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문제 정의
- 마이크로웨이브 추출은 환류냉각 추출에 비해 단시간 고효율의 물질을 추출할 수 있는 것으로 알려져 있다(17-19). 또한 Turkmen 등(20)에 따르면 식물에서 기능성 물질 추출은 주로 열수 추출법을 이용하고 있으나 추출시간 단축, 추출효율의 증가를 목적으로 유기용매를 이용한 용매 추출이 연구된 바 있어, 이에 본 연구에서 마이크로웨이브를 이용한 추출과 유기용매인 에탄올, 추출시간을 달리하여 최적의 추출조건을 확립하고자 한다.
- 이처럼 다양한 효능을 갖춘 능이버섯에 대하여 본 연구에 서는 독립변수로 마이크로웨이브 추출법과 유기용매인 에탄올을 이용하여 다양한 추출조건에서 추출한 능이버섯 추출물의 가용성 고형분 함량 및 항산화 활성을 측정하고자 하였다. 마이크로웨이브 추출은 환류냉각 추출에 비해 단시간 고효율의 물질을 추출할 수 있는 것으로 알려져 있다(17-19).
제안 방법
- 능이버섯의 수율과 항산화 활성을 측정하여 효율적 추출조 건을 예측하기 위해 마이크로웨이브 에너지, 에탄올 농도, 추출시간의 요인 변수를 중심합성법에 따라 설정하여 반응 표면분석을 통해 최적화 조건을 설정하였다. 능이버섯 추출 물의 수율, 전자공여작용, 총 폴리페놀 함량, SOD 유사 활성 에 대한 반응표면의 회귀식 R2 값이 각각 0.
- 마이크로웨이브 추출법을 통한 능이버섯의 최적 추출조건을 설정하기 위해 추출수율, 전자공여작용, 총 폴리페놀 함량, SOD 유사 활성 측정 결과에 대하여 4차원 반응표면을 superimposing 하여 중복되는 범위를 최적 추출조건의 범위로 예측하였다(Fig. 5). 그 결과 Table 5에서 보는 바와 같이 마이크로웨이브 에너지 78~88 W, 에탄올 농도 39~ 57%, 추출시간 3.
- 5 mL를 가하여 혼합, 3분간 정치 후 2% Na2CO3 용액 10 mL를 첨가하였다. 이 혼합액을 1시간 동안 반응 후 분광광도계(UV/VIS spectrometer, Jasco, Hachioji, Japan)를 사용하여 Abs 750에서 흡광도를 측정하고, 표준물질 tannic acid를 이용하여 작성한 표준곡 선으로부터 총 폴리페놀 함량(mg tannic acid equivalent (TAE)/g)을 구하였다.
- 조건별 각 추출물의 최적 추출조건 예측은 수율, DPPH radical 소거능, 총 폴리페놀 함량, SOD 유사 활성에 대한 contour map superimposing 하였을 때 중복되는 부분의 범위에서 최적 추출조건 범위를 예측하였다.
- 본 실험에서는 추출조건에 대하여 중심합성계획(central composite design)(11)을 사용하여 실험 설계하였고, 추출 조건의 최적화를 위하여 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(21,22)을 사용하였다. 중심합성계획 에서 독립(조건)변수로 마이크로웨이브 에너지(30~150 W, X1), 에탄올 농도(0~100%, X2), 추출시간(1~9분, X3)를 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화하여 중심합성계획에 따라 16 구간으로 설정하여 추출하였다(Table 1). 또한 추출물의 품질 특성에 관련된 종속(반응)변수(Yn)는 추출수율(Y1), 전자 공여작용(Y2), 폴리페놀 함량(Y3), SOD 유사 활성(Y4)로 하였으며, 모든 실험은 3반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다.
- 즉 능이버섯 추출 분말 1 mg/mL 농도의 시료 0.2 mL에 4×10-4 M DPPH(1-1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 0.8 mL와 99.9% 에탄올 2 mL를 가하여 총액의 부피가 3 mL가 되도록 하였다.
- 마이크로웨이브 추출은 마이크로웨이브 추출장치(MAP, Soxwave-100, Prolabo, Paris, France)를 사용하였다. 추출조건으로 각 시료의 건물중량 2 g에 추출용매 100 mL로 1:50의 비율로 하였으며, 마이크로웨이브 에너지 용량, 추출용매 및 추출시간은 중심합성계획에 의해 설계된 조건으로 추출하였다. 추출물은 whatman filter paper No.
대상 데이터
- 능이버섯 분말은 500 μM mesh에 내려 분말 입자를 균일화하여 0.2 mm PE film에 밀봉 포장하여 -20℃에서 보관하며 실험에 사용하였다.
- 본 연구에 사용된 능이버섯은 강원도에서 채취한 것을 구입하여 동결건조(MCFD 8508, ilShin Lab Co. Ltd., Dongducheon, Korea) 후 믹서기(Hanil Electric Inc., Seoul, Korea)로 분쇄하여 분말화하였다. 능이버섯 분말은 500 μM mesh에 내려 분말 입자를 균일화하여 0.
데이터처리
- 중심합성계획 에서 독립(조건)변수로 마이크로웨이브 에너지(30~150 W, X1), 에탄올 농도(0~100%, X2), 추출시간(1~9분, X3)를 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화하여 중심합성계획에 따라 16 구간으로 설정하여 추출하였다(Table 1). 또한 추출물의 품질 특성에 관련된 종속(반응)변수(Yn)는 추출수율(Y1), 전자 공여작용(Y2), 폴리페놀 함량(Y3), SOD 유사 활성(Y4)로 하였으며, 모든 실험은 3반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다. 회귀분석에 의한 최적 조건의 예측은 statistical analysis system(SAS version 8.
- 또한 추출물의 품질 특성에 관련된 종속(반응)변수(Yn)는 추출수율(Y1), 전자 공여작용(Y2), 폴리페놀 함량(Y3), SOD 유사 활성(Y4)로 하였으며, 모든 실험은 3반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다. 회귀분석에 의한 최적 조건의 예측은 statistical analysis system(SAS version 8.0, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) program을 이용하였다.
이론/모형
- SOD 유사 활성은 superoxide에 의해 산화되는 pyrogallol의 산화속도를 억제시키는 원리로 Marklund와 Marklund(25)의 방법에 준하여 실시하였다. 능이버섯 추출 분말 1 mg/mL 농도의 시료 0.
- 본 실험에서는 추출조건에 대하여 중심합성계획(central composite design)(11)을 사용하여 실험 설계하였고, 추출 조건의 최적화를 위하여 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)(21,22)을 사용하였다. 중심합성계획 에서 독립(조건)변수로 마이크로웨이브 에너지(30~150 W, X1), 에탄올 농도(0~100%, X2), 추출시간(1~9분, X3)를 -2, -1, 0, 1, 2의 5단계로 부호화하여 중심합성계획에 따라 16 구간으로 설정하여 추출하였다(Table 1).
- 총 폴리페놀 함량은 Folins-Denis(24) 방법에 의해 측정하였다. 능이버섯 추출 분말 1 mg/mL 농도의 시료 0.
- 추출물의 DPPH 라디칼 소거능은 Blois(23)의 방법에 준하여 전자공여효과로 나타나는 각 추출물에 대한 환원력을 측정하였다. 즉 능이버섯 추출 분말 1 mg/mL 농도의 시료 0.
성능/효과
- 4와 같이 나타났다. Fig. 4에서 보는 바와 같이 SOD 유사 활성의 변화는 마이크로웨이브 에너지가 높을수록, 에탄올 농도가 낮을수록 함량이 높은 것을 알 수 있었다. SOD 유사 활성의 회귀식의 결정계수 R2는 0.
- 5). 그 결과 Table 5에서 보는 바와 같이 마이크로웨이브 에너지 78~88 W, 에탄올 농도 39~ 57%, 추출시간 3.5~9분에서 능이버섯의 활성이 우수할 것으로 예측되는 범위로 나타났다. 실험 결과 능이버섯의 경우 에탄올 농도 조건에 따른 활성이 우수한 추출물을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 능이버섯은 요인 변수에 따라 수율은 마이크로웨이브 에너지의 영향을 가장 많이 받았고, 에탄올 농도에 따른 영 향도 있었다. 그 외 종속변수인 전자공여능과 SOD 유사 활 성은 에탄올 농도에 따른 영향을 받는 것으로 나타났다. 추 출물의 각 특성을 모두 만족시키는 최적의 추출조건의 범위 는 superimposing 하여 마이크로웨이브 에너지 78~88 W, 에탄올 농도 39~57%, 추출시간 3.
- 능이버섯 추출 물의 수율, 전자공여작용, 총 폴리페놀 함량, SOD 유사 활성 에 대한 반응표면의 회귀식 R2 값이 각각 0.97, 0.90, 0.80 및 0.87로, 수율, 전자공여작용 및 SOD 유사 활성이 각각 P<0.001, P<0.05 및 P<0.05 수준에서 유의성이 인정되었 다.
- 05 수준에서 유의성이 인정되었 다. 능이버섯은 요인 변수에 따라 수율은 마이크로웨이브 에너지의 영향을 가장 많이 받았고, 에탄올 농도에 따른 영 향도 있었다. 그 외 종속변수인 전자공여능과 SOD 유사 활 성은 에탄올 농도에 따른 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 05 수준에서 유의성이 인정되었다. 반응표면분석을 통해 예측된 정상점은 안장점의 형태로 마이크로웨이브 에너지 31.09 W, 에탄올 농도 45.76%, 추출시간 4.32분일 때 최대값이 22.14% 로 예측되었다(Table 3). Table 4에서 보는 바와 같이 전자 공여작용의 경우 에탄올 농도의 영향을 크게 받았고, 4차원 반응표면분석 결과 에탄올 농도와 추출시간이 증가함에 따라 전자공여능이 증가함을 알 수 있다(Fig.
- 5~9분에서 능이버섯의 활성이 우수할 것으로 예측되는 범위로 나타났다. 실험 결과 능이버섯의 경우 에탄올 농도 조건에 따른 활성이 우수한 추출물을 얻을 수 있을 것으로 판단된다.
- 80으로 유의적 차이는 나타내지 않았다. 예측된 정상점은 최대 점으로 마이크로웨이브 에너지 122.54 W, 에탄올 농도 48.05%, 추출시간 8.36분일 때 30.54%로 가장 높은 값으로 측정되었다(Table 3). 총 폴리페놀 함량의 경우 Table 4에서 보는 바와 같이 모든 조건에서 유의적 차이를 보이지 않았으나 마이크로웨이브 에너지와 에탄올 농도가 높을수록 페놀의 함량이 다소 높은 경향을 보였다(Fig.
- 54%로 가장 높은 값으로 측정되었다(Table 3). 총 폴리페놀 함량의 경우 Table 4에서 보는 바와 같이 모든 조건에서 유의적 차이를 보이지 않았으나 마이크로웨이브 에너지와 에탄올 농도가 높을수록 페놀의 함량이 다소 높은 경향을 보였다(Fig. 3). 이에 따라 낮은 에너지효율과 짧은 추출시간의 조건으로도 페놀 함량이 높은 능이버섯 추출물을 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
- 그 외 종속변수인 전자공여능과 SOD 유사 활 성은 에탄올 농도에 따른 영향을 받는 것으로 나타났다. 추 출물의 각 특성을 모두 만족시키는 최적의 추출조건의 범위 는 superimposing 하여 마이크로웨이브 에너지 78~88 W, 에탄올 농도 39~57%, 추출시간 3.5~9분으로 예측되었다
후속연구
- 3). 이에 따라 낮은 에너지효율과 짧은 추출시간의 조건으로도 페놀 함량이 높은 능이버섯 추출물을 얻을 수 있을 것으로 사료된다. 한편 노루궁뎅이버섯(28)의 경우 추출용매인 에탄올 농도가 낮아짐에 따라 반비례적으로 페놀의 함량은 증가하는 것으로 나타나 에탄올 농도가 높아질수록 총 페놀 함량이 비례적으로 증가하는 능이버섯과는 반대의 경향을 보였다.
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