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동물자원연구
9 :
80~86.1998
Annals of Animal Resources Science 9 80~86. 1998
Surfactant의 첨가가 사료용
ß
-glucanase으| 활성에 미치는 영향이준엽·이승재·김혜경·곽봉기·오상집
강원대학교 사료생산공학과
Effect of both Surfactants and Heat Treatment of Feed Grains on f3 -glucanase Activity
J. Y. Lee . S. J. Lee . H. K. Kim . B. G. Kwak . S. J. Ohh
Department of Feed Scjence and Technology Kangwon National University
ABSTRACT
Lee , J.Y. , S.J.Lee , H.K.Kim , B.G.Kwak and S.J.Ohh. 1998. Effect of both surfactants and heat treatment of feed grains on ß -glucanase activity. Ann. Anim. Resources Sc i.
9:80-87
To evaluate the effect of both surfactants and heat treatment of feed grains on ß -glucanase activity in vitro enzyme activity test was executed by , 3 x 4 x 3( 3grains x 4surfactants x 3temperatures) factorial arrangement. Three grains including barley , wheat , and rye , and three surfactants such as tween20 , lecithin , and sorbate were employed in this tria l.
Three levels of heating temperature were 50 , 70 , and 85
0C with three different heating time at fixed 85
0C.
The results . are summarized as follows.
1. ß -Glucan loss by enzyme hydrolysis was decreased(p<O.OOO l) with the highes t( 85
0C) hydrolysis temperature. But there was no distinct effect of surfactant addition on the hydrolysis.
2. ß -Glucanase was destroyed(p<O.OOO l) with more magnitude with higher temperature (p<O.OO O1) especially due to the interaction between surfactant and treatment temperature.
3. Destruction of ß -glucanase was more severe(p<O.OOO l) in barley grain than wheat or rye.
4. Once surfactants were excluded , the amount of ß -glucan hydrolysis was decreased (p<O.05) with increasing heating time at 85
0C.
- 80 -
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This study indicated there is a certain role of surfactant on enzyme hydrolysis especially at higher temperature condition. However it is not clear at this moment whether the major reaction site is the surface of substrate or that of enzyme.
Key words Grains ,
β-Glucan ,
β-Glucanase , Surfactant , Enzyme hydrolysis , Heat treatment.
1 .
서 론최큰 들어 가축 사료용 원료사료가 부족해 짐에 따라 사용 원료의 종류도 다양해지고，
저 이용 원료를 사료 자원화 하는 경향이 높 아지고 있다. 이 과정에서 저 이용 원료의 경우 대부분 사료적 가치가 낮거나 가축 체 내에서의 이용성이 떨어지므로 이때 효소제 를 첨가하는 경우도 급증하고 있다. 현재
amylase , protease , lipase , ß -glucanase ,
cellulase ,
phytase등과 같은 효소들 이 단독으 로 또는 복합효소제 형태로 시판되고 또한 사료제조 현장에서 사용되고 있다.그러나 효소의 챔가 효과는 사료 처리 빛 가공 방법， 적용 기절， 효소의 종류등에 따라 매우 다양하게 나타나고 있다. 특히 효소 첨 가 효과는 처리 후 반응 시간의 제한， 기질 의 보호 기능， 열 빛 화학 첨 가제 에 의 한 효 소의 역가 상실 등으로 인하여 격감 되는 경 우가 많았다. 따라서 효소의 첨 가 효과를 증 진 시킬 수 있는 보조 청가물에 관한 연구가 최근 관심을 끌게 되었다. 계면 활성제를 첨 가하여 효소의 활성을 증가시키는 연구도 그 중의 하나라고 할 수 있다.
계면 활성제란 우리 생활과 밀접한 연관을 갖고 있는데 최근 들어 그 영역이 확장되면 서 환경과 조화를 이루는 계면활성제， 더 나 아가서는 특정한 성질을 나타내는 기능성 계 면활성제의 개발과 생산이 관심을 끌고 있다.
이제 특정 미생물이나 효소에 의해 생산된 계면활성제는 생체 표면에서 독성이나 자극 성을 나타내지 않고 표면 장력을 완화 시키 는 효과를 나타내고 있다(임경희，
1996).
따 라서 이들을 효소와 병합하여 첨가시 기질의 표면에서 또는 가축의 소화관 내에서 효소의 작용에 영향을 미칠 수 있다는 가설이 제기 되었다(Ho，1992).
실제Wh i te
(988) 는surfactant
를 효소와 같이 첨가했을 때 효소의 반응을 연구한 결과 surfactant를 첨가하지 않았을 때 보다 surfactant를 첨가했을 경우 효소의 활성이 증가한 것으로 보고하였다. 하지만
이 계면 활성제가 효소와 같이 첨가시 어떠 한 작용을 하는지 또 열처리를 했을 때 효소 활성은 어떻게 변화하는지에 대한 연구는 매 우 미흡한 실정이다.
또한 최근 사료의 열처리 가공도 증가하고 있는데 이때 효소제를 병용 첨가할 경우 대 부분의 효소는 그 역가를 손실하게 된다. 따 라서 효소 보호막등을 통한 효소 보존성 향 상에 관한 연구가 급증하고 있다. 생체 계면 활성제를 첨가할 경우 이들이 효소의 반응 시간을 단축시켜 열적 환경하에서 시간이 경 과함에 따라 상실되는 효소의 역가 상실 폭 을 감소 시킬 수 있을 것으로 판단되었다.
따라서 주요 사료용 곡류에
ß
-glucanase를 첨가할 때 계면 활성제의 병용 첨가가 열처 리 온도별로 시료내ß
-glucanase활성에 또는 이에 따른ß -glucan
잔존 정도에 미치는 영 향을 평가 하고자 본 시험을 실시 하였다.[Provider:earticle] Download by IP 118.70.52.165 at Monday, December 20, 2021 8:32 PM
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ll.
재료 및 방법1.
곡류 및Surfactant
본 시험에서 사용한 3종의 곡류는 극내산 보 리， 사료용 밀과 호밀이었으며， surfactant로는 시약용
TwærØ) (Polyoxyethylene
sorbi뻐llIDnolaurate),
Lecithin(Phosphatidyl choline) ,
그리 고Sorbate
등 3종을 선택하였다.
2.
시험 설계본 시험에서는 상기 3종의 곡류별로 3종의 surfactant와
surfactant
무처 리 구 그리 고 3등 급의 열처리 (50，70 , 85
0C)
온도를 두어3x4
x3으로 계 획 한 후 각각
ß
-glucanase의 역 가 평 가와 효소의 주요 기 질 인ß
~glucan의 잔 존량을 분석 하였다.3.
시험 방법(1)
ß-Glucanase의 첨가 및 열처리 각 콕류 10g에Cereflo 200M (ß -Glucanase
활성
:
약90unitl ml N OVO
Co.) 을100Unit
씩 첨가 하였다. 이후
water
bath을 이용하 여 처리 온도를50
0C , 70
oC,
850C 에서 정확 히 30분간 배양하였으며 배양이 끝난 직후 일정 시료를 채취하여ß -glucan
함량 분석 과ß
-glucanase의 활성 분석을 실시 하였다.(2) ß -Glucan
함량 분석과ß
-Glucanase의 활성 분석시료내의
ß
-glucan의 함량 분석과R
-glucanase의 활성 분석 은
ß -Glucan assay kit
와
ß -Glucanase assay kit( Megazyme Co. ,
Australia) 를 각각 이용하여 실시 하였다.4.
통계처리처 리 구의 통계 적 분석 방법 은
SAS program
(982) 을 이용하여
ß
-glucan은3 x 4 x 3 , ß
-glucanase은
3x3x3
요인 분석을 GLM 을 이용하여 실시 하였으며， 주 요인의 처리 평 균간 비 교는 Duncan의 다중검 정(Snedecor and Cochran ,
1980) 을 이용 하였다.ill.
결과 및 고찰Surfactant와 열 처 리 후 콕류내
ß -glucan
의 함량 변화는
table
1 과 같다.ß
-glucan의 가수분해는 열처리 온도가 500C 일 때 가장 왕성하였으며 그 다음，85
0C , 70
0C
순으로 분 해가 일어났다 (P(0.05L 콕류별ß -glucan
분 해를 보면 보리에서의 분해가 가장 큰 것으 로 나타났고， 호밀과 멀의 경우ß -glucan
분 해량에 있어서 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다 (P(0.05L 이는Morgan and Smith
(1982) 의 연구와 같이 효소에 의한P
-glucan의 가수분해 과정에서 열처리를 했을 때 낮은 온도에 서
ß -glucan
가수분해 가 가 장 많이 일어났다는 결과와 일치하는 것으로 판단된다. 즉 사료용ß
-glucanase에 의 한P
-glucan
파괴는 가장 낮은 온도에서 큰 것으로 나타나 열처리 정도가 효소활성에 영향을 미쳤음을 반영하고 었다.
본 시 험 에 서 surfactant의 첨 가는
R
-glucanase의 활성에 영향을 미치지 않았으 며
surfactant(Tween20 , Lecithin ,
Sorbate) 의- 82 -
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∞
g{g
。ggb*M때vfu‘} 〉}WW얘 융lm{Znggmm요 뼈배쇼nL} 디}와깨 n따앨Sunactant No No
Sorbate No
Sorbate Surfactant Tween20 Lecithin Sorbate Surfactant Tween20 Lecithin Surfactant Tween20 Lecithin
Barley 96.20 ::t O 9 1. 61 ::t 2 .4 3 9 1. 36 ::t1. 34 93 .l 2 ::t1. 48 86.02 ::t1. 00 55.07 ::t O.35 53.94 ::t1. 51 56 .4 3 ::t 2 .4 0 85.54 ::t O.34 46.03 ::t1. 04 48.55 ::t1. 49 50.23 ::t 2.31 Rye 9 1. 00 ::t1. 41 94.00 ::t1. 79 96.09 ::t1.1 1 9 1. 03 ::t 3.20 77.00 ::t1. 41 22 .5 9 ::t1. 97 15.92 ::t 4.27 2 1. 58 ::t 9.27 7 1. 00 ::t1. 41 19 .1 3 ::t 3.05 12 .4 4 ::t 5.30 20 .l 6 ::t 6.27 Wheat 84.00 ::t O 83.94 ::t 4.90 80.02 ::t 4.67 83 .l 5 ::t 4.86 76.00 ::t O 5 .4 6 ::t1. 67 17.96 ::t 1 1. 4114 .4 9 ::t 12.25 70.00 ::t 2.83 44.80 ::t 14.71 35 .4 3 ::t1. 80 23.04 ::t 3.27
4 Contrasts* 3
0.0072 0.0001
0.0001 0.9696
Probability
*Contrasts were 1) grains vs. surfactant 2) no surfactant
VS.surfactant 3) grain
VS.temperature 4) surfactant vs. temperature
00
μJTable 2. The ß -Glucan activity loss( %) in the grains after both surfactant addition and heat treatment Heating
50
DC 70
DC 85
DC
Temperature
Surfactant No
Tween20 Sorbate No
Tween20 Sorbate No
Tween20 Sorbate
Surfactant Surfactant Surfactant
Barley 64.66 62.16 65.84 67.60 68 .1 1 ::t O.04 64.86 ::t 1. 46 7 1.93 土 0.28 72.59 ::t 2.51 7 1. 81 Rye 58.76 62.92 60 .4 1 69.62 ::t 2 .3 1 62.56 ::t1. 47 67.04 ::t 0 .1 8 70.92 ::t 0.35 72 .4 8 :t 0.06 7 1. 92 Wheat 57 .1 3 56.57 54.79 67.02 ::t O.27 64.92 ::t O.06 64 .4 5 ::t O.72 69.09 ::t 1. 03 7 1. 17 70.00
4 2 3
Contrasts*
0.0001
*Contrasts were 1) grains
VS.surfactant 2) grain
VS.temperature 3) surfactant
VS.temperature 4) grain
VS.surfactant
VS.temperature
0.8742 0 .1 046
0.0126 Probability
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동물자원연구 (1998)
종류에 따른 차이도 나타나지 않았다 (P)0.05).
이는
Bryana and
Mark(988) 의surfactant
를 효소에 첨가했을 때 효소의 활성이 크게 증가 했다는 보고와 상반된 경향을 보여 준 다. 한편
Prentice(
1982) 는 효소는 각각의pH
와 온도등에 의해 그 활성이 달라진다고 하 였다. 특히
ß
-glucanase는pH 7.0
그리고 온 도 500c 에서 활성이 가장 높았다고 보고 하 였다. 본 시험에서는 pH를 4.0-6.0에서 가수 분해를 실시하여 직접비교는 할 수 없었다.특히 열처리 온도가 각각
70
0C ,
850c 로 증 가 할 경우 오히려 surfactant를 첨가할 경우ß
-glucan의 가수분해 정 도가 미 약해 지 는 것 으로 나타났다. 이 는 surfactant가 오히 려 첨 가한ß
-glucanase의 표면에 작용하여 열의 침투에 의한 효소 역가 손실을 초래 하였기 때문인 것으로 판단된다.Surfactant와 열 처 리 후 콕류내
P
-glucanase의 함량 변화는
table
2와 같다. 열 처 리 온도에 따른ß
-glucanase의 활성 감소 율은85
0C
에 서 가장 크게 나타났으며70
0C ,
50
0C
순으로 나타났다. 이 는 conditioning의 온 도에 따라ß
-glucanase의 활성 을 조사해 본 결과 온도가 높을수록ß
-glucanase의 활성 이 줄어 든다는 보고 (Inborrand Bedford ,
1993) 와 일치한다. 또한 콕류별
ß -glucanase
의 활성 감소폭은 보리에서 가장 큰것으로 나타났으며 호밀과 멀 순으로 나타났다
( P(0.05L
Surfactant와 열처리 온도의 상호작용과
R
-glucanase의 활성 감소와는 높은 유의 성
(P(O.OOO1
)을 나타내어 500C 에 비해70
0C , 8
50C 로 온도가 높아질수록
surfactant
영향이 높게 나타났다. 즉 850C 에서 surfactant를 처 리 할 경 우 콕류내ß
-glucanase의 활성 감소 폭은 크게 증가 하였다. 이는White and
Mark(988) 의 연구 보고에서 surfactant를 첨가하지 않았을 때 보다는 surfactant를 첨 가 했을 때에 효소 활성의 변화가 더 크게 나타났다는 보고와 일치한다.
콕류와
surfactant
벚 열처리 온도의 교호효과가
ß
-glucanase의 활성 감소에 미치는 영향도 매우 높은 것으로 나타났다. 즉 호멀 이나 밀에 비해 보리의 경우 850C 에서 surfactant를 처 리 할 경 우ß
-glucanase의 활 성 감소폭이 가장 큰 것으로 나타났다.본 시 험 에 서 surfactant를 첨 가하지 않을 경우 고온 (850C) 에서 30분간 열처리 할 경우 에도
ß
-glucan의 가수분해가 상당히 진행되 는 것으로 나타났다. 따라서 열처리 온도와Table 3. The f3 -Glucan loss( %) in the grains with no sutfactant addition on different heating time at 85
0c.
Heating time(min) Grain
30 60 120
Barley 9 1. 00::!: O.OOa 85 .1 6::!:O.2ZO 83.00::!: O.OOc
Rye 79.00::!: 1. 41a 67.00::!: 1. 41 b 56.00::!: O.OOc
Wheat 74.00::!: 2.83 a 64.00::!: O.OOb 50.00::!: 2.83 c
a
,b.c Means::!:SD with different subscripts within the same row significantly differ(P<0.05)
-84-
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더불어 열처리 시간에 따른
ß
-glucan의 가 수분해 정 도를 살펴 보았다.Table
3은 계면활성제를 첨가하지 않은 시료를 고온에서 처리시 처리시간에 따라 기질 의 가수분해 정도에 미치는 영향을 나타낸 결과이다. 표에서 보는 바와 같이
ß -glucan
의 가수분해는 열처리 시간이 증가함에 따라 감소하는 것으로 나타났다. 따라서 실질적 차원에서 약 850C 에서 30분 정도의 열처리는
ß
-glucanase의 작용에 코나큰 영 향를 미 치 지 않은 것으로 판단되었다.N. 적 요
사료 첨가용 효소제를 활용 할 경우 그 첨 가 효과를 극대화 시키기 위하여
surfactant
의 추가 첨가가 관심을 끌고 있다. 그러나 실제 사료 가공 벚 제조과정에서
surfactant
의 효과가 확인 되지 못하였다. 따라서 본 시험에서 surfactant의 첨가가 열처리 상태하 에서
ß
-glucanase의 활성， 기질의 가수분해 에 미치는 영향을 알아보기 위하여 본 시험 을 실시 하였다. 대상 기질은 보리， 호밀， 밀 등 3가지 독류였으며 열처리 온도는50
0C , 70
0C , 85
0c
였으며 surfactant는 무첨 가구，Tween20 , Lecithin
벚Sorbate
챔가구를 두었다.1. ß
-Glucan의 가수분해 손실은 열처 리 온 도가 낮을 경우 (500C) 가 고온 (850C) 일 경우에 비하여 콘 것으로 나타났으며(P(0.05) , surfactant
첨 가는ß
-glucan의 가수분해에 일관된 영향을 미치지 않았다.2. ß
-Glucanase의 손실은 열처리 온도가 높을수록 큰 것으로(P(O.OOOl) 나타났다.3.
Surfactant와 열처리 온도의 상호작용에 의 한ß
-glucanase의 활성 감소는 높은유의성
(
P(O.OOOl)을 나타냈으며 특히85
0C
에 서 surfactant를 처 리 할 경 우 곡 류내ß
-glucanase의 활성 감소폭이 가 장 큰 것으로 나타났다.4.
Surfactant와 열처 리 에 의 한ß -glucanase
감소율은 호멀이나 밀에 비해 보리에서 격심한 (P(O.OOOl) 것으로 나타났다.
5.
열처리 시간이 증가함에 따라ß -glucan
의 가수분해량은 감소(
P(0.05)
하였다.이상의 결과로 미루어 볼 때 surfactant의 첨가는 효소 또는 기질의 생체 표면에 일정 한 영 향을 미 치 는 것 으로 나타나
surfactant
의 주요 반응표면이 효소표변인지 기질표면 인지는 본 연구로는 판단하기 어려웠다. 단 지 본 시험에서는 고온처리시 surfactant의 영향이 콘 것으로 나타났다.
V.
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