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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 국내에서 발생되는 폐자원인 포도씨로부터 건강기능성 성분을 활용할 목적으로, 원적외선 처리에 따른 포도씨 추출물의 기능성분 함량 변화를 연구하였다.
가설 설정
- 2)Values with different letters within a heating power (a-c) and a heating time (x-z) differ significantly(p<0.05).
- b: Degree of yellowness (yellow + 70 ↔ -80 blue).
제안 방법
- , 2000)을 이용하여 최적가열조건의 예측 및 시료 추출물의 품질 특성을 모니터링 하였다. 가열조건의 최적화를 위한 실험계획은 중심합성계획법(Lee et al., 2000)에 의하여 설계하였으며 독립변수(Xi)는 가열출력(X1: 0～1,800 W)과 가열시간(X2: 0～40 min)으로 정하였으며 예비 실험을 통하여 임의 조건 범위를 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계 부호로 나타내었다(Table 1). 그리고 이들 독립변수를 중심합성실험계획에 따라 10개의 구간으로 나누어 원적외선 처리하였다.
- , 2000)에 의하여 설계하였으며 독립변수(Xi)는 가열출력(X1: 0～1,800 W)과 가열시간(X2: 0～40 min)으로 정하였으며 예비 실험을 통하여 임의 조건 범위를 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계 부호로 나타내었다(Table 1). 그리고 이들 독립변수를 중심합성실험계획에 따라 10개의 구간으로 나누어 원적외선 처리하였다.
- 앞선 연구에서 포도씨 원적외선 처리에 따른 가열 출력 및 가열시간의 변화에 총 catechin 함량, 총 페놀성 화합물 함량 및 전자공여능이 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 따라서 원적외선 가열처리 최적 조건을 설정하고자 가열출력 900 W 및 가열시간 20분을 중심점으로 하여 가열출력은 0, 450, 900, 1350, 1800 W, 가열시간은 0, 10, 20, 30, 40 분으로 하여 중심합성실험계획에 따라 실험한 결과 Table 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 즉 총 페놀성 화합물 함량은 가열조건에 따라 2223.
- 본 실험에 사용된 원적외선 건조기(4～24 μm, 200 W/450 W, 400 mm L, AS-FD05, A-Sung Test Machine, Busan, Korea)는 가열출력(W)과 가열시간(min)을 조절할 수 있도록 제작하였다.
- 분말 시료(18 mesh)의 기계적 색도는 색차계(Color and color difference meter, Chromameter CR-200, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter color parameter(L, a, b)를 측정하였다. 이 때 표준백판의 L, a, b 값은 각각 49.
- 시료의 가용성 고형분 함량 측정은 미리 항량을 구한 알루미늄 수기에 추출물 2 mL를 취하여 105℃ dry oven에 6시간 가열 후 데시케이터에서 30분간 방냉시켜 항량이 구해질 때까지 무게를 반복 측정하였다(Kwon et al., 2003).
- 본 실험에 사용된 원적외선 건조기(4～24 μm, 200 W/450 W, 400 mm L, AS-FD05, A-Sung Test Machine, Busan, Korea)는 가열출력(W)과 가열시간(min)을 조절할 수 있도록 제작하였다. 시료의 원적외선 가열처리는 시료 일정량을 페트리 접시(직경 120 mm)에 담아 가열출력 (0, 900, 1,800 W) 및 가열시간(0, 20, 40 min)을 달리하여 실험하였다.
- 원적외선 조사가 포도씨 기능성분의 변화에 미치는 영향을 알아보고자 가열출력(0, 900, 1800 W) 및 가열시간(0, 20, 40 min)을 달리하여 원적외선 조사 후 마이크로파를 이용하여 포도씨 추출물을 제조하고 기능성분으로서 가용성 고형분, 기계적 색도, 카테킨, 총 페놀, 총 플라보노이드 함량 및 전자공여능과 아질산염 소거능을 각각 측정하였다. 가용성 고형분 함량 및 백색도 및 적색도는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다.
- 5 g) 시료 대 용매비를 1:20의 비율로 용매 50 mL를 가한 후 110 W, 4 min의 조건에 맞추어 실행하였다. 추출 후 여과지(Whatman No. 1)를 사용하여 흡입여과 후 일정량의 부피로 맞추어 이화학적 및 기능성분 측정 실험에 사용하였다.
- 추출물의 catechin 분석은 Ricardo da Silva 등의 방법(Ricardo da Silva, 2002)을 변형하여 Choi의 방법(Choi, 2002)에 따라 HPLC에 의해 분석하였다. 각 추출물 1 mL를 80% methanol 2 mL에 용해하여 얻은 시험용액 3 mL를 0.
- 마이크로웨이브 추출장치는 2,450 MHz 주파수의 실험실 규모의 환류냉각관이 장착된 상압형 추출장치(Open vessel type : Microdigest unit, Prolabo, France)이었다. 추출은 extraction vessel에 18 mesh로 분쇄한 시료 일정량(2.5 g) 시료 대 용매비를 1:20의 비율로 용매 50 mL를 가한 후 110 W, 4 min의 조건에 맞추어 실행하였다. 추출 후 여과지(Whatman No.
- 아질산염 소거능 측정은 Kato 등의 방법(Kato, 1987)에 준하여 실행하였다. 특히 산성영역에서 높은 값을 나타내므로 pH 1.2와 pH 3.0에서 각각 측정하였다. 각 시료 추출물에 1 mM NaNO2 용액 1 mL을 가하고, 0.
- 포도씨의 기능성분 함량을 최대화 할 수 있는 원적외선 가열처리의 최적조건을 찾기 위해 가열출력 및 가열시간에 영향을 많이 받는 총 페놀성 화합물 함량, 총 catechin 함량 및 전자공여능에 대한 contour map을 superimposing 하였다(Fig. 4). 그 결과 가열출력 621.
대상 데이터
- 01 AUFS 등이었다. 또한 표준물질로는 (+)-catechin, procyanidin B2, (-)-epicatechin, (-)-epicatechinn gallate를 각각 methanol에 용해시켜 mg/mL의 용액으로 조제하여 사용하였다.
- , 2008)을 적용하였다. 마이크로웨이브 추출장치는 2,450 MHz 주파수의 실험실 규모의 환류냉각관이 장착된 상압형 추출장치(Open vessel type : Microdigest unit, Prolabo, France)이었다. 추출은 extraction vessel에 18 mesh로 분쇄한 시료 일정량(2.
- 실험에 사용된 포도(Vitis vinifera)는 경북대학교 포도마을(주)에서 제공받은 2007년 경북 영천산 Campbell Early 품종으로서, 분리된 포도씨는 흐르는 물에 세척하여 35～45℃ 열풍 건조하고 진공 포장한 다음 4℃에 냉장 보관하면서 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 본 실험에서 3회 반복으로 실험결과를 얻었으며 SAS program(ver. 8.12)을 이용하여 분산분석(Analysis of variance, ANOVA)과 시료간의 차이는 Duncan's multiple range test에 따라 p<0.05 수준에서 유의차를 검정하였고, 결과는 평균값과 표준편차(mean±S.D.)로 나타내었다.
- 여기서 Y는 종속변수, X1, X2는 독립변수, b0는 절편, bn은 회귀계수이고, 반응 표면 회귀분석을 위해서 SAS(Statistical Analysis System) program(SAS Institiute)을 이용하였다.
- )로 나타내었다. 원적외선 가열처리 최적화를 위해서는 중심합성계획에 의한 원적외선 가열 조건에 따른 품질특성에 대한 결과는 추출물의 품질 특성을 반복 측정하여 그 평균값을 종속변수(Y)로 하여 회귀분석을 실시하였다. 이 때 두 개의 독립변수와 종속변수에 대한 2차 회귀 모형식은 다음과 같다.
이론/모형
- 본 실험에서는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(Lee et al., 2000)을 이용하여 최적가열조건의 예측 및 시료 추출물의 품질 특성을 모니터링 하였다. 가열조건의 최적화를 위한 실험계획은 중심합성계획법(Lee et al.
- 시료 추출물의 항산화성(electron donating ability, EDA) 측정은 Blois의 방법(Blois, 1958)에 준하여 α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH) 12 mg을 100% 에탄올 100 mL에 녹인 뒤 517 nm에서 흡광도 값이 0.95～0.99가 되도록 50% 에탄올로 희석하여 용액을 제조하였다.
- 아질산염 소거능 측정은 Kato 등의 방법(Kato, 1987)에 준하여 실행하였다. 특히 산성영역에서 높은 값을 나타내므로 pH 1.
- 원적외선 처리된 포도씨의 기능성분 추출에는 마이크로웨이브추출법(Lee et al., 2008)을 적용하였다. 마이크로웨이브 추출장치는 2,450 MHz 주파수의 실험실 규모의 환류냉각관이 장착된 상압형 추출장치(Open vessel type : Microdigest unit, Prolabo, France)이었다.
- 총 페놀 함량 측정은 Folin-Denis법(Amerine and Ough, 1980)에 따라 실시하였다. 추출액 2 mL에 Folin 시약 2 mL를 가하여 혼합하고 3분간 정치시킨 뒤 10% Na2CO3 용액을 2 mL를 넣어 진탕하고 1시간 실온에서 방치한 다음 700 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 총 플라보노이드 함량 측정은 Park and Kim (1995)의 방법에 준하여 측정하였다. 추출액 0.
성능/효과
- 가용성 고형분 함량 및 백색도 및 적색도는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. Cathechin류는 가열시간에 따라 catechin, procyanidin B2, epicatechin 함량의 변화가 있음을 확인하였으며, 총 catechin 함량은 총 카테킨 함량은 900 W 및 20분 처리 시 가장 높게 나타났다. 총 페놀성 화합물 및 플라보노이드 함량 또한 가열출력 900W 및 가열시간 20 분 일 때 가장 높게 나타났다.
- 96 mg%로 높게 가장 높게 나타났다. Epicatechin 함량은 가열 출력이 높을수록 그 함량이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 그리고 총 catechin 함량은 900 W 처리시 가장 높게 나타났다.
- 원적외선 조사가 포도씨 기능성분의 변화에 미치는 영향을 알아보고자 가열출력(0, 900, 1800 W) 및 가열시간(0, 20, 40 min)을 달리하여 원적외선 조사 후 마이크로파를 이용하여 포도씨 추출물을 제조하고 기능성분으로서 가용성 고형분, 기계적 색도, 카테킨, 총 페놀, 총 플라보노이드 함량 및 전자공여능과 아질산염 소거능을 각각 측정하였다. 가용성 고형분 함량 및 백색도 및 적색도는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. Cathechin류는 가열시간에 따라 catechin, procyanidin B2, epicatechin 함량의 변화가 있음을 확인하였으며, 총 catechin 함량은 총 카테킨 함량은 900 W 및 20분 처리 시 가장 높게 나타났다.
- 4). 그 결과 가열출력 621.82～818.18 W 및 가열시간 16.3～19.83 min의 범위가 최적 가열조건범위로 설정되었다. 이 범위 중 최적 범위로 임의의 점인 가열출력 720 W 및 가열시간 18 min으로 설정하여 반응표면분석에 의한 예측치와 실측치를 비교한 결과 Table 6과 같이, 80% 이상으로 유사하게 나타남을 볼 수 있었다.
- 총 페놀성 화합물 및 플라보노이드 함량 또한 가열출력 900W 및 가열시간 20 분 일 때 가장 높게 나타났다. 그에 따라 전자공여능도 가열출력 900 W 및 가열시간 20분 일 때 가장 높은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 원적외선 처리에 의해 총 페놀성 화합물 함량, 총 플라보노이드 함량이 증가됨을 볼 수 있었으며, 특히 cathechin류의 변화가 있음을 확인할 수 있었다.
- 식물체에는 많은 종류의 페놀 화합물이 존재하며, hydroxycinnamic acid를 비롯한 대부분의 페놀 화합물은 세포벽 다당류, 리그닌 등과 ester 결합되어 있거나 중합체로 존재한다(Herrmann 1989). 따라서 상기 결과는 식물에 존재하는 페놀성 화합물은 다양한 결합상태로 존재하고, 이들은 이화학적 처리 조건에 따라 유리될 수 있음을 의미한다. 총 플라보노이드 함량은 가열출력이 증가할수록 1261.
- 81 mg%로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 1,800 W에서 높게 나타났다. 또한 가열시간에 따른 총 페놀 함량은 20분 처리 시 가장 높은 것으로 나타났다. 식물체에는 많은 종류의 페놀 화합물이 존재하며, hydroxycinnamic acid를 비롯한 대부분의 페놀 화합물은 세포벽 다당류, 리그닌 등과 ester 결합되어 있거나 중합체로 존재한다(Herrmann 1989).
- 87%로 나타나 900 W 처리 시 전자공여능이 높은 것을 알 수 있었다. 또한 가열출력을 900 W로 고정하고 가열시간에 따른 전자공여능은 무처리 시 58.60%, 20분 처리 시 66.50%, 40분 처리 시 61.38%로 각각 나타나 20분 처리 시에 전자공여능이 높음을 알 수 있었다. 즉, 전자공여능은 총 페놀성 화합물 함량의 변화와 유사한 경향이었다.
- 또한 이로 인해 항산화능도 증가됨을 알 수 있었다. 또한 포도씨의 원적외선 가열처리 최적조건을 설정하고자 가열출력 및 가열시간을 달리하여 중심합성실험계획으로 반응표면분석한 결과 가열출력 621.82～818.18 W, 가열시간 16.3～19.83 min의 범위가 최적 가열조건범위로 설정되었다.
- 앞선 연구에서 포도씨 원적외선 처리에 따른 가열 출력 및 가열시간의 변화에 총 catechin 함량, 총 페놀성 화합물 함량 및 전자공여능이 영향을 많이 받는 것으로 나타났다. 따라서 원적외선 가열처리 최적 조건을 설정하고자 가열출력 900 W 및 가열시간 20분을 중심점으로 하여 가열출력은 0, 450, 900, 1350, 1800 W, 가열시간은 0, 10, 20, 30, 40 분으로 하여 중심합성실험계획에 따라 실험한 결과 Table 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다.
- , epicatechin, epicatechin gallate 및 총 catechin 함량을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 원적외선 가열출력을 달리하였을 때 catechin 및 epicatechin gallate 함량은 통계적으로 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다. 반면에 procyanidin B2 함량은 900 W에서 519.
- 71 mg%로 증가하여으며, 가열시간 20분 처리 시에 높은 것으로 나타났다. 원적외선 처리에 따른 포도씨 추출물의 전자공여능은 가열출력 900 W일 때 66.50%, 1,800 W 처리 시 64.87%로 나타나 900 W 처리 시 전자공여능이 높은 것을 알 수 있었다. 또한 가열출력을 900 W로 고정하고 가열시간에 따른 전자공여능은 무처리 시 58.
- 그에 따라 전자공여능도 가열출력 900 W 및 가열시간 20분 일 때 가장 높은 것으로 나타났다. 이상의 결과는 원적외선 처리에 의해 총 페놀성 화합물 함량, 총 플라보노이드 함량이 증가됨을 볼 수 있었으며, 특히 cathechin류의 변화가 있음을 확인할 수 있었다. 또한 이로 인해 항산화능도 증가됨을 알 수 있었다.
- 그러나 catechin, procyanidin B2 및 epicatechin 함량은 원적외선 20분 처리 시 그 함량이 높은 것으로 나타났다. 전반적으로 catechin류 함량은 원적외선 20분 처리 시 3918.57 mg%로 가장 높게 나타났다.
- 즉 가열시간이 20 min 보다 짧으면 가열 출력이 증가할수록 전자공여능이 낮게 나타났으며, 가열시간이 20 min보다 길 경우에는 가열출력이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 전자공여능은 가열시간 및 가열출력이 증가할수록 높은 것으로 나타났다.
- 3에 나타내었다. 즉 가열시간이 20 min 보다 짧으면 가열 출력이 증가할수록 전자공여능이 낮게 나타났으며, 가열시간이 20 min보다 길 경우에는 가열출력이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났다. 전자공여능은 가열시간 및 가열출력이 증가할수록 높은 것으로 나타났다.
- 1에 나타내었다. 즉 가열출력 588 W 및 가열온도 13 min 최대로 나타났으며, 그 이후로는 가열출력 및 가열 시간이 증가할수록 총 페놀성 화합물 함량이 감소하는 것으로 나타났다.
- 2에 나타내었다. 즉 가열출력 및 가열시간이 증가할수록 증가하다가, 가열출력 750 W 및 가열시간 18 min 부근에서 최대를 나타내었으며, 그보다 높은 가열출력 및 가열시간에서는 감소됨을 볼 수 있었다.
- 따라서 원적외선 가열처리 최적 조건을 설정하고자 가열출력 900 W 및 가열시간 20분을 중심점으로 하여 가열출력은 0, 450, 900, 1350, 1800 W, 가열시간은 0, 10, 20, 30, 40 분으로 하여 중심합성실험계획에 따라 실험한 결과 Table 5와 같은 결과를 얻을 수 있었다. 즉 총 페놀성 화합물 함량은 가열조건에 따라 2223.00～2473.48 mg%로 나타났으며, 총 catechin 함량은 3348.13～4237.00 mg%로 나타났다. 이에 따른 전자공여능은 52.
- 포도씨에 원적외선을 가열출력(0, 900, 1800 W)과 가열시간(0, 20, 40 min)을 달리하여 처리한 다음, 그 추출물의 가용성 고형분 및 기계적 색도를 측정한 결과는 Table 2와 같다. 처리 조건에 따른 시료들의 가용성 고형분 함량은 0.45～0.48% 범위로 나타났으며, 가열시간 20분에서 가열출력에 따른 유의적인 차이는 없는 것으로 나타났다. 기계적 색도에 있어서는 명도(L)와 적색도(a)는 각각 44.
- 원적외선 처리조건을 달리하여 열처리한 포도씨 추출물의 기능성분 즉, 총 페놀성 화합물과 총 플라보노이드 함량은 Table 4에 나타내었다. 총 페놀 함량은 가열출력이 900 W일 때 2419.81 mg%로 가장 높게 나타났으며, 다음으로 1,800 W에서 높게 나타났다. 또한 가열시간에 따른 총 페놀 함량은 20분 처리 시 가장 높은 것으로 나타났다.
- Cathechin류는 가열시간에 따라 catechin, procyanidin B2, epicatechin 함량의 변화가 있음을 확인하였으며, 총 catechin 함량은 총 카테킨 함량은 900 W 및 20분 처리 시 가장 높게 나타났다. 총 페놀성 화합물 및 플라보노이드 함량 또한 가열출력 900W 및 가열시간 20 분 일 때 가장 높게 나타났다. 그에 따라 전자공여능도 가열출력 900 W 및 가열시간 20분 일 때 가장 높은 것으로 나타났다.
- 따라서 상기 결과는 식물에 존재하는 페놀성 화합물은 다양한 결합상태로 존재하고, 이들은 이화학적 처리 조건에 따라 유리될 수 있음을 의미한다. 총 플라보노이드 함량은 가열출력이 증가할수록 1261.55, 1372.05 및 1375.71 mg%로 증가하여으며, 가열시간 20분 처리 시에 높은 것으로 나타났다. 원적외선 처리에 따른 포도씨 추출물의 전자공여능은 가열출력 900 W일 때 66.
- , 2005). 한편 원적외선 가열에 따른 포도씨 추출물의 아질산염 소거능은 pH 1.2 및 pH 3.0에서 90% 이상의 높은 활성을 나타내었다. 이는 Chung 등(1999)의 결과 Kato 등(1987)의 여러 가지 pH 조건에서 nondialylzable melanoidin을 첨가하여 니크로사민 형성 억제효과를 측정한 결과 pH가 낮은 곳에서 활성이 더 높게 나타남을 볼 수 있었다.
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