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문제 정의
- 본 연구는 국내산 단삼을 활용하여 amylase계, cellulase 계, pectinase계 및 protease계 효소제를 이용한 저온 추출법에 따른 단삼 추출물의 이화학적 품질 변화를 조사하였다. 단삼 추출물의 수율, pH, 당도 및 색도 변화는 amylase계효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리구에서 58.
- 본 연구는 중국 수입에 의존하였던 단삼의 국내 재배에 성공으로 유효성분 극대화를 위하여 이화학적 특성을 조사하였으며, 저온 추출에 따른 추출물의 이화학적 특성을 비교 조사하여 산업적으로 활용 가능한 최적 추출조건을 설정하고자 하였다.
제안 방법
- ABTs radical 소거능은 Re 등의 방법(30)을 일부 수정하여 실험하였다. ABTs 7 mM과 potassium persulfate 2.
- DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, sigma) 라디칼 소거 활성은 Blois방법(29)을 변형하여 측정하였다. DPPH 0.
- 단삼의 추출조건은 다음과 같다. 국내산 단삼 200 g을 칭량하고 3차 증류수 2 L와 혼합하여 100℃에서 30분간 추출한 후 방냉하여 각각의 효소제를 첨가하여 진탕 항온기 (HB-205SW, Hanback Sci., Co., Incheon, Korea)를 이용하여 45 및 60℃에서 4시간 추출하여 여과지(Whatman No. 41)로 여과한 추출액을 이용하였다.
- , Incheon, Korea)시켜 그 무게를 측정하여 사용된 원료 양의 백분율로 추출수율을 나타내었다(28). 단삼 추출액의 pH는 pH meter(Metrohm 691, Metrohm UK Ltd., Herisau, Switzerland)를 이용하여 측정하였다. 당도는 digital refractometer(PR-101, Atago Co.
- 단삼의 유효 성분인 salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone Ⅰ 및 tanshinone ⅡA는 HPLC(1260 Infinity Quaternary LC System, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany)를 이용하여 분석하였으며, 분석 조건은 Table 2와 같다. 함량 측정은 표품 salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinoneⅠ 및 tanshinone ⅡA을 이용하여 작성한 검량선의 희귀식에서 구하였다.
- 0이 되도록 희석하여 사용하였다. 시료 0.5 mL에 DPPH용액 5 mL을 혼합하여 정확히 3분 동안 반응시킨 후 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu Co.)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하여 아래의 식으로 부터 DPPH radical 소거활성을 계산하였다.
- 시료 추출물 2 mL에 50% phenol reagent (Folin-Ciocalteu’s reagent) 2 mL을 첨가하여 3분간 방치후 10% Na2CO3용액을 2 mL을 가한 다음 실온에서 30분간 정치 발색시키고 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu Co.)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 증류수에 희석한 시료 추출물 50µL를 시험관에 가한 다음 희석된ABTS˙+ 용액 3 mL를 첨가하였다. 실온에서 6분간 반응시켜 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu Co.)를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다.
- 2)로 전체 부피를 10 mL로 적용하였다. 이 용액을 37℃에서 1시간 동안 반응시킨 후각 반응액 1 mL에 2% acetic acid solution 5mL 과 Griess 시약(30% acetic acid 로 조제한 1% sulfanilic acid 와 1% naphtylamine 의 1:1 혼합액) 0.4 mL을 가하여 실온에서 15분간 반응시킨 후 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu Co.)를 이용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하여 nitrite 소거활성을 측정하였다(31). 대조구는 증류수를 사용하였다.
- 단삼의 유효 성분인 salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone Ⅰ 및 tanshinone ⅡA는 HPLC(1260 Infinity Quaternary LC System, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany)를 이용하여 분석하였으며, 분석 조건은 Table 2와 같다. 함량 측정은 표품 salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinoneⅠ 및 tanshinone ⅡA을 이용하여 작성한 검량선의 희귀식에서 구하였다.
대상 데이터
- , Herisau, Switzerland)를 이용하여 측정하였다. 당도는 digital refractometer(PR-101, Atago Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 1% 이상으로 명시되어 있다(3). 본 실험에 사용한 단삼은 대한약전의 규격에 적합한 단삼을 활용하였으며, 본 저온 효소추출시 75%메탄올 용매로 추출시 단삼의 지표성분 함량대비 salvianolic acid B의 추출수율은 56~77%, tanshinone ⅡA의 추출수율은 58~71%의 범위로 나타났다. 효소중에서는 amylase계 효소를 이용시 지표성분의 추출수율이 높고, 안정적 추출이 가능한 것으로 확인하였다.
- 9%이다. 본 실험에 이용된 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH), salvianolic acid B, cryptotanshinone, tanshinone Ⅰ 및 tanshinone ⅡA, acetonitrile은 Sigma(St. Louis, Mo, USA)로부터 구입하여 사용하였다.
- 본 실험에 이용된 단삼은 2014년 경북 봉화군에서 재배· 건조한 1년생을 영양단삼으로부터 구입하여 재료로 사용하였다.
데이터처리
- Means with different superscripts are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- Means with different superscripts in the same row are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.
- 본 연구의 모든 실험은 3회 반복하여 측정한 평균과 표준편차로 나타내었으며, 각 실험결과에 대한 통계분석은 PASW Statistics(18.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하였다. 실험군 간의 유의적 차는 일원배치 분산분석법(One-way Analysis of Variance)을 시행하였고, Duncan’s multiple range test로 각 실험군의 평균치 간의 유의적 차이를 검증하였다(p<0.
- 실험군 간의 유의적 차는 일원배치 분산분석법(One-way Analysis of Variance)을 시행하였고, Duncan’s multiple range test로 각 실험군의 평균치 간의 유의적 차이를 검증하였다(p<0.05).
이론/모형
- 총 페놀성 화합물 함량은 Folins-Denis법(29)을 이용하여 비색 정량하였다. 시료 추출물 2 mL에 50% phenol reagent (Folin-Ciocalteu’s reagent) 2 mL을 첨가하여 3분간 방치후 10% Na2CO3용액을 2 mL을 가한 다음 실온에서 30분간 정치 발색시키고 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimadzu Co.
성능/효과
- 60℃에서 4시간 처리구에서는 salvianolic acid B함량은 amylase계 효소 처리구에서 2,397.6 mg%으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, pectinase계 효소 처리구에서 낮은 함량을 나타내었다.
- 37%의 활성을 나타냈다. 45℃ 4시간 처리구에서 amylase계 효소를 사용한 구에서 62.09%의 활성으로 다른 효소제를 이용한 구간보다 높은 NO radical 소거 활성을 나타내었다.
- 45℃, 효소 무처리구는 2.67°Brix 로 가장 낮으며, 효소제를 사용한 추출물의 당도는 추출수율의 증가와 함께 높은 온도에서 처리한 구간에서 증가하는 경향으로 나타났으며, amylase계 효소를 사용하여 60℃, 4시간 처리구에서 5.97°Brix로 가장 높게 나타났다.
- 4에 나타내었으며 추출온도에 따른 차이를 보이고 있다. Amylase계 효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리구에서 71.78%의 높은 활성을 나타냈으며, 그 다음이 protease 계 효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리구에서 67.37%의 활성을 나타냈다. 45℃ 4시간 처리구에서 amylase계 효소를 사용한 구에서 62.
- 6 mg%으로 가장 높은 함량을 나타내었으며, pectinase계 효소 처리구에서 낮은 함량을 나타내었다. Cryptotanshinone 함량은 45℃에서 4시간 효소 무처리구에서 2.3 mg%로 가장 낮게 나타났으며, 60℃, 4시간 amylase계 및 protease계 효소 처리구에서 3.8 mg%으로 가장 높게 나타났다. Tanshinon Ⅰ함량은 60℃, 4시간 protease계 효소 처리구에서 14.
- 2에 나타냈으며, 효소제 종류에 따른 차이를 나타내며 효소 활성 온도가 높을수록 비교적 높은 활성 경향을 나타내었다. 단삼 추출물의 55 ppm에서는 70% 이상의 소거능을 나타내어 비교적 높은 항산화능을 보이며, amylase계 효소를 60℃ 4시간 처리구의 13.75 ppm에서 35.99%, 27.50 ppm 농도에서 54.03%, 41.25 ppm에서 68.94% 및 55.00 ppm에서는 84.25%로 농도 의존적으로 DPPH radical 소거능이 높아지는 경향을 보였으며, 60℃ 4시간 처리구의 27.50 ppm 농도에서 50.0%이상의 소거능을 나타내었다. 페놀성 화합물 함량에 대한 많은 연구들이 DPPH radical에 대한 긍정적 상호관계를 보고(38)한 바와 비슷한 경향을 나타내고 있다.
- 총 페놀성 화합물 함량은 60℃ 효소 처리구간들에서 비교적 높은 함량을 나타내었다. 단삼 추출물의 salvianolic acid B 함량은 60℃에서 4시간, amylase계 효소구에서 3,002 mg%로 가장 높은 함량을 나타내었으며, cryptotanshinone 함량은 60℃ 4시간 amylase 및 protease계 효소 처리구에서 3.8 mg%으로 가장 높게 나타났으며, tanshinon Ⅰ함량은 60℃ 4시간 protease계 효소구에서 14.2 mg%으로 가장 높게 나타났다. 이상의 결과로 amylase계 효소를 이용하여 단삼의 저온 효소 추출시 단삼 추출물의 지표성분의 안정적 추출이 가능한 바, 기능성 소재로서 대량생산을 통한 산업적 이용이 가능할 것으로 판단되며, 효소제를 이용한 저온 효소추출법은 천연물의 다양한 원료에 접목시킬 수 있을 것으로 생각된다.
- 단삼 추출물의 수율, pH, 당도 및 색도 변화는 amylase계효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리구에서 58.3%, pH 6.04, 5.97°Brix와 65.06(L) 및 35.13(b)로 가장 높게 나타났으며, a값은 protease계 효소를 이용하여 60℃에서 처리구에서 14.88로 붉은색을 나타내었다.
- 효소제 종류 및 효소 처리 온도에 따라 차이를 나타내었다. 단삼추출물의 추출수율은 45℃에서, 효소 무처리구 35.4%로 가장 낮았으며, 60℃, amylase계 효소를 처리한 구에서 58.3%로 가장높게 나타났으며, 처리온도가 높을수록 추출수율이 많아지는 경향을 나타내었다. Lee 등(32)의 효소제를 이용한 감태 추출물에 관한 연구에서는 비교적 추출수율이 높은 효소추출물에서 우수한 항산화 활성이 나타났다고 보고된 바 있다.
- 총 페놀성 화합물 함량은 60℃ 효소 처리구간들에서 비교적 높은 함량을 나타내었다. 단삼 추출물의 salvianolic acid B 함량은 60℃에서 4시간, amylase계 효소구에서 3,002 mg%로 가장 높은 함량을 나타내었으며, cryptotanshinone 함량은 60℃ 4시간 amylase 및 protease계 효소 처리구에서 3.
- 1에 나타내었다. 효소 처리 유무 및 효소 활성 온도에 따라 차이를 나타내고 있으며, 탄수화물의 함량이 비교적 높은 단삼은 amylase계 효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리 구에서 28.09 mg/g로 가장 높은 총 페놀성 화합물 함량을 나타내었다. Yang 등(37)은 고온 고압 처리한 수삼의 경우에는 처리온도가 높아지고, 처리시간이 길어질수록 총 페놀성 화합물의 함량이 증가된다는 보고와는 비슷한 결과를 나타내었다.
- DPPH의 환원력은 항산화 활성과 연관성이 높아 다양한 천연소재로부터 항산화 물질을 검색하는데 이용되고 있다(39). 효소 처리를 하지 않고 고온에서 열수 추출한 단삼 추출물의 DPPH 소거능을 연구한 Yeo(15)의 결과에서 단삼 추출물의 25 및 125 ppm농도에서 37.84 및 50.23%를 나타냈다는 결과보다 효소를 이용한 저온 추출법을 이용한 본 실험에서 높은 활성을 나타낸 것은 성분함량이 우수한 국내산 단삼을 이용하여 저온에서 효소 처리를 한 것이 유효성분의 안정성에 더 효과적인 것으로 판단된다.
- 효소 처리를 한 단삼 추출물의 갈색도 변화는 45℃에서 효소 무처리구가 1.81로 가장 낮게 나타났으며, 60℃ 추출 amylase계 효소 4시간 처리구에서 2.48로 가장 높았으며, cellulase계 효소를 이용하여 45℃에서 4시간 처리구에서 2.36으로 비교적 높은 흡광도를 나타내었다. 식품 성분 중질소화합물은 열처리 과정에서 갈변 반응을 일으켜 갈색색소 및 행가 성분을 생성하며, 이 과정에서 생성된 amino-carbonyl 반응 생성물은 항산화 능력을 지니는 것으로 알려져 있다(33).
- 5와 같으며, 저온 효소처리 단삼 추출물의 유효성분 함량의 변화를 조사한 결과는 Table 5에나타내었다. 효소 처리에 따른 유효성분의 변화는 추출 온도 및 효소제 종류에 따라 변화를 나타내고 있으며 4종의 유효성분 중 salvianolic acid B와 cryptotanshinone 및 tanshinone Ⅰ는 검출되었으나 tanshinone ⅡA는 미량이 검출되었다. Salvianolic acid B함량이 45℃ 효소 무처리구 1,650.
- 3에 나타내었다. 효소 활성 온도가 높을수록 비교적 높은 활성을 나타내었으며, 60℃에서 4시간 amylase계 효소 처리구의 13.75, 27.50, 41.25 및 55 ppm에서 23.26, 41.06, 63.00 및 84.11%로 농도 의존적으로 가장 높은 활성을 나타내었다. Kim 등(38)은 천연 한약재를 이용하여 열수 및 메탄올 추출물의 총 페놀성 화합물 함량 변화를 연구한 결과 페놀성 화합물은 항산화 작용을 가진 대표적인 물질이며, 항산화성의 정도는 식물의 종류 및 이들에 함유되어 있는 항산화 유효성분의 종류와 추출방법에 따라 현저히 차이가 있음을 보고한 바 있다.
- Lee 등(32)의 효소제를 이용한 감태 추출물에 관한 연구에서는 비교적 추출수율이 높은 효소추출물에서 우수한 항산화 활성이 나타났다고 보고된 바 있다. 효소제 종류에 따른 단삼 추출물의 pH 변화를 조사한 결과는 45℃에서 효소 무처리구는 pH 5.87이었으나, amylase계 효소를 사용하여 60℃에서 4시간 처리구는 pH 6.04로 가장 높게 나타내었다.
- 88로 붉은색을 나타내었다. 효소제를 이용한 단삼 추출물의 항산화능은 추출농도 55 ppm에서 DPPH 및 ABTs 소거능 84.25 및 74.11%로 amylase계 효소를 이용하여 60℃, 4시간 처리구에서 가장 높은 소거능을 나타내었다.
- 본 실험에 사용한 단삼은 대한약전의 규격에 적합한 단삼을 활용하였으며, 본 저온 효소추출시 75%메탄올 용매로 추출시 단삼의 지표성분 함량대비 salvianolic acid B의 추출수율은 56~77%, tanshinone ⅡA의 추출수율은 58~71%의 범위로 나타났다. 효소중에서는 amylase계 효소를 이용시 지표성분의 추출수율이 높고, 안정적 추출이 가능한 것으로 확인하였다.
후속연구
- 2 mg%으로 가장 높게 나타났다. 이상의 결과로 amylase계 효소를 이용하여 단삼의 저온 효소 추출시 단삼 추출물의 지표성분의 안정적 추출이 가능한 바, 기능성 소재로서 대량생산을 통한 산업적 이용이 가능할 것으로 판단되며, 효소제를 이용한 저온 효소추출법은 천연물의 다양한 원료에 접목시킬 수 있을 것으로 생각된다.
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