사랑과 열정으로 더불어 함께 하는 세상 만들기 - 율촌재단(栗村財團)

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(1)나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 민 세 철 서울여자대학교 식품공학과. 1. 서 론 1.1 연구 목적 해조류로부터 효소를 사용하거나 high-pressure homogenization(HPH) 또는 ultrasound 와. ● . 같은 최신 고분자 분쇄기술을 이용하여 다양한 식품에 적용하기 쉬운 식품 소재를 개발한다. 훈제 연어(Ready-To-Eat(RTE) 식품에 대한 모델 식품으로 본 연구에 사용) wrapping이나. ● . coating에 적합한 소재를 개발하여 그 소재가 훈제 연어를 포함한 다양한 RTE 식품들의 coating에 사용될 수 있다는 가능성을 보여줄 것이다.. 1.2 연구 배경 기존의 방법으로 가공한 해조류는 식품에 적용할 때 그 형태와 크기에 제한이 있어 대부분 잘. ● . 게 썰어 건조를 시킨 것을 첨가하는 정도로 식품에 사용된다. 하지만 해조류의 기능성에 대한 관심이 점점 더 높아지고 있는 가운데도 불구하고 해조류를 식품 소재로 사용하는 방법들이 다 양하게 개발되고 있지 못한 실정이다. 본 과제에서는 그 방법으로 나노 분쇄 기술을 이용해 해. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 3. 3. 2012-05-04. 11:10:44.

(2) 조류를 필름 형태의 식품 소재들로 만들 것이며, 만들어진 소재들은 해조류 고유의 형태와 크 기에 제한 없이 여러 식품에 사용될 수 있을 것이다.. 재료적 측면의 연구 필요성. ● . -해 조류 중 현재 한약으로 사용되고 있는 소재로서 매생이, 파래와 같은 녹조류, 다시마, 곰 피, 부채말, 미역, 톳, 모자반을 포함하는 갈조류, 꼬시래기, 우뭇가사리, 풀가사리, 김, 국수 나물류를 포함하는 홍조류가 사용되고 있다. 전통적으로 해조류는 항마취제, 항염증제 활성 을 가지며 습진, 통풍, 담석 등을 치료하기 위해 민간요법으로 사용되고 있다. 해조류는 식물 성 섬유, 알긴산, 칼슘, 요오드 성분이 풍부하며, 체내의 노폐물과 독성 제거 효능이 뛰어나 고 고혈압, 동맥경화 등 각종 성인병을 예방하는 효과가 있으며 항균, 항암, 항산화 등의 생 리활성이 있는 것으로 알려져 있다. 최근 해조류를 통해 건강 장해를 해결하려는 시도가 활 발하게 진행되고 있으며 관련 시장 규모도 매년 20%이상의 성장 추세에 있다. -고 령인구의 증가로 인하여 노인성 질환이 증가하고 있는 추세이며 특히 골관절 질환은 점차 늘어가고 있다. 이를 개선하기 위한 다양한 식품과 의약품이 개발되고 있으나 흡수장애가 있거나 부작용이 나타나고 있어서 천연물 유래의 부작용이 적고 효과가 뛰어난 골형성 촉진 소재 및 관련 제품의 개발이 시급히 필요한 실정이다. 해조류는 비소화성 다당류 때문에 식 품에 적용이 용이하지 않고 제한적이었으나, 육상식물에 비해 다량의 비타민 및 미네랄, 특 히 마그네슘, 칼슘, 요오드, 철 등을 함유하고 있어서 최근 해조류의 성분들을 이용한 골형 성 대사를 촉진하려는 시도가 있다. 기술적 측면에서 해조류의 생체내 흡수와 활성을 높이 도록 개선하는 것이 시급한 현안이다.. 경제·사회적 측면의 연구 필요성. ● . -해 조류에 다량 함유된 골형성 촉진 물질을 발굴하고 소재화 및 제품화한다면, 국내 해조류 산업과 양식산업 활성화에 큰 도움이 될 것이다. -현 대 사회에 웰빙식품, 친환경농산물 및 친환경가공식품에 대한 소비자의 수요가 점점 확대 되고 있으며 따라서 이와 관련한 제품의 개발은 국민의 삶의 질 향상에 필요하고 동시에 고 부가가치 제품이나 소재로서 수출도 이루어질 것으로 기대된다.. 4. 2012. .indd 4. 2012-05-04. 11:10:44.

(3) 1.3 연구 내용 건조된 톳, 다시마, 모자반을 분쇄한 후 수용액으로 만들었고 이를 효소, HPH, 또는 ultrasound. ● . 로 처리하였다.. 효소(Viscozyme® L, Sigma-aldrich chemical Co., St Louis, MO, USA) 처리(효소역가: 133.2. ● . Fungal Beta-Glucanase Units(FBG) mL-1)와 ultrasound(500, 600, 700 W, 주파수 19.86 kHz) 는 연속적이고 균일한 필름을 형성하는 필름 형성 용액을 만들지 못하였으나 HPH는 그러한 필름 형성 용액을 성공적으로 형성시켰다. 따라서 본 연구에서는 필름 형성 용액 개발에 HPH 공정을 사용하였다.. 마쇄한 건조 해조류의 농도, 유연제(plasticizer) 농도, HPH 처리 시간과 횟수의 변수들이 필름. ● . 의 색, 수증기 투과율, 인장 특성, 용해도, 향기 프로파일, 그리고 필름 구조에 어떻게 영향을 주는지 연구하여 가식성 필름 제작에 있어 변수들의 필요 요건을 파악하였다.. 훈제 연어(RTE 식품에 대한 모델 식품) wrapping이나 coating에 적합한 소재들을 개발하여 그. ● . 소재들이 RTE 식품들의 coating에 사용될 수 있다는 가능성을 보여주었다.. 2. 실험방법 2.1 톳(Hizikia fusiforme) (1) 톳 분말의 제조: 본 연구에 사용된 톳 분말은 가루나라(Garunara, Seoul, Korea)에서 구입하였 다. 2010년 국내에서 수확된 톳(Hizikia fusiforme)을 열풍건조(90℃, 10시간)한 후, roll mill을 사용하여 분쇄하고, 80 mesh 체질을 통해 얻어진 분말이었다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 5. 5. 2012-05-04. 11:10:44.

(4) (2) 톳 분말을 이용한 필름의 제조: 톳 분말 14 g과 증류수 184 g이 혼합된 용액을 5,000 rpm에서 5분 동안 선 균질화 하고 69 MPa, 103 MPa, 152 MPa에서 각각 1 pass, 2 pass, 3 pass로 HPH 처리 하였다. 추가로 증류수를 넣고 30분간 교반한 후 글리세롤(100%(w/w 톳))을 혼합하여 20분간 섞고 이에 Tween 20(유화제, 1%(w/w 톳), hydrophilic-lipophilic balance: 16.7)을 첨 가하고 다시 5,000 rpm에서 5분간 균질화 한 뒤 90℃에서 30분간 가열하고 냉각 후 탈기하여 필름 형성 용액을 제조하였다. 필름은 제조된 필름 형성 용액을 평형을 맞춘 Teflon 플레이트 에 부어 23±2℃에서 48시간 동안 자연 건조하여 제작되었다(Fig 1). 건조된 필름을 벗겨내 상 대습도(relative humidity, RH) 50%인 chamber에 보관하면서 필름의 특성들을 측정하였다.. Fig 1. 톳 필름 제조 방법.. 6. 2012. .indd 6. 2012-05-04. 11:10:44.

(5) (3) 필름 두께: 필름의 두께는 0.001 mm의 정밀도를 갖는 micrometer(Digimatic micrometer Model CR-200, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 사용하여 측정하였다. 각 시료당 6번씩 측 정하여 얻은 평균값을 수증기 투과율, 인장강도 측정에 사용하였다.. (4) 필름의 색: 필름 표면의 색은 색차계(Minolta Chroma Meter CR-200, Minolta Camera Co., Osaka, Japan)를 사용하여 C와 2°Observer를 이용해 Minolta L(lightness), a(redness), 그리 고 b(yellowness) 값으로 측정하였다. 색 좌표 값이 L=97.83, a=-0.47, b=2.24인 표준 백색 판(Calibration Plate CR-200)위에 필름 시료를 놓고 시료의 중심을 포함한 총 네 부분을 측 정하였다.. (5) 수 증기 투과율: 필름의 수증기 투과율(water vapor permeability, WVP) 측정은 American Society of Testing and Materials(ASTM) E96-92를 이용한 Gravimetric Modified Cup 방법(1) 을 이용하였다. 원형 투습컵은 Polymethylmethacrylate(Plexiglas™)로 만들어진 것을 사용했 다. 항습 상자의 내부는 calcium sulfate(Drierite, W.A. Hammond Drierite Co. Ltd., Xenia, OH, USA)를 이용하여 RH를 3-8%로 평형화 시켰고, 온도는 23±2℃로 유지하였으며 팬(fan) 은 152 cm/min 속도로 작동시켰다. RH는 Dickson hydrometer(Model THDx, Dickson, Addison, IL, USA)를 이용하여 측정되었다.. (6) 인장 특성: 필름의 인장강도(tensile strength, TS), %신장률(percentage elongation at break, %E) 및 모쥴러스(elastic modulus, EM)는 American Society of Testing and Materials(ASTM) 표준 방법 D882-01(2)을 이용해 측정되었다. 측정에 사용된 모든 필름 시료들은 50 mm × 8 mm의 크기로 준비하여 측정 전 23±2℃, RH 52±2%에서 48시간 동안 저장되었다. 각각 의 인장 특성은 tensile property tester(Withlab. Co., Ltd, Anyang, Korea)를 사용하여 측정 된 값으로 계산하였다. 초기 그립(grip)간의 거리는 50 mm였고, cross head speed는 30 mm/ min이었다.. (7) 용해도: 물에서의 필름 용해도(water solubility, WS)는 지름 13 mm의 원형 필름 시료와 증류 수 10 mL을 이용하여 Kang과 Min(3)의 방법에 따라 측정되었다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 7. 7. 2012-05-04. 11:10:44.

(6) (8) 향 프로파일: 톳 필름의 향 프로파일은 Hong 등(4)의 방법에 따라 질량분석기(Quadrapole Mass Spectrometer, Balzers Instruments, Marin-Epagnier, Switzerland)가 연결된 전자코 (SMart Nose 300, SMart Nose, Marin-Epagnier, Switzerland)를 이용하여 분석되었다. 필름 시료 0.2 g을 사용했고, 시료 주입구 온도는 130℃, 질소(99.999%)의 이동속도는 230 mL/min 이었다. 통계 분석 프로그램(SMart Nose®, Marin-Epagnier, Switzerland)을 사용하여 이온화 되어 얻어진 분자들 중 가장 차별성을 높게 표현하는 분자량(m/z)을 갖는 20-30 개 그룹에 대 해 판별함수분석(discriminant function analysis, DFA)을 실행하였다.. (9) 필름 단면 미세 구조: 필름 단면 미세 구조는 전자 주사 현미경(Field emission-SEM, FESEM, S-4700, Hitachi, Chiyoda-ku, Tokyo, Japan)을 이용하여 관찰하였다. 필름을 가로 1 mm, 세로 3 mm로 자르고 표면을 carbon tape 위에 부착하여 백금(Pt)으로 코팅한 뒤 관찰하 였다.. 2.2 다시마(Laminaria japonica) (1) 다시마 분말의 제조: 다시마 분말은 20일 동안 태양 건조 후, roll mill을 사용하여 분쇄한 다음 체질(80 mesh)을 통해 얻어진 분말이었다.. (2) 다시마 분말을 이용한 필름의 제조: 다시마 분말(7%(w/w total))을 증류수에 넣고 30분간 혼 합한 후 20,000 rpm에서 5분간 균질화 하였다. 균질화 된 용액을 degassing한 후 HPH를 이용하여 69 MPa, 103 MPa, 152 MPa에서 각 1 pass, 2 pass, 3 pass 처리하였다. 그 다음 glycerol(14.3%(w/w 다시마))을 첨가하여 20분간 혼합한 후 유화제 (Tween 20, 1%(w/w 다시 마))를 넣고 20,000 rpm에서 5분간 균질화 하였다. 이 용액을 90℃에서 30분간 열처리 한 후 얼음을 이용하여 가열된 용액을 냉각시키고 degassing을 거쳐 Teflon plate에 casting하여 자 연건조 시켜 다시마 필름을 제작하였다. 제작된 필름은 RH 50% chamber에 보관하였다.. (3) 필름의 특성: 필름의 색, 수증기 투과율, 인장 특성, 용해도, 향 프로파일, 필름 단면 미세 구조 를 측정하였으며 톳 필름에서 사용된 특성 측정 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 8. 2012. .indd 8. 2012-05-04. 11:10:44.

(7) (4) 점도 측정: HPH 처리가 끝난 직후의 다시마 용액을 brookfield viscometer(LVDV-II+Pro Middleboro, MA, USA)를 이용하여 측정하였다. 사용된 spindle과 spindle 회전속도, 그리고 측정온도는 각각 No. S64, 5 rpm, 25℃였다. (5) 입 도 분석: HPH 처리 시 압력과 처리 횟수를 변수로 하여 필름 형성 용액 내 입자들의 평균 크기와 입도 분포를 particle size analyzer(ELS-8000, Otsuka Electronics Co. Ltd, Osaka, Japan)를 이용하여 분석하였다. 필름 형성 용액 10 mL이 500 mL의 물에 희석되어 시료로 사 용되었다.. (6) 훈제 연어에 적용될 다시마 코팅 용액의 제조: 다시마 분말(7%(w/w total))을 증류수에 넣고 30 분간 혼합한 후 13,000 rpm에서 5분간 균질화 하였다. 균질화 된 용액을 degassing한 후 HPH 를 이용하여 152 MPa에서 3 pass 처리 하였다. 그 다음 glycerol(14.3%(w/w 다시마))을 첨가하 여 20분간 혼합한 후 유화제(Tween 20, 1%(w/w 다시마))를 넣고 13,000 rpm에서 5분간 균질 화 하였다. 이 용액을 90℃에서 30분간 열처리 한 후 얼음을 이용하여 가열된 용액을 냉각시 키고 degassing을 거쳐 다시마 코팅 용액을 제조하였다.. (7) 훈 제 연어에의 적용: 훈제 연어를 6 g씩 준비하여 만들어진 코팅 용액에 dipping한 후 붓으로 펴 발라 코팅하였다. Fume hood에서 양면을 15분씩 건조시켜 코팅하였다.. (8) 코팅 형성 용액이 적용된 훈제 연어의 색: 다시마 코팅 용액으로 코팅된 훈제 연어의 표면을 색차계를 사용하여 Minolta L(lightness), a(redness), 그리고 b(yellowness) 값을 측정하였다.. (9) 코팅 형성 용액이 적용된 훈제 연어의 조직감: 다시마 코팅 용액으로 코팅된 훈제 연어의 조 직감을 texture analyzer(TA-XT2, Stable Micro System Co. Ltd, Surrey, UK)를 이용하여 hardness, fracturability, adhesiveness, springiness, chewiness, gumminess, cohesiveness, resilience를 측정하였다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 9. 9. 2012-05-04. 11:10:44.

(8) 2.3 모자반(Sargassum fulvellum) (1) 모자반 분말의 제조: 본 연구에 사용된 모자반 분말은 상온에서 약 10~48시간 동안 건조시킨 모자반을 가정용 믹서로 분쇄한 뒤 250 mesh 체질을 통해 얻었다.. (2) 모 자반 분말을 이용한 필름의 제조: 필름 형성 용액 200 g을 기준으로 whey protein isolate (WPI)를 첨가할 경우 증류수 186.5 g과 모자반 분말 7 g, 그리고 WPI 7 g을 30분간 혼합하였으 며 WPI를 첨가하지 않을 경우 증류수 184 g과 모자반 분말 14 g을 30분간 혼합하였다. 그 후 혼합한 용액을 20,000 rpm에서 5분간 균질화 처리 후 진공 펌프를 이용하여 탈기하였다. 탈 기된 용액을 69 MPa, 103 MPa, 152 MPa에서 1 pass로 초고압 균질 처리 하였으며 이후 WPI 를 혼합하지 않은 필름 형성 용액의 경우에는 적당량의 증류수를 첨가하였다. 글리세롤 2 g 을 첨가하여 20분간 혼합한 뒤 유화제(Tween 20) 0.14 g을 넣고 균질기로 5000 rpm에서 5분 간 처리한 후 90℃에서 30분간 열처리 한 뒤 얼음물에서 상온까지 냉각 후 진공펌프를 이용 해 탈기하여 필름 형성 용액을 만들었다. 필름 형성 용액을 평형을 맞춘 Teflon 플레이트(16.1 cm 내경)에 붓고 23±2℃에서 48시간 동안 건조시켰으며 건조된 필름을 플레이트에서 벗겨 낸 후 magnesium nitrate(Samchun pure chemical Co., Ltd.) 포화용액이 들어있는 항습 상자 (Tenney-10 Model TTUFR-40240, Tenney Engineering, Inc., Union, NJ, USA)에 넣어 상대 습도 (relative humidity, RH) 52±2%에서 보관하였다.. (3) 필 름의 종류: 필름의 물리적 특성에 대한 WPI 혼합, glycerol 농도 및 HPH의 효과를 알아보기 위하여 4종류의 필름을 제조하였다. 1) 대조구, WPI를 첨가하지 않고 HPH 처리하지 않은 필름 2) WPI를 첨가하고 HPH 처리하지 않은 필름 3) WPI를 첨가하지 않고 HPH 처리한 필름 4) WPI를 첨가하고 HPH 처리한 필름 4종류의 필름 모두 글리세롤 농도는 14, 30, 50, 70%를 각각 사용하였다.. (4) 필 름의 특성: 필름의 색, 수증기 투과율, 인장 특성, 용해도, 필름 단면 미세 구조를 측정하였 으며 톳 필름에서 사용된 특성 측정 방법과 동일한 방법으로 측정하였다. 10. 2012. .indd 10. 2012-05-04. 11:10:44.

(9) (5) 점 도 측정: HPH 처리가 끝난 직후의 모자반 용액을 Brookfield viscometer를 이용하여 측정 하였다. 사용된 spindle과 spindle 회전속도, 그리고 측정온도는 각각 No. S34, 0.5 rpm, 25℃ 였다.. (6) 입도 분석: HPH 처리 시 압력과 처리 횟수를 변수로 하여 다시마 필름 형성 용액에서 사용된 방법과 동일하게 측정하였다.. (7) 훈 제 연어에 적용될 모자반 코팅 용액 제조: 필름 형성 용액 200 g을 기준으로 모자반 분말 14 g과 증류수 184 g을 30분간 혼합 후 균질기로 13,000 rpm에서 5분간 처리 후 진공 펌프를 이 용하여 탈기 하였다. 탈기된 용액을 103, 138, 193 MPa에서 각 1, 2, 3 pass HPH 처리 하였으 며 이후 약 30%의 증류수를 첨가하였다. 글리세롤 14%(w/w 모자반)를 첨가하여 20분간 혼합 한 뒤 유화제(Tween 20) 1%(w/w 모자반)를 넣고 균질기로 13,000 rpm에서 5분간 처리한 후 90℃에서 30분간 열처리 한 뒤 얼음물에서 상온까지 냉각 후 진공펌프를 이용해 탈기하여 코 팅 형성 용액을 만들었다.. (8) 훈제 연어에의 적용: 다시마 코팅 용액을 훈제 연어에 적용한 방법과 동일한 방법으로 훈제 연어에 코팅하였다.. (9) 코팅 형성 용액이 적용된 훈제 연어의 색: 다시마 코팅 용액을 훈제 연어에 적용한 후 색을 측 정한 방법과 동일하게 측정하였다.. (10) 코 팅 형성 용액이 적용된 훈제 연어의 조직감: 다시마 코팅 용액을 훈제 연어에 적용한 후 조 직감을 측정한 방법과 동일하게 측정하였다.. (11) 코팅 형성 용액이 적용된 훈제 연어의 향기 프로파일: 코팅된 훈제연어 2 g으로 톳 필름에서 사용된 전자코(SMart Nose 300)를 이용하여 동일한 방법으로 향기 프로파일을 분석하였다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 11. 11. 2012-05-04. 11:10:44.

(10) 3. 결과 및 고찰 3.1 톳(Hizikia fusiforme) (1) 필름의 색: 필름 색에 대한 결과는 Table 1에 나타내었다. 필름의 L값은 90.6-101.4, a값은 -0.8-2.2, 그리고 b값은 1.9-4.5로 HPH의 처리 압력과 횟수 모두 필름의 색에 유의적으로 영 향을 주지 않았다.. Table 1. 톳 필름의 색(Minolta L, a, b)에 대한 HPH 처리 압력과 pass 횟수의 효과(p<0.05).. Pressure. Processing time. (MPa). (Pass). 69. 103. 152. L. a. b. 1. 90.6 ± 0.5d. 2.2 ± 2.8a. 4.5 ± 1.4a. 2. 91.2 ± 0.4d. 1.5 ± 1.4ab. 4.0 ± 0.6ab. 3. 92.2 ± 0.4d. 1.2 ± 1.2ab. 4.4 ± 0.4ab. 1. 97.4 ± 2.5c. -0.8 ± 1.0b. 2.2 ± 0.4cd. 2. 101.4 ± 0.5a. -0.5 ± 1.7ab. 1.9 ± 0.6d. 3. 99.9 ± 2.5ab. 1.0 ± 1.9ab. 2.8 ± 0.7bcd. 1. 98.4 ± 0.7bc. 1.0 ± 2.0ab. 2.9 ± 1.2bcd. 2. 97.2 ± 0.5c. 1.9 ± 0.9ab. 3.5 ± 0.6abc. 3. 98.1 ± 0.6bc. 1.0 ± 2.0ab. 2.9 ± 1.2bcd. (2) 수증기 투과율(WVP): 모든 처리 압력에서 처리 횟수가 1 pass에서 2 pass로 증가했을 때 WVP 값이 작아졌다. 처리 압력의 차이는 WVP 값에 영향을 주지 않았다(Fig 2).. 12. 2012. .indd 12. 2012-05-04. 11:10:44.

(11) . Fig 2. 톳 필름의 water vapor permeability에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. (3) 인장 특성: 톳 필름의 인장강도와 EM은 각각 0.4-1.4 MPa, 4.9-19.6 MPa이었다. 인장강도 (Fig 3), EM(Fig 5)은 압력이 높아질수록 그 값이 점점 증가하였다. %E 값은 HPH 처리 압력 이 69 MPa, 103 MPa, 152 MPa일 때 처리 횟수가 1 pass에서 2 pass로 증가할 때 그 값도 증 가하였다(Fig 4).. . Fig 3. 톳 필름의 tensile strength에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 13. 13. 2012-05-04. 11:10:45.

(12) . Fig 4. 톳 필름의 percentage elongation에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. . Fig 5. 톳 필름의 elastic modulus에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. 14. 2012. .indd 14. 2012-05-04. 11:10:45.

(13) (4) 용해도(WS): 톳 필름의 용해도는 0.4-1.0%로 HPH의 처리 압력과 횟수는 톳 필름의 용해도 에 유의적으로 영향을 주지 않았다. HPH 처리 횟수가 1 pass와 3 pass일 때, 처리 압력이 103 MPa에서 152 MPa로 증가하면서 WS 값이 감소하였다(Fig 6).. . Fig 6. 톳 필름의 water solubility에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. (5) 향 기 프로파일: HPH 처리 횟수가 1회일 때, 처리 압력이 69 MPa로 얻어진 필름과 103 MPa 또는 152 MPa로 만들어진 필름에 있어 향 프로파일이 달랐고(Fig 7(a)), HPH 처리 압력이 152 MPa이었을 때, 1 pass로 제작된 필름과 2 pass로 제작된 필름의 향 프로파일은 3 pass로 제작 된 필름의 향 프로파일과 차이가 보였다(Fig 7(b)).. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 15. 15. 2012-05-04. 11:10:45.

(14) . Fig 7. 전 자코를 이용한 톳 필름의 향기 프로파일. (a) high-pressure homogenization(HPH) 처리 압력에 대한 효과(69 MPa, 103 MPa, 152 MPa(1 pass)) (b) HPH pass 횟수에 대한 효과(1 pass, 2 pass, 3 pass(152 MPa)).. (6) 필 름 단면 미세 구조: 필름 단면 미세 구조를 관찰한 결과 1 pass 처리를 통해 만들어진 필름 의 경우 처리 압력이 152 MPa이었을 때 69 MPa에서 보다 필름 단면의 기공의 수나 크기가 줄 어들어 그 구조가 더 조밀하고 균일하였음을 알 수 있었다(Fig 8). HPH 처리 압력이 152 MPa 일 때 처리 횟수가 증가할수록 필름의 단면이 더 조밀해졌음을 또한 관찰할 수 있었다(Fig 9).. Fig 8. 톳 필름의 단면 미세구조에 대한 high-pressure homogenization(1 pass) 처리 압력의 효과(왼쪽: 69 MPa, 오른쪽: 152 MPa).. 16. 2012. .indd 16. 2012-05-04. 11:10:45.

(15) . Fig 9. 톳 필름의 단면 미세구조에 대한 high-pressure homogenization(152 MPa) pass 횟수의 효과(왼쪽: 1 pass, 중앙: 2 pass, 오른쪽: 3 pass).. 3.2 다시마(Laminaria japonica) (1) 필름의 색: 다시마 필름의 색을 Table 2에 나타내었다. HPH를 사용하지 않은 필름의 L값은 83.1±4.4, a값은 8.9±2.7, b값은 -13.9±5.2였다. HPH의 사용으로 필름의 밝기가 밝아짐을 알 수 있었다(Table 2).. Table 2. 다시마 필름의 색(Minolta L, a, b)에 대한 HPH 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. Pressure. Processing time. (MPa). (Pass). 69. 103. 152. L. a. b. 1. 99.9 ± 2.9. -3.3 ± 2.1. 6.6 ± 5.9. 2. 101.5 ± 1.5. -0.7 ± 0.3. 3.0 ± 1.2. 3. 99.6 ± 3.1. -0.8 ± 1.7. 2.0 ± 3.4. 1. 101.9 ± 3.1. -3.1 ± 0.8. 9.7 ± 3.0. 2. 98.0 ± 3.8. -0.6 ± 2.3. 1.1 ± 10.0. 3. 110.5 ± 6.3. -4.5 ± 3.5. 19.3 ± 7.7. 1. 94.8 ± 4.6. 2.6 ± 3.9. -5.7 ± 9.9. 2. 86.4 ± 2.5. 8.5 ± 1.6. -7.5 ± 4.8. 3. 93.3 ± 2.4. 4.5 ± 2.1. -2.3 ± 5.3. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 17. 17. 2012-05-04. 11:10:46.

(16) (2) 수 증기 투과율(WVP): HPH 처리를 하지 않은 필름의 수증기 투과율은 2.3±0.1 g·mm/ kPa·h·㎡이었다. HPH를 처리하지 않은 필름은 HPH를 103 MPa, 152 MPa에서 처리한 필 름보다 수증기 투과율이 높았지만, 69 MPa에서 HPH 처리를 한 필름보다는 낮은 수치를 보였 다. HPH 처리를 한 필름 중 103 MPa에서 3 pass 처리한 필름의 수증기 투과율이 0.99±0.34 g·mm/kPa·h·m²로 가장 낮았다. 또한 HPH를 152 MPa, 103 MPa에서 각 1, 2, 3 pass 처 리한 필름의 수증기 투과율은 0.99-1.11 MPa 사이의 값을 나타내어 HPH의 압력이나 pass 횟 수에 따른 변화가 나타나지 않았다(Fig 10).. Fig 10. 다시마 필름의 water vapor permeability에 대한 high-pressure homogenization 처리의 유무와 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. (3) 인장 특성 3-1) T S: HPH를 사용하지 않은 필름의 TS 는 11.0±4.0 MPa이었고, HPH를 사용하였을 때 TS의 값이 HPH를 사용하지 않았을 때 보다 더 높은 수치를 보였다. HPH를 사용하여 제 작된 필름 중 152 MPa에서 3 pass 처리한 필름의 TS가 가장 높았으며 그 값은 24.2±2.9 MPa이었다(Fig 11).. 18. 2012. .indd 18. 2012-05-04. 11:10:46.

(17) . Fig 11. 다 시마 필름의 tensile strength에 대한 high-pressure homogenization 처리의 유무와 처리 압력, pass 횟수의 효과.. 3-2) % E: HPH를 사용하지 않은 필름의 %E은 4.7±1.6%이었고, %E의 값은 HPH의 압력과 pass 횟수에 따른 변화는 나타나지 않았다. HPH를 사용하여 제작된 필름 중 69 MPa에서 2 pass 처리한 필름의 %E이 가장 높았으며 그 값은 11.6±3.2%이었다(Fig 12).. Fig 12. 다 시마 필름의 percentage elongation에 대한 high-pressure homogenization 처리의 유무와 처리 압력, pass 횟수의 효과.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 19. 19. 2012-05-04. 11:10:46.

(18) 3-3) E M: HPH를 사용하지 않은 필름의 EM는 517.3±176.5 MPa 이었고, EM의 값은 HPH를 69 MPa에서 2 pass 처리했을 때를 제외하고 HPH를 사용하지 않았을 때가 HPH를 사용 하였을 때 보다 더 낮은 수치를 보였다. HPH를 사용하여 제작된 필름 중 69 MPa에서 2 pass 처리한 필름의 EM가 가장 낮은 수치를 보였으며 그 값은 439.3±63.8 MPa이었다 (Fig 13).. Fig 13. 다 시마 필름의 elastic modulus에 대한 high-pressure homogenization 처리의 유무와 처리 압력, pass 횟수의 효과.. (4) 용 해도(WS): HPH 처리를 이용한 필름 중 69 MPa에서 1 pass 처리한 필름의 용해도가 가장 낮 았으며 그 수치는 1.8±0.2%였다. HPH를 2, 3 pass 처리한 필름들은 압력이 증가할수록 용해 도가 증가하였다(Fig 14).. 20. 2012. .indd 20. 2012-05-04. 11:10:46.

(19) . Fig 14. 다시마 필름의 water solubility에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수의 효과.. (5) 향 프로파일: HPH 처리 압력이 69 MPa으로 제작된 필름의 경우 사용된 HPH pass 횟수에 따 라서 향 프로파일에서 차이가 나타났다(Fig 15(a)). HPH pass 횟수가 1 pass 이었을 때는 HPH 처리 압력에 따라 향 프로파일의 차이가 보여졌다(Fig 15(b)).. Fig 15. 전 자코를 이용한 톳 필름의 향기 프로파일. (a) high-pressure homogenization(HPH) 처리 압력에 대한 효과(69 MPa, 103 MPa, 152 MPa(1 pass)) (b) HPH pass 횟수에 대한 효과(1 pass, 2 pass, 3 pass(69 MPa)).. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 21. 21. 2012-05-04. 11:10:47.

(20) (6) 필 름의 내부 구조: 모든 pass 횟수에 따라 HPH 처리 압력이 69 MPa에서 152 MPa로 증가할 수록 필름의 표면과 단면이 균일해짐을 확인하였다(Fig 16).. Fig 16. 다 시마 필름의 단면과 표면 미세구조에 대한 high-pressure homogenization의 압력과 pass 횟수의 효과. (a) 69 MPa, 1 pass (b) 152 MPa, 1 pass (c) 69 MPa, 2 pass (d) 152 MPa, 2 pass (e) 69 MPa, 3 pass (f) 152 MPa, 3 pass.. 22. 2012. .indd 22. 2012-05-04. 11:10:47.

(21) (7) 점 도 측정: 모든 HPH 처리 압력에서 pass 횟수가 증가할수록 점도가 증가하였고, 같은 pass 횟수에서 HPH 처리 압력이 증가할수록 점도가 증가하는 것을 알 수 있었다(Fig 17).. Fig 17. Brookfield viscometer를 이용하여 측정한 high-pressure homogenization의 처리 압력과 pass 횟수에 따른 다시마 용액의 점도.. (8) 입도 분석: HPH 처리 압력이 증가함에 따라 입도가 감소하는 경향을 나타내었고, pass 횟수 가 증가함에 따라서 입도에 영향을 주는 경향이 나타나지 않았다(Table 3).. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 23. 23. 2012-05-04. 11:10:48.

(22) . Table 3. L aser light scattering을 이용한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수에 따른 다시마 필름 형성 용액의 입도.. 처리 압력(MPa). Pass 횟수. Diameter(μm). 1. 3.2 ± 0.2. 2. 3.1 ± 0.2. 3. 3.9 ± 1.4. 1. 2.8 ± 0.3. 2. 2.8 ± 0.5. 3. 2.8 ± 0.3. 1. 2.8 ± 0.3. 2. 2.9 ± 0.2. 3. 2.6 ± 0.2. 69. 103. 152. (9) 훈제 연어에의 적용 9-1) 색 : 다시마 코팅 용액으로 훈제 연어를 코팅한 후 훈제 연어의 표면의 색을 측정하여 코 팅하지 않은 훈제 연어의 표면의 색과 비교하였을 때 L값이 증가하였고, a값과 b값은 감 소하는 경향을 보였으나 유의적인 차이를 나타내지 않았다(Table 4). 하지만 코팅한 훈 제 연어와 코팅하지 않은 훈제 연어를 육안으로 비교하였을 때 코팅하지 않은 훈제 연어 는 전체적으로 붉은 색을 띠며 강한 색감을 나타내었으나 코팅한 훈제 연어는 전체적으 로 밝아졌으며 붉은 색의 강한 색감이 사라졌다. . Table 4. 다시마 코팅 용액으로 코팅한 훈제 연어와 코팅하지 않은 훈제 연어 표면의 색(Minolta L, a, b)(p<0.05).. 코팅한 훈제연어. 코팅하지 않은 훈제연어. L. 99.2 ± 0.8a. 95.1 ± 2.1a. a. -1.5 ± 0.9a. 5.2 ± 1.4a. b. 8.9 ± 1.2a. 16.1 ± 2.3a. 24. 2012. .indd 24. 2012-05-04. 11:10:48.

(23) 9-2) 조직감(texture): 다시마 코팅 용액으로 코팅한 훈제 연어와 코팅하지 않은 훈제 연어 사이에서 cohesiveness를 제외하고 다른 특성에서는 유의적인 차이를 보이지 않았다 (Table 5).. Table 5. 다시마 코팅 용액의 코팅 유무에 따른 훈제 연어에 대한 조직감의 효과(p<0.05).. 코팅한 훈제연어. 코팅하지 않은 훈제연어. Hardness(g). 163.9 ± 70.3a. 237.9 ± 112.9a. Fracturability(g). 2.3 ± 0.1a. 1.8 ± 0.2a. Adhesiveness(g.s). -9.0 ± 5.3a. -8.4 ± 4.6a. Springiness. 1.0 ± 0.0a. 1.0 ± 0.0a. Chewiness. 64.3 ± 18.8a. 83.9 ± 35.3a. Gumminess. 65.4 ± 18.5a. 87.5 ± 34.1a. Cohesiveness. 0.4 ± 0.1b. 0.6 ± 0.3a. Resilience. 0.2 ± 0.1a. 0.2 ± 0.0a. 3.3 모자반(Sargassum fulvellum) (1) 필름 형성 유무: HPH 처리를 하지 않은 필름 형성 용액의 경우 WPI의 첨가나 글리세롤 농도 에 관계없이 모두 필름이 형성되지 않았다.. (2) 색 : 모자반 필름 색에 대한 결과를 Fig. 18, Fig. 19, Fig. 20, 그리고 Table 6에 나타내었다. WPI를 첨가하지 않은 필름의 경우 L값과 b값이 글리세롤 농도에 따라 증가하였으며 a값은 감 소하였다. WPI를 첨가할 경우 L값이 증가하는 경향을 보였다. 압력에 따라서는 L값, a값, b값 모두 103 MPa에서 가장 낮았으며 69 MPa에서 가장 높았다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 25. 25. 2012-05-04. 11:10:48.

(24) . Fig 18. 모 자반 필름의 밝기(Minolta L)에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. . Fig 19. 모 자반 필름의 붉은 색(Minolta a)에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. 26. 2012. .indd 26. 2012-05-04. 11:10:48.

(25) . Fig 20. 모 자반 필름의 노란 색(Minolta b)에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. Table 6. 모자반 필름의 색(Minolta L, a, b)에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. Pressure(MPa). L. a. b. 69. 36.8 ± 1.4. 1.9 ± 0.2. 20.7 ± 1.9. 103. 31.1 ± 2.1. 1.7 ± 0.2. 10.3 ± 3.3. 138. 32.8 ± 2.7. 1.8 ± 0.2. 15.6 ± 3.8. (3) 수증기 투과도(WVP): WPI 첨가 시 수증기 투과도가 증가하였으며 WPI 첨가 필름의 경우에는 글리세롤 농도에 따라서도 수증기 투과도가 증가하는 것을 알 수 있었다(Fig 21). 압력에 따라 서는 69 MPa로 처리한 필름의 수증기 투과도가 가장 낮은 값을 보였다(Fig 22).. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 27. 27. 2012-05-04. 11:10:48.

(26) . Fig 21. 모 자반 필름의 water vapor permeability에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. . Fig 22. 모자반 필름의 water vapor permeability에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. 28. 2012. .indd 28. 2012-05-04. 11:10:48.

(27) (4) 인장 특성 4-1) T S: 글리세롤 농도에 따라 대체적으로 필름의 인장 강도가 감소하는 경향을 보였으나 WPI의 첨가에 의한 특별한 경향성은 찾아볼 수 없었다(Fig 23). 69 MPa과 138 MPa 처 리에 의한 인장 강도는 유사하였으며 103 MPa에서 가장 높은 5.9±0.6 MPa의 값을 보 였다(Fig 24).. . . Fig 23. 모 자반 필름의 tensile strength에 대한 whey protein islate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. Fig 24. 모자반 필름의 tensile strength에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 29. 29. 2012-05-04. 11:10:48.

(28) 4-2) % E: WPI를 첨가하지 않은 글리세롤 농도 70% 필름을 제외하면 글리세롤 농도에 따라 %E가 증가하였으며(Fig 25), 압력을 변수로 하였을 때는 103 MPa에서 가장 큰 %E 값을 나타내었다(Fig 26).. . Fig 25. 모 자반 필름의 percentage elongation에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. . Fig 26. 모 자반 필름의 percentage elongation 에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. 30. 2012. .indd 30. 2012-05-04. 11:10:49.

(29) 4-3) E M: 글리세롤 농도에 따른 특정한 경향은 보이지 않았으나 WPI를 첨가할 경우 EM 값 이 다소 증가하는 경향을 보였다(Fig 27). WPI를 첨가한 글리세롤 농도 14% 필름의 EM 이 매우 특이적으로 큰 값을 나타내었으며, 압력을 변수로 한 경우에는 103 MPa에서 가 장 큰 값을 나타내었다(Fig 28).. . Fig 27. 모자반 필름의 elastic modulus에 대한 whey protein isolate 첨가 유무와 글리세롤 농도의 효과.. . Fig 28. 모자반 필름의 elastic modulus에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 31. 31. 2012-05-04. 11:10:49.

(30) (5) 용 해도(WS): 물에 대한 용해도는 103 MPa에서 처리한 필름이 가장 낮았으며 처리 압력의 증 가에 따라서 경향을 보이지 않았다(Fig 29).. . Fig 29. 모 자반 필름의 water solubility에 대한 high-pressure homogenization 처리 압력의 효과.. (6) 필름 단면 미세 구조: 압력이 높아질수록 필름의 표면이 더 매끄러워졌으며 단면이 더 조밀해 짐을 알 수 있었다(Fig 30).. FIg 30. High-pressure homogenization 처리 압력의 모자반 필름의 표면과 단면 미세 구조에 대한 효과(왼쪽: 69 MPa, 중앙: 103 MPa, 오른쪽: 152 MPa).. 32. 2012. .indd 32. 2012-05-04. 11:10:49.

(31) (7) 점 도 측정: 초고압 균질 처리 직후에 모자반 용액의 점도를 측정하였을 때 압력에 따라서는 점 도가 증가하는 경향을, 처리 횟수에 따라서는 감소하는 경향을 보였다(Fig 31).. Fig 31. High-pressure homogenization의 처리 압력과 pass 횟수에 따른 모자반 용액의 점도.. (8) 입도 분석: 초고압 균질 처리의 압력이 103에서 193 MPa로 증가할 때 모자반 용액의 입도가 유의적으로 감소하였으며 pass 횟수가 1에서 3으로 증가할 때에도 유의적으로 감소하였다 (Table 7).. Table 7. L aser light scattering을 이용한 high-pressure homogenization 처리 압력과 pass 횟수에 따른 모자반 필름 형성 용액의 입도(p<0.05).. 처리 압력(MPa). 103. 138. 193. Pass 횟수. Diameter(μm). 1. 5.7 ± 0.8a. 2. 5.6 ± 0.2a. 3. 2.5 ± 0.2b. 1. 5.4 ± 0.3a. 2. 4.1 ± 0.2a. 3. 2.7 ± 0.2b. 1. 2.4 ± 0.7b. 2. 2.4 ± 0.5b. 3. 1.5 ± 0.6c. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 33. 33. 2012-05-04. 11:10:49.

(32) (9) 훈제 연어에의 적용 9-1) 색 : 훈제 연어에 모자반 코팅 용액을 적용하였을 때 코팅을 하지 않은 훈제 연어보다 L 값과 a값이 모두 유의적으로 증가하였다(Table 8). . Table 8. 모 자반 코팅 용액으로 코팅한 훈제연어와 코팅하지 않은 훈제 연어 표면의 색(Minolta L, a, b)(p<0.05).. 코팅하지 않은 훈제 연어. 코팅한 훈제 연어. L. 54.1 ± 1.0a. 57.5 ± 0.2b. a. 9.6 ± 0.8b. 16.6±0.8a. b. 25.2 ± 1.3a. 25.5 ± 0.8a. 9-2) 조직감(texture) : 모자반 코팅 용액의 적용 유무에 따라 훈제 연어의 조직감에 유의적인 차이가 나타나지 않았다(Table 9). Table 9. 모자반 코팅 용액의 코팅 유무에 따른 훈제 연어에 대한 조직감의 효과(p<0.05).. 코팅하지 않은 훈제 연어. 코팅한 훈제 연어. Hardness. 83.4 ± 26.9a. 84.2 ± 14.4a. Fracturability. 0.7 ± 0.2a. 0.7 ± 0.1a. Adhesiveness. -1.5 ± 0.9a. -2.4 ± 1.0a. Springiness. 0.9 ± 0.1a. 1.0 ± 0.5a. Chewiness. 50.7 ± 18.6a. 49.0 ± 10.2a. Gumminess. 55.5 ± 16.8a. 60.4 ± 9.0a. Cohesiveness. 0.7 ± 0.1a. 0.7 ± 0.1a. Resilience. 0.3 ± 0.1a. 0.3 ± 0.1a. 34. 2012. .indd 34. 2012-05-04. 11:10:49.

(33) 9-3) 향기 분석 : 모자반 코팅 용액의 적용 유무에 따라 훈제 연어의 향 프로파일이 다르게 나 타났다(Fig 32).. Fig 32. 모자반 코팅 용액의 코팅 유무에 따른 훈제 연어의 향 프로파일에 대한 효과.. 4. 요 약 톳, 다시마, 모자반으로부터 HPH 처리를 이용하여 새로운 식품 필름 소재를 개발하였다.. ● . 해조류 분말의 농도, 유연제의 농도, HPH 처리 압력과 횟수 변수들의 필름 소재의 색, 수증기. ● . 투과율, 인장특성, 용해도, 향 프로파일, 필름 단면 특성들에 대한 영향을 밝힘으로써 식품에 적용 가능성이 높은 필름들을 생산할 수 있었다. 다시마와 모자반으로 만들어진 코팅 용액들을 훈제 연어에 적용하여 훈제 연어 및 다양한 RTE. ● . 식품들의 coating에 사용될 수 있는 가능성을 볼 수 있었다.. 나노 분쇄 기술을 이용한 해조류 식품 소재 개발. 2012. .indd 35. 35. 2012-05-04. 11:10:50.

(34) 5. 참고 논문 1) McHugh TH, Avena-Bustillos R, Krochta JM. Hydrophilic edible films: modified procedure for water vapor permeability and explanation of thickness effects. J. Food Sci. 58: 899-903 (1993) 2) ASTM. Standard test method for tensile properties of thin plastic sheeting. D822-01. American Society for Testing and Materials, Philadelphia, PA, USA. pp. 162-170 (1997) 3) Kang HJ, Min SC. Potato peel-based biopolymer film development using high-pressure homogenization, irradiation, and ultrasound. Food Sci. Technol. 43: 903-909 (2010) 4) Hong EJ, Son HJ, Kang JH, Noh BS. Analysis of binding trimethylamine with rice-washed solution using electronic nose based on mass spectrometer. Korean J. Food Sci. Technol. 41: 509-514 (2009). 36. 2012. .indd 36. 2012-05-04. 11:10:50.

(35) RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교 이 재 환 성균관대학교 식품생명공학과. 1. 서 론 1.1 연구배경 및 필요성 유지의 산화는 식품에서 영양적, 관능적 가치의 저하를 유발하여 식품의 소비자 선호도를 감소 시키고, 과산화지질을 발생시켜 세포손상을 야기하여 각종 질병의 원인이 될 수 있다. 유지의 산 화는 자동산화, 일중항산소에 의한 산화, lipoxygenase에 의한 효소산화, 고온에서 발생하는 산화 등의 기작을 갖는다. 이중 자동산화는 유리 라디칼 연쇄반응(free radical chain reaction)으로 개시 (initiation), 전파(propagation), 종결(termination)단계로 구분된다. 개시단계에서 유지는 열, 빛, 물 리적, 화학적 에너지 또는 촉매 등에 의해 분자내 공유결합을 이루고 있는 수소를 잃어 각종 라디칼 을 형성하는 단계이다. 전파단계에서는 라디칼의 연쇄반응에 의해 alkoxyl(RO·), peroxyl(ROO·), alkyl(R·) radical등 각종 라디칼들이 증가하면서 다양한 산화생성물이 생성되는 단계이며 종결반 응에서는 유지유래 라디칼들의 상호간 결합에 의해 비라디칼화이 생선되는 단계이다. 유지 산화속도에 영향을 미치는 인자로는 온도, 가시광선 및 자외선 조사, 금속이온, 이중결합의 수 및 양, 유화성을 지닌 minor compounds인 유리지방산, monoacylglycerol (MAG), diacylglycerol (DAG), 인지질 및 감광제 기능을 하는 색소 등이 있다. 유지산화 메카니즘이 다양한 만큼 유지의 산화정도를 측정하는 방법 역시 다양하다. 유지 산화도. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 37. 37. 2012-05-04. 11:10:50.

(36) 측정에 사용되는 방법으로는 유지에 의해 흡수된 산소의 양, 점도 및 색도 등의 물리적 수치 측정과 peroxides, aldehydes, alcohols, acids, epoxides, ketones, volatiles 등 과 같은 산화생성물의 양을 직·간접적으로 측정하는 화학적 방법 그리고 관능적 평가 등이 있다. 측정에 사용되는 산화지표물 질들은 산화단계에 따라 생성, 분해, 증가 및 감소가 끊임없이 진행되기에 한 가지 방법으로만 유지 산화도를 정확하게 측정하는 것은 쉽지 않아 목적에 따라 여러 가지 방법을 병용해야 한다. 산화정 도를 측정하는 방법은 결국 항산화제 효율을 측정하는 방법이 될 수 있다.. 지질 함유 식품의 산화안정성을 증가시키는 실제적인 방법은 항산화제의 첨가 및 산화촉진제 의 감소법이다. 항산화제의 종류로는 유리 라디칼 소거제 (free radical scavenger), 메탈킬레이터 (metal chelator), 항산화효소 및 일중항산소 등 활성산소종 제거제가 있다. 자연계에서 발견되는 유 리라디칼거제는 주로 aromatic ring 구조를 갖고 있으며 hydroxyl group을 한 개 이상 보유하고 있 는 phytochemical이 많은 것으로 보고되었다. 또한, 고온의 유탕처리조건에서 유지의 안정성을 증 가시키기 위해 합성항산화제인 tert-butylhydroquinone (TBHQ), butylated hydroxyanisole (BHA), butylated hydroxytoluene (BHT), trolox ( α-tocopherol without phytol chain), ascorbyl palmitate (ascorbic acid with estered palmitate), propyl galate (PG) 등이 식품첨가물로 사용되고 있다. 이에 이러한 항산화제의 효율을 측정하기 위해 여러 가지 방법이 제안되었다.. 기존 항산화제 효율은 hydrogen atom transfer(HAT) 및 electron transfer(ET)을 근간으로하는 model system을 활용한 방법으로 정의가 되는 경우가 많았다. HAT방법은 항산화물질의 수소 공 여능을 측정하며, ET법은 항산화물질의 환원능을 측정하는 방법으로 알려져 있다. 주요 HAT법 은 oxygen radical absorbance capacity (ORAC) assay, total peroxyl radical-trapping antioxidant parameter (TRAP) assay, crocin bleaching assay, β-carotene bleaching assay가 있으며, ET법 으로는 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulphonic acid) (ABTS)/ Trolox equivalent antioxidant capacity (TEAC), the ferric reducing/antioxidant power (FRAP), cupric ion reducing antioxidant capacity (CUPRAC), Folin-Ciocalteu reagents, 및 DPPH법이 있다. 항산화제의 효능을 객관적으로 정의하기 위해 ‘antiradical efficacy(AE)’ 등이 제안되기도 하였다. 이는 DPPH을 활용하여 초기 DPPH 흡광도를 50%로 줄이는 데 필요한 항산화제의 농도인 EC50와 EC50에 도달하기 위해 소요되는 시간인 TEC50 로 정의된다.. 38. 2012. .indd 38. 2012-05-04. 11:10:50.

(37) 그러나 다수의 HAT 및 ET법은 실제 유지를 활용하지 않기에 biomolecule의 항산화능 측정에는 효능이 있으나 실제 식품에서는 동일한 효능을 기대할 수 없으므로, 실제 식품에 적용 가능한 방법 개발이 필요하다.. 안정한 라디칼인 DPPH는 산화방지물질로부터 전자 혹은 수소를 제공 받으면 비라디칼로 전환되 면서 흡광도가 변화하며 이 원리로 DPPH법은 천연물의 수용성 혹은 유기용매 추출물의 항산화 활 성측정법으로 널리 사용되고 있다. 하지만, DPPH 라디칼은 전자 혹은 수소뿐 아니라 유지에서 유 래된 산화라디칼에 의해서도 비라디칼 형태로 전환될 수 있다. 저자 등은 최근 이 원리를 이용하여 DPPH법을 활용한 유지산화 측정 연구에 대하여 이미 보고한 바 있다. 이 방법은 유지로부터 생성 되는 유지산화라디칼을 DPPH 흡광도 변화를 활용하여 직접적으로 측정하기에 유지의 산화안정성 을 예측하는 데 유용하게 이용할 수 있다. 그러나 DPPH법을 활용한 유지산화도 측정법은 아직 최 적화되지 않은 상태이다.. 1.2 연구목적 본 연구의 목적은 새로운 항산화제 효율측정 개념을 도입하고 유지 모델시스템과 실제 유지에서 유탕처리조건에 의한 천연 및 합성항산화제와의 효율을 결정하는 것이다. 연구 목적을 달성하기 위 해 DPPH법을 수정하여 활용하고 유리지방산인 올레산을 이용한 모델시스템과 실제 식품인 라드 (돼지기름)를 활용하였으며 대표적인 항산화제인 TBHQ, sesamol을 대표적인 합성 및 천연유래 항 산화제로서 사용하였다. 또한 sesamol 의 항산화능을 90, 120, 150, 180℃에서 열산화시켜 다른 항 산화제의 효율과 비교 연구하였다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 39. 39. 2012-05-04. 11:10:50.

(38) 2. 실험방법 2.1 시료제조 천연 및 합성 항산화제의 열산화 TBHQ, sesamol을 메탄올에 5 mM의 농도로 제조하였다. 최종 농도가 5 μmole/g이 되도록 400 uL 의 항산화제 용액을 400 mg oleic acid에 첨가하고, 질소 가스를 이용하여 잔존하는 용매를 제거하 였다. 각 시료들은 오븐 90℃에서 0, 10, 30, 60분간 산화되었으며 샘플링당 3개씩 준비하였다. 항 산화제 비첨가군을 대조군으로 이용하였다. 산화된 시료들은 DPPH, p-AV, HPLC로 분석되었다.. 열산화 온도에 따른 세사몰의 항산화성 TBHQ, sesamol, α-tocopherol, BHA을 metanol에 녹인 후 1g lard에 1 μmole/g의 농도로 10-mL 시료병에 투입하였다. 용매인 methanol을 질소가스로 제거 후 air-tight 밀봉 후 90℃에서 0, 12, 24, 36, 48시간, 120℃에서 0, 6, 12, 18, 24시간, 150℃에서 0, 2, 4, 6, 8시간, 180℃에서 0, 0.5, 1.0, 1.5, 2.0시간 열처리하였다. 시료는 3배수로 준비하였다. 항산화제 비첨가군을 대조군으로 이 용하였다. 본 연구에 사용된 항산화제의 화학구조는 Fig 2에 나타내었다.. Sesamol. tert-Butylhydroquinone (TBHQ). 40. 2012. .indd 40. 2012-05-04. 11:10:50.

(39) R1=R2=R3=CH3,. α-tocopherol. α. Butylated hydroxyanisole (BHA) Fig 2. Chemical structure of sesamol, TBHQ,α-tocopherol, and BHA.. 2.2 Modified DPPH method 각 항산화제와 DPPH isoocatane용매의 반응성을 확인하기위해 검량선을 작성하였다. 각 항산화 제를 5, 2.5, 1.25, 0.625 μM/g의 농도로 oleic acid에 첨가하여 검량선을 작성하였다. 각 시료들의 DPPH 소거능 측정은 기존의 방법을 다음과 같이 변형하였다. 시료 160 mg을 4 mL isooctane에 녹인 후, 이의 0.5 mL을 1.5 mL DPPH 용액(0.1 mM in isooctane)과 30분 동안 반응 시 킨 후 흡광도를 측정하였다. DPPH 흡광도가 0.2 이하로 측정될 경우 1차 시료용액을 희석하여 유 효 흡광도 범위 안으로 검출되도록 하였다. 측정된 흡광도는 기존의 DPPH 흡광도 변화대시 DPPH loss로 표현되어 다음과 같이 환산되었다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 41. 41. 2012-05-04. 11:10:50.

(40) DPPH loss (μmole× mL/mg/min) =. DPPH loss × DPPH volume Sample weigh × Reaction time. DPPH loss는 DPPH 표준곡선을 이용하였다.. 2.3 HPLC를 이용한 항산화제 함량 분석 각 시료 50 mg을 1 mL 메탄올에 희석하여 항산화제 함량을 HPLC로 분석하였다. 고정상은 C18 Symmetry(3.9×150 mm, 5 ㎛) 칼럼을 이용하였고, 이동상은 acetonitrile (A), 1% acetic acid (B)을 사용하였다. 이동상의 용매 구배는 다음과 같다: 0 ~ 5분: 30 → 95 % B, 5 ~ 9분: 유지, 9 ~ 13분: 초기 상태로 복귀. 파장은 280 nm로 고정되었으며, 유속은 1.5 mL/min 이었다.. 2.4 Headspace oxygen content 시료병에서 100 μL의 헤드스페이스 공기를 취한 후 GC-TCD를 활용하여 산소함량을 분석하였다. 칼럼은 (1.8 m×0.32 cm)로 60/80 Molecular Sieve 13× (Alltech Assoc., Inc. Deerfield, Ill., USA) 가 충진되어 있으며 오븐, injector, 검출기의 온도는 각각 40, 120, 150℃ 였다. 헬륨가스가 이동상 으로 유속은 20 mL/min이었다.. 2.5 Conjugated dienoic acid(CDA)및 conjugated diene hydroperodixes 함량 조사 CDA는 AOCS법에 의해 측정하였다. 시료 100 mg을 25 mL의 이소옥탄에 정용하고 이를 다시 이 소옥탄으로 10배(v/v) 희석 한 후 UV/VIS-spectrophotometer로 233 nm에서 흡광도를 측정하였다. 흡광도는 다음 식에 의해 CDA값으로 환산하였다.. 42. 2012. .indd 42. 2012-05-04. 11:10:50.

(41) CDA value (%) =. K0 : acid의 흡광도계수(0.03), b : cell의 길이(cm),. A233 : 233nm에서의 흡광도 c : L당 시료의 무게(g). 결정된 CDA값을 활용하여 conjugated diene hydroperodixes 함량을 다음과 같은 수식을 활용하 여 값을 도출한다. Y1/2-Y0 1/2=(1/2)kM [RH0] t, 이때 Y는 생성된 conjugated diene hydroperodixes 함 량을, [RH0]는 지방함량을, t는 시간을 의미한다.. 2.6 Statistical analysis 측정된 결과는 SPSS program(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 분산분석한 후 유의적 차이가 있을 경우 다중비교분석법인 Duncan’s multiple range test를 이용하여 p < 0.05 유의수준 에서 비교하였다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 43. 43. 2012-05-04. 11:10:50.

(42) 3. 결과 및 고찰 3.1 항산화제 효율변화 연구 DPPH 흡광도 변화 TBHQ와 sesamol이 첨가된 oleic acid의 산화에 따른 DPPH 흡광도 변화를 (Fig 3)에 나타내었다. 항산화제 무 첨가군은 산화 시간이 0, 10, 30, 60분으로 증가 할수록 흡광도가 각각 0.82, 0.81, 0.75, 0.70으로 감소하였다.. Fig 3. Changes of DPPH absorbance from oxidized oleic acid containing TBHQ and sesamol at 90 °C.. 44. 2012. .indd 44. 2012-05-04. 11:10:50.

(43) 기존 연구결과에 의하면, 항산화제 무 첨가 유지의 DPPH 흡광도 감소는 소위 radical scavenging compounds from oxidized lipids (RSOLs) 물질의 생성에 의한 것으로 검증되었다. 본 연구에서도 DPPH 흡광도 변화 결과로 oleic acid의 열 산화에 의한 RSOLs 생성을 확인 할 수 있었다.. TBHQ, sesamol 첨가군의 DPPH 초기값은 각각 0.36, 0.33으로 무 첨가군 보다 낮은 DPPH 흡광도 를 나타내었다. 이 또한, 기존 연구결과와 동일하게, 자유 라디컬 소거는을 갖는 항산화제인 TBHQ, sesamol에 기인한 것이다. 유지 열 산화 시간이 증가함에 따라 DPPH흡광도는 증가하였으며 이는 각 항산화제 잔존양의 감소에 의한 것이다.. 최근 지방산화 시 세사몰변화과 DPPH흡광도와의 높은 상관관계가 있음을 확인한 연구가 보고되 었다(. ). 본 연구 결과에서 TBHQ 첨가군은 산화 30분 만에 흡광도가 0.36에서 0.82로 증가하였. 고, 세사몰 첨가군은 0.33에서 0.55로 증가하였다. 이는 세사몰 보다 TBHQ의 소진속도가 더욱 빠 름을 시사한다. 항산화제의 효율 결정 시 고려해야 할 사항 중 하나는 항산화제의 안정성이며 특히 열산화시 온도에 따른 안정성이 지방산화 안정성에 지대한 영향을 미칠 수 있다. 이는 각 항산화제 의 activation energy와 밀접한 관계가 있다.. 단위변환 및 각 항산화제의 함량을 이용한 DPPH loss 예측값 계산 DPPH법은 고농도의 항산화제 및 RSOLs이 다량 생산 되었을 때 DPPH와 과도하게 반응하여 흡 광도가 신뢰할 수 없는 수준으로 감소하게 된다. 따라서 기존 DPPH 흡광도를 활용한 표현법은 시 료들 간의 차이를 식별하기 어려운 한계성을 가진다. 이에 이러한 단점을 보완하고자 DPPH법의 결 과 표현방식의 수정이 필요하게 되었다. 기존의 방법은 고정된 DPPH 용액부피에 일정량의 유지 시료를 첨가하는 것이다. 수정된 DPPH 법은 일정량의 유지시료를 첨가 하는 대신, 유지 시료를 미리 isooctane 용매에 적절히 선희석하여 DPPH 용액과 반응시키는 방법이다. 따라서 항산화제나 ROSLs의 농도가 높은 경우에는 유지시료를 희석하여 반응물의 흡광도가 유효 범위인 03-07사이의 흡광도를 나타내도록 하였다. 또한, 각각의 DPPH 용액에 일정양의 유지시료를 칭량하는 횟수를 축소하여 편리성을 향상시켰다. 또한 기존의 DPPH법으로 결정되는 흡광도는 가변적인 것으로 DPPH의 농도와 부피, 시료의 크. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 45. 45. 2012-05-04. 11:10:50.

(44) 기 및 반응시간에 의해서 결정되므로 상대적인 차이를 나타낼 뿐 절대적인 수치로 표현 할 수 없 었다. 이에 본 연구팀은 다음과 같은 DPPH 흡광도에 영향을 미치는 요인들을 고려한 단위(unit)인 DPPH loss를 고안하였다.. DPPH loss는 (Fig 3)에서 표현된 DPPH 흡광도 대신에 (Fig 4)와 같은 DPPH 표준곡선을 이용하여 반응에 참여한 DPPH농도로 환산하여 나타내었다.. DPPH loss = Conversion of DPPH absorbance into DPPH concentration (μM) × sample volume (mL) × 100/ (sample weight (mg) × reaction time (min)). 즉 반응시간 및 반응에 사용된 유지시료, 사용된 용매의 부피 및 희석배수를 모두 고려하였다.. Fig 4. Calibration curve of DPPH in isooctane system.. 46. 2012. .indd 46. 2012-05-04. 11:10:50.

(45) 단위변환 결과를 통해 기존 DPPH 흡광도를 표현했던 (Fig 3)의 결과는 DPPH loss로 표현된 Fig. 5로 나타낼 수 있다.. Fig 5. Changes of DPPH loss from oxidized oleic acid containing TBHQ and sesamol and calculated DPPH loss of TBHQ and sesamol using antioxidant contents analyzed by HPLC.. 대조군인 oleic acid는 산화 시간이 증가 할수록 DPPH loss가 증가하였으며, 이는 앞서 언급한 바 와 같이 RSOLs의 생성에 의한 것으로 생각된다.. 항산화제 첨가군은 초기 항산화제와 DPPH와 반응성이 커서 DPPH loss가 높게 시작되나 산화시 간이 증가하면서 항산화제의 함량이 감소하게 되어 DPPH loss가 감소하였으며, 이 또한 DPPH 흡 광도 결과와 동일하게 항산화제의 소진에 의한 것이다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 47. 47. 2012-05-04. 11:10:50.

(46) 산화에 따른 항산화제 함량변화 유지에 잔존한 항산화제 농도는 HPLC로 분석하였으며 각 항산화제 표준품을 활용하여 (Fig 6)의 표준곡선을 작성 후 정량 분석하였다.. Fig 6. Calibration curves of TBHQ and sesamol using HPLC.. TBHQ, sesamol의 농도에 의한 HPLC peak areas의 면적 변화는 각각 y=1.9036x + 0.2871, y=2.0648x + 0.1272로 서로 유사한 기울기를 나타내었다.. 48. 2012. .indd 48. 2012-05-04. 11:10:50.

(47) 산화 시간에 따른 유지내 잔존 항산화제의 함량변화를 HPLC를 이용하여 측정하여 (Fig 7)에 나 타내었다.. Fig 7. Changes of antioxidant concentration from oxidized oleic acid containing TBHQ or sesamol at 90 °C.. TBHQ와 sesamol은 산화시간이 증가하면서 유지내 함량은 유의적으로 감소하였다. 항산화제의 함량은 산화와 함께 TBHQ가 5.45 μmole/g에서 3.39, 0.24, 0.21 μmole로 감소하였 고, sesamol은 5.48 μmole/g에서 5.11, 3.41, 0.98 μmole/g로 감소하였다. 산화 30분에서의 TBHQ, sesamol의 항산화제 농도는 각각 0.24, 3.41로 상대적으로 TBHQ가 sesamol 보다 빠른 소진 속도 를 보였다. TBHQ에 비해 sesamol은 상대적으로 높은 산화 안정성을 나타내었다. 이는 Figure 3 과 5에서 DPPH 반응성과 일치하는 결과이다. 즉 sesamol함유 유지의 DPPH 흡광도(Fig 3)가 TBHQ 함유 유지보다 더 낮은 흡광도를 보였으며 DPPH loss(Fig 5)인 경우 더 높은 수치를 나타내었다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 49. 49. 2012-05-04. 11:10:50.

(48) 각 항산화제의 함량으로 계산된 TBHQ와 sesamol에 의한 DPPH loss 예측값은 (Fig 5)에 나타내 었다. HPLC분석에 의해 결정된 항산화제의 잔존량에 의한 DPPH loss값은 분광광도계를 활용하여 실측된 값과 유사한 패턴을 보였으나 실제값 보다 더 높은 DPPH loss값을 보였다. 이는 HPLC 및 형 광분광광도계 분석에 의한 오차로 인해 예상된다.. 항산화제 효율 측정 (1) 항산화제 효율 계산공식 기존 연구에 의해 DPPH 흡광도 변화는 항산화제 함량과 밀접한 상과관계가 있음이 증명되었다. 이에 본 연구팀은 항산화제의 변화를 DPPH법을 활용하여 정량하고 이를 항산화제 효율 연구에 적 용하였다. 항산화제 효율 계산에 이용되는 계산식은 DPPH loss 값 및 항산화제 함량을 활용하여 다 음과 같이 정의하였다.. Table 1. Proposing equation of antioxidant effectiveness using DPPH loss concept. Antioxidant effectiveness =. DPPH loss (con, t) - DPPH loss (RSOLs, t) AC0 - ACt. DPPH loss (con, t) DPPH loss (RSOLs, t). control의 DPPH loss (t 시간) DPPH loss from RSOLs (DPPH loss of sample - calculated DPPH loss). AC0. Initial antioxidant concentration at 0 hr. ACt. Antioxidant concentration at t time. 기존의 항산화제 효율 연구는 DPPH(in solvent system), ABTS+·, ORAC 등의 방법으로 수행되 어 왔으나, 이들 방법은 추출방법에 따라 항산화능이 달라지는 한계성이 있었다. 따라서 본 연구는 실제유지에 적용하여 용매에 의한 영향을 최소화하고, 이에 따른 항산화제의 효율을 측정하였다.. 50. 2012. .indd 50. 2012-05-04. 11:10:50.

(49) 그동안 항산화제 효율 산출방법으로 EC50 등이 활용되었으나, 이러한 방법은 활성만 고려하였을 뿐, 소모된 항산화제 양을 고려하지 않았었다. 다시 말해서, 같은 항산화능을 나타내어도 사용된 항 산화제의 양이 적을수록 효율은 높아진다. 따라서 본 연구에서 계산식의 분모는 소모된 항산화제 의 양을 고려하였다.. 새롭게 고안된 항산화제 효율은 “억제된 산화 정도”를 “소모된 항산화제의 양”으로 나눈 값 으로 “억제된 산화 정도”는 “RSOLs 억제도”을 활용하였다. “RSOLs 억제도”는 항산화제에 의해 억제된 RSOLs을 의미한다.. (2) TBQH, sesamol의 항산화 효율 HPLC를 이용한 항산화제 잔존량 변화 (Fig 6), DPPH loss값과 예측값(Fig 7)을 이용하여 계산한 항산화제 효율은 다음과 같다(Table 2).. Table 2. A ntioxidant effectiveness of TBHQ and sesamol with HPLC analysis by calculated DPPH loss.. Time (min). TBHQ (MDPPH x L x 102/MAH/min). Sesamol (MDPPH x L x 102/MAH/min). 30. 0.504 ± 0.042. 0.971 ± 0.241. 60. 1.241 ± 0.014. 1.539 ± 0.073. TBHQ의 30, 60분까지의 항산화 효율은 각각 0.504, 1.241 MDPPH x L x 102/MAH/min이었으며, sesamol은 0.971, 1.539 MDPPH x L x 102/MAH/min이었다. TBHQ와 sesamol 모두 산화시간이 증가할 수록 효율이 증가하였으며, sesamol이 TBHQ보다 높은 항산화 효율을 나타내었다. 이는 sesamol과 TBHQ의 RSOLs 억제 정도는 비슷하나, 항산화제 소모 속도 차이에 의한 것으로 사료된다(sesamol 의 소진속도가 TBHQ에 비하여 느림).. 본 연구팀에 의해 개발된 DPPH법은 유지 산화 안정성 측정 뿐 만 아니라, 항산화제 효율 측정에 도 유용하게 이용될 것으로 사료된다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 51. 51. 2012-05-04. 11:10:50.

(50) 3.2 세사몰의 열산화 온도에 따른 산화안정성 DPPH 흡광도 변화와 항산화 효율 개발된 항산화제 효율측정법의 이론적 배경을 제공하기 위해 항산화제에 의한 DPPH 흡광도 변 화를 이해해야 한다. 항산화제를 포함한 신선한 유지는 산화가 진행되면서 (Fig 8)과 같은 변화를 보인다. 초기 DPPH 흡광도는 첨가되어 있는 항산화제의 함량에 비례한다. 산화가 진행되면서 항산 화제의 안정성이 감소되면서 DPPH 흡광도는 증가하게 된다. 이 구간에서의 흡광도 기울기는 항산 화제의 안정성과 밀접한 관련이 있게된다. 패턴변화점(first pattern change)을 지나게 되면 RSOL 이 발생하게 되며 이 구간의 기울기는 잔존항산화제와 새로이 생성되는 RSOL의 함량에 영향을 받 게된다 (Fig 8).. . Fig 8. R epresentative DPPH absorbance patterns of lipids containing free radical scavenging compounds during oxidation.. 52. 2012. .indd 52. 2012-05-04. 11:10:50.

(51) 항산화제 첨가 유지의 열산화 중 DPPH 흡광도 변화 TBHQ, sesamol, α-tocopherol, BHA함유 유지의 120, 180℃ 열산화 중 DPPH 흡광도 변화는 (Fig 9)에 나타내었다.. (a). Time (hr). (b). Time (hr). Fig 9. Absorbance changes of DPPH with thermally-oxidized lard without FRSs (◆) and with sesamol (△), TBHQ (■), BHA (▲), and α-tocopherol (□) at 180 (a) and 120°C (b).. 열산화 lard는 180℃ 가열에 의해 DPPH 흡광도가 감소하였으며 항산화제 첨가 시료에서는 2시 간 동안 DPPH 흡광도가 지속적으로 증가하였다. 반면에 120℃ 열산화의 경우 6시간 산화시간동안 lard유래 DPPH 흡광도는 0.1 이하로 감소하였다. 반면에 세사몰의 경우 가장 늦은 패턴체이지를 보였으며 TBHQ 및 BHA가 그 뒤를, α-tocopherol이 가장 빠른 DPPH흡광도 변화를 나타내었다. TBHQ는 18시간 시료에서 상대적으로 높은 DPPH흡광도를 나타내었다. 이는 세사몰이 본 연구조건 에 상대적으로 안정하며 TBHQ가 RSOL 생성을 늦추는 능력이 있음을 간접적으로 나타내는 것이다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 53. 53. 2012-05-04. 11:10:51.

(52) CDA 및 conjugated diene hydroperodixes함량 분석 항산화제 첨가 유지의 온도에 따른 CDA 변화는 (Fig 10)에 나타내었다. 항산화제 무첨가 유 지가 산화온도에 관계없이 가장 높은 CDA값을 나타내었다. 온도에 따라 약간의 차이는 있지만 α-tocopherol 함유 유지가 다른 항산화제 함유 유지보다 높은 CDA값을 보였으며 sesamol과 TBHQ 함유 유지의 CDA값이 상대적으로 낮은 값을 보였다.. (a). (b). Time (hr). (c). Time (hr). (d). Time (hr). Time (hr). Fig 10. Changes of CDA values in thermally-oxidized lard (◆) and lard with sesamol (△), TBHQ (■), BHA (▲), or α-tocopherol (□) at 90 (a), 120 (b), 150 (c), and 180°C (d).. 54. 2012. .indd 54. 2012-05-04. 11:10:51.

(53) CDA값을 활용하여 (1/2)kM[RH0] values를 계산하여 Table 3에 나타내었다. (1/2)kM[RH0] values 는 conjugated diene hydroperodixes함량을 측정하는 수식으로 다음과 같은 수식을 활용하여 값 을 도출한다. Y1/2-Y01/2=(1/2)kM[RH0]t, 이때 Y는 생성된 conjugated diene hydroperodixes함량을, [RH0]는 지방함량을, t는 시간을 의미한다. 이 수식을 사용하기 위해서는 몇가지 선행조건이 필요하 다. [RH0]인 지방함량이 매우 커서 변화하는 lipid molecule의 함량이 무시할 만큼 소량이어야 하며 hydroperoxide의 감소는 monomolecular해야 한다. 기존의 CDA법은 발생된 CDA의 함량에 따라 산화안정성의 우선 순위를 판별할 수 있으나 conjugated diene hydroperodixes를 활용하면 정량적인 수치로 conjugated diene hydroperodixes함량이 도출되기에 시료간의 우선순위를 쉽게 도출 가능하다. Table 3. ( 1/2)kM[RH0] values by linear regression analysis from lard containing sesamol, TBHQ, BHA, and α-tocopherol at 90, 120, 150, and 180°C Temperature (℃). Antioxidant 90. 120. 150. 180. Control. 0.140 ± 0.003e. 0.321 ± 0.008c. 0.463 ± 0.004d. 1.776 ± 0.025e. TBHQ. -0.006 ± 0.000a. 0.130 ± 0.002a. 0.255 ± 0.004b. 0.322 ± 0.006a. BHA. 0.037 ± 0.001c. 0.198 ± 0.002b. 0.325 ± 0.003c. 0.462 ± 0.007b. Sesamol. 0.003 ± 0.001b. 0.132 ± 0.002a. 0.233 ± 0.007a. 0.589 ± 0.033c. α-Tocopherol. 0.104 ± 0.001d. 0.329 ± 0.002d. 0.328 ± 0.005c. 1.095 ± 0.048d. 1). Different letters are significant at p < 0.05 in the column of the same temperature.. Table 1의 (1/2)kM[RH0] values에 의하면, 180℃ 열처리에서 TBHQ > BHA > sesamol > α-Tocopherol 순으로 hydroperoxide 생성을 억제하였으며 150℃ 열산화 시료에서는 sesamol > TBHQ > BHA > α-Tocopherol 순으로 항산화능이 우수하였다. 기존의 항산화능 측정 기법으로는 산화생성물의 생성량에 비례하여 항산화능의 순위를 정하였 다. 반면에 이번 연구에 의해 도입된 DPPH 흡광도 측정법은 잔존항산화능의 함량과 생성된 산화생 성물인 RSOL의 함량을 동시에 고려하여 보다 정밀한 항산화제 효능을 측정할 수 있는 기반을 제공 하는 데 본 연구의 의의가 있다.. RSOL 개념을 활용한 가열유지 산화 중 항산화제 활성 측정법 개발 및 천연·합성항산화제의 효율비교. 2012. .indd 55. 55. 2012-05-04. 11:10:51.

(54) 4. 요 약 DPPH흡광도를 활용하여 유지산화 생성물의 변화 및 항산화제 효율측정법을 개발하였다. 기존의 단순한 DPPH 흡광도 변화를 기술하는 방식을 수정하여 반응시간 및 반응에 사용된 유지시료, 사용 된 용매의 부피 및 희석배수를 모두 고려 DPPH loss라는 표현방식을 개발하였다. DPPH loss = Conversion of DPPH absorbance into DPPH concentration (μM) × sample volume (mL) × 100/ (sample weight (mg) × reaction time (min)). 항산화제 효율은 DPPH loss (con, t) - DPPH loss (RSOLs, t)/소모된 항산화제 양으로 정의하 였다. 새롭게 고안된 항산화제 효율은 “억제된 산화 정도”를 “소모된 항산화제의 양”으로 나눈 값으로 “억제된 산화 정도”는 “RSOLs 억제도”을 활용하였다. “RSOLs 억제도”는 항산화제 에 의해 억제된 RSOLs을 의미한다. 본 연구에서 올레산에서 TBHQ의 30, 60분 항산화 효율은 각각 0.504, 1.241 MDPPH x L × 102/MAH/min이었으며, sesamol은 0.971, 1.539 MDPPH × L × 102/MAH/min 로 sesamol의 항산화효율이 TBHQ보다 높았다. 지방산모델시스템이 아닌 일반 유지인 lard의 경우 TBHQ, sesamol, α-tocopherol, BHA 항산화 제를 90-180℃로 가열 산화 시, seamol과 TBHQ의 항산화효율이 가장 높았다. 이를 기존의 CDA 법, conjugated diene hydroperodixes함량과 본 연구에서 개발된 DPPH 흡광도법으로 동시에 확인 이 가능하였다. 본 연구결과 sesamol은 다른 합성항산화제를 대체가능할 만한 90-180℃ 열산화에 대한 안정성과 항산화효율성을 보유함을 확인하였다.. 56. 2012. .indd 56. 2012-05-04. 11:10:51.

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