[논문]톱니모자반(Sargassum serratifolium) 추출물의 항산화 활성 증가를 위한 추출공정 최적화

김성희; 고지윤; 김형락; 이양봉

doi:10.5657/kfas.2021.0009

톱니모자반(Sargassum serratifolium) 추출물의 항산화 활성 증가를 위한 추출공정 최적화
Optimization of Extraction Process to Increase the Antioxidant Activity of Sargassum serratifolium Extracts 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.54 no.1, 2021년, pp.9 - 15

김성희 (부경대학교 식품공학과) , 고지윤 (부경대학교 식품공학과) , 김형락 (부경대학교 식품영양학과) , 이양봉 (부경대학교 식품공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Sargassum serratifolium is a rich source of antioxidant meroterpenoids. The optimal extraction temperature and time for obtaining maximal antioxidant yield, antioxidant activity, and phenolic content from Sargassum serratifolium were determined using response surface methodology (RSM). The ranges of the independent variables for extraction temperature and time were 30-70℃ and 12-36 h, respectively. With increasing temperature and time, the yield increased significantly, while DPPH (2,2-dipheny-1-picrylhydrazyl) radical-scavenging activity and total phenolic content decreased significantly. The optimal extraction temperature and time obtained by RSM were 54℃ and 7 h, respectively, providing a yield of 8.2%, DPPH radical-scavenging activity of 60%, and total phenolic content of 163 mg GAE/g. The findings of this study provide useful information for the development of Sargassum serratifolium extraction processes for the food and cosmetic industries.

주제어

표/그림 (7)

표 Table 1. Coded and actual values of independent variables in central composite design used for optimization of extraction condition from Sargassum serratifolium
표 Table 2. Matrix and values of independent and dependent variables of central composite design used for optimization of extraction condition from Sargassum serratifolium
그림 Fig. 1. Response surface plot showing the effects of extraction temperature (X₁) and time (X₂) on extraction yield (A; Y₁), DPPH radical-scavenging activity (B; Y₂) and TPC (C; Y₃). DPPH, 2,2-dipheny-1-picrylhydrazyl; TPC, total phenolic content.
표 Table 3. Results of statistical analyses on extraction yield, DPPH radical-scavenging activity, TPC from Sargassum serratifolium extracts
표 Table 4. Optimum conditions and comparison of predicted and observed values for verification
표 Table 5. Experimental and predicted results of verification under optimized condition
표 Table 6. Identification and quantification of three major antioxidants from Sargassum serratifolium in the optimum condition

AI 본문요약
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문제 정의

이에 본 연구에서는 반응표면분석법의 중심합성설계법을 사용하여 2가지 독립변수인 추출온도와 추출시간을 이용하여 톱니모자반의 추출 수율, 항산화능과 총 폴리페놀 함량에 대한 최적의 추출조건에 대해 연구하고자 한다.

제안 방법

본 연구에서는 식품공정에서 주요한 반응조건인 추출 수율과 기능성을 나타내는 항산화능, 총 폴리페놀 함량의 최적화를 위하여 중심합성설계법을 사용하여 최적추출조건을 예측하였다. 2가지 인자(추출온도와 추출시간)와 축점을 적용한 5가지의 수준으로 총 13번의 실험을 3번 반복하였다.
각각의 반응변수들의 2차 다항식들이 유의하고, 실험값과 예측값 사이의 오차가 크지 않다는 점을 통해 모델이 반응을 설명하는데 적합하다고 판단하였다. 이에 수율, DPPH 라디칼 소거능, TPC에 대한 최적 추출조건을 설계한 실험조건 범위 내에서 예측하였다. 중심합성설계법을 통해 예측된 최적추출조건은 추출온도 53.

대상 데이터

실험에 사용된 톱니모자반(S. serratifolium)은 부산 인근 해안에서 채취한 것을 구입하였다. 구입한 모자반은 담수로 깨끗이 세척하고 열풍 건조한 후 잘게 분쇄하여 -20℃에서 동결 저장하여 사용하였다.

데이터처리

2차 다항방정식은 최적추출조건을 찾는 과정으로 정지점(sta-tionary point)을 통하여 반응표면 모델이 최대점, 최소점, 안장점 및 능선 형태인지를 판단하였다. 그 후 Minitab software를 사용하여 최적 추출 조건을 예측하였고, 예측된 최적 추출 조건에서 실제 실험을 통해 예측값의 정확도를 검증하였다. 즉, 예측된 최적 추출 조건에서 실제로 추출공정과 실험을 수행하여 예측된 반응값과 실험으로 얻은 반응값을 비교하였다.
각 반응변수에 대한 최적 추출조건은 Table 4에 나타내었다. 예측된 각각의 반응변수별 최적의 추출 조건으로 실제 추출 및 실험을 수행하였고 그 실험값을 예측값과 비교하여 모델의 정확도를 검증하였다. 실험값과 예측값의 차이는 오차를 통해 표현하였다.

성능/효과

3%) 순으로 나타났다(Table 4). 각각의 반응변수들의 2차 다항식들이 유의하고, 실험값과 예측값 사이의 오차가 크지 않다는 점을 통해 모델이 반응을 설명하는데 적합하다고 판단하였다. 이에 수율, DPPH 라디칼 소거능, TPC에 대한 최적 추출조건을 설계한 실험조건 범위 내에서 예측하였다.
본 연구에서의 각 2차 다항방정식에서 예측한 최대값은 설정한 범위의 밖에 존재하는 것으로 예측되었다. 또한, 3차원 반응표면 그래프를 이용한 반응변수에서는 최대점이나 최소점을 찾지 못하였으며, 추출온도와 추출시간에 따른 반응값의 증가와 감소하는 경향만을 확인하였다. 이에 반응변수의 최대값이나 최소값을 갖는 최적 추출 조건이 아닌 실험조건 내에서의 최적의 추출 조건을 예측하였다.
최적화하기 위한 반응변수로는 총 3가지 인자(추출 수율, DPPH 라디칼 소거능, 총 폴리페놀 함량)가 설정되었다. 실험데이터의 분석 결과, 추출온도와 추출시간 모두 3가지 인자에 유의적으로 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 이에 톱니모자반의 최적추출조건은 추출온도 53.
9 mg GAE/mL이었다. 예측된 반응값의 정확도를 검증하기 위해 최적 추출조건에서 추출 및 실험을 수행하였으며, 그 결과 수율 8.6%, DPPH 라디칼 소거능 63.1%, TPC 175.3 mg GAE/mL로 예측값과 유사한 결과를 보였다(Table 5).
7℃, 추출시간 7시간으로 나타났다. 예측된 최적추출조건에 대한 반응변수의 예측값은 수율 8.2%, DPPH 라디칼 소거능 60.3%, TPC 162.9 mg GAE/mL이었다. 예측된 반응값의 정확도를 검증하기 위해 최적 추출조건에서 추출 및 실험을 수행하였으며, 그 결과 수율 8.
실험데이터의 분석 결과, 추출온도와 추출시간 모두 3가지 인자에 유의적으로 영향을 주는 것을 알 수 있었다. 이에 톱니모자반의 최적추출조건은 추출온도 53.7℃, 추출 시간 7시간으로 예측되었으며, 이에 대한 반응값은 추출 수율 8.2%, DPPH 라디칼 소거능 60.3%, 총 폴리페놀 함량 162.9 mg GAE/mL로 예측되었다. 예측된 조건에서 실제로 추출 및 실험하여 얻은 실험값과 유사한 결과를 보였다.
실험값과 예측값의 차이는 오차를 통해 표현하였다. 추출 수율에서 가장 낮은 오차(2.3%)를 나타내었고, 다음으로 총 페놀 함량(total phenolic content, TPC) (3.3%), DPPH 라디칼 소거능 (5.3%) 순으로 나타났다(Table 4). 각각의 반응변수들의 2차 다항식들이 유의하고, 실험값과 예측값 사이의 오차가 크지 않다는 점을 통해 모델이 반응을 설명하는데 적합하다고 판단하였다.

후속연구

예측된 조건에서 실제로 추출 및 실험하여 얻은 실험값과 유사한 결과를 보였다. 본연구의 결과는 톱니모자반 추출물을 식품 및 화장품 원료로 개발하기 위한 제조 공정에서 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

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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