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문제 정의
- 본 연구에서는 홍삼의 기능성을 향상시키기 위한 볶음 조건을 확인코자 홍삼 제조 시 부산물로 얻어지는 지근을이용한 반응표면분석을 실시하여 볶음 조건에 따른 홍삼의 기능적 특성을 모니터링 하였다.
제안 방법
- 같이 측정하였다. 1 mM NaNO2 용액 1 mL에 각시료 추출물을 가하고, 0.1 N HC1 과 0.1 M 구연산 완충용액을 사용하여 반응용액의 pH를 각각 1.2, 3.0, 42 및 6.0으로 조정한 후 반응액의 부피를 10 mL로 하였다 그리고 37℃에서 1시간 동안 반응시켜 얻은 반응액 1 mL에 2% 초산 용액 5 in을 첨가한 다음 Griess시약(1% sulfanilic acid: 1% naphthylamine= 1:1) 0.4 ml을 혼합하고 실온에서 15 분간 방치 한 후 520 nm에서 흡광도를 측정하여 잔존하는 아질산염에 대한 백분율(%)로 그 값을 나타내었다.
- 가용성 고형분 함량 측정은 미리 항량을 구한 수기에 추출물 2 应를 취하여 105℃ dry oven에 6 시간 가열 후 데시케이터에서 30 분간 방냉시켜 항량이 구해질 때까지 무게를 측정하였다. 이때 건물량에 대한 백분율로써 가용성 고형분 함량(%)을 구하였다(11).
- 볶음실험을 실시하였다. 각 조건에서 얻은 볶음 시료의 추출물의 품질을 종속변수로 홍삼시료의 볶음 조건을 독립변수(X)로 하여 반응표면분석 (resporse surfoce methodology, RSM)(9, 10) 에 의한 볶음 홍삼에 대한 품질특성과 최적 조건을 예측하였다.
- 0)에서 아질산염 소거 능이 높게 나타나 pH에 따른 영향이 큰 것으로 확인되었다. 따라서 볶음조건에 따른 회귀분석은 pH 1.2와 3.0을 대상으로 실시하였고(Table 4), 볶음조건에 따른 contour mape Fig. 1(D)와 Fig. 1(E)어〕제시하였다. 볶음 홍삼의 아질산염 소거 능에 대한 추출물의 회귀식 R2는 pH 1.
- 회귀분석 결과, 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점인 경우 능선분석을 하여 최적점을 구하였다. 또한 최적 볶음조건 예측은 품질특성에 대한 contour map을 superimposing하였을 때 중복되는 부분의 범위 에서 예측하였다.
- , Seoul, South Korea)< 사용하였다. 미리 일정 온도까지 상승시 킨 오븐 내 볶음 드럼에 시료(홍중미 500 음)를 넣어 일정한 속도(40 rpm)로 저어주면서 볶음온도(140~24CTC, ±2©와 시간 (5-25)에 따라 실험을 수행하였다. 중심합성계획에 의해 볶음처리된 시료는 송풍 냉각장치에 옮겨 실온으로 냉각시킨 후 밀봉 보관하여 분석시료로 사용하였다.
- 반응표면분석법을 이용하여 홍삼 지근의 볶음 온도와 시간에 따른 주줄물의 기능성 성분을 모니터 링하고 최적 볶음 조건을 예측하였다. 그 결과 가용성 고형분, 총 페놀 함량 및 항산화성은 볶음 온도와 시간이 증가함에 따라그 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 산성다당체 함량은 볶음시간보다 볶음온도에 더 크게 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 볶음처리한 홍삼의 추출물에 대한 가용성 고형분 (0.93%), 산성다당체 함량(2.994%), 조사포닌 함량(4.649%), 진세노사이드 Rh2 함량(1L30 mg%) 및 총 진세노사이드 함량(1792 mg%)에 대한 contour map을 superimposing 하여 최적 볶음조건 범위를 예측하였다(Fig. 3). 그 결과 가용성고형분, 산성다당체 함량 조사포닌 함량 및 RB 진세노사이드 및 총 진세노사이드 함량을 만족시키는 독립변수의 범위 즉, 볶음조건 범위는 볶음 온도 194.
- 볶음홍삼의 사포닌 및 진세노사이드 분석은 분말 5 g에 80% 메탄올 50 mL를 가한 후 2, 450 MHz 주파수의 실험용 마이크로파 추출장치 (Microdigest unit, Prolabo, France)를이 용하여 100 w, 3 분간 추출하여 여과(Whatman No. 41) 하였다 또한 추출잔사에 메탄올을 가하여 이를 3회 반복 . 추출하고 이 추출물을 감압 농축(55E)한 다음, 잔여물을 증류수로 50 m止로 정 용하였다<16).
- 본 실험에서는 볶음처리에 의한 홍삼의 기능성분 변화를 확인하기 위하여 예비실험결과를 바탕으로 중심합성계획법(8)에 의하여 볶음온도(Xi: 140~24CTC)와 볶음시간(X 5~25 min)을 독립변수로 하여 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화하였으며(Table 1, Table 2), 10구간의 조건을 설계하여 볶음실험을 실시하였다. 각 조건에서 얻은 볶음 시료의 추출물의 품질을 종속변수로 홍삼시료의 볶음 조건을 독립변수(X)로 하여 반응표면분석 (resporse surfoce methodology, RSM)(9, 10) 에 의한 볶음 홍삼에 대한 품질특성과 최적 조건을 예측하였다.
- 홍삼의 최적 볶음조건 설정을 위하여 볶음온도(140, 165, 190, 215, 240℃) 및 볶음시간(5, 10, 15, 20, 25 min)에 따른 중심 합성실험계획을 설정하여 볶음처리한 홍삼의 조 사포닌과 진세노사이드에 대한 변화를 확인하였다(Table 3). 그 결과 조사포닌, 진세노사이드 10종(Rgi, Re, Rf, Rhi, Rbi, Rc, Rb% Rd, Rg3, Rh2) 및 이러한 ginsenoside 함량을 모두 합한 total 값을 Table 3에 나타내었다 볶음 홍삼의 조 사포닌 함량 및 진세노사이드 함량에 대한 추출물 회귀식의 R2는 조사포닌의 경우 0.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 시료는 경북 풍기지역에서 5년 근(2005 년산) 홍삼 제조 시 부산물로 얻어지는 지근(홍중미)을 균일한 크기(5 mm X 5 mm)로 절단하여 볶음 처리에 사용하였다
- 홍삼의 볶음처리는 볶음 온도 시간 및 속도 조절이 가능한 자동볶음장치 (JIS-E04, JEIL IND. Co. Ltd., Seoul, South Korea)< 사용하였다. 미리 일정 온도까지 상승시 킨 오븐 내 볶음 드럼에 시료(홍중미 500 음)를 넣어 일정한 속도(40 rpm)로 저어주면서 볶음온도(140~24CTC, ±2©와 시간 (5-25)에 따라 실험을 수행하였다.
데이터처리
- 중심합성계획에 의한 홍삼의 볶음조건에 따른 기능적 특성은 추출물 및 시료분말의 품질특성을 반복 측정하여 그 평균값을 회귀 분석에 사용하였고 이때 독립변수와 종속변수에 대한 2차 회귀 모형식은 Y=bo + biXi + b2X2 + bi2XiX2 + bnXi2 + t)22X22(Y, 종속변수; Xi, X2, 독립변수; bo, 절편; bn, 회귀계수)이며, 회귀분석에 의한 예측은 SAS(Statistical Analysis System) pro응ram(19)을 사용하였다. 회귀분석 결과, 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점인 경우 능선분석을 하여 최적점을 구하였다.
- 회귀분석 결과, 임계점이 최대점이거나 최소점이 아니고 안장점인 경우 능선분석을 하여 최적점을 구하였다. 또한 최적 볶음조건 예측은 품질특성에 대한 contour map을 superimposing하였을 때 중복되는 부분의 범위 에서 예측하였다.
이론/모형
- 아질산염 소거작용 측정은 Kato 등(14)의 방법에 준하여 다음과 같이 측정하였다. 1 mM NaNO2 용액 1 mL에 각시료 추출물을 가하고, 0.
- 중심합성계획에 의한 볶음조건을 달리한 홍삼시료의 총 페놀 함량 측정은 Folin-Denis법(12)에 준하여 실시하였다. 시료 추출물 2 mL에 Folin 시약 2 mL을 혼합하여 실온에서 3 분간 정치한 뒤 10% Na2CO3 용액 2 mL을 가하여 혼합하고 실온에서 1시간 반응시 킨 다음 700 iot에서 흡광도를 측정하였다.
- 중심합성계획에 의해 볶음처리된 홍삼의 산성 다당체 함량은 carbazole-sulfuric acid 방법(15)으로 측정하였다. 시료추출액 0.
- 홍삼시료의 항산화성 (electron donating ability, EDA) 측정은 Blois의 방법(13)에 준하여 a, a-diphenyl-P-piciylhydrazyl (DPPH)를 사용하여 측정하였다. 즉, DPPH 12 mg을 100% 에탄올 100 mL에 녹인 후 517 nm에서 흡광도 값이 0.
성능/효과
- 예측하였다. 그 결과 가용성 고형분, 총 페놀 함량 및 항산화성은 볶음 온도와 시간이 증가함에 따라그 값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 산성다당체 함량은 볶음시간보다 볶음온도에 더 크게 영향을 받는 것으로 나타났다. 이로써 홍삼 지근의 기능성 관련 성분을 고려한 최적 볶음조건은 볶음온도 1945~210.
- 3). 그 결과 가용성고형분, 산성다당체 함량 조사포닌 함량 및 RB 진세노사이드 및 총 진세노사이드 함량을 만족시키는 독립변수의 범위 즉, 볶음조건 범위는 볶음 온도 194.5~210.9, 볶음시간 13.8~20.0 분으로 예측되었으며, 이를 바탕으로 최적 예측 점에 대한 실증실험을 통하여 예측 희귀식의 신뢰성을 검토할 예정이다.
- 1(E)어〕제시하였다. 볶음 홍삼의 아질산염 소거 능에 대한 추출물의 회귀식 R2는 pH 1.2의 경우 0.6465, pH 3.0의 경우 0.7194로 대체로 낮은 유의수준이었으며, 예측된 정상점은 모두 최대값을 나타내었다 아질산염 소거 능의 최대값은 pH 1.2에서 볶음온도 212.36E, 볶음시간 17.24 분에서 8031%로 예측되었고, pH 3.0에서는 볶음 온도 224.75℃, 볶음시간 15.84 분에서 73.70%로 예측되었다. 이처럼 볶음조건에 따른 아질산염 소거능의 차이가 생기는 것은 가열에 의한 식품성분간의 상호작용으로 생성되는 아질산염 소거 유효성분의 생성량 및 용해도에 기인하는 것으로 Kim 등(24)과 Hong 등(25)의 결과와 유사하였다.
- 20%로 예측되었다(Table 6). 볶음조건에 의한 고형분 함량 변화에 대한 contour mape Fig. 1(A)에 나타낸 바와 같이 볶음 온도와 시간이 증가함에 따른 고형분 함량의 증가를 보였으나 볶음 온도와 시간에 의한 F-ratio 가 각각 0.54와 0.61 로 볶음조건에 의한 영향이 매우 낮은 것으로 확인되었다. Table 8).
- 이는 볶음의 열처리 공정에 의해 인삼사포닌의 구조인 tritcrpenoid의 dammarane 구조에서 C-20에 결합되어져 있는 당류의 에텔결합이 열분해 되어져서 ginnoside Rg3의 함량이 증가되며, 또한 C-3의 OH기 에 sophorose 즉, glucose( 1^2)glucose 결합에 의한 glycosidic bond 또한 열분해 되어져서 진세노사이드 Rh2의 함량도 다소 증가한 것으로 알려져 있다(21). 이상의 총 10종의 진세노사이드를 합한 함량(total gmscuoade) 에 대한 반응표면의 경우 볶음온도 192.50℃ 및 볶음시간 16.94 분일때 최대점을지니는 반응표면으로 나타났다 (Fig. 2(D)).
- 중심합성계획에 의한 볶음 조건별 홍삼추출물의 아질산염 소거능은 Table 2과 같이 약산성 영역 (pH 4.2, 6.0, 미제시)에 비해 강산성영역(pH 1.2, 3.0)에서 아질산염 소거 능이 높게 나타나 pH에 따른 영향이 큰 것으로 확인되었다. 따라서 볶음조건에 따른 회귀분석은 pH 1.
- 21 분)로 각각 예측되었다. 중심합성계획에 의해 볶음처리된 홍삼의 진세노사이드 Rg3 및 恥는 볶음 온도 및 볶음시간이 증가할수록 그 함량이 증가하는 경향을 나타냈었고, 특히 Rh2는 인삼의 가열처리시 생성되는 물질 중의 하나로 R2는 0.9110으로 예측된 정상점은 안 장점으로 능선 분석을 통한 최대값은 19.24 mg%(볶음온도 238.09℃, 볶음시간 17.74 분)으로 예측되었다ig. 2(0).
- 83%로 예측되었으며 이때, 최대점을 나타내었다. 즉 진세노사이드 Rgie 볶음온도 179.98℃ 및 볶음시간 17.23 일 때 최대점을 나타내는 형태의 반응표면으로 나타냈고, Re의 경우 볶음온도와 볶음시간이 증가할수록 높은 함량으로 나타났으며, Rf는 볶음온도에는 큰 영향을 받지 않으며 볶음온도가 증가할수록 함량이 높은 것으로 나타났다. 진세노사이드 Rhie 볶음온도가 높거나 혹은 볶음 시간이 길어질수록 그 함량이 높았고, Rbi의 경우 Fig.
- 2(B)에 나타낸 바와 같이 볶음온도 190℃ 부근에서 볶음 시간과 관계없이 높은 것으로 나타났다. 진세노사이드 Rc의 경우 볶음 온도와 볶음시간이 높을수록 그 함량이 높았고, R飯와 Rd의 예측된 정상점은 모두 최대점으로 恥의 최대값은 94.04 mg%(볶음온도 209.38G 볶음시간 18.16 분)로 예측되었고, Rd의 최대값은 42.25 mg%(볶음온도 186.91 ℃, 볶음시간 14.21 분)로 각각 예측되었다. 중심합성계획에 의해 볶음처리된 홍삼의 진세노사이드 Rg3 및 恥는 볶음 온도 및 볶음시간이 증가할수록 그 함량이 증가하는 경향을 나타냈었고, 특히 Rh2는 인삼의 가열처리시 생성되는 물질 중의 하나로 R2는 0.
- 23 일 때 최대점을 나타내는 형태의 반응표면으로 나타냈고, Re의 경우 볶음온도와 볶음시간이 증가할수록 높은 함량으로 나타났으며, Rf는 볶음온도에는 큰 영향을 받지 않으며 볶음온도가 증가할수록 함량이 높은 것으로 나타났다. 진세노사이드 Rhie 볶음온도가 높거나 혹은 볶음 시간이 길어질수록 그 함량이 높았고, Rbi의 경우 Fig. 2(B)에 나타낸 바와 같이 볶음온도 190℃ 부근에서 볶음 시간과 관계없이 높은 것으로 나타났다. 진세노사이드 Rc의 경우 볶음 온도와 볶음시간이 높을수록 그 함량이 높았고, R飯와 Rd의 예측된 정상점은 모두 최대점으로 恥의 최대값은 94.
- 51 mg%으로 높게 나타났으며 이와 같은 결과는 Yom 등(23)의 보고와 유사한 것으로 열처리에 의해 생성된 reductone과 같은 갈변물질에 의해 발현된 것으로 사료된다. 총 페놀성 함량에 대한 반응표면분석한 결과 회귀식의 R2는 0.2281로 매우 낮았으며, 회귀식을 바탕으로 한 contour mape 안장점 (Table 6, Fig. 1(B)) 이므로 능선 분석을 통해 예측된 최대값은 17.41 mg%(볶음온도 232.50℃, 볶음시간 17.41 분)이였다 또한 총 페놀 함량은 가열온도에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
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