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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 마늘껍질의 폭넓은 활용을 위한 연구의 일환으로 마늘껍질과 마늘껍질 발효물의 이화학적 특성 및 이들 추출물의 항산화능을 비교분석하였다.
제안 방법
- 3 mL를 차례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. Quercetin(Sigma Co.)을 표준물질로 하여 얻은 표준 검량선으로부터 추출물의 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
- 이를 잘 혼합한 다음 실온에서 15분간 방치시킨 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 대조구는 Griess 시약 대신 동량의 증류수를 가하였으며, 아질산염 소거능은 시료의 첨가 전후에 잔존하는 아질산염의 백분율로써 나타내었다.
- 마늘껍질 추출물은 발효 전후의 마늘껍질 각 30 g에 10배의 물 및 80% 에탄올을 각각 가하고 70℃의 수욕 상에서 환류냉각관을 부착한 추출장치로 12시간씩 2회 반복하여 추출하였다. 여과한 여액을 모두 모아 회전식 진공농축기로 완전 건조시킨 것을 마늘껍질 물 추출물(GW), 마늘껍질 에탄올 추출물(GE), 발효 마늘껍질 물 추출물(FW) 및 발효 마늘껍질 에탄올 추출물(FE)로 구분하였으며, 일정농도로 희석하여 실험에 사용하였다.
- 발효 전후의 마늘껍질을 각각 물과 80% 에탄올로 추출하여 추출물을 얻었으며, 추출수율은 Fig. 1과 같다. 발효 전 마늘껍질의 수율은 추출용매에 따른 차이가 없었으나, 발효 후 수율은 에탄올 추출물에 비해 물 추출물에서 약 2배 더 높았다.
- 식품 부산물의 활용 가능성을 평가하기 위하여 남해군에서 깐마늘 가공 후 생산되는 마늘껍질을 Lactobacillus plantarum을 이용하여 발효시키고, 발효 전후의 마늘껍질을 물과 80% 에탄올로 각각 추출하여 항산화능 및 아질산염 소거능을 측정하였다. 발효 후 마늘껍질의 무기물 총량은 2,056.
- 마늘껍질 추출물은 발효 전후의 마늘껍질 각 30 g에 10배의 물 및 80% 에탄올을 각각 가하고 70℃의 수욕 상에서 환류냉각관을 부착한 추출장치로 12시간씩 2회 반복하여 추출하였다. 여과한 여액을 모두 모아 회전식 진공농축기로 완전 건조시킨 것을 마늘껍질 물 추출물(GW), 마늘껍질 에탄올 추출물(GE), 발효 마늘껍질 물 추출물(FW) 및 발효 마늘껍질 에탄올 추출물(FE)로 구분하였으며, 일정농도로 희석하여 실험에 사용하였다. 추출수율은 마늘껍질의 추출 전후의 중량을 측정하여 계산하였다.
- 전자공여능은 Blois(19)의 방법을 변형하여 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH)에 대한 전자공여 효과로 나타내었다. 즉 일정농도의 시료 추출물에 DPPH 용액을 가하여 10초간 잘 혼합한 다음 실온에서 20분간 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 5가 되도록 증류수로 조정하여 사용하였다. 즉, 이 용액에 일정농도의 시료액을 가하여 10초간 잘 혼합한 다음 실온에서 10분간 반응시킨 후 414 nm에서 흡광도를 측정하였으며, ABTS 라디칼 소거능은 시료 무첨가구에 대한 시료 첨가구의 흡광도 비 (%)로 나타내었다.
- 여과한 여액을 모두 모아 회전식 진공농축기로 완전 건조시킨 것을 마늘껍질 물 추출물(GW), 마늘껍질 에탄올 추출물(GE), 발효 마늘껍질 물 추출물(FW) 및 발효 마늘껍질 에탄올 추출물(FE)로 구분하였으며, 일정농도로 희석하여 실험에 사용하였다. 추출수율은 마늘껍질의 추출 전후의 중량을 측정하여 계산하였다.
- 용액을1 mL씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma Co., St. Louis, MO, USA)를 사용하여 얻은 표준 검량선으로부터 추출물의 총 페놀 함량을 산출하였다.
대상 데이터
- 마늘껍질은 경상남도 남해군 새남해농협의 깐마늘 공장에서 회수하여 사용하였다. 마늘껍질의 발효는 마늘껍질 450 g에 정수된 물 900 mL를 가하여 충분히 수화시킨 후 포도당 4.
데이터처리
- 각 시료군에 대한 유의차 검정은 분산분석을 한 후 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple test 및 Student's t-test를 실시하였다.
- 각 실험은 3회 이상 반복 측정 후 SPSS 12.0을 사용하여 통계처리 하였으며, 각각의 시료에 대해 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- ABTS[2,2'-azinobis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfon ate)] 라디칼 소거능 측정은 Re 등(21)의 방법에 따랐으며, ABTS 용액은 7 mM ABTS 용액에 potassium persulfate를 2.4 mM이 되도록 용해시킨 다음 암실에서 12∼16시간 동안 반응시킨 후 414 nm에서 흡광도 값이 약 1.5가 되도록 증류수로 조정하여 사용하였다.
- NO 라디칼 소거능은 Song과 Moon(22)의 방법에 따라 시료액 1.2 mL에 5 mM sodium nitroprusside 용액 0.3 mL를 가하여 상온에서 150분간 반응시킨 다음 0.3 mL의 Griess 시약(2% sulfanilamide/4% phosphoric acid : 0.2% naphthylethylenediamide＝1:1, v/v)을 가한 후 증류수를 대조로하여 542 nm에서 흡광도를 측정하였다. NO 라디칼 소거능은[1－(시료 첨가구의 흡광도－시료 자체의 흡광도/무첨가구의 흡광도)] ×100으로 나타내었다.
- Oyaizu(20)의 방법에 따라 측정하였으며 시료 1 mL에 pH 6.6의 200 mM 인산 완충액 및 1% potassium ferricyanide를 각 1 mL씩 차례로 가하여 교반한 후 50℃의 수욕 상에서 20분간 반응시키고 10% trichloroacetic acid 용액을 1 mL 가하였다. 이를 원심분리한 후 상층액에 동량의 증류수 및 ferric chloride를 가하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 무기물의 분석은 Chung 등(15)의 방법에 따라 진한 황산 및 질산으로 분해한 다음, Inductively Coupled Plasma(ICP, Optima 4300DV, Perkin-Elmer Co., New York, USA)로 분석하였다. 이때, RF generator는 27.
- 발효 전후의 마늘껍질 중 수분은 105℃ 상압가열 건조법, 회분은 550℃ 직접회화법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 semi-micro Kjeldahl법, 조섬유는 AOAC법(14)에 따라 각각 분석하였다.
- 아질산염 소거능 측정은 Kato 등(23)의 방법에 따라 1 mM 아질산나트륨 용액 및 시료액 각 1 mL를 혼합한 후 구연산 완충액(0.2 M, pH 2.5)을 가하여 반응용액의 총 부피를 10 mL로 하였다. 이 용액을 37℃에서 1시간 반응시킨 후 각 반응액 1 mL를 취하여 2% 초산용액 5 mL와 30% 초산용액으로 조제한 Griess 시약(1% sulfanilic acid : 1% naphthylamine＝1:1) 0.
- 총 카로티노이드의 정량은 Wang 등(16)의 방법에 따라 가시부 흡수 스펙트럼의 흡수극대치 흡광도에 의하여 분석하였다. 즉, 시료 5 g에 acetone을 가하여 3회 반복 추출한 여액 50 mL를 분액여두로 옮긴 후 증류수와 hexane을 각각 25 mL씩 가하여 진탕 추출하였다.
- 총 페놀화합물의 함량은 Folin-Denis법(17)에 따라 각 추출물 1 mL에 Folin-Ciocalteau 시약 및 10% Na2CO3 용액을1 mL씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma Co.
- 총 플라보노이드는 Moreno 등(18)의 방법에 따라 추출물 1 mL에 10% aluminum nitrate 0.1 mL, 1 M potassium acetate 0.1 mL 및 ethanol 4.3 mL를 차례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. Quercetin(Sigma Co.
성능/효과
- 1,000 및 2,000 μg/mL의 농도에서 마늘껍질의 아질산염 소거능은 에탄올 추출물에서 물 추출물에 비해 유의적으로 높았으나, 물 추출물은 발효 전후 유의적인 증감을 보이지 않았으며, 에탄올 추출물은 발효 후 오히려 감소되는 경향으로 발효 여부에 따른 아질산염 소거 능의 차이가 미미하였다.
- 2,000 μg/mL 농도에서 발효 전과 후, 물 추출물의 전자공여능은 50% 미만이었으나, 에탄올 추출물에서는 70% 이상의 활성을 보여 물 추출물보다 에탄올 추출물에서 전자공여능이 더 높았다.
- 발효 전후 마늘껍질의 물과 에탄올 추출물 중 전자공여능, 환원력 및 NO 라디칼 소거능은 발효 후의 에탄올 추출물에서 유의적으로 활성이 높았다. ABTS 라디칼 소거능은 발효 전보다 발효 후, 에탄올 추출물보다는 물 추출물에서 더 높았다. 아질산염 소거능은 발효여부에 따른 유의차가 적었다.
- ABTS 라디칼 소거능은 발효 후 유의적인 증가를 보였으며, 500 μg/mL 이하의 농도에서는 에탄올 추출물이, 1,000 μg/mL 이상에서는 물 추출물에서 소거능이 더 높아 추출 용매에 따른 상이한 양상을 보였다.
- 또한 250～500 μg/mL 농도에서는 발효 후 에탄올 추출물의 소거능이 가장 높았으나, 1,000～2,000 μg/mL 농도에서는 발효 후물 추출물의 소거능이 90% 이상으로 여타 시료에 비해 유의적으로 높았다.
- 발효 유무에 따른 마늘껍질 추출물의 전자공여능을 측정한 결과는 Table 4에 나타내었다. 모든 시료에서 시료액의 첨가 농도가 높아질수록 전자공여능은 증가하는 경향이었다. 2,000 μg/mL 농도에서 발효 전과 후, 물 추출물의 전자공여능은 50% 미만이었으나, 에탄올 추출물에서는 70% 이상의 활성을 보여 물 추출물보다 에탄올 추출물에서 전자공여능이 더 높았다.
- 물 추출물은 발효 전 시료에서 발효 후보다 소거능이 더 높았는데, 에탄올 추출물은 이와 상반되는 경향을 보여 2,000 μg/mL 농도에서 발효 전후의 NO 라디칼 소거능은 각각 50.20%와 61.64%로 발효 후 시료에서 소거능이 더 높아 발효를 통하여 생성되는 마늘 껍질 중의 에탄올 가용성분이 NO 라디칼 소거에 유효한 것으로 사료된다.
- 물 추출물의 전자공여능은 발효에 따른 차이가 적었으나, 에탄올 추출물은 250∼1,000 μg/mL 농도 범위에서 발효 후 추출물의 전자공여능이 유의적으로 높았다.
- 추출물의 농도가 증가함에 따라 환원력이 유의적으로 증가하였으며, 물 추출물보다는 에탄올 추출물에서 유의적으로 더 활성이 높았다. 물 추출물의 환원력은 발효 여부에 따른 유의적인 차이는 없었으나, 에탄올 추출물은 발효과정을 거침으로써 유의적으로 환원력이 증가되어 발효 후 마늘껍질의 에탄올 추출물에서 환원력이 더 높았다. 이러한 결과는 마늘껍질의 효소적 가수분해물 중 ρ-coumaric acid, ferulic acid 및 sinapic acid 등이 존재한다는 보고(6)로 볼 때 이들 물질의 항산화성과 관련이있으며, 대부분의 유효 물질은 에탄올 가용성인 것으로 추정된다.
- 1과 같다. 발효 전 마늘껍질의 수율은 추출용매에 따른 차이가 없었으나, 발효 후 수율은 에탄올 추출물에 비해 물 추출물에서 약 2배 더 높았다. 이러한 차이는 미생물에 의한 발효과정을 통하여 마늘껍질이 가수분해 됨으로써 상대적인 조직의 연화로 추출이 용이하였기 때문이라 판단된다.
- 총 페놀 함량은 발효 후 마늘껍질의 에탄올 추출물에서 가장 높았다. 발효 전후 마늘껍질의 물과 에탄올 추출물 중 전자공여능, 환원력 및 NO 라디칼 소거능은 발효 후의 에탄올 추출물에서 유의적으로 활성이 높았다. ABTS 라디칼 소거능은 발효 전보다 발효 후, 에탄올 추출물보다는 물 추출물에서 더 높았다.
- 식품 부산물의 활용 가능성을 평가하기 위하여 남해군에서 깐마늘 가공 후 생산되는 마늘껍질을 Lactobacillus plantarum을 이용하여 발효시키고, 발효 전후의 마늘껍질을 물과 80% 에탄올로 각각 추출하여 항산화능 및 아질산염 소거능을 측정하였다. 발효 후 마늘껍질의 무기물 총량은 2,056.23 mg/100 g이었으며, 발효 전보다 약 1.5배 정도 증가되었다. 총 페놀 함량은 발효 후 마늘껍질의 에탄올 추출물에서 가장 높았다.
- 또한 마늘 추출물의 아질산염 소거능이 시료 중의 allyl 화합물이나 페놀성 화합물에 기인된다는 보고도 있다(39). 본 실험의 결과, 마늘껍질 추출물의 페놀 화합물 함량이 40 mg/g 이상인 것으로 보아 마늘껍질의 아질산염 소거능은 시료 중의 페놀화합물과 함황 성분 등에 의한 마늘과 동일한 기작인 것으로 생각된다.
- 32 g/100 g으로 발효과정에 따른 통계적인 유의차는 없었다. 조지방의 함량은 발효 후에 약 52% 정도 유의적으로 감소하였으며, 조단백 함량은 발효 전후 시료에서 유의차가 없었다. 마늘껍질 성분의 대부분을 차지하는 조섬유는 발효 전 40.
- 발효 전후 마늘껍질의 무기물 함량은 Table 2와 같다. 총 8종의 무기물이 검출되었는데, 이중 Ca과 K의 함량이 월등히 높아 500 mg/100 g 이상이었으며, 여타 무기물의 함량은 100 mg/100 g 미만이었다. 발효과정을 거치면서 무기물의 함량은 다소 변화하여 Ca, K, Mg, Na 및 P은 발효 이후 함량이 증가되었으나, Se의 경우, 발효과정의 고온에 의해 소실된 것으로 추정된다.
- 발효 전후 마늘껍질의 물과 80% 에탄올 추출물에서 총 페놀 화합물 및 플라보노이드 함량은 Table 3과 같다. 총 페놀 함량은 물 추출물보다는 에탄올 추출물에서 유의적으로 높았으며, 에탄올 추출물의 경우 발효 후 마늘껍질에서 68.91 mg/g으로 유의적인 증가를 보였는데, 이는 발효과정 중에 미생물 또는 가열반응에 의해 phenol ethyl 유도체 및 vinyl 유도체가 생성되었기 때문(27)으로 생각된다. 플라보노이드 함량은 모든 추출물에서 14.
- 5배 정도 증가되었다. 총 페놀 함량은 발효 후 마늘껍질의 에탄올 추출물에서 가장 높았다. 발효 전후 마늘껍질의 물과 에탄올 추출물 중 전자공여능, 환원력 및 NO 라디칼 소거능은 발효 후의 에탄올 추출물에서 유의적으로 활성이 높았다.
- 발효 전후 마늘껍질의 물 및 80% 에탄올 추출물의 환원력을 측정한 결과는 Table 5와 같다. 추출물의 농도가 증가함에 따라 환원력이 유의적으로 증가하였으며, 물 추출물보다는 에탄올 추출물에서 유의적으로 더 활성이 높았다. 물 추출물의 환원력은 발효 여부에 따른 유의적인 차이는 없었으나, 에탄올 추출물은 발효과정을 거침으로써 유의적으로 환원력이 증가되어 발효 후 마늘껍질의 에탄올 추출물에서 환원력이 더 높았다.
- 발효과정을 거치면서 무기물의 함량은 다소 변화하여 Ca, K, Mg, Na 및 P은 발효 이후 함량이 증가되었으나, Se의 경우, 발효과정의 고온에 의해 소실된 것으로 추정된다. 특히, Ca의 함량은 발효 후에 약 1.5배 증가하여 1,118.99 mg/100 g으로 가장 높았으며, 다음으로 K, Mg 및 Na의 순이었다. 무기물의 총 함량도 발효 후 마늘껍질에서 약 1.
- 91 mg/g으로 유의적인 증가를 보였는데, 이는 발효과정 중에 미생물 또는 가열반응에 의해 phenol ethyl 유도체 및 vinyl 유도체가 생성되었기 때문(27)으로 생각된다. 플라보노이드 함량은 모든 추출물에서 14.69～18.18 mg/g의 범위였으며, 발효 후 물 추출물의 함량이 가장 높았으나, 발효 전과 비교해 볼 때 유의차는 적었다.
후속연구
- 아질산염 소거능은 발효여부에 따른 유의차가 적었다. 따라서 발효과정을 거친 마늘껍질은 항산화능이 증가되어 가축의 사료로써 이용가능성을 증대시킬 수 있을 것으로 예상된다.
- 또한, 산란계에게 칼슘을 첨가한 사료를 공급하였을 때 일정기간이 지나면서 생산성 및 계란품질에 있어 개선효과가 나타났다는 보고가 있다(25). 이상의 보고로 미루어 볼 때 마늘껍질 발효물을 가축사료에 첨가할 경우 무기물의 공급원으로써 역할뿐 아니라 생산성 향상에도 기여할 것으로 기대된다.
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