감태와 대황 에탄올 추출물 처리에 의한 저장 중 고등어 내의 히스타민 생성 억제 효과
김보람1, 김꽃봉우리2, 김민지2, 김동현3, 정슬아1, 강보경1, 박시우1, 박원민1, 박홍민1, 임성미4, 조영제5, 안동현1*
1부경대학교식품공학과/식품연구소
2부경대학교수산과학연구소
3㈜MSC 식품연구소
4동명대학교식품영양과학과
5경북대학교식품공학부
Received: October 31, 2013 / Revised: December 17, 2013 / Accepted: February 26, 2014
고등어(Scomber japonicus)는경골어류농어목고등어과 에속하며등쪽암청색, 중앙에서부터배쪽은은백색을띄고 우리나라남해안일대를비롯하여동중국해, 일본전연안, 태평양, 대서양및인도양등대부분의대양에서식하며주 로열대및온대해역에분포하는난류성외유성어종이다 [19]. 고등어는정어리, 전갱이및꽁치와함께 4대등푸른생 선으로 그 중에서도 지질함량이 가장 높으며 특히, EPA
(Eicosapentaenoic acid) 및 DHA (Docosahexaenoic acid) 와 같은 고도불포화지방산(Polyunsaturated fatty acid,
PUFA)이풍부하여동맥경화, 뇌혈전및심근경색등에효
과가있다[9]. 또한, 혈압강하및뇌졸중의예방효과가있는
taurine, 필수무기질로서강한항산화력을가지는 selenium 및세포분열과복제에관여하는핵산등을다량함유하고
있어영양및생리적기능이매우우수한어류이다[16].
고등어는훌륭한단백질원식품이지만, 근육내에비단백 태질소가다량함유되어있는데, 특히 free histidine 함량 이단백질중약 47%로가장많은비율을차지하고있다[29].
근육내에존재한 free histidine은미생물이분비하는효소 The Inhibitory Effect of Ecklonia cava and Eisenia bicyclis Ethanol Extract on Histamine in Mackerel
Bo-Ram Kim1, Koth-Bong-Woo-Ri Kim2, Min-Ji Kim2, Dong-Hyun Kim3, Seul-A Jung1, Bo-Kyeong Kang1, Si-Woo Bark1, Won-Min Pak1, Hong-Min Park1, Sung-Mee Lim4, Young-Je Cho5,and Dong-Hyun Ahn1*
1Department of Food Science & Technology/Institute of Food Science, Pukyong National University, Busan 608-737, Republic of Korea
2Institute of Fisheries Sciences, Pukyong National University, Busan 619-911, Republic of Korea
3Hydro Colloid Division, MSC Co., Ltd., Gyeongnam 626-280, Republic of Korea
4Department of Food Nutrition and Science, Tongmyong University, Busan 608-711, Republic of Korea
5School of Food Science of Biotechnology, Kyungpook National University, Daegu 702-701, Republic of Korea
This study was conducted to investigate the inhibitory effect of Ecklonia cava (EC) and Eisenia bicyclis (EB) ethanol extract on histamine production in mackerel. Changes in viable cell counts, histamine contents, pH and VBN of mackerel fillet treated with ethanol extracts during 25 days at 4 were measured. Treatments of EC and EB ethanol extract had reduced growth of viable cells by 2 log cycles during storage. Production of histamine was decreased by EC and EB extracts (115 and 96 ppm) when compared to the control at 5 days (384 ppm). The pH of mackerels treated with EC and EB extracts were no different, while the pH of the control increased during storage. Furthermore, the VBN of mackerels treated with EC and EB extracts were signifi- cantly decreased when compared to the control. In conclusion, EC and EB extract may reduce scombroid fish poisoning by decreasing histamine production in mackerel during refrigerated storage.
Keywords: Histamine, mackerel, Ecklonia cava, Eisenia bicyclis
*Corresponding author
Tel: +82-51-629-5831, Fax: +82-51-629-5824 E-mail: [email protected]
© 2014, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
에의한탈탄산작용에의해 histamine으로전환된다[21,22].
Histamine은인체내에서 mast cell, enterochromaffin-like cell 및 neuron에서분비되어져널리분포되어있으며, 생리 작용및신경전달물질로서의역할을한다[10]. 그러나미생
물에의해부패된어류에서생성된 histamine은소비자가섭
취했을때 scombroid poisoning을일으키는가장직접적인 원인물질로여겨지고있다.
Scombroid poisoning 또는 histamine fish poisoning은
“Scombroid”라는 용어에서부터 유래되었으며, scombroid poisoning을유발하는생선들의특징은근육내에 histidine 함량이매우높아부적절한생선의취급에의해미생물이증 식하여 histidine이그유래효소인 histidine decarboxylase 의기질로작용해서탈탄산작용에의해 histamine이생성된
다[22]. 어류를어획하고난후, 부적절한처리과정에의해
미생물에노출되어오염이되는데, 살아있는어류표면에약 1%의미생물이존재할지라도 histamine을생성하는균은매 우빠른속도로증식하게된다. Taylor 등[36]은 4oC보다더
높은온도에서저장한생선에서장내미생물특히 Morganella
morganii, Klebsiell pneumoniae, Hafnia alvei 균들이 가
장 많은 histamine을 생성하는 균이라고 보고하였다.
Histamine은생리전달물질로서인체내에널리분포하고있
으며조직내에서는단백질과결합하여비활성의상태로존 재함으로써알러지반응을일으키지않는다[10, 25]. 그러나 어육의부패시미생물에의해생성된 histamine은 allergy 성식중독의주원인이며다량으로섭취시독성을나타내는 것으로알려져있으며주요증상으로서발전, 부종, 현기증, 두통및구역질등을일으키게되며알러지증상과같은두 드러기가발생하게된다[32]. 따라서 histamine 생성의원인 물질인 부패세균 또는 부패세균이 생성하는 histamine
decarboxylase를제어하여안전성을확보하는것이매우중
요하다. Histidine decarboxylase는열처리로불활성화시키 는것이어렵기때문에근본적으로해결하는방법이절실하 다. 현재까지 histamine 생성억제에관한연구로는 spice를 첨가함으로써 histidine decarboxylase활성 및 biogenic amine형성 억제[31, 38], histamine 분해균에 대한 연구 [5, 22, 24], histamine 생성 균에 대한 항신료의 항균작용
[23, 37]이대부분이며매우미흡한실정이다. 따라서다양한
생리기능성을가진천연물이나미생물및효소의활성을제 어할수있는물질의처리방법에대한연구가필요하다. 웰 빙(well-being)과로하스(LOHAS) 문화로건강에대한관심 이증가하게되면서천연식품의다양한생리활성작용에대 한연구가진행되고있으며그중에서도해양식물인해조류 는오랜기간식용으로사용되어안전성이입증되었을뿐만
아니라 각종 미네랄과 비타민, 섬유소 및 alginic acid,
laminaran 등수용성다당류등이풍부하게함유되어있어
다양한생리활성을가진다. 그중감태(Ecklonia cava)는갈 조식품다시마목(Laminariales) 미역과에속하는식물로, 항
산화성, 항암성[11] 등여러가지기능성이보고되어있다.
특히, 감태의주요성분인 phlorotannin은 phloroglucinol을 기본구성단위로하는 polyphenol 화합물로, 자연계에서는 해양식물 중에서도 주로 갈조류에서 발견된다. 해조류 phlorotannin의활성에관한연구로는혈전생성저해활성[8], 항산화활성[14, 27], 심혈관보호효과[15], 항바이러스[1], 효
소저해제[20, 41] 등이보고되어있으며감태에서여러가지
phlorotannin의존재가분리되어보고되어있다[3]. 또한대 황은다시마목(Laminariales) 미역과(Alariaceae)에속하는 다년생식물로주로한국과일본의태평양연안에서널리서 식하고있다. 대황은다른갈조류의알긴산이나 fucoidan과 달리함황당류인 laminaran을함유하고있으며주된이차 대사산물인 phlorotannin derivatives는항산화[4], 항알러지 [35], α-glucosidase 저해활성[26], 항고지혈증[17] 및항바이
러스[39] 등여러가지생리활성을가지는것으로알려져있
어새로운기능성소재로서충분한가치가있다.
따라서본연구에서는, 고등어육을감태와대황에탄올
추출물에침지를통하여 histamine 생성을억제해고등어의
새로운가공법에대한기초자료를제공하고자한다.
본연구에사용된해조류로감태(Ecklonia cava)와대황
(Eisenia bicyclis)은경북동해안에서채취하여담수로깨끗
이수세하고자연건조후동결 건조하여분쇄기(Deasung
atron, Seoul, Korea)로분쇄한후, −20oC에서보관하면서실 험에사용하였다.
실험에사용된생고등어(Scomber japonicus)는부산광역시 남구대연동소재의메가마트에서구입하여실험에사용하였다. 건조분쇄된해조류에 94% ethanol을 10배(w/v) 가하여실 온에서 24시간 교반하며추출하였다. 추출 후원심분리기 (UNION 32R, Hanil Co., Korea)로 3,000 rpm에서 10분간 원심분리한후상층액만취하였다. 이과정을 3회반복하여
얻은 상층액을 모아 여과지(Advantec 5A, Toyo Roshi
Kaisha Ltd., Tokyo, Japan)로여과한 후 rotary evaporator (RE 200, Yamato Co., Tokyo, Japan)로 감압 농축하였다. 이농축액을 37oC에서건조시킨후−20oC에서보관하며일 정농도로희석하여실험에사용하였다. 또한열수추출은시 료에물을 10배(w/v) 가하여 80oC에서 8시간교반하여추출 하였으며, 후처리과정은위와동일하다.
천연물침지의경우생고등어의머리와내장을제거하여 필렛의형태로제조한후감태와대황에탄올추출물의농 도 0.5% 침지액에고등어필렛을 4oC에서 2시간침지시킨 후, 경사각을주어머리가위로가도록하여 1시간동안탈 수시켰다. 이를각각진공포장하여 4oC에서 5일간격으로 25일동안저장하면서실험을진행하였다.
생균수는 고등어 육을 무균적으로 2 g 취한 후, 멸균 PBS (Phosphate buffered saline, pH 7.4)를 10배(w/v) 가 하여 1000 rpm에서 1분간균질화(Ace Homogenizer, AM-7, Nihonseiki, Tokyo, Japan) 한다음 10배희석법으로희석하 였다. 시료희석액을 plate count agar (PCA, Difco, sparks, MD, USA)에도말하여 37oC incubator (DW-M I-250, Dongwon Science Co., Busan, Korea)에서 24-48시간배양한 후, 생 성된 colony를계수하였다.
어육내 histamine 생성량측정은 Kanki 등[13]의방법으 로분쇄한고등어육 1 g에 0.1 M EDTA (pH 8.0)를 24 ml 첨가하여 vortex하고 100oC에서 20분간가열한후, 10분간 얼음물에냉각시켰다. 이를여과지로여과한다음, 여과액은 histamine assay kit를사용하여 UV/visible spectrophotometer 로 470 nm에서흡광도를측정하여 histamine 함량을정량 하였다.
pH 측정은세절한고등어 5 g에 10배량의증류수 50 ml 과혼합하여균질기(Ace Homogenizer, AM-7, Nihonseiki, Japan)로 10,000 rpm에서 2분간균질화한다음, pH meter (HM-30V, TOA, Kobe, Japan)로측정하였다.
Volatile basic nitrogen (VBN) 측정은식품공전상[18]의
Conway법을이용하였다. 세절한고등어 10 g에증류수를
50 ml 첨가하여 10분간교반, 5분간정치를두번반복하여 30분간침출한후여과액을, 5% H2SO4로 pH 4.0으로보정 하고 100 ml로정용하였다. Conway unit 내실에처리한시 료및 0.01 N H2SO4를,외실에는 K2CO3포화용액을 각각 1 ml씩첨가하고혼합하여클립을채워 25oC에서 1시간반 응시킨후, 내실에 brunswik 시약을한방울첨가하고미량
수평뷰렛을사용하여 0.01 N NaOH로적정하였다.
고등어 내 histamine의 생성은 부패세균이 생성하는
histidine decarboxylase라는효소에의한것이므로부패세 균의생육을억제하는것이가장중요하다. 따라서천연물 침지를통해고등어의일반생균수의변화를측정하여미생 물생육억제효과를알아보았다. 감태및대황에탄올추출 물에침지한고등어필렛을 4oC에서 5일간격으로 25일간 저장하면서일반생균수를측정하였다. 그결과(Fig. 1), 처 리직후에는무처리와처리구간의차이가없이 104 CFU/g 의균수를나타내었으나, 저장기간이지남에따라대황및 감태에탄올추출물을침지한처리구가무처리와비교시생 균수가감소한결과를나타내었다. 저장 10일차에, 무처리는 106 CFU/g을보였으나대황및감태침지처리구는각각 104 및 105 CFU/g을보여균의성장이억제되었다. 무처리와처 리구모두, 시간이지남에따라생균수는지속적으로증가하 였으나 25일차까지대황및감태침지처리구는무처리보다 약 2 log cycle 정도가량균의생육이억제되는것을확인할 수있었고대황보다감태침지처리구가좀더높은생육억
제효과를보였다. Lee [20]는감태에탄올추출물이 Bacillus subtilis, Staphylococcus aureus, Listeria innocua, Clostridium perfringens, Listeria monocytogenes, Salmonella typhimurium, Candida tropicalis 등에대해강한항균효과를보인다고하 였으며대황역시, epiphytic bacteria [31], S. aureus [6] 등 에항균활성을나타내었다. 따라서해조류추출물이고등어 의부패에관여하는미생물의생육도억제하는것으로사료 된다.
고등어내의 histamine 생성억제는미생물을제어하거나
미생물에의해생성된효소를제어하는방법이있다. 천연물
침지에의한고등어내의 histamine 생성억제효과를측정
하기위하여감태및대황천연물을침지한고등어를 4oC에 서 5일간격으로 25일간저장하면서 histamine의함량을측 Fig. 1. Changes in total bacteria viable cell counts of mackerel fillet treated with ethanol extracts of Ecklonia cava and Eisenia bicyclis at 4oC.
Fig. 2. Changes in histamine contents of mackerel fillet treated with ethanol extracts of Ecklonia cava and Eisenia bicyclis at 4oC.
정하였다. 그결과(Fig. 2), 무처리의경우 histamine의함량 이처리직후에 70.12 ppm이었지만감태및대황침지처리 구는각각 51.67 및 51.28 ppm을나타내었다. 5일차에무처 리는 384.62 ppm, 감태 및 대황 침지 처리구는 115.83 및 96.41 ppm을나타내어 histamine의생성이억제되는것을확 인하였다. 뿐만아니라 10일차의경우, 무처리는 1452.31 ppm, 감태및대황침지처리구는각각 904.64 및 570.28 ppm을 나타내었으며 15일차에는무처리, 감태및대황침지처리 구가 3052.31, 2654.36, 820.51 ppm으로 histamine이상당 히억제되었다. 그후, 무처리는지속적으로높은함량을보 여저장 20일차에무처리는 3059.74 ppm, 감태및대황침 지처리구는 2510.77 및 2385.64 ppm의 histamine 생성량 을보였다. 이러한결과를통해감태와대황에탄올추출물 침지로인해초기단계에서부터 histamine의생성을억제하 여저장기간동안에도지속적으로낮은 histamine의생성을 억제하는것으로나타났다. Scombroid poisoning을일으키 는생선내의 histamine 수치는 200 ppm 이상일때발병하
는것으로보고되고있는데[7], 위의결과에서저장 5일차에
무처리의경우 histamine의함량이 200 ppm을훨씬넘는수
치를보였으나천연물침지구는 200 ppm 이하로상당한억
제효과를보였다. 이러한결과는 clove, cinnamon, cardamom,
turmeria 및 pepper와 같은 향신료를고등어에 처리하여
30oC에서 24시간동안저장하면서 biogenic amine의생성
정도를측정한결과, histamine이감소함을보여본연구와
유사한결과를보였다[31].
식품은그원료및가공의목적에의해다양한 pH 영역을 지니고있으며, 이는그식품의품질및고유의특성을나타 낸다. 또한미생물의생육조건에영향을미치므로식품에서
pH 측정은중요한요소이다[12]. 살아있는어육의일반적인
pH는보통 7.2-7.4 정도이나사후해당과정이진행됨에따
라젖산의생성으로인해 pH가저하되어신선육의 pH는 5.5-
6.5 정도의약산성을나타낸다. 그러나선도가저하하기시
작하면염기성물질의축적으로근육의 pH가다시상승하 므로이러한 pH의변화를통해선도를판정할수있으며[2]
pH 6.5 이상은식용이곤란한정도로부패가진행된것으로
판단한다[30]. 이에본연구에서는감태및대황에탄올추
출물을침지한고등어를 4oC에서 5일간격으로 25일간저장 하면서 pH를측정하였다. 그결과(Fig. 3), 저장초기무처리 와천연물침지처리구의 pH는 6.01-6.10으로실험구간의유 의적인차이를보이지않았고저장 10일차까지도큰변화가 없었다. 그이후, 저장기간이증가할수록 pH가증가하였으 며저장 15일차에무처리는 pH 6.66, 감태및대황침지처 리구는각각 pH 6.57, 6.21으로무처리의 pH가가장높게나 타나부패가진행된것으로판단되었으며감태침지처리구 역시무처리보다약간낮기는하지만높은 pH를보였다. 그
러나대황침지처리구의경우낮은 pH 수치를보여무처리 에비해선도저하가느리게진행된것으로사료된다. 저장 25일차에무처리구는 pH 7.11으로매우높은수치를나타 내었으나감태및대황침지처리구는각각 pH 6.44, 6.20을 나타내었다. 어육중의 pH는사후에해당반응의진행에따 라생성되는젖산과상관관계가높은데선도가저하되면암 모니아, trimethylamine (TMA), dimethylamine (DMA), 기타유기염기와같은염기성물질의축적으로근육의 pH가 상승하게되며이러한 pH 값의변화로선도를판정할수있
다[28]. 따라서감태및대황에탄올추출물에침지한처리
구가저장기간이증가함에따라무처리에비해 pH가크게 증가하지않았고이는천연물침지로인해고등어의부패가 천천히진행된것으로판단된다. 이는생균수결과(Fig. 1)와 도일치한다. 따라서추출물이부패미생물의생육을억제하 여 pH의안정화를가져온것으로사료된다.
대부분의수산물은어획후선도가저하되면어육중에존
재하는환원계효소나세균의작용에의해 TMAO (trimethyl-
amineoxied)가환원되어생성되는 TMA 등의저급염기성
물질의생성및세균의증식에의해단백질이분해되어생
성되는암모니아질소등에의해휘발성염기질소(VBN)의
함량이증가하게된다[40]. 이에본연구에서는, VBN 측정
을통해천연물을침지한고등어가선도에미치는영향에대 해서알아보았다. 그결과(Fig. 4), 저장초기에무처리구와
천연물침지처리구모두, 18 mg/100 g으로큰차이가없었
으며저장 5일차에무처리구는 28 mg/100 g의 VBN 함량을 나타내었고감태및대황침지처리구는 21-22 mg/100 g로 가장크게증가하였고, 저장 10일차에는감태및대황침지
처리구는각각 42, 41 mg/100 g의함량을나타내어무처리
(50 mg/100 g)에 비해 유의적으로감소하였다. 일반적으로
VBN의함량이 5-10 mg/100 g은극히신선한어육, 15-25 mg/
Fig. 3. Changes in pH of mackerel fillet treated with ethanol extracts of Ecklonia cava and Eisenia bicyclis at 4oC.
100 g은보통선도의어육, 30-40 mg/100 g은부패초기의
어육, 50 mg/100 g 이상인경우부패정도가심한어육으로
판정한다[34]. 따라서무처리구의경우, 저장 5일차에이미 부패초기단계를나타내었고저장 10일차에는상당한부패 가진행된것으로사료된다. 그러나, 감태및대황침지처리 구는저장 10일차에부패초기단계를보여천연물침지가 고등어의급격한부패를다소지연시켜선도유지에도효과 를보인것으로사료된다. 이러한결과는각종한방추출물 [33]과녹차및연잎열수추출물[28]을고등어에침지하여저 장하면서 VBN의함량을측정한결과, 대조구와비교시유 의적으로낮은 VBN의함량을나타낸결과와유사하다. 이
는 Fig. 2의감태와대황에탄올추출물침지로인해초기단
계에서부터 histamine의생성을억제하여저장기간동안에 도 histamine의생성을억제하는것과같은결과이다. 또한 단백질이분해되면서생성되는암모니아나질소등에의해
VBN의함량이증가하는것으로알려져있으므로감태와대
황추출물이미생물의생육을억제하여감소시킨것으로사 료되어져고등어의품질보존에효과가있을것으로판단된다.
요 약
본연구에서는, 고등어육을감태와대황에탄올추출물에
침지를통하여 histamine 생성을억제하는것을알아보았다.
에탄올추출물을처리한고등어필렛을 4oC에서 25일동안 저장하면서생균수, histamine 함량, pH, VBN 함량을측정 하였다. 무처리구와처리구모두, 시간이지남에따라생균 수는지속적으로증가하였으나, 25일차까지대황및감태침 지처리구는무처리보다약 2 log cycle 정도균의생육이억
제되었다. Histamine 함량의경우감태및대황침지처리
구는 5일차에 115 및 96 ppm을나타내어무처리구 384 ppm
에비해 histamine 생성이억제되는것을확인하였다. pH의 경우감태및대황에탄올추출물에침지한처리구가저장 기간이증가함에따라무처리구에비해 pH가크게증가하 지않았다. VBN 함량은저장 10일차에, 모든처리구에서크 게증가하였고, 특히무처리구가 50 mg/100 g로가장크게 증가하였고 감태 및대황 침지 처리구는각각 42, 41 mg/
100 g의함량을나타내어무처리구에비해유의적으로감소
하였다. 이상의결과들을종합해볼때, 감태및대황에탄올 추출물이저장기간동안고등어육내의 histamine 생성량을 감소시켜고등어의품질보존에효과가있을것으로사료된다.
Acknowledgments
This research was supported by Basic Science Research Pro- gram through the National Research Foundation of Korea (NRF) funded by the by the Ministry of Education, Science and Technol- ogy (No. 2013R1A1A2009906).
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