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서 론
포도는 갈대나무목 포도과에 속하는 덩굴성과수로 포도과에는 11속 약 700여종이 알려져 있다. 우리나라의 포도 재배 지역은 최저 온도가 섭씨 15도 이상인 지역으로 경산, 영동, 영천, 천안 및 안성 등에 분포되어 있으며, 국내 생산량은 연간 40만 톤에 이르고 있다(1). 포도는 주로 식용으로 이용되고 음료, 주류가공 등으로 이용되고 있으며 특히 포도주는 전 세계적으로 소비되고 있는 대중적인 알코올음료로 포도주의 페놀성분은 심장질환, 암, 노화 및 동맥경화와 같은 만성적인 질병은 지연, 예방하는 효과가 있다고 알려져 있다(2).
포도의 가공 중 발생되는 포도씨는 포도 중량의 3~5%를 차지하고 있으며, 포도씨에는 flavan-3-ol 형태의 화합물이 C4-C6에 결합된 폴리페놀을 함유하고 있어 혈관계 질환(1,3)을 예방할 뿐 아니라 자유라디칼 소거와 과산화 이온 형성의 저하에 관여하여 항산화작용, 항균작용 등 여러가지 생리활성을 지니는 것으로 알려져 있다(4). 포도씨에는 항산화 활성과 라디컬 소거능이 보고되어있지만 이러한 기능적 우수성에도 불구하고 포도씨의 대부분은 가공과정에서 버려져 이용되지 못하고 있다.
건조는 수분을 제거하는 가공조작의 하나로 건조 중 갈변 및 영양소의 파괴로 인한 품질 저하를 초래 할 수 있다. 열풍건조의 경우는 신속하고 균일하게 건조가 이루어져 경제적이긴 하지만 수분손실에 기인된 수축현상, 빠른 건조에 의한 재수화 시 낮은 복원율, 갈색화 반응으로 인한 색상변화, 조직감, 맛 및 영양가 저하 등의 문제점이 동반된다(5). 이러한 문제점을 개선하기 위해서 다양한 건조방법들이 시도되고 있어 건조방법에 따른 유용성분의 활성변화를 알아볼 필요가 있다.
이러한 연구의 일환으로 건조 및 가공방법에 따른 Campbell Early 종의 포도에서 폴리페놀, 플라보노이드 함량 및 항산화능의 차이가 나타나는 것으로 보고되어 있어 이들의 자원화를 통한 고부가 가치 가공품 개발에 가능성을 제시한 바 있다(6). 포도에 대한 대부분의 연구가 포도 과육 및 껍질에 국한되어 있어 포도씨에 대한 이용 및 연구는 불용자원을 이용하여 새로운 항산화 활성을 갖는 기능성 성분을 효과적으로 추출함으로서 천연자원을 이용한 기능성식품 소재의 개발이 가능할 것으로 생각된다.
따라서 본 연구에서는 포도씨의 이용가치를 향상시키기 위하여 동결건조, 적외선건조, 열풍건조 및 천일건조를 조건으로 하여 포도씨의 항산화 활성을 비교하여 가장 효과적인 건조방법을 제시하고, 기능성 식품 소재를 개발하는 기초자료로 활용하고자 한다.
재료 및 방법
본 실험에서 사용된 포도씨는 2014년 9월에 경북 영천에서 수확한 MBA(Muscat Bailey A) 품종을 선정하여 포도씨를 분리하여 깨끗이 세척한 후 4℃ 냉장 보관하면서 실험에 사용하였다.
동결건조는 freeze dryer(FD SFDSM12, Samwon, Changwon, Korea)로 건조하였으며, 적외선건조는 infrared dryer(IRD-250, Woori Sci, Daejeon, Korea)를, 열풍건조는 hot air dryer(OF-22GW, Jeitec., Daejeon, Korea)를 각각 이용하여 60℃에서 일정한 수분함량까지 건조하였다. 천일건조는 통풍이 잘되는 곳에서 일광에 노출시켜 8~10일간 건조하였으며, 각각의 건조물은 균질기(Nihonseili, Kaisha Ltd., Yamazaki, Japan)를 사용하여 40 mesh로 분쇄한 후 분말을 제조하여 실험에 사용하였다.
건조 방법별 포도씨의 에탄올 추출물을 얻기 위하여 각각 건조된 분말 시료를 70% 에탄올 용매에 1:8의 비율로 넣고 60℃의 맨틀 상에서 3시간씩 3회 반복 추출한 후 Whatman No. 1여과지로 여과하였다. 다음 rotary vaccum evaporator(rotary vacuum evaporator N-N series, Eyela, Tokyo, Japan)로 감압농축한 후에 동결건조(FD SFDSM12, Samwon, Changwon, Korea)하여 분말 시료를 제조하여 실험에 사용하였다. 각 추출물들의 수율(%)은 추출액을 동결 건조시켜 건물 중량을 구한 다음 추출액 조제에 사용한 원료 건물량에 대한 백분율로 계산하였다.
색도는 색차계(CR-200, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter 값인 L*(명도, lightness), a*(적색도, redness), b*(황색도, yellowness) 및 H°(hue angle value)를 측정하였다.
Dewanto 등(7)의 방법에 따라 시료 100 μL에 2% sodium carbonate 2 mL과 50% Folin-Ciacalteu reagent 100 μL을 가한 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였으며 gallic acid (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.
Saleh와 Hameed(8)의 방법에 따라 시료 100 mL에 5% sodium nitrite 0.15 mL을 가한 후 25℃에서 6분간 방치한 다음 10% aluminium choloride 0.3 mL를 가하여 25℃에서 5분간 방치하였다. 다음 1 N NaOH 1mL를 가하고 vortex상에서 가한 후 510 nm에서 흡광도를 측정하였으며 rutin hydrate(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.
Vanillin-sulfuric acid법(9)에 따라 시료 200 μL에 1.2% vanillin 용액 500 μL와 20% sulfuric acid 500 μL를 혼합하여 20 분간 방치한 후 500 nm에서 흡광도를 측정하였으며 (+)-catechin(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.
Blois(10)의 방법에 따라 시료 0.2 mL에 0.4 mM DPPH (1,1diphenyl-2-picryl-hydrazyl)용액 0.8 mL를 가하여 10분간 방치 한 다음 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 계산식, electron donating ability(%)=100-[(OD of sample/OD of control)×100]에 의하여 활성도를 산출하였다.
Saeedeh와 Asna(11)의 방법에 따라 시료 1 mL에 0.2 M phosphate buffer(pH 6.6) 2.5 mL와 1% potassium ferricyanide 용액 2.5 mL를 가한 후 50℃에서 30분간 반응시켰다. 다음에 10% trichloroacetic acid(TCA) 용액 2.5 mL를 가한 후 1,650×g에서 10분간 원심분리 하였으며, 상징액 2.5 mL에 증류수 2.5 mL와 0.1% FeCl3 용액 0.5 mL를 가한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다.
Re 등(12)의 방법에 따라 7.4 mM ABTS[2,2'-azino- bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt]와 2.6 mM potassium persulfate를 혼합하여 하루 동안 암소에 방치하여 ABTS+ radical을 형성시킨 다음 실험 직전에 ABTS 용액을 732 nm에서 흡광도가 0.700±0.030이 되도록 phosphate buffer saline(PBS, pH 7.4)로 희석하여 사용하였다. 희석된 용액 950 μL에 추출물 50 μL를 가하여 암소에서 10분간 반응시킨 후 732 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 계산식, ABTS radical scavenging ability(%)=100-[(OD of sample/OD of control)×100]에 의하여 활성을 산출하였다.
결과 및 고찰
건조방법에 따른 포도씨의 70% 에탄올 추출 수율 및 색도는 Table 1과 같다. 수율은 GSFD(ethanol extract of grape seed with freeze drying), GSIR(ethanol extract of grape seed with infrared drying), GSHD(ethanol extract of grape seed with heat air drying) 및 GSSD(ethanol extract of grape seed with sun drying)가 각각 4.53%, 6.71% 6.91% 5.55%로 열풍건조가 가장 높은 수율을 나타내었고 동결건조에서 가장 낮은 수율을 나타내었다. 포도씨 추출물의 색도측정 결과 L*값은 열풍건조가 54.25로 가장 높게 나타났으며, 적외선 건조가 45.73으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 적색도를 나타내는 a*값은 적외선 건조가 가장 높게 나타나 적외선 건조 시 발생되는 높은 온도와 적외선 파장이 포도씨의 갈변에 영향을 끼친 것으로 사료된다.
1)Abbreviations: GSFD, ethanol extract of grape seed with freeze drying; GSIR, ethanol extract of grape seed with infrared drying; GSHD, ethanol extract of grape seed with heat air drying; GSSD, ethanol extract of grape seed with sun drying.
2)Values are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column indicate significant differences (p<0.05).
건조방법에 따른 포도씨 추출물의 총 폴리페놀, 플라보노이드 및 프로안토시아니딘의 함량은 Table 2에 나타내었다. 포도씨 추출물의 폴리페놀 함량 측정 결과, GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD의 폴리페놀 함량은 100 g당 각각 30.09 g, 23.65 g, 25.84 g 및 27.47 g로 동결건조에서 가장 높은 함량을 나타내었고, 천일건조, 열풍건조, 적외선 건조 순으로 나타났다. 반면 플라보노이드 함량은 각각 7.68 g, 6.45 g, 7.33 g, 7.59 g으로 동결건조, 열풍건조, 천일건조에서 높은 함량을 나타내었고 적외선 건조에서 가장 낮은 함량을 나타내었다. 현재까지 약 4,000여종이 알려져 있는 플라보노이드류는 항산화 작용, 순환기계 질환의 예방, 항염증, 항 알레르기, 항균, 항바이러스, 지질저하작용, 면역증강 작용, 모세혈관 강화작용 등의 효능을 나타내는 것으로 알려져 있으며 건조방법에 따라 그 함량에 차이가 있다고 보고된 바 있다(13). 총 폴리페놀과 플라보노이드 함량에서 동결건조와 천일건조가 다른 건조방법에 비해서 비교적 높은 함량을 나타내었는데, 적외선 건조와 열풍건조의 높은 온도에 의해 페놀화합물이 파괴된 것으로 사료되며 이는 Hwang 등(14)의 건조방법에 따른 아로니아 열수 추출물의 폴리페놀 화합물이 동결건조에서 가장 높은 함량을 나타낸 것과 일치하는 결과를 나타내었다. 프로안토시아니딘은 자연적으로 발생하는 polyphenlic biofabonoid로서 과일, 채소, 견과류, 종실, 꽃, 나무 껍질에 존재하며 특히 포도와 많이 함유되어 있다. 포도씨로부터 얻은 프로안토시아니딘은 항산화 작용, 심장질환 예방, 종양예방, 항 박테리아, 항 바이러스, 그리고 항염증을 포함한 생물학적 그리고 약리학적 활성의 넓은 범위의 연구가 행해지고 있다. 프로안토시아니딘 함량에서는 GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD가 100 g당 각각 18.29 g, 13.94 g, 12.6 g 및 7.30 g이 검출되었으며, 동결건조가 가장 높은 함량을 나타내었고 적외선건조, 열풍건조, 천일건조 순으로 나타났다. 이는 열처리시 페놀성 화합물이 변형되어 그 함량이 감소한 것으로 판단된다(15).
1)GSFD, ethanol extract of grape seed with freeze drying.
2)GSIR, ethanol extract of grape seed with infrared drying.
3)GSHD, ethanol extract of grape seed with heat air drying.
4)GSSD, ethanol extract of grape seed with sun drying.
5)GAE, gallic acid equivalents.
6)RHE, rutin hydrate equivalents.
7)CE, catechin hydrate equivalents.
8)Values are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a row indicate significant differences (p<0.05).
GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD의 전자공여활성을 천연 및 인공 항산화제로 알려진 AA(L-ascorbic acid), BHA (butylated hydroxyanisole), BHT(butylated hydroxytolune)와 비교한 결과는 Table 3과 같다. 50 μg/mL의 낮은 농도에서는 건조 방법별 유의적인 차이는 없었으나 농도가 증가함에 따라 활성은 비례적으로 증가하였다. 500 μg/mL의 농도에서 GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD의 전자공여 활성은 각각 88.71%, 52.62%, 65.20%, 65.22%로 동결건조가 적외선건조, 열풍건조 및 천일건조에 비하여 유의적으로 높은 활성을 나타내었다. 이와 같은 결과는 약용식물류의 총 페놀 함량과 항산화 활성의 상관관계에서 폴리페놀의 함량이 높을수록 항산화 활성이 높다는 보고(16)로 미루어 볼 때, 건조방법에 따른 포도씨 추출물의 전자공여능이 페놀류에 기인하여 항산화 활성을 나타내며, 총 폴리페놀 함량이 높을수록 DPPH 라디칼 소거활성도 높다는 Choi 등(17)의 보고와 일치하는 결과를 나타내었다. 또한 50 μg/mL의 농도에서 대조군인 AA 및 BHA는 각각 97.82% 및 82.61%로 동일농도의 실험군에 비하여 높은 활성을 나타내었지만 포도씨 추출물의 농도가 증가함에 따라 그 활성 역시 증가하기 때문에 기능성 소재로써의 활용도는 높을 것으로 사료되며, 특히 동결건조의 경우 50 μg/mL의 농도에서 23.50%로 BHT(20.96%)보다 우수한 활성을 나타내어 동결건조 포도씨 추출물의 경우 우수한 천연 항산화제로서의 기능을 할 것으로 판단된다.
1)Abbreviations: GSFD, ethanol extract of grape seed with freeze drying; GSIR, ethanol extract of grape seed with infrared drying; GSHD, ethanol extract of grape seed with heat air drying; GSSD, ethanol extract of grape seed with sun drying.
2)AA, L-ascorbic acid; BHA, butylated hydroxyanisole; BHT, butylated hydroxytolune.
3)Values are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column (a-c) and row (A-C) indicate significant differences (p<0.05).
GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD의 환원력을 측정한 결과는 Table 4와 같다. 환원력을 측정하는 방법은 항산화제 물질이 electron이나 hydrogen을 제공할 수 있는 능력을 측정하기 위해 널리 이용되고 있다(18). 본 연구에서 건조방법에 따른 포도씨 추출물의 환원력은 농도가 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 보였으며, 500 ppm 농도에서 동결건조한 포도씨 추출물의 환원력이 다른 건조방법에 비하여 높게 나타났다. 이는 동결건조에 의해 총 페놀, 플라보노이드 및 안토시아니딘 함량이 다른 건조방법에 비해 더 높게 나타난 것과 연관성을 가지고 있는 것으로 판단된다(14). 또한 흰민들레 부위별 건조방법에 따른 항산화 활성 비교 등의 연구(19) 에서 폴리페놀 화합물의 함량이 증가함에 따라 항산화 활성이 증가한다는 연구결과와 일치하였다.
1)Abbreviations: GSFD, ethanol extract of grape seed with freeze drying; GSIR, ethanol extract of grape seed with infrared drying; GSHD, ethanol extract of grape seed with heat air drying; GSSD, ethanol extract of grape seed with sun drying.
2)AA, L-ascorbic acid; BHA, butylated hydroxyanisole; BHT, butylated hydroxytolune.
3)Values are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column (a-d) and row (A-B) indicate significant differences (p<0.05).
ABTS와 potassium persulfate와의 반응에 의해 생성된 ABTS radical(ABTS+·)은 시료에 함유된 항산화성 물질의 항산화력에 의해 전자를 받아 무색의 물질로 환원시키며, 소수성과 친수성 시료 모두에 적용 가능하다(20). 포도씨의 건조방법에 따른 ABTS radical 소거활성을 살펴보면, 50 μg/mL GSFD가 42.29%로 가장 높은 ABTS 활성을 나타내었으며, 다른 건조방법에서는 유의적인 차이가 나타나지 않았으나 농도가 증가함에 따라 그 활성도 비례적으로 증가하여 전자공여능의 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 반면 합성 항산화제인 대조군 AA, BHA 및 BHT와 비교하였을 때 낮은 활성을 나타내었으나 동결건조의 경우 활성이 42.29%로 동결건조 포도씨 추출물이 천연 50~100 μg/mL의 농도에서는 동결건조, 적외선건조 및 열풍건조가 천일건조에 비하여 월등히 높은 활성을 나타내었으나 동결건조의 경우 100 μg/mL의 농도에서 활성이 81.50%로 포도씨 추출물이 인체에 무해한 천연물임을 감안하면, AA, BHA 및 BHT와 같은 합성항산화제를 대체 할 수 있는 기능성 소재로서의 활용가치가 있다고 사료된다.
1)Abbreviations: GSFD, ethanol extract of grape seed with freeze drying; GSIR, ethanol extract of grape seed with infrared drying; GSHD, ethanol extract of grape seed with heat air drying; GSSD, ethanol extract of grape seed with sun drying.
2)AA, L-ascorbic acid; BHA, butylated hydroxyanisole; BHT, butylated hydroxytolune.
3)Values are means±SD of triplicate determinations. Different superscripts within a column (a-c) and row (A-C) indicate significant differences (p<0.05).
요 약
가공부산물로 버려지는 포도 부산물의 활용 및 생리활성 소재으로서의 개발 가능성을 알아보고자 건조 방법에 따른 포도씨 추출물에 대한 생리활성을 측정하였다. 열풍건조(6.91%)와 적외선건조(6.71%)가 가장 높았고, 색도는 적외선건조가 다른 건조방법에 비해 L* 값은 낮고 a* 값 및 b* 높은 경향을 나타내었다. 폴리페놀과 프로안토시아니딘 함량은 동결건조가 가장 높게 측정되었으며, 플라보노이드 함량은 건조방법 따른 유의적인 차이는 없었으나 동결건조가 가장 높은 함량을 나타내었다. 500 μg/mL의 농도에서 GSFD, GSIR, GSHD 및 GSSD 의 전자공여 활성은 각각 88.71%, 52.62%, 65.20% 및 65.22%로 동결건조가 다른 건조방법에 비하여 유의적으로 높은 활성을 나타내었고, 환원력과 ABTS 라디칼 소거활성에서도 전자공여 활성과 유사한 결과를 나타내었다. 이러한 결과를 종합해 볼 때 동결건조 포도씨 추출물이 적외선건조, 열풍건조 및 천일건조에 비해 소재 활용가치가 높을 것으로 사료되며, 천연항산화제 및 기능성 증진을 위한 소재로 이용 가능할 것으로 판단된다.
