물리적 처리에 의한 밀 gliadin의 알러겐성 변화 및 밀 가공 제품의 품질특성 변화

Abstract

1. 물리적 처리에 의한 밀가루 및 밀반죽 gliadin의 항원성 변화 밀가루 및 밀반죽에 초고압, 감마선 및 Microwave를 처리하였을때 gliadin의 항원성은 IgG와의 반응성이 높게 유지되어 무처리구와 큰 차이가 나지 않았다. 강력분, 중력분, 및 박력분 밀가루에 가압가열 처리했을 경우, 50분 처리시 87%, 68%, 및 82%의 결합력을 보여 항원성의 감소가 가장 컸으며, 가압가열 및 microwave 병행 처리하였을 경우에는 가압가열 처리시간이 증가함에 따라 결합력이 감소하였으나, microwave 처리시간이 10분 보다 5분 처리 시 결합력이 다소 낮게 나타나, 가압가열 50분 및 microwave 5분 처리시, 89%, 73% 및 93%로 가장 낮은 항원성을 보였다. 반죽에 가압가열 처리했을 경우 강력분 및 중력분은 30분 처리시 35%, 76%, 박력분은 50분 처리시 33%의 결합력을 보여 가장 낮은 항원성을 나타내었다. 반죽에 가압가열 및 microwave 병행 처리시는 강력분, 중력분은 50분/10분 처리시 21%, 33%이였으며, 박력분은 50분/5분 처리시 26%로 가장 낮은 항원성을 보였다.

2. 물리적 처리에 의한 밀 가공제품 gliadin의 알러겐성 변화 반죽에 물리적 처리를 한 후 빵, 쿠키 및 삶은면을 제조하였을 때, 가압가열 및 microwave 병행 처리시 각각 15%(30분/1분), 61%(30분/1분), 및 27%(50분/1분)로 낮은 항원성을 나타내었다. 환자혈청에 대한 빵, 쿠키, 및 삶은면의 gliadin과의 반응성은 가압가열 및 microwave 병행 처리시 각각 56%, 54%, 및 58%로 가장 낮게 나타났다. Immunoblotting의 IgG 및 환자혈청에 대한 반응결과에서는 무처리에서 약 30-35 kDa 부근의 단백질이 반응이 강하게 나타났으나, 반죽의 경우 가압가열 및 microwave 병행 처리시 반응이 나타나지 않았다.

3. 물리적 처리에 의한 밀가루 및 밀반죽 gliadin의 단백질 및 gliadin의 2차구조 변화 SDS-PAGE 결과에서는, 강력분, 중력분 및 박력분에 초고압 및 감마선 처리시에는 gliadin 단백질 (약 30-75 kDa)의 변화가 없었으나, 가압가열 및 가압가열과 microwave 병행 처리시에는 강력분, 중력분 및 박력분에서 약 35 kDa 부근의 단백질이 가압가열 처리시간이 증가함에 따라 강도가 약화되었다. 강력분 및 박력분 반죽은 가압가열 처리에의해 gliadin 단백질이 상당히 소실되었다. 밀가루 및 반죽에 가압가열, microwave, 및 가압가열 및 microwave 병행 처리 후 빵, 생면, 및 쿠키를 제조한 경우, 밀가루에 물리적 처리시에는 가압가열 및 병행처리구에서 gliadin(분자량 30-75 kDa) 단백질 중 약 50-66 kDa, 35 kDa 부근의 단백질 band가 관찰되었으며, 중력분 및 박력분에서는 약 35 kDa 부근의 단백질은 큰 변화가 없었다. 반죽에 물리적 처리 후 빵 및 쿠키의 굽기 전후는 무처리 및 microwave 처리구에서만 gliadin 단백질 중 약 35 kDa 단백질 밴드가 관찰되었지만 다른 처리구는 상당히 소실되었다. 또한 모든 실험구에서 약 50~66 kDa 사이의 단백질이 관찰되었다. 생면에 물리적 처리했을 때와 처리후 삶은면은 microwave 1분 처리구가 gliadin 단백질(약 30-75 kDa) 중 약 55 kDa band의 강도 감소이외에는 비슷한 패턴을 보였지만 다른 처리구에서는 gliadin 단백질이 상당히 소실된 것을 확인하였다. Gliadin에 가압가열, microwave, 가압가열 및 microwave 처리시 2차구조 측정 결과, 가압가열 및 병행 처리시 207 nm의 negative maximum이 낮은 파장대로 바뀌어 ordered structure 구조가 random coil로 전환된 것을 알 수 있었으며, microwave 처리시에는 다른 처리구에 비해 그 변화가 적었다. 이상으로 물리적 처리 중 가압가열 및 microwave 병행 처리시, gliadin의 2차 구조가 가장 많이 파괴된것으로 나타났다.

4. 물리적 처리에 의한 밀 가공제품의 품질 특성 변화 가압가열과 가압가열 및 microwave 병행 처리된 강력분 및 중력분 반죽에 대한 Mixograph 및 팽창도 측정 결과 반죽의 내구성이 저하된 것으로 나타났다. 밀가루 또는 반죽에 가압가열, microwave 및 병행 처리하여 빵 및 생면을 제조하였을 경우 pH, 수분함량, 색도는 큰 차이가 없었으나, 쿠키는 반죽에 가압가열 처리했을 경우 수분함량이 상당히 증가하였다. 물성은 물리적 처리에 의해 경도, 검성, 씹힘성, 전단력에서 빵은 밀가루 및 반죽에 처리시, 생면의 경우 반죽에 처리 시, 쿠키는 병행 처리시 오븐에 구운 후 가장 많은 증가를 보였다. 빵, 쿠키 및 생면의 관능평가에서는 알러겐성에 가장 효과를 보인 가압가열 및 microwave 병행 처리구가 빵 및 쿠키의 관능에서 질감, 형태, 색 및 전체적인 기호도에서 낮은 점수를 받았으나, 삶은면의 경우 병행 처리를 하여도 무처리구와 큰 차이를 나타내지 않았다. 이상으로 빵 및 쿠키에서의 병행 처리에 의한 품질의 문제점을 개선할 수 있는 대책을 마련한다면 병행 처리에 의해 알러겐성이 저감화된 제품 개발에 적합할 것으로 사료된다.

The prevalence of food allergy to wheat has increased over the past 10 years among children as well as adults. Food allergy to wheat induces various clinical symptoms. Atopic dermatitis with or without asthma, occurs mainly in children and urticaria and wheat-dependent exercise-induced anaphylaxis is most commonly found in adults. Major allergens were found among gliadins and LMW glutenin subunits as well as water-salt soluble proteins. Currently, the effective way to reduce the allergenicity is the diet elimination for the avoidance, but it causes the nutritional problems. To date, various food processing techniques have been used to reduce the allergenicity of allergic foods. However, the effect of physical processing on allergenicity of wheat is not well known. The aim of our investigation is to verify the influence of different physical treatments (high hydrostatic pressure (HHP), gamma irradiation, microwave, autoclave, and autoclave in combination with microwave) applied to wheat flour (strong, medium, and soft), wheat dough (strong, medium, and soft) and wheat products (bread, noodle, and cookie) on immunological reaction of gliadin proteins and quality characteristics of wheat products. Furthermore, the changes in secondary structure of gliadin proteins by the physical treatments were presented. The HHP, gamma irradiation, and microwave were not able to decrease the binding ability of gliadin in the strong, medium, soft wheat flours and dough. When the strong, medium and soft flours were treated with autoclave at 50 min, three flours showed the lowest binding ability of 87%, 68%, and 82%, respectively. In the autoclave in combination with microwave treatment, the binding ability tended to decrease with increasing autoclaving time, but, when three flours were treated with microwave for 5 min, the binding ability decreased more than for 10 min. The three flours treated with autoclave (50 min)/microwave (5 min) showed the lowest binding ability of 89%, 73% and 93%. When the strong, medium and soft dough were treated with autoclave, the strong and medium dough showed the lowest binding ability of gliadin of 35% and 76%, respectively, at 30 min, and the binding ability of gliadin in soft dough was 33% at 50 min. In the autoclave in combination with microwave treatment, the binding ability of gliadin in the strong and medium dough was 21% and 33%, respectively, at autoclave 50 min/microwave 10 min and the binding ability of gliadin in the soft dough was 26% at autoclave 50 min/microwave 5 min. When bread, cookie, boiled noodle were made by dough treated with autoclave or microwave, in case of autoclave in combination with microwave, the three products showed the lowest binding ability of 15% (30 min/1 min), 61% (30 min/1 min), and 27% (50 min/1 min), respectively, while the bread, cookie, and noodle made by flour treated with autoclave or autoclave/microwave showed high binding abilities of gliadin to IgG. The binding ability of bread, cookie, and boiled noodle to patient’s serum was decreased to 56%, 54% and 58%, respectively, when three products were treated with autoclave in combination with microwave. In the results of Immunoblotting, IgG and patient’s serum reacted strongly with the 30-35 kDa band of gliadin proteins in the untreated dough and three products, while IgG and patient’s serum did not react with gliadin proteins when dough and three products were treated with autoclave in combination with microwave. The changes in secondary structure of gliadin by autoclave, microwave and autoclave in combination with microwave were measured. Increase of autoclave, microwave and autoclave/microwave treatment time shifted the negative maximum CD (mdeg) values into lower wavelength. It indicates the increase of random coil structure of the protein. Especially, in case of the autoclave in combination with microwave treatment, its structure was severely disrupted, resulting in the decrease in allergenicity of gliadin in wheat products. When bread and noodle were made by flour or dough treated with autoclave in combination with microwave, the pH, moisture content and color did not differ from untreated products, but, the moisture content of cookie made by dough treated with autoclave increased. In the results of texture, hardness, gumminess, chewiness and shear force increased at breads made by flour and dough treated with physical treatments, noodle made by dough treated with physical treatments and cookie baked made by dough treated with autoclave/microwave. In the results of sensory evaluation, in the case of autoclave in combination with microwave treatment, texture, inner shape, color and total preference of bread and cookie scored low. These results are used from totally different texture compared to existing products. Therefore, if improvement measures against these problems are made, this physical processing is effective for development of hypoallergenic wheat products.