계피 초임계 추출물 및 박 추출물의 항균·항산화 활성 비교 Comparison of Antioxidant and Antimicrobial Activities of Supercritical Fluid Extracts and Marc Extracts from Cinnamomum verum원문보기
본 연구에서는 계피 초임계 추출물(SFE oil)과 박 추출물(SFM), 80% methanol 추출물, cinnamaldehye의 항균, 항산화력을 비교하였다. 그 결과 추출조건에 따라 뚜렷한 효과의 차이를 나타내었으며, 80% methanol 추출물과 SFM이 강력한 항산화능 보였다. 반면에 항균효과에서는 cinnamaldehyde와 SFE oil에서 식중독균에 대한 항균효과가 뛰어났으며, 초임계를 이용한 추출에서 cinnamaldehyde 이외에 다른 camphene, cineole, eugenol 등의 정유성분들이 항균효과에 영향을 미친 것으로 생각된다. 이러한 결과로부터, 초임계 추출법이 항균물질 및 정유성분 추출에 매우 용이할 뿐만 아니라, 초임계 추출 후 폐기되고 있는 박에서도 유용성분이 함유되어 있음을 확인하였으므로 계피의 초임계 추출물 및 박 추출물 모두 기능성 천연소재로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.
본 연구에서는 계피 초임계 추출물(SFE oil)과 박 추출물(SFM), 80% methanol 추출물, cinnamaldehye의 항균, 항산화력을 비교하였다. 그 결과 추출조건에 따라 뚜렷한 효과의 차이를 나타내었으며, 80% methanol 추출물과 SFM이 강력한 항산화능 보였다. 반면에 항균효과에서는 cinnamaldehyde와 SFE oil에서 식중독균에 대한 항균효과가 뛰어났으며, 초임계를 이용한 추출에서 cinnamaldehyde 이외에 다른 camphene, cineole, eugenol 등의 정유성분들이 항균효과에 영향을 미친 것으로 생각된다. 이러한 결과로부터, 초임계 추출법이 항균물질 및 정유성분 추출에 매우 용이할 뿐만 아니라, 초임계 추출 후 폐기되고 있는 박에서도 유용성분이 함유되어 있음을 확인하였으므로 계피의 초임계 추출물 및 박 추출물 모두 기능성 천연소재로의 활용이 가능할 것으로 기대된다.
This study was performed to evaluate the antioxidant and antimicrobiological effects of supercritical fluid extracts (SFEs) and Marc methanol extracts (SFMs) from Cinnamomum verum. Reducing effects on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical and ABTS radical scavenging were investigated. SFM exh...
This study was performed to evaluate the antioxidant and antimicrobiological effects of supercritical fluid extracts (SFEs) and Marc methanol extracts (SFMs) from Cinnamomum verum. Reducing effects on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical and ABTS radical scavenging were investigated. SFM exhibited higher antioxidant activities in DPPH and ABTS radical scavenging assay. Measurements of the antimicrobial activity were used for Gram-positive bacteria (four strains) and Gram-negative bacteria (four strains). The antimicrobial activities of the SFE and SFM against gram-positive and gram-negative bacteria revealed that SFE had a higher inhibition zone than SFM. Cinnamaldehyde, the active compound of C. verum, had a higher content in SFM (35% at 300 bar, $30^{\circ}C$) than methanol extracts from C. verum (0.5%). These results indicate that not only SFE oil, but also SFM, could be a good source for the food industry.
This study was performed to evaluate the antioxidant and antimicrobiological effects of supercritical fluid extracts (SFEs) and Marc methanol extracts (SFMs) from Cinnamomum verum. Reducing effects on 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) radical and ABTS radical scavenging were investigated. SFM exhibited higher antioxidant activities in DPPH and ABTS radical scavenging assay. Measurements of the antimicrobial activity were used for Gram-positive bacteria (four strains) and Gram-negative bacteria (four strains). The antimicrobial activities of the SFE and SFM against gram-positive and gram-negative bacteria revealed that SFE had a higher inhibition zone than SFM. Cinnamaldehyde, the active compound of C. verum, had a higher content in SFM (35% at 300 bar, $30^{\circ}C$) than methanol extracts from C. verum (0.5%). These results indicate that not only SFE oil, but also SFM, could be a good source for the food industry.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 천연 식물소재인 계피를 이용하여 용매추출, 초임계 추출 공정을 통한 초임계 오일과 박 추출물의 항산화력 및 항균활성 특성을 검토하고, 각 조건별 추출물의 cinnamaldehyde 함량을 분석하여 천연식품의 유용성분 분리의 기초자료를 얻고자 하였다.
계피의 경우 정유성분에 대한 연구가 대부분이며, 정유성분의 경우도 cinnamaldehyde의 기능성 항돌연변이, 항암 등에 대한 연구가 많다[9,19]. 반면 계피의 항산화력이나 항산화물질에 대한 연구는 미비하고, 정유 추출 후 남은 부산물에 대한 효능평가는 거의 이루어지지 않았기 때문에 본 연구에서 계피 박 추출물의 DPPH 라디칼 저해는 계피를 항산화 소재로 사용할 수 있는 새로운 연구이다.
제안 방법
ESI mode에서 70 eV의 에너지로 이온화하였으며 TIC의 SCAN mode에서 검출이온 질량범위 35∼350으로 설정하여 각 질량스펙트럼 중에서 가장 강도가 강한 main fragment ion을 중심으로 라이브러리를 검색하여 물질 확인 분석을 하였다.
각 조건별 계피 추출물을 GC/MS를 이용하여 정유성분과 화학구조를 규명한 결과 (E)-cinnamaldehyde의 peak를 관찰하였고 화학구조를 규명한 결과는 Fig. 1과 같다. Cinnamaldehyde 함량을 구한 결과는 Table 2에 나타내었다.
고체배지에 멸균된 glass spreader로 균을 고르게 spread 한 후, 8 mm paper disc (diamerter 8 mm, Adantec co., Tokyo, Japan)를 올려놓은 다음 추출물을 최종농도가 0.5, 2.5, 5 mg/disc가 되도록 DMSO에 용해시키고 50μl를 주입하여 완전히 흡수시킨 후 37℃ incubator에서 24시간 배양시켜 paper disc 주위의 inhibition zone (mm)의 직경을 측정하였다.
본 실험에서 사용한 Escherichia coli O157:H7의 표준균주인 ATCC 4388, Bacillus cereus의 표준균주인 ATCC 12573은 미국균주보존센터로부터, Staphylococcus aureus의 표준균주인 KCTC 1621, Listeria monocytogene의 표준균주인 KCTC 3710은 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터, Streptococcus mutans 의 표준균주인 KCCM 40105, Salmonella typhimurium의 표준균주인 KCCM 11862, Pseudomonas aeruginosa의 표준균주인 KCCM 1132, Vibrio parahaemolyticus의 표준균주인 KCCM11965을 한국미생물보전센터로부터 분양 받아 각각의 균들을 tryptic soy broth (TSB, Difco, Detroit, USA)에 1백금이 접종하여 37℃에서 24시간 shaking하여 3회 계대 배양 후 성장최적조건에서 배양 시켰다. 또한, 생균수 측정을 위한 배지는 tryptic soy agar (TSA, Difco)를, 세균을 희석하기 위한 희석수로는 멸균 증류수를 사용하였다.
Oven temperature는 최초 50℃에서 5분 동안 유지한 후 4℃/min 속도로 200℃까지 상승시킨 후, 200℃에서 20℃/min 속도로 280℃까지 온도를 상승시킨 후 20분간 유지하였다. 라이브러리를 통해 검색된 main peck인 계피의 주요 성분인 cinamaldehyde는 50, 500, 1,000 ppm의 농도로 제조한 후 정량 분석에 이용하였다.
시료의 free radical 소거 활성은 stable radical인 α-α-diphenyl-β-picrylhydrazyl (DPPH)에 대한 환원력을 측정한 것으로 99% 메탄올에 각 시료를 녹여 농도별로 희석한 희석액 160 μl와 메탄올에 녹인 0.15 mM DPPH 용액 40 μl를 가하여 실온에 30분 방치한 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다.
초임계 추출에 사용할 초임계 추출 장치는 Waters AD-RC 08 (Waters CO., Milford, MA, USA)를 사용하였다. 시료를 추출 용기에 300 g을 넣어 CO2 flow rate: co-solvent의 flow rate를 47.
, Phillipsburg, NJ, USA)를 사용하였다. 추출 온도는 35℃, 추출시간은 120 분으로 고정하였으며 압력을 200, 300, 400 bar로 하여 압력이 다른 3가지 조건에서 추출하였다. 회수된 추출물을 40℃에서 회전진공농축기(EYELA Co.
희석된 용액 180 μl에 sample 20 μl를 가하여 정확히 1분 동안 방치한 후 흡광도를 측정하였다.
대상 데이터
본 실험에서 사용한 Escherichia coli O157:H7의 표준균주인 ATCC 4388, Bacillus cereus의 표준균주인 ATCC 12573은 미국균주보존센터로부터, Staphylococcus aureus의 표준균주인 KCTC 1621, Listeria monocytogene의 표준균주인 KCTC 3710은 한국생명공학연구원 생물자원센터로부터, Streptococcus mutans 의 표준균주인 KCCM 40105, Salmonella typhimurium의 표준균주인 KCCM 11862, Pseudomonas aeruginosa의 표준균주인 KCCM 1132, Vibrio parahaemolyticus의 표준균주인 KCCM11965을 한국미생물보전센터로부터 분양 받아 각각의 균들을 tryptic soy broth (TSB, Difco, Detroit, USA)에 1백금이 접종하여 37℃에서 24시간 shaking하여 3회 계대 배양 후 성장최적조건에서 배양 시켰다. 또한, 생균수 측정을 위한 배지는 tryptic soy agar (TSA, Difco)를, 세균을 희석하기 위한 희석수로는 멸균 증류수를 사용하였다.
본 실험에서 사용한 계피는 대구시 약령시장에서 건조 상태의 것을 구입하여 분쇄한 후, 무게의 10 배량의(w/v)의 80%메탄올을 가하여 24 hr 정치하여 총 3 회 반복 추출하였다. 추출액은 여과지(Whatman No.
실험에 사용한 GC/MS system은 HP 190915-433 model (Paloalto, California, USA)이며 column은 HP-5MS (30 m× 0.25 mm, 0.25 μM)를 사용하였고 Detector로는 MS를 이용하였다.
초임계 추출을 하고 남은 부산물인 계피 박을 무게의 10배(w/v)의 메탄올(80%)을 가하여 24 hr 정치하여 3회 반복하여 회수된 추출물을 여과하여 rotary vacuum evaporator로 55℃에서 감압 농축한 후 동결 건조하여 사용하였다.
이론/모형
추출물의 항균력 검색은 disc diffusion method [16]법을 실시하였다. 균주를 100 ml TSB에 접종하고 37℃에서 shaking하면서 24시간 배양하여 활성화시키고 3일 계대 배양 후 spectrophotometer (UNIKON922, Kontron, Milan, Italy)를 이용하여 560 nm에서 O.
성능/효과
그러나, 80% methanol 추출물과 SFM에서는 항균활성이 없었다. Gram(+)균에서는 B. cereus, L. monocytogenes균에 대해 SFE oil 200 bar, 300 bar에서 높은 inhibition zone을 보였고, 나머지 Gran(+)균에서는 SFE oil의 모든 압력조건에서 높은 inhibition zone을 보였다. 특히 Gram(-)균 중 E.
그 결과 80% 메탄올 추출물에 비해 SFE oil에서 cinnamaldehyde 함량이 약 30~60배 이상 많이 함유되어 있었고, 특히 300 bar에서 cinnamaldehyde 함량이 가장 높음을 알 수 있었다. SFM에서는 80% 메탄올 추출물 보다 cinnamaldehyde 함량이 적었고 압력이 높을수록 함량이 줄어드는 것을 확인하였다. 계피의 volatile oil과 oleoresin의 GC/MS 분석 결과 cinnamaldehyde가 검출된 성분의 97%를 차지하고, oleoresin의 경우는 cinnamaldehyde가 검출된 성분의 50%를 구성하고 있다고 보고되어있다[8].
계피 SFE oil을 제외한 모든 조건에서 DPPH 소거활성이 높게 나타났으며, 특히 80% methanol 추출물 100 μg/ml에서 93.98%의 DPPH 소거활성이 나타났으며, SFM 중 200 bar 100 μg/ml에서 89.45%로 SFM 중 가장 높은 소거활성을 가지는 것으로 나타났다.
계피 methanol 추출물은 100 μg/ml의농도에서 93.12%의 높은 ABTS+∙ 소거 활성을 보였고, SFM중 200 bar 100 μg/ml의 농도에서 93.21%의 높은 ABTS+∙소거 활성을 보였다.
계피 메탄올 추출물과 초임계 오일과 박 메탄올 추출물(SFE oil: Supercritical Fluid Extraction oil, SFM: Methanol extrac tof SFE Marc)의 수율은 Table 1에 나타낸 것과 같이 계피의 메탄올 추출물은 19.93%의 수율을 보였다. 계피의 초임계 추출을 위한 최적의 조건을 검토하기 위하여 35℃에서 200, 300, 400 bar의 압력 조건에서 초임계 추출을 실시한 결과, 초임계오일과 박 메탄올 추출물의 수율은 용매 추출물에 비해 다소 낮은 추출 수율을 보였으나, SFE oil과 SFM에서 압력이 높아질수록 수율이 증가하는 경향을 보였다.
93%의 수율을 보였다. 계피의 초임계 추출을 위한 최적의 조건을 검토하기 위하여 35℃에서 200, 300, 400 bar의 압력 조건에서 초임계 추출을 실시한 결과, 초임계오일과 박 메탄올 추출물의 수율은 용매 추출물에 비해 다소 낮은 추출 수율을 보였으나, SFE oil과 SFM에서 압력이 높아질수록 수율이 증가하는 경향을 보였다. 생강 초임계 오일에서 온도에 관계없이 압력이 높아질수록 수율이 증가하였고[15], 개다래의 경우 초임계 추출물에서 온도, 압력, 시간에 비례적으로 수율이 증가하였다고 보고했다[26].
Cinnamaldehyde 함량을 구한 결과는 Table 2에 나타내었다. 그 결과 80% 메탄올 추출물에 비해 SFE oil에서 cinnamaldehyde 함량이 약 30~60배 이상 많이 함유되어 있었고, 특히 300 bar에서 cinnamaldehyde 함량이 가장 높음을 알 수 있었다. SFM에서는 80% 메탄올 추출물 보다 cinnamaldehyde 함량이 적었고 압력이 높을수록 함량이 줄어드는 것을 확인하였다.
Cinnamaldehyde의 물리적 특성은 boiling point는 246℃, water solubility는 1,420 mg/ml(25℃)이다[6]. 따라서 기존의 oil을 추출하는 soxhlet 추출법에 비해 초임계 추출법을 이용했을 때 더 많은 cinnamaldehyde를 얻을 수 있었다.
monocytogenes균에 대해 SFE oil 200 bar, 300 bar에서 높은 inhibition zone을 보였고, 나머지 Gran(+)균에서는 SFE oil의 모든 압력조건에서 높은 inhibition zone을 보였다. 특히 Gram(-)균 중 E. coli 에서는 cinnamaldehyde 2.5 mg/ml의 농도에서 가장 높은 inhibition zone을 나타냈으며, SFE oil에서는 압력 조건에 관계없이 200, 300, 400 bar 2.5 mg/ml이상의 농도에서 높은 항균력을 보였다. 이에 반해 cinnamaldehyde성분이 적게 함유된 80% methanol 추출물, SFM에서는 항균력 없었다.
후속연구
BHT(butylated hydroxytoluene), BHA (butylated hydroxyanisole), PG (proply gallate), TBHQ (tertiary butyihydroquinone), ascorbic acid, tocopherol류, β-carotene 등은 활성산소를 차단하는 항산화제로서 사용되고 있지만[1], 지질변화 및 발암독성 때문에 사용이 제한되므로 천연식물 추출물이 생체 내 항산화 방어시스템을 증가시키거나 ROS를 소거시키는 효과가 있다면 그 추출물은 다양한 질병을 예방하기 위한 기능성 소재로 사용 될 수 있을 것이다[11].
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
계피에 함유된 성분은?
특이한 향이 있고 맛은 처음에 약간 달고 매우며 나중에는 점액성을 띄고 떫다. 성분은 cinnamic aldehyde가 주성분이며, 그 외에도 cinnamyl acetate, phenylpropylacetate, cinnamic acid, salicylaldehyde 등이 있으며, diterpenoid류로는 cinnzeylanol이 존재한다. 그 외에도 정유(essential oil)로서 camphene, cineole, eugenol 등이 있다. 계피는 다양한 효능과 향이 있어 한방 및 민간요법에서 널리 사용되어 왔으며, 차, 음료 또는 한약의 재료로 오랫동안 사용되고 있다.
계피의 외형적 특징은?
계피(Cinnamomum verum)는 중국 남부 및 북 베트남에서 주로 많이 생산된다. 모양은 반관상, 반통상 또는 한쪽으로 말려 들어가 있는 관상의 껍질인데, 대부분 조각 형태로, 크기는 다양하다. 바깥 면은 짙은 적갈색이고 내면은 평탄하나 역시 적갈색이고 파절이 용이하다. 특이한 향이 있고 맛은 처음에 약간 달고 매우며 나중에는 점액성을 띄고 떫다.
주요 세균성 식중독의 원인체에는 어떤 것들이 있는가?
8명에 이른다[14]. 식중독의 원인체는 Escherichia coli, Salmonella sp, Staphylococcus aureus, Vibrio parahaemolyticcus 등이 주요 세균성 식중독의 원인체이며, 식중독원인체가 불명확한 것을 제외한 전체 식중독의 95%가 식품위해미생물에 의한 식중독이 차지하고 있다. 이러한 식중독 원인 미생물이나 부패 미생물을 제어하여 식품을 안전하게 저장하기 위한 수단으로 nitrite, sorbic acid, sodium metabisulfite, 염소제 등 다양한 합성 보존료가 장기간 사용되어왔다[2].
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