본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 블루베리의 항산화 활성 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 초고압 처리 추출물의 수율이 18.48, 19.89%로 높은 추출수율을 나타내어 일반 열수추출공정(12.36%)과 비교하여 약 1.6배의 높은 추출수율을 나타내었다. 초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다. DPPH radical 소거 활성은 15분 초고압 처리한 추출물이 53.84%로 높은 활성을 나타내었으며, 환원력 역시 전체적으로 초고압 공정을 실시하였을 때의 활성이 높게 측정되었다. 추출공정에 따른 블루베리 시료의 주사전자현미경을 통해 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조가 변화한 것으로 판단되며, 이를 통해 수율 및 활성성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 사료된다. 따라서 블루베리의 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 이룰 것으로 판단된다.
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 블루베리의 항산화 활성 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 초고압 처리 추출물의 수율이 18.48, 19.89%로 높은 추출수율을 나타내어 일반 열수추출공정(12.36%)과 비교하여 약 1.6배의 높은 추출수율을 나타내었다. 초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다. DPPH radical 소거 활성은 15분 초고압 처리한 추출물이 53.84%로 높은 활성을 나타내었으며, 환원력 역시 전체적으로 초고압 공정을 실시하였을 때의 활성이 높게 측정되었다. 추출공정에 따른 블루베리 시료의 주사전자현미경을 통해 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조가 변화한 것으로 판단되며, 이를 통해 수율 및 활성성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 사료된다. 따라서 블루베리의 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 이룰 것으로 판단된다.
We developed a method for improving the antioxidant activities of blueberry (Vaccinium ashei) extracts through an ultra high-pressure extraction process. Blueberries were subjected to water extraction at $60^{\circ}C$ and 300 MPa for 5 min (High Pressure Extraction, HPE5) and 15 min (HPE1...
We developed a method for improving the antioxidant activities of blueberry (Vaccinium ashei) extracts through an ultra high-pressure extraction process. Blueberries were subjected to water extraction at $60^{\circ}C$ and 300 MPa for 5 min (High Pressure Extraction, HPE5) and 15 min (HPE15). Extraction yields obtained by ultra high-pressure extraction process were 18.48, and 19.89%, respectively. Total polyphenol contents were estimated to be 28.3, and 28.9 mg/g, whereas flavonoid contents were measured as 5.9 and 6.0 mg/g, respectively. Generally, HPE resulted in higher yields than the conventional extraction process. Further, HPE15 showed 53.84% DPPH radical scavenging activity (EDA, %) at $1,000{\mu}g/mL$. Reducing power of HPE15 showed its highest activity of 0.21. In general, antioxidant activities of blueberry increased by HPE. Therefore, HPE of blueberry resulted in higher antioxidant activity than conventional water extraction. These results demonstrate obvious advantages in terms of higher efficiency, shorter extraction time, and lower energy costs.
We developed a method for improving the antioxidant activities of blueberry (Vaccinium ashei) extracts through an ultra high-pressure extraction process. Blueberries were subjected to water extraction at $60^{\circ}C$ and 300 MPa for 5 min (High Pressure Extraction, HPE5) and 15 min (HPE15). Extraction yields obtained by ultra high-pressure extraction process were 18.48, and 19.89%, respectively. Total polyphenol contents were estimated to be 28.3, and 28.9 mg/g, whereas flavonoid contents were measured as 5.9 and 6.0 mg/g, respectively. Generally, HPE resulted in higher yields than the conventional extraction process. Further, HPE15 showed 53.84% DPPH radical scavenging activity (EDA, %) at $1,000{\mu}g/mL$. Reducing power of HPE15 showed its highest activity of 0.21. In general, antioxidant activities of blueberry increased by HPE. Therefore, HPE of blueberry resulted in higher antioxidant activity than conventional water extraction. These results demonstrate obvious advantages in terms of higher efficiency, shorter extraction time, and lower energy costs.
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문제 정의
그리고 블루베리와같이 표면이 외피로 쌓인 조직으로 이루어진 소재의 추출에 있어서 단순 열수추출공정으로는 용매의 소재 조직으로의 효과적인 침투가 어려워 유용성분의 추출에 한계가 있고, 이러한 단점을 극복하기 위해 고온의 열수를 이용하게 되면 목적하지 않는 성분의 용출로 식품이나 약용으로서의 이용에 한계가 있다. 따라서 이러한 소재의 기존 추출공정의 단점을 극복하고 활성성분의 효과적인 용출을 가능하게 하기 위해 본 연구에서는 초고압 공정을 블루베리 추출에 적용하여 본 연구를 수행하였다.
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 블루베리의 항산화 활성 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 초고압 처리 추출물의 수율이 18.
제안 방법
Anthocyanin 함량 분석은 Lee와 Lee(15)의 방법을 조금 변형하여 측정하였으며 시료 1 g에 0.1% HCl이 포함된 methanol을 10 mL씩 가하여 교반(150 rpm, 2 hr, 25°C)한 후 원심분리(3,000 rpm, 20 min) 한 상등액을 anthocyanin 분석 시료로 사용하였다.
Caffeic acid(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 0∼100μg/mL의 농도로 제조하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준 검량선으로부터 시료 추출물의 총 페놀 함량을 산출하였다.
Quercetin(Sigma-Aldrich Co.)을 표준물질로 하여 0∼100 μg/mL의 농도 범위에서 얻어진 표준 검량선으로부터 추출물의 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
대조군으로는 블루베리 50 g을 초고압 추출과정은 제외하고 나머지는 같은 조건인 60°C에서 12시간 동안 2회 반복추출하였다.
60%라고 보고하였다. 블루베리의 일반 열수추출물과 초고압 추출물에 대한 DPPH 소거 활성을 농도별로 측정하였다. 측정 결과 모든 시료의 농도가 증가할수록 소거 활성 또한 증가하였다.
초고압 공정을 거친 후 세포조직의 형태학적 변화를 관찰하기 위해 저진공주사현미경(Low Vacuum-Scanning Electron, ×400)은 일본의 Hitachi Science Systems(Tokyo, Japan)의 S-3500N으로 촬영하여 블루베리의 표면을 관찰하였다(18).
본 실험에 사용된 블루베리(Vaccinium ashei)는 2012년 제주도에서 재배된 것을 구입하여 시료로 사용하였다. 초고압 추출은 블루베리 50 g을 비닐 팩에 증류수와 함께 넣어 공기가 들어가지 않도록 잘 밀봉한 후, 초고압 추출 장치 (Ilshin autoclave, Daejeon, Korea)를 이용하여 300 MPa의 압력을 5분, 15분으로 추출 조건을 다르게 하여 실행하였다. 초고압 추출이 끝난 시료를 각각 수직 환류 냉각기에 부착된 추출 flask에 시료 중량에 대하여 각각 10배의 증류수를 추출용매로 사용하여 60°C에서 24시간 추출하였다.
초고압 추출이 끝난 시료를 각각 수직 환류 냉각기에 부착된 추출 flask에 시료 중량에 대하여 각각 10배의 증류수를 추출용매로 사용하여 60°C에서 24시간 추출하였다.
추출물의 전자공여작용(electron donating abilities, EDA)은 각각의 추출물에 대한 DPPH(α,α-diphenyl-picrylhydrazyl)의 전자공여효과로 각 시료의 환원력을 측정하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 블루베리(Vaccinium ashei)는 2012년 제주도에서 재배된 것을 구입하여 시료로 사용하였다. 초고압 추출은 블루베리 50 g을 비닐 팩에 증류수와 함께 넣어 공기가 들어가지 않도록 잘 밀봉한 후, 초고압 추출 장치 (Ilshin autoclave, Daejeon, Korea)를 이용하여 300 MPa의 압력을 5분, 15분으로 추출 조건을 다르게 하여 실행하였다.
데이터처리
실험에서 얻어진 결과는 실험군당 평균±표준편차로 표시하였고, 각 군당 3개의 시료를 사용하여 실험은 3회 반복 시행하였다.
이론/모형
Oyaizu(17)의 방법에 따라 측정하였으며 시료 1 mL에 pH 6.6의 200 mM 인산 완충액 및 1%의 potassium ferricyanide를 각 1 mL씩 차례로 가하여 교반한 후 50°C의 수욕상에서 20분간 반응시켰다.
총 페놀 함량은 Folin-Denis법(13)에 따라 추출물 1 mL에 Folin-Ciocalteau 시약 및 10% Na2CO3용액을 각 1 mL씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 spectrophotometer(UV 1600 PC, Shimadzu, Tokyo, Japan)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. Caffeic acid(Sigma-Aldrich Co.
총 플라보노이드는 Moreno 등(14)의 방법에 따라 추출물 0.5 mL에 10% aluminum nitrate 0.1 mL 및 1 M potassium acetate 0.1 mL, ethanol 4.3 mL를 차례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. Quercetin(Sigma-Aldrich Co.
성능/효과
초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다. DPPH radical 소거 활성은 15분 초고압 처리한 추출물이 53.84%로 높은 활성을 나타내었으며, 환원력 역시 전체적으로 초고압 공정을 실시하였을 때의 활성이 높게 측정되었다. 추출공정에 따른 블루베리 시료의 주사전자현미경을 통해 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조가 변화한 것으로 판단되며, 이를 통해 수율 및 활성성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 사료된다.
블루베리 추출물의 환원력을 조사한 결과를 Table 4에 나타내었으며, 최종농도 1.0 μg/mL에서 일반추출물의 경우 0.16, 초고압 추출물의 경우 0.18, 0.21로, 일반 추출물보다는 초고압 추출물의 활성이 높았고 초고압 추출을 병행하였을 시에 활성도가 증가하는 것을 볼 수 있었다.
21로, 일반 추출물보다는 초고압 추출물의 활성이 높았고 초고압 추출을 병행하였을 시에 활성도가 증가하는 것을 볼 수 있었다. 이에 따라 초고압 공정의 병행을 통해 활성이 증진되는 것으로 유용성분의 수율 증진가능성을 확인할 수 있었다. 특히 초고압 공정을 통한 유용성분 증진은 시료 자체의 조직에 따라 추출 수율 및 유용 생리활성 물질의 차이를 보인 것으로 판단된다.
이를 초고압 추출물과 비교한 결과를 Table 2에 나타내었다. 이와 같은 결과로 초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 총 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다. 특히 phenol 유도체를 비롯한 sesamol, tocopherol, flavonoids와 이의 유도체들 및 페놀화합물 등의 천연 항산화제로서 잘 알려져 있는 물질 등이 초고압 공정을 통해서 같은 조건의 추출을 하였을 시 이와 같은 유용성분의 용출이 증가할 수 있음을 확인할 수 있었다.
본 연구에서는 초고압 추출공정을 이용하여 전통적인 기존 추출공정과 비교함으로써 초고압 추출공정에 의한 블루베리의 항산화 활성 증진을 확인하고자 연구를 수행하였다. 초고압 처리 추출물의 수율이 18.48, 19.89%로 높은 추출 수율을 나타내어 일반 열수추출공정(12.36%)과 비교하여 약 1.6배의 높은 추출 수율을 나타내었다. 초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다.
추출공정별 블루베리 추출물의 수율은 3회 추출하여 그 평균값을 Table 1에 나타내었다. 추출 수율 결과를 통해 초고압 처리 추출물의 수율이 18.48, 19.89%로 높은 추출 수율을 나타내어 일반 열수추출공정과 비교하여 약 1.6배의 높은 추출 수율을 나타내었는데, 이는 초고압 5분, 15분 처리추출물이 일반 열수추출에 비해 각각 1.8배, 1.9배까지 증가하였다고 보고(8)된 내용과 유사한 결과로서 초고압 공정을 통해 블루베리의 수율이 증가하는 결과를 확인할 수 있었다. 또한 이와 비슷한 연구결과로 저온 고압공정이 일반 열수추출공정의 8.
84%로 높은 활성을 나타내었으며, 환원력 역시 전체적으로 초고압 공정을 실시하였을 때의 활성이 높게 측정되었다. 추출공정에 따른 블루베리 시료의 주사전자현미경을 통해 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조가 변화한 것으로 판단되며, 이를 통해 수율 및 활성성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 사료된다. 따라서 블루베리의 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 이룰 것으로 판단된다.
블루베리의 일반 열수추출물과 초고압 추출물에 대한 DPPH 소거 활성을 농도별로 측정하였다. 측정 결과 모든 시료의 농도가 증가할수록 소거 활성 또한 증가하였다. 항산화 활성도는 시료 농도에 의존적으로 시료의 농도가 증가함에 따라 증가하였고, 일반 열수추출물보다는 초고압 열수추출물의 항산화도가 높게 측정되었다.
이와 같은 결과로 초고압 공정에 따른 변화 비교에서는 초고압 공정을 병행하였을 시 총 페놀과 총 플라보노이드 함량이 초고압 공정을 거치지 않은 것보다 다소 증가되는 것으로 보아 활성성분의 용출이 증진된 것으로 보인다. 특히 phenol 유도체를 비롯한 sesamol, tocopherol, flavonoids와 이의 유도체들 및 페놀화합물 등의 천연 항산화제로서 잘 알려져 있는 물질 등이 초고압 공정을 통해서 같은 조건의 추출을 하였을 시 이와 같은 유용성분의 용출이 증가할 수 있음을 확인할 수 있었다. 블루베리의 안토시아닌 함량은 블루베리의 일반적인 열수 추출물의 경우 29.
측정 결과 모든 시료의 농도가 증가할수록 소거 활성 또한 증가하였다. 항산화 활성도는 시료 농도에 의존적으로 시료의 농도가 증가함에 따라 증가하였고, 일반 열수추출물보다는 초고압 열수추출물의 항산화도가 높게 측정되었다. 항산화 활성은 갈변을 일으키는 페놀성 화합물의 항산화 작용에 의한 것으로 추측되며(19), 이러한 결과는 초고압 추출공정을 통해 블루베리 세포 및 조직의 파괴로 인한 활성물질의 용출이 증가되었으며, 초고압 처리가 활성물질의 변성 및 파괴에 효과적으로 기여하는 것으로 사료된다.
후속연구
추출공정에 따른 블루베리 시료의 주사전자현미경을 통해 초고압 추출이 블루베리 내부 조직까지 영향을 주어 세포벽이 깨어지면서 조직 및 구조가 변화한 것으로 판단되며, 이를 통해 수율 및 활성성분의 용출 증가가 이루어진 것으로 사료된다. 따라서 블루베리의 초고압 추출공정의 최적화를 통한 활성물질의 추출 극대화를 통해 높은 경제적 가치를 이룰 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
인체 각 세포의 DNA는 하루에 몇 번의 산화적 공격을 받는가?
연구에 의하면 활성산소종이 동맥경화 및 심혈관계 질환 발병의 중심적 역할을 하는 것으로 규명되었고(1,2), 인간의 노화현상이나 암 발생은 생체 내에서 산화되는 생리기능에 스트레스를 가하는 현상인 oxidative stress를 유발하는 자유기 (free radical)에 기인하는 것으로 알려져 있다(3). 인간의 세포는 매일 산화적 손상을 받는데 인체 각 세포의 DNA는 하루에 약 10,000번의 산화적 공격을 받는다. 이로 인한 손상은 일부 회복되지만 회복되지 않은 손상이 축적되어 노화, 암, 심장병 등의 질병을 일으키게 된다(4,5).
초고압 처리는 식품의 어떤 성질을 향상시켜 주는가?
초고압 처리는 최근 식품에서 주목받고 있는 가공기술 분야로서 식품의 보존성, 물성, 기능성을 향상시켜 준다. 100~1,000 MPa의 압력을 이용하여 압력매체로 물이나 오일의 압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 원리이다.
초고압 처리의 원리는 무엇인가?
초고압 처리는 최근 식품에서 주목받고 있는 가공기술 분야로서 식품의 보존성, 물성, 기능성을 향상시켜 준다. 100~1,000 MPa의 압력을 이용하여 압력매체로 물이나 오일의 압력을 순간적으로 균일하게 전달시키는 원리이다. 식품가공에서 열처리와 압력처리는 모두 소화성을 향상시키는데, 열처리는 화학변화가 많이 일어나는데 반하여 압력처리는 화학적으로 큰 변화를 일으키지 않는 장점이 있다(8).
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