본 연구에서는 양파가공부산물인 양파껍질로부터 반응표면분석법을 이용하여 유효성분인 flavonoid 물질의 최적 추출조건을 설정하고자 하였다. 양파껍질의 일반성분은 수분 4.68%, 회분 6.67%, 조단백질 및 조지방이 5.03%, 0.71%이었고, 무기질은 Ca이 20.07 g/kg으로 가장 많은 함량을 차지하였고 K이 5.54 g/kg, Mg 2.17 g/kg의 순으로 함량이 많았다. 중심합성계획법에 의한 flavonoid 물질의 최적 추출조건은 다중회귀분석 및 능선분석 결과, 결정계수는 0.772이었으며, 적합결여검증(p>0.05)에서는 0.278, 전체적인 모형에서 유의성(p<0.05)을 보여 반응모형이 적합한 것으로 판단되었다. 따라서 최대점을 만족하는 각 변수의 조건은 추출용매의 농도는 70%, 추출온도 $40^{\circ}C$, 추출용매의 pH 5.3, 원료에 대한 추출용매의 비율은 1:63(w/v)이었다.
본 연구에서는 양파가공부산물인 양파껍질로부터 반응표면분석법을 이용하여 유효성분인 flavonoid 물질의 최적 추출조건을 설정하고자 하였다. 양파껍질의 일반성분은 수분 4.68%, 회분 6.67%, 조단백질 및 조지방이 5.03%, 0.71%이었고, 무기질은 Ca이 20.07 g/kg으로 가장 많은 함량을 차지하였고 K이 5.54 g/kg, Mg 2.17 g/kg의 순으로 함량이 많았다. 중심합성계획법에 의한 flavonoid 물질의 최적 추출조건은 다중회귀분석 및 능선분석 결과, 결정계수는 0.772이었으며, 적합결여검증(p>0.05)에서는 0.278, 전체적인 모형에서 유의성(p<0.05)을 보여 반응모형이 적합한 것으로 판단되었다. 따라서 최대점을 만족하는 각 변수의 조건은 추출용매의 농도는 70%, 추출온도 $40^{\circ}C$, 추출용매의 pH 5.3, 원료에 대한 추출용매의 비율은 1:63(w/v)이었다.
The objective of this study was to set the optimal extraction condition of flavonoids from onion peels as a by-product generated from the onion industry without suitable processing. Four independent variables, affecting extraction conditions, which are solvent concentration ($X_1$), extra...
The objective of this study was to set the optimal extraction condition of flavonoids from onion peels as a by-product generated from the onion industry without suitable processing. Four independent variables, affecting extraction conditions, which are solvent concentration ($X_1$), extraction temperature ($X_2$), pH of the solvent ($X_3$), and solvent ratio to onion peel ($X_4$) were optimized using response surface methodology (RSM). A model equation obtained from RSM is 0.772 of R-square and 0.278 of lack of fit (p>0.05) for the optimal extraction conditions. From the ridge analysis, the conditions flavoring the highest extraction were solvent concentration (v/v) of 70%, extraction temperature of $40^{\circ}C$, extraction solvent pH of 5.3, and a solvent ratio to onion peel ratio of 1:63 (w/v). The flavonoid content obtained under optimal conditions showed 302.63 mg/g, which is 1.12 times higher than the prediction value.
The objective of this study was to set the optimal extraction condition of flavonoids from onion peels as a by-product generated from the onion industry without suitable processing. Four independent variables, affecting extraction conditions, which are solvent concentration ($X_1$), extraction temperature ($X_2$), pH of the solvent ($X_3$), and solvent ratio to onion peel ($X_4$) were optimized using response surface methodology (RSM). A model equation obtained from RSM is 0.772 of R-square and 0.278 of lack of fit (p>0.05) for the optimal extraction conditions. From the ridge analysis, the conditions flavoring the highest extraction were solvent concentration (v/v) of 70%, extraction temperature of $40^{\circ}C$, extraction solvent pH of 5.3, and a solvent ratio to onion peel ratio of 1:63 (w/v). The flavonoid content obtained under optimal conditions showed 302.63 mg/g, which is 1.12 times higher than the prediction value.
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문제 정의
따라서 본 연구에서는 양파가공부산물인 양파껍질로부터 기능성식품 소재를 개발하고자 반응표면분석법을 이용해 유효성분인 flavonoid 물질의 최적 추출조건을 설정하고자하였다.
본 연구에서는 양파가공부산물인 양파껍질로부터 반응표면분석법을 이용하여 유효성분인 flavonoid 물질의 최적 추출조건을 설정하고자 하였다.
제안 방법
따라서 위에서 얻어진 예상 total flavonoid 함량은 최고점이라 할 수 없으며, 최대의 total flavonoid 함량을 얻을 목적으로 능선분석(ridge analysis)을 수행하였다.
즉, fractional 2 factorial design(16점), starpoint(8점) 및 central point(3점)로 총 27점의 실험구간을 설정하여 무작위로 수행하였으며 종속변수로는 total flavonoid 함량(mg/g)으로 하였다.
추출 후 여과지(Whatman No.2, Whatman Ltd., Maidstone, England)를 사용하여 양파껍질을 제거하였고, 여액을 회전식감압농축기(Eyela N-1000, Osaka, Japan)로 50 ℃에서 추출용매를 제거하여 최종 50 mL이 되도록 하여 total flavonoid 함량을 측정하였다.
Total flavonoid 함량에 영향을 미치는 두 독립변수 상호 간의 상관관계를 알아보기 위해 나머지 다른 변수들을 zero level에 둔 상태로 두 변수 간의 3차원 반응표면도를 Fig.1에 나타내었다.
Total flavonoid의 분석은 건강기능식품공전(18)에 따라, 추출물에 90% ethanol을 가하여 용해한 뒤 원심분리 하여 상등액을 취하고, 잔류물은 80% ethanol로 3회 반복 추출한 후 전량 50 mL로 정용한 것을 시험용액으로 하였다.
양파껍질로부터 flavonoid물질 추출조건의 최적화를 위하여 수세 후 건조한 양파껍질에 추출용매농도(%, v/v), 추출온도(℃), 추출용매의 pH, 원료에 대한 추출용매비율(w/v)을 조정하였다.
본 실험에서 사용된 양파가공부산물은 2008년 하반기부터 2009년 상반기까지 경남 창녕군에 소재한 모곡농산과 (주)뉴푸드에서 수거하였으며, 수거한 시료를 실험실로 운반하여 혼입된 이물질과 협잡물을 수작업으로 제거하고 양파껍질만을 선별하여 수세한 다음 채반에 널어 자연 건조시킨 것을 실온에 한 달간 보관하면서 사용하였다.
데이터처리
모든 실험결과는 SAS(Statistical Analysis System) program(version 8.0, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)(17)을 이용하여 통계 분석하였으며 3차원 반응표면도를 SAS/GRAPH의 G3GRID와 G3D절차를 사용하여 zero lever에서 두 독립변수간의 상관성을 검토하였다.
이론/모형
예비실험을 통하여 얻어진 결과로부터 추출용매의 농도(%, v/v), 추출온도(℃), 추출용매의 pH, 원료에 대한 추출용매비율(w/v)을 독립변수로 하여 Table 1과 같이 code화(-1에서 +1)하여, 중심합성계획법에 따라 작성하였다(16).
무기질 분석은 식품공전(14)에 따라 Ca, Fe, K, P, Na 및 Mg 총 6종을 선정하여 습식분해법을 이용하여 시료를 전처리를 한 다음 ICP-AES(Inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, Varian Liberty RC, Warrington, Australia)로 분석하였다.
양파껍질로부터의 flavonoid 물질을 추출하기 위하여 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(15)을 사용하였다.
원료로 사용된 양파껍질의 일반성분은 AOAC(13)법에 따라 수분은 상압 가열건조법, 조회분은 직접 회분법, 조단백은 semi-micro Kjeldahl법 및 조지방은 Soxhlet 추출법으로 분석하였다.
성능/효과
본 논문에서의 양파껍질로부터 반응표면분석을 통한 최적 추출조건은 실험실 규모로 기능성 물질의 추출 측면에서 다소 결정계수(R2)가 낮은 경향을 보였으나 산업화를 위한plant 단위로 제조 시에는 생산단위의 증가, 제조기기의 용량 및 조건, 추출용매의 비용 등 추출물에 대해 고려되어지는 특성에 따라 다소 변화되어질 수 있을 것으로 판단된다.
전체적인 모형(total regression)이 유의성을 보였으며(p<0.05), 결정계수(R)는 0.772, 적합결여검증(lack of fit, p>0.05)에서는 0.278로 설계된 반응모형이 적합한 것으로 판단되었다(Table 5, 6).
중심합성계획법에 의한 flavonoid 물질의 최적 추출조건은 다중회귀분석 및 능선분석 결과, 결정계수는 0.772이었으며, 적합결여검증(p>0.05)에서는 0.278, 전체적인 모형에서 유의성(p<0.05)을 보여 반응모형이 적합한 것으로 판단되었다.
추출용매의 농도(%)와 원료에 대한 추출용매 비율(w/v)에 대한 상관관계에서는 추출용매의 농도가 50%에서 70%로 증가할수록 원료에 대한 추출용매 비율에 관계없이 total flavonoido 함량이 증가하였다(Fig.
(a)), 추출용매의 농도(%)와 추출용매의 pH와의 관계에서는 상관성을 보여 추출용매 65~70% 농도 구간에서 추출용매의 pH를 5.3~6.0으로 반응시켰을 때 total flavonoid 함량이 최대 260.78 mg/g를 나타내었다(Fig.
양파껍질의 무기질 함량을 분석한 결과(Table 3), Ca이 20.07 g/kg으로 가장 많은 함량을 차지하였고, 다음으로 K이 5.54 g/kg, Mg이 2.17 g/kg의 순으로 많았다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
색을 가진 마른 껍질인 양파의 특징은 무엇인가?
5%에 달하는 quercetin이 있다(5,6). 또한 흰색보다는 색을 가진 마른 껍질이 특별히 flavonoid 함량이 높아 2.5~6.5%의 quercetin을 포함한다고 보고되고 있다(7). Bang과 Cho(8)는 양파껍질과 육질의 에탄올 추출구가 높은 항산화 활성을 가지며, 양파 에탄올 추출구가 혈장과 간의 총 지방, 중성지방, 총콜레스테롤의 농도 저하에 있어서 그 효과가 가장 높은 것으로 보고하였다(9).
양파는 어떤 식품인가?
양파(Allium cepa L.)는 quercetin, quercitrin, rutin 등의 flavonoid 물질이 풍부한 대표적인 식품이다(1). Flavonoid는 과일, 야채, 견과류를 비롯한 식물의 줄기, 뿌리, 껍질에 분포하는 색소성분의 하나로서 diphenylprogane(C6-C3-C6)을 기본골격으로 한 phenol계 화합물의 총칭으로 다양한 생리적 기능을 가지고 있다(2).
flavonoid는 어떤 형태로 존재하고 있는가?
Flavonoid는 과일, 야채, 견과류를 비롯한 식물의 줄기, 뿌리, 껍질에 분포하는 색소성분의 하나로서 diphenylprogane(C6-C3-C6)을 기본골격으로 한 phenol계 화합물의 총칭으로 다양한 생리적 기능을 가지고 있다(2). 이러한 flavonoid는 유리상태로 존재하나 대개의 경우 당류와 결합한 배당체의 형태로 존재하고 있으며, 이 배당체를 형성하고 있는 당류는 산, 알칼리, 효소 등에 의해서 쉽게 가수분해 되며, 배당체의 경우 보다 유리 상태가 생리활성능력이 더 강한 것으로 알려져 있다(3,4).
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