KR102488422B1 - Hme 공법에 의한 보라색감자 복합물의 기능성 식품 및 화장품 제조방법 - Google Patents

Hme 공법에 의한 보라색감자 복합물의 기능성 식품 및 화장품 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말과 메밀 종자 분말, 레시틴 분말 및 비타민 E 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; (3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말에 물을 첨가하는 단계; (4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 핫멜트 압출기에 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및 (5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 건조하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자색감자 복합물의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자색감자 복합물에 관한 것이다.

Description

HME 공법에 의한 보라색감자 복합물의 기능성 식품 및 화장품 제조방법{Method for manufacturing functional food and cosmetics of purple potato complex using HME (hot melt extrusion) technology}
본 발명은 자색감자 분말, 메밀 종자 분말, 레시틴 분말 및 비타민 E 분말을 혼합한 혼합 분말을 핫멜트 압출기에 투입한 후 압출하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자색감자 복합물의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 자색감자 복합물에 관한 것이다.
기능성 식품은 전통 식품과 유사하지만 생/신선 상태와는 별도로 향상된 기능을 가지고 있으며 많은 생리학적 이점을 입증했다. 기능성 식품의 주요 목적은 삶의 질을 높이고 건강 상태를 향상시키는 것이며, 장기적인 목표는 건강을 유지하는 수명을 늘리는 것이다. 그러나 기능성 식품 개발의 주요 기술적 어려움은 생체 활성 화합물, 즉 안토시아닌 분자의 물리적 및 화학적 속성으로 인한 일부 유익한 화합물을 보호하는 것이다.
연구에 따르면 안토시아닌은 여러 생물학적 기능을 가지고 있어 암, 심혈관 질환, 알츠하이머 및 당뇨병의 위험을 감소시킨다. 게다가 안토시아닌은 식품, 음료, 화장품 및 페인트 산업에서 천연 착색제로도 사용된다. 그러나 안토시아닌이 함유된 가공식품은 열 안정성이 낮기 때문에 연장하는 것이 어렵다. 대부분의 색깔있는 과일과 채소는 안토시아닌을 다량 함유하고 있다. 그 중에서 유색감자 (Solanum tuberosum L. var. bora valley)는 가장 인기있는 안토시아닌이 풍부한 식품 중 하나이다. 보라 밸리 감자는 안토시아닌 함량과 항산화 능력이 높아 인간의 장내 세균을 효과적으로 치료한다고 알려져 있다.
마찬가지로 루틴(quercetin-3-O-rutinoside)은 가장 흔한 플라보노이드 중 하나이며 항천식, 최종 당화산물 생성 억제와 같은 생물학적 활동의 활성이 활발하다. 그러나 루틴은 물에 잘 녹지 않아(0.125 g/l) 궁극적으로 위장관에서 생체 이용률을 저해한다. 메밀(Fagopyrum tataricum L.)은 루틴 및 케르세틴의 주요 공급원 중 하나로, 인간의 무독성 농도에서 항고혈압 및 항고콜레스테롤 혈증 효과와 같은 특별한 의학적 특성을 가진다. 단백질 추출물과 같은 메밀의 다른 성분은 혈액과 간에서 콜레스테롤 수치를 낮추고 과로, 비만 및 변비 치료에 사용된다. 메밀에 함유된 물질은 장내 미생물의 조성에 긍정적인 영향을 미치고 혈관을 강화시킨다. 메밀은 또한 암 예방, 염증성 질환 및 수술 회복 치료에도 유용하다.
오늘날 사람들은 한 용기에 모든 영양소를 담은 건강한 식이요법을 찾고 있다. 주요 생리 활성 화합물을 하나의 식품 시스템에 통합하는 것은 가공 기능성 식품을 개발하기 위한 유망한 제형 전략으로 보인다.
다양한 기술 중에서 핫멜트 압출(HME)은 식품, 사료, 의약품 및 플라스틱 산업에서 사용되는 가장 편리한 가공 기술 중 하나이다. HME 가공 식품 재료는 수용 및 불용성 화합물의 용해도와 생체 이용률 증가, 압출물의 균일성 및 미세 입자의 균일한 분산 등 몇 가지 고유한 특징을 가지고 있다. HME는 식품 재료가 온도 및 기계적 전단에 의해 가소화되어 분자 변형 및 화학 반응을 일으키는 단시간 열공정이다. HME는 많은 식품의 자연적인 색상과 풍미를 유지하면서 높은 생산성과 영양 및 기능적 품질을 유지/향상시키는 연속 공정이다.
HME 동안 식품 재료는 높은 온도와 압력에서 높은 전단력과 마찰력에 노출된다. 이러한 힘과 공정 조건은 식품 매트릭스의 생리활성 물질의 열적 및 기계적 분해를 유발할 수 있다. 단일 식품 재료의 가공은 HME의 트윈 스크류에 의해 생성되는 높은 전단과 함께 고온으로 인해 일부 영양적 특성을 잃을 수 있다. 연구에 따르면 대두 레시틴, 전분, 유청 단백질과 같은 일반적으로 안전한(GRAS) 식품 첨가물이 가공식품에 일반적으로 사용되어 생물학적 활성 물질의 안정성, 생체 이용률 및 생체 소화율을 향상시키는 사실이 입증되었다.
레시틴(1-Palmitoyl-2-linoleoylphosphatidylcholine, 95-98% phosphatides)은 식품산업에서 쉽게 산화되는 화합물을 보호하기 위한 캡슐화제로 일반적으로 사용되는 효율적인 계면 활성제 및 유화제이다. 두 개의 긴 탄화수소 사슬의 매우 강한 소수성, 강한 친유성 및 이온화된 친수성 헤드 그룹을 포함하여 균형 잡힌 친수성-친유성 특성을 가지고 있다. 이러한 고유한 특성으로 인해 레시틴은 초효율적인 양쪽 이온 유형의 계면 활성제 및 보호 코팅제이다. 레시틴은 리포솜이라는 수용성 매질에서 식물 인지질 소포(phyto-phospholipid vesicles)를 형성한다. 초음파 처리, 역상 증발, 용융, 동결 해동 및 압출을 포함하여 폴리페놀의 캡슐화를 위해 다양한 리포좀 기술이 사용되었다. 압출 공정은 전분의 결정 구조, 단백질 변성 및 전분과 지질, 단백질과 지질 사이의 복합체 형성을 완전히 또는 부분적으로 파괴한다.
압출 중 생리활성 화합물의 분해는 토코페롤(Vita E), 스테아르산, 아세트산, 시트르산, 트리에틸 시트레이트 및 살리실산과 같은 가소제를 적용하면 완화할 수 있다. 용융 압출 공정의 가공 능력은 압출물의 용융 점도를 낮추는 가소제를 첨가하여 향상시킬 수 있다. 친수성 가소제는 용해 속도 증가에 상당히 긍정적인 영향을 미친다.
압출로 만든 제품은 유통기한이 길고 영양가가 높으며 식품 성분의 소화율이 높다. 맛, 색 그리고 선천적인 신체 저항성 증가, 발병된 질병의 예방 또는 치료 지원, 신체적 효율성 증가 및 정신 상태에 대한 유익한 영향과 같은 기능적 특성이 잘 조화된 기능성 식품을 개발한다.
감자는 안토시아닌이 풍부한 전분 기반 식품인 반면 메밀은 루틴이 풍부한 탄수화물 기반 식품이므로, 이 두가지 새로운 식품 성분을 조합하면 부가가치 기능성 식품 복합체가 될 것이다. 본 연구에서 보라색 감자와 메밀을 혼합하여 안토시아닌과 루틴이 강화된 'two in one' 기능성 시리얼을 개발하려고 한다. 최적의 식품 배합 및 가공 기술은 가공식품의 필수 기능성 성분을 강화하는 중요한 단계이다.
한국공개특허 제2016-0144186호에는 가스주입 및 저온압출성형 공법을 이용한 팽화 생식의 제조방법이 개시되어 있고, 한국공개특허 제2018-0059542호에는 멀티비타민 압출물이 개시되어 있으나, 본 발명의 핫멜트 압출을 이용한 자색감자 복합물의 제조방법과는 상이하다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 핫멜트 압출기술을 이용하여 영양성분 및 기능성이 증진된 자색감자 복합물을 제조하기 위해, 부재료 선정, 배합 및 압출 조건을 최적화하여 용해도가 높으면서 다양한 생리활성 물질 함량과 기능성이 증진된 자색감자 복합물의 제조방법을 제공하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은 (1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계; (2) 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말과 메밀 종자 분말, 레시틴 분말 및 비타민 E 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계; (3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말에 물을 첨가하는 단계; (4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 핫멜트 압출기에 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및 (5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 건조하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자색감자 복합물의 제조방법을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 방법으로 제조된 자색감자 복합물을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자색감자 복합물을 함유하는 가공식품을 제공한다.
또한, 본 발명은 상기 자색감자 복합물을 유효성분으로 포함하는 항산화용 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명의 자색감자 복합물은 물에 대한 용해성이 높고, 총 페놀, 총 플라보노이드, 루틴, 케르세틴, 총 안토시아닌 함량과 단일 안토시아닌인 시아니딘, 말비딘, 페튜니딘 및 델피니딘과 단일 페놀산인 시린직산, 4-하이드록시 벤조산, 페룰산, 시나프산 및 카테킨 함량이 증진되고 항산화 활성도 우수하여, 기능성을 향상시킨 새로운 형태의 건강 지향의 복합물을 제공할 수 있고, 이를 이용하여 다양한 가공식품에 용이하게 사용할 수 있다. 또한, 항산화 효과를 가진 화장품으로 유용하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.
도 1은 단일 자색감자 분말(P) 및 메밀 종자 분말(B)와 각각의 제형(F1, F2, F3)의 DPPH 자유 라디칼 항산화능(A)과 FRAP 항산화능(B)을 비교한 그래프이다.
본 발명의 목적을 달성하기 위하여, 본 발명은
(1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계;
(2) 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말과 메밀 종자 분말, 레시틴 분말 및 비타민 E 분말을 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
(3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말에 물을 첨가하는 단계;
(4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 핫멜트 압출기에 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및
(5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 건조하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 자색감자 복합물의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 자색감자 복합물의 제조방법에서, 상기 (2)단계의 혼합 분말은 바람직하게는 혼합 분말 총 중량 기준으로, 자색감자 분말 43~47 중량%, 메밀 종자 분말 43~47 중량%, 레시틴 분말 7~9 중량% 및 비타민 E 분말 1.8~2.2 중량%를 혼합하여 제조할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 자색감자 분말 45 중량%, 메밀 종자 분말 45 중량%, 레시틴 분말 8 중량% 및 비타민 E 분말 2 중량%를 혼합하여 제조할 수 있다. 상기 재료 종류 및 배합비로 혼합한 혼합 분말을 사용하여 복합물을 제조하는 것이 제조된 복합물의 다양한 기능성 성분과 항산화 활성을 증진시킬 수 있었다.
본 발명의 자색감자 복합물의 제조방법에서, 상기 (4)단계의 압출물은 바람직하게는 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 160~200 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 35~45 g/분으로 투입한 후 압출하여 제조할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 180 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 40 g/분으로 투입한 후 압출하여 제조할 수 있다.
본 발명의 자색감자 복합물의 제조방법에서, 상기 (5)단계의 건조는 바람직하게는 압출물을 45~55℃에서 12~18시간 동안 건조할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 압출물을 50℃에서 15시간 동안 건조할 수 있다.
본 발명의 자색감자 복합물의 제조방법은, 보다 구체적으로는
(1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계;
(2) 혼합 분말 총 중량 기준으로, 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말 43~47 중량%와 메밀 종자 분말 43~47 중량%, 레시틴 분말 7~9 중량% 및 비타민 E 분말 1.8~2.2 중량%를 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
(3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말의 수분 함량이 18~22%(v/w)가 되도록 물을 첨가하는 단계;
(4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 160~200 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 35~45 g/분으로 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및
(5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 45~55℃에서 12~18시간 동안 건조하는 단계를 포함할 수 있으며,
더욱 구체적으로는
(1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계;
(2) 혼합 분말 총 중량 기준으로, 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말 45 중량%와 메밀 종자 분말 45 중량%, 레시틴 분말 8 중량% 및 비타민 E 분말 2 중량%를 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
(3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말의 수분 함량이 20%(v/w)가 되도록 물을 첨가하는 단계;
(4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 180 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 40 g/분으로 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및
(5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 50℃에서 15시간 동안 건조하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 자색감자 복합물을 제공한다.
본 발명은 또한, 상기 자색감자 복합물을 함유하는 가공식품을 제공한다. 상기 가공식품의 종류에는 특별한 제한은 없다. 상기 복합물을 첨가할 수 있는 식품의 예로는 육류, 소세지, 빵, 쵸코렛, 캔디류, 스낵류, 과자류, 피자, 라면, 기타 면류, 껌류, 떡류, 아이스크림류를 포함한 낙농제품, 각종 스프, 음료수, 차, 드링크제, 알콜 음료 및 비타민 복합제 등이 있으며, 통상적인 의미에서의 가공식품을 모두 포함한다.
본 발명은 또한, 상기 자색감자 복합물을 유효성분으로 포함하는 항산화용 화장료 조성물을 제공한다.
본 발명의 화장료 조성물은 스킨, 스킨 소프트너, 스킨 토너, 로션, 밀크로션, 모이스쳐로션, 영양로션, 마사지크림, 영양크림, 아이크림, 모이스쳐크림, 핸드크림, 에센스, 영양에센스, 팩, 클렌징폼, 클렌징워터, 클렌징크림, 바디로션, 바디클렌져, 비누 및 파우더 중에서 선택된 어느 하나의 제형을 가질 수 있으나, 이에 제한되지 않는다. 이들 각 제형으로 이루어진 화장료 조성물은 그 제형의 제제화에 필요하고 적절한 각종의 담체와 첨가물을 함유할 수 있으며, 이들 성분의 종류와 양은 당업자에 의해 용이하게 선정될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 페이스트, 크림 또는 겔인 경우에는 담체 성분으로서 동물섬유, 식물섬유, 왁스, 파라핀, 전분, 트라가칸트, 셀룰로오스 유도체, 폴리에틸렌 글리콜, 실리콘, 벤토나이트, 실리카, 탈크 또는 산화아연 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 파우더 또는 스프레이인 경우에는 담체 성분으로서 락토스, 탈크, 실리카, 알루미늄 히드록시드, 칼슘 실리케이트 또는 폴리아미드 파우더가 이용될 수 있고, 특히 스프레이인 경우에는 추가적으로 클로로플루오로히드로카본, 프로판-부탄 또는 디메틸 에테르와 같은 추진체를 포함할 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 용액 또는 유탁액인 경우에는 담체 성분으로서 용매, 용매화제 또는 유탁화제가 이용되고, 예컨대 물, 에탄올, 이소프로판올, 에틸 카보네이트, 에틸 아세테이트, 벤질 알코올, 벤질 벤조에이트, 프로필렌글리콜, 1,3-부틸글리콜 오일, 글리세롤 지방족 에스테르, 폴리에틸렌 글리콜 또는 소르비탄의 지방산 에스테르가 있다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 현탁액인 경우에는 담체 성분으로서 물, 에탄올 또는 프로필렌 글리콜과 같은 액상 희석제, 에톡실화 이소스테아릴 알코올, 폴리옥시에틸렌 소르비톨 에스테르 및 폴리옥시에틸렌 소르비탄 에스테르와 같은 현탁제, 미소결정성 셀룰로오스, 알루미늄 메타히드록시드, 벤토나이트, 아가 또는 트라칸트 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물의 제형이 계면-활성제 함유 클렌징인 경우에는 담체 성분으로서 지방족 알코올 설페이트, 지방족 알코올 에테르설페이트, 설포숙신산 모노에스테르, 아세티오네이트, 이미다졸리늄 유도체, 메틸타우레이트, 사르코시네이트, 지방산 아미드 에테르 설페이트, 알킬아미도베타인, 지방족 알코올, 지방산 글리세리드, 지방산 디에탄올아미드, 식물성 유, 리놀린 유도체 또는 에톡실화 글리세롤 지방산 에스테르 등이 이용될 수 있다.
본 발명의 화장료 조성물은 형광물질, 살진균제, 굴수성 유발물질, 보습제, 방향제, 방향제 담체, 단백질, 용해화제, 당 유도체, 일광차단제, 비타민, 식물 추출물 등을 포함하는 부형제를 추가로 함유할 수 있다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 제조예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1. 자색감자 복합물
(1) 자색감자 품종 '보라 밸리'를 슬라이스(두께 2~3 mm)로 자르고 동결건조(Ilshin BioBasae, FD 5510S-FD 5520S, 한국)시켰다. 동결건조된 감자를 전기블렌더(Model No. Blixer 5 plus, Robot coup, USA)를 사용하여 블렌딩하여 자색감자 분말을 제조하였다.
(2) 혼합 분말 총 중량 기준으로, 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말 45 중량%와 메밀 종자 분말 45 중량%, 레시틴 분말 8 중량% 및 비타민 E 분말 2 중량%를 혼합하여 혼합 분말을 제조하였다.
(3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말의 수분 함량이 20%(v/w)가 되도록 증류수를 혼합하였다.
(4) 상기 (3)단계의 혼합한 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 180 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 40 g/분으로 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하였다.
(5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 50℃에서 15시간 동안 오븐 건조시켰다.
1. 재료 및 방법
1.1 샘플 준비, 제형 및 압출
자색감자 품종 '보라 밸리'는 국립종자원에 품종등록 (등록 2002-11) 되었으며, 육성자는 강원대학교 임영석교수, 품종보호권자는 미국기업 유한책임회사 밸리푸드텍 임.‘보라밸리’감자는 품종 개발자 임영석 교수께서 기증하였다. 칼을 사용하여 샘플을 슬라이스(두께 2~3 mm)로 자르고 동결건조(Ilshin BioBasae, FD 5510S-FD 5520S, 한국)시켰다. 동결건조된 감자를 전기블렌더(Model No. Blixer 5 plus, Robot coup, USA)를 사용하여 블렌딩하여 감자 분말을 준비하였다. 분말은 추가 분석을 위해 실온에서 공기조 폴리에틸렌 백에 저장하였다. 수분 함량이 10% 미만인 타타리 메밀 종자는 춘천시장에서 구입하였다. 분말을 얻기 위해 전기 블렌더(Model No. Blixer 5 plus, Robot coup, USA)를 사용하여 종자를 블렌딩하였다. 각각의 분말은 200 ㎛체를 통과해 추가 분석을 위해 4℃에서 공기조 폴리에틸렌 백에 저장하였다. 식품 등급의 대두 레시틴 분말(MW: 677.92 g/mole, (Solec FS-B, Lot No. 20191031-008-005))은 바이오 폴리머로, 식품 등급의 비타민 E 분말(MW: 430.69 g/mole (UE0194123))은 가소제로 사용하였다.
감자 및 메밀 부가가치 기능성 식품(VAFC)은 표 1에 기재된 제형에 따라 핫멜트 압출(HME, STS-25HS twin-screw, Hankook E.M. Ltd., Pyoung Taek, Korea)으로 제조하였다. 식품 분말과 비타민 E가 함유된 바이오 폴리머를 잘 혼합하고 증류수를 첨가하여 혼합물의 수분이 20%가 되도록 하여 압출시 재료가 타는 것을 방지하였다. HME 압출기에는 180 rpm에서 40 g/min의 공급 속도로 둥근 모양의 다이(1 mm)가 장착되었으며, 이축 스크류의 높은 전단은 80~100 bar의 압력을 가하였다. 압출 후, 압출물 VAFC를 50℃에서 15시간 동안 오븐 건조시켰다. 건조된 압출물을 블렌딩하여 분말을 만들고 추가 분석을 위해 4℃의 냉장고에 보관하였다. 각각의 처리에는 실험 정확도를 보여주기 위한 표준오차가 있는 신뢰할 수 있는 데이터를 얻기 위해 3반복 실시하였다.
식재료와 바이오 폴리머의 배합 조성
Food Materials Mixing ratio (%), w/w HME screw configuration HME temperature (oC) Formulation
Potato (P) 100 High shear 80/90/100/80 P
Buckwheat (B) 100 High shear 80/90/100/80 B
P+B 50+50 High shear 80/90/100/80 F1
P+B+Lecithin (LCT) 45+45+10 High shear 80/90/100/80 F2
P+B+LCT+Vita E 45+45+8+2 High shear 80/90/100/80 F3
1.2 수분 흡수 지수, 용해도 및 팽창력 분석
VAFC의 용해도는 VAFC 분말 1 g을 50 mL의 증류수에 현탁시켰다. 혼합물을 실온에서 1시간 동안 교반한 다음 5000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다. 이 상층액을 미리 중량을 잰 증발 접시에 옮겨주었다. 샘플의 수분 함량은 수분측정기로 측정하였으며 수분의 2~3%를 수분 관련 매개 변수를 측정하는 데 사용되었다. 수분 흡수 지수(WAI), 용해도(WS) 및 팽창력(SP)은 다음 식에 의해 계산되었다.
수분 흡수 지수(WAI) = (습식 침전물 중량/건조 시료 무게)
용해도(WS) = (건조 침전물 중량/건조 시료 무게) × 100
팽창력(SP) = 습식 침전물 중량/{건조 시료 무게 × (1 - (WS/100))}
1.3. 생리 활성 화합물 분석의 측정
1.3.1 페놀 및 플라보노이드 분석을 위한 추출 프로토콜
페놀 화합물의 추출 프로토콜은 1 g의 VAFC 샘플을 100 mL의 80% 메탄올(v/v 물:메탄올)에 현탁시켰다. 샘플을 전기쉐이커로 48시간 동안 실온에서 흔든 다음, 30℃ 온도에서 60분 동안 초음파 처리하였다. 이 추출물을 Advantech 5B 필터 페이퍼(Tokyo Roshi Kaisha Ltd., Saitama, Japan)를 이용하여 여과하고 40℃ 항온수조에서 진공 회전 증발기(EYLA N-1000, Tokyo, Japan)로 건조하여 조 추출물을 얻었다. 조 추출물은 VAFC의 최소 및 균일한 수분 함량을 달성하기 위해 동결 건조하였다. 건조된 조 추출물을 80% 메탄올을 사용하여 희석하여 10 mg/mL 표준용액을 준비하고 추가 분석을 위해 -20℃에서 보관하였다.
1.3.2 분광광도계에 의한 총 페놀 및 플라보노이드 함량 측정
총 페놀(TP) 함량은 Folin Ciocalteu 분석에 의해 측정하였다. 간략히 설명하면, 0.2 mL의 페놀 시약(1N)이 들어있는 시험 튜브에 추출물 1 mL(1 mg/mL)의 스톡 샘플 증류액을 첨가하였다. 탈이온수 1.8 mL를 첨가하여 부피를 증가시키고, 이 용액을 볼텍싱하고 반응을 위해 3분 동안 방치하였다. 또한, Na2CO3(수중 10%, v/v) 0.4 mL를 첨가하고, 탈이온수 0.6 mL를 첨가하여 최종 부피(4 mL)를 조정하였다. 흡광도는 실온에서 1시간 동안 방치한 후 725 nm에서 측정하였다. TP 함량은 갈산을 사용하는 검량선으로 계산하였으며, mg/g 갈산 당량(GAE)으로 표시하였다.
총 플라보노이드(TF) 함량은 0.5 mL의 표준 시료(1 mg/mL)에 10% 질산알루미늄 0.1 mL 및 아세트산칼륨(1M) 용액 0.1 mL를 혼합하였다. 이 혼합물에 3.3 mL의 증류수를 첨가하여 총 부피를 4 mL로 만들었다. 상기 혼합물을 볼텍스하고 40분 동안 방치하였다. TF 함량은 415 nm의 분광 광도계(UV-1800 240 V, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 측정하였다. TF 함량은 mg/g 시아니딘 당량으로 표시하였다.
1.3.3 단일 페놀산, 카테킨, 루틴 및 케르세틴의 크로마토그래피 분석
페놀산과 카테킨에 대한 HPLC(high-performance liquid chromatography) 조건은 하기와 같다. 단일 페놀산을 정량하기 전에 HPLC 분석을 위해 준비된 샘플(1 mg/mL)을 먼저 0.45 μM 주사기 필터(Millipore, Bedford, MA, USA)를 이용하여 여과하였다. 이 실험에 사용된 HPLC 시스템(CBM 20A, Shimadzu Co, Ltd., Kyoto, Japan)에는 2개의 기울기 펌프(LC 20AT, Shimadzu), 1개의 C18 컬럼(Kinetex, 100 × 4.6 mm, 2.6 micron, Phenomenex, Torrance, CA, USA), 자동 시료 주입기(SIL-20A, Shimadzu), UV 검출기(SPD-10A, Shimadzu) 및 컬럼 오븐(30℃, CTO-20A, Shimadzu)이 장착되었다. 용매 A는 0.1% 포름산을 포함하는 물이고, B는 0.1% 포름산을 포함하는 메탄올이며, 유속은 0.4 mL/min이다. 흡수 스펙트럼(lambda max)의 파장은 페놀산 및 카테킨 분석을 위해 254 nm, 280 nm 및 320 nm로 설정되었다. 검출된 산은 각 페놀산의 표준 물질(Daesung Chemical Machinery Ind. Co., Gyeonggi Do, South Korea)의 표준 검량 곡선을 표준 시료의 피크 면적에 따라 계산하였다. 표준 시료를 메탄올로 다양한 농도로 용해하여 표준 용액을 준비하였다. 모든 샘플은 3반복으로 분석하였으며, 각 페놀산 함량은 ㎍/100 g으로 표시하였다.
루틴과 케르세틴을 정량화하기 전에 원액(1 mg/mL)을 0.45 μM의 주사기 필터(Millipore, Bedford, MA, United States)를 이용하여 여과하였다. 이 실험에 사용된 HPLC 시스템(CBM 20A, Shimadzu Co, Ltd., Kyoto, Japan)에는 2개의 기울기 펌프(LC 20AT, Shimadzu), 1개의 C18 컬럼(Kinetex, 100 × 4.6 mm, 2.6 micron, Phenomenex, Torrance, CA, USA), 자동 시료 주입기(SIL-20A, Shimadzu), UV 검출기(SPD-10A, Shimadzu) 및 컬럼 오븐(30℃, CTO-20A, Shimadzu)이 장착되었다. 이동상 A는 0.1% 인산을 함유한 물이고, B는 유속 1 mL/min, 주입량 50 ㎕의 아세토니트릴(100%)이다. 선형 구배는 0-7분(80% A, 20% B), 15-18분(20% A, 80% B) 및 19-23분(80% A, 20% B)에 따라 프로그래밍했다. 화합물은 360 nm 파장에서 검출하였다. 단일 페놀산은 물:아세토니트릴:아세트산(88:10:2, v:v:v); 유속 1 ml/min, 주입량 10 ㎕, 흡광도는 260 및 320 nm에서 측정하였다.
검출된 화합물은 각 표준물질(Daesung Chemical Machinery Ind. Co., Gyeonggi Do, South Korea)의 검량선을 표준 시료의 피크 면적으로 산출하였다. 표준 시료를 메탄올로 다양한 농도로 용해하여 표준 용액을 준비하였다. HPLC 분석의 경우, 각 처리된 샘플을 3개씩 준비하여 루틴 및 케르세틴 함량을 측정하고 mg /100 g으로 표시하였다.
1.3.4 총 안토시아닌 및 단일 안토시아닌 분석
총 안토시아닌은 분광광도계로 분석하였다. 추출물(900 ㎕)을 900 ㎕ 메탄올 0.1N HCl에 첨가하였다. 안토시아닌 농도는 38,000 L. mol-1. cm-1의 몰 흡광 계수(ε)를 사용하여 530 nm의 흡광도로 측정하였다. 총 안토시아닌의 양은 360 nm(ε = 20,000 L. mol-1. cm-1)에서 측정하였다. 안토시아닌 함량은 퀘르세틴 3-글루코시드 당량 (Q3GE)/건조 물질 기준 100 g의 mg으로 표시하였다.
단일 안토시아닌(Cyanidin, malvidin, petunidin 및 delphinidin) 분석을 위해 25℃ 오븐 온도에서 YMC triarts C18(250×4.6) 컬럼, UV-VIS 검출기(535 nm)가 사용되었다. 용매 A는 물:포름산(90:10)이고, 용매 B는 아세토니트릴:MeOH:물:포름산(22.5:22.5:40:10), 그라데이션 용출 시스템은 35분 동안 A:75% 및 B:25%, 45분 동안 A:35% 및 B:65%, 46분 동안 A:0% 및 B:100%, 50분 동안 A:35% 및 B:65%, 60 분 동안 A:75% 및 B:25%, 70분 동안 A:93% 및 B:7%로 하였다.
HPLC의 다른 매개변수는 페놀 화합물 분석과 동일하다. 표준 곡선은 안토시아닌 표준 시료의 피크 면적을 표시하여 선형성이 높은(r2> 0.995) 분석된 화합물의 표준을 사용하여 보정하였다. 모든 샘플은 3번 분석되었으며, 함량은 ㎍/100 g 건조 물질 기준으로 표시하였다.
1.4 항산화 분석
1.4.1 DPPH 자유 라디칼 소거 용량
항산화 능력은 DPPH(2,2-diphenyl-1 picryl hydrazyl) 자유 라디칼의 소거 활성을 기준으로 측정하였다. DPPH 용액은 암 조건에서 100% 메탄올 100 mL에 5.914 mg의 DPPH 분말을 넣어 준비하였다. 그 다음, DPPH 용액 3 mL에 시료 추출물(1 mg/mL) 1 mL를 첨가하였고, blank 샘플은 시료 추출물 대신 증류수 1 mL를 첨가하였다.
혼합물을 세게 흔든 후 어두운 곳의 실온에서 30분 동안 방치하였다. 흡광도는 분광광도계(UV-1800 240 V, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 사용하여 517 nm에서 측정하였다. 활성 백분율은 다음 방정식을 사용하여 blank 샘플에 대해 계산하였다.
활성(%) = [(blank 샘플 - 시료 추출물) / blank 샘플] × 100
1.4.2 철 환원 항산화력 분석
시료 추출 용액 1 mL(1 mg/mL)와 0.2M 인산염 완충액(pH 6.6) 1 mL가 포함된 반응 혼합물을 준비한 다음 50℃에서 20분간 방치하였다. 그 후, 방치한 혼합물에 1 mL 트리클로로-아세트산(TCA)을 천천히 첨가하고 3000 rpm에서 10분 동안 원심분리하였다. 이후 상층액을 분리하고 1:1 비율로 탈이온수를 첨가한 다음, 이 용액에 염화제2철(0.1%) 250 ㎕를 첨가하였다. 흡광도는 분광 광도계로 700 nm에서 측정하였으며, 그 결과는 염화 제2철의 용량 감소를 기준으로 μM Fe2+로 표시하였다.
2. 통계 분석
모든 데이터는 여러 측정의 평균±표준 편차(SD)로 표현하였다. 얻어진 결과는 5% 수준에서 유의한 차이를 관찰하기 위해 paired t-test를 사용하여 성분간에 비교하였다. VAFC의 평균 값 사이의 쌍체 t-검정은 MINITAB(버전 17.0, Minitab Inc., State College, PA, United States)에 의해 분석하였다.
실시예 1. VAFC의 용해도 분석
일반적으로 식품 매트릭스에서 높은 수용성의 생체 활성 화합물은 향상된 생체 이용률을 보여주고 더 많은 기능적 건강 효과를 제공한다. 화합물의 흡수가 나쁜 것은 두 가지 특성에서 비롯된다. 첫째, 폴리페놀의 다중 고리 구조가 너무 커서 수동 확산에 흡수되지 않는다. 둘째, 생리활성 화합물의 수분이나 지질 용해도가 좋지 않아 위장세포의 외막을 통과하지 못한다.
본 실험에서 레시틴과 비타민 E를 첨가한 F3 제형에서 VAFC의 용해도(WS)가 증가하는 것으로 관찰되었다(표 2). 다른 제형에 비해 F3에서 68.23%의 가장 높은 용해도로 관찰되었고, 수분흡수지수(WAI)와 팽창력(SP)는 F3에서 가장 감소되었다. 수용성 관련 매개 변수는 단일 P 및 B에 비해 복합 제형에서 증가하였다.
압출 VAFC의 용해성
Formulations WAI WS(%) SP
P 6.36±0.78a 48.63±2.4c 15.36±1.3a
B 5.58±0.53b 53.21±3.1bc 13.28±2.1b
F1 4.67±0.37c 58.23±2.8b 14.34±1.6a
F2 4.75±0.55c 62.34±3.5a 14.36±1.9a
F3 4.26±0.58c 68.23±4.5a 11.05±0.9c
따라서, F3에서 생리활성 화합물의 용해도 향상은 생체 이용률을 높일 수 있을 것으로 판단된다.
실시예 2. 압출물 VAFC의 페놀, 플라보노이드 및 안토시아닌 화합물 함량
VAFC의 페놀, 플라보노이드 및 안토시아닌 함량은 표 3, 4 및 5에 나타내었다. 단일 페놀산(Syringic acid, 4-Hydroxy benzoic acid, Ferulic acid, Sinapic acid, Condensed tanin(Catechin), total flavonoid), 단일 안토시아닌(Cyanidin, Malvidin, Petunidin, Delphinidin), 루틴 및 케르세틴을 포함한 총 페놀 화합물은 다른 제형에 비해 F3 제형에서 유의하게 증가하였다.
압출 VAFC의 총 페놀 및 플라보노이드 함량
Formulation Total phenolic content
(mg/100g)		 Total flavonoid (mg/100g) Rutin
(mg/100g)		 Quercetin
(mg/100g)
P 4236±157d2) 1456±58d ND1) ND
B 5362±126c 2963±77c 1256±35b 435±16b
F1 5963±134b 2894±68c 863±65c 369±56bc
F2 6358±183a 3684±109b 1852±31a 894±22a
F3 6427±149a 4836±112a 1987±19a 953±27a
1) ND: 검출되지 않음
2) 각각의 열의 다른 문자는 유의적인 차이가 있음(p<0.05)
총 안토시아닌과 시아니딘, 말비딘, 페튜니딘 및 델피니딘을 포함한 단일 안토시아닌 함량은 단일 P 및 B에 비해 제형화된 VAFC에서 증가하였다. 그 중 F3 제형에서 총 안토시아닌 및 단일 안토시아닌 함량이 가장 높았다.
압출 VAFC의 총 안토시아닌 및 단일 안토시아닌 함량
Formulation 총 안토시아닌
(mg/100g)		 시아니딘
(㎍/100g)		 말비딘
(㎍/100g)		 페튜니딘
(㎍/100g)		 델피니딘
(㎍/100g)
P 156.49±36b2) 15.36±6.3c 9.35±2.4b 2.36±0.4c 3.76±0.6b
B 59.35±22c 2.38±0.7e 1.34±0.3c ND1) ND
F1 266.31±28b 6.37±1.5d 7.48±1.6b 2.68±0.6b 3.18±0.4b
F2 332.28±34a 26.34±5.4a 11.94±2.3a 3.49±0.9a 4.53±1.1a
F3 387.94±53a 27.36±4.2a 10.62±1.8a 3.47±0.7a 4.98±1.3a
1) ND: 검출되지 않음
2) 각각의 열의 다른 문자는 유의적인 차이가 있음(p<0.05)
같은 방식으로, 시린직산, 4-하이드록시 벤조산, 페룰산, 시나프산 및 카테킨(축합 탄닌)과 같은 단일 페놀산 함량도 F3 제형에서 가장 높았다. 한 가지 경향은 단일 P 및 B 압출물에서 2차 대사산물이 감소하는 것으로 관찰되었지만, 비타민 E 매개 레시틴 기반 F3 제형은 단일 P 및 B 압출물에 비해 가장 높은 2차 대사 산물을 가지고 있었다.
압출 VAFC의 단일 페놀산 함량
Formulation 시린직산
(㎍/100g)		 4-하이드록시 벤조산
(㎍/100g)		 페룰산
(㎍/100g)		 시나프산
(㎍/100g)		 카테킨
(㎍/100g)
P 2.59±1.5c1) 5.69±2.1c 3.46±1.2c 9.34±3.4d 6.34±2.4e
B 3.49±1.6b 6.37±1.8c 5.57±0.8b 11.19±2.7c 15.93±2.9b
F1 1.96±0.8d 8.25±1.3b 5.69±1.2b 11.67±1.5c 9.14±1.7d
F2 4.23±1.2ab 9.34±2.3b 5.38±2.2b 15.64±3.7b 12.35±2.8c
F3 5.97±1.3a 12.02±3.2a 7.78±3.1a 18.49±4.6a 16.28±3.7a
1) 각각의 열의 다른 문자는 유의적인 차이가 있음(p<0.05)
실시예 3. 항산화 능력
압출 VAFC의 항산화 능력은 DPPH 및 FRAP 분석으로 평가하였다(도 1). 플라보노이드 화합물, 특히 안토시아닌은 퍼옥실 라디칼(peroxyl radicals)에 대한 강력한 보호 능력을 가지고 있다는 것이 과학적으로 입증되었다. 그 결과, 단일 P 및 B 압출물에 비해 F2 및 F3 제형에서 높은 항산화 활성을 나타내었다.

Claims (6)

  1. (1) 자색감자를 슬라이스한 후 동결건조하고 분쇄하여 자색감자 분말을 제조하는 단계;
    (2) 혼합 분말 총 중량 기준으로, 상기 (1)단계의 제조한 자색감자 분말 43~47 중량%와 메밀 종자 분말 43~47 중량%, 레시틴 분말 7~9 중량% 및 비타민 E 분말 1.8~2.2 중량%를 혼합하여 혼합 분말을 제조하는 단계;
    (3) 상기 (2)단계의 제조한 혼합 분말의 수분 함량이 18~22%(v/w)가 되도록 물을 첨가하는 단계;
    (4) 상기 (3)단계의 첨가한 혼합물을 온도 80~100℃, 압력 80~100 bar 및 스크류 속도 160~200 rpm로 조정된 핫멜트 압출기에 35~45 g/분으로 투입한 후 압출하여 압출물을 제조하는 단계; 및
    (5) 상기 (4)단계의 제조한 압출물을 45~55℃에서 12~18시간 동안 건조하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 총 페놀, 총 플라보노이드, 루틴, 케르세틴 및 총 안토시아닌 함량과 단일 안토시아닌인 시아니딘, 말비딘, 페튜니딘 및 델피니딘과 단일 페놀산인 시린직산, 4-하이드록시 벤조산, 페룰산, 시나프산 및 카테킨 함량이 증진되고 항산화 활성이 증진된 자색감자 복합물의 제조방법.
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