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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 2023; 52(11): 1111-1118

Published online November 30, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.11.1111

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Comparison of the Antioxidant Activity of Sage (Salvia officinalis L.) Extract and Its Oxidation Stability in Bulk Oil and Oil-in-Water Emulsion

Ji-Eun Kim , Ji-Yun Bae , Ye-Rin Yang, and Mi-Ja Kim

Department of Food and Nutrition, Kangwon National University

Correspondence to:Mi-Ja Kim, Department of Food and Nutrition, Kangwon National University, 346, Hwangjo-gil, Dogye-eup, Samcheok, Gangwon 25949, Korea, E-mail: mijakim@kangwon.ac.kr

Received: August 18, 2023; Revised: October 21, 2023; Accepted: October 23, 2023

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.

Ethanol (S-EtOH) and hot water (S-HW) extracts of sage (Salvia officinalis L.), a herb, were prepared and their antioxidant activities were evaluated in bulk oil and oil-in-water (O/W) emulsion matrices. Generally, S-HW had significantly higher antioxidant activity than S-EtOH (P<0.05). The 2,2-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) cation radical scavenging activity, total polyphenol content, and ferric reducing antioxidant power reducing power of S-HW were 67.5, 42.6, and 54.5%, respectively, higher than those of S-EtOH. S-EtOH showed a higher antioxidant activity in the bulk oil matrix than S-HW while both extracts retarded the rates of lipid oxidation in the O/W emulsion matrix when compared with samples without the addition of the extracts. The sage extract can be a functional food material when added to oils and fats in processed foods due to its high antioxidant activity. Depending on the matrices and methods, the same extract showed different antioxidant activities, which suggests that the antioxidant properties of natural extracts should be evaluated in real bio-matrices.

Keywords: antioxidant activity, bulk oil, emulsion, oxidation stability, sage extract

식품에서 발생하는 유지의 산패는 유지가공식품의 저장 과정 중 빈번하게 일어나는 현상으로 이를 해결하는 것이 식품 기술의 주요 관심사이다. 저장 혹은 유통과정에서 산패가 진행된 유지가공식품은 이취와 품질의 저하를 일으키고 2차 화합물이 형성되므로 안정성 저하 문제가 유발된다(Depree와 Savage, 2001). 유지가공식품의 산패를 제어하기 위해 butylated hydroxytoluene, butylated hydroxyanisole, propylene glycol 및 tert-butyl hydroquinone과 같은 합성 항산화제가 사용되고 있으며, 이는 안전성 측면에서 천연 소재에 대한 소비자의 선호도와 천연 항산화제 연구에 관한 관심이 증가하였다(Barlow, 1990; Namiki, 1990; Pokorny, 1991; Triantaphyllou 등, 2001). 이러한 천연 항산화제 연구는 추출한 용매에 따라 생리활성의 차이가 발생할 수 있다고 보고된 바 있다(Matkowski 등, 2008).

세이지(Salvia officinalis L.)는 대표적인 천연 항산화제 소재로 향수와 화장품뿐만 아니라 식품 향료 및 조미료로 사용된다고 알려져 있다(Bruneton, 1999; Tabanca 등, 2006). 또한 세이지 추출물이 국소 항염증 활성을 가지며(Baricevic 등, 2001), 항혈전제(Wanyoike 등, 2004) 및 방부제 활성(Baricevic과 Bartol, 2000)이 보고된 바 있으며, 성분 중 페놀성 화합물의 일부는 항산화 및 저혈당 특성뿐만 아니라 우수한 항균 활성이 보고되었다(Eidi와 Eidi, 2009; Kamatou 등, 2007; Kelen과 Tepe, 2008). 세이지의 주요 항산화 효과는 카르노산, 카르노솔, 로즈마린산 및 장뇌와 같은 활성 화합물의 존재와 관련이 있다고 보고되었으며(Yanishlieva-Maslarova와 Heinonen, 2001), 세이지 추출물은 유지 함유 식품에 사용된다고 알려진 바 있다(Skandamis 등, 2000). 세이지 추출물에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 추출한 용매에 따라 생리활성 차이를 비교한 연구는 부족한 실정이다.

이에 본 연구는 세이지를 80% 에탄올과 열수 추출하여 용매에 따른 항산화 활성과 유지 및 유화액 산화안정성을 비교하여 기능성식품 소재 개발에 활용 가능성을 평가하고자 하였다.

재료 및 추출물의 제조

본 연구는 세이지(S. officinalis L., Turkey)를 시중에서 구매하여 분쇄한 원료 20 g과 300 mL의 80% 에탄올을 혼합하여 실온에서 진탕기(RS-1, Jeio Tech)로 6시간 추출하였다(S-EtOH). 또한 분쇄한 원료 20 g과 300 mL의 100°C로 가열한 증류수를 2시간 혼합하여 추출하였다(S-HW). S-EtOH와 S-HW는 Whatman No. 2 filter paper(Whatman Ltd.)로 여과시킨 후 40°C에서 감압 농축하였다. 용매를 제거하여 얻은 추출물은 동결건조(BFD85-F8, Ilshin Biobase)한 후 항산화 활성과 유지 산화 및 유화액에서의 항산화 활성 평가의 시료로 사용하였다.

2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거 활성

DPPH 라디칼 소거 활성은 Kim 등(2023)의 방법에 따라 메탄올로 용해한 0.1 mM DPPH(Sigma-Aldrich Co.) 0.75 mL와 추출물 0.25 mL를 혼합하여 30분간 반응시킨 후 517 nm에서 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000, Scinco)로 흡광도를 측정하였다.

2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline)-6-sulfonic acid(ABTS) 양이온 라디칼 소거 활성 측정

ABTS 양이온 라디칼 소거 활성은 Lee 등(2021)의 방법에 따라 진행하였다. 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich Co.) 수용액과 2.45 mM potassium persulfate(Sigma-Aldrich Co.)를 동일한 비율로 혼합하여 ABTS 시약을 제조하였다. ABTS 시약 0.95 mL와 추출물 0.05 mL를 암실에서 6분 동안 반응시켰다. 흡광도 734 nm에서 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 측정하였으며, 이를 라디칼 저해율(inhibition rate, %)로 나타내었다.

Total polyphenol content(TPC) 측정

TPC는 Bae 등(2021)의 방법을 참고하였다. 추출물 0.05 mL, 증류수 0.8 mL, 증류수와 동일한 비율로 혼합한 Folin-Denis(Sigma-Aldrich Co.) 0.05 mL를 균질화하여 5분간 정치하였다. 이후 sodium carbonate(Sigma-Aldrich Co.) 100 μL를 첨가하여 30분 동안 반응시킨 시료를 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 725 nm에서 측정하였다. 표준물질로 tannic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 μg tannic acid equivalent/g extract로 나타내었다.

Ferric reducing antioxidant power(FRAP) 측정

FRAP assay는 Bae 등(2022)의 방법을 변형시켜 300 mM sodium acetate buffer(Sigma-Aldrich Co.) 100 mL, 10 mM 2,4,6-tripyridyl-S-triazine(Sigma Aldrich Co.) 용액 1 mL, 20 mM FeCl3(Sigma-Aldrich Co.)를 1 mL 혼합하여 37°C 수조에서 평형시켜 사용하였다. FRAP 수용액 0.9 mL와 추출물 30 μL를 혼합하여 30분 동안 반응하였다. 그 후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 593 nm에서 측정하였다. 표준물질로 ascorbic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 μg ascorbic acid equivalent/g extract로 나타내었다.

세이지 추출물 첨가 유지 제조

유지 시료는 세이지 추출물을 dimethyl sulfoxide(DMSO)(Sigma Aldrich Co.)에 녹여 1 mg/mL 농도로 옥수수기름(Ottogi)에 첨가하여 100°C에서 1, 2, 3일간 산화시켰으며, 대조군은 DMSO로 추출물을 대체하였다. 제조된 시료의 보관은 유지의 산화를 방지하기 위하여 냉장 상태를 유지하였다.

Rancimat 분석

Rancimat 분석은 Yang 등(2016)의 방법을 참고하여 실험을 진행하였으며, Rancimat 892(Mertrohm)를 실험에 사용하였다. 시험관에 유지 시료를 3 g씩 분주하여 온도는 120°C, air flow는 20 L/h 속도로 설정하여 측정하였다. 결과는 유도기간으로 나타내었다.

유지 내 conjugated dienoic acid(CDA) 측정

CDA가 측정은 AOCS(2017b)법을 참고하여 유지 시료를 isooctane(Sigma-Aldrich Co.)에 4 mg/mL가 되도록 용해시킨 시료를 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 233 nm에서 측정하였다.

유지 내 p-anisidine value(p-AV) 측정

p-AV가 측정은 AOCS(2017a)법을 참고하여 유지 시료를 4 mg/mL 농도로 isooctane에 용해시키고, acetic acid(Daejung)를 이용해 0.25% p-anisidine(Kantochemical) 용액을 제조하였다. 0.25% p-anisidine 0.3 mL와 isooctane에 분산시킨 시료 1.5 mL를 반응시킨 후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 350 nm에서 측정하였다.

유지 내 2-thiobarbituric acid(TBA) 측정

TBA가는 Asnaashari 등(2015)의 연구를 참고하였다. 증류수 100 mL에 TBA(Sigma Aldrich Co.) 0.67 g을 용해시킨 뒤에 같은 부피의 glacial acetic acid(Daejung)와 섞어 TBA reagent를 제조하였다. Benzene(Daejung) 5 mL를 이용하여 유지 시료 1.5 g을 용해시켰다. 용해된 유지 시료에 TBA reagent 5 mL를 넣고 흔들어 4분 동안 정치하였다. 이후 상층액을 제거하여 100°C 항온 수조에서 30분 동안 반응시켜 흐르는 물에서 냉각하였다. 이후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 530 nm에서 측정하였다.

세이지 추출물 첨가 수중유적형 유화액 제조

수중유적형 유화액은 블렌더(HB501, Tefal)를 이용하여 Tween 20(Sigma-Aldrich Co.), 옥수수유, 증류수를 각각 0.25:2.5:97.25 비율로 혼합하여 3분간 NLM 100 Nano Disperser(Young-Jin Co.)를 이용해 균질화하였다(Kim 등, 2017). 그리고 DMSO에 녹인 세이지 추출물을 유화액에 200 μg/mL 농도로 분주하여 혼합한 후 제조한 시료 1 mL를 60°C 오븐에서 1, 2, 3일 동안 산화하였다. 대조군은 추출물을 DMSO로 대체하여 제조하였다.

유화액 headspace oxygen 함량 측정

Headspace oxygen 함량은 gas chromatography-thermal conductivity detector(GC-TCD)(Agilent Technologies Inc.)를 이용하였으며, air-tight syringe를 이용하여 시료의 헤드스페이스 가스 50 μL를 60/80 packed column(3.0 m×2 mm ID; Restek Ltd.)과 TCD가 장착된 GC (Hewlett-Packard 7080, Agilent Technology)로 주입하고 이동상으로는 헬륨 가스를 10 mL/min 속도로 주입하였다(Kim 등, 2010). 오븐, 인젝터, 검출기의 온도는 180°C로 설정하였다.

유화액 내 conjugated diene(CDA) 측정

CDA가 측정은 Mei 등(1998)의 방법을 참고하였다. 시료 120 μL, methanol/1-butanol(2:1, v/v) 2.7 mL를 혼합하여 UV-VIS spectrophotometer(Mega-U600)로 233 nm 흡광도에서 측정하였다.

휘발 성분 분리 및 분석

휘발 성분 분리방법은 Bae 등(2022)의 방법을 참고하여 고체상 미량 추출(solid phase microextraction,SPME)법을 사용하였다. Flame ionization detector가 장착된 GC(Hewlett Packard 6890, Agilent Technology)를 이용하여 휘발 성분을 분리하였다. SPME fiber는 65 μm polydimethylsiloxane/divinylbenzene(Supelco)을 이용하였으며, 고정상으로 HP-5(30 m×0.32 m ID, 0.25 mm film; Agilent Technology) column을 사용하였다. 기기온도는 초기에 50°C에서 2분간 방치한 뒤 120°C로 상승시켰다. 주입기, 검출기 온도는 각각 220, 300°C로 설정하였다. 휘발 성분 동정은 GC-mass spectrometry(MS)(5671A, Agilent Technology)를 이용하였다. 이동상으로 헬륨가스를 0.8 mL/min 속도로 이용하였으며, MS 분석 조건은 70 eV, 220°C ion source 온도를 이용하였다. Mass spectrum library와 retention time으로 휘발 성분을 분석하였다.

통계처리

모든 시료의 분석은 3회 반복하여 결과를 얻었으며 SPSS program(ver 24, SPSS Inc.)을 사용하여 평균±표준편차로 나타내었다. 유의성 검정은 Student’s t-test 및 one-way ANOVA로 분석하여 P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test로 사후검증 하였다.

세이지 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성과 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 비교

S-EtOH와 S-HW의 DPPH 라디칼 소거 활성 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 결과는 Fig. 1에 나타내었다. S-EtOH와 S-HW는 DPPH 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 모두 농도 의존적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 특히 DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 처리농도 50, 100μg/ mL에서 S-HW가 S-EtOH보다 각각 8.4%, 8.0%씩 증가하였으며, ABTS 양이온 라디칼 소거 활성은 S-HW가 S-EtOH보다 각각 57.1%, 67.5%씩 유의적으로 증가하였다(P<0.05). Rasmy 등(2012)은 세이지의 DPPH 라디칼 소거 활성을 관찰하여 에탄올 추출물이 물 추출물보다 우수한 라디칼 소거 활성을 보고하였다. Oudjedi 등(2019)은 월계수 잎과 세이지 잎을 물과 에탄올로 추출하여 ABTS를 측정하였을 때 세이지 잎 물 추출물이 가장 높은 활성을 나타내었다고 보고하였다. Lu와 Foo(2001)는 세이지의 용매를 달리하여 DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성을 관찰한 결과 에탄올 추출물이 물 추출물보다 라디칼 소거 활성이 우수하였다고 보고하였다. 이처럼 세이지 관련 추출물 연구는 용매 추출 조건에 따라 서로 다른 항산화 활성이 보고된 바 있으며, 본 연구에서는 세이지 열수 추출물이 라디칼 소거능이 우수한 것으로 나타났다.

Fig. 1. DPPH and ABTS cation radical scavenging activities of sage leaf extracts. (A) DPPH radical scavenging activity, (B) ABTS cation radical scavenging activity. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). **Significant at P<0.01 compared to S-EtOH. ***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH.

세이지 추출물의 TPC 및 FRAP 환원력 비교

S-EtOH와 S-HW의 TPC 및 FRAP의 결과는 Table 1에 나타내었다. TPC 측정 결과로 S-EtOH와 S-HW가 각각 87.1, 124.2 μg tannic acid equivalent/g extract로 S-HW가 S-EtOH보다 유의적으로 42.6% 높았다(P<0.05). 또한 FRAP 측정 결과 S-EtOH와 S-HW가 각각 12,787.1, 19,755.3 μg ascorbic acid equivalent/g extract로 S-HW가 S-EtOH에 비해 환원력이 54.5%만큼 유의적으로 증가하였다(P<0.05). Kowalczyk 등(2012)에 따르면 TPC를 측정한 결과 페퍼민트, 레몬밤 추출물보다 세이지 추출물의 활성이 가장 우수하였으며, Generalić 등(2012)은 계절별 세이지 추출물과 비타민 C를 비교하여 FRAP을 측정하였는데 세이지 추출물 모두 비타민 C보다 25배 이상의 환원력을 나타냈다고 보고하였다. 높은 폴리페놀 함량과 라디칼 소거능에 따른 항산화 활성이 밀접한 상관관계가 있다고 알려진 바 있어(An 등, 2020), 본 연구에서 S-HW가 S-EtOH보다 높은 폴리페놀 함량이 관찰되었고 이에 따라 DPPH, ABTS 양이온 라디칼 소거능에 영향을 미친 것으로 생각된다. 또한 항산화제의 우수한 라디칼 소거 활성과 금속 킬레이트 활성에 영향을 주는 주된 요인으로 폴리페놀 함량의 증가가 보고된 바 있어(Zhang 등, 2022), 본 연구에서 S-HW가 S-EtOH보다 높은 라디칼 소거 활성 및 FRAP 환원력을 보였는데, 이는 TPC 증가에 의한 것으로 생각된다.

Table 1 . TPC and FRAP of sage leaf extracts

SampleTPC1) (μg tannic acid equivalent/g extract)FRAP2) (μg ascorbic acid equivalent/g extract)
S-EtOH3)87.1±0.7124.2±3.5***
S-HW4)12,787.1±150.319,755.3±280.2***

1)Total phenolics contents.

2)Ferric reducing antioxidant power.

3)Sage leaf extracted with 80% EtOH.

4)Sage leaf extracted with hot water.

Each value is mean±SD (n=3).

***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH.



유지에서의 세이지 추출물의 산화안정성 비교

유지에 세이지 추출물을 첨가하여 산화를 유도해 rancimat을 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다. 세이지 추출물을 첨가한 유지를 3일 산화시켜 1일에 한 번씩 CDA, p-AV 및 TBA를 측정한 결과는 Fig. 2에 나타내었다. Rancimat 측정 결과로는 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 각각 유의적으로 34.8, 7.5% 산화 유도 시간이 증가하였다(P<0.05). 초기 산화물인 CDA는 2일 산화 조건에서 대조군보다 S-EtOH와 S-HW가 각각 43.6, 10.9% 유의적으로 더 낮은 수치를 나타내었다(P<0.05). 하지만 3일 산화 조건에서는 S-HW와 대조군과 유의적인 차이가 없었으며, S-EtOH는 대조군보다 CDA가가 증가한 것으로 나타났다. 2차 산화물을 측정하는 p-AV 결과로 2일 산화 조건에서 S-HW는 대조군과 유의적인 차이가 없었으나, S-EtOH가 대조군에 비해 유의적으로 47.1% 감소한 것으로 나타났다(P<0.05). 3일 산화 조건에서 S-EtOH는 대조군에 비해 0.1% 감소하였으나, S-HW는 대조군보다 증가하였다. TBA 결과로 2일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 각각 48.4%, 8.2% 유의적으로 감소하였다(P<0.05). 3일 산화 조건에서는 S-EtOH의 경우에 대조군보다 39.5% 유의적으로 감소하였으며(P<0.05), S-HW는 대조군보다 증가하였다. Upadhyay와 Mishra(2015)의 연구에서 rancimat을 이용하여 유지의 산화 유도 시간을 측정하였을 때 시료를 첨가하지 않은 대조군보다 시료를 처리한 군에서 유도 시간이 높을수록 항산화 활성이 우수하다고 보고하였다. Park 등(2019)의 연구에 따르면 열처리 온도에 따른 왕겨 물 추출물과 에탄올 추출물의 CDA와 p-AV를 비교하였는데, CDA의 경우 시료를 처리하지 않은 대조군과 비교하여 물 추출물과 에탄올 추출물이 유의적인 차이를 보이지 않았으나, p-AV의 경우 대조군에 비해 물 추출물과 에탄올 추출물 모두 우수한 산화안정성을 보였으며 에탄올 추출물이 물 추출물보다 더 낮은 p-AV 값을 나타내었다. Bae 등(2022)의 연구 결과로 다양한 용매의 훼누그릭 종자 분획물을 유지에 첨가하여 CDA, p-AV 및 TBA를 측정한 결과, 산화 기간이 증가함에 따라 초기 산화물을 측정하는 CDA는 대조군보다 증가하였으나 2차 산화물을 측정하는 p-AV와 TBA는 감소하는 경향이 나타났는데, 이는 훼누그릭 종자 분획물이 초기 산화물을 억제하는 데 영향을 주지 않고 2차 산화물을 억제하는 데 영향을 주었다고 보고하였다. 본 연구는 rancimat 결과로 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 모두 유지의 산화 유도 시간이 대조군보다 높았으며, CDA의 경우 3일 산화 조건에서 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 모두 증가하였다. 반면 p-AV와 TBA는 S-EtOH가 S-HW보다 우수한 산화안정성이 나타나 S-EtOH가 초기 산화물보다 2차 산화물 억제에 효과적인 것으로 생각된다.

Fig. 2. Conjugated dienoic acid, p-AV value, and TBA value in bulk oil system with sage leaf extracts. (A) Conjugated dienoic acid, (B) p-AV value, (C) TBA value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.

Table 2 . Induction times determined by the rancimat method

SampleInduction time (h)
Control3.85±0.07c
S-EtOH1)5.19±0.02a
S-HW2)4.14±0.05b

1)Sage leaf extracted 80% EtOH.

2)Sage leaf extracted with hot water.

Each value is mean±SD (n=3).

Different letters are significant at P<0.05.



수중유적형 유화액에서의 세이지 추출물의 산화안정성 비교

세이지 추출물 첨가 유화액을 3일 동안 산화시켜 1일에 한 번 headspace oxygen 함량 및 CDA를 측정한 결과는 Fig. 3에 나타내었다. Headspace oxygen 함량을 측정한 결과, 산화 기간이 증가할수록 대조군은 산소 함량이 점차 감소하는 것으로 나타났지만 S-EtOH와 S-HW는 일정하게 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 3일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW 처리군을 대조군과 비교하였을 때, 유화액 산화 시 소비되는 산소 함량이 두 처리군 모두 대조군에 비해 약 1.5배 억제함을 관찰할 수 있었다. 초기 산화물인 CDA를 측정한 결과로는 산화 기간이 증가할수록 대조군에 비해 S-EtOH와 S-HW 모두 유의적으로 감소하였는데(P<0.05), 3일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW를 대조군과 비교하였을 때 대조군보다 각각 9.4배, 9.8배 낮은 결과를 나타내었다. 이처럼 수중유적형 유화액에서 다양한 추출물 관련 연구를 살펴보면 Oh 등(2015)의 연구에서는 열처리에 따른 겉보리 열수 추출물의 headspace oxygen 함량이 대조군보다 높게 나타났으며 CDA는 대조군보다 낮게 나타났다. Lv 등(2021)의 연구에 따르면 다양한 용매에 따른 모과 추출물의 해바라기유로 제조한 유화액 산화 과정에서 산화 기간이 증가함에 따라 시료를 첨가하지 않은 대조군은 CDA가 증가하였으며, 에탄올 추출물보다 물 추출물이 CDA의 증가를 억제하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 S-EtOH와 S-HW 모두 수중유적형 유화액 산화 과정 중 headspace oxygen 함량 감소를 억제하였으며, 산화물인 CDA 생성은 감소하는 경향이 나타나 세이지 추출물 모두 유화액의 산화를 방지하는 데 효과적인 것을 알 수 있었다.

Fig. 3. Headspace oxygen contents and conjugated dienoic acid in oil-in-water emulsion with sage leaf extracts. (A) Headspace oxygen contents, (B) Conjugated diene value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.

S-HW의 휘발 성분 분석

GC-MS를 이용하여 항산화 및 에멀전 실험에서 우수하였던 S-HW의 휘발 성분을 분석한 결과는 Table 3에 나타내었다. S-HW에서 확인된 휘발 성분 중 camphor이 28.0%, 2-acetoxy-1,8-cineole이 14.9%, bicyclo[3.1.0]hexan-3-one이 12.2%로 가장 많이 검출되었다. 그 외에도 linalool, borneol, caryophyllene, thymoquinone, spathulenol 등이 검출되었다. Camphor은 당뇨 모델 쥐에 투여하였을 때 혈당, 중성지질, 총콜레스테롤 등이 감소하였다고 보고된 바 있다(Ejiofor 등, 2023). Linalool이 풍부한 에센셜오일에서 항균, 항염증, 항암, 항산화 등의 특성이 나타난다고 보고된 바 있으며(Kamatou와 Viljoen, 2008), 세포막을 파괴해 항균 효과를 나타낸다고 보고되었다(An 등, 2021). Borneol은 쥐 경구 및 복강 투여하였을 때 항균, 진통 및 항염증 효과를 나타내었다고 보고된 바 있다(Almeida 등, 2013). Caryophyllene이 항균 및 항암 효과를 나타내며(Dahham 등, 2015), thymoquinone은 강력한 항산화제로 알려져 항염증, 항암, 심혈관 보호, 항당뇨 특성이 나타난다고 보고되었다(Butt 등, 2021; Razavi와 Hosseinzadeh, 2014). 또한 spathulenol도 항산화, 항염증, 항진균 특성이 나타난다고 보고된 바 있다(do Nascimento 등, 2018). 본 연구에서 이러한 휘발 성분의 특성에 의해 S-HW의 항산화 효과에 영향을 준 것으로 생각된다.

Table 3 . Volatile analysis of sage hot water extract by GC-MS

RT1) (min)Volatile compoundsPeak area (106) (%)2)
2.03Acetic acid13.7±7.7(1.0)
5.36cis-3-Hexen-1-ol5.6±1.0(0.4)
7.59α-Pinene4.5±0.3(0.3)
10.72ρ-Cymene10.3±2.9(0.7)
11.092-Acetoxy-1,8-cineole207.7±7.4(14.9)
11.25Benzyl alcohol15.0±1.5(1.1)
12.382-Furanmethanol9.0±1.6(0.6)
13.64Linalool33.0±6.7(2.4)
13.81Bicyclo[3.1.0]hexan-3-one169.7±4.6(12.2)
15.39Camphor390.1±15.9(28.0)
16.18Borneol104.2±11.9(7.5)
16.43L-4-Terpineneol45.3±5.9(3.2)
16.95D-Sylvestrene39.1±7.1(2.8)
18.64Carvone59.6±12.9(4.3)
18.78Thymoquinone10.1±2.3(0.7)
19.87Bornyl acetate13.5±2.1(1.0)
20.305-Isopropyl-2-methylphenol89.7±14.9(6.4)
21.07Chavibetol7.5±1.9(0.5)
21.29Aromadendrene3.5±0.6(0.2)
21.36α-Copaene4.8±0.9(0.3)
21.85Caryophyllene85.7±11.1(6.1)
22.01Spathulenol14.5±2.7(1.0)
22.16Humulene35.8±5.9(2.6)
22.29γ-Muurolene4.0±0.9(0.3)
22.43Ledene10.4±1.5(0.7)
22.63D-Cadinene2.2±0.0(0.2)
23.31β-Gurjunene6.8±1.9(0.5)
Total volatiles1,395.3±133.9(100)

1)Retention time.

2)The number in parenthesis was the percentage of each volatile divided by the total volatiles.


본 연구는 세이지의 열수 추출물(S-HW)과 80% 에탄올 추출물(S-EtOH) 활성을 평가한 결과로, S-HW는 DPPH 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성, TPC, FRAP 평가에서 S-EtOH보다 항산화 활성이 우수하였다. 유지 산화안정성을 측정하기 위해 rancimat을 이용하여 유지의 산화를 유도한 결과로 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 산화가 억제되었으며, 옥수수기름을 100°C에서 3일 산화시켰을 때 1차 산화물을 억제하지 못했지만, S-EtOH가 S-HW보다 2차 산화물을 억제하는 것으로 나타났다. 또한 수중유적형 유화액을 제조하여 S-HW 200 μg/mL 첨가 후 60°C로 3일 동안 산화시킨 결과로 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 산화를 억제하는 것으로 나타났다. 항산화와 유지 및 에멀전 산화 실험 결과로 전반적으로 우수하였던 S-HW의 휘발 성분을 분석하였을 때, camphor, linalool, borneol, caryophyllene, thymoquinone, spathulenol 등의 성분이 검출되었다. 이와 같은 결과로 항산화 활성에서는 S-HW가 우수하였고 유지 산화안정성에서는 S-EtOH가 우수하였으며, 유화액 산화안정성에서는 S-EtOH와 S-HW 모두 우수한 산화 방지 효과가 나타나 세이지 추출물을 유지가공식품에 첨가할 경우 산화를 억제할 수 있어 천연물 기반 항산화 식품 소재로써 활용이 가능할 것으로 판단된다.

본 연구는 2021년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(NRF-2021R1F1A1060533)의 일환으로 수행하였다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52(11): 1111-1118

Published online November 30, 2023 https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.11.1111

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

세이지(Salvia officinalis L.) 추출물의 항산화 활성과 유지 및 수중유적형 유화액 산화안정성 비교

김지은․배지윤․양예린․김미자

강원대학교 식품영양학과

Received: August 18, 2023; Revised: October 21, 2023; Accepted: October 23, 2023

Comparison of the Antioxidant Activity of Sage (Salvia officinalis L.) Extract and Its Oxidation Stability in Bulk Oil and Oil-in-Water Emulsion

Ji-Eun Kim , Ji-Yun Bae , Ye-Rin Yang, and Mi-Ja Kim

Department of Food and Nutrition, Kangwon National University

Correspondence to:Mi-Ja Kim, Department of Food and Nutrition, Kangwon National University, 346, Hwangjo-gil, Dogye-eup, Samcheok, Gangwon 25949, Korea, E-mail: mijakim@kangwon.ac.kr

Received: August 18, 2023; Revised: October 21, 2023; Accepted: October 23, 2023

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

Ethanol (S-EtOH) and hot water (S-HW) extracts of sage (Salvia officinalis L.), a herb, were prepared and their antioxidant activities were evaluated in bulk oil and oil-in-water (O/W) emulsion matrices. Generally, S-HW had significantly higher antioxidant activity than S-EtOH (P<0.05). The 2,2-azino-bis-3-ethylbenzothiazoline-6-sulphonic acid (ABTS) cation radical scavenging activity, total polyphenol content, and ferric reducing antioxidant power reducing power of S-HW were 67.5, 42.6, and 54.5%, respectively, higher than those of S-EtOH. S-EtOH showed a higher antioxidant activity in the bulk oil matrix than S-HW while both extracts retarded the rates of lipid oxidation in the O/W emulsion matrix when compared with samples without the addition of the extracts. The sage extract can be a functional food material when added to oils and fats in processed foods due to its high antioxidant activity. Depending on the matrices and methods, the same extract showed different antioxidant activities, which suggests that the antioxidant properties of natural extracts should be evaluated in real bio-matrices.

Keywords: antioxidant activity, bulk oil, emulsion, oxidation stability, sage extract

서 론

식품에서 발생하는 유지의 산패는 유지가공식품의 저장 과정 중 빈번하게 일어나는 현상으로 이를 해결하는 것이 식품 기술의 주요 관심사이다. 저장 혹은 유통과정에서 산패가 진행된 유지가공식품은 이취와 품질의 저하를 일으키고 2차 화합물이 형성되므로 안정성 저하 문제가 유발된다(Depree와 Savage, 2001). 유지가공식품의 산패를 제어하기 위해 butylated hydroxytoluene, butylated hydroxyanisole, propylene glycol 및 tert-butyl hydroquinone과 같은 합성 항산화제가 사용되고 있으며, 이는 안전성 측면에서 천연 소재에 대한 소비자의 선호도와 천연 항산화제 연구에 관한 관심이 증가하였다(Barlow, 1990; Namiki, 1990; Pokorny, 1991; Triantaphyllou 등, 2001). 이러한 천연 항산화제 연구는 추출한 용매에 따라 생리활성의 차이가 발생할 수 있다고 보고된 바 있다(Matkowski 등, 2008).

세이지(Salvia officinalis L.)는 대표적인 천연 항산화제 소재로 향수와 화장품뿐만 아니라 식품 향료 및 조미료로 사용된다고 알려져 있다(Bruneton, 1999; Tabanca 등, 2006). 또한 세이지 추출물이 국소 항염증 활성을 가지며(Baricevic 등, 2001), 항혈전제(Wanyoike 등, 2004) 및 방부제 활성(Baricevic과 Bartol, 2000)이 보고된 바 있으며, 성분 중 페놀성 화합물의 일부는 항산화 및 저혈당 특성뿐만 아니라 우수한 항균 활성이 보고되었다(Eidi와 Eidi, 2009; Kamatou 등, 2007; Kelen과 Tepe, 2008). 세이지의 주요 항산화 효과는 카르노산, 카르노솔, 로즈마린산 및 장뇌와 같은 활성 화합물의 존재와 관련이 있다고 보고되었으며(Yanishlieva-Maslarova와 Heinonen, 2001), 세이지 추출물은 유지 함유 식품에 사용된다고 알려진 바 있다(Skandamis 등, 2000). 세이지 추출물에 관한 연구는 활발하게 이루어지고 있으나 추출한 용매에 따라 생리활성 차이를 비교한 연구는 부족한 실정이다.

이에 본 연구는 세이지를 80% 에탄올과 열수 추출하여 용매에 따른 항산화 활성과 유지 및 유화액 산화안정성을 비교하여 기능성식품 소재 개발에 활용 가능성을 평가하고자 하였다.

재료 및 방법

재료 및 추출물의 제조

본 연구는 세이지(S. officinalis L., Turkey)를 시중에서 구매하여 분쇄한 원료 20 g과 300 mL의 80% 에탄올을 혼합하여 실온에서 진탕기(RS-1, Jeio Tech)로 6시간 추출하였다(S-EtOH). 또한 분쇄한 원료 20 g과 300 mL의 100°C로 가열한 증류수를 2시간 혼합하여 추출하였다(S-HW). S-EtOH와 S-HW는 Whatman No. 2 filter paper(Whatman Ltd.)로 여과시킨 후 40°C에서 감압 농축하였다. 용매를 제거하여 얻은 추출물은 동결건조(BFD85-F8, Ilshin Biobase)한 후 항산화 활성과 유지 산화 및 유화액에서의 항산화 활성 평가의 시료로 사용하였다.

2,2-Diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거 활성

DPPH 라디칼 소거 활성은 Kim 등(2023)의 방법에 따라 메탄올로 용해한 0.1 mM DPPH(Sigma-Aldrich Co.) 0.75 mL와 추출물 0.25 mL를 혼합하여 30분간 반응시킨 후 517 nm에서 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000, Scinco)로 흡광도를 측정하였다.

2,2′-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline)-6-sulfonic acid(ABTS) 양이온 라디칼 소거 활성 측정

ABTS 양이온 라디칼 소거 활성은 Lee 등(2021)의 방법에 따라 진행하였다. 7 mM ABTS(Sigma-Aldrich Co.) 수용액과 2.45 mM potassium persulfate(Sigma-Aldrich Co.)를 동일한 비율로 혼합하여 ABTS 시약을 제조하였다. ABTS 시약 0.95 mL와 추출물 0.05 mL를 암실에서 6분 동안 반응시켰다. 흡광도 734 nm에서 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 측정하였으며, 이를 라디칼 저해율(inhibition rate, %)로 나타내었다.

Total polyphenol content(TPC) 측정

TPC는 Bae 등(2021)의 방법을 참고하였다. 추출물 0.05 mL, 증류수 0.8 mL, 증류수와 동일한 비율로 혼합한 Folin-Denis(Sigma-Aldrich Co.) 0.05 mL를 균질화하여 5분간 정치하였다. 이후 sodium carbonate(Sigma-Aldrich Co.) 100 μL를 첨가하여 30분 동안 반응시킨 시료를 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 725 nm에서 측정하였다. 표준물질로 tannic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 μg tannic acid equivalent/g extract로 나타내었다.

Ferric reducing antioxidant power(FRAP) 측정

FRAP assay는 Bae 등(2022)의 방법을 변형시켜 300 mM sodium acetate buffer(Sigma-Aldrich Co.) 100 mL, 10 mM 2,4,6-tripyridyl-S-triazine(Sigma Aldrich Co.) 용액 1 mL, 20 mM FeCl3(Sigma-Aldrich Co.)를 1 mL 혼합하여 37°C 수조에서 평형시켜 사용하였다. FRAP 수용액 0.9 mL와 추출물 30 μL를 혼합하여 30분 동안 반응하였다. 그 후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 593 nm에서 측정하였다. 표준물질로 ascorbic acid(Sigma-Aldrich Co.)를 사용하여 μg ascorbic acid equivalent/g extract로 나타내었다.

세이지 추출물 첨가 유지 제조

유지 시료는 세이지 추출물을 dimethyl sulfoxide(DMSO)(Sigma Aldrich Co.)에 녹여 1 mg/mL 농도로 옥수수기름(Ottogi)에 첨가하여 100°C에서 1, 2, 3일간 산화시켰으며, 대조군은 DMSO로 추출물을 대체하였다. 제조된 시료의 보관은 유지의 산화를 방지하기 위하여 냉장 상태를 유지하였다.

Rancimat 분석

Rancimat 분석은 Yang 등(2016)의 방법을 참고하여 실험을 진행하였으며, Rancimat 892(Mertrohm)를 실험에 사용하였다. 시험관에 유지 시료를 3 g씩 분주하여 온도는 120°C, air flow는 20 L/h 속도로 설정하여 측정하였다. 결과는 유도기간으로 나타내었다.

유지 내 conjugated dienoic acid(CDA) 측정

CDA가 측정은 AOCS(2017b)법을 참고하여 유지 시료를 isooctane(Sigma-Aldrich Co.)에 4 mg/mL가 되도록 용해시킨 시료를 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 233 nm에서 측정하였다.

유지 내 p-anisidine value(p-AV) 측정

p-AV가 측정은 AOCS(2017a)법을 참고하여 유지 시료를 4 mg/mL 농도로 isooctane에 용해시키고, acetic acid(Daejung)를 이용해 0.25% p-anisidine(Kantochemical) 용액을 제조하였다. 0.25% p-anisidine 0.3 mL와 isooctane에 분산시킨 시료 1.5 mL를 반응시킨 후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 350 nm에서 측정하였다.

유지 내 2-thiobarbituric acid(TBA) 측정

TBA가는 Asnaashari 등(2015)의 연구를 참고하였다. 증류수 100 mL에 TBA(Sigma Aldrich Co.) 0.67 g을 용해시킨 뒤에 같은 부피의 glacial acetic acid(Daejung)와 섞어 TBA reagent를 제조하였다. Benzene(Daejung) 5 mL를 이용하여 유지 시료 1.5 g을 용해시켰다. 용해된 유지 시료에 TBA reagent 5 mL를 넣고 흔들어 4분 동안 정치하였다. 이후 상층액을 제거하여 100°C 항온 수조에서 30분 동안 반응시켜 흐르는 물에서 냉각하였다. 이후 UV/VIS spectrophotometer(Mega-U6000)로 530 nm에서 측정하였다.

세이지 추출물 첨가 수중유적형 유화액 제조

수중유적형 유화액은 블렌더(HB501, Tefal)를 이용하여 Tween 20(Sigma-Aldrich Co.), 옥수수유, 증류수를 각각 0.25:2.5:97.25 비율로 혼합하여 3분간 NLM 100 Nano Disperser(Young-Jin Co.)를 이용해 균질화하였다(Kim 등, 2017). 그리고 DMSO에 녹인 세이지 추출물을 유화액에 200 μg/mL 농도로 분주하여 혼합한 후 제조한 시료 1 mL를 60°C 오븐에서 1, 2, 3일 동안 산화하였다. 대조군은 추출물을 DMSO로 대체하여 제조하였다.

유화액 headspace oxygen 함량 측정

Headspace oxygen 함량은 gas chromatography-thermal conductivity detector(GC-TCD)(Agilent Technologies Inc.)를 이용하였으며, air-tight syringe를 이용하여 시료의 헤드스페이스 가스 50 μL를 60/80 packed column(3.0 m×2 mm ID; Restek Ltd.)과 TCD가 장착된 GC (Hewlett-Packard 7080, Agilent Technology)로 주입하고 이동상으로는 헬륨 가스를 10 mL/min 속도로 주입하였다(Kim 등, 2010). 오븐, 인젝터, 검출기의 온도는 180°C로 설정하였다.

유화액 내 conjugated diene(CDA) 측정

CDA가 측정은 Mei 등(1998)의 방법을 참고하였다. 시료 120 μL, methanol/1-butanol(2:1, v/v) 2.7 mL를 혼합하여 UV-VIS spectrophotometer(Mega-U600)로 233 nm 흡광도에서 측정하였다.

휘발 성분 분리 및 분석

휘발 성분 분리방법은 Bae 등(2022)의 방법을 참고하여 고체상 미량 추출(solid phase microextraction,SPME)법을 사용하였다. Flame ionization detector가 장착된 GC(Hewlett Packard 6890, Agilent Technology)를 이용하여 휘발 성분을 분리하였다. SPME fiber는 65 μm polydimethylsiloxane/divinylbenzene(Supelco)을 이용하였으며, 고정상으로 HP-5(30 m×0.32 m ID, 0.25 mm film; Agilent Technology) column을 사용하였다. 기기온도는 초기에 50°C에서 2분간 방치한 뒤 120°C로 상승시켰다. 주입기, 검출기 온도는 각각 220, 300°C로 설정하였다. 휘발 성분 동정은 GC-mass spectrometry(MS)(5671A, Agilent Technology)를 이용하였다. 이동상으로 헬륨가스를 0.8 mL/min 속도로 이용하였으며, MS 분석 조건은 70 eV, 220°C ion source 온도를 이용하였다. Mass spectrum library와 retention time으로 휘발 성분을 분석하였다.

통계처리

모든 시료의 분석은 3회 반복하여 결과를 얻었으며 SPSS program(ver 24, SPSS Inc.)을 사용하여 평균±표준편차로 나타내었다. 유의성 검정은 Student’s t-test 및 one-way ANOVA로 분석하여 P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test로 사후검증 하였다.

결과 및 고찰

세이지 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성과 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 비교

S-EtOH와 S-HW의 DPPH 라디칼 소거 활성 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 결과는 Fig. 1에 나타내었다. S-EtOH와 S-HW는 DPPH 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성 모두 농도 의존적으로 증가하는 것을 관찰할 수 있었다. 특히 DPPH 라디칼 소거 활성의 경우 처리농도 50, 100μg/ mL에서 S-HW가 S-EtOH보다 각각 8.4%, 8.0%씩 증가하였으며, ABTS 양이온 라디칼 소거 활성은 S-HW가 S-EtOH보다 각각 57.1%, 67.5%씩 유의적으로 증가하였다(P<0.05). Rasmy 등(2012)은 세이지의 DPPH 라디칼 소거 활성을 관찰하여 에탄올 추출물이 물 추출물보다 우수한 라디칼 소거 활성을 보고하였다. Oudjedi 등(2019)은 월계수 잎과 세이지 잎을 물과 에탄올로 추출하여 ABTS를 측정하였을 때 세이지 잎 물 추출물이 가장 높은 활성을 나타내었다고 보고하였다. Lu와 Foo(2001)는 세이지의 용매를 달리하여 DPPH와 ABTS 라디칼 소거 활성을 관찰한 결과 에탄올 추출물이 물 추출물보다 라디칼 소거 활성이 우수하였다고 보고하였다. 이처럼 세이지 관련 추출물 연구는 용매 추출 조건에 따라 서로 다른 항산화 활성이 보고된 바 있으며, 본 연구에서는 세이지 열수 추출물이 라디칼 소거능이 우수한 것으로 나타났다.

Fig 1. DPPH and ABTS cation radical scavenging activities of sage leaf extracts. (A) DPPH radical scavenging activity, (B) ABTS cation radical scavenging activity. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). **Significant at P<0.01 compared to S-EtOH. ***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH.

세이지 추출물의 TPC 및 FRAP 환원력 비교

S-EtOH와 S-HW의 TPC 및 FRAP의 결과는 Table 1에 나타내었다. TPC 측정 결과로 S-EtOH와 S-HW가 각각 87.1, 124.2 μg tannic acid equivalent/g extract로 S-HW가 S-EtOH보다 유의적으로 42.6% 높았다(P<0.05). 또한 FRAP 측정 결과 S-EtOH와 S-HW가 각각 12,787.1, 19,755.3 μg ascorbic acid equivalent/g extract로 S-HW가 S-EtOH에 비해 환원력이 54.5%만큼 유의적으로 증가하였다(P<0.05). Kowalczyk 등(2012)에 따르면 TPC를 측정한 결과 페퍼민트, 레몬밤 추출물보다 세이지 추출물의 활성이 가장 우수하였으며, Generalić 등(2012)은 계절별 세이지 추출물과 비타민 C를 비교하여 FRAP을 측정하였는데 세이지 추출물 모두 비타민 C보다 25배 이상의 환원력을 나타냈다고 보고하였다. 높은 폴리페놀 함량과 라디칼 소거능에 따른 항산화 활성이 밀접한 상관관계가 있다고 알려진 바 있어(An 등, 2020), 본 연구에서 S-HW가 S-EtOH보다 높은 폴리페놀 함량이 관찰되었고 이에 따라 DPPH, ABTS 양이온 라디칼 소거능에 영향을 미친 것으로 생각된다. 또한 항산화제의 우수한 라디칼 소거 활성과 금속 킬레이트 활성에 영향을 주는 주된 요인으로 폴리페놀 함량의 증가가 보고된 바 있어(Zhang 등, 2022), 본 연구에서 S-HW가 S-EtOH보다 높은 라디칼 소거 활성 및 FRAP 환원력을 보였는데, 이는 TPC 증가에 의한 것으로 생각된다.

Table 1 . TPC and FRAP of sage leaf extracts.

SampleTPC1) (μg tannic acid equivalent/g extract)FRAP2) (μg ascorbic acid equivalent/g extract)
S-EtOH3)87.1±0.7124.2±3.5***
S-HW4)12,787.1±150.319,755.3±280.2***

1)Total phenolics contents..

2)Ferric reducing antioxidant power..

3)Sage leaf extracted with 80% EtOH..

4)Sage leaf extracted with hot water..

Each value is mean±SD (n=3)..

***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH..



유지에서의 세이지 추출물의 산화안정성 비교

유지에 세이지 추출물을 첨가하여 산화를 유도해 rancimat을 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다. 세이지 추출물을 첨가한 유지를 3일 산화시켜 1일에 한 번씩 CDA, p-AV 및 TBA를 측정한 결과는 Fig. 2에 나타내었다. Rancimat 측정 결과로는 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 각각 유의적으로 34.8, 7.5% 산화 유도 시간이 증가하였다(P<0.05). 초기 산화물인 CDA는 2일 산화 조건에서 대조군보다 S-EtOH와 S-HW가 각각 43.6, 10.9% 유의적으로 더 낮은 수치를 나타내었다(P<0.05). 하지만 3일 산화 조건에서는 S-HW와 대조군과 유의적인 차이가 없었으며, S-EtOH는 대조군보다 CDA가가 증가한 것으로 나타났다. 2차 산화물을 측정하는 p-AV 결과로 2일 산화 조건에서 S-HW는 대조군과 유의적인 차이가 없었으나, S-EtOH가 대조군에 비해 유의적으로 47.1% 감소한 것으로 나타났다(P<0.05). 3일 산화 조건에서 S-EtOH는 대조군에 비해 0.1% 감소하였으나, S-HW는 대조군보다 증가하였다. TBA 결과로 2일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 각각 48.4%, 8.2% 유의적으로 감소하였다(P<0.05). 3일 산화 조건에서는 S-EtOH의 경우에 대조군보다 39.5% 유의적으로 감소하였으며(P<0.05), S-HW는 대조군보다 증가하였다. Upadhyay와 Mishra(2015)의 연구에서 rancimat을 이용하여 유지의 산화 유도 시간을 측정하였을 때 시료를 첨가하지 않은 대조군보다 시료를 처리한 군에서 유도 시간이 높을수록 항산화 활성이 우수하다고 보고하였다. Park 등(2019)의 연구에 따르면 열처리 온도에 따른 왕겨 물 추출물과 에탄올 추출물의 CDA와 p-AV를 비교하였는데, CDA의 경우 시료를 처리하지 않은 대조군과 비교하여 물 추출물과 에탄올 추출물이 유의적인 차이를 보이지 않았으나, p-AV의 경우 대조군에 비해 물 추출물과 에탄올 추출물 모두 우수한 산화안정성을 보였으며 에탄올 추출물이 물 추출물보다 더 낮은 p-AV 값을 나타내었다. Bae 등(2022)의 연구 결과로 다양한 용매의 훼누그릭 종자 분획물을 유지에 첨가하여 CDA, p-AV 및 TBA를 측정한 결과, 산화 기간이 증가함에 따라 초기 산화물을 측정하는 CDA는 대조군보다 증가하였으나 2차 산화물을 측정하는 p-AV와 TBA는 감소하는 경향이 나타났는데, 이는 훼누그릭 종자 분획물이 초기 산화물을 억제하는 데 영향을 주지 않고 2차 산화물을 억제하는 데 영향을 주었다고 보고하였다. 본 연구는 rancimat 결과로 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 모두 유지의 산화 유도 시간이 대조군보다 높았으며, CDA의 경우 3일 산화 조건에서 대조군보다 S-EtOH와 S-HW 모두 증가하였다. 반면 p-AV와 TBA는 S-EtOH가 S-HW보다 우수한 산화안정성이 나타나 S-EtOH가 초기 산화물보다 2차 산화물 억제에 효과적인 것으로 생각된다.

Fig 2. Conjugated dienoic acid, p-AV value, and TBA value in bulk oil system with sage leaf extracts. (A) Conjugated dienoic acid, (B) p-AV value, (C) TBA value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.

Table 2 . Induction times determined by the rancimat method.

SampleInduction time (h)
Control3.85±0.07c
S-EtOH1)5.19±0.02a
S-HW2)4.14±0.05b

1)Sage leaf extracted 80% EtOH..

2)Sage leaf extracted with hot water..

Each value is mean±SD (n=3)..

Different letters are significant at P<0.05..



수중유적형 유화액에서의 세이지 추출물의 산화안정성 비교

세이지 추출물 첨가 유화액을 3일 동안 산화시켜 1일에 한 번 headspace oxygen 함량 및 CDA를 측정한 결과는 Fig. 3에 나타내었다. Headspace oxygen 함량을 측정한 결과, 산화 기간이 증가할수록 대조군은 산소 함량이 점차 감소하는 것으로 나타났지만 S-EtOH와 S-HW는 일정하게 유지하는 것을 관찰할 수 있었다. 3일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW 처리군을 대조군과 비교하였을 때, 유화액 산화 시 소비되는 산소 함량이 두 처리군 모두 대조군에 비해 약 1.5배 억제함을 관찰할 수 있었다. 초기 산화물인 CDA를 측정한 결과로는 산화 기간이 증가할수록 대조군에 비해 S-EtOH와 S-HW 모두 유의적으로 감소하였는데(P<0.05), 3일 산화 조건에서 S-EtOH와 S-HW를 대조군과 비교하였을 때 대조군보다 각각 9.4배, 9.8배 낮은 결과를 나타내었다. 이처럼 수중유적형 유화액에서 다양한 추출물 관련 연구를 살펴보면 Oh 등(2015)의 연구에서는 열처리에 따른 겉보리 열수 추출물의 headspace oxygen 함량이 대조군보다 높게 나타났으며 CDA는 대조군보다 낮게 나타났다. Lv 등(2021)의 연구에 따르면 다양한 용매에 따른 모과 추출물의 해바라기유로 제조한 유화액 산화 과정에서 산화 기간이 증가함에 따라 시료를 첨가하지 않은 대조군은 CDA가 증가하였으며, 에탄올 추출물보다 물 추출물이 CDA의 증가를 억제하는 것으로 나타났다. 본 연구에서 S-EtOH와 S-HW 모두 수중유적형 유화액 산화 과정 중 headspace oxygen 함량 감소를 억제하였으며, 산화물인 CDA 생성은 감소하는 경향이 나타나 세이지 추출물 모두 유화액의 산화를 방지하는 데 효과적인 것을 알 수 있었다.

Fig 3. Headspace oxygen contents and conjugated dienoic acid in oil-in-water emulsion with sage leaf extracts. (A) Headspace oxygen contents, (B) Conjugated diene value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.

S-HW의 휘발 성분 분석

GC-MS를 이용하여 항산화 및 에멀전 실험에서 우수하였던 S-HW의 휘발 성분을 분석한 결과는 Table 3에 나타내었다. S-HW에서 확인된 휘발 성분 중 camphor이 28.0%, 2-acetoxy-1,8-cineole이 14.9%, bicyclo[3.1.0]hexan-3-one이 12.2%로 가장 많이 검출되었다. 그 외에도 linalool, borneol, caryophyllene, thymoquinone, spathulenol 등이 검출되었다. Camphor은 당뇨 모델 쥐에 투여하였을 때 혈당, 중성지질, 총콜레스테롤 등이 감소하였다고 보고된 바 있다(Ejiofor 등, 2023). Linalool이 풍부한 에센셜오일에서 항균, 항염증, 항암, 항산화 등의 특성이 나타난다고 보고된 바 있으며(Kamatou와 Viljoen, 2008), 세포막을 파괴해 항균 효과를 나타낸다고 보고되었다(An 등, 2021). Borneol은 쥐 경구 및 복강 투여하였을 때 항균, 진통 및 항염증 효과를 나타내었다고 보고된 바 있다(Almeida 등, 2013). Caryophyllene이 항균 및 항암 효과를 나타내며(Dahham 등, 2015), thymoquinone은 강력한 항산화제로 알려져 항염증, 항암, 심혈관 보호, 항당뇨 특성이 나타난다고 보고되었다(Butt 등, 2021; Razavi와 Hosseinzadeh, 2014). 또한 spathulenol도 항산화, 항염증, 항진균 특성이 나타난다고 보고된 바 있다(do Nascimento 등, 2018). 본 연구에서 이러한 휘발 성분의 특성에 의해 S-HW의 항산화 효과에 영향을 준 것으로 생각된다.

Table 3 . Volatile analysis of sage hot water extract by GC-MS.

RT1) (min)Volatile compoundsPeak area (106) (%)2)
2.03Acetic acid13.7±7.7(1.0)
5.36cis-3-Hexen-1-ol5.6±1.0(0.4)
7.59α-Pinene4.5±0.3(0.3)
10.72ρ-Cymene10.3±2.9(0.7)
11.092-Acetoxy-1,8-cineole207.7±7.4(14.9)
11.25Benzyl alcohol15.0±1.5(1.1)
12.382-Furanmethanol9.0±1.6(0.6)
13.64Linalool33.0±6.7(2.4)
13.81Bicyclo[3.1.0]hexan-3-one169.7±4.6(12.2)
15.39Camphor390.1±15.9(28.0)
16.18Borneol104.2±11.9(7.5)
16.43L-4-Terpineneol45.3±5.9(3.2)
16.95D-Sylvestrene39.1±7.1(2.8)
18.64Carvone59.6±12.9(4.3)
18.78Thymoquinone10.1±2.3(0.7)
19.87Bornyl acetate13.5±2.1(1.0)
20.305-Isopropyl-2-methylphenol89.7±14.9(6.4)
21.07Chavibetol7.5±1.9(0.5)
21.29Aromadendrene3.5±0.6(0.2)
21.36α-Copaene4.8±0.9(0.3)
21.85Caryophyllene85.7±11.1(6.1)
22.01Spathulenol14.5±2.7(1.0)
22.16Humulene35.8±5.9(2.6)
22.29γ-Muurolene4.0±0.9(0.3)
22.43Ledene10.4±1.5(0.7)
22.63D-Cadinene2.2±0.0(0.2)
23.31β-Gurjunene6.8±1.9(0.5)
Total volatiles1,395.3±133.9(100)

1)Retention time..

2)The number in parenthesis was the percentage of each volatile divided by the total volatiles..


요 약

본 연구는 세이지의 열수 추출물(S-HW)과 80% 에탄올 추출물(S-EtOH) 활성을 평가한 결과로, S-HW는 DPPH 및 ABTS 양이온 라디칼 소거 활성, TPC, FRAP 평가에서 S-EtOH보다 항산화 활성이 우수하였다. 유지 산화안정성을 측정하기 위해 rancimat을 이용하여 유지의 산화를 유도한 결과로 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 산화가 억제되었으며, 옥수수기름을 100°C에서 3일 산화시켰을 때 1차 산화물을 억제하지 못했지만, S-EtOH가 S-HW보다 2차 산화물을 억제하는 것으로 나타났다. 또한 수중유적형 유화액을 제조하여 S-HW 200 μg/mL 첨가 후 60°C로 3일 동안 산화시킨 결과로 S-EtOH와 S-HW 모두 대조군보다 산화를 억제하는 것으로 나타났다. 항산화와 유지 및 에멀전 산화 실험 결과로 전반적으로 우수하였던 S-HW의 휘발 성분을 분석하였을 때, camphor, linalool, borneol, caryophyllene, thymoquinone, spathulenol 등의 성분이 검출되었다. 이와 같은 결과로 항산화 활성에서는 S-HW가 우수하였고 유지 산화안정성에서는 S-EtOH가 우수하였으며, 유화액 산화안정성에서는 S-EtOH와 S-HW 모두 우수한 산화 방지 효과가 나타나 세이지 추출물을 유지가공식품에 첨가할 경우 산화를 억제할 수 있어 천연물 기반 항산화 식품 소재로써 활용이 가능할 것으로 판단된다.

감사의 글

본 연구는 2021년도 교육부의 재원으로 한국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업(NRF-2021R1F1A1060533)의 일환으로 수행하였다.

Fig 1.

Fig 1.DPPH and ABTS cation radical scavenging activities of sage leaf extracts. (A) DPPH radical scavenging activity, (B) ABTS cation radical scavenging activity. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). **Significant at P<0.01 compared to S-EtOH. ***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 1111-1118https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.11.1111

Fig 2.

Fig 2.Conjugated dienoic acid, p-AV value, and TBA value in bulk oil system with sage leaf extracts. (A) Conjugated dienoic acid, (B) p-AV value, (C) TBA value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 1111-1118https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.11.1111

Fig 3.

Fig 3.Headspace oxygen contents and conjugated dienoic acid in oil-in-water emulsion with sage leaf extracts. (A) Headspace oxygen contents, (B) Conjugated diene value. S-EtOH: Sage leaf extracted with 80% EtOH, S-HW: Sage leaf extracted with hot water. Each value is mean±SD (n=3). Different letters are significant at P<0.05.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2023; 52: 1111-1118https://doi.org/10.3746/jkfn.2023.52.11.1111

Table 1 . TPC and FRAP of sage leaf extracts.

SampleTPC1) (μg tannic acid equivalent/g extract)FRAP2) (μg ascorbic acid equivalent/g extract)
S-EtOH3)87.1±0.7124.2±3.5***
S-HW4)12,787.1±150.319,755.3±280.2***

1)Total phenolics contents..

2)Ferric reducing antioxidant power..

3)Sage leaf extracted with 80% EtOH..

4)Sage leaf extracted with hot water..

Each value is mean±SD (n=3)..

***Significant at P<0.001 compared to S-EtOH..


Table 2 . Induction times determined by the rancimat method.

SampleInduction time (h)
Control3.85±0.07c
S-EtOH1)5.19±0.02a
S-HW2)4.14±0.05b

1)Sage leaf extracted 80% EtOH..

2)Sage leaf extracted with hot water..

Each value is mean±SD (n=3)..

Different letters are significant at P<0.05..


Table 3 . Volatile analysis of sage hot water extract by GC-MS.

RT1) (min)Volatile compoundsPeak area (106) (%)2)
2.03Acetic acid13.7±7.7(1.0)
5.36cis-3-Hexen-1-ol5.6±1.0(0.4)
7.59α-Pinene4.5±0.3(0.3)
10.72ρ-Cymene10.3±2.9(0.7)
11.092-Acetoxy-1,8-cineole207.7±7.4(14.9)
11.25Benzyl alcohol15.0±1.5(1.1)
12.382-Furanmethanol9.0±1.6(0.6)
13.64Linalool33.0±6.7(2.4)
13.81Bicyclo[3.1.0]hexan-3-one169.7±4.6(12.2)
15.39Camphor390.1±15.9(28.0)
16.18Borneol104.2±11.9(7.5)
16.43L-4-Terpineneol45.3±5.9(3.2)
16.95D-Sylvestrene39.1±7.1(2.8)
18.64Carvone59.6±12.9(4.3)
18.78Thymoquinone10.1±2.3(0.7)
19.87Bornyl acetate13.5±2.1(1.0)
20.305-Isopropyl-2-methylphenol89.7±14.9(6.4)
21.07Chavibetol7.5±1.9(0.5)
21.29Aromadendrene3.5±0.6(0.2)
21.36α-Copaene4.8±0.9(0.3)
21.85Caryophyllene85.7±11.1(6.1)
22.01Spathulenol14.5±2.7(1.0)
22.16Humulene35.8±5.9(2.6)
22.29γ-Muurolene4.0±0.9(0.3)
22.43Ledene10.4±1.5(0.7)
22.63D-Cadinene2.2±0.0(0.2)
23.31β-Gurjunene6.8±1.9(0.5)
Total volatiles1,395.3±133.9(100)

1)Retention time..

2)The number in parenthesis was the percentage of each volatile divided by the total volatiles..


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