열풍건조 온도에 따른 고구마 잎 메탄올 추출물의 항산화 효과

본 실험에 사용한 고구마는 농촌진흥청에서 육성한 품종 으로 잎자루용으로 많이 이용되는 ‘신미’와 보라색을 띄고 있는 ‘하얀미’ 품종을 사용하였다. 농촌진흥청 국립식량과 학원 바이오 에너지 작물연구소의 비닐하우스 육묘상에서 자란고구마잎을2014년8월에수확하여시료로사용하였다.

잎을 세척하고 40℃에서 8시간, 50℃에서 5.5시간, 60℃ 에서 3시간, 70℃에서 2시간 풍속 1 m/sec인 drying oven (DS-541, Kett Engineering, Tokyo, Japan)으로 열풍건조한 후 분쇄기(MCH-309, Dongyang Magic, Seoul, Korea)를 이 용하여 분쇄하고, -20℃의 냉동고에 보관하면서 실험에 사 용하였다.

항산화 물질 함량 및 항산화 활성을 측정하기 위하여 분말시료 4 g을 80% methanol 100 mL를 가하여 플라스크에 붓고 입구를 봉한 다음 진탕기(DS-300L, Dasol Scidentific Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 상온에서 150 rpm 조건 에서 24시간 추출하고, 원심분리기(Union 32R Plus, Hanil Science Industrial, Seoul, Korea)를 사용하여 3,000 rpm에서 30분간 원심분리한 다음 상등액을 취하여 실험에 사용하 였다.

총 탄닌 함량은 Urve 등(8)의 방법을 변형하여 측정하였 다. 각 추출물 0.5 mL에 1% K₃F₃(CN)₆ 1 mL와 1% FeCl₃ 1 mL를 첨가한 다음 혼합하여 5분 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였다. Tannin acid(Samchun Pure Chemical Co., Pyeongtaek, Korea)를 표준물질로 검량선을 작성한 후 탄닌 함량을 정량하였다.

각 추출물 0.5 mL, diethylene glycol(Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd., Siheung, Korea) 5 mL, 1 N NaOH 0.5 mL을 첨가한 다음 혼합하여 30℃의 항온수조(WMB-311, Dahan Scientiric Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 1시간 반응시 킨 후 spectrophotometer(CART-100 Conc, Varian, Australia) 를 사용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다(9). Quercetin (Sigma Chemical Co, St. Louis, MO, USA)을 표준물질로 검량선을 작성한 후 플라보노이드 함량을 정량하였다.

시료 1g과 80% methanol 24 mL를 플라스크에 붓고 입구 를 봉한 다음 진탕기(DS-300L, Dasol Scidentific Co., Ltd., Seoul, Korea)을 이용하여 상온, 150 rpm 조건에서 24시간 추출하고, 원심분리기로 3,000 rpm에서 30분간 처리한 다 음 상등액을 실험에 사용하였다. 총 폴리페놀함량 측정에 는 Lee 등(10)의 방법을 변형하여 사용하였다. 추출물 100 μL에 증류수 900 μL, 2 N Folin-Dennis 500 μL에 20% Na₂CO₃ 2.5 mL를 가한 후 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 후 실온에 20분 반응한 다음 spectrophotometer(CART-100 Conc, Varian)를 사용하여 735 nm에서 반응액의 흡광도 값을 측정하였다. 표준물질로 gallic acid를 사용하여 검량 선을 작성하였으며, 시료 g 중의 mg gallic acid로 나타내었다.

1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) 라디칼 소거활성은 Blois(11)의 방법으로 측정하였다. 메탄올 시료 1 mL에 200 μm DPPH 2.5 mL를 넣고, 실온에 10분간 방치 후 517 nm에 서 측정하였다. DPPH 라디칼 소거활성은 시료 용액의 첨가 군과 무첨가군 사이의 흡광도 차이를 백분율로 나타내었다.

ABTS 라디칼 소거능은 Kriengsak 등(12)의 방법을 변형 하여 측정하였다. 7.4 mM ABTS 용액에 2.6 mM potassium persulfate를 동량으로 혼합하여 암소에서 약 24시간 반응시 킨 후 ABTS free radical이 생성된 ABTS 용액을 99.9% methanol로 희석하여 734 nm에서 흡광도 값이 1.5±0.1가 되도록 조절하였다. ABTS radical이 생성된 ABTS 용액 5 mL와 시료 0.1 mL를 혼합하여 7분간 반응시킨 후 700 nm에 서 흡광도를 측정하였다. 결과 값은 아래의 식에 의해 나타 내었다.

아질산염 소거능은 Kato 등(13)의 방법을 변형하여 측정 하였다. 1 mM NaNO₂ 용액 1 mL에 시료 1 mL를 가하고 0.1 N HCl로 반응용액을 pH 1.2로 조정한 후 전체량을 10 mL로 만들어 이 용액을 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응액1 mL에Griess 시약(1% sulfanilic acid:1% naphthylamine= 1:1) 0.4 mL, 2% acetic acid 5 mL를 혼합시켜 15분간 실온에 방치시킨 후 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. 아질산염 소거작용은 시료를 첨가한 경우와 첨가하지 않은 경우를 백분율로 나타내었다.

탄닌은 차의 가장 중요한 성분의 하나로 차의 맛, 향기 및 색에 깊이 관여하며, 여러 가지 생리작용을 가지는 성분 으로 알려져 있다(14). 열풍건조 온도에 따른 고구마 잎의 탄닌 함량 변화는 Table 1과 같다. 40℃에서 신미는 10.87 mg/g, 하얀미는 12.37 mg/g으로 높았고, 70℃에서 신미는 7.28 mg/g, 하얀미는 8.26 mg/g으로 감소하였다. 품종 간에 는 하얀미에서 보다 높은 것으로 나타났다. 이는 시판녹차 의 탄닌 함량이 106.4 mg/g 이라는 보고(15)와 일반 엽차의 평균 탄닌 함량이 128.8 mg/g 이라고 보고한(16) 결과 보다 낮은 함량이었고, Lee 등(17)의 연구에서 열풍건조한 오미 자의 탄닌 함량이 4.17 mg/g 보다는 높았다. Kim과 Kim(18) 은 동결건조에 비해 열풍건조에서 탄닌 함량이 감소하였 다. 이는 고온처리에 의하여 탄닌 성분의 변성이 일어난 것으로 생각된다고 하였다. 본 실험에서도 40℃에서 탄닌 함량이 가장 많았으며, 이는 고구마 잎에 의한 갈색화 반응 으로 인하여 폴리페놀 화합물이 형성됨으로써 총 탄닌의 함량에 영향을 끼친 것으로 생각된다. 그러므로 열풍건조 에서 가장 낮은 온도인 40℃가 적당한 것으로 판단된다.

천연물의 플라보노이드는 페놀성 물질의 함량에 비례하 여 전자공여능 등의 항산화 활성이 증가한다는 많은 연구 보고에 따르면 페놀성 물질은 천연물의 항산화작용 효과 검증의 지표라고 할 수 있다(19). 건조온도에 따른 고구마 잎에 대한 총 플라보노이드 함량 측정 결과는 Table 1과 같다. 40℃에서 신미는 55.18 mg/g, 하얀미는 55.37 mg/g으 로 많았으며, 70℃에서 신미는 25.21 mg/g, 하얀미는 39.63 mg/g으로 감소되었다. 품종 간에는 유의적 차이가 나타나 지 않았다. Kwak 등(20)의 연구에 따르면 고구마 잎을 데친 후 동결건조하여 분석한 결과 44.55 mg/g 이었다고 보고하 였다. 40℃와 50℃에서 높았으며, 60℃와 70℃에서는 이보 다 낮았다. 본 연구에서는 열풍건조 시 낮은 온도인 40℃에 서 총 플라보노이드 함량이 가장 높았다.

건조 온도에 따른 고구마 잎의 총 폴리페놀 함량 측정 결과는 Table 1과 같다. 총 폴리페놀 함량은 40℃에서 신미 는 69.98 mg GAE/g, 하얀미는 85.10 mg GAE/g으로 가장 많았고, 70℃에서 신미는 27.93 mg GAE/g, 하얀미는 38.75 mg GAE/g로 가장 적었다. 품종 간에는 하얀미가 신미보다 함량이 많았다. Li(21)가 보고한 50℃에서 열풍건조한 14품 종의 고구마 잎 총 폴리페놀 함량이 46.26~85.10 mg GAE/g 과 유사한 결과를 보였다. 본 연구에서는 건조온도가 높을 수록 총 폴리페놀 함량이 감소되었고 40℃에서 함량이 가장 많았다. 즉 낮은 온도에서 건조하는 방법이 페놀성 물질을 많이 함유하여 보다 효과적인 것으로 판단된다.

DPPH assay는 수소 공여체를 측정할 수 있는 방법으로 페놀성 화합물, 방향족 아민류 및 아스코르빈산 등에 의해 수소나 전자를 받아 환원되어 보라색이 탈색되는 원리를 이용한 방법으로 항산화 물질을 탐색하기 위해 많이 이용되 며 비교적 간단하고 짧은 시간 내에 항산화 활성을 측정할 수 있어 널리 사용되고 있다(22). 건조온도에 따른 고구마 잎에 대한 DPPH 라디칼 소거활성에 의한 항산화활성을 측정한 결과는 Table 2와 같다. Fig. 1과 같이 40℃에서 신미 는 84.33%, 하얀미는 85.25%로 높았고, 70℃에서 신미는 70.70%, 하얀미는 80.22%로 감소하였다. 특히 신미에서 온도별 차이가 크게 나타났으며, 하얀미가 신미보다 높게 나타났다. Chang과 Kim(23)은 항산화활성은 가열처리했을 경우 비타민 C와 같이 열에 약한 항산화물질이 파괴됨으로 써 일반적으로 그 효능이 감소된다고 하였는데, 본 실험에 서도 건조온도가 높을수록 항산화 활성이 상대적으로 낮은 결과를 보였다. 즉 항산화활성 측면에서도 40℃가 적당한 것으로 판단된다.

Fig. 1. DPPH radical scavenging activity of sweet potato leaves at var ious drying temperatures. Means±SD (n=3) in a row followed by same letter are not significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05).

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ABTS 유리기 소거법은 극성과 비극성 시료의 소거 활성 을 모두 측정할 수 있으므로 DPPH 유리기 소거법보다 적용 범위가 넓다(24). 또한 DPPH는 free fadical, ABTS는 cation 유리기이므로 기질의 특성이 서로 다르다. 건조온도에 따 른 고구마 잎에 대한 ABTS 라디칼 소거능 측정 결과는 Table 2와 같다. Fig. 2와 같이 40℃에서 신미는 90.86%, 하얀미는 96.12%로 높았으며, 70℃에서 신미는 64.42%, 하 얀미는 82.80%으로 감소하였다. 신미보다 하얀미가 더 높은 것으로 나타났다. 본 연구 결과 낮은 온도에서 DPPH 및 ABTS radical 소거능이 높은 것을 알 수 있었다. 이는 열풍건조 과정에서 장시간 동안 열을 받으면서 유효성분이 파괴되어 나타나는 현상이라 판단된다. Jeong 등(25)의 연 구에서도 가시오가피의 DPPH 유리 라디칼 소거활성은 열 풍건조보다 동결 건조방식이 우수하였고 건조온도에 따라 유효성분 함량 및 항산화능에 직접적인 영향을 끼친다고 하여 본 연구와 비슷한 연구 결과를 보였다. 이는 온도에 의해 영향을 받는 것으로 생각되어지며 본 연구에서는 40℃ 가 ABTS 라디칼 소거능이 높은 것을 보아 40℃가 가장 적당한 것으로 판단된다.

Fig. 2. ABTS radical scavenging activity of sweet potato leaves at various drying temperatures. Means±SD (n=3) in a row followed by same letter are not significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05).

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아질산염 소거작용은 체내외에서 효소작용에 의해 환원 된 nitrite가 amine류와 반응하여 발암물질인 nitrosamine을 생성하여 각종 중독을 유발하는 것으로 알려진 nitrite를 제거하여 발암을 억제하는 작용이다(26). 건조온도에 따른 고구마 잎에 대한 아질산염 소거능 측정 결과는 Table 2와 같다. Fig. 3과 같이 40℃에서 신미는 76.15%, 하얀미는 84.78%로 높았고, 70℃에서 신미는 67.14%, 하얀미는 71.05%로 감소하였다. 품종 간에는 하얀미가 신미보다 높 게 나타났다. 식품의 가공, 저장 및 조리 중에 용이하게 생성되는 Maillard 반응 생성물은 아질산염 소거능을 나타 내는 것으로 알려져 있는데(27), Kato 등(7)의 연구에서는 Maillard 반응 생성물인 melanoidin이 nitrosamine의 생성을 저해하는데 효과가 있는 것으로 보고한 바 있다. 본 실험에 서도 갈변반응이 일어나기 쉬운 열풍건조에서 건조시간이 더 길었던 낮은 온도에서 갈변화 반응이 더 많이 일어나고 아질산염 소거능이 더 높게 나타난 것으로 사료된다.

Fig. 3. Nitr ite scavenging ability of sweet potato leaves at var ious drying temperatures. Means±SD (n=3) in a row followed by same letter are not significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05).

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