I.서 론
콩나물은 고유의 전통식품으로 고려 때 발간된 향약구급 방(鄕藥救急方)에는 건조콩나물이 약용으로 쓰였다고 기술되 어 있으며(Choi et al. 2002), 계절과 장소에 관계없이 재배 가 쉽고 생육기간이 짧으며, 단백질, 무기질, 비타민 등이 풍 부할 뿐만 아니라 가격도 저렴하여 대중적인 식품으로 널리 이용되고 있다(Yoo & Jang 2011).
현재까지 콩나물에 관한 연구로는 재배통의 흔들림(Kang et al. 2006b), acetic acid와 propionic acid 첨가(Kang et al. 2006a), 키토산(Lee & Rhee 1999; Oh et al. 2007), ion chip과 황토(Kim et al. 2005), 녹차 물(Kim et al. 2005), 감초 추출물(Choi et al. 2002), 인삼 추출물(Choi et al. 2003), 게르마늄(Kim et al. 2004a; Kim et al. 2004b) 처리에 의한 영향 등의 생장과 물리적 특성 변화(Shon et al. 2008)에 관한 연구, asparagine 생합성(Byun et al. 1977), ascorbic acid, riboflavin, thiamin 등의 비타민(Kim et al. 2005), 질소화합물(Kim et al. 2005), 아미노산(Kim et al. 2005; Song et al. 2010; Cha et al. 2011), 단백질(Yang et al. 1984), 탄수화물(Shin & Choi 1996), 이소플라본(Kim et al. 2003; Kim et al. 2004; Kim et al. 2005; Chi et al. 2005; Kim et al. 2006), 사포닌 등의 함량 변화(Oh et al. 2003) 등의 영양학적 측면 연구, 그리고 식물성장 조절제인 BA처리(Kang et al. 2004), 온도변이(Jeon et al. 2010), 광 조사, CO2 gas 처리 등의 콩나물 증산을 위한 연구(Shin & Choi 1996) 및 고지혈증 개선(Kim et al. 2007), 혈당강화 (Kim et al. 2003), 지질대사(Kim & Lee 2007), 골다공증 백서의 골 대사에 미치는 영향(Kim et al. 2009) 등의 기능 성 연구가 수행되어졌다.
우리나라 콩나물 시장 규모는 7,000억 원으로 추산되며 (Jeon et al. 2010), 일인당 하루 평균 섭취량은 16 g 정도로, 다소비 부식 7위, 채소류 3위에 이르는 주요한 식용 채소이 다(Kim & Lee 2007). 그러나 재배 환경이 여타 작물과는 달리 빛이 없는 암 조건에서 빈번한 관수로 인한 과다한 습 기, 환기불량으로 부패세균 및 병원균에 의해 부패되는 경우 가 허다하고(Kang et al. 2006a), 생육 시 호흡작용에 의하 여 발생하는 열을 냉각시켜 주기 위해 시원한 재배수를 재 사용 없이 계속해서 공급해야 하는 경제적인 어려움을 겪고 있다. 이로 인해 영세한 콩나물 재배업자들은 생산 수율 향 상과 재배수 비용절감 문제를 해결하기 위하여 소비자들의 부정적인 인식에도 불구하고 성장촉진제를 사용할 수밖에 없 는 실태이다.
대나무는 예로부터 죽순은 식용으로, 줄기는 죽세공품, 농 용재, 건축용재, 펄프용재 등으로 많이 이용되어지고 있다. 그러나 많은 양의 죽세공품 및 건축용재 등을 제작하고 나 면 더 이상 활용할 수 없어 폐기되는 부위가 생성되고, 대나 무 밑둥 부위 또한 습한 곳에 노출되어 있어 썩거나 상품성 이 떨어져 이용하지 못하고 있다. 본 연구에서는 상품성이 없거나 폐기되는 대나무를 이용하여 회분을 만든 후, 콩나물 재배에 사용함으로써 성장촉진제를 사용하여 재배하는 콩나 물과의 비교를 통해 생산수율 증대 및 폐자원의 재활용 이 용가능성을 평가해 보고자 하였다.
II.연구 내용 및 방법
1.재료
시료 풍산나물콩은 농촌진흥청(국립식량과학원, 두류유 지작물과)에서 분양받아 냉장실(4~6℃)에 보관하여 실험에 사용하였으며, 대나무 회분은 전남 담양에서 대나무 숯을 제 작하면서 불용처리 되는 대나무 회분을 공급받아 사용하였다.
2.콩나물 재배
본 실험에서 콩나물은 3가지 방법으로 나누어 재배하였다. 대나무 회분 농도를 달리한 물을 재배수로 이용한 방법 (0.2~10.0 g/L)과 순수한 물을 재배수로 이용한 방법(무처리), 그리고 성장촉진제를 첨가하여 콩을 불린 후 순수한 물을 재 배수로 이용한 방법(B.A)이다. 시료는 선별작업을 거친 후, 동일 양 400 g을 각각 2시간 동안 물에 불렸으며, 이때 성장 촉진제를 첨가하는 대조군에는 6-benzylaminopurine을 1.25 ppm이 되도록 첨가하였다. 대나무 회분은 1 L의 물에 0.2, 0.6, 1.0, 1.4, 2.0, 6.0 그리고 10.0 g을 첨가하여 1시간 방치 후 상등액을 재배수로 이용하였다. 2시간 불린 콩은 플라스 틱 재배통(330×330×320 mm)에 옮겨 담아 3시간 간격으로 수동살수 방식으로 물을 주며 6일간 직접 재배하였다.
성장촉진제를 사용한 콩나물은 배축이 얇고 잔털이 없으 며 길이가 긴 게 특징이며, 성장촉진제 미사용 콩나물은 배 축이 굵고 잔털이 많으며 길이가 짧은 게 특징이다. 영양학 적으로 품질이 우수한 것은 아니지만 소비자들은 외관상 잔 털이 없는 콩나물을 선호하기에 본 실험에서는 잔털이 생성 되기 전 재배를 중단하였고, 재배한 콩나물은 동결건조기 (PVTFD1-R, Ilsin, Dongducheon, Korea)로 동결건조 후 분 쇄하여 분석시료로 이용하였다.
3.생육 및 무기성분 분석
재배한 콩나물은 Shin & Choi(1996)의 방법처럼 무작위로 100개의 콩나물을 취해 배축의 길이를 측정하여 평균을 산 출하였으며, 무기성분은 시료 0.5 g에 질산 10 mL를 첨가한 후, CEM사의 microwave (MARS, Matthews, NC, USA) 를 이용하여 분해한 다음, 분해액에 증류수를 첨가하여 50 mL로 정용 후 희석하여 ICP-MS(Perkin Elmer US/Analyst 800, Shelton, CT, USA)로 분석하였다.
4.이소플라본 함량 분석
이소플라본 함량은 건강기능식품 공전 시험법을 응용하여 시험하였다(KFDA 2011). 각 시료 5 g에 80% methanol (MeOH) 50 mL를 가하여 65℃에서 2시간 추출 후, 2M NaOH 5 mL를 가해 상온에서 20분간 교반하였다. 다시 빙 초산 2 mL 가하고 80% MeOH을 이용하여 100 mL로 정용 한 다음 membrane filter (0.20 μm, Milipore Co., USA)로 여과하여 시험용액으로 하였다. HPLC 분석은 Eclipse Plus C18 column (4.6×250 mm, 5 μm, Agilent, Santa Clara, CA, USA)을 이용하여, 1.0 mL/min의 유속으로 260 nm의 검출파 장에서 행하였으며, column 온도는 40℃로 설정하였다. 이 동상은 증류수(2% acetic acid 함유, A 용매)와 MeOH (2% acetic acid 함유, B 용매)을 사용하였으며, 용출은 A:B 가 80:20으로 시작하여 15분 후 50:50, 25분 후 25:75, 30 분후 0:100이 되도록 한 다음 15분간 0:100으로 더 용출시 키는 gradient 용출법을 이용하였다.
5.비타민 C 함량 분석
비타민 C 함량은 Kim et al.(2012)의 방법을 응용하여 분 석하였다. 각 시료 0.5 g에 5% 메타인산을 가하여 10 mL로 정용한 다음 membrane filter (0.20 μm, Milipore Co., USA) 로 여과하여 시험용액으로 하였다. HPLC 분석은 Nova-Pak® C18 column (3.9×300mm, 4 μm, Waters, Milford, MA, USA) 을 이용하여, 1.0 mL/min의 유속으로 254 nm의 검출파장에 서 행하였으며, column 온도는 40℃로 설정하였다. 이동상 은 증류수(2% acetic acid 함유)를 이용한 isocratic 용출법을 이용하였다.
6.유리아미노산 함량 분석
유리아미노산 함량은 Cha et al.(2011)의 방법을 응용하여 분석하였다. 각 시료 1 g에 단백질 제거를 위해 10% trichloroacetic acid (TCA) 20 mL를 가하여 균질화한 다음 원심분리 (10,000 rpm, 4℃, 10 min, Combi 514R, Hanil science industrial, Korea)를 행하였다. 원심분리 된 상층액 15 mL에 증류수와 ether 각각 50 mL를 가하여 용매분획하여 TCA를 제거한 다음 물층은 감압농축 후, 0.2 N sodium citrate buffer (pH 2.2) 10 mL로 정용하고 membrane filter (0.20 μm, Milipore Co., USA)로 여과하여 분석에 이용하였다. 시 료액은 아미노산 자동 분석기(Shimadzu prominence series HPLC, Kyoto, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 분석조건은 다음과 같다. Column은 Shim-pack Amino-Li E9059, Shimpack ISC-30/S0504 (Li)을 사용하였고, 이동상은 0.2N sodium citrate buffer (pH 3.2)와 0.6 N sodium citrate buffer (pH 10.0) 및 0.2M sodium hydroxide solution을 사용하였다. 이동상의 유속은 0.6 mL/min, reaction solution의 유속은 0.2 mL/min으로 하였으며, 여기파장은 350 nm, 형광파장은 450 nm로 하였다.
7.통계처리
통계처리는 Statistical Package for Social Sciences (IMB, Armonk, NY, USA)를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내 었다. 또한 시료 간의 차이는 One-way ANOVA와 사후검정 (Tukey-Kramer test)을 실시하였으며, 분석 시 유의수준은 p<0.05로 설정하였다.
III.결과 및 고찰
1.생육 및 무기성분 분석
6일간 재배 후 재배기에 있는 콩나물 중 무작위로 100개 의 콩나물을 취해 배축의 길이를 측정하여 평균한 결과 <Table 1>, 물로만 재배한 콩나물(무처리)의 경우 배축의 길 이가 8.8 cm이였으며, 성장촉진제(6-benzylaminopurine, B.A) 1.25 ppm을 첨가하여 불린 후 재배한 콩나물은 10.3 cm로 무 처리보다 성장수율이 높음을 알 수 있었다. 대나무 회분 농 도를 달리한 재배수로 재배한 콩나물의 경우 2.0 g/L 이하의 농도에서는 무처리보다 성장수율이 좋았으며, 특히 0.2 g/L 의 농도는 9.7 cm로 성장촉진제를 첨가한 콩나물과 비슷한 성장수율을 보였다. 그러나 농도가 높을수록 전체적인 성장 길이는 점차 줄어드는 경향을 보였고, 특히 2.0 g/L 이상의 농도를 재배수로 이용한 콩나물은 무처리와 비슷하거나 오 히려 성장이 유의적으로 더 억제됨을 알 수 있었다.
Lee et al.(2002)은 Al, Mn은 식물의 신장생장을 억제한다 고 보고하였으며, Kim et al.(2010)은 K 등의 무기물의 함량 이 과다할 경우 식물체에 독특한 증상을 나타낸다고 하였다. 식물에 대한 영향은 아니지만 Park & Lee(2011)은 과잉의 Fe 함량은 임신 쥐의 조직에 산화적 스트레스로 작용한다고 보고 하였듯이 대나무 회분뿐만 아니라 무기물의 함량이 높 은 회분을 식물의 성장 수율 향상을 위해 사용하기 위해서 는 적정 농도를 고려해서 사용해야 한다고 생각되어진다.
무기물의 함량을 살펴본 결과<Table 2> 대나무 회분에는 K>Mg>Ca>Na>Mn>Zn>Fe>Cu순이었으며 그 중 K, Mg, Ca의 함량은 타 무기물에 비해 그 함량이 절대적 우위에 있 었다. 물로만 재배한 무처리에는 Cu, Mn, Zn은 검출되지 않 았으며, Kim et al.(2005)의 보고와 같이 주요 무기물은 K, Ca, Mg으로 나타났다. 성장촉진제로 불린 콩나물 시료 역시 무처리와 동일한 결과를 보여 성장촉진제가 콩나물의 성장 에 효과를 보이지만 무기물의 함량 증가에는 별다른 영향을 미치지 않음을 확인 할 수 있었다. 대나무 회분을 농도별로 처리한 콩나물은 그 농도가 높을수록 전체적인 무기물의 함 량은 무처리보다 증가하는 경향을 보였으며, 특히 K 함량 증 가는 유의적으로 크게 나타났다. 이로써 콩나물의 재배 시 K 의 흡수율이 다른 무기물들에 특히 높음을 알 수 있었고, 적 정농도 이상의 K은 오히려 성장수율에 영향을 줄 수 있다는 Kim et al.(2010)의 보고를 재확인 할 수 있었다.
2.이소플라본 함량 분석
이소플라본은 그 구조와 역할이 estrogen과 비슷하여(Kim et al. 2003) 여성에게 있어서 골다공증 예방 및 심혈관계 질 환에 도움을 준다(Kim et al. 2004). 이에 본 연구에서는 glycoside 형태의 daidzin, glycitin, genestin과 aglycone 형 태인 daidzein, glycitein, genestein 총 6종의 isoflavone을 분석하였다. 그 결과<Table 3> 콩나물은 재배조건에 관계없 이 Kim et al.(2003)의 보고에서처럼 glycoside 형태의 daidzin 과 genestin의 함량이 90% 이상을 차지하고 있었으며, 그 비 율은 약 1:1에 가까웠다. Kim et al.(2004)의 보고에서처럼 식물체 내에서는 대부분의 물질이 aglycone보다 glycoside 형태로 존재하기 때문에 daidzin과 genestin의 함량이 aglycone 형태인 daidzein과 genestein보다 높은 것으로 사료 되어진다. 이소플라본 함량은 성장촉진제를 첨가하여 불린 후 재배한 콩나물이 물로만 재배한 무처리보다 성장수율 <Table 1> 부분이 더 좋아지면서 높게 나타났으며, 대나무 회분 농도별 재배 콩나물의 경우 6.0 g/L 미만의 농도에서는 무처리보다 aglycone 형태의 함량은 뚜렷한 증가를 보였고, glycoside 형태의 함량은 1.0 g/L 농도 이상부터 급격히 줄어 드는 경향을 보였는데 이러한 결과는 무기물 함량이 증가하 면서 성장수율이 억제되어 나타난 결과로 생각되어진다.
3.비타민 C 함량 분석
비타민 C의 함량 분석 결과<Table 4>, 성장촉진제를 첨가 하여 불린 후 재배한 콩나물과 대나무 회분 농도를 달리한 재배수 중 0.2~1.0 g/L 농도로 재배한 콩나물들은 그 함량이 물로만 재배한 무처리보다 높게 나타났으며, 1.4 g/L 이상의 농도로 재배한 콩나물들은 오히려 무처리보다 낮은 경향을 보였다. 이와 같은 결과는 상기의 생장 분석<Table 1>과 비 슷한 결과로 성장수율 증가로 인한 상대적인 함량 비 증가 로 생각되어진다. 0.2 g/L 농도의 재배수로 재배한 콩나물의 경우 생육정도, isoflavone 함량<Table 3> 뿐만 아니라 비타 민 C 함량까지 높게 나타나 콩나물 재배 시 대나무 회분의 적정 농도로 판단되어진다.
Kim et al.(2005)은 8일간 재배한 콩나물의 비타민 C 함량 은 8.8~20.9 mg/100 g (신선중량)으로 보고하였으며, Byun et al.(1977)과, Shon et al.(2008)이 보고한 콩나물의 수분함 량을 약 90%로 고려하여 건조중량으로 환산 시 비타민 C 함량은 88~209 mg/100 g이다. 본 연구에서는 콩 상당량으로 서 그 함량은 8.44~10.60 mg/100 g이었으며, 건조중량으로 환산 시 6.75~8.48 mg/100 g으로 13~20배 정도의 함량 차이 를 보였다. 이러한 결과는 콩은 품종, 저장상태, 재배조건에 따라 생장률과 발아율 및 성분(isoflavone) 함량 등이 영향을 받는다는 보고(Shin & Choi 1996; Lee & Rhee 1999; Kim et al. 2004)처럼 다양한 영향에 의한 것으로 판단되어 진다.
4.유리아미노산 함량 분석
물로만 재배한 콩나물 무처리와 성장촉진제를 첨가하여 불 린 후 재배한 콩나물 B.A, 그리고 대나무 회분 농도(0.2~ 10.0 g/L)를 달리한 재배수로 재배한 콩나물의 유리 아미노 산 함량은 <Table 5>에 나타내었다. 함량이 가장 높은 아미 노산은 serine, valine, alanine, histidine, isoleucine, phenylalanine, aspartic acid, γ-aminobutyric acid (GABA), threonine, lysine, leucine, cystine 순이었으며, 체내에서 합성할 수 없 어 식품으로 섭취해야하는 필수 아미노산인 threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine, histidine, lysine 모두를 고루 함유하고 있었다.
Cha et al.(2011)의 보고처럼 asparagine 함량은 제일 높았 으나 그 외 아미노산 함량 비율은 서로 비슷한 경향을 보이 지 않았고, 대나무 회분 농도(0.2~10.0 g/L)를 달리한 재배수 로 재배한 콩나물 중 0.2~1.4 g/L의 콩나물들은 무처리보다 신장수율은 좋았으나 몇몇 아미노산이나 총 아미노산 함량 은 무처리보다 그 함량이 높지 않았다. 이러한 결과를 종합 해 볼 때 콩나물은 품종, 저장상태, 재배조건, 환경 등에 의 해 성분 함량뿐만 아니라 및 그 비율에도 영향을 받음을 알 수 있었다. 그러나 0.2~1.0 g/L 농도의 콩나물들은 무처리보 다 leucine, ornithine, lysine 함량이 상대적으로 높게 나타났 는데, leucine의 경우 필수 아미노산으로서 영양대사 측면에 서 다양한 역할을 하며 최근에는 체지방 감소 효과가 있다 고 보고되었고(Park et al. 2009), ornithine은 비단백태 아미 노산으로 성장호르몬 분비, 주름 및 간기능 개선 이외에 비 만 예방 등의 기능성을 갖는 것으로 밝혀지고 있으며(Yu et al. 2011), lysine은 인간과 단위가축이 섭취해야 하는 필수 아미노산으로서 화곡류에 부족한 첫 번째 제한 아미노산이 다(Kim et al. 2012). 이러한 보고를 통해 콩나물을 섭취 시 lysine, leucine, ornithine 함량이 더 높은 대나무 회분 첨가 재배수로 키운 콩나물을 섭취한다면 쌀에 부족한 lysine 섭 취량이 더 증가 할 뿐만 아니라 함량이 더 높은 leucine, ornithine으로 인해 탄수화물 섭취로 비만해지기 쉬운 현대인 들의 비만예방에도 도움이 될 것으로 사료되어진다.
IV.요약 및 결론
본 연구는 죽세공품 등을 제작하고 남은 잔여물이나 비사 용 부위 대나무를 회분화 하여 콩나물 재배에 이용함으로써 폐자원의 활용과 상품의 부가가치 상승이라는 두 가지 측면 의 가능성 여부를 알아보고자 하였다. 콩나물은 대나무 회분 농도(0.2~10.0 g/L)를 달리한 물을 재배수로 이용한 방법과 대조구로 순수한 물을 재배수로 이용한 방법(무처리), 성장 촉진제를 첨가하여 콩을 불린 후 순수한 물을 재배수로 이 용한 방법(B.A)을 이용하여 생육정도, 무기물 함량, 이소플 라본 함량, 비타민 C 함량, 아미노산 함량을 분석하였다. 그 결과, 생육정도는 2.0 g/L 이상의 농도를 재배수로 이용한 콩 나물은 무처리보다 생육이 좋지 못하였으나, 2.0 g/L 이하의 농도에서는 무처리보다 좋았으며, 특히 0.2 g/L의 농도는 9.7 cm로 성장촉진제를 첨가한 콩나물과 비슷한 성장수율을 보 였다. 무기물의 함량을 살펴본 결과 주요 무기물은 K, Ca, Mg이었으며, 대나무 회분을 농도별로 처리한 콩나물은 그 농도가 높을수록 전체적인 함량은 무처리보다 증가하였고, 특히 K 함량은 눈에 띄게 증가하였다. 이소플라본 함량은 재 배조건에 관계없이 glycoside 형태의 daidzin과 genestin 함 량이 90% 이상을 차지하고 있었으며, 0.2 g/L 농도의 경우는 6개의 이소플라본(daidzin, glycitin, genestin, daidzein, glycitein, genestein) 함량이 무처리보다 모두 높게 나타났다. 비타민 C 의 함량은 성장촉진제와 0.2~1.0 g/L 농도로 재배한 콩나물 들의 함량이 무처리보다 높게 나타났으며, 유리아미노산의 경우 모든 재배조건에서 asparagine 함량이 616.05~849.15 mg/100 g으로 현저히 높았다. 또한 필수 아미노산인 threonine, valine, methionine, isoleucine, leucine, phenylalanine, histidine, lysine 모두를 고루 함유하고 있었으며, 그 중 0.2~1.0 g/L 농도로 재배한 콩나물의 경우 무처리보다 leucine, ornithine, lysine 함량이 상대적으로 높게 나타났다. 이상의 결과로부터 대나무 회분 농도(0.2~10.0 g/L)를 달리한 물을 재배수로 이용하여 재배한 경우 2.0~10.0 g/L 농도에서 는 생육이 낮아 상품성이 떨어졌으나, 0.2~1.4 g/L 농도의 경 우는 생육이 좋아 사용 가능성이 시사되었다. 특히, 0.2 g/L 농도는 성장촉진제를 첨가하여 재배한 콩나물과 비교 시 생 육정도, 무기물, 이소플라본, 비타민 C의 함량이 비슷하거나 우수하여 성장촉진제 대체 가능성이 시사되었으며, 콩나물 재배에 첨가 시 적정 농도로 판단된다.