건조방법에 따른 아로니아의 생리활성

본 실험에 사용된 아로니아는 국내(경북 군위, 2013년산, Nero 품종)에서 수확한 생과를 구입하여 -20℃ 이하의 냉동 실에 보관하면서 시료로 사용하였다. 시료의 건조 및 추출 을 위해 아로니아의 잎, 줄기, 꼭지 등 이물에 대해 정선작업 을 거쳐 세척 후 물기를 제거한 시료를 대조군으로 사용하 였다.

정선 작업을 거친 아로니아를 이용하여 진공동결건조, 열풍건조 및 냉풍건조 하였다. 진공동결건조는 진공동결건 조기(SFDTS-10K, Samwon Engineering, Pusan, Korea)를 이 용하여 72시간, 열풍건조는 열풍건조기(OF-1350S, JEIO TECH Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하여 50℃에서 60시 간, 냉풍건조는 냉풍건조기(SIM-4, Shinil Industry, Yongin, Korea)를 이용하여 20℃에서 156시간 동안 건조하였다. 건 조 후 아로니아의 수분함량은 진공동결건조 0.99%, 열풍건 조 1.19%, 냉풍건조 3.59%인 것으로 나타났다. 건조된 아로 니아는 믹서기(FM-909T, Hanil Electric, Seoul, Korea)로 1 분 동안 분쇄하여 40 mesh 체로 여과하여 분석용 시료로 사용하였다.

생리활성 측정을 위한 추출액은 건조한 아로니아 5 g에 80% 에탄올 용액 50 mL를 가하여 환류냉각기가 부착된 heating mantle에서 80℃, 3시간 추출 후 Whatman No. 2 여과지로 여과하여 제조한 여액을 본 실험에 사용하였다.

DPPH(α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl) radical scavenging activity는 Blois(19)의 방법을 변형하여 측정하였다. 0.4 mM DPPH(in ethanol) 0.8 mL에 에탄올 적당량(3~4 mL)을 가한 후 분광광도계의 흡광도 값이 0.95~0.99 범위가 되도 록 에탄올의 양을 조정한 후 시료 0.2 mL에 앞에서 조정된 적정량의 에탄올과 0.4 mM DPPH 용액 0.8 mL를 첨가하여 10초 동안 강하게 진탕한 후 10분 동안 실온에서 반응시킨 후 525nm에서 흡광도 값을 측정하였다. DPPH radical scavenging activity는 소거활성이 50%에 상응하는 시료의 농도를 계산하여 IC₅₀값으로 나타내었다.

ABTS radical scavenging activity는 Thaipong 등(20)의 방법을 변형하여 측정하였다. ABTS free radical을 생성시 키기 위해 7.4 mM ABTS 용액에 2.6 mM potassium persulfate를 1:1로 혼합하여 암소에서 약 24시간 반응시킨 후, ABTS free radical이 생성된 용액을 99.9% ethanol로 희석하여 734nm에서 흡광도 값이 1.5±0.1이 되도록 조절하 였다. 희석된 ABTS 용액 2.7 mL 와 시료 0.3 mL를 혼합하여 7분 동안 반응시킨 후 734nm에서 흡광도 값을 측정하였다. ABTS radical scavenging activity는 소거활성이 50%에 상응 하는 시료의 농도를 계산하여 IC₅₀값으로 나타내었다.

총 페놀 함량은 Folin-Denis법(21)을 이용하여 측정하였 다. Gallic acid(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 이용하여 표준검량곡선을 작성한 후, 검량선의 범위가 되 도록 시료의 농도를 조정하였다. 농도를 조정한 시료 1 mL 에 Folin-Ciocalteu 0.2 mL와 2% NaNO₃ 2 mL를 첨가하여 실온에서 30분 동안 반응시킨 후 700nm에서 흡광도 값을 측정하여, gallic acid equivalent(g GAE/100 g)로 나타내 었다.

총 플라보노이드 함량은 각 추출물 0.5 mL에 diethylene glycol(Daejung Chemicals & Metals Co., Ltd., Siheung, Korea) 5 mL와 1 N NaOH 0.5 mL를 첨가하여 vortex(J-MF, JISICO, Seoul, Korea)로 혼합한 후, 30℃ 항온수조(B-491, BÜCHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland)에서 1시간 동안 반응시킨 후, 420 nm에서 흡광도 값을 측정하였다 (22). Quercetin(Sigma Chemical Co.)을 이용하여 표준검량 곡선을 작성한 후, quercetin equivalent(g QE/100 g)로 나 타내었다.

총 탄닌 함량은 Paaver 등(23)의 방법을 변형하여 측정하 였다. 시료 0.5 mL에 1% K₃F₃(CN)₆ 1 mL와 1% FeCl3 1 mL를 첨가하여 혼합한 후, 실온에서 5분 동안 반응시킨 후 720 nm에서 흡광도 값을 측정하였다. Tannin acid (Samchun pure chemical Co., Pyeongtaek, Korea)를 이용하 여 표준검량곡선을 작성한후, tannin acid equivalent(g TE/100 g)로 나타내었다.

총 안토시아닌 함량은 pH differential method(24)를 이용 하여 측정하였다. 시료 0.5 mL에 25 mM potassium chloride buffer(pH 1.0) 4.5 mL와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5) 4.5 mL를 각각 첨가하여 반응시킨 용액을 520nm와 700nm에서 흡광도 값을 측정하였다. 총 안토시아닌 함량은 아래의 식을 통해 나타내었다.

$\text{Anthocyanin content(cyanidin-3-glucoside equivalents, mg/L)=}\frac{\text{A×MW×DF×1,000}}{\text{ε×1}}$

프로안토시아니딘 함량은 Hagerman(25)과 Sun 등(26)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 1 mL에 1% vanillin (in methanol) 2.5 mL와 25% H₂SO₄ 2.5 mL(in methanol)를 넣은 후, 30℃ 항온수조(B-491, BUCHI Labortechnik AG, Flawil, Switzerland)에서 20분 동안 반응시킨 후 500nm에서 흡광도 값을 측정하였다. Catechin을 이용하여 표준검량곡선을 작 성한 후, proanthocyanidin equivalent(g PE/100 g)로 나타내 었다.

Chlorogenic acid 및 neochlorogenic acid는 시료 용액을 0.2 μm membrane filter로 여과한 후, Zhimin(27)의 방법에 따라 HPLC(Waters 2695, Waters Co., Milford, MA, USA)를 이용하여 분석하였다. 분석조건은 Table 1에 나타내었다. 표준품은 chlorogenic acid(Sigma Chemical Co.)와 neochlorogenic acid(Sigma Chemical Co.)를 이용하여 표준 검량곡선을 작성한 후 각각의 함량을 계산하였다.

본 실험결과는 평균과 표준편차를 이용하여 나타내었고, 유의성 분석은 Statistical Analysis System(SAS, Version 9.2, Cary, NC, USA)을 이용하여 ANOVA 분석을 실시한 후, Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 유의차 검정 을 실시하였다.

건조방법에 따른 아로니아의 DPPH radical scavenging activity IC₅₀(mg/mL)는 Table 2에 그 값을 나타내었다. IC₅₀ 값은 낮을수록 높은 항산화력을 나타내는데, 다른 건조방 법과 비교하였을 때 진공동결건조 아로니아의 IC₅₀값이 0.72 mg/mL로 가장 낮은 값을 나타내어 가장 높은 항산화력 을 지닌 것으로 나타났다. 열풍건조 및 냉풍건조 아로니아 의 IC₅₀값은 각각 0.97 mg/mL, 1.60 mg/mL이었고, 생과는 2.86 mg/mL로 건조 후 아로니아의 IC₅₀값과 비교하였을 때 낮은 항산화력을 나타내었다.

Orak 등(28)은 열풍건조 및 동결건조한 스트로베리 트리 열매의 DPPH radical scavenging activity EC₅₀값은 각각 6.96 mg/mL, 2.13 mg/mL로 열풍건조보다 동결건조 시 더 높은 항산화력을 지닌다고 보고하였다. Hwang과 Nhuan(30)의 연구에서도 아로니아 열수추출물의 DPPH radical scavenging activity 측정결과, 동결건조 시 70℃ 오븐건조에 비해 더 높은 항산화 활성을 지닌 것으로 나타나 본 실험 결과와 같은 경향을 나타내었다. 열풍건조에 의한 항산화 성분의 손실은 열풍 및 과실의 산소 노출에 의해 발생할 수 있으며, 건조 시간이 짧을수록 항산화 활성이 높은 것으로 알려져 있는데(28), 본 실험에서는 열풍건조와 비교하였을 때 냉풍 건조 시 더 낮은 항산화력을 지닌 것으로 나타났는데, 이는 아로니아가 오랜 시간 동안 냉풍에서 산소에 노출된 것이 영향을 미친 것으로 생각된다.

건조방법에 따른 아로니아의 ABTS radical scavenging activity IC₅₀값은 Table 2에 나타내었다. IC₅₀값은 진공동결 건조 아로니아 0.38 mg/mL, 냉풍건조 아로니아 0.46 mg/mL, 열풍건조 아로니아 0.58 mg/mL, 생과 1.60 mg/mL 순으로 높게 나타났다.

ABTS radical scavenging activity는 DPPH radical scavenging activity 결과에 상응하여 진공동결건조 아로니아에서 가장 높은 항산화력을 나타내었지만, DPPH radical scavenging activity와 달리 ABTS radical scavenging activity는 열풍건 조보다 냉풍건조에서 약간 높은 활성을 지니는 것으로 나타 났다.

건조방법에 따른 아로니아의 총 페놀 함량은 Table 3에 나타내었다. 진공동결건조아로니아가 15.34 g GAE/ 100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었고, 생과 6.19 g GAE/100 g보다 2배 이상 높은 함량을 함유하고 있는 것으로 나타났 다. 열풍건조 및 냉풍건조 아로니아는 각각 10.49 g GAE/100 g, 11.82 g GAE/100 g을 함유하고 있는 것으로 나타났다.

Hwang과 Nhuan(29)은 열수 추출한 동결건조 아로니아 의 총 페놀 함량을 9.1 g/100 g으로 보고하였고, Chung(30) 은 메탄올 추출한 동결건조 아로니아의 총 페놀 함량을 11.7 g/100 g으로 보고하여 본 실험에 사용된 진공동결건조 아로니아에 비해 낮은 함량을 나타내었다. Wangensteen 등 (31)에 의한 4가지 품종별 아로니아의 총 페놀 함량 분석결 과는 1.08~2.31 g GAE/100 g의 범위로 아로니아의 품종에 따른 총 페놀 함량에 차이가 있음을 보여주었다. Kulling 등(4)은 아로니아의 품종, 수확시기, 서식지, 성숙 정도 등에 따라 구성 성분에 영향을 줄 수 있다고 보고하여, 아로니아 의 총 페놀 함량은 추출용매, 품종 등 다양한 요인에 의해 영향을 받는 것으로 생각된다.

총 페놀 함량과 항산화 활성은 높은 상관관계를 가지는 것으로 알려져 있는데(28), 본 실험에서도 총 페놀 함량이 가장 많은 진공동결건조 아로니아에서 가장 높은 항산화력 을 나타내었다. 가공 공정에서 페놀 성분의 주요 손실은 polyphenoloxidase와 peroxidase 같은 산화효소의 작용에 의 해 발생하는데(32), 본 실험에서 열풍건조 및 냉풍건조가 진공동결건조에 비해 낮은 값을 나타낸 것은 높은 건조 온도 및 긴 건조 시간으로 인해 건조되는 동안 페놀 성분의 파괴를 야기한 것으로 생각된다.

건조방법에 따른 아로니아의 총 플라보노이드 함량은 진공동결건조 3.10 g QE/100 g > 열풍건조 2.13 g QE/100 g > 냉풍건조 1.85 g QE/100 g > 생과 0.69 g QE/100 g 순으로 나타났다(Table 3). 총 플라보노이드 함량은 건조방 법에 따라 차이를 나타내었으며, 건조 시에는 생과보다 약 3~4배 높은 함량을 함유하는 것으로 나타났다.

건조공정은 플라보노이드 화합물 분해에 영향을 주며 이에 의한 손실 정도는 건조방법에 따라 달라지며, 동결건 조 시 열풍건조보다 적은 영향을 받는 것으로 보고되어(34), 본 실험에서도 같은 경향을 나타내었다.

Chung(30)은 동결건조 아로니아의 총 플라보노이드 함 량을 3.25 g/100 g으로 보고하여, 본 실험의 진공동결건조 아로니아에 함유된 양과 비슷하였지만, Hwang과 Nhuan (29)은 동결건조 및 70℃ 오븐건조 아로니아의 총 플라보노 이드 함량을 각각 9.01 g/100 g, 6.20 g/100 g, Hwang 등(34) 은 아로니아의 총 플라보노이드 함량이 0.53 g/100 g으로 보고하여 본 실험과는 상이한 결과를 나타내었는데, 이는 아로니아의 품종, 수확시기, 서식지, 건조조건, 추출용매 등 여러 가지 요인에 의한 기인하는 것으로 생각된다.

건조방법에 따른 아로니아의 총 탄닌 함량은 진공동결건 조 2.46 g TE/100 g, 열풍건조 1.87 g TE/100 g, 냉풍건조 1.42 g TE/100 g, 생과 0.68 g TE/100 g 순으로 높게 나타났다 (Table 3). 진공동결건조는 다른 건조방법에 비해 높은 탄닌 함량을 함유하고 있었으며, 생과와 비교하였을 때 약 4배 높은 함량을 나타내었다.

Kim과 Kim(35)은 건조방법에 따른 계피 추출물의 탄닌 함량 측정 결과, 오븐건조 및 분무건조는 동결건조에 비해 낮은 값을 나타내었다고 보고하여 본 실험과 같은 경향을 나타내었다. 이는 고온 건조 시 탄닌 성분의 변성에 의한 결과로 생각된다. 반면, 냉풍건조는 열풍건조에 비해 낮은 온도에서 건조되었지만, 오랜 시간으로 인해 탄닌 성분에 영향을 미친 것으로 생각된다.

건조방법에 따른 아로니아의 총 안토시아닌 함량 측정 결과는 Table 4에 나타내었다. 진공동결건조가 743.09 mg C3G/100 g으로 가장 높은 값을 나타내었고, 생과는 163.52 mg C3G/100 g의 값을 나타내었다. 열풍건조와 냉풍건조는 각각 101.10 mg C3G/100 g, 50.15 mg C3G/100 g으로 생과보 다 낮은 함량을 나타내었는데, 이는 안토시아닌의 열에 대 한 안전성에 의한 것으로 생각된다.

Hwang 등(36)은 저장온도에 아로니아의 저장 안정성을 평가한 결과, 냉동에서는 저장기간 경과 시 아로니아 색소 가 비교적 안정하였지만, 냉장에서는 저장기간 경과에 따 라 아로니아 색소가 감소하는 경향을 나타내었다고 보고하 였다. Horszwald 등(17)은 건조 방법에 따라 아로니아 추출 물의 안토시아닌 함량을 측정한 결과, 건조온도가 높을수 록 안토시아닌 함량이 감소하는 것으로 나타나 온도가 안토 시아닌 함량에 영향을 미치는 것으로 보고하였다. 본 실험 의 진공동결건조는 열풍건조나 냉풍건조에 비해 낮은 온도 에서 건조되어 높은 색소 안정성을 나타낸 것으로 생각되 며, 열풍건조는 온도에 의한 영향으로 건조하는 동안 색소 안정성이 낮아진 것으로 생각된다. 반면, 건조 온도가 높은 열풍건조에서 냉풍건조보다 약 2배가량 높은 안토시아닌 함량을 나타낸 것은 건조 시간에 따른 차이에 의한 것으로 생각되며, 높은 온도에서 짧은 시간 동안 건조하는 것이 안토시아닌 안정성에 더 좋을 것이라는 연구 결과(37)와 같은 경향을 나타내었다.

프로안토시아니딘은 아로니아에 함유된 페놀 화합물의 주성분이며, 축합형 탄닌으로 B-type 프로안토시아니딘과 monomer의 주요 서브유닛으로 (-)-epicatechin을 함유하고 있으며(6), 카테킨의 유닛 부분은 1.5% 정도로 구성되어 있다(38).

건조방법에 따른 아로니아의 프로안토시아니딘 함량은 Table 4에 나타내었다. 진공동결건조가 6.21 g CE/100 g으 로 가장 높은 함량을 나타내었고, 열풍건조 3.18 g CE/ 100 g, 냉풍건조 2.60 g CE/100 g, 생과 0.71 g CE/ 100 g 순으로 나타났다. 진공동결건조는 생과보다 약 9배 높은 함량을 함유하고 있는 것으로 나타났다.

Osxmianski 와 Wojdylo(6)는 아로니아의 페놀 화합물을 분석한 결과, 프로안토시아닌이 약 66%를 구성하고 있으 며, 폴란드에서 재배된 아로니아의 프로안토시아닌 함량은 5.18 g/100 g이라고 보고하였다. Wu 등(39)은 미국산 아로 니아의 프로안토시아닌 함량을 0.66 g/100 g으로 보고하였 다. 아로니아의 품종 및 유전적인 배경은 프로안토시아닌 함량에 영향을 미치는 주요 요인으로 알려져 있는데(4), Wangensteen 등(31)은 아로니아의 품종별 프로안토시아니 딘 함량 분석결과, Moskva 2.46 g/100 g, Hugin 2.82 g/100 g, Nero 3.74 g/100 g, A. prunifolia 4.79 g/100 g으로 보고하 여, 품종에 따라 함유량에 차이가 있음을 확인하였다. 본 실험에 사용된 아로니아(Nero)와 비교하였을 때, 약 5배 이상 높은 것으로 나타나 아로니아의 프로안토시아닌 함량 은 같은 품종일지라도 재배환경에 따른 차이가 큰 것으로 생각되며, 여러 가지 환경 인자들이 복합적으로 아로니아 의 구성성분에 영향을 미치는 것으로 생각된다.

Chlorogenic acid(CGA)는 caffeic acid와 (-)-quinic acid의 ester로 천연 화합물이며, 생합성의 중간체로서 중요한 역할 을 하며 아로니아의 주성분으로 알려져 있다(6,40). 생체 내에서는 과산화 지질의 생성 억제효과, 콜레스테롤 생합 성 억제효과 및 항산화 작용이 있어(41) 산화방지제로 잘 알려져 있으며, 또한 식사 후 혈액 내 포도당의 방출을 느리 게 하는 역할을 한다(42).

건조방법에 따른 아로니아의 chlorogenic acid 함량은 진 공동결건조 180.08 mg/100 g, 열풍건조 112.28 mg/100 g, 냉풍건조 70.76 mg/100 g, 생과 60.71 mg/100 g 순으로 나타 났다(Table 5). 진공동결건조는 생과에 비해 약 3배, 열풍건 조는 약 2배 높은 값을 나타내었다.

Osxmianski와 Wojdylo(6)은 아로니아의 페놀 화합물 분 석 결과, CGA가 301.85 mg/100 g DW으로 약 3.8%를 차지 하는 것으로 보고하였다. Slimestad 등(43)은 CGA가 flavonol 보다 더 많이 함유되어 있으며, 아로니아의 CGA 함량을 61 mg/100 g FW으로 보고하여, 본 실험의 생과와 비슷한 값을 나타내었다. Rop 등(44)은 아로니아의 품종별 CGA 함량은 113.12~196.10 mg/100 g, Nero 품종은 193.15 mg/100 g이라고 보고하였다. Ochmian 등(45)은 품종별 CGA 함량이 72.0~96.6 mg/100 g이며, Nero 품종은 75.2 mg/100 g으로 보고하여, 본 실험과는 상이한 결과를 나타내 었다. 아로니아의 CGA 함량은 같은 품종일지라도 큰 차이 를 나타내어, 품종에 따른 차이뿐만 아니라, 수확시기, 서식 지 등 다양한 환경적 요인에 영향을 받는 것으로 생각된다.

Neochlorognenic acid는 천연 폴리페놀 화합물로 chlorogenic acid의 이성질체이며, 건과나 다양한 식물 자원 에서 찾아볼 수 있다. Neochlorogenic acid는 암 예방식이 화합물로서의 가능성을 가지고 있으며(46), 완화효과에 관 여하는 것으로 알려져 있다(47).

건조방법에 따른 아로니아의 neochlorogenic acid 함량은 진공동결건조 125.09 mg/100 g, 열풍건조 88.24 mg/100 g, 냉풍건조 65.32 mg/100 g, 생과 45.24 mg/100 g 순으로 나타 났다(Table 5). 진공동결건조는 생과에 비해 약 3배, 열풍건 조는 약 2배 높은 값을 나타내어 chlorogenic acid와 같은 경향을 보였다.

Osxmianski와 Wojdylo(6)은 neochlorogenic acid가 아로 니아의 페놀 화합물 중 약 3.7%를 차지하며, 그 함량은 290.81 mg/100 g으로 본 실험결과에 사용된 생과에 비해 6배 이상, 진공동결건조보다는 2배 이상 높은 값을 나타내 었다. 반면 Slimestad 등(43)은 neochlorogenic acid 함량을 123 mg/100 g FW으로 보고하여 본 실험의 진공동결건조와 비슷한 수치였으며, 생과보다 약 3배 높은 함량을 나타내었 다. Rop 등(44)은 품종별 아로니아의 neochlorogenic acid 함량 분석 결과 84.50~193.15 mg/100 g으로 보고하였고, Ochmian 등(45)은 품종별 아로니아의 neochlorogenic acid 함량을 59.3~79.1 mg/100 g으로 보고하여 본 실험 결과와 상이하였는데, 이는 건조방법에 따른 함유량의 변화, 시료 의 전처리 방법, 품종 등 다양한 요인에 따른 차이에서 기인 한 것이라고 생각된다.