[논문]건조 구기자의 추출에 따른 항산화 효능 모니터링

이기동

doi:10.11002/kjfp.2016.23.6.859

초록
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본 연구는 건조 구기자의 항산화 성분 추출을 최적화하기 위한 추출 조건변수는 에탄올 농도($X_1$, 0~80%) 및 추출 시간($X_2$, 1~5 hr)이며, 종속변수로는 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 $Fe^{2+}$ chelating activity로 반응표면분석을 실시하였다. 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 $Fe^{2+}$ chelating activity에 대한 회귀식의 $R^2$은 각각 0.8903, 0.8667, 0.8486, 0.9214로 5~10%의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 건조 구기자 갈색도가 가장 높은 추출 조건은 에탄올 농도 78.10%에서 2.38 hr 추출한 것(0.75, 흡광도)으로 나타났다. 총 페놀성 화합물이 가장 높은 추출 조건은 에탄올 농도 30.17%에서 4.94 hr 추출한 것($2,355{\mu}g$)으로 나타났다. ABTS 라디칼 소거능이 가장 높은 추출 조건은 에탄올 농도 16.21%에서 4.61 hr 추출한 것(13.83%)으로 나타났다. 그리고 $Fe^{2+}$ chelating activity가 가장 높은 추출 조건은 에탄올 농도 0.76%에서 3.39 hr 추출한 것(58.54%)으로 나타났다. 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 $Fe^{2+}$ chelating activity에 대한 등고선도를 겹쳐 그려 얻은 최적 조건 (에탄올 농도 15% 및 추출 시간 5 hr)으로 추출된 추출물의 총 페놀성 화합물은 $2,397{\mu}g$이었으며, ABTS 라디칼 소거능은 15.62%, 그리고 $Fe^{2+}$ chelating activity는 54.78%로서 증류수로 1시간 추출한 대조구(총 페놀성 화합물 $1,293{\mu}g$, ABTS 라디칼 소거능 4.77% 및 $Fe^{2+}$ chelating activity 43.82%)에 비해 항산화 성분이 많이 추출되어 우수한 항산화 효과를 나타내었다.

Abstract ▼ AI-Helper

Thise study aimed to determine the optimum antioxidant extraction conditions of dried Gugija (Lycium chinensis Mill). To determine the operational parameters, including ethanol concentration ($X_1$, 0~80%) and extraction time ($X_2$, 1~5 hr), a response surface methodology was ...

Thise study aimed to determine the optimum antioxidant extraction conditions of dried Gugija (Lycium chinensis Mill). To determine the operational parameters, including ethanol concentration ($X_1$, 0~80%) and extraction time ($X_2$, 1~5 hr), a response surface methodology was applied to monitor brown color intensity, total phenolic compounds, ABTS radical scavenging activity, and $Fe^{2+}$ chelating activity. Coefficients of determinations ($R^2$) of the models were 0.8486~0.9214 (p<0.05~0.1) in dependent parameters. Brown color intensity of Gugija extracts reached a maximum of 0.75 (OD in 420 nm) under extraction conditions of 2.88 hr in 78.10% ethanol. Total phenolic compounds reached a maximum of $2,355{\mu}g$ under extraction conditions of 4.94 hr in 30.17% ethanol. ABTS radical scavenging activity was 13.83% at 4.61 hr and 16.21% ethanol. $Fe^{2+}$ chelating activity showed a maximum of 58.54% under extraction conditions of 3.39 hr in 0.76% ethanol. Optimum extraction conditions (5 hr extraction in 15% ethanol) were obtained by superimposing the contour maps with regards to total phenolic compounds, ABTS radical scavenging activity, and $Fe^{2+}$ chelating activity of dried Gugija. Maximum values of total phenolic compounds, ABTS radical scavenging activity, and $Fe^{2+}$ chelating activity under optimum extraction condition were $2,397{\mu}g$, 15.62% and 54.78%, respectively.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구에서는 건조 구기자의 항산화 성분과 항산화 효과를 연구하고자 구기자의 추출조건을 최적화 하고 그 특성을 모니터링 하였다.

제안 방법

중심합성실험계획에 따라 추출용매로서 에탄올의 농도(0, 20, 40, 60, 80%) 및 추출 시간(1, 2, 3, 4, 5 hr)은 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화 하였으며, 실험계획은 Table 1에 나타내었다. 종속변수로는 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 Fe²⁺ chelating activity로 하였다.
중심합성실험계획에 따라 추출용매로서 에탄올의 농도(0, 20, 40, 60, 80%) 및 추출 시간(1, 2, 3, 4, 5 hr)은 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화 하였으며, 실험계획은 Table 1에 나타내었다. 종속변수로는 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 Fe²⁺ chelating activity로 하였다.
항산화 효과가 우수한 항산화 성분의 최적 추출조건을 얻고자 갈색도, 총 페놀성 화합물, ABTS 라디칼 소거능 및 Fe²⁺ chelating activity에 대한 등고선도를 겹쳐 그려 최적 조건을 설정하였다.(Fig. 5).

대상 데이터

본 실험에 사용된 구기자(Lycium chinensis Mill)는 충남 청양군 청양구기자농협에서에서 건조 구기자를 구입하여 시료로 사용하였다. 구기자의 전처리는 건조구기자를 분쇄기(삼성제약기계, Seoul, Korea)로 마쇄하여 20~40 mesh 분말을 추출시료로 사용하였다.

데이터처리

건조 구기자의 추출조건에 따른 항산화 성분과 ABTS 라디칼 소거능 등 항산화성의 변화를 모니터링하고자 실험계획은 중심합성계획법(10)에 의하여 설계하였고, 반응표면 회귀분석을 위해서는 SAS program(Statistical Analysis System, ver. 8.01, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 사용하였다.

성능/효과

82%)에 비해 증가된 항산화 성분 및 항산화 효과를 나타내었다. 이상의 연구 결과를 종합해 볼 때 항산화 효과가 우수한 총 페놀성 화합물, 금속 킬레이트 등 항산화 성분을 충분하게 추출하기 위해서는 에탄올 10~20%에서 4~5시간 추출하는 것이 적당한 것으로 여겨진다.
임의의 최적 추출조건에서 추출된 추출물의 총 페놀성 화합물이 2,397 μg, ABTS 라디칼 소거능이 15.62% 그리고 Fe²⁺ chelating activity가 54.78%로서 증류수로 1시간 추출한 대조구(총 페놀성 화합물이 1,293 μg, ABTS 라디칼 소거능이 4.77% 그리고 Fe²⁺ chelating activity 43.82%)에 비해 증가된 항산화 성분 및 항산화 효과를 나타내었다. 이상의 연구 결과를 종합해 볼 때 항산화 효과가 우수한 총 페놀성 화합물, 금속 킬레이트 등 항산화 성분을 충분하게 추출하기 위해서는 에탄올 10~20%에서 4~5시간 추출하는 것이 적당한 것으로 여겨진다.
항산화 성분인 총 페놀성 화합물이 많이 추출되는 조건은 에탄올 농도가 상대적으로 낮은 10~20%에서 4~5 hr 추출하는 것으로 설정되었으며, 항산화 성분인 페놀성 화합물이 높게 추출되고 ABTS 라디칼 소거능 및 Fe²⁺ chelating activity가 높은 조건으로 등고선도가 겹쳐지는 부분을 최적 조건으로 설정하여 임의의 최적 조건(에탄올 농도 15% 및 추출 시간 5 hr)으로 항산화성이 높은 구기자 추출물을 얻었다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	구기자는 무엇인가?	구기자(Lycii fructus)는 전통적으로 한약재로 많이 이용 되어 왔으나 구기자차로도 널리 이용되어 온 건강식품 소재이다. 최근 들어 구기자를 이용한 다양한 가공식품이 등장하면서 구기자 관련 식품이 소비자들의 관심을 크게 끌고 있다.
	항산화성 측정으로서 널리 사용되고 있는 방법에는 어떤 것이 있는가?	항산화성 측정으로서 널리 사용되고 있는 방법으로 DPPH 라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능, SOD 활성 등을 들 수 있는데, 이 중에서 ABTS 라디칼 소거능은 DPPH 라디칼 소거능과 같이 수소를 공여하는 항산화 물질의 항산화 효과를 측정하는데 효과적으로 사용되고 있으며, 또한 DPPH 라디칼 소거능과는 달리 chain breaking 항산화물질의 항산화 효능을 동시에 측정할 수 있는 특징을 가지고 있으므로 다양한 항산화 물질의 항산화 효능을 측정하기 적합한 것으로 알려져 있다(9).
	구기자 열매이외에 잎에서는 어떤 화합물이 들어 있는가?	구기자 열매의 주요 성분으로는 betaine, rutin, kukoamine, ρ-coumaric acid, cerebroside, carotenoid, β-sitosterol, zeaxanthin, physalien, cholin 등(2,3)이 있으며, 미량의 특수 성분으로는 stigmasterol, campesterol, cholesterol, cycloeucalenol, obtusifoliol, gramisterol, citrostadienol, cycloartanol, taurine, γ-aminobutric acid 등(3) 다양한 성분이 발견되어 각종 phytochemicals가 풍부하게 함유되어 있는 것으로 알려져 있다. 그리고 구기자의 잎에도 페놀성 화합물이 많이 들어 있는데, quercetin-rhamno-di-hexoside, quercetin-3-O-rutinoside, dicaffeoylquinic acid isomers, chlorogenic acid, quercetindi-(rhamnohexoside), kaempferol-3-O-rutinoside, isorhamnetin3-O-rutinoside, ρ-coumaric acid, caffeic acid, vanillic acid 등이 존재하는 것으로 밝혀져 있다(3).

참고문헌 (14)

Kim TJ (1996) Resource Plants in Korea III. Publishing Department of Seoul University, Korea, p 318-319
Park YJ, Kim MH, Bae SJ (2002) Enhancement of anticarcinogenic effect by combination of Lycii fructus with vitamin C. J Korean Soc Food Sci Nutr, 31, 143-148

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Amagase H, Farmsworth NR (2011) A review of botanical characteristics, phytochemistry clinical relevance in efficacy and safety of Lycium barbarum fruit (Goji). Food Res Intl, 44, 1702-1717

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Cho YJ, Chun SS, Cha WS, Park JH, Lee KH, Kim JH, Kwon HJ, Yoon SJ (2005) Antioxidative and antihypertensive effects of Lycii fructus extracts. J Korean Soc Food Sci Nutr, 34, 1308-1313

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Park BH, Cho HS, Kim DH (2005) Antioxidative effects of solvent extracts of Lycii fructus Powder (LFP) and Maejakgwa made with LFP. J Korean Soc Food Sci Nutr, 34, 1314-1319

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Kang MH, Choi CS, Chung HK (2003) Physical properties and antioxidant activities of Lycii fructus beer. Korean J Food Culture, 18, 569-574
Chung HK, Choi CS, Yang EJ, Kang MH (2004) The effect of Lycii fructus beer intake on serum lipid profiles and antioxidant activity in rats. Korean J Food Culture, 19, 52-60
Choi YM, Kim MH, Shin JJ, Park JM, Lee JS (2003) The antioxidant activities of the some commercial teas. J Korean Soc Food Sci Nutr, 32, 723-727

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Myers RH (1971) Response Surface Methodology. Allyn and Bacon Inc., Boston, USA. p 127-134
Dewanto V, Wu X, Adom KK, Liu RH (2002) Thermal processing enhances the nutritional values of tomatoes by increasing total antioxidant activity. J Agric Food Chem, 50, 3010-3014

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Re R, Pellegrini N, Proteggente A, Pannala A, Yang M, Rice-Evans C (1999) Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med, 26, 1231-1237

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Hus B, Coupar IM, Ng K (2006) Antioxidant activity of hot water extract from the fruit of the Doum palm, Hyphaene thebaica. Food Chem, 98, 317-328

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Oh SL, Kim SS, Min BY, Chung DH (1990) Composition of free sugars, free amino acids, non-volatile organic acids and tannins in the extracts of L. chinensis M., A. acutiloba K., S. chinensis B. and A. sessiliflorum S. Korean J Food Sci Technol, 22, 76-81

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