[논문]스피루리나(Spirulina platensis)로부터 미백과 주름개선 생리활성 물질 분리를 위한 초음파 추출공정 개발

김소희; 전성진; 김준희; 염서희; 김진우

doi:10.5657/kfas.2021.0271

스피루리나(Spirulina platensis)로부터 미백과 주름개선 생리활성 물질 분리를 위한 초음파 추출공정 개발
Ultrasound-assisted Extraction for Development of Skin Whitening and Anti-wrinkling Cosmetic Materials from Spirulina platensis 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.54 no.3, 2021년, pp.271 - 279

김소희 (선문대학교 자연과학대학 식품과학과) , 전성진 (선문대학교 자연과학대학 식품과학과) , 김준희 (선문대학교 자연과학대학 식품과학과) , 염서희 (선문대학교 자연과학대학 식품과학과) , 김진우 (선문대학교 자연과학대학 식품과학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Ultrasound-assisted extraction (UAE) conditions, including extraction time, extraction temperature, and ethanol concentration, were optimized to increase the total flavonoid content (TFC), tyrosinase inhibitory activity (TIA), and collagenase inhibitory activity (CIA) of Spirulina platensis through central composite design (CCD). For the optimization of the three dependent variables, a quadratic regression model was derived from 17 experimental sets for the simultaneous maximization of TFC, TIA, and CIA. The predicted optimal UAE conditions were 44.0 min of extraction time, 82.8℃ of extraction temperature, and 96.0% of ethanol concentration. Under these conditions, 0.93 mg QE/g DM of TFC, 81.9% of CIA, and 92.1% of TIA were predicted. The CCD-based UAE optimization enabled an increase in TFC, CIA, and TIA, thereby confirming that the S. platensis extract can be used in the development of a cosmetic material with skin whitening and anti-wrinkle effects.

주제어

표/그림 (11)

표 Table 1. Independent variables and their coded and actual levels for central composited design
표 Table 2. Central composite design (CCD) matrix for indepen-dent variables with experimental values of total favonoid content (TFC), collagenase inhibition activity (CIA), and tyrosinase inhi-bition activity (TIA)
표 Table 3. Second-order regression models developed by central composite design for the optimization of UAE process variabls of Spirulina platensis
표 Table 4. Analysis of variance (ANOVA) of second-order regression models on UAE of Spirulina platensis
그림 Fig. 1. Pertubation plot representing effects of UAE process vari-ables on TFC. TFC, total favonoid content.
그림 Fig. 2. Response surface plots showing the effect of the extraction time (A), extraction temperature (B), and ethanol concentration (C) on TFC concentration. TFC, total flavonoid content.
그림 Fig. 3. Pertubation plot representing effects of UAE process vari-ables on CIA. CIA, collagenase inhibition activity.
그림 Fig. 4. Response surface plots showing showing the effect of the extraction time (A), extraction temperature (B), and ethanol concentration (C) on CIA. CIA, collagenase inhibition activity.
그림 Fig. 5. Pertubation plot representing effects of UAE process vari-ables on TIA. TIA, tyrosinase inhibition activity.
그림 Fig. 6. Response surface (3-D) showing the effect of the extraction time (A), extraction temperature (B) and ethanol concentration (C) on TIA. TIA, tyrosinase inhibition activity.
그림 Fig. 7. Superimposed contour plots showing the optimized condition of extraction time, extraction temperature, and ethanol concentration for the maximization of TFC, CIA and TIA simultaneously. TFC, total flavonoid content; CIA, collagenase inhibition activity; TIA, tyrosinase inhibition activity.

AI 본문요약
AI-Helper

제안 방법

본 연구는 S. platensis의 항산화 활성, 미백 및 주름개선 효과를 증진을 위한 추출공정개발을 위해 3개 종속변수를 동시에 최대화하는 것을 제한조건으로 하여 각각의 반응표면을 중첩 (superimposing)하여 최적점을 예측하였다(Fig. 7).
독립변수는 추출공정에서 중요변수로 고려되는 추출시간(X₁), 추출온도(X₂), 추출용매(X₃)로 지정하였고 선행연구에 따라 각 인자들의 범위를 설정하였으며, 추출조건은 추출시간(5.0-55.0분, X₁), 추출온도(26.0-94.0°C, X₂), 에탄올농도(0.0-99.5%, X₃) 를 -1.68, -1, -0, 1, 1.68의 5단계로 부호화하여 CCD에 따라 17 개의 추출조건으로 추출 후 실험을 진행하였다(Table 1)

대상 데이터

본 연구에서 사용된 S. platensis는 ㈜푸른산(Seoul, Korea) 에서 구매 후 냉동 보관하여 실험에 사용하였다. 추출용매는 1 차 증류수와 에탄올 99.
platensis는 ㈜푸른산(Seoul, Korea) 에서 구매 후 냉동 보관하여 실험에 사용하였다. 추출용매는 1 차 증류수와 에탄올 99.5% (Samchun, Seoul, Korea)를 이용하였고 미백과 주름개선 효능 평가를 위한 시약은 aluminum chloride, potassium acetate, 3, 4-dihydroxyphenylalanine (L- DOPA), tyrosinase from mushroom, 4-phenylazobenzyloxy- carbonyl-Pro-Leu-Gly-Pro-D-Arg와 collagenase from Clostridium histolyticum을 사용하였다. 타이로시네이즈와 콜라게네이즈 저해능 측정으로 kojic acid와 L-ascorbic acid를 각각 양성대조군으로 사용하였으며, 플라보노이드 함량 측정을 위한 표준물질로는 quercetin을 이용하여 검량선을 작성하였다.

데이터처리

68의 5단계로 부호화하여 CCD에 따라 17 개의 추출조건으로 추출 후 실험을 진행하였다(Table 1). 통계분석 및 처리는 Design-Expert software (Version 8; Stat-Ease Inc., Minneapolis, MN, USA)를 이용하였으며, 아래 식과 같은 2차 회귀방정식을 도출하였다.

이론/모형

본 연구의 결과로 S. platensis 추출물의 미백과 주름개선 효과를 확인하였고 초음파 추출법을 이용하여 S. platensis로부터 보다 효과적인 생리활성물질 추출을 조건을 도출하였으며 향후, 이를 활용하여 S.
본 연구에서는 S. platensis로부터 항산화 활성 및 생리활성물질 최적 추출조건을 예측하고자 RSM 중 중심합성계획모델(central composite design, CCD)을 이용하였다. 독립변수는 추출공정에서 중요변수로 고려되는 추출시간(X₁), 추출온도(X₂), 추출용매(X₃)로 지정하였고 선행연구에 따라 각 인자들의 범위를 설정하였으며, 추출조건은 추출시간(5.

성능/효과

각 종속변수에서 유의한 결과를 나타낸 에탄올 농도를 96.0%로 고정한 상태로 추출시간 5.0-55.0분, 추출온도 26.0-94.0°C의 범위에서 최적점을 구했을 때 추출시간 44.0분, 추출온도 82.8°C와 에탄올 96.0%로 예측되었다
0%로 예측되었다. 본 조건에서의 예측값은 TFC 0.93 mg QE/g DM, CIA 81.9%와 TIA 92.1%이었고, 검증 실험을 진행한 결과 TFC 0.99 mg QE/g DM, CIA 88.9%와TIA 81.9% 로 확인되었으며 예측값과 실험값이 유사한 결과를 나타내어 CCD를 기반으로 한 UAE 공정의 효과적인 최적화가 수행되었음을 입증하였다. 본 연구의 결과로 S.

후속연구

platensis로부터 보다 효과적인 생리활성물질 추출을 조건을 도출하였으며 향후, 이를 활용하여 S. platensis 추출물의 화장품 소재화와 추출공정 표준화에 있어 유용한 정보를 제공할 것으로 기대된다.
platensis 추출물의 미백과 주름개선 효과를 확인하였고 초음파 추출법을 이용하여 S. platensis로부터 보다 효과적인 생리활성물질 추출을 조건을 도출하였으며 향후, 이를 활용하여 S. platensis 추출물의 화장품 소재화와 추출공정 표준화에 있어 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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