[논문]반응표면 분석법에 의한 표고균사체발효 적하수오 열수 추출조건의 최적화

오준석; 홍재희; 박태영; 신지은; 김경제; 진성우; 반승언; 고영우; 임승빈; 서경순

doi:10.14480/jm.2018.16.1.22

반응표면 분석법에 의한 표고균사체발효 적하수오 열수 추출조건의 최적화
Optimal hot water extraction conditions of fermented Polygonum multiflorum root by Lentinula edodes pegler mycelials using response surface methodology 원문보기

Journal of mushrooms = 한국버섯학회지, v.16 no.1, 2018년, pp.22 - 30

오준석 (동부생약영농조합법인) , 홍재희 (동부생약영농조합법인) , 박태영 (동부생약영농조합법인) , 신지은 (충남대학교 정보통계학과) , 김경제 ((재)장흥군버섯산업연구원) , 진성우 ((재)장흥군버섯산업연구원) , 반승언 ((재)장흥군버섯산업연구원) , 고영우 ((재)장흥군버섯산업연구원) , 임승빈 ((재)장흥군버섯산업연구원) , 서경순 ((재)장흥군버섯산업연구원)

초록
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본 연구는 표고균사체 발효 적하수오 열수 최적 추출조건 탐색을 목적으로 수행하였으며, 표고균사로 배양된 하수오의 독립변수로는 독립변수(Xi)로서 추출온도(X1), 추출시간(X2) 및 시료에 대한 용매비(X3)에 대한 실험범위를 설정하여 각각을 5단계로 부호화하였고 중심합성계획에 따라 16구로 설정하여 추출하였다. 또한 이들 독립변수에 영향을 받을 종속변수(Yn)로는 고형분 함량(Y1) 및 당도(Y2), TPC (total polyphenol contents, Y3), TFC (total flavonoid contents, Y4), ABTS cation radical scavenging activity (Y5), DPPH radical scavenging activity (Y6)으로 하였다. 고용분 함량 최대값과 최소값은 각각 31.99%와 16.84%로 나타났다. 이를 회귀분석한 결과 고형분 함량에 대한 모델식의 $R^2$은 0.867로 나타났다. 당도는 7번(8 hrs, $85^{\circ}C$, 67 mg/mL)과 15번(6 hrs, $70^{\circ}C$, 100 mg/mL)시험구에서 3.0 brix로 다른 시험구에 비하여 높은 함량을 보였다. 항산화물질인 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량은 8번 시험구(8 hrs, $85^{\circ}C$, 40 mg/mL)에서 총 폴리페놀 함량이 30.40 mg GAE/g, 총 플라보노이드 함량이 146.50 mg QE/g으로 가장 높게 나타났으며, 16가지 시험구의 항산화 활성도 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량의 결과와 같이 8번 시험구(8 hrs, $85^{\circ}C$, 40 mg/mL)에서 가장 높은 활성을 보였다. 이상의 결과를 참조하여 표고균 사체 발효 적하수오에 대한 열수 추출조건을 최적화할 목적으로 추출온도를 $95^{\circ}C$로 고정하고 용매비와 추출시간에 대한 종속변수들의 contour map을 superimposing하여 추출물의 특성 중 생리활성물질 함량과 생리활성을 만족시켜주는 최적조건은 $91.22^{\circ}C$에서 39.71 mg/mL 용매비와 7.72 추출시간으로 각각 분석되었다. 본 연구는 적하수오에 표고균사체를 배양한 후 생리활성이 우수한 원료를 추출 생산하고자 최적 추출조건을 확립하기 위하여 반응표면분석법을 활용하였다. 향후 생리활성부분에 대한 추가적인 연구가 이루어진다면 더욱 완성도가 높은 표고균사체 발효 적하수오 식품개발에 가능할 것으로 사료된다.

Abstract ▼ AI-Helper

This study was performed to determine optimal extraction conditions of fermented Polygonum multiflorum root by Lentinula edodes (JMI10079) Pegler mycelials using response surface methodology. The independent factors were extraction temperature (X1: $40-100^{\circ}C$), extraction time (X2: 2-10 hrs.), and the ratio of water to sample (X3: 33-100 mg/mL). Their effects were assessed on dependent variables of the extract properties, which included soluble solid contents (Y1), $^{\circ}Brix$ of sample extract (Y2), total polyphenol content (Y3), total flavonoid content (Y4), 2,2'-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid) radical cation scavenging activity (Y5) and 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl radical scavenging activity (Y6). The experimental data obtained were fit to a second-order polynomial equation. The optimal extraction conditions for fermented P. multiflorum root were: X1: $91.22^{\circ}C$, X2: 7.72 hrs, and X3: 39.71 mg/mL.

주제어

AI 본문요약
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문제 정의

이와 같이 인체에 유익한 효과 및 효능을 확보하고 있는 적하수오는 자극성이 있다는 민간의 소문이 있어 자극성 완화를 통한 소비자들의 신뢰도 확보가 시급한 상황이다. 이에 따라 본 연구에서는 적하수오의 자극성 완화 및 표고의 유용성분을 추가한 시너지 효과 창출을 위하여, 적하수오를 표고 균사로 발효한 발효물의 최적 추출조건을 탐색하였다.

제안 방법

또한 이들 독립변수에 영향을 받을 종속변수(Yn)로는 고형분 함량(Y1), 당도(Y2), TPC (total polyphenol contents, Y3), TFC (total flavonoid contents, Y4), ABTS cation radical scavenging activity (Y5) 및 DPPH radical scavenging activity (Y6)로 하였으며, 모든 실험은 3반복 측정하여 평균값을 회귀분석에 사용하였다. 회귀분석에 의한 최적 조건의 예측은 Minitab 14.
따라서 본 연구에서는 반응표면분석법을 이용하여 개별적 유용성분과 생리활성을 지닌 표고균사체와 적하수오 복합발효물의 시너지 효과를 분석하였다. 또한, 반응 표면분석법을 적용한 최적 열수추출물을 확보하기 위하여 수행하였으며, 표고발효 적하수오의 효과를 확인하고자 항산화물질인 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 항산화활성인 ABTS cation radical scavenging activity와 DPPH radical scavenging activity를 각각 탐색하였다. 이상의 결과를 기반으로 표고균사발효 적하수오를 소재로 한 건강식품개발 기초자료로 활용하고자 한다.
본 연구에서는 추출특성의 모니터링과 추출조건의 최적화를 위하여 반응표면 분석법(repose surface methodology, RSM)을 이용하였고, 추출조건에 대한 실험계획은 Table 1과 같이 중심합성계획(central composite design)을 실시하였다. 추출공정에서 중요한 독립변수(Xi)로서 추출온도(X1), 추출시간(X2) 및 시료에 대한 용매비(X3)에 대한 실험범위를 설정하여 각각을 5단계로 부호화하였으며, 중심합성계획에 따라 16구로 설정하여 추출하였다(Table 2).

대상 데이터

본 실험에 사용한 적하수오(Polygonum multiflorum)는 동부생약영농조합법인 부설 재배단지(위도 35°01’95″, 경도127°30’25″)에서 2016년 12월에 생산한 것을 사용하였다. 발효에 사용한 표고균사는 (재)장흥군버섯산업연구원에서 분양받은 Lentinula edodes (JMI10079)를 배양하여 발효에 사용하였다. 절단 적하수오를 표고균사체로 발효시키고 열풍건조한 후, 분쇄하여 보관하였다.
본 실험에 사용한 적하수오(Polygonum multiflorum)는 동부생약영농조합법인 부설 재배단지(위도 35°01’95″, 경도127°30’25″)에서 2016년 12월에 생산한 것을 사용하였다. 발효에 사용한 표고균사는 (재)장흥군버섯산업연구원에서 분양받은 Lentinula edodes (JMI10079)를 배양하여 발효에 사용하였다.

데이터처리

표고균사체 발효 적하수오로부터 최적의 열수추출물을얻고자 추출조건에 대한 실험계획으로써 fractional factorial design 사용하였으며, 반응표면 회귀분석을 위해서 Minitab 14.0 Ver. program을 사용하였다(Ha et al, 2014).

성능/효과

59^oC로 분석하여, 본 연구와 유사한 상관관계를 보였다. 이상과 같은 결과로 표고발효 적하수오는 열에 비교적 안정한 폴리페놀류와 플라보노이드류를 다량 함유한 것으로 판단되었다.
추출조건별 표고균사체 발효 적하수오 추출물의 고형분 함량은 Fig. 1과 같았으며 반응표면분석 결과는 Fig. 2와 같으며 고용분 함량 최대값과 최소값은 각각 31.99%와 16.84%로 나타났다. 이를 회귀분석한 결과 고형분 함량에 대한 모델식의 R²은 0.
표고균사체 발효 적하수오에 대한 열수 추출조건을 최적화할 목적으로 추출온도를 95^oC로 고정하고 용매비와 추출시간에 대한 각 종속변수들의 contour map을 superimposing하여 추출물의 특성 중 생리활성물질 함량과 생리활성을 만족시켜주는 최적조건은 91.22^oC에서 39.71 mg/mL 용매비와 7.72 hrs 추출시간으로 각각 예측되었다(Fig. 5.).이와 같은 최적 추출조건들은 상업화 환경에 따라 다소 변수가 발생할 수 있다고 판단된다. 표고발효 적하수오의 생리활성에 대한 연구가 추가적으로 진행되어 기능적 특성에 대한 기초 연구가 진행된다면 새로운 기능성 제품에 이용되는 원료로 사용될 가능성이 있다고 보여진다.

후속연구

이와 같은 최적 추출조건들은 상업화 환경에 따라 다소 변수가 발생할 수 있다고 판단된다. 표고발효 적하수오의 생리활성에 대한 연구가 추가적으로 진행되어 기능적 특성에 대한 기초 연구가 진행된다면 새로운 기능성 제품에 이용되는 원료로 사용될 가능성이 있다고 보여진다.

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	적하수오의 한방에서의 효능은?	적하수오(Polygonum multiflorum)는 마디풀과(Polygonaceae)하수오의 덩이뿌리이다(Lee, 2006). 한방에서는 보익약(補益藥)으로 분류되어 보익정혈(補益精血), 해독절학( ), 윤장통변(潤腸通便) 등의 효능이 있다고 알려져 있다. 또한 항산화(Chiu et al, 2002), 심보호 효과(Yim et al, 1998), 신경보호(Wang et al, 2006), 항노화(Xiao et al, 1993) 등의 효과가 보고된 바 있다. 이와 같이 인체에 유익한 효과 및 효능을 확보하고 있는 적하수오는 자극성이 있다는 민간의 소문이 있어 자극성 완화를 통한 소비자들의 신뢰도 확보가 시급한 상황이다.
	적하수오는 어떤 식물인가?	적하수오(Polygonum multiflorum)는 마디풀과(Polygonaceae)하수오의 덩이뿌리이다(Lee, 2006). 한방에서는 보익약(補益藥)으로 분류되어 보익정혈(補益精血), 해독절학( ), 윤장통변(潤腸通便) 등의 효능이 있다고 알려져 있다.
	반응표면분석법의 장점은?	반응표면분석법은 최소의 실험횟수로부터 최대의 정보를 얻을 수 있는 실험계획 및 결과 정리 기법으로, 다수의 반응변수에 영향을 주는 요인을 분석하여 연구진행 및 실험결과의 최적화가 기대되어 식품가공 등 다양한 분야에서 사용되고 있다(Joo and Park, 1996; Yoon et al, 2012). 또한 물리적 시간 절감이 가능하고 요인별 상호작용도 관찰할 수 있기 때문에 one factor at a time method로 찾아내기 어려운 true optimum condition을 구할 수 있다(Kim, 2014).

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동의어: Packet Collision Rate

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용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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