보고서 정보
주관연구기관 |
한국식품연구원 Korea Food Research Institute |
보고서유형 | 최종보고서 |
발행국가 | 대한민국 |
언어 |
한국어
|
발행년월 | 2012-03 |
과제시작연도 |
2011 |
주관부처 |
산업통상자원부 Ministry of Trade, Industry and Energy |
등록번호 |
TRKO201500002027 |
과제고유번호 |
1415119959 |
사업명 |
한국식품연구원연구운영비지원 |
DB 구축일자 |
2015-05-09
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DOI |
https://doi.org/10.23000/TRKO201500002027 |
초록
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Ⅳ. 연구개발 결과
○ G-flavonoids의 알콜성 간질환 예방 효능
- 감귤과피로부터 narirutin 및 hesperidin의 최적추출조건 설정
감귤 과피로부터 hesperidin의 추출은 70% EtOH를 이용하였으며, 이와 같은 방법으로 제조된 70% EtOH추출물의 경우 수용성 성분인 narirutin과 당류가 hesperidin과 함께 추출되어 hesperidin의 순도를 높이고자 crystallization 시켜 순도는 88.7%로 증가하였다. Narirutin은 성분 및 수용성 당류를 제거하고자 D
Ⅳ. 연구개발 결과
○ G-flavonoids의 알콜성 간질환 예방 효능
- 감귤과피로부터 narirutin 및 hesperidin의 최적추출조건 설정
감귤 과피로부터 hesperidin의 추출은 70% EtOH를 이용하였으며, 이와 같은 방법으로 제조된 70% EtOH추출물의 경우 수용성 성분인 narirutin과 당류가 hesperidin과 함께 추출되어 hesperidin의 순도를 높이고자 crystallization 시켜 순도는 88.7%로 증가하였다. Narirutin은 성분 및 수용성 당류를 제거하고자 DW를 이용하여 washing하여 순도를 63.0%로 높일 수 있었다. 추출된 hesperidin의 solubility가 낮아 체내 흡수율이 낮고 식품소재로 적용하는데 어려움이 있어 이를 해결하기 위하여 cyclodextrin glucanotransferase(CGTase)를 이용하여 flavonoids에 당을 부가시키는 방법을 이용하였다. 그 결과, cyclodextrin의 첨가량이 증가할 수록 당부가가 잘 이루어져 G-hesperidin의 생성 정도는 증가하지만 hesperidin과 결합하지 않은 채 남아 XAD7 통과 후에도 제거 되지 않는 당의 함량도 증가하는 것으로 사료되어진다.
이러한 당 전이 반응(glycosylation)을 유도시킨 것과 더불어 두 번째로 hesperidinase를 이용해 rutinose에서 rhamnose를 제거하는 반응(derhamnosylation)을 실시한 결과, narirutin과 hesperidim의 최적 추출공정 및 생물전환공정을 통하여 최종적으로는 순도 66.2%의 narirutin과 순도 94.2%의 hesperidin을 생산하는 공정을 설정하였으며, 생물전환공정을 거쳐 G-flavonoids(G-CFs) 및 flavonoids-7-glucose (CFs-glc)를 생산하였다.
- 생물전환 감귤과피 flavonoids의 알콜성 지방간 및 간질환 억제 효과
감귤과피에서 추출한 hesperidin과 G-hesperidin의 항비만 및 간지질의 합성 저해능을 알아보고자 하였으며 hesperidin에 당을 부과시켜 수용화 된 G-hesperidin의 체내 흡수능 또한 비교하여 보았다. 간조직의 지질 성분의 결과를 살펴보면 중성지방과 총콜레스테롤 함량의 경우, G-hesperidin군이 고지방군에 비해 각각 약 10.3%, 17% 감소하였다. 이와 같은 결과는 G-hesperidin군에서 비록 통계학적으로 유의성이 나타나지 않았지만 간의 중성지방 생성 억제효과가 가장 효율적인 것으로 사료되며 이는 G-hesperidin의 수용화 정도 및 이에 따른 체내흡수력이 hesperidin과 hesperitin에 비해 높음으로 기인한 것으로 추측되는 바이다. 그리고 감귤과피 flavonoids의 섭취가 알콜성 지방간 생성억제에 효능이 있는지 여부를 관찰하기 위하여 동물실험을 실시한 결과, 생물전환 감귤 flavonoids (G-CFs와 CFs-glc) 섭취 시 생물전환 공정을 거치지 않은 감귤과피 flavonoids(CFs) 섭취하였을 때 보다 알콜성 지방간 억제효능이 우수한 것으로 나타났다. 이와 같은 결과는 동물실험을 통한 생물전환 hesperidin의 체내이용성이 hesperidin 및 hesperitin 보다 월등히 높다는 결과로부터 원인을 찾을 수 있다.
생물전환 감귤과피 flavonoids의 알콜성 간질환 억제 효능을 알아보고자 한 결과에서는 간 손상의 지표인 GOT, GPT와 Cholesterol 및 Triglyceride 모두 에탄올 군의 활성이 정상군에 비해 높게 나타났으며, 이는 만성적인 알코올의 투여가 간 손상을 유발하는 것으로 생각되며 GOT, GPT 결과에서는 CFs, G-CFs, CFs-glc 투여가 활성을 낮게 나타내는 것으로 보아 간 손상이 억제된 것으로 사료된다. 또한 생물전환 감귤과피 flavonoids 처리 효과는 염증성 cytokines인 IL-1β, IL-6, TNF-α, IκB-α 등의 활성 조절에도 영향을 미치며, 에탄올 투여 마우스 간조직을 H&E 염색과정을 거쳐 확인한 결과, CFs의 효소적 구조변환에 의한 G-CFs와 CFs-glc군의 경우에는 간조직 전반에 걸쳐 병변이 발견되지 않고 에탄올을 투여하지 않은 control군과 같은 정상적인 간조직임을 확인하였다.
○ 지방흡착 저감 미립자 소재
- 중력분과 대두피를 이용한 지방흡착 저감용 복합분체 소재의 개발
대두피와 밀가루의 복합분체의 효율을 높이기 위해 Air classifying system을 이용하여 중력분을 분급하고 조분획(Coarse fraction)으로 회수된 비교적 큰 입자를 선별하여, 복합분체에 이용하였으며, 대두피의 경우 제트밀을 이용한 미분쇄 공정을 거쳐 Guest particles로 이용하였다.
분체 복합화에 적합한 Hybridization system의 로터 회전수를 6,000~15,000rpm 으로 조절하며 단계별로 복합분체를 제조하고 전자현미경을 통하여 복합분체의 효율을 분석한 결과, 6,000rpm과 9,000rpm 시료의 경우에는 공기 분급한 중력분의 모습을 거의 유지하지만 대두피가 중력분의 표면에 효과적으로 부착되는지는 거의 확인되지 않았다. 반면, 회전수를 12,000rpm으로 복합분체화한 경우에는 중력분의 크기도 일정 수준이상으로 유지하면서 대두피와의 결합이 잘 이루어지는 것으로 평가되었다.
일정비율의 밀가루를 대두피로 치환하여 제조된 중력분과 대두피 혼합물 및 복합분체 소재를 사용하여 대표적인 유탕식품인 도넛과 유탕면을 제조하여 잔류지방 함량 감소효과를 비교하였다. 도넛의 경우 분급을 하지 않은 밀가루 보다 분급한 밀가루를 사용한 도넛에서 더 높은 잔류지방함량 감소 효과를 나타내었고, 전반적으로 대두피 치환율이 높아질수록 잔류지방함량이 감소하였다. 대두피를 10% 치환한 시료구의 경우 대조구인 중력분에 비해 22.4%의 잔류지방함량 감소효과를 나타내었다. 유탕면 실험의 경우 면의 두께를 변수로 두고 실험을 수행한 결과, 대두피 치환율이 높아짐에 따라 면의 두께 2mm, 3mm 처리구 모두 지방 함량이 감소하는 결과를 나타내었다. 특히 면의 두께 2mm의 경우, 대두피를 10%의 치환한 시료구에서 대조구에 비해 가장 높은 수준인 33%의 잔류지방함량 감소효과를 나타내었다.
- 저칼로리 보조소재를 이용한 지방흡착 저감용 복합분체 소재의 개발
대두피를 이용한 지방흡착 저감화 소재의 지방흡착 저감효과를 개선시키기 위하여 새로운 저칼로리 보조소재 선별하였다. 기존의 복합분체에서 지방함량의 감소를 촉진하고 칼로리를 낮추는데 기여할 수 있는 소재를 첨가함으로써 진일보한 복합분체 소재를 제조하는 방안을 고려하게 되었다.
새로운 저칼로리 보조소재로서 우리 식생활에서 떼어놓을 수 없고 가공상 유리한 특성을 많이 갖고있는 쌀을 선정하였다. 미립자화 쌀에 대한 공기분급을 통하여 총 6개의 분획을 회수하고, 각 분획을 소재로 하는 복합분체를 제조하였다. 각 분획별 복합분체 소재를 사용하여 유탕면을 제조하고 잔류지방함량을 비교 분석한 결과, 미분획의 처리구 가운데 입도가 가장 작은 쌀분획을 첨가한 처리구에서 잔류지방함량 감소효과가 크게 나타났다. 따라서 제트밀을 이용하여 제조한 미립자화 쌀 소재를 주된 저칼로리 보조소재로 사용하였다.
또한 저칼로리 보조소재의 최적 첨가 조건을 확인하기 위하여 첨가 수준에 따른 복합분체 소재를 제조하고 제조된 소재를 이용하여 유탕실험을 통해 잔류지방함량의 차이를 비교하였다. 미립자화 쌀 소재의 최적 첨가량을 알아보기 위해 중력분에 미립자화 쌀 소재를 5∼40% 수준으로 첨가하여 복합분체를 제조하였다. 미립자화 쌀 첨가 수준에 따른 복합분체를 이용하여 도넛 및 유탕면을 제조하고, 잔류지방함량을 비교한 결과, 미립자화 쌀을 30% 첨가한 처리구에서 대조구에 비해 각각 13∼15%의 잔류지방함량 감소효과를 나타내었다. 이러한 결과를 바탕으로 기존의 지방흡착 저감화 소재에 저칼로리 보조소재인 미립자화 쌀 소재를 최적조건인 30%를 첨가하여 개선된 지방흡착 저감화 소재를 개발하고 도넛을 제조하여 잔류지방함량을 비교하였다. 중력분과 쌀 그리고 대두피 소재를 이용한 혼합물 도넛의 경우 약 5∼11%의 잔류지방함량 감소효과를 나타내었으나, 복합분체를 사용한 도넛의 경우 약 13∼31%의 잔류지방함량 감소효과를 나타내었다.
- 저칼로리 보조소재를 이용한 지방흡착 저감 및 물성개선용 복합분체 소재의 개발
중력분과 대두피를 이용한 지방흡착 저감화 소재 및 쌀을 첨가한 개선된 지방흡착 저감화 소재의 경우 잔류지방함량의 감소효과는 나타났으나, 대조구에 비해 최종 제품의 물성이 상대적으로 열악하게 나타나는 문제를 나타내었다. 이러한 문제점을 개선하기 위해서 미립자화 쌀을 분획하고, 성분에 따른 분획을 첨가하여 복합분체를 제조하였으며, 또 다른 방안으로 탈지 대두박 소재를 물성개선 소재로 사용하였다. 먼저 미립자화 쌀 소재를 공기분급을 통하여 조분획과 미분획으로 나누어 각각의 분획을 첨가하여 복합분체를 제조하고 유탕 실험을 진행하였다.
미립자화 쌀의 조분획을 첨가한 복합분체 소재로 제조된 도넛의 경우 잔류지방함량 감소효과는 21∼28%로 나타났으며, 물성의 경우 대조구와 유사한 값을 나타내었다. 미분획을 첨가한 복합분체 소재를 사용한 도넛의 경우 잔류지방함량 감소효과는 24∼33%로 나타났으며, 대조구에 비하여 떨어지지 않는 물성을 나타내었다. 두 분획을 통한 실험결과 미분획을 이용한 경우 잔류지방함량 감소효과를 유지하며, 일정부분 물성을 개선시키는 효과를 얻을 수 있었다. 또 다른 물성개선 및 지방흡착 저감효과를 높이기 위한 방안으로 미립자화 탈지대두박 소재를 활용한 도넛의 특성을 분석한 결과 미립자화 대두박의 첨가함량이 증가함에 따라 물성의 경우 대조구와 유사한 값을 나타내었으나, 잔류지방함량이 증가하는 경향을 나타냄으로써 당초 기대했던 효과는 거두지 못하였다.
○ Savory 향미제의 안정성
- 저 glutamic acid 소맥글루텐 산 가수분해물(low Glu HWG)을 이용한 MRP base flavor의 생산
리보오스와 저 염 및 저 Glu 소맥글루텐 산 가수분해물을 마이얄 반응의 기본 기질로 하여 기존의 시스테인, 메티오닌, 티아민 등의 합성 전구체를 버섯분말 및 지질 등 천연 전구체로 대체하여 육류 향미제를 개발하고자 하였다. 기본 기질로 사용하는 식물단백 가수 분해물은 염 7%, glutamic acid 함량이 20.27%인 소맥글루텐 산 가수분해물을 사용하는 것이 적합하였다. 기존의 synthetic meat flavor의 전구체를 omission test에 의해 검토하였을 때 시스테인은 육류향의 기여도가 컸으나 메티오닌과 티아민 및 레시틴은 영향이 적어 다른 천연 소재로의 대체 가능성을 나타내었다. 표고버섯을 protease로 효소 처리하여 건조시킨 분말이 육류 향생산에 효과적이었으며 지질의 경우 라드를 1% 첨가 시 육류향과 황내의 향 특성이 조화롭게 하였다. 메티오닌, 티아민 및 레시틴 등 합성 전구체를 마늘 착즙 분말과 버섯분말 및 라드와 같은 천연 전구체로 대체하였을 때 상대적으로 전체적인 향의 강도는 낮았으나 느끼하고 짠 향이 감소되고 부드러운 육류향을 생산할 수 있었다.
- 고 glutamic acid 소맥글루텐 산 가수분해물(High Glu HWG)을 이용한 MRP base flavor의 생산
소맥글루텐 산 가수분해물을 저 Glu(glutamic acid)와 고 Glu(glutamic acid) 분획으로 분리하여 ribose와 반응시킨 MRP의 경우 저 Glu 분획으로 제조한 MRP의 경우 향특성은 황 내와 짠내 등이 지배적으로 강하게 나타나 뚜렷한 향 특성을 파악하기 어려워 기호도가 낮았다. 반면 고 Glu 분획으로 반응시켰을 경우 짠향 강도는 낮고 상대적으로 고기향의 강도가 다소 높아져 전체적인 기호도가 증가하였다. 맛 특성은 고 Glu 분획으로 반응시킨 MRP가 감칠맛인 umami의 강도가 높았으며 입안에서 처음 강하게 느껴지고 오래 지속되는 감칠맛 특성을 강하게 나타내었다. 반면 MRP에 cysteine, 마늘 착즙액 분말 및 표고버섯 분말과 lard의 precursor로 반응시킨 MRP base flavor의 경우 저 Glu 유래 MRP base flavor는 전체적인 향이 조화를 이루고 특정향이 강하게 부각되지 않아 기호도 상승의 효과를 얻을 수 있었다.
- MRP base flavor의 향기 성분의 분석
F-1(synthetic meat flavor)에 비해 F-36(Natural meat flavor with low Glutamic acid HWG)의 고기향미를 나타내는 향기성분은 상대적으로 적게 검출되었지만 F-1에서 강하게 나타나는 마늘 향의 향기성분과 황 내가 감소되었고 mild 한 고기향 특성을 나타내었다. F-45(Natural meat flavor with high Glutamic acid HWG)는 상대적으로 다양한 향기성분을 함유하고 있었지만 전체 향기성분에 대하여 octanoic acid, nonanoic acid, decanoic acid 등이 차지하는 비율이 높았으 이는 산패 취를 나타내는 향기성분으로 알려져 있다. 따라서 고기향미를 발현하는 특정 휘발성 향기성분만을 전체 향기성분에 대해 높은 비율로 함유하고 있는 F-36의 향기 특성이 좀 더 우수한 것으로 판단되며 실제의 관능검사의 결과와 비교하였을 때 좀 더 pure하고 조화로운 고기향미를 나타내는 것을 확인하였다.
- 초임계 추출 라드를 이용한 MRP base flavor의 생산
리보오스와 저 Glu 소맥글루텐 산 가수분해물을 기본 기질로 한 향미조성물의 육류향미 증강을 위하여 전구체로 초임계 이산화탄소로 온도와 압력 조건별로 추출한 라드를 첨가하였다. 라드를 초임계 추출하였을 때 상대적으로 낮은 온도인 40℃에서 추출하는 것이 수율적인 측면에서 바람직하였으며 추출압력은 7250 및 8700 psi에서 추출하는 것이 관능검사 결과 단향과 육류향이 조화를 이루며 황내가 저하되어 상대적으로 육류 향미를 증강되는 효과를 가지는 기질의 생산 조건으로 나타났다.
- MRP base flavor의 저장 안정성 평가
MRP base flavor(F-36)를 paste 와 powder 형태로 제조하여 10, 20, 30, 40℃에서 12달간 저장하였을 때 이화학적 특성은 저장기간 동안 유지되었으며 관능검사 결과 12개월까지는 대체로 큰 변화 없이 저장안전성을 보였다. 그러나 powder형제품의 경우 관능검사 결과 12개월 경과 후 모든 저장온도에서 기호도가 급격히 감소되었으며 40℃의 저장온도에서는 10개월 이후부터 산패취와 비슷하게 느끼한 향이지배적으로 감지되었다. SMart Nose를 사용하여 향기패턴을 분석하였을 때 저장초기에 비하여 저장 12달 이후 향기패턴에 큰 차이를 나타내지 않았으나 저장온도에는 영향을 받아 40℃에서는 저장 기간이 경과 함에 따라 향기패턴이 크게 변화하는 것으로 나타났다.
○ 환경친화적 콜라겐추출 공정
- 초음파를 이용한 콜라겐 추출
본 연구에서는 농어피(Sea bass skin)로부터 산가용성 콜라겐을 추출함에 있어서 초음파가 추출 수율에 미치는 영향에 대하여 검토하였다. 어피 중량에 200배의 0.5M acetic acid 용액을 첨가한 후 24시간 동안 콜라겐을 추출하였을 때의 수율(산처리로 약함)과 0.5M acetic acid 용액 첨가 후 바로 초음파 처리(초음파 처리로 약함)를 하였을 때의 콜라겐의 추출 수율에 대하여 비교하였다. 그 결과, 산처리구 보다 초음파 처리에 의한 콜라겐의 추출 수율이 증가되었으며, 초음파의 amplitude가 높을수록 콜라겐 추출의 증가속도가 빠르게 나타났다. 초음파 처리에의해서 분리된 콜라겐을 SDS-PAGE로 이들의 subunit 조성을 검토한 결과, 콜라겐의 주요 성분인 α1(α3), α2, 및 β chain이 관찰되었다. 그러나 초음파 처리 시간이 길어질수록 콜라겐의 분해산물로 추정되는 불특정의 펩타이드가 관찰되었다. 한편, 초음파에 의해서 분리된 것이 콜라겐인지를 확인하기 위하여 pepsin 처리한 결과 콜라겐의 주요 성분인 α1(α3), α2, 및 β chain에 변화가 일어나지 않아 초음파에 의해서 분리된 성분은 콜라겐인 것으로 확인되었다. 0.5M Acetic acid와 함께 초음파 처리를 하면 콜라겐의 추출수율이 빠르게 증가하는 것을 확인하였으므로 Acetic acid의 농도를 낮추면 어떠한 현상이 일어나는 지에 대하여 검토하였다. 어피에 0.01~0.5M 범위에서 Acetic acid를 첨가 후 초음파 처리를 하여 이들의 증가속도를 검토한 결과 0.01M의 낮은 농도에서도 콜라겐이 추출되었으며 기존의 0.5M aceic acid에서 추출하는 것 보다 증가속도가 빠른 것으로 나타났다. 또한 acetic acid의 첨가량이 많을수록 그 속도는 더욱 빨라졌다. 이상의 결과로부터 초음파를 활용하면 콜라겐의 추출수율을 빠르게 증가시킬 뿐만이 아니라 산의 농도를 대폭 줄일 수 있어 환경친화적으로 콜라겐을 추출할 수 있었다.
- Microwave를 이용한 젤라틴 추출 및 펩타이드 제조
본 연구에서는 기존의 습식가열에 의해서 생산되는 어피로부터의 젤라틴 생산 공정을 친환경적으로 단순화할 수 있는 공정으로 대체하고자 마이크로파를 이용한 젤라틴의 추출에 대하여 검토하였다. 또한 마이크로파로 추출된 젤라틴으로부터 효소와 초음파를 병행하여 펩타이드 제조에 대해서도 검토하였다. 마이크로파 처리는 출력 150V, 가열온도 50∼80℃, pH 3.0~10.0, 초산농도 0~0.3M 및 가열시간 0~60분으로 하여 젤라틴의 추출율을 조사하였다. 이 결과에 의하면 pH 의존성에 있어서는 pH 4.0이 가장 우수하였으며, 초산 농도는 0.02M 이상에서 높은 수율을 나타내었다. 따라서 pH와 초산농도를 고정하여 가열온도와 시간과의 관계를 기존의 습식가열과 비교 검토하였다. 마이크로파로 추출된 젤라틴의 수율은 모든 처리온도에서 처리시간의 경과와 함께 증가하는 경향을 나타내었으며, 습식으로 처리한 것과 비교하여 젤라틴의 추출속도가 빨라지는 것으로 나타났다. 마이크로파와 습식에 의한 증가속도를 검토한 결과 마이크로파로 처리한 것이 습식보다 50℃에서는 약 1.4배, 60℃에서는 약 1.7배, 70℃ 1.9배 및 80℃ 1.6배로 70℃에서 처리한 것이 습식과의 증가속도의 차이가 가장 컸다. 한편, 추출된 콜라겐으로부터 효소 및 초음파를 활용하여 보다 효율적인 펩타이드 제조에 대하여 검토하였다. 젤라틴에 1.0% 파파인을 첨가하여 30분간 반응시킨 결과 분자량 약 2만의 펩타이드가 관찰되었으며, 그이상의 저분자 성분은 관찰되지 않았다. 그러나 초음파 처리 후 파파인 처리를 하면 분자량 1만이하의 성분이 관찰되었다. 따라서 체내 흡수력 등을 고려할 때 초음파 처리 후 파파인 처리하는 것이 효과적인 것으로 사료되었다.
○ Oleoresin 초임계 추출공정
- 초임계 추출 이용 한국형 고추 Oleoresin 제조기술
고추(Capsicum annuum L.)는 주요 맛성분으로는 capsaicin, dihydrocapsaicin등의 capsaicinoids, 유리당, 유기산, 아미노산 등이 있으며, 그 중 고추의 대표적인 맛인 매운맛은 capsaicinoids에 기인한다. 일반적으로 고추의 맛은 capsaicinoids의 매운맛 뿐만 아니라 유기산과 유리당, 유리아미노산의 함량에 의해 크게 좌우되는 종합적인 맛으로 알려져 있다. 특히 한국산 고추는 단맛이 강하여 매운맛과 단맛이 잘 조화를 이루며, 고추의 매운맛, 단맛, 고소한 맛이 잘 조화를 이루어 기호가 높은 것이 외국산 고추와 차별되는 점이라 할 수 있다. 그러나 이러한 국내산 고추의 맛특성을 살린 향신료(추출물) 제품은 개발되지 않고 있는 실정이다. 고추로 부터 추출한 oleoresin은 다양한 가공제품에 매운맛과 붉은색을 부여하기 위해 첨가되는 식품첨가물로서 고추의 여러 가지 맛 중에서 매운맛만 나타내기 때문에 고추의 맛 특성을 살린 향신료라 할 수 없으며 고품질의 제품을 요구하는 현대의 소비자들의 요구에 부합하기 어려운 제품이다. 또한 oleoresin을 제조하고 남은 박에는 고추의 주요 맛성분인 유리당, 유기산 및 유리아미노산이 대부분 추출되지 않고 남아있기 때문에 이들 맛성분과 oleoresin을 적절히 활용할 경우 고추의 다양한 맛이 조화를 이룬 향신료를 개발할 수 있다.
본 연구에서는 초임계 유체 추출기술을 이용하여 국내산 고추로부터 oleoresin 을 분리한 후 남은 추출박에 세포벽분해효소 및 단백질분해효소를 처리하여 추출박에 남아 있는 맛성분을 추출하였으며, 분리한 oleoresin과 맛성분을 적절히 혼합하여 국내산 고추의 다양한 맛이 조화를 이룬 고추 향신료를 개발함으로써 다양한 요리 및 가공제품 제조에 활용될 수 있도록 하였다. 초임계 유체 온도, 압력 및 CO2/시료 비율이 고추 oleoresin의 추출 수율, capsaicinoid 및 carotenoid 함량에 미치는 영향을 조사한 결과 초임계 추출에 의한 고추 oleoresin 제조시 50℃, 400bar, CO2/시료 비율 10:1이 최적조건임을 알 수 있었다. 초임계 추출박으로부터 맛 성분 추출을 위해 세포벽분해효소, 단백질분해효소를 처리하여 맛성분 추출물 을 제조한 후 추출물의 수율 및 맛성분을 분석한 결과 세포벽 분해효소로는 viscozyme이, 단백질 분해효소로는 alcalse의 효과가 우수하였으며, viscozyme 처리에 의해 단맛과 새콤한 맛을, alcalase 처리에 의해 아미노산에서 유래하는 감칠맛을 증진시킬 수 있었다. 제조한 맛성분의 대표적인 맛은 새콤한맛, 단맛, 감칠맛, 과일맛, 한약재맛 등 이었다. 초임계 추출에 의한 oleoresin과 맛성분을 혼합하여 제조한 고추 oleoresin의 국, 찌개용 조미료로서의 적용을 위해 콩나물국과 감자칩 제조시에 이를 첨가하여 관능검사한 결과 기존 oleoresin 첨가구에 비해 관능적 기호도가 크게 증가하는 것으로 나타났다.
- 고추 capsaicinoid 및 carotenoid 분획 제조기술
고추는 단백질, 무기질, 섬유소 등의 영양성분을 비롯한 vitamin A, B1, B2, C, E 및 나이아신 등이 풍부하며, capsacinoid, carotenoid, polyphenol, flavonoid 등의 생리활성물질이 다량 함유되어 있어 항산화, 항암, 항비만, 콜레스테롤 저하 및 식욕증진 효과 등 다양한 생리활성을 나타낸다. 고추 oleoresin에는 매운맛을 나타내는 capsaicinoid와 붉은색을 나타내는 carotenoid 등의 다양한 생리활성물질이 다량함유되어 있기 때문에 건강기능성 식품 소재로도 활용될 수 있다. Capsaicin, dihydrocapsaicin 등의 capsaicinoid는 관절염, 방광염 등의 감각신경섬유장애를 치료하는데 활용되고, 또한 항비만, 항산화, 항균 등의 목적으로도 사용됨으로써 강한 생리학 및 약리학적 효능을 갖는 것으로 알려져 있다. 한편 capsanthin, zeaxanthin, cryptoxanthin, β-carotene 등의 carotenoid도 항산화, 면역활성 증진효능을 나타냄으로써 암, 관상동맥, 노화를 예방하는 등 인체 건강에서 중요한 역할을 담당하고 있다. 고추의 대표적인 생리활성 성분인 capsaicinoid와 carotenoid 를 별도로 분리한 분획을 제조할 경우 capsaicinoid 분획은 capsaicinoid의 생리활성을 살린 건강기능성 식품 소재로, carotenoid 분획은 carotenoid의 생리활성을 살린 건강기능성 식품 소재 및 붉은색을 나타내는 천연색소로 활용할 수 있어 고추 oleoresin의 부가가치를 크게 향상시킬 수 있다.
본 연구에서는 초임계 이산화탄소에 대한 capsaicinoid와 carotenoid의 용해도가다른 특성을 이용하여 온도와 압력 등 초임계 추출 조건을 변화시킴으로써 고추로 부터 carotenoid와 capsaicinoid를 효율적으로 분리할 수 있었으며, 이를 기능성 식품 소재 및 식품 첨가물 소재로 활용할 수 있는 가능성을 제시하였다. 초임계 조건이 고추 oleoresin의 capsaicinoid와 carotenoid 함량에 미치는 영향을 조사한 결과 capsaicinoid 농도가 높은 분획을 만들기 위해서는 2000∼3000 psi의 낮은 압력 조건에서 초임계 추출하는 것이 유리한 반면 carotenoid의 경우에는 7500 psi의 높은 압력에서 많이 추출되는 것으로 나타나 낮은 압력 조건에서 초임계 추출하여 capsaicinoid가 농축된 분획을 먼저 회수한 후 높은 압력으로 조건을 조정하여 carotenoid가 농축된 분획을 제조할 수 있었다.
3T3-L1 지방세포의 분화과정에서의 capsaicinoid와 carotenoid 분획에 의한 세포내 지방축적량과 ROS의 생성량을 비교한 결과 capsaicinoid 농축 분획 100, 250 μg/mL 농도에서 대조군에 비해 지방세포의 지방 축적이 감소하는 경향을 나타내었으며, ROS 생성 억제의 경우carotenoid 분획 처리에 의해 ROS 생성이 억제되는 것으로 나타났다. 한편 macrophage NO 생성에 미치는 영향을 조사한 결과 capsaicinoid와 carotenoid 분획 처리에 의해 NO 함량이 농도 의존적으로 증가하는 것으로 나타났다.
Abstract
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II. Protective effect of enzymatically moidified citrus flavonoids on alcoholic liver disease
1. Preparation of citrus flavonoids and enzymatically modified citrus flavonoids
To extract hesperidin and narirutin from citrus peels, dried powder of citrus peels was suspended in 70% aqueous ethano
II. Protective effect of enzymatically moidified citrus flavonoids on alcoholic liver disease
1. Preparation of citrus flavonoids and enzymatically modified citrus flavonoids
To extract hesperidin and narirutin from citrus peels, dried powder of citrus peels was suspended in 70% aqueous ethanol and ultrasonicated for 15 min in a 750-W ultrasonic processor. For further purification of hesperidin and narirutin, dried crude citrus peel extract was resuspended in DW and separated into water soluble and water insoluble fractions. HPLC analysis on citrus peel extract showed that two flavonoids, hesperidin (R.T. 32.6 min) and narirutin (R.T. 31.4 min), were mostly recovered after ultrasound-assisted extraction and water/hexane extractions. Average yields of hesperidin and narirutin through this process were 9.2% and 2.5%, respectively. These two flavonoids were further purified according to their difference in water solubility. Hesperidin is scarcely water soluble while narirutin is quite soluble. Therefore, when the crude citrus peel layer was dissolved in water, hesperidin was mostly recovered as an insoluble residue with purity of 85% while narirutin was recovered in the water soluble layer with purity of 5.7%. These two fractions of flavonoids were further purified by pH adjustment for hesperidin (94.2%) and ethyl acetate extraction for narirutin (70.4%).
These two fractions of flavonoids were subjected to enzymatic modification. Glycosylation of both hesperidin and narirutin was performed by cyclodextrin glucanotransferases (CGTase) in the presence of β-cyclodextrin. Up to 4molecules of glucose could be conjugated to hesperidin/narirutin (G-CFs). De-rhamnosylation of hesperidin and narirutin was also performed by action of hesperidinase. The reaction resulted in production of hespretin-7-O-glucoside/naringenin-7-O-glucoside (CFs-glc).
2. Effects of citrus flavonoids and enzymatically modified citrus flavonoids on alcoholic fatty liver in rats
For exploring the health benefit of citrus flavonoids (CFs) and enzymatically modified CFs (EM-CFs), they were examined for their effectiveness on suppressing alcoholic fatty liver (AFL). CFs or EM-CFs (G-CFs and CFs-glc) were co-supplemented with ethanol (3.5 g/rat/day) for 6 weeks in SD rats. Ethanol consumption significantly elevated AST, ALT, ALP and GTP levels in serum indicating that chronic consumption of alcohol had induced liver damage. When CFs or EM-CFs were co-administrated with ethanol, however, those serum indicators were much lower. Total lipid (TL), total cholesterol (TC) and fatty acids in hepatic tissues were significantly decreased especially by co-administration of EM-CFs. The results agreed with histological observation that revealed a lower accumulation of lipid droplets in hepatocytes of the EM-CFs administered group of the control ethanol group. According to these results, effectiveness in suppressing AFL was more notable in EM-CFs than CFs suggesting that functional properties of CFs can be improved by enzymatic modifications such as glycosylation and de-rhamnosylation.
3. Effects of citrus flavonoids and enzymatically modified citrus flavonoids on alcoholic liver damages in mice
In addition, protective effect of CFs and EM-CFs from citrus unshiu peels against ethanol-induced hepatic damage in male ICR mice was evaluated. Administration of ethanol (6.5g/kgmouse/day) to mice for 8 weeks induced liver damage with significant increases in levels of aspartate transaminase (AST) and alanine transaminase (ALT) in serums and triglyceride (TG) in hepatic tissues. Administration of EM-CFs along with alcohol, however, significantly suppressed such increases in prognostic indicators of hepatic damage.
Administration of CFs and EM-CFs also maintained malondialdehyde (MDA), glutathione (GSH) levels and catalase (CAT) activity in hepatic tissues close to those of a normal diet fed group. Abrupt increases in inflammation related cytokines such as IκB, tumor necrosis factor (TNF)-α, interleukin (IL)-1β and IL-6 in hepatocytes by chronic alcohol uptake were significantly suppressed by co-administration of EM-CFs. Our histological findings also supported critical role of the EM-CFs in the prevention of alcoholic liver damage. These results indicate that administration of EM-CFs can alleviate alcohol induced liver damage through preventing lipid formation, protecting antioxidant system and suppressing induction of inflammation in hepatocytes.
III. Development of low fat uptake food ingredients by powder surface modification technology
1. Developments of wheat flour-soybean hull composite
Wheat flour was divided as coarse and find fractions by air-classification and coarse fraction was used as host particle. Soybean hulls were grained by jet mill with different cut-off wheel speed(COWS), and as COWS increased, particle size reduced. The smallest particle fraction was used as guest particle which coats the surface of each wheat flour by hybridization system. To set the proper condition of hybridization system, COWS was changed from 6,000 to 12,000rpm, and the composite were not formed either 6,000 or 9,000rpm, however, when COWS was 12,000rpm, microparticulated soybean hull were coated into the surface of wheat flour equally and they also maintained their composite form. As an application test, doughnuts and fried noodle were made in which 1, 2.5, 5, and 10% of wheat flour-soybean mixture and composite flour, and fat contents of them were evaluated. As substitution level of soybean hulls increased, fat contents of doughnut was decreased. Compare with wheat flour doughnut, which is control, both 10% of substituted doughnuts and fired noodle resulted 22.4% and 33% of fat reduction, respectively.
2. Development of low fat ingredients with low calories materials
Potato starch, rice flour, soybean hull and defatted soybean meal were used as substituted materials to reduce fat contents of deep fat fried foods. Potato starch had no effect on reduction of fat content, however, rice flour influenced on the reduction of fat content. Rice flour was fractionated by 6 fractions and their mean particle size were 6 to 70 um. by different air classifying rpm. Classified rice flour fractions substituted wheat flour from 1 to 10% of fried noodle and doughnut formula, and the lowest fat uptake was observed at mean particle size of 6 um of soybean hull. To optimize substitution condition, various level of rice flour added into wheat four (5∼40%), and compared with wheat flour noodle and doughnuts (control), 30% of substitution by 6 um rice flour resulted 13% and 15% of fat reduction, respectively. Depending on these results, optimum substitution level of rice flour determined, and then soybean hull added from 1 to 10%. As soybean hull contents increased, fat contents of doughnut decreased from 5% to 11% at mixture and 13 to 31% at composite. According to these results, composite flour had more effect on reduction of fat uptake than mixture.
3. Improvement of textural quality by low calories materials
According to above results, wheat flour-microparticulated rice flour-microparticulated deffated soybean hull composite resulted conspicuous reduction of fat uptake, however, texture of doughnut was still not desirable. It is major problem when wheat flour is replaced by other substitutents, therefore, air classification of rice flour and soybean meal fractions were applied to overcome it. First of all, microparticulated rice flour was air-classified into coarse and fine fractions, and each fraction replaced wheat flour to certain extent. By substiotution, fat contents has decreased 21∼28% with coarse fractions and 24∼33% with fine fractions. Beside, it could remedy the negative factor which increment of hardness and decreement of volume by soybean hull addition. Either coarse or fine fraction substitution showed soft texture and larger volume, especially at fine fraction. Another nutritious by-product of soybean oil production, defatted soybean meal, added to doughnut formula with wheat flour, 30% of rice flour and 10% of soybean hull to improve texture property. But unlike rice flour, little positive effects were observed.
IV. Development of natural savory flavoring agent
1. Production of MRP based flavor by using Glu HWG with low glutamic acid
This study was conducted to develop meat-like flavor by replacing synthetic precursors such as cysteine, methionine, and thiamine with natural precursors such as mushroom powder and lipid and by using ribose, low sodium, and hydrolyzed wheat gluten (HWG) with low glutamic acid as basic substrates for the development of the Maillard reaction. Using hydrolyzed wheat gluten, which consists of 7% NaCl and 20.27% glutamic acid, as basic substrates was appropriate. When conducting sensory evaluation after omitting the existing precursors of synthetic meat flavor, the results showed that cysteine contributed greatly to meat flavor, but the precursors of methionine, and thiamine contributed little to meat flavor, so the results implied the potential of replacing synthetic precursors with other natural ingredients. The Lentinus edodes powder digested by protease was found to be effective in producing meat flavor. In the case of lipid, adding 1% lard balanced the meat flavor and the sulfurous flavor. When substituting synthetic precursors such as methionine, thiamine, and lecithin with natural precursors such as garlic extract powder, mushroom powder, and lard, the preference of overall flavor was relatively low, but the flavor of greasiness and saltiness was reduced, resulting in producing a mild balanced meat flavor.
2. Production of MRP based flavor by using Glu HWG with high glutamic acid
After fractionating hydrolyzed wheat gluten into the low Glu (glutamic acid) and high Glu (glutamic acid) HWGs, and when reacting MRP with ribose, MRP produced by the low Glu fraction showed a very strong salty and sulfurous flavor, so it did not have a distinctive meat flavor and less favored by people. On the other hand, when MRP was produced with the high Glu HWG, the intensity of a salty flavor was low and the intensity of meat flavor was relatively strong, resulting in increasing the overall meat flavor. In terms of the characteristics of taste, MRP which was reacted with high Glu HWG had the characteristics of producing a strong savory taste in the beginning, and keeping a strong savory taste for a long time in the mouth. Whereas, in the case of MRP based flavor, which was reacted low Glu MRP with precursors such as cysteine, garlic extract powder, Lentinus edodes powder, and lard produced a overall balanced flavor, but did not produce any particularly unbalanced flavor, so sensorial preference for the flavor was increased.
3. A nalyses of the flavor attribute of MRP based flavor
Compared to F-1 (synthetic meat flavor), F-36 (Natural meat flavor with low Glutamic acid HWG) produced a relatively low meat flavor, but produced a mild meat flavor with a less flavor of garlic and sulfurous flavor. F-45 (Natural meat flavor with high Glutamic acid HWG) contained relatively various attributes of flavor, but compared to the overall flavor, it contained a higher ratio of octanoic acid, nonanoic acid, and decanoic acid, resulting in producing the rancid flavor. Accordingly, the flavor pattern of F-36, which contains a higher ratio of a specific volatile flavor attribute compared to the entire flavor attribute, was evaluated to be better. When comparing with the results of actual sensory evaluation, it was confirmed to have a more pure and balanced meat flavor.
4. Production of M RP based flavor by using supercritical extracted lard
To increase the meat flavor intensity which uses ribose and hydrolyzed wheat gluten (HWG) with low glutamic acid as basic substrates, lard, which was extracted by supercritical carbon dioxide as precursor under the different condition of temperature and pressure, was added. Extracted lard under a relatively low temperature at 40℃ was more desirable in terms of a yield rate. According to the results of sensory evaluation, the extraction pressure of 7250 psi and 8700 psi produced a sweeter and more balanced meat flavor, but reduced a sulfurous flavor, resulting in enhancing the meat flavor.
5. Evaluations of the storage stability of M RP based flavor
When MRP base flavor (F-36) was produced in the form of paste and powder, and stored under the temperature of 10, 20, 30, 40℃ for 12 months, physiochemical characteristics were maintained during the storage period, and sensory evaluation showed that the storage ability was stable for 12 months.
However, in the case of powder form, the results of sensory evaluation showed that sensorial preference was drastically reduced at all temperatures after 12 months. Under the storage temperature of 40℃, the rancid flavor was predominantly detected after 10 months. According to the results of flavor pattern analyses using the SMart Nose, there was no difference between the beginning of storage and after 12 months in the flavor pattern. However, at 40℃, significant difference in flavor patterns was detected as the storage period was lengthened.
V. Development of Eco-friendly Processing Technique of Food Material
1. Collagen extraction by ultrasonic treatment.
This study investigated the effects of ultrasonic wave treatment on the extraction yield of acid-soluble collagen from sea bass skins. Two extraction methods were employed: a 24-hour acid treatment using 0.5 M acetic acid (1:200 sample/acid, w/v) and an extraction using ultrasonic treatment after the addition of a 0.5 M acetic acid solution. The results indicated that the extraction yield of collagen increased with ultrasonic treatment and that the extraction speed increased rapidly at higher amplitudes of ultrasonic treatment. The subunit compositions of the collagen extracted by ultrasonic treatment were analyzed by SDS-PAGE. As a result, the α1(α3), α2 and β chains of collagen were detected at the early stage of ultrasonic treatment time, though an unknown component thought to be a product of collagen degradation induced by ultrasonic treatment was observed after the longer treatment time. It was found that the component extracted by the ultrasonic treatment was indeed collagen, since there had been no changes in the main components of collagen, specifically, the α1(α3), α2 and β chains, by the pepsin treatment.
We investigated on the occurring phenomenon at various acetate concentrations because it was confirmed that the extraction yield of collagen was increased by ultrasonic treatment with 0.5M acetate solution. When fish skin was ultrasonic treatment with acetic acid at the range of 0.01 to 0.5M, collagen was extracted in lower concentration of 0.01M acetate solution. And increasing late was more rapid than existing method. In addition, extraction late of collagen by ultrasonic treatment was rapid at the higher acetate concentration.
From the above results, extraction yield of collagen by ultrasonic treatment increased rapidly and was possible to reduce the amount of acetic acid. Thus, it was able to extract of environment friendly collagen by utilizing ultrasound.
2. Gelatin extraction and collagen peptide preparation by microwave treatment.
This study investigated the effects of microwave treatment on the extraction yield of gelatin from sea bass skins, in order to replace as environment friendly simple process to compare with conventional extraction process of gelatin. Also, it was investigated on the preparation of collagen peptide from gelatin by microwave treatment. The experimental condition of microwave treatment were determined as electrical output (150V), heating temperatures (50 to 80℃), pHs (3.0 to 10.0) acetate concentrations (0 to 0.3M) and heating times (0 to 60min.), respectively. The extraction yield of gelatin from sea bass skin by microwave was highest at the pH 4.0 and 0.02M acetate solution. Therefore, we investigated the relationship between conventional method (water bath) and microwave treatment on the extraction yield of gelatin to fixed pH 4.0 and 0.02M acetate. The gelatin yield by microwave treatment increased at the all heating temperatures (50 to 80℃) with the increasing of treatment time, and it was faster than extraction rate of gelatin by water bath. These results indicate that the increasing rate of gelatin by microwave was 1.4 (50℃), 1.7 (60℃), 1.9 (70℃) and 1.6 (80℃) fold faster than water bath.
On the other hand, we investigated on the efficient preparation of peptide from extracted gelatin by microwave. The gelatin with 1.0%(w/v) papain was incubated for 30 min at 50℃ and was observed peptide of MW 20kDa and the peptide of lower molecular weight than that was not observed. However, peptide of 10kDa was observed with addition of 1.0% papain after ultrasonic treatment.
VI. Development of manufacturing technology for Korean red pepper oleoresin
1. Manufacturing technology for K orean red pepper oleoresin using supercritical fluid extraction
Major taste components of red pepper(Capsicum annuum L.) include capsaicinoids, such as capsaicin and dihydrocapsaicin, and free sugars, organic acids, and amino acids, among which the representing hot taste of red pepper originates from capsaicinoids. In general, the taste of red pepper has been known as a overall taste that is largely dependent on the contents of organic acids, free sugars, and free amino acids, in addition to the hot taste of capsaicinoids. Korean red pepper particularly has strong sweet taste which is in harmony with hot taste, and thus this harmony in hot, sweet, and savory tastes gives distinctive preference, compared to foreign red peppers. However, spice(extract) products with such taste characteristics of domestic red pepper have not been developed yet. Oleoresin extracted from red pepper is a food additive used for hot taste and red color in various processed foods but represents only the hot taste among other tastes of red pepper. Thus it cannot be called a spice representing the taste characteristics of red pepper and is difficult to satisfy the need of modern consumers who ask high-quality products. Also, the marc left after manufacturing oleoresin still contains most of red pepper' s major taste components such as free sugars, organic acids, and free amino acids, and therefore, a spice with harmonized taste of various taste of red pepper can be developed when these taste components and oleoresin are properly used.
In this study, the marc, which was left after oleoresin was separated from domestic red pepper using supercritical fluid extraction, was treated with cell wall degrading enzymes and protease to extract taste components remained in the residue, and then the separated oleoresin and taste components were properly mixed to develop red pepper spices with harmonized taste of domestic red pepper to be utilized in various cooks and processed foods manufacturing.
The effects of supercritical fluid temperature, pressure and CO2/sample ratio on the extraction yield of red pepper oleoresin and the content of capsaicinoid and carotenoid were studied and resulted in 50℃, 400 bar, and CO2/sample ratio 10:1 as the optimal conditions for manufacturing red pepper oleoresin by supercritical extraction. Supercritical fluid extraction marc was treated with cell wall degrading enzyme and protease to extract taste components and then the extract yield and taste components were analyzed. The results showed that the effect of viscozyme as cell wall degrading enzyme and alcalse as protease were excellent, and viscozyme treatment improved sweet taste and sour taste and alcalase treatment improved savory taste originated from amino acids. The representing tastes of manufactured taste components were sour taste, sweet taste, savory taste, fruity taste, and oriental herbal taste. For application of red pepper oleoresin manufactured by mixing supercritically extracted oleoresin and taste components as a spice for soup or stew and a seasoning for snacks, the mixture was added to bean sprout soup and potato chips and the sensory test results showed that the sensory preference was greatly increased compared to the existing oleoresin treatment group.
2. Manufacturing technology for capsaicinoid and carotenoid fractions from red pepper
Red pepper is rich in vitamin A, B1, B2, C, E and niacin, in addition to nutrients such as proteins, minerals, and fibers, and also contains large amounts of physiologically active compounds such as capsacinoid, carotenoid, polyphenol, and flavonoid showing various physiological activities including anti-oxidative, anti-cancer, anti-obesity, cholesterol-lowering, and appetite-improving activity. Red pepper oleoresin can be used as an ingredient for functional foods because it contains large amount of various physiologically active compounds such as capsaicinoids for hot taste and carotenoids for red color. Capsaicinoids including capsaicin and dihydrocapsaicin have been used in the treatment of nerve fiber disorders such as arthritis and cystitis, and also used as anti-obesity, anti-oxidative, and anti-bacterial purposes, with strong physiological and pharmacological efficacies. In addition, carotenoids such as capsanthin, zeaxanthin, cryptoxanthin, and β-carotene have shown anti-oxidative and immune activity improving efficacies and played an important role in human health by preventing cancer, atherosclerosis, and aging. When fractions of representing physiologically active compounds of red pepper, capsaicinoid and carotenoid, are separately manufactured, the capsaicinoid fraction can be used as an ingredient for functional foods with physiological activity of capsaicinoid and then the carotenoid fraction can be used as an ingredient for health functional foods and natural red color additive with physiological activity of carotenoid, and as a result, greatly improving the added value of red pepper oleoresin.
In this study, carotenoids and capsaicinoids were efficiently separated from red pepper by changing supercritical fluid extraction conditions such as temperature and pressure, using different solubility of capsaicinoid and carotenoid for supercritical carbon dioxide, and the possibility was presented for the utilization of these compounds as ingredients for functional foods and food additives.
The effects of supercritical conditions on capsaicinoid and carotenoid contents of red pepper oleoresin were studied and the results showed that supercritical fluid extraction under low pressure at 2000∼3000 psi was better to obtain a fraction with high capsaicinoid concentration, but carotenoid was greatly extracted at high pressure of 7500 psi. Thus, the fraction with concentrated capsaicinoid could be collected first by supercritical fluid extraction under low pressure and then the fraction with concentrated carotenoid was obtained by modifying to high pressure condition.
Intracellular fat accumulation and ROS production by capsaicinoid and carotenoid fractions during 3T3-L1 adipocyte differentiation were compared, and the results showed that fat accumulation in acipocytes tended to decrease at 100 and 250 μg/mL capsaicinoid fraction compared to control group, and ROS production was inhibited by carotenoid fraction treatment. On the other hand, the effect on macrophage NO production showed that the NO content was increased in a concentration-dependent manner by capsaicinoid and carotenoid fraction treatment.
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