생식의 생리활성 및 생식음료 제조공정에 관한 연구 = Studies on physiological activities of Saengshik and its beverage processing

국문 초록 (Abstract)

생식의 생리활성 효능을 평가하고 이를 이용한 음료를 개발하여 생식 시장 확대에 기여하고자 본 연구를 수행하였다. 이를 위하여 성장기에 장기적인 생식의 보충 섭취가 성장 발육에 미치는 영향과 식후 혈당상승에 긍정적인 영향을 미칠 수 있는지에 관한 검토와 항산화능 효과를 검토하여 생식의 생리활성 효과를 규명하였다.
편의성과 품질이 우수한 생식음료를 개발하기 위하여 적합한 생식원료의 선정과 최적 배합비를 결정하고, 최적의 제조공정을 개발하였으며, 블렌딩에 따른 음료의 분산안정성 패턴을 분석하여 안정성을 개선하였다. 제조한 음료를 4℃, 15℃, 25℃, 35℃에서 보관하면서 저장기간에 따른 생식음료의 품질변화를 측정하여 품질수명을 설정하였다.
생식의 생리활성 효과의 첫 번째 연구로서 생식 섭취가 실험동물의 길이성장 및 균형성장에 미치는 효능을 평가하였다. 실험동물의 신장 및 대퇴골 길이의 변화는 12주간의 실험기간 동안 생식을 경구투여한 실험군이 대조군에 비하여 증가하였으며, 처리시점 12주에서는 신장과 대퇴골 길이의 변화가 대조군에 비하여 유의하게 증가한 것으로 관찰되었다.
골밀도와 골무기질양의 결과에서도 골밀도의 경우 생식 4 g/kg/day 섭취군, 골무기질양의 경우 생식 1 g/kg/day 섭취군과 4 g/kg/day 섭취군이 대조군에 대하여 유의한 증가를 나타내었으나, 생식 투여 양에 대한 농도의존적인 경향은 나타나지 않았다. 또한, 성장인자의 하나인 혈중 IGF-1의 경우 4주 동안 생식을 경구투여한 모든 실험군에서 유의적인 증가를 나타내었으며, 8주 이상에서는 생식 4 g/kg/day 섭취군에서만 유의적인 증가가 나타났다.
이러한 결과로부터 성장기에 장기적으로 생식을 보충 섭취할 경우 골성장을 통한 성장 발육에 도움을 줄 수 있을 것으로 사료되었다.
생리활성 효과의 두 번째 연구는 생식을 정상성인에게 섭취시켰을 때 혈당반응에 미치는 영향과, 생식의 혈당지수를 구하여 당뇨 환자의 혈당 조절식으로 이용가능성을 조사하였다. 시판 중인 생식 4종 (ES, HS, BS, SS)을 섭취시키고 섭취 전과 섭취 후 2시간 동안 15분 간격으로 채혈하여 혈당을 측정하였다. 생식 섭취 후 혈당수치는 포도당 섭취 시보다 전반적으로 낮게 나타났으며, ES는 15-75분, SS는 15-75분, HS는 15-45분, BS는 15분 후의 혈당이 포도당보다 유의적으로 낮게 나타났다.
혈당반응 곡선의 면적은 생식 섭취군이 포도당 섭취군보다 작은 것으로 나타났으며, 상기 면적을 이용하여 혈당지수를 산출한 결과, ES는 43.1로 Low GI (55이하) 범위에 속하였으며, 그 외 생식은 Medium GI (56-69) 범위에 속하였다. 생식의 소화, 흡수 형태를 알아보기 위하여 최고 혈당값을 나타내는 시간인 30분을 전후로 하여 혈당상승기와 혈당감소기를 구한 결과, 생식은 혈당 상승과 감소를 완만하게 해주는 것으로 나타났다. 생식섭취는 최고 혈당값을 포도당을 섭취했을 때 보다 유의적으로 감소시키고, 체내 당의 소화와 흡수 과정을 천천히 진행시키며, 식후 최고 혈당수치를 감소시켜 전반적인 혈당반응을 완만하게 하였다. 혈당부하지수는 ES(14.1)가 가장 낮았고, HS, BS, SS는 19.2-19.5 수준으로 나타났다. 이로부터 생식은 식후 혈당반응에 긍정적으로 작용하였고, 사용된 곡류군의 조성, 식이섬유의 종류, 과일소재의 첨가 등, 원료 조성에 따라 정도의 차이를 보였다.
생리활성효과의 세 번째 연구는 실험동물에게 4주간 생식을 섭취시킨 후, CCl4를 이용하여 산화손상을 유발시켜 생식의 체내 산화손상 예방 효과를 측정하였다. 그 결과, 생식은 혈장 과산화물과 단백질 분해도를 유의적으로 억제하였고, 항산화 물질인 글루타티온 (glutathione)과 티올 기 (thiol group)의 함량을 증가시켰다. 또한, 항산화 효소인 superoxide dismutase (SOD)의 활성을 증가시켰고, 간 손상 지표인 glutamate-pyruvate transaminase (GPT)의 활성을 유의적으로 낮추는 것으로 나타났다. 체내 항산화 능력이 저하되는 노인을 대상으로 24주간 생식을 섭취 시킨 결과, 혈중 항산화 상태가 증가되고, 체내 산화물질을 제거하여 산화손상을 억제함으로, 항산화능을 높이는 것으로 나타났다.
생식을 이용한 음료 제조공정을 확립하기 위하여 시판중인 생식(ES, BS, SS)을 음료로 제조한 후 이화학적 특성과 관능 특성을 조사하였다. 생식의 종류별로는 BS를 이용한 음료의 기호도가 가장 높았으며, 생식첨가량은 7.7%가 가장 적합하였다. 생식첨가량을 달리하여 점도와 분산안정성을 조사한 결과 생식함량에 따라 점도는 증가하였고, 전단속도가 증가함에 따라 겉보기 점도가 증가하는 dilatant의 특징을 나타내었다.
생식을 첨가한 음료는 제조 이후 모두 층분리 현상을 나타내었으며, 생식첨가량이 증가할수록 평균변화량은 빠르게 증가하여 분산안정성이 낮아졌다. 생식첨가 11.7% 음료의 청징이 관측되는 시간은 17 min으로 가장 먼저 진행되었으며, 81.91 mm/min으로 가장 낮았으나 지속적으로 진행되어 분산안정성은 저하되었다. 생식을 7.7% 첨가한 음료는 단계별 입자의 이동속도의 차이가 최소로 나타나 고른 입도분포를 보였으며, 청징 개시시간이 29분으로 가장 늦게 진행되었다. 생식음료의 관

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

The purposes of this study were to investigate physiological activities of Saengshik and to develop a beverage product for the extension of its market. To achieve the goals the physiological functions were studied in the first part of the study, and the development of beverage products was performed in the second part. For the physiological functionality study, effects of long-term administration of Saengshik on growth parameters of a growing rat were investigated. Male Sprague-Dawley rats were fed on AIN-93G basal diets for 12 weeks and assigned to the following groups: rats administrated orally with Saengshik at the dose of 1 g/kg/day (1xJS), 2 g/kg/day (2xJS), 4 g/kg/day (4xJS) and distilled water (Control). Rats were sacrificed at 4, 8, 12 weeks after oral administration. Bone mineral density (BMD), bone mineral contents (BMC) and serum insulin-like growth factor-1 (IGF-1) concentration were determined. Body weight and food intake showed no significant changes within groups for 12 weeks. Physical longitudinal growth indices, body length and femur length increased significantly in Saengshik administration groups at 12 weeks, in which BMD and BMC also significantly increased. For blood IGF-1 level, Saengshik administration groups were remarkedly higher than control group at 4 week. The difference however became significant at 8 week and 12 week. These results suggested a close relation between the administration of Saengshik and the increment of longitudinal bone growth. Therefore, it was expected that the administration of Saengshik for 12 weeks was helpful to the increase of longitudinal growth and growth factors in rats. The consumption of Saengshik as dietary supplementation may increase the longitudinal bone growth in growing children.
Secondly, effects of Saengshik on glucose blood level of normal adults were studied to explore the possibility of four kinds of Saengshik (ES, HS, BS, SS) as alternative diabetic meals. The levels of blood glucose were measured after the healthy volunteers was fed Saengshik and 50 g glucose. Blood glucose response areas, glycemic index (GI) and glycemic load (GL) were calculated from the glucose response. The Saengshik lowered glucose level significantly compared to the case of glucose alone. The GI of ES showed 43.1, which belonged to low GI foods (GI of 55 or less). Other samples (HS, BS, SS) could be classified as intermediate GI foods ranging 56-69 of GI. Saengshik showed a gentle rising and falling pattern showing moderate left area ratio and right area ratio on blood glucose curve. The GL of ES showed 14.1 while HS, BS and SS did 19.2-19.5. The results suggested that Saengshik have a potential as an alternative diabetic meal.
Thirdly, the antioxidant effects of Saengshik were investigated by in vivo and human experiments. In vivo tests, mice were fed Saengshik for four weeks, and oxidative damage was induced by CCl4. and the effects of Saengshik on oxidative damage were examined.
Plasma lipid hydroperoxide and protein oxidative damage were significantly suppressed, and antioxidants, glutathione and thiol group increased with Saengshik administration. The activity of antioxidant enzyme superoxide dismutase (SOD) increased and the level of GPT decreased by Saengshik. In human study, elderly people were given Saengshik for 24 weeks, and the changes in antioxidant defense of the body were examined. Antioxidant activities in plasma enhanced, but it was not significant. Saengshik was effective to remove oxidants from body tissues, to prevent oxidative damage and eventually to boost the antioxidant capacity of the body.
In the second part of the study, Saengshik beverage products were developed to expand the Saengshik market. Physico-chemical and sensory studies showed that the optimum type and level of the Saengshik for the beverage product were ES Saengshik and 7.7%(w/w), respectively. The apparent viscosity of the beverages increased as the Saengshik levels increased. In the all treatments, however, sedimentation was observed. Mean value kinetics of clarification increased as the Saengshik level increased.
The upper layer of Saengshik beverage clarified, while the lower layer was thickened with time. The thickness of clear layer increased as the Saengshik level decreased.
The blending schemes were developed for the beverage products.
The constant speed blending schemes and changing speed blending schemes were tried. Considering the clarification starting time and maximum migration speed and mean migration speeds, the most acceptable blending schemes were 15,120 rpm for 25 s for constant speed blending, and PP2 for changing speed blending. The selected PP2 blending schemes of Saengshik beverage was 4,080/2+8,400/2+13,920/2+15,120/8 (rpm/s).
Xanthan gum increased the apparent viscosity and dispersion stability of the Saengshik beverages, and the optimum addition level was 0.15% (w/w).
Quality changes of Saengshik beverages were monitored during storage at different temperatures. The sweetness unchanged during the storage. The apparent viscosity showed no remarkable changes. pH decreased rapidly with storage time at the temperature above 15℃ while it unchanged at 4℃. Color values increased at all storage temperature, rapidly at 25℃. Saengshik beverage stored at 4℃ showed good quality. The result of this study indicated that the quality of Saengshik beverage was mostly influenced by storage temperature. The estimated shelf life of the Saengshik beverage was 7 days at 4℃. The product should be kept and sold in cold chain system all the time.

목차 (Table of Contents)

• 서론 = 1
• 제 1편 생식의 생리활성 효과 = 3
• 제 1장 생식의 성장촉진 효과 = 3
• 제 1절 서론 = 3
• 제 2절 재료 및 방법 = 5
• 1. 실험식이 = 5
• 2. 식이급여 및 실험동물의 사육 = 5
• 3. 실험동물의 부검 및 시료의 채취 = 8
• 4. 혈중 GOT와 GPT의 측정 = 8
• 5. 성장지표의 측정 = 9
• 6. 혈중 IGF-1의 측정 = 9
• 7. 통계분석 = 9
• 제 3절 결과 및 고찰 = 11
• 1. 생식의 영양성분 = 11
• 2. 식이섭취량, 체중증가량 및 장기중량 = 11
• 3. 혈중 GOT와 GPT의 변화 = 11
• 4. 신장 및 대퇴골길이 성장 = 15
• 5. 골밀도와 골무기질량의 변화 = 17
• 6. 혈중 IGF-1의 농도 변화 = 19
• 제 4절 결론 = 24
• 제 2장 생식의 혈당저하 효과 = 26
• 제 1절 서론 = 26
• 제 2절 재료 및 방법 = 29
• 1. 시료 = 29
• 2. 실험대상자 및 실험식이 = 29
• 3. 혈당측정 및 혈당지수의 계산 = 29
• 4. 혈당부하지수 = 32
• 5. 실험자료의 통계처리 = 33
• 제 3절 결과 및 고찰 = 34
• 1. 생식 섭취 시 시간별 혈당반응 변화 = 34
• 2. 혈당반응 면적 = 34
• 3. 혈당지수 = 38
• 4. 혈당부하지수 = 40
• 5. 혈당상승기와 혈당감소기 = 42
• 6. 혈당지수와 혈당상승기 및 혈당감소기의 상관관계 = 42
• 7. 식이 섭취 후 최고 혈당값 = 42
• 제 4절 결론 = 45
• 제 3장 생식의 항산화 효과 = 47
• 제 1절 서론 = 47
• 제 2절 재료 및 방법 = 49
• 1. 동물실험 = 49
• 가. 실험식이 및 동물 사육 = 49
• 나. 동물의 산화적 손상 유발 및 시료 채취 = 53
• 다. 혈장 및 간조직의 산화적 손상의 분석 = 53
• 라. 체내 항산화 방어계의 분석 = 53
• 2. 인체실험 = 54
• 가. 실험대상자 = 54
• 나. 실험내용 및 방법 = 54
• (1) 신체계측과 혈압 측정 = 55
• (2) 혈액분석 = 55
• (3) 총 항산화능 측정 = 56
• 3. 자료처리 및 통계분석 = 56
• 제 3절 결과 및 고찰 = 57
• 1. 동물실험 = 57
• 가. 간 손상 지표의 측정 = 57
• 나. 혈장 및 조직의 산화 손상 억제 효과 = 57
• 다. 체내 항산화 방어계의 분석 = 58
• 2. 인체실험 = 64
• 가. 생식이 신체계측치에 미치는 영향 = 64
• 나. 혈액분석 = 64
• 다. 총 항산화능 측정 = 64
• 제 4절 결론 = 68
• 제 2편 생식을 이용한 음료 제조공정 확립 = 73
• 제 1장 생식음료 개발 = 73
• 제 1절 서론 = 73
• 제 2절 재료 및 방법 = 76
• 1. 재료 = 76
• 2. 실험방법 = 76
• 가. 영양성분 분석 = 76
• 나. 고 전단 블렌더를 이용한 생식음료 제조 = 77
• 다. 생식음료의 적정 배합비 결정 = 77
• 라. 이화학적 특성 = 77
• (1) 당도 = 77
• (2) 색도 = 77
• (3) 수분함량 = 77
• (4) pH = 77
• 마. 관능검사 = 79
• 바. 점도 = 79
• 사. 분산안정성분석 = 79
• (1) 평균변화량 = 81
• (2) 입자의 이동속도 = 81
• 아. 미생물균수 측정 = 81
• 자. 블렌딩을 이용한 생식음료 제조 = 81
• 차. 잔탄검 첨가량별 분산안정성 분석 = 82
• 카. 통계분석 = 82
• 타. 생식음료의 저장 중 변화 = 84
• (1) 생식음료의 제조 = 84
• (2) 생식음료의 저장성 = 84
• (3) 미생물균수 측정 = 84
• 제 3절 결과 및 고찰 = 86
• 1. 생식원료의 영양성분 분석 = 86
• 2. 생식음료의 적정 배합비 결정 = 86
• 3. 생식 첨가량에 따른 음료의 점도와 분산안정성 = 94
• 4. 청징에 의한 음료 입자의 이동속도 = 97
• 5. 청징층과 침전층의 변화 = 103
• 6. 생식음료의 영양성분 = 106
• 7. 생식음료의 미생물균수 측정 = 106
• 8. 블렌딩에 따른 생식음료의 점도와 분산안정성 = 109
• 9. 잔탄검 첨가량에 따른 생식음료의 점도와 분산안정성 = 120
• 10. 저장 중 생식음료의 이화학적인 변화 = 129
• 11. 저장 중 생식음료의 미생물 변화 = 137
• 제 4절 결론 = 141
• 종합고찰 = 144
• 참고문헌 = 151
• ABSTRACT = 167
• 감사의 글 = 172