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문제 정의
- 이리하여 본 연구에서는 숙성 흑생강의 저장성 증대와 식품소재로써 활용도를 높이기 위하여 열처리에 의한 숙성 흑생강을 열풍 및 동결건조시켜 분말화하고, 이들의 혼합비를 달리하였을 때 유효성분 및 항산화 활성 등을 비교 · 분석함으로써 흑생강의 기능성 최적화 및 산업화를 위한 기초자료로 활용코자 하였다.
제안 방법
- 96 well plate에서 추출액 40 μl, FRAP 기질용액 100 μl 및 증류수 40 μl를 차례로 가하여 37℃의 항온기에서 4분간 반응시킨 후 593 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 시료의 환원력은 FeSO4·7H2O (Sigma-Aldrich Co.)를 표준 물질로 하여 얻은 검량선으로부터 계산하였다[3].
- 건조방법과 혼합비를 달리한 5종의 흑생강 분말의 갈색물질 함량은 80% 메탄올로 추출하여 얻은 여과액을 UV-visible spectrophotometer (U-2900, HITACHI, Tokyo, Japan)로 280 nm 및 420 nm에서 80% 메탄올을 대조로 하여 측정한 흡광도 값으로 나타내었다. 흑생강의 색도는 상기 여과액 30 ml에 대해 색차계(CR 301, Minolta Co.
- 이 기질용액 100 μl에 추출액 50 μl를 혼합하여 실온에서 5분간 반응시킨후 분광광도계로 415 nm에서 흡광도를 측정하였다[40]. 라디칼 소거활성은 시료 무첨가구에 대한 시료 첨가구의 흡광도비(%)로 계산하였다. FRAP법에 의한 환원력은 300 mM의 acetate 완충용액(pH 3.
- 이때 오븐 온도는 30℃, 시료액은 20 μl를 주입하였으며, diode array detection 검출기로 282 nm에서 측정하였다. 분석 표준물질로써 6-gingerol, 8-gingerol, 10-gingerol 및 6-shogaol (Sigma-Aldrich Co.)을 시료와 동일조건에서 분석한 검량선에 따라 정량하였다.
- 숙성 흑생강의 열풍건조는 회분식 열풍건조기(HDS-22, Hyundai, Hwaseong, Korea)로 내부온도 65~70℃에서 24시간 동안 건조시켰으며, 동결건조는 동결건조기(LYOPH-PRIDE 50R, Ilshinbiobase, Dongducheon, Korea)로 -70℃에서 진공도 20 mtorr의 조건에서 건조시켰다. 이때 숙성 흑생강의 건조에 따른 수율은 열풍 및 동결건조 시 각각 19.
- 시료 1 g을 정평하여 증류수 20 ml를 가한 후 초음파 추출기(U105, Lab Korea, Gongju, Korea)에서 10분간 2회 추출한 다음 17,888× g에서 15분간 원심분리 하였다.
- 열풍 및 동결건조 분말의 혼합비를 달리한 5종의 흑생강 분말에서 gingerol 및 shogaol 정량은 Lee 등[33]의 방법을 개량하여 5종의 분말시료 2 g에 80% 메탄올 50 ml를 가하여 30분 동안 균질화한 후 0.45 μm membrane filter로 여과시켜 HPLC (1100 series LC system, Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)로 분석하였다.
- 열풍 및 동결건조된 흑생강은 80~100 mesh로 분쇄하여 -40℃에서 밀봉하여 보관하였으며, 열풍 및 동결건조 분말시료를 중량비(w/w)로써 혼합하여 “A” (8:2), “B” (5:5), “C” (2:8), “D” (10:0) 및 “E” (0:10)의 혼합시료 5종을 제조하였다.
- 시료 1 g을 정평하여 증류수 20 ml를 가한 후 초음파 추출기(U105, Lab Korea, Gongju, Korea)에서 10분간 2회 추출한 다음 17,888× g에서 15분간 원심분리 하였다. 이때 잔사에 함유된 수분의 함량을 수분흡수지수로 산출하였으며, 상등액을 105℃의 항온건조기에서 완전건조시켜 얻은 고형분 함량을 수분용해지수로 계산하였다.
- 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 표준물질로써 각각 gallic acid 및 quercetin (Sigma-Aldrich Co.)을 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 검량선으로부터 계산하였다.
- 환원당은 DNS법[35]에 따라 상기의 여과액 1 ml에 DNS 시약 3 ml를 가한 후 100℃의 수욕상에서 10분간 반응시킨 후 냉각하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총당 및 환원당 함량은 glucose (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)를 표준 물질로 하여 각각 작성한 검량선에 의해 산출하였다.
- 흑생강 추출물은 각 분말시료 10 g에 80% 메탄올 100 ml를 가하여 22℃에서 6시간씩 2회 추출하여 진공증발농축기로 완전건조시켰다. 추출 수율은 추출 전후 시료 중량에 대한 추출 물의 백분율(%)로 계산하였다.
- 건조방법과 혼합비를 달리한 5종의 흑생강 분말의 갈색물질 함량은 80% 메탄올로 추출하여 얻은 여과액을 UV-visible spectrophotometer (U-2900, HITACHI, Tokyo, Japan)로 280 nm 및 420 nm에서 80% 메탄올을 대조로 하여 측정한 흡광도 값으로 나타내었다. 흑생강의 색도는 상기 여과액 30 ml에 대해 색차계(CR 301, Minolta Co., Osaka, Japan)로 측정하였다. 이때 표준색판의 L값은 96.
대상 데이터
- ABTS 라디칼 소거활성은 7 mM의 ABTS 수용액에 potassium persulfate를 2.6 mM가 되도록 용해시킨 후 4℃의암실에서 12~16시간 반응시킨 다음 415 nm에서 흡광도를 1.5±0.03으로 조정한 ABTS 기질용액을 사용하였다.
- FRAP법에 의한 환원력은 300 mM의 acetate 완충용액(pH 3.6), 40 mM HCl에 용해한 10 mM 2,4,6-tripyridyl-s-triazine (TPTZ, Sigma-Aldrich Co.)용액 및 20 mM의 FeCl3·6H2O (Sigma-Aldrich Co.) 용액을 각각 10:1:1 (v/v/v)로 혼합하여 실험 직전에 37℃로 조정한 것을 기질용 액으로 사용하였다.
- 시료는 경북 안동에서 재배된 생강을 구입하여 껍질을 벗긴 후 1 cm 두께로 슬라이스하여 100 g씩 알루미늄 호일(30×30 cm)로 포장하여 유리용기에 담아 항온 건조기(JSON-050, JSR, Gongju, Korea)에서 온도 85℃로 60시간 동안 숙성시킨 것을 사용하였다.
데이터처리
- A-C Means with different superscripts in the different sample are significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
- A-D Means with different superscripts in the same column are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
- A-E Means with different superscripts in the same column are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.
- 실험결과는 SPSS 12.0 (SPSS Inc., Chicago, IL, USA) 프로그램을 이용하여 평균±표준편차로 산출하였으며, 처리구별 유의성 검정은 일원배치 분산분석(one-way analysis of variance)을 하여 p<0.05의 유의수준에서 Duncan's multiple range tests로 사후검정을 하였다.
이론/모형
- 건조방법과 혼합비를 달리한 흑생강 분말의 80% 메탄올 추출액에 대한 항산화 활성은 100~2,000 μg/ml의 농도범위에서 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2-azinobis-(3-ethyl-benzo-thiazoline-6-sulfate) (ABTS) 라디칼 소거활성과 ferric-reducing antioxidant potential (FRAP)법에 의한 환원력으로 측정하였다.
- 열풍 및 동결건조 분말의 혼합비를 달리하여 제조된 5종의 흑생강 분말에서 수분흡수지수(water absorption index, WAI) 및 수분용해지수(water solubility index, WSI)는 Moon 등[36] 의 방법에 따라 측정하였다. 시료 1 g을 정평하여 증류수 20 ml를 가한 후 초음파 추출기(U105, Lab Korea, Gongju, Korea)에서 10분간 2회 추출한 다음 17,888× g에서 15분간 원심분리 하였다.
- 총 페놀 함량은 Folin-Denis법[10]에 따라 상기의 추출액 1 ml에 Folin-ciocalteu 시약 0.5 ml, 10% Na2CO3 용액 1 ml를 차례로 넣고 5초간 혼합한 후 실온의 암실에서 1시간 동안 반응시켜 시료 무첨가구를 대조로 하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. 플라보노이드 함량은 Moreno 등[37]의 방법에 따라 추출액 1 ml에 10% aluminum nitrate 0.
- 5 ml, 10% Na2CO3 용액 1 ml를 차례로 넣고 5초간 혼합한 후 실온의 암실에서 1시간 동안 반응시켜 시료 무첨가구를 대조로 하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. 플라보노이드 함량은 Moreno 등[37]의 방법에 따라 추출액 1 ml에 10% aluminum nitrate 0.1 ml, 1 M potassium acetate 0.1 ml 및 80% ethanol 4.3 ml를 차례로 가한 후 실온의 암실에서 40분간 반응시켜 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 표준물질로써 각각 gallic acid 및 quercetin (Sigma-Aldrich Co.
- 건조방법과 혼합비를 달리한 5종의 흑생강 분말로부터 얻은 80% 메탄올 추출액에서 총당의 정량은 추출액 1 ml에 5% 페놀 시약 1 ml와 진한 황산 5 ml를 차례로 혼합하여 30분간 실온에서 반응시킨 후 470 nm에서 흡광도를 측정하였다[8]. 환원당은 DNS법[35]에 따라 상기의 여과액 1 ml에 DNS 시약 3 ml를 가한 후 100℃의 수욕상에서 10분간 반응시킨 후 냉각하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총당 및 환원당 함량은 glucose (Sigma-Aldrich Co.
성능/효과
- (a)는 열풍건조 시료 “D”가 동결건조 시료 “E”에 비해 유의적으로 낮았으나, 혼합시료에서는 열풍건조 시료의 혼합 비가 많을수록 유의적으로 증가되는 경향이었다.
- 8-Gingerol의 함량이 가장 많았으며, 다음으로 10-gingerol, 6-shogaol 및 6-gingerol의 순이었다. 6-Gingerol의 함량은 건조방법에 따른 유의차가 없었으나, 그 외 성분은 열풍건조 시료에서 유의적으로 높은 경향이었다. 혼합시료에서는 열풍건조 시료의 함유율이 많을수록 gingerol과 shogaol 함량이 유의적으로 높았는데, 특히 열풍과 동결건조 시료를 8:2로 혼합한 “A”는 열풍건조 시료 “D”에 비해서도 유의적으로 높은 함량이었다.
- 또한 1,000 μg/ml 이상의 농도에서는 모든 시료에서 90% 이상의 활성으로 통계적인 유의차는 있으나, 시료간에 대차는 없었다. ABTS 라디칼 소거활성도 동결건조 시료에 비해 열풍건조 시료의 활성이 유의적으로 높았다(Fig. 2B). 환원력도 열풍건조 시료 “D”가 동결건조 시료 “E”에 비해 유의적으로 높은 활성이었으며, 혼합시료에서도 열풍건조 시료의 함유량이 많아질수록 활성이 증가하였다(Fig.
- ABTS 라디칼 소거활성은 500 μg/ml의 농도에서 모든 시료가 60% 이상의 활성을 보였으며, 특히 시료 “A”에서 유의적으로 높았다.
- 갈색물질 함량은 280 및 420 nm에서 갈색도로 나타낸 결과, 열풍건조 시료 “D”가 유의적으로 높았으며, 혼합시료에서는 “C”가 “A”에 비해 유의적으로 높았다.
- 또한 3T3-L1 지방세포에서 TNF-α의 유의적인 억제에는 6-gingerol보다 6-shogaol의 영향이 더 뚜렷하였다는 보고도 있다[14]. 따라서 본 연구결과 흑생강 분말의 콜레스테롤 흡착활성은 조섬유 함량(건물량 기준, 7.3%)[32] 뿐만 아니라 페놀성 화합물, gingerol 및 shogaol 등의 성분도 관여된 것으로 추정된다.
- 따라서 본 연구에서 숙성 흑생강의 열풍건조 시료에서 높은 항산화 활성을 보인 것은 gingerol, shogaol 뿐만 아니라 페놀, 플라보노이드 등의 물질에 기인된 것으로 판단된다. 더욱이 발효된 대두, 미강 및 홍삼을 다양한 비율로 배합된 혼합물에서 라디칼 소거활성이 각 원료에 비해 높아 혼합물의 사용이 단일 원료보다 기능성 측면에서 효율적이라는 보고[44]는 본 실험결과와 유사한 경향이었다.
- 수분용해지수는 열풍건조보다 동결건조 시 더 높았다는 보고가 있으며[4, 23, 27], 동결건조된 마 분말은 시료의 다공질 구조에 의해 수분의 흡수 및 성분의 용해가 빠르게 진행되어 수분용해 지수가 높았으나, 열풍건조 시료는 열처리 과정에 의한 조직 수축으로 다공질 구조 형성이 원활하지 못하여 수분 용해성이 낮은 것으로 고찰되어 있다[23]. 본 실험에서 동결건조된 흑생강은 추출 수율, 수분흡수지수 및 수분용해지수가 우수하였으나, 혼합시료에서는 동결건조 시료의 혼합 비율이 낮아도 수분용해지수가 크게 감소되지 않는다는 것을 확인할 수 있었다.
- 본 연구 결과 흑생강의 갈색물질 함량이 동결건조에 비해 열풍건조 시료에서 유의적으로 높은 것은 건조과정 중 갈변에 기인된 결과라 생각된다. 그러나, 두 시료간의 색도에 대차를 보이지 않은 것으로 볼 때 오히려 이들 분말을 혼합사용하여도 시각적인 품질차이는 없는 것으로 판단된다.
- Gingerol과 shogaol은 생강의 주요 매운맛 성분으로 특히, 6-gingerol은 인지질 산화억제에 관여하는 항산화 활성을 지니며[1], 6-shogaol은 신선한 생강 중에는 존재하지 않으나, 가공 시 pH가 산성이며 온도가 높아질수록 gingerol로부터 빠르게 전환되어 생강 특유의 자극성 완화 및 항산화 활성에 변화를 초래할 수 있는 물질로 알려져 있다[17, 33]. 본 연구에 사용된 흑생강은 열처리에 의한 숙성 생강으로 장시간 숙성하는 과정 중 6-shogaol 함량이 증가되었으며, 이를 열풍건조할 경우 gingerol 및 shogaol 함량이 더 증가된 것으로 판단되므로 흑생강의 2차 가공품 제조 시 열풍건조는 기능성 및 산업적인 측면에서 효율적인 방법이라 판단된다.
- 수분흡수지수는 동결건조 시료 “E”에서 유의적으로 높았으며, 열풍건조 시료 “D”가 가장 낮은 수준이었는데, 혼합시료에서는 동결건조 시료의 비율이 클수록 유의적으로 증가되는 경향이었다.
- 플라보노이드 함량은 열풍건조 시료가 동결건조 시료에 비해 유의적으로 높았으며, 혼합시료 “A”는 오히려 열풍건조 시료와 유의차를 보이지 않았다.
- 혼합시료에서는 열풍건조 시료의 함유율이 많을수록 gingerol과 shogaol 함량이 유의적으로 높았는데, 특히 열풍과 동결건조 시료를 8:2로 혼합한 “A”는 열풍건조 시료 “D”에 비해서도 유의적으로 높은 함량이었다.
- 혼합시료의 추출 수율은 열풍 및 동결건조 시료가 동량으로 혼합된 시료 “B”와 2:8의 비율로 혼합된 시료 “C”간에 유의적인 차이가 없었다.
- 환원력도 열풍건조 시료 “D”가 동결건조 시료 “E”에 비해 유의적으로 높은 활성이었으며, 혼합시료에서도 열풍건조 시료의 함유량이 많아질수록 활성이 증가하였다(Fig. 2C).
- 흑생강 분말의 0.5% 추출액에 대한 콜레스테롤 흡착활성은 34.12~42.47%의 범위였는데, 동결건조 시료 “E”에서 42.47%로 타 시료에 비해 유의적으로 높았다.
- 흑생강 분말의 80% 메탄올 추출에 의한 수율은 22.09~24.11%의 범위로 동결건조 시료 “E”가 유의적으로 높았으며, 열풍건조 시료 “D”에서 유의적으로 낮았다.
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