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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 자색고구마를 이용한 차 개발의 기초자료 제공 일환으로 볶음처리에 따른 항산화 효과와 총 phenolics, 총 flavonoids, 갈변물질(Maillard reaction products) 및 phytochemicals 함량을 평가하여 보고하는 바이다.
제안 방법
- 10배 추출한 시료를 0.45 μm-membrane 필터(Dismic-25CS, Toyoroshikaisha Ltd, Tokyo, Japan)로 여과하여 사용하였고 분석 컬럼(XTerraTM RP C8, 4.6×250 mm, 5 μm, Waters Co)에 전처리한 시료 20 μL을 주입하고 30℃에서 0-100%까지 B 용매 gradient로 0.5% acetic acid(이동상 용매 A)와 100% 메탄올(이동상 용매 B)을 이용하여 1.0 mL/min으로 이동시키면서 60분간 수행하였고 UV 검출기(Agilent 1200 series)의 270 및 325 nm에서 측정하였다.
- 각 분쇄시료를 정확하게 1 g을 칭량하고 3차 증류수를 100배 분량(100 mL)을 가하여 300 rpm에서 1시간 추출한 후 추출액을 원심분리하고 그 상등액을 0.45 μm 필터로 여과하여 그 여과액을 분광광도계(Spectronic 2D)를 사용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였고 각 실험은 3회 반복 수행하여 평균값으로 나타내었다(12).
- 건조 원료와 볶음 처리된 자색고구마로부터 phytochemicals 추출은 Choi 등(1)의 방법을 약간 변형하여 추출하였다. 즉 시료를 10 g를 정확히 칭량한 후 80% 에탄올 10배 분량(100 mL)을 가하고 300 rpm에서 12시간 추출하였다.
- 절단된 자색고구마를 50±3℃에서 3일간 건조하였다. 건조된 시료를 1차적으로 160℃, 180℃ 및 200℃에서 10분간 볶음 하였고 2차적으로 200℃에서 5분, 10분 및 15분 볶음하였다. 볶음하기 전 볶음기를 160℃, 180℃ 및 200℃로 설정하고 10분간 평형상태가 되도록 유지시켜준 후 시료 200 g를 커피 볶음기(Gene Café CBR-101A, Genesis Co, Gyeonggi, Korea)에서 볶음 처리하였다.
- 볶음하기 전 볶음기를 160℃, 180℃ 및 200℃로 설정하고 10분간 평형상태가 되도록 유지시켜준 후 시료 200 g를 커피 볶음기(Gene Café CBR-101A, Genesis Co, Gyeonggi, Korea)에서 볶음 처리하였다.
- 본 연구에서는 자색고구마의 볶음 처리 조건별 in vitro상의 항산화 활성을 비롯하여 총 phenolic와 flavonoid 함량, 갈변물질 및 phenolic acid 함량을 조사하였다. 볶음 처리 후 총 phenolics와 flavonoids 함량, 갈변물질 및 phenolic acids 함량이 현저하게 증가하였고 이에 상응하여 항산화 활성 역시 증가하였다.
- 여기에 추출용매인 80% 에탄올에 다시 녹여 500, 250, 100, 50, 25 및 10 μg/mL 농도로 제조하여 항산화 활성을 검정하였다.
- 한편 강한 열처리의 결과로서 형성되는 갈변물질은 30 kDa 이하에서 발견되고 이들은 일반적으로 강력한 항산화성질을 지니고 있다(12,14). 우리는 420 nm에서 비효소적 갈변도 측정법을 이용하여 볶음 처리 조건별 자색고구마의 갈변물질을 측정하였다. DPPH, ABTs 및 FRAP 분석에 따르면, 볶음 처리 시 자색고구마의 항산화 활성이 증가하였다.
- 음성 대조구 실험은 시료 대신에 에탄올 50 μL를 취하여 실험하였으며, FRAP 활성은 흡광도 값으로 표시하였다.
- 1 mL를 섞고, 정확히 3분 후 분광광도계(Spectronic 2D)를 이용하여 730 nm에서 흡광도를 측정하였다. 음성 대조구 실험은 시료 대신에 에탄올을 0.1 mL를 취하여 실험하였으며, ABTs 라디칼 소거활성은 실험구와 음성 대조구의 흡광도를 구하여 백분율(%)로 표시하였다(1).
- 2 mL을 가하고 10초간 vortex로 균질화시키고 실온에서 30분 방치한 후 분광광도계(Spectronic 2D, Thermo Electron Co, Marietta, OH, USA)를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 음성 대조구 실험은 시료 대신에 에탄올을 0.2 mL를 취하여 실험하였으며, DPPH 라디칼 소거활성은 실험구와 음성 대조구의흡광도를 구하여 백분율(%)로 표시하였다.
- 자색고구마 건조 원료와 볶은 자색고구마의 80% 에탄올 추출물로부터 phytochemicals 분석은 HPLC-DAD를 이용하였다. 9 종의 phytochemicals 함량은 Table 2와 같았다.
- 식물의 항산화 활성은 다양한 방법을 통하여 측정할 수 있다. 자색고구마 건조 원료와 볶음 처리된 자색고구마의 항산화 활성은 3 가지의 다른 방법인 DPPH 라디칼 소거활성, ABTS 라디칼 소거 활성 및 FRAP 분석을 통하여 평가하였다.
- 즉, 1.5×10-4 mM 용액 0.8 mL과 10～500 μg/mL 농도의 추출물 0.2 mL을 가하고 10초간 vortex로 균질화시키고 실온에서 30분 방치한 후 분광광도계(Spectronic 2D, Thermo Electron Co, Marietta, OH, USA)를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다.
대상 데이터
- 자색고구마는 2011년 함양군 함양읍 소재 함양농협가공사업소에서 제공받아 사용하였으며, Folin-Cicalteu phenol, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2′-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid) diammonium salt (ABTs), 2,4,6-tri(2-pyridyl-1,3,5-triazine (TPTZ)는 Sigma-Aldrich사(Saint Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다. 9 종의 phenolic acid 표준물질인 gallic acid 및 protocatechuic acid, tannin acid, p-hydroxybenzoic acid, vanillic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, ferulic acid와 3 종의 flavanol 표준물질인 rutin 및 quercetin, kaempferol 역시 Sigma-Aldrich사에서 구입하였다. HPLC분석을 위해서 사용한 methanol, water 및 acetic acid는 JT Baker사(Phillipsbug, NJ, USA)에서 구입하였다.
- 9 종의 phenolic acid 표준물질인 gallic acid 및 protocatechuic acid, tannin acid, p-hydroxybenzoic acid, vanillic acid, chlorogenic acid, caffeic acid, p-coumaric acid, ferulic acid와 3 종의 flavanol 표준물질인 rutin 및 quercetin, kaempferol 역시 Sigma-Aldrich사에서 구입하였다. HPLC분석을 위해서 사용한 methanol, water 및 acetic acid는 JT Baker사(Phillipsbug, NJ, USA)에서 구입하였다.
- 자색고구마는 2011년 함양군 함양읍 소재 함양농협가공사업소에서 제공받아 사용하였으며, Folin-Cicalteu phenol, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2′-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid) diammonium salt (ABTs), 2,4,6-tri(2-pyridyl-1,3,5-triazine (TPTZ)는 Sigma-Aldrich사(Saint Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 각 시료의 분석 결과에 대한 유의성 검정은 분산분석을 한 후 p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.
- 모든 실험은 3회 반복하여 측정하였고 결과는 SPSS 12.0 package를 사용하여 분산 분석을 수행하여 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- FRAP 분석은 Choi(1)의 방법을 응용하여 추출물의 항산화력을 측정하였다. 300 mM sodium acetate buffer(pH 3.
- Phytochemicals 분석은 Choi 등(1)의 방법에 준하여 HPLC (Agilent 1200 series)로 분석하였다. 10배 추출한 시료를 0.
- 갈변물질(Maillard reaction products)의 함량은 비효소적 갈변도 측정 방법을 이용하였다. 각 분쇄시료를 정확하게 1 g을 칭량하고 3차 증류수를 100배 분량(100 mL)을 가하여 300 rpm에서 1시간 추출한 후 추출액을 원심분리하고 그 상등액을 0.
- 총 phenolics 함량은 Folin-Denis법(28)으로 측정하였다. 100배 희석한 추출물 500 μL를 시험관에 분주한 다음 25% Na2CO3 용액 500 μL을 첨가하여 3분간 정치시켰다.
성능/효과
- ABTs 라디칼 소거활성을 측정한 결과 DPPH 라디칼 소거활성과 유사하게 처리 농도가 감소함에 따라 활성은 감소하였고 200℃ 10분 처리 시 가장 높은 활성을 나타내었다(Fig. 2). ABTs 라디칼 소거활성은 볶음 온도가 증가함에 따라 유의적으로 활성이 증가하였다.
- 농도 10 μg/mL에서 200℃ 10분 볶음 처리 시 65.19%로 ABTS 라디칼 소거활성은 가장 높았고 원료가 41.88%로 가장 낮았다.
- 볶음 처리 후 총 phenolics와 flavonoids 함량, 갈변물질 및 phenolic acids 함량이 현저하게 증가하였고 이에 상응하여 항산화 활성 역시 증가하였다. 따라서 본 연구의 결과로 볶은 자색고구마는 식품에서 잠재적인 천연 항산화제로 사용할 수 있을 것으로 추정되었다.
- 볶음 온도에 따른 DPPH 라디칼 소거활성은 볶음 처리 온도가 증가할수록 DPPH 라디칼 소거활성은 유의적으로 증가하였으며, 농도 50 μg/mL에서 200℃ 10분 볶음 처리의 경우 67.99%로 DPPH 라디칼 소거 활성은 가장 높았고 그 다음으로 180℃ 10분 처리가 54.62%, 160℃ 10분 처리가 51.82%, 원료가 41.39%로 각각 나타났다(Fig. 1A).
- 볶음 온도에 따른 FRAP 라디칼 소거활성은 볶음 처리 온도가 증가할수록 유의적으로 활성이 증가하였으며, 농도 100 μg/mL에서 200℃ 10분 볶음 처리의 경우 1.450으로 활성은 가장 높았고 그 다음으로 180℃ 10분 처리가 1.038 및 160℃ 10분 처리가 0.868, 원료가 0.734로 각각 나타났다(Fig. 3A).
- 본 연구에서는 자색고구마의 볶음 처리 조건별 in vitro상의 항산화 활성을 비롯하여 총 phenolic와 flavonoid 함량, 갈변물질 및 phenolic acid 함량을 조사하였다. 볶음 처리 후 총 phenolics와 flavonoids 함량, 갈변물질 및 phenolic acids 함량이 현저하게 증가하였고 이에 상응하여 항산화 활성 역시 증가하였다. 따라서 본 연구의 결과로 볶은 자색고구마는 식품에서 잠재적인 천연 항산화제로 사용할 수 있을 것으로 추정되었다.
- 볶음온도가 증가할수록 총 phenolics 함량은 유의적으로 증가하여 200℃ 10분 볶음 처리가 6.99±0.37 mg GAE/g d.w.으로 가장 함량이 높았으며, 다음으로 180℃ 10분 처리가 6.21±0.16 mg GAE/g d.w., 160℃ 10분 처리가 5.81±0.45 mg GAE/g d.w., 원료가 4.91±0.27 mg GAE/g d.w.로 나타났다(Fig. 4A).
- 이들의 제안에 따르면, 갈변과정의 중간단계에서 형성된 갈변물질이 항산화 활성이 가장 높으며, 이 후에는 높은 항산화 활성을 지닌 화합물이 감소하거나 항산화 활성이 낮은 물질형태로 전환되는 것으로 추정하였다. 본 연구에서 자색고구마 볶음 처리 시 200℃에서 10분간 처리 조건이 중간단계로 판단되었다.
- DPPH, ABTs 및 FRAP 분석에 따르면, 볶음 처리 시 자색고구마의 항산화 활성이 증가하였다. 본 연구에서는 10분간 볶음 처리 시 160℃에서 200℃로 항산화 활성이 급격히 증가함을 확인할 수 이었으며, 비효소적 갈변도 역시 동일한 경향을 보였다. 그러나 200℃의 일정한 온도에서 볶음 시간에 따른 ABTs 및 DPPH, FRAP분석 결과는 상이하였다.
- 1～3). 이 결과로 부터 자색고구마 건조 원료 및 볶음 처리된 자색고구마의 80% 에탄올 추출물은 항산화 물질이 잠재적으로 함유하고 있는 것으로 판단되었다. 특히 200℃ 10분 볶음 처리의 자색고구마는 원료뿐만 아니라 다른 조건들보다 높은 항산화 활성을 나타내었다.
- 자색고구마 건조 원료보다 볶음 처리된 자색고구마가 높은 항산화 활성을 나타냈었으며, 볶음 온도가 증가할 수항산화 활성이 증가하였다(Fig. 1～3). 이 결과로 부터 자색고구마 건조 원료 및 볶음 처리된 자색고구마의 80% 에탄올 추출물은 항산화 물질이 잠재적으로 함유하고 있는 것으로 판단되었다.
- 그러나 200℃의 일정한 온도에서 볶음 시간에 따른 ABTs 및 DPPH, FRAP분석 결과는 상이하였다. 자색고구마의 볶음 시간에 따른 항산화 활성은 5분과 10분 처리에서는 증가하였으나, 이후 15분 볶음 처리에서는 증가하지 않았으나, 비효소적 갈변도는 볶음 처리 시간이 증가할수록 증가하였다. 본 연구 결과와 유사한 결과들을 Nicoli 등(32), Del Castillo 등(33)및 Kim 등(12)이 보고하였다.
- 식물체를 열처리할 경우 식물체의 세포막과 세포벽은 붕괴되고 ester 결합으로서 이루어진 결합형 polyphenol 성분이 유리형으로 전환된다(1,6,12). 자색고구마의 총 phenolics 등의 함량 증가는 볶음 처리에 따른 유리형 phenolics 함유량의 증가에 의한 것으로 추측되며, 이로 인해 항산화 활성 역시 증가한 것으로 판단되었다. Lee 등(18)은 자색고구마에 함유된 주요 phenolics를 분석한 결과 chlorogenic, gentisic 및 caffeic acids라고 보고하였다.
- 볶음조건에 따른 비효소적 갈변도의 변화를 측정한 결과 Table 1과 같았다. 조건별 갈변도는 볶음 온도와 시간이 길어질수록 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. 이러한 결과는 Hong 등(31) 및 Kim 등(12)의 치커리 및 검정콩에 대한 보고에서 볶음 과정 중 갈변도의 변화와 일치하는 결과였다.
- 총 flavonoids 함량 역시 총 phenolics 함량과 동일하게 볶음 온도가 증가함에 따라 유의적으로 함량이 증가하였다(Fig. 5). 200℃ 10분 볶음 처리 시 0.
- 73 μg/g로 증가하였다고 보고하였다. 총 phenolics 함량의 증가에서와 마찬가지로 열처리에 의해 flavonoid 화합물들이 증가한 것으로 판단되었다.
- 1과 같다. 추출물의 농도가 감소함에 따라 DPPH 라디칼 소거활성이 감소하는 경향을 보였다. 볶음 온도에 따른 DPPH 라디칼 소거활성은 볶음 처리 온도가 증가할수록 DPPH 라디칼 소거활성은 유의적으로 증가하였으며, 농도 50 μg/mL에서 200℃ 10분 볶음 처리의 경우 67.
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