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아임계수 추출 기술을 이용한 당귀 추출물의 유효성분 및 산화방지 평가
Antioxidant activities of phenolic compounds from Angelica gigas Nakai extract using subcritical water 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.49 no.1, 2017년, pp.44 - 49  

고민정 (이화여자대학교 식품공학과) ,  이정현 (이화여자대학교 식품공학과) ,  남화현 (이화여자대학교 식품공학과) ,  정명수 (이화여자대학교 식품공학과)

초록
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아임계수 추출 기술을 이용하여 참당귀로부터 데쿠신, 노다케닌을 추출하고 HPLC, HPLC-ESI/MS를 이용하여 추출조건에 따른 유효성분을 정성 및 정량적으로 비교 분석하였다. 추출결과, 데쿠신과 노다케닌의 추출함량은 아임계수 추출법과 비교하여 열수 추출 방법을 이용하는 것이 약간 많거나 유사하였지만, 추출 시간은 아임계수 추출법이 5-10분 이내로 매우 빠르게 추출할 수 있는 장점이 있다. 그리고 총 페놀함량, 총 플라보노이드 함량은 아임계수 추출법이 우수하게 많이 추출됨을 확인 할 수 있었고, DPPH, ABTS 라디칼 소거능을 이용한 산화방지 효과도 아임계수 추출법이 우수하였다. 특히, 아임계수 추출 조건인 추출 온도와 추출 시간이 증가할수록 총 페놀함량 및 총 플라보노이드 함량, 그리고 산화방지 효과 또한 점차적으로 증가하는 경향을 나타내었고 높은 상관관계를 보였다. 이는 오직 물만을 사용하여 유효성분을 추출하는 친환경적이며 안전하고 독성이 없는 아임계수 추출의 잠재성과 우수성을 확인한 결과이며, 다양한 한약재뿐만 아니라 다른 식품 추출 산업에 응용하여 사용될 수 있을 것이다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

Subcritical water extraction can be used to selectively extraction compounds by varying the temperature-dependent dielectric constant of water. This study investigated subcritical water extraction of decursin and nodakenin yields from Angelica gigas Nakai (AN) quantitatively and qualitatively by HPL...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • ABTS 라디칼 소거능은 Amao 등(14), Re 등(15)의 방법을 변형하여 적용하였으며, 7.0 mM의 ABTS와 2.45 mM의 고황산 포타슘(potassium persulfate)를 1:0.5의 양으로 혼합하여 16시간 실온암실에 방치하고 무수 에탄올을 첨가하여 734 nm에서 시약 흡광도가 0.7 (±0.02)이 되도록 희석한 후 사용하였다.
  • 산화방지 효과 분석을 위한 방법은 DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디칼 소거능과 ABTS (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)) 라디칼 소거능의 방법을 이용하였다. DPPH 라디칼 소거능은 Blois (13)의 방법을 변형하여 적용하였으며, 당귀 추출물의 동결건조물 10 mg에 메탄올 10 mL을 첨가하여 2시간 초음파 분해 추출하여 시료로 사용하였다. 100 μMDPPH 시약 1 mL에 시료 0.
  • HPLC-ES/MS (Agilent 6530 Accurate-Mass QTOF LC/MS, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany) 분석은ZORBAX Eclipse Plus C18 1.8 μm, 2.1 mm×5.0 mm의 column(Agilent Co., Waldbronn, Germany)을 이용하였고, Electrospray ionization-mass (ESI), Quadrupole time-of flight (Q-TOF) system으로 positive mode에서 분석하였다.
  • UV 검출기(detector, variable Wavelength Detector, Agilent Co.,Waldbronn, Germany)를 이용하여 10 μL를 주입하여 330 nm에서 50분 간 분석하였다.
  • 2와 같이 HPLC-ESI/MS 분석결과, 당귀 아임계수 추출물에는 데쿠신과 노다케닌이 관찰되었다. 각각의 화학구조 및 분자량 관련 정보는 Table 1과 같으며, Fig. 2와 같이 positive ionization 조건에서 데쿠신(C19H20O5)은 m/z=329.13 [M+H]+,679.24 [2M+Na]+을 나타내었고, 노다케닌(C20H24O9)은 m/z=409.14[M+H]+, 839.26 [2M+Na]+을 나타내어 정성분석으로써 유효성분을 확인하였다. 이는 Ahn 등(16)이 HPLC-ESI/MS를 이용하여 당귀에 함유되어있는 courmarins 물질들을 분석한 결과와 유사한 m/z 값이다.
  • 1 mL을 혼합 한 후 3분 간 균질화하고 상온에서 30분 간 방치 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 갈산(gallic acid)를 표준품으로 농도에 따른 일차방정식에 대입하여(R2=0.9950) 계산하였다. 총 플라보노이드 함량은 Zhishen등(12)의 방법을 수정하여 사용하였다.
  • 당귀 아임계수 추출물의 산화방지 효과는 DPPH 라디칼 소거 능과 ABTS 라디칼 소거능의 결과로써 비교하였다(Fig. 4). 아임계수 추출 조건은 추출 온도 110-200oC, 추출 시간 5-15분에서 평가하였으며 추출 온도와 시간이 증가할수록 결과 값이 증가하는 것을 확인하였다.
  • 당귀 추출물에 함유되어있는 총 페놀 함량 분석을 위한 방법은 폴린-시오칼토비색방법(Folin-Ciocalteau colorimetric method) Cicco 등(11)의 방법을 수정하여 사용하였다. 당귀 추출물의 동결건조물 10 mg에 메탄올(methanol) 10 mL을 첨가하여 2시간 초음파 분쇄 추출하여 시료로 사용하였다.
  • 당귀에 함유되어있는 데쿠신, 노다케닌을 정성 및 정량 분석하였으며 분석에는 HPLC를 이용하였다. 두 물질의 표준품은 ≥97%데쿠신(Sigma-Aldrich, St.
  • 본 연구에서는 아임계수 추출 기술을 이용하여 참당귀로부터 주 유효성분인 데쿠신과 노다케닌을 추출하여 HPLC, HPLC/MS를 이용하여 정성 및 정량 분석하고 추출 조건 별 유효성분의 추출 경향을 확인하였다. 또한, 아임계수 추출의 온도 및 시간의 조건 별 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH, ABTS radical 소거 활성의 산화방지 효과를 비교 분석하였다.
  • 본 연구에서는 아임계수 추출 기술을 이용하여 참당귀로부터 주 유효성분인 데쿠신과 노다케닌을 추출하여 HPLC, HPLC/MS를 이용하여 정성 및 정량 분석하고 추출 조건 별 유효성분의 추출 경향을 확인하였다. 또한, 아임계수 추출의 온도 및 시간의 조건 별 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH, ABTS radical 소거 활성의 산화방지 효과를 비교 분석하였다.
  • 시약 900 μL와 시료 100 μL를 혼합하여 6분 간 실온에 방치 후 734 nm에서 흡광도를 측정하였으며 아래와 같은 방법으로 계산하여 백분율로 표시하였다.
  • 아임계수 추출 기술을 이용하여 참당귀로부터 데쿠신, 노다케닌을 추출하고 HPLC, HPLC-ESI/MS를 이용하여 추출조건에 따른 유효성분을 정성 및 정량적으로 비교 분석하였다. 추출결과,데쿠신과 노다케닌의 추출함량은 아임계수 추출법과 비교하여 열수 추출 방법을 이용하는 것이 약간 많거나 유사하였지만, 추출 시간은 아임계수 추출법이 5-10분 이내로 매우 빠르게 추출할 수 있는 장점이 있다.
  • , Dongducheon, Korea)를 이용하여 24시간 동안 동결건조하고 냉장보관하며 분석하였다. 아임계수추출방법과 비교를 위하여 전통적인 추출방법으로써 열수 추출을 수행하였으며 항온수조에서 100oC 240분 동안 추출을 하고 추출물을 24시간 동결건조하여 냉장보관하며 분석하였다.
  • ,Sunnyvale, CA, USA)를 이용하였으며 추출장치의 모식도는 Ko등(7-9)과 같다. 잘게 분쇄한 당귀 가루 1g을 규조토(ASE Prep DE, DIONEX Co., Sunnyvale, CA, USA) 2 g과 혼합하여 22mL 크기의 추출셀(ASE Stainless Extraction Cell, DIONEX Co.)안에 넣고 아임계수 추출장치에 장착하여 추출을 수행하였다. 추출온도는 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200oC,추출시간은 1, 5, 10, 15분으로 수행하였다.
  • 전처리 된 시료의 HPLC (HPLC 1260 series infinity, Agilent Technologies, Waldbronn, Germany) 분석은 ZORBAX Eclipse XDB C18 5 μm, 4.6 mm×150 mm의 column (Agilent Co., Waldbronn, Germany)을 이용하였고 유속은 1.0 mL/min, 용매는 아세토나이트릴(acetonitrile) (solvent A), 증류수(solvent B)를 사용하였다.
  • 9950) 계산하였다. 총 플라보노이드 함량은 Zhishen등(12)의 방법을 수정하여 사용하였다. 당귀 추출물의 동결건조물 10 mg에 메탄올 4 mL을 첨가한 후 2시간 초음파 분쇄 추출하여 시료로 사용하였다.
  • 추출이 끝나면 추출 셀 아래에 일회용 셀룰로스 거르개(cellulose filter, Whatman, Buckinghamshire, UK)를통하여 추출물이 추출되어 건더기 없는 약 30 mL의 액상의 추출물이 추출된다. 추출된 당귀 아임계수 추출물은 동결건조기(FD8508, ilShinBioBase Co., Lrd., Dongducheon, Korea)를 이용하여 24시간 동안 동결건조하고 냉장보관하며 분석하였다. 아임계수추출방법과 비교를 위하여 전통적인 추출방법으로써 열수 추출을 수행하였으며 항온수조에서 100oC 240분 동안 추출을 하고 추출물을 24시간 동결건조하여 냉장보관하며 분석하였다.
  • )안에 넣고 아임계수 추출장치에 장착하여 추출을 수행하였다. 추출온도는 110, 120, 130, 140, 150, 160, 170, 180, 190, 200oC,추출시간은 1, 5, 10, 15분으로 수행하였다. 추출시간 동안 압력은 10 MPa로 유지된다.
  • 8 mL을 혼합 한 후 상온에서 30분 간 방치 후 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 퀘세틴(Quercetin)을 표준품으로 농도에 따른 일차방정식에 대입하여(R2=0.9328) 함유량을 산출하였다.
  • 9992으로 높은 직선성을 나타내었다. 표준품의 검량선과 아임계수 추출물의 면적 비교로 정량 분석을 하였고 표준품의 Spiking 검사 및 HPLC-ESI/MS로 다시 한번 정성 분석으로 물질을 확인하였다. Fig.
  • Louis, MO, USA), ≥99% 노다케닌(Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 데쿠신 표준용액은 50 mL의 용량 플라스크에 10 mg의 표준품을 칭량한 후, 128배 희석 후 적정 농도로 희석하여 사용하고, 노다케닌 표준용액은 20 mL의 용량 플라스크에 10 mg의 표준품을 칭량한 후, 128배 희석 후 적정 농도로 희석하여 사용하였다. 희석한 각각의 표준액으로 검량선을 작성하여 농도를 분석하였다. 분석을 위하여 동결건조물 0.

대상 데이터

  • 두 물질의 표준품은 ≥97%데쿠신(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA), ≥99% 노다케닌(Sigma-Aldrich)을 사용하였으며, 데쿠신 표준용액은 50 mL의 용량 플라스크에 10 mg의 표준품을 칭량한 후, 128배 희석 후 적정 농도로 희석하여 사용하고, 노다케닌 표준용액은 20 mL의 용량 플라스크에 10 mg의 표준품을 칭량한 후, 128배 희석 후 적정 농도로 희석하여 사용하였다.
  • 실험에 사용한 재료는 국내산 참당귀(Angelica gigas Nakai,AN)로 말려진 뿌리 부분만을 사용하였다. 수분함량 5% 이하로 건조된 뿌리 부분을 고속믹서(Blender 7012S, Waring Co.
  • 우리나라 당귀는 참당귀 Angelica gigas Nakai로 규정하고 한약재로써 뿌리를 말려서 사용한다. 혈액 순환을 촉진하고 진통효과가 있으며 성질이 따뜻하여 부인병에 효과가 있으며 장관운동을 원활하게 해주며 항염, 항균, 함암, 항산화 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다(1-3).

데이터처리

  • Data were subjected to Duncan's ANOVA test (p<0.05).
  • 모든 추출물의 유효성분의 함량 및 활성의 결과는 3회 반복 수행하여 평균±표준편차로 표시하였다.
  • 분산분석은 IBM SPSS statistics (Version 22.0, SPSSInc.)를 이용하여 던컨시험(Duncan test)로 p<0.05의 유의수준에서 분석하였다.
  • 상관관계 분석은 IBM SPSS statistics (Version 22.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를이용하여 Pearson 상관계수 분석으로 p<0.01 유의수준에서 분석하였다.
  • 아임계수 추출물의 총 페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, DPPH라디칼 소거능, ABTS 라디칼 소거능 간의 상관관계를 SPSS Pearson 상관계수를 이용하여 **p<0.01 유의수준에서 분석하였다(Table 3).

이론/모형

  • 산화방지 효과 분석을 위한 방법은 DPPH (2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디칼 소거능과 ABTS (2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid)) 라디칼 소거능의 방법을 이용하였다.
  • 아임계수 추출은 아임계수 추출장치(ASE 350, DIONEX Co.,Sunnyvale, CA, USA)를 이용하였으며 추출장치의 모식도는 Ko등(7-9)과 같다. 잘게 분쇄한 당귀 가루 1g을 규조토(ASE Prep DE, DIONEX Co.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
아임계수 추출기술이 물을 추출용매로 하는 점은 어떤 장점을 가지는가? 아임계수 추출기술은 비교적 높은 온도와 압력에서 추출을 하기 때문에 유효 성분이 열에 안정적인 것이 적합하며, 특히 플라보노이드와 같은 비극성의 항산화 물질을 추출하는데 우수한 방법으로 알려져 있다. 오직 물만을 추출용매로써 사용함으로 친환경적이고 값이 싸며, 고온·고압에서 추출을 하기 때문에 30분 이내에 비교적 짧은 시간 안에 추출이 가능한 장점이 있다. 아임계수 추출 기술을 이용하여 양파껍질, 녹차 잎, 자몽 등에서 플라보노이드류를 추출하였을 경우에 기존 전통적인 추출방법인 메탄올, 에탄올 등의 유기용매를 이용하여 2-3시간 추출하는 것보다 아임계수 추출 기술은 15분 이내의 짧은 시간 안에 추출을 하고, 추출률 함량도 높다는 결과를 나타낸 보고가 있다(7-10).
아임계수 추출 기술은 어떤 기술인가? 아임계수 추출(Subcritical Water Extraction, SWE) 기술은 추출 용매로써 오직 물만을 이용하여 추출을 하며, 물의 유전상수율이 온도와 압력에 따라 변화하는 성질을 이용하여 추출하는 방법이다. 물의 유전상수율은 20oC에서 약 80.
참당귀에는 어떤 유효성분이 함유되어 있는가? 혈액 순환을 촉진하고 진통효과가 있으며 성질이 따뜻하여 부인병에 효과가 있으며 장관운동을 원활하게 해주며 항염, 항균, 함암, 항산화 등의 효능이 있는 것으로 알려져 있다(1-3). 특히, 참당귀에는 유효성분으로써 쿠마린(coumarin) 유도체인 데쿠신(decursin), 데쿠시놀(decursinol), 노다케닌(nodakenin) 등이 주로 함유되어있다(4-6).
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참고문헌 (21)

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  12. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 64: 555-559 (1999) 

  13. Blois MS. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature 181: 1199-1200 (1958) 

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