본 연구에서는 미강의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재개발을 목적으로 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 추출 방법을 개발하기 위하여 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계 유체 추출법을 이용하여 제조한 미강 생리활성물질 농축물의 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성은 ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력, 지질과산화 억제능을 이용하여 측정하였다. ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력 모두 unsaponifiable matter(USM)가 각각 671.7 mg TEAC/g, 330.7 mg TEAC/g 및 $A_{700}=1.14$로 가장 높은 활성을 나타내었다. 지질과산화 억제능은 USM 및 supercritical fluid extract(SFE)가 각각 68.7% 및 75.4%로 methanol extract(ME)의 47.8%보다 우수한 활성을 나타내었다. 따라서 검화 추출법으로 제조한 USM은 SFE 및 ME보다 상대적으로 우수한 항산화 활성을 가지며 미강을 기능성 소재로 개발하기 위한 추출 방법으로 활용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 미강 생리활성물질 농축물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
본 연구에서는 미강의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재개발을 목적으로 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 추출 방법을 개발하기 위하여 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계 유체 추출법을 이용하여 제조한 미강 생리활성물질 농축물의 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성은 ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력, 지질과산화 억제능을 이용하여 측정하였다. ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력 모두 unsaponifiable matter(USM)가 각각 671.7 mg TEAC/g, 330.7 mg TEAC/g 및 $A_{700}=1.14$로 가장 높은 활성을 나타내었다. 지질과산화 억제능은 USM 및 supercritical fluid extract(SFE)가 각각 68.7% 및 75.4%로 methanol extract(ME)의 47.8%보다 우수한 활성을 나타내었다. 따라서 검화 추출법으로 제조한 USM은 SFE 및 ME보다 상대적으로 우수한 항산화 활성을 가지며 미강을 기능성 소재로 개발하기 위한 추출 방법으로 활용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 미강 생리활성물질 농축물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
The objective of this study was to determine the antioxidant activities of rice bran extracts by three different extraction methods. Rice bran was extracted by solvent extraction, saponification extraction, and supercritical fluid extraction. The antioxidant activities of the rice bran extracts were...
The objective of this study was to determine the antioxidant activities of rice bran extracts by three different extraction methods. Rice bran was extracted by solvent extraction, saponification extraction, and supercritical fluid extraction. The antioxidant activities of the rice bran extracts were determined based on ABTS and DPPH radical scavenging activities, reducing power, and lipid peroxidation inhibitory activity. The unsaponifiable matter (USM) extracted by the saponification method showed higher ABTS (671.7 mg Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC)/g) and DPPH (330.7 mg TEAC/g) radical scavenging activities as well as reducing power ($A_{700}=1.14$) than those of the solvent extract (ME) and supercritical fluid extract (SFE). Inhibitory effect on lipid peroxidation was higher in USM (68.7%) and SFE (75.4%) compared to ME (47.8%). USM indicated relatively higher antioxidant activities compared with those of SFE and ME. These results show that the saponification method for extraction of USM from rice bran extracted was the most effective method for enhancement of antioxidant activity. In addition, these extracts from rice bran could be used as functional ingredients in the food industry.
The objective of this study was to determine the antioxidant activities of rice bran extracts by three different extraction methods. Rice bran was extracted by solvent extraction, saponification extraction, and supercritical fluid extraction. The antioxidant activities of the rice bran extracts were determined based on ABTS and DPPH radical scavenging activities, reducing power, and lipid peroxidation inhibitory activity. The unsaponifiable matter (USM) extracted by the saponification method showed higher ABTS (671.7 mg Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC)/g) and DPPH (330.7 mg TEAC/g) radical scavenging activities as well as reducing power ($A_{700}=1.14$) than those of the solvent extract (ME) and supercritical fluid extract (SFE). Inhibitory effect on lipid peroxidation was higher in USM (68.7%) and SFE (75.4%) compared to ME (47.8%). USM indicated relatively higher antioxidant activities compared with those of SFE and ME. These results show that the saponification method for extraction of USM from rice bran extracted was the most effective method for enhancement of antioxidant activity. In addition, these extracts from rice bran could be used as functional ingredients in the food industry.
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문제 정의
65 MPa 조건에서 생리활성물질인 tocopherols, tocotrienols, policosanols, phytosterols 및 γ-oryzanols의 농축률이 가장 높은 것을 확인하였다. 따라서 본 연구에서는 55℃, 9.65 MPa 조건에서 미강 생리활성물질 농축물인 SFE를 제조하였으며 USM, SFE 및 ME의 항산화 활성을 비교하고자 하였다.
미강의 항산화 활성에 관한 연구는 추출온도에 따른 미강 추출물의 항산화 활성 비교(15), 미강으로 제조한 tocotrienol rich fraction의 항산화 효과(16), 미강 페놀산 농축 물의 항산화 활성(17), 미강 효소 추출물의 항산화 활성(6) 등 많은 연구가 진행되고 있으나 추출 방법에 따른 미강의 항산화 활성을 비교한 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 용매 추출법, 검화 추출법, 초임계 유체 추출법을 이용하여 추출 방법에 따른 미강 생리활성 농축물의 항산화 활성을 비교하여 효과적인 추출방법을 제시하고, 기능성 소재를 개발하는 데 기초자료로 활용하고자 한다.
미강에는 tocopherol, tocotrienol, γ-oryzanol 등의 생리활성물질이 많이 함유되어 있으며, 이러한 성분들이 항산화 활성, 콜레스테롤 저하 효과, 심혈관계 질환 예방 효과 등의 활성을 나타내는 것으로 알려져 있다(24). 본 연구에서는 미강을 이용하여 일반적으로 널리 사용되고 있는 용매 추출법과 함께 검화 추출법 및 초임계 유체 추출법으로 추출한 생리활성물질 농축물의 항산화 활성을 비교하고자 하였다. Lai 등(25)은 미강의 생리활성 성분을 추출하기 위하여 methanol, ethyl acetate, hexane으로 추출하여 각 추출물의 항산화 활성을 비교한 결과 methanol 추출물의 항산화 활성이 다른 두 용매 추출물에 비하여 우수함을 보고하였다.
본 연구에서는 미강의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재개발을 목적으로 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 추출 방법을 개발하기 위하여 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계유체 추출법을 이용하여 제조한 미강 생리활성물질 농축물의 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성은 ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력, 지질과산화 억제능을 이용하여 측정하였다.
제안 방법
β-Carotene-linoleic acid system을 이용한 지질과산화 억제능의 측정은 Elzaawely 등(23)의 방법을 변형하여 측정하였다.
ABTS 라디칼 제거능은 Re 등(20)의 방법을 변형하여 측정하였다. ABTS 7.
5 mg TEAC/g으로 나타났다. DPPH 라디칼 제거능은 DPPH 라디칼 특유의 보라색이 추출물의 항산화 물질에 의해 수소 혹은 전자를 받음으로써 안정한 형태의 화합물로 전환되어 옅은 노란색으로 변하는 원리로 측정하였다. DPPH 라디칼 제거능 역시 mg TEAC/g으로 나타내었으며 결과는 Fig.
2 mM DPPH 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 가하고 30분 후에 흡광도의 변화를 520 nm에서 측정하였다(21). DPPH 라디칼 제거능은 Trolox를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화력(TEAC)을 계산하였으며, mg TEAC/g으로 나타내었다.
희석된 ABTS 라디칼 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 가하여 60분 후에 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. Trolox를 이용하여 표준곡선을 작성한 후 시료의 항산화력(Trolox equivalent antioxidant capacity, TEAC)을 계산하였으며, mg TEAC/g으로 나타내었다.
미강 생리활성물질 농축물의 제조를 위하여 용매 추출법, 검화 추출법, 초임계 유체 추출법을 이용하여 각각 meth-anol extract(ME), unsaponifiable matter(USM), super-critical fluid extract(SFE)를 제조하였다. ME는 분쇄된 미강 10 g에 methanol 150 mL를 가한 후 상온에서 24시간 교반하면서 추출하였다.
시료 100 μL에 emulsion 용액 1 mL를 가하여 50℃에서 1시간 반응시킨 후 470 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였고 결과는 억제율(%)로 나타내었다.
SFE는 Kim 등(19)의 방법에 의해 추출하였다. 즉 분쇄된 미강 무게의 5배 부피의 헥산으로 6시간 동안 교반하고 여과지(What-man No.5, Whatman International Limited, Kent, UK)로 여과한 후 진공 증발시켜 조미강유를 제조하였다. 추출한 조미강유와 에탄올을 1:40몰의 비율로 혼합하여 50°C에서 400 rpm으로 교반하면서 시료의 10%(w/w)에 해당하는 C.
초임계 반응기에 미강유 에틸에스터 12 g을 넣은 후 반응 온도 55°C, 압력 9.65 Mpa의 조건에서 초임계 이산화탄소를 이용하여 미강유 에틸에스터를 분리하고 생리활성물질을 농축하였다.
추출한 조미강유와 에탄올을 1:40몰의 비율로 혼합하여 50°C에서 400 rpm으로 교반하면서 시료의 10%(w/w)에 해당하는 C. antarctica lipase Novozyme 435를 첨가한 후 12시간 동안 반응하여 미강유 에틸에스터를 제조하였다.
본 연구에서는 미강의 산업적 이용 증대 및 고부가가치 소재개발을 목적으로 항산화 활성을 증가시킬 수 있는 추출 방법을 개발하기 위하여 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계유체 추출법을 이용하여 제조한 미강 생리활성물질 농축물의 항산화 활성을 비교하였다. 항산화 활성은 ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력, 지질과산화 억제능을 이용하여 측정하였다. ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력 모두 unsaponifiable matter(USM)가 각각 671.
대상 데이터
Candida antarctica lipase Novozyme 435는 Novo Nordick(Bagsværd, Denmark)에서 구매하였으며 그 밖에 사용된 추출용매 및 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.
본 연구에 사용된 미강은 경기 수원 소재의 국립식량과학원에서 생산된 다산 1호 품종을 사용하였다. 항산화 성분 분석에 사용된 gallic acid, Folin-Ciocalteu reagent, so-dium carbonate와 항산화 활성 측정에 사용된 Trolox, ABTS(2,2-azino-bis-(3-ethylbenzothiazoline-6-sul-phonic acid)), DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl), potassium persulfate, potassium ferricyanide, trichloro-acetic acid, ferric chloride, DMSO(dimethyl sulfoxide) 등은 Sigma-Aldrich Co.
데이터처리
Different letters above bars indicate significant differences at P<0.05 by Duncan's multiple range test.
모든 실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었으며, 결과에 대한 유의성 검정은 SAS version 9.2(Statistical Analysis System, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA 분석 후 Duncan's multiple range test를 이용하여 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
추출용매(n-hexane : ethyl acetate, 85:15, v/v) 20 mL를 첨가하여 3회 반복 추출하였으며 추출액은 무수 MgSO4을 통하여 수분을 제거하였다. SFE는 Kim 등(19)의 방법에 의해 추출하였다. 즉 분쇄된 미강 무게의 5배 부피의 헥산으로 6시간 동안 교반하고 여과지(What-man No.
ME는 분쇄된 미강 10 g에 methanol 150 mL를 가한 후 상온에서 24시간 교반하면서 추출하였다. USM은 Ham 등(18)의 방법에 의해 추출하였다. 즉 분쇄된 미강 2 g에 에탄올 10 mL를 첨가하고 질소가스로 충진한 후, 60% KOH 용액 8 mL를 첨가하고 다시 질소가스로 재충진하여 냉각기를 연결하였다.
환원력은 Oyaizu(22)의 방법을 응용하여 측정하였다. 추출물 250 μL에 200 mM sodium phosphate buffer(pH 6.
2에 나타내었다. 환원력은 항산화 물질의 수소 공여능에 의한 것으로 potassium ferricyanide reduction 방법을 이용하여 측정하였으며, 700 nm에서의 흡광도 값으로 나타내었다. 측정 결과 환원력은 USM이 A700=1.
성능/효과
항산화 활성은 ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력, 지질과산화 억제능을 이용하여 측정하였다. ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력 모두 unsaponifiable matter(USM)가 각각 671.7 mg TEAC/g, 330.7 mg TEAC/g 및 A700=1.14로 가장 높은 활성을 나타내었다. 지질과산화 억제능은 USM 및 supercritical fluid extract(SFE)가 각각 68.
ABTS 및 DPPH 라디칼 제거능, 환원력과는 상이하게 SFE가 75.4%의 높은 지질과산화 억제능을 보였고 이는 positive control로 사용된 α-tocoph-erol의 80.6%와 유사한 수준으로 나타났다.
6%와 유사한 수준으로 나타났다. USM은 68.7%의 억제능을 보였고 ME는 47.8%의 가장 낮은 활성을 보였으며 USM은 SFE보다는 낮지만 ME보다 우수한 지질과산화 억제능을 나타내었다. Linoleic acid는 생체막 구성 지방산의 하나이므로 지질과산화 억제능이 높은 USM 및 SFE는 생체 내 산화적 스트레스에 의해 유발되는 만성 질환을 예방하는 데 도움을 주는 소재가 될 수 있을 것으로 생각된다.
11과 유사한 수준을 보였다. 본 연구 결과 USM이 SFE 및 ME보다 높은 환원력을 보였으며, 따라서 USM에는 수소를 공여함으로써 유리라디칼을 안정화시키고 산화반응을 종결시킬 수 있는 reductone이 많이 함유되어 있는 것으로 생각된다.
본 연구에서 USM이 SFE 및 ME보다 높은 라디칼제거능을 보였으며 이는 USM에 많이 함유되어 있는 tocopherol, tocotrienol 및 γ-oryzanol과 연관이 있을 것으로 생각된다.
14로 가장 높은 활성을 나타내었다. 지질과산화 억제능은 USM 및 supercritical fluid extract(SFE)가 각각 68.7% 및 75.4%로 methanol extract(ME)의 47.8%보다 우수한 활성을 나타내었다. 따라서 검화 추출법으로 제조한 USM은 SFE 및 ME보다 상대적으로 우수한 항산화 활성을 가지며 미강을 기능성 소재로 개발하기 위한 추출 방법으로 활용 가능할 것으로 생각된다.
1에 나타내었다. 측정 결과 USM이 330.7 mg TEAC/g으로 높은 활성을 보였고 SFE 66.4 mg TEAC/g, ME 25.3 mg TEAC/g의 순서로 나타났다. Positive control로 사용된 α-tocopherol은 482.
측정 결과 USM이 671.7 mg TEAC/g으로 가장 높았으며 SFE 91.3 mg TEAC/ g, ME 59.1 mg TEAC/g의 순서로 나타났고 positive control로 사용된 α-tocopherol은 487.5 mg TEAC/g으로 나타났다.
측정 결과 환원력은 USM이 A700=1.14로 positive con-trol로 사용된 α-tocopherol의 A700=0.24보다 뛰어난 활성을 보였고 SFE 및 ME는 각각 A700=0.05 및 A700=0.11의 낮은 활성을 보였다.
후속연구
8%의 가장 낮은 활성을 보였으며 USM은 SFE보다는 낮지만 ME보다 우수한 지질과산화 억제능을 나타내었다. Linoleic acid는 생체막 구성 지방산의 하나이므로 지질과산화 억제능이 높은 USM 및 SFE는 생체 내 산화적 스트레스에 의해 유발되는 만성 질환을 예방하는 데 도움을 주는 소재가 될 수 있을 것으로 생각된다.
8%보다 우수한 활성을 나타내었다. 따라서 검화 추출법으로 제조한 USM은 SFE 및 ME보다 상대적으로 우수한 항산화 활성을 가지며 미강을 기능성 소재로 개발하기 위한 추출 방법으로 활용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 미강 생리활성물질 농축물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
또한, 식품의 기호성 증진을 위해 과거보다 더 정교해지는 곡류의 도정 과정으로 인해 미강 발생량은 계속 증가할 것으로 예상하고 있다(10). 따라서 미강으로부터 생리활성이 높은 추출물을 제조하는 방법이 개발된다면 미강의 부가가치를 향상시킬 수 있을 것으로 생각된다.
따라서 검화 추출법으로 제조한 USM은 SFE 및 ME보다 상대적으로 우수한 항산화 활성을 가지며 미강을 기능성 소재로 개발하기 위한 추출 방법으로 활용 가능할 것으로 생각된다. 또한, 미강 생리활성물질 농축물은 기능성 증진을 위한 다양한 식품 소재로의 활용 가능성이 있을 것으로 생각된다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
미강의 비검화물에 함유된 생리활성 물질은?
미강의 조성은 벼의 품종, 재배 환경 및 도정 방법 등에 따라 차이가 있으나 수분 함량 14%를 기준으로 할 때 단백질 11~17%, 지방 15~20%, 탄수화물 34~52%인 것으로 보고되어 있다(1). 미강에는 미강유기준 약 4%의 비검화물이 함유되어 있으며 미강의 비검화물에는 주로 tocopherol, tocotrienol, γ-oryzanol, phy-tosterol 및 policosanol 등의 생리활성 성분이 포함되어 있다(2). 또한, 미강은 항산화 활성, 항염증 활성, 항암 활성, 콜레스테롤 저하 효과, 혈압 상승 억제 효과 등 다양한 생리활성이 보고되어 있다(3-7).
미강이란?
미강은 현미를 백미로 도정할 때 얻어지는 부산물로 현미의 약 7~10%를 차지한다. 미강의 조성은 벼의 품종, 재배 환경 및 도정 방법 등에 따라 차이가 있으나 수분 함량 14%를 기준으로 할 때 단백질 11~17%, 지방 15~20%, 탄수화물 34~52%인 것으로 보고되어 있다(1).
곡류 내 생리활성 성분을 추출하기 위한 방법인 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계 유체 추출법의 특징은?
곡류 내 생리활성 성분을 추출하기 위한 방법으로는 용매 추출법, 검화 추출법 및 초임계 유체 추출법 등이 이용되고 있다. 특정 용매에 대한 구성물의 용해도 차이를 이용하는 용매 추출법이 널리 사용되고 있으나 추출 효율이 낮고 추출 시간이 오래 걸리는 단점이 있다(11). 비검화물의 추출을 위한 검화추출법은 알칼리 가수분해를 통해 트리글리세라이드(triglycerides), 인지질(phospholipids) 및 스테롤(ster-ols) 의 ester 결합을 분리하여 생리활성 성분을 추출하는 방법이다(12). 또한, 초임계 유체 추출법은 추출 또는 농축 후 용매를 제거하는 공정이 필요 없으며 저온에서 조작할 수 있어 열에 불안정한 물질의 추출에 용이하다(13). 하지만 초임계 유체 추출의 생산비용이 높기 때문에 일부에서만 사용되고 있다(14).
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