유자씨의 limonin 및 nomilin에 대한 최적 추출조건을 선정하기 위하여 추출온도($30-70^{\circ}C$; $X_1$), 추출시간(1-5 hr; $X_2$) 및 교반속도(200-600 rpm; $X_3$)를 독립변수로 중심합성계획법에 따라 실험설계한 각각의 추출조건에서 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다. Limonin 및 nomilin 추출 조건의 최적화를 위하여 추출용매는 ethanol, 추출용매의 양은 20배 그리고 추출용매 농도는 60%로 선정하였다. Limonin 및 nomilin 추출에 미치는 추출조건의 영향은 추출온도가 가장 컸으며(p<0.01) 그 다음으로는 추출시간으로 나타났다. 반응표면분석결과 최적 추출조건은 limonin에서는 추출온도, 추출시간 및 교반속도가 각각 $49.7^{\circ}C$, 3.3 hr 및 400.6 rpm으로 나타났으며, 이때의 추출량은 353.9 mg/100 g이었다. Nomilin은 각각 $50.3^{\circ}C$, 3.5 hr 및 399.9 rpm이었으며, 추출량은 214.5 mg/100 g이었다. 동일조건에서의 실험값은 limonin 및 nomilin이 가각 338.8 및 219.5 mg/100 g으로 예측값과 실험값이 유사하여 최적화할 수 있었다.
유자씨의 limonin 및 nomilin에 대한 최적 추출조건을 선정하기 위하여 추출온도($30-70^{\circ}C$; $X_1$), 추출시간(1-5 hr; $X_2$) 및 교반속도(200-600 rpm; $X_3$)를 독립변수로 중심합성계획법에 따라 실험설계한 각각의 추출조건에서 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다. Limonin 및 nomilin 추출 조건의 최적화를 위하여 추출용매는 ethanol, 추출용매의 양은 20배 그리고 추출용매 농도는 60%로 선정하였다. Limonin 및 nomilin 추출에 미치는 추출조건의 영향은 추출온도가 가장 컸으며(p<0.01) 그 다음으로는 추출시간으로 나타났다. 반응표면분석결과 최적 추출조건은 limonin에서는 추출온도, 추출시간 및 교반속도가 각각 $49.7^{\circ}C$, 3.3 hr 및 400.6 rpm으로 나타났으며, 이때의 추출량은 353.9 mg/100 g이었다. Nomilin은 각각 $50.3^{\circ}C$, 3.5 hr 및 399.9 rpm이었으며, 추출량은 214.5 mg/100 g이었다. 동일조건에서의 실험값은 limonin 및 nomilin이 가각 338.8 및 219.5 mg/100 g으로 예측값과 실험값이 유사하여 최적화할 수 있었다.
In this study, response surface methodology was employed in order to optimize the limonin and nomilin extraction conditions from citron seed. The independent variables were extraction temperature, extraction time, and shaking velocity. The yield of limonin and nomilin increased with increased extrac...
In this study, response surface methodology was employed in order to optimize the limonin and nomilin extraction conditions from citron seed. The independent variables were extraction temperature, extraction time, and shaking velocity. The yield of limonin and nomilin increased with increased extraction temperature and time. The extraction effects on the limonin and nomilin were higher at extraction temperature (p<0.01). The predicted extraction conditions were validated through actual experiments. The predicted conditions were as follows: $49.7^{\circ}C$ of extraction temperature, 3.3 hr of extraction time, and 400.6 rpm of shaking velocity for the maximum limonin contents (353.9 mg/100 g) and $50.3^{\circ}C$, 3.5 hr, and 399.9 rpm for the maximum nomilin contents (214.5 mg/100 g). The experimental values of limonin and nomilin contents at the predicted conditions were 338.8 and 219.5 mg/100 g, respectively. The predicted values at the optimized conditions were acceptable when compared to the experimental values.
In this study, response surface methodology was employed in order to optimize the limonin and nomilin extraction conditions from citron seed. The independent variables were extraction temperature, extraction time, and shaking velocity. The yield of limonin and nomilin increased with increased extraction temperature and time. The extraction effects on the limonin and nomilin were higher at extraction temperature (p<0.01). The predicted extraction conditions were validated through actual experiments. The predicted conditions were as follows: $49.7^{\circ}C$ of extraction temperature, 3.3 hr of extraction time, and 400.6 rpm of shaking velocity for the maximum limonin contents (353.9 mg/100 g) and $50.3^{\circ}C$, 3.5 hr, and 399.9 rpm for the maximum nomilin contents (214.5 mg/100 g). The experimental values of limonin and nomilin contents at the predicted conditions were 338.8 and 219.5 mg/100 g, respectively. The predicted values at the optimized conditions were acceptable when compared to the experimental values.
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문제 정의
유자씨의 limonoid 화합물에 대한 연구로는 Hashinaga 등(17)의 유자씨에 함유된 limonoid를 분석한 연구와 limonoid 화합물을 분리 및 정제한 연구(18), HPLC로 플라보노이드 및 limonoid 화합물을 정량한 연구(19) 등 이에 대한 연구가 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 유자 가공품 제조시 부산물로 생산되어 폐기되고 있는 유자씨를 재활용하여 식품소재로 활용할 수 있는 기초자료로 제공하고자 산업적으로 사용할 수 있는 용매추출을 이용하여 유자씨의 limonin과 nomilin에 대한 최적추출조건을 반응표면분석을 통하여 확립하고자 하였다.
제안 방법
Limonin 및 nomilin(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)의 표준물질을 각각 10, 20 및 30 mg/L의 농도로 조제하였으며, column은 X terra C 18(4.6 mm×150 mm, Agilent Technologies, Wilmington, DE, USA)을 사용하였고 이동상은 acetonitrile:10 mM acetic acid(4:6, v/v)를 1 mL/min의 유속으로 흘려주었다.
Limonin 및 nomilin 함량은 추출시료를 여과시켜 HPLC(Waters 2695, Waters, New Castle, DE, USA)로 분석하였다. Limonin 및 nomilin(Sigma-Aldrich, St.
Limonin 및 nomilin의 추출에 미치는 추출용매의 영향을 살펴보기 위하여 탈지된 유자씨에 ethanol, methanol, acetone 및 acetonitrile 용매를 각각 10배량을 첨가하여 40℃, 400 rpm에서 3시간 교반 추출하였으며, 추출물을 여과한 후 감압농축기(rotary vacuum evaporator, Eyela, Tokyo, Japan)로 농축하였다. 농축물을 100 mL로 정용하여 HPLC로 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다.
Limonin 및 nomilin의 추출에 미치는 에탄올 농도의 영향을 살펴보기 위하여 에탄올 농도를 95, 80, 60 및 40%로 조절한 다음 20배량을 첨가하고 40℃, 400 rpm에서 3시간 추출하였다. 추출물은 여과 및 농축한 후 100 mL로 정용하여 HPLC로 분석하였다.
유자씨의 limonin 및 nomilin의 최적추출조건을 선정하기 위하여 추출온도, 추출시간 및 교반속도를 3개의 주요 독립변수로 설정하고 중심합성계획법에 따라 Table 1과 같이 5단계로 부호화하여 16개의 구간으로 설계 하였다. 독립변수(Xn)를 추출온도(30, 40, 50, 60, 70℃; X1), 추출시간(1, 2, 3, 4, 5 시간; X2) 및 교반속도(200, 300, 400, 500, 600 rpm; X3)로 하였으며, 종속변수(Yn) 은 limonin 및 nomilin 함량으로 하였다.
유자씨의 limonin 및 nomilin의 최적추출조건을 선정하기 위하여 추출온도, 추출시간 및 교반속도를 3개의 주요 독립변수로 설정하고 중심합성계획법에 따라 Table 1과 같이 5단계로 부호화하여 16개의 구간으로 설계 하였다. 독립변수(Xn)를 추출온도(30, 40, 50, 60, 70℃; X1), 추출시간(1, 2, 3, 4, 5 시간; X2) 및 교반속도(200, 300, 400, 500, 600 rpm; X3)로 하였으며, 종속변수(Yn) 은 limonin 및 nomilin 함량으로 하였다.
Limonin 및 nomilin의 추출 수율에 미치는 용매 첨가량의 영향을 살펴보기 위하여 추출 용매로 선정한 ethanol을 각각 1:5, 1:10, 1:15, 1:20, 1:25 및 1:30 (w/v)으로 첨가하여 추출 수율을 비교 하였으며, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Limonin 함량은 용매 첨가량 1:5에서 1:20까지는 증가하다 그 이후부터는 증가 폭이 감소되었으며, nomilin 함량은 1:20부터 증가 폭이 감소되는 경향을 나타내었다.
유자씨로부터 limonin 및 nomilin 추출 조건의 최적화를 위하여 추출용매는 ethanol, 추출용매의 농도는 60% 그리고 용매첨가량은 20배로 결정한 다음 추출온도, 추출시간 및 교반속도를 변수로 하여 중심합성계획법으로 16구간의 추출조건을 설정하여 추출 조건에 따른 limonin 및 nomilin 함량을 측정한 결과를 Table 1과 Fig. 4 및 5에 나타내었다. 추출조건별 limonin과 nomlin 함량을 측정한 결과 limonin은 315.
유자씨의 limonin 및 nomilin의 최적추출조건을 결정하기 위하여 추출조건별 limonin 및 nomilin 함량에 대해 반응표면분석을 실시하고 최적 추출조건을 예측하였다. 유자씨 추출물의 추출 조건에 대한 통계분석결과, 반응표면에서 정상점이 모두 안장점으로 나타났다.
유자씨의 limonin 및 nomilin에 대한 최적 추출조건을 선정하기 위하여 추출온도(30-70℃; X1), 추출시간(1-5 hr; X2) 및 교반속도(200-600 rpm; X3)를 독립변수로 중심합성계획법에 따라 실험설계한 각각의 추출조건에서 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다. Limonin 및 nomilin 추출 조건의 최적화를 위하여 추출용매는 ethanol, 추출용매의 양은 20배 그리고 추출용매 농도는 60%로 선정하였다.
)를 독립변수로 중심합성계획법에 따라 실험설계한 각각의 추출조건에서 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다. Limonin 및 nomilin 추출 조건의 최적화를 위하여 추출용매는 ethanol, 추출용매의 양은 20배 그리고 추출용매 농도는 60%로 선정하였다. Limonin 및 nomilin 추출에 미치는 추출조건의 영향은 추출온도가 가장 컸으며(p<0.
Limonin 및 nomilin의 추출에 미치는 추출용매의 영향을 살펴보기 위하여 탈지된 유자씨에 ethanol, methanol, acetone 및 acetonitrile 용매를 각각 10배량을 첨가하여 40℃, 400 rpm에서 3시간 교반 추출하였으며, 추출물을 여과한 후 감압농축기(rotary vacuum evaporator, Eyela, Tokyo, Japan)로 농축하였다. 농축물을 100 mL로 정용하여 HPLC로 limonin 및 nomilin 함량을 측정하였다.
Limonin 및 nomilin의 추출에 미치는 추출 용매량의 영향을 살펴보기 위하여 위에서 선정된 추출용매를 1:5(w/v)부터 5배씩 증가시켜 1:30(w/v)까지 첨가한 다음 40℃, 400 rpm에서 3시간 추출한 다음 여과 및 농축한 후 100 mL로 정용하여 HPLC로 분석 하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 유자씨는 2006년 고흥에서 수확한 유자를 과피 및 과육을 제거한 것을 (주)미드미에서 제공받아 이를 수세 건조한 후 수분함량을 평균 10±0.5%로 조절하여 −20℃의 냉동고에 보관하면서 사용하였다.
데이터처리
통계분석은 SAS program(SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 분석하였다. 반응 모형은 다중 회귀 분석을 통해 이차다항 회귀 곡선식(quadratic canonical polynomial model)으로 나타내었다.
이론/모형
통계분석은 SAS program(SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 분석하였다. 반응 모형은 다중 회귀 분석을 통해 이차다항 회귀 곡선식(quadratic canonical polynomial model)으로 나타내었다. 반응표면분석에서는 반응 변수에 대한 기본 model을 second order designs에 의해 표현하였다.
반응 모형은 다중 회귀 분석을 통해 이차다항 회귀 곡선식(quadratic canonical polynomial model)으로 나타내었다. 반응표면분석에서는 반응 변수에 대한 기본 model을 second order designs에 의해 표현하였다.
성능/효과
Limonin 함량은 용매 첨가량 1:5에서 1:20까지는 증가하다 그 이후부터는 증가 폭이 감소되었으며, nomilin 함량은 1:20부터 증가 폭이 감소되는 경향을 나타내었다. 따라서 두 유효 성분의 추출용이성과 용매사용량에 따른 효율적인 면을 고려해볼 때 20배의 용매첨가량이 적당 하다고 판단되었다.
3과 같다. 95% ethanol 추출 시 limonin 및 중심합성계획법에 의한 limonin 및 nomilin 함량 nomilin은 각각 202.3 및 131.1 mg/100 g의 함량을 나타내었지만, 60% ethanol 추출 시에는 각각 279.2 및 204.2 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었다. Park 등(20)의 연구에 의하면 천연물의 에탄올 추출시 에탄올 농도가 수율에 큰 영향을 미친다고 보고 하였는데 본 실험에서도 ethanol 농도에 따라 많은 차이를 나타내었다.
4 및 5에 나타내었다. 추출조건별 limonin과 nomlin 함량을 측정한 결과 limonin은 315.8-408.2 mg/100 g 범위에 있었으며, nomilin은 191.0-233.0 mg/100 g 범위로 나타났다. Herman 등(9)은 sour orange, cleopatra mandarin, nova tangerine 및 rio red grapefruit에서 limonin의 함량이 각각 116.
Nomilin 추출에 대한 통계분석 결과 추출온도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며(F-value: 24.84, p<0.001), 그 다음으로 추출시간(Fvalue: 6.67, p<0.001)에 의하여 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났으며, 교반속도에 대해서는 유의성이 없었다.
Limonin 추출에 대한 통계분석 결과는 Table 2 및 3에서 보는 바와 같이 추출온도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며(F-value: 8.04, p<0.001), 그 다음으로 추출시간 (F-value: 3.74, p<0.01)에 의하여 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났으며, 교반속도에 대해서는 유의성이 없었다.
01)에 의하여 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났으며, 교반속도에 대해서는 유의성이 없었다. 반응표면 분석결과는 Fig. 4에서 보는 바와 같이 추출온도와 시간의 증가에 따라 limonin 함량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 장시간 추출시에는 교반속도의 증가에 따라 오히려 증가 폭이 감소되는 경향을 나타내었다. Nomilin 추출에 대한 통계분석 결과 추출온도의 영향이 가장 큰 것으로 나타났으며(F-value: 24.
001)에 의하여 유의적으로 영향을 받는 것으로 나타났으며, 교반속도에 대해서는 유의성이 없었다. 반응표면 분석결과는 Fig. 5에서 보는 바와 같이 단시간의 추출에서는 추출온도와 속도의 증가에 따라 유의적으로 nomilin 함량이 증가하였으며, 추출온도 50℃ 이후부터는 그 증가 폭이 감소되는 경향을 나타내었다.
따라서 능선분석을 실시하여 최적 조건을 산출하고 이상의 예측 결과에 대한 모델식의 신뢰성을 확인하기 위하여 각각의 종속변수에 대한 최적조건 범위에서 추출하여 예측된 값들과 비교해본 결과는 Table 4와 같다. 본 연구에서는 예측 값과 limonin은 유의성이 있는 범위에서 낮게 측정되었으며, nomilin은 유의성이 없는 범위에서 유사한 수치로 측정되었다. 따라서 유자씨 limonin의 최적 추출 조건은 추출온도 49.
본 연구에서는 예측 값과 limonin은 유의성이 있는 범위에서 낮게 측정되었으며, nomilin은 유의성이 없는 범위에서 유사한 수치로 측정되었다. 따라서 유자씨 limonin의 최적 추출 조건은 추출온도 49.7℃, 추출시간 3.3 hr, 교반속도 400.6rpm에서 353.9mg/100 g으로 나타났으며, nomilin은 추출온도 50.3℃, 추출시간 3.5 hr, 교반속도 399.9rpm에서 214.5 mg/100g으로 나타났다.
Limonin 및 nomilin 추출에 미치는 추출조건의 영향은 추출온도가 가장 컸으며(p<0.01) 그 다음으로는 추출시간으로 나타났다.
01) 그 다음으로는 추출시간으로 나타났다. 반응표면분석결과 최적 추출조건은 limonin에서는 추출온도, 추출시간 및 교반속도가 각각 49.7℃, 3.3 hr 및 400.6 rpm으로 나타났으며, 이때의 추출량은 353.9 mg/100 g이었다. Nomilin은 각각 50.
2에 나타내었다. Limonin 함량은 용매 첨가량 1:5에서 1:20까지는 증가하다 그 이후부터는 증가 폭이 감소되었으며, nomilin 함량은 1:20부터 증가 폭이 감소되는 경향을 나타내었다. 따라서 두 유효 성분의 추출용이성과 용매사용량에 따른 효율적인 면을 고려해볼 때 20배의 용매첨가량이 적당 하다고 판단되었다.
후속연구
2 mg/g으로 높은 함량을 보이는 것으로 보고하였다. 그러나 본 연구에서는 methanol 추출에서 가장 높은 limonin 및 nomilin 함량을 나타내었지만, 향후 식품소재 및 적용가능성을 고려하여 ethanol을 추출 용매로 선정하였다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
유자는 분류학적으로 어디에 속하는가?
감귤류에 속하는 유자는 제주를 포함해서 고흥, 거창, 완도, 고성, 장흥, 강진, 남해 등 남해안 일대에만 자생하며, 비타민 C와 무기질이 풍부하고 약 4% 정도의 구연산을 함유하고 있다(1). 유자는 액즙이 풍부하고 향기가 좋아서 산미료로써 요리에 사용되 거나 유자청 제조에 대부분 이용되고 있으나, 신맛으로 인하여 생식용으로는 거의 이용되지 않고 있다.
유자는 우리나라 어떤 지역 일대에서만 자생하는가?
감귤류에 속하는 유자는 제주를 포함해서 고흥, 거창, 완도, 고성, 장흥, 강진, 남해 등 남해안 일대에만 자생하며, 비타민 C와 무기질이 풍부하고 약 4% 정도의 구연산을 함유하고 있다(1). 유자는 액즙이 풍부하고 향기가 좋아서 산미료로써 요리에 사용되 거나 유자청 제조에 대부분 이용되고 있으나, 신맛으로 인하여 생식용으로는 거의 이용되지 않고 있다.
Limonin 및 nomilin 함량은 추출시료를 여과시켜 HPLC로 분석하였는데 그 과정은 어떻게 되는가?
Limonin 및 nomilin 함량은 추출시료를 여과시켜 HPLC(Waters 2695, Waters, New Castle, DE, USA)로 분석하였다. Limonin 및 nomilin(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)의 표준물질을 각각 10, 20 및 30 mg/L의 농도로 조제하였으며, column은 X terra C 18(4.6 mm×150 mm, Agilent Technologies, Wilmington, DE, USA)을 사용하였고 이동상은 acetonitrile:10 mM acetic acid(4:6, v/v)를 1 mL/min의 유속으로 흘려주었다. 검출기는 UV(210 nm)로 하였고 주입량은 10 µL로 하였다.
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