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문제 정의
- 본 연구는 국내산 귀리의 생리활성 효능을 증대시키기 위한 목적으로, 팽화 가공처리 후 추출물에서의 항산화 성분과 효능을 분석하였다. 주요 항산화 성분인 총 폴리페놀의 함량이 팽화 전 72 mg GAE/100 g extract에서 1.
- 본 연구에서는 두 가지 조건의 팽화 처리를 통해 귀리의 물리적, 화학적 변형을 유도하고자 하였으며, 이로 인한 귀리의 외형변화와 폴리페놀 성분, 항산화능 변화를 측정후 비교 분석하여기능성 식품 소재화의 가능성을 모색하고자 하였다.
가설 설정
- 2)ND, not detected.
제안 방법
- 팽화 처리과정을 통한 귀리의 외형변화를 측정하기 위해서 분쇄 전 형태의 귀리의 크기와 수분함량 변화를 측정하였다. 귀리의 장, 폭, 두께는 버니어 캘리퍼스(Mitutoyo, Kawasaki, Japan)를이용하여 10개 종실에 대한 평균값을 구하였다. 수분함량은 0.
- 귀리의 팽화 이후 추출물에서의 페놀산 분석을 수행하였으며,변화된 성분차이를 비교분석하였다(Table 2). 총 페놀산 함량은 대조군 49 μg/g 이었으며, 1.
- 1% 아세트산이 포함된 아세토나이트릴(acetonitrile, B)을 기울기 조건으로 흘려주었다. 기울기 조건은 A:B를 초기 92:8 (v/v)에서 2분에 90:10, 27분에 70:30, 50분에 10:90, 51분에 0:100, 62분에 92:8로 설정하였다. 유속은 1 mL/min, 시료주입량은 20 μL, 검출기의 검출파장은 UV 280 nm 조건으로 분석하였으며, 칼럼은 ODS column (5 μm, 4.
- 2 mM) 1 mL에 추출물 50 μL를 첨가하고 상온에서 30분간 반응시켰다. 반응물은 520 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 트로록스를 표준물질로 사용하여 비교 분석하였다. 분석 결과는 mg ofTEAC/100 g of extract으로 표기하였다(16).
- 팽화 처리를 위해서 팽화기(Shinhak, Seoul, Korea)를 10분간 예열하고, 정선된 귀리를 1kg씩 넣은 후 가열과 가압 처리하였다. 상승 압력이 0.75MPa 도달 시점에서 가열원을 소화시키고, 1.0과 1.2MPa에 도달 시점에서 압력을 급속 해제하여 시료를 팽화시켰다. 팽화된 귀리시료는 분쇄 후 메탄올을 첨가하여 24시간 실온에서 교반 추출하였다.
- 귀리의 장, 폭, 두께는 버니어 캘리퍼스(Mitutoyo, Kawasaki, Japan)를이용하여 10개 종실에 대한 평균값을 구하였다. 수분함량은 0.5 g의 시료를 수분함량분석계(PMB53, Adam Equipment, Oxford, CT,USA)에 넣고, 121oC에서 가열하여 증발된 수분 질량 값을 이용하여 도출하였다. 팽화 작용에 의한 귀리의 단면과 외피변화는 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM; TM3000,Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 1000배 확대하여 촬영하였다.
- 식물의 이차대사산물이자 항산화 성분으로 알려진 폴리페놀과 플라보노이드의 함량을 측정하였다(Fig. 1B and 1C). 귀리의 팽화 처리는 플라보노이드 함량을 감소시켰으나, 대조적으로 총 폴리페놀의 함량은 팽화 압력과 비례하여 증가하였다.
- 추출물을 고순도 메탄올에 재용해 하고, 0.45 μm syringe filter (Millipore, Billerica, MA, USA)로 여과하여 초고성능액체크로마토그래피(UPLC, Waters, Milford, MA, USA)로 분석하였다.
- 5 g의 시료를 수분함량분석계(PMB53, Adam Equipment, Oxford, CT,USA)에 넣고, 121oC에서 가열하여 증발된 수분 질량 값을 이용하여 도출하였다. 팽화 작용에 의한 귀리의 단면과 외피변화는 주사전자현미경(Scanning electron microscope, SEM; TM3000,Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 1000배 확대하여 촬영하였다.
- 팽화 처리 후 귀리추출물의 라디칼 제거 활성효능을 분석하였다(Fig. 1D). ABTS, DPPH 두 가지 라디칼에 귀리와 팽화귀리 추출물을 처리한 후 비색법 분석을 통해 분석한 결과에서 팽화 처리가 귀리의 라디칼 제거 효능을 향상시키는 것으로 확인하였다.
- 팽화 처리과정을 통한 귀리의 외형변화를 측정하기 위해서 분쇄 전 형태의 귀리의 크기와 수분함량 변화를 측정하였다. 귀리의 장, 폭, 두께는 버니어 캘리퍼스(Mitutoyo, Kawasaki, Japan)를이용하여 10개 종실에 대한 평균값을 구하였다.
- 본 연구에서 사용된 귀리는 조양 품종으로, 농촌진흥청 중부작물부 수원포장에서 2016년 수확되었다. 팽화 처리를 위해서 팽화기(Shinhak, Seoul, Korea)를 10분간 예열하고, 정선된 귀리를 1kg씩 넣은 후 가열과 가압 처리하였다. 상승 압력이 0.
- 플라보노이드(flavonoid) 함량의 분석을 위해서 시료 250 μL을 증류수 1 mL으로 희석하고, 75 μL의 5% 아질산소듐을 첨가하여 상온에서 5분간 반응시켰다.
- 항산화 효능 분석을 위한 방법으로 2,2-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline6-sulphonic acid (ABTS) 라디칼 제거능과 1,1-다이페닐-2-피크릴하이드라질 (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl, DPPH) 라디칼 제거능 실험법을 적용하였다. ABTS 라디칼 생성을 위해서 ABTS7.
- 희석한ABTS 반응 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 첨가하여 60분간 반응시킨 후 734 nm에서 흡광도를 측정하여 항산화능을 분석하였다.
대상 데이터
- 상온에서 3분간 반응 시키고 청색의 반응물을 96 well plate로 옮겨, 750nm에서 흡광도를 측정하였다. 갈산(gallic acid)을 표준물질로 사용하였으며, 결과는 mg 갈산 당량(GAE)/100 g of extract로 표기하였다. 플라보노이드(flavonoid) 함량의 분석을 위해서 시료 250 μL을 증류수 1 mL으로 희석하고, 75 μL의 5% 아질산소듐을 첨가하여 상온에서 5분간 반응시켰다.
- 팽화된 귀리시료는 분쇄 후 메탄올을 첨가하여 24시간 실온에서 교반 추출하였다. 거름종이(Whatman, Maidstone, UK)를 이용하여 침전물을 거르고,질소농축기(Buchi, Flawil, Switzerland)로 추출용매를 증발시킨 후 실험목적에 따라 재용해하여 사용하였다.
- 본 연구에서 사용된 귀리는 조양 품종으로, 농촌진흥청 중부작물부 수원포장에서 2016년 수확되었다. 팽화 처리를 위해서 팽화기(Shinhak, Seoul, Korea)를 10분간 예열하고, 정선된 귀리를 1kg씩 넣은 후 가열과 가압 처리하였다.
- 희석한ABTS 반응 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 첨가하여 60분간 반응시킨 후 734 nm에서 흡광도를 측정하여 항산화능을 분석하였다. 트로록스(Trolox)가 표준물질로 사용되었으며, 항산화능은 mg of Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC)/100 g of extract로 나타내었다(15). DPPH 라디칼 소거능 실험에서는 DPPH 용액(0.
- 6×250mm, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)이 사용되었다. 표준물질로는 갈산, 4-하이드록시 벤조산(4-hydroxybenzoic acid), 카페산(caffeic acid), 바닐산(vanillic acid), 시링산(syringic acid), 파라쿠미르산(p-coumaric acid), 페룰산(ferulic acid), 시나핀산(sinapinic acid), t-3-하이드록시시남산(t-3-hydroxy cinnamic acid)을 Sigma-Aldrich사(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다(14).
데이터처리
- 실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었으며, 결과에 대한 유의성 검정은 GraphPad Prism version 5 (GraphPad Software, SanDiego, CA, USA)를 이용하여 ANOVA 분석 하였고, Tukey’s test를 이용하여 p<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.
이론/모형
- 총 폴리페놀 함량 분석은 폴린시오칼토 페놀시약(Folin-Ciocalteuphenol reagent)을 이용한 발색법으로 측정하였다(12). 추출물 100μL과 2% 탄산소듐 용액 2 mL을 혼합 하고 3분간 반응시켰다.
성능/효과
- 1D). ABTS, DPPH 두 가지 라디칼에 귀리와 팽화귀리 추출물을 처리한 후 비색법 분석을 통해 분석한 결과에서 팽화 처리가 귀리의 라디칼 제거 효능을 향상시키는 것으로 확인하였다. DPPH 라디칼 제거능 실험 결과, 1.
- ABTS, DPPH 두 가지 라디칼에 귀리와 팽화귀리 추출물을 처리한 후 비색법 분석을 통해 분석한 결과에서 팽화 처리가 귀리의 라디칼 제거 효능을 향상시키는 것으로 확인하였다. DPPH 라디칼 제거능 실험 결과, 1.0, 1.2MPa 팽화 처리는 대조군과 대비하여 항산화 활성이 179, 245%로 나타났다. ABTS에서도 1.
- 2 MPa에서 대조군 대비 유의적 감소를 보였다. SEM을 이용한 촬영에서는 팽화로 인해 내부 조직이 파괴되고, 외피에 균열과 기공이 발생함을 확인할 수 있었다. 팽화 처리는 고압, 고온 상태에서 급속한 압력 해제 과정을 통해 빠르게 곡물내부의 수분이 증발되는 원리를 통해 곡물 조직의 팽창을 야기한다(17).
- 가장 큰 변화를 보인 갈산은 팽화 전에는 검출되지 않았으나 압력 1.0 MPa으로 팽화 후에 519 μg/g, 압력 1.2 MPa로 팽화 후에 495 μg/g으로 크게 증가하였다.
- 이전 연구에서도 귀리의 열처리는 페룰산, 파라쿠미르산, 바닐린 등의 함량이 증가되는 반면에 카페산의 함량은 감소되는 유사한 결과를 나타내었으며, 이는 카페산 등이 다른 페놀산에 비해 열에 민감하기 때문인 것으로 볼 수 있다(27). 결과에서 1.0 MPa과 1.2 MPa으로 팽화 처리한 시료간의 페놀산 함량이 유의적 차이가 없었음에도 총 폴리페놀이 1.2 MPa에서 증가하는 것은 물리적 변형이 클수록 용출되는 총 폴리페놀 함량이 증가하였기 때문이며, 갈산과 같이 새롭게 생성되는 페놀산에 의한 효과는 미미한 것으로 나타났다.
- 팽화 처리는 고압, 고온 상태에서 급속한 압력 해제 과정을 통해 빠르게 곡물내부의 수분이 증발되는 원리를 통해 곡물 조직의 팽창을 야기한다(17). 따라서 귀리의 팽화 처리 결과 장, 폭, 두께의 값이 모두 증가하는 반면 수분함량은 감소하는 경향을 보인다. 기존의 보리 팽화 연구에 따르면 팽화 전과 후의 부피 변화의 비율을 나타내는 팽창률은 팽화 압력에 비례하는 것으로 알려져 있는데(18), 본 연구에서도 팽화 압력이 증가할수록 팽창률이 증가하는 경향을 보였으며, 그에 따른 물리적, 화학적 변화가 야기되었을 것으로 생각된다.
- 폴리페놀의 수산기는 세포 내부의 라디칼과 강력한 결합을 형성하여 산화적 스트레스로부터 세포를 보호, 산화적 손상 예방과 억제 등의 효능을 가진다(29). 따라서 팽화 처리를 통한 추출물에서의 폴리페놀 농도의 증가는 팽화 귀리의 항산화 효능 향상과 직접적 상관관계가 있는 것으로 판단된다.
- 05). 또한 1.0 보다는 1.2MPa에서 활성이 더 높았으며, 이는 추출물의 총 폴리페놀 함량과 비례하는 경향을 보였다. 산화적 스트레스에 의해 세포 내부에서 형성되는 라디칼은 DNA와 기타 생체분자에 손상을 야기한다(28).
- 장, 폭, 두께 측정에서는 팽화 압력과 비례하여 증가하는 경향을 보였으며 통계적으로 유의하였다(p<0.05).
- 본 연구는 국내산 귀리의 생리활성 효능을 증대시키기 위한 목적으로, 팽화 가공처리 후 추출물에서의 항산화 성분과 효능을 분석하였다. 주요 항산화 성분인 총 폴리페놀의 함량이 팽화 전 72 mg GAE/100 g extract에서 1.2MPa 압력으로 팽화시 127 mgGAE/100 g extract으로 증가함을 확인하였다. 특히 갈산이 팽화전 불검출에서 팽화 후 518 μg/g extract으로 증가하여 분석한 페놀산 중에서 가장 큰 비중을 차지하였다.
- 총 페놀산 함량은 대조군 49 μg/g 이었으며, 1.0 MPa에서 팽화 처리군에서 625 μg/g, 1.2 MPa 팽화 처리군에서 594 μg/g 으로 통계적 유의성을 나타내는 범위에서 증가하였다(p<0.05).
- 특히 갈산이 팽화전 불검출에서 팽화 후 518 μg/g extract으로 증가하여 분석한 페놀산 중에서 가장 큰 비중을 차지하였다. 추출물의 라디칼을 이용한 물질의 항산화 능을 측정하는 DPPH와 ABTS 실험에서도 각각 팽화 전 38과 91 mg TEAC/100 g extract 값이 1.2MPa 팽화 조건에서 93과 168 mg TEAC/100 g extract으로 증가하였다. 이와 같은 결과는 팽화 처리중 가해지는 열과 순간적 팽화 과정에 따른 물리적, 화학적 구조의 변형에 따른 추출량 증가에 기인한 것으로 해석된다.
- 특히 갈산이 팽화전 불검출에서 팽화 후 518 μg/g extract으로 증가하여 분석한 페놀산 중에서 가장 큰 비중을 차지하였다.
- 05). 팽화 압력 1.2 MPa 기준으로, 귀리의 외형은 대조군과 대비하여 장(124%), 폭(191%), 두께(169%)가 증가하였고, 수분함량은 팽화 처리군에서 감소하는 경향이 나타났으며, 1.2 MPa에서 대조군 대비 유의적 감소를 보였다. SEM을 이용한 촬영에서는 팽화로 인해 내부 조직이 파괴되고, 외피에 균열과 기공이 발생함을 확인할 수 있었다.
- 귀리의 팽화 처리는 플라보노이드 함량을 감소시켰으나, 대조적으로 총 폴리페놀의 함량은 팽화 압력과 비례하여 증가하였다. 팽화 후 귀리의 폴리페놀 함량은 1.0과 1.2 MPa 조건에서 각 대조군 대비 151, 217%로, 1.2 MPa 조건을 기준으로 2배 이상의 증가를 보였다. 가열이나 팽화 과정은 식물세포벽의 구조를 파괴하여 내부에 존재하는 유용물질의 추출을 증대시킨다(19,20).
후속연구
- 그러나 그 과정에서 열에 불안정한 성분들은 분해될 가능성이 높으며, 귀리의 주요 플라보노이드 성분인 아피게닌(apigenin),루테올린(luteolin) 등(22)은 열에 민감한 특성을 가지므로 팽화 처리는 귀리의 플라보노이드 함량을 감소시킨 것으로 생각된다(23,24). 귀리의 팽화처리는 곡물의 구조적 파괴와 화학적 결합의 변형으로 플라보노이드를 제외한 기타 폴리페놀의 추출 수율을 향상 시켰으며, 그에 따른 긍정적 효과가 기대된다.
- 이처럼 귀리의 다양한 생리활성 성분은 항산화, 항염증, 항심혈관질환 효능을 나타내는 것으로 알려져 있으나(8) 쌀이나 밀에 비해 소비량이 적으며, 껍질을 제거 후 제분이 어려워 단순 분쇄하거나 가열, 압착한 형태의 오트밀형태로 가공하여 섭취하고 있다. 따라서 오트밀 외에도 손쉽게 귀리를 섭취할 수 있는 가공 방안의 개발은 귀리의 유용성분 섭취 증가를 통한 기능성 효능을 증대 시킬 수 있을 것이다.
- 이와 같은 결과는 팽화 처리중 가해지는 열과 순간적 팽화 과정에 따른 물리적, 화학적 구조의 변형에 따른 추출량 증가에 기인한 것으로 해석된다. 팽화 처리를 통한 귀리의 가공은 텍스처와 향미에 변화를 주고 항산화 효율을 높여, 건강식, 아침대용식, 차,죽 등의 다양한 제품개발에 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
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