생리활성이 우수한 발효홍삼농축액 특유의 쓴맛과 발효과정 중 생성된 신맛 등의 이미를 개선하기 위해 ${\beta}$-, ${\gamma}$-cyclodextrin(CD) 혼합시료를 이용하여 이미를 포접시켜 관능평가와 ginsenoside Rb1 및 총산도를 분석하고 최대 포접효율을 나타내는 ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료의 농도를 반응표면분석중심합성법으로 계획하여 기호성이 증진된 발효홍삼농축액을 제조하는 최적화 조건을 확인하였다. ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료를 이용한 쓴맛 포접 효과를 확인한 결과 예측된 정상점은 최저점으로 ${\beta}-CD$가 3.74%이고 ${\gamma}-CD$ 20.63%일 때 쓴맛이 2.07로 최소값을 나타내었다. Ginsenoside Rb1 포접 효과를 확인한 결과 예측된 정상점은 최대값으로 분석한 결과 ${\beta}-CD$가 3.47%이고 ${\gamma}-CD$가 19.89%일 때 ginsenoside Rb1이 96.75%로 최대값을 나타내었다. ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료를 이용한 신맛 포접 효과는 ${\beta}-CD$가 9.34%이고 ${\gamma}-CD$ 7.96%일 때 신맛이 5.63으로 최소값을 나타내었다. 젖산의 포접 효과는 ${\beta}-CD$가 16.00%이고 ${\gamma}-CD$ 13.18%일 때 젖산의 포접효율이 67.73%로 최대값을 나타내었다. 실험 결과를 중심으로 최적 조건을 중첩시켜 ${\beta}-CD$와 ${\gamma}-CD$의 함량을 달리하여 발효홍삼농축액의 이미를 줄이기 위해서는 신맛의 포접 정도는 6, 쓴맛 포접 정도는 4, 산의 포접 정도는 65%, ginsenoside 포접 정도는 95%로 하는 조건을 만족하는 영역으로 ${\beta}-CD$와 ${\gamma}-CD$의 첨가량은 ${\beta}-CD$가 10%이고 ${\gamma}-CD$가 13%임을 알 수 있었다.
생리활성이 우수한 발효홍삼농축액 특유의 쓴맛과 발효과정 중 생성된 신맛 등의 이미를 개선하기 위해 ${\beta}$-, ${\gamma}$-cyclodextrin(CD) 혼합시료를 이용하여 이미를 포접시켜 관능평가와 ginsenoside Rb1 및 총산도를 분석하고 최대 포접효율을 나타내는 ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료의 농도를 반응표면분석 중심합성법으로 계획하여 기호성이 증진된 발효홍삼농축액을 제조하는 최적화 조건을 확인하였다. ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료를 이용한 쓴맛 포접 효과를 확인한 결과 예측된 정상점은 최저점으로 ${\beta}-CD$가 3.74%이고 ${\gamma}-CD$ 20.63%일 때 쓴맛이 2.07로 최소값을 나타내었다. Ginsenoside Rb1 포접 효과를 확인한 결과 예측된 정상점은 최대값으로 분석한 결과 ${\beta}-CD$가 3.47%이고 ${\gamma}-CD$가 19.89%일 때 ginsenoside Rb1이 96.75%로 최대값을 나타내었다. ${\beta}$-, ${\gamma}-CD$ 혼합시료를 이용한 신맛 포접 효과는 ${\beta}-CD$가 9.34%이고 ${\gamma}-CD$ 7.96%일 때 신맛이 5.63으로 최소값을 나타내었다. 젖산의 포접 효과는 ${\beta}-CD$가 16.00%이고 ${\gamma}-CD$ 13.18%일 때 젖산의 포접효율이 67.73%로 최대값을 나타내었다. 실험 결과를 중심으로 최적 조건을 중첩시켜 ${\beta}-CD$와 ${\gamma}-CD$의 함량을 달리하여 발효홍삼농축액의 이미를 줄이기 위해서는 신맛의 포접 정도는 6, 쓴맛 포접 정도는 4, 산의 포접 정도는 65%, ginsenoside 포접 정도는 95%로 하는 조건을 만족하는 영역으로 ${\beta}-CD$와 ${\gamma}-CD$의 첨가량은 ${\beta}-CD$가 10%이고 ${\gamma}-CD$가 13%임을 알 수 있었다.
Fermented red ginseng concentrate is known as a healthy food source, whereas it has off-flavor such as bitterness and sour flavor based on fermentation. ${\beta}$- and ${\gamma}$-cyclodextrin (CD) were used to encapsulate the off-flavor of fermented red ginseng concentrate by u...
Fermented red ginseng concentrate is known as a healthy food source, whereas it has off-flavor such as bitterness and sour flavor based on fermentation. ${\beta}$- and ${\gamma}$-cyclodextrin (CD) were used to encapsulate the off-flavor of fermented red ginseng concentrate by using response surface methodology design on ${\beta}$- and ${\gamma}-CD$ combination. The reducing effects were analyzed by sensory evaluation for bitter and sour tastes, ginsenoside Rb1, and total acidity. The optimized mixing ratio of ${\beta}$- and ${\gamma}-CD$ for reducing bitterness was the least expected value of 2.07 at ${\beta}-CD$ 3.74% versus the soluble solid content of fermented red ginseng concentrate and the ${\gamma}-CD$ 20.63% mixture. The encapsulation effects of ginsenoside Rb1 were the most expected value of 96.75% at ${\beta}-CD$ 3.47% and ${\gamma}-CD$ 19.89% mixture. The encapsulation effects of sour taste were the least expected value of 5.63 at ${\beta}-CD$ 9.34% and ${\gamma}-CD$ 9.96% mixture. The encapsulation effects of lactic acid were the most expected value of 67.73% at ${\beta}-CD$ 16.0% and ${\gamma}-CD$ 13.18% mixture. Based on encapsulation and each optimized combination, the most effective entrapping ${\beta}$-and ${\gamma}-CD$ combination ratio was ${\beta}-CD$ 10% and ${\gamma}-CD$ 13%.
Fermented red ginseng concentrate is known as a healthy food source, whereas it has off-flavor such as bitterness and sour flavor based on fermentation. ${\beta}$- and ${\gamma}$-cyclodextrin (CD) were used to encapsulate the off-flavor of fermented red ginseng concentrate by using response surface methodology design on ${\beta}$- and ${\gamma}-CD$ combination. The reducing effects were analyzed by sensory evaluation for bitter and sour tastes, ginsenoside Rb1, and total acidity. The optimized mixing ratio of ${\beta}$- and ${\gamma}-CD$ for reducing bitterness was the least expected value of 2.07 at ${\beta}-CD$ 3.74% versus the soluble solid content of fermented red ginseng concentrate and the ${\gamma}-CD$ 20.63% mixture. The encapsulation effects of ginsenoside Rb1 were the most expected value of 96.75% at ${\beta}-CD$ 3.47% and ${\gamma}-CD$ 19.89% mixture. The encapsulation effects of sour taste were the least expected value of 5.63 at ${\beta}-CD$ 9.34% and ${\gamma}-CD$ 9.96% mixture. The encapsulation effects of lactic acid were the most expected value of 67.73% at ${\beta}-CD$ 16.0% and ${\gamma}-CD$ 13.18% mixture. Based on encapsulation and each optimized combination, the most effective entrapping ${\beta}$-and ${\gamma}-CD$ combination ratio was ${\beta}-CD$ 10% and ${\gamma}-CD$ 13%.
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문제 정의
본 실험에서 β-CD와 γ-CD의 함량을 달리하여 발효홍삼 농축액의 이미를 줄이기 위한 최적 조건을 찾고자 하였다.
본 연구에서는 발효홍삼을 제조하는 과정 중 쓴맛 및 신맛이 증가되어 소비자의 기호성을 떨어뜨리므로 이를 개선하기 위해 내부 공동 내에 소수성의 성질을 띠고 외부는 친수성을 띠는 CD에 쓴맛과 신맛 등 이미를 포접시켜 관능평가와 ginsenoside 및 총산도를 분석하며, 최대 포접효율을 나타내는 CD의 농도를 결정하고 기호성이 증진된 발효홍삼농축액을 제조하는 방법을 최적화하여 다음과 같은 결과를 얻었기에 보고하는 바이다.
제안 방법
묘사분석 본 실험은 15 cm 선 척도법을 이용하였으며 평가 시 점수가 높을수록 강도는 높은 것으로 하였다. 각각의 시료는 난수표를 이용하여 무작위의 시료번호를 적은 종이컵에 5 mL씩 담아 상온에서 제공하였으며, 이때 각 시료 사이에 반드시 물로 입을 헹구도록 하였다.
발효홍삼농축액을 β-CD와 γ-CD로 포접했을 때 ginsenoside의 포접 효과는 HPLC Agilent 1100 series(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)를 이용하였다.
발효홍삼농축액의 쓴맛 및 이미를 감소시키기 위해 βCD, γ-CD에 포접시켰을 때 관능특성의 평가는 정량묘사분석(quantitative descriptive analysis, QDATM)을 이용하였다(25).
발효홍삼농축액의 쓴맛과 신맛을 포접하기 위해 발효홍삼농축액의 고형분 함량이 35 w/v%가 되도록 희석하여 발효홍삼농축액 희석액에 β-CD와 γ-CD의 첨가 비율을 다양한 조건으로 하고, 발효홍삼농축액의 쓴맛 및 신맛 감소 효과 최적 조건을 얻기 위하여 반응표면분석(response surface methodology, RSM) design을 이용하였다.
0 mL/min으로 하였다. 이동상 용매의 조성은 시작을 water 100%로 하고, 0~5분까지는 water 80% : ACN 20%, 5~35분까지 water 80% : ACN 20%, 35~50분까지는 water 60% : ACN 40%, 50~60분까지는 water 80% : ACN 20%, 60~70분까지는 water 80% : ACN 20%로 설정하여 정량분석 실험을 수행하였다(27).
대상 데이터
Ginsenoside Rb1 표준품은 Wako사(Osaka, Japan) 제품을 사용하였고, 이동상 용매로 사용된 acetonitrile, water, methanol은 HPLC급(Burdick & Jackson, Ulsan, Korea) 용매를 사용하였다.
Ginsenoside의 분리는 C18 column(ZORBAX Eclipse Plus C18, Analytical 4.6×250 mm 5-Micron, Agilent Technologies)을 이용하였으며, 주입 volume은 20 μL, column 온도는 40°C, 검출기는 UV detector(203nm)를 사용하였다.
)을 이용하였다(25). 묘사분석에 참여한 관능요원은 경험이 있는 패널 요원 8명(남자 3, 여자 5)을 선발하여 용어 도출 및 정의, 표준시료의 결정, 그리고 표준시료를 이용하여 훈련하였다. 훈련은 세 session을 실시하였으며 각 session에 소요된 시간은 약 1시간 30분 정도이다.
쓴맛과 이미의 포접을 위해 β-CD(MW: 972) 및 γ-CD(MW: 1,297)(Wacker Fine Chemicals, Adrian, MI, USA)를 사용하였다. 발효홍삼농축액은 성신비에스티(주)(Sungshin ST Co., Ltd., Chungnam, Korea)에서 구입하여 사용하였다.
쓴맛과 이미의 포접을 위해 β-CD(MW: 972) 및 γ-CD(MW: 1,297)(Wacker Fine Chemicals, Adrian, MI, USA)를 사용하였다.
데이터처리
RSM 분석은 Minitab 프로그램(Minitab ver 14, Minitab Inc., State College, PA, USA) 중심합성법을 이용하여 최적화 조건을 도출하였고 도출된 조건에 따른 실험을 실시하여 얻어진 결과로 반응표면분석을 실시하였다.
이론/모형
발효홍삼농축액에 β-CD와 γ-CD를 혼합하여 쓴맛을 제거하기 위한 최적화 작업은 반응표면분석법으로 중심합성계획법(central composite design)에 따라 설계하였으며 회귀변수는 β-CD와 γ-CD의 혼합 농도로 설정하였다(Table 1).
성능/효과
β-CD와 γ-CD에 의한 쓴맛의 포접 효과에 대한 상관관계는 Table 6에 표시하였고, 분석 결과 β-CD(P<0.001)와 γ-CD(P<0.001) 둘 다 포접 효과가 있으며, γ-CD(F-ratio 102.58)가 β-CD(F-ratio 16.91)보다 쓴맛 포접에는 더 효과가 높은 것을 알 수 있었다.
Ginsenoside Rb1의 포접 효과에 대한 상관관계를 분석한 결과는 Table 6에 표시하였고, 분석 결과 β-CD(P<0.001)와 γ-CD(P<0.001) 둘 다 포접 효과가 있으며, β-CD(F-ratio 210.02)가 γ-CD(F-ratio 291.98)보다 좀 더 ginsenoside Rb1 포접 효과가 높은 것을 알 수 있었다.
결과적으로 γ-CD가 쓴맛과 홍삼 맛 등 비교적 분자량이 큰 성분을 포접한 것으로 판단되어 본 실험의 결과는 Tamamoto 등(30)과 Lee 등(31)의 γ-CD가 글루코스에 둘러싸인 내부 공극이 α-CD나 β-CD에 비해 커서 식물 추출물의 불특정한 크기의 성분을 포접하는 데 효율적일 수 있다는 보고와 유사함을 알 수 있었다.
따라서 발효홍삼농축액의 이미를 포접하는 β-CD와 γ-CD의 첨가량은 β-CD 10%이고 γ-CD 13%일 때 최적임을 알 수 있었다(Table 7).
16 g/mol(30)로 Rb1의 분자가 가장 크다고 보고한 바 있다(30). 따라서 본 연구에서도 분자량이 큰 Rb1의 포접효율이 높으면 다른 작은 분자들의 포접효율도 높을 것으로 판단하여 Rb1의 포접효율을 확인하였다. 결과적으로 γ-CD가 쓴맛과 홍삼 맛 등 비교적 분자량이 큰 성분을 포접한 것으로 판단되어 본 실험의 결과는 Tamamoto 등(30)과 Lee 등(31)의 γ-CD가 글루코스에 둘러싸인 내부 공극이 α-CD나 β-CD에 비해 커서 식물 추출물의 불특정한 크기의 성분을 포접하는 데 효율적일 수 있다는 보고와 유사함을 알 수 있었다.
관능특성 평가를 위해 도출된 용어 및 용어의 정의는 Table 2에 표시하였다. 묘사분석 본 실험은 15 cm 선 척도법을 이용하였으며 평가 시 점수가 높을수록 강도는 높은 것으로 하였다. 각각의 시료는 난수표를 이용하여 무작위의 시료번호를 적은 종이컵에 5 mL씩 담아 상온에서 제공하였으며, 이때 각 시료 사이에 반드시 물로 입을 헹구도록 하였다.
본 실험에 사용된 발효홍삼농축액의 고형분 함량은 60%였으며 ginsenoside Rb1 함량은 7.23 mg/g이었다. 발효홍삼농축액의 쓴맛과 신맛을 포접하기 위해 발효홍삼농축액의 고형분 함량이 35 w/v%가 되도록 희석하여 발효홍삼농축액 희석액에 β-CD와 γ-CD의 첨가 비율을 다양한 조건으로 하고, 발효홍삼농축액의 쓴맛 및 신맛 감소 효과 최적 조건을 얻기 위하여 반응표면분석(response surface methodology, RSM) design을 이용하였다.
63으로 최소값을 나타내었다. 본 실험의 결과에서 신맛은 반응표면분석에 상관성은 아주 높았으나, 신맛에 대한 기대되는 최소값이 비교적 높아 포접효율이 아주 높을 것으로 기대하기는 어려웠다.
신맛의 포접 정도는 4~8, 쓴맛 포접 정도는 2~6, 산의 포접 정도는 60~70%, ginsenoside 포접 정도는 90~100%로 하는 제한 조건을 만족하는 영역이 β-CD 5~15%, γ-CD 8~18%인 것으로 나타났다(Fig. 2).
신맛의 포접 효과에 대한 상관관계를 분석한 결과는 Table 6에 표시하였고, 분석 결과 β-CD(P<0.001)와 γ-CD(P<0.001) 둘 다 포접 효과가 있으며, β-CD(F-ratio 54.51)가 γ-CD(F-ratio 38.93)보다 좀 더 신맛 포접 효과가 높은 것을 알 수 있었다.
젖산의 포접 효과에 대한 상관관계를 분석한 결과는 Table 6에 표시하였으며, 분석 결과 β-CD는 젖산의 포접 효과가 거의 없음을 알 수 있었고, γ-CD는 P<0.05(F-ratio 4.43)에서 유의성을 나타내어 젖산은 γ-CD가 포접효율이 높은 것을 알 수 있었다.
후속연구
의 포접 효과가 유사한 경향을 나타낸 것과는 다른 결과를 나타내었다. 따라서 신맛과 유기산에 대한 cyclodextrin에 대한 효과는 좀 더 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
홍삼 ginsenoside의 대부분을 구성하는 ginsenoside는?
현재 가장 많이 사용되고 있는 인삼 가공품 중 홍삼은 4~6년근 수삼을 원료로 하여 장기간 보존을 목적으로 망상조직인 껍질을 벗기지 않은 상태에서 증기로 쪄서 건조시킨 담황갈색 또는 담적갈색의 인삼으로, 증기로 쪄서 건조시키는 동안 유효성분인 Rg3, Rg2, Rg5, Rh2, Rh4 등의 홍삼 특유성분이 생성된다고 알려져 있다(4). 현재까지 홍삼에서 발견된 ginsenoside의 종류는 약 30여 개이며, 홍삼 ginsenoside 중 가장 많은 배당체 형태는 ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, Rd와 같이 protopanaxadiol-type saponins와 ginsenosides Re와 Rg1과 같이 protopanaxatriol-type saponins을 포함한 dammarane skeleton을 가진 ginsenosides가 총 ginsenoside의 80%를 차지하고 있다(5). 이러한 ginsenosides들이 갖는 생리활성으로는 anti-inflammatory activity(6)와 antitumor activity(7,8)가 있다.
홍삼이란?
Meyer, Araliaceae)은 오래전부터 사용되고 있는 대표적인 약용식물이며(1), 현재 과학에 의해 인삼의 약리효능이 입증됨에 따라 의약품뿐만 아니라 건강식품, 화장품 등으로 그 사용도가 넓어지고 있다(2,3). 현재 가장 많이 사용되고 있는 인삼 가공품 중 홍삼은 4~6년근 수삼을 원료로 하여 장기간 보존을 목적으로 망상조직인 껍질을 벗기지 않은 상태에서 증기로 쪄서 건조시킨 담황갈색 또는 담적갈색의 인삼으로, 증기로 쪄서 건조시키는 동안 유효성분인 Rg3, Rg2, Rg5, Rh2, Rh4 등의 홍삼 특유성분이 생성된다고 알려져 있다(4). 현재까지 홍삼에서 발견된 ginsenoside의 종류는 약 30여 개이며, 홍삼 ginsenoside 중 가장 많은 배당체 형태는 ginsenosides Rb1, Rb2, Rc, Rd와 같이 protopanaxadiol-type saponins와 ginsenosides Re와 Rg1과 같이 protopanaxatriol-type saponins을 포함한 dammarane skeleton을 가진 ginsenosides가 총 ginsenoside의 80%를 차지하고 있다(5).
사이클로 덱스트린의 성질과 그에 따른 기능은?
사이클로 덱스트린(cyclodextrin, CD)은 글루코오스가 α1,4 결합으로 연결된 고리형 구조로 글루코오스 잔기의 개수에 따라 6개(α-), 7개(β-), 8개(γ-)로 구분된다(22). CD는 구조적으로 절단된 고깔 모양으로 두 번째 -OH기의 2, 3번째 탄소에 결합된 수산화기(-OH)가 수소결합을 함으로써 내부 공동 내에 소수성의 성질을 띠고, 반대로 극성이 높은 수산화기에 의해 외부는 친수성의 성질을 갖는다(23). 이런 성질로 인해 CD는 소수성 물질과 포접화합물을 형성하여 소수성 물질의 용해도를 증가시키고 불안정한 물질의 안정성을 높을 수 있으며, 포접물질의 생체이용율을 높일 수 있는 매체로 알려져 있다(24). 또한 맛과 향을 나타내는 유기분자의 일부분 내지 전체를 공동 내에 포접함으로써 고미나 이취를 제거하는 데 사용할 수 있다. 특히 γ-CD는 상온에서 용해도(30.
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