[논문]추출방법에 따른 미숙사과 추출물의 유용성분 함량 및 항산화 활성

홍정진; 설희경; 오주열; 정은호; 장영호

doi:10.9799/ksfan.2021.34.2.174

[국내논문] 추출방법에 따른 미숙사과 추출물의 유용성분 함량 및 항산화 활성
Effective Component Contents and Antioxidative Activities of Unripe Apple by Extraction Methods 원문보기

한국식품영양학회지 = The Korean journal of food and nutrition, v.34 no.2, 2021년, pp.174 - 180

홍정진 (경상남도농업기술원 사과이용연구소) , 설희경 (경상남도농업기술원 사과이용연구소) , 오주열 (경상남도농업기술원 사과이용연구소) , 정은호 (경상남도농업기술원 사과이용연구소) , 장영호 (경상남도농업기술원 연구개발국)

Abstract ▼ AI-Helper

The purpose of this study was to determine the optimum extraction method suitable for the availability of biological activities in unripe apples known to be rich in functional components. Unripe apples 'Hongro' picked on May 28th, 2019 were extracted by various extraction methods (hot water, ethanol, enzymatic pre-treatment, ultrasonic wave, and subcritical water) and their extracts were investigated yield, effective component contents, and antioxidant activities. Overall, the yields by the extraction solvent were higher in water than in organic solvent(ethanol) because water-soluble compounds were eluted from a polar solvent. Total phenol contents of the ultrasonic wave (ethanol) extracts were significantly higher in 6 times than hot water extract. Contents of flavonoid were highest in the ethanol extract at 29.14 mg QE/g. Contents of tannin and ursolic acid were also significantly higher in the ultrasonic wave (ethanol) extract. The DPPH radical and ABTS radical scavenging activities were the strongest in the ultrasonic wave (ethanol) extract. Correlation between effective components and antioxidant activities was high in the total phenol content with ABTS and the ursolic acid content with DPPH (p<0.01). The above results suggested that ultrasonic wave (ethanol) extract of unripe apples has the potential to act as a functional material.

주제어

표/그림 (6)

표 Table 1. Extraction condition and yield of unripe apple extract by various extraction methods
그림 Fig. 1. ABTS radical scavenging activity in unripe apple extracts(1 mg/mL) by various extraction methods. ^a-eIndicate significant difference Duncan's multiple comparison at p<0.05.
표 Table 2. Total polyphenol and flavonoid contents in unripe apple extracts by various extraction methods
표 Table 3. Total tannin and ursolic acid contents in unripe apple extracts by various extraction methods
그림 Fig. 2. ABTS radical scavenging activity in unripe apple extracts(1 mg/mL) by various extraction methods. ^a-e indicate significant difference Duncan's multiple comparison at p<0.05.
표 Table 4. Linear correlation coeffiecients (r) between effective components and antioxidant activities of unripe apple extracts

AI 본문요약
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문제 정의

따라서 본 연구는 사과의 유용성분을 기능성 소재로 활용하기에 적합한 품종과 수확 단계에 대한 선행연구(Hong 등 2019)에서 제시된 5월 말경 적과한 미숙사과 ‘홍로’ 품종을 다양한 추출방법별로 추출물을 제조하여 총 phenol, 총 flavonoid, tannin, ursolic acid 함량과 항산화 활성을 비교 조사하여 적합한 추출방법을 제시하고자 수행되었다.
본 연구는 5월 30일경에 적과된 미숙사과 ‘홍로’ 품종의 유용성분 추출물을 기능성 소재로 활용하고자 다양한 방법으로 추출했을 때 수율과 총 phenol, 총 flavonoid, 총 tannin, ursolic acid 함량 및 항산화 활성을 비교 조사하였다. 추출 방법별 수율은 26.

제안 방법

45 μm 필터로 2차 여과하여 사용하였다. Columne C₁₈(5 μm, 250×4.6 mm), 칼럼온도 40℃에서 이동상 용매(MetOH:0.02 M Sodium phosphate=12:88 pH 2.4)를 유속 1.0 mL/min으로 흘리면서 HPLC(Shimadzu, Kyoto, Japan) 로분석하였다. 검출기는 UV-Visible detector를 사용하여 210 nm에서 모니터링하여 10.
DPPH 라디칼 소거능은 Blois MS(1958)의 방법을 응용하여, 각 추출물 0.1 mL에 0.1 mM 1, 1-Diphenyl-2picrrylhydrazyl 용액 2.9 mL를 혼합하여 10분간 상온에서 방치한 후 517 nm 에서 흡광도를 측정하였다. 대조구는 시료대신 80% EtOH을취하여 동일한 과정으로 실험하였으며, 계산식은 DPPH 라디칼소거능(%)=[1-(시료 흡광도/대조구흡광도)×100]에 의해 산출하였다.
각 추출물들의 수율은 추출액을 동결 건조시켜 건물 중량을 구한 다음 추출액 조제에 사용한 원료 건 물량에 대한 백분율(%)로 나타내었다.
각 추출물은 5,000×g에서 5분간 원심분리(Centrifuge S810R, Eppendorf, Harmburg, Germany)한 후 상등액을 여과하여 감압농축(SB-100, EYELA, Tokyo, Japan)한 것을 동결건조하여 분말 시료를 제조하였으며, -50℃에 보관하면서 실험에 사용하였다. 각 추출물들의 수율은 추출액을 동결 건조시켜 건물 중량을 구한 다음 추출액 조제에 사용한 원료 건 물량에 대한 백분율(%)로 나타내었다.
0 mL/min으로 흘리면서 HPLC(Shimadzu, Kyoto, Japan) 로분석하였다. 검출기는 UV-Visible detector를 사용하여 210 nm에서 모니터링하여 10.5분에서 11.0분 사이에 측정하였고, 표준물질은 ursolic acid(Sigma Co., St. Quentin, France)로 검량선을 작성하였다.
9 mL를 혼합하여 10분간 상온에서 방치한 후 517 nm 에서 흡광도를 측정하였다. 대조구는 시료대신 80% EtOH을취하여 동일한 과정으로 실험하였으며, 계산식은 DPPH 라디칼소거능(%)=[1-(시료 흡광도/대조구흡광도)×100]에 의해 산출하였다.
미숙사과 추출물은 분쇄한 건조시료를 열수 및 95% 에탄올, 효소(물, 에탄올), 초음파(물, 에탄올), 아임계(물) 추출 방법으로 제조하였다. 열수 추출(hot water extraction) 및 에탄올추출(ethanol extraction)은 환류냉각 추출관을 이용하여 건조시료 10 g에 20배(w/v)의 증류수와 95% 에탄올을 가하여 각각 100℃및 50℃의 맨틀 상에서 6시간 추출하였다.
초음파 추출(ultrasonic extraction)은 건조시료 6 g에 20배(w/v)의 증류수와 에탄올을 각각 첨가하고 ultrasonic bath(UCP-02, Jeiotec, Daejeon, Korea)에서 50℃, 40 kHz 초음파로 1시간 동안 추출하였다. 아임계 추출은 건조시료 1 g과규조토 2 g을 혼합한 후 아임계 추출기(Speed Extractor E-914, BUCHI, Flawil, Switzerland) 내부에 충진하고 추출 압력 50 bar, 추출 온도 100℃로 일정하게 조절하여 추출하였다.
제조하였다. 열수 추출(hot water extraction) 및 에탄올추출(ethanol extraction)은 환류냉각 추출관을 이용하여 건조시료 10 g에 20배(w/v)의 증류수와 95% 에탄올을 가하여 각각 100℃및 50℃의 맨틀 상에서 6시간 추출하였다. 효소 추출(enzyme pre-treatment extraction)은 사과 껍질을 분해하기 위해 cellulase와 pectinase 활성이 있는 효소로 알려진 viscozyme (Viscozyme^® L, Novozymes, Bagsvaerd, Denmatk)을 사용하였으며(Park & Kim 2009), 건조시료 10 g에 20배(w/v)의 증류수와 95% 에탄올을 각각 가한 후 viscozyme 2%(v/v)를 첨가하고 진탕항온수조(BS-21, Jeiotec, Daejeon, Korea)를 이용하여 50℃에서 회전속도 100×g의 조건에서 6시간 반응시켜 추출하였다.
5가 되도록 증류수로 희석하였다. 조제된 희석용액 950 μL 와 각 추출물 50 μL를 혼합한 후 상온에서 10분간 반응시킨 다음 732 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 계산식 ABTS 라디칼 소거능(%)=[1-(시료흡광도/대조구흡광도)×100]에 의하여 산출하였다.
효소 추출(enzyme pre-treatment extraction)은 사과 껍질을 분해하기 위해 cellulase와 pectinase 활성이 있는 효소로 알려진 viscozyme (Viscozyme^® L, Novozymes, Bagsvaerd, Denmatk)을 사용하였으며(Park & Kim 2009), 건조시료 10 g에 20배(w/v)의 증류수와 95% 에탄올을 각각 가한 후 viscozyme 2%(v/v)를 첨가하고 진탕항온수조(BS-21, Jeiotec, Daejeon, Korea)를 이용하여 50℃에서 회전속도 100×g의 조건에서 6시간 반응시켜 추출하였다. 초음파 추출(ultrasonic extraction)은 건조시료 6 g에 20배(w/v)의 증류수와 에탄올을 각각 첨가하고 ultrasonic bath(UCP-02, Jeiotec, Daejeon, Korea)에서 50℃, 40 kHz 초음파로 1시간 동안 추출하였다. 아임계 추출은 건조시료 1 g과규조토 2 g을 혼합한 후 아임계 추출기(Speed Extractor E-914, BUCHI, Flawil, Switzerland) 내부에 충진하고 추출 압력 50 bar, 추출 온도 100℃로 일정하게 조절하여 추출하였다.
총 flavonoid 함량은 Choi 등(2011)의 방법을 응용하여, 시료 0.5 mL를 취하여 10% aluminum nitrate 0.1 mL, 1 M potassium acetate 0.1 mL를 혼합한 후, 80% 에탄올 4.3 mL 가하여 혼합한 것을 상온에서 1시간 반응시킨 후 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 quercetin(Sigma Co.

대상 데이터

본 실험에 사용한 시료는 2020년 사과이용연구소(거창군) 에서 5월 28일경에 적과된 중생종 ‘홍로’ 품종으로, 이는 선행연구(Hong 등 2019)에서 유용성분 함량이 가장 높은 품종 및 생육단계로 보고된 바 있어 선택하였으며, 이것을 동결건조(FDT-8632, Operon, Gimpo, Korea)한 다음 분쇄(HR 2860, Philips, Guangdong, China)한 것을 사용하였다.

데이터처리

, Chicago, IL, USA)을 사용하였다. one-way ANOVA를 이용하여 p<0.05 수준에서 다중범위검정 (Duncan's multiple range test)에 의해 각 시료간의 유의적인 차이를 검증하였고, 유효성분과 항산화 활성간의 상관관계 분석은 Pearson's correlation coeffcient(r)를 이용하여 분석하였다.

이론/모형

ABTS 라디칼 소거능은 Re 등(1999)의 방법에 따라, 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)와 2.6 mM potassium persulfate를 섞은 후 상온에서 빛을 차단하여 ABTS 양이온을 형성시킨 다음 16시간 후 732 nm에서 흡광도 값이 1.5가 되도록 증류수로 희석하였다. 조제된 희석용액 950 μL 와 각 추출물 50 μL를 혼합한 후 상온에서 10분간 반응시킨 다음 732 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 계산식 ABTS 라디칼 소거능(%)=[1-(시료흡광도/대조구흡광도)×100]에 의하여 산출하였다.
Tannin 함량은 Kim 등(2019)의 방법을 응용하여 측정하였다. 시료액 0.
Ursolic acid는 Kang 등(2014)의 방법에 따라 동결건조 시료 중량의 10배의 에탄올과 초산 혼합용매(8:2)에 60분간 교반 추출한 후 Whatman No. 2 여과지로 여과하여 감압 농축 시켜 얻은 추출물을 0.45 μm 필터로 2차 여과하여 사용하였다. Columne C₁₈(5 μm, 250×4.
총 phenol 함량은 Folin-ciocalteu법(Lachman 등 2006)에 따라 1 mg/mL 농도로 희석한 시료액 1 mL를 증류수 4 mL로희석시키고 Folin-Ciocalteu 시약 0.5 mL를 넣고 3분간 방치한 다음 sodium carbonate 포화용액 1 mL와 증류수 3.5 mL를 가하고 혼합하여 실온에서 1시간 동안 반응시켜 spectrophotometer (Libra S22, Biochrom, Cambridge, England)로 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 gallic acid(Sigma Co.

성능/효과

2와 같다. 1 mg/mL 농도에서 에탄올 용매의 초음파 추출이 DPPH radical 및 ABTS radical 소거 활성이 각각 80.26%, 87.83%로 가장 높게 나타났다. 같은 초음파 추출이더라도 DPPH radical 및 ABTS radical 소거 활성 모두 물을 용매로 하는 경우는 낮은 활성을 보여 용매에 따른 차이가 있었다.
01)로 강한 상관관계를 나타냈다. Ursolic acid 함량과 DPPH radical 소거 활성 사이의 상관계수는 0.527(p<0.01)로 다소 높은 상관관계를 나타냈고, 총 phenol 함량과 ABTS radical 소거활성은 0.711(p<0.01)로 높은 상관관계를 나타냈다. 반면 총 tannin 함량과 DPPH radical 소거활성, ursolic acid 함량과 ABTS radical 소거활성 간에는 각각 상관관계가 없었는데 이것은 항산화 정도가 항산화 유효성분 종류와 추출방법에 따라 현저한 차이가 나기 때문인 것으로 생각되었다(Kim 등, 2003).
01)로 강한 상관관계를 나타냈다. Ursolic acid 함량과 DPPH radical 소거활성 사이의 상관계수는 0.527(p<0.01)로 높은 상관관계를 나타냈고, 총 phenol 함량과 ABTS radical 소거활성은 0.711(p<0.01)로 강한 상관관계를 나타냈다. 이상의 결과로 미루어 볼 때, 미숙사과의 유용성분 추출물을 기능성소재 등으로 활용하기 위해서는 에탄올 용매의 초음파 추출이 가장 적합한 것으로 판단되었다.
05), 다른 추출방법 간에는 유의적인 차이가 없었다. Ursolic acid 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 5.76 mg/g, 에탄올 추출이 5.06 mg/g, 에탄올 용매의 효소처리 추출이 4.54 mg/g 순으로 높은 함량을 보였다. 초음파 추출의 경우 총 tannin과ursolic acid 함량 모두 용매에 따라 큰 차이를 보였는데, 에탄올 용매의 초음파 추출이 물 용매의 초음파 추출보다 각각 5배, 12배 높은 것으로 나타났다.
05), 다른 추출방법 간에는 유의적인 차이가 없었다. Ursolic acid 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 5.76 mg/g, 에탄올 추출이 5.06 mg/g, 에탄올 용매의 효소처리 추출이 4.54 mg/g 순으로 높은 함량을 보였다. 초음파 추출의 경우 총 tannin과ursolic acid 함량 모두 용매에 따라 큰 차이를 보였는데, 에탄올 용매의 초음파 추출이 물 용매의 초음파 추출보다 각각 5배, 12배 높은 것으로 나타났다.
2% 범위로 전반적으로 추출용매가 물이 에탄올보다 수율이 높았다. 또한 같은 물을 용매로 한 추출 방법 중에서는 열수 추출보다 효소, 초음파, 아임계 추출이 수율 면에서 더 효과적이었다. 총 phenol 함량은 에탄올 용매의 초음파추출이 32.
14 mg QE/100 g으로가장 높은 함량이었으며, 다음은 에탄올 용매의 초음파 추출과 효소 추출, 아임계 추출 순이었다. 아임계 추출을 제외한 열수 추출, 물을 용매로 하는 효소 추출과 초음파 추출 간에는 유의적인 차이가 없이 모두 낮은 함량을 보였다. Duh 등 (1992)은 과실류로부터 플라보노이드를 포함한 페놀계 성분의 유기용매 추출 시 순수한 물보다는 수용성 메탄올 또는 에탄올을 사용한 경우 추출물의 활성이 더욱 증가하였다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다.
96 mg GAE/g으로 비슷한 함량이었다. 에탄올 용매의 초음파 추출은 에탄올 추출과 아임계 추출의 2배 정도, 열수 추출의 6배 정도 높은 함량을 보였다. Jo 등(2017)은 탈지미세조류로부터 에탄올을 이용한 초음파추출을 적용했을 때 polyphenol 추출 시 기존의 열수 추출에 비해 1.
01)로 강한 상관관계를 나타냈다. 이상의 결과로 미루어 볼 때, 미숙사과의 유용성분 추출물을 기능성소재 등으로 활용하기 위해서는 에탄올 용매의 초음파 추출이 가장 적합한 것으로 판단되었다.
54 mg/g 순으로 높은 함량을 보였다. 초음파 추출의 경우 총 tannin과ursolic acid 함량 모두 용매에 따라 큰 차이를 보였는데, 에탄올 용매의 초음파 추출이 물 용매의 초음파 추출보다 각각 5배, 12배 높은 것으로 나타났다. Shin & Lee(2011)는 청나래고사리를 메탄올, 에탄올 및 물 등을 용매로 초음파 추출한 경우 에탄올 용매의 초음파 추출 시 tannin acid를 표준물질로 하는 총 폴리페놀 함량이 가장 높은 것으로 나타났다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 보였다.
총 flavonoid 함량은 에탄올 추출이 29.14 mg QE/100 g으로가장 높은 함량이었으며, 다음은 에탄올 용매의 초음파 추출과 효소 추출, 아임계 추출 순이었다. 아임계 추출을 제외한 열수 추출, 물을 용매로 하는 효소 추출과 초음파 추출 간에는 유의적인 차이가 없이 모두 낮은 함량을 보였다.
총 flavonoid 함량은 에탄올 추출이 29.14 mg QE/100 g으로가장 높은 함량이었으며, 다음은 에탄올 용매의 초음파 추출과 효소 추출, 아임계 추출 순이었다. 아임계 추출을 제외한 열수 추출, 물을 용매로 하는 효소 추출과 초음파 추출 간에는 유의적인 차이가 없이 모두 낮은 함량을 보였다.
83%로 가장 높게 나타났다. 총 phenol 함량과 총 flavonoid 및 ursolic acid 함량 간의 상관계수는 각각 0.511, 0.659(p<0.01)로 높은 상관관계를 나타냈고, 총 phenol 함량과 총 tannin 함량 간의 상관계수는 0.816 (p<0.01)로 강한 상관관계를 나타냈다. Ursolic acid 함량과 DPPH radical 소거활성 사이의 상관계수는 0.
간의 상관관계는 Table 4와 같다. 총 phenol 함량과 총 flavonoid 및 ursolic acid 함량 간의 상관계수는 각각 0.511, 0.659(p<0.01)로 다소 높은 상관관계를 나타냈고, 총 phenol 함량과 총 tannin 함량 간의 상관계수는 0.816(p<0.01)로 강한 상관관계를 나타냈다. Ursolic acid 함량과 DPPH radical 소거 활성 사이의 상관계수는 0.
결과는 Table 2와 같다. 총 phenol 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 32.63 mg GAE/g으로 유의적으로 가장 높은 함량이었으며(p<0.05), 아임계 추출과 에탄올 용매 추출은 각각 15.03 mg GAE/g, 13.96 mg GAE/g으로 비슷한 함량이었다. 에탄올 용매의 초음파 추출은 에탄올 추출과 아임계 추출의 2배 정도, 열수 추출의 6배 정도 높은 함량을 보였다.
또한 같은 물을 용매로 한 추출 방법 중에서는 열수 추출보다 효소, 초음파, 아임계 추출이 수율 면에서 더 효과적이었다. 총 phenol 함량은 에탄올 용매의 초음파추출이 32.63 mg GAE/g으로, 에탄올 추출과아임계 추출의 2배 정도, 열수 추출의 6배 정도 유의적으로 가장 높은 함량을 보였다(p<0.05). 총 flavonoid 함량은 에탄올추출이 29.
결과는 Table 3에서 보는 바와 같다. 총 tannin 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 10.99 mg/g으로 열수 추출의 6배, 에탄올 추출의 2.2배 정도 높은 함량이었으며(p<0.05), 다른 추출방법 간에는 유의적인 차이가 없었다. Ursolic acid 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 5.
결과는 Table 3에서 보는 바와 같다. 총 tannin 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 10.99 mg/g으로 열수 추출의 6배, 에탄올 추출의 2.2배 정도 높은 함량이었으며(p<0.05), 다른 추출방법 간에는 유의적인 차이가 없었다. Ursolic acid 함량은 에탄올 용매의 초음파 추출이 5.
추출 방법별 수율은 26.3~37.2% 범위로 전반적으로 추출용매가 물이 에탄올보다 수율이 높았다. 또한 같은 물을 용매로 한 추출 방법 중에서는 열수 추출보다 효소, 초음파, 아임계 추출이 수율 면에서 더 효과적이었다.
추출방법별 수율은 Table 1에서 보는 바와 같이 열수 추출이 30.3%, 물을 용매로 하는 효소 추출이 36.9%, 초음파 추출이 37.2%, 아임계 추출이 36.0%로 전반적으로 추출용매가 물인 경우가 에탄올보다 수율이 높았다. 이것은 Yang & Park (2011)의 연구에서 흑양파 물 추출물의 수율이 에탄올 추출물에 비해 높았다는 결과와 Kwon 등(2009)의 용매별 마카 추출 수율이 물에서 높았다는 결과와 유사하였는데, 미숙 사과에 존재하는 수용성 화합물의 용출이 극성용매인 물에서 증가하여 추출 수율이 더 높기 때문인 것으로 판단되었다(Kwon & Youn 2017).

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Shin SL, Lee CH. 2011. Antioxidant activities of ostrich fern by different extraction methods and solvents. J Life Sci 21: 56-61

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Wu J, Gao H, Zhao L, Liao X, Chen F, Wang Z, Hu X. 2007. Chemical compositional characterization of some apple cultivars. Food Chem 103:88-93

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Yang YR, Park YK. 2011. Comparison of antioxidant activities of black onion extracts. Korean J Food Preserv 18:954-960

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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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