코끼리 흑마늘과 일반 흑마늘의 항산화 활성 비교 김 담

코끼리 흑마늘과 일반 흑마늘의 항산화 활성 비교

김 담․김경희․육홍선 충남대학교 식품영양학과

Comparison of Antioxidant Activity between Black Elephant Garlic (Allium ampeloprasum) and Black Normal Garlic (Allium sativum L.)

Dam Kim, Kyoung-Hee Kim, and Hong-Sun Yook Department of Food and Nutrition, Chungnam National University

ABSTRACT This study investigated the antioxidant activities of a 50% ethanol extract from fresh elephant garlic (FEG, Allium ampeloprasum), black elephant garlic (BEG), fresh normal garlic (FNG, Allium sativum L.), and black normal garlic (BNG). The extraction yields of FEG, BEG, FNG and BNG were 26.82, 57.43, 29.00, and 39.39%, respectively. The total polyphenol and flavonoids contents were the highest in BEG. The antioxidant activities of BEG were higher than those of FEG, BNG and FNG. The DPPH radical scavenging activity of BEG was as much as 30 times higher than that of FEG, and the ABTS radical scavenging activity of BEG was 11 times higher than that of FEG. The FRAP value of BEG was 22 times higher than that of FEG, and the reducing power of BEG was 37 times higher than that of FEG. These results suggest that the elephant black garlic was appropriate as a good health food in terms of antioxidant activities.

Key words: Allium ampeloprasum, Allium sativum L., black garlic, antioxidant

Received 23 August 2019; Accepted 12 November 2019 Corresponding author: Hong-Sun Yook, Department of Food and Nutrition, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea E-mail: [email protected], Phone: +82-42-821-6840

Author information: Dam Kim (Graduate student), Kyoung-Hee Kim (Researcher), Hong-Sun Yook (Professor)

서 론

마늘은 우리나라를 비롯한 중국, 인도, 미국 및 남부유럽 등지에서 광범위하게 재배되고 있는 향신료로 황 화합물, 비 타민 B₁ 및 B₂, 무기질 등이 많이 함유되어 있으며, 특히 인, 칼륨, 게르마늄이 풍부하다고 보고되어 있다(Kwon 등, 2006).

마늘에는 allicin(diallyl thiosulfinate), methyl allyl, 1-pro- penyl allyl, dimethyl thiosulfinate 등의 thiosulfinates 화 합물이 있어(Lee 등, 2007a) 항암, 항균, 노화 방지 및 항산 화, 항혈전성, 혈압강하 작용, 콜레스테롤 저하 등이 있는 것으로 알려져 있다(Beak 등, 2006). 한편, 마늘은 특유의 자극성을 가지기 때문에 생마늘로 섭취할 경우 위장에 자극 을 줘 위장계에 이상을 초래할 수 있어 익힌 형태로 섭취하 거나 발효 또는 숙성시켜 섭취하는 것에 대한 연구가 많이 진행돼 있다. 흑마늘은 마늘을 고온에서 일정 시간 동안 숙 성시켜 마늘의 자체 성분과 효소 등에 의해 마늘의 내부까지 모두 흑색으로 변화시키게 된 것으로(Shin 등, 2010), 수분 이 줄어들고 점도가 높아지며 유리당 함량 및 산도의 증가로

자극적인 매운맛이 감소함으로써 감미와 산미가 조화되어 마늘 섭취가 용이하게 된다(Shin 등, 2008a). 또한 자체의 당과 아미노산 성분이 비효소적 갈변반응을 일으켜 멜라노 이딘(melanoidine)과 같은 갈변물질이 생성되며 총 페놀 (phenol), 총 플라보노이드(flavonoid) 함량이 높아지고 수 용성 성분인 S-allyl-L-cysteine(SAC), S-methyl-L-cys- teine(SMC)과 지용성 성분인 diallyl sulfide, diallyl-disul- fide(DADS) 등이 생성되어 기능성이 증가한다(Nakagawat 등, 1989). 흑마늘이 일반 마늘에 비해 항산화 활성이 상승 하며 산화적 스트레스 예방 효과, 항염증 및 항암 작용이 높다고 알려지면서(Chae 등, 2011), 흑마늘에 관한 다양한 연구가 진행되어 흑마늘의 이화학적 특성(Choi 등, 2008), 흑마늘 용매 분획물의 항산화 활성(Shin 등, 2010), 자가 숙성 발효 후 흑마늘의 SAC, DADS 및 아미노산 분석(Kim 등, 2012), 흑마늘의 항산화 활성(Shin 등, 2008b) 등의 연 구들이 보고되어 있다. 코끼리(elephant) 마늘은 왕마늘, 대 왕마늘, 웅녀마늘 혹은 great-headed 마늘이라고도 불리며 중량이 450 g에 달할 정도로 크기가 크며 마늘보다 풍미가 순하고 단맛을 내므로 여러 나라에서 마늘 대체용으로 사용 하고 있다(Guenaoui 등, 2013). 코끼리 마늘은 영광, 부안, 서산 등 국내 지역에서도 재배가 활발하게 진행되고 있으며, 코끼리 마늘에 관한 연구로는 지역 및 파종시기에 따른 생산 성 연구(Youn 등, 2015), 간독성 및 trichothecene(T-2) toxin에 대한 방어 효과, 항곰팡이 활성, 항균 활성, 콜레스

테롤 감소 및 혈압강하 효과, 천식, 기관지염 등의 호흡기 질환에 대한 효과 등이 보고되어 있다(Rattanachaikun- sopon과 Phumkhachorn, 2009; Gantait 등, 2010; Tava- kkoli 등, 2015). 이외에도 Allium ampeloprasum의 항미생 물 활성(Guenaoui 등, 2013), great-headed 마늘의 특성 평가(Hirschegger 등, 2006), 마늘과 코끼리 마늘의 총 페 놀 함량 및 항산화 활성 비교(Lu 등, 2011), HPLC에 의한 마늘, 리크, 코끼리 마늘 등의 thiosulfinates 함량 분석 (Block 등, 1992), 당뇨병 예방(Rahimi-Madiseh 등, 2017) 등의 기능성에 관한 연구가 보고되어 있다.

이렇게 다양한 효능 및 성분을 함유한 코끼리 마늘은 일반 마늘보다 향이 강하지 않고 맛이 순하며 크기가 커 섭취가 편리하다. 또한 마늘을 숙성시켜 만든 흑마늘은 감미와 산미 가 조화되어 풍미가 좋아지고 생리효능을 나타내는 성분이 크게 증가할 수 있다. 이에 본 연구에서는 마늘의 활용 증대 를 위해 일반 마늘 및 코끼리 마늘을 흑마늘로 숙성 시에 증진되는 항산화 활성을 평가하여, 일반 마늘 및 코끼리 마 늘의 흑마늘 숙성에 의한 항산화 활성 변화에 대한 기초자료 로 제시하고자 한다.

재료 및 방법

실험 재료

코끼리 마늘 및 일반 마늘은 영광과 의성에서 6월에 생산 된 것과 이것을 이에프지(EFG, Geumsan, Korea)에서 흑 마늘로 제조한 것을 제공받아 사용하였다. 흑마늘의 제조는 14종의 천연과채류 및 곡류를 8개월 이상 발효시켜 얻은 천연식물활성 효소액에 Saccharomyces cerevisiae를 접 종하여 실온에서 8개월 동안 배양한 복합발효액을 코끼리 마늘 및 일반 마늘에 분사시킨 후 30~45°C의 온도에서 24 시간, 60~85°C에서 240시간 발효시킨 뒤 40~55°C에서 120시간 동안의 숙성과 상온에서 건조시키는 단계로 이루 어졌다. 실험에 사용한 추출물은 각 시료 100 g당 10배 (w/v)의 50% 에탄올을 가하여 상온에서 24시간씩 3회 반복 추출한 후 추출액을 여과(Whatman No.2, Whatman Inter- national Ltd., Maidstone, UK)한 후 rotary vacuum evap- orator(EYELAA-100S, Tokyo Rikakikai Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 감압･농축한 다음 동결건조(EYELA A- 100S, Tokyo Rikakikai Co.)하여 -20°C에 보관하면서 각 실험에 적당한 농도로 희석하여 사용하였다.

총 폴리페놀 함량 측정

총 폴리페놀 화합물 함량은 Folin-Ciocalteu’s(Folin과 Denis, 1912)의 방법에 따라 측정하였다. 시료 0.2 mL에 Folin-Ciocalteu’s phenol reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)와 증류수를 1:2로 섞은 혼합액 0.2 mL를 첨가하여 3분간 방치한 후 10% sodium carbonate (Na2CO3, Samchun Pure Chemical Co., Ltd., Pyeong-

taek, Korea) 3 mL를 가하여 1시간 동안 암실에서 반응시 킨 뒤 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀의 함 량은 표준물질을 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)로 하여 얻은 standard curve의 검량식에 흡광도를 적용하여 구하 였으며, 시료 1 g에 대한 mg gallic acid equivalents(GAE) 로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량 측정

총 플라보노이드 함량은 Kwon 등(2006)의 방법을 참고 하여 측정하였다. 시료 250 μL에 증류수 1 mL와 5% so- dium nitrite(NaNO₂,w/v, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.) 75 μL를 넣고 5분간 방치한 후 10% aluminium chlor- ide(AlCl3･6H2O, w/v, Junsei Chemical Co., Ltd.) 150 μL 를 넣고 6분간 방치하였다. 그다음 1 M sodium hydrox- ide(NaOH, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.) 500 μL를 가하여 11분 후 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라 보노이드의 함량은 표준물질을 quercetin(Sigma-Aldrich Co.)으로 하여 얻은 standard curve의 검량식에 흡광도를 적용하여 구했으며, 시료 1 g에 대한 mg quercetin equiv- alents(QE)로 나타내었다.

DPPH 라디칼 소거 활성

DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 라디칼 소거 활성은 Blois(1958)의 방법에 따라 평가하였다. 시료 1 mL 에 0.2 mM DPPH 용액 1 mL를 가하여 vortex mixer(Sci- entific Industries, Inc., Bohemia, NY, USA)로 10초간 진 탕하고 암소에서 30분간 방치한 후 517 nm에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 시료 무첨가구는 시료를 처리하지 않 고 시료 희석 용매인 증류수를 첨가한 것으로 하여 위와 같 은 방법으로 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성 은 아래의 식에 따라 백분율로 나타낸 후 50%의 소거능을 나타내는 시료 농도인 IC₅₀(inhibitory concentration) 값을 구하였다.

DPPH radical scavenging activity (%)＝

(

)

Control absorbance

ABTS 라디칼 소거 활성

ABTS[2,2’-azinobis(3-ethylbenzothiazoline-6-sul- fonic acid)] 라디칼 소거 활성은 Fellegrini 등(1999)의 방 법에 따라 측정하였다. 즉 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich Co.)와 140 mM potassium persulfate(K₂S₂O₈, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.)를 5 mL : 88 μL로 섞어 어두운 곳에 14~16시간 방치시킨 후, 이를 absolute ethanol과 1:88 비율로 섞어 734 nm에서 대조구의 흡광도 값이 0.7±

0.002가 되도록 조절한 ABTS solution을 사용하였다. 시료 50 μL를 취하고 ABTS solution 1 mL를 가해 30초 동안 vortex mixer로 섞은 후 2.5분간 incubation 하여 734 nm

Table 1. Extraction yields of 50% ethanol extracts from black elephant garlic (BEG), black normal garlic (BNG), fresh ele- phant garlic (FEG), and fresh normal garlic (FNG)

BEG BNG FEG FNG

Yields (%) 57.43 39.39 26.82 29.00 에서 반응액의 흡광도를 측정하였다. 시료 무첨가구는 시료

를 처리하지 않고 시료 희석 용매인 증류수를 첨가한 것으로 하여 위와 같은 방법으로 흡광도를 측정하였다. ABTS 라디 칼 소거 활성은 아래의 식에 따라 백분율로 나타낸 후 50%

의 소거능을 나타내는 시료 농도인 IC50 값을 구하였다.

ABTS radical scavenging activity (%)＝

(

)

Control absorbance

FRAP(ferric reducing antioxidant power) 활성 측정 FRAP assay는 Benzie와 Strain(1996)의 방법에 준하여 측정하였다. 시약은 0.3 M acetate buffer(pH 3.6, Sigma- Aldrich Co.)와 40 mM HCl(Samchun Pure Chemical Co., Ltd.)을 용매로 하여 제조한 10 mM 2,4,6-tris(2-pyr- idyl)-S-triazine(TPTZ) solution(Sigma-Aldrich Co.), 20 mM ferric chloride solution(FeCl₃, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.)을 사용하였다. 미리 제조된 acetate buffer, TPTZ solution 및 ferric chloride solution을 각각 10:1:1(v/v/v)의 비율로 혼합하여 37°C에서 10분간 in- cubation 시켜 FRAP reagent를 준비하였다. 그다음 시료 30 μL에 FRAP reagent 900 μL와 증류수 90 μL를 가하여 vortex mixer로 혼합한 후 37°C에서 10분간 방치한 뒤 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. FRAP value는 표준물질을 iron sulfate hexahydrate(FeSO4･6H2O, Samchun Pure Chemical Co., Ltd.)로 하여 얻은 standard curve의 검량식 에 흡광도를 적용하여 구했으며, 시료 1 g에 들어있는 iron sulfate hexahydrate의 mM 함량으로 나타내었다.

환원력 측정

환원력은 Oyaizu(1986)의 방법에 따라 측정하였다. 시료 1 mL에 200 mM phosphate buffer(pH 6.6) 및 1%의 po- tassium ferricyanide(Sigma-Aldrich Co.) 각 1 mL를 차 례로 가하여 교반한 후 50°C의 수욕 상에서 20분간 반응시 킨 뒤 10분간 냉각하였다. 이 혼합액에 10% TCA 용액 1 mL를 가하여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 한 후 상등 액 1 mL에 증류수 1 mL와 0.01% ferric chloride 0.1 mL를 가하여 혼합한 다음 10분 후에 700 nm에서 흡광도를 측정 하였다. 시료의 환원력은 흡광도의 값으로 나타내었으며 흡 광도 값을 퍼센트(%)로 환산하여 흡광도 0~1의 범위를 0~

100%의 범위로 보아 50%의 환원력을 나타내는 시료 농도 인 EC50(effective concentration) 값을 구하였다.

통계 처리

모든 실험은 3회 이상 반복 측정하여 평균과 표준편차로 나타내었으며, 그 결과는 SPSS 20.0(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)의 일 원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하여 검증하였 다. 유의성이 있는 항목에 대해서는 Duncan’s multiple

range test로 P<0.05 수준에서 유의차 검정을 실시하였다.

결과 및 고찰

추출 수율

일반 마늘 및 코끼리 마늘의 50% 에탄올 추출 수율은 Table 1과 같다. 코끼리 흑마늘은 57.43%, 일반 흑마늘은 39.39%, 코끼리 마늘은 26.82%, 일반 마늘은 29.00%의 값으로 코끼리 흑마늘> 일반 흑마늘> 일반 마늘> 코끼리 마늘 순으로 높았다. 코끼리 흑마늘의 수율은 코끼리 마늘보 다 약 2.1배, 일반 흑마늘의 수율은 일반 마늘보다 약 1.4배 높은 값을 보여 숙성 후에 수율이 더 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 또한 코끼리 흑마늘의 수율이 가장 높은 값을 나타내 코끼리 마늘, 일반 흑마늘, 일반 마늘보다 유용물질 의 용출이 더 용이할 것으로 판단되었다. 이와 같은 결과는 Kwon(2013)의 연구에서 생마늘 껍질, 흑마늘 껍질, 생마 늘, 흑마늘의 물 추출물과 50% 에탄올 추출물의 수율을 측 정했을 때 두 가지 추출물 모두에서 흑마늘이 생마늘보다 수율이 높았다고 보고한 것과 유사하였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드

일반 및 코끼리 마늘의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량 을 측정한 결과는 시료 1 g에 대한 mg GAE 및 mg QE로 Table 2에 나타내었다. 총 페놀 함량은 코끼리 흑마늘이 9.95 GAE mg/g, 코끼리 마늘이 0.79 GAE mg/g으로 흑마 늘에서 약 12.6배 증가하였고, 일반 흑마늘(6.98 GAE mg/

g)도 일반 마늘(0.75 GAE mg/g)보다 약 9.3배 증가하여 일반 마늘보다 코끼리 마늘의 숙성 과정에서 폴리페놀의 함 량이 더 증가하였다. 코끼리 마늘과 일반 마늘의 함량은 큰 차이가 없는 것에 비해 코끼리 흑마늘의 총 폴리페놀 함량은 일반 흑마늘과 비교하여 높은 것으로 확인되었다. Choi 등 (2008)의 결과에 의하면 일반 마늘 및 숙성 흑마늘의 페놀 함량을 비교했을 때 생마늘보다 흑마늘의 페놀 함량이 증가 했는데 이는 본 연구 경향과 유사하였다. 또한 Kwon 등 (2006)은 흑마늘의 제조 과정이 진행될수록 총 페놀 함량이 생마늘보다 약 6배 증가하였다고 보고하였으며, 이는 열처 리 공정으로 인해 마늘 내 여러 화합물이 폴리페놀 화합물로 전환되었거나 열처리로 인해 유용 성분의 용출이 용이해졌 기 때문으로 해석한 바 있다. 따라서 본 연구의 흑마늘 제조 시 폴리페놀 함량이 증가한 결과는 코끼리 마늘 및 일반 마 늘의 내부 물질이 폴리페놀로 전환되었거나 수분 함량의 감 소로 상대적인 고형분 함량이 증가한 원인에서 기인한 것으

Table 2. Total polyphenol and flavonoid contents of black elephant garlic (BEG), black normal garlic (BNG), fresh elephant garlic (FEG), and fresh normal garlic (FNG)

BEG BNG FEG FNG

Total polyphenol (GAE¹⁾ mg/g) Total flavonoid (QE¹⁾ mg/g)

9.95±0.06^a2)3) 3.75±0.06^a

6.98±0.03^b 1.54±0.10^b

0.79±0.01^c 0.40±0.01^c

0.75±0.01^c 0.11±0.01^d

1)GAE: gallic acid equivalent, QE: quercetin equivalent.

2)Mean±SD (n=3).

3)Different letters (a-d) within the same row differ significantly by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

Table 3. DPPH and ABTS radical scavenging activity and reducing power of black elephant garlic (BEG), black normal garlic (BNG), fresh elephant garlic (FEG), and fresh normal garlic (FNG)

BEG BNG FEG FNG Ascorbic acid

DPPH IC501) (mg/mL) ABTS IC501) (mg/mL)

Reducing power EC502) (mg/mL)

2.76±0.01^d3)4) 4.44±0.07^d 2.96±0.03^c

3.88±0.04^c 6.75±0.41^c 4.18±0.05^c

83.70±0.78^b 51.25±1.20^b 77.65±1.90^b

148.57±0.54^a 139.01±3.63^a 203.35±2.42^a

0.01±0.00^e 0.06±0.00^e 0.04±0.00^d

1)Amount required for 50% reduction of radical scavenging activity.

2)Amount required for 50% effective of reducing power.

3)Mean±SD (n=3).

4)Different letters (a-e) within the same row differ significantly by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

로 사료된다. 또한 앞에서 언급한 Choi 등(2008) 및 Kwon 등(2006)의 연구와 본 연구에서의 총 페놀 함량의 차이가 약 3~6배로 컸는데, 이는 Jung과 Park(2012)이 발효 기간 별 흑마늘 발효액의 기능성 평가에서 발효 기간이 증가할수 록 총 페놀 함량이 늘어난다고 보고한 바와 같이 발효 과정 의 차이 또는 재배지 및 품종의 차이로 인한 것으로 판단된 다. 한편 Chae 등(2011)은 효소 처리와 유산균 배양에 의한 흑마늘을 제조하여 항산화 활성을 평가했는데, 그 결과 총 페놀 함량이 일반 마늘보다 효소 처리 마늘은 47%, 유산균 처리 마늘은 29%, 효소 및 유산균을 모두 처리한 마늘은 59%가 늘어났으며, 효소와 유산균을 함께 처리하여 제조한 흑마늘의 페놀 함량이 가장 크게 증가했다고 하였다.

일반 및 코끼리 마늘의 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과(Table 2), 각각 3.75(코끼리 흑마늘), 1.54(일반 흑마 늘), 0.40(코끼리 마늘), 0.11(일반 마늘) QE mg/g으로 흑 마늘에서 함량이 크게 늘어났으며 코끼리 흑마늘이 일반 흑 마늘보다 2배 이상의 높은 값을 나타내는 것을 볼 수 있었다.

이는 Choi 등(2008)과 Kwon 등(2006)이 생마늘보다 흑마 늘의 총 플라보노이드 함량이 증가했다고 보고한 것과 유사 한 결과였다. 플라보노이드는 채소류와 식물의 잎, 꽃, 과실, 줄기 및 뿌리 등의 자연계에 널리 분포하며, 활성산소종을 효과적으로 제거하여 항산화 효능이 높다고 알려져 있고 항 암, 항염증, 항바이러스 등의 효과가 있다고 보고되어 있다 (Noh, 2002; Tsao, 2010). 따라서 코끼리 흑마늘은 코끼리 마늘, 일반 흑마늘, 일반 마늘과 비교하여 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 높아 이와 관련한 항산화 효과를 기대 할 수 있으리라 판단된다.

DPPH 라디칼 소거 활성

DPPH 라디칼 소거 활성 측정은 항산화 물질이 산화를 개시하는 DPPH 라디칼을 hydroazine(N₂H₄) 형태로 환원

시킴으로써 초기의 전자공여능을 확인하는 방법으로 다른 항산화 활성 측정 방법에 비해 쉽고 비교적 짧은 시간에 측 정할 수 있어 널리 이용되고 있다(Blois, 1958; Lee 등, 2012). 본 연구의 DPPH 라디칼 소거 활성은 50%의 라디칼 소거능을 나타내는 시료 농도인 IC50 값으로 나타냈으며, 코 끼리 흑마늘, 일반 흑마늘, 코끼리 마늘 및 일반 마늘의 DPPH 라디칼 소거 활성은 Table 3과 같다. 코끼리 흑마늘 의 DPPH 라디칼 소거 활성의 IC₅₀ 값은 2.76 mg/mL로 코 끼리 마늘의 83.07 mg/mL보다 매우 높은 활성을 나타냈으 며, 일반 흑마늘의 IC₅₀ 값 3.88 mg/mL와 비교 시에도 높은 활성을 나타내었다. Choi 등(2017)은 동결 전처리 후 숙성 흑마늘의 DPPH 라디칼 소거 활성 측정 결과, 100 μg/mL 농도에서 숙성 전 대조군 마늘의 IC50 값은 400 μg/mL보다 높게 측정되었으며, 숙성기간이 길어짐에 따라 IC₅₀ 값이 284~217 μg/mL로 소거 활성이 증가하였다고 보고하였다.

Jang 등(2008)은 같은 농도에서 흑마늘이 생마늘보다 약 4~14배 이상 높은 라디칼 소거능을 나타냈다고 보고하였는 데 본 연구에서도 일반 흑마늘의 값은 3.88 mg/mL, 일반 마늘의 값은 148.57 mg/mL로 일반 흑마늘이 일반 마늘보 다 항산화 활성이 약 38배 높은 값을 보여 차이가 크게 나는 것을 확인하였다. 발효 기간별 마늘 발효액의 기능성을 측정 한 연구(Jung과 Park, 2012)에서 발효 기간이 길수록 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가한다고 보고하였는데, 흑마늘의 항 산화 활성의 차이는 마늘의 재배지, 품종 및 흑마늘 제조 방법에 따른 차이에서 기인한 것으로 생각된다. 한편 Shin 등(2008b)은 흑마늘 제조 공정의 진행에 따라 갈변물질이 증가할수록 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가한다고 보고했 으며, Maillard 반응물질은 기질 내 hydroxyl기와 수소 원자 를 공여함으로써 환원력을 나타낸다고 알려져 있다(Hwang 등, 2007). 마늘은 숙성 및 열처리로 인하여 allyl mercap- tan 및 methyl pyrazine이 새롭게 생성되고 SAC, S-allyl-

c c b

a

0 10 20 30 40 50 60 70

BEG BNG FEG FNG

FRAP value (mM/g) .

Fig. 1. FRAP (ferric reducing antioxidant power) value of black elephant garlic (BEG), black normal garlic (BNG), fresh ele- phant garlic (FEG), and fresh normal garlic (FNG). Values are the mean±SD of three replications (n=3). Values with different letters (a-c) above the bars differ significantly by Duncan’s mul- tiple range test (P<0.05).

mercaptocystein(SAMC), tetrahydro-β-carboline 같은 유기 황 화합물들을 함유하여 생리활성을 나타내는 것으로 알려져 있다(Jeong 등, 2007; Kim 등, 2009). 본 연구에서 도 코끼리 마늘 및 일반 마늘의 흑마늘 제조 시에 함황 화합 물 및 총 페놀 함량이 증가한 것을 확인했으며, 이에 따라 코끼리 흑마늘 및 일반 흑마늘의 DPPH 라디칼 소거 활성은 갈변물질, 페놀 및 함황 화합물의 증가와 관련이 있는 것으 로 생각된다.

ABTS 라디칼 소거 활성

ABTS 라디칼은 비교적 안정한 라디칼로서 peroxidase 및 H₂O₂와 반응하여 활성 양이온인 ABTS⁺가 형성되며 항 산화 물질로부터 전자를 공여 받아 ABTS⁺가 소거되어 라디 칼 특유의 색인 청록색이 탈색되는데, 이 탈색 정도를 흡광 도 수치로 나타내어 항산화 활성을 평가할 수 있으며, 친수 성 또는 친유성의 항산화 물질 측정에 적용 가능하다(Miller 와 Rice-Evans, 1997; Shin 등, 2011). ABTS 라디칼 소거 활성은 IC₅₀ 값으로써 Table 3에 나타냈으며, 코끼리 흑마 늘의 값은 4.44 mg/mL로 코끼리 마늘의 51.25 mg/mL보다 높은 항산화 활성을 나타내었다. 일반 흑마늘도 IC50 값이 6.75 mg/mL로 일반 마늘 139.01 mg/mL에 비해 큰 차이를 보였으며, 코끼리 흑마늘과 일반 흑마늘을 비교했을 때 코끼 리 흑마늘의 항산화 효과가 약 1.5배 더 좋은 것으로 나타났 다. Shin 등(2011)은 마늘의 숙성이 진행될수록 ABTS 라디 칼 소거 활성이 증가했다고 보고했으며, Lee 등(2007b)은 양파를 가열했을 때 가열온도가 높을수록 ABTS 라디칼 소 거 활성이 높아졌는데 이는 열처리로 인해 폴리페놀의 함량 이 높아졌기 때문이라고 하였다. Hwang 등(2016)은 저온 숙성마늘의 라디칼 소거 활성을 통한 산화스트레스 억제 효 과 연구에서 생마늘보다 70°C에서 30일간 숙성한 마늘에서 우수한 ABTS 라디칼 소거 활성을 나타냈다고 보고했으며, Kim 등(2008)은 여러 과채류의 가열 추출 시 가열하지 않은 시료에 비해 ABTS 라디칼 소거 활성이 증가한 결과에 대해 열처리 온도의 증가에 따라 항산화 효과를 나타내는 폴리페 놀 함량이 증가하였기 때문으로 추정한 바 있다. 따라서 흑 마늘에서 ABTS 라디칼 소거능이 높은 이유는 코끼리 마늘 및 일반 마늘을 흑마늘로 제조할 경우, 열을 가하는 과정에 서 고분자 화합물들의 분해로 폴리페놀 화합물 및 항산화 활성을 내는 저분자 물질이 생성되어 ABTS 라디칼 소거능 이 증가한 것으로 생각된다.

FRAP 활성

FRAP assay에 의한 항산화 활성 측정은 DPPH 방법과 마찬가지로 전자공여 능력을 통해 항산화 활성을 검증하는 방법이지만(Urquiaga와 Leighton, 2000) DPPH 라디칼 소 거 활성과는 달리 철 이온의 환원력에 의한 항산화능을 측정 할 수 있는 특징을 가지고 있으며, 산화 및 환원 반응에 의한 것으로 재현성이 높고 시료 중에 함유된 항산화 물질의 함량

에 대한 의존도가 높은 것으로 보고되어 있다(Benzie와 Strain, 1996). 코끼리 흑마늘, 일반 흑마늘, 코끼리 마늘 및 일반 마늘의 FRAP 활성을 측정한 값은 시료 1 g에 들어 있는 iron sulfate hexahydrate의 mM 함량으로 Fig. 1에 표시하였다. 코끼리 흑마늘의 FRAP 활성은 63.00 mM/g으 로 코끼리 마늘의 2.83 mM/g보다 높은 항산화 활성을 나타 내었으며, 일반 흑마늘도 46.93 mM/g으로 일반 마늘의 2.51 mM/g에 비해 높은 항산화 활성을 나타내었다. 앞선 연구와 마찬가지로 코끼리 흑마늘은 일반 흑마늘보다 흑마 늘로 숙성 시에 항산화 활성이 더 큰 폭으로 증가했으며, FRAP 값을 비교했을 때 약 1.3배 더 높은 활성을 나타내었 다. Kwon(2013)의 연구에서 흑마늘 껍질, 생마늘 껍질, 흑 마늘 및 생마늘의 FRAP 활성을 비교한 결과 껍질이 육질보 다 높은 활성을 보였고 육질에서는 흑마늘이 생마늘보다 월 등히 증가하는 결과를 나타내었다고 보고하였으며, 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다. Kang(2012)은 추출조건에 따른 흑마늘의 FRAP 활성을 측정한 결과, 추출 온도가 높고 시간이 길어질수록 항산화 활성도 증가하는 경향을 보였다 고 보고하였는데, 이는 열을 가하여 장시간 숙성시킨 코끼리 흑마늘 및 일반 흑마늘의 항산화 활성이 숙성 전보다 더 높 게 확인된 본 연구 결과와 유사하였다. 따라서 라디칼 소거 활성과 마찬가지로 FRAP 활성도 생마늘보다 흑마늘에서 높은 활성을 나타내었으며, 이는 흑마늘 제조 시 증가한 페놀 및 플라보노이드 화합물 및 함황 화합물에 의한 것으로 판단 된다.

환원력

환원력은 활성산소종 및 유리기에 전자를 공여하는 능력 을 측정하여 항산화 활성을 검정하는 수단으로 이용될 수 있으며, 환원력을 가진 물질이 ferric-ferricyanide(Fe³⁺) 혼합물에 수소를 공여함으로써 유리라디칼이 안정화되어 ferrous(Fe²⁺)로 전환되는 환원력을 흡광도 값으로 나타낸

것으로 환원력이 강할수록 녹색에 가깝게 발색되며 높은 흡 광도 값을 나타낸다(Oyaizu, 1986). 코끼리 흑마늘, 일반 흑마늘, 코끼리 마늘 및 일반 마늘의 환원력은 흡광도 값을 퍼센트(%)로 환산하여 흡광도 0~1의 범위를 0~100%의 범 위로 보아 50%의 환원력을 나타내는 시료 농도인 EC50 값 으로 Table 3에 나타내었다. 코끼리 흑마늘의 EC₅₀ 값은 2.96 mg/mL이며 코끼리 마늘은 77.65 mg/mL로 코끼리 마늘을 흑마늘로 제조할 경우 환원력이 증가함을 확인할 수 있었다. 또한 코끼리 흑마늘과 비교했을 때 일반 흑마늘의 EC50 값은 4.18 mg/mL로 코끼리 흑마늘에서 높은 환원력 을 나타내었다. 흑마늘의 항산화 활성에 대한 연구(Shin 등, 2008b)에서 흑마늘이 생마늘 및 찐마늘에 비해 환원력이 높았다고 보고되었으며, Hwang 등(2016)은 생마늘 추출물 과 저온숙성마늘 추출물의 환원력을 측정한 결과, 모든 추출 물이 농도 의존적으로 환원력이 증가하였고 250 μg/mL 농 도에서 생마늘 추출물과 30일 70°C 추출물이 비슷한 환원 력을 보였으며, 60일 60°C 추출물은 더 높은 환원력을 나타 내었다고 보고하였다. Cha(2009)의 연구에서는 일반 마늘 과 흑마늘의 에탄올 및 물 추출물의 환원력을 측정한 결과, 에탄올과 물 추출물 모두에서 흑마늘이 생마늘보다 높은 환 원력을 나타냈는데, 이는 마늘을 고온에서 가공하는 동안 Maillard 반응에 의해 갈변화되고 반응 중 생성된 갈변물질 에 의해 항산화 활성이 나타나기 때문이라고 추정하였다.

갈변반응으로 생성된 Maillard 반응물질의 환원력은 기질 내 hydroxyl기와 수소 원자를 공여함으로써 라디칼 반응을 제어하는 기전에 의한 것이라고 보고되어 있으며(Hwang 등, 2007), 마늘의 성분 중 플라보노이드를 포함하는 페놀 화합물과 diallyl sulfide, trisulfide 및 allyl-cysteine과 같 은 함황 화합물은 항산화 기능성을 지니는 주체로 알려져 있다(Leelarungrayub 등, 2006). 이러한 사실로 종합해볼 때 코끼리 흑마늘 및 일반 흑마늘, 코끼리 마늘 및 일반 마늘 의 환원력은 앞서 측정한 DPPH, ABTS 라디칼 소거 활성과 총 페놀 및 총 플라보노이드 함량, FRAP 활성과 유사한 경 향을 나타냈으며, 이는 흑마늘 제조과정 중 고분자 화합물이 분해되어 페놀 및 플라보노이드, 함황 화합물과 같이 새롭게 생성되거나 증가한 항산화성 물질이나 Maillard 반응으로 형성된 갈변물질에서 기인한 것으로 추정된다. 따라서 코끼 리 흑마늘 및 일반 흑마늘은 코끼리 마늘 및 일반 마늘보다 더 높은 항산화 활성을 나타내며, 특히 코끼리 흑마늘을 섭 취했을 때 일반 흑마늘보다 더 높은 산화 방지 효과를 기대 할 수 있을 것으로 생각된다.

요 약

본 연구에서는 코끼리 마늘을 흑마늘로 제조할 때 변화하는 항산화 활성을 평가하고자 50% 에탄올에 추출한 후 기존의 일반 마늘 및 이를 숙성시킨 흑마늘과 비교 분석하였다. 코 끼리 마늘의 추출 수율은 코끼리 흑마늘(57.43%)> 일반 흑

마늘(39.39%)> 일반 마늘(29.00%)> 코끼리 마늘(26.82%) 순으로 높았다. 코끼리 마늘에서 코끼리 흑마늘로 숙성 시 총 페놀 함량은 약 12.6배 늘어났고 총 플라보노이드 함량도 증가하였다. 항산화 효과를 측정한 결과 일반 마늘보다 코끼 리 마늘이 흑마늘로 숙성하는 과정에서 더 큰 폭으로 활성이 증가하였다. 코끼리 마늘에서 코끼리 흑마늘로 숙성 후에 DPPH 라디칼 소거 활성은 약 30배나 높아졌으며, ABTS 라디칼 소거 활성은 약 11배 이상 증가하였다. FRAP 활성 은 약 22배나 높아졌으며 환원력은 약 37배 증가하여 흑마 늘로 숙성하였을 때 활성이 모두 큰 폭으로 증가하는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 일반 마늘을 흑마늘로 숙성하는 것보다 코끼리 마늘을 흑마늘로 숙성할 때 항산화 활성이 더 증가하는 것으로 확인되었으며, 이러한 결과는 코끼리 마늘의 산업화에 기초자료로 활용될 수 있으리라 판단된다.

감사의 글

이 연구는 충남대학교 학술연구비에 의해 지원되었으며 이 에 감사드립니다.

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