둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 항산화성 및 아질산염 소거능 변화 Antioxidative and Nitrite Scavenging Activities of Polygonatum odoratum Root Extracts with Different Steaming and Roasting Conditions원문보기
반응표면분석법을 이용하여 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능의 변화를 모니터링하였다. 중심합성계획법에 따라 증자시간$(60\~180\;min)$, 볶음온도$(110\~150^{\circ}C)$ 및 볶음시간$(10\~50\;min)$을 달리하였을 때 회귀식의 $R^2$는 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능(pH 3.0)에서 각각 0.9356, 0.9578 및 0.9436으로 $1\%$ 수준에서 유의성이 인정되었다. 총 페놀성 성분의 최대값은 증자시간 135.59분, 볶음온도 $143.84^{\circ}C$ 및 볶음시간 43.47분에서 $2847.67\;mg\%$로 예측되었다. 전자공여능의 최대 예측치는 $75.00\%로 증자시간 108.98분, 볶음온도 $135.56^{\circ}C$ 및 볶음시간 48.86분일 때였다. 아질산염 소거능(pH 3.0)은 증자시간 162.80분, 볶음온도 $143.88^{\circ}C$ 및 볶음시간 31.97분일 때 최대값 $87.38\%$로 예측되었다. 둥굴레 추출물의 총 페놀성 성분은 볶음온도>증자시간>볶음시간의 순으로, 전자공여능과 아질산염 소거능은 복음시간>볶음온도>증자시간의 순으로 각각 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
반응표면분석법을 이용하여 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능의 변화를 모니터링하였다. 중심합성계획법에 따라 증자시간$(60\~180\;min)$, 볶음온도$(110\~150^{\circ}C)$ 및 볶음시간$(10\~50\;min)$을 달리하였을 때 회귀식의 $R^2$는 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능(pH 3.0)에서 각각 0.9356, 0.9578 및 0.9436으로 $1\%$ 수준에서 유의성이 인정되었다. 총 페놀성 성분의 최대값은 증자시간 135.59분, 볶음온도 $143.84^{\circ}C$ 및 볶음시간 43.47분에서 $2847.67\;mg\%$로 예측되었다. 전자공여능의 최대 예측치는 $75.00\%로 증자시간 108.98분, 볶음온도 $135.56^{\circ}C$ 및 볶음시간 48.86분일 때였다. 아질산염 소거능(pH 3.0)은 증자시간 162.80분, 볶음온도 $143.88^{\circ}C$ 및 볶음시간 31.97분일 때 최대값 $87.38\%$로 예측되었다. 둥굴레 추출물의 총 페놀성 성분은 볶음온도>증자시간>볶음시간의 순으로, 전자공여능과 아질산염 소거능은 복음시간>볶음온도>증자시간의 순으로 각각 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
Response surface methodology (RSM) was applied to monitor the effects of steaming and roasting conditions of Polygonatum odoratum roots an total phenolics content, electron donating ability (EDA) and nitrite-scavenging ability (NSA) of the extract. In steaming and roasting processes based on the cen...
Response surface methodology (RSM) was applied to monitor the effects of steaming and roasting conditions of Polygonatum odoratum roots an total phenolics content, electron donating ability (EDA) and nitrite-scavenging ability (NSA) of the extract. In steaming and roasting processes based on the central composite design. with variations in steaming time $(60\~180\;min)$, roasting temperature $(110\~150\;min)$ and roasting time $(10\~50\;min)$, coefficients of determinations $(R^2)$ were 0.9356 (p<0.01) in total phenolics, 0.9578 (p<0.01) in EDA and 0.9436 (p<0.01) in NSA (pH 3.0). The maximum value of total phenolics was $2847.67\;mg\%$ at 135.59 min of steaming time, $143.84^{\circ}C$ of roasting temperature and 43.47 min of roasting time. The maximum value of EDA was $75.00\%$ in 108.98 min, $135.56^{\circ}C$ and 48.86 min. The maximum value of NSA (pH 3.0) was $87.38\%$ in 162.80 min, $143.88^{\circ}C$ and 31.97 min, respectively. Total phenolics content of the extract was influenced by heating conditions in the order of roasting temperature, steaming time and roasting time. While EDA and NSA were appreciably influenced by roasting time, followed by roasting temperature and steaming time.
Response surface methodology (RSM) was applied to monitor the effects of steaming and roasting conditions of Polygonatum odoratum roots an total phenolics content, electron donating ability (EDA) and nitrite-scavenging ability (NSA) of the extract. In steaming and roasting processes based on the central composite design. with variations in steaming time $(60\~180\;min)$, roasting temperature $(110\~150\;min)$ and roasting time $(10\~50\;min)$, coefficients of determinations $(R^2)$ were 0.9356 (p<0.01) in total phenolics, 0.9578 (p<0.01) in EDA and 0.9436 (p<0.01) in NSA (pH 3.0). The maximum value of total phenolics was $2847.67\;mg\%$ at 135.59 min of steaming time, $143.84^{\circ}C$ of roasting temperature and 43.47 min of roasting time. The maximum value of EDA was $75.00\%$ in 108.98 min, $135.56^{\circ}C$ and 48.86 min. The maximum value of NSA (pH 3.0) was $87.38\%$ in 162.80 min, $143.88^{\circ}C$ and 31.97 min, respectively. Total phenolics content of the extract was influenced by heating conditions in the order of roasting temperature, steaming time and roasting time. While EDA and NSA were appreciably influenced by roasting time, followed by roasting temperature and steaming time.
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문제 정의
따라서 본 실험에서는 둥굴레 추출물이 아질산염의 소거 또는 분해 효과가 있는지를 알아보고자 하였다. 여러 조건에서 증자 및 볶음 처리한 둥굴레의 추출물에 대하여 아질산염 소거능을 측정하여 본 결과는 Table 3에 나타내었으며, 반응 표면 회귀식은 Table 4에, 4차원 반응 표면은 Fig.
제안 방법
수세한 근경의 증자 처리는 전통적 방법을 따라 실험실용 솥에서 수증기로 60~180분에 걸쳐 5가지 조건에서 증자 처리 하였다. 그리고 증자 시료의 볶음에서 열처리의 균일성을 높이고자 시료의 지름을 약 6 mm로 성형(H Miller, Seoul, Korea)하고 약 2 cm 길이로 절단하여 50E에서 24시간 열풍 건조하여 수분 함량이 10% 이하로 한 다음 실험용 볶음기(THH-020, Seoul, Korea)에 의해 볶음을 실시하였다. 즉, 미리 소정의 온도까지 상승시킨 오븐 내 볶음드럼에 시료 150 g을 넣고 온도 110~150°C, 시간 10~50분, 드럼 회전 속도 분당 45 rpm으로 고정하여 실험하였으며, 볶음오븐의 온도는 ±2°C 범위 내에서 유지되도록 하였다.
4 mL를 가하여 잘 혼합한 다음 실온에서 15분간 방치한 후 분광광도계 (Shhnadzu UV-1601PC, Japan)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하여 잔존하는 아질산염의 양을 산출하였다. 대조구는 Griess 시약 대신 증류수 0.4 mL를 가하여 상기와 같은 방법으로 실시하였으며, 아질산염 소거능은 추출액을 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우의 아질산염 백분율(%)로 나타내었다.
따라서 본 연구에서는 중심 합성계획법과 반응표면 분석을 활용하여 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 항산화성과 아질산염 소거능의 변화를 확인하였다.
SAS program으로 회귀분석한 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우 능선 분석을 하여 최적점을 구하였다. 또한 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건이 추출물의 항산화성 및 아질산염 소거능에 미치는 영향은 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program(13)을 이용하여 4차원 반응표면 분석으로 해석하였다.
반응표면 분석법을 이용하여 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능의 변화를 모니터링하였다. 중심 합성계획법에 따라 증자시간(60~180 min), 볶음온도(110~ 150°C) 및 볶음시간(10~50 min)을 달리하였을 때 회귀식의 R2는 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능(pH 3.
본 실험에서는 둥굴레 근경의 열처리 중 항산화 및 아질산염 소거능의 변화를 확인하기 위하여 중심 합성계획(10)에 의해 증자시간(X1), 볶음온도(X2)및 볶음시간(X3)을 독립변수(Xn)로 하여 -2, -1, 0, 1, 2등의 다섯 단계로 부호화하였으며(Table 1), 16구간의 실험조건을 설계하여 열처리 실험을 실시하였다(Table 2).각 조건에서 얻는 볶음시료의 추출물을 제조하고 그 추출물의 품질을 종속 변수(Yn)로 하여 총 페놀 함량(Y1), 전자공여능(Y2) 및 아질산염 소거능 (Y3)을 측정하고 반응 표면 (response surface methodology, RSM) 회귀분석을 실시하여 예측회귀식을 도출하였다 (11, 12).
수세한 근경의 증자 처리는 전통적 방법을 따라 실험실용 솥에서 수증기로 60~180분에 걸쳐 5가지 조건에서 증자 처리 하였다. 그리고 증자 시료의 볶음에서 열처리의 균일성을 높이고자 시료의 지름을 약 6 mm로 성형(H Miller, Seoul, Korea)하고 약 2 cm 길이로 절단하여 50E에서 24시간 열풍 건조하여 수분 함량이 10% 이하로 한 다음 실험용 볶음기(THH-020, Seoul, Korea)에 의해 볶음을 실시하였다.
2로 조정하고 부피를 10 mL로 하였다. 이 액을 37°C에서 1시간 반응시킨 후 각 반응액을 1 mL씩 취하여 2% 초산용액 5 mL, Griess 시약(30% acetic acid로 각각 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine을 1:1 비율로 혼합한 것으로 사용 직전 조제) 0.4 mL를 가하여 잘 혼합한 다음 실온에서 15분간 방치한 후 분광광도계 (Shhnadzu UV-1601PC, Japan)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하여 잔존하는 아질산염의 양을 산출하였다. 대조구는 Griess 시약 대신 증류수 0.
즉 DPPH 시약 16 mg을 100 mL absolute ethanol에 용해한 후 증류수 100 mL로 정용, 여과하여 DPPH 시약으로 사용하였다. 전자공여 능 측정은 이 시약 5 mL에 10배 희석한 시험용액 1 mL를 가하여 혼합하고 일정 시간 후 528 nm에서의 흡광도를 측정하였으며, 이때 DPPH 시약의 흡광도는 1로 조정하였고 시료첨가 후 흡광도의 차이를 구한 뒤 여기에 100을 곱하여 전자공여능으로 표시하였다.
둥굴레 추출물의 아질산염 소거능은 발암성 물질인 nitrosoamine 생성의 전구체로 작용하는 아질산염(nitrite)의 소거능을 Kato 등(16)과 Kim 등(17) 등의 방법에 준하여 측정하였다. 즉, 1 mM NaNO2 용액 2 mL에 추출물 1 mL를 가하고 여기에 0.1 N HCl(pH 1.2)과 0.2 M 구연산 완충액을 사용하여 반응용액의 pH를 각각 3.0과 4.2로 조정하고 부피를 10 mL로 하였다. 이 액을 37°C에서 1시간 반응시킨 후 각 반응액을 1 mL씩 취하여 2% 초산용액 5 mL, Griess 시약(30% acetic acid로 각각 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine을 1:1 비율로 혼합한 것으로 사용 직전 조제) 0.
대상 데이터
실험에 사용된 둥굴레(Polygonatun odoratum) 근경은 10월 말경 경남 함양에서 야생을 채취하여 재배한 것을 채굴하여 흙과 잔뿌리를 제거한 후 수세하여 사용하였다.
데이터처리
각 조건에서 얻는 볶음시료의 추출물을 제조하고 그 추출물의 품질을 종속 변수(Yn)로 하여 총 페놀 함량(Y1), 전자공여능(Y2) 및 아질산염 소거능 (Y3)을 측정하고 반응 표면 (response surface methodology, RSM) 회귀분석을 실시하여 예측회귀식을 도출하였다 (11, 12). SAS program으로 회귀분석한 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우 능선 분석을 하여 최적점을 구하였다. 또한 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건이 추출물의 항산화성 및 아질산염 소거능에 미치는 영향은 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program(13)을 이용하여 4차원 반응표면 분석으로 해석하였다.
)을 독립변수(Xn)로 하여 -2, -1, 0, 1, 2등의 다섯 단계로 부호화하였으며(Table 1), 16구간의 실험조건을 설계하여 열처리 실험을 실시하였다(Table 2).각 조건에서 얻는 볶음시료의 추출물을 제조하고 그 추출물의 품질을 종속 변수(Yn)로 하여 총 페놀 함량(Y1), 전자공여능(Y2) 및 아질산염 소거능 (Y3)을 측정하고 반응 표면 (response surface methodology, RSM) 회귀분석을 실시하여 예측회귀식을 도출하였다 (11, 12). SAS program으로 회귀분석한 결과 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점일 경우 능선 분석을 하여 최적점을 구하였다.
9356으로 유의성은 1% 이내의 유의 수준에서 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로 능선 분석을 실시하였다. 그 결과 최대값은 2847.
이론/모형
둥굴레 시험용액의 총 페놀성 성분 함량은 Fblin-docalteau 시약에 의해 비색 정량하였다 (14). 즉 시험용액을 10배 희석한 검액 5 mL에 Folin-docalteau 시약 1 mL를 가하여 혼합하고 3분 후 10% Na2CO3 5 mL를 넣어 진탕한 후 1시간 실온에서 방치하여 700nm에서 흡광도를 측정하였다.
둥굴레 추출물의 아질산염 소거능은 발암성 물질인 nitrosoamine 생성의 전구체로 작용하는 아질산염(nitrite)의 소거능을 Kato 등(16)과 Kim 등(17) 등의 방법에 준하여 측정하였다. 즉, 1 mM NaNO2 용액 2 mL에 추출물 1 mL를 가하고 여기에 0.
중심 합성계획에 의해 증자 및 볶음 처리된 둥굴레 추출물의 기능적 특성중 항산화 활성은 전자공여능 시험으로써 a, a-diphenyl-β-picrylhydrzyl(DPPH)를 사용한 방법으로 측정하였다(15). 즉 DPPH 시약 16 mg을 100 mL absolute ethanol에 용해한 후 증류수 100 mL로 정용, 여과하여 DPPH 시약으로 사용하였다.
성능/효과
예측된 정상점은 안장점으로 능선 분석을 실시하였다. 그 결과 최대값은 2847.67 mg%로 증자 시간 135.59분, 볶음온도 143.84°C 및 볶음시간 43.47분일 때였다(Table 5). 총 페놀 성분 함량에 대한 증자 및 볶음조건에 대한 영향은 fig.
2에서도 알 수 있듯이 전자공여능의 변화는 볶음온도와 볶음시간이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다. 다만, 증자시간이 긴 조건에서는 볶음시간보다는 볶음온도에 많은 영향을 받았으며, 증자 시간이 짧은 조건에서는 볶음온도보다는 볶음시간의 영향이 큰 것으로 나타났다. 본 실험에서 둥굴레 추출물의 항산화 작용에 대한 열처리 조건의 영향에서 볶음시간과 볶음온도가 가장 큰 영향을 미쳤으며, 그 다음이 증자 시간의 영향인 것으로 나타났다(Table 6).
38%로 예측되었다. 둥굴레 추출물의 총 페놀성 성분은 볶음온도>증자 시간>볶음시간의 순으로, 전자공여능과 아질산염 소거능은 복음시간>볶음온도>증자시간의 순으로 각각 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
29분일 때로 나타났다(Table 5). 또한 Fig. 4에서 보는 바와 같이 볶음 온도와 볶음시간이 증가할수록 소거능이 증가하여 pH 3.0에서 측정한 결과와 유사하였으며, 볶음온도에 가장 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 5).식품의 가공, 저장 및 조리 중에 용이하게 생성되는 Mailard 반응 생성물은 아질산염 소거능을 나타내는 것으로 알려져 있다 (24).
다만, 증자시간이 긴 조건에서는 볶음시간보다는 볶음온도에 많은 영향을 받았으며, 증자 시간이 짧은 조건에서는 볶음온도보다는 볶음시간의 영향이 큰 것으로 나타났다. 본 실험에서 둥굴레 추출물의 항산화 작용에 대한 열처리 조건의 영향에서 볶음시간과 볶음온도가 가장 큰 영향을 미쳤으며, 그 다음이 증자 시간의 영향인 것으로 나타났다(Table 6). 이러한 결과는 총 페놀성 성분에 대한 반응 표면과 유사한 경향으로 가열처리에 의해 식품의 갈색화가 초래되며 갈변물질의 생성이 전자공여능의 증가를 초래한 것으로 판단된다(18, 20).
식품의 가공, 저장 및 조리 중에 용이하게 생성되는 Mailard 반응 생성물은 아질산염 소거능을 나타내는 것으로 알려져 있다 (24). 본 실험에서도 갈색 화 반응이 높게 나타나는 조건에서 아질산염 소거능이 높은 것으로 나타나 아질산염 소거능을 증가시키는 화합물에는 MaiHaid 반응생성물이 포함된 것으로 여겨진다. 볶음조건에 따른 아질산염 소거능의 차이는 가열에 의하여 둥굴레 성분간의 상호작용으로 생성되는 아질산염 소거 유효성분의 생성량 및 용해도에 기인하는 것으로 생각된다.
86분일 때였다. 아질산염 소거능(pH 3.0)은 증자 시간 162.80분, 볶음온도 143.88 °C 및 볶음시간 31.97분일 때 최대 값 87.38%로 예측되었다. 둥굴레 추출물의 총 페놀성 성분은 볶음온도>증자 시간>볶음시간의 순으로, 전자공여능과 아질산염 소거능은 복음시간>볶음온도>증자시간의 순으로 각각 영향을 크게 받는 것으로 나타났다.
9436으로 1% 이내의 유의 수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로 능선 분석을 실시한 결과, 증자 시간 162.80분, 볶음온도 143.88°C 및 볶음시간 31.97분일 때 최대값은 87.38%로 예측되었다(Table 5). 이 pH에서 측정된 아질산염 소거능은 볶음시간에 가장 큰 영향을 받았으며, 그 다음으로 볶음온도와 증자 시간에 영향을 받는 것으로 나타났다 (Table 6).
8170으로 10% 이내의 수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 최대값은 65.82%로 증자 시간 165.14분, 볶음온도 143.07°C 및 볶음시간 28.29분일 때로 나타났다(Table 5). 또한 Fig.
38%로 예측되었다(Table 5). 이 pH에서 측정된 아질산염 소거능은 볶음시간에 가장 큰 영향을 받았으며, 그 다음으로 볶음온도와 증자 시간에 영향을 받는 것으로 나타났다 (Table 6). 또한 Fig.
9578이었고 유의성은 1% 이내의 수준에서 인정되었으며, 예측된 정상점은 최대 점이었다. 전자공여능의 예측된 최대값은 75.00%로써 증자 시간 108.98분, 볶음온도 135.560 및 볶음시간 48.86분의 조건으로 예측되었다(Table 5). Fig.
반응표면 분석법을 이용하여 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건에 따른 추출물의 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능의 변화를 모니터링하였다. 중심 합성계획법에 따라 증자시간(60~180 min), 볶음온도(110~ 150°C) 및 볶음시간(10~50 min)을 달리하였을 때 회귀식의 R2는 총 페놀성 성분, 전자공여능 및 아질산염 소거능(pH 3.0)에서 각각 0.9356, 0.9578 및 0.9436으로 1% 수준에서 유의성이 인정되었다. 총 페놀성 성분의 최대값은 증자 시간 135.
47분일 때였다(Table 5). 총 페놀 성분 함량에 대한 증자 및 볶음조건에 대한 영향은 fig. 1에서 보는 바와 같이 볶음온도가 높고 볶음시간이 길어질수록 증가하는 경향을 나타내었다. Table 6에서도 알 수 있듯이 총 페놀 성분 함량은 볶음온도에 가장 큰 영향을 받고 있었으며, 그 다음으로 증자 시간과 볶음시간에 영향을 받는 것으로 나타났다.
9436으로 1% 수준에서 유의성이 인정되었다. 총 페놀성 성분의 최대값은 증자 시간 135.59분, 볶음온도 143.84°C 및 볶음시간 43.47분에서 2847.67 mg%로 예측되었다. 전자공여능의 최대 예측치는 75.
후속연구
이와 같이 증자, 볶음 등의 열처리는 둥굴레 근경에서 갈변물질을 생성하여 항산화성, 아질산염 소거작용 등 다양한 생리활성을 발현하였으며, 따라서 이와 같은 기능적 특성을 극대화함으로써 부가가치가 높은 기능성 가공식품의 개발이 가능할 것이다.
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