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문제 정의
- 따라서 본 연구진은 천연폐자원 포도씨에서 기능성분을 효과적으로 추출하기 위하여 포도씨 카테킨류 및 추출물의 전자공여능에 대한 마이크로웨이브 추출공정의 적용 가능성을 보고한 바 있다 (11-13). 본 연구에서는 포도씨의 총페놀 함량 항산화능 및 아질산염소거능에 대한 마이크로웨이브 최적 추출조건을 예측하여 천연소재의 기능성분에 대한 신속한 추출방법을 찾고자 하였다.
제안 방법
- 각 추출물의 항산화능은 Rancimat 679 (Metrohm AG, CH-9100 Herisau, Swiss)를 사용하여 즉정하였으며 (21), Al (antioxidant index)로 항산화능을 비교하였다. 이때 측정조건은 온도 110℃, 공기공급량 20L/hr, 유지[항산화제 무첨가 대두유, (주)오뚜기] 사용량 2.
- 또한 모델 회귀분석에서 얻어진 F-ratio (Table 4)에 의해 각 반응변수들의 추출조건(독립변수)에 대한 유의성을 분석하였다. 그리고 4차원 반응표면분석을 통해 추출물의 기능적 특성에 대한 마이 크로웨이브 추출조건의 영향을 통계적으로 모니터링하였다(18, 23).
- 이 때 임계점이 안장점일 경우에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였고, 각 성분에 대한 최적 추출조건을 예측하였다. 그리고 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program(19)에 의 해 4차원 반응표면분석을 실시하여 각 독립변수가 종속변수에 미치는 영향을 분석하였다.
- 14, 15). 따라서 포도씨 성분의 최적 추출조건 예측을위하여 중심합성계획(16)에 따라 microwave power (0—160 W), 에탄올 농도(0~100%), 및 추출시간(1~5 min)을 각각 독립변수(Xi)로 하여 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화 하였다 (Table 1). 이와 같이 설정된 16구간의 추출조건으로 실험하여 얻은 추출물의 기 능성 분 특성(종속변수, Yn)은 3회 반복으로 즉정하여 SAS (statistical analysis system) program(17) 에 의해 회귀분석 하였다.
- 이상의 회귀식을 바탕으로 각 종속변수들에 대한 최적추출조건을 예측하여 Table 3에 나타내었다. 또한 모델 회귀분석에서 얻어진 F-ratio (Table 4)에 의해 각 반응변수들의 추출조건(독립변수)에 대한 유의성을 분석하였다. 그리고 4차원 반응표면분석을 통해 추출물의 기능적 특성에 대한 마이 크로웨이브 추출조건의 영향을 통계적으로 모니터링하였다(18, 23).
- 0으로 조정하여 각 반응액을 10 mL로 맞추었다. 반응액은 37℃에서 1시간 반응시킨 후 1 mL를 취해 2% 초산 용액 5 mL를 첨가하고 즉시 조제한 Griess 시 약 (30% acetic acid로 각각 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine (Tol$o Chem Co., Ltd., Japan)을 1:1 비 로 혼합한 것) 0.4 mL를 가하여 잘 혼합시키고 실온에서 15분 방치 후 UV-visible spectrophotometer (Shimadzu Co., UV-1601, Kyoto, Japan) 520 im에서 흡광도를 측정하고 아래 식에 의해 아질산염소거능을 계산하였다.
- 한편, 추출조건에 따른 추출물의 총페놀 함량, 항산화능, 아질산염소거능의 측정값(종속/반응변수)을 반응표면분석 (response surface methodology, RSM)(16, 18)에 의해 모니터링 하였다. 이 때 임계점이 안장점일 경우에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였고, 각 성분에 대한 최적 추출조건을 예측하였다. 그리고 예측된 모델식을 바탕으로 Mathematica program(19)에 의 해 4차원 반응표면분석을 실시하여 각 독립변수가 종속변수에 미치는 영향을 분석하였다.
- index)로 항산화능을 비교하였다. 이때 측정조건은 온도 110℃, 공기공급량 20L/hr, 유지[항산화제 무첨가 대두유, (주)오뚜기] 사용량 2.5 g에서 3회 반복 측정하여 평균치로 표시하였다.
- 정 량하였다. 즉, ImM NaNCh 용액 1 mL에 시료를 첨가하고 여기에 0.1 N HC1 (pH 1.2)과 0.2M 구연산완충액(pH 3.0, 4.2 및 6.0)으로 반응액의 pH를 각각 1.2, 3.0, 4.2 및 6.0으로 조정하여 각 반응액을 10 mL로 맞추었다. 반응액은 37℃에서 1시간 반응시킨 후 1 mL를 취해 2% 초산 용액 5 mL를 첨가하고 즉시 조제한 Griess 시 약 (30% acetic acid로 각각 조제한 1% sulfanilic acid와 1% naphthylamine (Tol$o Chem Co.
- 측정하였다(20). 즉, 추출액 희석액 2mL에 Folin- Ciocalteau reagent (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Switzerland) 2 mL를 혼합하고 3분 후 10% NazCQs 2 mL를 가하여 진탕하고 1시간 실온 방치하여 700nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 표준물질로는 gallic acid를 5-50ug/mL 의 농도로 조제하여 검량곡선을 작성하였다.
- 2, 450 W, time control)로서 환류냉각관이 장치된 상압주줄장치 (Prolabo, Fontenay-sous-Bois, France) 였다. 추출방법은 입자크기(10 mesh, 1.651 mm)와 시료대 용매비 (1:10)를 고정하고 에탄올을 추출용매로 하여 microwave power, 에탄올 농도 및 추출시간에 따른 추출특성 실험을 실시하였다.
- 포도씨에 함유된 항산화 및 아질산염소거성분에 대한 마이크로웨이브 최적 추출조건을 예측하고자, 추출조건 (microwave power 0—120 W, 에탄올 농도 0—100%, 주줄시간 1~5 血)을 독립변수로 하고 조건별 추출물의 총페놀함량, 항산화능 및 아질산염소거능을 종속변수로 하여 회귀 분석함으로써 최적 추출조건을 예측하였다. 도출된 회귀식의 1亍는 0.
대상 데이터
- 마이크로웨이브 주줄장치(2, 450 MHz, programmable power/max. 2, 450 W, time control)로서 환류냉각관이 장치된 상압주줄장치 (Prolabo, Fontenay-sous-Bois, France) 였다. 추출방법은 입자크기(10 mesh, 1.
- 본 실험에 사용된 포도는 2008년 8월 경북 영천산 Campbell Early 이 었으며, 포도씨 를 분리 하여 깨끗이 세척한 후 35~45℃에서 열풍건조하고 4℃ 냉장 보관하면서 사용하기 직전 10 mesh 이하로 분쇄하여 사용하였다.
데이터처리
- 따라서 포도씨 성분의 최적 추출조건 예측을위하여 중심합성계획(16)에 따라 microwave power (0—160 W), 에탄올 농도(0~100%), 및 추출시간(1~5 min)을 각각 독립변수(Xi)로 하여 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화 하였다 (Table 1). 이와 같이 설정된 16구간의 추출조건으로 실험하여 얻은 추출물의 기 능성 분 특성(종속변수, Yn)은 3회 반복으로 즉정하여 SAS (statistical analysis system) program(17) 에 의해 회귀분석 하였다. 한편, 추출조건에 따른 추출물의 총페놀 함량, 항산화능, 아질산염소거능의 측정값(종속/반응변수)을 반응표면분석 (response surface methodology, RSM)(16, 18)에 의해 모니터링 하였다.
- 0에서는 10% 이내에서 유의성이 인정되었다. 최적 예측조건은 Table 3에 나타내었고, 이 때 예측된 정 상점 이안장점 (saddle point) 으로 나타나 능선분석 (ridge analysis) 을 실시하였다(16). 이로써 pH 1.
이론/모형
- 각 추출물의 총페놀 함량은 Folin-Ciocalteau 시약을 사용하여 측정하였다(20). 즉, 추출액 희석액 2mL에 Folin- Ciocalteau reagent (Sigma-Aldrich Chemie GmbH, Switzerland) 2 mL를 혼합하고 3분 후 10% NazCQs 2 mL를 가하여 진탕하고 1시간 실온 방치하여 700nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 추출물의 아질산염소거능은 Kato 등(22)의 방법으로 520 nm에서 정 량하였다. 즉, ImM NaNCh 용액 1 mL에 시료를 첨가하고 여기에 0.
- 이와 같이 설정된 16구간의 추출조건으로 실험하여 얻은 추출물의 기 능성 분 특성(종속변수, Yn)은 3회 반복으로 즉정하여 SAS (statistical analysis system) program(17) 에 의해 회귀분석 하였다. 한편, 추출조건에 따른 추출물의 총페놀 함량, 항산화능, 아질산염소거능의 측정값(종속/반응변수)을 반응표면분석 (response surface methodology, RSM)(16, 18)에 의해 모니터링 하였다. 이 때 임계점이 안장점일 경우에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였고, 각 성분에 대한 최적 추출조건을 예측하였다.
성능/효과
- 그리 고 pH 1.2, 3.0, 4.2 및 6.0에서 추출물의 아질산염소거능에 대한 회귀식의 居는 각각 0.8609, 0.8335, 0.8647 및 0.8687이었으며, pH 1.2, 4.2 및 6.0에서는 5% 이내에서, pH 3.0에서는 10% 이내에서 유의성이 인정되었다. 최적 예측조건은 Table 3에 나타내었고, 이 때 예측된 정 상점 이안장점 (saddle point) 으로 나타나 능선분석 (ridge analysis) 을 실시하였다(16).
- 28 min)로 나타났다. 그리고 pH 1.2~3.0에서 99.5% 이상의 높은 아질산염 소거능을 보인추출물의 최적 추출조건 범위는 microwave power 30.80— 106.58W, 에탄올 농도 49.32~55.18%, 추출시간 3.72-4.58 min으로 예측되었다. 이상의 결과에서 총페놀 함량과 항산화능은 높은 상관성을 보이면서 microwave power에, 아질산염소거능은 에탄올 농도에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
- 19%로 나타났다. 또한 pH 1.2~3.0에서 99.5% 이상의 높은 아질산염소거능을 보인 최적추출조건은 microwave power 30.80-106.58W, 에탄올 농도 49.32 ~ 55.18% 및 추출시간 3.72~4.58분으로 나타났다.
- 는 보고와 유사한 경향이었다. 또한 마이크로웨이브를 이용하였을 시 추출용매인 에탄올의 농도가 50% 이하에서도 페놀성분의 추출이 용이한 것으로 확인되었다. 전반적으로 포도씨로부터 총페놀을 추출할 경우 추출조건으로는 microwave power의 영향이 가장 크고 에탄올 농도 및 추출시간은 유사한 영향을 미치는 것으로 나타났다(Table 4).
- 마이크로파 추출조건 별 추출물의 항산화능의 비교에서 포도씨 추출물 첨가군은 무첨가군보다 유도기간이 연장되어 항산화능이 1.01 ~ 1.23 범위로 나타났다. 포도씨의 마이크로웨이브 추출물의 항산화능에 대한 회귀식의 E는 0.
- 최적 예측조건은 Table 3에 나타내었고, 이 때 예측된 정 상점 이안장점 (saddle point) 으로 나타나 능선분석 (ridge analysis) 을 실시하였다(16). 이로써 pH 1.2, 3.0, 4.2 및 6.0에서의 추출조건 별 아질산염소거능의 최대값은 각각 99.53%, 99.60%, 85.46% 및 30.19%로 나타났다. 또한 pH 1.
- 58 min으로 예측되었다. 이상의 결과에서 총페놀 함량과 항산화능은 높은 상관성을 보이면서 microwave power에, 아질산염소거능은 에탄올 농도에 영향을 많이 받는 것으로 나타났다.
- 또한 마이크로웨이브를 이용하였을 시 추출용매인 에탄올의 농도가 50% 이하에서도 페놀성분의 추출이 용이한 것으로 확인되었다. 전반적으로 포도씨로부터 총페놀을 추출할 경우 추출조건으로는 microwave power의 영향이 가장 크고 에탄올 농도 및 추출시간은 유사한 영향을 미치는 것으로 나타났다(Table 4).
- 따른 영향이 큰 것으로 나타났다. 즉, 강산성 영역인 pH 1.2에서는 전 구간에 걸쳐 84~98% 이상의 높은 아질산염소거능을 나타내었고, pH 3.0에서는 61 ~98%의 비교적 높은 아질산염소거능을 나타내었으며, pH 6.0에서는 35% 이하의 낮은 아질산염소거능을 나타내었다.
- 추출물 기능성분들의 최대 예측값과 최적 추출조건은 총페놀 함량의 경우 3.19%(microwave power 142.32W, 에 탄올농도 44.30%, 추출시간 4.23 min)와 항산화능의 경우 1.22(84.44W, 56.60%, 3.28 min)로 나타났다. 그리고 pH 1.
- 추출조건에 따른 포도씨 추출물의 총페놀 함량은 1.30~ 3.10% 범위 였으며, Fig. 1 은 microwave power 90 W 이상, 추출시간 3.1 분 이상, 에탄올 농도 20~65%의 범위에서가장 높은 성분함량을 나타내는 것으로 나타났다. 총페놀함량에 대한 회귀식의 R2는 0.
- 포도씨 MAE 추출물의 아질산염소거능은 pH 1.2-6.0 영역에서 에탄올 농도에 영향을 많이 받았으나 pH 1.2, 3.0, 6.0에서는 microwave power 및 추출시 간에는 거의 영향을받지 않는 것으로 나타났다(Table 4). 이상과 같이 포도씨 MAE 추출물은 pH 1.
- 전통적으로 이용되어온 천연물의 주줄방법들은 주줄시간이 길고 주줄용매의 사용양도많다(15). 하지민; 본 연구에서 확인된 항산화성 및 아질산염 소거능의 천연물 추출물은 5분 이내의 마이크로웨이브추출시간과 50% 이하의 에탄올 농도에서도 효과적인 추출이 가능함을 재확인시켜 주었다
후속연구
- 0에서는 microwave power 및 추출시 간에는 거의 영향을받지 않는 것으로 나타났다(Table 4). 이상과 같이 포도씨 MAE 추출물은 pH 1.2~3.0 영 역에서 아질산염을 효과적으로 분해하여 니트로사민의 생성을 크게 억제하는데 기여할 것으로 생각된다. 뿐만 아니 라 Kang 등(27)의 연구결과에 의하면 (+)-catechin이 pH 1.
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