원산지에 따른 커피의 이화학적 특성, 생리활성 성분 및 산화방지 활성 Physicochemical properties, bioactive composition, and antioxidant activity of different coffee beans dependent on the cultivation region원문보기
우리나라에서 많이 수입되어 음용되고 있는 커피원두를 일정한 조건하에서 배전 및 추출하고 이들의 이화학적 특성, 기능성 성분 및 산화방지활성을 비교하고자 하였다. 콜럼비아산 커피 추출액의 pH가 가장 높았으며, 산도는 0.46-0.55%로 산지에 따른 유의적인 차이가 없었고, 가용성 고형물 함량은 $0.90-1.0^{\circ}Bx$로 나타났다. 갈색도는 인도네시아산 커피 추출액의 값이 유의적으로 가장 높았으며, 반면 에티오피아산이 가장 낮았다. 인도네시아산 커피 추출액이 가장 많은 카페인과 클로로젠산을 함유하고 있었으며, 케냐산 커피 추출액의 폴리페놀 함량이 가장 높았다. 산화방지활성을 측정한 결과, DPPH 라디칼 및 ABTS 소거능 모두 인도네시아산과 케냐산 커피 추출액이 다른 산지의 커피 추출액에 비해 유의적으로 높은 소거능을 보였다. 이상의 결과, 5종류의 커피 중 인도네시아산과 케냐산이 높은 함량의 기능성 성분과 우수한 산화방지활성을 가지는 것을 확인하였다.
우리나라에서 많이 수입되어 음용되고 있는 커피원두를 일정한 조건하에서 배전 및 추출하고 이들의 이화학적 특성, 기능성 성분 및 산화방지활성을 비교하고자 하였다. 콜럼비아산 커피 추출액의 pH가 가장 높았으며, 산도는 0.46-0.55%로 산지에 따른 유의적인 차이가 없었고, 가용성 고형물 함량은 $0.90-1.0^{\circ}Bx$로 나타났다. 갈색도는 인도네시아산 커피 추출액의 값이 유의적으로 가장 높았으며, 반면 에티오피아산이 가장 낮았다. 인도네시아산 커피 추출액이 가장 많은 카페인과 클로로젠산을 함유하고 있었으며, 케냐산 커피 추출액의 폴리페놀 함량이 가장 높았다. 산화방지활성을 측정한 결과, DPPH 라디칼 및 ABTS 소거능 모두 인도네시아산과 케냐산 커피 추출액이 다른 산지의 커피 추출액에 비해 유의적으로 높은 소거능을 보였다. 이상의 결과, 5종류의 커피 중 인도네시아산과 케냐산이 높은 함량의 기능성 성분과 우수한 산화방지활성을 가지는 것을 확인하였다.
Five types of coffee bean, which are usually imported and consumed in Korea, were roasted at $250^{\circ}C$ for 15 min and extracted by using a filter coffee machine. The physicochemical properties, functional components, and radical scavenging activity of coffee bean extracts were invest...
Five types of coffee bean, which are usually imported and consumed in Korea, were roasted at $250^{\circ}C$ for 15 min and extracted by using a filter coffee machine. The physicochemical properties, functional components, and radical scavenging activity of coffee bean extracts were investigated. The pH of extract was the highest among the extracts and the soluble solid contents of extracts were $0.9-1.0^{\circ}Bx$. The acidity of the extracts was in the range from 0.46-0.55%, which was not significantly different from the control. Indonesian coffee bean extract showed the highest brown color intensity and contained the highest amounts of caffeine and chlorogenic acid. The highest total polyphenol content was found in Kenyan coffee bean extract. Coffee bean extracts from Indonesia and Kenya showed significantly higher radical scavenging activities than the other extracts. This study showed that coffee bean extracts from Indonesia and Kenya contained a large number of bioactive compounds and high antioxidant activity.
Five types of coffee bean, which are usually imported and consumed in Korea, were roasted at $250^{\circ}C$ for 15 min and extracted by using a filter coffee machine. The physicochemical properties, functional components, and radical scavenging activity of coffee bean extracts were investigated. The pH of extract was the highest among the extracts and the soluble solid contents of extracts were $0.9-1.0^{\circ}Bx$. The acidity of the extracts was in the range from 0.46-0.55%, which was not significantly different from the control. Indonesian coffee bean extract showed the highest brown color intensity and contained the highest amounts of caffeine and chlorogenic acid. The highest total polyphenol content was found in Kenyan coffee bean extract. Coffee bean extracts from Indonesia and Kenya showed significantly higher radical scavenging activities than the other extracts. This study showed that coffee bean extracts from Indonesia and Kenya contained a large number of bioactive compounds and high antioxidant activity.
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문제 정의
하지만 이에 비해 커피 원두의 종류에 따른 다양한 이화학적 및 기능적 특성에 관한 선행 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 많이 수입되어 음용되고 있는 커피원두를 일정한 조건하에서 배전 및 추출하고 이들의 이화학적 특성, 기능성 성분 및 산화방지활성을 비교하고자 하였다.
하지만 이에 비해 커피 원두의 종류에 따른 다양한 이화학적 및 기능적 특성에 관한 선행 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 우리나라에서 많이 수입되어 음용되고 있는 커피원두를 일정한 조건하에서 배전 및 추출하고 이들의 이화학적 특성, 기능성 성분 및 산화방지활성을 비교하고자 하였다.
제안 방법
ABTS (2,2'-Azino-bis (3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid))라디칼 소거능은 Re 등(16)의 방법을 변형하여 실험하였다.
DPPH (1,1-diphenyl-2-picryl-hydrazyl) 라디칼 소거능은 Blois(15)의 방법을 변형하여 측정하였다. 원산지별 커피 추출물 0.
각 커피 추출물의 이화학적 특성은 추출 후 25°C로 냉각한 즉시 측정하였으며, 기능성 성분 함량 및 라디칼 소거능 측정용 시료는 −40°C 냉동고(deep freezer, MDF, Sanyo, Tokyo, Japn)에 보관하면서 실험에 사용하였다.
원산지별 커피 추출물에 함유된 클로로젠산의 함량을 분석하기 위하여 UHPLC (Nexera XR, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 각각의 커피 추출물을 0.45 μm membrane filter (Milipore, Billerica, MA, USA)로 여과하여 측정시료로 사용하였다.
원산지별 커피 추출물의 색도는 Hunter 색차계(CR-400, Minolta Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 L값(lightness), a값(redness), b값(yellowness) 및 색차(ΔE값)를 5회 반복하여 측정하였으며, 표준백색판(standard plate)의 L값은 97.56, a값은 0.06, b값은 1.83이었다.
원산지별 커피 추출물의 카페인 함량을 분석하기 위하여 UHPLC (Nexera XR, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 분석하였으며, 각각의 커피 추출물을 0.45 μm membrane filter (Milipore Co., Billeria, MA, USA)로 여과하여 측정시료로 사용하였다.
원산지에 따른 커피 추출액의 색도 및 갈변도를 측정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다. 커피 추출액의 L값은 42.
, Daejeon, Korea)을 사용하였으며, 온도는 39°C, 검출 파장은 272 nm에서 검출하였다. 이동상은 A: 0.1% 아세트산 용액, B: 100% 아세토니트릴(acetonitrile)이고, 분석시간에 따라 이동상의 조성을 변경하였다. 이동상의 유속은 0.
, Dae-jeon, Korea)을 사용하였으며, 온도는 39°C, 검출 파장은 325 nm에서 검출하였다. 이동상은 A: 0.1% 아세트산 용액, B: 100% 아세토니트릴이고, 분석시간에 따라 이동상의 조성을 변경하였다. 이동상의 유속은 0.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis법(14)을 변형하여 측정하였다.즉, 원산지별 커피 추출물을 0.
커피 산지에 따른 추출액의 산화방지활성을 확인하고자 DPPH 라디칼과 ABTS 라디칼의 소거능을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다. 케냐산 및 인도네시아산 커피 추출액의 DPPH 라디칼 소거능이 각각 75.
커피 추출액에 함유된 가용성 고형분 함량은 굴절계(refractometer, N-1α, Atago Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다.
커피의 추출은 원산지별 분쇄한 커피 원두 25 g에 증류수 500 mL를 더한 후 가정용 커피 메이커(HD7434/20, PHILIPS, Amster-dam, Netherlands)를 이용하여 추출하였다. 각 커피 추출물의 이화학적 특성은 추출 후 25°C로 냉각한 즉시 측정하였으며, 기능성 성분 함량 및 라디칼 소거능 측정용 시료는 −40°C 냉동고(deep freezer, MDF, Sanyo, Tokyo, Japn)에 보관하면서 실험에 사용하였다.
2 mL 가하여 혼합하고 증류수 2mL를 첨가하여 실온의 암실에서 1시간 방치한 후 마이크로플레이트 판독기(microplate reader, Epoch, BioTek, Winooski, VT, USA)를 사용하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로 클로로젠산(Sigma, St Louis, MO, USA)을 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 시료 중 총 폴리페놀 함량을 계산하였고, 추출물 mL당 mg 클로로젠산당량(chloro-genic acid equivalent, CAE)으로 나타내었다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 커피 생두(green beans)는 2016년산 아라비카(Coffea arabica L.) 품종인 과테말라의 안티구아(Antigua), 에티오피아의 모카예가체프(Mocha Yergachefe), 인도네시아의 토라자(Toraja), 케냐의 아라비카(Arabica) 그리고 콜롬비아의 수프리모(Supremo)를 사용하였다.
커피 생두는 로스팅기(CBR-101A, GENESIS Co., Aansan, Korea)에서 250°C로 15분간 배전(rosating)하여 시티 로스팅(city roasting)단계로 하였으며, 배전 후 모든 시료는 충분히 냉각한 후분쇄기(Beansmill 600N, Guangdong Foshan Bali Mator Co., Guandong, China)를 이용하여 분쇄도 5로 분쇄하여 시료로 사용하였다.
또한, 각 커피 추출물의 생리활성 성분과 항산화활성과의 상관관계를 알아보기 위하여 Pearson’s correlation test를 실시하였다.
본 실험결과의 통계분석은 SPSS (23, Chicago, IL, USA) 통계프로그램을 이용하여 각 시료군 간의 유의적인 차이를 one-way ANOVA로 분석하여 Duncan’s multiple range test를 실시하여 분석하였다.
성능/효과
커피 산지에 따른 커피추출물의 pH, 산도 및 가용성 고형물의 함량을 측정한 결과는 Table 1과 같다. pH는 4.77-4.92의 범위로 나타났으며, 콜롬비아산이 4.92로 유의적으로 가장 높았고, 케냐산이 4.79로 유의적으로 가장 낮았다. 산도는 0.
갈변도와 DPPH 라디칼 및 ABTS 라디칼 소거능의 r2값은 각각 0.590 (p<0.05) 및 0.767 (p<0.01)로 유의적인 상관관계가 나타났다.
0oBx로 나타났다. 갈색도는 인도네시아산 커피 추출액의 값이 유의적으로 가장 높았으며, 반면 에티오피아산이 가장 낮았다. 인도네시아산 커피 추출액이 가장 많은 카페인과 클로로젠산을 함유하고 있었으며, 케냐산 커피 추출액의 폴리페놀 함량이 가장 높았다.
커피콩에 존재하는 클로로젠산은 커피의 착색의 원인물질로 작용하며, 항산화작용을 비롯하여 간 보호효과, 혈당강하, 항바이러스 효과 등의 다양한 생리기능성을 가진다(10).따라서 인도네시아산 및 케냐산의 커피추출액이 높은 클로로젠산 함량으로 산화방지활성이 우수할 것으로 추측된다.
카페인은 퓨린 염기의 일종으로 이완작용, 이뇨작용,중추신경 자극 및 혈관확장 뿐만 아니라 활성산소에 의해 유도되는 지질과산화를 억제하는 항산화제로 작용한다(31,32). 따라서 인도네시아산의 높은 카페인 함량으로 다른 품종의 커피추출액에 비해 더 높은 산화방지활성을 가진 것으로 추측된다.
커피의 산화방지활성은 커피콩 자체에 존재하는 클로로젠산을 비롯한 caffeic acid, ferulic acid 등과 같은 폴리페놀 화합물과 카페인 그리고 배전과정에서 생성되는 melanoidin과 같은 Maillard 반응 생성물에 기인한다(25). 따라서 케냐산과 인도네시아산 커피 추출액의 높은 산화방지활성은 다른 커피 품종에 비해 높은 카페인과 클로로젠산을 비롯한 높은 폴리페놀 함량에 기인한 것으로 판단된다.
89로(22), 본 연구의 L값 및 b값과 유사하였으나 a값은 본 연구의 a값에 비해 다소 높게 측정되었다. 또한 다양한 종류의 원두를 다양한 온도로 배전하고 이들 커피 추출물의 L값을 측정한 결과(2), 에티오피아, 인도네시아, 콜롬비아 순으로 높은 값을 나타내어 본 연구 결과와 같았다. 색차지수 ΔE값은 인도네시아산과 콜롬비아산이 58.
또한 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 및 ABTS 라디칼 소거능의 r2값은 0.671 및 0.699로 촐 폴리페놀과 산화방지활성에 유의적인 관계가 있는 것으로 나타났다(p<0.01).
브라질산 아라비카 품종의 커피를 중배전 및 강배전후 열수로 30분 동안 추출하여 얻은 커피 추출액의 총 폴리페놀 함량을 측정한 결과(3), 각각 363.4 및 309.8 μg CAE/mL으로 측정되어 본 연구에 비해 다소 낮은 함량을 보였다.
인도네시아산 커피 추출액이 가장 많은 카페인과 클로로젠산을 함유하고 있었으며, 케냐산 커피 추출액의 폴리페놀 함량이 가장 높았다. 산화방지활성을 측정한 결과, DPPH 라디칼 및 ABTS 소거능 모두 인도네시아산과 케냐산 커피 추출액이 다른 산지의 커피 추출액에 비해 유의적으로 높은 소거능을 보였다. 이상의 결과, 5종류의 커피 중 인도네시아산과 케냐산이 높은 함량의 기능성 성분과 우수한 산화방지활성을 가지는 것을 확인하였다.
46%의 소거능을 보였다. 에티오피아산및 과테말라산의 ABTS 소거능은 각각 80.13%과 76.77%로 유의적으로 낮은 소거능을 보였다. 커피의 산화방지활성은 커피콩 자체에 존재하는 클로로젠산을 비롯한 caffeic acid, ferulic acid 등과 같은 폴리페놀 화합물과 카페인 그리고 배전과정에서 생성되는 melanoidin과 같은 Maillard 반응 생성물에 기인한다(25).
산화방지활성을 측정한 결과, DPPH 라디칼 및 ABTS 소거능 모두 인도네시아산과 케냐산 커피 추출액이 다른 산지의 커피 추출액에 비해 유의적으로 높은 소거능을 보였다. 이상의 결과, 5종류의 커피 중 인도네시아산과 케냐산이 높은 함량의 기능성 성분과 우수한 산화방지활성을 가지는 것을 확인하였다.
갈색도는 인도네시아산 커피 추출액의 값이 유의적으로 가장 높았으며, 반면 에티오피아산이 가장 낮았다. 인도네시아산 커피 추출액이 가장 많은 카페인과 클로로젠산을 함유하고 있었으며, 케냐산 커피 추출액의 폴리페놀 함량이 가장 높았다. 산화방지활성을 측정한 결과, DPPH 라디칼 및 ABTS 소거능 모두 인도네시아산과 케냐산 커피 추출액이 다른 산지의 커피 추출액에 비해 유의적으로 높은 소거능을 보였다.
커피 추출액의 카페인, 클로로젠산 및총 폴리페놀의 함량을 측정한 결과는 Table 3과 같다. 인도네시아산이 1.32 mg/mL로 가장 높은 카페인 함량을 나타내었으며, 과테말라산의 카페인 함량이 0.74 mg/mL로 가장 낮았다. 또한 에티오피아, 케냐 및 콜롬비아산 커피 추출액의 카페인 함량은 각각 1.
001)를 보인다고 보고하였다. 일반적으로 커피의 산화방지활성은 클로로젠산을 비롯한 폴리페놀 성분과 카페인 또는 melanoidin과 같은 amino-carbonyl 반응산물 등과 관련이 깊은 것으로 알려져 있으며(31), 본 연구에서도 이들 생리활성 성분과 산화방지활성과의 높은 상관관계를 확인할 수 있었다.
ABTS 라디칼 소거능은 DPPH 라디칼 소거능과 유사한 경향을 나타내었다. 즉, 케냐산 및 인도네시아산 커피 추출액의 ABTS소거능이 각각 94.66% 및 92.10%로 유의적으로 높은 활성을 보였으며, 콜롬비아산이 88.46%의 소거능을 보였다. 에티오피아산및 과테말라산의 ABTS 소거능은 각각 80.
카페인 함량과 DPPH 라디칼 소거능의 r2값은 각각 0.819 (p<0.001)로 매우 높은 상관관계를 나타내었으며, 또한 ABTS과의 r2값도 0.719 (p<0.01)로 유의적인 상관관계를 보였다.
커피 산지별 추출액의 총 페놀 함량을 측정한 결과, 케냐산이2.28 mg CAE/mL으로 가장 높았으며, 콜롬비아, 인도네시아 및에티오피아산의 총 페놀함량이 각각 2.22, 2.02 및 2.01 mg CAE/mL로 커피 추출물간 유의적인 차이는 없었으며, 과테말라산이1.59 mg CAE/mL로 유의적으로 가장 낮은 함량을 보였다. 서울에서 시판되고 있는 각 브랜드별 레귤러커피(아메리카노)에 함유된 폴리페놀 함량을 측정한 결과(17), 0.
커피를 추출하였을 때 고형물의 함량은 커피품종, 배전정도, 분쇄입자의 크기, 추출방식 및 추출온도 등에 따라 다르며, 맛과 색등에 영향을 주는 인자로 작용한다(2,13,20,21). 커피 산지에 따른가용성 고형물의 함량을 측정한 결과, 케냐산과 콜롬비아산 커피의 가용성 고형물 함량이 1.00oBx로 가장 높았으며, 에티오피아산이 0.97oBx, 인도네시아산이 0.93oBx였으며, 과테말라산이 0.90oBx으로 가장 낮은 함량을 나타내었다. Eun 등(20)은 에티오피아예가체프 원두를 에스프레소머신을 이용하여 추출한 후 가용성 고형물의 함량을 측정한 결과, 2.
원산지에 따른 커피 추출액의 색도 및 갈변도를 측정하였으며, 그 결과는 Table 2와 같다. 커피 추출액의 L값은 42.38-48.75의 범위로 나타났으며, 에티오피아산 커피 추출액의 L값이 48.75로유의적으로 가장 높은 값을, 콜롬비아산의 L값이 42.38로 유의적으로 가장 낮은 값을 보였다. 반면 a값은 인도네시아산이 12.
커피산지에 따른 커피추출액의 클로로젠산의 함량은 인도네시아산과 케냐산이 각각 282.99 μg/mL와 276.80 μg/mL로 유의적으로 높은 함량을 보였으며, 이후 콜롬비아(269.47 μg/mL), 에티오피아(259.37 μg/mL), 과테말라(231.10 μg/mL) 순으로 나타났다.
커피원두 종류에 따른 커피 추출액의 갈변도는 인도네시아산이 0.298로 유의적으로 가장 높았으며, 케냐산과 콜롬비아산이 각각 0.274 및 0.276으로 높았다. 또한 과테말라산 커피 추출물의 갈변도가 0.
1과 같다. 케냐산 및 인도네시아산 커피 추출액의 DPPH 라디칼 소거능이 각각 75.60%와 76.00%로 유의적으로 가장 높았고, 콜롬비아산 73.39% 및 에티오피아산 72.55%로 유사한 소거능을 나타내었으며, 과테말라산이 68.64%로 유의적으로 가장 낮은 소거능을 보였다. Jo 등(3)은 브라질산 커피의 배전강도에 따른 커피추출액의 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과, 중배전시 66.
우리나라에서 많이 수입되어 음용되고 있는 커피원두를 일정한 조건하에서 배전 및 추출하고 이들의 이화학적 특성, 기능성성분 및 산화방지활성을 비교하고자 하였다. 콜럼비아산 커피 추출액의 pH가 가장 높았으며, 산도는 0.46-0.55%로 산지에 따른유의적인 차이가 없었고, 가용성 고형물 함량은 0.90-1.0oBx로 나타났다. 갈색도는 인도네시아산 커피 추출액의 값이 유의적으로 가장 높았으며, 반면 에티오피아산이 가장 낮았다.
클로로젠산의 함량과 DPPH 라디칼 및 ABTS 라디칼 소거능의 r2값은 각각 0.856 및 0.887로 매우 높은 상관관계를 보였다(p<0.001).
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
커피는 무엇인가?
커피는 쓴맛, 신맛, 떫은맛 및 고소한 맛 등의 특유한 맛과 향이 조화되어 만들어진 대표적인 기호음료로써, 국내는 물론 전세계 사람들이 즐겨 마시고 있다. 관세청이 발표한 ‘최근 커피수입동향’에 따르면 우리나라의 커피 수입량은 매년 증가하고 있으며, 생두 및 원두의 수입량은 전년에 비하여 각각 약 7% 및14% 증가하였다.
커피의 품종 3가지는 무엇인가?
커피나무는 아프리카의 에티오피아가 원산지이며, 현재는 베트남을 비롯하여 인도네시아, 콜롬비아, 에티오피아, 인도, 과테말라 등지에서 널리 재배되고 있다. 커피의 품종은 Coffea arabica L. (arabica 종), Coffea canephora L. (robusta 종), 그리고 Coffea liberica 세 품종으로 구분되며(2), 이 중 아라비카 종과 로부스타종이 전 세계 산출량의 대부분을 차지하고 있으며 리베리카 종은 소량 생산된다(3). 일반적으로 커피는 생산지별로 품질이 비슷하기 때문에 지역 이름 혹은 선적된 항구 등을 마치 상품명처럼 사용되고 있는데, 브라질 마르고지프, 콜롬비아의 콜롬비아 마일드, 에티오피아의 에티오피아 하라, 자마이카의 블루마운틴, 예맨의 모카 등이 그 예이다(2).
커피콩의 중요한 알칼로이드 성분의 이름과 그 기능은 무엇인가?
카페인은 커피콩의 중요한 알칼로이드로 그 함량은 품종에 따라 1-4% 정도 함유되어 있다(7). 카페인은 중추신경계를 활성화하고 혈액순환을 증가시켜 각성효과를 나타내고 이뇨작용을 유발하며, 위장과 운동성을 증가시키고 우울,떨림, 운동성 감소 등과 같은 파킨슨 증상의 완화에도 효과적이다(8,9). 뿐만 아니라 카페인의 함량은 그 쓴맛으로 커피의 품질에도 크게 영향을 미친다. 커피콩에는 다량의 폴리페놀 화합물이 함유되어 있으며(5), 그 중 클로로젠산(chlorogenic acid)이 전체 고형분의 약 12%를 차지하며, 탄닌(tannin)과 리그난(lignan) 및안토사이아닌이 소량 함유되어 있다(10,11).
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