한국산 두류의 영양저해인자 및 흰쥐의 성장에 미치는 영향

Abstract

국내에서 생산되는 팥, 녹두, 강낭콩 속의 흰쥐의 성장에 저해를 가져오는 물질 및 그 저해 정도를 규명하기 위한 목적으로 연구를 시도하였다. A. 식품 화학적 실험 팥, 녹두, 강낭콩에 내재된 흰쥐의 성장 저해요인 및 그 저해정도를 밝히고 영양학적인 실험 결과와의 비교검토를 위하여 용해도법 및 전기영동법(Polyacrylamide gel electrophoresis)에 의한 단백질의 분별을 행하는 한편 대두, 팥, 녹두, 강낭콩의 trypsin 저해 활성과 적혈구 응집 활성을 측정하고 이들의 가열처리에 의한 파괴효과를 실험한 결과는 다음과 같다. 1. 팥, 녹두, 강낭콩의 단백질 중 총 globulin 함량은 47~59%로 대두에 비해 적었고 녹두>강낭콩>팥의 순이었다. 그러나 이중 염용성(salt-soluble)인 globulin A는 강낭콩>녹두>팥의 순으로 나타났다. Albumin은 7~13%로 대두와 비교할 때 강낭콩만 비슷하였고 팥, 녹두는 떨어졌으며 대신 glutelin의 함량이 많아 12~19%의 범위에서 팥>녹두>강낭콩의 순이었다. 2. 기영동 결과 총단백질을 PH가 7.6인 인산완충액으로 추출한 것은 팥, 녹두, 강낭콩에서 각각 9, 12, 11개의 분리대를 보였으나 PH가 4.8인 초산완충액으로 추출한 것은 분리가 더 되어 각각 13, 13, 12개의 분리대를 보였다. 수용성 단백질의 경우는 팥, 녹두, 강낭콩에서 각각 10, 8, 9개의 분리대를 보였으며 이 중 albumin 획분은 각각 8, 9, 7개, globulin획분은 모두 4개의 분리대를 보였다. 세가지 두류의 globulin 획분중 R_m치 0.05~0.07사이의 분리대는 모두 수용성 단백질에서 나타나지 않았던 것으로 물에 녹지 않는 globulin 고유의 분리대인 것으로 생각된다. 3. 각 두류의 乾物 중량당 trypsin 저해활성도(% trypsin unit inhibited/㎎)는 대두가 가장 높아 79.9를 나타낸 반면 팥, 강낭콩은 각각 46.4, 43.2로 대두의 반정도이었으며 녹두는 17.7로 제일 적었다. 이를 단백질 중량당으로 환산하면 팥이 제일 높아 222를 보였고 그 다음이 대두 194, 강낭콩 170의 순이었으며 녹두는 제일 낮아 75를 보였다. 4. 열에 의한 trypsin 저해활성도의 파괴율은 팥, 녹두가 각각 85~87%, 87~94%로 높았고 강낭콩, 대두는 각각 76~79%, 67~72%로 낮았다. 그러나 boiling과 autoclaving 간의 가열방법에 따른 차이는 발견할 수 없었다. 5. 각 두류의 토끼 혈액에 대한 적혈구 응집활성(hemagglutinating unit/g)은 팥에서는 나타나지 않았고 강낭콩이 제일 많아 건물 1g당 48,300을 보인데 비해 대두는 18,000, 녹두는 136이었다. 이를 단백질 중량당으로 환산하면 마찬가지 경향을 보여 강낭콩 190,600, 대두 43,700, 녹두 581로 나타났다. 이들 두류의 적혈구 응집활성은 가열처리에 의하여 모두 파괴되었다. B. 영양학적 실험 팥, 녹두, 강낭콩의 영양학적 가치를 대두를 대조군으로 삼아 3차례의 동물실험을 통하여 알아 보았다. 첫번째 실험에서는 젖뗀 albino rat을 사용하여 단백질원을 모두 생두류 단백질로 하여 식이의 15%가 되도록 하였으며 각 두류별 영양 저해 정도를 파악하고 이러한 저해가 두류의 methionine 결핍인지 또는 methionine을 포함한 다른 아미노산들과의 복합적인 결핍인지를 알아 보고자 각 두류별로 대조군, methionine 첨가군, 단백질 첨가군으로 나누어 각각 methionine 0.18%와 북어 단백질 5%를 첨가해 준 후 4주간 사육하였다. 두번째 실험에서는 생두류 대신 15 psi에서 30분 가열처리한 익힌 두류를 사용하였으며 나머지는 첫번째 실험과 같은 조건으로 하여 가열처리에 의한 영양저해 요인의 소실정도를 파악하고자 하였다. 세번째 실험에서는 젖뗀 albino rat을 casein 15% 및 casein 10%+생두류 단백질 5%의 두가지 식이로 4주간 사육한 후 일주일간 생두류 단백질 15%를 주어 나이와 적응식이에 따른 성장 저해현상의 차이를 비교하고자 하였다. 각각의 실험에서 성장에 미치는 영향을 알아보기 위하여 식이 섭취량, 체중, 식이와 단백질의 소화흡수율 및 식이의 효율(FER), 단백질의 효율(PER)등을 구하였고 췌장무게를 측정하여 비대여부를 관찰하였으며 체내지방축적 및 단백질 보유량을 보기 위해 total carcass의 지방과 수분, 단백질 함량을 분석하였다. 그 결과를 요약하면 다음과 같다. 1. 생두류 섭취군에서 성장 저해가 나타났고 이 중 강낭콩이 가장 심하여 100%의 치사율을 보였으며 팥도 대두와 녹두에 비해 심한 저해를 보였다. 이러한 성장저해는 methionine이나 북어 단백질 첨가에 의해 극복되지 않아 그 저해요인이 아미노산 결핍이라기 보다는 생두류 중에 함유되어 있는 독성물질들로 말미암아 식이의 소화흡수율 및 단백질의 소화흡수율이 저하되었기 때문인 것으로 생각된다. 이중 특히 생강낭콩의 심한 성장저해 및 치사의 주원인은 대두의 5배, 녹두의 300배로 존재하는 hemagglutinin에 인한 흡수 방해라고 생각된다. 2. 또한 생팥 섭취군에서 체중 감소 및 치사등 성장저해 효과가 생대두에서 보다 더 심하였다는 결과는 매우 주목되는데 팥의 단백질 중량당 trypsin 저해 활성도(TIA)가 4가지 두류중 가장 컸으나 적혈구 응집활성은 전혀 없었던 것으로 보아 생팥의 성장저해의 일차 원인은 생강낭콩과는 달리 trypsin 저해제에 의한 단백질 소화 방해라고 볼 수 있다. 또 생팥은 북어 단백질 첨가에 의해 이러한 소화 흡수 저해현상이 뚜렷이 극복된 것으로 보아 methionine 외의 여러 아미노산의 부족도 한 원인으로 생각할 수 있다. 3. 생두류 섭취군에서 췌장의 비대현상을 볼 수 있었으며 신체내 지방함량은 체중과 같은 경향이었고 수분과 지방은 상대적이어서 수분이 증가하면 지방이 감소하는 경향이었다. 신체내 단백질 함량은 두류에 따라 큰 차이는 보이지 않았다. 4. 두류를 익혀서 섭취시킨 군들은 생두류에 비해 체중이 증가하였고 치사율도 훨씬 감소하였으며 췌장도 비대해 지지않아 두류 독성물질인 trypsin 저해제와 hemagglutinin은 파괴된 것으로 간주할 수 있겠으나 팥을 제외하고는 식이나 단백질의 소화율 및 효율은 크게 향상되지 않았다. 또 익힌두류에 methionine이나 북어 단백질을 첨가하였을 때 식이의 효율 및 체중의 증가가 뚜렷하였으나 강낭콩군 외에는 단백질의 소화흡수율 및 효율은 크게 향상되지 않아 단백질의 소화흡수율을 떨어뜨리는 요인에 관한 연구가 집중적으로 이루어져야 하리라고 생각된다. 5. 적응식이가 생강낭콩을 제외한 생두류에 미치는 영향을 보면 대체로 casein 15% 적응군이 생두류 적응군에 비해 낮은 수치를 보여 전자가 생두류 15%로 인한 성장저해 충격을 더욱 심하게 받는 것으로 나타났으며 casein 10%+생두류 5%로 미리 식이 적응을 시키면 어느정도 식이 적응 효과가 있는 것을 볼 수 있었다. 한편 성장된 쥐가 생두류를 섭취할 경우 어린쥐의 경우보다 체중, 식이의 효율, 단백질의 효율등은 낮았으나 소화흡수율은 다소 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 결과를 종합하면 모든 생두류군에서 성장저해를 나타냈고 특히 생강낭콩과 생팥의 경우 심한 성장저해 및 치사를 보였으며 이 저해요인이 가열처리 후에도 다소 잔존하는 것으로 나타났다. 따라서 이러한 두류의 안전한 이용을 위해서 두류의 독성제거에 관한 더 많은 연구가 필요하며 아울러 여러 독성작용의 영양학적인 검토가 신중하고 광범위하게 이루어져야 할 것으로 생각된다. ; This study was designed to elucidate the effect of antinutritional factors found in some minor Korean beans: red bean, mung been and kidney bean. A. Chemical experiment Chemical approaches were intended to examine the antinutritional factors of these beans and to provide basic data needed in the interpretation of the mutritional experiment. Raw beans were subjected to fractionation by the solubility method and polyacrylamide gel electrophoresis of the proteins. Trypsin inhibitor and hemagglutinating activities of some minor beans produced in Korea were determined and comparisons were made with those of soybean. The effects of heat treatment on the activities were studied. The results are summarized as follows: 1. Total globulin content of the proteins was 47-59%, a little lower than in soybean, in the order of mung bean>kidney bean>red bean. The content of globulin A, which is soluble in salt, was in the range of 28~38%, and in the order of kidney bean>mung bean>red bean. Albumin content was similar in kidney bean, and lower in red bean and mung bean as compared with that in soybean. Glutelin content was relatively higher being in the range of 12-19% and in the order of red bean>mung bean>kidney bean. 2. According to the electrophoretic pattern, total protein fractions oxtracted with pH 7.6 buffer from red bean, mung bean and kidney bean showed 9, 12 and 11 bands, repectively; whereas those extracted with pH 4.8 buffer showed 13, 13 and 12 bands, respectively. Water extracts of red bean, mung bean and kidney bean showed 10, 8 and 9 bands, respectively; while albumin fractions showed 8, 9 and 7 bands, and for the globulin fractions, there were 4 for all three beans. The band having a Rm value of 0.05-0.07 in the globulin factions from the three beans was not observed in the water extract and appears to be specific to water insoluble globulin. 3. The trypsin inhibitor activities (% [TU] inhibited/mg) of soybean, red bean, kidney bean and mung bean were 79.9, 46.4, 43.2 and 17.7, respectively, on a dry weight basis and were 194, 222, 170 and 75, respectively, on a protein basis. 4. Heat destruction of the trypsin inhibitor activities of red bean, mung bean, kidney bean, and soybean by boiling or autoclaving were 85-87%, 87-94%, 76-79% and 67-72%, respectively. However, No significant difference was observed between the two heating methods. 5. The hemagglutinating activities (unit/g) of kidney bean, soybean, mung bean and red bean were 48,300, 18,000, 136 and non-detectable, respectively, on a dry weight basis and were 190,600, 43,700, 581 and non-detectable, respectively, on a protein basis. Heat treatment destroyed the hemaglutinating activity of all three beans. B. Nutritional experiment. Three animal experiments were conducted to investigate the nutritional value of red bean, mung bean, kidney bean, using soybean as control. In the first experiment, weanling albino rats were divided into 5 groups: raw soybean, raw red bean, raw mung bean, raw kidney bean and a standard group fed casein. All bean diets contain 15% protein. Each of the raw bean groups were divided into three sub-groups; raw bean control, 0.18% methionine supplemented and 5% dried pollack protein supplemented. The standard group was divided into two different sub-groups fed a 15% or 20% casein diet. The duration of this experiment was 4 weeks. This part of the experiment was intended to compare the intensity of inhibition among beans and to find out whether the growth inhibition was caused by mathionine deficiency or a total amino acid deficiency. In the second experiment, the conditions were the same as in experiment I except that heated beans were substituted for raw beans. Heat destruction of anti-nutritional factors was the main concern of this experiment. In the third experiment, weanling albino rats were divided into 3 groups: casein adaptation group, raw bean adaptation group and a standard group. The casein and raw bean adaptation groups were divided into 4 sub-groups according to the bean sources. During the adaptation period of 4 weeks, the casein groups were given 15% casein diet and raw bean adaptation groups were given 10% casein + 5% raw bean protein diet. But during the experimental period of 1 week, the groups which had been adapted to casein or raw bean casein and raw bean were given 1% raw bean protein diet. The standard group was given the 15% casein diet throughout. This part of experiment was intended to elucidate the influence of age and diet history on the effects of anti-nutritional factors. To observe the effect of raw beans on rat growth, food intake, weight of feces and body weight gain were measured and used to calculate feed efficiency ratio (FER) and digestibility of the diets. The apparent digestibility of protein was calculated as the difference between ingested nitrogen and fecal nitrogen. Protein efficiency ratio (PER) was calculated from ingested nitrogen and weight gain. The pancreases were weighed to determine the extent of pancreatic enlargement. Total carcass lipid, water and protein contents were analyzed. The results are summarized as follows: 1. Growth inhibition was found in the raw bean groups. This inhibitory action was more severe in the raw kidney bean and red bean groups than in the soybean and mung bean groups. As no effect on growth inhibition was shown by methionine and protein supplementation, the inhibition was ascribed mainly to the low digestibility of the diet and protein caused by toxic factors, and not because of an amino acid deficiency. High mortality and severe growth inhibition in the raw kidney bean diet were closely associated with its hemagglutinin contents; the activity was 5 times higher than that of soybean, and 300 times higher than that of mung bean as elucidated in the previous chemical experiment. 2. It was noticed the raw red bean diet was nutritionally inferior to the raw soybean diet. The primary cause of the low protein digestibility of raw red bean was considered to be associated with the trypsin inhibitor rather than hemagglutinin on the basis of the previous chemical experiment. Total amino acid deficiency might be another factor in the inhibition of the digestion of the protein of raw red bean, because the inhibition could be overcome by supplementation with dried pollack protein. 3. Pancreatic enlargement was observed in all the raw bean groups. Total body fat and body weight showed the same tendency in all groups. Total body fat cohtent decreased in accordance with the increase in water content in all groups and, vice versa. No apparent differencies between the bean groups were shown in total body protein. 4. A increase in body weight, a decrease in mortality and a decrease in the weights of pancreases were found in the heated bean groups. It could be concluded that toxic factors including trypsin inhibitors and hemagglutinins present in the raw beans were destroyed. But the digestibility of the diet and of the protein, and the PER by heating did not increase as markedly as weight, except in the heated red bean groups. Digestibility of protein was not increased by methionine and protein supplementation except in kidney bean groups. These points should be considered in relation to further experiments. 5. The nutritional inhibitory effect was more severe in groups adapted to casein than in those adapted to 5% raw bean protein. From this result, it was concluded that rats can adapt to the inhibitory factors present in raw beans. But the raw kidney bean groups showed no adaptation. A greater decrease in body weight, PER, FER and a higher digestibilities were found for adult rats compared with young rats. In conclusion, it was found that raw Korean beans had a nutritional inhibitory effects. The effect was remarkable in raw red bean and raw kidney bean. Even with heat treatment, the whole inhibitory action could not be elimenated. Therefore, it is suggested that further research is required on the elimination of toxic substances from Korean raw beans, as well as on the nutritional aspects of cooking and processing these beans.