초고압 추출 처리에 의한 더덕 및 발효더덕의 항산화 증진 Enhancement of Antioxidant Activities of Codonopsis lanceolata and Fermented Codonopsis lanceolata by Ultra High Pressure Extraction원문보기
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 등급 외 더덕 및 발효더덕의 항산화 활성의 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 총 페놀화합물 함량은 초고압 발효더덕 추출물이 35.11 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물 14.78 mg/100 g, 일반더덕 추출물 14.56 mg/100 g에 비해 총 페놀화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.86 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물의 198.35 mg/100 g과 일반더덕 추출물 193.05 mg/100 g에 비해 약 1.4배 정도 높은 함량을 나타내었다. 항산화도는 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.6 mg/mL에서 약 70%의 항산화도를 나타내었으며, 이 값은 초고압 더덕 추출물 60.35%와 일반더덕 추출물 30.92%보다 높은 항산화도를 나타내었다. 초고압 발효더덕 추출물의 환원력은 최종농도 1.0 mg/mL에서 일반더덕의 경우 0.733, 초고압 더덕 추출물의 경우 0.881, 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.926 으로서 초고압 발효더덕 추출물의 환원력이 다른 추출물보다 약 0.193까지 높은 결과를 나타내었다. 따라서 초고압 추출공정이 등급 외 더덕 및 발효더덕의 기능성을 증가시킬 수 있으며, 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 부여해 줄 수 있을 것으로 사료된다.
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 등급 외 더덕 및 발효더덕의 항산화 활성의 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 총 페놀화합물 함량은 초고압 발효더덕 추출물이 35.11 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물 14.78 mg/100 g, 일반더덕 추출물 14.56 mg/100 g에 비해 총 페놀화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.86 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물의 198.35 mg/100 g과 일반더덕 추출물 193.05 mg/100 g에 비해 약 1.4배 정도 높은 함량을 나타내었다. 항산화도는 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.6 mg/mL에서 약 70%의 항산화도를 나타내었으며, 이 값은 초고압 더덕 추출물 60.35%와 일반더덕 추출물 30.92%보다 높은 항산화도를 나타내었다. 초고압 발효더덕 추출물의 환원력은 최종농도 1.0 mg/mL에서 일반더덕의 경우 0.733, 초고압 더덕 추출물의 경우 0.881, 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.926 으로서 초고압 발효더덕 추출물의 환원력이 다른 추출물보다 약 0.193까지 높은 결과를 나타내었다. 따라서 초고압 추출공정이 등급 외 더덕 및 발효더덕의 기능성을 증가시킬 수 있으며, 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 부여해 줄 수 있을 것으로 사료된다.
This study was designed to evaluate antioxidant activity of low-quality Codonopsis lanceolata treated by fermentation process followed by hydraulic high pressure extraction. C. lanceolata was subjected to 5,000 bar for 30 min at $25^{\circ}C$. The highest phenolics content was observed in...
This study was designed to evaluate antioxidant activity of low-quality Codonopsis lanceolata treated by fermentation process followed by hydraulic high pressure extraction. C. lanceolata was subjected to 5,000 bar for 30 min at $25^{\circ}C$. The highest phenolics content was observed in the combined treatment of fermentation and high pressure extraction (35.11 mg/100 g), followed by high pressure extraction alone (14.78 mg/100 g) and conventional extraction (14.56 mg/100 g). The content of flavonoids followed the similar pattern as that of total phenolics, showing 280.86 mg/100 g of C. lanceolata treated by the combined fermentation with high pressure extraction whereas 193.05 mg/100 g of C. lanceolata treated by the conventional extraction. The DPPH scavenging activity was 69.32% at 0.6 mg/mL of C. lanceolata treated by the combined process, while the DPPH scavenging activities of C. lanceolata treated by high pressure extraction alone and the conventional extraction were 60.35% and 30.92%, respectively. The highest reducing power of C. lanceolata extract (1.0 mg/mL) was observed at the combined treatment (0.926), followed by high pressure extraction alone (0.881) and the conventional extraction (0.733). The combination of fermentation with high pressure extraction significantly increased the contents of phenolics and flavonoids and also enhanced the antioxidant activity. Therefore, the combined application of fermentation and high pressure extraction can be an alternative technique for the extraction of C. lanceolata. These results provide useful information for enhancing biological properties of low-quality C. lanceolata.
This study was designed to evaluate antioxidant activity of low-quality Codonopsis lanceolata treated by fermentation process followed by hydraulic high pressure extraction. C. lanceolata was subjected to 5,000 bar for 30 min at $25^{\circ}C$. The highest phenolics content was observed in the combined treatment of fermentation and high pressure extraction (35.11 mg/100 g), followed by high pressure extraction alone (14.78 mg/100 g) and conventional extraction (14.56 mg/100 g). The content of flavonoids followed the similar pattern as that of total phenolics, showing 280.86 mg/100 g of C. lanceolata treated by the combined fermentation with high pressure extraction whereas 193.05 mg/100 g of C. lanceolata treated by the conventional extraction. The DPPH scavenging activity was 69.32% at 0.6 mg/mL of C. lanceolata treated by the combined process, while the DPPH scavenging activities of C. lanceolata treated by high pressure extraction alone and the conventional extraction were 60.35% and 30.92%, respectively. The highest reducing power of C. lanceolata extract (1.0 mg/mL) was observed at the combined treatment (0.926), followed by high pressure extraction alone (0.881) and the conventional extraction (0.733). The combination of fermentation with high pressure extraction significantly increased the contents of phenolics and flavonoids and also enhanced the antioxidant activity. Therefore, the combined application of fermentation and high pressure extraction can be an alternative technique for the extraction of C. lanceolata. These results provide useful information for enhancing biological properties of low-quality C. lanceolata.
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문제 정의
따라서 본 실험에서는 현재의 등급분류방식에서 상품성이 낮은 더덕의 활용가능성을 높이기 위해 등급 외 더덕을 이용하여 발효더덕을 제조한 후 초고압 추출공정을 이용하여 추출물의 항산화 활성을 측정하여 초고압공정에 따른 항산화 활성의 증가 효과를 조사하였다.
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 등급 외 더덕 및 발효더덕의 항산화 활성의 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 총 페놀화합물 함량은 초고압 발효더덕 추출물이 35.
제안 방법
Caffeic acid(Sigma Co., St. Louis, MO, USA)를 0∼100 μg/mL의 농도로 제조하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준 검량선으로부터 시료 추출물의 총 페놀 함량을 산출하였다.
Quercetin(Sigma Co.)를 표준물질로 하여 0∼100 μg/ mL의 농도 범위에서 얻어진 표준 검량선으로부터 추출물의총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
초고압 추출이 끝난 시료를 수직환류냉각기가 부착된 추출 flask에 10배(v/w)의 증류수를 사용하여 60℃에서 12시간 동안 2회 반복 추출하였다. 대조군으로 사용된 추출 방법은 통상적인 열수 추출공정으로 100 g의 시료를 수직환류냉각기가 부착된 추출 flask에 10배(v/w)의 증류수를 사용하여 100℃에서 12시간 동안 2회 반복 추출한 다음 여과한여액을 회전식진공농축기를 이용하여 농축시킨 후 동결건조기(PVTFA 10AT, ILSIN)를 사용하여 분말 상태로 준비 하여 실험에 사용하였다.
초고압 추출은 더덕 및 발효더덕 각 100 g을 비닐 팩에 물과 함께 넣어 공기가 들어가지 않도록 잘 밀봉한 후, 초고압 추출장치(Ilshin Autoclave, Daejeon, Korea)를 이용하여 5,000 bar 압력으로 25℃에서 30분간 초고압 추출을 실행하였다. 초고압 추출이 끝난 시료를 수직환류냉각기가 부착된 추출 flask에 10배(v/w)의 증류수를 사용하여 60℃에서 12시간 동안 2회 반복 추출하였다.
초고압 추출은 더덕 및 발효더덕 각 100 g을 비닐 팩에 물과 함께 넣어 공기가 들어가지 않도록 잘 밀봉한 후, 초고압 추출장치(Ilshin Autoclave, Daejeon, Korea)를 이용하여 5,000 bar 압력으로 25℃에서 30분간 초고압 추출을 실행하였다. 초고압 추출이 끝난 시료를 수직환류냉각기가 부착된 추출 flask에 10배(v/w)의 증류수를 사용하여 60℃에서 12시간 동안 2회 반복 추출하였다. 대조군으로 사용된 추출 방법은 통상적인 열수 추출공정으로 100 g의 시료를 수직환류냉각기가 부착된 추출 flask에 10배(v/w)의 증류수를 사용하여 100℃에서 12시간 동안 2회 반복 추출한 다음 여과한여액을 회전식진공농축기를 이용하여 농축시킨 후 동결건조기(PVTFA 10AT, ILSIN)를 사용하여 분말 상태로 준비 하여 실험에 사용하였다.
추출물의 전자공여작용(electron donating abilities, EDA)은 각각의 추출물에 대한 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)의 전자공여효과로 각 시료의 환원력을 측정하였다. 즉, 에탄올 1 mL, 시료 10 μL, 100 mM sodium acetate buffer(pH 5.
대상 데이터
lanceolata)은 강원도 횡성지역에서 2009년 9월에 채취한 것을 시료로 사용하였다. 구입한 더덕은 선별 후 깨끗이 세정하여 물기를 제거한 후 전보(13)와 동일한 조건으로 발효더덕을 제조 후 세절하여 동결건조기(PVTFA 10AT, ILSIN, Suwon, Korea)를 사용하여 동결 건조하였다. 건조된 시료는 마쇄(40 mesh)하여 유리병에 넣고 밀봉한 후 냉장고(4℃)에 보존하면서 시료로 사용하였다.
생더덕(C. lanceolata)은 강원도 횡성지역에서 2009년 9월에 채취한 것을 시료로 사용하였다. 구입한 더덕은 선별 후 깨끗이 세정하여 물기를 제거한 후 전보(13)와 동일한 조건으로 발효더덕을 제조 후 세절하여 동결건조기(PVTFA 10AT, ILSIN, Suwon, Korea)를 사용하여 동결 건조하였다.
데이터처리
실험에서 얻어진 결과는 실험군당 평균±표준오차로 표시하였고, 각 군당 3개의 시료를 사용하여 실험은 3회 반복 시행하였다.
이론/모형
Oyaizu(17)의 방법에 따라 측정하였으며 시료 1 mL에 pH 6.6의 200 mM 인산 완충액 및 1%의 potassium ferricyanide를 각 1 mL씩 차례로 가하여 교반한 후 50℃의 수욕상에서 20분간 반응시켰다. 여기에 15% TCA(trichloroacetic acid)용액을 1 mL 가하고 12,000×g에서 15분간 원심분리 하여 얻은 상징액 1 mL에 증류수 및 ferric chloride 각 1 mL를 가하여 혼합한 후 700 mm에서 흡광도를 측정하였다.
총 페놀 함량은 Folin-Denis법(14)에 따라 추출물 1 mL에 Folin-Ciocalteau 시약 및 10% Na2CO3용액을 각 1 mL씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 spectrophotometer (UV 1600 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. Caffeic acid(Sigma Co.
총 플라보노이드는 Moreno 등(15)의 방법에 따라 추출물 0.5 mL에 10% aluminum nitrate 0.1 mL 및 1 M potassium acetate 0.1 mL, ethanol 4.3 mL를 차례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. Quercetin(Sigma Co.
성능/효과
193까지 높은 결과를 나타내어 우수한 것으로 나타났다. 또한 초고압 공정을 통한 초고압 더덕이 초고압 공정을 하지 않은 일반더덕 추출물보다 다소 좋은 환원력을 보여 초고압 공정이 유용성분 용출에 영향을 미치는 것으로 사료된다.
56 mg/100 g에 비해 총 페놀 화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.86 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물의 198.35 mg/100 g과 일반 더덕 추출물 193.05 mg/100 g에 비해 약 1.4배 정도 높은 함량을 나타내었다. 초고압공정에 따른 변화 비교에서는 초고압공정을 병행하였을 시 총 페놀화합물과 플라보노이드 함량이 초고압공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가한 것으로 보아 활성성분의 용출이 다소 증진된 것으로 보인다.
56 mg/100 g에 비해 총 페놀 화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.86 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물의 198.35 mg/100 g과 일반 더덕 추출물 193.05 mg/100 g에 비해 약 1.4배 정도 높은 함량을 나타내었다. 초고압공정에 따른 변화 비교에서는 초고압공정을 병행하였을 시 총 페놀화합물과 플라보노이드 함량이 초고압공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가한 것으로 보아 활성성분의 용출이 다소 증진된 것으로 보인다.
초고압공정에 따른 변화 비교에서는 초고압공정을 병행하였을 시 총 페놀화합물과 플라보노이드 함량이 초고압공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가한 것으로 보아 활성성분의 용출이 다소 증진된 것으로 보인다. 이는 발효와 초고압을 결합한 결과(18)와도 총 페놀화합물과 플라보노이드가 증가하는 경향을 나타내었으며, 더덕을 발효시킴으로써 총 페놀 화합물 함량과 플라보노이드 함량이 크게 증가됨을 알 수 있었고, 초고압공정을 통해서도 유용성분의 용출이 증가할 수 있음을 확인할 수 있었다.
초고압 발효더덕 추출물의 DPPH 소거 활성을 농도별로 측정하여 비교한 결과를 Table 2에 나타내었다. 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.6 mg/mL에서 약 70%의 항산화도를 나타내었으며, 이 값은 초고압더덕 추출물 60.35%와 일반더덕 추출물 30.92%보다 높은 항산화도를 나타내었다. 항산화 측정의 표준시료로 사용되는 Trolox와 IC50으로 비교해 본 결과 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.
92%보다 높은 항산화도를 나타내었다. 초고압 발효더덕 추출물의 환원력은 최종 농도 1.0 mg/mL에서 일반더덕의 경우 0.733, 초고압 더덕 추출물의 경우 0.881, 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.926으로서 초고압 발효더덕 추출물의 환원력이 다른 추출물보다 약 0.193까지 높은 결과를 나타내었다. 따라서 초고압 추출공정이 등급 외 더덕 및 발효더덕의 기능성을 증가시킬 수 있으며, 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 부여해 줄 수 있을 것으로 사료된다.
각각의 시료에 대한 총 페놀화합물 및 플라보노이드 함량은 Table 1과 같다. 총 페놀화합물 함량은 초고압 발효더덕 추출물이 35.11 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물 14.78 mg/100 g, 일반 더덕 추출물 14.56 mg/100 g에 비해 총 페놀 화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.
각각의 시료에 대한 총 페놀화합물 및 플라보노이드 함량은 Table 1과 같다. 총 페놀화합물 함량은 초고압 발효더덕 추출물이 35.11 mg/100 g으로 초고압 더덕 추출물 14.78 mg/100 g, 일반 더덕 추출물 14.56 mg/100 g에 비해 총 페놀 화합물 함량이 약 2배 이상 높은 수치를 나타내었다. 또한, 플라보노이드 함량은 페놀화합물과 유사한 경향으로 초고압 발효더덕 추출물이 280.
초고압 발효더덕 추출물의 환원력을 조사한 결과를 Table 3에 나타내었다. 최종 농도 1.0 mg/mL에서 일반더덕의 경우 0.733, 초고압 더덕 추출물의 경우 0.881, 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.926로서 초고압 발효더덕 추출물의 환원력이 기존 추출물보다 약 0.193까지 높은 결과를 나타내어 우수한 것으로 나타났다. 또한 초고압 공정을 통한 초고압 더덕이 초고압 공정을 하지 않은 일반더덕 추출물보다 다소 좋은 환원력을 보여 초고압 공정이 유용성분 용출에 영향을 미치는 것으로 사료된다.
92%보다 높은 항산화도를 나타내었다. 항산화 측정의 표준시료로 사용되는 Trolox와 IC50으로 비교해 본 결과 초고압 발효더덕 추출물의 경우 0.213 mg/mL, 초고압 더덕이 1.102 mg/mL, 일반더덕이 1.023 mg/mL로서 초고압 발효더덕의 경우 다른 더덕추출물보다는 월등히 낮은 IC50 값을 나타내었다. 또한, 일반더덕의 경우에서 볼 수 있듯이 공정에 따른 항산화도가 다소 증가하였는데, 이는 초고압 공정을 통한 극한 가공 공정을 실시할 경우 고압으로 인한 더덕 조직의 파괴가 이루어져 유용활성 성분의 용출이 증가된 것으로 사료된다.
후속연구
193까지 높은 결과를 나타내었다. 따라서 초고압 추출공정이 등급 외 더덕 및 발효더덕의 기능성을 증가시킬 수 있으며, 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 부여해 줄 수 있을 것으로 사료된다.
특히 약용식물에 작용한 초고압의 높은 에너지와 압력은 보통 열수추출로 얻을 수 없는 유용 생리활성물질을 얻을 수 있게 하여 약용식물에 함유한 천연물을 재평가할 수 있게 한다. 약용식물의 화학성분 추출에 가장 효율적으로 활용될수 있는 고에너지 저효율, 열에 의한 유용성분의 변성 및 손실, 가용성분 위주의 추출 등의 문제점을 개선하여 약용식물로부터 단시간에 불순물이 적은 순도 높은 단일성분의 추출이 가능할 것으로 사료된다(10).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
천연물 추출에 사용된 전통적인 방법의 단점은 무엇인가?
기존의 천연물 추출에 사용된 전통적인 방법은 추출 효율이 낮고 에너지 소비가 많으며 열로 인한 많은 유용성분의 파괴, 단백질의 변이, 성분의 손실, 가용성분 위주의 추출, 열에 대하여 불안정한 것 등의 단점을 드러내고 있다(8). 이러한 단점을 극복하기 위하여 초고압 기술을 약용식물의 유용성분을 추출하는데 적용할 수 있다.
기능성식품의 범위는 어떻게 변화되고 있는가?
이러한 관심의 대표적인 대상 중 하나가 쉽게 접할 수 있고, 거부감이 적은 건강기능식품 또는 기능성식품으로 대표되는 다양한 식품군이다. 기능성식품의 범위는 유해물질의 중화 및 해독, 배설 그리고 혈압 및 혈당, 콜레스테롤의 저하, 비만 예방, 다이어트 효과를 가지는 식품에서 더 나아가 생체방어 및 면역, 질병의 예방, 치료, 회복, 노화억제 등의 생체조절 역할까지로 점차 확대되고 있다(1). 식품 성분의 대표적 기능성인 항산화 활성은 생체 내에서 DNA 손상, 암 유발, 노화 등 다양한 질병의 원인과 관련성이 있는 유리 자유기에 의한 손상을 방지함으로써 생체를 보호하는 중요한 기능성으로 주목받고 있다(2,3).
초고압 기술의 원리는 무엇인가?
초고압 처리는 최근 식품에서 주목받고 있는 가공기술 분야로서 식품의 보존성, 물성, 기능성을 향상시켜준다. 100～1,000 MPa의 압력을 이용하여 압력매체로 물이나 기름과 같은 용액의 압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 원리이다. 식품가공에서 열처리와 압력처리는 모두 소화 성을 향상시키는데, 열처리는 화학변화가 많이 일어나는데 반하여 압력 처리는 화학적으로 큰 변화를 일으키지 않는 장점이 있다.
참고문헌 (19)
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