/mL로 아카보스가 278.93 μg/mL의 IC50보다 낮게 나타나 높은 저해활성을 보였다.
7. 들깨박단백질 효소가수분해물 및 분획물의 항고혈압 활성 측정한 결과, 1 kDa 이하가 모든 농도에서 유의적으로 가장 높았다. 1 kDa 이하는 2, 4, 6 및 8 mg/mL에서 각각 34.05%, 55.95%, 76.74%, 97.55%의 순으로 저해활성을 보였다.
8. 들깨박단백질 효소가수분해물 및 분획물의 항치매 활성 측정한 결과, 1 kDa 이하의 분획물의 AChE 저해활성이 가장 높았으며 모든 분획물에서 농도가 높아짐에 따라 AChE 저해활성이 높아짐을 알 수 있었다. 모든 농도 구간에서 1 kDa 이하, 1-3 kDa, 3-5 kDa, 5-10 kDa, 효소가수분해물 및 10 kDa 이상 순으로의 높은 저해활성이 나타났다. 분획물 중 1 kDa 이하가 90.03 μg/mL으로 IC50이 가장 낮았으며, 그 다음으로 1-3 kDa이 100.45 μg/mL, 3-5 kDa는 103.82 μg/mL, 5-10 kDa이 109.88 μg/mL, 효소가수분해물이 118.67 μg/mL, 10 kDa 이상은 123.70 μg/mL 순으로 낮았다.
이상과 같이 들깨박단백질, 들깨박단백질의 효소가수분해물 및 이들 분획물의 물리적 및 기능적 특성을 확인하였다. 들깨박단백질 분획물은 항산화, 항당뇨, 항고혈압, 항치매의 활성이 높았으며 특히 1 kDa 이하의 펩타이드는 뛰어난 항당뇨 및 항치매 활성을 보였다. 이러한 결과로 들깨박단백질 분획물의 물리적 및 기능성이 확인되었으며, 이를 식품 소재 개발의 기초자료로 제공 할 수 있을 것으로 예상된다.

This is study was conducted to produce enzymatic hydrolysates from perilla seed meal protein utilization for improvement of perilla seed mael. Protein hydrolysate obtained perilla seed meal by enzymatic hydrolysis was divided into five fractions(>10, 5-10, 3-5, 1-3, <1 kDa) using ultrafiltraion system. The physical properties including solubility, emulsibility, foamability, absorption capacity, density and functional properties including antioxidant activity, antidiabetic activity, antihypertensive angiotensin I-converting enzyme(ACE) inhibitory activity, acetylcholinesterase inhibitory activity of enzymatic hydrolysate and fractions were measured, and the results are as follows in this study.
1. In order to establish the optimal hydrolysis condition of perilla seed meal protein, degree of hydrolysis of protein hydrolysates were measured according to type of enzyme. As a result, degree of hydrolysis of hydrolysate by using flavourzyme showed the highest with 70.68%, followed by 56.43%, 56.08%, 55.75%, 52.37%, 51.04% and 43.89% for protamex, papain, trypsin, acalase, pepsin and neutrase, respectively. Thus, the flavourzyme with the highest degree of hydrolysis were selected as the optimal enzymes for production of the perilla meal protein hydrolysate.
2. In order to establish the optimal hydrolysis conditions of perilla seed meal protein by flavourzyme, degree of hydrolysis of protein hydrolysates were measured at several pH, temperature and enzyme concentraion. As a result, optimal hydrolysis conditions were pH 7.0, 50℃ and enzyme concentration of 10 unit.
3. The yield of <1 kDa showed the highest with 45.65% among the fractions. The following orders are 5-10 kDa 16.45%, >10 kDa 16.37%, 1-3 kDa 10.86% and 3-5 kDa 10.67%.
4. Physical properties of the perilla seed meal protein, enzymatic hydrolysate and five fraction obtained by the ultrafiltration system was measured.
The five fractions(31.79∼62.64%) had higher protein solubility than the perilla seed meal protein(22.81∼39.21%) and enzymatic hydrolysate(38.84∼57.53%) Also, emulsion activity of <1 kD showed the highest with 68.57% among the fractions at pH 2.0. Emulsion stability of five fractions(39.90∼62.03%) was higher than that of the perilla seed meal protein(33.18∼44.04%). Enzymatic hydrolysate(5.0∼6.1 mL) and five fractions(5.2∼7.5 mL) had higher foaming activity than the perilla seed meal protein(3.7∼4.8 mL). Foaming stability was the highest at pH 10.0 and the lowest at pH 4.0 in all samples. The perilla seed meal protein(1.23 mL/g) had higher water absorption capacity than enzymatic hydrolysate(0.68 mL/g) and five fractions(0.42∼0.82 mL/g). Oil absorption capacities of the perilla seed meal protein and enzymatic hydrolysate were 1.36 mL/g and 2.45 mL/g, respectively, and capacity of five fractions was ranged 2.43∼2.89 mL/g. The direct density of protein showed the highest with 0.064 g/mL among the samples. The next order are enzymatic hydrolysate 0.048 g/mL, >10 kDa 0.037 g/mL, 5-10 kDa 0.018 g/mL, 3-5 kDa 0.026 g/mL, 1-3 kDa 0.028 g/mL and <1 kDa 0.035 g/mL.
5. The electron donating, ABTS radical scavenging activity, hydroxyl radical scavenging ability, SOD-like activity, reducing power, Fe2+ chelating ability of all samples were measured.
The electron donating of >10 kDa fraction showed the lowest IC50(276.89 μg/mL). And 3-5 kDa(423.67μg/mL), enzymatic hydrolysate(681.19 μg/mL), 5-10 kDa(1883.50 μg/mL), 1-3 kDa(1961.26 μg/mL) and <1 kDa(2889.26 μg/mL) showed a low IC50 in order. Fraction <1 kDa showed the highest ABTS radical scavenging activity with 88.45%, 90.27%, respectively, in concentraion of 3 and 4 mg/mL. Hydroxyl radical scavenging ability of <1 kDa showed the lowest IC50(1.92 mg/mL). And 5-10 kDa(2.56 mg/mL), 3-5 kDa(2.89 mg/mL), 1-3 kDa(3.22 mg/mL), enzymatic hydrolysate(3.84 mg/mL), >10 kDa (15.61 mg/mL) showed a low IC50 in order. SOD-like activity of <1 kDa fraction showed the lowest IC50(2.68 mg/mL). Reducing power of 3-5 kDa fraction showed the lowest IC50(136.42 μg/mL). All samples except enzymatic hydrolysate showed over 70% Fe2+ chelating ability in 1,000 μg/mL.
6. To evaluate the antidiabetic activity of enzymatic hydrolysate and five fraction obtained by the ultrafiltration system, α-amylase inhibitory activity and α-glucosidase inhibitory activity were measured. α-Amylase inhibitory activity of <1 kDa showed the highest among the samples. also, all samples are showed 78∼83% activity of acarbose in concentration of 1,000 μg/mL. In 125, 250, 500 and 1,000 μg/mL of concentration, <1 kDa fraction showed the highest α-glucosidase inhibitory activity with 48.16%, 56.32%, 61.66%, 70.59%, respectively.
7. As a result of measurement of ACE inhibitory activity, fraction <1 kDa showed the high inhibitory activity of 34.05%, 55.95%, 76.74% and 97.55% in 2, 4, 6 and 8 mg/mL, respectively.
8. As a result of measurement of acetylcholinesterase inhibitory activity, <1 kDa fraction showed the lowest IC50(90.03 μg/mL). And 1-3 kDa(100.45 μg/mL), 3-5 kDa(103.82 μg/mL), 5-10 kDa(109.88 μg/mL), enzymatic hydrolysate(118.67 μg/mL) and >10 kDa(123.70 μg/mL) showed a low IC50 in order.
According to these results, perilla seed meal, enzymatic hydrolysate and five fractions showed high physical and functional properties, especially fractions seperated by ultrafiltraion system showed excellent antioxidant activity, antidiabetic inhibitory activity and acetylcholinesterase inhibitory activity. Acetylcholinesterase inhibitory activity of <1 kDa fraction showed the higher than that of the other fraction. This study suggest that peptide fractions obtained by the ultrafiltration system might be uesd as functional materials in the food industry.