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SUMMARY
CONTENTS
목차
제1장 연구개발과제의 개요 25
제1절 서론 25
제2절 연구개발 내용 및 범위 26
제2장 국내외 기술개발 현황 28
제3장 연구개발수행 내용 및 결과 30
제1절 미강의 건강 기능성식품 소재화 기술개발 32
1. 미강함유 식이섬유의 분석 및 추출 32
가. 재료 및 방법 32
(1) 재료 32
(2) 이화학적 성분 분석 32
(3) 헤미셀룰로오스 추출 32
(4) 헤미셀룰로오스 추출 최적화 실험계획 35
(5) 헤미셀룰로오스 추출물의 이화학적 성분 분석 36
(6) 최적 추출 조건의 예측 및 실증시험 38
(7) 미강유래 헤미셀룰로오스 최적 추출물의 구조적 특성 38
나. 결과 및 고찰 39
(1) 이화학적 성분 특성 39
(2) 추출조건에 따른 헤미셀룰로오스 성분 특성 40
(3) 헤미셀룰로오스 추출 조건 최적화 55
(가) 반응표면분석 55
(나) 최적 추출 조건 예측 및 실증 62
(4) 미강 식이섬유 헤미셀룰로오스 최적 추출물의 구조적 특성 63
2. 미강함유 지용성 분획의 분리 및 추출 66
가. 재료 및 방법 66
(1) 실험재료 66
(2) 추출조건 설정을 위한 예비실험 66
(3) 미강의 지용성 생리활성 물질 추출 66
(4) 미강 추출물의 이화학적 성분 분석 69
(5) 최적 추출 조건의 예측 및 실증시험 70
나. 결과 및 고찰 71
(1) 추출조건의 예비 설정 71
(2) 추출조건에 따른 미강의 지용성 생리활성 물질 특성 73
(3) 최적 추출조건의 예측 및 실증 85
3. 추출물을 이용한 다양한 형태의 제품개발 86
가. 재료 및 방법 86
(1) 재료 86
(2) 제형 86
(3) 이화학적 품질특성 87
나. 결과 및 고찰 88
(1) 제형화 88
(2) 제형제품의 품질 특성 88
(3) 색도 91
(4) 흡습성 91
제2절 산림자원을 이용한 기능성 식품첨가물 소재화 기술개발 93
1. 목재인자별 기능성 성분의 효율적인 추출조건 탐색 93
가. 재료 및 방법 93
(1) 산림자원을 이용한 기능성 식품첨가물 소재화 기술개발 93
나. 결과 및 고찰 95
(1) 수종선정 및 목재인자별 전처리 조건 탐색 95
(2) 목재로부터 기능성물질 분리를 위한 추출기술 개발 96
(3) 전처리 목재의 물리적 특성 조사 97
2. 소재물질의 물리적, 화학적 성분분석 103
가. 재료 및 방법 104
(1) 전처리 소재물질의 성분분석 104
(2) 고온고압 수증기 전처리재의 성분분리 및 조성분 분석 105
나. 연구수행 결과 106
(1) 시료의 일반분석 106
(2) 수증기처리조의 온도와 압력 107
(3) 고온 수증기처리재의 조성분 분석 110
3. 원료물질의 효율적인 전처리기술 도출 및 추출기술 확립 113
가. 재료 및 방법 113
(1) 식품사용 가능한 생약소재의 선발 113
(2) 수증기처리에 의한 추출물의 성분분석 118
(가) 저분자 리그닌계 원료생산을 위한 전처리 연구 118
(나) 원료물질 추출을 위한 전처리재의 성상 118
(다) 효율적인 추출을 위한 수증기처리 공정의 도출 118
(라) 참나무 수액의 항산화 및 면역증강 활성 검증 118
나. 연구수행 결과 120
(1) 수증기처리에 의한 추출물의 성분분석 120
(가) 저분자 리그닌계 원료생산을 위한 전처리 연구 120
(나) 원료물질 추출을 위한 전처리재의 성상 121
(다) 효율적인 추출을 위한 수증기처리 공정의 도출 122
(라) 항산화제 및 면역증강 활성을 갖는 참나무 수액 123
4. 참나무 추출물의 항당뇨 효능 137
가. 재료 및 방법 138
(1) 재료 138
(2) 실험방법 138
(가) 검액의 조제 138
(나) 당뇨병의 유도 및 검액의 투여 138
(다) 시료 수집 및 전 처리 139
(라) 혈당 및 혈청 인슐린 정량 139
(마) Glucokinase와 hexokinase 활성 측정 139
(바) 단백질의 정량 139
나. 결과 및 고찰 140
(1) 체중의 변화 140
(2) 혈당과 인슐린의 변화 141
제3절 미강 활용 건강 기능성식품의 만성대사성/만성염증증식성 질환 억제효능 검증 142
가. 재료 및 방법 142
(1) 실험재료 142
(2) DPPH 라디칼에 대한 전자공여능 측정 142
(3) 배양세포를 이용한 항산화활성의 측정 142
(4) SOS chromotest 142
(5) 종양촉진 억제활성의 측정 143
(6) 대식세포의 포식활성 143
(7) 세포독성의 측정 143
(8) 복강대식세포의 분리 144
(9) 대식세포의 NO 생산 측정 144
(10) 복강비만세포의 분리 144
(11) 비만세포 탈과립 억제활성의 측정 144
(12) 피부부종의 유발 145
(13) 종양이식 145
(14) RNA 추출 및 RT-PCR 145
(15) Western blot 분석 145
(16) ELISA 측정 146
나. 실험결과 146
(1) 미강 추출물의 생리활성 146
(2) 목재추출물의 생리활성 157
(3) 왕겨추출액의 생리활성 159
(4) 미강추출 기능성분획의 대식세포 활성 조절 164
(5) 한약재 추출물의 염증반응 및 세균감염에 대한 조절활성 185
제4절 만성대사성/염증증식성 질환별 맞춤형 쌀가공 식품의 상품화 196
1. 흑미미강 색소추출물 활용에 의한 미강의 산패억제 효과 196
가. 재료 및 방법 196
(1) 시료 196
(2) 흑미 미강 색소추출물 196
(3) 배아의 일반성분 분석 196
(4) 배아 성분 조성 분석 196
(5) 흑미 미강 색소추출물의 안정성 측정 197
(6) 산가측정 197
(7) 통계분석 197
나. 실험결과 197
(1) 흑미멥쌀과 흑미찹쌀의 색소 비교 197
(2) 배아의 성분 특성 197
(3) 흑미 색소의 안정성 200
(4) 배아 산패에 대한 흑미 미강 색소분획의 항산화 효능 203
2. 쌀가공 식품 제조용 부소재로써 미강의 활용 205
가. 재료 및 방법 205
(1) 시료 205
(2) 흑미 미강 색소추출물 205
(3) 떡 고물, 소 및 배아젤리 제조법 205
(4) 관능검사 205
(5) 배아젤리의 물성측정 205
(6) 통계처리 206
나. 실험결과 206
(1) 배아고물, 소 및 배아젤리의 성형성 206
(2) 배아고물 및 소의 관능검사 209
(3) 배아젤리의 물성 비교 210
(4) 배아젤리의 관능검사 212
3. 쌀 배아젤리 급여 동물의 만성대사성질환 억제효능 검정 213
가. 재료 및 방법 213
(1) 실험재료 213
(2) 실험동물 사육 및 식이 214
(3) 체중측정, 식이섭취량 및 식이효율 216
(4) 혈액과 장기의 채취 216
(5) 혈장 및 간 조직의 지질 함량 분석 216
(6) 혈장 GOT, GPT 농도 측정 216
(7) 혈장과 간 조직의 thiobarbituric acid reactive substance(TBARS) 측정 216
(8) 간 조직 지질과산화물 농도 측정 217
(9) 간 조직의 superoxide dismutase (SOD), catalase (CAT) 및 glutathione peroxidase (GSHpx) 활성 측정 217
(10) 통계분석 218
나. 실험결과 218
(1) 식이섭취량, 체중증가량, 식이 효율 및 장기무게 218
(2) 혈장과 간의 지질 수준 219
(3) 혈장 GOT와 GPT 활성 221
(4) 혈장과 간의 지질과산화물 함량 223
(5) 간 조직의 항산화효소 활성 224
4. 간장 및 신장손상 회복 효능이 검증된 한약재 열수추출물 활용 쌀 배아젤리 가공성 225
가. 재료 및 방법 225
(1) CCl₄ 처리에 의해서 손상된 장기 조직들의 헛개열매, 택사, 감잎, 상지, 영실, 동규자 등 한약재 열수추출물 투여에 의한 손상장기 회복효능 검정 225
(가) 연구에 사용한 한약재들의 생리활성 효능 및 특성 225
(나) 실험재료 227
(다) 실험방법 227
① 투여방법 및 혈액채취, 조직적출 227
② 혈액학적 및 혈액 생화학적 분석 228
③ 조직학적 및 조직 형태 계량학적 분석 228
④ 통계분석 228
(2) 한약재 열수추출물 활용 쌀 배아젤리 가공성 검정 228
(가) 시료 228
(나) 배아젤리 제조법 229
(다) 배아젤리의 물성측정 230
(라) 관능검사 230
(마) 통계처리 231
나. 실험결과 232
(1) CCl₄ 처리에 의해서 손상된 장기 조직들의 헛개열매, 택사, 감잎, 상지, 영실, 동규자 등 한약재 열수추출물 투여에 의한 손상장기 회복효능 검정 232
(가) Complete blood cell(CBC) count 234
(나) Biochemical analysis 237
(2) 한약재 열수추출물 활용 쌀 배아젤리 가공성 검정 242
(가) 물성 특성 242
(나) 관능적 특성 245
제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 248
제1절 목표달성도 248
제2절 관련분야에의 기여도 252
제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 254
제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 256
제7장 참고문헌 260
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I. 제목
미강의 효율적 활용을 통한 건강 기능성 식품 개발
II. 연구개발의 목적 및 필요성
미곡종합처리장(Rice Precessing Complexi, RPC)에서 자동화 도정 공정의 부산물로 방출되는 미강들을 위생적으로 안전하게 처리하여 식품 소재화 할 수 있는 기술을 개발 및 위생적이고 안전한 미강을 식품에 적극적으로 첨가하여 당질 및 지질대사에 바람직한 효능이 있는 기능성 제품화하여 미강을 고부가 가치화할 수 있도록 하고자 한다.
III. 연구개발 내용 및 범위
1. 미강의 건강기능성 식품 소재화 기술개발
- 미강함유 식이섬유의 분석 및 추출
- 미강함유 지용성 분획의 분리 및 추출
- 추출물을 이용한 다양한 형태의 제품 개발
2. 산림자원을 이용한 기능성 식품첨가물 소재화 기술개발
- 목재인자별 기능성 성분의 효율적인 추출조건 탐색
- 소재물질의 물리적, 화학적 성분분석
- 원료물질의 효율적인 전처리기술 도출 및 추출기술 확립
3. 미강 활용 건강 기능성식품의 만성대사성/만성염증증식성 질환 억제효능 검증
- 비만세포주 및 대식세포주를 사용하여 염증관련물질(β-hexosaminidase, 염증 cytokines, eicosanoids) 및 활성라디칼 생성(ROS 및 NO)에 대한 억제활성을 조사
- 암세포이식으로 종양을 형성한 생쥐에 기능성성분을 식이했을 때 식이에 의한 종양형성의 억제도와 종양보유 동물의 대식세포 및 자연살해세포의 종양 살해 기능이 항진 여부를 대식세포의 활성라디칼 생성도, 포식활성도, 그리고 자연살해세포의 종양살해능을 측정하여 평가
- 실험생쥐에서 Salmonellosis 실험계를 사용하여 활성물질이 세균감염증에 대한 예방 및 억제효과를 평가
4. 만성대사성/염증증식성 질환별 맞춤형 쌀가공 식품의 상품화
- 흑미미강 색소추출물 활용에 의한 미강의 산패억제 효과
- 쌀가공 식품 제조용 부소재로써 미강의 활용
- 쌀 배아젤리 급여 동물의 만성대사성질환 억제효능 검정
- 한약재 열수추출물 혼합 사용에 의한 만성대사성/염증증식성 질환별 맞춤형 쌀가공 식품제조 및 가공적성 검정
IV. 연구개발결과
목질계 원료에서 기능성 성분을 효율적으로 추출하기 위하여 수증기 전처리를 수행하였는데 25기압에서 6분 또는 9분간 수증기 처리했을 때 실험에 제공된 크기의 원료칩 상태에서는 최적의 전처리 조건임을 알 수 있었다. 냉수추출물을 비롯한 대부분의 추출물의 함량은 수증기처리하지 않은 일반 목분에 비하여 아주 높게 나타났다. 수증기처리재를 일반목분과 비교해 보면, 냉수추출물은 약 2~3배, 열수추출물은 약 3~4배, 알칼리 용액 추출물은 약 2배, 유기용제 추출물은 약 10배 이상 증가하는 것으로 나타났다. 식품으로 사용가능한 생약소재로서 참나무를 선정하여 수증기 전처리를 하여 추출한 추출액은 항종양활성, 노화방지(항산화제) 및 면역증강활성을 가지며, 이에 따라 항종양제 및 면역활성화제용 치료제로 사용될 수 있을 것으로 판단되며, 독성이 전혀 없으므로 건강보조식품으로도 널리 이용될 수 있을 것으로 사료된다.
쌀도정 부산물인 미강의 주요 조성분인 ferulic acid, γ-oryzanol, ricetrienol과 phytic acid 중, γ-oryzanol은 생체발생 종양을 억제하는데 효과가 있는 반면, phytic acid 피부부종의 억제에 효과적이었다. 또한 왕겨 탄화물도 피부부종을 억제하는 강한 활성을 보유하고 있었다. 조사한 한약재 중 곽향은 세균 내독소인 LPS 수준으로 대식세포의 NO발생을 유도하였다. 곽향의 열수추출물은 생쥐의 Salmonellosis 실험계에서 세균감염으로 인한 치사율을 획기적으로 저하시켰다.
흑미찹쌀 미강 색소추출물은 4℃의 온도에서 산성 상태를 유지 할 경우 9일간의 저장 후에도 비교적 안정한 것으로 나타났는데 흑미 미강 색소추출물의 첨가량이 증가함에 따라 배아의 산패가 감소하는 경향을 나타내었다. 또한 콩가루와 배아가루를 50% 씩 혼합하여 시루떡 고물을 제조하였을 경우 배아고물만으로 만들었을 때의 단점인 부스러짐이 완화되었으며, 배아젤리는 젤라틴 젤리에 배아가루를 5%로 첨가하였을 때 gel 조직 특성상 가장 바람직한 것으로 나타났다. 흑미 미강색소 추출물과 배아를 첨가하여 가공품을 제조 후 고콜레스테롤 식이를 급여하여 고지혈증을 유발시킨 흰쥐에게 급여한 결과 배아군과 흑미 미강색소 배아젤리군은 고콜레스테롤혈증 상태에서 간 기능 보호에 긍정적인 효과가 있었으며, 고콜레스테롤 급여로 인해 증가된 혈장과 간 내의 지질과산화를 억제시키는 효과가 있었다. 반면, 항산화 효소인 간 조직의 SOD와 CAT 활성은 배아와 배아젤리 첨가에 따라 증가하였다.
V. 연구성과 및 성과활용 계획
1. 미강의 식이섬유 헤미셀룰로오스와 지용성 생리활성 물질의 효율적인 추출 및 분리를 위한 최적 추출공정을 확립하였고, 본 추출공정에 따라 추출된 성분으로 가공제품을 제형하였다. 본 연구로 다른 식품첨가물 및 의약품소재를 개발하기 위한 선행 자료로 활용 및 응용 제품도 개발 할 수 있을 것으로 기대되고 폐자원이었던 미강의 고부가가치화할 수 있을 것으로 사료된다.
2. 참나무의 페놀성 화합물의 분해 및 고분자 물질의 저분자화 추출기술에 의한 목재추출물의 대량생산 방법 및 기능식품의 첨가물로서의 제제를 개발하고 항동맥경화 등 심혈관질환 예방물질 및 항당뇨와 관련한 면역활성에 기여하는 항산화 식품첨가물 원료 및 의약품소재를 개발하였다. 본 연구에 의한 새로운 심혈관질환 예방물질은, 의약품 수입원료의 20%를 대체한다고 가정할 경우, 100억원 이상의 수입 대체효과가 기대된다. 특히 생약제재 물질의 작용기작에 대한 과학적 입증이 뒷받침되면, 동양 의학에 대한 관심이 고조되고 있는 미국을 비롯한 해외시장으로의 수출도 가능하리라 보며, 이들 시장이 증가할수록 이들 산업체의 소득증대도 기대된다. 이 기술을 토대로 다른 의약품 및 건강기능성 식품 개발에도 응용하여 고부가가치를 가지는 상품을 개발할 수 있는 기틀을 마련할 수 있을 것으로 사료된다.
3. 쌀도정 부산물인 미강의 주요 조성분인 ferulic acid, γ-oryzanol, ricetrienol과 phytic acid 중, γ-oryzanol은 생체발생 종양을 억제하는데 효과가 있는 반면, phytic acid 피부부종의 억제에 효과적이었다. 또한 왕겨 탄화물도 피부부종을 억제하는 강한 활성을 보유하고 있었다. 조사한 한약재 중 곽향은 세균 내독소인 LPS 수준으로 대식세포의 NO발생을 유도하였다. 곽향의 열수추출물은 생쥐의 Salmonellosis 실험계에서 세균감염으로 인한 치사율을 획기적으로 저하시켰다. 이 결과는 γ-oryzanol과 같은 미강 생리활성성분이나 곽향 열수추출물이 항암 또는 항세균감염증과 같은 건강기능성을 식품에 부여하는 첨가물로 활용될 수 있음을 나타낸다.
4. 헛개열매, 택사, 감잎, 상지, 영실, 동규자등 한약재 열수추출물들의 혼합사용에 의한 떡 및 한과 제조 시 기본반죽에의 활용 및 부산물(고물소 등)로서의 활용화 방법 개발하였다. 산업화에 성공할 경우 손상장기 회복효과가 우수한 건강 기능성 쌀가공 식품으로의 활용이 가능할 것으로 사료된다.
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