천연 갈변 억제제 개발을 위한 양파, 사과 및 감귤 과피 추출물의 항산화 및 갈변 저해 효과 Effects of Antioxidative Activities and Antibrowning of Extracts from Onion, Apple and Mandarin Orange Peel as Natural Antibrowning Agents원문보기
천연 갈변 저해제 소재를 발굴하기 위하여 양파, 사과 그리고 감귤 과피를 열수 및 80% 에탄올로 추출하고, 그 추출물에 대하여 PPO 저해활성을 측정하고, DPPH radical 소거능, 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 등을 통하여 항산화 효과를 조사하였다. 또한 추출물을 사과슬라이스에 침지하여 외관의 변화를 관찰하였다. 그 결과, 양파 및 감귤 과피 추출물이 사과 추출물보다 PPO 저해활성, DPPH radical 소거능, 총 페놀에 대하여 높은 함량을 나타냈으며, 또한 $Fe^{2+}$의 chelating 효과가 우수하였다. 각 추출물에 대하여 사과 슬라이스에 침지하여 처리한 결과에서도 양파 및 감귤 과피 추출물에서 L값과 ${\Delta}E$값이 낮게 나타나, 색 변화가 적게 일어났음을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 양파와 감귤 과피 추출물이 천연 갈변 저해제로의 사용이 가능할 것이라 판단된다.
천연 갈변 저해제 소재를 발굴하기 위하여 양파, 사과 그리고 감귤 과피를 열수 및 80% 에탄올로 추출하고, 그 추출물에 대하여 PPO 저해활성을 측정하고, DPPH radical 소거능, 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 등을 통하여 항산화 효과를 조사하였다. 또한 추출물을 사과슬라이스에 침지하여 외관의 변화를 관찰하였다. 그 결과, 양파 및 감귤 과피 추출물이 사과 추출물보다 PPO 저해활성, DPPH radical 소거능, 총 페놀에 대하여 높은 함량을 나타냈으며, 또한 $Fe^{2+}$의 chelating 효과가 우수하였다. 각 추출물에 대하여 사과 슬라이스에 침지하여 처리한 결과에서도 양파 및 감귤 과피 추출물에서 L값과 ${\Delta}E$값이 낮게 나타나, 색 변화가 적게 일어났음을 알 수 있었다. 본 연구를 통하여 양파와 감귤 과피 추출물이 천연 갈변 저해제로의 사용이 가능할 것이라 판단된다.
This study was carried out to investigate antioxidative properties of various extracts and antibrowning effects of extracts in apple slices were investigated by ${\Delta}E$ value and PPO relative activity. Apples were cut into 1.5 cm thickness and they were dipped in 1% extract solutions(...
This study was carried out to investigate antioxidative properties of various extracts and antibrowning effects of extracts in apple slices were investigated by ${\Delta}E$ value and PPO relative activity. Apples were cut into 1.5 cm thickness and they were dipped in 1% extract solutions(OW: water extracts of onion, OE: 80% EtOH extracts of onion, AW: water extracts of apple, AE: 80% EtOH extracts of apple, MW: water extracts of mandarin orange peel, ME: 80% EtOH extracts of mandarin orange peel) for 1 min. OW showed higher than the other treatments for total phenolic contents(94.35 mg/g), PPO inhibition(74.00%). And the highest DPPH free radical scavenging activity(40.27%) measured in ME. ${\Delta}E$ value of apple slices dipped in MW was 2.37 whereas ${\Delta}E$ value of apple slices dipped in AW was 12.12. These results suggest that onion and mandarin orange peel extracts should be a potential source for controlling browning during storage of apple slices.
This study was carried out to investigate antioxidative properties of various extracts and antibrowning effects of extracts in apple slices were investigated by ${\Delta}E$ value and PPO relative activity. Apples were cut into 1.5 cm thickness and they were dipped in 1% extract solutions(OW: water extracts of onion, OE: 80% EtOH extracts of onion, AW: water extracts of apple, AE: 80% EtOH extracts of apple, MW: water extracts of mandarin orange peel, ME: 80% EtOH extracts of mandarin orange peel) for 1 min. OW showed higher than the other treatments for total phenolic contents(94.35 mg/g), PPO inhibition(74.00%). And the highest DPPH free radical scavenging activity(40.27%) measured in ME. ${\Delta}E$ value of apple slices dipped in MW was 2.37 whereas ${\Delta}E$ value of apple slices dipped in AW was 12.12. These results suggest that onion and mandarin orange peel extracts should be a potential source for controlling browning during storage of apple slices.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 양파, 사과 및 감귤 과피 등의 천연 농산물로부터 PPO 활성 저해력과 항산화 특성을 조사하고, 이를 사과 슬라이스에 적용하여 갈변 억제에 미치는 효과를 통해 천연 갈변 억제제로서 응용 가능성을 검토하였다.
가설 설정
1) Each values are means±S.D., Means with the different letters within a column are significantly different(p<0.05).
제안 방법
50 mM phosphate buffer(pH 6.5) 1.7 ㎖와 PPO(4,276 units/㎎) 0.2 ㎖를 혼합한 후 0.5, 1 and 1.5% 농도의 저해제를 0.1㎖를 첨가하여 25℃로 조절된 항온수조에서 15분간 방치하고 기질로서 4 mM catechin 용액 1 ㎖를 각각 첨가하고, Microplate reader(M2, Molecular Device, Canada)를 이용하여 420 nm에서 5분간의 변화를 측정하였다. 효소의 활성능은 흡광도의 변화를 관찰한 후 curve의 직선부위로부터 계산하였으며, 효소 저해활성은 흡광도 감소량 %로 나타내었다(Dennis & Miller 1998).
Gulcin I(2006)의 방법을 일부 변형하여 측정하였으며, 각 시료용액 0.3 ㎖에 2 mM FeCl2 0.1 ㎖를 가하고, 5 mM ferrozine 0.2 ㎖ ethanol 3.4 ㎖를 가한 후 혼합하여 실온에서 10분간 방치한 다음 562 nm에서 microplate reader(M2, Molecular Device, Canada)를 이용하여 흡광도를 측정하고, 다음의 식으로부터 계산하였다.
Lee 등(1997)의 방법을 변형하여 시료 0.2 ㎖에 diethylene glycol 10 ㎖와 1 N NaOH 1 ㎖를 가하고 잘 혼합한 다음 37℃에서 1시간 반응시킨 후 microplate reader(M2, Molecular Device, Canada)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였으며, naringin 을 이용하여 얻어진 표준곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 구하였다.
각 추출물을 5,000×g에서 15분간 원심분리한후 상징액을 취하여 동결건조한 후 시료로 사용하였다.
천연 갈변 저해제 소재를 발굴하기 위하여 양파, 사과 그리고 감귤 과피를 열수 및 80% 에탄올로 추출하고, 그 추출물에 대하여 PPO 저해활성을 측정하고, DPPH radical 소거능, 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 등을 통하여 항산화 효과를 조사하였다. 또한 추출물을 사과슬라이스에 침지하여 외관의 변화를 관찰하였다. 그 결과, 양파 및 감귤 과피 추출물이 사과 추출물보다 PPO 저해활성, DPPH radical 소거능, 총 페놀에 대하여 높은 함량을 나타냈으며, 또한 Fe2+의 chelating 효과가 우수하였다.
사과를 세라믹 칼을 이용하여 1.5 ㎝ 두께로 슬라이스한후 각 1%(w/v)의 양파, 사과 및 감귤 과피 추출물 용액 20 ㎖ 에 1분간 침지한 후 3분간 자연 건조하고, 흡수지로 수분을 가볍게 제거한 후 상온에서 24시간 동안 보관하며 외관의 변화를 관찰하였다.
Folin-Ciocalteu법을 이용하여 측정하였다(Florence 등 1992). 시료 0.1 ㎖에 2 N Folin-Ciocalteu 용액 0.5 ㎖를 첨가하여 3분간 반응시킨 후 20% Na2CO3 1 ㎖를 첨가하여 1시간 동안 침전반응을 거친 후 반응 용액을 Whatman No. 2 여과지로여과하여 Microplate reader(M2, Molecular Device, Canada)를 이용하여 750 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 이 때 총 페놀 함량은 gallic acid를 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 구하였다.
양파, 사과 및 감귤 과피의 추출은 열수 추출 방법과 에탄올 추출 방법을 적용하였으며, 열수 추출은 건조하여 분쇄한 양파, 사과 및 감귤 과피 30 g에 증류수 150 ㎖를 넣고, 60℃ 의 진탕수조에서 6시간 3회 반복 추출하였으며, 에탄올 추출은 양파, 사과 및 감귤 과피 분쇄 시료 30 g에 80% 에탄올 용액 150 ㎖를 넣고 60℃의 환류냉각장치에서 6시간 3회 반복 추출하였다. 각 추출물을 5,000×g에서 15분간 원심분리한후 상징액을 취하여 동결건조한 후 시료로 사용하였다.
천연 갈변 저해제 소재를 발굴하기 위하여 양파, 사과 그리고 감귤 과피를 열수 및 80% 에탄올로 추출하고, 그 추출물에 대하여 PPO 저해활성을 측정하고, DPPH radical 소거능, 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량 등을 통하여 항산화 효과를 조사하였다. 또한 추출물을 사과슬라이스에 침지하여 외관의 변화를 관찰하였다.
표면색은 표준백판(L=97.40, a=－0.49, b=1.96)으로 보정된 Chromameter(CR-400, Minolta Co., Japan)를 사용하여 시료 절단면의 중심부위를 3반복으로 Hunter L, a and b값을 측정하였고, 각 처리구간의 색도의 차이는 색차(color difference, △ E)를 이용하여 분석하였으며 계산식은 다음과 같다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 사과는 ‘Fuji’ 품종으로 경북 영천에서 2011년에 수확된 것을 구입하여 외관이 건전한 것을 선별하여 실험에 사용하였다. 갈변 저해를 목적으로 사용한 양파는 전남 함평에서, 사과는 경북 영천에서 그리고 감귤은 제주도에서 재배된 조생종 감귤로 시중에서 구입하여 사용하였으며, 그 중 양파는 과피를 제거한 과육을, 사과는 과피를 포함한 과육 전체를, 감귤은 과피만을 시료로 사용하였다.
본 실험에 사용한 사과는 ‘Fuji’ 품종으로 경북 영천에서 2011년에 수확된 것을 구입하여 외관이 건전한 것을 선별하여 실험에 사용하였다.
데이터처리
그리고 시료별 PPO 저해활성의 상대적 비교를 위하여 효소활성의 50%를 저해하는 시료의 농도를 환산하여 IC50 값으로 하였으며, 통계처리는 PASW Statistics(Version 18)을 이용하여 Duncan's multiple range test로 유의성을 검증하였다.
이론/모형
Folin-Ciocalteu법을 이용하여 측정하였다(Florence 등 1992). 시료 0.
성능/효과
사과 슬라이스의 외관상 가장 큰 문제를 나타내는 갈변 정도를 △E값으로 나타낼 수 있으며, 값이 크게 나타날수록 색 변화가 많이 일어난 것으로 판단할 수 있다. △E값의 경우 처리하지 않은 사과 슬라이스에서 17.08의 색 변화를 나타낸 반면, 감귤 과피 추출물에서 2.37～2.63, 양파 추출물에서 3.00～3.71 그리고 사과 추출물에서 7.11～12.12로 감귤 과피 추출물에서 색 변화가 가장 적게 일어난 것을 알 수 있었다. 사과 슬라이스의 외관을 관찰한 결과 처리하지 않은 경우보다 양파 및 감귤 과피 추출물을 처리한 사과 슬라이스에서 갈변이 다소 지연되는 것을 알 수 있었다 (Fig.
그 결과, 양파 및 감귤 과피 추출물이 사과 추출물보다 PPO 저해활성, DPPH radical 소거능, 총 페놀에 대하여 높은 함량을 나타냈으며, 또한 Fe2+의 chelating 효과가 우수하였다. 각 추출물에 대하여 사과 슬라이스에 침지하여 처리한 결과에서도 양파 및 감귤 과피 추출물에서 L 값과 △E값이 낮게 나타나, 색 변화가 적게 일어났음을 알 수있었다. 본 연구를 통하여 양파와 감귤 과피 추출물이 천연 갈변 저해제로의 사용이 가능할 것이라 판단된다.
감귤 과피 에탄올 추출물>감귤 과피 열수 추출물> 양파 에탄올 추출물>사과 에탄올 추출물>양파 열수 추출물>사과 열수 추출물의 순으로 감귤 과피 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거 활성이 가장 높았다.
92로 열수 추출물의 PPO 활성 저해력이 낮았으나 큰 차이를 보이지 않았다. 감귤 과피 추출물의 경우 역시 농도가 증가할수록 PPO 활성 저해력이 높아졌으며, 열수 추출물에 대한 IC50의 값은 3.38, 에탄올 추출물에 대한 IC50의 값은 3.41이었다. 결과적으로 PPO 활성 저해력은 양파 열수 추출물> 감귤 과피 열수 추출물>감귤 과피 에탄올 추출물>양파 에탄올 추출물>사과 열수 추출물>사과 에탄올 추출물의 순으로 양파 열수 추출물에서 가장 높게 나타났다.
결과적으로 PPO 활성 저해력은 양파 열수 추출물> 감귤 과피 열수 추출물>감귤 과피 에탄올 추출물>양파 에탄올 추출물>사과 열수 추출물>사과 에탄올 추출물의 순으로 양파 열수 추출물에서 가장 높게 나타났다.
또한 추출물을 사과슬라이스에 침지하여 외관의 변화를 관찰하였다. 그 결과, 양파 및 감귤 과피 추출물이 사과 추출물보다 PPO 저해활성, DPPH radical 소거능, 총 페놀에 대하여 높은 함량을 나타냈으며, 또한 Fe2+의 chelating 효과가 우수하였다. 각 추출물에 대하여 사과 슬라이스에 침지하여 처리한 결과에서도 양파 및 감귤 과피 추출물에서 L 값과 △E값이 낮게 나타나, 색 변화가 적게 일어났음을 알 수있었다.
사과 슬라이스를 양파, 사과 및 감귤 과피 추출물에 침지 하여 상온에서 24시간 동안의 색 변화를 관찰한 결과, 처리하지 않은 사과 슬라이스의 L값이 52.50을 나타낸 반면, 전반적으로 추출물을 처리한 경우 L값이 69.52～78.11로 추출물을 처리한 경우의 L값이 높았으나 처리구간의 뚜렷한 차이는 보이지 않았다(Table 2). 사과 슬라이스의 외관상 가장 큰 문제를 나타내는 갈변 정도를 △E값으로 나타낼 수 있으며, 값이 크게 나타날수록 색 변화가 많이 일어난 것으로 판단할 수 있다.
12로 감귤 과피 추출물에서 색 변화가 가장 적게 일어난 것을 알 수 있었다. 사과 슬라이스의 외관을 관찰한 결과 처리하지 않은 경우보다 양파 및 감귤 과피 추출물을 처리한 사과 슬라이스에서 갈변이 다소 지연되는 것을 알 수 있었다 (Fig. 5). Weller A 등(1997)은 L값의 변화는 PPO 활성의 증가와 관련이 있으며, PPO는 조직이 노화되거나 저장 시 스트레스를 받으면 매우 용해성이 커지고, 활성화된다고 하였다.
89%으로 에탄올 추출물보다 열수 추출물에서 더 높은 효소 저해활성을 나타내었다. 사과 추출물의 경우 열수 추출물에 대한 IC50의 값은 7.81, 에탄올 추출물에 대한 IC50의 값은 7.92로 열수 추출물의 PPO 활성 저해력이 낮았으나 큰 차이를 보이지 않았다. 감귤 과피 추출물의 경우 역시 농도가 증가할수록 PPO 활성 저해력이 높아졌으며, 열수 추출물에 대한 IC50의 값은 3.
양파, 사과 및 감귤 과피 추출물에 대한 PPO 활성 저해력을 catechin 기질을 이용하여 비교한 결과는 Table 1과 같다. 시료의 농도가 증가할수록 저해활성이 증가하였으며, 양파 열수 및 에탄올 추출물의 경우 0.5%에서 각각 38.07%와 24.12%, 1%에서 74.00%와 53.22%, 1.5%에서 89.95%와 73.65%의 저해활성을 나타내었다. 이에 대한 IC50의 값은 각각 2.
Metal chelating agent는 제 2의 항산화제라고 할만큼 중요하며, 이는 산화환원 전위를 감소시켜 금속이온의 산화상태를 안정화시키기 때문이다(Gulcin I 2006). 실제로 구연산, 주석산 등과 같은 유기산 및 폴리페놀 성분은 철이온, 구리이온과 같은 산화촉진제를 chelating하여 free radical 형성을 억제하는 효과가 탁월하다고 보고(Wong 등 2009)되고 있으며, 본 실험 결과 감귤 과피 에탄올 추출물이 Fe2+- ferrozine complex 형성을 효과적으로 억제함으로써 철 이온과의 chelating 능력이 우수한 것을 알 수 있었다.
3과 같다. 양파 열수 추출물에서 98.68 ㎎/g, 양파 에탄올 추출물에서 86.41㎎/g, 감귤 과피 에탄올 추출물에서 83.79 ㎎/g, 감귤 과피 열수 추출물에서 68.84 ㎎/g으로 양파 열수 추출물의 총 플라보노이드 함량이 가장 높았다. Bocco 등(1998)에 의해 감귤 과 피와 씨앗 추출물에서 강한 항산화능을 가진 페놀화합물의 존재가 보고된 이래 감귤 과피로부터 polyphenol을 추출하기 위한 다양한 시도가 있었으며, Manthey & Grohmann(2001)은 감귤 과피의 주된 polyphenol로서 flavone glyceride(hesperidin 과 naringin)을 제안하였고, methoxyl기가 많이 붙은 flavone과 수많은 hydroxycinnamate가 존재한다고 보고하였다.
양파, 사과 및 감귤 과피 추출물의 DPPH radical 소거능을 조사한 결과는 Fig. 1과 같으며, 양파 열수 추출물에서 18.26%, 양파 에탄올 추출물에서 21.80%, 사과 열수 추출물에서 9.00%, 사과 에탄올 추출물에서 20.84%, 감귤 과피 열수 추출물에서 37.19% 그리고 감귤 과피 에탄올 추출물에서 40.27%로 조사되었다. 감귤 과피 에탄올 추출물>감귤 과피 열수 추출물> 양파 에탄올 추출물>사과 에탄올 추출물>양파 열수 추출물>사과 열수 추출물의 순으로 감귤 과피 에탄올 추출물의 DPPH radical 소거 활성이 가장 높았다.
41 ㎎/g의 chelating 효과를 나타내었다. 양파와 감귤 과피 추출물 모두 열수 추출물보다 에탄올 추출물일 때 더 높은 chelating 효과를 보였다. Metal chelating agent는 제 2의 항산화제라고 할만큼 중요하며, 이는 산화환원 전위를 감소시켜 금속이온의 산화상태를 안정화시키기 때문이다(Gulcin I 2006).
65%의 저해활성을 나타내었다. 이에 대한 IC50의 값은 각각 2.18%, 3.89%으로 에탄올 추출물보다 열수 추출물에서 더 높은 효소 저해활성을 나타내었다. 사과 추출물의 경우 열수 추출물에 대한 IC50의 값은 7.
각 추출물에 대하여 사과 슬라이스에 침지하여 처리한 결과에서도 양파 및 감귤 과피 추출물에서 L 값과 △E값이 낮게 나타나, 색 변화가 적게 일어났음을 알 수있었다. 본 연구를 통하여 양파와 감귤 과피 추출물이 천연 갈변 저해제로의 사용이 가능할 것이라 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
페놀성 화합물은 무슨 효과가 있다고 보고되고 있는가?
페놀성 화합물은 여러 가지 식물류에 널리 분포되어 있는 것으로 알려져 있으며, flavonoid류가 주를 이루며, 단순한 phenol류, phenolic acid류, phenol성 quinone류 등을 포함한다 (Kim 등 2001). 최근에 이런 페놀성 화합물 등이 항산화(Serafini 등 1996), 항암(Sadzuka 등 1996; Stoner & Mykhtar 1995), 항균(Vijaya 등 1995) 등에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다. 또한 이런 생리활성물질 중 항산화성이 있는 식물류로부터 천연 항산화제 및 천연 갈변 저해제 개발도 시도되고 있으며 (Ohmori 등 1995; Hattori 등 1990), 그 중 우리나라 제주도에서 재배되는 감귤류는 전체 과수 생산량 중 30%를 차지하는 농산물로 가공 공정 시 감귤 과피가 가공부산물로 발생하며, 이러한 과피의 활용성에 대한 필요성이 대두되고 있다(Cheigh 등 2010).
페놀성 화합물에는 무엇이 있는가?
페놀성 화합물은 여러 가지 식물류에 널리 분포되어 있는 것으로 알려져 있으며, flavonoid류가 주를 이루며, 단순한 phenol류, phenolic acid류, phenol성 quinone류 등을 포함한다 (Kim 등 2001). 최근에 이런 페놀성 화합물 등이 항산화(Serafini 등 1996), 항암(Sadzuka 등 1996; Stoner & Mykhtar 1995), 항균(Vijaya 등 1995) 등에 효과가 있는 것으로 보고되고 있다.
신선편이 농산물의 소비가 꾸준히 늘어나고 있는 추세에서 발생하는 문제는?
최근 건강에 대한 관심과 신선 및 천연식품에 대한 소비자의 기호도가 증가하면서 신선편이 농산물의 소비가 꾸준히 늘어나고 있는 추세이다(Chung 등 2008; Park 등 1998). 이러한 신선편이 농산물은 생산 단계에서 세척, 박피 및 절단 등의 과정을 거치기 때문에 절단 전의 세포에 비하여 호흡이 빠르고, 미생물의 침입에 대한 저항성이 약화되기 쉬우며 산화적 갈변을 일으키기 쉽다(Wiley 1994). 수확 후 가공 처리되는 과정에서 과일 및 채소류의 조직이 손상되어 일어나는 갈변은 품질 손실에 중요한 요인이 되며(Hur J 2007; Vamos-Vigyazo L 1981), 이는 식물 내에 들어있는 폴리페놀 화합물이 산소의존재 하에 polyphenol oxidase(PPO)에 의해서 퀴논 화합물로 산화된 후에 일련의 산화반응을 거쳐 중합체인 갈색 색소를 형성하는 것으로 알려져 있다(Hwang 등 2010; Kim YA 1998).
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