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반응표면분석법을 이용한 캠벨얼리 포도의 총 안토시아닌과 총 페놀의 초음파 추출조건 최적화
Optimization of ultrasound-assisted extraction of anthocyanins and phenolic compounds from campbell early grape using response surface methodology 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.50 no.5, 2018년, pp.474 - 479  

류다연 (서울여자대학교 식품응용시스템학부 식품영양학전공) ,  고은미 (서울여자대학교 식품응용시스템학부 식품영양학전공)

초록
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포도의 안토사이아닌페놀 화합물의 고효율 추출을 위해 초음파 추출방법을 이용하여 반응표면분석법으로 조건을 최적화하였다. Box-Behnken design을 사용하여 시료-용매 비율, 추출시간, 초음파의 진폭을 독립변수로 하였으며, 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 최대로 하는 추출조건을 최적화하였다. 총 안토사이아닌 함량은 3가지 독립변수가 유의적인 요인으로 시료-용매 비율이 증가할수록, 추출시간과 진폭은 감소할수록 총 안토사이아닌 함량이 증가하는 경향을 보였으나, 총 페놀 함량은 3가지 독립변수 모두 유의적인 요인이 아닌 것으로 나타났다. 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량의 예측 값과 실측 값이 유사하여 본 연구에서 예측된 회귀식을 신뢰할 수 있음을 보여주었다.

Abstract AI-Helper 아이콘AI-Helper

In this study, ultrasound-assisted extraction conditions of total anthocyanins and total phenolic compounds from Campbell early grape (Vitis labruscana) were optimized via response surface methodology using a Box-Behnken design. Three independent variables, including solid-liquid ratio (1/30-1/50 g/...

주제어

표/그림 (4)

AI 본문요약
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제안 방법

  • 포도의 안토사이아닌과 페놀 화합물의 고효율 추출을 위해 초음파 추출방법을 이용하여 반응표면분석법으로 조건을 최적화하였다. Box-Behnken design을 사용하여 시료-용매 비율, 추출시간, 초음파의 진폭을 독립변수로 하였으며, 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 최대로 하는 추출조건을 최적화하였다. 총 안토사이아닌 함량은 3가지 독립변수가 유의적인 요인으로 시료-용매 비율이 증가할수록, 추출시간과 진폭은 감소할수록 총 안토사이아닌 함량이 증가하는 경향을 보였으나, 총 페놀 함량은 3가지 독립변수 모두 유의적인 요인이 아닌 것으로 나타났다.
  • 독립변수의 수준은 −1, 0, 1로 부호화하여 5개의 중심점을 포함한 17가지 실험횟수로 추출하여 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 측정하였다.
  • 두 가지 화합물의 최적 추출조건을 예측하기 위해 desirability 기능을 사용하였다. 0부터 1까지의 desirability는 종속변수의 값이최적인지를 나타낸 값으로, 1과 가까울수 록 추출된 종속변수의 함량은 최대가 되고 0과 가까울수록 함량이 낮아진다.
  • 비커에 일정량의 시료(0.8-1.3 g)와 증류수 40 mL를 첨가하여 시료-용매 비율(1/30-1/50 g/mL)을 조정하고 추출시간(2-10분)과 초음파기(UP100H ultrasonic system, 100 W, 30 kHz, Hielscher, Germany)의 진폭(20-100%)을 설정하였다. 초음파 추출과정에서 시료 온도가 상승되는 것을 방지하기 위해 시료가 담긴 비커를 얼음과 물의 혼합액에 잠기게 하여 온도를 일정하게(21±3℃) 유지하였다.
  • 초음파 추출 후에는 추출물을 14,981×g의 속도로 13분간 원심분리(2236R, Labogene, Daejeon, Korea)하였다.
  • 초음파 추출과정에서 시료 온도가 상승되는 것을 방지하기 위해 시료가 담긴 비커를 얼음과 물의 혼합액에 잠기게 하여 온도를 일정하게(21±3℃) 유지하였다.
  • 05 수준에서 유의성을 확인하였다. 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량의 추출효율을 최적화하기 위해 적합성(desirability)을 최대로 적용하여 독립변수의 수준과 종속변수의 예측 값을 도출하였다.
  • 본 실험에 사용된 캠벨얼리 포도(Vitis labruscana)는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 원예작물부 과수과(Wanju, Korea)에서 분양받았다. 포도알을 손으로 분리하여 증류수로 씻은 후 키친타월로 물기를 제거하고 과피, 종자, 과육을 포함한 포도를 냉동건조기(EYELA freeze-drier FDU-1200, Tokyo, Japan)를 이용하여 건조하였다. 건조된 시료는 분쇄기(IKA A10 basic analytical mill, Staufen, Germany)로 1분간 분쇄한 후 20 mesh (≤850mm) 체에 내려 −35℃ 이하에서 보관하였다.
  • 포도의 안토사이아닌과 페놀 화합물의 고효율 추출을 위해 초음파 추출방법을 이용하여 반응표면분석법으로 조건을 최적화하였다. Box-Behnken design을 사용하여 시료-용매 비율, 추출시간, 초음파의 진폭을 독립변수로 하였으며, 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 최대로 하는 추출조건을 최적화하였다.

대상 데이터

  • Cyanidin-3-glucoside, 폴린시오칼토 시약, 갈산, 아세트산소듐, 염산, 염화포타슘, 탄산소듐은 시그마 알드리치(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 본 실험에 사용된 캠벨얼리 포도(Vitis labruscana)는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 원예작물부 과수과(Wanju, Korea)에서 분양받았다.
  • Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 본 실험에 사용된 캠벨얼리 포도(Vitis labruscana)는 농촌진흥청 국립원예특작과학원 원예작물부 과수과(Wanju, Korea)에서 분양받았다. 포도알을 손으로 분리하여 증류수로 씻은 후 키친타월로 물기를 제거하고 과피, 종자, 과육을 포함한 포도를 냉동건조기(EYELA freeze-drier FDU-1200, Tokyo, Japan)를 이용하여 건조하였다.
  • 초음파 추출 후에는 추출물을 14,981×g의 속도로 13분간 원심분리(2236R, Labogene, Daejeon, Korea)하였다. 상층액은 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 측정에 사용되었다.
  • 5인 완충액으로 제조되었다. 추출물은 두 가지 완충액으로 5배 희석된 후 분광광도계(Biochrom Libra S22, Santa Barbara, CA, USA)를 사용하여 520 nm와 700 nm에서 각각 측정되었다. 포도 추출물의 총 안토사이아닌 함량은 아래 식을 이용하여 mg/100 g dry weight (DW)로 환산되었다.

데이터처리

  • Design Expert version 11 software (Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA)를 이용하여 분산분석과 회귀분석을 실시하고, 3차원의 반응표면 곡선으로 독립변수에 의한 종속변수의 영향을 확인하였다. 2차 다항식의 모든 항은 p<0.
  • 독립변수의 수준은 −1, 0, 1로 부호화하여 5개의 중심점을 포함한 17가지 실험횟수로 추출하여 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 측정하였다. 실험 결과는 아래와 같은 2차 다항식에 적합하였고, 이 식을 통해 회귀분석을 수행하였다.

이론/모형

  • 포도가공의 부산물인 과피, 종자, 과육에 존재하는 총 안토사이아닌과 총 페놀의 초음파 추출조건을 최적화한 연구는 보고되었지만(Ghafoor 등, 2009; Ghafoor 등, 2011), 포도 전체의 안토사이아닌과 페놀 화합물을 초음파 추출로 최적화한 연구는 아직 보고된 적이 없다. 따라서, 본 연구에서는 초음파 추출을 사용하여 캠벨얼리 포도에 존재하는 안토사이아닌과 페놀 화합물의 추출조건을 최적화하기 위해 시료-용매 비율, 추출시간, 초음파의 진폭을 변수로 하여 반응표면분석법을 적용하였다.
  • 캠벨얼리 포도에서 총 안토사이아닌과 총 페놀의 추출을 최대로 하는 최적조건을 도출하기 위해 반응표면분석법을 사용하였다. 반응표면분석법은 Box-Behnken design을 사용하였으며(Said와 Amin, 2015), 독립변수는 시료-용매 비율(X1, g/mL), 추출시간(X2, min), 초음파의 진폭(amplitude)(X3, %)이었다. 독립변수의 수준은 −1, 0, 1로 부호화하여 5개의 중심점을 포함한 17가지 실험횟수로 추출하여 총 안토사이아닌과 총 페놀 함량을 측정하였다.
  • 총 안토사이아닌 함량은 AOAC (Association of Analytical Communities) 방법인 pH differential method (Lee 등, 2005)로 측정되었다. 0.
  • 총 페놀 함량은 폴린시오칼토 방법(Singleton과 Rossi, 1965)에 따라 측정되었다. 10배 희석된 포도 추출물 0.
  • 캠벨얼리 포도에서 총 안토사이아닌과 총 페놀의 추출을 최대로 하는 최적조건을 도출하기 위해 반응표면분석법을 사용하였다. 반응표면분석법은 Box-Behnken design을 사용하였으며(Said와 Amin, 2015), 독립변수는 시료-용매 비율(X1, g/mL), 추출시간(X2, min), 초음파의 진폭(amplitude)(X3, %)이었다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
캠벨얼리란? 캠벨얼리(Vitis labruscana)는 우리나라에서 가장 많이 재배되는 포도 품종으로 전체 포도 재배면적의 74.4%를 차지하고, 나머지는 거봉(12.
안토사이아닌을 추출하는 방법은? 안토사이아닌은 용매를 사용하여 열을 가해 진탕하는 일반적인 용매추출법(conventional extraction)이 관행적으로 많이 사용되었으나, 최근에는 초음파, 마이크로파, 초임계 추출 등의 다양한 방법이 시도되고 있다(Ghafoor 등, 2010; Jiang 등, 2017; Varadharajan 등, 2016; Zhang과 Ma, 2017). 초음파는 일반적인 용매추출법에 비해 생리활성물질의 추출효율을 6-35% 증가시킨다고 보고되었다(Vilkhu 등, 2008).
반응표면분석법이 시간 및 경제적으로 효율적인 이유는? 예측된 모델을 통해 최대의 종속변수 값을 도출할 수 있는 독립변수의 종류와 수준을 최적화 할 수 있다(Bezerra 등, 2008; Said와 Amin, 2015). 독립변수의 특정 조건에서 실험한 결과를 이용하여 통계적인 기법으로 종속변수의 최적 조건을 예측하기 때문에 시간·경제적으로 효율적인 방법이다(Agcam 등, 2017; Das 등, 2017; Pompeu 등, 2009).
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