Ex) Article Title, Author, Keywords
Online ISSN 2288-5978
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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(1): 50-56
Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.50
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
Seung Yeon Lee , Ha Young Song, Min Kyung Gu, Yun Jo Jung, Yeon Jae Jo, Junsoo Lee, and Heon Sang Jeong
Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University
Correspondence to:Heon Sang Jeong, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: hsjeong@chungbuk.ac.kr
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 effects of heating on the physicochemical properties and antioxidant activity of Omija (Schisandra chinensis Baillon) extracts. The 5-hydroxymethylfurfural content increased with increasing temperatures, and the highest value of 1,363.41 mg/100 g was observed at 150°C. The total polyphenol and total flavonoid contents were 208.35 and 27.89 mg/100 g, respectively, in the control group (30°C), but increased to 601.84 and 83.02 mg/100 g at 150°C, respectively. The 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical scavenging activity and reducing power also increased with increasing temperatures, and were the highest at 150°C with 385.29 mg ascorbic acid equivalent (AAE)/100 g, 440.03 mg AAE/100 g, and 0.27, respectively. With increased heating, the reducing sugar content increased. The total anthocyanin content of the omija extract decreased as temperatures increased. The anthocyanin content decreased from 23.82 mg cyanidin-3-glucoside (C3G)/L at 30°C to 1.17 mg C3G/L at 110°C. Anthocyanin was not detected above 120°C. The results of this study suggest that heating conditions should be properly controlled for the manufacture of processed Omija products because heat treatment significantly affects the physicochemical properties and antioxidant activity of Omija.
Keywords: heating temperature, Omija, physicochemical, quality characteristics, heat treatment
오미자나무의 종실인 오미자(
오미자는 크게 생오미자, 건조 오미자, 냉동 오미자 등으로 유통되며, 주로 열풍 건조(50~80°C)로 제조된 건조 오미자가 유통되고 있으며(Park 등, 2013), 오미자 관련 연구로는 건조 방법 및 추출 조건에 따른 항산화 특성에 관한 연구(Lee 등, 2014; Park 등, 2013), 항균 활성(Cho 등, 2010), 항염증(Guo 등, 2008) 등이 보고되어 있다. 오미자의 섭취는 물을 넣어 끓이거나 침출해 차로 음용하는 것이 일반적인데, 생리활성 물질에 관한 연구는 대부분 메탄올, 에탄올과 같은 유기용매를 사용한 결과들이며(Kim 등, 2015), 물 추출 시 추출 온도에 따른 오미자의 생리활성 물질의 변화에 관한 연구는 부족한 실정이다.
식품의 열처리 가공은 식품의 저장수명을 연장과 품질을 향상하기 위하여 사용되고 있지만, 열에 민감한 영양소의 파괴 및 생리활성물질의 손실 등의 문제점들로 인해 사용이 제한적이다(Hwang 등, 2011). 그러나 과채류 등을 열처리할 경우 다양한 이화학적 변화에 의한 생리활성물질이 증가한다는 연구 결과가 발표되면서 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다(Choi 등, 2006). 열처리 관련 연구로는 인삼(Yang 등, 2006), 마늘(Kwon 등, 2006), 사과, 멜론, 토마토, 참외 및 수박(Kim 등, 2008) 등 과채류의 열처리를 통해 항산화 및 기능성을 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있지만, 일반적으로 열수 추출을 통해 차로 음용하는 식약 공용 한약재인 오미자의 열처리로 인한 생리활성 물질의 변화에 관한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다.
이에 본 연구에서는 오미자의 기능성을 고려하여 일반적인 가공 온도보다 높은 온도에서 열처리할 경우 오미자의 이화학적 특성 및 항산화 활성의 변화를 관찰하고 적절한 열처리 조건 제시하고자 한다.
본 연구에 사용된 오미자는 2023년 경북 문경시에서 생산되어 건조한 것으로 시중에서 구입하여 폴리에틸렌 백에 100 g씩 담아 밀봉한 후 -24°C에 저장하면서 시료로 사용하였다.
열처리 장치는 10 kg/cm2 이상의 압력에서도 견딜 수 있도록 고안, 제작된 열처리 장치(J-AN-T, Jisico)를 사용하였다. 오미자 시료 5 g을 180 mL 내부 용기에 넣고 18 mL의 물을 첨가한 다음 일정량의 물이 첨가된 외부 용기에 넣어 뚜껑을 밀봉한 다음 외부 용기를 열처리 장치에 넣고 정해진 온도와 시간에 따라 열처리하였다. 열처리 온도는 100°C, 110°C, 120°C, 130°C, 140°C 및 150°C로 설정하였고, 열처리 시간은 2시간으로 하였다. 열처리하지 않은 시료를 대조구로 하였으며, 모든 실험은 3회 반복하였다.
오미자 추출물 제조는 열처리한 오미자에 증류수를 중량 대비 20배(w/v)를 가하고 믹서기(SFM-C353NK, Shinil)를 사용하여 분쇄한 후 감압여과하고 회전진공농축기(N-1000, Eyela)를 이용하여 40°C에서 용매를 일정량 제거한 후 n-hexane(Daejung)을 가하여 2회 반복 탈지한 후 얻은 하층액을 감압 농축하였다. 농축물을 증류수로 재용해한 후 동결 건조하여 실험에 사용하였다. 무처리 오미자 추출물 제조는 오미자에 증류수를 중량 대비 20배(w/v)를 가하고 믹서기로 분쇄하여 초음파 추출장치(WUC-D10H, Daihan Scientific)를 사용하여 30°C에서 1시간 동안 2회 추출한 후 감압 여과하여 회전진공농축기를 이용하여 40°C에서 용매를 완전히 제거하였다.
열처리한 오미자 추출물의 pH 및 총산도는 Kim 등(2007)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, pH는 pH meter(Orion 4 Star, Themo Scientific)를 사용하여 측정하였고, 총산도는 1% 페놀프탈레인 용액을 1~2방울 가하고 0.01 N NaOH로 적정하여 citric acid 당량으로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 색변화는 색차계(CM-3500d, Konica Minolta)를 이용하여 명암도를 나타내는 L*값(lightness), 적색도를 나타내는 a*값(redness), 황색도를 나타내는 b*값(yellowness)을 측정하였다. 갈변도(Browning index, BI)는 감압 여과한 추출물을 분광광도계(Epoch microplate spectrophotometer, Biotek Instruments)를 이용하여 오미자 안토시아닌 색소와 갈색 색소가 각각 최대 흡광도를 나타내는 525 nm와 420 nm에서의 흡광도 비로부터 BI를 계산하였다(Lee와 Rhim, 1997).
열처리한 오미자 추출물의 5-HMF 함량은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물을 2.5 mg/mL 농도로 조절한 다음 0.45 μm membrane filter(Whatman)로 여과하여 HPLC(Jasco System)로 분석하였다. 컬럼은 YMC-Triart C18 column(4.6×250 mm, ID, YMC Co., Ltd.)을 사용하였으며, 이동상은 acetonitrile :water(20:80, v/v)를 사용하였으며 0.6 mL/min의 속도로 흘려주었다. 검출기는 UV detector를 사용하여 280 nm에서 분석하였고, 주입량은 20 μL로 하였다. 표준물질은 5-HMF(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다.
열처리한 오미자 추출물의 총당 함량은 Kim 등(2007)의 방법을 참고하여 측정하였다. 오미자 추출물 0.5 mL에 5% 페놀 용액을 0.25 mL 첨가한 후 95% 황산 1.25 mL를 첨가하고 30분 동안 상온에 방치 후 분광광도계를 이용하여 470 nm에서 흡광도를 측정하였고, 표준물질로 glucose(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성한 후 총당 함량을 시료 중 백분율로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 유리당 함량은 Bae 등(2001)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물 1 mg/mL를 0.45 μm membrane filter로 여과하여 HPLC(Jasco System)로 분석하였다. HPLC 분석 조건은 Luna NH-2 100Å column(5 μm, 4.6×250 mm ID, Phenomenex)을 사용하였고, 검출기는 ELSD(Waters 2420 ELSD, Waters)를 사용하였으며, 이동상은 acetonitrile:water(80:20, v/v)를 사용하였다. 1 mL/min 속도로 흘려주며 20 μL를 주입하여 분석하였다. 표준물질로는 fructose, glucose, sucrose를 사용하였다. 환원당 함량은 Kim 등(2007)의 방법을 이용하여 측정하였으며, 추출물 농도 2.5 mg/mL인 시료 0.1 mL에 DNS 시약 0.2 mL를 가하여 100°C에서 5분간 가열한 후 급속히 냉각하여 증류수 0.9 mL를 첨가하여 분광광도계를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준물질은 glucose를 사용하여 검량선을 작성하고 환원당 함량을 시료 중 백분율로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu phenol reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 것을 원리로 분석하였다(Yang 등, 2006). 50 mg/mL의 농도로 제조된 추출물 50 μL에 2% Na2CO3 용액 1 mL를 가한 후 3분간 방치한 다음, 0.5 M Folin-Ciocalteu reagent 50 μL를 첨가 후 실온에서 30분 반응시킨 후 분광광도계를 사용하여 750 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성하였다. 총 플라보노이드 함량은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 100 mg/mL의 농도로 제조된 추출물 125 μL에 증류수 0.5 mL를 넣고 희석한 다음 5% NaNO2 37.5 μL를 넣고 5분간 방치하고 10% AlCl3・6H2O를 75 μL를 넣고 6분간 다시 방치한 다음 1 M NaOH 250 μL를 가하였다. 11분 후 510 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질은 (+)-catechin hydrate(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선 작성하였다.
열처리한 오미자 추출물의 전자공여능(electron donating ability)은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물 0.2 mL에 0.2 mM 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich Co.) 용액 0.8 mL를 가하여 실온에서 30분간 방치한 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 표준물질로 L-ascorbic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용했으며 시료 첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 추출물 100 g당 mg ascorbic acid로 나타내었다. 열처리한 오미자 추출물의 항산화력은 ABTS cation de colorization assay 방법으로 측정하였다. 7 mM ABTS[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), Sigma-Aldrich Co.]를 용해한 후, 2.45 mM potassium persulphate 용액에 첨가하여 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.0~1.1이 되도록 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 가하여 흡광도의 변화를 60분 후에 측정하였다. 표준물질로 L-ascorbic acid를 사용했으며, 시료 첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 추출물 100 g당 mg ascorbic acid로 나타내었다.
환원력은 Kong 등(2009)의 방법에 따라 Fe3+(CN-)6이 반응을 통해 얻은 전자에 의해 Fe2+(CN-)6으로 환원반응이 일어나는 정도를 측정하여 나타내었다. 즉, 추출물 250 μL에 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 6.6, SPC Chemical Co.) 250 μL, 1% potassium ferricyanide(K3Fe(CN)6, Sigma-Aldrich Co.) 250 μL를 각각 혼합하여 50°C에서 20분 동안 반응시킨 후 10% trichloro-acetic acid(CCl3COOH, w/v, Junsei Chemical)를 가하였다. 위 반응액을 94×
Schizandrin 함량은 Lee 등(2022b)의 방법을 참고하여 측정하였다. 오미자 추출물 내 schizandrin의 함량을 측정하기 위하여 n-hexane으로 탈지공정을 거치지 않은 추출물을 추출 용매를 이용하여 5 mg/mL 농도로 용해한 후, 0.22 μm syringe filter로 여과시켜 분석 시료로 사용하였다. 표준 용액인 schizandrin(Sigma-Aldrich Co.)은 HPLC용 메탄올을 이용하여 1 mg/mL 농도로 제조하였다. 표준 용액과 시료는 동일한 조건으로 분석하여 검량선을 작성한 후 추출물 내 schizandrin의 함량을 측정하였다. HPLC(Jasco System)로 분석하였으며, 컬럼은 YMC-Triart C18 column을 사용하였다. 분석 조건은 1.0 mL/min, column 온도는 25°C로 설정하여 water/acetonitrile(A/B, v/v)을 B; 0분: 20%, B; 5분: 40%, B; 13분: 60%, B; 20분: 20%의 조건으로 분석하였다. 분석에 사용된 이동상은 HPLC용 용매를 사용하였다.
총 안토시아닌 함량은 pH differential method(Lee 등, 2005)를 변형하여 오미자 추출물 0.5 mL에 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5)를 각각 0.5 mL 첨가하여 반응시키고, 510 nm와 700 nm에서 각각 흡광도를 측정하여 흡광도(A)를 구한 다음 아래 식에 의하여 총 안토시아닌 함량을 측정하였다. 총 안토시아닌 함량은 mg cyanidin-3-glucoside(C3G) 당량/L로 나타내었다.
A: absorbance=(A510-A700) pH 1.0-(A510-A700) pH 4.5
MW: molecular weight of cyanidin-3-glucoside=449.2 g/mol
DF: dilution factor
MA: molar extinction coefficient of cyanidin-3-glucoside=26,900
모든 분석은 3회 반복 측정하였고 mean±SD로 표현하였다. 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc.)을 사용하였으며, 각 처리군의 평균과 표준편차를 산출해 일원배치 분산분석(one way ANOVA-test) 후 Duncan’s multiple range test를 실시하여 신뢰구간
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 색도 변화는 Table 1과 같다. 명도를 나타내는 L*값은 대조구에서 37.38이었으며, 110°C에서 50.70으로 가장 높은 값을 나타낸 후 온도 증가에 따라 감소하였다. 적색도를 나타내는 a*값은 대조구가 22.55였으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하다가 130°C부터 다시 증가하여 150°C에서 5.24를 나타내었다. 황색도를 나타내는 b*값은 대조구가 10.79였으며, 150°C에서 20.57로 가장 높은 값을 나타내었다. 열처리 온도가 증가할수록 붉은색이 퇴색되고 진한 갈색으로 변화되는 것을 확인할 수 있는데(Fig. 1),
Table 1 . Changes of browning index, color, and 5-HMF contents of dried Omija extracts with different heating temperatures
Temperature (°C) | Browning index | Hunter’s color | 5-HMF contents (mg/100 g) | ||
---|---|---|---|---|---|
L* (Lightness) | a* (Redness) | b* (Yellowness) | |||
Control 100 110 120 130 140 150 | 1.81±0.02a1)2) 0.75±0.00b 0.66±0.01c 0.40±0.02d 0.27±0.01e 0.24±0.02f 0.21±0.00g | 37.38±0.10f 37.52±0.01f 50.70±0.20a 48.29±0.01b 43.87±0.02c 39.12±0.01e 41.83±0.01d | 22.55±0.13a 12.10±0.02b 3.63±0.02d 0.58±0.01g 2.67±0.01e 2.58±0.01f 5.24±0.01c | 10.79±0.05e 10.46±0.01f 7.41±0.03g 12.43±0.01d 18.47±0.04b 16.88±0.01c 20.57±0.01a | 3.19±0.11f 25.59±0.72ef 53.75±2.18e 139.37±4.73d 357.60±3.10c 729.03±29.84b 1,363.41±43.05a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
이러한 현상은 열처리 온도가 증가할수록 환원당과 아미노기를 갖는 화합물 사이의 갈변반응에 의해 시료의 색이 어두워지고 갈색 색소가 생성된 것으로 판단된다. BI는 안토시아닌이 파괴되면서 붉은색이 퇴색되어 500~535 nm 부근에서 흡광도가 감소하여 계속 가열할 경우 독립적인 반응에 의해 갈색 색소가 생성되어 420 nm 부근에서 흡광도가 증가하므로 BI를 안토시아닌 색소의 가열변색에 대한 지표로 사용할 수 있다(Lee와 Rhim, 1997). 오미자의 BI는 열처리하지 않은 오미자 추출물에서 1.81로 가장 높은 값을 나타낸 이후 열처리 온도 증가에 따라 감소하여 150°C에서 0.21로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이러한 경향은 가열 온도가 증가할수록 BI는 감소하여 안토시아닌 색소가 파괴되고, 갈변반응에 의해 갈색 색소가 생성되었음을 보여준다.
오미자 추출물의 5-HMF의 함량은 대조구에서 3.19 mg/100 g이었으며 열처리 온도가 증가할수록 꾸준히 증가하다가 150°C에서 1,363.41 mg/100 g으로 대조구에 비해 약 426배 증가하였다(Table 1). 이는 5-HMF가 마이야르 반응 및 카라멜 반응으로 인한 멜라노이딘 형성 중 생성되는 물질임을 생각할 때 열처리 시 비효소적 갈변반응에 의해 5-HMF 함량이 증가했을 것으로 생각된다(Manzocco 등, 2000). 또한 다당류의 분해로 단당류의 농도가 증가하고 분해산물인 5-HMF 등이 생성된다고 알려져 있는데(Song 등, 2007), 배(Hwang 등, 2006), 인삼(Yang 등, 2006) 등을 열처리할 경우 가열 온도가 증가함에 따라 5-HMF의 함량이 증가한 결과와 일치하는 현상이었다.
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 pH 및 총산도 변화는 Table 2와 같다. 대조구에서 pH는 2.84였으며, 열처리한 오미자 추출물의 pH 범위는 2.92~2.98로 강산성이었고 가열 온도별 유의적인 차이는 없었다. Min(2013)의 연구에서는 오미자 추출물의 pH 범위를 3.35~3.47로 보고하였으며, Yoon 등(2022)은 오미자청의 pH 범위를 2.84~2.96으로 보고하여 본 실험과 유사한 결과를 나타내었다. 안토시아닌은 pH 조건에 따라 색이 다양하게 변화하는데, 산성 조건에서는 flavylium cation으로 존재하여 안정한 상태를 유지하기 때문에 붉은색을 띤다(Oh와 Imm, 2005). 본 연구에서 오미자 추출물의 pH 범위가 2.92~2.98이었으므로 오미자 추출물이 안토시아닌이 선명한 붉은색을 나타낸 것으로 생각되며, 120°C에서는 열처리로 인해 안토시아닌 색소가 파괴된 것으로 판단된다. 총산도는 0.94~1.03%의 범위를 나타냈으며, 가열 온도별 유의적인 차이는 없었다. 이러한 결과는 열처리가 오미자 추출물의 pH와 총산도 값에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 생각되며, 이는 추출 시간과 추출 온도에 따라 pH가 유의적 차이를 보이지 않으며 가열 조건에서 pH의 변화가 ±0.2 이하로 나타났다고 보고한 논문과 일치하는 결과를 나타내었다(Min, 2013).
Table 2 . Changes of pH and total acidity of dried Omija extracts with different heating temperatures
Temperature (°C) | pH | Total acidity (%) |
---|---|---|
Control 100 110 120 130 140 150 | 2.84±0.04c1)2) 2.92±0.03b 2.93±0.02b 2.93±0.02b 2.93±0.01b 2.96±0.01ab 2.98±0.01a | 0.96±0.01bc 0.94±0.01c 0.94±0.02c 0.97±0.01b 0.98±0.03b 1.03±0.01a 1.02±0.02a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총당, 환원당 및 유리당 함량 변화는 Table 3과 같다. 오미자 대조구 추출물의 총당 함량은 5.46%였으며, 120°C 열처리에서 17.03%로 가장 높은 함량을 나타내다가 150°C에서 14.79%로 감소하였다. 환원당의 함량은 대조구에서 3.33%였으며, 100°C에서 4.93%로 증가하여 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하다 150°C에서 9.74%로 가장 높은 함량을 나타내었다. Kim 등(2016)의 연구에서도 홍삼을 고온고압 처리 시 열처리 온도가 증가할수록 총당 함량이 증가하다가 감소하는 경향을 보였는데, 이는 열처리에 의해 조직성분이 분해되어 다당체가 가용화되기 쉬운 상태가 되어 추출 효율이 높아졌다가 120°C 이상에서는 당류 화합물 간의 가열에 의한 카라멜화 반응과 같은 갈색화 반응으로 총당이 감소하는 결과를 나타내었기 때문이라 판단된다(Hwang 등, 2011). 오미자 추출물의 유리당은 fructose 및 glucose 2개의 당이 검출되었다. Fructose 함량은 대조구 2.43%에서 110°C의 5.00%로 증가하였다가 150°C의 3.66%까지 감소하였고 glucose 함량은 대조구가 2.04%였으며, 150°C에서 8.10%의 함량을 나타내었다. 이러한 결과는 130°C 이상의 고온에서는 이당류인 sucrose가 단당류인 fructose로 분해되고 분해된 fructose가 지속적인 열분해로 인하여 HMF, furfural 및 5-methylfurfural 등과 유기산으로 분해되기 때문이라 생각된다.
Table 3 . Changes of total sugar, reducing sugar, and free sugar contents of dried Omija extracts with different heating temperatures
Temperature (°C) | Total sugar content (%) | Reducing sugar content (%) | Free sugar content | ||
---|---|---|---|---|---|
Fructose (%) | Glucose (%) | Total (%) | |||
Control 100 110 120 130 140 150 | 5.46±0.10e1)2) 15.51±0.14c 15.42±0.17cd 17.03±0.25a 16.01±0.27bc 16.63±0.26ab 14.79±0.29d | 3.33±0.02f 4.93±0.00e 5.68±0.03d 6.54±0.03c 8.01±0.03b 9.16±0.03a 9.74±0.05a | 2.43±0.15c 4.75±0.22ab 5.00±0.19a 4.78±0.29ab 4.11±0.27ab 3.98±0.30b 3.66±0.21bc | 2.04±0.18e 4.26±0.34cd 3.81±0.53d 4.26±0.65cd 5.13±0.55c 7.03±0.61b 8.10±0.70a | 4.48±0.30c 9.01±0.45b 8.81±0.67b 9.04±0.92b 9.24±0.77b 11.01±0.85a 11.76±0.91a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총 폴리페놀 및 폴리페놀 함량 변화를 측정한 결과는 Table 4에 나타내었다. 총 폴리페놀 함량의 경우, 대조구 208.35 mg/100 g에서 150°C 열처리 시 601.84 mg/100 g까지 증가하였다. 총 플라보노이드 함량 또한 대조구 27.89 mg/100 g에서 150°C의 83.02 mg/100 g까지 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 과채류 등을 열처리 할 경우 총 폴리페놀 함량이 크게 증가한다는 Kim 등(2008)의 결과와 일치하는 현상으로 단백질과 결합된 결합형 폴리페놀 성분이 열처리에 의해 저분자의 페놀성 화합물로 전환되었거나, 열처리에 의해 이들 페놀화합물의 내부 조직결합이 파괴되어 페놀성 화합물을 더 쉽게 추출할 수 있기 때문이라고 판단된다. 총 플라보노이드 함량 또한 총 폴리페놀의 증가에서와 마찬가지로 열처리에 의해 증가한 것으로 생각된다.
Table 4 . Changes of total polyphenol, total flavonoid contents and antioxidant activity of dried Omija extracts with different heating temperatures
Temperature (°C) | Total polyphenol (mg/100 g) | Total flavonoid (mg/100 g) | ABTS radical scavening (mg AAE/100 g) | DPPH radical scavenging (mg AAE/100 g) | Reducing power (at 720 nm) |
---|---|---|---|---|---|
Control 100 110 120 130 140 150 | 208.35±5.98f1)2) 312.51±1.44e 312.81±9.30e 352.71±5.54d 425.54±0.15c 518.70±4.54b 601.84±3.76a | 27.89±0.48f 28.69±0.86f 33.27±0.54e 37.92±0.67d 50.74±0.29c 61.38±1.99b 83.02±2.01a | 158.22±1.78f 208.21±8.95e 230.10±2.57d 234.20±2.51d 294.04±7.71c 360.82±3.51b 440.03±6.46a | 137.42±4.30d 132.32±0.54d 147.91±3.79cd 160.36±1.30cd 188.82±2.64c 275.80±2.58b 385.29±2.80a | 0.04±0.00f 0.04±0.00f 0.07±0.00e 0.08±0.00d 0.12±0.00c 0.22±0.01b 0.27±0.00a |
1)Values are mean±SD (n=3).
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 ABTS 및 DPPH에 의한 라디칼 소거능 및 환원력 측정 결과는 Table 4와 같다. ABTS 라디칼 소거 활성은 오미자 대조구 추출물에서 158.22 mg/100 g을 나타내었으며, 열처리 온도 증가에 따라 증가하다 150°C에서 440.03 mg/100 g으로 가장 높은 활성을 나타내었다. DPPH 라디칼 소거능 또한 대조구 추출물에서 137.42 mg/100 g을 나타내었으며, 열처리 온도 증가에 따라 증가하다 150°C에서 385.29 mg/100 g으로 가장 높은 활성을 나타내었다. 이렇게 열처리 온도가 증가함에 따라 항산화 활성이 증가하는 것은 열처리 온도의 증가에 따라 폴리페놀 및 5-HMF와 같은 항산화 물질이 증가하였기 때문으로 생각되며, 열처리로 인해 조직과 강하게 결합되어 있던 유효성분들이 유리형으로 전환되어 항산화 효과가 증가하였을 것으로 생각된다(Kim 등, 2008). 이는 열처리한 감초와 토마토에서도 열처리 온도가 증가할수록 총항산화력도 증가하였다는 결과와 일치하였다(Kim 등, 2008; Woo 등, 2007). 환원력은 대조구에서 0.04였지만 150°C에서 0.27로 약 7배 정도 증가하였는데, 이는 열처리에 따른 페놀성 화합물의 증가로 항산화 효과가 증가하였을 것으로 판단된다. 또한 열처리 시 항산화 활성을 가진 마이야르 반응의 부산물 형성에 의해 항산화 효과가 증가하였을 것으로 생각된다.
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 schizandrin 함량 변화는 Table 5와 같다. Schizandrin은 오미자의 주요성분으로 대한약전외한약(생약)규격집에 한약(생약) 부분에 지표성분으로 설정되어 있으며, 오미자의 품질관리를 위한 기준 성분이기 때문에(Lee 등, 2022b) 열처리에 따른 schizandrin 함량을 분석하였다. 오미자 추출물의 schizandrin 함량은 대조구에서 56.45 mg/100 g이었으며 100°C 열처리 시 117.41 mg/100 g으로 증가하다가 120°C에서 347.35 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내고 130°C부터 감소하여 150°C에서 221.69 mg/100 g의 함량을 나타내었다. Kim 등(2015)의 연구에서 원형 오미자 물 추출물의 schizandrin, gomisin A, gomisin N의 총합이 평균 0.24mg/g이며 열수 추출 온도와 시간이 증가할수록 schizandrin 함량이 증가하였다고 보고하였는데, 본 연구 결과와 유사한 결과를 보였다. Schizandrin 함량이 열처리 온도가 증가할수록 증가하다가 130°C 이후부터 감소하는 것은 열에 의해 다른 성분으로 구조적 변화가 발생하였기 때문으로 판단하였다(Gerstenmeyer 등, 2013).
Table 5 . Changes of schizandrin and total anthocyanin content of dried Omija extracts with different heating temperatures
Temperature (°C) | Schizandrin (mg/100 g) | Anthocyanin (mg C3G/L) |
---|---|---|
Control 100 110 120 130 140 150 | 56.45±0.08f2)3) 117.41±2.40e 239.20±9.62c 347.35±3.33a 269.79±9.35b 231.16±5.44cd 221.69±6.93d | 23.82±0.86a 2.34±0.17b 1.17±0.17c ND1) ND ND ND |
1)Not detected.
2)Values are mean±SD (n=3).
3)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총 안토시아닌 함량 변화는 Table 5에서 보는 바와 같이 오미자 대조구 추출물의 23.82 mg C3G/L에서 110°C의 1.17 mg C3G/L로 약 20배가량 감소하였으며, 120°C 이상에서는 검출되지 않았다. 오미자에는 안토시아닌이 다량 함유되어 과일의 붉은색을 제공하는 것으로 알려져 있는데 생오미자의 안토시아닌 함량은 24.08 mg/100 g DW로 보고되었다(Lee 등, 2022a). 안토시아닌은 pH, 열, 빛, 저장 기간, 당, 유기산과 같은 가공 조건 및 저장 조건에서 불안정하며 pH 조건에 따라 색이 다양하게 변화하는데, 산성 조건에서는 flavylium cation으로 존재하여 안정한 상태를 유지하기 때문에 붉은색을 띤다(Yoon 등, 2022). 본 연구에서 오미자 추출물의 pH 범위가 2.92~2.98이었으므로 오미자 추출물이 안토시아닌이 선명한 붉은색을 나타낸 것으로 생각되며, 120°C 이상의 열처리부터는 안토시아닌 색소가 파괴된 것으로 판단된다.
본 연구는 열처리 온도에 오미자 추출물의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 5-HMF 함량은 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 150°C에서 1,363.41 mg/100 g으로 가장 높았다. 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 대조군에서 각각 208.35 및 27.89 mg/100 g이었지만 150°C에서 각각 601.84 및 83.02 mg/100 g으로 증가하였다. DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성과 환원력도 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 150°C에서 각각 385.29 mg AAE/100 g, 440.03 mg AAE/100 g 및 0.27로 가장 높았다. 열처리 온도가 증가함에 따라 glucose 함량은 2.04%에서 8.10%로 증가하였으며, 환원당 함량은 3.33%에서 9.74%로 증가하였다. 총 안토시아닌 함량은 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였는데 대조군은 23.82 mg C3G/L에서 110°C의 1.17 mg C3G/L로 감소하였으며, 120°C 이상에서는 검출되지 않았다. 본 연구 결과는 열처리가 오미자의 이화학적 특성 및 항산화 활성에 유의적인 영향 미치기 때문에 오미자 가공품 제조를 위해서는 열처리 조건을 적절하게 조절해야 함을 시사한다.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2025; 54(1): 50-56
Published online January 31, 2025 https://doi.org/10.3746/jkfn.2025.54.1.50
Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.
이승연․송하영․구민경․정윤조․조연재․이준수․정헌상
충북대학교 식품생명공학과
Seung Yeon Lee , Ha Young Song, Min Kyung Gu, Yun Jo Jung, Yeon Jae Jo, Junsoo Lee, and Heon Sang Jeong
Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University
Correspondence to:Heon Sang Jeong, Department of Food Science and Biotechnology, Chungbuk National University, 1, Chungdae-ro, Seowon-gu, Cheongju, Chungbuk 28644, Korea, E-mail: hsjeong@chungbuk.ac.kr
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This study investigated the effects of heating on the physicochemical properties and antioxidant activity of Omija (Schisandra chinensis Baillon) extracts. The 5-hydroxymethylfurfural content increased with increasing temperatures, and the highest value of 1,363.41 mg/100 g was observed at 150°C. The total polyphenol and total flavonoid contents were 208.35 and 27.89 mg/100 g, respectively, in the control group (30°C), but increased to 601.84 and 83.02 mg/100 g at 150°C, respectively. The 2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl (DPPH) and 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) (ABTS) radical scavenging activity and reducing power also increased with increasing temperatures, and were the highest at 150°C with 385.29 mg ascorbic acid equivalent (AAE)/100 g, 440.03 mg AAE/100 g, and 0.27, respectively. With increased heating, the reducing sugar content increased. The total anthocyanin content of the omija extract decreased as temperatures increased. The anthocyanin content decreased from 23.82 mg cyanidin-3-glucoside (C3G)/L at 30°C to 1.17 mg C3G/L at 110°C. Anthocyanin was not detected above 120°C. The results of this study suggest that heating conditions should be properly controlled for the manufacture of processed Omija products because heat treatment significantly affects the physicochemical properties and antioxidant activity of Omija.
Keywords: heating temperature, Omija, physicochemical, quality characteristics, heat treatment
오미자나무의 종실인 오미자(
오미자는 크게 생오미자, 건조 오미자, 냉동 오미자 등으로 유통되며, 주로 열풍 건조(50~80°C)로 제조된 건조 오미자가 유통되고 있으며(Park 등, 2013), 오미자 관련 연구로는 건조 방법 및 추출 조건에 따른 항산화 특성에 관한 연구(Lee 등, 2014; Park 등, 2013), 항균 활성(Cho 등, 2010), 항염증(Guo 등, 2008) 등이 보고되어 있다. 오미자의 섭취는 물을 넣어 끓이거나 침출해 차로 음용하는 것이 일반적인데, 생리활성 물질에 관한 연구는 대부분 메탄올, 에탄올과 같은 유기용매를 사용한 결과들이며(Kim 등, 2015), 물 추출 시 추출 온도에 따른 오미자의 생리활성 물질의 변화에 관한 연구는 부족한 실정이다.
식품의 열처리 가공은 식품의 저장수명을 연장과 품질을 향상하기 위하여 사용되고 있지만, 열에 민감한 영양소의 파괴 및 생리활성물질의 손실 등의 문제점들로 인해 사용이 제한적이다(Hwang 등, 2011). 그러나 과채류 등을 열처리할 경우 다양한 이화학적 변화에 의한 생리활성물질이 증가한다는 연구 결과가 발표되면서 이와 관련된 많은 연구가 진행되고 있다(Choi 등, 2006). 열처리 관련 연구로는 인삼(Yang 등, 2006), 마늘(Kwon 등, 2006), 사과, 멜론, 토마토, 참외 및 수박(Kim 등, 2008) 등 과채류의 열처리를 통해 항산화 및 기능성을 증가시키기 위한 연구가 진행되고 있지만, 일반적으로 열수 추출을 통해 차로 음용하는 식약 공용 한약재인 오미자의 열처리로 인한 생리활성 물질의 변화에 관한 연구는 찾아보기 어려운 실정이다.
이에 본 연구에서는 오미자의 기능성을 고려하여 일반적인 가공 온도보다 높은 온도에서 열처리할 경우 오미자의 이화학적 특성 및 항산화 활성의 변화를 관찰하고 적절한 열처리 조건 제시하고자 한다.
본 연구에 사용된 오미자는 2023년 경북 문경시에서 생산되어 건조한 것으로 시중에서 구입하여 폴리에틸렌 백에 100 g씩 담아 밀봉한 후 -24°C에 저장하면서 시료로 사용하였다.
열처리 장치는 10 kg/cm2 이상의 압력에서도 견딜 수 있도록 고안, 제작된 열처리 장치(J-AN-T, Jisico)를 사용하였다. 오미자 시료 5 g을 180 mL 내부 용기에 넣고 18 mL의 물을 첨가한 다음 일정량의 물이 첨가된 외부 용기에 넣어 뚜껑을 밀봉한 다음 외부 용기를 열처리 장치에 넣고 정해진 온도와 시간에 따라 열처리하였다. 열처리 온도는 100°C, 110°C, 120°C, 130°C, 140°C 및 150°C로 설정하였고, 열처리 시간은 2시간으로 하였다. 열처리하지 않은 시료를 대조구로 하였으며, 모든 실험은 3회 반복하였다.
오미자 추출물 제조는 열처리한 오미자에 증류수를 중량 대비 20배(w/v)를 가하고 믹서기(SFM-C353NK, Shinil)를 사용하여 분쇄한 후 감압여과하고 회전진공농축기(N-1000, Eyela)를 이용하여 40°C에서 용매를 일정량 제거한 후 n-hexane(Daejung)을 가하여 2회 반복 탈지한 후 얻은 하층액을 감압 농축하였다. 농축물을 증류수로 재용해한 후 동결 건조하여 실험에 사용하였다. 무처리 오미자 추출물 제조는 오미자에 증류수를 중량 대비 20배(w/v)를 가하고 믹서기로 분쇄하여 초음파 추출장치(WUC-D10H, Daihan Scientific)를 사용하여 30°C에서 1시간 동안 2회 추출한 후 감압 여과하여 회전진공농축기를 이용하여 40°C에서 용매를 완전히 제거하였다.
열처리한 오미자 추출물의 pH 및 총산도는 Kim 등(2007)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, pH는 pH meter(Orion 4 Star, Themo Scientific)를 사용하여 측정하였고, 총산도는 1% 페놀프탈레인 용액을 1~2방울 가하고 0.01 N NaOH로 적정하여 citric acid 당량으로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 색변화는 색차계(CM-3500d, Konica Minolta)를 이용하여 명암도를 나타내는 L*값(lightness), 적색도를 나타내는 a*값(redness), 황색도를 나타내는 b*값(yellowness)을 측정하였다. 갈변도(Browning index, BI)는 감압 여과한 추출물을 분광광도계(Epoch microplate spectrophotometer, Biotek Instruments)를 이용하여 오미자 안토시아닌 색소와 갈색 색소가 각각 최대 흡광도를 나타내는 525 nm와 420 nm에서의 흡광도 비로부터 BI를 계산하였다(Lee와 Rhim, 1997).
열처리한 오미자 추출물의 5-HMF 함량은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물을 2.5 mg/mL 농도로 조절한 다음 0.45 μm membrane filter(Whatman)로 여과하여 HPLC(Jasco System)로 분석하였다. 컬럼은 YMC-Triart C18 column(4.6×250 mm, ID, YMC Co., Ltd.)을 사용하였으며, 이동상은 acetonitrile :water(20:80, v/v)를 사용하였으며 0.6 mL/min의 속도로 흘려주었다. 검출기는 UV detector를 사용하여 280 nm에서 분석하였고, 주입량은 20 μL로 하였다. 표준물질은 5-HMF(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하였다.
열처리한 오미자 추출물의 총당 함량은 Kim 등(2007)의 방법을 참고하여 측정하였다. 오미자 추출물 0.5 mL에 5% 페놀 용액을 0.25 mL 첨가한 후 95% 황산 1.25 mL를 첨가하고 30분 동안 상온에 방치 후 분광광도계를 이용하여 470 nm에서 흡광도를 측정하였고, 표준물질로 glucose(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성한 후 총당 함량을 시료 중 백분율로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 유리당 함량은 Bae 등(2001)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물 1 mg/mL를 0.45 μm membrane filter로 여과하여 HPLC(Jasco System)로 분석하였다. HPLC 분석 조건은 Luna NH-2 100Å column(5 μm, 4.6×250 mm ID, Phenomenex)을 사용하였고, 검출기는 ELSD(Waters 2420 ELSD, Waters)를 사용하였으며, 이동상은 acetonitrile:water(80:20, v/v)를 사용하였다. 1 mL/min 속도로 흘려주며 20 μL를 주입하여 분석하였다. 표준물질로는 fructose, glucose, sucrose를 사용하였다. 환원당 함량은 Kim 등(2007)의 방법을 이용하여 측정하였으며, 추출물 농도 2.5 mg/mL인 시료 0.1 mL에 DNS 시약 0.2 mL를 가하여 100°C에서 5분간 가열한 후 급속히 냉각하여 증류수 0.9 mL를 첨가하여 분광광도계를 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 표준물질은 glucose를 사용하여 검량선을 작성하고 환원당 함량을 시료 중 백분율로 나타내었다.
열처리한 오미자 추출물의 총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu phenol reagent가 추출물의 폴리페놀성 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 것을 원리로 분석하였다(Yang 등, 2006). 50 mg/mL의 농도로 제조된 추출물 50 μL에 2% Na2CO3 용액 1 mL를 가한 후 3분간 방치한 다음, 0.5 M Folin-Ciocalteu reagent 50 μL를 첨가 후 실온에서 30분 반응시킨 후 분광광도계를 사용하여 750 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질로 gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선을 작성하였다. 총 플라보노이드 함량은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 100 mg/mL의 농도로 제조된 추출물 125 μL에 증류수 0.5 mL를 넣고 희석한 다음 5% NaNO2 37.5 μL를 넣고 5분간 방치하고 10% AlCl3・6H2O를 75 μL를 넣고 6분간 다시 방치한 다음 1 M NaOH 250 μL를 가하였다. 11분 후 510 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질은 (+)-catechin hydrate(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 검량선 작성하였다.
열처리한 오미자 추출물의 전자공여능(electron donating ability)은 Hwang 등(2006)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 오미자 추출물 0.2 mL에 0.2 mM 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH, Sigma-Aldrich Co.) 용액 0.8 mL를 가하여 실온에서 30분간 방치한 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 표준물질로 L-ascorbic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용했으며 시료 첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 추출물 100 g당 mg ascorbic acid로 나타내었다. 열처리한 오미자 추출물의 항산화력은 ABTS cation de colorization assay 방법으로 측정하였다. 7 mM ABTS[2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid), Sigma-Aldrich Co.]를 용해한 후, 2.45 mM potassium persulphate 용액에 첨가하여 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS 양이온을 형성시킨 후 이 용액을 735 nm에서 흡광도 값이 1.0~1.1이 되도록 증류수로 희석하였다. 희석된 ABTS 용액 1 mL에 추출물 50 μL를 가하여 흡광도의 변화를 60분 후에 측정하였다. 표준물질로 L-ascorbic acid를 사용했으며, 시료 첨가구와 비첨가구의 흡광도 차이를 추출물 100 g당 mg ascorbic acid로 나타내었다.
환원력은 Kong 등(2009)의 방법에 따라 Fe3+(CN-)6이 반응을 통해 얻은 전자에 의해 Fe2+(CN-)6으로 환원반응이 일어나는 정도를 측정하여 나타내었다. 즉, 추출물 250 μL에 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 6.6, SPC Chemical Co.) 250 μL, 1% potassium ferricyanide(K3Fe(CN)6, Sigma-Aldrich Co.) 250 μL를 각각 혼합하여 50°C에서 20분 동안 반응시킨 후 10% trichloro-acetic acid(CCl3COOH, w/v, Junsei Chemical)를 가하였다. 위 반응액을 94×
Schizandrin 함량은 Lee 등(2022b)의 방법을 참고하여 측정하였다. 오미자 추출물 내 schizandrin의 함량을 측정하기 위하여 n-hexane으로 탈지공정을 거치지 않은 추출물을 추출 용매를 이용하여 5 mg/mL 농도로 용해한 후, 0.22 μm syringe filter로 여과시켜 분석 시료로 사용하였다. 표준 용액인 schizandrin(Sigma-Aldrich Co.)은 HPLC용 메탄올을 이용하여 1 mg/mL 농도로 제조하였다. 표준 용액과 시료는 동일한 조건으로 분석하여 검량선을 작성한 후 추출물 내 schizandrin의 함량을 측정하였다. HPLC(Jasco System)로 분석하였으며, 컬럼은 YMC-Triart C18 column을 사용하였다. 분석 조건은 1.0 mL/min, column 온도는 25°C로 설정하여 water/acetonitrile(A/B, v/v)을 B; 0분: 20%, B; 5분: 40%, B; 13분: 60%, B; 20분: 20%의 조건으로 분석하였다. 분석에 사용된 이동상은 HPLC용 용매를 사용하였다.
총 안토시아닌 함량은 pH differential method(Lee 등, 2005)를 변형하여 오미자 추출물 0.5 mL에 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5)를 각각 0.5 mL 첨가하여 반응시키고, 510 nm와 700 nm에서 각각 흡광도를 측정하여 흡광도(A)를 구한 다음 아래 식에 의하여 총 안토시아닌 함량을 측정하였다. 총 안토시아닌 함량은 mg cyanidin-3-glucoside(C3G) 당량/L로 나타내었다.
A: absorbance=(A510-A700) pH 1.0-(A510-A700) pH 4.5
MW: molecular weight of cyanidin-3-glucoside=449.2 g/mol
DF: dilution factor
MA: molar extinction coefficient of cyanidin-3-glucoside=26,900
모든 분석은 3회 반복 측정하였고 mean±SD로 표현하였다. 통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc.)을 사용하였으며, 각 처리군의 평균과 표준편차를 산출해 일원배치 분산분석(one way ANOVA-test) 후 Duncan’s multiple range test를 실시하여 신뢰구간
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 색도 변화는 Table 1과 같다. 명도를 나타내는 L*값은 대조구에서 37.38이었으며, 110°C에서 50.70으로 가장 높은 값을 나타낸 후 온도 증가에 따라 감소하였다. 적색도를 나타내는 a*값은 대조구가 22.55였으며, 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하다가 130°C부터 다시 증가하여 150°C에서 5.24를 나타내었다. 황색도를 나타내는 b*값은 대조구가 10.79였으며, 150°C에서 20.57로 가장 높은 값을 나타내었다. 열처리 온도가 증가할수록 붉은색이 퇴색되고 진한 갈색으로 변화되는 것을 확인할 수 있는데(Fig. 1),
Table 1 . Changes of browning index, color, and 5-HMF contents of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Browning index. | Hunter’s color. | 5-HMF contents. (mg/100 g). | ||
---|---|---|---|---|---|
L* (Lightness). | a* (Redness). | b* (Yellowness). | |||
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 1.81±0.02a1)2). 0.75±0.00b. 0.66±0.01c. 0.40±0.02d. 0.27±0.01e. 0.24±0.02f. 0.21±0.00g. | 37.38±0.10f. 37.52±0.01f. 50.70±0.20a. 48.29±0.01b. 43.87±0.02c. 39.12±0.01e. 41.83±0.01d. | 22.55±0.13a. 12.10±0.02b. 3.63±0.02d. 0.58±0.01g. 2.67±0.01e. 2.58±0.01f. 5.24±0.01c. | 10.79±0.05e. 10.46±0.01f. 7.41±0.03g. 12.43±0.01d. 18.47±0.04b. 16.88±0.01c. 20.57±0.01a. | 3.19±0.11f. 25.59±0.72ef. 53.75±2.18e. 139.37±4.73d. 357.60±3.10c. 729.03±29.84b. 1,363.41±43.05a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
이러한 현상은 열처리 온도가 증가할수록 환원당과 아미노기를 갖는 화합물 사이의 갈변반응에 의해 시료의 색이 어두워지고 갈색 색소가 생성된 것으로 판단된다. BI는 안토시아닌이 파괴되면서 붉은색이 퇴색되어 500~535 nm 부근에서 흡광도가 감소하여 계속 가열할 경우 독립적인 반응에 의해 갈색 색소가 생성되어 420 nm 부근에서 흡광도가 증가하므로 BI를 안토시아닌 색소의 가열변색에 대한 지표로 사용할 수 있다(Lee와 Rhim, 1997). 오미자의 BI는 열처리하지 않은 오미자 추출물에서 1.81로 가장 높은 값을 나타낸 이후 열처리 온도 증가에 따라 감소하여 150°C에서 0.21로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이러한 경향은 가열 온도가 증가할수록 BI는 감소하여 안토시아닌 색소가 파괴되고, 갈변반응에 의해 갈색 색소가 생성되었음을 보여준다.
오미자 추출물의 5-HMF의 함량은 대조구에서 3.19 mg/100 g이었으며 열처리 온도가 증가할수록 꾸준히 증가하다가 150°C에서 1,363.41 mg/100 g으로 대조구에 비해 약 426배 증가하였다(Table 1). 이는 5-HMF가 마이야르 반응 및 카라멜 반응으로 인한 멜라노이딘 형성 중 생성되는 물질임을 생각할 때 열처리 시 비효소적 갈변반응에 의해 5-HMF 함량이 증가했을 것으로 생각된다(Manzocco 등, 2000). 또한 다당류의 분해로 단당류의 농도가 증가하고 분해산물인 5-HMF 등이 생성된다고 알려져 있는데(Song 등, 2007), 배(Hwang 등, 2006), 인삼(Yang 등, 2006) 등을 열처리할 경우 가열 온도가 증가함에 따라 5-HMF의 함량이 증가한 결과와 일치하는 현상이었다.
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 pH 및 총산도 변화는 Table 2와 같다. 대조구에서 pH는 2.84였으며, 열처리한 오미자 추출물의 pH 범위는 2.92~2.98로 강산성이었고 가열 온도별 유의적인 차이는 없었다. Min(2013)의 연구에서는 오미자 추출물의 pH 범위를 3.35~3.47로 보고하였으며, Yoon 등(2022)은 오미자청의 pH 범위를 2.84~2.96으로 보고하여 본 실험과 유사한 결과를 나타내었다. 안토시아닌은 pH 조건에 따라 색이 다양하게 변화하는데, 산성 조건에서는 flavylium cation으로 존재하여 안정한 상태를 유지하기 때문에 붉은색을 띤다(Oh와 Imm, 2005). 본 연구에서 오미자 추출물의 pH 범위가 2.92~2.98이었으므로 오미자 추출물이 안토시아닌이 선명한 붉은색을 나타낸 것으로 생각되며, 120°C에서는 열처리로 인해 안토시아닌 색소가 파괴된 것으로 판단된다. 총산도는 0.94~1.03%의 범위를 나타냈으며, 가열 온도별 유의적인 차이는 없었다. 이러한 결과는 열처리가 오미자 추출물의 pH와 총산도 값에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 생각되며, 이는 추출 시간과 추출 온도에 따라 pH가 유의적 차이를 보이지 않으며 가열 조건에서 pH의 변화가 ±0.2 이하로 나타났다고 보고한 논문과 일치하는 결과를 나타내었다(Min, 2013).
Table 2 . Changes of pH and total acidity of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | pH. | Total acidity (%). |
---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 2.84±0.04c1)2). 2.92±0.03b. 2.93±0.02b. 2.93±0.02b. 2.93±0.01b. 2.96±0.01ab. 2.98±0.01a. | 0.96±0.01bc. 0.94±0.01c. 0.94±0.02c. 0.97±0.01b. 0.98±0.03b. 1.03±0.01a. 1.02±0.02a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총당, 환원당 및 유리당 함량 변화는 Table 3과 같다. 오미자 대조구 추출물의 총당 함량은 5.46%였으며, 120°C 열처리에서 17.03%로 가장 높은 함량을 나타내다가 150°C에서 14.79%로 감소하였다. 환원당의 함량은 대조구에서 3.33%였으며, 100°C에서 4.93%로 증가하여 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하다 150°C에서 9.74%로 가장 높은 함량을 나타내었다. Kim 등(2016)의 연구에서도 홍삼을 고온고압 처리 시 열처리 온도가 증가할수록 총당 함량이 증가하다가 감소하는 경향을 보였는데, 이는 열처리에 의해 조직성분이 분해되어 다당체가 가용화되기 쉬운 상태가 되어 추출 효율이 높아졌다가 120°C 이상에서는 당류 화합물 간의 가열에 의한 카라멜화 반응과 같은 갈색화 반응으로 총당이 감소하는 결과를 나타내었기 때문이라 판단된다(Hwang 등, 2011). 오미자 추출물의 유리당은 fructose 및 glucose 2개의 당이 검출되었다. Fructose 함량은 대조구 2.43%에서 110°C의 5.00%로 증가하였다가 150°C의 3.66%까지 감소하였고 glucose 함량은 대조구가 2.04%였으며, 150°C에서 8.10%의 함량을 나타내었다. 이러한 결과는 130°C 이상의 고온에서는 이당류인 sucrose가 단당류인 fructose로 분해되고 분해된 fructose가 지속적인 열분해로 인하여 HMF, furfural 및 5-methylfurfural 등과 유기산으로 분해되기 때문이라 생각된다.
Table 3 . Changes of total sugar, reducing sugar, and free sugar contents of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Total sugar content (%). | Reducing sugar content (%). | Free sugar content. | ||
---|---|---|---|---|---|
Fructose (%). | Glucose (%). | Total (%). | |||
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 5.46±0.10e1)2). 15.51±0.14c. 15.42±0.17cd. 17.03±0.25a. 16.01±0.27bc. 16.63±0.26ab. 14.79±0.29d. | 3.33±0.02f. 4.93±0.00e. 5.68±0.03d. 6.54±0.03c. 8.01±0.03b. 9.16±0.03a. 9.74±0.05a. | 2.43±0.15c. 4.75±0.22ab. 5.00±0.19a. 4.78±0.29ab. 4.11±0.27ab. 3.98±0.30b. 3.66±0.21bc. | 2.04±0.18e. 4.26±0.34cd. 3.81±0.53d. 4.26±0.65cd. 5.13±0.55c. 7.03±0.61b. 8.10±0.70a. | 4.48±0.30c. 9.01±0.45b. 8.81±0.67b. 9.04±0.92b. 9.24±0.77b. 11.01±0.85a. 11.76±0.91a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총 폴리페놀 및 폴리페놀 함량 변화를 측정한 결과는 Table 4에 나타내었다. 총 폴리페놀 함량의 경우, 대조구 208.35 mg/100 g에서 150°C 열처리 시 601.84 mg/100 g까지 증가하였다. 총 플라보노이드 함량 또한 대조구 27.89 mg/100 g에서 150°C의 83.02 mg/100 g까지 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였다. 과채류 등을 열처리 할 경우 총 폴리페놀 함량이 크게 증가한다는 Kim 등(2008)의 결과와 일치하는 현상으로 단백질과 결합된 결합형 폴리페놀 성분이 열처리에 의해 저분자의 페놀성 화합물로 전환되었거나, 열처리에 의해 이들 페놀화합물의 내부 조직결합이 파괴되어 페놀성 화합물을 더 쉽게 추출할 수 있기 때문이라고 판단된다. 총 플라보노이드 함량 또한 총 폴리페놀의 증가에서와 마찬가지로 열처리에 의해 증가한 것으로 생각된다.
Table 4 . Changes of total polyphenol, total flavonoid contents and antioxidant activity of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Total polyphenol (mg/100 g). | Total flavonoid (mg/100 g). | ABTS radical scavening (mg AAE/100 g). | DPPH radical scavenging (mg AAE/100 g). | Reducing power (at 720 nm). |
---|---|---|---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 208.35±5.98f1)2). 312.51±1.44e. 312.81±9.30e. 352.71±5.54d. 425.54±0.15c. 518.70±4.54b. 601.84±3.76a. | 27.89±0.48f. 28.69±0.86f. 33.27±0.54e. 37.92±0.67d. 50.74±0.29c. 61.38±1.99b. 83.02±2.01a. | 158.22±1.78f. 208.21±8.95e. 230.10±2.57d. 234.20±2.51d. 294.04±7.71c. 360.82±3.51b. 440.03±6.46a. | 137.42±4.30d. 132.32±0.54d. 147.91±3.79cd. 160.36±1.30cd. 188.82±2.64c. 275.80±2.58b. 385.29±2.80a. | 0.04±0.00f. 0.04±0.00f. 0.07±0.00e. 0.08±0.00d. 0.12±0.00c. 0.22±0.01b. 0.27±0.00a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 ABTS 및 DPPH에 의한 라디칼 소거능 및 환원력 측정 결과는 Table 4와 같다. ABTS 라디칼 소거 활성은 오미자 대조구 추출물에서 158.22 mg/100 g을 나타내었으며, 열처리 온도 증가에 따라 증가하다 150°C에서 440.03 mg/100 g으로 가장 높은 활성을 나타내었다. DPPH 라디칼 소거능 또한 대조구 추출물에서 137.42 mg/100 g을 나타내었으며, 열처리 온도 증가에 따라 증가하다 150°C에서 385.29 mg/100 g으로 가장 높은 활성을 나타내었다. 이렇게 열처리 온도가 증가함에 따라 항산화 활성이 증가하는 것은 열처리 온도의 증가에 따라 폴리페놀 및 5-HMF와 같은 항산화 물질이 증가하였기 때문으로 생각되며, 열처리로 인해 조직과 강하게 결합되어 있던 유효성분들이 유리형으로 전환되어 항산화 효과가 증가하였을 것으로 생각된다(Kim 등, 2008). 이는 열처리한 감초와 토마토에서도 열처리 온도가 증가할수록 총항산화력도 증가하였다는 결과와 일치하였다(Kim 등, 2008; Woo 등, 2007). 환원력은 대조구에서 0.04였지만 150°C에서 0.27로 약 7배 정도 증가하였는데, 이는 열처리에 따른 페놀성 화합물의 증가로 항산화 효과가 증가하였을 것으로 판단된다. 또한 열처리 시 항산화 활성을 가진 마이야르 반응의 부산물 형성에 의해 항산화 효과가 증가하였을 것으로 생각된다.
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 schizandrin 함량 변화는 Table 5와 같다. Schizandrin은 오미자의 주요성분으로 대한약전외한약(생약)규격집에 한약(생약) 부분에 지표성분으로 설정되어 있으며, 오미자의 품질관리를 위한 기준 성분이기 때문에(Lee 등, 2022b) 열처리에 따른 schizandrin 함량을 분석하였다. 오미자 추출물의 schizandrin 함량은 대조구에서 56.45 mg/100 g이었으며 100°C 열처리 시 117.41 mg/100 g으로 증가하다가 120°C에서 347.35 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내고 130°C부터 감소하여 150°C에서 221.69 mg/100 g의 함량을 나타내었다. Kim 등(2015)의 연구에서 원형 오미자 물 추출물의 schizandrin, gomisin A, gomisin N의 총합이 평균 0.24mg/g이며 열수 추출 온도와 시간이 증가할수록 schizandrin 함량이 증가하였다고 보고하였는데, 본 연구 결과와 유사한 결과를 보였다. Schizandrin 함량이 열처리 온도가 증가할수록 증가하다가 130°C 이후부터 감소하는 것은 열에 의해 다른 성분으로 구조적 변화가 발생하였기 때문으로 판단하였다(Gerstenmeyer 등, 2013).
Table 5 . Changes of schizandrin and total anthocyanin content of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Schizandrin (mg/100 g). | Anthocyanin (mg C3G/L). |
---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 56.45±0.08f2)3). 117.41±2.40e. 239.20±9.62c. 347.35±3.33a. 269.79±9.35b. 231.16±5.44cd. 221.69±6.93d. | 23.82±0.86a. 2.34±0.17b. 1.17±0.17c. ND1). ND. ND. ND. |
1)Not detected..
2)Values are mean±SD (n=3)..
3)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
열처리 온도에 따른 오미자 추출물의 총 안토시아닌 함량 변화는 Table 5에서 보는 바와 같이 오미자 대조구 추출물의 23.82 mg C3G/L에서 110°C의 1.17 mg C3G/L로 약 20배가량 감소하였으며, 120°C 이상에서는 검출되지 않았다. 오미자에는 안토시아닌이 다량 함유되어 과일의 붉은색을 제공하는 것으로 알려져 있는데 생오미자의 안토시아닌 함량은 24.08 mg/100 g DW로 보고되었다(Lee 등, 2022a). 안토시아닌은 pH, 열, 빛, 저장 기간, 당, 유기산과 같은 가공 조건 및 저장 조건에서 불안정하며 pH 조건에 따라 색이 다양하게 변화하는데, 산성 조건에서는 flavylium cation으로 존재하여 안정한 상태를 유지하기 때문에 붉은색을 띤다(Yoon 등, 2022). 본 연구에서 오미자 추출물의 pH 범위가 2.92~2.98이었으므로 오미자 추출물이 안토시아닌이 선명한 붉은색을 나타낸 것으로 생각되며, 120°C 이상의 열처리부터는 안토시아닌 색소가 파괴된 것으로 판단된다.
본 연구는 열처리 온도에 오미자 추출물의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향을 조사하였다. 5-HMF 함량은 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 150°C에서 1,363.41 mg/100 g으로 가장 높았다. 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량은 대조군에서 각각 208.35 및 27.89 mg/100 g이었지만 150°C에서 각각 601.84 및 83.02 mg/100 g으로 증가하였다. DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성과 환원력도 열처리 온도가 증가함에 따라 증가하였으며, 150°C에서 각각 385.29 mg AAE/100 g, 440.03 mg AAE/100 g 및 0.27로 가장 높았다. 열처리 온도가 증가함에 따라 glucose 함량은 2.04%에서 8.10%로 증가하였으며, 환원당 함량은 3.33%에서 9.74%로 증가하였다. 총 안토시아닌 함량은 열처리 온도가 증가함에 따라 감소하였는데 대조군은 23.82 mg C3G/L에서 110°C의 1.17 mg C3G/L로 감소하였으며, 120°C 이상에서는 검출되지 않았다. 본 연구 결과는 열처리가 오미자의 이화학적 특성 및 항산화 활성에 유의적인 영향 미치기 때문에 오미자 가공품 제조를 위해서는 열처리 조건을 적절하게 조절해야 함을 시사한다.
Table 1 . Changes of browning index, color, and 5-HMF contents of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Browning index. | Hunter’s color. | 5-HMF contents. (mg/100 g). | ||
---|---|---|---|---|---|
L* (Lightness). | a* (Redness). | b* (Yellowness). | |||
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 1.81±0.02a1)2). 0.75±0.00b. 0.66±0.01c. 0.40±0.02d. 0.27±0.01e. 0.24±0.02f. 0.21±0.00g. | 37.38±0.10f. 37.52±0.01f. 50.70±0.20a. 48.29±0.01b. 43.87±0.02c. 39.12±0.01e. 41.83±0.01d. | 22.55±0.13a. 12.10±0.02b. 3.63±0.02d. 0.58±0.01g. 2.67±0.01e. 2.58±0.01f. 5.24±0.01c. | 10.79±0.05e. 10.46±0.01f. 7.41±0.03g. 12.43±0.01d. 18.47±0.04b. 16.88±0.01c. 20.57±0.01a. | 3.19±0.11f. 25.59±0.72ef. 53.75±2.18e. 139.37±4.73d. 357.60±3.10c. 729.03±29.84b. 1,363.41±43.05a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 2 . Changes of pH and total acidity of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | pH. | Total acidity (%). |
---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 2.84±0.04c1)2). 2.92±0.03b. 2.93±0.02b. 2.93±0.02b. 2.93±0.01b. 2.96±0.01ab. 2.98±0.01a. | 0.96±0.01bc. 0.94±0.01c. 0.94±0.02c. 0.97±0.01b. 0.98±0.03b. 1.03±0.01a. 1.02±0.02a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 3 . Changes of total sugar, reducing sugar, and free sugar contents of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Total sugar content (%). | Reducing sugar content (%). | Free sugar content. | ||
---|---|---|---|---|---|
Fructose (%). | Glucose (%). | Total (%). | |||
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 5.46±0.10e1)2). 15.51±0.14c. 15.42±0.17cd. 17.03±0.25a. 16.01±0.27bc. 16.63±0.26ab. 14.79±0.29d. | 3.33±0.02f. 4.93±0.00e. 5.68±0.03d. 6.54±0.03c. 8.01±0.03b. 9.16±0.03a. 9.74±0.05a. | 2.43±0.15c. 4.75±0.22ab. 5.00±0.19a. 4.78±0.29ab. 4.11±0.27ab. 3.98±0.30b. 3.66±0.21bc. | 2.04±0.18e. 4.26±0.34cd. 3.81±0.53d. 4.26±0.65cd. 5.13±0.55c. 7.03±0.61b. 8.10±0.70a. | 4.48±0.30c. 9.01±0.45b. 8.81±0.67b. 9.04±0.92b. 9.24±0.77b. 11.01±0.85a. 11.76±0.91a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 4 . Changes of total polyphenol, total flavonoid contents and antioxidant activity of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Total polyphenol (mg/100 g). | Total flavonoid (mg/100 g). | ABTS radical scavening (mg AAE/100 g). | DPPH radical scavenging (mg AAE/100 g). | Reducing power (at 720 nm). |
---|---|---|---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 208.35±5.98f1)2). 312.51±1.44e. 312.81±9.30e. 352.71±5.54d. 425.54±0.15c. 518.70±4.54b. 601.84±3.76a. | 27.89±0.48f. 28.69±0.86f. 33.27±0.54e. 37.92±0.67d. 50.74±0.29c. 61.38±1.99b. 83.02±2.01a. | 158.22±1.78f. 208.21±8.95e. 230.10±2.57d. 234.20±2.51d. 294.04±7.71c. 360.82±3.51b. 440.03±6.46a. | 137.42±4.30d. 132.32±0.54d. 147.91±3.79cd. 160.36±1.30cd. 188.82±2.64c. 275.80±2.58b. 385.29±2.80a. | 0.04±0.00f. 0.04±0.00f. 0.07±0.00e. 0.08±0.00d. 0.12±0.00c. 0.22±0.01b. 0.27±0.00a. |
1)Values are mean±SD (n=3)..
2)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
Table 5 . Changes of schizandrin and total anthocyanin content of dried Omija extracts with different heating temperatures.
Temperature (°C). | Schizandrin (mg/100 g). | Anthocyanin (mg C3G/L). |
---|---|---|
Control. 100. 110. 120. 130. 140. 150. | 56.45±0.08f2)3). 117.41±2.40e. 239.20±9.62c. 347.35±3.33a. 269.79±9.35b. 231.16±5.44cd. 221.69±6.93d. | 23.82±0.86a. 2.34±0.17b. 1.17±0.17c. ND1). ND. ND. ND. |
1)Not detected..
2)Values are mean±SD (n=3)..
3)Different small letters in the same column indicate a significant difference by Duncan’s multiple range test (
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