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문제 정의
- 관능검사에 의해 기호도가 가장 높았던 가시오가피 음료의 품질특성에 대하여 조사하였다. 당도는 디지털당도계(Digital hand-held refractometer, Atago Co.
- 또한 항산화제 복용을 통한 항산화 능력을 향상시키는 것이 만성 피로 환자에서 운동 후 산화스트레스에 의한 손상을 줄여 피로도 감소에 영향을 주는 것으로 보고되고 있다[18]. 따라서 본 연구에서는 가시오가피 농축액의 radical 생성 저해능력을 측정하여 운동수행능력과의 연관성을 알아보고자 하였다.
- 따라서 본 연구에서는 가시오가피 줄기를 이용하여 농축액을 제조한 후 운동수행능력 증진 효과를 확인하고, 가시오가피의 유용한 기능적인 특성을 살린 기호성 있는 건강 음료를 제조한 후 그 품질 특성을 조사하여 가공식품 및 식품소재로서 가시오가피의 활용도를 높이기 위한 기초 연구 자료로 제시하고자 하였다.
- 본 연구에서는 운동수행 능력의 변화를 측정하기 위하여 트레드밀(Rota-rod, Panlab&Harvard, Spain) 운동을 실시하여 운동수행군 동물들의 운동수행능력을 측정하였다.
제안 방법
- 1,1-Diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 라디칼 소거능은 Blosis [3]의 방법을 변형하여 DPPH radical에 대한 수소공여 효과로 측정하였다. 시료 50 μl와 0.
- 4 mg/일로 설정하여 가시오가피 농축액이 함유된 건강 음료를 제조 하였다. 1회에 섭취되는 음료의 용량을 70 ml 로 설정하여 70 mL의 음료에 가시오가피 농축액이 0.97% 함유 시 680.4 mg의 가시오가피 농축액이 함유된 것과 동일한 것을 바탕으로 가시오가피 건강 음료를 제조하였으며 성분 배합비율은 Table 1과 같다. 관능검사를 통해 가시오가피 농축액의 비율을 0.
- 가시오가피 건강 음료 A type, B type, C type에 대한 관능검사는 건강음료에 관심이 있는 10명의 관능검사요원을 대상으로 색상, 향, 맛, 전반적인 기호도를 9점 척도법(매우 싫다: 1점, 보통이다: 5점, 매우 좋다: 9점)으로 평가하였다.
- 지구력 운동은 피로개선 효과를 평가하는 데 중요한 방법으로, 근육의 에너지 대사의 신체적 피로 정도를 결정하는 중요한 인자이다[38]. 가시오가피농축액의 지구력 운동에 미치는 영향을 관찰하기 위하여 가시오가피농축액을 35, 70, 140 mg/kg/day로 5주간 경구 투여한 후 탈진 때까지 지구력운동수행능력을 측정하였다(Fig. 3). 운동 수행 거리는 대조군이 1,702±248 미터, 홍삼 추출물 섭취 군이 1,885±393 미터, 가시오가피 농축액 35 mg/kg/day 섭취 군이 2,075±178 미터, 가시오가피 농축액 70 mg/kg/day 섭취 군이 2,172±262 미터, 가시오가피 농축액 140 mg/kg/day 섭취 군이 2,299±271 미터로 생리식염수만을 섭취한 대조군에 비해 21%, 27%, 35% 증가하였고, 양성 대조군인 홍삼 추출물 섭취 군과 비교 시에도 가시오가피 농축액 섭취군의 운동 수행 거리가 증가하는 것으로 나타났다.
- 관능검사에 의해 기호도가 가장 높았던 가시오가피 음료의 품질특성에 대하여 조사하였다. 당도는 디지털당도계(Digital hand-held refractometer, Atago Co., Tokyo, Japan)로 측정하였으며 pH는 pH meter (Orion 3-star benchtop pH meter, Thermo Fisher Scientific Inc., Waltham, Massachusetts, USA)로 측정하였다. 색도는 색도계(CR-400 chroma meter, Konica minolta Inc.
- 동물시험을 통해 운동수행능이 가장 우수한 가시오가피 농축액 섭취량을 확인한 후, Food and Drug Administration[10]에서 보고한 계산식에 따라 동물시험 시 효능이 있는 섭취량을 인체적용 시 섭취량(HED, Human equivalent dose)으로 환산하여 건강 음료를 제조하였다. 가시오가피 건강 음료의 성분 배합비율은 Table 1과 같으며 A type은 부원료를 첨가하지 않은 음료이고, B type과 C type은 부원료를 첨가하여 맛을 개선시킨 음료이다.
- 4 mg/60kg이었다. 따라서 60 kg 성인을 기준으로 가시오가피 농축액의 일일섭취량을 680.4 mg/일로 설정하여 가시오가피 농축액이 함유된 건강 음료를 제조 하였다. 1회에 섭취되는 음료의 용량을 70 ml 로 설정하여 70 mL의 음료에 가시오가피 농축액이 0.
- 실험 전날 트레드밀 달리기에 적응시키기 위해 경사도 5°에서 27 cm/초 속도로 10분간 운동을 수행시켰다. 실험 당일 트레드밀 달리기를 하기 2시간 전 금식을 시킨 후 음성대조군 및 시험물질 실험동물들의 최대운동수행능력을 측정하였다. 최대 운동수행 능력의 결정시점은 전기 충격의 누적수가 5분 안에 100회를 넘는 시점으로 정의하였다.
- 따라서 본 실험에서는 독성이 없다고 알려져 있는 범위 내에서 시험 물질의 용량을 설정하여 실험을 진행하였다. 실험군 처치는 죽장가시오가피 농축액 35, 70, 140 mg/kg/day의 용량을 경구로 투여하였고, 양성대조군으로는 피로 억제 및 회복력 향상에 효능이 알려져 있는 홍삼[41]을 200 mg/kg/day의 농도로 급여하였으며, 음성대조군은 인산완충식염수를 동일 양으로 투여하였다.
- , Gyeonggi, Korea)를 구입하여 일주간의 순화과정을 거친 후 사용되었다. 실험동물은 8마리씩 난괴법(randomized block design)에 따라 음성대조군(Control), 양성대조군(홍삼), 가시오가피 줄기 추출물(35, 70, 140 mg/kg/day)등 5군의 체중이 균등하도록 나누어 5주 동안 사육하였다(Fig. 1) 동물실험실의 사육환경은 온도(22-24℃), 습도(40-60%), 12시간 간격의 dark-light cycle로 일정한 조건을 유지하였으며 무균음수와 실험동물사료(Harlan Laboratories, Inc.,Indianapolis, Indianapolis, USA)가 자유롭게 공급되는 환경에서 사육하였다.
대상 데이터
- 가시오가피는 다양한 농도(100~1,000 mg/kg)에서 독성시험이 진행되어 있으며, 독성이 없는 어댑토겐(adaptogen) 으로써의 활용 가능성이 다수 보고되고 있다[11, 29, 39]. 따라서 본 실험에서는 독성이 없다고 알려져 있는 범위 내에서 시험 물질의 용량을 설정하여 실험을 진행하였다. 실험군 처치는 죽장가시오가피 농축액 35, 70, 140 mg/kg/day의 용량을 경구로 투여하였고, 양성대조군으로는 피로 억제 및 회복력 향상에 효능이 알려져 있는 홍삼[41]을 200 mg/kg/day의 농도로 급여하였으며, 음성대조군은 인산완충식염수를 동일 양으로 투여하였다.
- 본 실험에 사용한 건조된 가시오가피(A. senticosus)줄기는 2013년 포항죽장가시오가피 영농조합법인으로부터 공급받은 것으로 열풍건조기(MG-IOV 2250, MG industy, Gyeonggi, Republic of Korea)를 이용하여 건조하였으며, 일반성분 분석 시 분쇄기(SMKA-4000, PN pungnyun Co, Ltd., Gyeonggi, Republic of Korea)를 이용하여 입자의 크기가 20 mesh 이하가 되도록 분쇄하여 시료로 사용하였다. 운동수행능 양성대조군으로 사용된 홍삼분말은 ㈜한국인삼공사(Daejeon, Republic of Korea)에서 구입하여 사용하였다.
- 실험에 사용된 동물은 6주령의 ICR 수컷생쥐(Koatech Co. Ltd., Gyeonggi, Korea)를 구입하여 일주간의 순화과정을 거친 후 사용되었다. 실험동물은 8마리씩 난괴법(randomized block design)에 따라 음성대조군(Control), 양성대조군(홍삼), 가시오가피 줄기 추출물(35, 70, 140 mg/kg/day)등 5군의 체중이 균등하도록 나누어 5주 동안 사육하였다(Fig.
- , Gyeonggi, Republic of Korea)를 이용하여 입자의 크기가 20 mesh 이하가 되도록 분쇄하여 시료로 사용하였다. 운동수행능 양성대조군으로 사용된 홍삼분말은 ㈜한국인삼공사(Daejeon, Republic of Korea)에서 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 색도는 색도계(CR-400 chroma meter, Konica minolta Inc., Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter's value인 L값(명도), a값(적색도), b값(황색도)으로 평가하였으며 시료 당 3반복으로 측정하여 평균값을 사용하였다.
- 실험 결과들의 유의성을 검정하기 위하여 GraphPad Prism 5 (GraphPad Software Inc., San Diego, USA) 프로그램을 사용하였으며, one-way ANOVA (Tukey's test)와 student T-test를 이용하여 평균값의 유의성을 5% 미만의 한계로 조사하였으며, 그 결과는 평균±표준편차로 표시하였다.
이론/모형
- 건가시오가피 줄기의 일반성분 분석은 AOAC (Association of Official Analytical Chemists)법 [1]에 따라 수분은 105℃에서 상압가열건조법을 이용하여 측정하였고, 회분은 직접 회화법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조단백질은 micro-Kjeldahl 법으로 정량하였다.
성능/효과
- The DPPH free radical scavenging activity of ASE were 16.42±1.11% (1% ASE), 56.00±1.48% (2% ASE), 86.01±0.86% (5% ASE), and 87.42±1.63% (10% ASE), respectively.
- 가시오가피 줄기의 수분함량은 6.50±0.12%, 조단백질은 5.89±0.16%, 조지방은 1.18±0.11%, 조회분은 3.03±0.40%로 나타났다.
- 건가시오가피 줄기 농축액의 항산화 활성을 확인하기 위해 항산화 활성을 나타내는 지표인 DPPH 라디칼 소거활성을 측정한 결과 증류수로 10배 희석한 농축액(10%)에서 87.42±1.63%, 20배로 희석한 농축액(5%)에서 86.01±0.86%, 50배로 희석한 농축액(2%)에서 56.0±1.48%, 100배로 희석한 농축액(1%)에서 16.4±1.11%의 DPPH 라디칼 소거활성을 나타내었다(Fig. 2).
- 동물시험을 통해 가시오가피 농축액 140 mg/kg 섭취 시 운동수행능이 가장 증가함을 확인한 후, Food and Drug Administration [10]에서 보고한 계산식에 따라 HED를 구한 결과 11.34 mg/kg 이었으며 60 kg인 성인 기준으로 환산 시 680.4 mg/60kg이었다. 따라서 60 kg 성인을 기준으로 가시오가피 농축액의 일일섭취량을 680.
- 맛에 대한 관능검사 결과는 A type 1.80±0.79, B type 6.40±1.43, C type 4.00±1.41로 가시오가피 농축액을 0.97% 함유하고 부원료를 첨가하여 맛을 개선시킨 B type 음료에 대한 선호도가 가장 높았다.
- 40%로 나타났다. 본 실험의 결과는 Hwang 등[17]이 보고한 Acanthopanax 속 오가피의 일반성분을 분석한 결과 조단백질 함량이 6.5%, 조지방 함량이 6.1%, 조회분 함량이 22.4%인 결과와 Oh 등[36]이 보고한 Acanthopanax 속 오가피 추출물의 일반성분 분석결과 오가피의 수분 함량이 8.7%, 조단백질이 5.9%, 조지방이 4.1%, 조회분이 6.5%인 결과와 조지방, 조회분 함량에서 차이를 보였으나 조단백질 함량은 유사하였다.
- 41%로 줄기에서 가장 높은 것으로 나타나 가시오가피의 줄기 추출물의 DPPH 라디칼 소거능이 뿌리나 잎과 같은 다른 부위의 추출물보다 높은 것으로 보고하였다. 본 연구의 결과는 Heo 등[13]이 보고한 가시오가피 줄기 에탄올 추출물의 DPPH 라디칼 소거능이 80.18%, 가시오가피 줄기 메탄올 추출물의 DPPH 라디칼 소거능이 88.96%인 결과와 유사하였고, Park 등[37]이 보고한 가시오가피 줄기 추출물의 DPPH 라디칼 소거능이 67.67%인 결과보다 우수하였다. 또한 Jo 등[19]의 연구에 따르면 ABTS radical 소거능에 대해서도 가시오가피 60% ethanol 추출물 200 μg/ml 농도에서 98.
- 부원료를 첨가하여 맛을 개선시킨 B type과 C type의 색상에 대한 관능검사 결과 각각 6.60±1.07, 6.40±1.07로 부원료를 첨가하지 않은 A type 3.70±0.82보다 선호도가 높았으며 향에 대한 관능검사 결과도 A type 3.60±0.70, B type 6.00±1.56, C type 6.00±1.15로 부원료를 첨가한 B type과 C type에 대한 선호도가 높았다.
- 운동 수행 거리는 대조군이 1,702±248 미터, 홍삼 추출물 섭취 군이 1,885±393 미터, 가시오가피 농축액 35 mg/kg/day 섭취 군이 2,075±178 미터, 가시오가피 농축액 70 mg/kg/day 섭취 군이 2,172±262 미터, 가시오가피 농축액 140 mg/kg/day 섭취 군이 2,299±271 미터로 생리식염수만을 섭취한 대조군에 비해 21%, 27%, 35% 증가하였고, 양성 대조군인 홍삼 추출물 섭취 군과 비교 시에도 가시오가피 농축액 섭취군의 운동 수행 거리가 증가하는 것으로 나타났다.
- 운동 수행 시간은 대조군이 88.6±10.9분, 홍삼 추출물 섭취 군이 98.2±6.1분, 가시오가피 농축액 35 mg/kg/day 섭취군이 106.2±7.2분, 가시오가피 농축액 70 mg/kg 섭취 군이 108.1±11.3분, 가시오가피 농축액 140 mg/kg/day 섭취군이 112.1±11.1분으로 생리식염수만을 섭취한 대조군에 비해 20%, 22%, 27% 증가하는 것을 확인하였다.
- 27로 B type 음료에서 가장 높았다. 이상의 관능검사를 바탕으로 가시오가피 농축액을 0.97% 함유한 B type의 배합을 최적조합비로 설정하였으며 이와 같은 배합비로 가시오가피 음료를 제조할 경우 선호도가 향상될것으로 판단된다.
- 증류수로 10배 희석한 농축액(10%)과 20배 희석한 농축액(20%)의 DPPH 라디칼 소거능은 positive control로 사용한 butylated hydroxy anisole (BHA) 1%의 DPPH 라디칼 소거활성 88.65±2.42%와 비슷한 수준으로 가시오가피 농축액의 항산화 활성이 우수함을 확인할 수 있었다.
- 최종의 배합비로 제조한 가시오가피 음료의 당도는 14.9 °Brix이고, pH는 4.51로 측정되었으며 색도는 L값(명도) -62.70, a값(적색도) 3.67, b값(황색도) -6.12로 밝고 비교적 붉은색을 띄는 가시오가피 음료의 특성을 나타내었다.
후속연구
- 따라서 항피로의 작용기전으로 가시오피 농축액에 함유된 어댑토겐이 관여하는 것으로 생각되며, 이는 가시오가피 함유 성분인 eleutheroside B, E가 adaptogenic acitivity, 자양강장, 신진대사의 활성작용을 나타낸다는 보고[4]를 통해서도 유추할 수 있다. 또한 이는 가시오가피를 이용한 운동수행능력 향상에 도움을 주는 기능성 건강 음료로 활용이 가능할 것으로 생각된다.
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