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반응표면분석법을 이용한 댕댕이 기능성성분의 마이크로웨이브추출조건 최적화
Optimization of microwave-assisted extraction process for blue honeysuckle (Lonicera coerulea L.) using response surface methodology 원문보기

한국식품저장유통학회지 = Korean journal of food preservation, v.24 no.5, 2017년, pp.623 - 630  

박대희 (경북대학교 식품공학부) ,  이재준 (경북대학교 식품공학부) ,  박종진 (경북대학교 식품공학부) ,  박상환 ((주)무학) ,  이원영 (경북대학교 식품공학부)

초록
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본 실험은 댕댕이의 마이크로웨이브 추출장치를 활용한 플라보노이드, 안토시아닌, 폴리페놀, 항산화능 등을 반응표면분석법을 통하여 최적추출조건의 예측과 추출조건에 따른 추출물의 기능성 성분 함량을 모니터링 하였다. 중심합성계획법을 통해 추출공정에 중요한 독립변수인 용액농도($X_1$: 0, 25, 50, 75, 100%), 추출시간($X_2$: 1, 4, 7, 10, 13 min), microwave power($X_3$: 180, 210, 240, 270, 300 W)를 각각 독립변수로 설정하였고, 총 플라보노이드 함량($Y_1$), 총 안토시아닌 함량($Y_2$), 총 폴리페놀 함량($Y_3$) 그리고 DPPH 라디칼 소거능($Y_4$) 등을 종속변수로 하여 회귀분석을 실시하였다. 예측된 최적조건 범위는 에탄올 농도 53-64%, 추출시간 7.4-7.9 min, microwave power 242-250 W로 나타났다. 플라보노이드 함량의 최대점은 에탄올의 농도 52.9%, 추출시간 7.5분, microwave power 244 W일 때 최대값은 65.74 mg RE/g으로 예측되었다. 안토시아닌 함량의 최대점은 에탄올의 농도 54.8%, 추출시간 7.4분, microwave power 248 W일 때 최대값은 0.45 mg CGE/g으로 예측되었다. 폴리페놀 함량의 최대점은 에탄올의 농도 56.9%, 추출시간 7.7분 및 microwave power 250 W 일 때 최대값은 14.71 mg GAE/g로 예측되었다. 항산화능의 최대점은 에탄올의 농도 64.10%, 추출시간 7.9분 및 microwave power 242 W일 때 최대값은 92.54%로 예측되었다. 예측값과 실험값의 차이가 거의 없는 것으로 보아 본 실험은 정확도가 높고 신뢰성이 높음을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 댕댕이 마이크로웨이브 추출방법에 있어서 최적의 추출조건에 대한 정보를 주는 것이며, 더 나아가 고농도 댕댕이 기능성 성분이 함유된 제품 개발에 기초정보를 제공하는 결과라 사료된다.

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Functional compounds including flavonoids, anthocyanins, polyphneols and antioxidants were extracted from blue honeysuckle (Lonicera caerulea L.) using highly efficient microwave-assisted extraction. And extraction process was modeled and optimized according to response surface methodology (RSM). Th...

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

  • 3. Four-dimensional response surface plots for TAC (at constant values of 0.2, 0.25, and 0.3 mg CGE/g) from blue honeysuckle as a function of microwave power, ethanol concentration, and irradiation time under microwave-assisted extraction.
  • 4. Four-dimensional response surface plots for TPC (at constant values of 14, 14.2, and 14.5 mg GAE/g) from blue honeysuckle as a function of microwave power, ethanol concentration, and irradiation time under microwave-assisted extraction.
  • 댕댕이 추출물을 각각 500μL 0.025 M potassium chloride(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate(pH 4.5)를 가하여 10배 희석한 1 mL 반응액을 만들고 상온에서 15분간 반응시킨 후 UV-spectrophotometer(Shimadzu Co.)를 이용해 흡광도 값 530 nm, 700 nm에서 각각 측정하였다.
  • 댕댕이 추출액의 DPPH 라디칼 소거능 측정은 Blois의 방법(12)을 변형하여 사용하였다. DPPH radical scavenging activity 측정을 위해 DPPH 시약은 빛을 차단한 상태에서 0.
  • 댕댕이 추출액의 총 폴리페놀 함량(TPC)은 Folin-Denis 법(11)을 변형시켜 측정하였다. 먼저 추출액 100 μL에 50μL Folin-Ciocalteu reagent(Sigma-Aldrich)용액을 가한 뒤 300 μL의 2% Na2CO3를 넣고 실온에 15분간 반응시켰다.
  • 댕댕이의 기능성성분에 대한 최적 추출조건을 설정하기 위하여 각 조건별 추출물의 총 플라보노이드 함량, 총 안토시아닌 함량, 총 폴리페놀 함량 그리고 항산화 활성의 contour maps를 superimposing하여 최적 범위를 예측하였다(Fig. 6). 댕댕이 최적 추출조건 범위는 에탄올 농도53-64%,추출시간 7.
  • 본 실험에서 중심합성계획법(central composite design, CCD)를 통해서 추출공정에 중요한 독립변수(Xi)로 고려되는 인자 즉, 용액 농도(X1), 추출시간(X2) 및 microwave power(X3)에 대한 실험범위를 설정하여 각각을 5단계로 부호화 하였으며(Table 1) 중심합성계획에 따라 Table 2와 같이 20구로 설정하여 추출실험을 하였다. 또한 이들 독립변수에 영향을 받는 종속변수(Yn) 즉, 총 플라보노이드 함량(Y1), 총 안토시아닌 함량(Y2), 총 폴리페놀 함량(Y3), DPPH 라디칼 소거능(Y4)을 측정하여 그 값을 회귀분석에 사용하였다. 또한 추출조건이 댕댕이의 기능성성분의 추출특성에 미치는 영향을 예측된 모델식을 바탕으로mathematica program(Mathematica, Wolfram, Champaign,IL, USA)을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
  • 또한 이들 독립변수에 영향을 받는 종속변수(Yn) 즉, 총 플라보노이드 함량(Y1), 총 안토시아닌 함량(Y2), 총 폴리페놀 함량(Y3), DPPH 라디칼 소거능(Y4)을 측정하여 그 값을 회귀분석에 사용하였다. 또한 추출조건이 댕댕이의 기능성성분의 추출특성에 미치는 영향을 예측된 모델식을 바탕으로mathematica program(Mathematica, Wolfram, Champaign,IL, USA)을 이용하여 4차원 반응표면분석으로 해석하였다.
  • 마이크로웨이브 추출은 2,450 MHz주파수의 실험용 상압형 추출장치(Soxwave 100, Prolab, Fontenay, France)를이용하여 programmable power(60-300 W)와 시간제어가 가능하고 환류냉각관이 장착된 추출장치를 사용하였다. 추출 방법은 Fig 1과 같이 extraction vessel에 1 g의 시료와 용매 50 mL를 가한 후 추출공정에 변수를 조절하여 추출하고여과지(Whatman No.
  • 본 실험은 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적 추출조건의 예측과 추출조건에 따른 추출물의 기능성 성분 함량을 모니터링 하였다. 본 실험에서 중심합성계획법(central composite design, CCD)를 통해서 추출공정에 중요한 독립변수(Xi)로 고려되는 인자 즉, 용액 농도(X1), 추출시간(X2) 및 microwave power(X3)에 대한 실험범위를 설정하여 각각을 5단계로 부호화 하였으며(Table 1) 중심합성계획에 따라 Table 2와 같이 20구로 설정하여 추출실험을 하였다. 또한 이들 독립변수에 영향을 받는 종속변수(Yn) 즉, 총 플라보노이드 함량(Y1), 총 안토시아닌 함량(Y2), 총 폴리페놀 함량(Y3), DPPH 라디칼 소거능(Y4)을 측정하여 그 값을 회귀분석에 사용하였다.
  • 본 실험은 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적 추출조건의 예측과 추출조건에 따른 추출물의 기능성 성분 함량을 모니터링 하였다. 본 실험에서 중심합성계획법(central composite design, CCD)를 통해서 추출공정에 중요한 독립변수(Xi)로 고려되는 인자 즉, 용액 농도(X1), 추출시간(X2) 및 microwave power(X3)에 대한 실험범위를 설정하여 각각을 5단계로 부호화 하였으며(Table 1) 중심합성계획에 따라 Table 2와 같이 20구로 설정하여 추출실험을 하였다.

대상 데이터

  • 본 연구의 실험재료인 댕댕이는 경북 문경에서 2014년 5월 말에 갓 수확한 것을 구입하였다. 댕댕이 시료는 동결건조를 한 뒤 분쇄하여 40 mesh 통과분을 지퍼백에 넣어 극저온냉동고(SW-UF-500P, Samwon Co.
  • ,UV-2550, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 표준물질로 rutin(Sigma-Aldrich)을 이용하여 검량곡선의 작성에 사용하였다.

데이터처리

  • 그리고 조건 별 유의적 차이를 확인하기 위해 IBM SPSS software(version 22, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 Duncan's multiple range test를 실시하였으며 유의성 분석은 p<0.05수준에서 진행되었다.
  • 이러한 microwave 처리 및 추출법의 특성으로 인하여 단백질의 변성이나 비타민의 파괴를 감소시킬 수 있고, 향기성분의 손실이나, 색소의 파괴를 막을 수 있는 장점으로 주로 식품의 조리, 가공, 건조, 살균, 보존 및 효소의 불활성화를 위해 다양하게 사용되고 있다(8). 이에 본 연구는 댕댕이의 기능성성분을 추출하기 위한 최적의 추출조건을 알아보기 위하여 기존의 추출방법보다 추출효율 및 에너지효율이 좋은 것으로 알려져 있는 MAE 추출장치로 에너지강도와 추출 시간을 상이하게 하여 에탄올을 용매로 추출하고, 실험구간의 유의성을 확인하기 위해 SAS software(SAS, Version 9.2, SAS Institute lnc., Cary, NC, USA)를 사용하여 수학적 통계방법에 의해 모델링을 한 뒤 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 이용해 추출조건을 최적화하였다.

이론/모형

  • 댕댕이 내 총 플라보노이드 함량(TFC)의 측정은 aluminum colorimetric assay(9)를 사용하였다. 댕댕이 추출물 70 μL에 증류수 430 μL를 가한 뒤 5% NaNO2 50 μL를 첨가하였다.
  • 총 안토시아닌 함량(TAC) 측정은 Truong 등(10)의 실험 방법을 참고하여 측정하였다. 댕댕이 추출물을 각각 500μL 0.
  • )를 이용해 흡광도 값 530 nm, 700 nm에서 각각 측정하였다. 측정한 값을 다음 산도차등분석식을 이용하여 산출하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
국가생물종지식정보시스템에 따르면 댕댕이의 주요 품종에는 어떤 것들이 있는가? )는 인동과(Caprifoliaceae)Lonicera속에 속하는 쌍떡잎식물의 열매이며, 댕댕이 나무는 시베리아, 사할린, 중국북부, 티베트, 북한 등지에 약 180여 종 생육하고 있는 냉대성 식물이다(1). 국가생물종지식정보시스템에 따르면, 주요 품종에는 개들쭉(Loniceracoerulea var. emphyllocalyx), 넓은잎댕댕이(Lonicera coeruleavar. longibracteata), 둥근잎댕댕이(Lonicera coerulea var. venulosa) 등이 있다. 댕댕이의 주성분은 saccharides(7.
마이크로웨이브추출법의 장점은? 이러한 추출방법의 문제점을 보완하기 위하여 마이크로웨이브추출법(microwave-assisted extraction, MAE)이 사용되고 있다(7). MAE 추출은 적은 용매와 에너지를 사용하여 단시간에 원하는 물질을 추출할 수 있어 기존의 환류 추출법을 비롯한 soxhlet추출법, 압력추출법, 초임계유체추출법 등에 비해 추출 효율 및 에너지효율이 우수하며, 순도 높은 기능성성분을 추출할 수 있어 환경친화적인 특징과 경제성을 지니고 있는 것으로 보고되고 있다. 이러한 microwave 처리 및 추출법의 특성으로 인하여 단백질의 변성이나 비타민의 파괴를 감소시킬 수 있고, 향기성분의 손실이나, 색소의 파괴를 막을 수 있는 장점으로 주로 식품의 조리, 가공, 건조, 살균, 보존 및 효소의 불활성화를 위해 다양하게 사용되고 있다(8). 이에 본 연구는 댕댕이의 기능성성분을 추출하기 위한 최적의 추출조건을 알아보기 위하여 기존의 추출방법보다 추출효율 및 에너지효율이 좋은 것으로 알려져 있는 MAE 추출장치로 에너지강도와 추출 시간을 상이하게 하여 에탄올을 용매로 추출하고, 실험구간의 유의성을 확인하기 위해 SAS software(SAS, Version 9.
댕댕이와 댕댕이 나무란 무엇인가? 댕댕이(Lonicera coerulea L.)는 인동과(Caprifoliaceae)Lonicera속에 속하는 쌍떡잎식물의 열매이며, 댕댕이 나무는 시베리아, 사할린, 중국북부, 티베트, 북한 등지에 약 180여 종 생육하고 있는 냉대성 식물이다(1). 국가생물종지식정보시스템에 따르면, 주요 품종에는 개들쭉(Loniceracoerulea var.
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참고문헌 (23)

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