Optimization of Extraction Conditions for Functional Components from Acai (Euterpe oleracea Mart.) by Response Surface Methodology

반응표면분석에 의한 Acai( Euterpe oleracea Mart.) 기능성분의 추출조건 최적화

홍 주 헌^†

대구가톨릭대학교 식품가공학전공

Optimization of Extraction Conditions for Functional Components from Acai (Euterpe oleracea Mart.) by Response Surface Methodology

Joo-Heon Hong^†

Dept. of Food Science and Technology, Catholic University of Daegu, Gyeongsan 712-702, Korea

Abstract

This study was conducted to monitor the quality characteristics of Acai (Euterpe oleracea Mart.) ethanolic extracts by a response surface methodology. The independent variables in the extraction experiments were ethanol concentration (0～100%), extraction temperature (35～95℃), and ratio of solvent to sample (10～30 mL/g). The coefficients of determinations (R²) were 0.9596 (p<0.01), 0.9356 (p<0.01), and 0.8842 (p<0.05) for total polyphenol, total flavonoid, and electron donating ability, res- pectively. The electron donating ability and nitrite scavenging effect improved with an increase in ethanol concentration as opposed to extraction temperature. Anthocyanin content with extraction conditions was 74.421～291.841 mg/L and the coeffi- cient of determinations (R²) was 0.9792 (p<0.01). ORAC (oxygen radical absorbance capacity) with extraction conditions was 137.73～562.94 μmoles TE/g and increased with an increase in ethanol concentration and a decrease in the ratio of solvent to sample content. Estimated conditions for maximum extraction including yield, total polyphenol, total flavonoid, electron donating ability, anthocyanin content, and ORAC were 28～58% for ethanol concentration, 60～68℃ for extraction tempera- ture, and 10～12 mL/g for ratio of solvent to sample.

Key words : Acai(Euterpe oleracea Mart.), ethanol extract, optimization, RSM.

†Corresponding author : Joo-Heon Hong, Tel : +82-53-850- 3218, Fax : +82-53-850-3218, E-mail : [email protected]

서 론

최근 경제 성장에 따른 소득의 증가로 국민들의 식생활 패턴이 건강과 직결된 자연 식품을 선호하는 추세로 변화되 고 있다. 인체는 산화촉진물질(prooxidant)과 산화억제물질(an- tioxidant)이 균형을 이루고 있으나, 여러 가지 요인들에 의하여 이런 균형상태가 불균형을 이루게 되고, 산화촉진 쪽으로 기 울게 되면 산화적 스트레스(oxidative stress)가 유발되어 잠 재적인 세포손상 및 병리적 질환을 일으키게 된다(Koh et al 2008, Halliwell & Aruoma 1991). 이러한 산화적 스트레스의 직접적인 원인이 되는 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 불안정하고 반응성이 높아 여러 생체 물질과 쉽게 반응하고, 체내 고분자들을 공격하여 세포와 조직에 비가역 적인 손상을 일으키거나, 돌연변이, 세포독성 및 발암 등을 초래하게 된다. 이런 관계로 활성산소를 소거하기 위한 항산 화성 물질은 식품이나 천연물에서 찾고자 하는 노력이 많이 시도되고 있다(Jennings & Barnett 1988, Fridovich I 1989).

아마존 지역에 자라는 열대 과일인 Acai(Euterpe oleraceas Mart.)는 브라질뿐만 아니라 세계적으로 인기를 끌고 있고, 경 제성이 매우 높은 열대과일이다. Acai는 우리 몸에 유익한 단 백질 및 불포화 지방산 함량이 높으며, 비타민 A, C 및 E와 주요 무기질인 Ca, Fe 등 유용한 성분을 다량 함유하고 있으 며(Michael et al 2011), 최근 국내에서 농축액 형태로 고가에 판매되고 있다. Acai는 부패가 잘 일어나 보존 기간이 짧으

며, anthocyanin 색소가 불안정하여 가공이나 저장이 어려운

관계로 냉동펄프 형태로 일년에 1,000톤 가량이 아이스크림, 사탕, 주스 등에 사용되고 있다. Acai는 높은 에너지원으로 영양가가 풍부할 뿐만 아니라 gallic acid, procyanidin, ferulic acid, catechin 등과 같은 polyphenol과 antocyanin이 함유되어 있으며, 높은 항산화능을 가지는 것으로 알려져 있다(Schauss et al 2006). Rocha et al(2007)은 Acai 에탄올 추출물이 rat에 서 혈관이완 효과를 나타내어 심혈관질환에 완화시켜 준다 고 보고 하였으며, Maria et al(2006)은 acai 에탄올 추출물이 iNOS 활성 감소로 NO 생산성이 저해되어 항염증 활성을 나 타낸다고 보고하였다. Acai를 식품소재로 사용하기 위한 연 구로는 저장과 운송의 효율을 증대시키고자 Renata et al(2008)

은 Acai 냉동 펄프의 저장 안정성을 향상시키기 위해 분무건 조 공정을 적용하여 분말화에 대해 연구하였으며, Lisbeth et al(2007)은 HCl, citric acid 및 ascorbic acid 혼합 비율에 따른 Acai의 색소 안정화에 대해 연구하였다.

반응표면분석은 복수개의 독립변수들이 복합적인 작용을 하여 한 개 또는 여러 개의 종속변수들에 영향을 줄 때 그 작 용의 관계를 통계적으로 분석하는 방법으로, 최근에는 제품개 발, 공정개발, 품질관리 등의 분야에서 널리 활용되고 있다.

Kim et al(2005)은 반응표면분석을 이용하여 용매비, 에탄올농 도, 추출온도에 따른 홍월적 양배추의 추출조건을 최적화 하 였고, Kim et al(2008)은 시료에 대한 용매비, 추출온도와 추출 시간에 따른 무화과의 추출조건 최적화를 보고하였다. Pom- peu et al(2009)는 반응표면분석법을 이용하여 acai로부터 phe- nolic 항산화 성분의 추출조건을 최적화 하였다.

따라서 본 연구에서는 Acai를 다양한 기능성 식품소재로 활용하기 위한 기초자료로서 유용성분의 최적 추출조건을 설정하고자 하였으며, 이를 위해서 시료에 대한 용매비, 에 탄올 농도 및 추출온도에 따른 기능성분의 추출특성을 반응 표면분석으로 모니터링 하였다.

재료 및 방법

1. 실험 재료

Acai(Euterpe oleraceas Mart.)는 서울소재 올인원인터내셔 널(주)에서 제공받아 본 실험에 사용하였으며, 냉동된 푸레 상 태의 시료는 동결건조기(FreeZone 2.5, Labconco Co., USA)로 건조한 다음 －70℃ 이하의 암소에 보관하면서 추출용 시료 로 사용하였다.

2. 실험 방법

1) 추출조건 최적화를 위한 실험계획

본 실험에서는 추출물의 기능적 특성을 최대로 하는 최적 추출조건을 설정하기 위해 반응표면분석법(RSM : response sur- face methodology)(Gontard et al 1992)을 사용하였다. 추출 조건에 대한 실험계획은 중심합성계획(central composite design) (Lee et al 2000)을 사용하였으며, 반응표면분석을 위해 SAS (statistical analysis system)를 사용하였다. 실험계획은 Table 1 과 같이 추출공정에서 중요한 변수로 고려되는 인자 즉, 시료에 대한 에탄올 농도(0～100%, X1), 추출온도(35～95℃, X2), 용매 비(10～30 mL/g, X3)를 －2, －1, 0, 1, 2～35단계로 부호화하 여 중심합성계획에 따라 Table 2와 같이 16구간으로 설정하여 추출실험을 실시하였으며, 냉각수 순환장치(CA-1112, Eyela Co, Japan)를 사용하여 환류추출하고 에탄올 증발을 최소화하 였다. 이들 요인변수에 의해 영향을 받는 종속변수(Yn) 즉, 수

율(Y1), 총 폴리페놀함량(Y2), 총 플라보노이드함량(Y3), 전자 공여능(Y4), 아질산염소거능(Y5), anthocyanin 함량(Y6) 및 ORAC (oxygen radical absorbance capacity)(Y7)으로 하였으며, 이들은 3회 반복 측정하여 그 평균값을 회귀분석에 사용하였다.

2) 수율 측정

수율은 추출액을 회전 감압 증발기(Rotavapor R-123, Buchi, Swizerland)로 감압 농축한 후 건조오븐(Forced convection oven,

Table 1. Level in extraction conditions for Acai based on central composite design

Extraction conditions

Level

－2 －1 0 1 2

Ethanol concentration(%) 0 25 50 75 100 Extraction temperature(℃) 35 50 65 80 95 Ratio of solvent to sample

content(mL/g) 10 15 20 25 30

Table 2. Central composite design for optimization of extraction condition for Acai

Experi- mental number¹⁾

Ethanol concentration

(%)

Extraction temperature

(℃)

Ratio of solvent to sample content

(mL/g)

1 25(－1) 50(－1) 15(－1)

2 25(－1) 80(1) 15(－1)

3 75(1) 50(－1) 15(－1)

4 75(1) 80(1) 15(－1)

5 25(－1) 50(－1) 25(1)

6 25(－1) 80(1) 25(1)

7 75(1) 50(－1) 25(1)

8 75(1) 80(1) 25(1)

9 50(0) 65(0) 20(0)

10 50(0) 65(0) 20(0)

11 50(0) 65(0) 10(－2)

12 50(0) 65(0) 30(2)

13 0(－2) 65(0) 20(0)

14 100(2) 65(0) 20(0)

15 50(0) 35(－2) 20(0)

16 50(0) 95(2) 20(0)

1) The number of experimental condition by central composite de- sign.

Jeico Tech, Korea)을 이용하여 105℃ 상압가열건조법(AOAC 1990)으로 항량이 될 때까지 건조한 후 추출액 조제에 사용 한 원료 건물량에 대한 고형분 수율(%, d.b.)로 나타내었다.

3) 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드함량 측정 총 폴리페놀함량은 Folin-Denis(Singleton & Rossi 1965)법 에 따라 추출조건에 따른 추출액 0.5 mL에 2 N Folin-ciocal- teau reagent 0.1 mL를 첨가하고 충분히 혼합한 다음 8.4 mL 의 멸균 증류수를 가하여 실온에서 3분간 반응시킨 후 20%

Na2CO3 1 mL를 첨가하고 실온에서 1시간 반응시킨 다음 분광 광도계(Ultraspec 2100pro, Amersham Co., Sweden)를 이용하 여 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 총 폴리페놀함량 은 tannic acid(Sigma Co., USA)를 정량하여 작성한 표준곡 선으로부터 계산하였다.

총 플라보노이드함량 측정은 Davis WB(1947)방법에 따라 추출액 100 uL에 1 mL diethyl glycol을 혼합하여 실온에서 5분간 반응 시킨 후 1 N NaOH 100 uL와 혼합하여 37℃에서 30분간 반응 시킨 후 420 nm에서 분광광도계(Ultraspec 2100 pro, Amersham Co., Sweden)로 흡광도를 측정하였다. 총 플 라보노이드함량은 quercetin(Sigma Co., USA)을 정량하여 작 성한 표준곡선으로부터 계산하였다.

4) 전자공여능 측정

항산화능을 측정하기 위한 전자공여능은 DPPH(1,1 diphenyl- 2-picrylhydrazyl)의 환원력을 이용하여 측정하였다(Lee et al 2008). 즉, 추출물 1 mL에 4×10^－4 M DPPH 용액(99.9% ethyl alcohol에 용해) 1 mL를 가하여 총액의 부피가 2 mL가 되도 록 하였다. 이 반응액을 약 10초간 혼합하고 실온에 30분간 방 치한 후 분광광도계(Ultraspec 2100pro, Amersham Co., Swe- den)를 사용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 전자공 여효과는 추출물의 첨가 전․후의 차이를 백분율로 나타내 었다.

EDA(%)=







A : 추출물 첨가구의 흡광도

B : 추출물 무첨가구의 흡광도

5) 아질산염 소거작용 측정

아질산염 소거 효과(nitrite-scavenging effect)는 Gray & Du- gan(1975)의 방법으로 측정하였다. 즉, 1 mM 아질산나트륨 용액 1 mL에 각각의 추출물을 2 mL 가하고 여기에 0.1 N 염 산(pH 1.2) 및 0.2 N 구연산 완충용액(pH 3.0, 4.2)을 7 mL 가하여 반응용액의 pH를 각각 1.2, 3.0 및 4.2로 달리하여 반 응용액의 부피를 10 mL로 하였다. 이를 37℃에서 1시간 동

안 반응시킨 다음 반응액을 1 mL씩 취하고, 여기에 2% 초산 5 mL, Griess 시약(acetic acid에 1% sulfanylic acid와 1% na- phthylamine을 1:1 비율로 혼합한 것으로 사용 직전에 제조) 0.4 mL를 가하여 잘 혼합시켜 15분간 실온에서 방치시킨 후 분광 광도계(Ultraspec 2100pro, Amersham Co., Sweden)를 사용하여 520 nm에서 흡광도를 측정하여 잔존하는 아질산 염량을 구하였다. 그리고 대조구는 Griess 시약 대신 증류수 0.4 mL를 가하여 상기와 동일하게 행하였다. 아질산염 소거 능은 pH 1.2에서 추출액 첨가 전․후의 아질산염 백분율(%) 로 표기하였다.

N(%)=







N : 아질산염 소거율

A : 1 mM NaNO2 용액에 시료를 첨가하여 1시간 반응시 킨 후의 흡광도

B : 1 mM NaNO2용액에 시료대신 증류수를 첨가하여 1시 간 반응시킨 후의 흡광도

C : 시료 추출물 자체의 흡광도

6) Anthocyanin 함량 측정

추출조건에 따른 Acai에 함유된 anthocyanin 함량은 Turker &

Erdogdu(2006)의 방법으로 분석하였다. 추출물 1 mL에 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0) 1 mL와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5) 1 mL를 각각 혼합하여 반응액의 흡광 도 값을 510 nm와 700 nm에서 측정하였다. 총 anthocyanin 함 량(mg/L)은 cyanidin-3-glucoside의 몰흡광계수(ε=26,900 M^－1 cm^－1)를 이용하여 아래의 식에 의해 산출하였다.

Anthocyanin 함량(mg/L)=  ×

×× 

A(absorbance)=(A510－A700nm)pH1.0－(A510－A700nm)pH4.5

MW(Molecular weight of cyanidin-3-glucoside)=449.2 ε=26,900 M^－1cm^－1

V=추출물의 부피

7) ORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity) 측정 추출조건별 Acai 추출물의 항산화 활성은 Talcott & Lee (2002)가 항산화 활성 측정에 사용한 ORAC(oxygen radical absorbance capacity) 분석법을 이용하였다. ORAC 측정방법은 radical chain reaction의 가장 핵심적인 단계인 수소전자 전달 과 연관하여 AAPH(2,2’-azobis-2-methyl-propanimidamide, di- hydrochloride)에 의해 생성된 자유라디칼에 대한 항산화 물질 의 소거 능력, 즉 radical chain breaking antioxidant capacity 를 측정함으로써 식품내에 존재하는 hydrophobic 성분과 hy- drophilic 성분 모두에 반응하기 때문에 응용범위가 넓은 장점을

가지고 있다(Prior et al 2003, Kim & Kim 2007). 본 실험에 서 검액 및 표준액의 농도별 희석과 실험용 시료의 제조에는 중 성 phosphate buffer(61.6:38.9 v/v, 0.75 M K²HPO4 and 0.75 M NaH2PO4)를 사용하였다. 검량 곡선을 작성하기 위하여 항 산화 활성 비교 표준액으로 Trolox(Water soluble analogue of vitamin E, 6-hydroxy- 2,5,7,8-tetramethlychroman-2-carboxylic acid, Aldrich Chem, Inc., USA)를 인산완충액을 가해 각각 0.0, 1.65, 3.125, 6.25, 12.5, 25.0, 50.0 μM 농도로 희석하고, fluorescent stock(Sigma C., USA) 10 μL를 phosphate buffer 50 mL에 용해하여 제조하였고, 측정기기는 fluorescent micro- plate reader(Infinite M200 PRO, Tecan Co., Austria)를 사용 하여 485 nm에서 전자가 여기(excitation)되고 538 nm에서 방출(emission)되게 조절하여 본 실험에 적용되었다.

8) 최적 추출조건 예측

조건별 추출물의 최적 추출조건 예측은 품질특성에 대한 contour map superimposing 했을 때 중복되는 부분의 범위에

Table 3. Experimental data on yield, total polyphenol, total flavonoid, electron donating ability, nitrite-scavenging ability, anthocyanin content and ORAC(oxygen radical absorbance capacity) of Acai by central composite design for response surface analysis

Exp.

number¹⁾ Yield

(%)

Total polyphenol

(μg/mL)

Total flavonoid (μg/mL)

Electron donating ability (%)

Nitrite-scavenging ability (%)

Anthocyanin content (mg/L)

ORAC (μmoles

TE/g) pH 1.2 pH 3.0 pH 4.2

1 2.84 3,380.68 748.39 85.805 88.744 74.858 39.598 197.77 480.61

2 2.35 3,482.69 732.26 83.935 89.886 71.947 32.707 154.91 420.17

3 1.80 2,974.78 812.90 81.25 79.346 73.292 35.612 227.55 490.18

4 1.34 4,890.01 853.23 92.892 86.804 70.298 32.582 256.94 530.18

5 1.76 2,183.12 654.30 70.445 87.184 68.163 39.567 125.297 418.28

6 1.46 2,435.99 643.55 72.953 86.575 68.066 24.894 94.46 329.14

7 1.43 2,177.37 673.12 69.41 84.292 70.796 34.499 135.094 435.52

8 1.18 2,399.35 622.04 70.841 92.511 67.775 37.611 127.635 400.75

9 1.74 3,002.08 621.61 79.908 83.76 73.208 35.921 168.39 465.91

10 1.67 2,890.01 654.30 79.996 84.178 74.858 37.095 166.655 459.14

11 2.53 5,087.57 885.48 93.992 83.95 77.193 44.203 291.841 562.94

12 1.32 2,053.81 592.47 69.96 89.619 61.947 34.499 114.554 373.89

13 1.22 1,793.75 581.72 60.519 88.326 60.311 29.215 74.421 257.91

14 0.89 1,464.01 713.44 44.608 97.413 52.658 13.888 116.224 137.73

15 1.50 3,187.40 710.75 82.813 84.918 69.036 39.289 205.007 483.39

16 1.31 4,069.61 826.34 89.195 88.881 62.968 26.187 149.455 351.38

1) The number of experimental condition by central composite design.

서 최적 추출조건 범위를 설정하였다. 또한 예측된 범위에서 임의의 중심점을 최적조건으로 예측하고, 각 회귀식에 대입 하여 예측 값을 설정하였다.

결과 및 고찰

1. 수율의 변화

중심합성계획에 의해 각 요인변수에 따른 반응변수들 즉, 수율(Y1), 총 폴리페놀함량(Y2), 총 플라보노이드함량(Y3), 전 자공여능(Y4), 아질산염소거능(Y5), anthocyanin 함량(Y6) 및 ORAC(oxygen radical absorbance capacity)(Y7)에 대한 회귀 식과 반응표면분석에 의해 최적추출조건을 예측하였다. 이들 회귀식에서 요인변수들 중 영향이 가장 적은 것으로 나타난 추출온도를 64℃로 고정하여 반응표면을 나타내었다.

추출조건에 따른 수율의 결과는 Table 3에 나타내었으며, 각 각의 결과를 이용한 반응표면 회귀식은 Table 4에 나타내었 다. 수율에 대한 회귀식의 R²는 0.8629이고, 5% 이내의 유의

Table 4. Polynomial equations calculated by RSM program for extraction conditions of Acai

Response Second order polynomials R² Significance

Yield

YY=5.198403－0.012775X¹+0.021014X2－0.265542X³－0.000260X¹² +0.00003X1X2－0.000339X22

+0.001430X1X3+0.000683X2X3

+0.002200X32

0.8629 0.0475

Total polyphenol

YTP=6609.631389+35.694525X1－59.134597X2－175.573375X3

－0.526866X¹²+0.594110X1X2+0.758289X22－1.043810X¹X3

－2.570650X2X3+6.246450X32

0.9596 0.0016

Total flavonoid

YTF=1493.967292+4.144492X1－15.457708X²－35.926958X³ +0.003850X12+0.005377X1X2+0.145100X22－0.188170X¹X3

－0.143383X2X3+1.010200X32

0.9356 0.0050

Electron donating ability

YEDA=107.737924+0.900678X1－0.776682X²－1.153954X³

－0.010955X12

+0.004145X1X2+0.006724X22－0.007549X1X3

－0.009722X²X3+0.020240X32

0.9384 0.0053

Nitrite- scavenging ability

pH 1.2

YpH1.2=135.408049－0.972775X1－0.542128X2－1.581150X3

+0.003560X12+0.005048X1X2+0.003256X22+0.015524X1X3

－0.001650X²X3+0.028155X32

0.7811 0.1518

pH 3.0

YpH3.0=30.607521+0.615504X1+1.029088X2+0.629338X3－0.007019X12

－0.001002X¹X2－0.008923X²²+0.005557X1X3+0.004645X2X3

－0.044630X32

0.8405 0.0712

pH 4.2

YpH4.2=70.068715－0.173727X¹+0.039764X2－1.839233X³

－0.005983X12

+0.007215X1X2－0.004189X22

+0.011760X1X3

－0.002733X²X3+0.028430X32

0.8343 0.0772

Anthocyanin content

YAC=435.763785+3.238790X1－2.847231X2－16.004342X3

－0.028880X¹²+0.031876X1X2+0.010787X22－0.088838X¹X3

－0.041377X2X3+0.356750X32

0.9792 0.0022

ORAC

YORAC=241.531319+7.768758X1+5.687514X2+1.445375X3

－0.105882X¹²+0.051603X1X2－0.050156X²²－0.030730X¹X3

－0.172450X²X3+0.058900X32

0.8554 0.0545

X1 : ethanol concentration(%), X2 : extraction temperature(℃), X3 : ratio of solvent to sample content(mL/g).

수준에서 유의성이 인정되었다. 16개 구간에서의 추출조건 에 따른, 수율의 최대값은 2.84%이었고, 각각의 추출조건에 따른 수율에 대한 반응표면 결과는 Fig. 1에 나타내었다. 즉, 시료에 대한 용매비보다는 에탄올 농도에 많은 영향을 받는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Park et al(1998)의 산국 에 탄올 추출물의 가용성 고형분 함량이 시료에 대한 용매비와 추출시간의 영향보다는 에탄올 농도에 의해 영향을 많이 받 고 있다는 보고와 같은 경향을 나타내었다.

2. 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드함량의 변화 항산화작용을 가지는 폴리페놀류에는 caffeic acid, chloro- genic acid, ferulic acid, p-coumalic acid, syringic acid 및 va- nilic acid 등이 있으며, phenolic hydroxyl 그룹 때문에 단백 질 또는 효소단백질, 기타 거대분자들과 결합하는 성질이 있다

(Kim et al 2001). Acai에 함유되어 있는 flavonoid의 일종인 anthocyanin은 anthocyanidin과 당의 결합체로서 구성되어지는 데, glucose, galactose, xylose, arabinose, rhamnose 등이 결합하 여 monoglucoside, diglucoside 등으로 구성되어 있으며, 당고리 에 방향족 혹은 비방향족 유기산(p-coumaric, caffeic, ferulic, sinapic 등)이 결합되어 존재한다(Michael et al 2011). 중심합 성계획에 의한 Acai 추출조건별 총 폴리페놀함량은 Table 3에 서와 같이 1,464.01～5,087.57 μg/mL의 범위였으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 0.9596으로 1%이내의 유의수 준에서 인정되었다(Table 4). 각각의 추출조건에 따른 총 폴 리페놀함량에 대한 반응표면 결과는 Fig. 1에 나타내었다. 즉, 추출온도보다는 시료에 대한 용매비와 에탄올 농도에 많은 영 향을 받음을 알 수 있었다. Park et al(2009)은 메밀 새싹 에 탄올 추출조건 연구에서 총 폴리페놀함량은 추출온도에 비

Fig. 1. Response surface for the effects of extraction conditions on yield, total polyphenol, total flavonoid, electron do- nating ability, nitrite sacvenging activity(pH 1.2, 3.0, 4.2), anthocyanin content, and ORAC of Acai(Euterpe oleracea Mart.) by ethanolic extraction.

하여 에탄올 농도가 더 큰 영향을 준다는 보고와 유사한 경 향을 나타내었다.

추출조건별 총 플라보노이드 함량은 Table 3에서와 같이 581.72～853.23 μg/mL의 범위였으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 0.9356로 1%이내의 유의수준에서 인정되었 다(Table 4). 시료에 대한 용매비가 낮을수록 에탄올농도가 높을수록 함량이 증가되었으며(Fig. 1), Acai 에탄올 추출물 의 추출조건에 대한 영향은 에탄올 농도와 추출온도보다는

용매비에 크게 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 5).

3. 전자공여능의 변화

전자공여능은 활성 라디칼에 전자를 공여하고 식품 중의 지방질 산화를 억제하는 목적으로 사용되며, 인체 내에서는 활성 라디칼에 의한 노화를 억제시키는 작용으로 이용되고 있다(Koh et al 2008). 라디칼 소거작용은 인체의 질병과 노 화를 방지하는데 대단히 중요한 역할을 한다. 따라서 전자공

Table 5. Regression analysis for regression model of physiochemical properties in extraction condition of Acai

Extract condition

F-ratio

Yield Total polyphenol

Total flavonoid

Electron donating ability

Nitrite-scavenging ability Antho- cyanin content

ORAC pH 1.2 pH 3.0 pH 4.2

Ethanol concen-

tration 3.62^* 5.21^** 3.12^* 8.44^** 3.77^* 5.04^** 3.93^* 15.59^*** 4.48^* Extraction tempe-

rature 0.90 5.25^** 3.74^* 1.05 1.95 1.45 2.45 4.02^* 1.03

Ratio of solvent to

sample content 4.91^** 21.15^*** 17.77^*** 7.57^** 1.49 2.41 0.68 45.72^*** 2.05

* Significant at 10% level, ^** Significant at 5% level, ^*** Significant at 1% level.

여능 측정은 DPPH 라디칼 소거법으로 측정하며, DPPH법은 tocopherol, ascorbate, flavonoid 화합물, 방향족 아민류, Maillard 형 갈변 생성물질, peptide 등의 항산화 활성을 나타내는 생 리활성 물질히 중요한 환원됨으로써 짙은 자색이 발색되는 정도에 따라 항산화 효과를 수소공여능으로 측정하는 방법 으로 알려져 있다(Blois MS 1958).

Acai 에탄올 추출조건에 따른 전자공여능은 Table 3에 나 타내었으며, 전자공여능 변화에 대한 반응표면은 Fig. 1에 나 타내었다. 추출조건에 있어 시료에 대한 용매비, 에탄올 농도, 추출온도에 따른 전자공여능의 변화에 대한 반응표면 회귀 식은 Table 4와 같으며, 전자공여능에 대한 회귀식의 R²는 0.9384 로 1% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. Acai 추 출물의 추출조건에 대한 영향은 에탄올 농도에 크게 영향을 받고 있는 것으로 나타났다(Table 5). 이러한 결과는 Yoon et al(2003)의 복분자 추출조건에서 전자공여능이 에탄올 농도 에 의해 크게 영향을 받고 있다는 보고와 같은 경향을 나타 내었으며, 최대값을 나타내는 에탄올 농도가 30～40%로 유 사한 경향이었다.

4. 아질산염 소거능의 변화

아질산염은 니트로사민의 전구체인 nitrous anhydride(N2O3) 와 같은 활성 니트로소화 물질을 생성하고, 이 nitrous anhydride 가 2차 아민과 결합하여 발암물질인 N-nitrosamine을 생성하 는 것으로 알려져 있다(Davies et al 1980). Kang et al(1996) 은 방향족 화합물인 polyphenol 화합물이 아질산염을 효과적으 로 분해하여 발암성 nitrosamine의 생성을 억제한다고 보고하 였다. 이들은 니트로사민 생성의 기질인 아민과 경쟁적으로 작용하며, 생성억제 정도는 상호간의 농도 및 pH에 의해 영 향을 받는다. 최근에는 니트로사민 생성억제 인자의 함량이 높은 천연추출물에서 아질산염 소거능에 대한 연구가 이루 어지고 있다.

추출조건에 따른 아질산염 소거능은 Table 3에 나타내었다.

pH가 낮을수록 아질산염 소거능이 증가하였으며, 시료에 대 한 용매비와 추출온도의 영향은 뚜렷하게 나타나지 않았으 나, 에탄올 농도가 증가할수록 아질산염 소거능은 낮아짐을 알 수 있었다. pH에 따른 아질산염 소거능에 대한 추출물의 회 귀식을 Table 4에 나타내었다. 아질산염 소거능에 대한 회귀 식의 R²는 pH 1.2, 3.0 및 4.2가 각각 0.7811, 0.8405 및 0.8343 이고, pH 1.2를 제외하고 10% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. pH 3.0 및 4.2 조건에서의 아질산염 소거능은 시료에 대한 용매비가 낮고, 에탄올 농도가 40～60% 구간에 서 증가함을 확인하였다(Fig. 1). Table 5에서 보는 바와 같이 아질산염 소거능에 대한 pH 조건별 추출조건의 영향은 에탄 올 농도가 가장 영향이 큰 것으로 나타났다. Noh et al(2002) 은 미나리과 산채 추출물의 아질산염 소거능이 pH가 낮을수 록 높다고 보고하였고, Lee et al(2000)은 차류, 약용 식물류, 해조류, 채소류 및 과실류의 아질산염 분해작용이 pH 1.2에 서 가장 크다고 보고한 바 있으며, 그 외 많은 연구에서도 낮 은 pH에서의 아질산염 소거능이 우수함을 알 수 있었다. 아 질산염과 아민류가 반응하여 결합된 발암성 니트로사민은 강산성 조건 특히 인체나 동물 위내의 pH 조건에서 용이하 게 생성되므로 Acai 에탄올 추출물이 강산성 조건하에서 아 질산염 분해능이 크다는 사실은 위내에서 니트로사민의 생 성억제에 기여하리라 생각된다.

5. Anthocyanin 함량의 변화

Acai에는 anthocyanin이 다량 함유되어 있는데, 주요 antho- cyanin으로 cyanidin-3-glucoside와 cyanidin-3-rutinoside로 구 성되어 있으며, 강력한 항산화 활성, 항염증, 심장질환 개선 및 항암 등 다양한 생리활성에 대한 기작이 보고되고 있다(Schauss et al 2006). Acai 에탄올 추출조건별 anthocyanin 함량은 Ta- ble 3에서와 같이 74.421～291.841 mg/L의 범위였으며, 결과

에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 0.9792로 1%이내의 유의수 준에서 인정되었다(Table 4). Del Pozo et al(2004)은 Acai 함 유 anthocyanin 색소 안정성 및 항산화 활성 연구에서 Acai 에탄올 추출물에 anthocyanin이 277.4 mg/L가 함유되어 있다 고 보고하였는데, 본 연구와 유사하였다. 각각의 추출조건에 따른 anthocyanin 함량에 대한 반응표면 결과는 Fig. 1에 나타 내었는데, 추출온도와 시료에 대한 용매비보다는 에탄올 농 도에 많은 영향을 받음을 알 수 있었다. Pompeu et al(2009) 은 반응표면분석법을 이용한 Acai에 함유된 phenolic 성분의 용매추출조건 최적화에서 추출온도보다는 에탄올 농도에 많 은 영향을 받으며, 에탄올 농도가 증가할수록 anthocyanin 함 량은 증가한다는 보고와 유사한 경향을 나타내었다.

6. ORAC(Oxygen Radical Absorbance Capacity) 변화 ORAC은 식물성 소재의 추출물, 순수 정제물 및 복합물에 대한 항산화능을 평가하기 위해 폭넓게 활용되고 있는 방법 이다(Alarcon et al 2008). Acai 에탄올 추출조건별 ORAC은 Table 3에서와 같이 137.73～562.94 μmoles TE/g의 범위였 으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 0.8554로 10% 이 내의 유의수준에서 인정되었다(Table 4). 시료에 대한 용매비 가 낮을수록, 에탄올농도가 높을수록 함량이 증가되었으며(Fig.

1), Acai 추출물의 추출조건에 대한 영향은 추출온도 및 시 료에 대한 용매비보다는 에탄올 농도에 크게 영향을 받는 것으 로 나타났다(Table 5). Shelly et al(2010)은 Acai에 대한 항산 화 특성 연구에서 60% 메탄올을 사용하여 추출한 Acai 동결 건조 분말에 대한 ORAC값은 2,589 μmoles TE/g으로 다른 베리류와 비교시 항산화 활성이 우수하다고 보고하였다.

7. 최적 추출조건의 예측

Acai의 추출조건을 최적화하기 위하여 추출물의 특성인 추 출물의 수율, 총 폴리페놀함량, 총 플라보노이드함량, 전자공 여능, anthocyanin 함량 및 ORAC에 대해 contour map을 su- perimposing하여 최적 추출조건 범위를 예측하였다. Fig. 2에 서와 같이 추출물의 품질특성(반응변수, Y1～Y6)을 대상으로 하였을 경우 반응표면이 중복된 부분에 대한 최적추출조건의 범위는 에탄올 농도 28～58%, 추출온도 60～68℃, 시료에 대

Table 6. Optimization of ethanol extraction condition for response variables by superimposing contour maps

Extraction conditions Optimum ranges

Ethanol concentration(%) 28～58

Extraction temperature(℃) 60～68

Ratio of solvent to sample content(mL/g) 10～12

Fig. 2. Superimposing contour map of optimized conditions for the yield, total polyphenol, total flavonoid, electron do- nating ability, anthocyanin content, and ORAC of Acai(Eu- terpe oleracea Mart.) as functions of extraction concentra- tion, solvent ratio and extraction temperature(64℃) by etha- nolic extraction.

한 용매비가 10～12 mL/g이었다.

요 약

본 실험은 반응표면분석법을 이용하여 추출조건에 따른 Acai 에탄올 추출물의 이화학적 특성을 모니터링하였다. 추 출조건에 따른 수율의 최대값은 2.84%이었고, 중심합성계획 에 의한 Acai 추출조건별 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 각각 0.9596와 0.9356 로 1% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 전자공여 능에 대한 회귀식의 R²는 0.8842로 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었으며, 추출온도보다는 에탄올 농도에 크 게 영향을 받고 있는 것으로 나타났다. 아질산염 소거능에 대 한 pH 조건별 추출조건의 영향은 에탄올 농도가 가장 영향이 큰 것으로 나타났다. 추출조건별 anthocyanin 함량은 74.421～

291.841 mg/L의 범위였으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식의 R²는 0.9792로 1% 이내의 유의수준에서 인정되었고, 추출온 도와 시료에 대한 용매비보다는 에탄올 농도에 많은 영향을 받음을 알 수 있었다. ORAC은 137.73～562.94 μmoles TE/g 의 범위였으며, 시료에 대한 용매비가 낮을수록, 에탄올농도

가 높을수록 함량이 증가하였다. Acai의 추출조건을 최적화 하기 위하여 추출물의 특성인 추출물의 수율, 총폴리페놀 함 량, 총 플라보노이드 함량, 전자공여능, anthocyanin 함량 및 ORAC에 대해 contour map을 superimposing하여 얻은 최적 추출조건의 범위는 에탄올 농도 28～58%, 추출온도 60～6 8℃, 시료에 대한 용매비가 10～12 mL/g이었다.

감사의 글

본 연구는 2011학년도 대구가톨릭대학교 연구비 지원에 의하여 수행된 결과이며, 이에 감사드립니다.

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