식품과 사료에는 성장과 영양에 필수적인 아미노산을 함유한 화학적 화합물이 들어 있습니다. 적절한 영양을 위해서는 아미노산 함량을 분석하는 것이 중요합니다. 그러나 이들 제품은 벌크 공정을 통해 생산됩니다. 벌크 공정은 의약품 제조와 마찬가지로 같은 생산 회차 안에서도 산출량이 다릅니다. 대표적인 샘플을 선택할 때에는 이 점을 고려해야 합니다. 일반적으로는 서브샘플링이 필요합니다. 이들 제품의 아미노산을 분석할 때에는 여러 가지 방법을 동원하여 샘플을 정확히 분석하고 단백질의 총 조성을 파악해야 합니다. 식품과 사료는 벌크 상태로 생산되고 단백질이 아닌 성분도 들어 있으므로 액체 가수분해를 권장합니다.
주의: 황 함유 아미노산 시스테인과 메티오닌, 아미노산 트립토판은 표준 산성 가수분해에서 안정적이지 않습니다. 이들 아미노산을 제대로 분석하려면 다른 방법을 적용해 보는 것도 좋습니다.
이번 섹션에서는 다음 세 가지 가수분해 절차를 소개합니다.
단백질에 결합되어 있는 아미노산을 분석할 때에는 (그림 1과 같이) 펩타이드 결합을 끊어 분석이 가능한 아미노산을 방출시켜야 합니다. 가수분해할 사료 단백질 샘플의 경우, 샘플 물질의 pH와 고체의 존재를 고려해야 합니다 앞 섹션에서 설명했듯이 가수분해의 속도나 범위는 단백질에 포함되어 있는 아미노산별로 다릅니다. 식품 물질 안에 결합되어 있는 단백질은 특히 더 그렇습니다. 어떤 가수분해 방법이든 파라미터는 면밀한 실험을 거친 후에 선택해야 합니다.
사료를 분석할 때에는 다음과 같은 샘플 전처리 요소를 고려해야 합니다.
사료 곡물과 유사 샘플은 대개 고르지 않습니다. 최대한 고르게 하려면 샘플을 고운 가루로 갈아야 합니다. 지방이 많이 함유된 샘플은 표준 절차로 지방을 제거한 후에 갈아도 됩니다. 입자가 고우면 사료 단백질의 효과적인 가수분해가 가능해 집니다. AOAC Method(4.1.11, 994.12b, J.AOAC Int. 88, 2005, Amino Acid Analysis of Feeds)에서는 샘플이 0.25mm 또는 60 메시(입자 크기 250µm)를 통과할 때까지 갈아야 합니다.
사료 속 아미노산을 분석하는 AOAC Method에서는 다음 계산법을 이용하여 사료 분석에 사용될 샘플의 양을 측정합니다.
사용할 시험 분량은 다음과 같이 근사치로 계산합니다.
Ws = 1000/Ns
여기서 Ns = 시험 분량의 질소 함량(%)이며 Ws = 10mg 질소 함량에 해당하는 시험 물질의 중량(mg)입니다.
일반적으로 이것은 분석 대상 샘플 각각에 대해 물질 100~1000mg 범위에 속합니다.
앞서 지적했듯이 단백질 샘플을 효과적으로 가수분해하려면 대규모 산의 중량이 충분히 과량이어야 합니다. 사료도 마찬가지입니다. 다만 AOAC Method 994.12에서는 섹션 2.1.2와 같은 100배 초과량은 아니며 샘플 중량에 추가되는 산 중량의 비는 50~500배 정도입니다. 범위가 이 정도이고 사료 안에 비단백질 입자 물질이 다량으로 들어 있기 때문에 사료 분석을 일상적으로 이용하기 전에 범위를 찾는 연구를 면밀하게 진행해야 합니다.
샘플 속 아미노산별 가수분해의 편차를 보상하는 가장 좋은 방법은 내부 표준물질(IS)을 이용하는 것입니다. Waters에서는 UPLC에서 AccQ•Tag Ultra를 이용할 때에는 IS로 노르발린(Nva)을, HPLC에서 AccQ•Tag를 이용할 때에는 IS로 알파-아미노뷰티르산(AABA) 또는 노르루신을 권장합니다. AOAC Method 994.12에서 사료 분석용으로 권장하는 내부 표준물질은 노르루신입니다. IS를 선택할 때에는 크로마토그래피의 아미노산 피크 간에 원하는 분리능이 나오도록 주의를 기울여야 합니다.
문헌에는 사료 속 아미노산을 분석할 때 이용할 만한 여러 가지 Method가 나와 있습니다. 여기 소개하는 Method는 AOAC Method 994.12 Amino Acids in Feeds를 기반으로 한 것입니다.
구연산나트륨 완충액 - pH 2.20
내부 표준물질 용액
시스테인과 메티오닌은 사료 물질을 분석할 때 중요한 아미노산입니다. 둘 다 사료를 먹는 동물의 성장을 제한하는 역할을 합니다. 표준 산성 가수분해 조건은 이 두 아미노산에 유효하지 않기 때문에 퍼포믹산을 이용하는 다른 산화 방법을 많이 이용합니다. 이 방식에서는 먼저 (그림 3과 같이) 시스테인과 시스틴을 시아누르산으로, 메티오닌은 메티오닌술폰으로 변환합니다. 그런 다음 샘플을 산성 가수분해하여 효과적으로 유도체화합니다.
문헌에는 퍼포믹산 산화 방법이 몇 가지 버전으로 나와 있습니다. 전체 프로세스는 비슷하지만 세부 항목은 다릅니다. 본 지침서에서는 일단 두 가지만 소개합니다. 하나는 AOAC 994.12이고 다른 하나는 MacDonald 등(1985)이 제안한 방법입니다. 방법을 선택하기 전에 면밀하게 평가하고 최적화해야 합니다.
구연산나트륨 완충액—pH 2.20
6. 그러면 샘플은 유도체화를 할 준비가 되었습니다.
주의: 문헌에는 이 분석이 여러 가지 이름으로 나와 있습니다. 퍼포믹산과 브롬화 수소의 양, 증발 온도에 대해서도 의견이 분분합니다. 양 및/또는 온도를 바꾸면 7단계의 증발 시간도 달라집니다.
산성 가수분해 표준 조건에서는 트립토판(Trp)이 불안정하여 효과적으로 분석되지 않습니다. 사료 속 아미노산이 방출되어 분석이 가능하도록 염기 가수분해라는 방법을 이용해야 합니다. 이 방법에서는 4.2M NaOH을 사용해 단백질을 가수분해합니다. 이 방법은 마직막에 유도체화 단계가 필요 없다는 장점이 있습니다. 280nm UV 검출을 이용하는 기기 분석만 하면 됩니다.
여기 소개하는 절차는 AOAC Method 988.15 Tryptophan in Foods and Food and Feed Ingredients을 각색한 것입니다.
주의: 여기서는 유도체화하지 않고 상청액 한 분량을 UV(289nm) 분석해도 됩니다.