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ISSN : 1229-3571(Print)
ISSN : 2287-819X(Online)
Korean Journal of Organic Agricultue Vol.23 No.4 pp.939-950
DOI : https://doi.org/10.11625/KJOA.2015.23.4.939

Effect of Chlorella sp. on Improving Antioxidant Activities and Growth Promotion in Organic Soybean Sprout Cultivation

Min-Jeong Kim***, Chang-Ki Shim**, Yong-Ki Kim***, Sung-Jun Hong***, Jong-Ho Park***, Eun-Jung Han***, Hyeong-Jin Jee***, Sung-Buk Lee****, Seok-Cheol Kim***
Corresponding author, 국립농업과학원 유기농업과 (ckshim@korea.kr)
November 17, 2015 November 23, 2015 November 23, 2015

Abstract

The purpose of this study was to estimate the growth promoting effects and improvement of antioxidant activity of the soybean sprouts treated with Chlorella sp. culture solution. The soybean sprout treated with 0.1% and 0.2% Chlorella sp. culture solution was significantly increased the length (more than 43.0%), the thickness (more than 0.5~0.7 mm), fresh weight (more than 2.9~3.7 g) compared to non-treated control in vitro. In organic soybean sprouts farm, the 0.2% chlorella culture solution applied to mass culture of soybean sprout and the fresh weight of soybean sprouts increased by more than 25% and the yield was very high as 598.33% compared to untreated control. In addition of sensory test, there is no fishy odor and better crunchy texture and nutty flavor for the treatment soybean sprouts compared to untreated soybean sprouts. Particularly, free-radical scavenging activity (DPPH) and superoxide dismutase activity (SOD) of the soybean sprouts were significantly increased more than 26.1% and 40.4%, respectively by treated with 0.1% and 0.2% Chlorella culture solution. Consequently, the treatment of chlorella culture solution to grow soybean sprouts is also promoting quality and antioxidant activity as well as promoting the growth of sprouts. Therefore, chlorella is considered to be worth as functional materials for high-quality sprouts grown.


클로렐라 처리에 의한 유기농 콩나물 생육촉진 및 항산화 능력 증진효과*

김 민정***, 심 창기**, 김 용기***, 홍 성준***, 박 종호***, 한 은정***, 지 형진***, 이 승복****, 김 석철***
***국립농업과학원 유기농업과
****홍성군 농업기술센터

초록


    Rural Development Administration
    PJ01170701

    Ⅰ서 론

    콩은 풍부한 단백질 함량뿐만 아니라, 불포화지방산, 아미노산 조성이 우수하고 이소플 라본(isoflavone), 대두사포닌(soy saponin), 토코페롤, 폴리페놀 등 다양한 생리활성 물질을 함유한 식품이다(Kim et al., 2013). 콩과 콩가공식품의 우수한 기능성에 대한 연구가 아시 아 지역에서 주로 활발하게 이루어져 왔으나 최근 들어 콩가공식품에 대한 서양의 관심이 높아져 소비와 연구가 확대되고 있다(Abdulalah et al., 1984; Drake et al., 2000; Friedeek et al., 2003). 콩은 그 자체로도 섭취하기도 하지만 두유, 두부, 콩나물, 된장 등의 다양한 형태 의 가공식품으로 이용되고 있는데, 그 이유는 소비자들이 보단 간편하게 콩의 우수한 생리 활성 성분을 섭취할 수 있기 때문이다(Xu et al., 2005).

    콩나물은 생육기간이 짧고 재배가 쉬우며 콩이 발아하는 동안 지질, 루테인, β-카로틴, 클로로필a 등의 함량이 감소하지만 콩에 존재하지 않던 Vitamin C가 생합성되며 단백질과 전분의 소화흡수율이 증가하였다(Choi et al., 2000; Choi et al., 2011; Kim et al., 2003; Shon et al., 2014; Xu and Zhu, 2005). 이러한 콩의 다양한 기능성을 증진하고자 콩 품종의 선발 (Shon et al., 2014), 천연유래 물질(Kim, 2002; Kim et al., 2003)을 첨가하거나 가공공정을 개 발(Sung et al., 2014; Yoon et al., 2002)하는 등 콩 가공식품이 지닌 기능성을 증진시키기 위 한 다양한 연구들이 진행되고 있다. 소호 콩나물콩과 같은 많은 재래종 나물콩 계통에서 asparagine, isoflavone 함량이 높은 계통을 선발하였으며, 동물실험 결과 우량콩나물을 급여 한 당뇨동물의 생존률을 높아지고 고지혈증 동물에서는 혈장 지질수준을 감소하였으며 조 직 중 지질산화를 억제시키는 효과를 나타내었다(Hwang, 2003). 증류수 콩나물에 비하여 녹차 물 추출물 콩나물이 비타민 C, β-카로틴 함량이 높은 것으로 나타났으며, 항산화활성 도 증류수 콩나물에 비하여 녹차 물 추출물로 처리한 콩나물이 6% 이상 높게 나타났다 (Kim, 2002).

    클로렐라는 광합성을 하는 녹조류의 일종으로 단백질, 엽록소, 비타민, 미네랄, 핵산 및 불포화지방산 등(Cha et al., 2008)을 세포내에 함유하고 있어 영양학적(Kay, 1991)으로 우수 할 뿐만 아니라 면역기능 향상(Guzman et al., 2003), 항산화(Guzman et al., 2001; Shibata et al., 2003), 간 기능개선 등 여러 가지 생리활성을 개선하는 것으로 나타났다(Kang et al., 2004). 클로렐라의 농업적 활용을 살펴보면, 유기농 벼재배 논의 담수에서 분리한 Chlorella vulgaris CHK008 균주를 2.1×105 cell/ml 농도로 ‘설향’과 ‘육보’ 딸기에 엽면처리하였을 때 당도가 향상되었으며 저온 저장 시 딸기와 엽채소인 상추, 케일, 붉은 케일, 흰 케일, 비트 의 저장성이 현저히 향상된 것으로 나타났다(Kim et al., 2014). 또한 Kim 등(2003)은 클로렐 라 배양액과 미네랄 팩을 처리한 콩나물은 부패와 비린 냄새가 없어지고 기능성 성분이 증 가하였다고 하였다. 또한 클로렐라 분말로 두부제조 과정에 첨가하면 두부의 견고성과, 검 성과 씹힘성이 증가하였고, 특히 0.5~1.0% 농도로 클로렐라 처리는 두부의 pH가 산성화되 어 미생물의 증식 속도가 20~35% 감소하는 것으로 나타났다(Kim et al., 2003).

    따라서 본 연구는 콩나물 재배시 클로렐라(Chlorella sp.) 배양액을 처리하였을 때 콩나물 의 생육촉진과 항산화 능력 증진효과를 조사하여 보고함으로써 다양한 기능성을 지닌 클 로렐라의 농업적 활용도를 높이고자 하였다.

    Ⅱ재료 및 방법

    1.재료

    실험에 사용한 콩나물용 콩은 2014년도에 충남 홍성군 유기농 콩재배 농가에서 수확한 풍산콩 품종을 사용하였다. 우선 콩에 썩혀 있는 이물질이나 기형이거나 병징이 있는 콩을 제외하고 깨끗하고 균일한 콩을 사용하였다.

    2.콩나물 재배기

    콩나물을 실내에서 실험하기 위해서 순환용 펌프와 티이머가 장착되어 있는 가정용 콩 나물 재배기(SC-9000A, 청시루, 한국)를 사용하였으며 홍성군 콩나물 재배 농가에서는 하 우에 200 kg의 콩나물 재배할수 있도록 살수용 물과 재배실 온도가 조절이 자동화된 콩나 물재배 챔버(JH63420, ㈜정훈이엔씨, 한국)를 사용하였다. 콩나물 재배는 18~20℃에서 수행 되었다.

    3.클로렐라 배양

    본 실험에 사용된 클로렐라 균주(Chlorella sp. CH)는 2012년 경남 하동군 유기농 벼재 배 논으로부터 분리하였다. 클로렐라 CH균주 배양에 사용한 BGMM배지(BG11 Modified Medium, BGMM)는 BG11배지(Stanier et al., 1971; Andersen, 2005)를 변형하여 사용하였다. 순수 분리한 클로렐라 CH 균주의 종균을 배양하기 위해 100 ml T-플라스크에 70 ml의 액 상 BGMM배지(50 mg/L Ampicillin, 100 mg/L Chloramphenicol)에 접종하여 4일간 배양 후, 본 연구에서 클로렐라 배양용으로 제작한 10 L 용량의 광투성 polyvinyl bag 배양기에 4 L 의 액상 BGMM배지를 넣고 CH 균주의 종균을 접종하여 7일간 배양 후 실험에 사용하였 다. 이 때 기포발생기를 이용하여 15 L/분의 공기를 불어 넣어 주었다. 클로렐라 CH 균주 배양 후, UV/VIS 분광광도계(UV/Vis Spectrophotometer 1201, Shimadzu, Japan)를 이용하여 450 nm 파장에서 흡광도(OD, Optical Density)를 측정하여 흡광도 대비 광학현미경에서 실 측한 클로렐라의 세포수로 환산하여 클로렐라의 농도를 계산한 후 사용하였다.

    4.클로렐라 처리

    콩나물에 처리한 클로렐라의 농도는 앞선 클로렐라 처리에 의한 엽채류의 생육증진 및 저장성 향상에 관한 연구 결과를 바탕으로 0.1%와 0.2%의 두 가지 농도로 처리하였다(Kim et al., 2014). 클로렐라 배양액의 처리방법은 1차적으로 7일 간 배양한 클로렐라 CH균주 배 양액을 수돗물에 250배로 희석하여 선별한 콩이 충분히 잠길 정도로 부어서 실내에서 4~5 시간 동안 침지 처리하면서 1시간 간격으로 뒤집는 작업을 반복하여 산소공급을 극대화 하 였다. 이 때 콩나물 콩의 양은 가정용 배양기의 경우는 200 g씩, 콩나물 재배 농가의 경우 는 1 kg/통씩을 사용하였다. 2차적으로 가정용 콩나물 재배기에 물을 사용하는 대신 클로렐 라 CH균주 배양액을 500배 희석하여 3일에 1회 정도 교환하여 처리하였으며 농가에서는 클로렐라 CH균주 배양액 원액을 3회/일 정도 500배로 희석하여 공급될 수 있도록 설정한 후 1시간 간격으로 2분씩 24회/일 살수될 수 있도록 설정하였으며 재배온도는 18℃로 설정 하였다.

    5.콩나물 생육 및 특성 조사

    실내실험을 통하여 클로렐라 처리 농도에 따른 콩나물의 생육(길이, 두께, 생체중)을 조 사하여 비교하였다. 콩나물 재배 농가에서는 콩나물의 수율은 마른 콩 1 kg에 대한 5일 동 안 재배한 후 평균 생체무게를 측정하여 배분율로 표시하였다.

    6.콩나물 관능 평가

    콩나물 재배시 클로렐라를 처리한 콩나물과 처리하지 않은 콩나물의 비린냄새, 고소한 맛, 경도 등을 15명의 평가단을 구성하여 Blind test 방식으로 평가하였다.

    7.DPPH 자유라디컬 소거능을 통한 항산화 시험

    본 시험 방법은 에탄올상에서 1,1-Diphenyl-2-picryhydrazyl (DPPH, Sigma D9132-1G)가 발 생시키는 free radicals에 대한 소거능을 시험함으로써 항산화 효과의 직접적인 작용 정도를 파악할 수 있다. 화합물 DPPH는 에탄올 내에서 자유라디칼을 발생한다. 0.1, 0.5, 1 mg/ml의 콩나물 추출물을 각각 DPPH와 혼합하여 자유라디칼의 양이 어느 정도 감소하는지 확인하 였다. 구체적으로는 에탄올 0.4 ml에 0.1 mM의 DPPH용액 0.5 ml, 그리고 일정농도로 희석 된 콩나물 추출물 0.1 ml를 첨가한다. 10초간 강하게 교반한 후 냉암소에서 30분간 반응시 킨다. ELISA Reader기를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 항산화능의 정도는 에탄올을 사용한 대조군의 흡광강도를 기준으로 백분율로 표시하였으며, 양성대조군으로 Vitamin C 0.1% (AA-2G, Ascorbic Acid 2-Glucoside, DAMY chemical)를 사용하였다.

    Free radical 활성 저해율 % = 1 각 시료액의 반응흡광도/공시료액의 반응흡광도 × 100

    8.SOD 유사활성을 통한 항산화 시험

    본 시험 방법은 SOD (superoxide dismutase) 유사활성은 Marklund & Marklund (1974)의 방 법에 따라 SOD 유사활성 반응에서 pyrogallol은 물에 존재하는 superoxide radical에 의해 자 동 산화가 일어나 갈색물질을 형성하여 이를 분광광도계로 분석하고, superoxide 포착활성 이 있는 물질이 존재시 pyrogallol의 산화속도가 낮아지는 원리를 이용하여 superoxide 포착 활성을 간접적으로 측정할 수 있다(Han and Kim, 1994). 시료 용액 0.2 ml에 Tris-HCl의 완 충용액(50 mM Tris + 10 mM EDTA, pH8.5) 3.0 ml와 7.2 mM pyrogallol 0.2 ml를 가하여 2 5℃에서 20분간 반응시킨 후 1 N HCl 0.1 ml를 가하여 반응을 정지시키고 반응액 중 산화 된 pyrogallol의 양을 420 nm에서 측정하였다. SOD 유사활성은 시료용액의 첨가구와 무첨 가구의 흡광도 감소율을 %로 나타내었다. 양성대조군으로 Vitamin C 0.1%(AA-2G, Ascorbic Acid 2-Glucoside, DAMY chemical)를 사용하였다. 클로렐라 처리에 따른 콩나물의 SOD 유 사활성능력은 다음과 같이 측정하였다.

    SOD 유사활성 능력 % = 공시료액의 반응흡광도 각 시료액의 반응흡광도 / 공시료액의 반응흡광도 × 100

    9.자료정리 및 통계 처리

    수집된 자료의 정리와 통계는 MS-EXCEL 2010과 SAS (version 8.0)를 이용하였으며, 처 리평균간 비교는 DUNCAN 다중검정을 하여 유의확률 p<0.05인 경우 통계적으로 유의하다 고 인정하였다.

    Ⅲ결과 및 고찰

    1.클로렐라 콩나물 실내시험

    0.1%와 0.2% 농도로 클로렐라를 콩나물 콩 재배기간 동안 처리하여 콩나물의 생육에 어 떠한 영향을 주는지 6일 동안 조사한 결과, 2가지의 클로렐라 농도로 처리한 콩나물의 길 이가 모두 무처리에 비하여 43.0% 이상 신장하는 것으로 나타났으며, 0.1% 농도보다 0.2% 농도에서 뚜렷한 신장효과가 관찰되었다(Fig. 1). 또한 콩나물의 두께도 무처리에 비하여 2 가지의 클로렐라 농도로 처리한 콩나물의 두께가 유의적으로 0.5~0.7 mm 이상 증가하는 것 으로 조사되었다. 2가지의 클로렐라 농도로 처리한 콩나물 10개의 생체중도 무처리에 비하 여 무게가 2.9~3.7 g 이상 증가하는 것으로 나타났다(Table 1). Kim 등(2003)의 무농약, 무성 장촉진제 및 무영양제 항온시험에서 클로렐라 배양액, 해조맥반석, 규석 등을 고온 소성시 킨 미네랄팩 처리로 콩나물의 신장을 15 cm 이상 증가시켰다고 하였다.

    클로렐라 배양액 및 추출물의 농업적 활용사례는 적으나 클로렐라 배양조건에 따라 식 물생장조절제(plant growth regulators)인 내생 옥신(auxin)과 사이토키닌(cytokinin)이 증가하 는 것으로 보고되었다(Stirk et al., 2014).

    본 연구에서는 클로렐라 생균이 살아 있는 배양액만을 처리하였는데도 콩나물의 생육이 촉진된 것으로 보아 향후 클로렐라 배양액에 식물생장 촉진과 관련된 물질이 함유되어 있 는지 추후로 분석할 필요가 있을 것으로 생각된다.

    2.클로렐라 콩나물 농가재배

    충남 홍성군 유기농 콩나물 생산 농가에서 5~7일간 광배양한 클로렐라 처리에 의한 콩나 물 생육과 수율에 미치는 효과를 조사한 결과, 처리 5일 후, 0.2% 농도로 클로렐라배양액을 희석하여 처리한 콩나물(6.0 kg)은 무처리(4.8 kg)에 비하여 25% 이상의 생체중이 증가하였 다(Table 2). 콩 1 kg으로 콩나물을 재배하였을 때 콩나물의 수율은 무처리는 479.3%인데 비하여 0.2% 클로렐라 배양액을 처리한 콩나물의 수율은 598.33%로 매우 높게 나타났다 (Table 2).

    또한 Kim 등(2014)에 의하면 국산 나물콩 품종 4종을 관행적으로 재배하였을 때 콩나물 의 수율이 506.8~525.3%인 것으로 보고하였다. 또한 Shon 등(2014)은 녹채, 다원, 서남, 오 리알태, 풍산나물 등 껍질의 색깔이 다른 나물콩을 재배하였을 때 콩나물의 수율은 녹채콩 이 540.0%로 가장 낮았고 다원콩은 658.3%로 가장 높게 나타난 것으로 보고하였다. 본 실 험에서는 나물콩 품종으로 풍원콩을 사용하였으며 무처리에 비하여 클로렐라 배양액을 처 리한 콩나물의 수율이 높게 나타난 것은 부패율이 감소하고 콩나물의 길이, 두께, 생체중 등의 콩나물의 품질이 향상되어 나타난 것으로 생각된다.

    또한 클로렐라를 처리한 콩나물에 대한 비린향, 씹히는 식감, 고소한 맛 등의 관능검사를 실시하였더니 0.2% 클로렐라 배양액을 처리한 콩나물의 관능검사결과 비린냄새가 없었으 며 씹히는 질감과 고소한 맛이 더 좋은 것으로 조사되었다(Table 3). Kim 등(2003)은 무농 약, 무성장촉진제 및 무영양제 항온시험에서 클로렐라 배양액, 해조맥반석, 규석 등을 고온 소성시킨 미네랄팩 처리로 콩나물의 생장에 영향을 줄뿐만 아니라 콩나물 특유의 비린 냄 새를 감소시키고 고소한 맛을 증가시키는 것으로 나타났다.

    3.콩나물 항산화 증진효과

    0.1%와 0.2% 클로렐라 배양액 처리에 의한 콩나물의 항산화능력 증진효과를 DPPH와 SOD 활성을 비색반응을 통해 조사하였더니, 콩나물 추출액의 농도가 증가할수록 클로렐라 배양액 0.2%처리에서 높은 DPPH 활성이 관찰되었다(Table 4). 특히 0.1%와 0.2% 클로렐라 희석액을 처리한 콩나물 추출액 1 mg은 DPPH 양성대조구인 Vitamin C 100 mg의 각각 약 26.1%, 40.8%에 해당하는 DPPH 활성이 확인되었다(Table 4).

    또한 SOD도 DPPH와 마찬가지로 클로렐라 배양액을 0.2%로 처리하였을 때 콩나물 추출 액의 농도가 증가할수록 높은 활성을 보였다(Table 5). 클로렐라 배양액 0.1%와 0.2% 희석 액을 처리한 콩나물 추출액 1 mg은 SOD 양성대조구인 Vitamin C 100 mg의 각각 약 40.4%, 50.3%에 해당하는 SOD 활성이 확인되었다(Table 5).

    대두 종자의 발아과정 중 주로 분해적인 대사가 일어나는데 이로 인해 콩나물에는 비타 민 B1, B2, C, carotene, retinol 함량과 조섬유 함량이 크게 증가하는 것으로 이미 보고되었 다(Chen et al., 1975). Chon 등(2013)에 의하면 콩나물의 재료로 사용되는 콩의 종류에 따른 SOD활성을 조사하였더니 녹두나 동부나물에 비하여 콩나물의 SOD활성이 비교적 높게 나 타난 것으로 보고였다. Shibata 등(2003)에 의하면 7.3% 클로렐라 분말을 섭취한 쥐의 생체 외와 내에서 클로렐라의 항산화 활성을 조사 하였더니 클로렐라 처리구의 쥐에서 각종 야 채에 존재하는 항산화 물질과 비교하였을 때, DPPH가 더 강한 것으로 보고하였다. 또한 Tomaselli (2004)는 생육 중인 녹조류에 스트레스 조건(pH, 온도, 양분, 등)을 가할 경우 녹조 류 내에 chlorophyll a, b, 및 carotenoids 성분이 생성되는 것으로 보고하였다. 또한 chlorophyll 은 chlorophyll a가 주형태인 녹색 식물과 클로렐라의 중요한 색소이며, 다양한 실험에서 chlorophyllin이나 chlorophyll의 수용성 Na과 Cu염 유도체가 항염증성이나 항돌연변이성, 항 발암성, 항산화성을 나타나는 것으로 보고되었다(Boloor et al., 2000; Cho et al., 2000; Hsu et al., 2005).

    본 연구에서는 클로렐라 처리는 콩나물의 SOD 유사활성능력과 DPPH 자유라디칼을 소 거하여 항산화 효과를 증진하는 것으로 관찰되었다. 또한 0.1% 클로렐라 배양액보다는 0.2% 클로렐라 배양액 처리가 콩나물의 생육과 항산화 능력을 증가시키는 것으로 관찰되 어 배양액 농도증가에 따른 생육시험이 추가적으로 수행되어야 할 것으로 판단된다.

    Figure

    KJOA-23-939_F1.gif

    Effect of 0.1% and 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution on improving of growth promotion of soybean sprout at room temperature for 5 days.

    Table

    Effect of 0.1% and 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution on growth promotion in Pungsan soybean sprout cultivar at 18°C for 6 days in dark conditions

    1)Means with different superscripts in the same row are different at p<0.05.
    2)DAT : Dates after treatment of Chlorella sp. liquid culture solution

    Improving of yield and fresh weight of Pungsan soybean sprout cultivar treated with 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution at 18°C for 5 days in organic soybean sprout factory in Honseung

    1)Means with different superscripts in the same row are different at p<0.05.

    Estimation of sensory test of soybean sprout treated with 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution at 18°C for 5 days in organic soybean sprout in vitro

    y: - no odor, + weak, ++ moderate, +++ strong, ++++ very strong

    DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) free radical scavenging activities in ethanol extraction from powder of Pungsan soybean sprout treated with 0.1% and 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution

    1)Means with different superscripts in the same row are different at p<0.05.
    2)DPPH : 0.1 mM 1,1-Diphenyl-2-picryhydrazy.

    SOD-like activities in ethanol extraction from powder of Pungsan soybean sprout treated with 0.1% and 0.2% Chlorella sp. liquid culture solution

    1)Means with different superscripts in the same row are different at p<0.05.

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