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문제 정의
- 이에 본 연구에서는 초임계 이산화탄소를 이용해 도라지 종자로부터 유지를 추출하였고 유지의 물리화학적 특성을 분석하였다. 또한 기존에 잘 알려진 대두유 및 들깨유와도 그 특성을 비교함으로서 새로운 식용유지로서 도라지 종자유의 활용 가능성을 확인하였다.
- 본 연구에서는 새로운 건강기능 식용유지자원으로 도라지 종자의 활용 가능성을 확인하였다. 이를 위해 초임계 이산화탄소 추출로 도라지 종자유를 제조한 후 지질 및 지방산 조성, 물리·화학적 특성, 그리고 산화안정성을 분석하였으며 이러한 특성들에 대해 시판 대두유 및 들깨유와 비교하였다.
- 이에 본 연구에서는 초임계 이산화탄소를 이용해 도라지 종자로부터 유지를 추출하였고 유지의 물리화학적 특성을 분석하였다. 또한 기존에 잘 알려진 대두유 및 들깨유와도 그 특성을 비교함으로서 새로운 식용유지로서 도라지 종자유의 활용 가능성을 확인하였다.
가설 설정
- 3) Means with different superscripts within a column are significantly different(p<0.05).
제안 방법
- 5 N KOH-methanol 및 14% BF3-methanol 용액을 사용해 지방산을 methylation 시켰다. 그 다음 NaCl 포화용액과 isooctane으로 지방산 methyl ester를 추출하여농축시킨 다음 dichloromethane에 재용해시켜 분석시료로 사용하였다. 분석에 사용한 장비는 GC-FID(Younglin 6500GC System, Anyang,Korea)였으며, 분석 칼럼은 SupelcoTM SP-2560(100 m×0.
- 도라지 종자유의 추출을 위해서 먼저 분쇄된 종자분말 10 g을 추출조에 넣은 후, pre-heater 및 추출조를 40℃로 가열한 다음 고압펌프를 작동시키며 액화 이산화탄소를 추출조로 공급하였다. 추출조의 압력이 6,000 psi에 도달하면 1 hr 동안 유지시켜 static extraction을 실시하였다.
- 일반적으로 초임계 추출의 비용은 추출압력에 비례하므로[32], 추출수율과 더불어 경제성을 고려하였을 때, 볶은종자를 40℃, 6,000 psi 조건에 추출하는 것이 적합하다고 판단되었으며, 150 min이후로 추출수율의 변화가 거의 없었기에 이 조건을 볶은종자유의 제조조건으로 설정하였다. 또한 생종자도 같은 조건에서 추출하여 볶은종자유와 그 특성을 비교하였다.
- 먼저, 새로운 유지자원으로서 도라지 종자의 활용 가능성을 확인하기 위해 유지의 함량을 분석하였다. 이를 위해 유지 추출 및 함량 분석에 많이 쓰이는 용매추출법(Sohxlet 법)으로 도라지 생종자의 유지 함량을 분석한 결과 27.
- Louis, MO, USA)이었다. 분석은 시료 주입 후 오븐 온도를 140℃에서 15min간 유지시키고 이후 240℃까지 3℃/min의 속도로 승온 시킨 다음 이후 30 min간 온도를 유지시키면서 실시하였다. 이동상인 질소기체의 유속은 0.
- 6℃)로 유지시킨 반응용기에 20 L/hr로 공기를 주입하면서 유지를 산화시켰다. 유지의 산화 유도 기간은 산화에 따라 생성된 휘발성물질에 의해 발생하는 전기전도도의 변화를 측정하여 나타내었다.
- 유지의 색도 분석을 위해, 유지 5.0 g을petridish(60×15 mm)에 담아 색차계(CR-400, Konica Minolta Inc., Osaka, Japan)를 이용해 Hunter color system의 명도(L값), 적색도(a값) 및 황색도(b값)를 측정하였다.
- 유지의 지방산 조성 분석을 위한 지방산 methylation은 Slover와 Lanza의 방법[28]을 일부 변형하여 사용하였다. 즉, 유지 40~50 mg에 대하여 0.
- 28)는 AOAC[26]법에 따라 측정하였다. 이 때 비중은 pycnometer 사용해 25℃에서, 굴절률은 Abbe refractometer(Optic ivymen system, Madrid Spain)를 사용해 20℃에서 측정하였으며 점도는 Ubbelohde glass capillary viscometer를 이용하여 25℃에서 측정하였다.
- 이를 위해 초임계 이산화탄소 추출로 도라지 종자유를 제조한 후 지질 및 지방산 조성, 물리·화학적 특성, 그리고 산화안정성을 분석하였으며 이러한 특성들에 대해 시판 대두유 및 들깨유와 비교하였다.
- 그 다음 6,000 psi로 유지시키면서 미리 가열된 metering valve를 열어 기체로 팽창된 이산화탄소를 2 L/min의 유속으로 배출시키면서 dynamicextraction를 실시하였다. 이산화탄소 기체로부터 유리되는 유지는 수집부에 모으면서 시간별로 추출 유지의 중량을 측정해 수율의 변화를 확인하였다.
- 제품으로서의 특성을 분석하기 위해 도라지 종자유의 물리화학적인 특성을 분석하였다. 먼저 색차계를 이용한 색도의 분석 결과(Table 2), 도라지 종자유의 명도 L 값은 대두유보다는 낮고 들깨유보다는 높은 중간값을 보였다.
- 1%까지 도달하여 용매추출법보다 좀 더 효과적임이 확인되었다. 종자를 볶으면 그 조직의 파쇄로 인해생종자보다 유지 추출이 향상되는 것으로 알려져 있어[31], 본 연구에서도 180℃에서 30 min간 볶은종자를 사용해 초임계 이산화탄소 추출을 시도하였다. 생종자의 추출 조건이었던 6,000 psi 및 40℃에서는 추출 75 min까지 생종자와 동일한 추출 양상을 보였다.
- 유지의 지방산 조성 분석을 위한 지방산 methylation은 Slover와 Lanza의 방법[28]을 일부 변형하여 사용하였다. 즉, 유지 40~50 mg에 대하여 0.5 N KOH-methanol 및 14% BF3-methanol 용액을 사용해 지방산을 methylation 시켰다. 그 다음 NaCl 포화용액과 isooctane으로 지방산 methyl ester를 추출하여농축시킨 다음 dichloromethane에 재용해시켜 분석시료로 사용하였다.
- 추출액은 회전식 감압농축기(Rotavapor R-114, Büchi Labortechnik AG,Flawil, Switzerland)를 사용하여 감압증류한 후 잔여 용매는 100℃에서 건조시켜 조지방 함량(%,w/w)을 구하였다.
- 도라지 종자유의 추출을 위해서 먼저 분쇄된 종자분말 10 g을 추출조에 넣은 후, pre-heater 및 추출조를 40℃로 가열한 다음 고압펌프를 작동시키며 액화 이산화탄소를 추출조로 공급하였다. 추출조의 압력이 6,000 psi에 도달하면 1 hr 동안 유지시켜 static extraction을 실시하였다. 그 다음 6,000 psi로 유지시키면서 미리 가열된 metering valve를 열어 기체로 팽창된 이산화탄소를 2 L/min의 유속으로 배출시키면서 dynamicextraction를 실시하였다.
대상 데이터
- 대두유는 hexane 용매추출법으로 얻은 제품이었고 들깨유는 120℃에서 25 min간 볶은 들깨를 압착법으로 착유한 것으로 이 시료는 12,000×g에서 10 min간 원심분리(1580R, Labogene, Seoul, Korea)하여 침전물을 제거한 뒤 사용하였다.
- 생종자의 경우 분쇄기를 사용해 분말을 제조하였으며, 볶음 종자의 경우는 50 g의 도라지 종자를 180℃에서 30min간 볶은 다음 냉각시킨 후 분말을 제조하여 사용하였다. 도라지 종자유와의 특성 비교를 위해 사용한 대두유와 들기름은 인근마켓(Seoul,Korea)에서 구입하였다. 대두유는 hexane 용매추출법으로 얻은 제품이었고 들깨유는 120℃에서 25 min간 볶은 들깨를 압착법으로 착유한 것으로 이 시료는 12,000×g에서 10 min간 원심분리(1580R, Labogene, Seoul, Korea)하여 침전물을 제거한 뒤 사용하였다.
- 본 연구에 사용한 도라지 종자는 ㈜ 다농(Namyangju, Korea)에서 구입한 후, 채를 이용해 모래 등 불순물을 제거하였다. 생종자의 경우 분쇄기를 사용해 분말을 제조하였으며, 볶음 종자의 경우는 50 g의 도라지 종자를 180℃에서 30min간 볶은 다음 냉각시킨 후 분말을 제조하여 사용하였다.
- 분석에 사용한 장비는 GC-FID(Younglin 6500GC System, Anyang,Korea)였으며, 분석 칼럼은 SupelcoTM SP-2560(100 m×0.25 mm×0.20 μm,Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)이었다.
- 본 연구에 사용한 도라지 종자는 ㈜ 다농(Namyangju, Korea)에서 구입한 후, 채를 이용해 모래 등 불순물을 제거하였다. 생종자의 경우 분쇄기를 사용해 분말을 제조하였으며, 볶음 종자의 경우는 50 g의 도라지 종자를 180℃에서 30min간 볶은 다음 냉각시킨 후 분말을 제조하여 사용하였다. 도라지 종자유와의 특성 비교를 위해 사용한 대두유와 들기름은 인근마켓(Seoul,Korea)에서 구입하였다.
- Louis, MO,USA)에서 구매하였고 TLC plate(20×20 cm,Silica gel 60 F254)는 Merck 사(Darmstadt,Germany)의 제품을 사용하였다. 유지의 지방산분석에 사용한 표준품은 Sigma-Aldrich 사의 supelcoTM37 Component FAME mix 제품을 사용하였으며 그 외 시약들은 분석 등급용을 구입하여 사용하였다.
- 유지의 지질조성 분석용 표준품으로 사용한 phosphatidyl choline, cholesterol, cholesterol oleate는 Sigma-Aldrich 사(St. Louis, MO,USA)에서 구매하였고 TLC plate(20×20 cm,Silica gel 60 F254)는 Merck 사(Darmstadt,Germany)의 제품을 사용하였다.
데이터처리
- 실험결과는 SPSS Software Package(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 one way ANOVA법으로 분산분석을 하였으며, p<0.05 수준에서의 조사항목 간 유의성을 검정하기 위해 Duncan의 다중검정법을 수행하였다.
- 유지의 분석실험은 최소 3회 이상을 실시하였으며 그 결과는 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- 도라지 종자에 함유된 조지방 함량은 Soxhlet 추출법[26]으로 분석하였다. 즉, 생도라지 종자분말 10 g을 Soxhlet 추출장치에 넣고 diethyl ether 200 mL를 사용하여 40℃에서 16 hr 동안 추출하였다.
- 49였다. 유지의 비중(985.19), 굴절률(921.08), 요오드가(993.20), 비누화가(920.160) 및 산가(940.28)는 AOAC[26]법에 따라 측정하였다. 이 때 비중은 pycnometer 사용해 25℃에서, 굴절률은 Abbe refractometer(Optic ivymen system, Madrid Spain)를 사용해 20℃에서 측정하였으며 점도는 Ubbelohde glass capillary viscometer를 이용하여 25℃에서 측정하였다.
- 유지의 산화안정성은 Rancimat(743 Metrohm Co., Herisau, Switzerland)법[29]이용해 분석하였다. 이를 위해 유지 3.
성능/효과
- 1. 도라지 종자는 높은 지방함량을 가진 소재로서 새로운 유지자원으로의 활용이 가능하며 볶음과정 및 초임계 이산화탄소 추출을 통해 유지의 추출수율을 높일 수 있었다.
- 2. 초임계 이산화탄소로 추출한 도라지 종자유의 TLC 분석 결과 대부분 중성지질로 구성되어 대두유 및 들기름과 유사한 조성을 보였다.
- 3. 도라지 종자유의 총 불포화지방산 함량은 대두유보다 높고 들깨유보다는 낮았으나 필수지방산으로 오메가-6 지방산인 linoleic acid 함량(생종자유 73.09%, 볶은종자유 73.27%)은 대두유 및 들깨유보다 훨씬 높았다.
- 4. 물리·화학적 특성분석 결과, 유지 불포화도와 관련있는 굴절률, 점도, 요오드가, 산화 유도기간은 대두유와 들깨유의 중간값을 나타내었는데 대두유보다 높고 들깨유보다 낮은 총 불포화도에 기인한 것으로 여겨진다.
- 5. 볶음과정을 통해 종자유의 지방산 조성, 굴절률, 비누화가, 요오드가는 변화가 없었으나 비중, 점도가 다소 증가하였고 산화안정성은 다소 감소하였다. 하지만 유지의 추출 수율이 증가하고, 콜레스테롤 에스터 및 산가가 감소하는 장점이 있었다.
- 2에 나타난 바와 같이 시간에 따라 그 추출수율이 점차 증가하였다. 6,000 psi 및 40℃의 초임계 이산화탄소를 사용해 생종자로부터 유지를 추출하는 경우 195 min에 생종자유(PG)의 수율이 29.1%까지 도달하여 용매추출법보다 좀 더 효과적임이 확인되었다. 종자를 볶으면 그 조직의 파쇄로 인해생종자보다 유지 추출이 향상되는 것으로 알려져 있어[31], 본 연구에서도 180℃에서 30 min간 볶은종자를 사용해 초임계 이산화탄소 추출을 시도하였다.
- 7%) 등이 있다[33]. Linoleic acid의 높은 함량으로 인해 도라지 종자유는 다가불포화지방산의 비율(생종자유 73.37%, 볶은종자유 73.57%)에서도 대두유 및 들깨유보다 훨씬 높았다. 이와 같은 지방산 조성으로 인해 도라지 종자유는 linoleic aicd 함량이 높은 새로운 건강 기능성 불포화 유지로서 고려될 수 있을 것이다.
- Table 3에서는 도라지 종자유의 비중, 굴절률, 점도를 나타내었다. Pycnometer를 사용하여 분석한 볶은종자유의 비중은 들깨유보다는 낮고 대두유보다는 높았으며, 생종자유의 비중은 대두유와 유사하였다. 굴절률도 들깨유보다 낮았고 대두유보다는 높았으나 대두유와의 유의적 차이는 없었다.
- 결론적으로 초임계 이산화탄소를 이용하여 도라지 종자로부터 효율적으로 유지를 추출할 수 있었으며, 이 종자유는 새로운 기능성유지로서 가치가 충분히 있다고 판단된다.
- 도라지 종자유의 지방산 조성을 분석한 결과는 Table 1과 같았다. 도라지 종자유의 불포화지방산 함량은 생종자유가 86.74%, 볶은종자유가 86.78%였다. 이는 대표적인 불포화 유지인 들깨유(91.
- 한편, oleic acid 함량은 두시판유보다는 낮았으며 포화 지방산인 palmiticacid와 stearic acid 함량은 대두유보다는 낮고 들깨유 보다는 다소 높게 나타났다. 도라지 종자유의 총 불포화지방산 함량은 대두유보다는 높고 들깨유보다는 낮은 것으로 확인되었다.
- 제품으로서의 특성을 분석하기 위해 도라지 종자유의 물리화학적인 특성을 분석하였다. 먼저 색차계를 이용한 색도의 분석 결과(Table 2), 도라지 종자유의 명도 L 값은 대두유보다는 낮고 들깨유보다는 높은 중간값을 보였다. 적색도 a 값은 대두유 및 들깨유보다 낮았으며 볶은종자유(-3.
- 볶은종자유와 생종자유의 지질 조성을 분석하기 위하여 TLC를 실시한 결과(Fig. 3), 두 종자유 모두 거의 중성지질로 구성되어 있음이 확인되었다. 이러한 지질구성은 대두유 및 들깨유와 같은 시판유지제품과 유사하였기에 초임계 추출로 얻은 도라지 종자유는 제품으로서의 충분한 순도를 가졌다고 평가할 수 있다.
- 유지의 산화안정성 분석은 장기간이 필요하지만 Rancimat 법을 이용한 가속시험을 통해 단시간내에 가능하다. 산화에 필요한 유도기간을 측정한 결과, Table 4에 나타난 바와 같이 볶은종자유의 경우 2.03 hr로서 대두유(2.94 hr)보다는 불안정하지만 들깨유(1.79 hr)보다는 산화 안정성이 높은 것으로 나타났다. 이는 도라지 종자유의 총불포화도가 대두유보다는 높고 들깨유보다는 낮기 때문으로 여겨진다.
- 먼저, 새로운 유지자원으로서 도라지 종자의 활용 가능성을 확인하기 위해 유지의 함량을 분석하였다. 이를 위해 유지 추출 및 함량 분석에 많이 쓰이는 용매추출법(Sohxlet 법)으로 도라지 생종자의 유지 함량을 분석한 결과 27.5%로 나타났다. 이는 식용유지 종자로 쓰이는 들깨(48.
- 한편, 황색도 b 값의 경우, 도라지 종자유가 들깨유 및 대두유보다 높게 나타났다. 이와 같은 결과로부터 도라지 종자유의 색상은 대두유와 들깨유의 중간 정도의 명도와 옅은 녹색을 띄는 노란색이 강한 것으로 나타났다. 일반적으로 초임계 이산화탄소 추출로 얻어진 유지의 색상은 더 밝은 것으로 알려져 있다[34,35].
- 굴절률도 들깨유보다 낮았고 대두유보다는 높았으나 대두유와의 유의적 차이는 없었다. 종자유의 점도는 들깨유보다는 높았고 대두유보다 낮게 나타났으며 볶음 종자유의 점도가 생종자유보다 높았다. 일반적으로 지방의 불포화도가 높을수록 굴절률은 커지고 점도는 낮아지는 경향이 있는데[36], 도라지 종자유의 굴절률, 점도의 결과는 들깨유보다는 낮고 대두유보다는 높은 도라지 종자유의 불포화도에 기인한 것이라 판단된다.
- 이와 같은 지방산 조성으로 인해 도라지 종자유는 linoleic aicd 함량이 높은 새로운 건강 기능성 불포화 유지로서 고려될 수 있을 것이다. 한편, oleic acid 함량은 두시판유보다는 낮았으며 포화 지방산인 palmiticacid와 stearic acid 함량은 대두유보다는 낮고 들깨유 보다는 다소 높게 나타났다. 도라지 종자유의 총 불포화지방산 함량은 대두유보다는 높고 들깨유보다는 낮은 것으로 확인되었다.
- 32%)보다는 높게 나타나 높은 불포화도를 가진 유지임을 알 수 있었다. 한편, 지방산 조성에서는 다가불포화지방산인 linoleic acid 함량(생종자유 73.09%,볶은종자유 73.27%)이 가장 높았으며 그 다음 단일불포화지방산인 oleic acid(생종자유 13.32%,볶은종자유 13.16%)였다. 특히 linoleic acid 함량은 대두유(53.
후속연구
- 현재 도라지 종자유에 대한 규격이 정해져 있는 것은 없지만 최종제품화를 고려할 때 산가를 낮추는 것이 필요하며 생종자보다는 볶음종자를 사용하면 산가를 낮출 수 있었다. 더욱이 초임계 이산화탄소 추출 시 비극성이 높은 중성지질이 유리 지방산보다 먼저 추출되므로[19] 추출에 소요되는 시간을 줄인다면 유리 지방산 함량을 더욱 낮춘 도라지 종자유의 제조가 가능할 것이다.
- 이는 도라지 종자유의 총불포화도가 대두유보다는 높고 들깨유보다는 낮기 때문으로 여겨진다. 한편, 생종자유의 유도기간은 2.16 hr로서 볶은종자유보다 약간 안정성이 높았는데 이는 볶음과정 동안 일부 산화물의 생성이나 항산화 물질의 소실에 기인할 수 있다고 추정되지만 정확한 원인구명을 위해서는 추가적인 연구가 필요하다고 판단된다.
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