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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(7): 706-712

Published online July 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.706

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Changes in the Antioxidant Activity and Rancidity of Medicoffee Supplemented with Scutellaria baicalensis during Storage

Yeop Jung , Seung-Yeon Sim , Ga-Yeon Kim , and Hyo-Nam Song

Department of Biofood and Nutrition, Semyung University

Correspondence to:Hyo-Nam Song, Department of Biofood and Nutrition, Semyung University, 65, Semyungro, Jecheon, Chungbuk 27136, Korea, E-mail: hnsong@semyung.ac.kr
Author information: Yeop Jung (Student), Seung-Yeon Sim (Student), Ga-Yeon Kim (Student), Hyo-Nam Song (Professor)
*These authors contributed equally to this work.

Received: February 7, 2022; Revised: June 2, 2022; Accepted: June 13, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

To maintain the freshness and good quality of roasted coffee during storage, we developed the highly antioxidative medicoffee supplemented with Scutellaria baicalensis. Green coffee beans were immersed in Scutellaria baicalensis extract (SBE) and subjected to either heat immersion (HE) or ultrasonic immersion (SO). Changes in the antioxidant activities and rancidity were examined over time during the storage at 40°C for 4 weeks. The total polyphenols and flavonoid contents were overall higher in the order HE> SO> Control, and decreased as the storage period increased. However, compared to the ultrasonic immersion method, the heat immersion method maintained significantly higher content of both components throughout the storage period. Antioxidant activity of all coffees measured by DPPH and ABTS radical scavenging activity and SOD-like activity tended to decrease significantly with the storage period. HE coffee showed the highest level compared to SO and Control even at week 4: 88.76% DPPH, 89.07% ABTS, and 75.75% SOD. The acid value (AV) and peroxide value (POV) increased over time, and levels obtained were in the order Control> SO> HE. The AV of Control increased significantly up to 29.95 mg/g at week 4, while levels in HE were remarkably lower (18.31 mg/g). The POV increased up to 38.44 meq/kg for Control compared with a much lower level of 26.98 meq/kg for HE. Overall, coffee supplemented with SBE was able to maintain high antioxidant activity after roasting, which is probably due to imparting a protective effect on lipid oxidation.

Keywords: Scutellaria baicalensis, green coffee bean, antioxidant activity, rancidity, DPPH

커피는 전 세계적으로 가장 많은 교역이 이루어지는 식품 중의 하나이다. 또한, 커피는 세계적으로 가장 널리 많이 섭취되는 음료로 폴리페놀 화합물을 다량 함유하고 있어서 항산화 기능을 제공하는 대표적인 식품이기도 하다. 커피의 가공 상태에 따라 부르는 명칭 중 생두(green coffee bean)는 커피 열매의 외피와 속 열매껍질(parchment), 과육(pulp)이나 점액질(mucilage) 부분을 세척이나 건조 상태로 제거하고 얻은 배유 부분(endosperm)을 일컫는다. 커피 생두는 약리 성분을 분리하거나 기능성 식품 성분을 분리하는 용도 외에는 주로 roasting 되어 원두로 가공되고, 이로부터 물로 추출한 커피음료들로 소비하게 된다. Roasting 과정을 통하면 생두에서 나는 풀뿌리 냄새나 지린내 등이 없어지고 대신 커피를 애호하는 사람들이 즐기는 독특한 향, 맛 및 색깔로 변환하게 된다(Lim 등, 2017). 또한, 커피는 오래전부터 높은 관능적 기호도와 각성효과 때문에 음료 형태로 소비되고 있으며, 최근에는 항산화 효과, 항미생물 효과, 항암 효과, 항당뇨 효과 등이 과학적으로 규명됨에 따라 소비량이 더욱 증가하는 추세에 있다(Nam과 Kang, 2015). 커피 생두는 18개월간의 저장기간에 산가가 거의 변화되지 않는다고 알려져 있다. 하지만 생두를 roasting 가공하여 분쇄한 상태로 60일간 실온에서 저장한 경우는 산가가 증가하면서 지방의 양이 증가하여 커피의 풍미를 잃게 되고 지속해서 산화가 이루어지며 커피의 품질(cup quality)이 떨어진다는 결과가 보고되었다(Lim 등, 2017).

본 연구에서는 로스팅 후에도 커피 지질의 산패를 억제하고 커피 본연의 맛과 향을 유지할 방법으로 항산화 활성이 높은 천연물을 생두에 접목하고자 하였다. 이에 따른 예비 실험 결과 총 19종의 한방천연물 후보(황금, 산수유, 단삼, 모과, 차전자, 마가목, 산조인, 국화, 뽕잎, 대추, 당귀, 금은화, 육계, 황기, 오가피, 감초, 시호, 우방자, 초피) 중에서 항산화 활성이 높은 것으로 나타난 황금을 선정하였다(자료 미제시).

황금(黃芩, Scutellaria baicalensis)은 중국이 원산지로 약용식물로 도입되어 전국에서 재배되고 있으며, 한국, 중국, 몽골 및 시베리아 동부 등지에 분포한다. 황금은 예로부터 민간처방 약재로 사용되었을 뿐만 아니라 한방에서는 뿌리를 말린 것을 이질, 발열, 황달 및 옴의 치료제로 사용되고 있다. 최근 연구에 따르면 황금에는 활성 성분으로 baicalein, biacalin, chrysin, oroxylin-A, wogonin 및 wogonoside 등과 같은 30여 종 이상의 플라보노이드가 함유되어 있으며 항염증, 항당뇨, 항균 및 항산화 등과 같은 많은 약리학 및 생물학적 활성을 가지는 것으로 알려져 있다(Hwang 등, 2013).

커피 생두에 황금 추출물을 첨가해 항산화력이 증진된 황금메디커피를 제조하기 위하여 가열침지 및 초음파침지(Chung 등, 2016) 두 가지의 방식을 이용하였고, 시티 로스팅(city roasting) 조건으로 로스팅한 후 40°C에서 4주간 저장하면서 항산화 활성 및 산패도의 변화를 경시적으로 분석하였다.

실험재료

황금은 2020년 수확된 중국산을 충북 제천시 약초시장에서 구매하여 사용하였으며 생두는 브라질산을 구매하여 사용하였다. Folin & Ciocalteu’s phenol reagent, DPPH(2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl), ABTS[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] 및 gallic acid는 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. Potassium persulfate(99.0%), pyrogallol(99.0%)은 삼전순약공업(Pyeongtak, Korea)에서 구입하여 사용하였고, quercetin은 대정화금(Siheung, Korea)에서 구입하여 사용하였다.

황금메디커피 추출물 제조 및 저장

황금 추출물을 제조하기 위해 황금 1.5 kg과 70% 에탄올을 넣고 2.5시간 동안 환류 냉각 추출한 후 여과하여 감압 농축하였다. 생두에 황금 추출물을 첨가하여 황금메디커피를 제조하기 위해 초음파침지(Ultrasonic Immersion, SO)와 가열침지(Heating Immersion, HE)를 이용하였다(Fig. 1). 초음파침지 시료는 생두 750 g에 황금 추출물을 4 L 넣고 40°C에서 4시간 동안 sonicator(POWERSONIC 520, Hwashin Tech, Daegu, Korea)에서 초음파 처리하였다. 가열침지 시료는 동량의 생두와 황금 추출물을 80°C에서 2시간 침지시켰다. 침지가 끝난 초음파침지 및 가열침지 시료 모두 건조기(OF-22GW, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에 넣고 70°C에서 24시간 건조한 후 생두를 SCAA 분류법의 약강배전(medium, city roasting)에 준하여 220~225°C에서 1차 크랙, 2차 크랙 도달 후 로스팅 종료까지 평균 10분 정도 로스팅한 뒤 분쇄하여 황금이 첨가된 커피 분말을 제조하였다. 이를 40°C의 incubator(JSGI-150T, Hwashin Tech)에 4주간 저장하면서 일주일 간격으로 시료를 꺼내어 분석 시료로 사용하였다. 분석을 위한 커피 추출액은 다시 환류 냉각 추출 후 감압 농축하여 1.0 mg/mL의 농도로 제조하였다.

Fig. 1. Process diagram for medicoffee added with cutellaria baicalensis preparation.

항산화 성분의 함량변화

총 폴리페놀 함량 측정: 총 폴리페놀 함량 측정은 Kim과 Lee(2016)의 Folin-Denis 법에 따라 측정하였다. 황금메디커피 추출액 0.15 mL에 Folin-Denis 시약 0.15 mL와 증류수 0.7 mL를 진탕시켜 5분 동안 방치한 후, 10% Na2CO3 용액 0.7 mL와 증류수 1.3 mL를 혼합하여 암실 상태에서 실온에 1.5시간 동안 방치시키고 Ultra Violet-Visible spectrophotometer(UV/Vis spectrophotometer, UV-1601, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 이용하여 표준곡선으로부터 총 폴리페놀 함량을 산출하였다.

총 플라보노이드 함량 측정: 총 플라보노이드 함량 측정은 Kim 등(2003)의 방법을 일부 수정하여 측정하였다. 황금메디커피 추출액 1.0 mL와 5% sodium nitrite 0.3 mL, 증류수 2.0 mL를 진탕한 후 5분간 실온에서 반응시키고 10% aluminum chloride 0.3 mL를 첨가해 혼합하여 6분간 실온에서 반응시킨 뒤 1 M sodium hydroxide 2 mL와 증류수 2.4 mL를 혼합하여 UV/Vis spectrophotometer를 이용해 510 nm에서 흡광도를 측정하였으며, quercetin을 이용하여 표준곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 산출하였다.

항산화 활성의 변화

DPPH 자유라디칼 소거 활성: DPPH 자유라디칼 소거 활성은 Song 등(2014)의 방법을 일부 수정하여 측정하였다. 황금메디커피 추출액 0.8 mL에 70% 에탄올 1.5 mL, 0.2 mM DPPH 용액 1.5 mL를 진탕시킨 뒤 암실에서 1.5시간 동안 방치하고 UV/Vis spectrophotometer를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 다음과 같은 공식을 이용하여 Electron Donating Ability(EDA)를 산출하였다.

EDA%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

ABTS 자유라디칼 소거 활성: ABTS 자유라디칼 소거 활성은 Oh 등(2014)의 방법을 일부 변경하여 측정하였으며 ascorbic acid를 positive control로 사용하였다. ABTS 용액 7 mM과 2.45 mM potassium persulfate를 1:1의 비율로 혼합한 뒤 암실에서 16시간 반응시킨 후 ABTS 라디칼을 형성시켜 희석된 ABTS 용액을 에탄올로 희석하여 734 nm에서 측정한 흡광도 값이 0.70±0.02가 되도록 조정하였다. 그 후 ABTS 용액 0.75 mL에 황금메디커피 추출액 0.15 mL를 혼합하여 암실에서 6분간 방치한 다음 UV/Vis spectrophotometer를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTSradicalscavengingactivity%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

SOD 유사 활성: SOD 유사 활성은 Marklund와 Marklund(1974)의 방법을 일부 수정하여 측정하였으며 ascorbic acid를 positive control로 사용하였다. 황금메디커피 추출액 1.0 mL와 pH 8.5 Tris-HCL buffer 3.0 mL, 7.2 mL pyrogallol 0.2 mL를 첨가하여 25°C의 항온수조에서 10분간 반응시킨 뒤 1 N HCI 0.5 mL를 첨가한 후 UV/Vis spectrophotometer를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.

SODlikeactivity%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

저장기간 중 지질산패도의 변화

산가 측정: 산가는 황금메디커피 분말의 지질을 ethyl ether로 추출하였고 이 지질시료를 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety, 2017a)에 따라 측정하였다. 지질 검체를 삼각플라스크에 넣고 중성의 혼합액(에탄올:에테르=1:2) 100 mL를 넣어 녹인 후 1% thymolphthalein 지시약 0.5 mL를 천천히 약 2~3방울 첨가한 후 흔들어 주고, 흔들었을 때 청색이 30초간 지속할 때까지 0.1 N potassium hydroxide ethanolic standard solution 용액으로 적정하였다.

Acidvaluemg/g=5.611×ab×fS

S:Sample (g)

a:Consumption of 0.1 N ethanolic KOH solution for the sample (mL)

b:Consumption of 0.1 N ethanolic KOH solution for blank test (mL)

f: 0.1 N potassium hydroxide solution titer

과산화물가 측정: 과산화물가는 황금메디커피 분말의 지질을 ethyl ether로 추출하였고 이 지질시료를 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety, 2017b)에 따라 측정하였다. 지질 검체를 삼각플라스크에 넣고 혼합액(acetic acid:chloroform=3:2) 25.0 mL를 넣어 녹인 후 포화 KI 용액(saturated solution iodide potassium) 1.0 mL를 가볍게 흔들어 혼합하고 10분간 암실에 반응시켰다. 증류수 30.0 mL를 넣고 세게 흔들어 혼합해준 뒤 1% 전분 시액 1.0 mL를 지시약으로 하여 0.01 N sodium thiosulfate로 적정하였으며, 사용된 양을 측정하여 과산화물량을 산출하였다.

Peroxidevaluemeq/kg=ab×fS×100

S: Sample (g)

a:0.01 N Titration of sodium thiosulfate solution (mL)

b:Consumption of 0.01 N sodium thiosulfate solution in blank test (mL)

f: 0.01 N sodium thiosulfate solution titer

통계처리

모든 실험은 3회 반복 측정하였으며, 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 각 평균값에 대한 유의적인 차이는 SPSS version 27(IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 ANOVA로 분석한 뒤 Duncan’s multiple range test를 실시하여 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

총 폴리페놀 함량변화

일반적으로 식물체가 가지는 페놀성 물질이 항산화 활성과 높은 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 페놀성 화합물은 식물계에 널리 분포된 2차 대사산물의 하나로 다양한 구조와 분자량을 가지고 자유라디칼을 수용할 수 있는 phenolic hydroxyl기를 가지기 때문에, 단백질 및 기타 거대 분자들과 결합하는 성질을 가지며 항산화, 항균, 항암 등의 생리기능을 가진다(Song, 2013). 저장기간에 따른 총 폴리페놀 함량의 변화는 Fig. 2에 나타내었다. 전체적으로 HE> SO> Control 순으로 높고 모든 시료에서 0주차 때의 함량이 가장 높았으며 4주 경과 후의 함량이 가장 낮아 저장기간에 따라 모든 실험군에서 감소하는 것으로 나타났다. 그 이유는 저장기간에 pH 감소로 인해 페놀성 화합물의 안정성이 감소하고 Folin-Dennis와의 반응성이 감소하여 결과적으로 폴리페놀 함량의 측정값이 감소한 것으로 사료된다(Kim과 Jeong, 2019). HE는 0주차 481.65 mg GAE/g, 4주차는 396.40 mg GAE/g의 함량을 나타내어 가장 높은 값을 나타냈으며, Control은 저장 초기 0주차에 357.62 mg GAE/g, 4주차에 330.16 mg GAE/g으로 감소하여 가장 낮은 함량을 보였다. 황금을 첨가한 커피가 Control보다 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 높았고 HE가 SO보다 폴리페놀 함량이 높게 나온 것을 보아 가열침지법이 더 효과적인 것을 알 수 있다. Lim 등(2015)은 오디 추출액을 생두에 침지한 오디 침지 커피를 제조하여 이화학적 특성, 항산화 활성, 소비자 기호도 등의 품질특성을 조사하였다. 그 결과 대조군 2종의 총 폴리페놀 함량은 각각 19.79 및 22.77 mg GAE/g이었고, 2시간 및 4시간 침지한 오디 침지 커피는 각각 26.06 및 26.07 mg GAE/g인 것으로 나타나 대조군보다 오디를 첨가한 커피의 총 폴리페놀 함량이 높았으며 이는 본 연구 결과와 유사하였다.

Fig. 2. Changes of total polyphenol contents of Scutellaria baicalensis medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

총 플라보노이드 함량변화

총 플라보노이드 함량은 플라보노이드에 알칼리를 작용시키면 헤스페리딘과 나린진 등의 플라바논이나 수용성 플라보놀 배당체가 황색을 나타내게 된다(Kim과 Han, 2018). 저장기간에 따른 4주간의 총 플라보노이드 함량은 Fig. 3에 나타내었다. 0주차에서 4주차로 기간이 지남에 따라 HE, SO, Control 모두 함량이 점차 감소하는 경향을 보였다. 0주차의 함량은 HE가 441.82 mg QE/g으로 가장 높고 SO는 420.35 mg QE/g이며, Control은 345.77 mg QE/g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 또한 4주차의 함량은 0주차와 마찬가지로 HE, SO, Control 순으로 함량이 낮았다. 황금을 첨가한 HE와 SO 모두 Control보다 플라보노이드 함량이 유의적으로 증가하였고, 침지 방법을 비교해보면 HE가 SO보다 0주차에서 4주차까지의 플라보노이드 함량이 유의적으로 높았다. Kim(2014)의 연구에서 황금의 총 플라보노이드 함량 측정 결과 0.05% 농도의 황금 추출물은 카페인산과 동등한 총 폴리페놀 함량이 0.1 mg/mL였고, 0.3%의 황금 추출물의 quercetin과 동등한 총 플라보노이드 함량은 0.34 mg/mL로 나타났다. 또한 황금의 농도에 따라 농도 의존적으로 총 플라보노이드 함량이 증가하는 것으로 확인되었음을 보고하였다.

Fig. 3. Changes of total flavonoid contents for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

DPPH 자유라디칼 소거 활성 변화

DPPH 자유라디칼 소거 활성법은 비교적 간단하면서도 대량 측정이 가능한 방법으로 에탄올 용액에서는 보라색으로 발색된다. 그러나 항산화 활성을 갖는 물질과 반응 시 항산화 활성 물질이 DPPH의 라디칼을 소거시켜 탈색되므로 이를 이용하여 항산화 활성을 쉽게 측정할 수 있다(Jung 등, 2004). HE는 0주차 94.00%로 시료 중 가장 높은 활성을 나타내었고 4주차는 88.76%의 활성을 나타냈다(Table 1). Control은 각각 0주차 85.28%, 4주차 80.96%로 가장 낮은 활성을 나타내었다. 전체적으로 볼 때 시간이 지날수록 EDA(%)가 감소하였으나 HE> SO> Control 순으로 활성이 높게 유지되었다. 결론적으로 Control보다 황금이 첨가된 HE 및 SO의 활성이 유의적으로 높았고, 가열침지 커피가 초음파침지 커피보다 높게 나온 것으로 보아 황금을 첨가한 커피가 항산화 활성이 더 높으며 HE가 더 효과적인 것을 알 수 있었다. Kim 등(2016)은 8가지 약용식물(차가버섯, 모링가, 그라비올라, 단풍마, 가시오가피, 음양곽, 인진쑥, 오디 등)의 추출물과 원두커피를 혼합하여 기능성 음료를 제조하였고, 이들 모두 강한 활성을 나타냈다는 결과를 보고하였다. 약용식물인 황금을 첨가한 본 연구의 황금메디커피도 이와 유사한 경향을 나타내었다.

Table 1 . Changes of DPPH and ABTS radical scavenging activities, and SOD-like activity for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks

Storage period (weeks)Samples1)DPPH (%)ABTS (%)SOD (%)
0Control85.28±0.13a2)82.29±0.31a69.58±0.48a
SO93.25±0.07b91.08±0.29b79.52±0.51b
HE94.00±0.19c91.58±0.20c81.51±0.42c
1Control84.78±0.33a81.53±0.21a67.99±0.34a
SO91.40±0.07b90.83±0.03b78.93±0.64b
HE92.08±0.22c90.95±0.08c80.12±0.51c
2Control83.19±0.19a80.90±0.15a66.40±0.51a
SO90.10±0.32b90.45±0.04b78.33±0.64b
HE91.07±0.21c90.58±0.08c79.52±0.54c
3Control82.22±0.26a80.28±0.36a65.01±0.45a
SO88.97±0.19b89.57±0.19b77.34±0.34b
HE89.48±0.27c90.08±0.31c77.93±0.21c
4Control80.96±0.26a78.77±0.21a63.82±0.61a
SO87.80±0.31b88.82±0.06b74.16±0.91b
HE88.76±0.25c89.07±0.14c75.75±0.64c
Ascorbic acid98.62±0.2598.49±0.5997.22±0.91

1)Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion.

2)Mean±SD (n=3). Different superscript letters (a-c) in a column of each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).



ABTS 자유라디칼 소거 활성 변화

ABTS 자유라디칼을 이용한 항산화 활성의 측정법은 potassium persulfate와의 반응으로 생성되는 ABTS 자유라디칼이 시료 내의 항산화 물질에 의해 제거되어 라디칼 특유의 색인 청록색이 탈색되는 것을 이용한 방법이다(Ko, 2013). ABTS 라디칼 소거 활성은 0~4주차로 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 보였다(Table 1). 0주차의 Control은 82.29%로 가장 낮았고 HE는 91.58%로 가장 높았다. 양성대조군인 ascorbic acid(98.49%)를 비교했을 때 황금메디커피는 비교적 우수한 항산화 활성을 지닌 것으로 사료된다. 저장 4주 후 Control은 78.77%로 낮아졌고 HE는 89.07%로 감소하였다. 4주의 저장기간 중 라디칼 소거 활성은 HE> SO> Control 순으로 높게 나타났다. 따라서 황금메디커피가 Control보다 활성이 유의적으로 높다는 것을 알 수 있으며, 공정에 따른 차이에 있어서는 HE 방식이 SO 방식보다 더 효과적인 것으로 사료된다. Kim과 Lee(2018)는 물, 에탄올, 메탄올 추출 용매에 따른 커피 생두 추출물을 제조하여 ABTS 자유라디칼 소거 활성을 측정한 결과 80% 에탄올 추출물이 12.85~92.61%로 가장 높게 나타났다고 보고한 바 있다. Lee와 Park(2017)은 황금, 어성초, 황련, 황백에 대해 물 및 80% 에탄올 추출물을 제조하여 농도별로(10~100 μg/mL) ABTS 라디칼 소거 활성을 측정하였다. 그 결과 100 μg/mL의 농도에서 황금의 경우 물 추출물 72.50% 및 80% 에탄올 추출물 85.23%와 같이 높은 소거 활성을 나타냈으며, 이는 4가지 시료 중 가장 높은 수치였다. 따라서 황금 자체의 항산화 활성 또한 매우 우수한 것으로 사료된다.

SOD 유사 활성 변화

Pyrogallol은 물에 존재하는 superoxide radical에 의해 자동 산화되어 갈색 물질을 형성하며, superoxide 포착 활성이 있는 물질 존재 시 이러한 pyrogallol의 산화 속도가 감소하는 원리를 이용하여 분광광도계로 분석할 수 있다(Cho 등, 2007). SOD 유사 활성 측정 결과 0~4주차로 시간이 지남에 따라 활성이 감소하는 것으로 나타났다(Table 1). 0주차 SOD 유사 활성은 Control이 69.58%로 가장 낮았으며, SO가 79.52%, HE가 81.51%로 가장 높았다. 4주차에서는 Control이 63.82%, SO 74.16%, HE 75.75%로 0주차에 비해 감소하였다. 즉 저장기간이 지남에 따라 SOD 유사 활성이 점차 감소하는 경향을 보였고, HE> SO> Control 순으로 SOD 유사 활성이 유의적으로 높았다. 한편, 침지 방식을 비교해보면 저장기간 내내 HE가 SO보다 유의적으로 높은 활성을 보여 황금 추출물을 커피 생두에 침투시키기 위해서는 가열침지 방식이 더 효과적인 것으로 사료된다. Lee와 Park(2017)은 황금의 물 추출물과 80% 에탄올 추출물을 농도별로(10~100 μg/mL) 제조하여 SOD 유사 활성을 측정했는데, 100 μg/mL의 농도에서 각각 35.21% 및 35.85%의 활성을 나타낸 것으로 보고하였다. Kim과 Lee(2018)는 커피의 에탄올 추출물을 제조하여 500, 250, 125, 62.5 μg/mL 농도별로 SOD 유사 활성을 측정한 결과, 각각 94.8%, 55.0%, 44.8%, 36.8%의 순으로 나타났음을 보고한 바 있다.

산가 변화

저장기간에 따른 산가의 변화는 Fig. 4와 같다. 전반적으로 Control> SO> HE 순으로 높은 산가를 보였으며, 저장 0주차에 가장 낮았고 4주차에 가장 높았다. 0주차의 Control은 14.29 mg/g으로 가장 높았고 HE는 10.81 mg/g으로 유의적으로 가장 낮았으나, 4주 경과 후 Control은 29.95 mg/g으로 증가한 데 비해 HE는 18.31 mg/g으로 산가가 유의적으로 가장 낮게 유지되었다. 따라서 저장기간이 증가할수록 전체적으로 산가는 증가하지만, 황금 추출물을 첨가한 커피가 Control보다 유의적으로 낮은 산가를 나타냄으로써 황금 추출물이 산패 억제 효과를 나타낸 것으로 사료된다. 또한 SO보다 HE의 산가가 더 낮은 것으로 보아 가열침지법이 더 효과적인 것으로 사료된다. Lim 등(2017)은 단기 저장기간 중 커피 원두의 지방산가를 측정한 결과 로스팅 직전의 콜롬비아 생두(Coffea arabica) 분말의 산가는 4.47 mg/g이었으나, 저장기간에 점차 증가하여 60일간의 저장 후에는 11.89 mg/g을 나타내어 분쇄된 생두 분말의 경우는 지방의 산가가 지속해서 증가함을 보고하였다. 이처럼 로스팅 후 시간이 지날수록 커피 원두의 산가는 증가하며, 이를 억제하기 위해 황금 추출물을 첨가하는 것은 매우 효과적인 것으로 사료된다.

Fig. 4. Changes of acid value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

과산화물가 변화

저장기간에 따른 과산화물가의 변화는 Fig. 5와 같으며 산가의 변화 패턴과 유사하였다. 전반적으로 Control> SO> HE 순으로 높은 과산화물가를 보였고, 0주차에 가장 낮았으며 시간이 경과함에 따라 증가하여 4주차에 가장 높았다. Control의 0주차 과산화물가는 15.51 meq/kg으로 가장 높았고 HE는 14.81 meq/kg으로 가장 낮았으며, 4주 경과 후 Control 38.44 meq/kg 및 HE 26.98 meq/kg으로 나타났다. 따라서 저장기간이 증가할수록 전체적으로 과산화물가 역시 증가하지만, 황금 추출물 첨가 시 Control에 비해 유의적으로 낮은 과산화물가를 나타냄으로써 황금 추출물이 산패 억제에 효과적인 것으로 사료된다. 또한 SO보다 HE의 과산화물가가 더 낮게 유지된 것으로 미루어 가열침지법이 황금 추출물을 첨가하는 데에 더욱 효과적인 것으로 사료된다. 로스팅 후 커피 원두의 지질이 산패되는 현상에 대해 Lim 등(2017)은 커피 원두의 열처리 과정 중에 생성된 산화물질 등이 저장하는 동안 배출되는 과정에서 지방의 산화에 영향을 미칠 수 있다고 설명한 바 있다.

Fig. 5. Changes of peroxide value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

종합적으로 본 연구에서 제조한 황금메디커피는 황금의 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 항산화 성분들이 효과적으로 커피 원두에 침투되어 항산화 활성이 증가하였을 뿐만 아니라, 황금 추출물이 커피 로스팅 후 저장 중에도 지질의 산패 억제에 크게 기여하는 것으로 사료된다.

본 연구에서는 커피 생두를 로스팅한 후에도 저장기간에 일정한 품질을 유지할 수 있도록 항산화 활성이 우수한 한약재인 황금을 활용한 황금메디커피를 개발하였다. 황금 추출물에 가열침지(HE) 및 초음파침지(SO)의 두 가지 방법으로 생두를 침지시켜 건조한 후 로스팅하여 40°C에서 4주간 저장하면서 경시적으로 항산화 활성 및 산패도 변화를 살펴보았다. 항산화 성분인 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 전체적으로 HE> SO> Control 순으로 높았고, 저장기간이 증가함에 따라 감소하였다. HE의 총 폴리페놀 함량은 저장 0주차 481.65 mg GAE/g에서 4주차에 396.40 mg GAE/g으로 감소하였으나 세 시료 중 가장 높은 수준이었다. 플라보노이드 함량도 유사한 경향을 보여 황금을 첨가한 HE와 SO 시료 모두 Control보다 플라보노이드 함량이 유의적으로 증가하였다. 가열침지법이 초음파침지법에 비해 두 성분의 함량이 저장기간 내내 모두 유의적으로 높게 유지되었다. 저장기간 중 항산화 활성으로 DPPH 및 ABTS 자유라디칼 소거 활성과 SOD 유사 활성을 분석하였다. 4주간 저장기간이 증가함에 따라 모든 항산화 활성이 감소하면서 시료 간에 유의적인 차이를 보였으나, HE가 저장기간 내내 가장 높은 수준을 유지하였다. HE의 DPPH 자유라디칼 소거 활성은 0주차 94.00%에서 4주차 88.76%로 감소하였고, ABTS 자유라디칼 소거 활성 및 SOD 유사 활성은 각각 91.58%에서 89.07% 및 81.51%에서 75.75%로 감소하였으나 여전히 SO 및 Control보다는 유의적으로 높았다. 황금메디커피의 로스팅 후 저장 중 산패 억제 효과를 확인하기 위해 산가와 과산화물가 변화를 분석하였다. 저장기간이 증가함에 따라 모든 시료의 산가 및 과산화물가는 증가하였고, Control> SO> HE의 순으로 높게 나타났다. Control은 저장 초기 산가 14.29 mg/g 및 과산화물가 15.51 meq/kg이었으나, 4주 경과 후 29.95 mg/g, 38.44 meq/kg으로 각각 크게 증가하였다. 그러나 HE는 4주 경과 후에도 산가 및 과산화물가가 각각 18.31 mg/g 및 26.98 meq/kg으로 낮게 나타나 Control과 유의적인 차이를 보였다. 종합적으로 본 연구에서 제조한 황금메디커피는 황금의 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 항산화 성분들이 효과적으로 커피 원두에 침투되어 항산화 활성이 증가하였을 뿐만 아니라, 황금 추출물이 커피 로스팅 후 저장 중에도 지질의 산패 억제에 크게 기여하는 것으로 사료된다.

본 연구는 중소벤처기업부의 창업성장기술개발사업의 일환으로 수행하였음[과제번호 S2619193].

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(7): 706-712

Published online July 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.7.706

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

황금을 첨가한 메디커피의 항산화 활성 및 저장기간에 따른 산패도 변화

정 엽*․심승연*․김가연․송효남

세명대학교 바이오식품영양학부

Received: February 7, 2022; Revised: June 2, 2022; Accepted: June 13, 2022

Changes in the Antioxidant Activity and Rancidity of Medicoffee Supplemented with Scutellaria baicalensis during Storage

Yeop Jung* , Seung-Yeon Sim* , Ga-Yeon Kim , and Hyo-Nam Song

Department of Biofood and Nutrition, Semyung University

Correspondence to:Hyo-Nam Song, Department of Biofood and Nutrition, Semyung University, 65, Semyungro, Jecheon, Chungbuk 27136, Korea, E-mail: hnsong@semyung.ac.kr
Author information: Yeop Jung (Student), Seung-Yeon Sim (Student), Ga-Yeon Kim (Student), Hyo-Nam Song (Professor)
*These authors contributed equally to this work.

Received: February 7, 2022; Revised: June 2, 2022; Accepted: June 13, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

To maintain the freshness and good quality of roasted coffee during storage, we developed the highly antioxidative medicoffee supplemented with Scutellaria baicalensis. Green coffee beans were immersed in Scutellaria baicalensis extract (SBE) and subjected to either heat immersion (HE) or ultrasonic immersion (SO). Changes in the antioxidant activities and rancidity were examined over time during the storage at 40°C for 4 weeks. The total polyphenols and flavonoid contents were overall higher in the order HE> SO> Control, and decreased as the storage period increased. However, compared to the ultrasonic immersion method, the heat immersion method maintained significantly higher content of both components throughout the storage period. Antioxidant activity of all coffees measured by DPPH and ABTS radical scavenging activity and SOD-like activity tended to decrease significantly with the storage period. HE coffee showed the highest level compared to SO and Control even at week 4: 88.76% DPPH, 89.07% ABTS, and 75.75% SOD. The acid value (AV) and peroxide value (POV) increased over time, and levels obtained were in the order Control> SO> HE. The AV of Control increased significantly up to 29.95 mg/g at week 4, while levels in HE were remarkably lower (18.31 mg/g). The POV increased up to 38.44 meq/kg for Control compared with a much lower level of 26.98 meq/kg for HE. Overall, coffee supplemented with SBE was able to maintain high antioxidant activity after roasting, which is probably due to imparting a protective effect on lipid oxidation.

Keywords: Scutellaria baicalensis, green coffee bean, antioxidant activity, rancidity, DPPH

서 론

커피는 전 세계적으로 가장 많은 교역이 이루어지는 식품 중의 하나이다. 또한, 커피는 세계적으로 가장 널리 많이 섭취되는 음료로 폴리페놀 화합물을 다량 함유하고 있어서 항산화 기능을 제공하는 대표적인 식품이기도 하다. 커피의 가공 상태에 따라 부르는 명칭 중 생두(green coffee bean)는 커피 열매의 외피와 속 열매껍질(parchment), 과육(pulp)이나 점액질(mucilage) 부분을 세척이나 건조 상태로 제거하고 얻은 배유 부분(endosperm)을 일컫는다. 커피 생두는 약리 성분을 분리하거나 기능성 식품 성분을 분리하는 용도 외에는 주로 roasting 되어 원두로 가공되고, 이로부터 물로 추출한 커피음료들로 소비하게 된다. Roasting 과정을 통하면 생두에서 나는 풀뿌리 냄새나 지린내 등이 없어지고 대신 커피를 애호하는 사람들이 즐기는 독특한 향, 맛 및 색깔로 변환하게 된다(Lim 등, 2017). 또한, 커피는 오래전부터 높은 관능적 기호도와 각성효과 때문에 음료 형태로 소비되고 있으며, 최근에는 항산화 효과, 항미생물 효과, 항암 효과, 항당뇨 효과 등이 과학적으로 규명됨에 따라 소비량이 더욱 증가하는 추세에 있다(Nam과 Kang, 2015). 커피 생두는 18개월간의 저장기간에 산가가 거의 변화되지 않는다고 알려져 있다. 하지만 생두를 roasting 가공하여 분쇄한 상태로 60일간 실온에서 저장한 경우는 산가가 증가하면서 지방의 양이 증가하여 커피의 풍미를 잃게 되고 지속해서 산화가 이루어지며 커피의 품질(cup quality)이 떨어진다는 결과가 보고되었다(Lim 등, 2017).

본 연구에서는 로스팅 후에도 커피 지질의 산패를 억제하고 커피 본연의 맛과 향을 유지할 방법으로 항산화 활성이 높은 천연물을 생두에 접목하고자 하였다. 이에 따른 예비 실험 결과 총 19종의 한방천연물 후보(황금, 산수유, 단삼, 모과, 차전자, 마가목, 산조인, 국화, 뽕잎, 대추, 당귀, 금은화, 육계, 황기, 오가피, 감초, 시호, 우방자, 초피) 중에서 항산화 활성이 높은 것으로 나타난 황금을 선정하였다(자료 미제시).

황금(黃芩, Scutellaria baicalensis)은 중국이 원산지로 약용식물로 도입되어 전국에서 재배되고 있으며, 한국, 중국, 몽골 및 시베리아 동부 등지에 분포한다. 황금은 예로부터 민간처방 약재로 사용되었을 뿐만 아니라 한방에서는 뿌리를 말린 것을 이질, 발열, 황달 및 옴의 치료제로 사용되고 있다. 최근 연구에 따르면 황금에는 활성 성분으로 baicalein, biacalin, chrysin, oroxylin-A, wogonin 및 wogonoside 등과 같은 30여 종 이상의 플라보노이드가 함유되어 있으며 항염증, 항당뇨, 항균 및 항산화 등과 같은 많은 약리학 및 생물학적 활성을 가지는 것으로 알려져 있다(Hwang 등, 2013).

커피 생두에 황금 추출물을 첨가해 항산화력이 증진된 황금메디커피를 제조하기 위하여 가열침지 및 초음파침지(Chung 등, 2016) 두 가지의 방식을 이용하였고, 시티 로스팅(city roasting) 조건으로 로스팅한 후 40°C에서 4주간 저장하면서 항산화 활성 및 산패도의 변화를 경시적으로 분석하였다.

재료 및 방법

실험재료

황금은 2020년 수확된 중국산을 충북 제천시 약초시장에서 구매하여 사용하였으며 생두는 브라질산을 구매하여 사용하였다. Folin & Ciocalteu’s phenol reagent, DPPH(2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl), ABTS[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] 및 gallic acid는 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. Potassium persulfate(99.0%), pyrogallol(99.0%)은 삼전순약공업(Pyeongtak, Korea)에서 구입하여 사용하였고, quercetin은 대정화금(Siheung, Korea)에서 구입하여 사용하였다.

황금메디커피 추출물 제조 및 저장

황금 추출물을 제조하기 위해 황금 1.5 kg과 70% 에탄올을 넣고 2.5시간 동안 환류 냉각 추출한 후 여과하여 감압 농축하였다. 생두에 황금 추출물을 첨가하여 황금메디커피를 제조하기 위해 초음파침지(Ultrasonic Immersion, SO)와 가열침지(Heating Immersion, HE)를 이용하였다(Fig. 1). 초음파침지 시료는 생두 750 g에 황금 추출물을 4 L 넣고 40°C에서 4시간 동안 sonicator(POWERSONIC 520, Hwashin Tech, Daegu, Korea)에서 초음파 처리하였다. 가열침지 시료는 동량의 생두와 황금 추출물을 80°C에서 2시간 침지시켰다. 침지가 끝난 초음파침지 및 가열침지 시료 모두 건조기(OF-22GW, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에 넣고 70°C에서 24시간 건조한 후 생두를 SCAA 분류법의 약강배전(medium, city roasting)에 준하여 220~225°C에서 1차 크랙, 2차 크랙 도달 후 로스팅 종료까지 평균 10분 정도 로스팅한 뒤 분쇄하여 황금이 첨가된 커피 분말을 제조하였다. 이를 40°C의 incubator(JSGI-150T, Hwashin Tech)에 4주간 저장하면서 일주일 간격으로 시료를 꺼내어 분석 시료로 사용하였다. 분석을 위한 커피 추출액은 다시 환류 냉각 추출 후 감압 농축하여 1.0 mg/mL의 농도로 제조하였다.

Fig 1. Process diagram for medicoffee added with cutellaria baicalensis preparation.

항산화 성분의 함량변화

총 폴리페놀 함량 측정: 총 폴리페놀 함량 측정은 Kim과 Lee(2016)의 Folin-Denis 법에 따라 측정하였다. 황금메디커피 추출액 0.15 mL에 Folin-Denis 시약 0.15 mL와 증류수 0.7 mL를 진탕시켜 5분 동안 방치한 후, 10% Na2CO3 용액 0.7 mL와 증류수 1.3 mL를 혼합하여 암실 상태에서 실온에 1.5시간 동안 방치시키고 Ultra Violet-Visible spectrophotometer(UV/Vis spectrophotometer, UV-1601, Shimadzu Co., Kyoto, Japan)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 이용하여 표준곡선으로부터 총 폴리페놀 함량을 산출하였다.

총 플라보노이드 함량 측정: 총 플라보노이드 함량 측정은 Kim 등(2003)의 방법을 일부 수정하여 측정하였다. 황금메디커피 추출액 1.0 mL와 5% sodium nitrite 0.3 mL, 증류수 2.0 mL를 진탕한 후 5분간 실온에서 반응시키고 10% aluminum chloride 0.3 mL를 첨가해 혼합하여 6분간 실온에서 반응시킨 뒤 1 M sodium hydroxide 2 mL와 증류수 2.4 mL를 혼합하여 UV/Vis spectrophotometer를 이용해 510 nm에서 흡광도를 측정하였으며, quercetin을 이용하여 표준곡선으로부터 총 플라보노이드 함량을 산출하였다.

항산화 활성의 변화

DPPH 자유라디칼 소거 활성: DPPH 자유라디칼 소거 활성은 Song 등(2014)의 방법을 일부 수정하여 측정하였다. 황금메디커피 추출액 0.8 mL에 70% 에탄올 1.5 mL, 0.2 mM DPPH 용액 1.5 mL를 진탕시킨 뒤 암실에서 1.5시간 동안 방치하고 UV/Vis spectrophotometer를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 다음과 같은 공식을 이용하여 Electron Donating Ability(EDA)를 산출하였다.

EDA%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

ABTS 자유라디칼 소거 활성: ABTS 자유라디칼 소거 활성은 Oh 등(2014)의 방법을 일부 변경하여 측정하였으며 ascorbic acid를 positive control로 사용하였다. ABTS 용액 7 mM과 2.45 mM potassium persulfate를 1:1의 비율로 혼합한 뒤 암실에서 16시간 반응시킨 후 ABTS 라디칼을 형성시켜 희석된 ABTS 용액을 에탄올로 희석하여 734 nm에서 측정한 흡광도 값이 0.70±0.02가 되도록 조정하였다. 그 후 ABTS 용액 0.75 mL에 황금메디커피 추출액 0.15 mL를 혼합하여 암실에서 6분간 방치한 다음 UV/Vis spectrophotometer를 사용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTSradicalscavengingactivity%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

SOD 유사 활성: SOD 유사 활성은 Marklund와 Marklund(1974)의 방법을 일부 수정하여 측정하였으며 ascorbic acid를 positive control로 사용하였다. 황금메디커피 추출액 1.0 mL와 pH 8.5 Tris-HCL buffer 3.0 mL, 7.2 mL pyrogallol 0.2 mL를 첨가하여 25°C의 항온수조에서 10분간 반응시킨 뒤 1 N HCI 0.5 mL를 첨가한 후 UV/Vis spectrophotometer를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.

SODlikeactivity%=CSC×100

C: Control absorbance, S: Sample absorbance

저장기간 중 지질산패도의 변화

산가 측정: 산가는 황금메디커피 분말의 지질을 ethyl ether로 추출하였고 이 지질시료를 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety, 2017a)에 따라 측정하였다. 지질 검체를 삼각플라스크에 넣고 중성의 혼합액(에탄올:에테르=1:2) 100 mL를 넣어 녹인 후 1% thymolphthalein 지시약 0.5 mL를 천천히 약 2~3방울 첨가한 후 흔들어 주고, 흔들었을 때 청색이 30초간 지속할 때까지 0.1 N potassium hydroxide ethanolic standard solution 용액으로 적정하였다.

Acidvaluemg/g=5.611×ab×fS

S:Sample (g)

a:Consumption of 0.1 N ethanolic KOH solution for the sample (mL)

b:Consumption of 0.1 N ethanolic KOH solution for blank test (mL)

f: 0.1 N potassium hydroxide solution titer

과산화물가 측정: 과산화물가는 황금메디커피 분말의 지질을 ethyl ether로 추출하였고 이 지질시료를 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety, 2017b)에 따라 측정하였다. 지질 검체를 삼각플라스크에 넣고 혼합액(acetic acid:chloroform=3:2) 25.0 mL를 넣어 녹인 후 포화 KI 용액(saturated solution iodide potassium) 1.0 mL를 가볍게 흔들어 혼합하고 10분간 암실에 반응시켰다. 증류수 30.0 mL를 넣고 세게 흔들어 혼합해준 뒤 1% 전분 시액 1.0 mL를 지시약으로 하여 0.01 N sodium thiosulfate로 적정하였으며, 사용된 양을 측정하여 과산화물량을 산출하였다.

Peroxidevaluemeq/kg=ab×fS×100

S: Sample (g)

a:0.01 N Titration of sodium thiosulfate solution (mL)

b:Consumption of 0.01 N sodium thiosulfate solution in blank test (mL)

f: 0.01 N sodium thiosulfate solution titer

통계처리

모든 실험은 3회 반복 측정하였으며, 결과는 평균±표준편차로 나타내었다. 각 평균값에 대한 유의적인 차이는 SPSS version 27(IBM Corp., Armonk, NY, USA)을 이용하여 ANOVA로 분석한 뒤 Duncan’s multiple range test를 실시하여 P<0.05 수준에서 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

총 폴리페놀 함량변화

일반적으로 식물체가 가지는 페놀성 물질이 항산화 활성과 높은 관련이 있는 것으로 알려져 있다. 페놀성 화합물은 식물계에 널리 분포된 2차 대사산물의 하나로 다양한 구조와 분자량을 가지고 자유라디칼을 수용할 수 있는 phenolic hydroxyl기를 가지기 때문에, 단백질 및 기타 거대 분자들과 결합하는 성질을 가지며 항산화, 항균, 항암 등의 생리기능을 가진다(Song, 2013). 저장기간에 따른 총 폴리페놀 함량의 변화는 Fig. 2에 나타내었다. 전체적으로 HE> SO> Control 순으로 높고 모든 시료에서 0주차 때의 함량이 가장 높았으며 4주 경과 후의 함량이 가장 낮아 저장기간에 따라 모든 실험군에서 감소하는 것으로 나타났다. 그 이유는 저장기간에 pH 감소로 인해 페놀성 화합물의 안정성이 감소하고 Folin-Dennis와의 반응성이 감소하여 결과적으로 폴리페놀 함량의 측정값이 감소한 것으로 사료된다(Kim과 Jeong, 2019). HE는 0주차 481.65 mg GAE/g, 4주차는 396.40 mg GAE/g의 함량을 나타내어 가장 높은 값을 나타냈으며, Control은 저장 초기 0주차에 357.62 mg GAE/g, 4주차에 330.16 mg GAE/g으로 감소하여 가장 낮은 함량을 보였다. 황금을 첨가한 커피가 Control보다 총 폴리페놀 함량이 유의적으로 높았고 HE가 SO보다 폴리페놀 함량이 높게 나온 것을 보아 가열침지법이 더 효과적인 것을 알 수 있다. Lim 등(2015)은 오디 추출액을 생두에 침지한 오디 침지 커피를 제조하여 이화학적 특성, 항산화 활성, 소비자 기호도 등의 품질특성을 조사하였다. 그 결과 대조군 2종의 총 폴리페놀 함량은 각각 19.79 및 22.77 mg GAE/g이었고, 2시간 및 4시간 침지한 오디 침지 커피는 각각 26.06 및 26.07 mg GAE/g인 것으로 나타나 대조군보다 오디를 첨가한 커피의 총 폴리페놀 함량이 높았으며 이는 본 연구 결과와 유사하였다.

Fig 2. Changes of total polyphenol contents of Scutellaria baicalensis medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

총 플라보노이드 함량변화

총 플라보노이드 함량은 플라보노이드에 알칼리를 작용시키면 헤스페리딘과 나린진 등의 플라바논이나 수용성 플라보놀 배당체가 황색을 나타내게 된다(Kim과 Han, 2018). 저장기간에 따른 4주간의 총 플라보노이드 함량은 Fig. 3에 나타내었다. 0주차에서 4주차로 기간이 지남에 따라 HE, SO, Control 모두 함량이 점차 감소하는 경향을 보였다. 0주차의 함량은 HE가 441.82 mg QE/g으로 가장 높고 SO는 420.35 mg QE/g이며, Control은 345.77 mg QE/g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 또한 4주차의 함량은 0주차와 마찬가지로 HE, SO, Control 순으로 함량이 낮았다. 황금을 첨가한 HE와 SO 모두 Control보다 플라보노이드 함량이 유의적으로 증가하였고, 침지 방법을 비교해보면 HE가 SO보다 0주차에서 4주차까지의 플라보노이드 함량이 유의적으로 높았다. Kim(2014)의 연구에서 황금의 총 플라보노이드 함량 측정 결과 0.05% 농도의 황금 추출물은 카페인산과 동등한 총 폴리페놀 함량이 0.1 mg/mL였고, 0.3%의 황금 추출물의 quercetin과 동등한 총 플라보노이드 함량은 0.34 mg/mL로 나타났다. 또한 황금의 농도에 따라 농도 의존적으로 총 플라보노이드 함량이 증가하는 것으로 확인되었음을 보고하였다.

Fig 3. Changes of total flavonoid contents for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

DPPH 자유라디칼 소거 활성 변화

DPPH 자유라디칼 소거 활성법은 비교적 간단하면서도 대량 측정이 가능한 방법으로 에탄올 용액에서는 보라색으로 발색된다. 그러나 항산화 활성을 갖는 물질과 반응 시 항산화 활성 물질이 DPPH의 라디칼을 소거시켜 탈색되므로 이를 이용하여 항산화 활성을 쉽게 측정할 수 있다(Jung 등, 2004). HE는 0주차 94.00%로 시료 중 가장 높은 활성을 나타내었고 4주차는 88.76%의 활성을 나타냈다(Table 1). Control은 각각 0주차 85.28%, 4주차 80.96%로 가장 낮은 활성을 나타내었다. 전체적으로 볼 때 시간이 지날수록 EDA(%)가 감소하였으나 HE> SO> Control 순으로 활성이 높게 유지되었다. 결론적으로 Control보다 황금이 첨가된 HE 및 SO의 활성이 유의적으로 높았고, 가열침지 커피가 초음파침지 커피보다 높게 나온 것으로 보아 황금을 첨가한 커피가 항산화 활성이 더 높으며 HE가 더 효과적인 것을 알 수 있었다. Kim 등(2016)은 8가지 약용식물(차가버섯, 모링가, 그라비올라, 단풍마, 가시오가피, 음양곽, 인진쑥, 오디 등)의 추출물과 원두커피를 혼합하여 기능성 음료를 제조하였고, 이들 모두 강한 활성을 나타냈다는 결과를 보고하였다. 약용식물인 황금을 첨가한 본 연구의 황금메디커피도 이와 유사한 경향을 나타내었다.

Table 1 . Changes of DPPH and ABTS radical scavenging activities, and SOD-like activity for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks.

Storage period (weeks)Samples1)DPPH (%)ABTS (%)SOD (%)
0Control85.28±0.13a2)82.29±0.31a69.58±0.48a
SO93.25±0.07b91.08±0.29b79.52±0.51b
HE94.00±0.19c91.58±0.20c81.51±0.42c
1Control84.78±0.33a81.53±0.21a67.99±0.34a
SO91.40±0.07b90.83±0.03b78.93±0.64b
HE92.08±0.22c90.95±0.08c80.12±0.51c
2Control83.19±0.19a80.90±0.15a66.40±0.51a
SO90.10±0.32b90.45±0.04b78.33±0.64b
HE91.07±0.21c90.58±0.08c79.52±0.54c
3Control82.22±0.26a80.28±0.36a65.01±0.45a
SO88.97±0.19b89.57±0.19b77.34±0.34b
HE89.48±0.27c90.08±0.31c77.93±0.21c
4Control80.96±0.26a78.77±0.21a63.82±0.61a
SO87.80±0.31b88.82±0.06b74.16±0.91b
HE88.76±0.25c89.07±0.14c75.75±0.64c
Ascorbic acid98.62±0.2598.49±0.5997.22±0.91

1)Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion..

2)Mean±SD (n=3). Different superscript letters (a-c) in a column of each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..



ABTS 자유라디칼 소거 활성 변화

ABTS 자유라디칼을 이용한 항산화 활성의 측정법은 potassium persulfate와의 반응으로 생성되는 ABTS 자유라디칼이 시료 내의 항산화 물질에 의해 제거되어 라디칼 특유의 색인 청록색이 탈색되는 것을 이용한 방법이다(Ko, 2013). ABTS 라디칼 소거 활성은 0~4주차로 시간이 지남에 따라 감소하는 경향을 보였다(Table 1). 0주차의 Control은 82.29%로 가장 낮았고 HE는 91.58%로 가장 높았다. 양성대조군인 ascorbic acid(98.49%)를 비교했을 때 황금메디커피는 비교적 우수한 항산화 활성을 지닌 것으로 사료된다. 저장 4주 후 Control은 78.77%로 낮아졌고 HE는 89.07%로 감소하였다. 4주의 저장기간 중 라디칼 소거 활성은 HE> SO> Control 순으로 높게 나타났다. 따라서 황금메디커피가 Control보다 활성이 유의적으로 높다는 것을 알 수 있으며, 공정에 따른 차이에 있어서는 HE 방식이 SO 방식보다 더 효과적인 것으로 사료된다. Kim과 Lee(2018)는 물, 에탄올, 메탄올 추출 용매에 따른 커피 생두 추출물을 제조하여 ABTS 자유라디칼 소거 활성을 측정한 결과 80% 에탄올 추출물이 12.85~92.61%로 가장 높게 나타났다고 보고한 바 있다. Lee와 Park(2017)은 황금, 어성초, 황련, 황백에 대해 물 및 80% 에탄올 추출물을 제조하여 농도별로(10~100 μg/mL) ABTS 라디칼 소거 활성을 측정하였다. 그 결과 100 μg/mL의 농도에서 황금의 경우 물 추출물 72.50% 및 80% 에탄올 추출물 85.23%와 같이 높은 소거 활성을 나타냈으며, 이는 4가지 시료 중 가장 높은 수치였다. 따라서 황금 자체의 항산화 활성 또한 매우 우수한 것으로 사료된다.

SOD 유사 활성 변화

Pyrogallol은 물에 존재하는 superoxide radical에 의해 자동 산화되어 갈색 물질을 형성하며, superoxide 포착 활성이 있는 물질 존재 시 이러한 pyrogallol의 산화 속도가 감소하는 원리를 이용하여 분광광도계로 분석할 수 있다(Cho 등, 2007). SOD 유사 활성 측정 결과 0~4주차로 시간이 지남에 따라 활성이 감소하는 것으로 나타났다(Table 1). 0주차 SOD 유사 활성은 Control이 69.58%로 가장 낮았으며, SO가 79.52%, HE가 81.51%로 가장 높았다. 4주차에서는 Control이 63.82%, SO 74.16%, HE 75.75%로 0주차에 비해 감소하였다. 즉 저장기간이 지남에 따라 SOD 유사 활성이 점차 감소하는 경향을 보였고, HE> SO> Control 순으로 SOD 유사 활성이 유의적으로 높았다. 한편, 침지 방식을 비교해보면 저장기간 내내 HE가 SO보다 유의적으로 높은 활성을 보여 황금 추출물을 커피 생두에 침투시키기 위해서는 가열침지 방식이 더 효과적인 것으로 사료된다. Lee와 Park(2017)은 황금의 물 추출물과 80% 에탄올 추출물을 농도별로(10~100 μg/mL) 제조하여 SOD 유사 활성을 측정했는데, 100 μg/mL의 농도에서 각각 35.21% 및 35.85%의 활성을 나타낸 것으로 보고하였다. Kim과 Lee(2018)는 커피의 에탄올 추출물을 제조하여 500, 250, 125, 62.5 μg/mL 농도별로 SOD 유사 활성을 측정한 결과, 각각 94.8%, 55.0%, 44.8%, 36.8%의 순으로 나타났음을 보고한 바 있다.

산가 변화

저장기간에 따른 산가의 변화는 Fig. 4와 같다. 전반적으로 Control> SO> HE 순으로 높은 산가를 보였으며, 저장 0주차에 가장 낮았고 4주차에 가장 높았다. 0주차의 Control은 14.29 mg/g으로 가장 높았고 HE는 10.81 mg/g으로 유의적으로 가장 낮았으나, 4주 경과 후 Control은 29.95 mg/g으로 증가한 데 비해 HE는 18.31 mg/g으로 산가가 유의적으로 가장 낮게 유지되었다. 따라서 저장기간이 증가할수록 전체적으로 산가는 증가하지만, 황금 추출물을 첨가한 커피가 Control보다 유의적으로 낮은 산가를 나타냄으로써 황금 추출물이 산패 억제 효과를 나타낸 것으로 사료된다. 또한 SO보다 HE의 산가가 더 낮은 것으로 보아 가열침지법이 더 효과적인 것으로 사료된다. Lim 등(2017)은 단기 저장기간 중 커피 원두의 지방산가를 측정한 결과 로스팅 직전의 콜롬비아 생두(Coffea arabica) 분말의 산가는 4.47 mg/g이었으나, 저장기간에 점차 증가하여 60일간의 저장 후에는 11.89 mg/g을 나타내어 분쇄된 생두 분말의 경우는 지방의 산가가 지속해서 증가함을 보고하였다. 이처럼 로스팅 후 시간이 지날수록 커피 원두의 산가는 증가하며, 이를 억제하기 위해 황금 추출물을 첨가하는 것은 매우 효과적인 것으로 사료된다.

Fig 4. Changes of acid value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

과산화물가 변화

저장기간에 따른 과산화물가의 변화는 Fig. 5와 같으며 산가의 변화 패턴과 유사하였다. 전반적으로 Control> SO> HE 순으로 높은 과산화물가를 보였고, 0주차에 가장 낮았으며 시간이 경과함에 따라 증가하여 4주차에 가장 높았다. Control의 0주차 과산화물가는 15.51 meq/kg으로 가장 높았고 HE는 14.81 meq/kg으로 가장 낮았으며, 4주 경과 후 Control 38.44 meq/kg 및 HE 26.98 meq/kg으로 나타났다. 따라서 저장기간이 증가할수록 전체적으로 과산화물가 역시 증가하지만, 황금 추출물 첨가 시 Control에 비해 유의적으로 낮은 과산화물가를 나타냄으로써 황금 추출물이 산패 억제에 효과적인 것으로 사료된다. 또한 SO보다 HE의 과산화물가가 더 낮게 유지된 것으로 미루어 가열침지법이 황금 추출물을 첨가하는 데에 더욱 효과적인 것으로 사료된다. 로스팅 후 커피 원두의 지질이 산패되는 현상에 대해 Lim 등(2017)은 커피 원두의 열처리 과정 중에 생성된 산화물질 등이 저장하는 동안 배출되는 과정에서 지방의 산화에 영향을 미칠 수 있다고 설명한 바 있다.

Fig 5. Changes of peroxide value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).

종합적으로 본 연구에서 제조한 황금메디커피는 황금의 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 항산화 성분들이 효과적으로 커피 원두에 침투되어 항산화 활성이 증가하였을 뿐만 아니라, 황금 추출물이 커피 로스팅 후 저장 중에도 지질의 산패 억제에 크게 기여하는 것으로 사료된다.

요 약

본 연구에서는 커피 생두를 로스팅한 후에도 저장기간에 일정한 품질을 유지할 수 있도록 항산화 활성이 우수한 한약재인 황금을 활용한 황금메디커피를 개발하였다. 황금 추출물에 가열침지(HE) 및 초음파침지(SO)의 두 가지 방법으로 생두를 침지시켜 건조한 후 로스팅하여 40°C에서 4주간 저장하면서 경시적으로 항산화 활성 및 산패도 변화를 살펴보았다. 항산화 성분인 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 전체적으로 HE> SO> Control 순으로 높았고, 저장기간이 증가함에 따라 감소하였다. HE의 총 폴리페놀 함량은 저장 0주차 481.65 mg GAE/g에서 4주차에 396.40 mg GAE/g으로 감소하였으나 세 시료 중 가장 높은 수준이었다. 플라보노이드 함량도 유사한 경향을 보여 황금을 첨가한 HE와 SO 시료 모두 Control보다 플라보노이드 함량이 유의적으로 증가하였다. 가열침지법이 초음파침지법에 비해 두 성분의 함량이 저장기간 내내 모두 유의적으로 높게 유지되었다. 저장기간 중 항산화 활성으로 DPPH 및 ABTS 자유라디칼 소거 활성과 SOD 유사 활성을 분석하였다. 4주간 저장기간이 증가함에 따라 모든 항산화 활성이 감소하면서 시료 간에 유의적인 차이를 보였으나, HE가 저장기간 내내 가장 높은 수준을 유지하였다. HE의 DPPH 자유라디칼 소거 활성은 0주차 94.00%에서 4주차 88.76%로 감소하였고, ABTS 자유라디칼 소거 활성 및 SOD 유사 활성은 각각 91.58%에서 89.07% 및 81.51%에서 75.75%로 감소하였으나 여전히 SO 및 Control보다는 유의적으로 높았다. 황금메디커피의 로스팅 후 저장 중 산패 억제 효과를 확인하기 위해 산가와 과산화물가 변화를 분석하였다. 저장기간이 증가함에 따라 모든 시료의 산가 및 과산화물가는 증가하였고, Control> SO> HE의 순으로 높게 나타났다. Control은 저장 초기 산가 14.29 mg/g 및 과산화물가 15.51 meq/kg이었으나, 4주 경과 후 29.95 mg/g, 38.44 meq/kg으로 각각 크게 증가하였다. 그러나 HE는 4주 경과 후에도 산가 및 과산화물가가 각각 18.31 mg/g 및 26.98 meq/kg으로 낮게 나타나 Control과 유의적인 차이를 보였다. 종합적으로 본 연구에서 제조한 황금메디커피는 황금의 폴리페놀 및 플라보노이드와 같은 항산화 성분들이 효과적으로 커피 원두에 침투되어 항산화 활성이 증가하였을 뿐만 아니라, 황금 추출물이 커피 로스팅 후 저장 중에도 지질의 산패 억제에 크게 기여하는 것으로 사료된다.

감사의 글

본 연구는 중소벤처기업부의 창업성장기술개발사업의 일환으로 수행하였음[과제번호 S2619193].

Fig 1.

Fig 1.Process diagram for medicoffee added with cutellaria baicalensis preparation.
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Fig 2.

Fig 2.Changes of total polyphenol contents of Scutellaria baicalensis medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).
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Fig 3.

Fig 3.Changes of total flavonoid contents for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).
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Fig 4.

Fig 4.Changes of acid value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).
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Fig 5.

Fig 5.Changes of peroxide value of medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks. Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion. Mean±SD (n=3). Different letters (a-c) in each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05).
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Table 1 . Changes of DPPH and ABTS radical scavenging activities, and SOD-like activity for medicoffees during the storage at 40°C for 4 weeks.

Storage period (weeks)Samples1)DPPH (%)ABTS (%)SOD (%)
0Control85.28±0.13a2)82.29±0.31a69.58±0.48a
SO93.25±0.07b91.08±0.29b79.52±0.51b
HE94.00±0.19c91.58±0.20c81.51±0.42c
1Control84.78±0.33a81.53±0.21a67.99±0.34a
SO91.40±0.07b90.83±0.03b78.93±0.64b
HE92.08±0.22c90.95±0.08c80.12±0.51c
2Control83.19±0.19a80.90±0.15a66.40±0.51a
SO90.10±0.32b90.45±0.04b78.33±0.64b
HE91.07±0.21c90.58±0.08c79.52±0.54c
3Control82.22±0.26a80.28±0.36a65.01±0.45a
SO88.97±0.19b89.57±0.19b77.34±0.34b
HE89.48±0.27c90.08±0.31c77.93±0.21c
4Control80.96±0.26a78.77±0.21a63.82±0.61a
SO87.80±0.31b88.82±0.06b74.16±0.91b
HE88.76±0.25c89.07±0.14c75.75±0.64c
Ascorbic acid98.62±0.2598.49±0.5997.22±0.91

1)Control: green coffee bean, SO: ultrasonic immersion, HE: heating immersion..

2)Mean±SD (n=3). Different superscript letters (a-c) in a column of each week indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (P<0.05)..


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