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식물성 식품중 페놀성 물질의 함량과 생리적 효과에 관한연구

Title
식물성 식품중 페놀성 물질의 함량과 생리적 효과에 관한연구
Authors
이정희
Issue Date
1994
Department/Major
대학원 식품영양학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Doctor
Abstract
본 연구에서는 한국인이 이용하고 있는 식물성 식품 중 어떤 부류의 페놀성물질이 어느 수준 존재하는지 검색하기 위하여 총페놀함량은 Folin-Denis법으로, 축합형 탄닌함량은 vanillin법과 modified vanillin법으로, 단백질 침전성 폴리페놀 함량은 protein-precipitation법으로 측정하였고, 각각의 방법으로 분석된 함량들간의 관계를 살펴보았다. 여기에서 페놀성 물질의 함량이 높게 분석된 시료를 선택하여그들의 생리적 효과를 다음과 같은 in vitro법으로 조사하였다. 즉 a-amylase, protease, lipase등의 효소활성저해와 그 저해유형을 살펴 보았고, 식품의 부패와 식중독에 관계되는 E. coli, Salmonella enteritidis, Streptococcus faecalis의 3균주에 대한 항균성 실험을 Kirby-Bauer법으로 실시하였으며, 돌연변이원성 및 항돌연변이원성을 Ames법으로 살펴 보았다. 마지막으로 Pb와 Cd으로 오염시킨 수용액에서 페놀성분에 의한 이들 중금속의 제거효과를 살펴보았다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 식품시료 45가지 중 페놀성분의 함량 분석결과 식품군 간에, 그리고 식품별로 함량차이가 컸다. 총페놀 함량은 건물기준시 0.1%-5.8%로 감잎, 밤속껍질, 모과, 호두, 해바라기, 칡뿌리, 생강, 쑥, 상치의 순으로, 신선물 기준시 0-5.2%로 감잎, 밤속껍질, 모과, 수수, 칡뿌리, 회색팥, 해바라기씨, 호두의 순으로 감소하였다. 2. 축합형 탄닌함량은 모과와 밤속껍질에서 매우 높이 나타났으며, 건물 기준시 0-48%로 모과, 밤속껍질, 생강, 호두의 순으로, 신선물 기준시 0-12.3%로 모과 밤속껍질, 수수, 호두, 메밀, 감잎, 생강의 순으로 감소하였다. 3. 단백질 침전성 페놀성분의 함량분석 결과 곡류와 두류에서 비슷한 정도를 보였으며, 채소류에서는 낮은 함량을 보였다. 건물 기준시 0.4%-2.2%로 밤속껍질, 호두, 모과의 순이었고, 신선물 기준시 0-2.0%로 밤속껍질, 호두, 감잎, 수수, 쇠뜨기의 순으로 감소하였다. 4. 식품중의 페놀성 물질이 알부민, 펩신, 트립신과 결합하는 능력을 비교한 결과 일반적으로 트립신보다 펩신이나 알부민과 더 잘 반응하였다. 각 식품군에서 상대적으로 높은 침전성을 보인 시료를 보면, 펩신 단백질과는 밤속껍질, 모과, 쇠뜨기 순으로, 알부민과는 밤속껍질, 호두순이였고, 트립신의 경우 모과, 호두, 수수의 순으로 낮아졌다. 5. 식품중 페놀성물질 함량간의 상관관계를 보면 총페놀 함량과 단백질 침전성 페놀물질의 함량(r = 0.65, p<0,001)과 축합형 탄닌 함량 (r = 0.56, p<0.001)간에 높은 상관관계를 보였으나, 축합형 탄닌함량과 단백질 침전성 페놀물질 함량간에는 비교적 낮은 상관관계(r = 0.39, p<0.01)를 보여, 본 실험에 사용된 시료의 축합형 탄닌은 알부민 단백질과 결합하는 능력이 적은 것으로 생각되었다. 축합형 탄닌의 중합도를 예측하는 방법인 vanillin/Folin-Denis 비(V/FD ratio)를 살펴본 결과 모과, 밤속껍질, 수수, 메밀, 율무, 생강, 아몬드의 순으로 중합도가 감소하였다. 6. 메밀, 도토리, 쑥, 칡 등을 이용한 가공식품에서의 페놀성 물질 함량은 원료상태에서 보다 일반적으로 낮은 함량을 보였다. 7. 페놀성 물질의 소화효소 활성저해를 실험한 결과 모과시료만이 a-amylase에 대해 97%의 활성저해를 보였고, uncompetitive inhibition을 보여주었다. Protease에 대하여 모과, 감잎, 쑥은 각가 86%, 51%, 20%의 활성저해를 보였고 이때 쑥시료는 단순비경쟁저해를 보였다. 페놀성 물질의 함량과 효소저해 정도와의 관계를 보면, a-amylase 의 활성저해와 축합형 탄닌함량은 높은 상관관계(r = 0.9, p<0.05)를 보였고, protease의 경우 총페놀 함량과 높은 상관관계(r = 0.84, p<0.05)를 보였다. 8. 표준물질과 함께 시료를 총페놀, 저분자의 폴리페놀, 축합형 탄닌의 세분획으로 분별한 후 항균성 효과를 실험한 결과 페놀성 물질의 종류와 균주에 따라 서로 다른 정도의 항균성을 보였다. Tannic acid의 경우 E. coli, Salmonella enteritidis, Streptococcus faecalis의 3균주에 대해 비교적 높은 항균력을 보였다. 호도시료의 축합형 탄닌분획과 들개, 수수의 옹페놀분획에서 E. coli에 대해 높은 항균력을 보인 반면 Salmonella enteritidis와 Streptococcus faecalis의 경우 시료분획들 간에 차이를 보이지 않았다. 9. 시험물질 모두 Salmonella typhimurium TA98과 TA100에 대해 돌연변이원성을 보이지 않았다. 또 benzo[a]pyrene을 이용한 항돌연변이성 실험결과 페놀성물질간에 차이르 보였는데 tannic acid는 Salmonella typhimurium TA98의 경우 40-80%, TA100의 경우 70-95%의 강한 항돌연변이원성을 나타냈으며 모과의 축합형 탄닌분획은 TA100에 대해 30%의 돌연변이 억제효과를 보인 반면 호도의 축합형 탄닌분획은 TA100에 대하여 16%를, TA100에 대하여 44%의 항돌연변이 원성을 보였다. 10. 음용수 수질기준의 10배로 오염시킨 Pb용액(1 ppm)과 Cd용액(0.1 ppm)에서 tannic acid에 의한 중금속 제거 효과는 Pb의 경우 52-66%, Cd의 경우 42-50%를, gallic acid는 27-45%의 Pb와 22-33%의 Cd를 제거하는 효과를 보였다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 식물성 식품시료에서 특정 페놀성 물질의 함량은 시료마다 큰 차이를 보였다. 이들 함량이 높은 시료들의 경우 소화효소 중 protease의 활성을 저하시킨 반면, a-amylase와 lipase의 경우 효소활성을 증가시켰으며, 식품의 부패와 식중독에 관련된 미생물에 대하여 항균성을 보였으며, 항돌연변이원성과 중금속 제거효과를 보였다. ; This study was carried out to determine the phenolic substances content of common plant foods in Korean diet by different methods and to evaluate their beneficial or adverse effects on human physiology in vitro tests. The results are summarized as follows: 1. From 45 samples of edible plants among Korean diet, the total phenolic content were showed to be 0.1-5.8% (dry matter basis) and 0-5.2% (fresh matter basis) by Folin-Denis method. Among these, persimmon leaf chestnut’s inner layer and Chinese quince had the highest total phenolic content both on dry and fresh matter bases. 2. The variation in condensed tannin content of samples was analyzed by vanillin method to give 0-48% (dry matter basis) and 0-12.3% (fresh matter basis). The level of condensed tannins was relatively high in Chinese guince, chestnut’s inner layer, ginger and walnut (dry matter basis) and Chinese quince, chestnut’s inner layer, sorghum and walnut (fresh matter basis) than others. 3. The protein precipitable polyphenolic content was observed similar in cereals and legumes and the lowest in vegetables. Chestnut’s inner layer, walnut and Chinese quince had the highest in the content of protein precipitable polyphenols on dry matter basis and chestnut’s inner layer, walnut and persimmon leaf, on fresh matter basis. The content ranged from 0.4% to 2.2% (dry matter basis) and from 0% to 1.98% (fresh matter basis). 4. The ability of polyphenols to form complexes with pepsin and albumin was higher than with trypsin. Chestnut’s inner skin formed the complex with pepsin and albumin to a relatively high extent. 5. Among different phenolics content, total phenlolics content correlated significantly with protein-precipitable polyphenol (r = 0.65, p<0.001) and condensed tannin (r = 0.56, p< 0.001). 6. In the degree of polymerization as expressed by vanillin/Folin-Denis ratio, Chinese quince and chestnut’s inner skin had a higher value than other samples. 7. In the inhibition of different enzymes by plant phenolics, Chinese quince extract significantly inhibited the a-amylase activity (97%) and exhibited an uncompetitive reaction kinetics. Protease activity was inhibited by samples including Chines quince, persimmon leaf and mugwort, in which mugwort extract exhibited a noncompetitive type. The lipase resisted the inhibition by sample phenolics. 8. The inhibition of a-amylase was highly correlated with the content of condensed tanins (r = 0.9, p<0.05) and the inhibition of protease, with total phenolic content ( r = 0.84, p<0.05). 9. After crude fractionation of some food samples, tested food poisoning microorganisms were sensitive in some degree to the sample fractions. The degree of inhibition depended on the type of pheolics and on the microorganisms. The condensed tannin fraction from walnut had a greater inhibitory effect of E.coli among other. 10. The mutagenicity of test materials in Salmonella typhimurium TA 98 and TA 100 was not demonstrated. Tannic acid inhibited the mutation of the two test strains by benzo[a]pyrene, but the condensed tannin fraction of Chinese quince inhibited the mutation of TA98 and that of walnut, TA 100 11. From drinking water contaminated with 10 times level of water quality standard for heavy metals, the removal ratio of lead (Pb) was 52-66% by tannic acid and 27-45% by gallic acid. The removal ratio of cadmium (Cd) was 42-50% by tannic acid and 22-33% by gallic acid. These results showed that the content of plant phenolic substances varied with the plant food samples and different assay methods. The inhibition of digestive enzymes by dietary phenolic substances indicated that the source of phenolic substances influenced the ability of inhibition. Generally, plant food samples tested in this study revealed an antimicrobial activity, antimutagenicity and removal effect of heavy metals. In conclusion, the majority of phenolics common in foods had very low practical toxicity, and have a definite or possible dietary benefits according to in vitro studies. Therefore, official method is needed to determine the content of plant phenolics and further studies are required to search for natural plant phenolics in connection with food quality and health-promoting effects in vitro or in vivo studies.
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