과열증기처리 반탄화 추출물의 항산화 효과 검증에 관한 연구
오근혜·남정빈·양승민·정원희·정진산·신종민·강석구
† 접수일(2017년 11월 17일), 수정일(2018년 3월 8일), 채택일(2018년 3월 16일)A Study on the Antioxidant Effectiveness of the Extracts from Superheated Steaming Torrefied Wood
Geun Hye Oh, Jeong Bin Nam, Seung Min Yang, Won Hee Joung, Jin San Jeong, Jong Min Shin and Seog Goo Kang
†Received November 17, 2017; Received in revised form March 8, 2018; Accepted March 16, 2018
ABSTRACT
The antioxidant properties of the extracts from torrefied wood subjected to superheated steam treatment were investigated. Total polyphenolics, total flavonoids, DPPH (2,2-di- phenyl-1-picrylhydrazyl) free radical scavenging activity, reducing power, and FRAP (Ferric reducing antioxidant power) were determined to evaluate antioxidant activity. The total polyphenol content was 879.67±40.41 mg/mL at a concentration of 25 g/mL when the extract was subjected to a temperature of 300°C for 10 min, and 759.67±25.17 mg/mL at a concentration of 25 g/mL at 350°C for 10 min. The value of at 300°C was 15.79%
higher than that obtained at 350°C. Total flavonoid content was 111.18±3.55 mg/mL at a concentration of 25 g/mL at 300°C for 10 min, and 80.58±2.58 mg/mL at a concentration of 25 g/mL at 350°C for 10 min. The value at 300°C was 37.97% higher than that obtained at 350°C. For the DPPH free radical scavenging activity, the highest scavenging activity was observed at a concentration of 6 g/mL. DPPH free radical scavenging activity at a concentration of 6 g/mL at 300°C for 10 min was 89.83±0.03%, whereas at 350°C for 10 min at the same concentration, it was found to be 87.99±0.1%. The value at 300°C was 2.09% higher than that obtained at 350°C. Reducing power was determined to be 3.59±
0.04 at a concentration of 25 g/mL at 300°C for 10 min, and 2.92±0.1 at a concentration of 25 g/mL at 350°C for 10 min. The value at 300°C was 22.94% higher than that obtained at 350°C. FRAP was 1742±37 μM at a concentration of 25 g/mL at 300°C for 10 min, and 1106±8 μM at a at 350°C for 10 min. At 300°C, the FRAP value was 57.50% higher than that obtained at 350°C. Based on these results, we suggest that torrefied wood treated
• 충남대학교 농업생명과학대학 환경소재공학과(Department of Biobased Materials, College of Agriculture and Life Science, Chungnam National University, Daejeon, 34134, Republic of Korea)
† 교신저자(Corresponding Author): E-mail: [email protected]
Printed in Korea http://dx.doi.org/10.7584/JKTAPPI.2018.04.50.2.5
1. 서 론
반탄화(torrefaction)란 이산화탄소, 물, 유기산과 같 이 발열량을 낮추는 반탄화 가스를 200~300°C의 온도 범위에서 노출시켜 산소를 제거한 공정을 말하며,
1)이러 한 공정을 목재에 적용시킨 것을 반탄화 목재라고 한다.
반탄화는 목질계 바이오매스의 열적 전처리 방법 중의 하나로 탄화에서 발생하는 원료의 손실을 개선시키기 위 해 연구되고 있으며, 반응 온도 및 반응 시간의 변화에 따른 반탄화 생성물의 특성이 평가되고 있다. 주로 이용 되는 목재 반탄화 방법으로는 일정량의 목재를 Kiln 내 적재한 후 장시간 동안 건조 및 고온처리를 하여 회수하 는 건식방법과 과열증기를 이용한 digester를 이용한 방 법 등이 있으며 이를 통해 목질원료 내 탄소함량을 증가 시켜 여러 특성을 부여하고 있다.
산화적 스트레스와 그로 인해 유발되는 질병 및 예방과 치료를 위한 항산화 활성의 측정은 매우 중요하다. 항산 화능 측정에 가장 보편적으로 이용되는 방법은 총 폴리 페놀 함량 및 DPPH 라디칼 소거 활성 측정이 있다. 폴리 페놀 화합물은 flavonoids, anthoxyanins, tannins, catechins, isoflavones, lignans, resveratrols 등을 총 칭하며, 식물계에 널리 분포되어 있다.
2,3)폴리페놀에 존 재하는 다수의 히드록실기(-OH)는 여러 화합물과 쉽게 결합하는 특성을 가지고 있어 항산화 효과 및 항암 효과 가 뛰어나다.
4,5)플라보노이드는 폴리페놀에 속하는 성분 으로, 플라보노이드의 C6-C3-C6를 기본 골격으로 하 며 노란색 내지는 담황색을 나타내는 페놀계 화합물의 총칭으로 자연계에 널리 분포하고 있다. 플라보노이드는 활성산소종을 효과적으로 제거하여 항산화능이 높다고 알려져 있으며 폴리페놀과 마찬가지로 항바이러스, 항염 증, 항암효과가 있는 것으로 알려져 있다.
6-9)한편 DPPH 는 분자 내 radical을 함유하고 있어서 토코페롤, 아스코
르빈산, polyhydroxy 방향족 화합물 및 방향족 아민류 에 의해 환원시 radical이 소거되어 짙은 자색이 탈색되 는데, 이 정도를 항산화 물질의 전자공여능으로 측정하 는 방법이 DPPH assay법이다.
10)이때 DPPH 분자의 움 직임은 hydroxyl radical과 유사하여 free radical 소거 실험에 활용 된다.
11)이러한 DPPH에 의한 항산화 활성 측정법은 항산화 물질의 전자공여능으로 인하여 방향족 화합물과 아민류 등이 환원되는 것을 지표로 하여 항산 화 활성을 측정하는 유용한 방법이다.
12)Ahajji 등
13)의 연 구에 따르면 열처리 한 반탄화 목재는 페놀 함량, 페녹시 라디칼 농도 및 항산화 작용을 증가시키며, 이러한 증가 는 페놀 기능의 수소 공여 능력으로 리그닌 및 목재 추출 물에 대해서 반탄화 목재가 항산화 기능을 가지고 있다 고 밝힌 바 있다. 또한, 반탄화 목재에는 리그닌에서 유 래된 vanillin, syringaldehyde, acetosyringone 및 총 페놀성분과 특유의 냄새성분으로 sinapaldehyde, ace- tic acid 등의 성분을 포함하고 있으며, 이 중 vanillin, syringaldehyde, acetosyringone의 성분은 항산화 성 분으로 알려져 있다.
14)따라서 본 연구에서는 반탄화 목분 추출물의 항산화 활 성을 검증하기 위하여, 열처리온도를 달리하여 과열증기 처리를 한 반탄화 목분 추출물의 항산화 효과 및 항산화 활성을 평가하여 그 이용성을 증대시키고자한다.
2. 재료 및 방법
2.1 공시재료
과열증기처리는 과열증기처리장치를 이용해 300°C 이 상의 고온 증기로 반탄화 분말을 만드는 목재의 부가가 치 향상을 위하여 연구되고 있는 열처리 방법으로,
15)본 실험에 사용된 재료는 구미소재의 S사에서 과열증기처
with superheated steam can be used in various applications because of its effective anti- oxidant properties.Keywords: Torrefied wood, superheated steam treatment, antioxidant activity, total polyphenol content, DPPH free radical scavenging activity
리가공을 거친 반탄화 칩을 사용하였다. 분양받은 반탄 화 칩의 수종은 굴참나무(Quercus variabilis Blume)이 며, 반탄화 추출물의 항산화 특성을 조사하기 위하여 처 리시간은 10분으로 처리온도는 300°C와 350°C로 실험구 를 설정하여 과열증기처리한 반탄화 칩을 사용하였다.
2.2 실험방법
2.2.1 시료의 제조각 조건별 시료는 분쇄기(WB-1, Wonder Blender, Japan)로 분쇄한 다음 분쇄한 시료 25 g에 증류수 100 mL를 가하여 24시간 동안 상온 추출하였으며, 추출물은 여과지(chm. F1001 filter paper)로 여과하여 1.5, 3, 6, 12, 25 g/mL로 희석하고 이 여과액을 냉장보관 하면서 실험에 사용하였다.
2.2.2 총 폴리페놀 함량 측정
총 폴리페놀 함량 측정은 Folin-Denis법
16)을 응용하여 측정하였다. 각 시료 추출물 1 mL에 1 N Folin-Ciocal- teu reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1 mL를 혼합하고, 20% sodium carbonate 1 mL 를 첨가하고 실온의 암소에서 1시간 반응 시킨 후 UV- vis spectrophotometer(HS-3300, Humas, Korea)를 이용하여 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페 놀 함량은 gallic acid를 이용하였으며 표준 검량 곡선 (y=0.0001x+0.0067, R
2=0.9739)으로부터 총 폴리페 놀 함량을 계산하였다.
2.2.3 총 플라보노이드 함량 측정
총 플라보노이드 함량 측정은 Davis법
17)을 변형한 방법 에 따라 시료 추출물 1 mL에 diethylene glycol 10 mL를 첨가하고, 1 N NaOH 1 mL를 가한 다음 37°C 항온수조 에서 1시간 동안 방치한 후 UV-vis spectrophotometer (HS-3300)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였 다. 총 플라보노이드 함량 측정은 Quercetin을 이용하였 으며 표준 검량 곡선(y=0.0022x+0.0334, R
2=0.9618) 으로부터 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
2.2.4 DPPH 라디칼 소거 활성 측정
DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디칼에 대한 소거 활성은 Blois의 방법
18)을 본 실험에 맞게 변형 하여 측정하였다. 각 시료 추출물 1 mL에 0.15 mM
DPPH(Sigma-Aldrich Co.) 4 mL를 첨가하여 혼합한 후 실온에서 30분간 반응시킨 다음 UV-vis spectro- photometer(HS-3300)를 이용하여 517 nm에서 흡광 도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거능은 다음 식으로 나타내었다.
DPPH radical
소거능(%) = control, abs-sample, abs control, abs ×100
2.2.5 환원력 측정
환원력은 potassium ferricyanide법
19)을 본 실험에 맞 게 변형하여 측정하였다. 각 시료 추출물 0.5 mL에 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 6.6) 2.5 mL와 1%
potassium ferricyanide 2.5 mL를 혼합한 후 50°C 항 온수조에서 20분 동안 반응시켰다. 반응 후 10% tri- chloroacetic acid(TCA) 2.5 mL를 첨가하고, 이 혼합액 을 1,790 rpm에서 10분간 원심분리하였다. 원심분리하 여 얻은 상층액 2.5 mL에 증류수 2.5 mL와 1% ferric chloride 0.5 mL를 혼합한 다음 UV-vis spectropho- tometer(HS-3300)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 측정한 흡광도의 값으로 환원력을 나타내 었다.
2.2.6 FRAP 측정