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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(7): 716-721

Published online July 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.7.716

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Evaluation of Quality Characteristics of Soybean Protein Isolate from Cold-Pressed Soybean Meal

Min-Soo Jeong and Seong-Jun Cho

Department of Food Science and Biotechnology, College of Agriculture and Life Sciences, Kangwon National University

Correspondence to:Seong-Jun Cho, Department of Food Science and Biotechnology, College of Agriculture and Life Sciences, Kangwon National University, 1, Kangwondaehak-gil, Chuncheon, Gangwon 24341, Korea, E-mail: sj.cho@kangwon.ac.kr

Received: March 30, 2023; Revised: April 20, 2023; Accepted: May 4, 2023

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.

The study evaluated the potential of using cold-pressed soybean meal as a raw material for producing soybean protein isolate. Two methods of protein extraction (acid and alkali extraction) were used to produce soybean proteins from soybean meal defatted by cold pressing (SDP) and by an organic solvent (SDS), and the physicochemical properties, including protein purity and yield, protein molecular profile, nutritional and techno-functional properties, were evaluated. Although the soybean protein isolates from SDP had a slightly lower purity than those from SDS, the yield was similar. The physicochemical properties of the soybean protein isolate from SDP revealed a higher oil-holding capacity and emulsifying stability than those of soybean protein isolate from SDS, but the other properties measured were the same level or lower. Nevertheless, soybean protein isolates from SDP have sufficient techno-functional properties comparable to soybean protein isolates from soybean meal defatted by an organic solvent. Therefore, cold-pressed soybean meal can be used as an eco-friendly protein source for soybean protein production.

Keywords: soybean meal, soybean protein isolate, physicochemical properties, cold pressing, defatting

식물성 유지를 추출하는 방식은 크게 극성이 낮은 유기용매를 이용하는 용매추출 방법과 기계적 힘으로 원료를 압착하여 유지를 추출하는 압착추출 방법으로 분류된다. 유지의 추출에 사용되는 식물성 유지원료의 이화학적, 구조적 특성에 따라서 식물성 유지원료마다 추출에 유리한 추출 방법이 선택적으로 사용되고 있다(Cheng 등, 2019). 유기용매를 이용한 추출 방법은 생산되는 유지의 수율이 높고 불순물이 적은 고순도의 유지를 추출할 수 있다는 장점이 있다(Bhuiya 등, 2020). 하지만 유기용매에 의한 폭발을 방지하기 위한 방폭 설비와 용매를 증류하는 설비 설치를 위한 많은 비용이 필요하다는 단점이 있다. 용매추출을 이용하여 생산되는 대표적인 식품 유지로 대두유가 있으며 그 외에 카놀라유, 포도씨유 등이 있다.

냉압착 공정(cold-pressing process)은 비교적 최근에 개발된 저온압착공정이며 유지추출 방법으로 사용되고 있다. 기존의 가열된 원료를 압착하는 고온압착추출과 달리 냉압착추출은 45°C 이하의 저온에서 스크루 방식으로 착유하는 방법으로, 열에 의한 영양소 파괴가 미미하며 기름을 산화시킬 수 있는 미생물 또는 금속이온(Fe, Cu)의 오염이 적다는 장점이 있다(Makała 등, 2015). 또한, 유기용매추출, 탈검, 중화, 표백, 탈랍, 탈취공정을 포함하는 복잡한 용매추출 방법과 달리 냉압착추출은 여과, 원심분리 공정을 통해 완료되는 간소한 추출공정이며 유기용매를 사용하지 않는 친환경적인 추출공정이다. 이와 같은 이유로 고품질의 냉압착 유지에 대한 수요가 증가하고 있으며(Azadmard-Damirchi 등, 2010) 냉압착 유지추출에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다(Chew, 2020; Özcan 등, 2019).

대두박은 대두에서 대두유를 추출하고 남은 잔사를 말하며 대략 47% 고함량의 조단백을 함유하고 있어 대부분 대두분리단백의 원료로 사용된다(Aguirre 등, 2022). 대두분리단백은 가장 대표적인 식물성 단백소재로 2022년 기준 12.3억 달러로 식물성 단백소재 중 가장 큰 시장 규모를 차지하고 있다(Market Data Forecast, 2022). 대두분리단백은 90% 이상의 고순도 분리단백으로 높은 필수아미노산 함량과 기능성을 보유해 아이스크림, 대체육, 빵 등 다양한 식품에 널리 사용되고 있다(Dunmire 등, 2023; Kinsella, 1979). 현재 대두분리단백은 대부분 대두유의 용매추출공정에서 발생하는 용매추출 대두박을 원료로 하여 생산되고 있다. 반면, 대두유의 냉압착공정에서 발생하는 냉압착 대두박은 높은 잔여 지방 함량 때문에 대두단백원료로 사용되지 못하고 사료로 사용되거나 버려지고 있다. 현재 냉압착 대두박으로 제조한 대두분리단백에 관한 연구는 미미한 상황으로 체계적인 연구를 통해 냉압착 대두박의 대두단백원료로써 활용 가능성을 검토할 필요가 있다.

따라서 본 연구에서는 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 이용하여 제조한 대두분리단백의 단백 특성과 기능성을 포함한 품질 특성을 비교함으로써 냉압착 대두박의 대두분리단백원료로써 활용 가능성을 평가 및 검토하고자 한다.

실험재료

실험에 사용한 대두분말과 냉압착 대두박은 뜨란(Tteuran)에서 공급받았다. 실험에 사용한 potassium phosphate monobasic, potassium phosphate dibasic, ammonium sulfate는 Sigma-Aldrich에서 구입하였으며, 5× sample buffer는 Dyne Bio에서 구매하였다. 그 외의 시약들은 특급이상을 사용하였다.

대두박 제조

냉압착 대두박과 함께 실험에 사용할 용매추출 대두박을 제조하기 위하여 대두분말 200 g을 1 L의 n-hexane에 첨가한 혼합액을 2시간 동안 상온에서 교반하였다. 혼합액은 여과지(Whatman No.3, Whatman)를 이용하여 감압 여과하였다. 여과된 대두분말은 동량의 n-hexane을 이용하여 2시간 동안 상온에서 교반하였으며 같은 방법으로 감압 여과하여 용매추출 대두박을 제조하였다. 용매추출 대두박은 상온에서 12시간 동안 자연건조하였으며 냉압착 대두박과 함께 실험에 사용되었다.

대두분리단백 제조

대두분리단백을 제조하기 위하여 100 g의 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 각각 800 mL의 증류수에 첨가하고 30분간 교반하여 수화하였다. 수화한 각각의 대두박 혼합액을 각각 1 N HCl과 1 N NaOH를 이용하여 pH 2와 pH 8로 조절하였으며 혼합액을 2시간 동안 상온에서 교반반응시켰다. 이후 각 혼합액은 3,200×g에서 15분간 원심분리하였으며 원심분리된 상등액은 100 μm의 sieve를 이용하여 체별하였다. 체별된 상등액은 1 N HCl을 이용하여 pH 4.5로 조절하였으며 3,200×g에서 15분간 원심분리하였다. 침전된 단백을 1 N NaOH로 중화하였다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박으로 제조한 대두분리단백을 각각 냉압착 대두분리단백, 용매추출 대두분리단백이라 명명하였다. 중화된 두 단백은 모두 동결건조한 후 분쇄하여 상온에서 보관하면서 시료로 사용하였다.

일반성분분석 및 단백수율 분석

시료의 일반성분분석은 식품공전 방법(MFDS, 2020)에 따라 수분 함량, 조단백 함량, 조지방 함량, 조회분 함량을 분석하였다. 조단백 함량은 조단백 자동분석장치(Kjeltec 8200, Foss)를 통해 분석하였으며 질소계수는 6.25를 사용하였다. 조지방 함량은 자동지방추출기(Soxtec Avanti system 2050, Foss)를 이용하여 에테르 추출법으로 분석하였으며, 조회분 함량은 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 시료의 단백수율은 시료의 조단백 함량 분석 결과를 이용하여 아래와 같은 계산식에 대입하여 산출하였다.

%= g g×100

단백 용해도 분석

시료의 단백 용해도는 Liu 등(2021)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 2 g을 90 mL의 증류수에 30분간 수화하였으며 1 N HCl과 1 N NaOH를 이용하여 각각 2부터 12까지의 pH로 조절하였다. 조절된 혼합액은 물을 이용하여 100 mL로 정용하였으며, 2시간 동안 상온에서 교반 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 혼합액을 3,200×g로 15분간 원심분리하여 상등액을 분리하였다. 조단백 자동분석장치를 이용하여 상등액의 조단백 함량을 측정한 후, 다음과 같은 계산식에 대입하여 단백 용해도를 산출하였다.

%= g g×100

Sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE)

시료의 겔 전기영동분석은 Liu 등(2019)의 방법을 변형하여 실시하였다. 시료 10 mg을 1 mL의 5× sample buffer (2% β-mercaptoethanol, 2% SDS, 0.01% Bromophenol blue, 60 mM Tris-HCl, pH 6.8)에 첨가하였으며 5분간 끓는 물에서 가열하였다. 가열한 혼합액을 방랭한 후, 10,000×g로 2분간 원심분리하였으며 상등액 10 μL를 10% 아크릴아마이드 겔에 주입하여 전기영동장치(PowerPacTM Basic, BIO-Rad Laboratories)를 이용하여 200 V로 전개하였다. 전개된 겔은 0.05% Coomasie brilliant blue로 염색하였으며, 탈색 용액(acetic acid:methanol:deionized water=1:1:8, v/v/v)을 이용하여 겔을 탈색하였다.

수분흡수력 및 유지흡수력

시료의 수분흡수력(water holding capacity, WHC) 및 유지흡수력(oil holding capacity, OHC)은 Tang 등(2021)의 방법을 참고하여 측정하였다. 시료 2 g이 담겨있는 50 mL conical tube에 6 mL의 증류수 또는 대두유를 첨가한 후 충분히 혼합하였다. 혼합된 시료는 3,200×g에서 15분간 원심분리하였으며 흡수되지 않은 상등액을 제거한 후에 conical tube의 무게를 측정하였다. 시료의 WHC와 OHC는 시료의 고형분 무게(W1), 상등액이 제거된 시료에 흡수된 물의 무게(W2), 상등액이 제거된 시료에 흡수된 대두유의 무게(W3)를 이용하여 아래와 같은 식을 이용하여 산출하였다.

WHCg/g=W2W1OHCg/g=WSW1

기포형성력 및 기포안정성

시료의 기포형성력(foaming capacity, FC) 및 기포안정성(foaming stability, FS)은 Jeong 등(2021)의 방법을 사용하여 측정하였다. 시료 1 g이 포함된 100 mL의 용액을 homogenizer(T25, IKA-Werke)를 이용하여 5분 동안 15,000 rpm으로 균질화하였다. 이후 균질한 용액을 60분간 상온에서 방치하였다. 시료의 FC 및 FS는 균질화 직후 생성된 거품의 부피(V1), 60분간 방치 후 거품의 부피(V60), 실험에 사용된 용액의 부피(V0)를 아래와 같은 식에 대입하여 결과를 산출하였다.

FC%=V1V0×100FS%=V60V0×100

유화능 및 유화안정성

시료의 유화능(emulsifying capacity, EC) 및 유화안정성(emulsifying stability, ES)은 Ahmedna 등(1999)의 방법을 참고하여 측정하였다. 시료 2 g이 담긴 100 mL의 유리 비커에 25 mL 증류수와 25 mL 대두유를 넣고 homogenizer를 이용하여 18,000 rpm으로 1분간 균질화하였다. 균질화된 혼합액 40 mL를 conical tube에 옮긴 후 1,500×g로 5분간 원심분리하였으며 유화액의 부피를 측정하였다. 시료의 ES를 측정하기 위하여 원심분리한 혼합액은 항온수조를 이용하여 80°C에서 30분간 가열하였으며 이후 상온에서 방랭하였다. 방랭한 혼합액을 반복하여 1,500×g로 5분간 원심분리하였으며 유화액의 부피를 측정하였다. 시료의 EC 및 ES는 실험에 사용된 혼합액의 총 부피(V0), 균질화 후 원심분리된 유화액의 부피(V1), 가열 후 원심분리된 유화액의 부피(V2)를 아래와 같은 식에 대입하여 결과를 산출하였다.

EC=V1V0×100ES=V2V1×100

최소 겔 형성농도

시료의 최소 겔 형성농도(least gelation concentration, LGC)는 O’Kane 등(2004)의 방법을 참고하여 분석하였다. 시료와 75 mM potassium phosphate(pH 7.6)를 혼합하여 제조한 10~15%(w/w) 농도의 3 g 혼탁액을 30 mL의 유리 바이알(Φ 25mm)에 담아 항온수조를 이용하여 90°C에서 30분간 가열하였다. 가열한 혼탁액은 상온에서 2시간 동안 방랭하였다. 시료의 LGC는 유리 바이알을 뒤집었을 때 겔이나 용액이 흐르지 않는 최소한의 농도로 하였다.

통계분석

모든 실험 결과는 SPSS(SPSS Statistics 24, IBM Corp.)를 이용하여 통계분석을 하였으며 평균±표준편차로 나타내었다. 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 각 결괏값의 차이에 대한 유의성을 검증하였으며 사후검증으로 Duncan’s multiple range test를 P<0.05로 실시하였다.

냉압착 대두박의 일반성분 및 단백추출 특성

냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 일반성분 분석 결과는 Table 1에 나타내었다. 두 대두박의 조단백 함량 분석 결과, 용매추출 대두박의 조단백 함량은 54.61±0.34%로 냉압착 대두박의 조단백 함량인 50.83±0.22%보다 유의적으로 높게 측정되었다. 조지방 함량의 경우, 냉압착 대두박의 조지방 함량이 9.82±0.32%로 0.31±0.11%인 용매추출 대두박의 조지방 함량보다 유의적으로 높게 측정되었다. 두 대두박의 조단백 함량의 차이는 각 추출 방법에 따른 대두박의 추출율 차이에 기인한다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 단백 용해도 분석 결과는 Fig. 1에 나타내었다. pH 3을 제외한 모든 범위의 pH에서 냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 단백 용해도 간의 유의적인 차이는 없었다. 수용액 상에서 다량의 지방은 단백과 결합하여 유화액을 형성하여 단백 용해도를 증가시킬 수 있다. 하지만 단백 용해도에 영향을 미치는 요인은 지방 함량 외에도 유지추출과정에서 발생할 수 있는 단백의 표면특성 변화, 단백의 변성 정도 등의 요인이 있으며, 복합적인 요인의 결과로 두 대두박이 유사한 수준의 단백 용해도를 나타내는 것으로 사료된다(Jeong 등, 2021; Navarro 등, 2016; Siaw 등, 2021).

Table 1 . Proximate composition of soybean flour and defatted soybean meals

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)
SBF44.76±0.25a16.53±0.11c4.72±0.13a
SDP50.83±0.22b9.82±0.32b5.38±0.29b
SDS54.61±0.34c0.31±0.11a5.74±0.38b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SBF, soybean flour; SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent.



Fig. 1. Protein solubilities of defatted soybeans. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent.

냉압착 대두분리단백의 단백순도 및 단백수율

냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 일반성분 분석 및 단백수율 분석 결과는 Table 2에 나타내었다. 염기성 수용액에서 추출한 두 대두분리단백의 단백순도 분석 결과, 냉압착 대두분리단백 단백순도는 85.27±1.24%로 용매추출 대두분리단백의 단백순도(89.23±0.62%)보다 유의적으로 낮게 측정되었다. 산 수용액에서 추출한 대두분리단백 또한 냉압착 대두분리단백의 단백순도가 78.75±1.17%로 용매추출 대두분리단백의 단백순도(81.42±0.63%)보다 더 낮게 측정되었다. 냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백 간의 단백순도 차이는 두 단백의 원료인 대두박의 조지방 함량 차이에 기인한다. 단백을 수용액 상에 추출하는 과정에서 고함량의 지방은 수용액 상의 단백과 상호 결합하거나 유화된 상태 또는 중성지방 상태로 수용액 상에 존재할 수 있으며, 이후 등전점의 pH에서 단백을 석출시켜 회수하는 과정에서 석출되는 단백 사이에 함께 포집되면서 결과적으로 단백의 순도를 감소시킬 수 있다(Yue 등, 2021). 따라서 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 높은 냉압착 대두분리단백의 조지방 함량(3.41±0.33%)이 단백의 단백순도를 감소시킨 것으로 사료된다. 대두분리 단백의 단백수율 분석 결과, 탈지방법에 따른 대두분리단백 간의 유의적인 단백수율 차이는 없었다. 한편, 염기성 수용액에서 추출한 모든 대두분리단백의 단백수율이 산 수용액에서 추출한 모든 대두분리단백의 단백수율보다 더 높게 측정되었다. 대두박과 대두분리단백의 단백분자량 분포는 SDS-PAGE 겔 이미지를 이용하여 Fig. 2에 나타내었다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박 간의 단백질 분자 분포는 유사하였으며 추출된 대두분리단백의 단백 분자 분포를 보았을 때, 네 종류의 대두분리단백 모두 대두박 내 대부분의 단백을 포함하고 있어 대두분리단백 간의 추출된 단백의 양상은 큰 차이가 없음을 확인하였다.

Table 2 . Proximate compositions and yields of soybean protein isolates from different soybean meals

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)Protein yield (%)
SPP278.75±1.17a4.24±0.47c6.84±0.31b33.66±1.97a
SPS281.42±0.63b0.67±0.12a6.82±0.74b33.28±1.37a
SPP885.27±1.24c3.41±0.33b5.61±0.31a40.90±0.79b
SPS889.23±0.62d0.72±0.21a6.07±0.64ab39.21±1.22b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS.



Fig. 2. SDS-PAGE image of defatted soybean meals and soybean isolates from different soybean meals. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDP; SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDS; SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS.

냉압착 대두분리단백의 기능성

냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 기능성 분석 결과는 Table 3에 나타내었다. 대두박의 추출 방법에 따른 대두분리단백의 기능성에 대한 전체적인 분석을 위해 각 단백의 WHC, OHC, FC, FS, EC, ES를 측정하였으며 겔 형성능을 측정하기 위하여 단백의 LGC를 측정하였다. 대두분리단백의 WHC 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 대두분리단백 모두 용매추출 대두분리단백의 WHC가 냉압착 대두분리단백의 흡수력보다 더 높게 측정되었다. 이는 용매추출 대두분리단백의 조지방 함량(0.72±0.21%) 대비 더 높은 냉압착 대두분리단백의 조지방 함량(3.41±0.33%)에 기인한다. 분리단백 내 존재하는 지방은 단백 표면의 친수성 아미노산 잔기와 물과의 결합을 방해함으로써 단백의 WHC를 저하할 수 있다. 반면, 염기성 추출액에서 추출한 냉압착 대두분리단백의 OHC는 2.38±0.05 g/g으로 용매추출 대두분리단백의 OHC(2.22±0.03 g/g) 대비 유의적으로 더 높게 측정되었다. 단백의 OHC는 단백 표면의 소수성 잔기의 양과 밀접한 관련이 있으며(Jeong 등, 2021), 두 대두분리단백의 OHC 간의 차이는 냉압착 단백 내 함유된 지방이 표면에 노출된 아미노산의 양상 변화에 기인한다고 사료된다. 대두분리단백의 FC 및 FS 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 대두분리단백 모두 냉압착 대두분리단백의 FC 및 FS가 용매추출 대두분리단백의 결과보다 더 낮게 측정되었다. 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방은 기포의 표면장력을 감소시킴으로써 기포 형성을 억제하며 형성된 기포의 안정성을 감소시킬 수 있다(Arnaudov 등, 2001). 대두분리단백의 EC 및 ES 분석 결과, 염기성 수용액을 이용해 추출한 냉압착 대두분리단백의 ES를 제외한 모든 냉압착 대두분리단백의 EC 및 ES가 용매추출 대두분리단백의 결과보다 더 낮게 측정되었다. 단백은 양친매성 물질로 단백 표면에 노출된 친수성 아미노산과 소수성 아미노산이 각각 물과 유지와 결합하면서 계면활성을 띠어 유화액을 형성할 수 있다. 단백 표면의 친수성 아미노산과 소수성 아미노산의 비율이 단백의 EC를 결정하는 데 있어 중요한 역할을 한다(Tang, 2017). 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방이 소수성 아미노산 잔기의 표면 노출을 유도하여 유화형성력을 저하시켰을 것으로 사료된다. 대두분리단백의 겔 형성능 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 모든 냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 LGC는 모두 13.0±0%로 동일하였다. 분리단백 내 지방은 가열 시 단백과 유화되면서 단백의 겔 구조 형성에 영향을 미칠 수 있지만 냉압착 대두분리단백 내 지방 함량은 겔 형성능을 유의적으로 감소시킬 정도로 높지 않았다고 사료된다.

Table 3 . Techno-functional properties of soybean protein isolates from different soybean meals

SamplesWHC (g/g)OHC (g/g)FC (%)FS (%)EC (%)ES (%)LGC (%)
SPP22.46±0.05c2.02±0.04a34.36±4.12ab99.31±1.36c55.17±1.91a97.00±0.45c13.0±0a
SPS22.80±0.07d2.08±0.06a40.04±2.11b99.02±1.12c55.94±5.52a100±0c13.0±0a
SPP81.23±0.07a2.38±0.05c30.00±0a92.30±0.43a65.82±2.64b88.75±0.32b13.0±0a
SPS81.61±0.15b2.22±0.03b36.03±3.61b95.16±2.02b76.94±1.77c83.04±4.21a13.0±0a

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS. WHC, water holding capacity; OHC, oil holding capacity; FC, foaming capacity; FS, foaming stability; EC, emulsifying capacity; ES, emulsifying stability; LGC, least gelation concentration.


본 연구에서는 냉압착 대두박의 대두분리단백 원료로써 활용 가능성을 검토하고자 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 이용한 대두분리단백의 단백순도, 기능성을 포함한 품질 특성을 비교 평가하였다. 대두분리단백의 단백순도 및 단백수율 분석 결과, 염기조건과 산성조건으로 추출한 냉압착 대두분리단백 모두 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 낮은 단백순도를 나타내었지만, 염기성 조건에서 추출할 경우 단백수율의 유의적인 차이는 없었다. 냉압착 대두분리단백의 기능성 분석 결과, 염기성 수용액으로 추출된 냉압착 대두분리단백의 유지흡수력과 유화안정성은 용매추출 대두분리단백보다 높았으나, 다른 기능성 지표들은 동일한 수준이거나 더 낮게 측정되었다. 이러한 결과는 냉압착 대두분리단백의 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 낮은 단백순도와 높은 지방 함량에 기인한다. 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방이 단백과 물 간의 결합을 방해함으로써 수분흡수력, 기포형성력 등을 포함한 기능성을 저해한 결과로 사료된다. 본 연구에서 분석한 냉압착 대두분리단백의 단백순도, 기능성을 포함한 품질은 용매추출 대두분리단백 대비 낮은 수준이었지만 그 정도가 미미하였다. 따라서 대두유 냉압착공정의 부산물인 냉압착 대두박은 대두분리단백 소재의 친환경 원료로 충분한 가치가 있다고 판단된다.

본 논문은 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원(20210485) 및 농림축산식품부의 재원으로 농림수산식품기술기획평가원의 지원(321021-03)을 받아 연구하였음.

  1. Aguirre L, Cámara L, Smith A, et al. Chemical composition, protein quality indicators and in vitro protein digestibility of commercial soybean meals from different origins for use in poultry feeding. Anim Feed Sci Technol. 2022. 293:115473. https://doi.org/10.1016/j.anifeedsci.2022.115473
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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(7): 716-721

Published online July 31, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.7.716

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

냉압착 대두박을 이용한 대두분리단백의 품질특성 평가

정민수․조성준

강원대학교 식품생명공학전공

Received: March 30, 2023; Revised: April 20, 2023; Accepted: May 4, 2023

Evaluation of Quality Characteristics of Soybean Protein Isolate from Cold-Pressed Soybean Meal

Min-Soo Jeong and Seong-Jun Cho

Department of Food Science and Biotechnology, College of Agriculture and Life Sciences, Kangwon National University

Correspondence to:Seong-Jun Cho, Department of Food Science and Biotechnology, College of Agriculture and Life Sciences, Kangwon National University, 1, Kangwondaehak-gil, Chuncheon, Gangwon 24341, Korea, E-mail: sj.cho@kangwon.ac.kr

Received: March 30, 2023; Revised: April 20, 2023; Accepted: May 4, 2023

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

The study evaluated the potential of using cold-pressed soybean meal as a raw material for producing soybean protein isolate. Two methods of protein extraction (acid and alkali extraction) were used to produce soybean proteins from soybean meal defatted by cold pressing (SDP) and by an organic solvent (SDS), and the physicochemical properties, including protein purity and yield, protein molecular profile, nutritional and techno-functional properties, were evaluated. Although the soybean protein isolates from SDP had a slightly lower purity than those from SDS, the yield was similar. The physicochemical properties of the soybean protein isolate from SDP revealed a higher oil-holding capacity and emulsifying stability than those of soybean protein isolate from SDS, but the other properties measured were the same level or lower. Nevertheless, soybean protein isolates from SDP have sufficient techno-functional properties comparable to soybean protein isolates from soybean meal defatted by an organic solvent. Therefore, cold-pressed soybean meal can be used as an eco-friendly protein source for soybean protein production.

Keywords: soybean meal, soybean protein isolate, physicochemical properties, cold pressing, defatting

서 론

식물성 유지를 추출하는 방식은 크게 극성이 낮은 유기용매를 이용하는 용매추출 방법과 기계적 힘으로 원료를 압착하여 유지를 추출하는 압착추출 방법으로 분류된다. 유지의 추출에 사용되는 식물성 유지원료의 이화학적, 구조적 특성에 따라서 식물성 유지원료마다 추출에 유리한 추출 방법이 선택적으로 사용되고 있다(Cheng 등, 2019). 유기용매를 이용한 추출 방법은 생산되는 유지의 수율이 높고 불순물이 적은 고순도의 유지를 추출할 수 있다는 장점이 있다(Bhuiya 등, 2020). 하지만 유기용매에 의한 폭발을 방지하기 위한 방폭 설비와 용매를 증류하는 설비 설치를 위한 많은 비용이 필요하다는 단점이 있다. 용매추출을 이용하여 생산되는 대표적인 식품 유지로 대두유가 있으며 그 외에 카놀라유, 포도씨유 등이 있다.

냉압착 공정(cold-pressing process)은 비교적 최근에 개발된 저온압착공정이며 유지추출 방법으로 사용되고 있다. 기존의 가열된 원료를 압착하는 고온압착추출과 달리 냉압착추출은 45°C 이하의 저온에서 스크루 방식으로 착유하는 방법으로, 열에 의한 영양소 파괴가 미미하며 기름을 산화시킬 수 있는 미생물 또는 금속이온(Fe, Cu)의 오염이 적다는 장점이 있다(Makała 등, 2015). 또한, 유기용매추출, 탈검, 중화, 표백, 탈랍, 탈취공정을 포함하는 복잡한 용매추출 방법과 달리 냉압착추출은 여과, 원심분리 공정을 통해 완료되는 간소한 추출공정이며 유기용매를 사용하지 않는 친환경적인 추출공정이다. 이와 같은 이유로 고품질의 냉압착 유지에 대한 수요가 증가하고 있으며(Azadmard-Damirchi 등, 2010) 냉압착 유지추출에 관한 연구도 활발히 진행되고 있다(Chew, 2020; Özcan 등, 2019).

대두박은 대두에서 대두유를 추출하고 남은 잔사를 말하며 대략 47% 고함량의 조단백을 함유하고 있어 대부분 대두분리단백의 원료로 사용된다(Aguirre 등, 2022). 대두분리단백은 가장 대표적인 식물성 단백소재로 2022년 기준 12.3억 달러로 식물성 단백소재 중 가장 큰 시장 규모를 차지하고 있다(Market Data Forecast, 2022). 대두분리단백은 90% 이상의 고순도 분리단백으로 높은 필수아미노산 함량과 기능성을 보유해 아이스크림, 대체육, 빵 등 다양한 식품에 널리 사용되고 있다(Dunmire 등, 2023; Kinsella, 1979). 현재 대두분리단백은 대부분 대두유의 용매추출공정에서 발생하는 용매추출 대두박을 원료로 하여 생산되고 있다. 반면, 대두유의 냉압착공정에서 발생하는 냉압착 대두박은 높은 잔여 지방 함량 때문에 대두단백원료로 사용되지 못하고 사료로 사용되거나 버려지고 있다. 현재 냉압착 대두박으로 제조한 대두분리단백에 관한 연구는 미미한 상황으로 체계적인 연구를 통해 냉압착 대두박의 대두단백원료로써 활용 가능성을 검토할 필요가 있다.

따라서 본 연구에서는 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 이용하여 제조한 대두분리단백의 단백 특성과 기능성을 포함한 품질 특성을 비교함으로써 냉압착 대두박의 대두분리단백원료로써 활용 가능성을 평가 및 검토하고자 한다.

재료 및 방법

실험재료

실험에 사용한 대두분말과 냉압착 대두박은 뜨란(Tteuran)에서 공급받았다. 실험에 사용한 potassium phosphate monobasic, potassium phosphate dibasic, ammonium sulfate는 Sigma-Aldrich에서 구입하였으며, 5× sample buffer는 Dyne Bio에서 구매하였다. 그 외의 시약들은 특급이상을 사용하였다.

대두박 제조

냉압착 대두박과 함께 실험에 사용할 용매추출 대두박을 제조하기 위하여 대두분말 200 g을 1 L의 n-hexane에 첨가한 혼합액을 2시간 동안 상온에서 교반하였다. 혼합액은 여과지(Whatman No.3, Whatman)를 이용하여 감압 여과하였다. 여과된 대두분말은 동량의 n-hexane을 이용하여 2시간 동안 상온에서 교반하였으며 같은 방법으로 감압 여과하여 용매추출 대두박을 제조하였다. 용매추출 대두박은 상온에서 12시간 동안 자연건조하였으며 냉압착 대두박과 함께 실험에 사용되었다.

대두분리단백 제조

대두분리단백을 제조하기 위하여 100 g의 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 각각 800 mL의 증류수에 첨가하고 30분간 교반하여 수화하였다. 수화한 각각의 대두박 혼합액을 각각 1 N HCl과 1 N NaOH를 이용하여 pH 2와 pH 8로 조절하였으며 혼합액을 2시간 동안 상온에서 교반반응시켰다. 이후 각 혼합액은 3,200×g에서 15분간 원심분리하였으며 원심분리된 상등액은 100 μm의 sieve를 이용하여 체별하였다. 체별된 상등액은 1 N HCl을 이용하여 pH 4.5로 조절하였으며 3,200×g에서 15분간 원심분리하였다. 침전된 단백을 1 N NaOH로 중화하였다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박으로 제조한 대두분리단백을 각각 냉압착 대두분리단백, 용매추출 대두분리단백이라 명명하였다. 중화된 두 단백은 모두 동결건조한 후 분쇄하여 상온에서 보관하면서 시료로 사용하였다.

일반성분분석 및 단백수율 분석

시료의 일반성분분석은 식품공전 방법(MFDS, 2020)에 따라 수분 함량, 조단백 함량, 조지방 함량, 조회분 함량을 분석하였다. 조단백 함량은 조단백 자동분석장치(Kjeltec 8200, Foss)를 통해 분석하였으며 질소계수는 6.25를 사용하였다. 조지방 함량은 자동지방추출기(Soxtec Avanti system 2050, Foss)를 이용하여 에테르 추출법으로 분석하였으며, 조회분 함량은 직접회화법을 이용하여 분석하였다. 시료의 단백수율은 시료의 조단백 함량 분석 결과를 이용하여 아래와 같은 계산식에 대입하여 산출하였다.

%= g g×100

단백 용해도 분석

시료의 단백 용해도는 Liu 등(2021)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 2 g을 90 mL의 증류수에 30분간 수화하였으며 1 N HCl과 1 N NaOH를 이용하여 각각 2부터 12까지의 pH로 조절하였다. 조절된 혼합액은 물을 이용하여 100 mL로 정용하였으며, 2시간 동안 상온에서 교반 반응시켰다. 반응이 끝난 후, 혼합액을 3,200×g로 15분간 원심분리하여 상등액을 분리하였다. 조단백 자동분석장치를 이용하여 상등액의 조단백 함량을 측정한 후, 다음과 같은 계산식에 대입하여 단백 용해도를 산출하였다.

%= g g×100

Sodium dodecyl sulphate polyacrylamide gel electrophoresis(SDS-PAGE)

시료의 겔 전기영동분석은 Liu 등(2019)의 방법을 변형하여 실시하였다. 시료 10 mg을 1 mL의 5× sample buffer (2% β-mercaptoethanol, 2% SDS, 0.01% Bromophenol blue, 60 mM Tris-HCl, pH 6.8)에 첨가하였으며 5분간 끓는 물에서 가열하였다. 가열한 혼합액을 방랭한 후, 10,000×g로 2분간 원심분리하였으며 상등액 10 μL를 10% 아크릴아마이드 겔에 주입하여 전기영동장치(PowerPacTM Basic, BIO-Rad Laboratories)를 이용하여 200 V로 전개하였다. 전개된 겔은 0.05% Coomasie brilliant blue로 염색하였으며, 탈색 용액(acetic acid:methanol:deionized water=1:1:8, v/v/v)을 이용하여 겔을 탈색하였다.

수분흡수력 및 유지흡수력

시료의 수분흡수력(water holding capacity, WHC) 및 유지흡수력(oil holding capacity, OHC)은 Tang 등(2021)의 방법을 참고하여 측정하였다. 시료 2 g이 담겨있는 50 mL conical tube에 6 mL의 증류수 또는 대두유를 첨가한 후 충분히 혼합하였다. 혼합된 시료는 3,200×g에서 15분간 원심분리하였으며 흡수되지 않은 상등액을 제거한 후에 conical tube의 무게를 측정하였다. 시료의 WHC와 OHC는 시료의 고형분 무게(W1), 상등액이 제거된 시료에 흡수된 물의 무게(W2), 상등액이 제거된 시료에 흡수된 대두유의 무게(W3)를 이용하여 아래와 같은 식을 이용하여 산출하였다.

WHCg/g=W2W1OHCg/g=WSW1

기포형성력 및 기포안정성

시료의 기포형성력(foaming capacity, FC) 및 기포안정성(foaming stability, FS)은 Jeong 등(2021)의 방법을 사용하여 측정하였다. 시료 1 g이 포함된 100 mL의 용액을 homogenizer(T25, IKA-Werke)를 이용하여 5분 동안 15,000 rpm으로 균질화하였다. 이후 균질한 용액을 60분간 상온에서 방치하였다. 시료의 FC 및 FS는 균질화 직후 생성된 거품의 부피(V1), 60분간 방치 후 거품의 부피(V60), 실험에 사용된 용액의 부피(V0)를 아래와 같은 식에 대입하여 결과를 산출하였다.

FC%=V1V0×100FS%=V60V0×100

유화능 및 유화안정성

시료의 유화능(emulsifying capacity, EC) 및 유화안정성(emulsifying stability, ES)은 Ahmedna 등(1999)의 방법을 참고하여 측정하였다. 시료 2 g이 담긴 100 mL의 유리 비커에 25 mL 증류수와 25 mL 대두유를 넣고 homogenizer를 이용하여 18,000 rpm으로 1분간 균질화하였다. 균질화된 혼합액 40 mL를 conical tube에 옮긴 후 1,500×g로 5분간 원심분리하였으며 유화액의 부피를 측정하였다. 시료의 ES를 측정하기 위하여 원심분리한 혼합액은 항온수조를 이용하여 80°C에서 30분간 가열하였으며 이후 상온에서 방랭하였다. 방랭한 혼합액을 반복하여 1,500×g로 5분간 원심분리하였으며 유화액의 부피를 측정하였다. 시료의 EC 및 ES는 실험에 사용된 혼합액의 총 부피(V0), 균질화 후 원심분리된 유화액의 부피(V1), 가열 후 원심분리된 유화액의 부피(V2)를 아래와 같은 식에 대입하여 결과를 산출하였다.

EC=V1V0×100ES=V2V1×100

최소 겔 형성농도

시료의 최소 겔 형성농도(least gelation concentration, LGC)는 O’Kane 등(2004)의 방법을 참고하여 분석하였다. 시료와 75 mM potassium phosphate(pH 7.6)를 혼합하여 제조한 10~15%(w/w) 농도의 3 g 혼탁액을 30 mL의 유리 바이알(Φ 25mm)에 담아 항온수조를 이용하여 90°C에서 30분간 가열하였다. 가열한 혼탁액은 상온에서 2시간 동안 방랭하였다. 시료의 LGC는 유리 바이알을 뒤집었을 때 겔이나 용액이 흐르지 않는 최소한의 농도로 하였다.

통계분석

모든 실험 결과는 SPSS(SPSS Statistics 24, IBM Corp.)를 이용하여 통계분석을 하였으며 평균±표준편차로 나타내었다. 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 이용하여 각 결괏값의 차이에 대한 유의성을 검증하였으며 사후검증으로 Duncan’s multiple range test를 P<0.05로 실시하였다.

결과 및 고찰

냉압착 대두박의 일반성분 및 단백추출 특성

냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 일반성분 분석 결과는 Table 1에 나타내었다. 두 대두박의 조단백 함량 분석 결과, 용매추출 대두박의 조단백 함량은 54.61±0.34%로 냉압착 대두박의 조단백 함량인 50.83±0.22%보다 유의적으로 높게 측정되었다. 조지방 함량의 경우, 냉압착 대두박의 조지방 함량이 9.82±0.32%로 0.31±0.11%인 용매추출 대두박의 조지방 함량보다 유의적으로 높게 측정되었다. 두 대두박의 조단백 함량의 차이는 각 추출 방법에 따른 대두박의 추출율 차이에 기인한다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 단백 용해도 분석 결과는 Fig. 1에 나타내었다. pH 3을 제외한 모든 범위의 pH에서 냉압착 대두박과 용매추출 대두박의 단백 용해도 간의 유의적인 차이는 없었다. 수용액 상에서 다량의 지방은 단백과 결합하여 유화액을 형성하여 단백 용해도를 증가시킬 수 있다. 하지만 단백 용해도에 영향을 미치는 요인은 지방 함량 외에도 유지추출과정에서 발생할 수 있는 단백의 표면특성 변화, 단백의 변성 정도 등의 요인이 있으며, 복합적인 요인의 결과로 두 대두박이 유사한 수준의 단백 용해도를 나타내는 것으로 사료된다(Jeong 등, 2021; Navarro 등, 2016; Siaw 등, 2021).

Table 1 . Proximate composition of soybean flour and defatted soybean meals.

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)
SBF44.76±0.25a16.53±0.11c4.72±0.13a
SDP50.83±0.22b9.82±0.32b5.38±0.29b
SDS54.61±0.34c0.31±0.11a5.74±0.38b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SBF, soybean flour; SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent..



Fig 1. Protein solubilities of defatted soybeans. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent.

냉압착 대두분리단백의 단백순도 및 단백수율

냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 일반성분 분석 및 단백수율 분석 결과는 Table 2에 나타내었다. 염기성 수용액에서 추출한 두 대두분리단백의 단백순도 분석 결과, 냉압착 대두분리단백 단백순도는 85.27±1.24%로 용매추출 대두분리단백의 단백순도(89.23±0.62%)보다 유의적으로 낮게 측정되었다. 산 수용액에서 추출한 대두분리단백 또한 냉압착 대두분리단백의 단백순도가 78.75±1.17%로 용매추출 대두분리단백의 단백순도(81.42±0.63%)보다 더 낮게 측정되었다. 냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백 간의 단백순도 차이는 두 단백의 원료인 대두박의 조지방 함량 차이에 기인한다. 단백을 수용액 상에 추출하는 과정에서 고함량의 지방은 수용액 상의 단백과 상호 결합하거나 유화된 상태 또는 중성지방 상태로 수용액 상에 존재할 수 있으며, 이후 등전점의 pH에서 단백을 석출시켜 회수하는 과정에서 석출되는 단백 사이에 함께 포집되면서 결과적으로 단백의 순도를 감소시킬 수 있다(Yue 등, 2021). 따라서 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 높은 냉압착 대두분리단백의 조지방 함량(3.41±0.33%)이 단백의 단백순도를 감소시킨 것으로 사료된다. 대두분리 단백의 단백수율 분석 결과, 탈지방법에 따른 대두분리단백 간의 유의적인 단백수율 차이는 없었다. 한편, 염기성 수용액에서 추출한 모든 대두분리단백의 단백수율이 산 수용액에서 추출한 모든 대두분리단백의 단백수율보다 더 높게 측정되었다. 대두박과 대두분리단백의 단백분자량 분포는 SDS-PAGE 겔 이미지를 이용하여 Fig. 2에 나타내었다. 냉압착 대두박과 용매추출 대두박 간의 단백질 분자 분포는 유사하였으며 추출된 대두분리단백의 단백 분자 분포를 보았을 때, 네 종류의 대두분리단백 모두 대두박 내 대부분의 단백을 포함하고 있어 대두분리단백 간의 추출된 단백의 양상은 큰 차이가 없음을 확인하였다.

Table 2 . Proximate compositions and yields of soybean protein isolates from different soybean meals.

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)Protein yield (%)
SPP278.75±1.17a4.24±0.47c6.84±0.31b33.66±1.97a
SPS281.42±0.63b0.67±0.12a6.82±0.74b33.28±1.37a
SPP885.27±1.24c3.41±0.33b5.61±0.31a40.90±0.79b
SPS889.23±0.62d0.72±0.21a6.07±0.64ab39.21±1.22b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS..



Fig 2. SDS-PAGE image of defatted soybean meals and soybean isolates from different soybean meals. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDP; SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDS; SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS.

냉압착 대두분리단백의 기능성

냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 기능성 분석 결과는 Table 3에 나타내었다. 대두박의 추출 방법에 따른 대두분리단백의 기능성에 대한 전체적인 분석을 위해 각 단백의 WHC, OHC, FC, FS, EC, ES를 측정하였으며 겔 형성능을 측정하기 위하여 단백의 LGC를 측정하였다. 대두분리단백의 WHC 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 대두분리단백 모두 용매추출 대두분리단백의 WHC가 냉압착 대두분리단백의 흡수력보다 더 높게 측정되었다. 이는 용매추출 대두분리단백의 조지방 함량(0.72±0.21%) 대비 더 높은 냉압착 대두분리단백의 조지방 함량(3.41±0.33%)에 기인한다. 분리단백 내 존재하는 지방은 단백 표면의 친수성 아미노산 잔기와 물과의 결합을 방해함으로써 단백의 WHC를 저하할 수 있다. 반면, 염기성 추출액에서 추출한 냉압착 대두분리단백의 OHC는 2.38±0.05 g/g으로 용매추출 대두분리단백의 OHC(2.22±0.03 g/g) 대비 유의적으로 더 높게 측정되었다. 단백의 OHC는 단백 표면의 소수성 잔기의 양과 밀접한 관련이 있으며(Jeong 등, 2021), 두 대두분리단백의 OHC 간의 차이는 냉압착 단백 내 함유된 지방이 표면에 노출된 아미노산의 양상 변화에 기인한다고 사료된다. 대두분리단백의 FC 및 FS 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 대두분리단백 모두 냉압착 대두분리단백의 FC 및 FS가 용매추출 대두분리단백의 결과보다 더 낮게 측정되었다. 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방은 기포의 표면장력을 감소시킴으로써 기포 형성을 억제하며 형성된 기포의 안정성을 감소시킬 수 있다(Arnaudov 등, 2001). 대두분리단백의 EC 및 ES 분석 결과, 염기성 수용액을 이용해 추출한 냉압착 대두분리단백의 ES를 제외한 모든 냉압착 대두분리단백의 EC 및 ES가 용매추출 대두분리단백의 결과보다 더 낮게 측정되었다. 단백은 양친매성 물질로 단백 표면에 노출된 친수성 아미노산과 소수성 아미노산이 각각 물과 유지와 결합하면서 계면활성을 띠어 유화액을 형성할 수 있다. 단백 표면의 친수성 아미노산과 소수성 아미노산의 비율이 단백의 EC를 결정하는 데 있어 중요한 역할을 한다(Tang, 2017). 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방이 소수성 아미노산 잔기의 표면 노출을 유도하여 유화형성력을 저하시켰을 것으로 사료된다. 대두분리단백의 겔 형성능 분석 결과, 염기성 추출액과 산성 추출액에서 추출한 모든 냉압착 대두분리단백과 용매추출 대두분리단백의 LGC는 모두 13.0±0%로 동일하였다. 분리단백 내 지방은 가열 시 단백과 유화되면서 단백의 겔 구조 형성에 영향을 미칠 수 있지만 냉압착 대두분리단백 내 지방 함량은 겔 형성능을 유의적으로 감소시킬 정도로 높지 않았다고 사료된다.

Table 3 . Techno-functional properties of soybean protein isolates from different soybean meals.

SamplesWHC (g/g)OHC (g/g)FC (%)FS (%)EC (%)ES (%)LGC (%)
SPP22.46±0.05c2.02±0.04a34.36±4.12ab99.31±1.36c55.17±1.91a97.00±0.45c13.0±0a
SPS22.80±0.07d2.08±0.06a40.04±2.11b99.02±1.12c55.94±5.52a100±0c13.0±0a
SPP81.23±0.07a2.38±0.05c30.00±0a92.30±0.43a65.82±2.64b88.75±0.32b13.0±0a
SPS81.61±0.15b2.22±0.03b36.03±3.61b95.16±2.02b76.94±1.77c83.04±4.21a13.0±0a

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS. WHC, water holding capacity; OHC, oil holding capacity; FC, foaming capacity; FS, foaming stability; EC, emulsifying capacity; ES, emulsifying stability; LGC, least gelation concentration..


요 약

본 연구에서는 냉압착 대두박의 대두분리단백 원료로써 활용 가능성을 검토하고자 냉압착 대두박과 용매추출 대두박을 이용한 대두분리단백의 단백순도, 기능성을 포함한 품질 특성을 비교 평가하였다. 대두분리단백의 단백순도 및 단백수율 분석 결과, 염기조건과 산성조건으로 추출한 냉압착 대두분리단백 모두 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 낮은 단백순도를 나타내었지만, 염기성 조건에서 추출할 경우 단백수율의 유의적인 차이는 없었다. 냉압착 대두분리단백의 기능성 분석 결과, 염기성 수용액으로 추출된 냉압착 대두분리단백의 유지흡수력과 유화안정성은 용매추출 대두분리단백보다 높았으나, 다른 기능성 지표들은 동일한 수준이거나 더 낮게 측정되었다. 이러한 결과는 냉압착 대두분리단백의 용매추출 대두분리단백 대비 상대적으로 낮은 단백순도와 높은 지방 함량에 기인한다. 냉압착 대두분리단백 내 함유된 지방이 단백과 물 간의 결합을 방해함으로써 수분흡수력, 기포형성력 등을 포함한 기능성을 저해한 결과로 사료된다. 본 연구에서 분석한 냉압착 대두분리단백의 단백순도, 기능성을 포함한 품질은 용매추출 대두분리단백 대비 낮은 수준이었지만 그 정도가 미미하였다. 따라서 대두유 냉압착공정의 부산물인 냉압착 대두박은 대두분리단백 소재의 친환경 원료로 충분한 가치가 있다고 판단된다.

감사의 글

본 논문은 해양수산부 재원으로 해양수산과학기술진흥원의 지원(20210485) 및 농림축산식품부의 재원으로 농림수산식품기술기획평가원의 지원(321021-03)을 받아 연구하였음.

Fig 1.

Fig 1.Protein solubilities of defatted soybeans. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 716-721https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.7.716

Fig 2.

Fig 2.SDS-PAGE image of defatted soybean meals and soybean isolates from different soybean meals. SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDP; SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from SDS; SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 716-721https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.7.716

Table 1 . Proximate composition of soybean flour and defatted soybean meals.

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)
SBF44.76±0.25a16.53±0.11c4.72±0.13a
SDP50.83±0.22b9.82±0.32b5.38±0.29b
SDS54.61±0.34c0.31±0.11a5.74±0.38b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SBF, soybean flour; SDP, soybean meal defatted by cold pressing; SDS, soybean meal defatted by an organic solvent..


Table 2 . Proximate compositions and yields of soybean protein isolates from different soybean meals.

SamplesCrude protein (%, DM)Crude fat (%, DM)Crude ash (%, DM)Protein yield (%)
SPP278.75±1.17a4.24±0.47c6.84±0.31b33.66±1.97a
SPS281.42±0.63b0.67±0.12a6.82±0.74b33.28±1.37a
SPP885.27±1.24c3.41±0.33b5.61±0.31a40.90±0.79b
SPS889.23±0.62d0.72±0.21a6.07±0.64ab39.21±1.22b

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS..


Table 3 . Techno-functional properties of soybean protein isolates from different soybean meals.

SamplesWHC (g/g)OHC (g/g)FC (%)FS (%)EC (%)ES (%)LGC (%)
SPP22.46±0.05c2.02±0.04a34.36±4.12ab99.31±1.36c55.17±1.91a97.00±0.45c13.0±0a
SPS22.80±0.07d2.08±0.06a40.04±2.11b99.02±1.12c55.94±5.52a100±0c13.0±0a
SPP81.23±0.07a2.38±0.05c30.00±0a92.30±0.43a65.82±2.64b88.75±0.32b13.0±0a
SPS81.61±0.15b2.22±0.03b36.03±3.61b95.16±2.02b76.94±1.77c83.04±4.21a13.0±0a

Each value is shown as the mean±SD. Values with different small letters within a column are significantly different at P<0.05. SPP2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by cold pressing (SDP); SPS2, soybean isolate extracted at acidic pH from soybean defatted by an organic solvent (SDS); SPP8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDP; SPS8, soybean isolate extracted at alkaline pH from SDS. WHC, water holding capacity; OHC, oil holding capacity; FC, foaming capacity; FS, foaming stability; EC, emulsifying capacity; ES, emulsifying stability; LGC, least gelation concentration..


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