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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 2024; 53(3): 272-280

Published online March 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.272

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Comparison of the Antioxidant Activities and Functional Components of Roasted Chicory Roots Extracts Produced Using Different Ethanol Concentrations

Heeyoon Shin1 , Jihwan Kim1 , Huijin Heo2, Junsoo Lee2, and Younghwa Kim1

1Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University
2Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University

Correspondence to:Younghwa Kim, Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University, 309, Suyeong-ro, Nam-gu, Busan 48434, Korea, E-mail: younghwakim@ks.ac.kr

*These authors contributed equally to this work.

Received: December 27, 2023; Revised: January 29, 2024; Accepted: February 5, 2024

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.

This study investigated the variation in the antioxidant activities of roasted chicory roots extracted with different ethanol concentrations (0, 60, 80, and 100%). Before extraction, dried chicory roots were roasted at 200°C for 15 min. The 100% ethanol extract exhibited the highest quantities of total polyphenols and flavonoids, as well as the most pronounced ABTS and DPPH radical-scavenging abilities. In addition, it also had the highest relative antioxidant capacity index (1.60). Pearson’s correlation coefficients revealed significant and positive correlations between the DPPH radical scavenging capacity and the total polyphenol and flavonoid contents. Hierarchical clustering analysis classified eight accessions into three groups based on the roasting conditions and ethanol concentrations. Forty-one compounds, including quinic acid, dimethoxycinnamic caffeoylquinic acid isomer, and trans-4-O-caffeoylquinic acid, were identified in extracts. These results encourage the development of functional foods or novel dietary ingredients containing chicory root.

Keywords: chicory root, roasting, antioxidant, relative antioxidant capacity index (RACI)

식품에서 로스팅(roasting)은 가열을 통해 조직감, 색도, 구수한 향미 등의 식품 특성을 향상시키는 공정이다(Jeong 등, 2016). 로스팅은 필수 지방산인 리놀레산과 칼륨, 나트륨, 칼슘 등과 같은 각종 미네랄의 함량을 증가시키고 지방질의 산패를 억제하는 것으로 알려져 있다(Ahmed 등, 2020; Lee 등, 2019). 또한, 로스팅은 maltol, pyrazine 등의 성분과 furfural 유도체 등의 비효소적 갈변 반응물의 생성을 야기한다. 그뿐만 아니라 갈변 반응인 Maillard reaction의 최종단계에서 생성되는 멜라노이딘은 항산화 활성을 증가시키고 혈압강하 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Patrignani 등, 2016). 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 산화적 스트레스의 주요 요인으로 이는 인체 내 안정한 상태의 산소가 스트레스나 오염원, 바이러스, 약물, 효소계, 환원 대사, 공해물질, 광화학 반응과 같은 환경 및 생화학적 요인 등에 의하여 superoxide anion radical, hydroxyl radical, hydrogen peroxide radical 및 singlet oxygen 등의 반응성이 큰 ROS로 전환되어 생성된다(Kim 등, 2009). ROS는 화학적 활성이 매우 높고 불안정하므로 세포막의 구성 성분과 같은 생체분자를 공격하여 정상적인 기능을 상실하게 만들고, 이는 암, 노화 등의 다양한 질환을 유발한다(Ahn 등, 2022; Jung 등, 2019). 또한, 이전 연구에 따르면 세포막 지방질의 과산화와 세포막의 변화를 초래하기도 하며, DNA 손상을 유발하는 것으로 보고되었다(Kim 등, 2009). 이러한 활성산소가 미치는 영향을 예방하기 위해 이전에 사용되었던 butylated hydroxy anisole 또는 butyl hydroxy toluene 등의 합성 항산화제는 안전성과 독성에 문제가 있어 현재는 법적으로 사용량이 규제되어 있다. 따라서 천연물 유래의 안전하고 항산화 효과가 높은 항산화제 개발에 관한 연구의 필요성이 강조되고 있다(Heo 등, 2011).

치커리(Cichorium intybus L.)는 국화과 해바라기속에 속하는 다년생 채소로, 원산지는 유럽, 인도, 이집트 등으로 알려져 있다(Hong 등, 1998). 현재는 지중해 연안, 북유럽, 북아프리카 등에서 자생하며 국내에서는 중부지방과 대관령 등에서 재배되고 있다(Choi 등, 2020). 치커리는 전 세계적으로 채소로 섭취하고 있으며, 우리나라에서는 잎을 샐러드나 차로 이용하고 뿌리는 말려서 차로 이용하기도 한다(Choi 등, 2022). 치커리는 소화 기능 개선 및 통풍 예방 등의 효능을 갖는 것으로 알려져 있고 비타민 A와 C, 칼륨, 칼슘, 인 등이 다량 함유된 것으로 보고되었다(Bae 등, 2006). 또한, 치커리 뿌리는 강장 효과 및 이뇨 작용 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Hwang과 Park, 2005). 그러나 치커리 뿌리의 로스팅에 의한 기능 성분 생리활성 변화에 대한 정보는 미비한 실정이기에, 본 연구에서는 건조 치커리 뿌리와 이를 로스팅한 치커리 뿌리를 이용하여 에탄올 농도별로 추출한 후 이들의 항산화 활성 및 기능 성분의 변화에 관해 연구하고자 하였다.

실험재료 및 시약

실험에 사용된 건조 치커리 뿌리는 전라남도 진도군에서 2021년 3월에 구매하여 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s reagents, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS), dimethyl sulfoxide(DMSO) 및 catechin은 Sigma-Aldrich Co.에서 구입한 후 사용하였다. Gallic acid는 Santa Cruz Biotechnology Inc.에서 구매하였으며, 에탄올은 Burdick & Jackson에서 구매하여 실험에 사용하였다. 이 밖에 사용된 시약은 high-performance liquid chromatography(HPLC) 등급 및 특급 시약으로 사용하였다.

시료의 전처리 및 추출물 제조

로스팅 치커리 뿌리의 제조는 건조된 치커리 뿌리를 로스팅기(MK-300, JC Company)를 이용하여 200°C에서 15분간 로스팅하였다. 건조 및 로스팅 치커리 뿌리는 분쇄기(HBL-3500S, Elexion)로 균질화하여 실험에 사용하였다. 추출물의 제조는 시료의 50배 부피의 추출용매 100%, 80%, 60%, 0% 에탄올을 가하였으며, 교반기를 이용하여 30°C, 100 rpm으로 20시간 동안 추출하였다. 추출액은 Whatman No. 2 여과지(GE Healthcare)로 여과하여 회전증발농축기(EYELA N-1000, Rikakikai Co.)를 이용하여 잔사를 얻었다. 추출액의 잔사는 DMSO를 이용하여 100 mg/mL 농도로 추출물을 제조하였고, -20°C에서 보관하여 실험에 사용하였다.

치커리 뿌리의 기능 성분 분석 및 동정

치커리 뿌리 시료 약 0.1 g에 100% 에탄올 1 mL를 가해 초음파추출기를 이용하여 30분간 추출했으며, 추출물에 존재하는 화합물의 정성분석은 electrospray ionization, Agilent 1290 Infinity Ⅱ 시리즈(Agilent)와 Agilent 6530 Q-TOF 질량 분석기(Agilent)를 이용하여 분석하였다. 컬럼은 Zorbax Eclipse XDB-C18(4.6 mm×50 mm, 1.8 μm, Agilent)을 사용하였고, 이동상은 용매 A(0.1% formic acid in water) 및 용매 B(0.1% formic acid in acetonitrile)로 구성되어 20분간(0~0.5분 2% B, 0.5~10분 100% B, 10~13분 100% B, 13~14분 2% B 및 14~20분 2% B) 0.5 mL/min의 유속으로 1 μL를 주입하여 분석하였다. 추출물은 매개변수(mass range 20~1,500 m/z, collision energy 0 V, gas temperature 300°C, drying gas 10 L/min, nebulizer 45 psi, sheath gas temperature 300°C, sheath gas flow 12 L/min, capillary voltage 4,000 V, fragmentor 150 V, oct 1 RF 750 V)를 사용하여 positive 및 negative MS scan mode로 분석하였다. 또한, 기능 성분의 동정은 Agilent Mass Hunter 10.0 software(Agilent)를 통해 진행하였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 측정

각 시료의 총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis(1912)의 방법을 응용하여 실험에 이용하였다. DMSO에 용해한 추출물 50 μL(100 mg/mL)에 2% NaHCO3 1 mL를 첨가한 후, 1 N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 100 μL를 가하였다. 상온인 암소에서 5분간 방치한 후, 각 시료를 200 μL씩 취해 96-well plate에 옮겨 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준품으로 gallic acid를 사용했으며, 시료 100 g에 대한 mg gallic acid equivalents(GAE)로 나타내었다. 총 플라보노이드의 함량 측정은 Zhishen 등(1999)의 방법을 사용하였다. 추출물 250 μL에 증류수 1,250 μL, 5% NaNO2 75 μL를 가한 후 암소에서 6분간 반응시켰다. 150 μL 10% AlCl・6H2O를 첨가한 후, 암소에서 5분간 방치한 뒤 1 M NaOH 1 mL를 넣어 교반했으며, ELISA reader(Thermo Scientific Ltd.)를 이용하여 510 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. Catechin을 표준물질로 이용하여 총 플라보노이드 함량을 구했고 시료 100 g에 대한 mg catechin equivalent(CE)로 나타내었다.

ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성

Re 등(1999)의 실험방법을 참고하여 치커리 뿌리의 ABTS 라디칼 소거 활성을 확인하였다. 2.6 mM potassium persulfate와 7.4 mM ABTS 용액을 혼합하여 상온의 암소에서 24시간 동안 반응하였다. 735 nm의 파장에서 흡광도가 1.000±0.1이 되도록 물로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 0.5 mL에 추출물 25 μL를 첨가하여 30분간 암소에서 반응시킨 후 735 nm에서 흡광도를 측정하였다. Blois(1958)의 방법을 이용하여 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하였다. 추출물 25 μL에 0.2 mM DPPH 용액 500 μL를 첨가하고 균질화한 후, 암소에서 30분간 반응시켜 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준품으로 gallic acid를 사용하여 검량선을 작성하였고, mg gallic acid equivalent antioxidant capacity(GAEAC)/100 g sample로 라디칼 소거 활성을 나타내었다.

통계분석

치커리 뿌리의 항산화 활성은 평균±표준편차로 나타내었으며, 상대적 항산화 활성 지수(relative antioxidant capacity index, RACI)를 이용하여 단위와 척도가 다른 4가지 항산화 활성을 비교하였다. RACI는 다음과 같이 계산하였다.

Standard score of each experiments=raw datameanstandard deviation
RACI =sum of standard scorenumber of experiments

결괏값은 R 프로그램을 이용하여 Duncan’s multiple range test로 5% 수준(P<0.05)에서 유의성을 검정했으며, Pearson’s correlation 분석을 통해 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 항산화 활성 및 함량의 상관관계를 구하였다.

UPLC-Q-TOF-MS에 의한 치커리 뿌리의 기능 성분 분석

건조 치커리 뿌리 및 로스팅 치커리 뿌리의 기능성 물질들의 변화를 알아보기 위하여 ultra-high performance liquid chromatography with quadrupole time-of-flight mass spectrometry(UPLC-Q-TOF-MS)를 이용하여 치커리 뿌리의 기능 성분을 분석하였다. 100% 에탄올 추출물로부터 화합물을 동정한 결과는 Table 1에 나타내었다. 분석 결과, negative 모드에서 39종의 화합물이 확인되었으며, positive 모드에서는 8종의 화합물이 확인되었다. 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 분석 결과 테르펜류 화합물 4종(magnolialide, 8-deoxylactucin, lactucin, lactucopicrin)이 확인되었다. 이들은 휘발성인 sesquiterpene으로 분류되어 식물 정유 성분의 주성분으로 독특한 향을 발현하는 것으로 알려져 있다(Kim 등, 2008). Cyanidin과 같은 안토시아닌은 4종이 동정되었고, malic acid 및 lithospermic acid의 유기산이 동정되었다. 또한, 페놀류 화합물의 경우 1,3-dicaffeoylquinic acid, 1,4-dicaffeoylquinic acid, 1,5-di-O-caffeoyl-3-O-succinoylquinic acid, 11(S),13-dihydro-8-deoxylactucin, 11(S),13-dihydrolactucin, 11(S),13-dihydrolactucopicrin, 3,4-dicaffeoylquinic acid, 3,5-dicaffeoylquinic acid, 4-O-feruloylquinic acid, 5-p-coumaroylquinic acid, chlorogenic acid, cinnamic acid, cis-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, cis-caftaric acid, dicaffeoyltartaric acid(chicoric acid), dimethoxycinnamoyl caffeoylquinic acid isomer, quinic acid, scopoletin, trans-3,4-di-O-caffeoylquinic acid, trans-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, trans-4-O-caffeoylquinic acid 등 21종의 화합물이 확인되었다. 이 중 7개의 화합물(quinic acid, dimethoxycinnamic caffeoylquinic acid isomer, trans-4-O-caffeoylquinic acid, 1,4-dicaffeoylquinic acid, 3,4-dicaffeoylquinic acid, trans-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, cis-caftaric acid)은 로스팅 처리한 치커리 뿌리에서만 확인되었다. 페놀류 화합물은 항산화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있고(Choi 등, 2011; Torel 등, 1986), 이러한 특성이 로스팅 처리한 치커리 뿌리의 항산화 효과 증가에 영향을 미쳤을 것으로 사료된다. Hong 등(1998)의 연구에 따르면 로스팅 처리한 치커리 뿌리에서 페놀성 화합물이 증가한다고 보고되었으며, 이는 본 연구 결과와 유사하였다. 본 연구 결과, 로스팅과 같은 가열 처리에 의해 치커리 뿌리의 페놀성 화합물의 조성이 달라질 수 있음을 확인하였다.

Table 1 . Identification of compounds in 100% ethanol extracts from dried and roasted chicory root using UPLC-Q-TOF-MS in negative and positive ion modes

Ion modeFormulaIonizationRT (min)m/z calculatedm/z observedError (ppm)IdentificationFound
Phenolic acids

NegativeC22H18O12[M-H]-1.423473.0726473.078512.58dicaffeoyltartaric acid (chicoric acid)dry, roast
C23H23O12[M-H]-4.588490.1117490.1216.99cyanidin-3-O-(6″-O-acetyl)-glucosidedry, roast
C29H28O15[M-H]-5.23615.1355615.1308-7.641,5-di-O-caffeoyl−3-O-succinoylquinic aciddry, roast
C7H12O6[M-H]-5.28191.0561191.056-0.59quinic acidroast
C27H28O12[M-H]-5.297543.1508543.159516.02dimethoxycinnamoylcaffeoylquinicacid isomerroast
C15H11O6[M-H]-5.599286.0483286.04892.14cyanidindry
C15H18O5[M-H]-5.62277.1081277.1075-2.1711(S), 13-dihydrolactucindry, roast
C16H18O8[M-H]-5.628337.0929337.09310.625-p-coumaroylquinic aciddry, roast
C17H20O9[M-H]-5.876367.1035367.1024-2.884-O-feruloylquinic aciddry, roast
C16H18O9[M-H]-6.376353.0878353.0880.57trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.581,4-dicaffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.583,4-dicaffeoylquinic acidroast
C16H18O9[M-H]-6.381353.0878353.0875-0.99chlorogenic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.163,5-di-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.26cis−3,5-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,4-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,5-di-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.386515.1195515.1185-1.941,3-dicaffeoylquinic aciddry, roast
C15H18O4[M-H]-6.796261.1132261.1118-5.3611(S), 13-dihydro-8-deoxylactuxindry, roast
C23H24O7[M-H]-7.508411.1449411.1435-3.4711(S), 13-dihydrolactucopicrindry, roast
C13H12O9[M-H]-7.873311.0409311.04719.75cis-caftaric acidroast

PositiveC9H8O2[M+NH4]+4.427166.0874166.0864-6.02cinnamic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.77chlorogenic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.63trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C10H8O4[M+H]+5.968193.0506193.0498-4.14scopoletindry, roast
C25H24O12[M+H]+6.386517.1352517.134-2.32trans−3,4-di-O-caffeoylquinic acidroast

Flavonoid

NegativeC21H18O12[M-H]-1.639461.0726461.0665-13.12kaempferol−3-O-glucuronideroast
C22H20O13[M-H]-1.689491.0831491.0813-3.69isorhamnetin-7-O-glucuronideroast
C22H22O11[M-H]-4.936461.1089461.112.31chrysoeriol-3-O-glucosidedry, roast
C23H24O12[M-H]-5.201491.1195491.12266.31tricin-3-O-glucosideroast
C29H32O16[M-H]-5.239635.1618635.1614-0.63kaempferol 3-O-(6″-acetyl-galactoside) 7-O-rhamnosidedry, roast
C27H30O15[M-H]-5.694593.1512593.15577.6kaempferol-7-O-rutinosideroast
C22H22O12[M-H]-6.146477.1039477.0981-12.16isorhamnetin-7-O-glucosideroast
C23H22O13[M-H]-6.245505.0988505.107417.1quercetin−7-O-(6''-acetyl-glucoside)dry
C24H22O14[M-H]-6.278533.0937533.100212.23kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucosideroast
C21H20O10[M-H]-11.825431.0984431.1016.1apigenin-7-O-glucosidedry, roast

Anthocyanin

NegativeC21H21O10[M-2H]-1.386432.1062432.1008-12.49pelargonidin-3-O-monoglucuronidedry, roast
C23H25O12[M-2H]-4.969492.1273492.134915.39malvidin-3-O-glucosideroast

Organic chemicals

NegativeC4H6O5[M-H]-1.312133.0142133.01441.15malic aciddry, roast
C27H22O12[M-H]-6.276537.1039537.1031-1.58lithospermic aciddry, roast

Terpene

NegativeC15H16O5[M-H]-5.792275.0925275.0921-1.45lactucinroast
C15H16O4[M-H]-6.442259.0976259.0973-0.778-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M-H]-7.508409.1293409.1287-1.47lactucopicrindry, roast
C15H20O3[M-H]-7.904247.134247.1334-2.43magnolialidedry, roast

PositiveC15H20O3[M+Na]+4.239271.1316271.1302-5.16magnolialidedry, roast
C15H16O4[M+NH4]+4.618278.1398278.138-6.478-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M+H]+7.534411.1449411.144-2.19lactucopicrindry, roast


건조 및 로스팅 치커리 뿌리에 함유된 플라보노이드 화합물은 kaempferol-3-O-glucuronide, isorhamnetin-7-O-glucuronide, chrysoeriol-3-O-glucoside, kaempferol 3-O-(6″-acetyl-galactoside) 7-O-rhamnoside, kaempferol-7-O-rutinoside, isorhamnetin-7-O-glucoside, quercetin 7-O-(6″-acetyl-glucoside), kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucoside, apigenin-7-O-glucoside, tricin-3-O-glucoside로 확인되었으며, 이 중 kaempferol-3-O-glucuronide, isorhamnetin-7-O-glucuronide, tricin-3-O-glucoside, kaempferol-7-O-rutinoside, isorhamnetin-7-O-glucoside, kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucoside는 로스팅 치커리 뿌리에서만 동정되었다. 이전 연구에서 kaempferol은 항산화 효과가 보고되었고 항염증 효과도 나타나는 것으로 확인되었다(Lee 등, 2011). 또한, kaempferol은 유리 라디칼을 제거하여 강력한 항산화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Wang 등, 2018). 따라서 검출된 화합물들이 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 항산화 효과에 영향을 미쳤을 것으로 사료된다.

치커리 뿌리의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

본 연구에서는 치커리 뿌리에 함유된 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량을 측정하였다. 치커리 뿌리의 총 폴리페놀 함량은 gallic acid의 함량으로 환산했으며, 총 플라보노이드 함량은 catechin의 당량 값으로 환산하여 Table 2에 나타내었다. 100% 에탄올을 이용한 추출물에서 건조 및 로스팅 치커리 뿌리 모두 가장 높은 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량을 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 건조 치커리 뿌리에서 50.122~94.299 mg GAE/100 g sample의 범위를 나타내었으며, 로스팅 치커리 뿌리는 66.695~112.434 mg GAE/100 g sample의 범위를 나타내었다. 모든 추출용매에서 로스팅한 치커리 뿌리가 건조 치커리 뿌리보다 총 폴리페놀 함량이 높은 것으로 나타났다.

Table 2 . Total polyphenol and flavonoid contents of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root

SolventTotal polyphenol (mg GAE1)/100 g sample)Total flavonoid (mg CE2)/100 g sample)


DryRoastDryRoast
0% Ethanol50.122±0.594g66.695±1.602e8.143±0.117e8.980±0.202d
60% Ethanol50.917±2.088g69.758±1.347d8.129±0.118e9.710±0.415c
80% Ethanol64.160±1.208f77.352±1.501c10.498±0.234b10.877±0.346b
100% Ethanol94.299±1.706b112.434±1.745a13.591±0.305a13.252±0.588a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination.

Means in the values with different letters (a-g) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

1)GAE: gallic acid equivalents.

2)CE: catechin equivalents.



또한, 갈대의 뿌리인 노근(Phragmitis rhizoma)의 열수 추출물과 94% 에탄올 추출물의 폴리페놀 함량을 비교한 결과, 94% 에탄올 추출물의 함량이 높은 것으로 나타났으며, 이는 본 연구와 유사한 결과를 보여주었다(Mo 등, 2013). 이전 연구에서 폴리페놀 함량의 증가는 로스팅 과정에서 발생하는 Maillard 반응산물에 의한 것으로 보고되었다(Do 등, 1989). 따라서 로스팅 치커리 뿌리 추출물의 폴리페놀 함량의 증가는 Maillard 반응산물에 의한 것으로 사료된다. 총 플라보노이드 함량의 경우, 건조 치커리 뿌리에서 8.129~13.591 mg CE/100 g sample의 함량을 나타내었고, 로스팅 치커리 뿌리에서는 8.980~13.252 mg CE/100 g sample의 함량을 나타내었다. 로스팅 치커리 뿌리의 플라보노이드 함량은 로스팅 전후의 함량 차이가 뚜렷하게 나타나지 않았다. Lee 등(2014)의 연구에 따르면 녹두의 로스팅 온도별 플라보노이드 함량을 확인했을 때 로스팅 과정 후 플라보노이드 함량에 유의미한 변화가 없었으며, 이는 본 연구 결과와 유사한 경향으로 나타났다. 또한,

다양한 농도의 에탄올 추출물은 에탄올 0% 추출물과 비교하여 플라보노이드의 함량이 약 1.6배까지 높게 나타났다. 이는 이전 연구에서 Helicteres angustifolia L. 뿌리의 에탄올 0% 추출물(75.87 mg GAE/g)보다 100% 에탄올 추출물(113.83 mg GAE/g)에서 더 높은 총 플라보노이드 함량을 나타낸 결과와 유사한 경향이었다(Li 등, 2015). 그뿐만 아니라 UPLC-Q-TOF-MS 분석 결과, 로스팅하지 않은 치커리 뿌리 추출물과 비교하여 로스팅한 치커리 뿌리 추출물에서 quinic acid와 같은 페놀류 화합물과 kaempferol-3-O-glucuronide, quercetin-7-O-(6″-acetyl-glucoside) 등의 플라보노이드 화합물이 검출되었다. 따라서 해당 화합물들이 로스팅 시 페놀성 화합물 증가에 기인한 것으로 사료된다.

항산화 활성

치커리 뿌리의 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성은 Table 3에 나타내었다. 분석 결과, 로스팅 치커리 뿌리 100% 에탄올 추출물에서 ABTS 라디칼 소거 활성의 경우 21.732 mg GAEAC/100 g sample, DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 15.969 mg GAEAC/100 g sample의 함량으로 추출물 중 가장 높은 소거 활성을 나타내었다. 또한, 추출용매의 에탄올 비율이 증가할수록 라디칼 소거 활성이 증가하는 경향을 나타냈다. 이전 연구에서도 감초를 에탄올 농도별로 추출하여 항산화 활성을 비교했을 때 100% 에탄올 추출물의 항산화 활성이 가장 높았으며, 본 연구는 이와 유사한 경향으로 나타났다(Kim 등, 2006). 또한, 추출 시 유기용매의 비율이 증가할 때 항산화 효과가 증가하는 것은 시료 내의 폴리페놀류 화합물이 유기용매와 반응하기에 적합한 hydroxyl group이 포함된 입체구조 화합물이기 때문일 것으로 사료된다(Lee 등, 2015). 건조 치커리 뿌리 및 로스팅 치커리 뿌리의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성의 상관관계는 Fig. 1에 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 총 플라보노이드 함량 및 DPPH 라디칼 소거 활성과 각각 0.94(P<0.05), 0.92(P<0.05)의 상관관계를 보였으며, 총 플라보노이드 함량은 DPPH 라디칼 소거 활성과 0.96(P<0.05)으로 가장 높은 상관관계를 나타내었다. 페놀류는 주요 항산화 성분으로 총 폴리페놀 함량은 항산화 활성에 정비례한다고 알려져 있으며(Liu 등, 2009), Sato 등(1996)의 연구에 따르면 여러 종류의 와인을 이용한 superoxide 라디칼 소거 활성과 폴리페놀 함량 간 관련성이 양의 상관관계를

Table 3 . ABTS and DPPH radical scavenging activities of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root (mg GAEAC1)/100 g sample)

SolventABTS radical scavenging activityDPPH radical scavenging activity


DryRoastDryRoast
0% Ethanol6.182±0.206e8.644±0.157d5.240±0.342f5.050±0.361f
60% Ethanol5.753±0.180e10.691±0.320c6.929±0.154e8.733±0.290d
80% Ethanol8.219±0.628d11.430±0.585c9.387±0.332d10.649±0.189c
100% Ethanol15.480±0.692b21.732±0.763a14.785±0.191b15.969±0.230a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination.

Means in the values with different letters (a-f) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test.

1)GAEAC: gallic acid equivalents antioxidant capacity.



Fig. 1. Correlations between antioxidant activities of dry and roast chicory root.

나타낸다고 하였다. 또한, Torel 등(1986)의 연구에서도 페놀성 화합물이 lipid peroxyl 라디칼 소거에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이처럼 페놀성 화합물이 항산화 효과를 나타내는 이유는 화합물에 존재하는 phenol hydroxyl이 항균, 항산화 등의 생리적 기능을 갖기 때문이다(Choi 등, 2011). 따라서 치커리의 로스팅 과정에서 생성되는 quinic acid, cis-caftaric acid 등의 페놀성 화합물로 인해 로스팅한 치커리 뿌리의 항산화 활성이 증가하는 것으로 사료된다.

상대적 항산화 활성 지수 및 군집 분석

상대적 항산화 활성 지수(RACI)는 식품의 항산화 능력을 평가하기 위해 사용되는 방법으로, 이는 다른 항산화 활성 지수들과 마찬가지로 특정 식품의 항산화 특성을 다른 식품과 비교하기 위해 사용된다(Sun과 Tanumihardjo, 2007). 본 연구에서 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 추출 용매별 항산화 활성은 RACI를 통해 단위와 척도가 다른 4가지 항산화 활성을 비교하여 Table 4에 나타내었다. RACI는 건조 치커리 뿌리와 로스팅 치커리 뿌리 모두 0% 에탄올 추출물에서 각각 -1.05, -0.41로 가장 낮았고, 100% 에탄올 추출물에서 0.78 및 1.60으로 가장 높았다. 또한, 같은 추출용매를 사용한 시료에서도 로스팅한 시료와 로스팅하지 않은 시료의 상대적 항산화 활성 지수에 차이가 있었다. 로스팅한 치커리 뿌리의 용매별 RACI는 로스팅하지 않은 시료에 비해 모두 높게 나타났다.

Table 4 . Standard scores of antioxidant capacity and relative antioxidant capacity index (RACI) of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root

Chicory rootSolventMethodRACI

TPCTFCABTSDPPH
Dry0% Ethanol−1.09−1.07−0.97−1.07−1.05
60% Ethanol−1.05−1.07−0.98−0.65−0.94
80% Ethanol−0.430.05−0.90−0.05−0.33
100% Ethanol0.991.51−0.651.270.78

Roast0% Ethanol−0.31−0.670.47−1.11−0.41
60% Ethanol−0.16−0.330.67−0.21−0.01
80% Ethanol0.190.230.730.260.35
100% Ethanol1.841.351.631.561.60


군집 분석(clustering analysis)은 관련이 있거나 유사한 측정값들을 항목으로 묶어 그룹화한 집단을 형성하고, 각 집단의 특성을 파악하는 통계분석 방법이다(Ng 등, 2001). 로스팅 치커리 뿌리 추출물의 항산화 활성 및 함량에 관한 계층적 군집 분석(hierarchical clustering analysis) 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 분석 결과는 크게 2개의 군집으로, 100% 에탄올을 이용하여 추출한 군집과 0%, 60%, 80% 에탄올과 같이 물이 섞인 용매로 추출한 군집으로 나누어졌다. 또한, 물이 섞인 용매로 추출한 군집은 다시 로스팅 군집과 로스팅하지 않은 군집으로 나누어지는 것을 확인할 수 있었다. 해당 결과는 항산화 활성에 영향을 미치는 폴리페놀류 화합물이 100% 에탄올에서 쉽게 용출되기 때문이라 판단된다. 또한, 0% 에탄올 추출용매와 물이 섞인 에탄올 추출용매(60%, 80% 에탄올)의 항산화 활성은 추출용매에 따른 영향보다 로스팅에 의한 영향이 더욱 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 치커리 뿌리 추출물은 로스팅 처리와 추출용매의 농도에 따라 항산화 활성 및 함량의 특성이 구분되는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 2. Hierarchical clustering analysis of antioxidant activities and contents in 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

본 연구는 로스팅 치커리 추출물의 항산화 효과 및 기능 성분을 확인하였다. 항산화 효과를 알아보기 위해 0%, 60%, 80%, 100% 에탄올을 이용하여 추출하였고, 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였다. 또한, 상대적 항산화 활성을 비교하기 위해 RACI를 이용하였고, 추출용매 및 로스팅에 따른 항산화 효과에 미치는 영향을 확인하고자 군집 분석을 진행하였다. 또한, 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능의 상관관계를 비교 확인하였다. 로스팅한 치커리 뿌리의 100% 에탄올 추출물은 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량이 가장 높았으며, 라디칼 소거 활성 또한 가장 높았다. 그뿐만 아니라 총 플라보노이드 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 가장 높은 상관관계를 나타내었다. 군집 분석 결과, 치커리 뿌리를 100% 에탄올로 추출한 군집과 물이 섞인 에탄올(0%, 60%, 80% 에탄올)로 추출한 군집으로 나뉘었다. 또한, UPLC-Q-TOF-MS 분석 결과 총 41종의 화합물이 확인되었으며, 그중 21종류의 페놀류와 10종류의 플라보노이드가 확인되었다. 본 연구 결과는 치커리 뿌리를 활용한 기능성 식품 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 논문은 부산광역시 및 (재)부산테크노파크의 BB21plus 사업으로 지원된 연구이며, 교육부의 재원으로 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터의 지원을 받아 수행된 연구(2019R1A6C1010044)로, 이에 감사드립니다.

  1. Ahmed IAM, Al Juhaimi FY, Osman MA, et al. Effect of oven roasting treatment on the antioxidant activity, phenolic compounds, fatty acids, minerals, and protein profile of Samh (Mesembryanthemum forsskalei Hochst) seeds. LWT. 2020. 131:109825. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109825.
    CrossRef
  2. Ahn YH, Gwon MJ, Lee HJ, et al. Antibacterial and antioxidant activity of rose extract according to the extraction method. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society. 2022. 23:440-449.
    CrossRef
  3. Bae KS, Kim HC, Bae JH. Dormancy characteristics in chicory (Cichorium intybus L.) root. J Bio-Env Con. 2006. 15:417-420.
  4. Blois MS. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature. 1958. 181:1199-1200.
    CrossRef
  5. Choi HJ, Kim DH, Kim SY, et al. Quality characteristics and antioxidant activities of 'Sulgidduk' added with chicory powder during storage. Korean J Food Preserv. 2020. 27:523-533.
    CrossRef
  6. Choi MH, Kim MH, Han YS. Antioxidant and glucose-regulating enzyme activities of red chicory (Cichorium intybus L.) extract. Food Eng Prog. 2022. 26:177-187.
    CrossRef
  7. Choi SJ, Cho EA, Cho E, et al. Screening of functional materials from solvent fractions of apple flower leaf extract. KSBB Journal. 2011. 26:165-171.
    CrossRef
  8. Do JH, Kim KH, Jang JG, et al. Changes in color intensity and components during browning reaction of white ginseng water extract. Korean J Food Sci Technol. 1989. 21:480-485.
  9. Folin O, Denis W. On phosphotungstic-phosphomolybdic compounds as color reagents. J Biol Chem. 1912. 12:239-243.
    CrossRef
  10. Heo SJ, Ahn HY, Kang MJ, et al. Antioxidative activity and chemical characteristics of leaves, roots, stems and fruits extracts from Acanthopanax senticosus. J Life Sci. 2011. 21:1052-1059.
    CrossRef
  11. Hong MJ, Lee GD, Kim HK, et al. Changes in functional and sensory properties of chicory roots induced by roasting processes. Korean J Food Sci Technol. 1998. 30:413-418.
  12. Hwang JH, Park JE. Food material science. 2005. p 130-131.
  13. Jeong SO, Kim HY, Han JS, et al. Manufacture and quality evaluation of beverage with prepared with roasted seoritae. Korean J Food Nutr. 2016. 29:557-564.
    CrossRef
  14. Jung YJ, Assefa AD, Lee JE, et al. Analysis of antioxidant activity and serotonin derivatives in safflower (Carthamus tinctorius L.) germplasm collected from five countries. Korean J Plant Res. 2019. 32:423-432.
  15. Kim SJ, Kweon DH, Lee JH. Investigation of antioxidative activity and stability of ethanol extracts of licorice root (Glycyrrhiza glabra). Korean J Food Sci Technol. 2006. 38:584-588.
  16. Kim YD, Mahinda S, Koh KS, et al. Reactive oxygen species scavenging activity of Jeju native citrus peel during maturation. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2009. 38:462-469.
    CrossRef
  17. Kim YJ, Lee YG, Choi YW, et al. Effects of drying conditions on the profile of volatile terpenoid and colour of schizandra fruit (Schizandra Chinensis fructus). J Life Sci. 2008. 18:1066-1071.
    CrossRef
  18. Lee KH, Cho YL, Joo CG, et al. Study on the antioxidative activities and anti-inflammatory effect of kaempferol and kaempferol rhamnosides. J Soc Cosmet Sci Korea. 2011. 37:257-264.
  19. Lee KH, Kim MJ, Kim AJ. Physicochemical composition and antioxidative activities of Rhynchosia nulubilis according to roasting temperature. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2014. 43:675-681.
    CrossRef
  20. Lee P, Kim SY, et al; O HB. Physicochemical characteristics and quality properties of a cereal-based beverage made with roasted kamut (Triticum turgidum ssp.). J Korean Soc Food Sci Nutr. 2019. 48:1112-1119.
    CrossRef
  21. Lee SG, Oh SC, Jang JS. Antioxidant activities of Citrus unshiu extracts obtained from different solvents. Korean J Food Nutr. 2015. 28:458-464.
    CrossRef
  22. Li K, Lei Z, Hu X, et al. In vitro and in vivo bioactivities of aqueous and ethanol extracts from Helicteres angustifolia L. root. J Ethnopharmacol. 2015. 172:61-69.
    Pubmed CrossRef
  23. Liu SC, Lin JT, Wang CK, et al. Antioxidant properties of various solvent extracts from lychee (Litchi chinenesis Sonn.) flowers. Food Chem. 2009. 114:577-581.
    CrossRef
  24. Mo JH, Oh SJ, Kim KR. Comparison on the antioxidative activity of ethanol and hot water extracts of Phragmitis rhizoma. J Korean Soc Cosmetol. 2013. 19:809-814.
  25. Ng AY, Jordan MI, Weiss Y. On spectral clustering: Analysis and an algorithm. 2001. p 849-856.
  26. Patrignani M, Rinaldi GJ, Lupano CE. In vivo effects of Maillard reaction products derived from biscuits. Food Chem. 2016. 196:204-210.
    Pubmed CrossRef
  27. Re R, Pellegrini N, Proteggente A, et al. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med. 1999. 26:1231-1237.
    Pubmed CrossRef
  28. Sato M, Ramarathnam N, Suzuki Y, et al. Varietal differences in the phenolic content and superoxide radical scavenging potential of wines from different sources. J Agric Food Chem. 1996. 44:37-41.
    CrossRef
  29. Sun T, Tanumihardjo SA. An integrated approach to evaluate food antioxidant capacity. J Food Sci. 2007. 72:R159-R165.
    CrossRef
  30. Torel J, Cillard J, Cillard P. Antioxidant activity of flavonoids and reactivity with peroxy radical. Phytochemistry. 1986. 25:383-385.
    CrossRef
  31. Wang J, Fang X, Ge L, et al. Antitumor, antioxidant and anti-inflammatory activities of kaempferol and its corresponding glycosides and the enzymatic preparation of kaempferol. PLoS One. 2018. 13:e0197563. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197563.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 1999. 64:555-559.
    CrossRef

Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(3): 272-280

Published online March 31, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.272

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

에탄올 농도에 따른 로스팅한 치커리 뿌리 추출물의 항산화 활성 및 기능 성분 비교

신희윤1*․김지환1*․허희진2․이준수2․김영화1

1경성대학교 식품생명공학과
2충북대학교 식품생명공학과

Received: December 27, 2023; Revised: January 29, 2024; Accepted: February 5, 2024

Comparison of the Antioxidant Activities and Functional Components of Roasted Chicory Roots Extracts Produced Using Different Ethanol Concentrations

Heeyoon Shin1* , Jihwan Kim1* , Huijin Heo2, Junsoo Lee2, and Younghwa Kim1

1Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University
2Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University

Correspondence to:Younghwa Kim, Department of Food Science and Biotechnology, Kyungsung University, 309, Suyeong-ro, Nam-gu, Busan 48434, Korea, E-mail: younghwakim@ks.ac.kr

*These authors contributed equally to this work.

Received: December 27, 2023; Revised: January 29, 2024; Accepted: February 5, 2024

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

This study investigated the variation in the antioxidant activities of roasted chicory roots extracted with different ethanol concentrations (0, 60, 80, and 100%). Before extraction, dried chicory roots were roasted at 200°C for 15 min. The 100% ethanol extract exhibited the highest quantities of total polyphenols and flavonoids, as well as the most pronounced ABTS and DPPH radical-scavenging abilities. In addition, it also had the highest relative antioxidant capacity index (1.60). Pearson’s correlation coefficients revealed significant and positive correlations between the DPPH radical scavenging capacity and the total polyphenol and flavonoid contents. Hierarchical clustering analysis classified eight accessions into three groups based on the roasting conditions and ethanol concentrations. Forty-one compounds, including quinic acid, dimethoxycinnamic caffeoylquinic acid isomer, and trans-4-O-caffeoylquinic acid, were identified in extracts. These results encourage the development of functional foods or novel dietary ingredients containing chicory root.

Keywords: chicory root, roasting, antioxidant, relative antioxidant capacity index (RACI)

서 론

식품에서 로스팅(roasting)은 가열을 통해 조직감, 색도, 구수한 향미 등의 식품 특성을 향상시키는 공정이다(Jeong 등, 2016). 로스팅은 필수 지방산인 리놀레산과 칼륨, 나트륨, 칼슘 등과 같은 각종 미네랄의 함량을 증가시키고 지방질의 산패를 억제하는 것으로 알려져 있다(Ahmed 등, 2020; Lee 등, 2019). 또한, 로스팅은 maltol, pyrazine 등의 성분과 furfural 유도체 등의 비효소적 갈변 반응물의 생성을 야기한다. 그뿐만 아니라 갈변 반응인 Maillard reaction의 최종단계에서 생성되는 멜라노이딘은 항산화 활성을 증가시키고 혈압강하 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Patrignani 등, 2016). 활성산소종(reactive oxygen species, ROS)은 산화적 스트레스의 주요 요인으로 이는 인체 내 안정한 상태의 산소가 스트레스나 오염원, 바이러스, 약물, 효소계, 환원 대사, 공해물질, 광화학 반응과 같은 환경 및 생화학적 요인 등에 의하여 superoxide anion radical, hydroxyl radical, hydrogen peroxide radical 및 singlet oxygen 등의 반응성이 큰 ROS로 전환되어 생성된다(Kim 등, 2009). ROS는 화학적 활성이 매우 높고 불안정하므로 세포막의 구성 성분과 같은 생체분자를 공격하여 정상적인 기능을 상실하게 만들고, 이는 암, 노화 등의 다양한 질환을 유발한다(Ahn 등, 2022; Jung 등, 2019). 또한, 이전 연구에 따르면 세포막 지방질의 과산화와 세포막의 변화를 초래하기도 하며, DNA 손상을 유발하는 것으로 보고되었다(Kim 등, 2009). 이러한 활성산소가 미치는 영향을 예방하기 위해 이전에 사용되었던 butylated hydroxy anisole 또는 butyl hydroxy toluene 등의 합성 항산화제는 안전성과 독성에 문제가 있어 현재는 법적으로 사용량이 규제되어 있다. 따라서 천연물 유래의 안전하고 항산화 효과가 높은 항산화제 개발에 관한 연구의 필요성이 강조되고 있다(Heo 등, 2011).

치커리(Cichorium intybus L.)는 국화과 해바라기속에 속하는 다년생 채소로, 원산지는 유럽, 인도, 이집트 등으로 알려져 있다(Hong 등, 1998). 현재는 지중해 연안, 북유럽, 북아프리카 등에서 자생하며 국내에서는 중부지방과 대관령 등에서 재배되고 있다(Choi 등, 2020). 치커리는 전 세계적으로 채소로 섭취하고 있으며, 우리나라에서는 잎을 샐러드나 차로 이용하고 뿌리는 말려서 차로 이용하기도 한다(Choi 등, 2022). 치커리는 소화 기능 개선 및 통풍 예방 등의 효능을 갖는 것으로 알려져 있고 비타민 A와 C, 칼륨, 칼슘, 인 등이 다량 함유된 것으로 보고되었다(Bae 등, 2006). 또한, 치커리 뿌리는 강장 효과 및 이뇨 작용 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다(Hwang과 Park, 2005). 그러나 치커리 뿌리의 로스팅에 의한 기능 성분 생리활성 변화에 대한 정보는 미비한 실정이기에, 본 연구에서는 건조 치커리 뿌리와 이를 로스팅한 치커리 뿌리를 이용하여 에탄올 농도별로 추출한 후 이들의 항산화 활성 및 기능 성분의 변화에 관해 연구하고자 하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 시약

실험에 사용된 건조 치커리 뿌리는 전라남도 진도군에서 2021년 3월에 구매하여 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s reagents, 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS), dimethyl sulfoxide(DMSO) 및 catechin은 Sigma-Aldrich Co.에서 구입한 후 사용하였다. Gallic acid는 Santa Cruz Biotechnology Inc.에서 구매하였으며, 에탄올은 Burdick & Jackson에서 구매하여 실험에 사용하였다. 이 밖에 사용된 시약은 high-performance liquid chromatography(HPLC) 등급 및 특급 시약으로 사용하였다.

시료의 전처리 및 추출물 제조

로스팅 치커리 뿌리의 제조는 건조된 치커리 뿌리를 로스팅기(MK-300, JC Company)를 이용하여 200°C에서 15분간 로스팅하였다. 건조 및 로스팅 치커리 뿌리는 분쇄기(HBL-3500S, Elexion)로 균질화하여 실험에 사용하였다. 추출물의 제조는 시료의 50배 부피의 추출용매 100%, 80%, 60%, 0% 에탄올을 가하였으며, 교반기를 이용하여 30°C, 100 rpm으로 20시간 동안 추출하였다. 추출액은 Whatman No. 2 여과지(GE Healthcare)로 여과하여 회전증발농축기(EYELA N-1000, Rikakikai Co.)를 이용하여 잔사를 얻었다. 추출액의 잔사는 DMSO를 이용하여 100 mg/mL 농도로 추출물을 제조하였고, -20°C에서 보관하여 실험에 사용하였다.

치커리 뿌리의 기능 성분 분석 및 동정

치커리 뿌리 시료 약 0.1 g에 100% 에탄올 1 mL를 가해 초음파추출기를 이용하여 30분간 추출했으며, 추출물에 존재하는 화합물의 정성분석은 electrospray ionization, Agilent 1290 Infinity Ⅱ 시리즈(Agilent)와 Agilent 6530 Q-TOF 질량 분석기(Agilent)를 이용하여 분석하였다. 컬럼은 Zorbax Eclipse XDB-C18(4.6 mm×50 mm, 1.8 μm, Agilent)을 사용하였고, 이동상은 용매 A(0.1% formic acid in water) 및 용매 B(0.1% formic acid in acetonitrile)로 구성되어 20분간(0~0.5분 2% B, 0.5~10분 100% B, 10~13분 100% B, 13~14분 2% B 및 14~20분 2% B) 0.5 mL/min의 유속으로 1 μL를 주입하여 분석하였다. 추출물은 매개변수(mass range 20~1,500 m/z, collision energy 0 V, gas temperature 300°C, drying gas 10 L/min, nebulizer 45 psi, sheath gas temperature 300°C, sheath gas flow 12 L/min, capillary voltage 4,000 V, fragmentor 150 V, oct 1 RF 750 V)를 사용하여 positive 및 negative MS scan mode로 분석하였다. 또한, 기능 성분의 동정은 Agilent Mass Hunter 10.0 software(Agilent)를 통해 진행하였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 측정

각 시료의 총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis(1912)의 방법을 응용하여 실험에 이용하였다. DMSO에 용해한 추출물 50 μL(100 mg/mL)에 2% NaHCO3 1 mL를 첨가한 후, 1 N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 100 μL를 가하였다. 상온인 암소에서 5분간 방치한 후, 각 시료를 200 μL씩 취해 96-well plate에 옮겨 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준품으로 gallic acid를 사용했으며, 시료 100 g에 대한 mg gallic acid equivalents(GAE)로 나타내었다. 총 플라보노이드의 함량 측정은 Zhishen 등(1999)의 방법을 사용하였다. 추출물 250 μL에 증류수 1,250 μL, 5% NaNO2 75 μL를 가한 후 암소에서 6분간 반응시켰다. 150 μL 10% AlCl・6H2O를 첨가한 후, 암소에서 5분간 방치한 뒤 1 M NaOH 1 mL를 넣어 교반했으며, ELISA reader(Thermo Scientific Ltd.)를 이용하여 510 nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. Catechin을 표준물질로 이용하여 총 플라보노이드 함량을 구했고 시료 100 g에 대한 mg catechin equivalent(CE)로 나타내었다.

ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성

Re 등(1999)의 실험방법을 참고하여 치커리 뿌리의 ABTS 라디칼 소거 활성을 확인하였다. 2.6 mM potassium persulfate와 7.4 mM ABTS 용액을 혼합하여 상온의 암소에서 24시간 동안 반응하였다. 735 nm의 파장에서 흡광도가 1.000±0.1이 되도록 물로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 0.5 mL에 추출물 25 μL를 첨가하여 30분간 암소에서 반응시킨 후 735 nm에서 흡광도를 측정하였다. Blois(1958)의 방법을 이용하여 DPPH 라디칼 소거 활성을 측정하였다. 추출물 25 μL에 0.2 mM DPPH 용액 500 μL를 첨가하고 균질화한 후, 암소에서 30분간 반응시켜 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준품으로 gallic acid를 사용하여 검량선을 작성하였고, mg gallic acid equivalent antioxidant capacity(GAEAC)/100 g sample로 라디칼 소거 활성을 나타내었다.

통계분석

치커리 뿌리의 항산화 활성은 평균±표준편차로 나타내었으며, 상대적 항산화 활성 지수(relative antioxidant capacity index, RACI)를 이용하여 단위와 척도가 다른 4가지 항산화 활성을 비교하였다. RACI는 다음과 같이 계산하였다.

Standard score of each experiments=raw datameanstandard deviation
RACI =sum of standard scorenumber of experiments

결괏값은 R 프로그램을 이용하여 Duncan’s multiple range test로 5% 수준(P<0.05)에서 유의성을 검정했으며, Pearson’s correlation 분석을 통해 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 항산화 활성 및 함량의 상관관계를 구하였다.

결과 및 고찰

UPLC-Q-TOF-MS에 의한 치커리 뿌리의 기능 성분 분석

건조 치커리 뿌리 및 로스팅 치커리 뿌리의 기능성 물질들의 변화를 알아보기 위하여 ultra-high performance liquid chromatography with quadrupole time-of-flight mass spectrometry(UPLC-Q-TOF-MS)를 이용하여 치커리 뿌리의 기능 성분을 분석하였다. 100% 에탄올 추출물로부터 화합물을 동정한 결과는 Table 1에 나타내었다. 분석 결과, negative 모드에서 39종의 화합물이 확인되었으며, positive 모드에서는 8종의 화합물이 확인되었다. 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 분석 결과 테르펜류 화합물 4종(magnolialide, 8-deoxylactucin, lactucin, lactucopicrin)이 확인되었다. 이들은 휘발성인 sesquiterpene으로 분류되어 식물 정유 성분의 주성분으로 독특한 향을 발현하는 것으로 알려져 있다(Kim 등, 2008). Cyanidin과 같은 안토시아닌은 4종이 동정되었고, malic acid 및 lithospermic acid의 유기산이 동정되었다. 또한, 페놀류 화합물의 경우 1,3-dicaffeoylquinic acid, 1,4-dicaffeoylquinic acid, 1,5-di-O-caffeoyl-3-O-succinoylquinic acid, 11(S),13-dihydro-8-deoxylactucin, 11(S),13-dihydrolactucin, 11(S),13-dihydrolactucopicrin, 3,4-dicaffeoylquinic acid, 3,5-dicaffeoylquinic acid, 4-O-feruloylquinic acid, 5-p-coumaroylquinic acid, chlorogenic acid, cinnamic acid, cis-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, cis-caftaric acid, dicaffeoyltartaric acid(chicoric acid), dimethoxycinnamoyl caffeoylquinic acid isomer, quinic acid, scopoletin, trans-3,4-di-O-caffeoylquinic acid, trans-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, trans-4-O-caffeoylquinic acid 등 21종의 화합물이 확인되었다. 이 중 7개의 화합물(quinic acid, dimethoxycinnamic caffeoylquinic acid isomer, trans-4-O-caffeoylquinic acid, 1,4-dicaffeoylquinic acid, 3,4-dicaffeoylquinic acid, trans-3,5-di-O-caffeoylquinic acid, cis-caftaric acid)은 로스팅 처리한 치커리 뿌리에서만 확인되었다. 페놀류 화합물은 항산화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있고(Choi 등, 2011; Torel 등, 1986), 이러한 특성이 로스팅 처리한 치커리 뿌리의 항산화 효과 증가에 영향을 미쳤을 것으로 사료된다. Hong 등(1998)의 연구에 따르면 로스팅 처리한 치커리 뿌리에서 페놀성 화합물이 증가한다고 보고되었으며, 이는 본 연구 결과와 유사하였다. 본 연구 결과, 로스팅과 같은 가열 처리에 의해 치커리 뿌리의 페놀성 화합물의 조성이 달라질 수 있음을 확인하였다.

Table 1 . Identification of compounds in 100% ethanol extracts from dried and roasted chicory root using UPLC-Q-TOF-MS in negative and positive ion modes.

Ion modeFormulaIonizationRT (min)m/z calculatedm/z observedError (ppm)IdentificationFound
Phenolic acids

NegativeC22H18O12[M-H]-1.423473.0726473.078512.58dicaffeoyltartaric acid (chicoric acid)dry, roast
C23H23O12[M-H]-4.588490.1117490.1216.99cyanidin-3-O-(6″-O-acetyl)-glucosidedry, roast
C29H28O15[M-H]-5.23615.1355615.1308-7.641,5-di-O-caffeoyl−3-O-succinoylquinic aciddry, roast
C7H12O6[M-H]-5.28191.0561191.056-0.59quinic acidroast
C27H28O12[M-H]-5.297543.1508543.159516.02dimethoxycinnamoylcaffeoylquinicacid isomerroast
C15H11O6[M-H]-5.599286.0483286.04892.14cyanidindry
C15H18O5[M-H]-5.62277.1081277.1075-2.1711(S), 13-dihydrolactucindry, roast
C16H18O8[M-H]-5.628337.0929337.09310.625-p-coumaroylquinic aciddry, roast
C17H20O9[M-H]-5.876367.1035367.1024-2.884-O-feruloylquinic aciddry, roast
C16H18O9[M-H]-6.376353.0878353.0880.57trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.581,4-dicaffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.583,4-dicaffeoylquinic acidroast
C16H18O9[M-H]-6.381353.0878353.0875-0.99chlorogenic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.163,5-di-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.26cis−3,5-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,4-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,5-di-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.386515.1195515.1185-1.941,3-dicaffeoylquinic aciddry, roast
C15H18O4[M-H]-6.796261.1132261.1118-5.3611(S), 13-dihydro-8-deoxylactuxindry, roast
C23H24O7[M-H]-7.508411.1449411.1435-3.4711(S), 13-dihydrolactucopicrindry, roast
C13H12O9[M-H]-7.873311.0409311.04719.75cis-caftaric acidroast

PositiveC9H8O2[M+NH4]+4.427166.0874166.0864-6.02cinnamic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.77chlorogenic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.63trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C10H8O4[M+H]+5.968193.0506193.0498-4.14scopoletindry, roast
C25H24O12[M+H]+6.386517.1352517.134-2.32trans−3,4-di-O-caffeoylquinic acidroast

Flavonoid

NegativeC21H18O12[M-H]-1.639461.0726461.0665-13.12kaempferol−3-O-glucuronideroast
C22H20O13[M-H]-1.689491.0831491.0813-3.69isorhamnetin-7-O-glucuronideroast
C22H22O11[M-H]-4.936461.1089461.112.31chrysoeriol-3-O-glucosidedry, roast
C23H24O12[M-H]-5.201491.1195491.12266.31tricin-3-O-glucosideroast
C29H32O16[M-H]-5.239635.1618635.1614-0.63kaempferol 3-O-(6″-acetyl-galactoside) 7-O-rhamnosidedry, roast
C27H30O15[M-H]-5.694593.1512593.15577.6kaempferol-7-O-rutinosideroast
C22H22O12[M-H]-6.146477.1039477.0981-12.16isorhamnetin-7-O-glucosideroast
C23H22O13[M-H]-6.245505.0988505.107417.1quercetin−7-O-(6''-acetyl-glucoside)dry
C24H22O14[M-H]-6.278533.0937533.100212.23kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucosideroast
C21H20O10[M-H]-11.825431.0984431.1016.1apigenin-7-O-glucosidedry, roast

Anthocyanin

NegativeC21H21O10[M-2H]-1.386432.1062432.1008-12.49pelargonidin-3-O-monoglucuronidedry, roast
C23H25O12[M-2H]-4.969492.1273492.134915.39malvidin-3-O-glucosideroast

Organic chemicals

NegativeC4H6O5[M-H]-1.312133.0142133.01441.15malic aciddry, roast
C27H22O12[M-H]-6.276537.1039537.1031-1.58lithospermic aciddry, roast

Terpene

NegativeC15H16O5[M-H]-5.792275.0925275.0921-1.45lactucinroast
C15H16O4[M-H]-6.442259.0976259.0973-0.778-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M-H]-7.508409.1293409.1287-1.47lactucopicrindry, roast
C15H20O3[M-H]-7.904247.134247.1334-2.43magnolialidedry, roast

PositiveC15H20O3[M+Na]+4.239271.1316271.1302-5.16magnolialidedry, roast
C15H16O4[M+NH4]+4.618278.1398278.138-6.478-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M+H]+7.534411.1449411.144-2.19lactucopicrindry, roast


건조 및 로스팅 치커리 뿌리에 함유된 플라보노이드 화합물은 kaempferol-3-O-glucuronide, isorhamnetin-7-O-glucuronide, chrysoeriol-3-O-glucoside, kaempferol 3-O-(6″-acetyl-galactoside) 7-O-rhamnoside, kaempferol-7-O-rutinoside, isorhamnetin-7-O-glucoside, quercetin 7-O-(6″-acetyl-glucoside), kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucoside, apigenin-7-O-glucoside, tricin-3-O-glucoside로 확인되었으며, 이 중 kaempferol-3-O-glucuronide, isorhamnetin-7-O-glucuronide, tricin-3-O-glucoside, kaempferol-7-O-rutinoside, isorhamnetin-7-O-glucoside, kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucoside는 로스팅 치커리 뿌리에서만 동정되었다. 이전 연구에서 kaempferol은 항산화 효과가 보고되었고 항염증 효과도 나타나는 것으로 확인되었다(Lee 등, 2011). 또한, kaempferol은 유리 라디칼을 제거하여 강력한 항산화 효과를 나타내는 것으로 보고되어 있다(Wang 등, 2018). 따라서 검출된 화합물들이 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 항산화 효과에 영향을 미쳤을 것으로 사료된다.

치커리 뿌리의 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량

본 연구에서는 치커리 뿌리에 함유된 폴리페놀 함량과 플라보노이드 함량을 측정하였다. 치커리 뿌리의 총 폴리페놀 함량은 gallic acid의 함량으로 환산했으며, 총 플라보노이드 함량은 catechin의 당량 값으로 환산하여 Table 2에 나타내었다. 100% 에탄올을 이용한 추출물에서 건조 및 로스팅 치커리 뿌리 모두 가장 높은 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량을 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 건조 치커리 뿌리에서 50.122~94.299 mg GAE/100 g sample의 범위를 나타내었으며, 로스팅 치커리 뿌리는 66.695~112.434 mg GAE/100 g sample의 범위를 나타내었다. 모든 추출용매에서 로스팅한 치커리 뿌리가 건조 치커리 뿌리보다 총 폴리페놀 함량이 높은 것으로 나타났다.

Table 2 . Total polyphenol and flavonoid contents of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

SolventTotal polyphenol (mg GAE1)/100 g sample)Total flavonoid (mg CE2)/100 g sample)


DryRoastDryRoast
0% Ethanol50.122±0.594g66.695±1.602e8.143±0.117e8.980±0.202d
60% Ethanol50.917±2.088g69.758±1.347d8.129±0.118e9.710±0.415c
80% Ethanol64.160±1.208f77.352±1.501c10.498±0.234b10.877±0.346b
100% Ethanol94.299±1.706b112.434±1.745a13.591±0.305a13.252±0.588a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination..

Means in the values with different letters (a-g) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test..

1)GAE: gallic acid equivalents..

2)CE: catechin equivalents..



또한, 갈대의 뿌리인 노근(Phragmitis rhizoma)의 열수 추출물과 94% 에탄올 추출물의 폴리페놀 함량을 비교한 결과, 94% 에탄올 추출물의 함량이 높은 것으로 나타났으며, 이는 본 연구와 유사한 결과를 보여주었다(Mo 등, 2013). 이전 연구에서 폴리페놀 함량의 증가는 로스팅 과정에서 발생하는 Maillard 반응산물에 의한 것으로 보고되었다(Do 등, 1989). 따라서 로스팅 치커리 뿌리 추출물의 폴리페놀 함량의 증가는 Maillard 반응산물에 의한 것으로 사료된다. 총 플라보노이드 함량의 경우, 건조 치커리 뿌리에서 8.129~13.591 mg CE/100 g sample의 함량을 나타내었고, 로스팅 치커리 뿌리에서는 8.980~13.252 mg CE/100 g sample의 함량을 나타내었다. 로스팅 치커리 뿌리의 플라보노이드 함량은 로스팅 전후의 함량 차이가 뚜렷하게 나타나지 않았다. Lee 등(2014)의 연구에 따르면 녹두의 로스팅 온도별 플라보노이드 함량을 확인했을 때 로스팅 과정 후 플라보노이드 함량에 유의미한 변화가 없었으며, 이는 본 연구 결과와 유사한 경향으로 나타났다. 또한,

다양한 농도의 에탄올 추출물은 에탄올 0% 추출물과 비교하여 플라보노이드의 함량이 약 1.6배까지 높게 나타났다. 이는 이전 연구에서 Helicteres angustifolia L. 뿌리의 에탄올 0% 추출물(75.87 mg GAE/g)보다 100% 에탄올 추출물(113.83 mg GAE/g)에서 더 높은 총 플라보노이드 함량을 나타낸 결과와 유사한 경향이었다(Li 등, 2015). 그뿐만 아니라 UPLC-Q-TOF-MS 분석 결과, 로스팅하지 않은 치커리 뿌리 추출물과 비교하여 로스팅한 치커리 뿌리 추출물에서 quinic acid와 같은 페놀류 화합물과 kaempferol-3-O-glucuronide, quercetin-7-O-(6″-acetyl-glucoside) 등의 플라보노이드 화합물이 검출되었다. 따라서 해당 화합물들이 로스팅 시 페놀성 화합물 증가에 기인한 것으로 사료된다.

항산화 활성

치커리 뿌리의 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성은 Table 3에 나타내었다. 분석 결과, 로스팅 치커리 뿌리 100% 에탄올 추출물에서 ABTS 라디칼 소거 활성의 경우 21.732 mg GAEAC/100 g sample, DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 15.969 mg GAEAC/100 g sample의 함량으로 추출물 중 가장 높은 소거 활성을 나타내었다. 또한, 추출용매의 에탄올 비율이 증가할수록 라디칼 소거 활성이 증가하는 경향을 나타냈다. 이전 연구에서도 감초를 에탄올 농도별로 추출하여 항산화 활성을 비교했을 때 100% 에탄올 추출물의 항산화 활성이 가장 높았으며, 본 연구는 이와 유사한 경향으로 나타났다(Kim 등, 2006). 또한, 추출 시 유기용매의 비율이 증가할 때 항산화 효과가 증가하는 것은 시료 내의 폴리페놀류 화합물이 유기용매와 반응하기에 적합한 hydroxyl group이 포함된 입체구조 화합물이기 때문일 것으로 사료된다(Lee 등, 2015). 건조 치커리 뿌리 및 로스팅 치커리 뿌리의 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, ABTS 및 DPPH 라디칼 소거 활성의 상관관계는 Fig. 1에 나타내었다. 총 폴리페놀 함량은 총 플라보노이드 함량 및 DPPH 라디칼 소거 활성과 각각 0.94(P<0.05), 0.92(P<0.05)의 상관관계를 보였으며, 총 플라보노이드 함량은 DPPH 라디칼 소거 활성과 0.96(P<0.05)으로 가장 높은 상관관계를 나타내었다. 페놀류는 주요 항산화 성분으로 총 폴리페놀 함량은 항산화 활성에 정비례한다고 알려져 있으며(Liu 등, 2009), Sato 등(1996)의 연구에 따르면 여러 종류의 와인을 이용한 superoxide 라디칼 소거 활성과 폴리페놀 함량 간 관련성이 양의 상관관계를

Table 3 . ABTS and DPPH radical scavenging activities of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root (mg GAEAC1)/100 g sample).

SolventABTS radical scavenging activityDPPH radical scavenging activity


DryRoastDryRoast
0% Ethanol6.182±0.206e8.644±0.157d5.240±0.342f5.050±0.361f
60% Ethanol5.753±0.180e10.691±0.320c6.929±0.154e8.733±0.290d
80% Ethanol8.219±0.628d11.430±0.585c9.387±0.332d10.649±0.189c
100% Ethanol15.480±0.692b21.732±0.763a14.785±0.191b15.969±0.230a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination..

Means in the values with different letters (a-f) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test..

1)GAEAC: gallic acid equivalents antioxidant capacity..



Fig 1. Correlations between antioxidant activities of dry and roast chicory root.

나타낸다고 하였다. 또한, Torel 등(1986)의 연구에서도 페놀성 화합물이 lipid peroxyl 라디칼 소거에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 이처럼 페놀성 화합물이 항산화 효과를 나타내는 이유는 화합물에 존재하는 phenol hydroxyl이 항균, 항산화 등의 생리적 기능을 갖기 때문이다(Choi 등, 2011). 따라서 치커리의 로스팅 과정에서 생성되는 quinic acid, cis-caftaric acid 등의 페놀성 화합물로 인해 로스팅한 치커리 뿌리의 항산화 활성이 증가하는 것으로 사료된다.

상대적 항산화 활성 지수 및 군집 분석

상대적 항산화 활성 지수(RACI)는 식품의 항산화 능력을 평가하기 위해 사용되는 방법으로, 이는 다른 항산화 활성 지수들과 마찬가지로 특정 식품의 항산화 특성을 다른 식품과 비교하기 위해 사용된다(Sun과 Tanumihardjo, 2007). 본 연구에서 건조 및 로스팅 치커리 뿌리의 추출 용매별 항산화 활성은 RACI를 통해 단위와 척도가 다른 4가지 항산화 활성을 비교하여 Table 4에 나타내었다. RACI는 건조 치커리 뿌리와 로스팅 치커리 뿌리 모두 0% 에탄올 추출물에서 각각 -1.05, -0.41로 가장 낮았고, 100% 에탄올 추출물에서 0.78 및 1.60으로 가장 높았다. 또한, 같은 추출용매를 사용한 시료에서도 로스팅한 시료와 로스팅하지 않은 시료의 상대적 항산화 활성 지수에 차이가 있었다. 로스팅한 치커리 뿌리의 용매별 RACI는 로스팅하지 않은 시료에 비해 모두 높게 나타났다.

Table 4 . Standard scores of antioxidant capacity and relative antioxidant capacity index (RACI) of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

Chicory rootSolventMethodRACI

TPCTFCABTSDPPH
Dry0% Ethanol−1.09−1.07−0.97−1.07−1.05
60% Ethanol−1.05−1.07−0.98−0.65−0.94
80% Ethanol−0.430.05−0.90−0.05−0.33
100% Ethanol0.991.51−0.651.270.78

Roast0% Ethanol−0.31−0.670.47−1.11−0.41
60% Ethanol−0.16−0.330.67−0.21−0.01
80% Ethanol0.190.230.730.260.35
100% Ethanol1.841.351.631.561.60


군집 분석(clustering analysis)은 관련이 있거나 유사한 측정값들을 항목으로 묶어 그룹화한 집단을 형성하고, 각 집단의 특성을 파악하는 통계분석 방법이다(Ng 등, 2001). 로스팅 치커리 뿌리 추출물의 항산화 활성 및 함량에 관한 계층적 군집 분석(hierarchical clustering analysis) 결과를 Fig. 2에 나타내었다. 분석 결과는 크게 2개의 군집으로, 100% 에탄올을 이용하여 추출한 군집과 0%, 60%, 80% 에탄올과 같이 물이 섞인 용매로 추출한 군집으로 나누어졌다. 또한, 물이 섞인 용매로 추출한 군집은 다시 로스팅 군집과 로스팅하지 않은 군집으로 나누어지는 것을 확인할 수 있었다. 해당 결과는 항산화 활성에 영향을 미치는 폴리페놀류 화합물이 100% 에탄올에서 쉽게 용출되기 때문이라 판단된다. 또한, 0% 에탄올 추출용매와 물이 섞인 에탄올 추출용매(60%, 80% 에탄올)의 항산화 활성은 추출용매에 따른 영향보다 로스팅에 의한 영향이 더욱 큰 것으로 나타났다. 따라서 본 연구를 통해 치커리 뿌리 추출물은 로스팅 처리와 추출용매의 농도에 따라 항산화 활성 및 함량의 특성이 구분되는 것을 확인할 수 있었다.

Fig 2. Hierarchical clustering analysis of antioxidant activities and contents in 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

요 약

본 연구는 로스팅 치커리 추출물의 항산화 효과 및 기능 성분을 확인하였다. 항산화 효과를 알아보기 위해 0%, 60%, 80%, 100% 에탄올을 이용하여 추출하였고, 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였다. 또한, 상대적 항산화 활성을 비교하기 위해 RACI를 이용하였고, 추출용매 및 로스팅에 따른 항산화 효과에 미치는 영향을 확인하고자 군집 분석을 진행하였다. 또한, 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량과 ABTS 및 DPPH 라디칼 소거능의 상관관계를 비교 확인하였다. 로스팅한 치커리 뿌리의 100% 에탄올 추출물은 총 폴리페놀 함량 및 총 플라보노이드 함량이 가장 높았으며, 라디칼 소거 활성 또한 가장 높았다. 그뿐만 아니라 총 플라보노이드 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 가장 높은 상관관계를 나타내었다. 군집 분석 결과, 치커리 뿌리를 100% 에탄올로 추출한 군집과 물이 섞인 에탄올(0%, 60%, 80% 에탄올)로 추출한 군집으로 나뉘었다. 또한, UPLC-Q-TOF-MS 분석 결과 총 41종의 화합물이 확인되었으며, 그중 21종류의 페놀류와 10종류의 플라보노이드가 확인되었다. 본 연구 결과는 치커리 뿌리를 활용한 기능성 식품 개발을 위한 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

감사의 글

본 논문은 부산광역시 및 (재)부산테크노파크의 BB21plus 사업으로 지원된 연구이며, 교육부의 재원으로 한국기초과학지원연구원 국가연구시설장비진흥센터의 지원을 받아 수행된 연구(2019R1A6C1010044)로, 이에 감사드립니다.

Fig 1.

Fig 1.Correlations between antioxidant activities of dry and roast chicory root.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 272-280https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.272

Fig 2.

Fig 2.Hierarchical clustering analysis of antioxidant activities and contents in 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 272-280https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.3.272

Table 1 . Identification of compounds in 100% ethanol extracts from dried and roasted chicory root using UPLC-Q-TOF-MS in negative and positive ion modes.

Ion modeFormulaIonizationRT (min)m/z calculatedm/z observedError (ppm)IdentificationFound
Phenolic acids

NegativeC22H18O12[M-H]-1.423473.0726473.078512.58dicaffeoyltartaric acid (chicoric acid)dry, roast
C23H23O12[M-H]-4.588490.1117490.1216.99cyanidin-3-O-(6″-O-acetyl)-glucosidedry, roast
C29H28O15[M-H]-5.23615.1355615.1308-7.641,5-di-O-caffeoyl−3-O-succinoylquinic aciddry, roast
C7H12O6[M-H]-5.28191.0561191.056-0.59quinic acidroast
C27H28O12[M-H]-5.297543.1508543.159516.02dimethoxycinnamoylcaffeoylquinicacid isomerroast
C15H11O6[M-H]-5.599286.0483286.04892.14cyanidindry
C15H18O5[M-H]-5.62277.1081277.1075-2.1711(S), 13-dihydrolactucindry, roast
C16H18O8[M-H]-5.628337.0929337.09310.625-p-coumaroylquinic aciddry, roast
C17H20O9[M-H]-5.876367.1035367.1024-2.884-O-feruloylquinic aciddry, roast
C16H18O9[M-H]-6.376353.0878353.0880.57trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.581,4-dicaffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.378515.1195515.1192-0.583,4-dicaffeoylquinic acidroast
C16H18O9[M-H]-6.381353.0878353.0875-0.99chlorogenic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.163,5-di-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.26cis−3,5-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,4-di-O-caffeoylquinic aciddry, roast
C25H24O12[M-H]-6.382515.1195515.1189-1.16trans−3,5-di-O-caffeoylquinic acidroast
C25H24O12[M-H]-6.386515.1195515.1185-1.941,3-dicaffeoylquinic aciddry, roast
C15H18O4[M-H]-6.796261.1132261.1118-5.3611(S), 13-dihydro-8-deoxylactuxindry, roast
C23H24O7[M-H]-7.508411.1449411.1435-3.4711(S), 13-dihydrolactucopicrindry, roast
C13H12O9[M-H]-7.873311.0409311.04719.75cis-caftaric acidroast

PositiveC9H8O2[M+NH4]+4.427166.0874166.0864-6.02cinnamic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.77chlorogenic aciddry, roast
C16H18O9[M+H]+5.288355.1035355.1015-5.63trans−4-O-caffeoylquinic acidroast
C10H8O4[M+H]+5.968193.0506193.0498-4.14scopoletindry, roast
C25H24O12[M+H]+6.386517.1352517.134-2.32trans−3,4-di-O-caffeoylquinic acidroast

Flavonoid

NegativeC21H18O12[M-H]-1.639461.0726461.0665-13.12kaempferol−3-O-glucuronideroast
C22H20O13[M-H]-1.689491.0831491.0813-3.69isorhamnetin-7-O-glucuronideroast
C22H22O11[M-H]-4.936461.1089461.112.31chrysoeriol-3-O-glucosidedry, roast
C23H24O12[M-H]-5.201491.1195491.12266.31tricin-3-O-glucosideroast
C29H32O16[M-H]-5.239635.1618635.1614-0.63kaempferol 3-O-(6″-acetyl-galactoside) 7-O-rhamnosidedry, roast
C27H30O15[M-H]-5.694593.1512593.15577.6kaempferol-7-O-rutinosideroast
C22H22O12[M-H]-6.146477.1039477.0981-12.16isorhamnetin-7-O-glucosideroast
C23H22O13[M-H]-6.245505.0988505.107417.1quercetin−7-O-(6''-acetyl-glucoside)dry
C24H22O14[M-H]-6.278533.0937533.100212.23kaempferol-3-O-(6″-O-malonyl)-glucosideroast
C21H20O10[M-H]-11.825431.0984431.1016.1apigenin-7-O-glucosidedry, roast

Anthocyanin

NegativeC21H21O10[M-2H]-1.386432.1062432.1008-12.49pelargonidin-3-O-monoglucuronidedry, roast
C23H25O12[M-2H]-4.969492.1273492.134915.39malvidin-3-O-glucosideroast

Organic chemicals

NegativeC4H6O5[M-H]-1.312133.0142133.01441.15malic aciddry, roast
C27H22O12[M-H]-6.276537.1039537.1031-1.58lithospermic aciddry, roast

Terpene

NegativeC15H16O5[M-H]-5.792275.0925275.0921-1.45lactucinroast
C15H16O4[M-H]-6.442259.0976259.0973-0.778-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M-H]-7.508409.1293409.1287-1.47lactucopicrindry, roast
C15H20O3[M-H]-7.904247.134247.1334-2.43magnolialidedry, roast

PositiveC15H20O3[M+Na]+4.239271.1316271.1302-5.16magnolialidedry, roast
C15H16O4[M+NH4]+4.618278.1398278.138-6.478-deoxylactucindry, roast
C23H22O7[M+H]+7.534411.1449411.144-2.19lactucopicrindry, roast

Table 2 . Total polyphenol and flavonoid contents of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

SolventTotal polyphenol (mg GAE1)/100 g sample)Total flavonoid (mg CE2)/100 g sample)


DryRoastDryRoast
0% Ethanol50.122±0.594g66.695±1.602e8.143±0.117e8.980±0.202d
60% Ethanol50.917±2.088g69.758±1.347d8.129±0.118e9.710±0.415c
80% Ethanol64.160±1.208f77.352±1.501c10.498±0.234b10.877±0.346b
100% Ethanol94.299±1.706b112.434±1.745a13.591±0.305a13.252±0.588a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination..

Means in the values with different letters (a-g) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test..

1)GAE: gallic acid equivalents..

2)CE: catechin equivalents..


Table 3 . ABTS and DPPH radical scavenging activities of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root (mg GAEAC1)/100 g sample).

SolventABTS radical scavenging activityDPPH radical scavenging activity


DryRoastDryRoast
0% Ethanol6.182±0.206e8.644±0.157d5.240±0.342f5.050±0.361f
60% Ethanol5.753±0.180e10.691±0.320c6.929±0.154e8.733±0.290d
80% Ethanol8.219±0.628d11.430±0.585c9.387±0.332d10.649±0.189c
100% Ethanol15.480±0.692b21.732±0.763a14.785±0.191b15.969±0.230a

All results were expressed as the mean±standard deviation of triplicate determination..

Means in the values with different letters (a-f) are significantly different at P<0.05 by Duncan’s multiple range test..

1)GAEAC: gallic acid equivalents antioxidant capacity..


Table 4 . Standard scores of antioxidant capacity and relative antioxidant capacity index (RACI) of 0%, 60%, 80%, and 100% ethanol extract from dry and roast chicory root.

Chicory rootSolventMethodRACI

TPCTFCABTSDPPH
Dry0% Ethanol−1.09−1.07−0.97−1.07−1.05
60% Ethanol−1.05−1.07−0.98−0.65−0.94
80% Ethanol−0.430.05−0.90−0.05−0.33
100% Ethanol0.991.51−0.651.270.78

Roast0% Ethanol−0.31−0.670.47−1.11−0.41
60% Ethanol−0.16−0.330.67−0.21−0.01
80% Ethanol0.190.230.730.260.35
100% Ethanol1.841.351.631.561.60

References

  1. Ahmed IAM, Al Juhaimi FY, Osman MA, et al. Effect of oven roasting treatment on the antioxidant activity, phenolic compounds, fatty acids, minerals, and protein profile of Samh (Mesembryanthemum forsskalei Hochst) seeds. LWT. 2020. 131:109825. https://doi.org/10.1016/j.lwt.2020.109825.
    CrossRef
  2. Ahn YH, Gwon MJ, Lee HJ, et al. Antibacterial and antioxidant activity of rose extract according to the extraction method. Journal of the Korea Academia-Industrial cooperation Society. 2022. 23:440-449.
    CrossRef
  3. Bae KS, Kim HC, Bae JH. Dormancy characteristics in chicory (Cichorium intybus L.) root. J Bio-Env Con. 2006. 15:417-420.
  4. Blois MS. Antioxidant determinations by the use of a stable free radical. Nature. 1958. 181:1199-1200.
    CrossRef
  5. Choi HJ, Kim DH, Kim SY, et al. Quality characteristics and antioxidant activities of 'Sulgidduk' added with chicory powder during storage. Korean J Food Preserv. 2020. 27:523-533.
    CrossRef
  6. Choi MH, Kim MH, Han YS. Antioxidant and glucose-regulating enzyme activities of red chicory (Cichorium intybus L.) extract. Food Eng Prog. 2022. 26:177-187.
    CrossRef
  7. Choi SJ, Cho EA, Cho E, et al. Screening of functional materials from solvent fractions of apple flower leaf extract. KSBB Journal. 2011. 26:165-171.
    CrossRef
  8. Do JH, Kim KH, Jang JG, et al. Changes in color intensity and components during browning reaction of white ginseng water extract. Korean J Food Sci Technol. 1989. 21:480-485.
  9. Folin O, Denis W. On phosphotungstic-phosphomolybdic compounds as color reagents. J Biol Chem. 1912. 12:239-243.
    CrossRef
  10. Heo SJ, Ahn HY, Kang MJ, et al. Antioxidative activity and chemical characteristics of leaves, roots, stems and fruits extracts from Acanthopanax senticosus. J Life Sci. 2011. 21:1052-1059.
    CrossRef
  11. Hong MJ, Lee GD, Kim HK, et al. Changes in functional and sensory properties of chicory roots induced by roasting processes. Korean J Food Sci Technol. 1998. 30:413-418.
  12. Hwang JH, Park JE. Food material science. 2005. p 130-131.
  13. Jeong SO, Kim HY, Han JS, et al. Manufacture and quality evaluation of beverage with prepared with roasted seoritae. Korean J Food Nutr. 2016. 29:557-564.
    CrossRef
  14. Jung YJ, Assefa AD, Lee JE, et al. Analysis of antioxidant activity and serotonin derivatives in safflower (Carthamus tinctorius L.) germplasm collected from five countries. Korean J Plant Res. 2019. 32:423-432.
  15. Kim SJ, Kweon DH, Lee JH. Investigation of antioxidative activity and stability of ethanol extracts of licorice root (Glycyrrhiza glabra). Korean J Food Sci Technol. 2006. 38:584-588.
  16. Kim YD, Mahinda S, Koh KS, et al. Reactive oxygen species scavenging activity of Jeju native citrus peel during maturation. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2009. 38:462-469.
    CrossRef
  17. Kim YJ, Lee YG, Choi YW, et al. Effects of drying conditions on the profile of volatile terpenoid and colour of schizandra fruit (Schizandra Chinensis fructus). J Life Sci. 2008. 18:1066-1071.
    CrossRef
  18. Lee KH, Cho YL, Joo CG, et al. Study on the antioxidative activities and anti-inflammatory effect of kaempferol and kaempferol rhamnosides. J Soc Cosmet Sci Korea. 2011. 37:257-264.
  19. Lee KH, Kim MJ, Kim AJ. Physicochemical composition and antioxidative activities of Rhynchosia nulubilis according to roasting temperature. J Korean Soc Food Sci Nutr. 2014. 43:675-681.
    CrossRef
  20. Lee P, Kim SY, et al; O HB. Physicochemical characteristics and quality properties of a cereal-based beverage made with roasted kamut (Triticum turgidum ssp.). J Korean Soc Food Sci Nutr. 2019. 48:1112-1119.
    CrossRef
  21. Lee SG, Oh SC, Jang JS. Antioxidant activities of Citrus unshiu extracts obtained from different solvents. Korean J Food Nutr. 2015. 28:458-464.
    CrossRef
  22. Li K, Lei Z, Hu X, et al. In vitro and in vivo bioactivities of aqueous and ethanol extracts from Helicteres angustifolia L. root. J Ethnopharmacol. 2015. 172:61-69.
    Pubmed CrossRef
  23. Liu SC, Lin JT, Wang CK, et al. Antioxidant properties of various solvent extracts from lychee (Litchi chinenesis Sonn.) flowers. Food Chem. 2009. 114:577-581.
    CrossRef
  24. Mo JH, Oh SJ, Kim KR. Comparison on the antioxidative activity of ethanol and hot water extracts of Phragmitis rhizoma. J Korean Soc Cosmetol. 2013. 19:809-814.
  25. Ng AY, Jordan MI, Weiss Y. On spectral clustering: Analysis and an algorithm. 2001. p 849-856.
  26. Patrignani M, Rinaldi GJ, Lupano CE. In vivo effects of Maillard reaction products derived from biscuits. Food Chem. 2016. 196:204-210.
    Pubmed CrossRef
  27. Re R, Pellegrini N, Proteggente A, et al. Antioxidant activity applying an improved ABTS radical cation decolorization assay. Free Radic Biol Med. 1999. 26:1231-1237.
    Pubmed CrossRef
  28. Sato M, Ramarathnam N, Suzuki Y, et al. Varietal differences in the phenolic content and superoxide radical scavenging potential of wines from different sources. J Agric Food Chem. 1996. 44:37-41.
    CrossRef
  29. Sun T, Tanumihardjo SA. An integrated approach to evaluate food antioxidant capacity. J Food Sci. 2007. 72:R159-R165.
    CrossRef
  30. Torel J, Cillard J, Cillard P. Antioxidant activity of flavonoids and reactivity with peroxy radical. Phytochemistry. 1986. 25:383-385.
    CrossRef
  31. Wang J, Fang X, Ge L, et al. Antitumor, antioxidant and anti-inflammatory activities of kaempferol and its corresponding glycosides and the enzymatic preparation of kaempferol. PLoS One. 2018. 13:e0197563. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0197563.
    Pubmed KoreaMed CrossRef
  32. Zhishen J, Mengcheng T, Jianming W. The determination of flavonoid contents in mulberry and their scavenging effects on superoxide radicals. Food Chem. 1999. 64:555-559.
    CrossRef