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SUMMARY

CONTENTS

목차

제1장 연구개발과제의 개요 47

1. 연구개발대상 기술의 배경 및 연구개발의 필요성 47

2. 연구 목표 53

제2장 국내외 기술개발 현황 56

제3장 연구개발수행 내용 및 결과 61

제1절 내도복 다수성 고 기능성(isoflavone) 콩 품종육성과 기능성 콩 분말제품 개발 및 산업화 61

(시험 1) 내도복 다수성 고 기능성 콩 품종육성(황영현) 61

(시험 2) 아가콩을 이용한 기능성 제품 산업화(위탁-정연신:소이벤처) 84

제2절 양질 지방산 함유 콩 품종개발 128

1. 재료 및 방법 128

2. 연구결과 및 고찰 135

제3절 신품종의 친환경 재배시스템 개발 178

1. 신품종의 친환경 재배시스템 개발 178

2. 품종별 친환경 병충해방제 기술개발(위탁) 195

제4절 신품종 육종콩(육종공)의 의학적 약리효능구명 223

1. 신품종 육종콩의 의학적 약리효능 구명 223

2. 신품종 육종콩의 기능성 탐색 및 기능성분 구명 237

3. 육성품종 콩을 이용한 기능성 청국장의 개발 249

4. 콩의 주요 성분을 이용한 산업화 연구 271

제5절 기능성 물질의 대량 분리 생산 및 산업화 288

1. 콩의 레시틴 분리 288

2. 콩 유래의 이소플라본과 레시틴이 함유된 에센스시제품 개발 304

3. 발효 두유 시제품 개발 317

4. 발효 여부에 따른 두유의 기능성 비교·분석 321

5. 콩 품종간 두유의 기능성 비교·분석 331

제6절 콩 기능성 물질을 이용한 건강기능식품 및 미용제품개발 355

1. 콩 저분자 단백질을 활용한 피부개선 효능 분석 및 제품 개발 355

2. 콩 기능성 물질의 효능 검정 및 건강식품 개발 384

제7절 생활습관성 질환개선제품 개발 423

1. 생활습관성 질환 개선제품 개발 423

2. 신품종 콩을 이용한 고혈압 개선 제품개발 526

제8절 대량수요를 창출하는 제품개발 562

1. 실험방법 562

2. 연구결과 567

제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 586

제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 590

제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 594

제7장 참고문헌 596

부록 : 한국, 중국, 미국 및 일본 콩 유전자원의 지방 및 지방산 함량 635

I. 제목

신수요 창출을 위한 기능성 콩 생산과 고부가가치 제품개발 및 산업화

II. 연구개발의 목적 및 필요성

○ 수입콩과 차별화된 기능성 고품질 Non-GMO 콩의 육성과 친환경 재배 시스템 확립

○ 개발된 고기능성 콩을 이용한 건강기능성 콩식품 개발 및 고부가가치 제품개발

○ 안정적이고 장기적인 국산콩의 소비촉진으로 콩 재배농가의 소득증대 및 성공적인 벼 대체작물로서의 콩 재배산업을 육성

III. 연구개발 내용 및 범위

□ 내도복 다수성 고 기능성(isoflavone) 콩 품종육성

○ 내도복 다수성 고 기능성(isoflavone) 콩 품종육성

- 아가콩 형질개량을 위한 계통육성

- 기존 아가콩 집단 2,000 NILs의 isoflavone 검정

- 아가콩 집단 중 내도복 다수성 6개 계통선발과 품종보호 출원

- 고 세대 흑색종피 집단의 역돌연변이로부터 고함량 isoflavone 계통의 육성

○ 기능성 콩 분말 제품 개발 및 산업화(위탁)

- 기존 품종을 이용한 isoflavone 증가

- 소규모 생산 조건 확립

- Pilot 규모에서의 기능성 분말의 제품화

- 산업화를 위한 pterocarpan을 이용한 미백 기능성 검증

- 기능성 아가콩 음료(차) 개발

- 기능성 아가콩 탁주(막걸리 개발)

- Genistein을 주 concept으로 한 기능성 화장품 개발

□ 양질 지방산 함유 콩 품종개발

○ 콩 유전자원의 고지방 및 양질지방산 자원 발굴

- 한국, 중국, 미국 및 일본 콩 유전자원 519종의 고지방 및 양질지방산 자원을 탐색하여 양질지방산 품종개발을 위한 유망자원 발굴

○ 양질 지방산 함유 계통육성

- 고지방 및 양질자원 선발과 이를 활용한 국내장려품종들과의 교배조합을 작성하고 양질 지방산 함유 계통육성

○ 고지방 및 양질 지방산 유용자원의 환경적 변이 및 안정성 구명

- 고지방 및 양질 지방산 유용자원의 년차(2개년), 파종기(3시기) 및 지역간(4지역)에 따른 안정성검토와 환경적 변이 구명

○ 고지방 양질 지방산 자원의 가공적성 분석

- 고지방 및 양질 지방산 유용자원 20종의 종실, 두유 및 두부의 물리적, 화학적성분특성을 평가하여 가공적성을 구명

□ 신품종의 친환경 재배시스템 개발

○ 신품종의 친환경 재배시스템 개발

- 신품종 콩의 재배방법에 따른 기능성물질인 Isoflavone의 함량을 비교하고, Abiotic stresses 처리에 의한 기능성물질의 증대 기술을 개발하여 고함량 Isoflavone 신품종의 지역특성화 재배기술을 확립함.

- 신품종 콩의 친환경적 재배법 확립을 위해 답전윤환, 피복작물 재배, 피복작물 부산물, 잡초생장억제물질 함유 Endophytic fungi 선발 동정함.

- 콩의 병해충 발생 양상의 이해와 주요 병해충에 대한 친환경자재 및 천적의 선정 및 검증을 통한 콩의 친환경적 방제법 개발

○ 품종별 친환경 병충해방제 기술개발(위탁)

- 아가콩 가해 병해충의 발생양상 및 주요 해충에 대한 천적군 조사

- 아가콩의 주요 식물병에 대한 친환경 농자재 적용 방제법을 연구

- 톱다리개미허리노린재 천적의 증식기술 개발

- 아가콩 가해 주요 해충에 대한 천적과 친환경 농자재 적용방제 연구

□ 신품종 육종공의 의학적 약리효능구명

○ 신품종 육종콩의 의학적 약리효능 구명

- 골아세포 증식과 분화 과정에서 글리세올린의 효과

- 골아세포 생성기 동안 Runx2 발현과정에서 글리세올린의 효과

- 파골세포 생성기의 분화 과정에서 글리세올린의 효과

- 고용량 vitamin D 투여한 골다공증 모델에서 뼈 흡수에 글리세올린의 효과

- 글리세올린 I, II, 와 III의 구조

- 혈관 수축에서 genistein, daidzein 혹은 글리세올린 I의 효과

- 글리세올린 I에 의한 혈관 이완에 K+ channel 억제제의 효과

- 혈관 수축과 MLC20의 인산화에 미치는 genistein, daidzein 혹은 glyceollin I의 효과

- MYPT1과 CPI17의 인산화에 미치는 genistein, daidzein 혹은 glyceollin I의 효과

- RhoA의 활성화에 미치는 genistein, daidzein 혹은 glyceollin I의 효과

○ 신품종 육종콩의 기능성 탐색 및 기능성분 구명

- 아가3호의 활성물질을 구명하기 위하여 대량추출, 용매분획, 감압농축 등의 방법에 의해 추출물을 제조하였고 활성추적 분리법을 이용하여 2종의 활성물질 분리

- MS, NMR 등 다양한 기기분석을 실시하여 기능성분 구명

- 활성분획물 제조하여 분획물들에 대한 활성 평가하였고 4종의 활성분획물 선정

- 활성분획물 Bu-3의 synergy effect 규명

- 신품종 아가콩의 기능성분의 특성을 조사하기 위해 아가콩 계통콩들과, 재배 콩들의 이차대사산물을 HPLC를 이용하여 패턴분석 실시

○ 육성품종 콩을 이용한 기능성 청국장의 개발

- 육성콩 품종 (아가 3, 4호)을 이용한 항산화기능성이 높은 기능성 청국장 개발

- 육성콩 품종의 in vitro 및 in vivo 항산화 활성 평가

- 육성콩 품종을 이용한 청국장 제조를 위한 우수 균주의 선발

- 개발 청국장의 동물모델계 항산화 활성 평가

- 개발 청국장을 이용한 spread 및 salad dressing 제조

○ 콩의 주요 성분을 이용한 산업화 연구

- 글라이세오린(glyceollin)을 이용한 생리활성 물질 검증

- 피니톨과 이노시톨을 이용한 생리활성 물질 검증

- 콩의 유효성분을 이용한 산업화 연구

□ 레시틴 및 아가콩을 이용한 향장제품 및 두유제품 개발

○ 콩의 레시틴 분리

- 에센스 향장 시제품 제작을 위해 레시틴을 국산 콩에서 추출하고자 초임계 추출장치와 유기용매를 이용하여 레시틴을 분리

○ 대두 레시틴 및 이소플라본을 이용한 에센스 시제품의 개발

- 천연 유화제인 레시틴과 기능성 물질인 이소플라본을 이용하여 향장 제품을 개발

○ 두유 제품 및 발효 두유 제품 개발

- 아가콩 3호 및 청자콩을 이용한 두유 및 발효 두유 시제품을 개발

□ 콩 기능성 물질을 이용한 건강기능식품 및 미용제품개발

○ 콩 저분자 단백질을 활용한 피부개선 효능분석 및 제품 개발

- 효능추출물의 분리 및 동정

- 효능추출물의 항산화 및 세포손상억제 효능 분석

- 대두 분획물의 세포노화 억제효능 및 자외선 차단 효능 분석

- 효능 강화 분획물 처리에 따른 피부 질환 억제 효능

○ 콩 기능성물질의 효능 검정 및 건강기능식품 개발

- 이소플라본 Genistein에 의한 항암 기전 연구

- 이소플라본 Genistein에 의한 항비만 기전 연구

- 콩 피틴산의 추출 및 항균효과

- 대두 및 대두 발효제품의 생리활성 검증

- 버섯 발효콩의 효능검증

□ 생활습관성 질환개선제품 개발

○ 생활습관성 질환개선제품 개발

- 기능성 육종 콩으로부터 혈행개선제품의 개발

- 콩 유래 항 당뇨 peptide 소재 및 제품 개발

- 면역활성 및 항암소재와 제품개발

- 대두의 식용 사포닌을 이용한 항비만 음료 제품 개발

- 고품질 검은콩 계통선발 및 안토시아닌 생리활성 연구

○ 신품종 콩을 이용한 고혈압 개선 제품개발(위탁)

- 항고혈압 기능성 콩 peptide 제조

- 항고혈압 제품 개발

□ 대량수요를 창출하는 전두유 개발

○ 단백질분해효소를 이용한 전두유액 제조 및 가수분해도 측정, 칼슘결합능, DPPH 프리라디칼 소거능 등을 측정하여 기능성 실험을 통한 유익성 강조. 검은콩, 노란콩을 기본으로 하여 단백질, 지방, 탄수화물 등 영양요구에 적합한 전두유 시제품 개발 또한, 소비자 기호와 기능성이 강조된 전두유를 개발하여 상품화

IV. 연구개발결과

○ 아가콩의 결점보완을 보완하고, 보다 이용가치가 있는 기능성의 콩 신품종 육성을 위해 2개년 간 23조합을 인공교배 하였으며, 이들 조합들은 현재 SSD 방법 등을 이용하여 세대 진전 중에 있다.

○ 아가3, 4호 NILs 2,000 계통들을 이용하여 3개년간 isoflavone 함량과 농업적 특성검정을 실시하여 우량한 계통을 선발하였는데, 최종적으로 의미 있는 6개의 우량한 계통을 선발하여 2009년에 2계통을, 2010년에 4계통, 총 6개의 계통을 품종등록을 위한 "품종보호출원"을 하였다.

○ 출원한 계통 중 아가5호는 흑색종피로서 isoflavone이 가장 높은 계통이고, 아가6호는 아가 3호에 비해 도복 정항성이 높고, 다수성이며 아가 7호와 9호는 각각 황색 종피종과 흑색 종피종으로서 daidzein(-in)의 총량이 높고, 아가 8호와 아가10호는 각각 황색 종피종과 흑색 종피종으로서 genistein(-in)의 총량이 높은 품종들로 이들 함량은 세계 최고의 함량으로 평가되었다.

○ 아가콩 Y집단(황색 또는 황녹색 종피)에서 분리한 황갈모용 개체들에 대한 특성검정을 실시한 결과 종피색이 흑색인 계통들은 집단육종법에 의해 육성된 계통들에 비해 isoflavone의 함량이 세계 최고의 isoflavone의 함량을 가진 황색종피종들과 같을 정도로 매우 높았는데, 이는 이들 계통들이 후세대의 매 세대마다 isoflavone의 함량을 검정하면서 선발된 계통 육종법에 의해 육성된 집단에서 종피 역돌연변이에 의한 계통들이기 때문으로 생각된다. 수년 내에 이들 계통집단에서 조생이면서 일반 흑색 종피종에 비해 isoflavone의 함량이 10배 가까운 고 기능성의 계통이 선발이 가능하리라고 기대되었다.

○ 아가콩 3호를 이용한 미생물(Aspergillus sojae)을 이용한 경우 이소플라본을 ~10,500 ppm까지 증대시켰으며, 첨가제(피니톨)를 사용한 경우 ~12,500ppm 정도로 30%이상의 이소플라본 증대조건을 확립하였다.

○ 특히 배당체 이소플라본을 비배당체 이소플라본으로 전환하는 실험을 통하여, genistein 및 deidzein의 함량을 9,000ppm까지 증대 시켰으며 이는 배당체로 환산할 경우 14,400ppm이 되는 높은 함량 증대효과를 거두었으며, 이는 생체 흡수율을 고려하면 엄청난 효과를 거둘 수 있었다.

○ 스트레스 조건하에서 daidzein의 이차대사 산물인 pterocarpan을 prep LC 및 컬럼 크로마토그래피를 이용하여 순수하게 분리하였다.

○ 위에 얻어진 pterocarpan의 다양한 활용도를 찾는 목적으로 이들의 미백 기능성을 확인하였으며, 이를 이용한 다양한 기능성 화장품제조에 이용할 것이다.

○ 콩차 제조를 위해 아가콩의 볶음 전처리 조건으로 볶음온도는 250℃, 볶음시간 30분으로 설정하였을 때, 추출물의 콩향과 구수한 맛이 우수하였다.

○ 볶음 아가콩 추출물을 이용한 차 제조시 추출물(용매비 1:100)에 대한 관능적 특성이 나쁘지 않은 것으로 나타나 다른 부재료를 이용한 매스킹은 크게 필요하지 않을 것으로 생각되었다.

○ 콩차 제조시 daidzein은 추출온도 99.55℃, 추출시간 106.19분에서 최대값 11.64 ㎍/ml을 나타내었고, genistein은 추출온도 99.50℃, 추출시간 103.23분일 때 최대값 9.61 ㎍/ml을 나타내었다.

○ 시판용의 콩차 제품을 340ml 병으로서 제조하였을 때, 병당 isoflavone의 총량은 30mg 내외를 함유하여 고도의 기능성 음료로 평가되었다.

○ 30분간 볶은 아가콩을 30mesh 내외의 가루를 만들고, 탁주 제조 원료의 0.3-0.4% 정도의 아가콩 가루를 발효과정 중 2단 삽입하였을 때 양질의 탁주가 제조되었다.

○ 탁주를 마실 때, 첫맛 부드러움 강화를 위한 새송이 버섯 가루 최적 첨가량은 원료 대비 2%이었고, 발효중 버섯가루의 삽입시기는 1단 삽입에 첨가하는 것이었음.

○ 상기와 같이 아가콩을 첨가하여 탁주를 제조한 경우 740ml 병당 isoflavone의 함량은 약 30mg이었다.

○ 본 연구에서 개발된 이소플라본 함유 시제품은 제니스테인의 항산화 효과와 DNA 손상저해 효과를 통한 주름개선효과, 그리고 콩 유래의 레시틴을 이용함으로써 천연유화제, 저 자극제 및 생체막과 친화성을 통한 인체 친화성을 제품의 컨셉으로 시제품을 생산하였다.

○ 시제품을 대상은 앞으로 CCD-986sk, HS68, Detroit 5116세포를 이용한 세포 내 콜라겐생성시험(collagen synthesis assay)주름 개선 효과와 세포내 콜라게나제활성 억제시험(collagenase inhibition assay) 등을 테스트 하여 주름 개선 기능성을 검정할 계획이다.

○ 2007년에 수행된 한국, 중국 및 미국 콩 유전자원 379종의 전체 지방함량은 평균 19.1%이었고, 12.7-26.0%의 범위이었다. 지방함량의 분포는 18.0-20%의 분포가 가장 많았고, 24%이상인 자원은 0.8%인 3종이었다.

○ 한국, 중국 및 미국 콩 유전자원의 포화지방산인 palmitic acid의 함량은 평균 10.6%이었으며, stearic acid의 평균 함량은 2.9%이었다. 불포화지방산인 oleic acid의 평균 함량은 28.2%이었고, 범위는 15.3-56%이었고, linoleic acid의 평균함량은 51.2%로서 범위는 24.4-68%이었다. linolenic acid의 평균함량은 7.1%이었고, 범위는 3.4-11.1%이었다. linoleic/linolenic의 비율은 평균 7.5이었고, 최대 17에서 최소 3.8을 나타내었다. 포화지방산(palmitic acid+stearic acid)의 평균은 13.5%이었으며 범위는 6.7-21.7%이었다. 불포화지방산(oleic acid + linoleic acid + linolenic acid)의 평균은 86.5% 이었으며, 범위는 78.3%-93.4%이었다.

○ 2009년에 수행된 일본자원 140종의 평균 지방함량은 17.2%이었고, 22%이상인 품종은 2품종으로서 1-116(22.8%)과 1-112(22.4%)이었다. 지방산의 평균함량은 불포화지방산인 oleic acid는 평균 26.1%이었고, 최대 55.2%, 최소 16.6%이었다. linoleic acid의 함량은 평균 51.9%로서 최대 59.1%, 최소 25.8%이었다. linolenic acid의 함량은 평균 8.9%, 최대 12%, 최소 3.0%인 것으로 나타났다. linoleic/linolenic의 비율은 평균 6이고, 최대 18.6, 최소 3.4이었다.

○ 고지방 육종을 위한 유망자원으로는 중국자원 수농14호(26.0%), 동농434호(25.7%) 및 동농46호(25%)이었다. 양질지방산 육종을 위한 유망자원으로는 고 oleic acid 함량을 가진 미국자원 KLG12073(56.0%)와 KLF12074(56.0%), 중국 자원인 길림14호(52.2%), 일본자원 M23(55.2%), 한국육성품종인 광안콩(55.9%)과 봉의(50.9%)이었고 liunoleic 함량이 낮은 자원은 미국자원 KLG12093(3.4%) 등의 9종과 일본자원 MS382(2.9%)이었다.

○ 2007년도 교배조합 20조합 중에서 27001 등 5조합은 2008년도에 F₁양성, 2009년도에 F₂를 양성하였다. F₂세대에서 선발목표(황, 흑색종피, 눈색황, 다수초형)에 따라 5조합에서 우량계통 113개체를 선발하였다. 각 조합별로 후기세대까지 Bulk 육종법을 수행하기 위001SSD 육종법으로 교배변호 CS27001은 252립, CS27004는 352립, CS27006은 140립, CS27114는 196립 및 CS27017은 552립을 선발하여총 1,492립을 선발하였다.

○ 그 외 CS 27002 등 15조합은 2009년도에 F1세대에서 60개체를 양성하였으며, 차후 본 연구에서 육성된 계통들은 계속적인 세대촉진의 수행과 아울러 유망계통을 선발할 예정이다.

○ 년차에 따른 시험품종의 평균 지방함량은 07년은 19.1%. 08년은 20.7%로서 08년이 높았으며, palmitic acid는 년차간에 차이가 없었으며, stearic acid는 08년이, oleic acid는 07년이, linoleic acid는 08년이, linolenic acid는 07년이 많았다.

○ 2개년 평균 품종별 지방함량은 중국자원인 동농46호가 평균 25.5%로 가장 높았고 안정적이었으며, 불포화지방산 중에서 oleic acid는 KLG12073이 2개년 평균 51%로 가장 높았고, 안정적이었다. linoleic acid함량은 KLG12080이 2개년 평균 66.2%로 가장 높았고 안정적이었다. linolenic acid는 KLG12093와 KLG12096가 2개년 평균 각각 3.4%, 3.5%로 낮았다.

○ 파종기에 따라서 지방함량과 불포화지방산인 palmitic acid와 stearic acid는 차이가 없었고, 불포화지방산인 oleic acid(C18:1)는 5월20일 파종이 6월5일 파종과 6월20일 파종보다 높았고, linoleic acid(C18:2)와 linolenic acid(C18:3)는 5월20일 파종이 낮았고, 6월5일과 6월20일 파종이 높았다.

○ 불포화지방산인 oleic acid(C18:1)는 전 파종기에서 KLG12074가 가장 높았고 대풍콩이 가장 낮았는데 KLG12074는 파종기 간에 변이가 작았다. linoleic acid(C18:2)는 전 파종기에서 KLG12081이 가장 높아 파종기에 따른 변이가 작았다.

○ 재배지역에 따른 지방함량은 품종간 및 지역과 품종간의 상호작용이 인정되었다. 재배지역에 따른 시험품종의 평균 지방함량은 무안이 가장 높았고, 연천이 가장 낮았다. 품종간에는 중국자원인 흑농44가 21.5%로 가장 높았고, 안정성이 높았다. 불포화지방산인 oleic acid(C18:1)함량은 청주가 높았고 대구가 낮았다. linoleic acid(C18:2) 함량은 지역간에 차이가 없었고, linolenic acid(C18:3)의 함량은 대구와 연천이 높았고, 청주와 무안이 낮았다.

○ 재배지역에 따른 불포화 지방산인 oleic acid(C18:1)함량은 KLG12074와 KLG01397가 높았으며, linoleic acid(C18:2) 함량은 KLG12081가 가장 높았고, linolenic acid(C18:3)의 함량은 KLG12081이 가장 낮았다.

○ 콩 20품종의 종실과 두유 및 두부의 지방함량은 각각 17.1-24.6%, 0.6-1.9% 및 2.8-8.8%의 범위이었다. 지방함량은 종실에서 높은 품종이 두유에서는 높았으나 두부에서는 낮은 경향이었다. 지방산 함량은 종실에서 높은 품종이 두유와 두부에서도 높았고, 종실에서 낮은 품종은 두유와 두부에서도 낮았다.

○ 종실의 지방함량은 동농98-14가 가장 높았고, KLG12088이 가장 낮았으며, oleic acid함량은 봉의콩이 가장 높았고, KLG12081이 가장 낮았으며, linoleic acid는 KLG12081이 가장 높았고, KLG12073이 가장 낮았다. linolenic acid는 KLG12073이 가장 높았고, KLG12096이 가장 낮았다.

○ 두유의 지방함량이 가장 높은 품종은 합풍95-873, 가장 낮은 품종은 단백콩이었다. 지방산 중에서 oleic acid는 KLG12074가 가장 높았고, KLG12081이 가장 낮았고, linoleic acid는 KLG12081이 가장 높았고, KLG1203이 가장 낮았으며, linolenic acid는 흑농44가 가장 높았고, KLG12096이 가장 낮았다.

○ 두부의 지방함량이 가장 높은 품종은 석후대두 가장 낮은 품종은 단백콩이었다. 지방산 중에서 oleic acid는 KLG12074가 가장 높았고, KLG12088이 가장 낮았으며, linoleic acid는 KLG12088이 가장 높았고, KLG12073이 가장 낮았으며, linolenic acid는 봉의콩이 가장 높았고 KLG12081이 가장 낮았다.

○ 아가콩의 isoflavone 함량은 재배지역, 시비 수준, 대사조절물질 등에 의해 크게 차이가 나타났다. 따라서 아가콩의 isoflavone 함량이 높은 기능성 콩을 생산하기 위해서는 특산지 조성과 재배기술의 개발이 필요하며 이를 이용한 기능성 콩 제품의 개발에도 응용할 수 있을 것으로 사료된다.

○ 친환경적 아가콩 재배를 위해서는 답전윤환을 통해 잡초군락을 줄이고 이랑에 검정비닐피복과 고랑에 피복작물의 부산물을 피복함으로써 제초제의 사용을 피할 수 있으며, 고랑의 잡초방제를 위해 잡초억제물질 생성균류를 선발하여 피복작물 부산물과 혼합처리하는 것이 효과적일 것으로 사료됨.

○ 아가콩에서 발견된 해충으로는 노린재류의 발생이 가장 많았으며 그중에서도 풀색노린재(Nezara antennata)와 톱다리개미허리노린재(Riptortus pedestris)의 밀도가 가장 높았다. 청자콩과 대원콩과의 비교에서는 아가콩에서 노린재류의 발생이 상대적으로 적었다.

○ 아가콩에서는 세균성점무늬병(Pseudomonas savastanoi pv. glycinea)은 8월 이후에, 점무늬병(Ascochyta glycines)과 자주무늬병(Cercospora kikuchii)은 9월 이후에 심하게 발생되었으며 아가콩의 세균병 및 바이러스병에 대한 저항성은 청자 및 대원콩과 같은 수준이었다. 이들의 방제를 위해 고시된 3종의 살균제 생물농약을 이용하여 아가콩 포장에서의 방제력을 시험한 결과 처리별 통계적인 유의차는 인정되지 않았다. 다만 푸른세상(활성미생물: Trichoderma harzianum)을 처리한 구에서는 아가콩의 증수효과가 2,220g이었으며, 무처리구에서는 1,980g이었다.

○ 톱다리개미허리노린재 천적의 증식을 위해 기주알의 저온저장 기술을 이용하였다. 약 2℃에서의 30일 동안 냉장 보관 후에는 노린재 알이 부화하지 않았으며, 이들 알에서 천적인 노린재깡충좀벌(Ooencyrtus nezarae)과 노린재검정알벌(Gryon japonicum) 모두 부정적인 영향을 받지 않고 성공적으로 발육 및 성장을 완료하였다. 또한 두 기생벌 개체군의 상호작용에도 영향이 없었다.

○ 저온저장한 톱다리개미허리노린재의 알 방사가 노린재의 기생률 향상 및 밀도 억제에 효과가 있는지를 경북 안동시 송천동 소재의 아가콩 재배지를 조성하여 시험한 결과 노린재의 알, 약뭉 및 성충의 밀도 억제효과는 미미하였으나, 노린재검정알벌의 기생율 증가 효과는 있었다.

○ 글리세올린은 Runx2 단백질분해를 촉진시켰으며 alkaline phosphatase 활성과 Alizarin Red S 염색을 억제하였다. 글리세올린은 TRAP 염색을 억제하여 파골세포 생성을 억제함을 알 수 있었다.

○ 골다공증 모델에서, 글리세올린은 calvaria의 주입에서 보호하는 효과를 보였다. 글리세올린은 osteoprotegerin의 큰 방황변이 없이 RANKL 발현을 강하게 억제하였다. 그러므로, RANKL/Opg 비율은 글리세올린에 의해 강하게 억제되었고, 마우스 모델에서 뼈 흡수를 반감시켰다. 글리세올린은 뼈의 교체비율을 억제하여, 골다공증을 강하게 완하 시켰다.

○ Genistein, daidzein 혹은 글리세올린 I은 수축제인 KCl, NaF, U46619, phenylephrine, or PDBu에 의한 혈관 수축을 완화시켰다.

○ Genistein, daidzein 혹은 글리세올린 I에 의한 혈관의 이완은 RhoA/Rho kinase의 신호전달을 억제하였다.

○ 글리세올린 I에 의한 혈관의 이완은 K+ channel에는 영향을 미치지 않았다.

○ Genistein, daidzein 혹은 글리세올린은 골다공증과 심혈관계 질환을 치료하는 치료제로 좋은 후보이다.

○ 아가콩의 항산화 활성을 평가하였고 및 항산화 활성물질로 2종을 분리하여 genistin과 daidzin로 구조 동정하였다. 활성분획물, Bu3의 synergy effect 구명하였다. 활성분획물, Bu3은 단일 화합물보다 높은 활성을 보여주었고 대표적인 기능성분인 genistein에 유사한 정도의 높은 활성을 보여주었다. 또한 패턴분석 결과 아가콩에는 주요 이소플라본뿐만 아니라 타 품종에서는 검출되지 않는 미량 성분들도 많이 검출되어 추후 미량성분에 대한 연구가 필요할 것으로 사료된다.

○ 육성콩 품종 (아가 3, 4호)을 이용하여 제조한 청국장의 항산화 활성을 비교한 결과, 아가 4호 또는 검정콩 계열이 항산화활성이 in vitro 및 마우스모델계에서 항산화활성이 우수한 것으로 나타났으며, 이러한 경향은 콩 자체의 경우도 동일하였다. 한편 기능성 청국장을 제조하기 위하여, 순창전통청국장에서 분리한 6가지 균주가운데 항산화활성, 이소플라본 대사 활성 등을 검토하여 Bacillus amyloliquefaciens 86-1 균주를 선발하여 사용하였다. 또한 제조한 기능성 청국장의 식품 부원료로서의 가능성을 평가하기 위하여 청국장 함유 spread 및 dressing을 제조하여 기호도를 평가한 결과, 고형분 기준 1% 내외 에서 관능적으로 대조군과 유의적인 차이 없이 우수한 것으로 나타났다.

○ 글라이세오린을 이용하여 항암 및 항아토피 활성을 검증한 결과 wound assay를 이용하여 암세포의 운동성을 저해하는 것을 확인하였다.

○ 마우스를 이용한 아토피 동물 모델을 이용하여 항아토피 활성이 있는 것을 확인하였다

○ 콩의 주요한 유효성분인 피니톨과 이노시톨을 이용한 생리황성 물질의 확인 결과 피니톨은 세포 운동성을 저하를 확인하였다.

○ 피니톨은 항암분자마커인 ICAM-1, CD44, MMP17, MMP14, ARF2의 발현을 감소시켰다.

○ 이노시톨은 항암분자마커인 MMP14와 VEGF-A의 발현을 감소시켰다.

○ 피니톨은 항염증 관련 아토피 동물모델에 효과가 있는 것으로 나타났으며, 아토피 유도모델에서의 귀의 비후(두께)를 감소시키며, 면역세포의 염증 부위로의 이동을 감소시키는 것으로 나타났다.

○ 피니톨의 항암활성을 마우스 항암모델을 이용하여 알아본 결과 colony의 성장을 억제하는 것을 알 수 있었으며, 이노시톨의 경우는 전체적인 colony 수를 약간 감소시키는 것을 알 수 있었다.

○ 산업화와 관련된 콩의 유효물질에 대한 연구는 지속적으로 이루어지고 있으며, 특히 피니톨은 상품의 가치를 인정받아 다수 생산되고 있다.

○ 1차 실험에서 콩 12개의 품종(대망, 대원, 대풍, 석량풋, 선유, 신기, 아가, 일품 검정, 청자, 큰올, 태광, 풍산나물)에 대하여 최적의 레시틴 추출방법을 연구하였으며 용매 추출법, 탈검·수화를 이용한 추출법, 초임계 추출 방법 등으로 레시틴을 추출하였다. 연구결과 탈검·수화를 통한 방법이 레시틴의 대량 추출 및 생산에 가장 적합한 것으로 판단되었다. 용매를 이용한 추출법은 생산 수율은 높으나 유기 용매의 사용으로 인한 환경오염의 문제를 야기시킬 가능성이 있어 적합하지 않은 것으로 판정되었으며 초임계 추출법은 양질의 레시틴을 얻을 수는 있으나 용매 추출이나 수화로 인한 레시틴 추출법에 비해 분리 단가가 매우 비싸 대량 분리 시스템으로는 적합하지 않은 것으로 판단되었다.

○ 콩에 존재하는 Isoflavone 가운데 Genistein과 Lecithin을 주성분으로 한 에센스 크림 시제품을 개발하였다. Genistein은 항산화 기능이 있을 뿐만 아니라 UV를 통한 DNA손상을 저하시키는 작용이 있어 마사지 크림의 주된 효능으로 컨셉을 잡았으며 Lecithin은 콩으로부터 추출된 천연 유화제로써 화장품 제형 설계시 유상(Oil Phase) 조성에 메인 소재로 사용하였다. 이는 Emulsion의 안정성을 증진시키는 것 외에도 화학 유화제에 비해 천연 소재를 이용하였다는 장점이 있어 콩으로부터 유래한 두 가지의 소재를 화장품 제조에 접목하여 Emulsion 형태의 에센스 시제품을 개발하였다.

○ 2차 실험에서는 1차에서 분리한 12개 품종간 조대두유의 레시틴 함량과 Phosphatidyl- choline(PPC)함량을 Colorimetric determination assay법을 이용하여 정량하였다. 이는 향후 기능성 물질인 레시틴과 PPC의 대량 분리시 이들 두 성분이 가장 높은 품종을 알아보기 위함이었으며 실험결과 선유콩이 레시틴과 PPC에서 가장 많은 함량을 나타내어 가장 우수한 품종으로 선발되었고 아가콩은 평균치 보다 높은 함량을 나타내었다. PPC는 Lecithin으로부터 추출한 지방질 분해 효소로써 향후 향장 산업에 접목하여 콩에서부터 추출한 천연물 컨셉트로 Slimming Gel (가칭) 형태의 화장품으로 개발 할 경우 큰 호응을 얻을 것으로 생각된다.

○ 1차 때의 두유 제조기술을 바탕으로 하여 이소플라본 함량이 매우 높은 아가콩 3호를 메인으로 한 두유의 제조 및 유산균 접종을 통한 발효두유시제품의 제조와 이에 따른 기능성 분석을 실시하였다. 1년차에서 개발된 발효두유 시제품은 비타민D, 엽산, GABA등의 여타 제품이 가지지 않은 유용한 생리활성 물질을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 발효 균주로써는 면역력 강화기능이 있는 김치 유래 유산균인 Leuconostoc kimchii와 장 기능개선 효과 및 항산화 활성을 나타내는 Leuconostoc citreum 및 콜레스테롤 함량을 낮추어 심혈관계통 질환에 효능이 있는 Lactobacillus plantarum등을 사용하였는데 관능평가 결과 뛰어난 기능성에 비하여 역취가 심하여 꺼리는 이가 많았지만 전체적으로는 발전가능성이 유망하다는 평가를 얻었다.

○ 3차 실험에서는 본 두유 제조실험의 메인이 되는 소재인 아가콩 3호를 바탕으로 두유 제조를 하여 발효를 거치지 않은 것과 발효를 거친 것에 대한 기능성 비교 분석과 아가콩을 제외한 나머지 5개 품종(태광콩, 서목태, 백태, 속청콩, 화태)에 대해서도 비교 분석을 실시하였다. 이는 위에서 언급했다시피 여러 개의 품종 가운데 그 기능성과 관능평가를 거쳐 패널들이 선호하는 품종등을 종합하여 차후 콩 음료 개발시 우수한 품종을 선발하고자 하는데 그 의의를 두었다. 우선 발효여부에 대한 기능성 비교는 다음과 같다. 발효를 하였을 때 본래의 기능에서 어떤 영향을 미치는가에 대해 알아보기 위하여 발효를 하였는데 우선 하였을 때 분석에서 발효를 한 제품이 전반적인 결과가 더 우세하였으며 영양소 흡수를 저해하는 피트산 함량 분석과 혈압을 증가시켜 고혈압을 유발시키는 ACE 저해율 실험 역시 발효두유가 비발효 두유에 비해 활성이 더 높다는 결과를 나타내었다.

○ 아가콩 외 다른 품종과의 비교 및 분석 결과는 다음과 같았다. 우선 항산화 기능분석에서는 서목태가 ABTS 래디컬 소거능과 DPPH 전자공여능에서 가장 우수한 결과를 나타내었고 SOD 유사활성 측정에서는 아가콩이 가장 우수한 결과를 나타내었다. 기능성 물질 분석에서는 Total Polyphenol과 Total Flavonoid, 피트산 함량, ACE 저해율, GABA 함량, 유리아미노산 정량, 항당뇨 실험등에서 모두 아가콩이 가장 우수한 기능을 가진 것으로 밝혀졌다. 또한, 관능평가에서도 아가콩이 모든 품종 가운데 우위를 점하여 유용한 기능성과 패널의 선호도 또한 높아 차후 콩 음료 제조시 매우 각광받을 수 있는 소재로 거듭날 가능성이 엿보였다.

○ 콩으로부터 루나신강화추출물(LES)을 분리하고 이에 대해 항산화 및 세포손상억제 효능 분석하였다. 루나신 처리에 의해 산화적 DNA 손상억제, elastase의 활성 억제, DPPH free radical 소거능 및 화학적 발암물질에 의해 야기되는 세포의 비정상적인 생육을 억제하였다. Lunasin은 UVB에 의해 야기되는 elastin의 degradation을 억제함으로써 photo-aging을 억제하고, 알레르기 접촉 피부염을 유도한 동물실험에서 LES 피부도포시 표피두께의 증가가 억제되는 것을 확인하였다.

○ 콩의 대표적 이소플라본인 Genistein은 농도 의존적으로 암세포 HCT116의 생존율을 감소시켰으나, daidzain은 세포생존율에 큰 변화가 없었다. Genistein과 Gaidzein의 병합처리에 의한 상승적인 세포 독성효과가 발견되었으며, 이는 항암유전자인 NAG-1 유전자의 과대발현과 부분적으로 관련이 있다고 생각된다. Genistein은 마우스 전지방세포 3T3-L1 세포주의 생존율 및 분화를 억제하였으며, Sirt-1 유전자의 발현이 억제됨이 관찰되었다.

○ 혈전용해효소를 생성하는 균주를 선별하고 아가콩을 이용하여 최적발효조건을 확립하였으며, 아가콩 발효물에서 항산화, 항당뇨, 항암의 다양한 생리활성을 보였다. 그리고 관능검사를 통한 기호도 조사에서 높은 평가를 받았다.

○ 아가콩과 발효 아가콩에서 혈당개선효과, 혈당조절, 지방간개선 효과가 대두보다 높게 나타났으며, 발효 아가콩에서는 항염증, 항암에 높은 활성을 보였으며, 그리고 콩의 유효성분인 isoflavone genistein에서는 종양 전이억제능 및 항암에 높은 활성을 보였다.

○ 대두박에서 항비만 활성 물질을 분리하여 비만억제 효능을 검증하였고, 이를 이용하여 항비만음료를 개발하였으며, 이는 타제품 보다 항비만 효과가 우수한 것을 확인하였다.

○ 고품질 검정콩 계통의 선발하고 이러한 콩의 껍질로부터 안토시아닌을 분리하여 이들의 생리활성을 염증성 스트레스와 관련하여 검증한 결과 동맥경화, 당뇨, 항산화 및 노화억제 등에 효과가 있음을 확인하였다.

○ 국내에서 생산되는 콩을 이용하여 콩 단백질 제조조건을 설정하였다. 그리고 콩 단백질을 가수분해하여 항고혈압 기능성 peptide를 제조하였으며, 항고혈압 기능성 콩 peptide를 이용하여 환, 캡슐, tablet 시제품을 제조하였다.

○ 총 페놀함량은 OD 765nm에서 분석한 결과, 단백질 분해효소의 농도가 높을수록 전두유액의 총 페놀함량은 증가하였고 0.5% 단백질 분해효소를 처리하여 제조된 전두유액의 총 페놀함량은 약 750ug/ml 이었다. DPPH 프리라디칼 소거능은 0.5% 단백질 분해효소 처리시 약간 증가함을 보였다. 혈액순환 기능성 분석에서 혈당, GOT, GPT, 중성지방, 콜레스테롤 등 유의적 감소하는 것을 얻었다.

○ 기능성 전두유는 OEM 생산 방식을 통한 시제품 디자인 및 제품 개발 완료되었다.

V. 연구성과 및 성과활용 계획

본 연구의 주요 연구성과는 기술이전, 특허, 논문발표 및 게재, 홍보 등 다양하게 성과를 활용계획에 있으며, 그 내용은 다음과 같다.

○ 신종의 육성은 영구 계속사업으로서 본 과제를 통해서 아가콩의 고 isoflavone 함량을 유지하면서 결점 보완 또는 보다 다양한 기능성, 다수성 및 내 재해성의 신품종 개량을 위해 인공 교배된 23개 조합에 대하여는 관행의 육종방법에 의해 계통육성이 계속하여 이루어질 것이다.

○ 기존 아가콩 집단 2,000 NILs 전체에 대한 주요 농업적 특성과 isoflavone 함량검정을 통해 선발된 계통들은 품종등록을 위해 품종보호 출원된 계통 및 고 세대 흑색종피 집단의 역돌연변이로부터 고함량 isoflavone 함량을 가진 선발계통과 함께 isoflavone을 중심으로 세계 최고의 기능성 콩 품종육성에 활용코자 한다.

○ 품종보호 출원된 6개 계통들은 2-3년 내에 계통별로 특정 의미를 가진 품종으로 등록될 것이며 이들 신품종들은 기능성 식. 의약품의 중요한 소재로 이용될 것이다.

○ Isoflavon 및 pterocarpan을 함유한 기능성 아가콩 콩 분말을 이용하여, 현재 시판되고 있는 아가콩 플라본의 up-grade제품에 활용할 것이다.

○ 순수 분리된 pterocarpan을 이용한 가능성화장품, 잇몸병 예방용 치약 및 가글을 제조하여 판매하고 있다.

○ 개발된 기능성 아가콩 음료(차), 아가콩 탁주(막걸리 개발) 및 화장품은 홍보와 함께 시판을 시작하고 있다.

○ 고지방 육종을 위한 유망자원으로 유전적 및 환경적으로 안정된 중국자원 3종을 발굴하였으며, 차후 고지방 품종개발의 교배모본으로 활용할 예정이며, 양질지방산 육종을 위한 유망자원으로는 고 oleic acid 함량을 가진 미국자원 2종, 중국자원 1종, 일본자원 1종, 한국육성품종 2종을 발굴하였고, linoleic 함량이 낮은 자원으로 미국자원 9종과 일본자원 1종을 발굴하였으며 이들 자원의 환경변이를 평가한 결과 안정적이었으며, 콩 육종 및 기타 관련기관에 육종소재로 제공할 예정이다.

○ CS27002 등 15 교배조합의 F₁ 60개체 양성, CS27001 등 5교배조합의 F₂세대 113개체를 선발하였고, SSD육종법에 의한 총 1492립을 선발하였으며 계속적인 세대촉진과 선발을 통하여 중간모본 및 품종을 개발할 예정이다.

○ 고지방 및 양질지방산 품종의 가공적성 평가를 통하여 두유 및 두부의 고품질화를 위한 육종소재를 발굴하고 차후 품종개발을 통한 신소재 식품의 산업화를 위해 활용할 예정이다.

○ 중국, 미국 및 일본 도입 콩 유전자원들의 농업유전자원센터에 입고하고, 유망 유전자원들은 연구기관 및 수요자에 제공하여 국내의 고지방 및 양질지방산 육종에 활용하고자 한다.

○ 콩 지방 및 지방산에 관한 본 연구의 수행과정에서 얻어진 중요결과들을 4건의 학술발표를 하였으며, 2012~2013년에 3건의 논문을 게재할 예정이다.

○ 잡초생장억제물질 함유 Endophytic fungi를 이용한 친환경생물제초제 개발 연구에 응용하고, 고함량 isoflavone 생성을 위한 대사유도물질 사용과 친환경재배법의 기술을 농가에 전수시킬 예정임.

○ 신품종인 아가콩에서 최초로 해충 발생 양상 및 톱다리개미허리노린재 천적의 발생에 관한 연구결과를 각각 국제학술지인 Journal Asia Pacific Entomology와 Applied Entomology and Zoology에 2010년 게재 수락되어 발간될 예정이다.

○ 톱다리개미허리노린재 천적의 발생에 관한 연구결과는 2009년 5월 전남 보성에서 개최된 한국응용곤충학회에서 우수 발표상을 연구원인 김상원이 수상하였다.

○ 톱다리개미허리노린재에서의 저온저장된 기주알을 이용한 노린재깡충좀벌과 노린재검정알벌의 증식법을 최초로 개발하여 국제학술지인 Journal Asia Pacific Entomology(13: 139-143)와 Biocontrol Science and Technology(19: 315-325)에 각각 2010년과 2009년에 게재하였다.

○ 유방암 치료와 함께, 글리세올린은 골다공증을 위한 치료에 효과가 있었다. 그것은 골다공증과 유방암을 함께 치료하는 치료제가 될 것이다.

○ Genistein, daidzein 혹은 글리세올린 I은 RhoA/Rho-kinase 신호전달을 억제하여 혈관 수축을 완화시켰다. RhoA와 Rho-kinase는 고혈압, 관상동맥과 뇌동맥의 혈관경련, 죽상경화증과 당뇨병을 치료하는 치료제로 중요하다. Genistein, daidzein 혹은 글리세올린 I의 혈관 이완의 효과는 심혈관계 병의 치료에 중요한 후보로 주목받는다. 우리는 많은 연구를 통해서 논문과 특허를 출판하고 있다.

○ 국내 신품종 콩인 아가콩이 항산화활성, 암 예방활성을 보여주는 우수한 건강 기능성 콩임을 구명하였고 기능성 아가콩에 대한 연구결과는 SCI급 논문(Food Sci & Biotech)에 출판되었다. 본 연구결과는 향후 아가콩이 건강기능성 식의약소재로 개발되는데 기초자료로 이용될 수 있을 것이다.

○ 본 연구결과로서 우수청국장 균주에 대한 특허를 포함한 국내특허 2건을 출원하였고, 논문 2편 (SCIE급 1편 포함) 발표하였으며, 현재 2편을 투고준비중이다.

○ 글라이세오린과 피니톨을 포함하는 콩에 대한 산업화 추진전략으로 전체적인 수요확대(두 성분에 대한 필요성 증대를 각인), 건강기능성 식품 개발, 콩성분에 대한 적절한 분리기술의 확보 및 이를 이용한 다양한 제품군의 개발 등이 필요하다. 본 연구는 이에 기능성을 확인하기 위한 기초적인 데이터를 제공한다.

○ 본 연구에서 개발된 아가3종세트(화장품)는 시중에 출시되어 판매되고 있으며, (참여기업인 에이징과 공동개발) 아가콩을 이용한 두유는 기능성 측면에서 일반 콩(흰콩, 검정콩)에 비하여 매우 우수한 기능성을 나타내고 있어 본 연구원과 두유 제조회사와 제휴하여 상품 및 제품을 시장에 출시하기 위해 노력하고 있음.

○ 언론 등에 아가3종세트 개발로 산, 학, 연 공동개발의 연구결과로 발표됨. 본 연구에서 개발된 기초 기술들을(분리기술, 제품화 기술, 두유제조기술) 등을 바이오산업 발전을 위한 자료로 사용할 계획임.

○ 아가콩을 이용한 두유제품으로 생명아가두유, 생명청자두유를 상표등록 계획 중에 있다.

○ 「대두추출물을 함유한 피부미용개선용 복합 조성물」에 관한 특허를 출원 준비 중이며, 관련 시제품을 제작하여 전국 한의원을 대상으로 효능 및 만족도 조사 중에 있다. 생명과학회지 1편의 논문이 게재되었으며, 2건의 논문은 투고, 심사 중에 있으며, 3편의 논문을 추가 투고할 계획이다.

○ 본 연구를 수행하면서 기능성발효제품과, 항비만 음료를 개발하였고, 총 9개의 학술논문을 발표하고 2개의 특허를 출원하였으며, 그 외 많은 학술발표를 하였다.

○ 국내에서 생산되는 콩을 이용하여 콩 단백질 제조조건을 설정하였다. 그리고 콩 단백질을 가수분해하여 항고혈압 기능성 peptide를 제조하였으며, 항고혈압 기능성 콩 peptide를 이용하여 환, 캡슐, tablet 시제품을 제조하였다.