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버섯 종류별 비타민 D 함량 증가 조사 ⁃

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버섯 종류별 비타민 D 함량 증가 조사

⁃ 연구노트 ⁃

표재성1․구지예1․김태희2․이정준2․황미선3․강재선1․김강민3

1경성대학교 약학과

2(주)네이처텍

3경성대학교 제약공학과

A Study on Increased Content of Vitamin D in Different Types of Mushrooms

Jaesung Pyo1, Jiye Gu1, Tae Hee Kim2, Jeong Jun Lee2, Mi Sun Hwang3, Jae Seon Kang1, and Kang Min Kim3

1Department of Pharmacy and 3Department of Pharmaceutical Science and Technology, Kyungsung University

2R&D Center, Naturetech Co., Ltd.

ABSTRACT Many studies have been conducted to increase the content of ergocalciferol (vitamin D) in mushrooms.

This study established the optimal conditions for ergocalciferol-fortified Lentinula edodes. This study investigated the effects of UV-B irradiation with micronized mushrooms for increasing ergocalciferol in five kinds of mushrooms (Pleurotus eryngii, Pleurotus ostreatus, Flammulina velutipes, Agaricus bisporus, and L. edodes). The content of ergo- calciferol increased in the mushrooms irradiated to UV-B for 30 minutes. The highest ergocalciferol content (76.12±2.53 μg/g; the conversion of ergosterol to ergocalciferol: 2.98%) was observed in L. edodes irradiated with UV-B. Irradiation of micronized L. edodes for 15 minutes was found to be the optimum period of irradiation in ergocalciferol content (35.54±1.11 μg/g) and conversion (5.56%). L. edodes in Gyeongsangdo, which had been irradiated to UV-B for 15 minutes, also showed the high content (99.92±3.71 μg/g) and conversion (13.45%) to ergocalciferol.

Key words: vitamin D, ergosterol, ergocalciferol, mushroom

Received 13 December 2019; Accepted 23 January 2020 Corresponding author: Kang Min Kim, Department of Pharmaceuti- cal Science and Technology, Kyungsung University, Busan 48434, Korea

E-mail: kimkmks@ks.ac.kr, Phone: +82-51-663-4891

Author information: Jaesung Pyo (Professor), Jiye Gu (Graduate student), Mi Sun Hwang (Researcher), Jae Seon Kang (Professor), Kang Min Kim (Professor)

서 론

버섯은 전통적으로 한약재로도 이용되어 왔으며 독특한 맛과 향기를 가진다. 버섯에는 여러 영양소가 함유되어 인공 재배를 통해 널리 식용으로도 많이 이용되고 있다. 약용 버 섯들은 항암, 당뇨병, 심혈관질환, 콜레스테롤 저해능, 항산 화 효과 등 여러 약리효과를 가진다(Kim과 Kang, 2012;

Park과 Kim, 2013; Shin과 Kwun, 2012). 이러한 약리학적 효과를 가지는 버섯에는 식물성 식품에 존재하는 비타민 D2(ergocalciferol)가 있으며 골다공증 예방 및 치료, 콜레 스테롤 소화 흡수 억제 등이 있는 것으로 알려져 있다(Chung 등, 2010; de Jong 등, 2003; Lagarda 등, 2006). 이러한 비타민 D는 전 세계는 물론 우리나라에서도 모든 연령대에 서 부족하여 많은 우려가 되기도 한다(Ji 등, 2015). 비타민

D는 골격 성장 및 칼슘 항상성 유지와 영양 불균형 시 나타 날 수 있는 암, 염증 관련 질병, 심혈관계 질병 등을 예방할 수 있고 최근 많이 발생하는 비만, 고혈압, 당뇨, 골다공증 등의 질병들이 식습관과 매우 밀접하여 비타민 D에 관한 관심이 계속 높아지고 있다(Jung 등, 2003).

지용성 비타민 D는 인체 내에서 피부가 햇빛에 노출되면 체내에서 생성이 되지만 비타민 D 결핍증 환자가 많은 현대 인에게는 음식 등을 통해 섭취해야 하는 필수 영양소이다 (Norman, 2008). 따라서 비타민 D를 첨가한 유제품, 곡류, 빵, 치즈 등의 강화된 제품들이 많이 판매되고 있으며, 칼슘 을 추가로 첨가한 제품도 유통되고 있다. 여러 식품 중 특히 버섯은 g당 비타민 D의 전구체인 ergosterol을 비교적 높게 함유하고 있어 근래에 들어 자외선 조사를 통하여 ergo- sterol을 ergocalciferol로 전환해 함량을 증가시키는 연구 가 활발히 진행되고 있다(Choi, 2017; Phillips 등, 2011).

대부분의 자외선 조사 방법은 버섯 원물을 수분을 제거하여 조사, 슬라이스화하여 수분을 제거 후 조사와 동결건조한 버섯 분말을 이용하여 자외선 조사시켜 ergocalciferol 전 환율을 확인하였다(Choi, 2017; Guan 등, 2016; Kalaras 등, 2012).

(2)

Fig. 1. Micronized mushrooms (through a 20 mesh sieve).

본 연구에서는 5종의 버섯(새송이, 느타리, 팽이, 양송이, 표고)을 미세분말화하고 자외선 조사를 통해 비타민 D 전구 체(ergosterol)가 ergocalciferol로 가장 많이 전환되는 버 섯을 선정하여 최적 전처리 조건 및 공정 확립을 위한 연구 를 진행하였다.

재료 및 방법

실험재료

본 연구에 사용된 새송이(Pleurotus eryngii), 느타리 (Pleurotus ostreatus), 팽이버섯(Flammulina velutipes), 양송이(Agaricus bisporus), 표고버섯(Lentinula edodes) 은 건조해 포장된 것을 일반 시중에서 구입하여 미세분말화 하고 자외선 조사하여 ergosterol 함량을 확인하고 산지별 로 구입한 표고버섯은 더푸른농산(주)(경기도), (주)팜스마 켓(강원도), 농업회사법인 버섯천지(전라도), 베짱이네표고 버섯(충청도), (주)다부(경상도)에서 구매하였다. 모든 사용 된 시약 및 표준품은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)로부터 구입하여 사용하였다. HPLC 분석에 사용된 용 매는 J. T. Baker(Phillipsburg, NJ, USA)로부터 구매하였 다.

자외선(UV-B)의 조사

자외선(UV-B) 조사 실험은 각 건조된 버섯을 ergoster- ol과 전환된 비타민 D가 가장 많은 버섯을 선정하기 위하여 20 mesh(850 μm)로 여과하여 미세분말화한 후 높이 5~7 mm, 가로 및 세로 30~40 cm2로 얇고 고르게 분포시키고 자외선(290~315 nm, UV-B)을 방출하는 램프(25 W, 길이 690 mm, 높이 260 mm)를 점등하여 30분간 조사한 후 추출 하고 확인하였다. 산지별로 구매한 표고버섯은 자외선을 시 간별로 조사한 후 ergocalciferol이 가장 많이 전환되는 지 점을 추출 및 분석을 통해 확인하였다.

Ergosterol 및 ergocalciferol 추출

조사된 버섯 분말은 식품공전 일반시험법의 비타민 D 정 량법에 준하여 실시하였다(Ministry of Food and Drug Safety, 2019). 버섯 분말 1 g을 취한 후 피로갈롤(pyro- gallol)-에탄올 용액 40 mL를 혼합하고 0.5 N KOH 10 mL 를 가한 후 환류냉각기를 부착하여 중탕으로 60분간 가열하 여 비누화(saponification)한다. 실온으로 냉각시킨 후 갈색 분액깔때기로 이동시키고, 0.01% dibutyl hydroxy tol- uene이 함유된 hexane 50 mL를 가하여 추출(3회)한 후 hexane층을 수거하고 1 N KOH 100 mL를 가하여 15초간 진탕시킨다. Hexane층을 다시 중화가 될 때까지 세척하고 sodium sulfate, anhydrous로 탈수시키고 감압농축 하였 다. 농축된 액에 메탄올 2 mL를 가하여 용해한 후 HPLC로 분석하였다.

Ergosterol 및 ergocalciferol 분석

Ergosterol 및 ergocalciferol 분석은 Jasinghe와 Per- era(2005)의 분석방법을 이용하였다. Supersil C18 컬럼 ODS-1(particle size 5 μm, 4.6×250 mm)을 장착한 Dio- nex 3000 HPLC system(Thermo Fisher, Sunnyvale, CA, USA)을 이용하여 분석하였다. 시료는 10 μL를 주입하였고 이동상 용매는 A용매 acetonitrile과 B용매 메탄올을 이용 하여 gradient(0~5분 동안 B용매 80%, 5~20분 동안 B용 매 20%, 20~30분 동안 B용매 10%)로 분석하였다. 유속은 1.8 mL/min으로 실시하고 컬럼 온도는 30도, 측정파장은 UV 검출기(282 nm)를 이용해 실시하였다.

통계처리

실험은 3회 반복하여 평균과 표준편차로 나타내고, 프로 그램은 Microsoft office excel 2010(Microsoft, Redmond, WA, USA)을 사용하였다. 유의차 검증분석은 Student’s t- test를 통해 P<0.001 수준에서 일원배치 분산분석(one- way ANOVA)을 통해 확인하였다.

결과 및 고찰

미세분말화한 버섯의 ergosterol 및 ergocalciferol 확인 버섯에 존재하는 ergocalciferol 함량을 증가시키기 위해 일반적으로 동결건조 하여 분쇄한 후 생성효율을 확인하였 다(Jasinghe와 Perera, 2006). 버섯에서 ergocalciferol은 자외선 조사 시 버섯 표면에서만 일어난다고 보고되었다 (Choi, 2017). 따라서 본 연구는 Fig. 1과 같이 20 mesh로 미세분말화한 버섯을 자외선 조사 후 식품공전 일반시험법 의 비타민 D 정량법에 따라 추출하고 ergosterol 및 ergo- calciferol을 동시 분석하여 가장 전환율이 높은 버섯과 지 역을 선정하기 위한 연구이다. 표준품 ergosterol 및 ergo- calciferol은 1, 10, 25, 100 μg/mL 농도로 희석한 후 분석 하여 농도(X축)와 면적비(Y축)에 대한 검량선을 작성하여 함수와 상관계수 R값을 나타내었다. 이때 R값은 ergoster-

(3)

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90

Lentinula edodes

Agaricus bisporus

Pleurotus ostreatus

Pleurotus eryngii

Flammulina velutipes

Ergocalciferol content (μg/g) .

Fig. 3. Ergocalciferol contents in mushroom types with UV-B light for 30 min.

*

*

* *

*

0 5 10 15 20 25 30 35 40

0 5 10 15 20 30

min

Ergocalciferol content (μg/g) .

Fig. 4. Ergocalciferol contents of Lentinula edodes with UV-B light for varied times. Each value is expressed as a mean±stand- ard deviation (n=5). *P<0.001 versus 0 min by one-way ANOVA.

0 0.5 1 1.5 2 2.5 3

Lentinula edodes

Agaricus bisporus

Pleurotus ostreatus

Pleurotus eryngii

Flammulina velutipes

Ergosterol content (mg/g) .

Fig. 2. Ergosterol contents in mushroom types without UV-B light.

ol(R: 0.999)과 ergocalciferol(R: 0.998)의 수치를 나타내 었다. 이 표준곡선을 기준으로 자외선 조사 전 분말화한 버 섯들의 ergosterol과 ergocalciferol의 양을 확인하였다.

Fig. 2는 미세분말화한 버섯을 자외선 조사 전 ergosterol 함량을 확인한 결과이다. 표고버섯의 ergosterol의 함량 (2.55±0.09 mg/g)이 가장 많았고 양송이(2.42±0.08 mg/

g), 느타리(1.92±0.12 mg/g), 새송이(1.86±0.13 mg/g), 팽 이버섯(1.51±0.17 mg/g) 순으로 ergosterol의 함량을 확 인할 수 있었다(Fig. 2). 버섯 5종 모두 자외선 조사 전에는 ergocalciferol이 확인되지 않았다.

Fig. 3은 미세분말화한 버섯을 자외선 조사 후 ergo- calciferol 함량을 확인한 결과이다. Choi(2017)의 보고와 같이 자외선 B를 이용한 조사 시 ergocalciferol 생성을 유 발하였다. 자외선 조사 후 버섯 종류별로 가장 많이 ergo- calciferol로 전환되는 버섯을 확인하기 위해 30분 동안 자 외선 조사를 하고 ergocalciferol을 측정하였다. Fig. 3과 같 이 30분 동안 자외선 조사에서 가장 많이 ergocalciferol의 함량을 가진 버섯은 표고버섯(76.12±2.53 μg/g), 양송이 (55.41±1.13 μg/g), 새송이(44.58±3.21 μg/g), 느타리 (40.13±1.17 μg/g), 팽이버섯(11.43±4.12 μg/g)으로 나타 났다. 하지만 ergocalciferol로의 전환율은 자외선 조사 전 ergosterol 함량 대비 자외선 조사 후 ergocalciferol의 함

량 비율로 계산했을 경우 표고버섯(2.98%), 새송이(2.37%), 양송이(2.27%), 느타리(2.08%), 팽이버섯(0.66%) 순으로 확인되었다. 표고버섯은 자외선 조사 전 많은 ergosterol 함량을 가져 자외선 조사 후에도 전환율이 가장 높은 것으로 예측된다(Fig. 2). Choi(2017)의 보고와 같이 버섯을 분말 화한 후 자외선 조사 시 표고버섯, 새송이, 양송이에서 er- gocalciferol로의 전환율이 높고 팽이버섯은 낮았던 결과와 유사하였다. 또한, ergosterol 함량이 높은 버섯에서 ergo- calciferol로의 전환율이 높은 결과도 유사하였다. 자외선에 노출되는 표면적을 높이는 것이 ergocalciferol 생성률을 높이는 데 중요한 것을 확인할 수 있었다. 표고버섯은 다른 버섯에 비해 조사 전 전구체인 ergosterol 함량이 높았고, ergocalciferol로의 전환율도 높은 결과를 나타내어, 추후 ergocalciferol 함량이 높은 제품 생산 및 제조 시 생산효율 도 우수할 것으로 예상된다.

표고버섯의 시간대별 ergocalciferol 전환율 확인 Ergocalciferol을 많이 생산할 확률이 가장 높은 표고버 섯을 1차로 선정하고 (주)팜스마켓에서 구매한 강원도 버섯 을 이용하여 자외선을 5, 10, 15, 20, 30분 동안 조사 후 가장 많이 ergosterol이 ergocalciferol로 전환되는 시간을 확인하였다. Choi(2017)의 보고와 같이 1, 3, 10, 30분 동안 버섯에 자외선 조사를 실시하였을 경우 10분 및 30분의 er- gocalciferol 함량이 더 증가하지 않는 결과를 바탕으로 이 번 연구에서도 30분 동안만 자외선 조사를 실시하였다. 이 때 농가에서 바로 수급한 생버섯을 수세를 진행하고 미세분 말화하여 샘플로 이용하기 때문에 수세 후 ergosterol의 소 실량도 확인하였다. 수세 전 ergosterol은 2.093 mg/g으로 확인되었고, 수세 후는 629.54 μg/g으로 ergosterol의 함량 이 감소함을 확인하였다. 이 과정은 추후 ergocalciferol의 함량 증가를 위해 수세 과정에 대한 고찰이 필요할 것으로 사료된다. 수세 후의 ergosterol의 함량 기준으로 Fig. 4와 같이 15분 자외선 조사 후 ergocalciferol(35.54±1.11 μg/

g)로 가장 높게 전환되는 것을 확인하였다. 자외선 조사 20

(4)

*

*

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 1.2 1.4

Ergosterol content (mg/g) .

Gangwondo Chungcheongdo Gyeonggido Jeollado Gyeongsangdo

A

*

*

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110

Ergocalciferol content (μg/g) .

Gangwondo Chungcheongdo Gyeonggido Jeollado Gyeongsangdo

B

Fig. 5. Ergosterol (A) and ergocalciferol (B) contents of L. edodes in each region with UV-B light for 15 min. Each value is expressed as a mean±standard deviation (n=5). *P<0.001 versus Gangwondo by one-way ANOVA.

38 39 40 41 42

0.53 0.55 0.57 0.59 0.61

Ergosterol content (mg/g)

Ergocalciferol content (μg/g) .

35 37 39 41 43 45

0.8 0.85 0.9 0.95

Ergosterol content (mg/g)

Ergocalciferol content (μg/g) .

60 62 64 66 68 70

0.52 0.54 0.56 0.58 0.6

Ergosterol content (mg/g)

Ergocalciferol content (μg/g) .

35 37 39 41

1.1 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4

Ergosterol content (mg/g)

Ergocalciferol content (μg/g) .

95 97 99 101 103

0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85

Ergosterol content (mg/g)

Ergocalciferol content (μg/g) .

A B C

D E

Fig. 6. Correlation between ergosterol and ergocalciferol contents of L. edodes in 5 regions [Gangwondo: r=0.813 (A), Chungcheongdo:

r=0.803 (B), Gyeonggido: r=0.880 (C), Jeollado: r=0.633 (D), Gyeongsangdo: r=0.826 (E)], which were irradiated with UV-B light.

분과 30분에서는 ergocalciferol(23.19±4.15 및 29.17±

1.19 μg/g)의 함량이 감소하는 것을 확인할 수 있는데, 이 결과는 Mau 등(1998)의 보고와 같이 자외선 조사의 시간이 증가할수록 ergosterol의 함량이 감소하고 이로 인해 er- gocalciferol로의 전환율이 감소하는 데 영향이 있음을 나타 낸다. 또한, Choi(2017)의 보고와 같이 자외선 조사를 10분 이상 하더라도 ergocalciferol의 함량은 크게 증가하는 경 향이 없었던 것과 유사하다. 자외선 조사 5분과 10분의 er- gocalciferol 함량은 26.12±3.12와 33.35±1.41 μg/g이었 으며, 표고버섯 수세 후 ergosterol 함량을 기준으로 전환된 ergocalciferol의 전환율은 자외선 조사 5, 10, 15, 20, 30 분에서 각각 4.13, 5.25, 5.56, 3.66, 4.61%로 확인되었다 (data not shown).

표고버섯의 지역별 ergocalciferol 전환율 확인

버섯 내의 ergosterol 및 ergocalciferol의 함량은 재배 지역, 재배방식, 환경, 날씨 등의 환경 및 유전적 요인에 영향 을 받기 때문에 우리나라 산지별(강원도, 전라도, 경상도, 충청도, 경기도)로 표고버섯의 자외선 조사를 통해 가장 많 이 ergocalciferol이 전환되는 지역의 표고버섯을 확인하였 다(Jasinghe와 Perera, 2005). (주)팜스마켓(강원도)의 표 고버섯을 기준으로 자외선 조사 15분에서의 ergocalciferol 전환율이 가장 높아짐에 따라 더푸른농산(주)(경기도), 농업 회사법인 버섯천지(전라도), 베짱이네표고버섯(충청도), (주)다부(경상도) 표고버섯에 대하여 자외선 조사 15분에서 가장 많이 ergocalciferol로 전환되는 표고버섯의 생산지를 확인하였다. Fig. 5A와 같이 산지별로 ergosterol의 함량은 강원도 0.587±0.054 mg/g, 충청도 0.863±0.067 mg/g,

(5)

경기도 0.561±0.021 mg/g, 전라도 1.277±0.099 mg/g, 경상도 0.736±0.087 mg/g으로 확인되었고, Fig. 5B의 er- gocalciferol은 강원도 40.12±1.12 μg/g 및 충청도 40.02

±5.97 μg/g, 경기도 65.19±4.67 μg/g, 전라도 37.79±

3.59 μg/g, 경상도 99.92±3.71 μg/g으로 함량이 가장 높은 지역은 경상도 표고버섯으로 확인되었다. 경상도 표고버섯 의 ergosterol 함량은 전라도 표고버섯 다음으로 높았지만, ergocalciferol로의 전환율은 전라도 표고버섯(2.90%)에 비해 13.45%로 약 4배가 높은 것으로 확인되었다. 나머지 지역별로의 전환율이 높은 지역은 경기도(11.59%), 강원도 (6.81%), 충청도(4.63%) 순으로 확인되었다. Fig. 6과 같이 함량 차이는 있지만, 지역별로 표고버섯은 ergosterol 함량 이 많을 시 ergocalciferol로의 전환율은 높은 유의적 상관 관계가 나타났다. 하지만 전라도 표고버섯은 유의적 상관관 계가 없는 것으로 나타났다(Choi, 2017). Jasinghe와 Per- era(2005)의 보고와 같이 온도와 수분함량에 따라 ergo- calciferol로의 전환율도 다르므로 미세분말 건조 후 동일한 수분함량에서의 전환율도 확인이 필요한 사항이다. 양송이 버섯에서 인위적인 자외선 처리 조건인 파장 종류(UV-A, UV-B, UV-C)에 따라 ergocalciferol의 전환율이 UV-B, UV-C, UV-A 순으로 높았음이 보고되어 있어 본 연구에서 는 미세분말화하여 UV-B에서의 전환율을 조사하였지만, 미세분말화를 통한 여러 파장 조건도 연구가 필요한 것으로 사료된다(Jasinghe와 Perera, 2006). 추가로 대량생산을 통한 제품화를 위하여 UV-B LED를 이용한 광범위한 자외 선 조사에 의한 연구도 진행되어야 할 것이다.

요 약

버섯 내의 ergocalciferol, 즉 비타민 D의 함량을 증가시키 기 위하여 많은 연구가 진행되고 있다. 본 연구의 목표는 자외선 조사를 통해 버섯을 선정하고 선정된 버섯의 ergo- calciferol 함량이 증가한 버섯 제조 조건을 확립하여 제품 개발 및 상업화를 위함이다. 본 연구에 사용된 새송이 (Pleurotus eryngii), 느타리(Pleurotus ostreatus), 팽이 (Flammulina velutipes), 양송이(Agaricus bisporus), 표고 (Lentinula edodes) 5종의 버섯을 대상으로 미세분말화한 후 자외선 조사에 따른 ergocalciferol 함량의 증진 효과를 조사하였다. 미세분말화한 버섯은 30분 동안 자외선 조사를 통해 ergocalciferol 함량이 크게 증가하였으며, 그중 표고 버섯이 ergocalciferol 함량(76.12±2.53 μg/g)과 전환율 (2.98%) 증진에 효과적이었다. 시간별 자외선 조사 시 표고 버섯의 ergocalciferol 함량과 전환율이 높은 시간은 35.54

±1.11 μg/g 및 5.56%로 15분이었다. 지역별 표고버섯의 ergocalciferol 함량이 가장 높은 지역은 함량 99.92±3.71 μg/g 및 전환율 13.45%인 경상도 지역으로 나타났고, er- gocalciferol 생성에 관여하는 ergosterol의 함량이 높은 버 섯에서 대체로 ergocalciferol 생성이 높았다.

감사의 글

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획 평가원(미래형혁신식품기술개발사업)의 지원을 받아 연구 되었음(No. 319047-3).

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수치

Fig. 1. Micronized mushrooms (through a 20 mesh sieve).본 연구에서는 5종의 버섯(새송이, 느타리, 팽이, 양송이, 표고)을 미세분말화하고 자외선 조사를 통해 비타민 D 전구체(ergosterol)가 ergocalciferol로 가장 많이 전환되는 버섯을 선정하여 최적 전처리 조건 및 공정 확립을 위한 연구를  진행하였다.재료 및 방법실험재료본  연구에  사용된  새송이(Pleurotus  eryngii),  느
Fig. 3. Ergocalciferol contents in mushroom types with UV-B  light for 30 min.
Fig. 6. Correlation between ergosterol and ergocalciferol contents of L. edodes in 5 regions [Gangwondo: r=0.813 (A), Chungcheongdo:

참조

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