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문제 정의
- 본 연구에서는 위에서 언급한 세 가지 국내 식품재료에 함 유된 향기 성분을 정량, 정성 분석하고 그 향기성분의 항산화 능력을 측정했다. 즉, 미나리, 쑥갓, 참깨를 감압하의 증기 증 류와 dichloromethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출로 분리 된 향기 성부을 gas chromatography/mass spectrometry(GC/MS) 와 gas chromatography-flame ionization detector(GC-FID)-> 이용하여 정성 및 정량 분석하였고, 향기성분의 항산화능력eAldehyde/Carboxlic acid assay와 Lipid MA(malonaldehyde) assay를 통해서 측정되었다.
- 식물체로 한국에서의 식품 재료로 주로 사용되는 미나리, 쑥 갓, 참깨가 지닌 향기 성분의 항산화능에 대하여 연구하였다. 식물체 식품재료의 향기 성분은 감압하의 증기 증류와 dichlo- romethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출을 이용하여 추출하 였고, 추출된 향기 성분의 정성 및 정량 분석과 이들이 지닌 항산화능에 대하여 연구하였다.
가설 설정
- 2)Solvent peak excluded.
- 3)Values are on dried weight of Chrysanthemum coronarium in ㎍/g.
- 3)Values are on dried weight of Sesamum indicum in ㎍/g.
제안 방법
- Hexanal의 정량분석은 flame ionization detector(FID)가 부착 된 GC(5890, Hewlett-Packard Co, USA)을 사용하였다. Hexanal 정량을 위한 GC의 분석조건으로 컬럼은 HP-1 capillaiy column(0.32 mm l.D. X 30 m, 0.25 jim film thickness, Hewlett- Packard , USA)을 사용하였고, injector와 detector는 각각 300℃, 28(TC로 설정하였다. Oven 온도는 4(FC에서 2분간 유지한 다음 분당 5P로 180℃까지 올린 후 180℃에서 10분간 유지하도 록 하였다.
- 5 mL/s, 2 sec)를 주입시켜 산화를 촉진한다. Hexanal의 감소량은 10일 간격으로 GC로 측정하였다.
- Hexanal의 정량분석은 flame ionization detector(FID)가 부착 된 GC(5890, Hewlett-Packard Co, USA)을 사용하였다. Hexanal 정량을 위한 GC의 분석조건으로 컬럼은 HP-1 capillaiy column(0.
- 2 mg/mL)이 포함된 hexanal(3 mg/mL)을 2 mL volumetric flask에 넣고 dichloromethane을 사용하여 총 2ml로 맞춘다. 각 시료는 8mL 밀봉 시료병에 담아 산화를 촉 진하기 위해 60℃로 10분 동안 중탕 열처리한 후 30일간 실내 온도로 저장하였다. 각 밀봉 시료병은 처음 10일간 공기(1.
- 1과 같다. 각 실험은 3반복 시행하였고(n = 3), hexanal의 산화에 대한 향기 추출물의 저해 영향을 백분율로 나타내었다. 양성 대조군(positive control)으로 a-tocopherol을 사용하여 농도(10, 50, 100, 500)ig/mL)를 달리하여, 동일한 방법으로비교하였다.
- 식물체로 한국에서의 식품 재료로 주로 사용되는 미나리, 쑥 갓, 참깨가 지닌 향기 성분의 항산화능에 대하여 연구하였다. 식물체 식품재료의 향기 성분은 감압하의 증기 증류와 dichlo- romethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출을 이용하여 추출하 였고, 추출된 향기 성분의 정성 및 정량 분석과 이들이 지닌 항산화능에 대하여 연구하였다. 연구 결과는 미나리, 쑥갓, 참 깨의 고유한 향기 성분을 가진다는 것과 이들의 향기 추출물이 Aldehyde/Carboxylic acid assay와 Lipid MA assay에서 항산화능을 가지고 있음을 보여준다.
- 약용 식물체에서 분리한 휘발성 향기 성분 정량은 GC(6890,Hewlett-Packard Co., Palo Alto, USA)를 사용하였다. Injector 온도는 200℃, oven 온도는 5(TC에서 2분간 유지한 다음 분당 3℃로 200℃까지 올린 후 20CTC에서 20분간 유지하도록 하였다.
- 약용 식물체에서 분리한 휘발성 향기 성분의 정성은 GC(5890,Hewlett-Packard Co, Palo Alto, US A) 에 mass selective detector (MSD, 5972, Hewlett-Packard Co., Palo Alto, USA)을 부착한GC-MSD system을 사용하였다. 향기 성분 정성과 정량을 위한 GC의 분석조건으로 컬럼은 DB-WAX bonded-phase fused-silica capillary column(0.
- 각 실험은 3반복 시행하였고(n = 3), hexanal의 산화에 대한 향기 추출물의 저해 영향을 백분율로 나타내었다. 양성 대조군(positive control)으로 a-tocopherol을 사용하여 농도(10, 50, 100, 500)ig/mL)를 달리하여, 동일한 방법으로비교하였다.
- 증류액은 액체-액체 연속 추출기를 사용하여 100 mL dichloromethane으로 员]간동안 추줄하였다. 주줄액은 sodium sulfate 25 g을 가하여 냉동고에서 12시간 동안 방치하여 탈수 한 추출액을 진공감압농축기(R110, BUCHI, Switzerland)# 사용하여 약 ImL로 농축하고, 0.4 mL가 될 때까지 질소(NJ로 농축하였다.
- 본 연구에서는 위에서 언급한 세 가지 국내 식품재료에 함 유된 향기 성분을 정량, 정성 분석하고 그 향기성분의 항산화 능력을 측정했다. 즉, 미나리, 쑥갓, 참깨를 감압하의 증기 증 류와 dichloromethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출로 분리 된 향기 성부을 gas chromatography/mass spectrometry(GC/MS) 와 gas chromatography-flame ionization detector(GC-FID)-> 이용하여 정성 및 정량 분석하였고, 향기성분의 항산화능력eAldehyde/Carboxlic acid assay와 Lipid MA(malonaldehyde) assay를 통해서 측정되었다.
- 추출물은 분석 저울을 사용하여 함량을 측정하였다. 향기 성 분과 용매의 전체 피크 면적 백분율 (peak area percentage)을 측 정하기 위해 GC를 사용하였으며, total ion chromatogram상의 피크 면적 (peak area)은 컴퓨터에 내장된 프로그램 (GC Chem- station, Hewlett-Packard Co.
- 추출물은 분석 저울을 사용하여 함량을 측정하였다. 향기 성 분과 용매의 전체 피크 면적 백분율 (peak area percentage)을 측 정하기 위해 GC를 사용하였으며, total ion chromatogram상의 피크 면적 (peak area)은 컴퓨터에 내장된 프로그램 (GC Chem- station, Hewlett-Packard Co., USA)에 의해 계산하였다. 향기 성분의 전체 질량은 각 추출물의 질량에 향기 성분의 전체 peak area percentage를 곱하여 계산되었다.
- , Palo Alto, USA)을 부착한GC-MSD system을 사용하였다. 향기 성분 정성과 정량을 위한 GC의 분석조건으로 컬럼은 DB-WAX bonded-phase fused-silica capillary column(0.32 mm I.D. X60 m, 0.25 |im film thickness, J & W Scientific, CA, USA)을 사용하였고, injector 온도는 200℃, oven 온도는 5(TC에서 2분간 유지한 다음 분당 31로 20CTC까지 올린 후 2001에서 30분간 유지하도록 하였다. 운반 기체는 헬륨을 사용하였고, 평균 유속은 44cm/sec로 고정하였 으며 splitless mode로 1 μL 주입하였다.
- 한편 향기 성분 정성을 위한 MS의 분석 조건으로 MS ionization voltage는 70 eV, source 온도는 200℃, interface temper- ature는 280℃, mass spectrum scan range는 50-550 m/z로 하였다. 향기 성분은 Kovats gas chromatographic retention index I (15)와 실제 화합물과 비교한 후 각 성분의 Mass Spectrometry (MS) fragmentation, Willy 6th edition MS spectra library와 실제 성분과 비교하여 정성 분석하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 미나리 (Oe"<7;e ./avisw'ca DC), 쑥갓(C£r- ylsanthemum coronarium L. var. spatiosum), 참깨 (Sesmw?indicum L)는 한국산(2004년산)을 구매하였고, 식물의 동정은 동국대학교 한의과대학 연구진의 도움으로 이루어졌다. 향기성분 추출용 용매인 dichloromethane과 수분 건조용 sodium sulfhte는 Junsei사(Tokyo, Japan) 제품을 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 식물 재료는 미나리, 쑥갓 및 참깨로 한 국의 주요 식품소재이며 고유의 독특한 향을 지닌다는 공통점 을 가진다. 미나리 (Oewz沥e javanica DC)는 미나리과에 속하며 우리나라 각처의 물기가 있는 곳, 흔히 습지에서 재배하는 다년초로서(7) 독특한 향미 때문에 연한 부분을 채취하여 김치, 나물, 찌개 등에 이용되고 있으며 그 잎은 한방요법으로 지혈, 정력강장, 보혈, 이뇨, 주독 및 폐렴 등을 치유하는데 사용되었 고, 또한 혈압강하, 해열, 진정, 변비예방, 일사병, 월경불순 및 하혈 등에 효과가 있는 것으로 기록되고 있다(8).
- 25 |im film thickness, J & W Scientific, CA, USA)을 사용하였고, injector 온도는 200℃, oven 온도는 5(TC에서 2분간 유지한 다음 분당 31로 20CTC까지 올린 후 2001에서 30분간 유지하도록 하였다. 운반 기체는 헬륨을 사용하였고, 평균 유속은 44cm/sec로 고정하였 으며 splitless mode로 1 μL 주입하였다.
- Injector 온도는 200℃, oven 온도는 5(TC에서 2분간 유지한 다음 분당 3℃로 200℃까지 올린 후 20CTC에서 20분간 유지하도록 하였다. 운반기체는 헬륨을 사용하였고, split ratio는 20:1로 1 卜iL 주입하였고 각 실험은 두 번 반복되었다.
- oven 온도는 60℃에서 분당 4℃로 160℃까지 올린 후 160℃에서 2분간 유지하도 록 하였다. 운반기체는 헬륨을 사용하였고, 유속은 1.5mL/min 로 고정하였으며 split ratio는20:1로, 1 μL 주입하였다.
- 향기성분 추출용 용매인 dichloromethane과 수분 건조용 sodium sulfhte는 Junsei사(Tokyo, Japan) 제품을 사용하였다. 항산화 활 성 시험에 사용한 hexanal과 N-methylhydrazin(NMH), 2-meth- ylpyrazin, a-tocopherole Sigma사(St. Louis, MO, USA)에서 구입했고 undecanee Aldrich사(Milwaukee, WI, USA) 제품을사용하였다.
- spatiosum), 참깨 (Sesmw?indicum L)는 한국산(2004년산)을 구매하였고, 식물의 동정은 동국대학교 한의과대학 연구진의 도움으로 이루어졌다. 향기성분 추출용 용매인 dichloromethane과 수분 건조용 sodium sulfhte는 Junsei사(Tokyo, Japan) 제품을 사용하였다. 항산화 활 성 시험에 사용한 hexanal과 N-methylhydrazin(NMH), 2-meth- ylpyrazin, a-tocopherole Sigma사(St.
데이터처리
- , USA)에 의해 계산하였다. 향기 성분의 전체 질량은 각 추출물의 질량에 향기 성분의 전체 peak area percentage를 곱하여 계산되었다. 각 향기 성분의 양은 계 산에서 구한 전체 향기 성분 질량에 각 성분의 백분율을 곱하여 얻었다.
이론/모형
- Aldehyde/Carboxylic acid assay: 감압하의 증기 증류에서 얻어진 주줄물의 항산화 활성은 Aldehyde/carboxylic acid assay를 사용하여 측정하였다. Aldehyde/Carboxylic acid assay는 알데히드가 산화에 의해 카르복실산으로의 변화에 대한 저해 영향을 사용한 실험 방법이다(16, 17).
- 향기 성분 추출을 위한 향기 성분 추출방법은 감압하의 증기 증류(DRP: steam distillation under reduced pressure)와 dichloromethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출(LLE: liquidliquid continuous extraction) 방법을 사용하였다. 감압하의 증기 증류 장치에 각 시료 100 g과 증류수 1 L를 3 L round bottom flask에 넣고 감압(5?C and 95 mmHg)하에서 4시간 동안 증기 증류 하였다.
성능/효과
- 이 방법에서는 미나리 향기추출물이 다른 식품재료들에 비해 낮은 항산화 효과를 보여주었다. 30일 동안 쑥갓 향기추출물의10, 50, 100, 500"ig/mL의 농도에서 항산화능은 각각 26, 48, 63, 95%였다. 미나리에 비해선 높은 항산화능을 보여 주었고 가장 높은 농도인 500 |ig/mL에서는 천연 항산화제인 a-toco- pherol과 유사한 결과를 보여 주었다.
- 미나리의 향기추출물은 대조군 과 비교하여 20μg/mL 농도에서 19%까지 MA형성을 저해한 것으로 나타났으며, 100 및 500 μg/mL의 농도에서는 각각 45%, 48%의 항산화효과가 나타났다. 쑥갓으로부터 추출된 향기성분 의 20|ig/mL의 농도에서 24%의 "형성을 억제하였으며, 농 도 100 및 500μg/mL에서는 각각 51%, 54%의 항산화효과가 나타났다. 참깨로부터의 향기추출물의 20ng/mL으] 농도에서 오 히려 지방의 산화가 3% 정도 더 진행되었으나, 100 및 500 |ig/ mL에서는 각각 12%, 29%까지 MA형성을 억제한 것으로 3타 났다.
- 이 세 가지 식품소재의 향기성분들은 천연항산화제인 a- tocopherol과 비교하여도 뒤떨어지지 않았다. Lipid MA assay에 서는 100)ig/mL의 농도에서 MA형성에 대한 저해 효과는 마 늘이 20ng/niL의 농도에서처럼 51%로 가장 높았고 미나리와 참깨가 각각 41%, 12%를 나타냈었다. 500|igmL의 농도에서 MA 저해 효과는 쑥갓 > 미나리 > 참깨의 순으로, 각각 54, 48, 29%를 나타냈다.
- 향기추출물을 넣지 않은 경우, MA 가 768±75nM이 형성되었다. 미나리의 향기추출물은 대조군 과 비교하여 20μg/mL 농도에서 19%까지 MA형성을 저해한 것으로 나타났으며, 100 및 500 μg/mL의 농도에서는 각각 45%, 48%의 항산화효과가 나타났다. 쑥갓으로부터 추출된 향기성분 의 20|ig/mL의 농도에서 24%의 "형성을 억제하였으며, 농 도 100 및 500μg/mL에서는 각각 51%, 54%의 항산화효과가 나타났다.
- Aldehyde/Carboxylic acid assay와 Lipid MA assay는 사용되는 용매가 각각 비극성인 dichloromethane과 극성인 물 로, 비극성이거나 극성이 약한 향기성분들은 친수성의 용매보다 친유성의 용매를 사용하는 측정법에서 좀더 프리라디칼을 소거할 수 있는 능력이 큰 것으로 보고 되고 있다(23). 본 실험을 통해 어떤 물질의 항산화능을 측정하기 위해선 한 가지 의 항산화능 측정법만으로는 불충분하며 반드시 2가지 이상의 항산화능 측정을 통해 객관성을 확보해야 한다는 것을 알 수 있었다.
- 특히 참깨의 경우, Aldehyde/carboxylic acid assay와 LipidMA assay의 측정결과가 다르게 나왔는데, 이는 각 측정법의 용 매의 극성의 차이에 기인한다고 판단된다. 사용된 용매의 항산 화능은 각 시험법별로 시험한 결과 전혀 항산화능을 나타내지않았다. Aldehyde/Carboxylic acid assay와 Lipid MA assay는 사용되는 용매가 각각 비극성인 dichloromethane과 극성인 물 로, 비극성이거나 극성이 약한 향기성분들은 친수성의 용매보다 친유성의 용매를 사용하는 측정법에서 좀더 프리라디칼을 소거할 수 있는 능력이 큰 것으로 보고 되고 있다(23).
- 500|ig/mL의 농도에서 hexanal 산 화 저해 효과는 참깨 > 쑥갓 > 미나리 의 순으로 나타났다. 쑥갓, 참깨의 향기 추출물은 95% 이상의 항산화 효과를 보였고, 미 나리의 향기 추출물은 25%로 가장 작은 항산화 효과를 보였다. 이 세 가지 식품소재의 향기성분들은 천연항산화제인 a- tocopherol과 비교하여도 뒤떨어지지 않았다.
- 식물체 식품재료의 향기 성분은 감압하의 증기 증류와 dichlo- romethane을 용매로한 액체-액체 연속 추출을 이용하여 추출하 였고, 추출된 향기 성분의 정성 및 정량 분석과 이들이 지닌 항산화능에 대하여 연구하였다. 연구 결과는 미나리, 쑥갓, 참 깨의 고유한 향기 성분을 가진다는 것과 이들의 향기 추출물이 Aldehyde/Carboxylic acid assay와 Lipid MA assay에서 항산화능을 가지고 있음을 보여준다. 특히, 쑥갓의 향기 추출물 은 500μg/mL의 농도에서 두 실험결과에서 모두 50% 이상의 항산화능을 나타냈다.
- 증기 증류와 액체-액체 연속 추출을 이용하여 추출한 미나리, 쑥갓, 그리고 참깨의 향기성분의 함량은 각각 5.26, 9.43 그리고 4.83 mg이었다. 미나리의 향기 성분은 GC chromatogram에서 40개의 향기성분이 확인되었는데 미나리의 주요 향기 성분 과 함량은 Table 1에 나타내었다.
- 참깨 향기추출물은 10, 50, 100, 500)ig/mL의 농도에서 hex- anal이 남아있는 백분율은 각각 68, 96, 98, 99%였다. 참깨 향 기 주출물이 aldehyde/carboxylic acid 방법에서 다른 식품재료에 비해 각각의 농도에서 가장 높은 항산화능을 보였다. 향기 추출물이 아닌 참깨의 각종 용매 추출물의 항산화능은 여러 보 고를 통해 알려져 왔다.
- 쑥갓으로부터 추출된 향기성분 의 20|ig/mL의 농도에서 24%의 "형성을 억제하였으며, 농 도 100 및 500μg/mL에서는 각각 51%, 54%의 항산화효과가 나타났다. 참깨로부터의 향기추출물의 20ng/mL으] 농도에서 오 히려 지방의 산화가 3% 정도 더 진행되었으나, 100 및 500 |ig/ mL에서는 각각 12%, 29%까지 MA형성을 억제한 것으로 3타 났다. 특히 참깨의 경우, Aldehyde/carboxylic acid assay와 LipidMA assay의 측정결과가 다르게 나왔는데, 이는 각 측정법의 용 매의 극성의 차이에 기인한다고 판단된다.
- 쑥갓의 주요 향기 성분은 Table 2에 나타내었다. 총 51개의 peak에서 36개의 향기 성분이 동정되었는데, 3개의 terpenoids, 3개의 alcohols, 6개의 acids, 1개의 ketones, 1개의 ester, 1개의furan, 그리고 7개의 기타화합물로 구성되어 있었다. 주요 향기성분으로는 octadecane(l .
- 연구 결과는 미나리, 쑥갓, 참 깨의 고유한 향기 성분을 가진다는 것과 이들의 향기 추출물이 Aldehyde/Carboxylic acid assay와 Lipid MA assay에서 항산화능을 가지고 있음을 보여준다. 특히, 쑥갓의 향기 추출물 은 500μg/mL의 농도에서 두 실험결과에서 모두 50% 이상의 항산화능을 나타냈다. Aldehyde/Carboxylic acid assay에서 100 |ig/mL의 농도에서 참깨의 향기 추출물이 90%이상/! 항산화 효과를 보였고, 쑥갓과 미나리의 향기추출물이 각각 63%, 12% 의 항산화 효과를 나타냈다.
- 특히, 쑥갓의 향기 추출물 은 500μg/mL의 농도에서 두 실험결과에서 모두 50% 이상의 항산화능을 나타냈다. Aldehyde/Carboxylic acid assay에서 100 |ig/mL의 농도에서 참깨의 향기 추출물이 90%이상/! 항산화 효과를 보였고, 쑥갓과 미나리의 향기추출물이 각각 63%, 12% 의 항산화 효과를 나타냈다. 500|ig/mL의 농도에서 hexanal 산 화 저해 효과는 참깨 > 쑥갓 > 미나리 의 순으로 나타났다.
후속연구
- 두 가지의 항산화 실험결과 높은 항산화능을 보여준 쑥갓, 참깨의 향기 추출물은 최근 인공 항산화제를 대체할 천연 항 산화제 개발에 대한 연구와 향기성분이 지닌 생리활성에 연구 에 대한 관심이 집중되는 동향에 따라 기능성 식품과 휘발성 독성 물질 제거의 응용, 식품 포장재료 개발, 아로마테라피 및 전통의술의 향기 성분 관련 치료 메커니즘의 현대적 이해와 우 리나라 전통식품 산업화 연구 분야의 발전에 일정 부분 기여 를 할 것으로 기대된다.
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