Determination of Origins of Soybeans Distributed in Korea on the Base of Volatile Metabolites Profiles

Abstract

대두의 휘발성 대사체는 종 뿐만 아니라 재배된 지역의 기후와 토양 등에 의해 영향을 받는다. 따라서 휘발성 대사체는 대두의 원산지를 판별하는 데 중요한 요소가 될 수 있다. 본 연구에서는 한국, 중국, 북미 지역에서 재배된 대두의 휘발성 대사체를 분석하여 원산지 판별의 가능성을 확인하는 실험을 진행하였다. 휘발성 대사체는 solid-phase micro extraction (SPME) 방법을 통해 추출하였고, gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS)를 이용하여 분석하였다. 데이터 처리는 principal component analysis (PCA)와 partial least square-discriminant analysis (PLS-DA)와 같은 다변량 통계 분석 방법을 이용하였다. 그 결과 대두는 재배 국가 별로 군집을 형성하였다. 주로 지방 유래 휘발성 대사체가 동정되었고, 중국산 대두에서는 특히 terpene류가 많이 검출되었다. 특히 dl-limonene의 경우 모든 중국산 대두에서 확인이 되었다. 하지만 한국에서 재배된 대두만을 이용하여 분석하였을 때 경기도, 경상북도, 경상남도 지역을 제외한 다른 지역은 제대로 분리되지 않았다. 휘발성 대사체는 또한 전처리의 영향을 받을 수 있다. 따라서 샘플을 준비하는 과정 또한 정확한 결과를 위해 고려되어야 한다. 대두 전처리 과정 중에는 지방 산화와 같은 변화가 일어날 수 있을 것이다. 따라서 본 연구에서는 온도와 염을 이용하여 lipase와 lipoxygenase와 같은 효소의 작용을 억제하기 위한 5가지 전처리 방법을 이용하여 휘발성 대사체를 분석하는 실험을 진행하였다. Conjugated dienoic acid (CDA) value와 free fatty acid를 측정하여 대두의 휘발성 대사체 형성에 미치는 영향을 확인하였다. 그 결과 alcohols, aldehydes, furans, ketones와 같은 지방 유래 휘발성 대사체가 검출되었다. 특히 hexan-1-ol, oct-1-en-3-ol, hexanal이 주로 동정되었다. Freeze grinding (FRG) 시료의 경우 가장 낮은 CDA 값을 보였고, free fatty acid 함량과 동정된 지방 산화 유래 휘발성 성분의 함량이 가장 낮았다. 그리고 FRG 시료에서 oleic acid와 linoleic acid가 많았고, hexan-1-ol, oct-1-en-3-ol, hexanal이 비교적 적게 동정되었다. 즉, freeze grinding이 지방 산화를 억제시키는 데 적합한 전처리 방법임을 확인할 수 있다.;In this study, volatile metabolites in soybeans cultivated in Korea, China, and North America were analyzed to discriminate their origins. Volatile metabolites were extracted using solid-phase micro extraction (SPME) and then analyzed by gas chromatography-mass spectrometry (GC-MS). All the datasets obtained were processed by multivariate data analyses such as principal component analysis (PCA) and partial least square-discriminant analysis (PLS-DA) to determine the volatile metabolites related to the discrimination of their origins. In general, soybeans cultivated in Korea, China, and North America were clustered according to their origins. In soybean samples, volatile metabolites produced bylipid degradation were mainly identified. Interestingly, terpenes were detected mainly in soybeans from China. Especially, dl-limonene was identified in all samples cultivated from China. However, soybeans from Korea were not differentiated clearly from each other, except for samples from Gyeonggi Province, Kyeongsangbuk Province and Kyeongsangnam Province. Formation of volatile metabolites can be affected by pretreatments. Therefore, sample preparation step is critical to the accurate results. During preparing samples for analyzing soybeans, diverse chemical and biochemical changes such as lipid oxidation can occur. In this study, by inhibiting enzymes, in particular, lipase and lipoxygenase, using strategies such as temperature changes and salinity, 5 pretreatment procedures were performed prior to the extraction of volatile metabolites. In addition, the conjugated dienoic acid (CDA) value and free fatty acids produced by lipase were determined to investigate their effects on the formation of volatile metabolites. Lipid-derived volatiles such as alcohols, aldehydes, furans and ketones were found. Especially, hexan-1-ol, oct-1-en-3-ol, and hexanal mainly produced from lipid oxidation were determined as major volatile metabolites. Also, freeze grinding (FRG) sample showed the lowest CDA value and contents of total free fatty acids and lipid oxidation derived volatile compounds. In FRG sample, oleic acid and linoleic acid were contained at high levels, and volatile metabolites such as hexan-1-ol, oct-1-en-3-ol and hexanal that can be produced from linoleic acid were identified at low levels. These findings indicated that freeze grinding can more effectively inhibit lipid oxidation than other pretreatments.