추출조건에 따른 콩잎 추출물의 이소플라본 함량 및 이화학적 특성
윤정아1, 권세영2, 박은희1,2, 김명동1*
1강원대학교바이오산업공학부
2㈜메타스크린
Received: December 31, 2018 / Revised: January 6, 2019 / Accepted: January 10, 2019
다양한식생활의발달과바쁜일상으로인하여간편식과 건강식에대한관심이매년증가하고있으며
,
식품선택의 기준이맛,
가격등에서영양,
생산방법,
섭취방법등다양 한요인을고려하는추세로변화하였다[1].
따라서,
새로운 식품소재와천연원료유래의기능성관련물질에대한연 구개발이이어지고있으며관련시장이지속적으로성장하 고있다[2].
콩에는이소플라본
,
사포닌,
레시틴등다양한생리활성물 질들이존재하며,
이중에서도이소플라본은심장질환,
골다 공증,
위암,
유방암,
폐경기증상등에대한효과가보고되었 다[1, 3].
그러나,
콩잎에대한연구는원료를활용한단순가 공품단계에머물러있으며,
콩잎장아찌와콩잎김치형태로경상도지역에서주로소비되고있고
[4],
콩잎분말을첨가한두부등이개발되었다
[5].
콩잎은다른식물의잎들과비교하여이소플라본이풍부 하게함유되어있으며
,
항산화활성에관여하는페놀계화합물
,
클로로필,
카로티노이드,
비타민C
등의함량이높은것 으로보고되었다[6]. Ho
등[7]
의연구에의하여콩잎의부탄 올추출물에서플라보노이드계열의kaempferol glycoside
이확인되었다.
또한,
콩잎에탄올추출물이당뇨병치료에 관여하는β-
세포의인슐린신호전달을강화시키는것으로보 고되었으며[8],
동맥내피세포의혈관확장을유도하여동맥 경화증을예방하는효과가있는것으로보고되었다[9].
천연물을원료로하여제조된추출물의다양한생리활성 에대한연구결과가지속적으로보고되고있으며
,
이들추출 물에함유된유용물질은용매등추출조건에따라함량이크게달라지는것으로알려져있다
[10].
따라서추출물을제작하는경우유용물질의특성을고려한용매선정
,
추출시간
,
온도등에대한면밀한고려가필요하다[11, 12].
톳의추출물은상압에서제조한추출물보다초고압에서추 출한경우상대적으로우수한항산화활성을나타냈고
,
초고 압으로제작한추출물은tyrosinase
와elastase
효소활성에 대한저해효과가우수한것으로보고되었다[13].
다양한온 도,
시간,
용매등을고려하여항산화활성이우수한로즈마 리추출물을제작한연구[12]
와동백나무잎을이용하여항 산화효과가우수한추출조건을설정한결과[14]
등도보고Changes in Isoflavone Contents and Physicochemical Properties of Soybean Leaf Extract by Extraction Conditions
Jeong-Ah Yoon
1, Se-Young Kwun
2, Eun-Hee Park
2, and Myoung-Dong Kim
1*
1
Division of Food Biotechnology and Biosystems Engineering, Kangwon National University, Chuncheon 24341, Republic of Korea
2
Metascreen Inc., Chuncheon 24341, Republic of Korea
To utilize soybean leaf, which is a waste product in soybean production, as a value-added food material, this study aimed to investgate the extraction efficiency of isoflavone from soybean leaf and to characterize physicochemical properties of the extract. Maximum isoflavone content of 59.74 ± 4.54 mg/l was obtained from soybean leaf extracted at 90 ℃ for 12 h. DPPH (1,1-diphenyl-2-pricylhydrazyl) radical-scavenging activ- ity and total polyphenol contents reached maximum levels of 67.26 ± 3.64% and 1,688.68 ± 97.37 µg/ml chloro- genic acid equivalent, respectively. Based on the contents of isoflavone and total polyphenol, and DPPH radical-scavenging activity, optimum extraction conditions for soybean leaf using water as solvent were 90 ℃ and 12 h.
Keywords: Soy bean leaf, isoflavone, DPPH radical-scavenging activity, polyphenol, extraction
*Corresponding author
Tel: +82-33-250-6458, Fax: +82-33-259-5565 E-mail: [email protected]
© 2019, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
되었다
.
콩을생산하는과정에서발생하는콩잎의경우추출등부 가가치창출을위한기반연구가매우미흡한상황이며
,
콩 잎에함유된고부가가치기능성물질의추출공정을개발한 사례는보고된바없다.
따라서본연구에서는추출온도와 시간에따른이소플라본의추출효율및이화학적특성변 화를고찰하여콩잎을산업적으로활용하는데필요한기반 자료를확보하고자하였다.
콩잎은강원도농업기술원에서제공받은호반품종
(
강원5
호)
을2018
년6
월에강원도춘천시소재노지에파종한후9
월에수확하여사용하였다.
콩잎은흐르는물에세척한후,
건조기(Jinwoo electronic Co., Korea)
를사용하여30
℃에서24
시간 건조하였다.
건조된콩잎은원통형덖음기(Xiamen Yuneng Machinery Plant, China)
를이용하여산화효소활 성을억제시키고[15],
유념기(Bohyun Eng Co., Korea)
를사 용하여성분추출이용이[16]
하도록전처리하였다(Fig. 1).
전처리한콩잎
2 g
을정제수100 ml
와혼합한후환류냉각방식의추출기
(MTOPS, Korea)
를사용하여추출온도는50, 70, 90
℃,
추출시간은1, 12, 24
시간으로각각설정하여콩 잎추출물을제조하였다.
추출된시료는여과하여냉동보관 하였다.
이소플라본배당체
2
종(daidzin, genistin)
과비배당체2
종(daidzein, genistein)
을지표물질로선정하여LiChrospher RP-18
컬럼(5 um, 250 mm × 4.6 mm, SUPERCO, USA)
이장착된HPLC (Shimadzu, Japan)
로측정하였다.
이동상 은물과초산혼합물(water/acetic acid, 99.9/0.1, v/v),
아세 토니트릴과 초산 혼합물(acetonitrile/acetic acid, 99.9/0.1, v/v)
를사용하여시간에따라농도구배를적용하였다[17].
컬럼의온도는
35
℃로유지하였으며,
자외선검출기(254 nm)
를사용하였다.
탄닌함량은박등
[18]
이제시한방법에따라콩잎추출물5 ml
에 주석산 철 용액(FeSO
4·7H
2O) 5 ml
을 첨가한 뒤Sorensen’s
인산염완충액(0.133 M, pH 7.2) 15 ml
을가하여
540 nm
에서 흡광도를 측정하였고, Ethyl gallate
(Sigma-Aldrich, USA)
를표준물질로사용하였다.
총폴리페놀함량은
Folins-Denis
방법[19]
으로측정하였 다.
추출물0.5 ml
에Folin’s & Ciocalteu’s phenol reagent (Sigma-Aldirch, USA) 0.5 ml
을첨가하여3
분간반응한 후, 10% Na
2CO
3를0.5 ml
주입하였다.
혼합액을1
시간동안상온에서정치한후
725 nm
에서흡광도를측정하였으며,
총폴리페놀함량은
chlorogenic acid equivalent (CAE)
로나타 내었다.
정 등
[20]
의 방법을 변형하여DPPH (1,1-diphenyl-2- pricylhydrazyl, Sigma-Aldrich, USA)
라디칼소거능을평 가하였다.
시료20
μl
와DPPH
시약180
μl
를혼합하고30
분간반응시킨후
517 nm
에서흡광도를측정하였다. DPPH
라디칼소거능은다음식을사용하여산출하였다
. DPPH
라디칼소거능(%) =
모든측정은
3
회반복하였으며평균값과표준오차는SPSS (v 20.0, SPSS, Chicago, IL, USA)
를 사용하여Duncan
의 다중범위검정방법[21]
으로검정하였다.
2017
년9
월에수확한콩잎을덖음기를사용하여30
℃에서
24
시간동안건조한후, 250
℃에서5
분동안덖음처리 를하고, 10
분간유념하는과정을3
회반복하여전처리하였 다(Fig. 1).
추출공정에적용하기전200
℃에서20
분간덖 음처리한후,
추출용매로사용한물과일정비율로혼합하 여추출온도와시간을조정하여추출하였다.
추출조건에따른콩잎추출물의이소플라본함량을측정 하였다
(Table 1).
추출온도50
℃에서제작한콩잎추출물은 추출시간에따라이소플라본의함량이유의적인수준에서 차이가있었으며, 12
시간동안추출한시료의총이소플라 본함량이12.71
±1.66 mg/l
으로나타났으며,
추출시간이 길어지면서63%
수준으로감소하였다.
그러나70
℃에서제 작한추출물은추출시간에따라서이소플라본농도가유의대조구의 흡광도 − 시료의 흡광도
× 100
대조구의 흡광도
Fig. 1. Pretreatment procedures for soybean leaf.
적으로증가하는경향을나타냈다
.
추출온도70
℃에서24
시간동안추출한콩잎추출물의이소플라본함량이37.61
±3.38 mg/l
로서70
℃조건에서실험구중가장우수하였다.
추 출온도를90
℃로설정한경우추출시간에따라이소플라 본농도는증가하였으나12
시간과24
시간간의유의적인차 이는나타나지않았다.
따라서추출물에함유된이소플라본 농도를기준으로90
℃에서12
시간동안콩잎을추출하는것 이가장적절한조건인것으로판단되었다.
비배당체이소플 라본인daidzein
과genistein
은추출초기에검출되지않았 으나24
시간에서낮은농도로검출되었다.
류등
[6]
은노란콩잎을가수분해한후메탄올추출물을 제작하여이소플라본함량을조사하였으며,
비배당체형태 인daidzein
과genistein
이각각16.30
±0.14 mg%, 8.76
±0.01 mg%
함유된것으로보고하였다.
본연구에서는가수분해과정을거치지않고
,
물을용매로사용하여콩잎에함 유된 이소플라본을 추출하였으므로,
비배당체 형태인daidzein
과genistein
의추출효율에부분적으로영향을미 친것으로판단된다.
메탄올을용매로이용하는방법등은 추출을통하여얻은원료를직접적으로식품가공에적용하 기 어려우므로,
식물의 세포벽을 가수분해하는데필요한xylanase
등의유용효소들을적용하는생물학적가수분해공정을활용할필요가있다
[22].
국내산콩을이용하여이소플라본함량을분석한김등
[23]
의연구결과에따르면
,
신팔달품종의콩에서genistein
의함 량이daidzein
과비교하여약2
배높은함량을나타냈다.
그 러나본연구에사용한호반품종의콩잎추출물은이소플라본중
genistin
이상대적으로높은함량을나타냈으며,
대부분
80%
내외를차지하는것으로나타났다.
주등[24]
의연 구에의하면,
볶은콩의이소플라본함량분석에서genistin
과
diadzin
이유사한함량을나타냈으며,
전처리방법에따라서성분의함량이유의적으로변화하는것으로보고되었 다
.
검정콩의종피에서안토시아닌을추출한연구에서일정 시간이상추출시간이지속될경우추출효율이감소하는 양상이보고되었으며[14],
자색옥수수속대추출물의경우24
시간이후추출물은가용성고형물및적색도가감소하면서품질의저하가나타났다
[8].
따라서추출물제작을위한최적의조건을선정하는데온도와시간의설정은매우중요 할것으로판단된다
.
추출조건에따른콩잎추출물의탄닌의함량
, DPPH
라디칼소거능
,
총폴리페놀함량의변화를조사하였다(Table
2).
탄닌은차의맛과색에영향을미치는주요인자로가공녹차의경우
7.2%
를함유하는것으로보고되었으며[25],
국내산재래종의녹차잎을이용한발효차의경우
13.7%
의함량을나타내는것으로알려져있다
[18].
콩잎추출물은낮은온도에서추출할수록탄닌의함량이높았으며
,
특히50
℃ 에서12
시간추출한콩잎추출물에서0.31%
의함량을나타 냈다.
온도90
℃에서추출한경우,
추출시간이증가함에따 라서탄닌의양이증가하였으나, 24
시간동안추출하였을때
0.19
±0.01%
의탄닌함량을나타내어시중에유통중인녹차의
2%
수준으로매우낮은함량을나타냈다[25].
추출온도가증가할수록탄닌의양이증가하는것으로보고되었 으며
[26], Bressani
등[27]
의보고에따르면콩추출물에포 함된탄닌은0.32
±1.12%
수준으로알려져있으며,
콩잎추 출물의탄닌함량도콩추출물과유사한수준으로판단되 었다.
추출조건에따른콩잎추출물의항산화활성을평가하기
위하여
DPPH
를이용한라디칼소거능을측정하였다(Table
2).
추출온도90
℃에서추출한콩잎은50
℃와70
℃에서추 출한콩잎과비교하여상대적으로높은DPPH
라디칼소거 능을 나타냈으며,
특히12
시간 동안 추출한경우67.26
±Table 1. Isoflavone contents of soybean leaf extract influenced by extraction conditions*.
Temperature (˚C)
Time (h)
Isoflavone (mg/l)
Daidzin Genistin Daidzein Genistein Total
50 1 0.97 ± 0.05 7.53 ± 0.39 ND** ND 08.50 ± 0.40
ab12 1.33 ± 0.28 9.90 ± 1.40 ND ND 12.71 ± 1.66
b24 0.45 ± 0.14 2.94 ± 0.34 0.61 ± 0.07 0.76 ± 0.14 04.76 ± 0.65
a70 1 1.18 ± 0.02 9.98 ± 0.72 ND ND 11.16 ± 0.70
b12 2.73 ± 0.20 24.08 ± 1.88 ND ND 26.81 ± 2.07
c24 4.00 ± 0.45 32.99 ± 3.20 0.34 ± 0.02 0.59 ± 0.23 37.61 ± 3.38
d90 1 2.77 ± 0.06 27.69 ± 0.73 ND ND 30.46 ± 0.77
c12 5.49 ± 1.13 53.72 ± 3.86 ND 0.54 ± 0.07 59.74 ± 4.54
e24 5.84 ± 0.88 51.50 ± 4.56 0.26 ±0.01 0.89 ± 0.09 58.48 ± 5.43
e*Differrent letters in each column indicate significant difference between averages.
**ND: not dectected.
3.67%
로가장우수한항산화활성을나타냈다.
콩잎외에도작두콩추출물
[28]
과검정콩추출물[29]
의항 산화활성이문헌에보고된바있다.
문등[6]
의보고에따르 면trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC)
시험법 으로측정하였을때콩잎이콩보다더높은항산화활성을 나타냈다.
천연물유래의추출물을제작하는경우추출시간 의지나친증가는오히려제품의품질을저하시키는것으로 보고되었는데[14, 26],
콩잎추출물의경우,
이소플라본의함 량과폴리페놀함량이가장높은조건(90
℃, 12
시간)
에서항 산화활성이가장우수한것으로나타났다.
추출조건에따른콩잎추출물의폴리페놀함량을조사하 였다
(Table 2).
콩잎을12
시간동안추출한경우추출온도 가증가할수록폴리페놀함량이증가하였으며, 90
℃에서추 출한콩잎추출물이1,688.68
±97.37
μg/ml CAE
로가장높 은폴리페놀함량을나타냈다.
문등[6]
은노란콩잎의총폴 리페놀함량을2,324
±30
μg/ml CAE
로보고하여,
본연구 에서사용한호반품종의콩잎보다높은폴리페놀함량을나 타냈다.
추출온도90
℃에서12
시간동안추출한호반콩잎 추출물의우수한항산화활성이폴리페놀의함량이나이소 플라본의함량과밀접한관련이있을것으로사료된다.
결론 적으로,
물을용매로사용한호반품종콩잎의추출조건은90
℃에서12
시간동안추출하는것이가장효율적인것으로판단되었다
.
초고압추출방법등보다다양한추출방법의적용에의한 이소플라본등고부가기능성물질추출기술이개발된다면 농산부산물로매년막대한양이폐기되는콩잎을산업적으 로활용하여농산업의새로운부가가치를창출할수있을것 으로기대된다
.
요 약
본연구는콩생산산업의부산물로생산되는콩잎을고 부가식품원료로활용하기위해이소플라본의추출효율및 이화학적특성변화를조사하였다