Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
Ex) Article Title, Author, Keywords
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(4): 378-384
Published online April 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.4.378
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Hyangyeon Jeong , Sojeong Yoon , Seong Jun Hong , Seong Min Jo , Younglan Ban , Hyeonjin Park , Hee Sung Moon , Se Young Yu , Moon Yeon Youn , and Eui-Cheol Shin
Department of GreenBio Science/Food Science and Technology, Gyeongsang National University
Correspondence to:Eui-Cheol Shin, Department of GreenBio Science/Food Science and Technology, Gyeongsang National University, 33, Dongjin-ro, Jinju-si, Gyeongnam 52725, Korea, E-mail: eshin@gnu.ac.kr
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The physicochemical properties of hemp seed oil extracted from roasted hemp seeds were analyzed. The antioxidant component and activity of hemp seed oil were increased by roasting, and phytosterols increased after short-term roasting. Only α- and γ-tocopherols were detected in hemp seed oil, and they tended to decrease after roasting. The total saturated fatty acids content in hemp seed oil increased after roasting, while the total unsaturated fatty acids tended to decrease. Roasting also increased the induction period of hemp seed oil, which increased the oxidative stability of the oil. These results are expected to be used as a database for developing processed products using hemp seeds.
Keywords: hemp seed oil, roasting, antioxidant compounds, rancimat
햄프씨드(
로스팅은 오일로 추출되기 전에 종자에 적용되는 가장 일반적인 처리 공정으로 물리적, 화학적, 구조적 및 감각적 변화를 일으키는 가장 중요한 공정 중 하나이다(Babiker 등, 2021). 로스팅과 같은 열처리는 식품의 저장 중에 일어날 수 있는 바람직하지 않은 이화학적 반응을 억제 및 지연시키고 식품의 안정성과 안전성을 확보할 수 있는 최적의 가공 방법으로 여겨진다(Jo과 Surh, 2016). 이러한 가공 과정에서 다양한 성분 간의 분해, 합성, 축합 등의 반응이 일어나며, 수용성 고형분의 함량을 증가시킨다(Jang 등, 2018). 특히, 식품 내부에서 비효소적 갈변 반응을 가속하여 지질 산패에 대해 강한 항산화를 나타내는 새로운 항산화 물질을 생성하며(Jang 등, 2018), 단백질과 탄수화물 등 고분자 물질과 결합한 결합형 생리활성 물질을 유리형으로 전환하여 생리활성 성분의 생체접근율과 생체이용률을 증진한다고 알려져 있다(Jo와 Surh, 2016). 또한, 로스팅은 지방산과 비타민 등 일부 영양소를 파괴하여 원료의 풍미에 영향을 주는 성분을 생성하며(Jang 등, 2018), 세포 장벽을 파괴함으로써 오일 추출을 용이하게 한다(Durmaz와 Gökmen, 2010).
현재까지 햄프씨드에 관한 연구로는 가열처리가 햄프씨드의 영양성분과 항산화 활성에 미치는 영향에 관한 연구, 햄프씨드 오일의 특징에 관한 연구, 식품에서 사용되고 있는 햄프씨드와 오일을 다른 씨드와 비교하는 연구 등이 있다(Dunford, 2015; Jang 등, 2018; Oomah 등, 2002). 하지만 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 이화학적 특성에 대한 분석은 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사전 실험을 통해 맛과 향을 기준으로 선정된 6가지 로스팅 조건(raw, 140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)으로 로스팅한 햄프씨드로 추출된 햄프씨드 오일의 이화학적 변화에 대해 분석하고자 한다. 본 연구는 햄프씨드를 활용한 가공품 개발에 대한 기초자료로 이용될 것을 기대한다.
본 실험에 사용된 햄프씨드는 온라인 상점(DGFARM)에서 캐나다산 제품을 구매했으며, 실험에 사용하기 전까지 -18°C에서 냉동 보관한 후 사용하였다.
햄프씨드는 멀티라이트 오븐(EON-C200F, SK Magic)의 광파 오븐 기능을 이용하여 로스팅하였으며, 본 연구에서 적용된 로스팅 조건(140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)은 사전 실험에서 단맛과 달콤한 향기 성분을 기준으로 선정하였다. 로스팅한 햄프씨드는 분쇄기(CSM-309, MotorMillions Electric Co.)를 이용하여 동일한 크기로 분쇄하였으며, 분쇄된 햄프씨드 150 g을 hexane 750 mL에서 약 24시간 동안 추출하였다. 그리고 회전증발농축기(rotavapor R-3, Buchi)를 이용하여 hexane을 제거하였으며, raw를 포함하여 총 6가지의 햄프씨드 오일을 실험에 사용했다.
총 플라보노이드 함량은 Hong 등(2020)의 방법을 이용하여 확인하였다. 햄프씨드 오일 1 mg/mL씩 취하고 95% 에탄올 1.5 mL를 넣고 1 M potassium acetate와 10% aluminum nitrate를 각각 0.1 mL 넣어준 뒤 2.8 mL의 증류수를 첨가 후 30분간 상온에서 반응시켰다. 반응 후 분광광도계(Multiskan Go, Thermo Fisher Scientific Co.)를 이용하여 415 nm의 파장에서 측정 후 얻은 검량선을 이용해서 총 플라보노이드 함량을 산출하였다. 총 플라보노이드 함량을 위한 표준물질은 quercetin(Sigma-Aldrich Co.)을 이용하였으며, 농도 구배[0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 mg quercetin equivalent(QE)/mL]를 이용하여 함량을 도출하였다. 총 페놀 함량은 Hong 등(2020)의 방법에 따라 측정하였다. 햄프씨드 오일 1 mg/mL에 에탄올 1 mL와 증류수 5 mL를 첨가하였다. Folin-Ciocalteu’s reagent(Sigma-Aldrich Co.) 0.5 mL를 첨가한 후 5분간 진탕하였다. 이 용액에 10% sodium carbonate 1 mL를 첨가한 후에 10분 동안 원심분리를 한다. 상등액을 750 nm에서 분광광도계(Multiskan Go)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 분석된 결과는 표준물질은 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)의 농도 구배[0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 mg gallic acid equivalent(GAE)/mL]를 통해 작성된 검량선을 이용하여 총 페놀 함량을 도출하였다.
햄프씨드 오일의 항산화 활성은 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능으로 확인하였다. 각각의 시료 10 μL에 0.1 mM의 DPPH 용액(Sigma-Aldrich Co.)을 혼합한 후 20분 동안 상온에서 교반 및 암소 방치하였고 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광도 값을 다음의 식에 대입하여 DPPH 라디칼 소거능을 산출하였다(Hong 등, 2021).
햄프씨드 오일의 지방산 조성을 분석하기 위해 지방산을 메틸에스터화(fatty acid methyl ester, FAME)로 유도체화 시킨 후 실험을 진행하였으며, 개별 지방산의 유도체를 위하여 boron trifluoride(BF3)-methanol을 촉매제로 이용하였다. Gas chromatography(GC; 6890N, Agilent Technologies)를 이용하여 지방산 조성을 분석하였으며, 컬럼은 SP-2560 capillary column(100 m×0.25 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Technologies)을 사용하였다. 오븐 온도는 130°C에서 5분간 진행하여 240°C까지 분당 4°C씩 승온 시킨 후 240°C에서 15분간 유지하였다. 또한, 지방산 표준품(Supelco 37 FAME, Sigma-Aldrich Co.)을 이용하여 각 지방산의 머무름시간을 이용하여 개별 지방산을 동정하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일에 존재하는 phytosterol의 분포와 함량을 분석하기 위해 alkaline saponification 방법을 이용하였다. 햄프씨드 오일 1 g을 내부표준물질(5α-cholestane, Sigma-Aldrich Co.)과 함께 포화 KOH를 이용하여 비누화 반응을 진행하였으며, 유도체 반응을 위해 trimethylsilyl-ester 시약(Sigma Aldrich Co.)을 이용하여 반응을 유도하였다. 개별 sterol 분석은 불꽃이온화 검출기(flame ionization detector; Agilent Technologies)를 장착한 GC를 이용하였으며, 컬럼은 HP-5(30 m×0.32 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Technologies)를 사용하였다. 적용된 오븐 온도 프로그램을 보면 초기 260°C에서 분당 3°C씩 승온시켜 300°C까지 상승시키고 15분간 유지시켰다. 실험에 사용된 주입구와 검출기 온도는 각각 300°C와 320°C였다. 개별적인 식물성 스테롤의 동정과 정량을 위해 내부표준물질인 5α-cholestane의 peak area를 기준으로 검출된 phytosterol의 함량을 계산하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일의 토코페롤 함량을 분석하기 위해 표준품(α-토코페롤, δ-토코페롤, Sigma-Aldrich Co.)을 이용하였다. 50 mg의 햄프씨드 오일을 hexane(Sigma-Aldrich Co.)에 용해시켜 균질화를 진행하고 0.45 μm nylon membrane filter(GE Osmonics Labstore)를 이용하여 여과한 후 사용하였다. 토코페롤 분석은 형광검출기를 이용한 normal-high performance liquid chromatography 시스템(Agilent 1260, Agilent Technologies)을 이용하였으며, 컬럼은 순상조건의 LiChrosorb Si-60 column(4 mm×250 mm, 5 μm particle size; Hibar® Fertigsaule RT, Merck)을 사용하였다. 0.85% Isopropanol/hexane을 이동상으로 사용하였으며, flow rate는 1.0 mL/min으로 설정하였다. 또한, 검출기의 파장 영역은 excitation과 emission wavelength를 각각 290 nm와 330 nm로 설정하여 분석하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일의 산화 안정도를 측정하기 위해 rancimat(892 Professional Rancimat, Metrohm AG) 장치를 이용하여 산소유도기간을 측정하였다. 햄프씨드 오일의 thermal oxidation 유도를 위해 햄프씨드 오일 3 g에 20 L/h의 조건으로 공기를 주입하여 100°C의 온도에서 실험을 진행하였다. 산화 과정을 통해서 발생한 formic acid, ketones, aldehydes, carboxylic acids와 같은 전도성의 산화 생성물을 측정하는 센서를 통해서 산소유도기간을 탐색하였다(Hong 등, 2019).
본 연구의 결과는 3회 반복되는 평균값과 표준편차로 제시되었으며, 통계프로그램은 SAS 버전 9.0(SAS Institute Inc.)을 사용하여 Tukey의 다중범위 검정(
6가지 햄프씨드 오일의 총 플라보노이드 함량(total flavonoid content, TFC), 총 페놀 함량(total phenolic content, TPC) 및 항산화 활성의 변화를 Table 1에 나타내었다. Raw의 총 플라보노이드 함량은 7.69 mg QE/mL로 가장 낮은 함량을 나타내었으며, 160°C_12 min에서 12.29 mg QE/mL로 가장 높게 측정되었다. 총 페놀 함량은 raw에서 2.30 mg GAE/mL로 가장 낮은 함량을 나타내었으며, 160°C_12 min에서 5.96 mg GAE/mL로 가장 높게 측정되었다. 본 연구에서 총 플라보노이드 함량과 페놀 함량은 로스팅 온도와 시간이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었으며(
Table 1 . Total flavonoid contents, total phenolic contents, and antioxidant activity in raw and roasted hemp seed oil
DPPH1) (%) | TFC2) (mg QE3)/mL) | TPC4) (mg GAE5)/mL) | |
---|---|---|---|
Raw | 38.92±0.36f6) | 7.69±0.01e | 2.30±0.02e |
140°C_9 min | 49.29±0.67e | 7.04±0.07f | 2.83±0.06d |
140°C_12 min | 57.15±0.13b | 10.20±0.01c | 2.98±0.03c |
160°C_6 min | 51.20±0.04d | 7.86±0.09d | 3.13±0.01c |
160°C_12 min | 53.58±0.17c | 12.29±0.07a | 5.96±0.11a |
180°C_6 min | 62.39±0.11a | 11.22±0.06b | 4.95±0.01b |
1)DPPH: DPPH radical scavenging activity. 2)TFC: total flavonoid content. 3)QE: quercetin equivalent.
4)TPC: total phenolic content. 5)GAE: gallic acid equivalent.
6)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the column by Tukey’s multiple test (
총 플라보노이드와 페놀과 같은 항산화 물질은 식물계에 널리 분포하며, 충분한 섭취는 노화와 질병을 예방에 도움을 준다고 알려져 있다(Kim 등, 2012). 특히, 페놀성 화합물과 플라보노이드에 있는 다수의 하이드록실기가 여러 화합물과 결합을 용이하게 하여 항산화 효과 및 항암, 항염의 효과를 높인다고 알려져 있다(Kim 등, 2012). Sundar 등(2022)의 연구에서는 로스팅에 의해서 참기름의 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 본 연구에서도 총 플라보노이드와 페놀의 함량이 로스팅 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 오일의 항산화 활성도 그에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 로스팅 과정에 의해서 햄프씨드 속에 결합되어 있던 페놀 계열 화합물들이 세포벽과의 공유 결합이 열분해 되면서 항산화 능력을 증가시키는 유리 페놀 화합물로 전환되었기 때문으로 판단된다(Mohamed Ahmed 등, 2020). 또한 항산화 활성은 로스팅 공정에도 영향을 받지만(Zhang 등, 2021), 샘플 속에 존재하는 페놀 화합물의 종류에도 영향을 받는다고 알려져 있다(Kim 등, 2012).
6가지 햄프씨드 오일의 지방산 조성에 관한 결과는 Table 2에 나타내었다. 햄프씨드 오일에는 포화지방산인 palmitic acid(C16:0), stearic acid(C18:0)가 검출되었으며, 불포화지방산 oleic acid(C18:1), linoleic acid(C18:2n6c), γ-linolenic acid(C18:3n6), α-linolenic acid(C18:3n3), stearidonic acid(18:4n3)가 검출되었다. Palmitic acid는 raw에 비해서 모든 로스팅 조건에서 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며(
Table 2 . Change of fatty acid composition of raw and roasted hemp seed oil
Sample | Fatty acid (area%) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min | |
Palmitic acid (C16:0) | 5.64±0.01d3) | 5.77±0.01bc | 5.76±0.01c | 5.77±0.01bc | 5.85±0.02a | 5.8±0.01bc |
Stearic acid (C18:0) | 1.77±0.01c | 1.59±0.01e | 1.75±0.01d | 1.78±0.01b | 1.78±0.01b | 1.8±0.01a |
Oleic acid (C18:1n9c) | 12.14±0.01a | 12.03±0.01d | 12.07±0.01c | 11.98±0.01f | 12.08±0.01b | 12.01±0.01e |
Linoleic acid (C18:2n6c) | 55.73±0.01d | 55.84±0.01a | 55.79±0.01b | 55.74±0.01cd | 55.75±0.01c | 55.72±0.01d |
4.70±0.01a | 4.69±0.01b | 4.67±0.01c | 4.68±0.01bc | 4.66±0.01d | 4.68±0.01bc | |
18.57±0.01cd | 18.66±0.02a | 18.55±0.01d | 18.63±0.01b | 18.48±0.01e | 18.58±0.01cd | |
Stearidonic acid (C18:4n3) | 1.44±0.01a | 1.42±0.01b | 1.41±0.01c | 1.42±0.01b | 1.40±0.01d | 1.42±0.01b |
3.02±0.01c | 3.01±0.01d | 3.03±0.01b | 3.01±0.01d | 3.04±0.01a | 3.02±0.01c | |
SFA1) | 7.42±0.01e | 7.36±0.01f | 7.51±0.02d | 7.56±0.01c | 7.64±0.01a | 7.60±0.01b |
UFA2) | 92.58±0.01b | 92.64±0.01a | 92.49±0.02c | 92.44±0.01d | 92.36±0.01f | 92.40±0.01e |
Date represents the mean±SD in triplicate.
1)SFA: saturated fatty acid.
2)UFA: unsaturated fatty acid.
3)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
햄프씨드 오일의 80% 이상은 linoleic acid, α-linolenic acid 및 oleic acid로 구성되어 있다(Oomah 등, 2002). 본 연구에서도 linoleic acid, α-linolenic acid, oleic acid 순으로 높은 비율로 측정되었으며, 모든 온도 조건에서 해당 지방산이 전체 햄프씨드 오일의 지방산 조성의 90%를 차지하고 있다. 특히, 2번째로 높은 비율(18%)을 차지하는 α-linolenic acid은 관상동맥과 같은 심장질환과 암을 예방하는 데 유익한 생리학적 영향을 미친다고 알려져 있다(Oomah 등, 2002). 또한, 햄프씨드 오일은 다른 식물성 오일에 비해 ω-6와 ω-3 비율이 인간의 영양에 완벽한 비율인 3:1을 이루고 있으며(Oomah 등, 2002), 본 연구에서도 유사한 비율로 검출되었다. 로스팅에 의해 linoleic acid와 linolenic acid와 같은 주요 지방산이 증가하는 경향을 나타내었으며, Sun 등(2021)의 연구 결과와 유사하게 oleic acid의 비율이 로스팅에 의해서 감소하는 경향을 나타내었다. 로스팅에 따른 각각의 지방산 조성의 증감은 다양했으나, 전체적인 지방산 조성을 비교한 경우 포화지방산이 증가하였다. Jang 등(2018)의 연구에서도 로스팅에 의해 포화지방산이 증가하고 불포화지방산이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 지방산 조성의 증감은 지방산 종류, 샘플의 종류, 로스팅 조건 등에 영향을 받는 것으로 판단된다(Jang 등, 2018).
6가지 햄프씨드 오일에 함유된 phytosterol 함량을 Table 3에 나타내었다. 본 연구에서는 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol이 검출되었으며, 모든 조건에서 β-sitosterol이 가장 높은 함량을 나타내었다. Stigmasterol은 140°C_9 min을 제외하고는 로스팅 조건에 따라 raw에 비해서 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었다(
Table 3 . Phytosterol contents in raw and roasted hemp seed oil (mg/100 g)
Phytosterols | Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min |
---|---|---|---|---|---|---|
Campesterol | 18.81±0.09c1) | 20.24±0.13a | 17.64±0.08d | 19.57±0.06b | 15.13±0.06e | 19.38±0.09b |
Stigmasterol | 3.74±0.10a | 3.68±0.07a | 3.10±0.02c | 3.47±0.05b | 2.81±0.01d | 3.47±0.09b |
β-Sitosterol | 84.15±0.37d | 93.32±0.25a | 81.20±0.21e | 90.47±0.20b | 70.22±0.21f | 88.60±0.28c |
Total phytosterol | 106.69±0.38d | 117.25±0.39a | 101.95±0.25e | 113.51±0.26b | 88.16±0.26f | 111.44±0.42c |
Date represents the mean±SD in triplicate.
1)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
Phytosterol은 다양한 식물성 오일의 중요한 생리활성 성분으로 체내에서 합성이 불가능하거나 매우 소량만 합성되기 때문에 식이를 통한 공급이 중요한 물질로 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020; Hong 등, 2019). Phytosterol은 항염증, 항진균, 항균작용 외에도 대장암 관련 종양 또는 궤양 감소와 같은 유익한 생물학적 효과와 밀접한 관련이 있으며, 인체의 콜레스테롤 흡수를 감소시켜 혈중 LDL 및 총콜레스테롤 수치를 낮추는 데 기여한다고 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020). 햄프씨드 오일의 주요 phytosterol은 β-sitosterol, campesterol, D5-avenasterol, stigmasterol이 해당하며, 그중 β-sitosterol이 70% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다(Matthäus와 Brühl, 2008). 햄프씨드 오일 이외의 양귀비씨 오일과 아마씨유와 같은 다른 식물성 오일에서도 β-sitosterol과 campesterol, D5-avenasterol이 주요 phytosterol로 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020; Dunford, 2015). 본 연구에서도 β-sitosterol이 70% 이상 검출되었으며, 단시간 로스팅에 의해서 증가하는 경향을 나타내었다. 하지만 본 연구에서 검출된 β-sitosterol 함량은 양귀비씨유에서 검출된 함량(133~153 mg/100 g)보다 적게 검출되었으며, 두 번째로 높게 검출된 campesterol의 함량도 양귀비씨유에서 검출된 함량(45~58 mg/100 g)보다 적게 검출되었다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020). Rezig 등(2022)의 연구에서 오일 추출 전 종자에 가하는 열처리는 phytosterol의 함량 변화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 열처리 시 campesterol과 stigmasterol의 함량은 감소하고 Δ5,23-stigmastadienol, Δ5,24-stigmastadienol, Δ7-avenasterol, Δ7-stigmastenol 및 Δ7-campesterol 등 다른 phytosterol은 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 Mildner-Szkudlarz 등(2019)의 연구에서도 열처리에 의해 블랙커런트씨 오일의 campesterol과 stigmasterol의 함량이 감소하였다고 보고하였다. 반면에 본 연구에서는 단시간 로스팅 시 campesterol과 β-sitosterol이 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 단시간의 열처리가 유지 종자의 세포막에 파괴를 일으켜 추출한 오일의 phytosterol 방출을 증가시킴으로써 함량을 증가시킨 것으로 판단된다(Rezig 등, 2022).
6가지 햄프씨드 오일의 토코페롤 함량은 Fig. 1에 나타내었다. 본 연구에서 검출된 α-토코페롤은 0.55~0.80 mg/100 g의 함량을 나타내었으며, γ-토코페롤은 9.66~15.78 mg/100 g의 함량을 나타내었다. Raw의 α-토코페롤의 함량은 0.66±0.03 mg/100 g으로 검출되었으며, 0.80±0.03 mg/100 g의 함량을 나타낸 140°C_9 min을 제외하고는 로스팅에 의해 함량이 감소하거나 차이를 나타내지 않았다. 반면에 γ-토코페롤의 함량은 raw의 15.78±0.62 mg/100 g에 비해 모든 조건에서 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었다(
토코페롤은 심혈관 질환, 암, 노화 관련 황반변성의 위험을 줄이는 데 기여하는 항산화제로 불포화지방산의 산화를 방지하는 데 도움을 주는 물질이다(Da Porto 등, 2015). 식물성 유지에는 주로 α-와 γ-토코페롤이 가장 많은 비율을 차지하며(Zhang 등, 2021), 항산화제로서 높은 활성도를 나타내는 토코페롤은 γ-와 δ-토코페롤로 알려져 있다(Da Porto 등, 2015). 본 연구에서 검출된 γ-토코페롤의 최고 함량은 15.78 mg/100 g으로 문헌에서 알려진 함량(70 mg/100 g)보다 적은 함량으로 검출되었다. 이는 오일의 추출방법에 따른 차이로 판단된다(Zhang 등, 2021). Aladić 등(2015)의 연구에 의하면 다양한 추출법[cold pressing, soxhlet(n-hexane), supercritical CO2 extraction]이 햄프씨드 오일에서 검출되는 토코페롤의 종류와 함량의 차이에 영향을 미친다는 것으로 나타내었다. 특히, γ-토코페롤이 헥산 추출법에서 검출되지 않은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 검출된 γ-토코페롤의 함량 감소에 추출 용매의 극성이 영향을 준 것으로 판단된다(Aladić 등, 2015). 또한, 본 연구에서 α-토코페롤은 로스팅 초기에는 증가하였다가 감소하는 경향을 나타내었으며, γ-토코페롤은 로스팅에 의해 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 토코페롤의 함량이 로스팅에 영향을 받음을 보여주는 결과이며, 특히 γ-토코페롤이 다른 토코페롤에 비해 로스팅에 더 취약하다는 연구 결과와 유사한 경향을 나타내었다(Mansouri 등, 2023).
6가지 햄프씨드 오일의 산화안정도를 확인하기 위해 rancimat test를 이용하여 산소유도기간을 측정하였고, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Raw의 산소유도기간은 6.13±0.09시간으로 측정되었으며, 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 산소유도기간은 모두 raw에 비해 2배 이상 증가하였다. 특히, 160°C_6 min의 산소유도기간은 24.99±1.58시간으로 가장 높게 측정되었으며, 140°C_9 min(21.08±0.92시간)과 180°C_6 min(21.04±1.01시간)에서도 가장 낮은 산소유도기간을 나타낸 160°C_12 min(15.31±0.14시간)에 비해 상대적으로 높은 산화유도기간을 나타내었다. 본 연구의 산소유도기간 분석 결과, 모든 조건에서 raw에 비해 2배 이상의 높은 산소유도기간을 나타내었다.
산소유도기간은 산소와 열과 같은 유지의 품질에 영향을 주는 외부 요인에 의해서 산패가 발생하기 직전에 나타나는 높은 산소흡수도에 이르는 시간을 의미한다(Hong 등, 2019). 본 연구의 결과, raw의 산소유도기간은 6.13±0.09시간으로 측정되었으며, Dimić 등(2009)의 연구에서도 햄프씨드 오일의 산소유도기간이 6.4~7.6시간으로 낮은 산화안정성을 나타내었다. 반면에 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 산화안정성은 증가하는 경향을 나타내었다. Dimić 등(2009)의 연구에서는 햄프씨드 오일의 산화안정성 감소가 유지의 불포화도와 상관관계가 있음을 보고하였으며, 본 연구에서 로스팅에 의한 불포화도의 감소가 유지의 산화안정성에 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한, 지방산 조성 외에도 햄프씨드를 로스팅 과정에서 생성된 melanoidin과 같은 항산화제에 의해서 추출된 오일의 열에 대한 안정성이 높아진 것으로 판단된다(Yin 등, 2022).
본 연구에서는 사전 실험에서 로스팅된 햄프씨드의 향미를 기준으로 선정된 최적의 로스팅 조건(140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)으로 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 이화학적 특성에 대해 분석하였다. 항산화 성분인 총 플라보노이드와 페놀의 함량은 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일에서 raw에 비해 더 높은 함량을 나타내었으며, 특히 160°C_12 min과 180°C_6 min이 가장 높은 함량을 나타내었다. 항산화 성분에 따라 오일의 항산화 활성도 증가하였으며, 180°C_6 min에 가장 높은 활성을 나타내었다. 지방산 조성 결과, 햄프씨드 오일의 90% 이상은 불포화지방산으로 측정되었으며, 로스팅에 의해서 총 불포화지방산이 감소하는 경향을 나타내었다. Phytosterol 중 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol만 검출되었으며, 단시간 로스팅 하는 경우에 증가하는 경향을 나타내었다. 토코페롤 함량은 로스팅에 의해서 감소하는 경향을 나타내었으나, 140°C_9 min과 180°C_6 min에서 다른 조건에 비해 감소량이 낮게 측정되었다. 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일은 raw에 비해 산소유도기간이 2배 이상 증가하여 높은 산화 안정도를 나타내었다. 본 연구의 6가지 햄프씨드 오일의 항산화 성분, 항산화 활성, 산화 안정도를 비교해 본 결과, 180°C_6 min으로 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일이 가장 최적의 로스팅 조건으로 선정되었다.
본 논문은 한국연구재단 지역대학우수과학자지원사업(NRF-2022R1I1A3066192)에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(4): 378-384
Published online April 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.4.378
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
정향연․윤소정․홍성준․조성민․반영란․박현진․문희성․유세영․윤문연․신의철
경상국립대학교 생명자원과학과/식품공학부
Hyangyeon Jeong , Sojeong Yoon , Seong Jun Hong , Seong Min Jo , Younglan Ban , Hyeonjin Park , Hee Sung Moon , Se Young Yu , Moon Yeon Youn , and Eui-Cheol Shin
Department of GreenBio Science/Food Science and Technology, Gyeongsang National University
Correspondence to:Eui-Cheol Shin, Department of GreenBio Science/Food Science and Technology, Gyeongsang National University, 33, Dongjin-ro, Jinju-si, Gyeongnam 52725, Korea, E-mail: eshin@gnu.ac.kr
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The physicochemical properties of hemp seed oil extracted from roasted hemp seeds were analyzed. The antioxidant component and activity of hemp seed oil were increased by roasting, and phytosterols increased after short-term roasting. Only α- and γ-tocopherols were detected in hemp seed oil, and they tended to decrease after roasting. The total saturated fatty acids content in hemp seed oil increased after roasting, while the total unsaturated fatty acids tended to decrease. Roasting also increased the induction period of hemp seed oil, which increased the oxidative stability of the oil. These results are expected to be used as a database for developing processed products using hemp seeds.
Keywords: hemp seed oil, roasting, antioxidant compounds, rancimat
햄프씨드(
로스팅은 오일로 추출되기 전에 종자에 적용되는 가장 일반적인 처리 공정으로 물리적, 화학적, 구조적 및 감각적 변화를 일으키는 가장 중요한 공정 중 하나이다(Babiker 등, 2021). 로스팅과 같은 열처리는 식품의 저장 중에 일어날 수 있는 바람직하지 않은 이화학적 반응을 억제 및 지연시키고 식품의 안정성과 안전성을 확보할 수 있는 최적의 가공 방법으로 여겨진다(Jo과 Surh, 2016). 이러한 가공 과정에서 다양한 성분 간의 분해, 합성, 축합 등의 반응이 일어나며, 수용성 고형분의 함량을 증가시킨다(Jang 등, 2018). 특히, 식품 내부에서 비효소적 갈변 반응을 가속하여 지질 산패에 대해 강한 항산화를 나타내는 새로운 항산화 물질을 생성하며(Jang 등, 2018), 단백질과 탄수화물 등 고분자 물질과 결합한 결합형 생리활성 물질을 유리형으로 전환하여 생리활성 성분의 생체접근율과 생체이용률을 증진한다고 알려져 있다(Jo와 Surh, 2016). 또한, 로스팅은 지방산과 비타민 등 일부 영양소를 파괴하여 원료의 풍미에 영향을 주는 성분을 생성하며(Jang 등, 2018), 세포 장벽을 파괴함으로써 오일 추출을 용이하게 한다(Durmaz와 Gökmen, 2010).
현재까지 햄프씨드에 관한 연구로는 가열처리가 햄프씨드의 영양성분과 항산화 활성에 미치는 영향에 관한 연구, 햄프씨드 오일의 특징에 관한 연구, 식품에서 사용되고 있는 햄프씨드와 오일을 다른 씨드와 비교하는 연구 등이 있다(Dunford, 2015; Jang 등, 2018; Oomah 등, 2002). 하지만 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 이화학적 특성에 대한 분석은 아직 미비한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 사전 실험을 통해 맛과 향을 기준으로 선정된 6가지 로스팅 조건(raw, 140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)으로 로스팅한 햄프씨드로 추출된 햄프씨드 오일의 이화학적 변화에 대해 분석하고자 한다. 본 연구는 햄프씨드를 활용한 가공품 개발에 대한 기초자료로 이용될 것을 기대한다.
본 실험에 사용된 햄프씨드는 온라인 상점(DGFARM)에서 캐나다산 제품을 구매했으며, 실험에 사용하기 전까지 -18°C에서 냉동 보관한 후 사용하였다.
햄프씨드는 멀티라이트 오븐(EON-C200F, SK Magic)의 광파 오븐 기능을 이용하여 로스팅하였으며, 본 연구에서 적용된 로스팅 조건(140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)은 사전 실험에서 단맛과 달콤한 향기 성분을 기준으로 선정하였다. 로스팅한 햄프씨드는 분쇄기(CSM-309, MotorMillions Electric Co.)를 이용하여 동일한 크기로 분쇄하였으며, 분쇄된 햄프씨드 150 g을 hexane 750 mL에서 약 24시간 동안 추출하였다. 그리고 회전증발농축기(rotavapor R-3, Buchi)를 이용하여 hexane을 제거하였으며, raw를 포함하여 총 6가지의 햄프씨드 오일을 실험에 사용했다.
총 플라보노이드 함량은 Hong 등(2020)의 방법을 이용하여 확인하였다. 햄프씨드 오일 1 mg/mL씩 취하고 95% 에탄올 1.5 mL를 넣고 1 M potassium acetate와 10% aluminum nitrate를 각각 0.1 mL 넣어준 뒤 2.8 mL의 증류수를 첨가 후 30분간 상온에서 반응시켰다. 반응 후 분광광도계(Multiskan Go, Thermo Fisher Scientific Co.)를 이용하여 415 nm의 파장에서 측정 후 얻은 검량선을 이용해서 총 플라보노이드 함량을 산출하였다. 총 플라보노이드 함량을 위한 표준물질은 quercetin(Sigma-Aldrich Co.)을 이용하였으며, 농도 구배[0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 mg quercetin equivalent(QE)/mL]를 이용하여 함량을 도출하였다. 총 페놀 함량은 Hong 등(2020)의 방법에 따라 측정하였다. 햄프씨드 오일 1 mg/mL에 에탄올 1 mL와 증류수 5 mL를 첨가하였다. Folin-Ciocalteu’s reagent(Sigma-Aldrich Co.) 0.5 mL를 첨가한 후 5분간 진탕하였다. 이 용액에 10% sodium carbonate 1 mL를 첨가한 후에 10분 동안 원심분리를 한다. 상등액을 750 nm에서 분광광도계(Multiskan Go)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 분석된 결과는 표준물질은 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)의 농도 구배[0.01, 0.02, 0.04, 0.06, 0.08 mg gallic acid equivalent(GAE)/mL]를 통해 작성된 검량선을 이용하여 총 페놀 함량을 도출하였다.
햄프씨드 오일의 항산화 활성은 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거능으로 확인하였다. 각각의 시료 10 μL에 0.1 mM의 DPPH 용액(Sigma-Aldrich Co.)을 혼합한 후 20분 동안 상온에서 교반 및 암소 방치하였고 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 측정된 흡광도 값을 다음의 식에 대입하여 DPPH 라디칼 소거능을 산출하였다(Hong 등, 2021).
햄프씨드 오일의 지방산 조성을 분석하기 위해 지방산을 메틸에스터화(fatty acid methyl ester, FAME)로 유도체화 시킨 후 실험을 진행하였으며, 개별 지방산의 유도체를 위하여 boron trifluoride(BF3)-methanol을 촉매제로 이용하였다. Gas chromatography(GC; 6890N, Agilent Technologies)를 이용하여 지방산 조성을 분석하였으며, 컬럼은 SP-2560 capillary column(100 m×0.25 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Technologies)을 사용하였다. 오븐 온도는 130°C에서 5분간 진행하여 240°C까지 분당 4°C씩 승온 시킨 후 240°C에서 15분간 유지하였다. 또한, 지방산 표준품(Supelco 37 FAME, Sigma-Aldrich Co.)을 이용하여 각 지방산의 머무름시간을 이용하여 개별 지방산을 동정하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일에 존재하는 phytosterol의 분포와 함량을 분석하기 위해 alkaline saponification 방법을 이용하였다. 햄프씨드 오일 1 g을 내부표준물질(5α-cholestane, Sigma-Aldrich Co.)과 함께 포화 KOH를 이용하여 비누화 반응을 진행하였으며, 유도체 반응을 위해 trimethylsilyl-ester 시약(Sigma Aldrich Co.)을 이용하여 반응을 유도하였다. 개별 sterol 분석은 불꽃이온화 검출기(flame ionization detector; Agilent Technologies)를 장착한 GC를 이용하였으며, 컬럼은 HP-5(30 m×0.32 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Technologies)를 사용하였다. 적용된 오븐 온도 프로그램을 보면 초기 260°C에서 분당 3°C씩 승온시켜 300°C까지 상승시키고 15분간 유지시켰다. 실험에 사용된 주입구와 검출기 온도는 각각 300°C와 320°C였다. 개별적인 식물성 스테롤의 동정과 정량을 위해 내부표준물질인 5α-cholestane의 peak area를 기준으로 검출된 phytosterol의 함량을 계산하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일의 토코페롤 함량을 분석하기 위해 표준품(α-토코페롤, δ-토코페롤, Sigma-Aldrich Co.)을 이용하였다. 50 mg의 햄프씨드 오일을 hexane(Sigma-Aldrich Co.)에 용해시켜 균질화를 진행하고 0.45 μm nylon membrane filter(GE Osmonics Labstore)를 이용하여 여과한 후 사용하였다. 토코페롤 분석은 형광검출기를 이용한 normal-high performance liquid chromatography 시스템(Agilent 1260, Agilent Technologies)을 이용하였으며, 컬럼은 순상조건의 LiChrosorb Si-60 column(4 mm×250 mm, 5 μm particle size; Hibar® Fertigsaule RT, Merck)을 사용하였다. 0.85% Isopropanol/hexane을 이동상으로 사용하였으며, flow rate는 1.0 mL/min으로 설정하였다. 또한, 검출기의 파장 영역은 excitation과 emission wavelength를 각각 290 nm와 330 nm로 설정하여 분석하였다(Hong 등, 2019).
햄프씨드 오일의 산화 안정도를 측정하기 위해 rancimat(892 Professional Rancimat, Metrohm AG) 장치를 이용하여 산소유도기간을 측정하였다. 햄프씨드 오일의 thermal oxidation 유도를 위해 햄프씨드 오일 3 g에 20 L/h의 조건으로 공기를 주입하여 100°C의 온도에서 실험을 진행하였다. 산화 과정을 통해서 발생한 formic acid, ketones, aldehydes, carboxylic acids와 같은 전도성의 산화 생성물을 측정하는 센서를 통해서 산소유도기간을 탐색하였다(Hong 등, 2019).
본 연구의 결과는 3회 반복되는 평균값과 표준편차로 제시되었으며, 통계프로그램은 SAS 버전 9.0(SAS Institute Inc.)을 사용하여 Tukey의 다중범위 검정(
6가지 햄프씨드 오일의 총 플라보노이드 함량(total flavonoid content, TFC), 총 페놀 함량(total phenolic content, TPC) 및 항산화 활성의 변화를 Table 1에 나타내었다. Raw의 총 플라보노이드 함량은 7.69 mg QE/mL로 가장 낮은 함량을 나타내었으며, 160°C_12 min에서 12.29 mg QE/mL로 가장 높게 측정되었다. 총 페놀 함량은 raw에서 2.30 mg GAE/mL로 가장 낮은 함량을 나타내었으며, 160°C_12 min에서 5.96 mg GAE/mL로 가장 높게 측정되었다. 본 연구에서 총 플라보노이드 함량과 페놀 함량은 로스팅 온도와 시간이 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었으며(
Table 1 . Total flavonoid contents, total phenolic contents, and antioxidant activity in raw and roasted hemp seed oil.
DPPH1) (%) | TFC2) (mg QE3)/mL) | TPC4) (mg GAE5)/mL) | |
---|---|---|---|
Raw | 38.92±0.36f6) | 7.69±0.01e | 2.30±0.02e |
140°C_9 min | 49.29±0.67e | 7.04±0.07f | 2.83±0.06d |
140°C_12 min | 57.15±0.13b | 10.20±0.01c | 2.98±0.03c |
160°C_6 min | 51.20±0.04d | 7.86±0.09d | 3.13±0.01c |
160°C_12 min | 53.58±0.17c | 12.29±0.07a | 5.96±0.11a |
180°C_6 min | 62.39±0.11a | 11.22±0.06b | 4.95±0.01b |
1)DPPH: DPPH radical scavenging activity. 2)TFC: total flavonoid content. 3)QE: quercetin equivalent..
4)TPC: total phenolic content. 5)GAE: gallic acid equivalent..
6)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the column by Tukey’s multiple test (
총 플라보노이드와 페놀과 같은 항산화 물질은 식물계에 널리 분포하며, 충분한 섭취는 노화와 질병을 예방에 도움을 준다고 알려져 있다(Kim 등, 2012). 특히, 페놀성 화합물과 플라보노이드에 있는 다수의 하이드록실기가 여러 화합물과 결합을 용이하게 하여 항산화 효과 및 항암, 항염의 효과를 높인다고 알려져 있다(Kim 등, 2012). Sundar 등(2022)의 연구에서는 로스팅에 의해서 참기름의 총 페놀 함량과 플라보노이드 함량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 본 연구에서도 총 플라보노이드와 페놀의 함량이 로스팅 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 오일의 항산화 활성도 그에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 로스팅 과정에 의해서 햄프씨드 속에 결합되어 있던 페놀 계열 화합물들이 세포벽과의 공유 결합이 열분해 되면서 항산화 능력을 증가시키는 유리 페놀 화합물로 전환되었기 때문으로 판단된다(Mohamed Ahmed 등, 2020). 또한 항산화 활성은 로스팅 공정에도 영향을 받지만(Zhang 등, 2021), 샘플 속에 존재하는 페놀 화합물의 종류에도 영향을 받는다고 알려져 있다(Kim 등, 2012).
6가지 햄프씨드 오일의 지방산 조성에 관한 결과는 Table 2에 나타내었다. 햄프씨드 오일에는 포화지방산인 palmitic acid(C16:0), stearic acid(C18:0)가 검출되었으며, 불포화지방산 oleic acid(C18:1), linoleic acid(C18:2n6c), γ-linolenic acid(C18:3n6), α-linolenic acid(C18:3n3), stearidonic acid(18:4n3)가 검출되었다. Palmitic acid는 raw에 비해서 모든 로스팅 조건에서 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며(
Table 2 . Change of fatty acid composition of raw and roasted hemp seed oil.
Sample | Fatty acid (area%) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min | |
Palmitic acid (C16:0) | 5.64±0.01d3) | 5.77±0.01bc | 5.76±0.01c | 5.77±0.01bc | 5.85±0.02a | 5.8±0.01bc |
Stearic acid (C18:0) | 1.77±0.01c | 1.59±0.01e | 1.75±0.01d | 1.78±0.01b | 1.78±0.01b | 1.8±0.01a |
Oleic acid (C18:1n9c) | 12.14±0.01a | 12.03±0.01d | 12.07±0.01c | 11.98±0.01f | 12.08±0.01b | 12.01±0.01e |
Linoleic acid (C18:2n6c) | 55.73±0.01d | 55.84±0.01a | 55.79±0.01b | 55.74±0.01cd | 55.75±0.01c | 55.72±0.01d |
4.70±0.01a | 4.69±0.01b | 4.67±0.01c | 4.68±0.01bc | 4.66±0.01d | 4.68±0.01bc | |
18.57±0.01cd | 18.66±0.02a | 18.55±0.01d | 18.63±0.01b | 18.48±0.01e | 18.58±0.01cd | |
Stearidonic acid (C18:4n3) | 1.44±0.01a | 1.42±0.01b | 1.41±0.01c | 1.42±0.01b | 1.40±0.01d | 1.42±0.01b |
3.02±0.01c | 3.01±0.01d | 3.03±0.01b | 3.01±0.01d | 3.04±0.01a | 3.02±0.01c | |
SFA1) | 7.42±0.01e | 7.36±0.01f | 7.51±0.02d | 7.56±0.01c | 7.64±0.01a | 7.60±0.01b |
UFA2) | 92.58±0.01b | 92.64±0.01a | 92.49±0.02c | 92.44±0.01d | 92.36±0.01f | 92.40±0.01e |
Date represents the mean±SD in triplicate..
1)SFA: saturated fatty acid..
2)UFA: unsaturated fatty acid..
3)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
햄프씨드 오일의 80% 이상은 linoleic acid, α-linolenic acid 및 oleic acid로 구성되어 있다(Oomah 등, 2002). 본 연구에서도 linoleic acid, α-linolenic acid, oleic acid 순으로 높은 비율로 측정되었으며, 모든 온도 조건에서 해당 지방산이 전체 햄프씨드 오일의 지방산 조성의 90%를 차지하고 있다. 특히, 2번째로 높은 비율(18%)을 차지하는 α-linolenic acid은 관상동맥과 같은 심장질환과 암을 예방하는 데 유익한 생리학적 영향을 미친다고 알려져 있다(Oomah 등, 2002). 또한, 햄프씨드 오일은 다른 식물성 오일에 비해 ω-6와 ω-3 비율이 인간의 영양에 완벽한 비율인 3:1을 이루고 있으며(Oomah 등, 2002), 본 연구에서도 유사한 비율로 검출되었다. 로스팅에 의해 linoleic acid와 linolenic acid와 같은 주요 지방산이 증가하는 경향을 나타내었으며, Sun 등(2021)의 연구 결과와 유사하게 oleic acid의 비율이 로스팅에 의해서 감소하는 경향을 나타내었다. 로스팅에 따른 각각의 지방산 조성의 증감은 다양했으나, 전체적인 지방산 조성을 비교한 경우 포화지방산이 증가하였다. Jang 등(2018)의 연구에서도 로스팅에 의해 포화지방산이 증가하고 불포화지방산이 감소하는 경향을 나타내었다. 이러한 지방산 조성의 증감은 지방산 종류, 샘플의 종류, 로스팅 조건 등에 영향을 받는 것으로 판단된다(Jang 등, 2018).
6가지 햄프씨드 오일에 함유된 phytosterol 함량을 Table 3에 나타내었다. 본 연구에서는 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol이 검출되었으며, 모든 조건에서 β-sitosterol이 가장 높은 함량을 나타내었다. Stigmasterol은 140°C_9 min을 제외하고는 로스팅 조건에 따라 raw에 비해서 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었다(
Table 3 . Phytosterol contents in raw and roasted hemp seed oil (mg/100 g).
Phytosterols | Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min |
---|---|---|---|---|---|---|
Campesterol | 18.81±0.09c1) | 20.24±0.13a | 17.64±0.08d | 19.57±0.06b | 15.13±0.06e | 19.38±0.09b |
Stigmasterol | 3.74±0.10a | 3.68±0.07a | 3.10±0.02c | 3.47±0.05b | 2.81±0.01d | 3.47±0.09b |
β-Sitosterol | 84.15±0.37d | 93.32±0.25a | 81.20±0.21e | 90.47±0.20b | 70.22±0.21f | 88.60±0.28c |
Total phytosterol | 106.69±0.38d | 117.25±0.39a | 101.95±0.25e | 113.51±0.26b | 88.16±0.26f | 111.44±0.42c |
Date represents the mean±SD in triplicate..
1)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
Phytosterol은 다양한 식물성 오일의 중요한 생리활성 성분으로 체내에서 합성이 불가능하거나 매우 소량만 합성되기 때문에 식이를 통한 공급이 중요한 물질로 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020; Hong 등, 2019). Phytosterol은 항염증, 항진균, 항균작용 외에도 대장암 관련 종양 또는 궤양 감소와 같은 유익한 생물학적 효과와 밀접한 관련이 있으며, 인체의 콜레스테롤 흡수를 감소시켜 혈중 LDL 및 총콜레스테롤 수치를 낮추는 데 기여한다고 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020). 햄프씨드 오일의 주요 phytosterol은 β-sitosterol, campesterol, D5-avenasterol, stigmasterol이 해당하며, 그중 β-sitosterol이 70% 이상을 차지하는 것으로 알려져 있다(Matthäus와 Brühl, 2008). 햄프씨드 오일 이외의 양귀비씨 오일과 아마씨유와 같은 다른 식물성 오일에서도 β-sitosterol과 campesterol, D5-avenasterol이 주요 phytosterol로 알려져 있다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020; Dunford, 2015). 본 연구에서도 β-sitosterol이 70% 이상 검출되었으며, 단시간 로스팅에 의해서 증가하는 경향을 나타내었다. 하지만 본 연구에서 검출된 β-sitosterol 함량은 양귀비씨유에서 검출된 함량(133~153 mg/100 g)보다 적게 검출되었으며, 두 번째로 높게 검출된 campesterol의 함량도 양귀비씨유에서 검출된 함량(45~58 mg/100 g)보다 적게 검출되었다(Aksoylu Özbek과 Günç Ergönül, 2020). Rezig 등(2022)의 연구에서 오일 추출 전 종자에 가하는 열처리는 phytosterol의 함량 변화에 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며, 열처리 시 campesterol과 stigmasterol의 함량은 감소하고 Δ5,23-stigmastadienol, Δ5,24-stigmastadienol, Δ7-avenasterol, Δ7-stigmastenol 및 Δ7-campesterol 등 다른 phytosterol은 증가하는 경향을 나타내었다. 또한 Mildner-Szkudlarz 등(2019)의 연구에서도 열처리에 의해 블랙커런트씨 오일의 campesterol과 stigmasterol의 함량이 감소하였다고 보고하였다. 반면에 본 연구에서는 단시간 로스팅 시 campesterol과 β-sitosterol이 증가하는 경향을 나타내었다. 이는 단시간의 열처리가 유지 종자의 세포막에 파괴를 일으켜 추출한 오일의 phytosterol 방출을 증가시킴으로써 함량을 증가시킨 것으로 판단된다(Rezig 등, 2022).
6가지 햄프씨드 오일의 토코페롤 함량은 Fig. 1에 나타내었다. 본 연구에서 검출된 α-토코페롤은 0.55~0.80 mg/100 g의 함량을 나타내었으며, γ-토코페롤은 9.66~15.78 mg/100 g의 함량을 나타내었다. Raw의 α-토코페롤의 함량은 0.66±0.03 mg/100 g으로 검출되었으며, 0.80±0.03 mg/100 g의 함량을 나타낸 140°C_9 min을 제외하고는 로스팅에 의해 함량이 감소하거나 차이를 나타내지 않았다. 반면에 γ-토코페롤의 함량은 raw의 15.78±0.62 mg/100 g에 비해 모든 조건에서 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었다(
토코페롤은 심혈관 질환, 암, 노화 관련 황반변성의 위험을 줄이는 데 기여하는 항산화제로 불포화지방산의 산화를 방지하는 데 도움을 주는 물질이다(Da Porto 등, 2015). 식물성 유지에는 주로 α-와 γ-토코페롤이 가장 많은 비율을 차지하며(Zhang 등, 2021), 항산화제로서 높은 활성도를 나타내는 토코페롤은 γ-와 δ-토코페롤로 알려져 있다(Da Porto 등, 2015). 본 연구에서 검출된 γ-토코페롤의 최고 함량은 15.78 mg/100 g으로 문헌에서 알려진 함량(70 mg/100 g)보다 적은 함량으로 검출되었다. 이는 오일의 추출방법에 따른 차이로 판단된다(Zhang 등, 2021). Aladić 등(2015)의 연구에 의하면 다양한 추출법[cold pressing, soxhlet(n-hexane), supercritical CO2 extraction]이 햄프씨드 오일에서 검출되는 토코페롤의 종류와 함량의 차이에 영향을 미친다는 것으로 나타내었다. 특히, γ-토코페롤이 헥산 추출법에서 검출되지 않은 것으로 나타났다. 따라서 본 연구에서 검출된 γ-토코페롤의 함량 감소에 추출 용매의 극성이 영향을 준 것으로 판단된다(Aladić 등, 2015). 또한, 본 연구에서 α-토코페롤은 로스팅 초기에는 증가하였다가 감소하는 경향을 나타내었으며, γ-토코페롤은 로스팅에 의해 급격히 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 토코페롤의 함량이 로스팅에 영향을 받음을 보여주는 결과이며, 특히 γ-토코페롤이 다른 토코페롤에 비해 로스팅에 더 취약하다는 연구 결과와 유사한 경향을 나타내었다(Mansouri 등, 2023).
6가지 햄프씨드 오일의 산화안정도를 확인하기 위해 rancimat test를 이용하여 산소유도기간을 측정하였고, 그 결과를 Fig. 2에 나타내었다. Raw의 산소유도기간은 6.13±0.09시간으로 측정되었으며, 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 산소유도기간은 모두 raw에 비해 2배 이상 증가하였다. 특히, 160°C_6 min의 산소유도기간은 24.99±1.58시간으로 가장 높게 측정되었으며, 140°C_9 min(21.08±0.92시간)과 180°C_6 min(21.04±1.01시간)에서도 가장 낮은 산소유도기간을 나타낸 160°C_12 min(15.31±0.14시간)에 비해 상대적으로 높은 산화유도기간을 나타내었다. 본 연구의 산소유도기간 분석 결과, 모든 조건에서 raw에 비해 2배 이상의 높은 산소유도기간을 나타내었다.
산소유도기간은 산소와 열과 같은 유지의 품질에 영향을 주는 외부 요인에 의해서 산패가 발생하기 직전에 나타나는 높은 산소흡수도에 이르는 시간을 의미한다(Hong 등, 2019). 본 연구의 결과, raw의 산소유도기간은 6.13±0.09시간으로 측정되었으며, Dimić 등(2009)의 연구에서도 햄프씨드 오일의 산소유도기간이 6.4~7.6시간으로 낮은 산화안정성을 나타내었다. 반면에 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 산화안정성은 증가하는 경향을 나타내었다. Dimić 등(2009)의 연구에서는 햄프씨드 오일의 산화안정성 감소가 유지의 불포화도와 상관관계가 있음을 보고하였으며, 본 연구에서 로스팅에 의한 불포화도의 감소가 유지의 산화안정성에 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한, 지방산 조성 외에도 햄프씨드를 로스팅 과정에서 생성된 melanoidin과 같은 항산화제에 의해서 추출된 오일의 열에 대한 안정성이 높아진 것으로 판단된다(Yin 등, 2022).
본 연구에서는 사전 실험에서 로스팅된 햄프씨드의 향미를 기준으로 선정된 최적의 로스팅 조건(140°C_9 min, 140°C_12 min, 160°C_6 min, 160°C_12 min, 180°C_6 min)으로 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일의 이화학적 특성에 대해 분석하였다. 항산화 성분인 총 플라보노이드와 페놀의 함량은 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일에서 raw에 비해 더 높은 함량을 나타내었으며, 특히 160°C_12 min과 180°C_6 min이 가장 높은 함량을 나타내었다. 항산화 성분에 따라 오일의 항산화 활성도 증가하였으며, 180°C_6 min에 가장 높은 활성을 나타내었다. 지방산 조성 결과, 햄프씨드 오일의 90% 이상은 불포화지방산으로 측정되었으며, 로스팅에 의해서 총 불포화지방산이 감소하는 경향을 나타내었다. Phytosterol 중 campesterol, stigmasterol 및 β-sitosterol만 검출되었으며, 단시간 로스팅 하는 경우에 증가하는 경향을 나타내었다. 토코페롤 함량은 로스팅에 의해서 감소하는 경향을 나타내었으나, 140°C_9 min과 180°C_6 min에서 다른 조건에 비해 감소량이 낮게 측정되었다. 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일은 raw에 비해 산소유도기간이 2배 이상 증가하여 높은 산화 안정도를 나타내었다. 본 연구의 6가지 햄프씨드 오일의 항산화 성분, 항산화 활성, 산화 안정도를 비교해 본 결과, 180°C_6 min으로 로스팅된 햄프씨드로 추출한 햄프씨드 오일이 가장 최적의 로스팅 조건으로 선정되었다.
본 논문은 한국연구재단 지역대학우수과학자지원사업(NRF-2022R1I1A3066192)에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.
Table 1 . Total flavonoid contents, total phenolic contents, and antioxidant activity in raw and roasted hemp seed oil.
DPPH1) (%) | TFC2) (mg QE3)/mL) | TPC4) (mg GAE5)/mL) | |
---|---|---|---|
Raw | 38.92±0.36f6) | 7.69±0.01e | 2.30±0.02e |
140°C_9 min | 49.29±0.67e | 7.04±0.07f | 2.83±0.06d |
140°C_12 min | 57.15±0.13b | 10.20±0.01c | 2.98±0.03c |
160°C_6 min | 51.20±0.04d | 7.86±0.09d | 3.13±0.01c |
160°C_12 min | 53.58±0.17c | 12.29±0.07a | 5.96±0.11a |
180°C_6 min | 62.39±0.11a | 11.22±0.06b | 4.95±0.01b |
1)DPPH: DPPH radical scavenging activity. 2)TFC: total flavonoid content. 3)QE: quercetin equivalent..
4)TPC: total phenolic content. 5)GAE: gallic acid equivalent..
6)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the column by Tukey’s multiple test (
Table 2 . Change of fatty acid composition of raw and roasted hemp seed oil.
Sample | Fatty acid (area%) | |||||
---|---|---|---|---|---|---|
Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min | |
Palmitic acid (C16:0) | 5.64±0.01d3) | 5.77±0.01bc | 5.76±0.01c | 5.77±0.01bc | 5.85±0.02a | 5.8±0.01bc |
Stearic acid (C18:0) | 1.77±0.01c | 1.59±0.01e | 1.75±0.01d | 1.78±0.01b | 1.78±0.01b | 1.8±0.01a |
Oleic acid (C18:1n9c) | 12.14±0.01a | 12.03±0.01d | 12.07±0.01c | 11.98±0.01f | 12.08±0.01b | 12.01±0.01e |
Linoleic acid (C18:2n6c) | 55.73±0.01d | 55.84±0.01a | 55.79±0.01b | 55.74±0.01cd | 55.75±0.01c | 55.72±0.01d |
4.70±0.01a | 4.69±0.01b | 4.67±0.01c | 4.68±0.01bc | 4.66±0.01d | 4.68±0.01bc | |
18.57±0.01cd | 18.66±0.02a | 18.55±0.01d | 18.63±0.01b | 18.48±0.01e | 18.58±0.01cd | |
Stearidonic acid (C18:4n3) | 1.44±0.01a | 1.42±0.01b | 1.41±0.01c | 1.42±0.01b | 1.40±0.01d | 1.42±0.01b |
3.02±0.01c | 3.01±0.01d | 3.03±0.01b | 3.01±0.01d | 3.04±0.01a | 3.02±0.01c | |
SFA1) | 7.42±0.01e | 7.36±0.01f | 7.51±0.02d | 7.56±0.01c | 7.64±0.01a | 7.60±0.01b |
UFA2) | 92.58±0.01b | 92.64±0.01a | 92.49±0.02c | 92.44±0.01d | 92.36±0.01f | 92.40±0.01e |
Date represents the mean±SD in triplicate..
1)SFA: saturated fatty acid..
2)UFA: unsaturated fatty acid..
3)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
Table 3 . Phytosterol contents in raw and roasted hemp seed oil (mg/100 g).
Phytosterols | Raw | 140°C_9 min | 140°C_12 min | 160°C_6 min | 160°C_12 min | 180°C_6 min |
---|---|---|---|---|---|---|
Campesterol | 18.81±0.09c1) | 20.24±0.13a | 17.64±0.08d | 19.57±0.06b | 15.13±0.06e | 19.38±0.09b |
Stigmasterol | 3.74±0.10a | 3.68±0.07a | 3.10±0.02c | 3.47±0.05b | 2.81±0.01d | 3.47±0.09b |
β-Sitosterol | 84.15±0.37d | 93.32±0.25a | 81.20±0.21e | 90.47±0.20b | 70.22±0.21f | 88.60±0.28c |
Total phytosterol | 106.69±0.38d | 117.25±0.39a | 101.95±0.25e | 113.51±0.26b | 88.16±0.26f | 111.44±0.42c |
Date represents the mean±SD in triplicate..
1)Means with small letters (a-f) correspond to the significant difference among in the row by Tukey’s multiple test (
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