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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다양한 생리활성을 가지고 있는 미역, 다시마의 추출분말을 기능성 소재로 활용하고자 미역, 다시마 미세분쇄분말을 열수 추출한 후 분무 및 동결건조 방법에 따라 제조한 해조분말의 품질 및 기능특성을 검토하여 제형가공 활용을 위한 기초자료를 제공하고자 하였다.
- 본 연구에서는 해조분말의 산업적 활용을 위하여 미역, 다시마 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말에 대한 품질 및 항산화 특성을 비교 분석하였다. 미역 추출물의 분무건조 및 동결 건조 수율은 유의적인 차이는 없는 반면, 다시마에서는 동결건조에서 월등히 높았다.
가설 설정
- 2)NS: not significant.
- 3)Different superscripts within a row (a-c) and column (A-B) indicate significant differences (p<0.05).
제안 방법
- Marklund와 Marklund(15)의 방법에 따라 시액 200 µL에 pH 8.5로 조정한 tris-HCl buffer 용액 3 mL와 7.2 mM pyrogallol 200µL을 가하고 25℃에서 10분간 반응시킨 후 1 N HCl 1 mL를 가하여 반응을 정지시키고 420 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, SOD-like activity(%)=100−((O.D of sample/O.D of control)×100)에 의하여 활성을 산출하였다.
- 다음에 35% TCA와 0.75% TBA 1 mL씩 가하여 100°C 수욕상에서 15분간 가열한 다음 3,000 rpm에서 15분간 원심분리 하였으며 상징액의 흡광도를 531 nm에서 측정하여 계산식, TBARS(%)=100−(O.D of sample/O.D of control)×100에 의하여 산출하였다.
- 대조구는 Griess reagent 대신 증류수를 사용하였으며 계산식, nitrite scavenging activity(%)=100−((O.D of sample/O.D of control)×100)에 의하여 산출하였다.
- 미역, 다시마의 물 추출물을 얻기 위하여 환류 냉각관을 부착시키고 각각의 시료 100 g에 증류수를 1:15(w/v)의 비율로 넣은 다음 80℃의 맨틀 상에서 3시간씩 3회 반복 추출하였다. 추출액은 Whatman No.
- 수분함량은 적외선 수분측정기(HG53, Mettler Toledo, USA)를 사용하여 측정하였다. 색도는 색차계(Chromameter CR-200 Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였으며, 밝기를 나타내는 L*(lightness), 적색도를 나타내는 a*(redness), 황색도를 나타내는 b*(yellowness) 및 Ho(hue angle value)를 측정하였다.
- 수분함량은 적외선 수분측정기(HG53, Mettler Toledo, USA)를 사용하여 측정하였다. 색도는 색차계(Chromameter CR-200 Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였으며, 밝기를 나타내는 L*(lightness), 적색도를 나타내는 a*(redness), 황색도를 나타내는 b*(yellowness) 및 Ho(hue angle value)를 측정하였다.
- 혼합물을 원심 분리(2,000×g, 10 min)하여 얻은 상등액에 95% methanol을 가하여 침전시킨 후, 다시 원심분리(2,000×g, 10 min)하여 침전물을 회수하였다. 침전물을 증류수로 용해한 다음 메탄올을 가하여 침전시키는 조작을 2회 반복하여 정제한 후, 동결 건조하여 얻어진 분말의 무게를 측정하여 alginates 함량을 산출하였다.
- 혼합물을 원심 분리(2,000×g, 10 min)하여 얻은 상등액에 95% methanol을 가하여 침전시킨 후, 다시 원심분리(2,000×g, 10 min)하여 침전물을 회수하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용된 미역(Undaria pinnatifida)과 다시마(Laminaria japonica)는 천일건조 된 건제품을 금일수산(전남 완도군 소재)에서 제공받아 사용하였으며, roller crusher를 이용하여 1-2 mm 크기로 조분쇄한 다음 circoplex impact mill(Model 50-ZPS, Alpine Aktiengesellschaft, Augsburg, Germany)을 이용하여 미세분쇄하고 체질(80 mesh)한 후 밀봉하여 −20℃에서 냉동보관하면서 시료로 사용하였다.
- 추출액은 Whatman No. 2 여과지로 여과한 다음 동결건조기(FD SFDSM12, Samwon, Korea)와 분무건조기(BUCHI labortechink AG, Swizerland)를 이용하여 분말 시료를 제조하였으며 −70℃에보관하면서 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 반복으로 행하여 평균치와 표준편차로 나타내었고, 유의성 검증은 version 12의 SPSS(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) program을 이용하여 t-test 및 Duncan's multiple range test를 행하였다.
이론/모형
- Alginates 함량은 You와 Lim(11)의 방법에 따라 시료 1g에 50 mL의 0.1% Na2CO3용액을 첨가하여 60℃ 항온수조에서 2시간 동안 가열한 다음, 3배량의 증류수를 첨가하였다. 혼합물을 원심 분리(2,000×g, 10 min)하여 얻은 상등액에 95% methanol을 가하여 침전시킨 후, 다시 원심분리(2,000×g, 10 min)하여 침전물을 회수하였다.
- Blois(14)의 방법에 따라 시료 0.2 mL에 0.4 mM DPPH(1,1diphenyl-2-picryl-hydrazyl)용액 0.8 mL를 가하여 10분간 방치한 다음 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, electron donating ability(%)=100−((O.D of sample/O.D of control)×100)에 의하여 활성도를 산출하였다.
- Thiobarbituric acid reactive substances(TBARS)는 Buege와 Aust(17)의 방법에 따라 측정하였다. Fish oil 0.
- 총 폴리페놀 함량은 Dewanto 등(12)의 방법에 따라 시료 100µL에 2% sodium carbonate 2 mL과 50% Folin-Ciocalteu reagent 100 µL을 가한 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였으며 gallic acid(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.
- 총 플라보노이드 함량은 Saleh와 Hameed(13)의 방법에 따라 시료 100 mL에 5% sodium nitrite 0.15 mL을 가한 후 25℃에서 6분간 방치한 다음 10% aluminium chloride 0.3 mL를 가하여 25℃에서 5분간 방치하였다. 다음 1 N NaOH 1mL를 가하고 vortex상에서 가한 후 510 nm에서 흡광도를 측정하였으며 rutin hydrate(Sigma-Aldrich Co.
성능/효과
- 미역, 다시마 미세분쇄분말 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말의 아질산염 소거능 및 지질과산화 억제효과를 측정한 결과는 Table 5와 같다. 1 mg/mL 농도에서의 아질산염 소거능은 미역의 경우 분무건조(20.49%)가 동결건조(17.66%)에 비하여 높은 활성을 나타내었으며 분무건조의 경우 BHT(20.89%, 1 mg/mL)와 대등한 활성을 보였다. 5 mg/mL 농도에서는 유사한 활성을 나타낸 반면 10 mg/mL의 농도로 증가함에 따라서는 동결건조에서 높은 활성을 나타내었는데 이는 시료 간 적정농도에서의 활성차이에 따른 결과라 사료된다.
- 39%로 분무건조가 동결건조에 비하여 다소 높은 활성을 나타내었으나 전반적으로 대조군인 BHT(butylated hydroxytolune)보다 낮은 활성을 나타내었다. 1-10 mg/mL 농도에서의 SOD 유사활성에서는 미역의 경우 분무 및 동결건조에서 각각 28.52-36.65% 및 26.50-36.68%로 유사한 활성을 나타낸 반면 다시마에서는 각각 28.26-33.34% 및 18.26-27.03%로 분무건조에서 높은 활성을 나타내었으며, 미역, 다시마 모두 분무건조에서 BHT (23.08%, 1 mg/mL)보다 높은 활성을 나타내었다. 일상생활에서 많이 섭취하고 있는 해조류에는 강한 환원성인자가 함유되어 있는 것으로 보고되고 있으며(32), Nice 등(33)은 SOD가 열안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 SOD와 유사활성을 나타내는 물질은 SOD와 결합된 phenol류 물질인 것으로 보고한 바 있다.
- 미역, 다시마 미세분쇄분말 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말의 DPPH 라디칼 소거활성 및 superoxide dismutase(SOD) 유사활성을 조사한 결과는 Table 4와 같다. 10 mg/mL 농도에서의 미역 추출물의 분무건조 및 동결건조물의 DPPH 라디칼 소거활성은 각각 11.20% 및 7.87%이었으며, 다시마는 각각 7.77% 및 6.39%로 분무건조가 동결건조에 비하여 다소 높은 활성을 나타내었으나 전반적으로 대조군인 BHT(butylated hydroxytolune)보다 낮은 활성을 나타내었다. 1-10 mg/mL 농도에서의 SOD 유사활성에서는 미역의 경우 분무 및 동결건조에서 각각 28.
- 미역, 다시마의 alginates 함량은 전반적으로 분무건조 시 높은 함량을 나타내었으며 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 역시 분무건조가 동결건조에 비하여 유의적으로 높은 함량을 나타내었다. DPPH 라디칼 소거활성, SOD 유사활성, 아질산염 소거능 및 지질산패 억제능은 미역, 다시마 모두 농도증가에 따라 활성이 증가하는 결과를 나타내었으며 분무건조물에서 높은 활성을 나타내었다.
- You와 Lim(11)의 보고에 따르면 풍건 및 동결건조 한 다시마 추출분말의 alginates의 함량은 풍건건조에서 높았으며 이는 건조 시 수분과 무기질의 용출에 따라 회분함량의 감소가 alginates의 함량증대와의 관련성을 보고한 바 있으며 외부 요인에 의한 alginates 분자사이의 중합 및 축합반응 정도에 따라 수율과 물성특성도 영향을 미치는 것으로 보고하였다. 따라서 본 연구에서 분무건조 시 alginates의 함량이 높은 것은 건조 특성에 의한 영향과 관련이 있는 것으로 사료되며 건조 공정에 따른 alginates 함량의 차이는 산업적으로 생산단가에 큰 영향을 주기 때문에 수율의 측면으로 볼 때 분무건조로 추출물을 건조하는 것이 경제적일 것으로 판단된다.
- 일상생활에서 많이 섭취하고 있는 해조류에는 강한 환원성인자가 함유되어 있는 것으로 보고되고 있으며(32), Nice 등(33)은 SOD가 열안정성이 뛰어날 뿐만 아니라 SOD와 유사활성을 나타내는 물질은 SOD와 결합된 phenol류 물질인 것으로 보고한 바 있다. 따라서 분무 건 조에서 활성이 증대되는 현상은 당-아미노계 Maillard 반응생성물이 미역, 다시마 추출물에 존재하는 환원성 물질, 고분자 물질, SOD 유사활성을 가지는 물질 등에 일조함을 나타내며 폴리페놀의 함량이 증가하는 현상과 관련이 있는 것으로 사료된다.
- 본 연구에서는 해조분말의 산업적 활용을 위하여 미역, 다시마 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말에 대한 품질 및 항산화 특성을 비교 분석하였다. 미역 추출물의 분무건조 및 동결 건조 수율은 유의적인 차이는 없는 반면, 다시마에서는 동결건조에서 월등히 높았다. 수분함량은 분무건조에서 유의적으로 높았으며, 색도는 분무건조가 동결건조에 비하여 L* 값 및 hue angle값은 낮고 a* 값 및 b* 값은 높은 경향을 나타내었다.
- 미역, 다시마 미세분쇄분말 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말의 수율, 수분 함량 및 색도를 비교한 결과는 Table 1과 같다. 미역 추출물의 분무건조 및 동결건조 수율은 각각 11.57% 및 12.43%로 유의적인 차이는 없는 반면, 다시마에서는 각각 25.11% 및 41.30%로 동결건조에서 월등히 높은 수율을 나타내었다. 수분함량에서는 분무건조 시 동결건조에 비하여 유의적으로 높은 값을 나타내었다.
- 흡습특성에서는 분무건조 분말이 동결건조 분말에 비하여 낮은 흡습성을 나타내었다. 미역, 다시마의 alginates 함량은 전반적으로 분무건조 시 높은 함량을 나타내었으며 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 역시 분무건조가 동결건조에 비하여 유의적으로 높은 함량을 나타내었다. DPPH 라디칼 소거활성, SOD 유사활성, 아질산염 소거능 및 지질산패 억제능은 미역, 다시마 모두 농도증가에 따라 활성이 증가하는 결과를 나타내었으며 분무건조물에서 높은 활성을 나타내었다.
- 미역, 다시마 미세분쇄 분말 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말의 alginates 함량을 측정한 결과는 Table 2와 같다. 미역의 alginates 함량은 분무 및 동결건조에서 각각 39.38% 및 25.88%, 다시마에서는 각각 47.25% 및 37.13%로 분무건조 시 높은 함량을 나타내었다. 갈조류의 alginates함량은 종류와 수확시기에 따라 차이가 있을 뿐만 아니라 그 조성과 분자량도 차이가 있으며 건조방법에 따라 함량차이가 있는 것으로 보고되고 있다(26).
- 미역, 다시마 미세분쇄분말 열수 추출물을 분무건조 및 동결건조한 분말의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 조사한 결과는 Table 3과 같다. 미역의 총 폴리페놀 함량은 분무건조 및 동결건조에서 g당 각각 3.94 mg 및 3.46 mg이었으며, 다시마는 경우는 g당 각각 3.55 mg 및 2.93 mg으로 분무건조가 동결건조에 비하여 유의적으로 높은 함량을 나타내었다. 미역 및 다시마의총 플라보노이드 함량에서도 분무건조가 동결건조에 비하여 유의적으로 높은 함량을 나타내어 Noh 등(28)의 연구에서 총 페놀성 화합물의 함량은 건조방법의 영향을 받지 않고 추출용매나 추출시간 등의 영향을 받는다는 보고와는 다른 결과를 보였다.
- 식품 건조 시 열이 가해지면 아미노산의 peptide, 단백질의 α-amino group과 당의 반응에 의한 비효소적 갈변반응이 주로 일어나게 되며, 적정 열처리는 식품성분 내 환원당과 질소화합물의 갈색화 반응을 일으키며, 생성된 산물은 항산화 효과를 가진다고 보고된 바 있다(30). 본 연구에서 분무건조 시 적색도와 황색도가 증가하는 결과와 갈변반응에 의한 melanoidine류의 폴리페놀 화합물이 생성된다는 보고(31)로 미루어 볼 때 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하는 현상은 갈변화 반응에 의하여 새롭게 생성된 산물에 의한 결과로 사료되며 갈변 물질과 더불어 항산화 활성 향상에도 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 또한 미역 추출물의 경우 분무 및 동결건조 수율은 유사한 반면 높은 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 나타내어 산업적 적용에 효율적일 것으로 사료되며, 다시마의 경우는 분무건조에서 낮은 수율을 나타내었으나 시간 대비 수율 및 생산단가 측면과 적정 부형제 첨가를 고려해 볼 때 산업적 활용에 용이할 것으로 판단된다.
- 한편 alginates는 무기질과 결합한 형태로 존재하며, 물에 용해되는 수용성과 용해되지 않는 불용성으로 나뉘는데 수용성의 경우 칼륨이, 불용성에는 칼슘이 결합하는 것으로 알려지고 있다(27). 본 연구에서 추출물의 건조방법에 따른 alginates함량의 차이는 수용성 식이섬유의 일종인 alginates의 경우 분무건조 시 불용성 식이섬유를 구성하는 성분이 단시간의 고온에 의하여 용해됨에 따라 수용성 식이섬유가 증가됨에 따른 결과로 사료된다. You와 Lim(11)의 보고에 따르면 풍건 및 동결건조 한 다시마 추출분말의 alginates의 함량은 풍건건조에서 높았으며 이는 건조 시 수분과 무기질의 용출에 따라 회분함량의 감소가 alginates의 함량증대와의 관련성을 보고한 바 있으며 외부 요인에 의한 alginates 분자사이의 중합 및 축합반응 정도에 따라 수율과 물성특성도 영향을 미치는 것으로 보고하였다.
- 생체막이나 식품에 존재하는 불포화지방산은 활성산소, 금속이온, 효소 등에 의하여 급속히 산화됨에 따라 과산화물을 생성하며, 쉽게 분해되어 aldehyde, ketone, lactone 등 다양한 독성물질을 생성한다(35). 본 연구에서 해조 추출분물의 지질산패 억제활성은 라다칼 소거활성에 비하여 높은 활성도를 나타내었는데, 이와 같은 결과는 해조류에 함유되어 있는 유효성분이 지질과산화 억제에 많은 기여를 하고 있음을 시사하며, alginates 및 해조 다당체의 기능에 따른 결과로 판단된다. 따라서 분무건조 해조분말의 경우 노화 및 산화적 스트레스로 인하여 증가된 지질과산화물로 인한 세포 및 조직의 손상을 예방하여 각종 성인병으로의 진행을 다소나마 지연시키는데 도움이 될 것으로 기대되며 식품산업에서의 지질산패억제제로서의 활용가치가 클 것으로 사료된다.
- 미역 추출물의 분무건조 및 동결 건조 수율은 유의적인 차이는 없는 반면, 다시마에서는 동결건조에서 월등히 높았다. 수분함량은 분무건조에서 유의적으로 높았으며, 색도는 분무건조가 동결건조에 비하여 L* 값 및 hue angle값은 낮고 a* 값 및 b* 값은 높은 경향을 나타내었다. 흡습특성에서는 분무건조 분말이 동결건조 분말에 비하여 낮은 흡습성을 나타내었다.
- 아질산염은 수산물이나 식육제품에 첨가하여 독소 생성 억제와 발색, 산패방지제로 널리 이용되지만 그자체가 독성을 나타내어 과량 섭취 시 혈액중의 hemoglobin이 산화되어 methemoglobin을 형성하여 각종 중독을 일이키는 것으로 알려져 있으며, 아민류와 아질산염이 반응하면 발암물질인 nitrosamine을 생성하므로 아질산염 소거능은 항암작용을 간접적으로 알 수 있는 지표로 활용된다(34). 지질과산화 억제효과에서는 미역, 다시마 모두 농도증가에 비례하여 유의적으로 활성이 증가 되었으며 10 mg/mL 농도에서 미역 추출물의 분무 및 동결건조물에서는 각각 61.14% 및 50.24%의 저해활성을, 다시마의 분무 및 동결건조물에서는 각각 64.52% 및 58.42%의 저해활성을 나타내어 분무건조물이 지질과산화 억제효과가 높은 것으로 나타났다. 한편 양성 대조군인 BHT(71.
- 따라서 수분에 약한 분말제품의 특성상 흡습성은 무엇보다도 중요하다고 할 수 있다. 해조 추출 분말 모두에서 초기에 높은 흡습성을 보였으며 그 이후 유의적인 차이를 나타내었는데 분무건조 분말이 동결건조 분말에 비하여 낮은 흡습성을 나타내었다. 분무건조의 경우 분말입자가 미세하고 표면적이 넓어 수분흡수가 용이한 반면 건조 시 액체 방울 주위는 수증기 막으로 둘러싸여 습구온도로 건조 되므로 열내성을 지니게 된다(20).
후속연구
- 본 연구에서 해조 추출분물의 지질산패 억제활성은 라다칼 소거활성에 비하여 높은 활성도를 나타내었는데, 이와 같은 결과는 해조류에 함유되어 있는 유효성분이 지질과산화 억제에 많은 기여를 하고 있음을 시사하며, alginates 및 해조 다당체의 기능에 따른 결과로 판단된다. 따라서 분무건조 해조분말의 경우 노화 및 산화적 스트레스로 인하여 증가된 지질과산화물로 인한 세포 및 조직의 손상을 예방하여 각종 성인병으로의 진행을 다소나마 지연시키는데 도움이 될 것으로 기대되며 식품산업에서의 지질산패억제제로서의 활용가치가 클 것으로 사료된다.
- 본 연구에서 분무건조 시 적색도와 황색도가 증가하는 결과와 갈변반응에 의한 melanoidine류의 폴리페놀 화합물이 생성된다는 보고(31)로 미루어 볼 때 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 증가하는 현상은 갈변화 반응에 의하여 새롭게 생성된 산물에 의한 결과로 사료되며 갈변 물질과 더불어 항산화 활성 향상에도 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다. 또한 미역 추출물의 경우 분무 및 동결건조 수율은 유사한 반면 높은 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 나타내어 산업적 적용에 효율적일 것으로 사료되며, 다시마의 경우는 분무건조에서 낮은 수율을 나타내었으나 시간 대비 수율 및 생산단가 측면과 적정 부형제 첨가를 고려해 볼 때 산업적 활용에 용이할 것으로 판단된다.
- 42%의 저해활성을 나타내어 분무건조물이 지질과산화 억제효과가 높은 것으로 나타났다. 한편 양성 대조군인 BHT(71.50%, 1 mg/mL)에 비하여 전반적으로 낮은 저해활성을 나타내었으나 해조 추출물의 경우 농도가 증가함에 따라 그 활성 역시 유의적으로 증가하는 경향으로 볼 때 소재 활용도가 높을 것으로 판단된다. 생체막이나 식품에 존재하는 불포화지방산은 활성산소, 금속이온, 효소 등에 의하여 급속히 산화됨에 따라 과산화물을 생성하며, 쉽게 분해되어 aldehyde, ketone, lactone 등 다양한 독성물질을 생성한다(35).
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