흑마늘의 진한 흑색을 완화시킴과 동시에 생마늘보다는 생리활성이 높은 마늘 가공품의 개발을 위한 연구의 일환으로 적갈색 마늘(홍마늘)을 제조하여 열수추출물의 생리활성을 생마늘 및 흑마늘과 비교하였다. 홍마늘의 색도는 생마늘과 흑마늘의 중간 색도를 보였으며, 갈색도는 흑마늘보다는 생마늘과 비슷한 수준이었다. 홍마늘의 총 페놀, 플라보노이드, total pyruvate 및 thiosulfate 함량도 생마늘과 흑마늘의 중간수준이었다. DPPH, ABTs 및 NO 라디칼 소거능과 환원력의 측정 결과 홍마늘은 생마늘보다 유의적으로 높았으나, 흑마늘보다는 낮은 활성을 보였다. $\alpha$- Glucosidase 저해 활성은 홍마늘과 흑마늘이 비슷한 활성으로 보였다. 항산화 활성을 중심으로 한 생리활성의 측정에서 홍마늘은 생마늘에 비해 더 높았으나 흑마늘에 비해서는 더 낮아 열처리를 통한 갈변물질의 생성정도가 숙성마늘의 생리활성 발현의 주요 인자임을 확인할 수 있었다.
흑마늘의 진한 흑색을 완화시킴과 동시에 생마늘보다는 생리활성이 높은 마늘 가공품의 개발을 위한 연구의 일환으로 적갈색 마늘(홍마늘)을 제조하여 열수추출물의 생리활성을 생마늘 및 흑마늘과 비교하였다. 홍마늘의 색도는 생마늘과 흑마늘의 중간 색도를 보였으며, 갈색도는 흑마늘보다는 생마늘과 비슷한 수준이었다. 홍마늘의 총 페놀, 플라보노이드, total pyruvate 및 thiosulfate 함량도 생마늘과 흑마늘의 중간수준이었다. DPPH, ABTs 및 NO 라디칼 소거능과 환원력의 측정 결과 홍마늘은 생마늘보다 유의적으로 높았으나, 흑마늘보다는 낮은 활성을 보였다. $\alpha$- Glucosidase 저해 활성은 홍마늘과 흑마늘이 비슷한 활성으로 보였다. 항산화 활성을 중심으로 한 생리활성의 측정에서 홍마늘은 생마늘에 비해 더 높았으나 흑마늘에 비해서는 더 낮아 열처리를 통한 갈변물질의 생성정도가 숙성마늘의 생리활성 발현의 주요 인자임을 확인할 수 있었다.
The antioxidant activities of hot water extracts from fresh, red and black garlic processed in low temperatures were compared. The chromaticity value of browning garlic was between that of fresh and black garlic. Red garlic was similar in browning intensity to fresh garlic. Also, total phenol, flavo...
The antioxidant activities of hot water extracts from fresh, red and black garlic processed in low temperatures were compared. The chromaticity value of browning garlic was between that of fresh and black garlic. Red garlic was similar in browning intensity to fresh garlic. Also, total phenol, flavonoids, total pyruvate and thiosulfate contents were similar between fresh and black garlic. DPPH, ABTs, NO radical scavenging activity and reducing power of red garlic were significantly higher than fresh garlic, but lower than those of black garlic. $\alpha$-Glucosidase inhibitory activity in red garlic was similar to that in black garlic. Antioxidant activities of red garlic were higher than fresh garlic but lower than black garlic, and it was confirmed that antioxidant activity by production of browning material through the thermal process was the main parameter of the biological activity in the aged red garlic.
The antioxidant activities of hot water extracts from fresh, red and black garlic processed in low temperatures were compared. The chromaticity value of browning garlic was between that of fresh and black garlic. Red garlic was similar in browning intensity to fresh garlic. Also, total phenol, flavonoids, total pyruvate and thiosulfate contents were similar between fresh and black garlic. DPPH, ABTs, NO radical scavenging activity and reducing power of red garlic were significantly higher than fresh garlic, but lower than those of black garlic. $\alpha$-Glucosidase inhibitory activity in red garlic was similar to that in black garlic. Antioxidant activities of red garlic were higher than fresh garlic but lower than black garlic, and it was confirmed that antioxidant activity by production of browning material through the thermal process was the main parameter of the biological activity in the aged red garlic.
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문제 정의
본 연구에서는 마늘의 생리활성은 유지시키면서 고온에 의해 발현된 흑마늘의 진한 흑색을 완화시켜 타 식품에 첨가할 수 있는 천연 항산화제의 개발을 위한 연구로 저온에서 반복적인 열처리과정을 거쳐 적갈색을 띄는 중간숙성 마늘을 제조하여 “홍마늘”로 명명하고, 홍마늘의 생리활성 규명을 위하여 생마늘 및 흑마늘과 비교 분석하였다.
제안 방법
Thiosulfate는 Freeman과 Mcbreen의 방법[11]에 따라 분쇄한 마늘에 10배량의 10% trichloroacetic acid를 가하여 추출한 후 여과한 여액 2 ml에 2배량의 hexane을 넣고 2분간 진탕 추출한 다음 hexane층을 취하여 254 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total pyruvate 및 thiosulfate의 정량은 각각 sodium pyruvate (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, USA) 및 L-cystein (Sigma Co., St. Louis, USA)을 표준물질로 하여 작성한 검량선으로부터 산출하였다.
홍마늘은 쪽 분리한 피마늘을 숙성 홍마늘의 제조방법 특허(출원번호; 10-2010-0036798)에 따라 5단계로 구분하여 온도와 습도 조건을 달리하여 제조하였다. 즉, 1단계에서 90℃, 60%의 습도 조건에서 24시간 처리한 다음, 2단계~5단계는 5~70℃의 온도 범위 내에서 총 192시간 동안 연속적으로 숙성시켰다.
마늘은 경남 남해군에서 재배된 것을 사용하였으며, 생마늘과 흑마늘은 경남 남해군 새남해농협 흑마늘가공사업소로부터 제공받아 사용하였다. 홍마늘은 쪽 분리한 피마늘을 숙성 홍마늘의 제조방법 특허(출원번호; 10-2010-0036798)에 따라 5단계로 구분하여 온도와 습도 조건을 달리하여 제조하였다. 즉, 1단계에서 90℃, 60%의 습도 조건에서 24시간 처리한 다음, 2단계~5단계는 5~70℃의 온도 범위 내에서 총 192시간 동안 연속적으로 숙성시켰다.
대상 데이터
마늘은 경남 남해군에서 재배된 것을 사용하였으며, 생마늘과 흑마늘은 경남 남해군 새남해농협 흑마늘가공사업소로부터 제공받아 사용하였다. 홍마늘은 쪽 분리한 피마늘을 숙성 홍마늘의 제조방법 특허(출원번호; 10-2010-0036798)에 따라 5단계로 구분하여 온도와 습도 조건을 달리하여 제조하였다.
데이터처리
각 시료군에 대한 유의차 검정은 분산분석을 한 후 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple test에 따라 분석하였다.
각 실험은 5회 이상 반복실험을 통하여 결과를 얻어 SPSS 12.0을 사용하여 통계처리하였으며, 각각의 시료에 대해 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
ABTs 라디칼 소거능은 Re 등[31]의 방법에 따라 7 mM ABTs 용액에 potassium persulfate를 2.4 mM이 되도록 용해시킨 다음 암실에서 12～16시간 동안 반응시킨 후 이를 414 nm에서 흡광도가 1.5가 되도록 증류수로 조정하여 사용하였다. 농도 조정된 ABTs 용액 3 ml에 농도별 마늘 추출물 각 1 ml를 가하여 실온에서 10분간 반응시킨 후 414 nm에서 흡광도를 측정하여 시료첨가구와 무첨가구의 흡광도 비(%)로 나타내었다.
DPPH 라디칼 소거능은 Blois [4]의 방법에 따라, 일정 농도 별 마늘 추출물에 DPPH 용액(5 mg/100 ml methanol)을 가하여 혼합한 다음 실온에서 20분간 반응시킨 후 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 소거능은 시료첨가구와 무첨가구의 흡광도 비(%)로 나타내었다.
Nitric oxide 소거능은 Song과 Moon [36]의 방법에 따라 마늘 추출물 0.5 ml에 10 mM sodium nitroprusside 용액 0.5 ml를 가하여 상온에서 150분간 반응시켰다. 여기에 1 ml의 Griess reagent (2% sulfanilamide를 함유하는 4% 인산용액 + 0.
Oyaizu [30]의 방법에 따라 마늘 추출물 1 ml에 200 mM의 인산 완충액(pH 6.6) 및 1%의 potassium ferricyanide 1 ml를 차례로 가한 다음 50oC의 수욕상에서 20분간 반응시켰다. 여기에 10% TCA용액 1 ml를 가하여 반응을 정지시킨 다음 5,000 rpm에서 5분간 원심분리한 후 얻은 상징액 1 ml에 증류수 및 ferric chloride 용액을 각 1 ml씩 혼합한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 시료의 환원력은 흡광도의 값으로 나타내었다.
Schwimmer와 Weston [32]의 방법에 따라 분쇄한 마늘 0.2 g에 10% trichloroacetic acid 용액 5 ml를 넣고 균질화하여 1시간 정치한 후 여과지로 여과하였다. 여액 1 ml에 0.
6 N NaOH 용액 5 ml를 가하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. Thiosulfate는 Freeman과 Mcbreen의 방법[11]에 따라 분쇄한 마늘에 10배량의 10% trichloroacetic acid를 가하여 추출한 후 여과한 여액 2 ml에 2배량의 hexane을 넣고 2분간 진탕 추출한 다음 hexane층을 취하여 254 nm에서 흡광도를 측정하였다. Total pyruvate 및 thiosulfate의 정량은 각각 sodium pyruvate (Sigma-Aldrich Co.
총 페놀 함량은 Folin-Denis법[13]에 따라 1,000 μg/ml로 조정된 마늘 열수 추출물 1 ml에 Foline-Ciocalteau 시약 및 10% Na2CO3용액을 각 1 ml씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며, gallic acid (Sigma Co., USA)를 사용하여 얻은 표준검량선으로부터 총 페놀 함량을 산출하였다.
, USA)를 사용하여 얻은 표준검량선으로부터 총 페놀 함량을 산출하였다. 총 플라보노이드는 Moreno 등[27]의 방법에 따라 정량하였으며, quercetin (Sigma Co., USA)을 표준물질로 하여 얻은 표준검량선으로부터 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
성능/효과
(b) 및 총 색도(ΔE) 값으로 나타낸 결과 L값은 생마늘과 흑마늘의 중간 수준이었고, a값은 홍마늘이 생마늘보다는 다소간 적색을 띄었으나, 흑마늘에 비해서는 50% 이하의 수준이었다.
2000 μg/ml의 고농도에서는 생마늘과 홍마늘간에는 유의차가 없었으나, 흑마늘은 88.63±0.82%로소거능이 가장 높았다.
250 μg/ml의 농도에서 홍마늘 및 흑마늘의 DPPH 라디칼 소거능은 각각 26.42±1.50% 및 22.26±5.64%로 생마늘(9.52±1.40%)에 비해 유의적으로 활성이 높았다.
홍마늘 추출물의 색도를 명도(L), 적색도(a), 황색도(b) 및 총 색도(ΔE) 값으로 나타낸 결과 L값은 생마늘과 흑마늘의 중간 수준이었고, a값은 홍마늘이 생마늘보다는 다소간 적색을 띄었으나, 흑마늘에 비해서는 50% 이하의 수준이었다. b값은 생마늘에 비해 홍마늘에서 유의적으로 높았으며, 흑마늘은 오히려 진한 흑색에 기인하여 b값이 낮은 것으로 생각되었다. 홍마늘의 총 색도는 전반적으로 생마늘과 흑마늘의 중간 값을 보였다.
홍삼의 갈색화 반응도 50~80oC의 온도에서는 효소적 갈변반응이 관여하며, 80oC 이상의 온도에서는 비 효소적 갈변반응에 의존적이며, 100oC에서 60~90분간 가열시 갈색화가 크게 촉진된다고 보고된 바 있다[22]. 따라서 마늘의 갈색화 및 흑색화에 의한 항산화 물질의 생성은 저온보다 고온 숙성에서 효율적으로 생성되나, 본 실험 결과 저온 숙성에 의한 홍마늘은 α- Glucosidase저해 활성에 가장 유효한 것으로 판단되었다.
마늘 열수추출물의 α-Glucosidase 저해활성은 추출물의 농도가 증가됨에 따라 농도 의존적으로 상승하여 유의적인 차이가 인정되었다.
마늘 추출물의 갈색도를 420 nm의 파장에서 측정한 결과, 시료간에 유의적인 차이가 있었으며, 마늘 추출물의 pH는 생마늘에서 흑마늘로 진행됨에 따라 마늘의 pH가 산성화된다는 기존의 연구보고[8,33]와 일치한 것으로 홍마늘은 흑마늘에 비해 pH가 더 높았다.
본 실험에서 홍마늘의 황화합물은 Table 3과 같이 흑마늘에 비해 유의적인 차이를 보였으나, α-Glucosidase 저해활성이 흑마늘과 유사한 것으로 보아 함황화합물 이외에 다른 물질도 관련된 것으로 추정된다.
본 실험의 결과 홍마늘은 흑마늘에 비하여 갈변물질의 생성 정도가 약하기 때문에 고농도에서는 DPPH 라디칼 소거능이상대적으로 약한 것으로 추정되며, 마늘의 DPPH 라디칼 소거능은 숙성에 따른 갈변물질의 생성 정도와 밀접한 상관성이 있는 것으로 판단된다.
마늘 열수추출물의 total pyruvate 및 thiosulfate 함량은 Table 3과 같이 숙성정도에 따라 유의적으로 증가하는 경향이었다. 즉, total pyruvate의 경우 홍마늘은 생마늘에 비해 약 1.72배, 흑마늘은 약 3.82배 증가하였고, thiosulfate의 함량도 생마늘에 비해 홍마늘과 흑마늘에서 각각 1.49배와 2.66배 정도씩 증가하였다.
60%로 홍마늘 및 흑마늘에 비해서 라디칼소거능이 낮았다. 즉, 생마늘에 비해 열처리한 마늘에서 항산화능이 상승되었으나, 숙성 기간과 정도에 따라 ABTs 라디칼 소거능은 차이가 나며, 갈변물질의 생성이 많아질수록 활성이 더 증가함을 확인할 수 있었다.
총 페놀 함량은 20.29±0.39~31.36±0.11 mg gallic acid/g이었으며, 플라보노이드 함량은 9.99±0.04~14.88±0.20 mg quercetin/g이었으며, 마늘 추출물의 갈색도가 증가됨에 따라 유의적으로 높았다.
추출물의 농도를 250, 500, 1,000 및 2,000 μg/ml로 하였을 때 생마늘의 환원력은 250~500 μg/ml 농도에서는 유의차가 없었으나, 500 μg/ml 이상의 농도에서 유의적으로 상승하였다.
추출물의 농도를 250, 500, 1,000 및 2,000 μg/ml로 하였을 때 생마늘의 환원력은 250~500 μg/ml 농도에서는 유의차가 없었으나, 500 μg/ml 이상의 농도에서 유의적으로 상승하였다. 홍마늘 및 흑마늘은 생마늘에 비해 환원력이 유의적으로 높았으나, 생마늘과는 대차가 없었다.
홍마늘은 2,000 μg/ml의 농도에서 56.10±0.30%, 흑마늘은 500 μg/ml의 농도에서 61.86±0.15%로 50% 이상의 ABTs 라디칼 소거능을 보였으나, 생마늘은 2,000 μg/ml의 농도에서도 34.83±2.60%로 홍마늘 및 흑마늘에 비해서 라디칼소거능이 낮았다.
홍마늘의 α-Glucosidase 저해활성은 생마늘에 비해서는 유의적으로 높았고, 흑마늘과 비슷한 수준까지 α-Glucosidase 저해활성을 보여 마늘의 갈색 물질이 항당뇨 활성에 효과적인 것으로 짐작할 수 있었다.
마늘 열수추출물의 NO 라디칼 소거능은 시료액의 농도가 증가함에 따라 상승하였으나, 2,000 μg/ml의 농도에서도 50% 미만이었다. 홍마늘의 NO 라디칼 소거능은 여타의 항산화능과 유사한 경향으로 흑마늘에 비해서는 활성이 다소 낮았으나, 생마늘에 비해서는 항산화 활성이 높은 것으로 확인되었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
흑마늘은 생마늘에 비하여 어떤 장점이 있는가?
이러한 마늘의 생리활성 기능은 플라보노이드를 포함한 폴리페놀 화합물과 함황화합물에 기인되므로[29], 기능성 물질을 얻기 위해 주로 생마늘이 이용되어 왔으나, 생마늘의 강한 자극취와 매운맛, 저장에 따른 갈변 등의 이유로 다량 섭취 및 장기 저장이 불가능하여 마늘의 기능성을 유지시키면서 저장성을 증대한 다양한 가공품이 상업화되어 유통되고 있다. 최근에는 생마늘의 직접적인 이용에 따른 매운 맛과 특유의 자극취를 해소하기 위하여 흑마늘로 가공함으로써 마늘의 섭취량을 증대시켜 오고 있으며, 흑마늘은 생마늘에 비해 생리활성이 우수하며, 매운 맛과 자극취가 감소된 장점이 있어 급속도로 산업화되어 졌으나, 10~40일 정도의 장시간 가공 기간에 따른 높은 가공비용으로 소비 계층이 한정되며 진한 흑색의 발현으로 타 식품에 대한 혼합 첨가에는 한계가 있으며, 또한 점도가 높아 2차 가공의 폭이 넓지 않은 단점이 있다.
흑마늘은 어떤 갈변 반응을 거쳐서 흑색을 나타내는가?
이러한 갈변반응은 크게 마이얄 반응에 의한 비효소적 갈변과 polyphenol oxidase 활성에 의한 효소적 갈변으로 이루어진다. 흑마늘은 생마늘을 80~90oC의 온도에서 장시간 숙성시키는 과정 중 비효소적 갈변 반응에 의해 진한 흑색으로 나타나는데, 이때 생성된 갈색화 물질은 항산화 활성이 높으며[35], 고온에서 가열될수록 항산화 활성은 더 높아지는 것으로 보고되어 있다[33]. 이는 홍삼과 백삼의 경우에서도 같은 경향으로 홍삼과 백삼의 갈색도와 항산화 활성은 비례적인 것으로 보고되어 있다[16].
흑마늘, 홍삼 및 백삼의 경우 갈색도와 항산화 활성이 비례적인데, 그 기작은?
이는 홍삼과 백삼의 경우에서도 같은 경향으로 홍삼과 백삼의 갈색도와 항산화 활성은 비례적인 것으로 보고되어 있다[16]. 이러한 기작은 갈색 물질인 melanoidins의 환원성 성분에 의해 유리 라디칼의 제거 및 함질소 화합물에 의한 질소 원자의 유리전자대로부터 proton의 이동작용에 따른다고 보고된 바 있다[20].
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