KOREAN J. FOOD SCI. TECHNOL. Vol. 46, No. 4, pp. 410~417 (2014) http://dx.doi.org/10.9721/kjfst.2014.46.4.410 The Korean Society of Food Science and Technology 반응표면분석을이용한오가자, 오디, 복분자및녹차의항산화활성추출최적화 이지혜 김양 이수용 유상호 * 세종대학교식품공학과, BK21+ 사업단, 탄수화물소재연구소 Conditions for Obtaining Optimum Polyphenol Contents and Antioxidant Activities of Korean Berry and Green Tea Extracts Ji-Hye Lee, Yang Kim, Suyong Lee, and Sang-Ho Yoo* Department of Food Science & Technology, BK21+ Project Team, and Carbohydrate Bioproduct Research Center, Sejong University Abstract Berries and green tea are underutilized in the food industry despite their great potential as a functional food ingredients. The purpose of this study was to determine the extraction conditions under which total phenolic contents and antioxidant activities of berry and green tea extracts are maximized. Extracts produced using 0-80% ethanol and temperatures ranging from 5-65 o C were evaluated for total phenolic content (TP), as well as for DPPH and ABTS radicalscavenging activities by using response surface methodology. Both ethanol and temperature had significant effects (p<0.05). Ogaja extract produced at 67 o C by using 33% ethanol yielded maximum TP, ABTS, and DPPH values of 23.74 mg GAE/ g, 19.77, and 25.04 mg VCE/g, respectively. Optimum conditions for mulberry and raspberry extraction were found to be 65 o C by using 69% and 40% ethanol, respectively. Mulberry and raspberry extracts had TP, DPPH, and ABTS values of 20.74 mg GAE/g, 23.55, and 35.44 mg VCE/g, and 26.08 mg GAE/g, 39.93, and 55.60 mg VCE/g, respectively. Green tea extraction at 57 o C by using 43% ethanol was found to be optimal, yielding TP, ABTS, and DPPH values of 101.15 mg GAE/g, 171.38, and 177.56 mg VCE/g, respectively. Keywords: Acanthopanax sessiliflorus, raspberry, mulberry, green tea, antioxidant activity 서 근래에노화와각종질병발생에기여하는것으로주목을받고있는유리자유기는생체막의불포화지방산산화에기인한막유동성저하, 효소및수용체의활성저해, 막단백질의손상에의한세포불활성화등이그주요기작으로알려져있다 (1,2). 이러한유리자유기의발생을억제하여산화작용및노화예방에활용될수있는천연항산화제의탐색은매우절실하며, 따라서강력한항산화물질로알려진식물체의 2 차대사산물인폴리페놀화합물을식물자원으로부터추출하여그항산화기능성물질을탐색하는연구가국내외에서활발히진행되고있다. 또한, 천연식품소재에함유된항산화활성기능성분을규명하여고부가가치식품소재및기능성식품으로서활용하려는시도역시다각적으로진행되고있다. 이러한항산화기능성물질중천연색소의다양한생리활성효과가다수보고됨에따라붉은색과일에함유되어있는색소에대한관심이집중되고있다. 천연색소 *Corresponding author: Sang-Ho Yoo, Department of Food Science & Technology, BK21+ Project Team, and Carbohydrate Bioproduct Research Center, Sejong University, Seoul 143-747, Korea Tel: 82-2-3408-3221 Fax: 82-2-3408-4319 E-mail: shyoo@sejong.ac.kr Received April 30, 2013; revised May 23, 2013; accepted May 23, 2013 론 가운데 anthocyanin 은 3 번탄소에당이결합되어있는 polyphenol 화합물인 flavonoid 에속하는천연색소로서, 꽃, 과일및야채등에널리분포한다. 최근에오가자, 오디, 복분자등의베리류는이와같은항산화활성이밝혀지면서생산이증가하고있으나식품가공에의활용은미미하다. 오가자는오가피 (Acanthopanax sessiliflorus) 의열매로서, 오가피줄기와잎은항암, 항당뇨, 혈당강하, 면역조절, 멜라닌생성저해등의활성이보고되어있다 (3,4). 오가자의주요 anthocyanin 은 cyanidine-3-sambubioside 로알려져있으며 (5), 항암, 면역, 항혈전, 항혈소판응집등의활성이보고되어있으나, 기능성식품으로써의그기능과효능에대한연구는제한적이다 (6-10). 오디 (Morus bombycis) 는뽕나무의열매로서항산화, 항암및항염증등다양한생리활성이밝혀져의약품및기능성식품소재로주목받고있는과실이다 (11,12). 복분자딸기 (Rubus coreanus Miq.) 는전국으로확산재배되고있으며, anthocyanin 색소의기능성이알려져과즙등의형태로식품에첨가하여건강식품을개발하는데관심이집중되고있다 (13). 복분자의생리활성성분은 sanguiin H-4, sanguiin H-6 및 gallic acid 등으로항산화, 항염증, 아질산염소거능및 superoxide dismutase 유사활성등의효과가보고되었으며 (14-18), 이는품종, 재배지, 성숙도및추출방법에따라다른것으로보고되고있다. 이들베리류는기술한바와같은우수한기능성과천연색소로서의잠재적활용가능성이뛰어난식품소재이나크기가작고수분함량이높아수확작업및취급이불편하여잼, 젤리, 주스및술등의가공식품재료로이용되거나천연염료제로의료및화장품 410
베리류와녹차의항산화활성최적화 411 산업에소량이용되어왔을뿐그이용이극히제한적인상황이다. 한편, 녹차는카테킨을비롯한폴리페놀류의높은항산화활성이알려진대표적인식품이며국내외에서녹차의다양한기능성에대해활발한연구가진행되어항암, 당뇨완화, 콜레스테롤제거및충치예방등의기능성이보고되고있다 (11,19). 식물에서폴리페놀류등의기능성물질추출시열수추출이주로사용되고있으나, 추출시간을단축및추출효율증가를위해유기용매를이용한추출또한시도되고있다 (20). 용매추출은식물체로흡수시식물체조직손상에의한유용물질침출, 불용성물질의가용화, 세포외부로의확산등의장점으로열수추출보다높은추출효율을나타내는것으로알려져있다 (21). 더욱이식물체의에탄올추출물은항산화활성, xanthine oxidase 저해활성, 전자공여작용, 아질산염소거작용등높은생리활성을보이는것으로보고되어있으므로 (9,22), 에탄올을이용한용매추출은과실류및녹차항산화물질의고효율추출에효과적일것으로사료된다. 따라서, 본연구에서는 anthocyanin 이풍부한이들베리류및국내산녹차를식품가공에활용하기위한기초자료로서항산화성분의고효율추출을위한최적추출조건을확립하고자하였으며, 이를위해용매중에탄올농도및추출온도에따른폴리페놀의추출특성과항산화기능성을반응표면분석으로탐색하였다. 재료및방법 재료복분자 (Rubus coreanus Miquel) 와오디 (Morus bombycis var. rubricaulis UYEKI) 는 2012년산으로전라북도고창군선운산농협에서구입하였으며, 오가자 (fruit of Acanthopanax sessiliflorus) 와녹차 (Camella sinensis L.) 는 2011년에각각강원도정선및전라남도보성군에서재배된것을건조물형태로구입하였다. 추출에이용된 99.9% ethyl alcohol은 Daejung chemicals & Materials Co. (Siheung, Korea) 에서, gallic acid, L-ascorbic acid, 2 N Folin & Ciocalteu s phenol reagent, 2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH), 2,2'-azobis (3-ethyl-benzothiazolin-6-sulfonic acid) diammonium salt (ABTS) 은 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA) 에서, sodium carbonate는 Junsei Chemical Co. (Tokyo, Japan) 에서, potassium persulfate는 Duksan Pure Chem. Co. (Ansan, Korea) 에서각각구입하여사용하였다. 반응표면분석을이용한추출최적화반응표면분석 (Response surface methodology, RSM) 계획에따라추출용매의에탄올함량 ( ) 및추출온도 (X 2 ) 를요인으로하여 2 요인 5 수준중심합성반응표면계획에따라추출액을제조하였다 (Table 1). 추출액은분쇄한시료 10 g (dry basis) 을 200 ml 의추출용매로항온수조에서 1 시간동안추출하여제조하였다. 추출후 4 o C 에서 10 분간 4400 g 로원심분리 (Himac CR21G, Hitachi Koki Co., Ltd., Tokyo, Japan) 후상등액을 Whatman No. 1 filter paper 를이용하여감압여과하였으며, 2 회반복추출하여각추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능을조사하였다. 총폴리페놀함량총폴리페놀함량은 Folin-Ciocalteu s method 로 Kim 등 (5) 의방법을이용하여측정하였다. 희석한폴리페놀추출물 50 µl 에증류수 450 µl 를가하고, 0.2 N Folin-Ciocalteu s phenol reagent 2.5 ml 와 7.5% Na 2 CO 3 2mL 을첨가하여 50 o C, 5 분간반응시켰다. 이를방냉후 UV/Vis spectrophotometer (Beckman coulter Inc., Fullerton, CA, USA) 로 750 nm 에서흡광도를측정하였다. 총폴리페놀함량은 3 회반복측정하였으며, gallic acid 상당량 (GAE) 으로표준검량선 y=11.18x+0.015 (R 2 =0.998) 을이용하여계산하였다. DPPH 라디칼소거능측정폴리페놀추출물의 DPPH 라디칼소거능은 Kim 등 (23) 의방법을수정하여측정하였다. 에탄올에녹인 0.01 mm DPPH reagent 는실험당일제조하여사용하였다. 표준검량곡선에적합하게희석한추출액 100 µl 에 0.01 mm DPPH reagent 2.9 ml 을첨가하여상온에서 30 분간암실에서반응시킨후 UV/Vis spectrophotometer (Beckman coulter Inc.) 로 517 nm 에서흡광도를측정하였다. 표준물질은 L-ascorbic acid 를이용하였고표준검량선 y=3872x- 0.347 (R 2 =0.999) 를사용하여계산하였다. ABTS 라디칼소거능측정 ABTS 라디칼소거능은 Re 등 (24) 의방법을이용하여측정하였다. ABTS 를 2.45 mm potassium persulfate 로녹여 7 mm ABTS 용액을만들고암실에서 16 시간동안방치하여 734 nm 에서흡광도값이 0.700 (±0.02) 이되도록희석하였다. 희석한추출액 100 µl 에 ABTS 용액 3mL 를첨가하여 6 분간 30 o C 암실에서반응후 UV/Vis spectrophotometer (Beckman coulter, Inc.) 로 734 nm 에서흡광도를측정하였다. ABTS 라디칼소거능은 L-ascorbic acid 상당량으로표준검량선 y=7514x+0.249 (R 2 =0.999) 을이용하여계산하였고, 3 반복측정하였다. 최적추출조건확립조건별추출물의최적추출조건예측은측정변수에대한반응표면을이용하여총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능에대한 contour plot 을 superimposing 하여중복되는범위에서최적추출조건을확립하였다. 또한, 예측된범위에서최적점을선정한후회귀식에대입하여최적값을예측하고실제실험값과비교하였다. 통계분석반응표면분석, two-way ANOVA, Tukey s multiple range test, 및 Pearson s conelation coeficient 는 SAS software (Version 12.0, SAS institute Inc., Cary, NC, USA) 를이용하여수행하였다. 결과및고찰 폴리페놀및항산화활성추출의최적조건탐색반응표면실험계획에따라추출된추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은 Table 1 에나타내었다. 오가자, 오디, 복분자및녹차의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은추출용매의에탄올함량및추출온도에따라유의적인차이를나타내었다 (p<0.001). 4 종류소재각각의 12 개추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은측정값으로부터얻어진반응표면분석결과회귀와잔차의분산분석 (ANOVA) 결과 R 2 값이 4 종류소재의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능모두 90% 이상으로유의성 (p<0.05) 이인정되었다 (Table 2). 각각 6 개의회귀모형계수및반응표면을얻었으며 (Table 3), 적합성결여검정 (lack of fit) 은오가자와녹차에있어서는 p>0.05 로유의성이기각되어반응표면모형이이들의총
412 한국식품과학회지제 46 권제 4 호 (2014) Table 1. phenolic content 1), DPPH and ABTS radical scavenging activities 1) of ogaja, mulberry, raspberry and green tea 2) Extraction condition Ogaja Mulberry Raspberry Green tea EtOH (%) Temp. ( o C) phenolics DPPH ABTS phenolics DPPH ABTS phenolics DPPH ABTS phenolics 40 5 15.50 e 13.60 d 19.19 cd 12.58 h 13.79 e 19.33 d 13.17 g 21.94 g 26.84 y 87.80 d 148.89 d 152.60 e 80 35 8.09 g 7.06 f 8.54 f 16.18 ef 21.38 b 28.74 b 19.45 d 25.45 e 36.46 g 96.80 bc 162.15 c 166.36 d 11.7 56.2 22.53 ab 14.76 c 24.73 b 19.32 bc 20.11 c 29.39 b 23.84 b 36.06 b 48.69 c 77.28 e 134.14 e 131.82 f 11.7 13.8 18.56 d 13.78 d 20.22 c 13.78 gh 13.40 e 20.22 d 15.48 f 24.02 f 29.35 h 62.95 f 110.67 f 108.42 g 40 35 22.28 b 18.13 b 25.53 d 18.17 cd 20.09 c 28.89 b 21.18 c 32.93 c 44.64 de 95.93 c 163.09 bc 167.06 cd 0 35 19.86 c 11.13 e 19.29 cd 17.62 ce 18.36 d 18.72 e 17.98 e 26.07 e 28.38 h 57.68 g 102.11 g 97.95 h 68.3 13.8 10.34 f 10.31 e 11.82 e 15.02 fg 17.65 d 23.94 c 19.10 de 29.30 d 39.27 f 99.26 a 163.98 bc 174.33 a 40 65 23.68 a 19.66 a 27.40 a 21.30 a 23.31 a 33.48 a 26.78 a 39.58 a 54.36 a 97.47 ab 165.92 ab 171.92 b 40 35 22.57 ab 18.04 b 25.20 b 18.09 cd 20.43 c 28.54 b 21.52 c 32.78 c 44.31 de 95.35 c 163.73 bc 168.51 c 40 35 21.71 b 17.85 b 25.15 b 18.69 cd 20.95 bc 29.47 b 21.50 c 33.15 c 45.12 d 95.36 bc 163.65 bc 167.74 cd 68.3 56.2 15.50 e 14.68 d 18.70 d 20.74 ab 23.49 a 34.36 a 23.08 b 35.67 b 50.49 b 99.90 a 166.73 a 173.23 ab 40 35 22.02 b 18.01 b 25.05 b 18.30 cd 20.93 bc 29.37 b 21.19 c 32.97 c 43.83 e 95.40 bc 163.86 bc 168.72 cd P 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 1) phenolics (mg GAE/g dry basis); DPPH (mg VCE/g dry basis); ABTS (mg VCE/g dry basis) 2) Means of triplicate. Values sharing the same superscript within are not significantly different (α=0.05). DPPH ABTS Table 2. Analysis of variance of the regression parameters of the predicted response surface quadratic models 1) Regression phenolics 2) DPPH 2) ABTS 2) DF Ogaja Mulberry Raspberry Green Tea R 2 (%) F P R 2 (%) F P R 2 (%) F P R 2 (%) F P Linear 2 62.06 386.04 *** 90.37 63.52 *** 86.12 46.26 *** 74.74 2508.66 *** Quadratic 2 37.34 232.26 *** 5.35 3.76 5.05 2.71 23.16 777.36 *** Cross product 1 0.12 1.50 0.01 0.01 3.24 3.48 2.02 135.39 *** Model 5 99.52 247.62 *** 95.73 26.91 *** 94.42 20.29 ** 99.91 1341.48 *** Lack of fit 3 2.46 NS 14.56 * 76.68 * 7.60 NS Linear 2 26.90 33.35 *** 89.53 116.28 *** 72.95 25.74 ** 69.52 4624.36 *** Quadratic 2 69.69 86.39 *** 8.00 10.39 ** 16.07 5.67 * 28.55 1899.13 *** Cross product 1 1.00 2.45 0.17 0.43 2.47 1.74 1.88 250.45 *** Model 5 97.58 48.39 *** 97.69 50.76 *** 91.50 12.91 * 99.95 2659.49 *** Lack of fit 3 7.47 NS NS 385.52 *** 6.41 NS Linear 2 46.51 1497.63 *** 85.37 62.63 *** 74.82 62.63 *** 70.82 864.09 *** Quadratic 2 53.02 1707.10 *** 10.41 7.64 * 15.65 7.64 * 27.00 329.45 *** Cross product 1 0.37 23.96 ** 0.13 0.19 1.84 0.91 1.93 47.05 *** Model 5 99.91 1286.68 *** 95.91 28.15 *** 92.31 28.15 ** 99.75 486.83 *** Lack of fit 3 1.70 NS 7.82 NS 76.50 * 8.89 NS 1) *, ** and *** represent significance at p<0.05, p<0.01 and p<0.001, respectively. NS, not significant. 2) phenolics (mg GAE/g dry basis); DPPH (mg VCE/g dry basis); ABTS (mg VCE/g dry basis) 폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능의변화를설명하는데적합하였다. 그러나, 오디의총폴리페놀함량및복분자의세측정변수모두에서경우적합성결여검증이유의적으로나타났다 (p<0.05)(table 2). 회귀에대한 ANOVA 에서는 4 종의추출소재, 각각의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능에따라다른양상을보이나, 오가자와녹차의경우세가지지표모두에서공통적으로선형적, 이차적영향이유의적으로나타났으며, 이들의 ABTS 라디칼소거능의경우상호작용도유의적으로나타났다 (Table 2). 전반적으로, 복분자와오디의총폴리페놀함량및복분자의 DPPH 라디칼소거능이외에는에탄올농도및추출온도가모두유의적으로나타났으며, 복분자와오디의경우는에탄올농도에비해온도의효과가더크게나타났다. 이 는사과와감귤류의용매추출시간이짧은경우, 추출온도로인한폴리페놀류의용해도가증가하지만, 높은온도에의한열분해가일어나므로추출온도는추출효율에큰영향을주지않았다는이전의연구결과와는상이한경향을나타내었다 (25). 각소재에대해추출온도와용매의영향은서로다르며, 이는존재하는폴리페놀이상이하여폴리페놀의분자크기나형태에따라용해도가다르고, 추출된폴리페놀에따라라디칼소거능도상이할것으로판단된다 (22). 추출소재에따라서는녹차가세종류의과실보다매우높은총폴리페놀함량및라디칼소거능을나타내었으며, 과실류는유사한총폴리페놀함량을나타내었으나 DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은복분자추출액에서상대적으로높은값을나타내었다.
Table 3. Regression coefficients of predicted quadratic polynomial models for responses 1) 베리류와녹차의항산화활성최적화 413 phenolics 3) DPPH 3) ABTS 3) Parameter 2) Raspberry Mulberry Ogaja Green tea Raspberry Mulberry Ogaja Green tea Raspberry Mulberry Ogaja Green tea Intercept 8.13** 10.51*** 12.51*** 39.14*** 13.36* 8.46*** 8.85*** 70.03*** 10.42 10.88** 13.48*** 63.11*** 0.19* 0.06 0.25*** 1.62*** 0.39* 0.11* 0.34*** 2.65*** 0.69** 0.30** 0.39*** 3.07*** X 2 0.33** 0.23** 0.30*** 0.62*** 0.40* 0.35*** 0.12 1.16*** 0.63* 0.35* 0.24*** 1.18*** -0.00-0.00-0.01*** -0.01*** -0.00* -0.00-0.01*** -0.02*** -0.01* -0.00** -0.01*** -0.02*** X 2-0.00 0.00 0.00-0.01*** -0.00-0.00 0.00-0.01*** -0.00 0.00 0.00** -0.01*** X 2 X 2-0.00-0.00-0.00*** -0.00*** -0.00-0.00** -0.00-0.01*** -0.00-0.00-0.00*** -0.01** 1) *, ** and *** represent significance at p<0.05, p<0.01 and p<0.001, respectively. 2) and X 2 represent extraction concentration of ethanol (%) and temperature (C) of the extraction medium, respectively. 3) phenolics (mg GAE/g dry basis); DPPH (mg VCE/g dry basis); ABTS (mg VCE/g dry basis) 오가자폴리페놀추출의최적화오가자추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능의회귀분석결과일차적 (linear), 이차적 (quadratic) 영향이모두 99.9% 의신뢰수준이상으로유의하였고, 전체회귀모형의 R 2 값이각각 99.52, 97.58 및 99.91% 로 p<0.001 수준에서유의성이인정되었다 (Table 2). 총폴리페놀함량예측모형의계수는용매의에탄올농도와추출온도상호작용을제외한모든계수가유의한것으로나타나 (p<0.01), 이들요인에의해추출액의총폴리페놀함량에유의적인영향이있음을알수있었다 (Table 3). 총폴리페놀함량에대해에탄올농도및추출온도의이차항계수는모두음의값을나타내어총폴리페놀함량은실험범위내에서증가하다가감소하는이차적변화를보임을알수있다 (Fig. 1). 오가자 DPPH 라디칼소거능예측모형의계수중에서는상수및에탄올농도의일차항및이차항만이유의적으로나타나오가자의 DPPH 라디칼소거능은추출온도에의한영향보다는에탄올농도의영향이큼을알수있으며, 에탄올농도이차항의계수가음수로나타나실험영역내에서증가하다가감소하는경향을나타내었다. ABTS 라디칼소거능예측모형은모든계수가유의적으로나타나 (p<0.01), 용매의에탄올농도, 추출온도및이들의상호작용이유의적인영향이있음을알수있었다 (Table 3). 또한, 에탄올농도및온도의이차항계수가모두음의값을나타내어 ABTS 라디칼소거능역시실험범위내에서증가하다가감소하는이차적변화를보임을알수있다 (Fig. 1). 오가자추출액의에탄올농도및온도는세가지변수모두에 99.9% 신뢰수준으로영향을미쳤으며 (Table 4), 반응표면분석결과로부터총폴리페놀함량은에탄올농도 27.19%, 온도 55.20 o C 에서추출시최대값 24.28 mg GAE/g 으로예측되었다. DPPH 라디칼소거능은에탄올농도 38.92%, 온도 73.12 o C 에서추출시최대 19.96 mg VCE/g 으로나타났으며, ABTS 라디칼소거능은에탄올농도 32.89%, 온도 67.03 o C 에서추출시최대 27.87 mg VCE/g 으로예측되었다. Choi 와 Ahn(9) 은오가자생과의 50% 메탄올추출물로부터 0.5 mg GAE/g 총폴리페놀함량을보고하였으며, Kim 등 (5) 은물과메탄올추출물에서각각 1384 및 785 mg GAE/100 g 을보고하였다. 이와비교하여볼때본연구에서건과를사용하여얻은최대값 24.28 mg GAE/g 은매우높음을알수있다. 한편, 오가자의 70% 에탄올추출물에서순수분리된 3,5-dihydroxycinnamic acid 와 protocatechuic acid 은각각 2.03, 1.87 g VCE/g 의 DPPH 라디칼소거능과 2.98, 2.19 g 의 VCE/g ABTS 라디칼소거능이보고되었다 (10). 오디항산화활성추출의최적화오디추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소 거능의회귀분석결과일차적, 이차적영향모두 95% 의신뢰수준이상으로유의하고, 전체회귀모델의 R 2 값이각각 95.73, 97.69 및 95.91% 로 p<0.001 수준에서유의성이인정되었다 (Table 2). 총폴리페놀예측모형의계수는상수및추출온도일차항의계수만이유의한것으로나타났고 (p<0.01), 반응표면예측모형의적합성결여를나타내는 lack of fit 의확률값은 0.027 로 α=0.05 수준에서유의성을나타내었다 (Table 2). 따라서, 추출액의총폴리페놀함량은온도에따른일차적인영향을받으며, 계수가양의값을나타내어추출용매의온도가증가함에따라추출액의총폴리페놀함량이증가하는것을알수있다. 오디 DPPH 라디칼소거능예측모형의계수는상수및에탄올농도와추출온도각각의일차항이유의적으로나타났으며, 이들일차항의계수는모두양의값으로에탄올농도및추출온도가증가함에따라오디의 DPPH 라디칼소거능이증가함을알수있다. ABTS 라디칼소거능예측모형은용매의에탄올농도, 추출온도의일차항및에탄올농도의이차항이유의적으로나타났으며 (p<0.05)(table 3), 에탄올농도의이차항계수는음의값을나타내어 ABTS 라디칼소거능은실험범위내에서증가하다가감소하는이차적변화를보임을알수있다 (Fig. 1). 추출온도는오디추출액의세가지변수모두에 99% 신뢰수준으로영향을미쳤으며, 에탄올농도는 DPPH 및 ABTS 라디칼소거능에유의한효과를나타내었다 (Table 4). 반응표면분석결과로부터 DPPH 라디칼소거능은에탄올농도 74.04%, 온도 62.27 o C 에서추출시최대 23.58 mg VCE/g 으로나타났다. ABTS 라디칼소거능은에탄올농도 64.61%, 온도 69.81 o C 에서추출시최대 27.87 mg VCE/g 으로예측되었다 (Table 5). Lee 등 (26) 은 80 o C 에서 3 시간추출한오디추출물중에탄올에비해열수추출물에서더많은총폴리페놀함량을보고한반면, DPPH 라디칼소거능은열수보다에탄올추출물에서더높게나타난것으로보고하였다. 본연구결과에서나타난에탄올농도의총폴리페놀함량에대한비유의성및총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능의최적조건이완전히일치하지않는원인도이와유사한경향으로이해할수있을것이다. 또한, 오디의총폴리페놀함량에대한추출온도에의한일차적인영향은머루및감귤의진피의유용성분추출시에탄올농도보다는추출온도의영향이크게나타난결과와도유사하였다 (27,28). 오가자의경우와달리오디의총페놀함량에있어에탄올의효과가없었던것은각식물체에존재하는폴리페놀의상이성에기인한것이라여겨진다. 복분자항산화활성추출최적화복분자에탄올추출액의총폴리페놀함량회귀분석결과는일차적영향만이유의적으로나타났다 (p<0.001). DPPH 및 ABTS
414 한국식품과학회지 제 46 권 제 4 호 (2014) Fig. 1. Response surface and contour plots of total phenolics, DPPH and ABTS radical scavenging acivities of extracts of ogaja (A), mulberry (B), raspberry (C), and green tea (D). 라디칼 소거능의 회귀분석 결과는 일차적 및 이차적 영향 모두 95%의 신뢰수준 이상으로 유의하고, 전체 회귀모델의 R2 값은 각각 94.42, 91.50 및 92.31%로 p<0.05 수준에서 유의성이 인정 되었다(Table 2). 회귀계수의 유의성을 살펴보면, 총 폴리페놀 함 량의 모형은 상수, 에탄올 농도와 추출온도 각각의 일차항이 유 의적이었고, DPPH와 ABTS 라디칼 소거능에 대해서는 상수, 각 각의 일차항 그리고 에탄올의 이차항 계수가 유의적으로 나타났 다. 그러나 세 변수에 대해 모두 반응표면의 적합결여검정 결과 가 유의적으로 나타났는데(p<0.05), 이는 회귀 모형에서 반응 변 수와 실험 요인의 함수 관계에서 교호작용 또는 2차 항 같은 중 요한 항이 모형에 포함되어 있지 않은 경우 발생한다. 따라서, ANOVA 결과 추출온도는 세 변수 모두에 유의적인 영향을 나타 내었으나(p<0.01) 에탄올 농도는 ABTS 라디칼 소거능에만 유의 적인 영향을 나타내어 복분자의 항산화 활성 추출에는 에탄올 농 도보다는 추출온도가 더 큰 영향이 있음을 알 수 있다(Table 4). Lee와 Do(29)는 복분자 페놀성분의 추출에 있어, 물에 비해 60% 에탄올의 추출율이 높다고 보고하였으며, Cha 등(14)은 75% 아 세톤이 가장 높은 폴리페놀 추출율을 보였으며, 복분자의 숙성 정도에 따라 용매에 의한 총 페놀화합물 추출에 차이를 나타냈 다고 보고하였다. 복분자의 총 폴리페놀 함량은 완숙과 및 미숙 과의 분말로부터 9.66 및 12.84 mg GAE/g으로 보고되어(8), 본 연구에서 나타난 값들은 이에 비해 현저히 높았다. 한편, Kim과 Shin(13)은 토종 복분자 분말의 DPPH 라디칼 소거능을 숙성 정 도에 따라 81.22-86.21%로 보고하였으며, Chung 등(30)은 건조 방 법에 따른 복분자 라디칼 소거능의 차이를 보고하여, 건조 및 분 말화 복분자에 비해 생과를 사용한 본 연구의 총 폴리페놀 함량 및 라디칼 소거능이 상이한 값을 나타내었을 것으로 사료된다. 녹차 항산화 활성 추출의 최적화 녹차 추출액의 총 폴리페놀 함량, DPPH 및 ABTS 라디칼 소 거능의 회귀분석 결과 일차적, 이차적 영향 모두 99.9%의 신뢰 수준 이상으로 유의하고, 전체 회귀모델의 R2 값이 각각 99.91, 99.96 및 99.76%로 p<0.001 수준에서 유의성이 인정되었다(Table 2). 또한, 총 폴리페놀 함량, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능의 예 측 모형의 모든 계수가 유의한 것으로 나타나(p<0.01), 용매의 에 탄올 농도, 추출온도 및 이들의 상호작용이 추출액의 총 폴리페 놀 함량과 라디칼 소거능에 유의적인 영향을 나타내었다(Table 3). 에탄올 농도 및 추출온도 이차항 계수는 음의 값으로 에탄올 의 농도 및 추출온도의 실험 범위 내에서 세 측정변수 모두가 증 가하다 감소하는 이차적 변화를 보였다(Fig. 1). 분산분석 결과, 에탄올 농도 및 추출온도는 세 변수 모두에 99.9% 신뢰수준으로 영향을 미쳤다(Table 4). 반응표면분석 결과로부터 총 폴리페놀 함량은 에탄올 농도 59.95%, 추출온도 43.50oC에서 추출 시 최대 값 101.25 mg GAE/g에 달할 것으로 예측되었다. 녹차 추출액의
Table 4. Analysis variance of the factors of the response surface 1) 베리류와녹차의항산화활성최적화 415 Sample Factor F-value phenolics DPPH ABTS Ogaja Ethanol 334.39*** 66.70*** 1767.74*** Temperature 91.83*** 15.20*** 412.53*** Mulberry Ethanol 1.59*** 14.77*** 15.42*** Temperature 43.77*** 70.82*** 32.11*** Raspberry Ethanol 3.63*** 4.48 6.47*** Temperature 31.55*** 17.65*** 18.06*** Green Tea Ethanol 2136.05*** 4186.32*** 778.98*** Temperature 157.15*** 384.04*** 54.12*** 1) *, ** and *** represent significance at p<0.05, p<0.01 and p<0.001, respectively. Table 5. Optimum extraction conditions and predicted and actual total phenolics, DPPH and ABTS radical scavenging activities Sample Ogaja Mulberry Raspberry Green Tea Optimum condition EtOH (%) Temperature ( o C) Response 1) Predicted Actual value 33 67 phenolics 23.74 26.27±0.09 DPPH 19.77 19.92±0.11 ABTS 25.04 25.89±0.36 69 65 phenolics 20.74 23.75±0.18 DPPH 23.55 24.39±0.09 ABTS 35.44 36.91±0.16 65 40 phenolics 26.08 27.57±0.07 DPPH 39.93 38.55±0.31 ABTS 55.60 56.22±0.27 57 43 phenolics 101.15 105.14±0.210 DPPH 171.38 174.19±0.400 ABTS 177.56 178.81±0.170 1) phenolics (mg GAE/g); DPPH radical-scavenging activity (mg VCE/g); ABTS radical-scavenging activity (mg VCE/g) DPPH 라디칼소거능은에탄올농도 56.69%, 추출온도 43.36 o C 에서추출시최대 171.42 mg VCE/g 으로나타났다 (Table 5). ABTS 라디칼소거능은에탄올농도 58.13%, 온도 42.90 o C 에서추출시최대 171.42 mg VCE/g 으로나타났다 (Table 5). 총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능의상관분석결과세변수가 r=0.996 이상의매우높은양의상관관계를나타내었으며 (p<0.01, data not shown), 따라서매우유사한영역에서세변수의최적점이나타났다. Park 등 (31) 은보성산유기농녹차의총폴리페놀함량및 ABTS 라디칼소거능이채엽시기및추출용매에따라다름을보고하였는데, 엽차의경우 80% 에탄올및물추출물에서 102.8 및 81.1 mg GAE/g 의총폴리페놀함량을보고하여본연구결과에서나타난값과유사하였다. 또한 ABTS 라디칼소거능은각각 260.3 및 76.3 mg VCE/g 을보고하여본연구결과와중복되는범위의결과를나타내었다. 최적추출조건예측및확인오가자, 오디, 복분자및녹차의에탄올추출의최적조건확립을위해, 총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능대한 superimposed contour plot 을이용하여중복되는범위에서최적추출조건을확립하였다. 각소재의최적추출조건및조건하에서제조된추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능의예측값과실측값은 Table 5 에나타내었다. 최적조건에서제조된추출액의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라 디칼소거능은예측값과매우유사하게나타났다. 녹차의총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은매우유사한영역에서최적점을나타내었으며, 따라서에탄올농도 57%, 온도 43 o C 를녹차항산화활성추출의최적점으로확립하였다. 오가자의경우총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능은에탄올농도 27-38%, 온도 55-73 o C 의범위에서나타났으며, 등고선도의 superimposing 에의해각범위의중앙이며 ABTS 의최적점인 33%, 온도 67 o C 를최적점으로선정하였다. Choi 와 Ahn 등 (9) 은오가자생과의 50% 메탄올추출물로부터 0.5 mg GAE/g 총폴리페놀함량을보고하였으며, Kim 등 (5) 은물과메탄올추출물에서각각 1384 및 785 mg GAE/100 g 을보고하였다. 이와비교하여볼때본연구에서오가자건과를사용하여얻은최대값 24.28 mg GAE/g 은매우높은폴리페놀함량임을알수있다. 오디의경우반응표면분석결과로부터 DPPH 라디칼소거능은에탄올농도 74.04%, 온도 62.27 o C 에서, ABTS 라디칼소거능은에탄올농도 64.61%, 온도 69.81 o C 에서각각나타나에탄올농도의중간점인 69% 와실험영역온도의최고점인 65 o C 로최적점을선정하였다. Yu 등 (32) 은오디 (Morus atropurpurea Roxb.) 즙으로부터 1.93-2.3 g GAE/L 의총페놀함량을보고하였는데본연구의최적화조건에서얻어진 23.75 mg GAE/g 은대략이의 10 배에해당하여품종간의차이를감안하더라도매우높은수준으로여겨진다. 복분자의경우는추출온도에의한일차적인영향이나타남에따라실험영역의최고온도인 65 o C 를최적추출온도로결
416 한국식품과학회지제 46 권제 4 호 (2014) 정하였고, superimposed contour plot 에서총폴리페놀함량및라디칼소거능의최고값이공통적으로나타난에탄올 40% 를최적농도로확립하였다. 복분자의총폴리페놀함량은국내산완숙과 (Rubus coreanus Miq.) 의분말로부터 9.66 mg GAE/g 으로보고된바있으며 (8), 본연구결과의 27.57 mg GAE/g 총페놀함량은이에비해현저히높음을알수있다. 한편, Chen 등 (33) 은 15 종의 raspberry 의 0.1% 염산메탄올추출액으로부터 214.71-326.73 mg GAE/100 g 의총페놀함량및 695.58-845.57 mg VCE/100 g 의 DPPH 라디칼소거능을보고하였는데본최적추출액의총폴리페놀함량은유사한범위에해당하고, DPPH 라디칼소거능은현저히높았다. 결론적으로, 본연구에의해확립된최적추출조건에서제조된베리류의추출액은이전보고에비해매우증진된총폴리페놀함량을나타내어, 이들소재로부터기능성분추출을극대화하는최적조건으로적합하다고여겨졌다. 또한, 항산화활성은기준물질의차이및항산화활성측정법의차이로이전연구와의직접비교가불가능한경우도있었으나, 총폴리페놀함량과항산화활성은높은양의상관관계를지니므로 (33,34), 추출액의높은항산화활성의예측이가능하다. 따라서, 본연구에서확립된최적추출물을기능성물질로고부가가치식품가공에적용한다면현재제한적으로사용되고있는국내산베리류및녹차의활용증진에기여할것으로사료된다. 요 오가자, 오디, 복분자및녹차로부터폴리페놀및라디칼소거능의고효율추출을위한추출조건을반응표면분석법을사용하여최적화하였다. 중심합성계획에따라추출공정조작변수인에탄올농도및추출온도를독립변수로, 총폴리페놀함량, DPPH 및 ABTS 라디칼소거능을종속변수로설정하여이들의종속변수의값을최대로하는공통의조건을최적조건으로선정하였다. 추출물의총폴리페놀함량과라디칼소거능에미치는용매의에탄올농도및온도는유의적이었으며, 오가자및녹차의모든종속변수에대한반응표면모형은유의적이었고, 오디의라디칼소거능에대한반응표면모형또한유의적이었다. 오디의총폴리페놀함량및복분자의총폴리페놀함량과라디칼소거능에대한반응표면모형은적합하지않았으며, 추출온도에의한일차적인영향을받는것으로나타났다. 최적조건에서제조한추출액의총폴리페놀함량및라디칼소거능의예측값과실측값은매우유사한값을나타내어본연구에서확립한회귀식이신뢰할수있음을알수있었고, 최적추출액은이전보고에비해증진된총폴리페놀함량및라디칼소거능을나타내었다. 약 감사의글 본연구는농림수산식품부고부가식품기술개발사업 ( 과제번호 112062-03-1-HD020) 에의해이루어진것임. 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