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문제 정의
- 동시에 L-ascorbic acid와 α-, γtocopherol 함량 분석 및 파프리카의 색상별 항산화능을 측정하여, 파프리카 색상별 특성과 항산화능을 비교하고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 녹색과, 황색과, 적색과 파프리카 중 국내에서 이용되고 있는 품종을 수집하여 색상별 다양한 carotenoids의 조성과 함량을 분석하였다. 동시에 L-ascorbic acid와 α-, γtocopherol 함량 분석 및 파프리카의 색상별 항산화능을 측정하여, 파프리카 색상별 특성과 항산화능을 비교하고자 하였다.
- 본 연구에서는 파프리카(Capsicum annuum L.)의 색상별, 품종별 phytochemical들의 성분 분석 및 항산화 활성을 비교, 분석하고자 하였다. Phytochemical은 carotenoids, L-ascorbic acid, α, γtocopherol 함량을 측정하였으며, 항산화 활성은 ABTS와 DPPH radical 소거 활성을 측정하였다.
가설 설정
- 2)Different letters in the same column indicate significant differences (p<0.05).
- 4)ND indicates not detected.
제안 방법
- Phytochemical은 carotenoids, L-ascorbic acid, α, γtocopherol 함량을 측정하였으며, 항산화 활성은 ABTS와 DPPH radical 소거 활성을 측정하였다.
- Carotenoids 분석을 위한 전처리 조건은 다음과 같다. 색상별 파프리카의 시료(2 g)의 색이 다 빠질 때까지 아세톤(30 mL)으로 추출한 후 그 아세톤 추출액 10 mL을 30% KOH/MeOH 2 mL과 혼합하여 빛을 차단한 37℃ incubator에서 18시간 동안 검화시켜 그 검화물을 diethylether로 3회 이상 추출하였다. 추출액 중 수분을 제거하기 위해 증류수 20 mL로 3회 반복 첨가 후 10% NaCl 10 mL을 첨가하여 충분히 방치하여 층 분리를 시킨 후 하층액을 회수하였다.
- 항산화능 측정을 위한 전처리는 다음과 같다. 색상별로 구분한파프리카 5g를 80% 에탄올 50 mL을 사용하여 추출 및 여과하였으며 진공농축기로 감압 농축하여 에탄올층을 모두 제거한 후 시료로 80% 에탄올로 희석하여 사용하였다. ABTS radical 전자 공여 소거능은 Arnao 등(23)의 방법을 이용하여 측정하였다.
- 파프리카의 tocopherol 함량은 Markus 등(22)의 방법을 변형하여 분석하였다. 파프리카 시료 5g과 메탄올 25 mL을 교반한 후 dichloroethane/MeOH(6 : 1, v/v) 70 mL을 넣어 4℃에서 30분 동안 방치하여 dichloroethane 층을 분리하였다.
- 50)로 구성된 Jasco사(Jasco, Tyoko, Japan)의 고속액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하였다. 항산화능은 UV/VIS 분광광도계(Jasco)를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- HPLC용 아세토니트릴과 메탄올, 아세톤은 Burdick & Jackson(SK Chemicals, Ulsan, Korea)에서 구입하여 사용하였으며, 증류수는 Simplicity Water Purification System(Millipore Corporation, Billerica, MA, USA)을 이용하여 18.2 mΩ 수준으로 정제된 것을 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 파프리카는 2008년 8월에 수확한 것으로 녹색과(GP) 2종(Cupra, Special), 황색과(YP) 2종(Fiesta, Chelcy), 적색과(RP) 2종(Cupra, Special)을 (주)농산무역(Gimje, Jeonbuk)에서 제공받았다. 화학 성분 분석 및 항산화능을 평가하기 위하여 모든 10 kg의 파프리카 샘플을 비가식부위인 씨와 꼭지를 제거한 후 동결 건조하여 실험에 사용하였다.
- 화학 성분 분석 및 항산화능을 평가하기 위하여 모든 10 kg의 파프리카 샘플을 비가식부위인 씨와 꼭지를 제거한 후 동결 건조하여 실험에 사용하였다. 분석은 펌프(PU-2089), 자동샘플분석기(AS-2055), UV 검출기(UV-2075), 컬럼오븐(CO-2065)및 Bowin software(Version 1.50)로 구성된 Jasco사(Jasco, Tyoko, Japan)의 고속액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하였다. 항산화능은 UV/VIS 분광광도계(Jasco)를 사용하여 측정하였다.
- 파프리카 시료 25 g과 4% 메타인산(v/v) 50 mL을 혼합하여 4℃에서 1시간 동안 혼합한 후 원심분리하여 0.45 µm PVDF syringe filter(Whatman International Ltd., Maidstone, UK)로 여과하여 HPLC 분석용 시료로 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 파프리카는 2008년 8월에 수확한 것으로 녹색과(GP) 2종(Cupra, Special), 황색과(YP) 2종(Fiesta, Chelcy), 적색과(RP) 2종(Cupra, Special)을 (주)농산무역(Gimje, Jeonbuk)에서 제공받았다. 화학 성분 분석 및 항산화능을 평가하기 위하여 모든 10 kg의 파프리카 샘플을 비가식부위인 씨와 꼭지를 제거한 후 동결 건조하여 실험에 사용하였다. 분석은 펌프(PU-2089), 자동샘플분석기(AS-2055), UV 검출기(UV-2075), 컬럼오븐(CO-2065)및 Bowin software(Version 1.
데이터처리
- 각 실험 결과는 SAS 프로그램(Window Version 8.0; SAS Institute, Cary, NC, USA)을 이용하여 one-way ANOVA와 Duncan’s multiple-range test(p <0.05)로 비교하였으며, 50% 억제율(IC50 value)은 SIGMA Plot(Windows Version 9.0; Systat Software Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 계산하였다.
- 모든 분석은 3회 이상 반복 수행하였고, 결과는 평균±표준편차(mean±SD)로 기술하였다.
이론/모형
- 색상별로 구분한파프리카 5g를 80% 에탄올 50 mL을 사용하여 추출 및 여과하였으며 진공농축기로 감압 농축하여 에탄올층을 모두 제거한 후 시료로 80% 에탄올로 희석하여 사용하였다. ABTS radical 전자 공여 소거능은 Arnao 등(23)의 방법을 이용하여 측정하였다. 2,2'- Azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 2.
- 02가 되도록 조절한 후, 이 용액 900 µL에 파프리카 건조시료의 에탄올 추출액 100µL를 가하여 37℃에서 10분간 반응시킨 후에 흡광도의 변화를 측정하였다. DPPH radical 전자 공여 소거능은 Brand-Williams 등(24)의 방법을 이용하여 측정하였다. 4×10−4 M 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl(DPPH) 메탄올 용액 980 µL와 파프리카 시료 20 µL를 혼합하여 상온에서 20분 동안 방치하여 525 nm에서 측정하였다.
- L-Ascorbic acid 분석은 식품공전(21)에 있는 방법으로 수행하였다. 파프리카 시료 25 g과 4% 메타인산(v/v) 50 mL을 혼합하여 4℃에서 1시간 동안 혼합한 후 원심분리하여 0.
성능/효과
- γ-Tocopherol의 함량은 녹색과의 Cupra와 Special에서 각각 29.31±1.56, 23.34±2.26 mg/kg fw로 다른 두 색상에 비해 높은 함량을 나타내었으며, α-tocopherol은 적색과 Cupra 품종에서 26.02±2.89 mg/kg fw로 그 함량이 가장 높았다.
- ABTS radical 소거능에 대한 RP와 YP 추출물의 IC50값은 각각 62.40±0.03, 71,84±9.40 µg/mL를 나타냈고, DPPH radical 소거능에 대한 RP와 YP의 IC50값이 각각 182.77±31.74, 191.18±7.15µg/mL를 나타내어, GP 추출물의 ABTS와 DPPH radical 소거능에 대한 IC50 값인 134.84±31.88, 370.68±19.51 µg/mL보다 좋은 항산화능을 보였다.
- L-Ascorbic acid 함량은 GP의 Cupra 품종이 65.24±1.46 mg/100 g fw으로 가장 낮았으며, RP의 Special 품종이 182.94±3.13 mg/100 g fw으로 가장 높았다.
- 적색을 나타내는 capsorubin과 capsanthin은 GP의 모든 품종과 YP의 Fiesta 품종에서는 검출되지 않았으며, YP의 Chelsea와 RP의 Cupra와 Special에서 검출되었다. RP의 Cupra와 Special 품종의 capsorubin과 capsanthin 함량은 총 carotenoids의 80-90%를 차지할 정도의 많은 양을 함유하고 있었으며, 특히, Special 종은 Cupra 종에 비하여 capsorubin과 capsanthin의 함량이 2배 정도로 많이 함유되어 있어 동일 색상 내에서도 품종별 색소의 발현 정도에 차이가 있음을 carotenoids 색소의 각 종류별 함량 변화를 통하여 확인하였다. Matsufuji 등(25)은 적색 파프리카 중 Signal 품종에서 capsanthin과 β-carotene 함량이 각각 4.
- 모든 색상의 시료 추출물에서 농도가 증가함에 따라 ABTS와 DPPH radical 소거 활성이 증가하는 것으로 나타났으며, 모든 농도에서 파프리카 추출물이 β-carotene보다 ABTS와 DPPH radical 소거 활성이 높게 나타났다.
- 95 mg/100 g fw 수준으로 보고하여, 파프리카의 Lascorbic acid 함량은 고추와 유사하거나 높음을 확인할 수 있었다. 본 연구 결과, 파프리카는 vitamin C의 좋은 급원이며, 매운맛이 적고 단맛이 많으며 다양한 색상을 가지는 파프리카의 특성상 샐러드 같이 파프리카를 생으로 섭취한다면 손쉽게 vitamin C를 섭취할 수 있을 것이라 사료된다.
- 파프리카에서 색상별 carotenoids 함량을 비교 분석한 이전 연구에서도 녹색과보다 적색과의 carotenoids 함량이 6배 많았으며, 이는 적색과에 들어있는 capsanthin의 함량 때문으로 보고하였다(2,7). 본 연구에서 녹색과, 황색과, 적색과의 carotenoids 성분 및 그 함량을 분석 비교한 결과각 과실 색상에 따른 carotenoids의 성분 및 분포가 달랐으며, 함량 또한 차이가 있음을 알 수 있었다. 각 carotenoids의 기능적 특징을 비추어 볼 때, 파프리카는 좋은 기능성 식품의 소재가 될 수 있을 것으로 사료된다.
- 색상별 파프리카의 toco pherol을 분석한 결과 α-tocopherol과 γ-tocopherol이 검출되었다.
- 시료 추출물 농도 125 µg/mL 첨가시 ABTS radical 소거 활성은 RP(77.01±10.63%) > YP(65.40±1.16%) > GP (51.75±9.36%) 순으로 나타났다(Fig. 1A).
- 시료 추출물 농도 250µg/mL 첨가시 DPPH radical 소거 활성은 RP(64.87±4.95%) > YP(59.80±1.54%) > GP(35.01±6.51%) 순을 나타냈다(Fig. 1B).
- 이 외에도 시금치와 양상추에서 γ-tocopherol의 함량이 각각 2.78-4.18, 0.08-0.16 mg/100 g fw라고 보고하여, GP의 γ-tocopherol의 함량은 풋고추 및 양상추보다 높았으며, 시금치와 비슷한 수준을 가지는 것을 확인할 수 있었다.
- 이외에도 부추잎, 브로컬리, 당근에서 α-tocopherol의 함량이 각각 1.74±0.00, 2.95±0.10, 1.56±0.12 mg/100 g fw로 보고되고 있어, 파프리카의 α-tocopherol 함량이 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 적색과의 Special 품종의 capsanthin 함량이 53.70±6.23 mg/kg fw로 다른 파프리카에 비해 많이 함유되어 있었으며, 총 carotenoids의 함량도 다른 파프리카보다 유의하게 높았다.
- 18 mg/kg fw로 모든 파프리카에서 검출되었으며, RP에서 그 함량이 다른 파프리카에 비해 유의하게 높았다. 적색을 나타내는 capsorubin과 capsanthin은 GP의 모든 품종과 YP의 Fiesta 품종에서는 검출되지 않았으며, YP의 Chelsea와 RP의 Cupra와 Special에서 검출되었다. RP의 Cupra와 Special 품종의 capsorubin과 capsanthin 함량은 총 carotenoids의 80-90%를 차지할 정도의 많은 양을 함유하고 있었으며, 특히, Special 종은 Cupra 종에 비하여 capsorubin과 capsanthin의 함량이 2배 정도로 많이 함유되어 있어 동일 색상 내에서도 품종별 색소의 발현 정도에 차이가 있음을 carotenoids 색소의 각 종류별 함량 변화를 통하여 확인하였다.
- 총 carotenoids 함량은 GP의 Cupra와 Special 품종이 각각 7.33±0.26과 7.79±1.06 mg/kg fw(fresh weight), YP의 Chelsea와 Fiesta 품종이 각각 8.28±0.64와 9.45±0.15 mg/kg fw, RP의 Cupra와 Special 품종이 각각 31.20±6.18과 63.92±6.77 mg/kg fw가 검출되었으며, RP의 Special 품종의 총 carotenoids의 함량이 다른 파프리카보다 유의하게 높았다.
- 파프리카의 색상별 ABTS와 DPPH radical 소거활성을 살펴본 결과 추출물의 농도가 증가함에 따라 radical 소거활성이 증가하는 경향을 나타내었으며, 모든 색상의 파프리카 추출물이 β-carotene보다 그 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다. 특히 적색과가 다른 색상의 파프리카에 비해 항산화능이 높았는데, 이는 적색과에 다량의 capsanthin, L-ascorbic acid, α-tocopherol과 같은 phytochemical들이 함유되어 있어 항산화능이 높은 것으로 사료된다.
- 파프리카에서 7종의 carotenoids를 정성 및 정량 분석한 결과, lutein은 녹색과의 Special품종과 황색과의 Fiesta 품종이 각각 4.65±0.84, 5.19±0.05 mg/kg fw로 다른 파프리카에 비해 그 함량이 높았다.
- 파프리카에서 색상별, 품종별 carotenoids 분석 결과는 Table 4에 나타내었다. 파프리카에서 검출된 carotenoids는 GP에서 4종, YP에서 5-7종, RP에서 7종이 분석되었다. 총 carotenoids 함량은 GP의 Cupra와 Special 품종이 각각 7.
- 파프리카의 α-tocopherol은 RP의 Cupra 품종이 26.02±2.89 mg/kg fw으로 다른 것이 비해 유의하게 높았으며, γ-tocopherol은 GP의 Cupra 품종이 29.31±1.56 mg/kg fw로 다른 것에 비해 가장 높았다.
- 파프리카의 색상별 ABTS와 DPPH radical 소거활성을 살펴본 결과 추출물의 농도가 증가함에 따라 radical 소거활성이 증가하는 경향을 나타내었으며, 모든 색상의 파프리카 추출물이 β-carotene보다 그 활성이 높은 것을 확인할 수 있었다.
- 황색을 나타내는 β-carotene은 2.90±0.20-4.19±0.18 mg/kg fw로 모든 파프리카에서 검출되었으며, RP에서 그 함량이 다른 파프리카에 비해 유의하게 높았다.
후속연구
- 본 연구에서 녹색과, 황색과, 적색과의 carotenoids 성분 및 그 함량을 분석 비교한 결과각 과실 색상에 따른 carotenoids의 성분 및 분포가 달랐으며, 함량 또한 차이가 있음을 알 수 있었다. 각 carotenoids의 기능적 특징을 비추어 볼 때, 파프리카는 좋은 기능성 식품의 소재가 될 수 있을 것으로 사료된다.
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