[논문]둥굴레차의 혈당강하 성분을 극대화시킬 수 있는 증자 및 볶음조건의 최적화

김경태; 김정옥; 이기동; 김정숙; 권중호

doi:10.3746/jkfn.2005.34.4.549

[국내논문] 둥굴레차의 혈당강하 성분을 극대화시킬 수 있는 증자 및 볶음조건의 최적화
Optimization of Steaming and Roasting Conditions for Maximized Hypoglycemic Properties of Polygonatum odoratum Tea 원문보기

한국식품영양과학회지 = Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition, v.34 no.4, 2005년, pp.549 - 556

김경태 (경북대학교 식품공학과) , 김정옥 (대구신기술사업단 전통생물소재산업화센터) , 이기동 (대구신기술사업단 전통생물소재산업화센터) , 김정숙 (계명문화대학 식품영양조리과) , 권중호 (경북대학교 식품공학과)

초록
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둥굴레 근경의 증자 및 열처리 중 혈당강하성 분과 관능적 품질 변화를 확인하기 위하여 반응표면분석(RSM)을 활용하였다. 중심합성계획법에 의해 증자시간($60\~180$분), 볶음온도$(110\~150^{\circ}C)$ 및 볶음시간($10\~50$분)을 독립 변수로 하여 16구간의 조건에서 실험을 실시하고, 둥굴레 추출물의 품질에 관련된 수용성 고형분, stigmasterol, $\beta-sitosterol$ 및 관능적 특성 (전반적 기호도)을 반응변수로 하여 회귀분석을 실시한 결과 회귀식의 $R^2$는 각각 0.8691(p<0.05), 0.8253(p<0.10), 0.8727(p<0.05) 및 0.8316(p<0.10)이었다. 수용성 고형분의 최대값은 증자시간 65.24분, 볶음온도 $126.93^{\circ}C$, 볶음시간 37.58분일 때 $71.47\%$를 나타내었다. 총 혈당강하성분의 최대값은 증자시간 107.76분, 볶음온도 $117.78^{\circ}C$, 볶음시간 14.70분일 때 $764.10\;{\mu}g/g$로 나타났으며, 전반적인 기호도는 증자시간 126.04분, 볶음온도 $115.79^{\circ}C$, 볶음시간 43.98분일때 6.89의 최대값을 보였다. 혈당강하성분과 관능적 특성의 실험치는 반응표면분석법에 의해 예측된 값들과 유사하여 도출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Response surface methodology (RSM) was applied in steaming and roasting processes of Polygonatum odoratum roots in order to monitor hypoglycemic components and sensory property. In steaming and roasting processes based on the central composite design with variations in steaming time $(60\~180\;min)$, roasting temperature $(110\~150^{\circ}C)$ and roasting time $(10\~50\;min)$, coefficients of determinations $(R^2)$ were 0.8691 (p<0.05), 0.8253 (p<0.l0), 0.8727 (p<0.05), 0.8706 (p<0.05) and 0.8316 (p<0.10) in soluble solid, stigmasterol, $\beta-sitosterol$, hypoglycemic component (total), and overall acceptability, respectively. The maximum value of soluble solid was $71.47\%$ in 65.24 min of steaming time, $126.93^{\circ}C$ of roasting temperature and 37.58 min of roasting time. The maximum value of hypoglycemic component (total) was $764.10\;{\mu}g/g$ in 107.76 min, $117.78^{\circ}C$ and 14.70 min. Meantime, the maximum value of overall acceptability was 6.89 in 126.04 min, $115.79^{\circ}C$ and 43.93 min. The predicted values in optimum conditions for hypoglycemic components and sensory property were in good agreement with experimental values.

Keyword

AI 본문요약
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제안 방법

둥굴레 차의 고품질화를 위한 볶음조건의 최적 화(9), 볶음전 증자처리가 둥굴레 근경의 수용성 성분 및 갈 색화에 미치는 영향(10)과 가압볶음장치에서 둥굴레(황정) 근경의 볶음조건 최적화(11)에 관한 보고에서 열처리가 둥 굴레의 품질을 향상시 킨다고 밝혀 져 기능성 분을 이용한 고 부가성 가공제품개발에 관한 연구가 활발히 진행되고 있다. 따라서 본 연구에서는 둥굴레 근경을 실험계획에 따라 증 자 및 볶음처리하면서 관능적 품질과 혈당강하성분의 변화를 반응표면분석 에 의해 모니 터 링 하고, 최적 의 증자 및 볶음 조건을 설정하였다.
둥굴레 근경은 조건별로 증자하여 시료의 지름을 약 6 mm 로 성 형 (H Miller, Seoul, Korea)하고 약 2 cm 두께 로 절 단하여 50℃에서 24시간 열풍 건조하여 수분함량이 10% 이 하로 한 것을 볶음 처리하였다. 볶음은 실험용 볶음기(THH-020, Seoul, Korea)를 이용하였으며, 미리 소정의 온도까지 상승 시 킨 오븐내 볶음 드럼 에 시료 150 g을 넣고 드럼 회 전속도 분당 45 rpm으로 회 전하면서 볶음오븐의 온도는 소정의 볶 음온도를 넘지 않도록 ±2℃ 범위 내에서 조절하였다.
실험계획에 의한 실험군의 수는 Table 2와 같이 3개의 요인변수가 5수준을 갖도록 중심합성계획에 의해 16구간으로 설정하여 실험을 실시하였다. 또한 이들 요인 변수에 영향을 받는 반응변수(YQ들은 수용성 고형분(Yl), 혈 당강하성분(丫2)및 관능적 특성 (丫3)등으로 하여 회 귀 분석 에 사용하였다. 또한 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건이 둥 굴레 근경의 수용성 고형 분, 혈당강하성 분 및 관능적 특성에 미치는 영향은 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica pro-gram(15)을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
또한 이들 요인 변수에 영향을 받는 반응변수(YQ들은 수용성 고형분(Yl), 혈 당강하성분(丫2)및 관능적 특성 (丫3)등으로 하여 회 귀 분석 에 사용하였다. 또한 둥굴레 근경의 증자 및 볶음조건이 둥 굴레 근경의 수용성 고형 분, 혈당강하성 분 및 관능적 특성에 미치는 영향은 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica pro-gram(15)을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
각 조건별로 증자 및 볶음 처리한 둥굴레 시료의 수용성 고형 분은 시험 용액 25 mL를 항량을 구한 수기 에 취 하여 105 ℃에서 증발 건고시킨 후 그 무게를 측정하고, 추출액 조제 에 사용된 원료량(건물량)에 대한 백분율로서 고형분 수율 을 표시하였다.
둥굴레 근경의 혈당강하성분으로 알려진 6-sitosterol과 stigmasterol의 분석을 위하여 둥굴레 시료 30 g을 메 탄올과 클로로포름 혼합용액(1(2) 100 mL를 가하여 진탕기 에서 24시간 진탕시켰다. 이를 여과(Whatman No.
41)하여 여 액과 잔사를 분리하고 잔사에 혼합용액을 가하여 3회 추출한 후 여액을 합하여 회전식 증류기에서 감압 증발 농축하였다. 잔사에 1 N 알코올성 KOH 50 mL를 가하여 , 이에 환류냉각 기를 달고 수욕상에서 때때로 흔들어 주면서 1시간 동안 reflex시키면서 검화시켰다. 이때 반응온도는 80~85℃이었 다.
수층을 다른 분액여두에 옮겨 에테르로 반복 추출한 후 에테르 층을 모아 증류수로 여러 번 세척하였다. 세척한 수층이 중성이 나타나 면 세척한 에테르 층을 분리하고 여기에 무수황산나트륨을 가하여 10시간 방치하여 수분을 제거하고 에테르 증을 회전 식 농축기 에서 증발 농축하고 클로로포름 5 mL에 녹이고 이에 1 mL를 취하여 유도체시킨 후 GC-MS로 확인하였다. GC/MS 분석은 HP-5973(HP Co.
2 mL/ min)을 사용하였고 split ratio는 l:20으로 하였다. 분석에서 얻어진 각 성분의 mass spectrum을 computer library searching(NIST, Wiley) 을 이용하여 동정하였다.
각 조건별로 증자 후 볶은 시료에 대하여 관능적 품질을 평 가하기 위하여 식품공학과 대 학원 생 중에서 본 실험에 흥 미가 있고 차이 식별능력이 있는 20명의 학생을 관능검사 요원으로 선정하여 이들에게 둥굴레차 특유의 색, 맛, 향을 평가하는 요령을 훈련시킨 뒤 전반적 기호도에 대한 관능시 험을 실시하였다. 검사시료의 조제는 분말시료 5 g을 1.
둥굴레 근경의 혈당 및 콜레스테롤 저하효과 시험에 사용 하기 위한 둥굴레 시료의 증자 및 볶음조건 최적화를 위해 반응변수인 수용성 고형분 함량, 혈당강하성분 및 전반적인 기호도의 4차원 반응표면을 superimposing했을 때 중복되는 부분의 범위로 예측하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 점을 설정하여 회귀식에 대입하여 최적값을 예측하였으며, 동일조건에서 실제의 실험을 통하여 얻은 실험치와 비교하여 신뢰성을 검증하였다(17).
중심합성 실험계획에 의해 증자 및 볶음조건을 달리하여 조제한 둥굴레차에 대하여 반응변수에 해당하는 품질인자 로써 수용성 고형분, 혈당강하성분 및 전반적인 기호도를 각각 평가하고 이들의 상대적인 값을 증자시간, 볶음온도 및 볶음시간에 대해 분석하여 4차원 반응표면으로 나타내어 보았다. Fig.
중심합성 실험계획에 의해 증자 및 볶음조건을 달리하여 조제한 둥굴레차에 대하여 반응변수에 해당하는 품질인자 로써 수용성 고형분, 혈당강하성분 및 전반적인 기호도를 각각 평가하고 이들의 상대적인 값을 증자시간, 볶음온도 및 볶음시간에 대해 분석하여 4차원 반응표면으로 나타내어 보았다. Fig. 1 ~5에 각각 나타난 바와 같이 볶음조건에 대한 이들 반응변수들의 값은 조금씩 다른 양상의 반응표면을 나타내고 있으므로, 둥굴레차의 품질에 관련된 몇 가지 반응변 수들을 모두 충족시 킬 수 있는 조건을 얻기 위하여 반응표면 을 겹쳐서 superimposing하여 최적범위를 예측하여 보았다. 그 결과 Fig.
따라서 이와 같이 예측된 최적조건 범위 내에서 임의의 조건 즉, 증자시간 160분, 볶음온도 125℃ 및 볶음시간 30분 을 회귀식에 대입하여 둥굴레의 품질특성을 예측해 보았다. 그 결과 수용성 고형 분 69.

대상 데이터

실험에 사용된 둥굴레(/切ygonatum odoratum) 근경은 경남 함양에서 야생을 채취하여 재배한 것을 채굴하여 흙과 잔뿌리를 제거한 후 수세하여 사용하였다.
각 조건별로 증자 후 볶은 시료에 대하여 관능적 품질을 평 가하기 위하여 식품공학과 대 학원 생 중에서 본 실험에 흥 미가 있고 차이 식별능력이 있는 20명의 학생을 관능검사 요원으로 선정하여 이들에게 둥굴레차 특유의 색, 맛, 향을 평가하는 요령을 훈련시킨 뒤 전반적 기호도에 대한 관능시 험을 실시하였다. 검사시료의 조제는 분말시료 5 g을 1.5mL 열수에 넣어 약 20분간 추출한 다음 고유한 향을 가장 잘 느낄 수 있는 50℃ 부근에서 9점 채점법에 의해 실시호].여, 9점 대단히 좋다, 1점 대단히 나쁘다로 나타내었다.

데이터처리

둥굴레 근경의 혈당 및 콜레스테롤 저하효과 시험에 사용 하기 위한 둥굴레 시료의 증자 및 볶음조건 최적화를 위해 반응변수인 수용성 고형분 함량, 혈당강하성분 및 전반적인 기호도의 4차원 반응표면을 superimposing했을 때 중복되는 부분의 범위로 예측하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 점을 설정하여 회귀식에 대입하여 최적값을 예측하였으며, 동일조건에서 실제의 실험을 통하여 얻은 실험치와 비교하여 신뢰성을 검증하였다(17).
8316으로 유 의성이 10% 이내의 유의수준에서 인정되었다(Table 4). 증 자 및 볶음조건이 전반적인 기호도에 미치는 영향을 측정하여 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시하였다. 그 결과 예측된 최 대값은 6.

이론/모형

본 실험에서는 둥굴레 근경의 적정 열처리 조건 예측과 열처리 중 주요성분 및 품질의 변화를 추적, 확인하기 위하여 반응표면분석 (response surface methodology, RSM) pro- gram(12)을 활용하였다. 실험계획은 중심합성계획법(13)에 의하여 실험을 설계하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system) program(14)을 사용하였다.
본 실험에서는 둥굴레 근경의 적정 열처리 조건 예측과 열처리 중 주요성분 및 품질의 변화를 추적, 확인하기 위하여 반응표면분석 (response surface methodology, RSM) pro- gram(12)을 활용하였다. 실험계획은 중심합성계획법(13)에 의하여 실험을 설계하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(statistical analysis system) program(14)을 사용하였다. 중심합성계획으로 설계된 둥굴레 시료의 요인변수는 증 자시 간(X1), 볶음온도(X2)및 볶음시 간(X3)으로 각 요인변수는 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화하여 실험값을 Table 1에 나타내었다.

성능/효과

각 조건별로 증자 및 볶음처리 된 둥굴레 시료의 수용성 고형분 함량을 비교한 결과는 Table3에 나타내었으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식은 Table 4에 나타내었다. 증자 및 볶음처리 중 둥굴레의 수용성 고형분 함량은 67~71%로서 큰 차이가 없었으며, 특히 대부분의 가공조건에서 69~70% 의 범위를 나타내었다. 결과에 대한 이때 증자 및 볶음조건 에 따른 수용성 고형분 함량에 대한 회귀식의 R2가 0.
8691로 5% 이내의 유의수준에서 유의성 이 인정되 었다(Table4). 예 측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시한 결과, 수용성 고형 분의 최 대값은 71.47%이 었고, 이 때의 증자 및 볶음조건 은 증자시간 65.24분, 볶음온도 126.93℃ 및 볶음시간 37.58 분이 었다(Table 5). 수용성 고형 분 함량에 대한 가공조건별 영향을 살펴보면 볶음시간의 영향이 가장 크고, 그 다음이 볶음온도에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며 증자시간에 대한 영향은 거의 없는 것으로 나타났다(Table 6).
58 분이 었다(Table 5). 수용성 고형 분 함량에 대한 가공조건별 영향을 살펴보면 볶음시간의 영향이 가장 크고, 그 다음이 볶음온도에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며 증자시간에 대한 영향은 거의 없는 것으로 나타났다(Table 6). 증자 및 볶음 조건 에 따른 수용성 고형 분 함량의 변화는 Fig.
수용성 고형 분 함량에 대한 가공조건별 영향을 살펴보면 볶음시간의 영향이 가장 크고, 그 다음이 볶음온도에 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며 증자시간에 대한 영향은 거의 없는 것으로 나타났다(Table 6). 증자 및 볶음 조건 에 따른 수용성 고형 분 함량의 변화는 Fig. 1과 같이 볶음시간이 증가할수록 증가되 었으며 , 볶음온도 120~ 135℃의 범위에서 장시간 열처리함에 따라 수용성 고형분 함량이 높게 나타났다. 이는 볶음에 의하여 전분이 덱스트린 화됨에 따라 수용성 성분들이 점차 많이 생성되었기 때문으 로 생각된다.
59분 이 었다(Table 5). 그리고 Fig. 2는 증자 및 볶음조건에 따른 stigmasterol 함량의 변화를 4차원 반응표면으로 나타낸 것 으로써 증자시간에 비해 볶음시 간과 볶음온도의 영향이 크게 나타났지 만, 본 실험 의 반응변수(품질특성 ) 중 stigmasterol 함량은 볶음온도가 높고 증자시간이 긴 편이 었지 만 최적 볶음시간은 12분 내외로 가장 짧은 것으로 나타났으며, 전반적으로 독립변수에 대한 유의성은 없는 것으로 나타났 다(Table 6).
6-Sitosterol의 함량 측정 결과, 184.91 ~763.98 Ug/g으로 열처리 조건에 따라 함량의 변화가 크게 나타났다(Table 3). 회귀식의 는 0.
8727로 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다(Table 4). 예측된 정상점은 최저점으로 증자시간 105.92분, 볶음온도 117.50℃ 및 볶음시간 15.11 분일 때 최고값 676.59 Ug/g을 나타내었다(Table 5). 6-Sitosterol의 함량은 볶음온도에 가장 큰 영향을 받았으며, 그 다음으로 볶음시간에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 6).
59 Ug/g을 나타내었다(Table 5). 6-Sitosterol의 함량은 볶음온도에 가장 큰 영향을 받았으며, 그 다음으로 볶음시간에 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 6). Fig.
전체 혈당강하성분의 측정 결과 함량이 215.40 -867.43 ]ig/ g으로 4배 이상 큰 차이를 나타내었다(Table 3). 회귀식의 居는 0.
8706으로 유의성이 5% 이내의 유의수준에서 인정되 었다(Table 4). 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시한 결과 최 대값은 764.10 Ug/g으로 증자시간 107.76분, 볶 음온도 117.78℃ 및 볶음시간 14.70분이 었다(Table 5). Fig.
4는 증자 및 볶음조건에 따른 전체 혈당강하성분의 4차원 반응표면을 나타낸 것으로 볶음온도가 낮고 볶음시간이 길 수록 증가하는 것으로 나타났다. 증자 및 볶음조건에 대한 영 향은 볶음온도 및 볶음시간에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며(p<0.05), 증자시간에 대한 영향은 미미한 것으로 나타났다(Table 6).
식물성 스테롤은 체내에서 콜레스테롤의 흡수를 경쟁적으로 억제시 키는 작용을 하는데 , 이 중 대 부분은 P-sitosterol°] 차지 하고 있다(23). 위의 결과에서와 같이 둥굴레 근경에는 증자 및 볶음 조건에 따라 stigmasterol과 6-sitosterol의 총량이 최고 867.43 μg/g으로 나타나 혈중 콜레스테롤 억제에 우수한 효과를 나타낼 것으로 사료된다.
5에 나타내었다. 관능적 특성의 측정 결과 전반적인 기호도의 회 귀식의 导가 0.8316으로 유 의성이 10% 이내의 유의수준에서 인정되었다(Table 4). 증 자 및 볶음조건이 전반적인 기호도에 미치는 영향을 측정하여 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시하였다.
증 자 및 볶음조건이 전반적인 기호도에 미치는 영향을 측정하여 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시하였다. 그 결과 예측된 최 대값은 6.89로 증자시간 126.04분, 볶음온도 1I5.9℃ 및 볶음시간 43.93분일 때였다(Table 5). 전반적인 기호도는 볶음온도에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났 으며, 볶음온도가 130℃이상일 때는 30분이하의 조건으로 볶음을 실시 하고, 볶음온도가 130℃이하의 온도에서는 30분 이상의 긴 시간동안 볶아주는 것이 관능적으로 우수한 것으로 예측되었다(Fig.
93분일 때였다(Table 5). 전반적인 기호도는 볶음온도에 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났 으며, 볶음온도가 130℃이상일 때는 30분이하의 조건으로 볶음을 실시 하고, 볶음온도가 130℃이하의 온도에서는 30분 이상의 긴 시간동안 볶아주는 것이 관능적으로 우수한 것으로 예측되었다(Fig. 5). 이러한 결과는 볶음 처리함에 따라 풋 냄새가 새로운 성분들의 생성으로 제거되고 둥굴레에 함 유되어 있는 탄수화물과 단백질 등의 반응이 활발하게 일어 나서 여러가지 향미성분들이 생성되어 전반적인 기호도가 증진되어 나타나는 것으로 생각된다(24, 25).
1 ~5에 각각 나타난 바와 같이 볶음조건에 대한 이들 반응변수들의 값은 조금씩 다른 양상의 반응표면을 나타내고 있으므로, 둥굴레차의 품질에 관련된 몇 가지 반응변 수들을 모두 충족시 킬 수 있는 조건을 얻기 위하여 반응표면 을 겹쳐서 superimposing하여 최적범위를 예측하여 보았다. 그 결과 Fig. 6에 나타난 바와 같이 dark zone으로 표현된 부분이 얻어졌고, 이 부분이 둥굴레차의 품질특성을 극대화 시킬 수 있는 증자 및 볶음조건의 최적 범위로써, Table 7에 서와 같이 증자시간 145~170분, 볶음온도 115~ 140℃ 및 볶음시간은 25~45분의 범위로 각각 나타났다.
따라서 이와 같이 예측된 최적조건 범위 내에서 임의의 조건 즉, 증자시간 160분, 볶음온도 125℃ 및 볶음시간 30분 을 회귀식에 대입하여 둥굴레의 품질특성을 예측해 보았다. 그 결과 수용성 고형 분 69.87%, stigmasterol 함량 61.38 Rg/g, P-sitosterol 408.60 Ug/g, 전체 혈당강하성분의 함량 469.88 Pg/g 및 전반적인 기호도 6.20로 예측되었으며 (Table 8), 동 일조건에서 실제 실험을 통하여 얻은 실험치를 얻은 결과 수용성 고형분, 혈당강하성분 및 전반적 기호도의 값들은 반응표면분석 법 에 의해 예측된 값과 유사한 경향으로 나타나 도출된 회귀식의 신뢰성을 검증할 수 있었다.

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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