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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(2): 210-215

Published online February 28, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.2.210

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Optimization of γ-Aminobutyric Acid (GABA) Content in Germinated Wheat Using Response Surface Analysis and Its Potential Use as a Beverage Material

Mi Jeong Kim

Department of Food and Nutrition, and Interdisciplinary Program in Senior Human Ecology, Changwon National University

Correspondence to:Mi Jeong Kim, Department of Food and Nutrition, Interdisciplinary Program in Senior Human Ecology, Changwon National University, 20, Changwondaehak-ro, Uichang-gu, Changwon, Gyeongnam 51140, Korea, E-mail: mjkim@changwon.ac.kr

Received: December 19, 2022; Revised: December 28, 2022; Accepted: December 28, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Germination is an effective way of increasing γ-aminobutyric acid (GABA) contents in cereals. The objective of this study was to investigate the application and health-related functionalities-enhanced wheat as a cereal beverage materials. Response surface methodology (RSM) was used to enhance GABA contents, and the optimized germination condition was 17.34°C, 41.3 h. Validation of the model obtained using RSM was confirmed using absolute residual error values by comparing predicted and experimental values. The absolute residual error was 0.33%, which indicated the optimal germination model maximized GABA contents. Germinated wheat was steamed and then roasted for 10, 20, or 40 min at 160°C to examine the possible use of germinated wheat as a beverage material. Total phenolic contents (TPC), total flavonoid contents (TFC), and DPPH radical scavenging activities (DPPH RSA) were then measured in extracts of roasted-germinated wheat. TFC, TPC, and DPPH RSA of samples tended to increase on increasing germinated wheat roasting times.

Keywords: germinated wheat, γ-aminobutyric acid, cereal beverage, antioxidant properties

최근 코로나바이러스(COVID-19) 팬데믹, 러시아-우크라이나 전쟁의 여파로 주요 곡물 수출국들이 공급에 어려움을 겪고 있다. 이로 인해 국제 곡물 가격이 상승함으로 식량안보 및 인플레이션에 대한 우려가 제기되고 있다. 밀(Triticum aestivum L.)은 세계 3대 식량 중 하나로 우리나라에서는 쌀 다음으로 소비량이 많지만, 자급률이 2019년 기준 0.7%로 대부분 수입에 의존하고 있어 식량안보 차원에서 중요한 곡류이다(MAFRA, 2020).

우리나라에서 재배되고 있는 밀 품질은 수입밀에 비해 현저히 낮아 밀 자급률을 높이는 데 한계가 있다(Kim과 Chung, 2014; Kwak 등, 2017). 이러한 이유로 밀의 품질을 향상시키기보다는 우리 밀을 활용하여 건강에 도움을 줄 수 있는 기능성 식품의 개발을 확대함으로써 소비를 촉진하려는 노력이 꾸준히 시도되고 있다(Karelakis 등, 2020). 밀에 관한 이전 연구들에서 정제된 밀가루와 통밀가루 간 생리활성 및 제품 가공적성 비교 분석 결과, 통밀가루의 단백질, 식이섬유, 페놀 화합물 등 생리활성 물질은 정제된 밀가루보다 높게 함유되었으나 제품의 가공적성 및 소비자 기호도가 낮아 실제 소비가 낮은 것으로 보고되었다(Gong 등, 2019; Yang 등, 2021; Khalid 등, 2017; Schaffer-Lequart 등, 2017). 따라서 기호도를 고려한 다양한 우리 밀 제품 개발이 필요하다.

최근 곡류의 영양학적 가치와 생리 기능성 성분을 증가시키는 방법의 하나로 발아와 같은 가공 방법이 소개된 바 있다(Kang 등, 2022). 발아는 곡류나 콩과 같은 종자에 적정 수분, 온도 조건에서 싹을 틔우는 과정으로, 수분과 온도를 조절하는 항온기로 쉽게 얻을 수 있는 비용이 저렴한 가공 방법이다. 곡물이나 콩의 발아 과정 중 지베렐린이라는 식물 성장호르몬에 의해 가수분해 효소인 α-amylase, lipase, protease 등이 활성화됨으로써 단당류, 이당류 및 유리아미노산이 증가할 뿐만 아니라 페놀, γ-aminobutyric acid(GABA) 및 각종 기능성 성분이 증가한다(Kang 등, 2022; Ham 등, 2015). 이 중 GABA는 비단백질 아미노산으로 스트레스 호르몬인 코르티코스테론의 분비를 억제, 혈압, 혈중 콜레스테롤 및 중성지방 감소, 뇌 기능 개선 및 진정 완화 등의 효능을 가지는 것으로 보고되었다(Bengtsson 등, 2020; Patil과 Khan, 2011). 발아 곡류 및 콩을 활용한 연구 현황을 살펴보면 발아 콩을 이용한 두부(Vann 등, 2020), 발아 쌀을 이용한 컵케이크(Müller 등, 2021), 발아현미를 이용한 요구르트(Cáceres 등, 2019), 빵(Cornejo 등, 2015), 발아 메밀을 이용한 머핀(Bhinder 등, 2022), 발아 결명자 차(Kang 등, 2022) 등 다양한 방면에서 연구가 수행된 바 있으나 발아밀을 활용한 음료에 관한 연구는 미미한 실정이다.

본 연구에서는 국내에서 재배되고 있는 밀 품종 중 앉은뱅이밀을 이용하여 GABA 함량을 최대화할 수 있는 발아 조건을 반응표면분석법으로 최적화한 후 볶음 처리하여 열수 추출한 추출물의 총 페놀과 플라보노이드 함량, 항산화력을 측정하여 건강에 도움을 줄 수 있는 음료로서의 가능성을 조사하였다. 본 연구를 통해 우리 밀의 기능성 증진 연구의 기초자료와 이용성 증진에 활용하고자 하였다.

실험재료 및 시약

본 실험에 사용된 밀은 경상남도 진주시에서 2017년도에 재배된 앉은뱅이밀로 한국식품연구원(Wanju, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 앉은뱅이밀은 정선 후 지퍼백에 5 kg씩 나누어 4°C 저장 창고에 보관하면서 실험에 사용하였다. Trichloroacetic acid, phenol reagent, sodium hydroxide는 Daejung Co.(Seoul, Korea)에서 구입하였으며, borate, sodium hypochlorite, γ-aminobutyric acid, Folin-Ciocalteu reagent, sodium carbonate, gallic acid, sodium nitrite, aluminium chloride, (+)-catechin hydrate, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrzyl(DPPH), Trolox는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다.

발아밀 제조

발아밀 제조는 선행연구에 따라 5 kg의 밀에 25 L의 수돗물을 부어 상온에서 12시간 침지 후 항온기(HK-BI025, Hankuk General Equipment Plant, Hwaseong, Korea)를 이용하여 발아시켰다. 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)의 중심합성계획법(central composite design, CCD)을 이용하여 13개의 조건으로 발아시킨 후 열풍건조기(HK-D0100F, Hankuk General Equipment Plant)를 이용하여 45°C에서 16시간 건조하였다.

반응표면분석

발아밀의 GABA 함량이 강화된 최적 발아 조건을 찾기 위해 RSM의 CCD로 실험을 설계하여 진행하였다. RSM 실험 결과는 Design expert software(ver. 11, State-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA)를 이용하였으며, 독립변수로는 발아에 영향을 미치는 온도(X1)와 시간(X2)으로 설정하고, 종속변수로는 GABA 함량(Y)을 측정하였다. 독립변수의 범위는 예비 실험을 통해 설정하였으며 반응표면분석 실험에 사용된 독립변수의 coded 및 actual 값은 Table 1에 나타내었다. 설계된 13개 실험군의 통계적인 오차를 최소화하기 위해 임의적인 순서로 3번 반복 실험을 진행하였다(Table 2). 반응 변수에 대한 모델식의 검증은 최적 발아 조건에서의 predicted value와 experimental value 간 absolute residual error(%) 값을 아래와 같이 계산하였다.

Table 1 . The coded levels and variables used in central composite design to optimize γ-aminobutyric acid content of germinated wheat

Independent variablesLevels
−α−101
X1Temp. (°C)13.961517.52021.03
X2Time (h)4.5412304855.45


Table 2 . The experimental conditions of the central composite design and γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat

Sample No.Experimental factorGABA (mg/g)
Coded values1)Experimental values
X1X2Temperature (°C)Time (h)
1−1−115120.74±0.28bcd2)3)
21−120120.85±0.17bcd
3−1115480.90±0.28abcd
41120481.03±0.15abc
5−α013.96301.00±0.21abc
6021.03300.70±0.17cd
70−α17.54.540.67±0.09d
8017.555.451.21±0.10ab
90017.5301.16±0.18ab
100017.5301.06±0.13abc
110017.5301.28±0.08ab
120017.5301.02±0.06bc
130017.5301.24±0.37a

1)X1=Temperature (°C), X2=Time (h) for germination conditions.

2)Values are mean±SD, n=3.

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



Absolute residual error (%)=[(Experimental value-Predictied value)/ Experimental value]×100

GABA 함량 측정

발아밀의 GABA 함량은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 측정하였다. 발아밀 시료 1 g과 8% trichloroacetic acid 4 mL를 혼합한 후 상온에서 2시간 동안 추출했다. 각 추출물의 상등액 0.1 mL를 0.2 M borate buffer 0.2 mL, 6% phenol reagent 1 mL와 혼합하여 7.5% sodium hypochlorite 0.4 mL를 첨가했다. 각 혼합액을 100°C에서 10분 동안 반응시킨 후 5분 동안 얼음물에서 냉각하여 spectrophotometer(EMC-11D-V, EMCLAB Instruments, Duisburg, Germany)를 이용하여 630 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료의 GABA 함량은 표준물질인 GABA를 이용하여 0~500 μg/mL의 농도로 제조한 후 시료와 동일한 방법으로 분석한 표준곡선으로 계산하여 mg/g으로 함량을 계산하였다.

발아밀 전처리

발아밀의 음료 소재로서의 가능성을 실험하기 위해 Wu 등(2013)의 수수 음료 제조과정을 참고하였다. RSM에 실험 결과로 제조된 발아밀은 220°C에서 10분간 스팀처리, 16시간 건조, 로스팅의 순서로 준비하였다. 로스팅은 가정용 로스터기(J.Roaster MK-300, Foshan Shunde Co., Ltd., Guangdong, China)를 이용하여 160°C에서 0, 10, 20, 40분간 처리하였다. 로스팅 후 각 시료 5 g에 100 mL의 증류수를 넣어 100°C에서 30분간 끓인 후 분석에 사용하였다. 추출물은 0.45 μm syringe filter로 여과하여 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능에 사용하였다.

총 페놀 및 플라보노이드 함량 분석

총 페놀 함량 분석은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 추출물 20 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 500 μL와 20% sodium carbonate를 넣고 혼합하여 실온의 암소에서 2시간 동안 방치한 후 spectrophotometer(EPOCH 2, Biotek, Winooski, VT, USA)를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 증류수를 사용하였으며, 표준물질로는 gallic acid를 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준곡선으로부터 총 페놀 함량을 계산하여 mg gallic acid equivalent(GAE)/g으로 표기하였다.

총 플라보노이드 함량은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 250 μL에 5% sodium nitrite 75 μL, 증류수 1.25 mL를 넣고 교반하여 6분간 반응시킨 후 10% aluminium chloride 150 μL를 넣고 5분 후 1 N sodium hydroxide 0.5 mL를 첨가하여 510 nm에서 spectrophotometer(Biotek)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 증류수, 표준물질로는 (+)-catechin hydrate를 이용하였다. 표준물질을 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 검량선으로부터 총 플라보노이드 함량을 계산하여 mg catechin equivalent(CE)/g으로 표기하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

DPPH 라디칼 소거능은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 측정하였다. 0.1 mL DPPH 용액 1,950 μL에 각 시료 추출물 50 μL를 넣고 교반 후 실온의 암소에서 30분간 반응시킨 후 spectrophotometer(Biotek)를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 메탄올을 사용하였으며, 표준물질로는 Trolox를 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준곡선으로부터 DPPH 라디칼 소거능을 계산하여 μM Trolox equivalent(TE)/g으로 표기하였다.

통계처리

모든 실험은 3회 반복하였으며 각 결괏값은 XLSTAT version 2021(Addinsoft, Paris, France)을 이용하여 통계 처리하였다. 각각의 실험 항목에서 시료 간 차이 검증을 위해 일원분산분석 후 유의차가 있을 경우 Duncan의 다중범위검정법(Duncan’s multiple range test)으로 유의성을 검증하였다(P<0.05).

반응표면분석에 의한 최적 발아 조건

곡류의 발아는 다양한 기능성 성분이 증대된다고 알려져 있으며, 그중 GABA 코르티코트로핀 분비 호르몬의 활동을 억제시켜 스트레스 완화에 도움이 되며(Bengtsson 등, 2020), 혈압 감소, 항산화, 체지방 감소 효과에 관한 연구가 보고되어 있다(Patil과 Khan, 2011). 본 연구에서는 반응표면분석법을 이용하여 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량을 최대화할 수 있는 발아 조건을 연구하였다. 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량을 최대로 포함할 수 있는 발아밀을 제조하기 위해 발아 온도(13.96~21.03°C), 발아 시간(4.54~55.45 h)을 독립변수로 설정하였으며, CCD에 의해 설계된 13개의 발아 조건에서 얻어진 종속변수의 결과는 Table 2에 나타내었다. 각 조건에서 발아시킨 앉은뱅이밀의 GABA 함량은 0.67~1.28 mg/g으로 측정되었으며 17.5°C, 30시간 발아 조건에서 1.28 mg/g의 최댓값이 확인되었다(Sample No. 11). 13개 발아 조건과 실험값을 바탕으로 도출된 2차 회귀방정식은 GABA=1.15-0.023Temp.+0.138Time+0.005Temp.Time-0.1547Temp.2-0.1097Time이었으며 반응표면 모델에 대한 analysis of variance(ANOVA) 분석 결과는 Table 3과 같다.

Table 3 . Analysis of variance of quadratic regression model for γ-aminobutyric acid content of germinated wheat

F-valueP-value
Model4.150.0451
Temp.0.23190.6448
Time8.320.0235
Temp.×Time0.00550.9431
Temp.29.10.0195
Time24.580.0697
Residual
Lack of fit2.080.2459
R20.7478
Adjusted R20.5677
Predicted R2−0.2463
C.V. (%)13.68
Adequate precision4.6836

Temp.: temperature, R2: coefficient of determination, C.V.: coefficient of variance.



ANOVA 분석 결과 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량의 모델은 P값이 0.0451로 0.05보다 작아 통계학적으로 유의성이 인정되었다. R2는 1에 가까울수록 모델이 적합하다고 판단되는데 본 연구 결과 0.7478로 약 74.78%의 신뢰성을 보여주었다. Lack of fit은 회귀 모델의 적합성과 신뢰도를 판단할 수 있는 지표로 P값이 0.05보다 클 때 높은 신뢰도를 가지는데 본 연구에서 도출한 모델의 lack of fit의 P값은 0.2459로 적합한 모델임을 확인하였다(Table 3). Yi 등(2022)의 보고에 따르면 adequate precision 값이 4 이상일 때 적합한 모델로 판단할 수 있는데 본 연구 결과 adequate precision 값이 4.6836으로 적합한 모델임을 확인할 수 있었다. 또한, 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량에 대한 각 독립변수의 영향은 Table 3의 P값에서 확인할 수 있듯이 온도(P-value, 0.6448)보다는 시간(P-value, 0.0235)에 의해 영향을 미치는 것을 확인하였다.

이는 Fig. 1A와 같이 독립변수의 개별적인 주효과도를 평가한 일변수 최적화 곡선에서도 확인할 수 있었다. 발아 온도는 coded level 0(actual level: 17.5°C)에서 GABA 함량이 최대이지만 발아 시간의 경우 시간이 증가할수록 GABA 함량이 증가하여 온도보다는 시간에 더 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 앉은뱅이밀은 금강, 조경, 백중과 같은 품종보다 단백질 함량이 낮은 것으로 알려져 있으며, 고소밀과 유사한 단백질 함량을 가지고 있다(Heo 등, 2013). Ham 등(2015)의 발아 시간에 따른 국산밀의 유용성분 비교 연구 결과, 고소밀보다 단백질 함량이 높은 조경과 백중밀의 경우 발아 시간에 따라 유용성분 함량의 차이를 보이지 않은 반면, 단백질 함량이 낮은 고소밀의 경우 전체적으로 발아 시간이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. RSM으로 분석한 GABA 함량을 최대(1.196 mg/g)로 함유할 수 있는 발아 조건은 17.34°C, 41.3시간으로 도출되었다(Fig. 1B, Table 4). RSM 결과에 의한 최적 발아 조건으로 제조한 발아밀의 GABA 함량 측정 결과 1.20±0.03 mg/g이었으며, 이때 absolute residual error 값이 0.34%로 RSM에 의해 도출된 발아 조건이 GABA 함량을 최대로 할 수 있는 앉은뱅이밀의 최적 발아 모델임을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과로부터 얻은 최적 발아 조건으로 제조한 발아밀을 이용하여 섭취가 용이한 음료 형태의 제품 개발 가능성을 고려하여 차 형태로 끓인 후 건강에 도움을 줄 수 있는 지표들을 추가 실험하였다.

Table 4 . Validation of optimized germination conditions to maximize γ-aminobutyric acid content in germinated wheat

Predicted value (mg/g)Experimental value (mg/g)Absolute residual error (%)
Optimized germinated wheat1.1961.20±0.030.34


Fig. 1. Perturbation plot (A) and 3D response surface plot (B) for γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat by response surface methodology (RSM).

발아밀 추출액의 총 페놀 및 플라보노이드 함량

RSM으로 발아 조건을 최적화한 발아밀의 음료 소재로서의 가능성을 알아보기 위해 곡류 차 제조 선행연구를 참고하였다(Wu 등, 2013). 로스팅은 밀과 같은 곡류를 차로 제조 중 일반적인 과정으로 로스팅에 의해 독특한 향미와 색을 가짐으로 기호성 향상에 기여한다(Kang 등, 2022). 따라서 본 연구에서는 로스팅 시간(0, 10, 20, 30, 40분)을 달리하여 GWT_0, GWT_10, GWT_20, GWT_30, GWT_40으로 표기하고 대조구는 아무 처리하지 않은 밀(Control, C)을 사용하여 각 시료의 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 측정하였다. 페놀이나 플라보노이드 화합물은 다양한 식물에 존재하는 2차 대사산물의 하나로 항산화 활성에 관여한다고 알려져 있다(Singh 등, 2017). 본 연구에서 아무 처리하지 않은 밀과 로스팅 시간에 따른 발아밀 시료들의 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 측정한 결과는 Fig. 2A, 2B에 나타내었다. 로스팅 시간이 증가할수록 추출액의 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 증가하는 것을 알 수 있었다(P<0.001). 시료 중 40분 로스팅한 시료(GWT_40)의 페놀 및 플라보노이드 함량이 각각 92 mg GE/g, 8.58 mg CE/g으로 가장 높았다. 발아밀을 로스팅했을 때 페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하는 이유는 밀 세포벽에 단단하게 결합된 결합형 폴리페놀이 발아하는 과정에서 추출이 가능한 유리형 폴리페놀로 변화한 걸로 추측된다(Kang 등, 2022). 또한, 로스팅 중 가열처리 때문에 발아밀 내부 조직의 파괴로 인하여 페놀 및 플라보노이드와 같은 생리활성 성분 추출을 용이하게 하여 증가할 수 있다고 보고된 바 있다(Lee 등, 2013).

Fig. 2. Total phenolic contents (A), total flavonoid contents (B) and DPPH radical scavenging activity (C) of optimized germinated wheat by response surface methodology. C, wheat; GWT_0, germinated wheat without roasting; GWT_10, germinated wheat roasted for 10 min; GWT_20, germinated wheat roasted for 20 min; GWT_40, germinated wheat roasted for 40 min. Values are mean±SD. Different letters on bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

발아밀 추출액의 DPPH 라디칼 소거능

DPPH 라디칼 소거능은 항산화능을 측정하는데 가장 널리 사용되는 방법으로 발아밀의 로스팅 시간에 따른 DPPH 라디칼 소거능은 Fig. 2C에 나타내었다. 발아밀 로스팅 추출액의 DPPH 라디칼 소거능은 로스팅 시간이 증가함에 따라 증가하였으며(P<0.001), 아무 처리를 하지 않은 대조구(30.27 μM TE/g)에 비해 40분간 로스팅한 시료(GWT_40)는 67.12 μM TE/g으로 약 2배 이상 증가하였다(Fig. 2C). 발아밀 추출액의 DPPH 라디칼 소거능 결과는 총 페놀 및 플라보노이드 함량의 결과와 유사하였다. 이는 로스팅 처리에 의해 항산화 성분인 페놀성 물질들이 증가하였기 때문으로 추측된다. 혹은 Maillard 반응 중에 생성되는 중간 화합물, melanoidin, pyrrole, furan, pyrizine 등과 같은 헤테로고리 화합물들의 생성이 DPPH 라디칼 소거능에 기여하였기 때문일 수 있다(Vignoli 등, 2014).

본 연구에서는 국내에서 재배되고 있는 앉은뱅이밀이 GABA 함량을 최대로 가질 수 있는 발아 조건을 RSM으로 도출하고, 이 발아밀을 이용하여 음료 제조 가능성을 살펴보았다. 곡물을 이용한 음료의 제조 과정 중 로스팅 시간에 따른 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 조사하고 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였다. GABA 함량을 최대로 포함할 수 있는 발아 조건은 17.34°C, 41.3시간이었으며, 예측값과 실험값을 비교하여 RSM에 도출된 모델의 적합성을 판단하였고 그 결과 absolute residual error 값이 0.34%로 GABA 함량을 최대로 할 수 있는 앉은뱅이밀의 최적 발아 모델임을 확인하였다. 최적 발아 조건에서 제조된 발아밀의 로스팅 시간에 따른 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능 결과 로스팅 시간이 증가할수록 건강과 관련한 인자들이 매우 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 최적 발아와 로스팅 가공에 의해 제조한 발아밀 추출액은 페놀 및 플라보노이드 함량 및 항산화 활성이 높은 것으로 평가되어 곡류 음료로서의 가능성을 확인할 수 있었다.

이 논문은 2021~2022년도 창원대학교 자율연구과제 연구비 지원으로 수행된 연구결과입니다.

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Article

Note

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(2): 210-215

Published online February 28, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.2.210

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

반응표면분석법을 이용한 발아밀의 γ-Aminobutyric Acid 함량 최적화와 음료 소재로서의 가능성

김미정

창원대학교 식품영양학과, 시니어휴먼에콜로지협동과정

Received: December 19, 2022; Revised: December 28, 2022; Accepted: December 28, 2022

Optimization of γ-Aminobutyric Acid (GABA) Content in Germinated Wheat Using Response Surface Analysis and Its Potential Use as a Beverage Material

Mi Jeong Kim

Department of Food and Nutrition, and Interdisciplinary Program in Senior Human Ecology, Changwon National University

Correspondence to:Mi Jeong Kim, Department of Food and Nutrition, Interdisciplinary Program in Senior Human Ecology, Changwon National University, 20, Changwondaehak-ro, Uichang-gu, Changwon, Gyeongnam 51140, Korea, E-mail: mjkim@changwon.ac.kr

Received: December 19, 2022; Revised: December 28, 2022; Accepted: December 28, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

Germination is an effective way of increasing γ-aminobutyric acid (GABA) contents in cereals. The objective of this study was to investigate the application and health-related functionalities-enhanced wheat as a cereal beverage materials. Response surface methodology (RSM) was used to enhance GABA contents, and the optimized germination condition was 17.34°C, 41.3 h. Validation of the model obtained using RSM was confirmed using absolute residual error values by comparing predicted and experimental values. The absolute residual error was 0.33%, which indicated the optimal germination model maximized GABA contents. Germinated wheat was steamed and then roasted for 10, 20, or 40 min at 160°C to examine the possible use of germinated wheat as a beverage material. Total phenolic contents (TPC), total flavonoid contents (TFC), and DPPH radical scavenging activities (DPPH RSA) were then measured in extracts of roasted-germinated wheat. TFC, TPC, and DPPH RSA of samples tended to increase on increasing germinated wheat roasting times.

Keywords: germinated wheat, γ-aminobutyric acid, cereal beverage, antioxidant properties

서 론

최근 코로나바이러스(COVID-19) 팬데믹, 러시아-우크라이나 전쟁의 여파로 주요 곡물 수출국들이 공급에 어려움을 겪고 있다. 이로 인해 국제 곡물 가격이 상승함으로 식량안보 및 인플레이션에 대한 우려가 제기되고 있다. 밀(Triticum aestivum L.)은 세계 3대 식량 중 하나로 우리나라에서는 쌀 다음으로 소비량이 많지만, 자급률이 2019년 기준 0.7%로 대부분 수입에 의존하고 있어 식량안보 차원에서 중요한 곡류이다(MAFRA, 2020).

우리나라에서 재배되고 있는 밀 품질은 수입밀에 비해 현저히 낮아 밀 자급률을 높이는 데 한계가 있다(Kim과 Chung, 2014; Kwak 등, 2017). 이러한 이유로 밀의 품질을 향상시키기보다는 우리 밀을 활용하여 건강에 도움을 줄 수 있는 기능성 식품의 개발을 확대함으로써 소비를 촉진하려는 노력이 꾸준히 시도되고 있다(Karelakis 등, 2020). 밀에 관한 이전 연구들에서 정제된 밀가루와 통밀가루 간 생리활성 및 제품 가공적성 비교 분석 결과, 통밀가루의 단백질, 식이섬유, 페놀 화합물 등 생리활성 물질은 정제된 밀가루보다 높게 함유되었으나 제품의 가공적성 및 소비자 기호도가 낮아 실제 소비가 낮은 것으로 보고되었다(Gong 등, 2019; Yang 등, 2021; Khalid 등, 2017; Schaffer-Lequart 등, 2017). 따라서 기호도를 고려한 다양한 우리 밀 제품 개발이 필요하다.

최근 곡류의 영양학적 가치와 생리 기능성 성분을 증가시키는 방법의 하나로 발아와 같은 가공 방법이 소개된 바 있다(Kang 등, 2022). 발아는 곡류나 콩과 같은 종자에 적정 수분, 온도 조건에서 싹을 틔우는 과정으로, 수분과 온도를 조절하는 항온기로 쉽게 얻을 수 있는 비용이 저렴한 가공 방법이다. 곡물이나 콩의 발아 과정 중 지베렐린이라는 식물 성장호르몬에 의해 가수분해 효소인 α-amylase, lipase, protease 등이 활성화됨으로써 단당류, 이당류 및 유리아미노산이 증가할 뿐만 아니라 페놀, γ-aminobutyric acid(GABA) 및 각종 기능성 성분이 증가한다(Kang 등, 2022; Ham 등, 2015). 이 중 GABA는 비단백질 아미노산으로 스트레스 호르몬인 코르티코스테론의 분비를 억제, 혈압, 혈중 콜레스테롤 및 중성지방 감소, 뇌 기능 개선 및 진정 완화 등의 효능을 가지는 것으로 보고되었다(Bengtsson 등, 2020; Patil과 Khan, 2011). 발아 곡류 및 콩을 활용한 연구 현황을 살펴보면 발아 콩을 이용한 두부(Vann 등, 2020), 발아 쌀을 이용한 컵케이크(Müller 등, 2021), 발아현미를 이용한 요구르트(Cáceres 등, 2019), 빵(Cornejo 등, 2015), 발아 메밀을 이용한 머핀(Bhinder 등, 2022), 발아 결명자 차(Kang 등, 2022) 등 다양한 방면에서 연구가 수행된 바 있으나 발아밀을 활용한 음료에 관한 연구는 미미한 실정이다.

본 연구에서는 국내에서 재배되고 있는 밀 품종 중 앉은뱅이밀을 이용하여 GABA 함량을 최대화할 수 있는 발아 조건을 반응표면분석법으로 최적화한 후 볶음 처리하여 열수 추출한 추출물의 총 페놀과 플라보노이드 함량, 항산화력을 측정하여 건강에 도움을 줄 수 있는 음료로서의 가능성을 조사하였다. 본 연구를 통해 우리 밀의 기능성 증진 연구의 기초자료와 이용성 증진에 활용하고자 하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 시약

본 실험에 사용된 밀은 경상남도 진주시에서 2017년도에 재배된 앉은뱅이밀로 한국식품연구원(Wanju, Korea)에서 제공받아 사용하였다. 앉은뱅이밀은 정선 후 지퍼백에 5 kg씩 나누어 4°C 저장 창고에 보관하면서 실험에 사용하였다. Trichloroacetic acid, phenol reagent, sodium hydroxide는 Daejung Co.(Seoul, Korea)에서 구입하였으며, borate, sodium hypochlorite, γ-aminobutyric acid, Folin-Ciocalteu reagent, sodium carbonate, gallic acid, sodium nitrite, aluminium chloride, (+)-catechin hydrate, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrzyl(DPPH), Trolox는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다.

발아밀 제조

발아밀 제조는 선행연구에 따라 5 kg의 밀에 25 L의 수돗물을 부어 상온에서 12시간 침지 후 항온기(HK-BI025, Hankuk General Equipment Plant, Hwaseong, Korea)를 이용하여 발아시켰다. 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)의 중심합성계획법(central composite design, CCD)을 이용하여 13개의 조건으로 발아시킨 후 열풍건조기(HK-D0100F, Hankuk General Equipment Plant)를 이용하여 45°C에서 16시간 건조하였다.

반응표면분석

발아밀의 GABA 함량이 강화된 최적 발아 조건을 찾기 위해 RSM의 CCD로 실험을 설계하여 진행하였다. RSM 실험 결과는 Design expert software(ver. 11, State-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA)를 이용하였으며, 독립변수로는 발아에 영향을 미치는 온도(X1)와 시간(X2)으로 설정하고, 종속변수로는 GABA 함량(Y)을 측정하였다. 독립변수의 범위는 예비 실험을 통해 설정하였으며 반응표면분석 실험에 사용된 독립변수의 coded 및 actual 값은 Table 1에 나타내었다. 설계된 13개 실험군의 통계적인 오차를 최소화하기 위해 임의적인 순서로 3번 반복 실험을 진행하였다(Table 2). 반응 변수에 대한 모델식의 검증은 최적 발아 조건에서의 predicted value와 experimental value 간 absolute residual error(%) 값을 아래와 같이 계산하였다.

Table 1 . The coded levels and variables used in central composite design to optimize γ-aminobutyric acid content of germinated wheat.

Independent variablesLevels
−α−101
X1Temp. (°C)13.961517.52021.03
X2Time (h)4.5412304855.45


Table 2 . The experimental conditions of the central composite design and γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat.

Sample No.Experimental factorGABA (mg/g)
Coded values1)Experimental values
X1X2Temperature (°C)Time (h)
1−1−115120.74±0.28bcd2)3)
21−120120.85±0.17bcd
3−1115480.90±0.28abcd
41120481.03±0.15abc
5−α013.96301.00±0.21abc
6021.03300.70±0.17cd
70−α17.54.540.67±0.09d
8017.555.451.21±0.10ab
90017.5301.16±0.18ab
100017.5301.06±0.13abc
110017.5301.28±0.08ab
120017.5301.02±0.06bc
130017.5301.24±0.37a

1)X1=Temperature (°C), X2=Time (h) for germination conditions..

2)Values are mean±SD, n=3..

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



Absolute residual error (%)=[(Experimental value-Predictied value)/ Experimental value]×100

GABA 함량 측정

발아밀의 GABA 함량은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 측정하였다. 발아밀 시료 1 g과 8% trichloroacetic acid 4 mL를 혼합한 후 상온에서 2시간 동안 추출했다. 각 추출물의 상등액 0.1 mL를 0.2 M borate buffer 0.2 mL, 6% phenol reagent 1 mL와 혼합하여 7.5% sodium hypochlorite 0.4 mL를 첨가했다. 각 혼합액을 100°C에서 10분 동안 반응시킨 후 5분 동안 얼음물에서 냉각하여 spectrophotometer(EMC-11D-V, EMCLAB Instruments, Duisburg, Germany)를 이용하여 630 nm에서 흡광도를 측정하였다. 각 시료의 GABA 함량은 표준물질인 GABA를 이용하여 0~500 μg/mL의 농도로 제조한 후 시료와 동일한 방법으로 분석한 표준곡선으로 계산하여 mg/g으로 함량을 계산하였다.

발아밀 전처리

발아밀의 음료 소재로서의 가능성을 실험하기 위해 Wu 등(2013)의 수수 음료 제조과정을 참고하였다. RSM에 실험 결과로 제조된 발아밀은 220°C에서 10분간 스팀처리, 16시간 건조, 로스팅의 순서로 준비하였다. 로스팅은 가정용 로스터기(J.Roaster MK-300, Foshan Shunde Co., Ltd., Guangdong, China)를 이용하여 160°C에서 0, 10, 20, 40분간 처리하였다. 로스팅 후 각 시료 5 g에 100 mL의 증류수를 넣어 100°C에서 30분간 끓인 후 분석에 사용하였다. 추출물은 0.45 μm syringe filter로 여과하여 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능에 사용하였다.

총 페놀 및 플라보노이드 함량 분석

총 페놀 함량 분석은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 추출물 20 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 500 μL와 20% sodium carbonate를 넣고 혼합하여 실온의 암소에서 2시간 동안 방치한 후 spectrophotometer(EPOCH 2, Biotek, Winooski, VT, USA)를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 증류수를 사용하였으며, 표준물질로는 gallic acid를 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준곡선으로부터 총 페놀 함량을 계산하여 mg gallic acid equivalent(GAE)/g으로 표기하였다.

총 플라보노이드 함량은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 250 μL에 5% sodium nitrite 75 μL, 증류수 1.25 mL를 넣고 교반하여 6분간 반응시킨 후 10% aluminium chloride 150 μL를 넣고 5분 후 1 N sodium hydroxide 0.5 mL를 첨가하여 510 nm에서 spectrophotometer(Biotek)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 증류수, 표준물질로는 (+)-catechin hydrate를 이용하였다. 표준물질을 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 검량선으로부터 총 플라보노이드 함량을 계산하여 mg catechin equivalent(CE)/g으로 표기하였다.

DPPH 라디칼 소거능 측정

DPPH 라디칼 소거능은 Aung 등(2022)의 방법에 따라 측정하였다. 0.1 mL DPPH 용액 1,950 μL에 각 시료 추출물 50 μL를 넣고 교반 후 실온의 암소에서 30분간 반응시킨 후 spectrophotometer(Biotek)를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 blank로 메탄올을 사용하였으며, 표준물질로는 Trolox를 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준곡선으로부터 DPPH 라디칼 소거능을 계산하여 μM Trolox equivalent(TE)/g으로 표기하였다.

통계처리

모든 실험은 3회 반복하였으며 각 결괏값은 XLSTAT version 2021(Addinsoft, Paris, France)을 이용하여 통계 처리하였다. 각각의 실험 항목에서 시료 간 차이 검증을 위해 일원분산분석 후 유의차가 있을 경우 Duncan의 다중범위검정법(Duncan’s multiple range test)으로 유의성을 검증하였다(P<0.05).

결과 및 고찰

반응표면분석에 의한 최적 발아 조건

곡류의 발아는 다양한 기능성 성분이 증대된다고 알려져 있으며, 그중 GABA 코르티코트로핀 분비 호르몬의 활동을 억제시켜 스트레스 완화에 도움이 되며(Bengtsson 등, 2020), 혈압 감소, 항산화, 체지방 감소 효과에 관한 연구가 보고되어 있다(Patil과 Khan, 2011). 본 연구에서는 반응표면분석법을 이용하여 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량을 최대화할 수 있는 발아 조건을 연구하였다. 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량을 최대로 포함할 수 있는 발아밀을 제조하기 위해 발아 온도(13.96~21.03°C), 발아 시간(4.54~55.45 h)을 독립변수로 설정하였으며, CCD에 의해 설계된 13개의 발아 조건에서 얻어진 종속변수의 결과는 Table 2에 나타내었다. 각 조건에서 발아시킨 앉은뱅이밀의 GABA 함량은 0.67~1.28 mg/g으로 측정되었으며 17.5°C, 30시간 발아 조건에서 1.28 mg/g의 최댓값이 확인되었다(Sample No. 11). 13개 발아 조건과 실험값을 바탕으로 도출된 2차 회귀방정식은 GABA=1.15-0.023Temp.+0.138Time+0.005Temp.Time-0.1547Temp.2-0.1097Time이었으며 반응표면 모델에 대한 analysis of variance(ANOVA) 분석 결과는 Table 3과 같다.

Table 3 . Analysis of variance of quadratic regression model for γ-aminobutyric acid content of germinated wheat.

F-valueP-value
Model4.150.0451
Temp.0.23190.6448
Time8.320.0235
Temp.×Time0.00550.9431
Temp.29.10.0195
Time24.580.0697
Residual
Lack of fit2.080.2459
R20.7478
Adjusted R20.5677
Predicted R2−0.2463
C.V. (%)13.68
Adequate precision4.6836

Temp.: temperature, R2: coefficient of determination, C.V.: coefficient of variance..



ANOVA 분석 결과 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량의 모델은 P값이 0.0451로 0.05보다 작아 통계학적으로 유의성이 인정되었다. R2는 1에 가까울수록 모델이 적합하다고 판단되는데 본 연구 결과 0.7478로 약 74.78%의 신뢰성을 보여주었다. Lack of fit은 회귀 모델의 적합성과 신뢰도를 판단할 수 있는 지표로 P값이 0.05보다 클 때 높은 신뢰도를 가지는데 본 연구에서 도출한 모델의 lack of fit의 P값은 0.2459로 적합한 모델임을 확인하였다(Table 3). Yi 등(2022)의 보고에 따르면 adequate precision 값이 4 이상일 때 적합한 모델로 판단할 수 있는데 본 연구 결과 adequate precision 값이 4.6836으로 적합한 모델임을 확인할 수 있었다. 또한, 앉은뱅이밀 발아 시 GABA 함량에 대한 각 독립변수의 영향은 Table 3의 P값에서 확인할 수 있듯이 온도(P-value, 0.6448)보다는 시간(P-value, 0.0235)에 의해 영향을 미치는 것을 확인하였다.

이는 Fig. 1A와 같이 독립변수의 개별적인 주효과도를 평가한 일변수 최적화 곡선에서도 확인할 수 있었다. 발아 온도는 coded level 0(actual level: 17.5°C)에서 GABA 함량이 최대이지만 발아 시간의 경우 시간이 증가할수록 GABA 함량이 증가하여 온도보다는 시간에 더 많은 영향을 받는 것을 알 수 있었다. 앉은뱅이밀은 금강, 조경, 백중과 같은 품종보다 단백질 함량이 낮은 것으로 알려져 있으며, 고소밀과 유사한 단백질 함량을 가지고 있다(Heo 등, 2013). Ham 등(2015)의 발아 시간에 따른 국산밀의 유용성분 비교 연구 결과, 고소밀보다 단백질 함량이 높은 조경과 백중밀의 경우 발아 시간에 따라 유용성분 함량의 차이를 보이지 않은 반면, 단백질 함량이 낮은 고소밀의 경우 전체적으로 발아 시간이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. RSM으로 분석한 GABA 함량을 최대(1.196 mg/g)로 함유할 수 있는 발아 조건은 17.34°C, 41.3시간으로 도출되었다(Fig. 1B, Table 4). RSM 결과에 의한 최적 발아 조건으로 제조한 발아밀의 GABA 함량 측정 결과 1.20±0.03 mg/g이었으며, 이때 absolute residual error 값이 0.34%로 RSM에 의해 도출된 발아 조건이 GABA 함량을 최대로 할 수 있는 앉은뱅이밀의 최적 발아 모델임을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과로부터 얻은 최적 발아 조건으로 제조한 발아밀을 이용하여 섭취가 용이한 음료 형태의 제품 개발 가능성을 고려하여 차 형태로 끓인 후 건강에 도움을 줄 수 있는 지표들을 추가 실험하였다.

Table 4 . Validation of optimized germination conditions to maximize γ-aminobutyric acid content in germinated wheat.

Predicted value (mg/g)Experimental value (mg/g)Absolute residual error (%)
Optimized germinated wheat1.1961.20±0.030.34


Fig 1. Perturbation plot (A) and 3D response surface plot (B) for γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat by response surface methodology (RSM).

발아밀 추출액의 총 페놀 및 플라보노이드 함량

RSM으로 발아 조건을 최적화한 발아밀의 음료 소재로서의 가능성을 알아보기 위해 곡류 차 제조 선행연구를 참고하였다(Wu 등, 2013). 로스팅은 밀과 같은 곡류를 차로 제조 중 일반적인 과정으로 로스팅에 의해 독특한 향미와 색을 가짐으로 기호성 향상에 기여한다(Kang 등, 2022). 따라서 본 연구에서는 로스팅 시간(0, 10, 20, 30, 40분)을 달리하여 GWT_0, GWT_10, GWT_20, GWT_30, GWT_40으로 표기하고 대조구는 아무 처리하지 않은 밀(Control, C)을 사용하여 각 시료의 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 측정하였다. 페놀이나 플라보노이드 화합물은 다양한 식물에 존재하는 2차 대사산물의 하나로 항산화 활성에 관여한다고 알려져 있다(Singh 등, 2017). 본 연구에서 아무 처리하지 않은 밀과 로스팅 시간에 따른 발아밀 시료들의 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 측정한 결과는 Fig. 2A, 2B에 나타내었다. 로스팅 시간이 증가할수록 추출액의 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 증가하는 것을 알 수 있었다(P<0.001). 시료 중 40분 로스팅한 시료(GWT_40)의 페놀 및 플라보노이드 함량이 각각 92 mg GE/g, 8.58 mg CE/g으로 가장 높았다. 발아밀을 로스팅했을 때 페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하는 이유는 밀 세포벽에 단단하게 결합된 결합형 폴리페놀이 발아하는 과정에서 추출이 가능한 유리형 폴리페놀로 변화한 걸로 추측된다(Kang 등, 2022). 또한, 로스팅 중 가열처리 때문에 발아밀 내부 조직의 파괴로 인하여 페놀 및 플라보노이드와 같은 생리활성 성분 추출을 용이하게 하여 증가할 수 있다고 보고된 바 있다(Lee 등, 2013).

Fig 2. Total phenolic contents (A), total flavonoid contents (B) and DPPH radical scavenging activity (C) of optimized germinated wheat by response surface methodology. C, wheat; GWT_0, germinated wheat without roasting; GWT_10, germinated wheat roasted for 10 min; GWT_20, germinated wheat roasted for 20 min; GWT_40, germinated wheat roasted for 40 min. Values are mean±SD. Different letters on bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

발아밀 추출액의 DPPH 라디칼 소거능

DPPH 라디칼 소거능은 항산화능을 측정하는데 가장 널리 사용되는 방법으로 발아밀의 로스팅 시간에 따른 DPPH 라디칼 소거능은 Fig. 2C에 나타내었다. 발아밀 로스팅 추출액의 DPPH 라디칼 소거능은 로스팅 시간이 증가함에 따라 증가하였으며(P<0.001), 아무 처리를 하지 않은 대조구(30.27 μM TE/g)에 비해 40분간 로스팅한 시료(GWT_40)는 67.12 μM TE/g으로 약 2배 이상 증가하였다(Fig. 2C). 발아밀 추출액의 DPPH 라디칼 소거능 결과는 총 페놀 및 플라보노이드 함량의 결과와 유사하였다. 이는 로스팅 처리에 의해 항산화 성분인 페놀성 물질들이 증가하였기 때문으로 추측된다. 혹은 Maillard 반응 중에 생성되는 중간 화합물, melanoidin, pyrrole, furan, pyrizine 등과 같은 헤테로고리 화합물들의 생성이 DPPH 라디칼 소거능에 기여하였기 때문일 수 있다(Vignoli 등, 2014).

요 약

본 연구에서는 국내에서 재배되고 있는 앉은뱅이밀이 GABA 함량을 최대로 가질 수 있는 발아 조건을 RSM으로 도출하고, 이 발아밀을 이용하여 음료 제조 가능성을 살펴보았다. 곡물을 이용한 음료의 제조 과정 중 로스팅 시간에 따른 총 페놀 및 플라보노이드 함량을 조사하고 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였다. GABA 함량을 최대로 포함할 수 있는 발아 조건은 17.34°C, 41.3시간이었으며, 예측값과 실험값을 비교하여 RSM에 도출된 모델의 적합성을 판단하였고 그 결과 absolute residual error 값이 0.34%로 GABA 함량을 최대로 할 수 있는 앉은뱅이밀의 최적 발아 모델임을 확인하였다. 최적 발아 조건에서 제조된 발아밀의 로스팅 시간에 따른 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH 라디칼 소거능 결과 로스팅 시간이 증가할수록 건강과 관련한 인자들이 매우 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 본 연구에서 최적 발아와 로스팅 가공에 의해 제조한 발아밀 추출액은 페놀 및 플라보노이드 함량 및 항산화 활성이 높은 것으로 평가되어 곡류 음료로서의 가능성을 확인할 수 있었다.

감사의 글

이 논문은 2021~2022년도 창원대학교 자율연구과제 연구비 지원으로 수행된 연구결과입니다.

Fig 1.

Fig 1.Perturbation plot (A) and 3D response surface plot (B) for γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat by response surface methodology (RSM).
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 210-215https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.2.210

Fig 2.

Fig 2.Total phenolic contents (A), total flavonoid contents (B) and DPPH radical scavenging activity (C) of optimized germinated wheat by response surface methodology. C, wheat; GWT_0, germinated wheat without roasting; GWT_10, germinated wheat roasted for 10 min; GWT_20, germinated wheat roasted for 20 min; GWT_40, germinated wheat roasted for 40 min. Values are mean±SD. Different letters on bars are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 210-215https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.2.210

Table 1 . The coded levels and variables used in central composite design to optimize γ-aminobutyric acid content of germinated wheat.

Independent variablesLevels
−α−101
X1Temp. (°C)13.961517.52021.03
X2Time (h)4.5412304855.45

Table 2 . The experimental conditions of the central composite design and γ-aminobutyric acid (GABA) content of germinated wheat.

Sample No.Experimental factorGABA (mg/g)
Coded values1)Experimental values
X1X2Temperature (°C)Time (h)
1−1−115120.74±0.28bcd2)3)
21−120120.85±0.17bcd
3−1115480.90±0.28abcd
41120481.03±0.15abc
5−α013.96301.00±0.21abc
6021.03300.70±0.17cd
70−α17.54.540.67±0.09d
8017.555.451.21±0.10ab
90017.5301.16±0.18ab
100017.5301.06±0.13abc
110017.5301.28±0.08ab
120017.5301.02±0.06bc
130017.5301.24±0.37a

1)X1=Temperature (°C), X2=Time (h) for germination conditions..

2)Values are mean±SD, n=3..

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


Table 3 . Analysis of variance of quadratic regression model for γ-aminobutyric acid content of germinated wheat.

F-valueP-value
Model4.150.0451
Temp.0.23190.6448
Time8.320.0235
Temp.×Time0.00550.9431
Temp.29.10.0195
Time24.580.0697
Residual
Lack of fit2.080.2459
R20.7478
Adjusted R20.5677
Predicted R2−0.2463
C.V. (%)13.68
Adequate precision4.6836

Temp.: temperature, R2: coefficient of determination, C.V.: coefficient of variance..


Table 4 . Validation of optimized germination conditions to maximize γ-aminobutyric acid content in germinated wheat.

Predicted value (mg/g)Experimental value (mg/g)Absolute residual error (%)
Optimized germinated wheat1.1961.20±0.030.34

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