KR100567564B1 - 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분추출물을 포함하는 음료 - Google Patents

도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분추출물을 포함하는 음료 Download PDF

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Abstract

본 발명은 도토리의 유효성분으로서 특히 비만조절 물질을 유효하게 추출하기 위한 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에 관한 것으로서, 본 발명에 따른 도토리의 유효성분 추출방법은, (1) 내피를 제거하지 않은 상태로 도토리를 건조시키는 건조공정; 및 (2) 건조된 도토리 100중량부에 대하여 추출조건을 추출온도를 37 내지 67℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 도토리의 중량의 6 내지 24배의 물을 넣고 추출하되, 항산화효과를 위해서는 추출조건을 37 내지 61℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 6 내지 24배의 물을 넣고 열수추출하거나, 또는 갈릭산 함량을 높이기 위해서는 추출조건을 65 내지 67℃, 추출시간을 1.5 내지 2.0시간 및 용매비를 도토리의 중량의 17 내지 18배의 물을 넣고 열수추출하는 열수추출단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
도토리, 추출조건, 비만조절, 추출온도, 추출시간, 용매비, 전자공여능

Description

도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료 {Extraction method of effective component of acorn and non-alcoholic beverage comprising the effective component of acorn}
도 1은 총 페놀성 화합물의 함량(Y1)은 상기 표 6에 나타내었으며, 이들의 반응 표면을 나타내는 그래프이다.
도 2는 전자공여능에 대한 4차원 반응표면을 나타내는 그래프이다.
도 3은 항산화능에 대한 4차원 반응표면을 나타내는 그래프이다.
도 4는 아질산염 소거능에 대한 4차원 반응표면을 나타내는 그래프이다.
도 5는 폴리페놀 함량의 변화에 대한 4차원 반응표면을 나타내는 그래프이다.
도 6은 갈릭산 함량의 변화에 대한 4차원 반응표면을 나타내는 그래프이다.
본 발명은 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에 관한 것이다. 보다 상세하게는 본 발명은 도토리의 유효성분으로서 특히 비만조절 물질을 유효하게 추출하기 위한 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에 관한 것이다.
도토리(acorn ; quercus acutissima)는 우리나라 전역의 산림에서 생산되는 참나무과(Fagaceae) 나무의 열매로서 그 종류는 약 28종이나 된다. 대표적인 도토리에는 졸참나무(Quercus serrata thunb)의 열매와 상수리나무(Quercus autissima carruther)의 열매를 들 수 있다. 도토리에는 전분 65 내지 69%, 조단백 5.8 내지 7.8%, 조지방 1.1 내지 5.0%, 조섬유 2.1 내지 3.6%, 조회분 1.9 내지 3.4%, 탄닌 4.6 내지 9.3%, 그리고 수분이 6.5 내지 13.7% 정도 함유되어 있다. 한편, 도토리의 떫은 맛과 갈변 현상은 주로 탄닌 성분에 기인하여 가수분해형 탄닌성분 즉 갈릭산(gallic acid), 디갈릭산(digallic acid), 갈로탄닌(gallotannin) 등과 같은 천연 항산화 성분을 다량 함유하고 있다.
견과류에 함유된 항산화물질로 알려진 폴리페놀 및 플라보노이드 총량을 측정한 결과 밤보다 도토리에 더 많고, 과육보다는 내피부분에 폴리페놀 및 플라보노이드가 더 많이 함유되어 있다.
종 류 총 폴리페놀 총 플라보노이드
도토리 과육 0.59 0.21
내피 2.49 0.44
밤 과육 0.13 0.01
내피 1.98 0.19
단위 ㎎/g 분말기준
선행 동물실험에서 도토리가 지방대사에 미치는 효과를 살펴본 결과, 대조군에 비하여 5%, 10% 수준의 도토리 시료를 섭취한 군에서 혈장내 총지방 수준, 혈장 내 중성지방 수준, 혈장 총콜레스테롤 수준, 간조직내 총지방 수준, 간조직내 중성지방 수준, 간조직내 콜레스테롤 수준이 유의적으로 낮게 나타났고, 이는 도토리 함유수준이 높을수록, 과육보다 내피를 함유한 군에서 더 감소한 것으로 나타났다. 또한 도토리의 항산화능을 살펴본 결과 혈장의 지질과산화물 함량은 도토리군이 유의적으로 낮게 나타났고, 적혈구, 간의 항산화효소 활성이 유의적으로 높게 나타난 것으로 보고되었다(육근정, 이혜진, 김미경, 밤과 도토리의 과육 및 내피가 흰쥐의 지방대사, 항산화능 및 항혈전능에 미치는 영향, 한국영양학회지 35(2) : 171 - 182, 2002를 참조하시오).
도토리의 탄닌은 혈중 중성지방의 변환을 촉진하거나 간의 중성지방 합성을 저해함으로써 체내 중성지방 수준을 감소시키는 것으로 생각되고, 폴리페놀류는 말초조직으로부터 간으로 콜레스테롤의 이동을 증가시키고, 장에서 콜레스테롤의 흡수를 감소시키며 담즙산 배설을 증가시킴으로써 혈중 콜레스테롤 저하효과를 나타내는 것으로 여겨지고 있다.
도토리의 항산화성분으로 식물성 폴리페놀인 탄닌 중 갈릭산을 들 수 있는데 이는 과산화물 라디칼(superoxide radical) 생성을 억제하는 작용을 함으로써 SOD(superoxide dismutase)의 활성을 증진시키고 한편으로 갈릭산 에스테르가 과산화수소(H2O2) 생성을 억제시켜 혈장과 간의 지질과산화물 저하효과를 나타내는 것이다.
그러나, 국내에서 이루어진 대부분의 도토리에 관한 선행연구를 살펴보면 주 로 도토리 고유의 떫은 맛을 내게 하는 탄닌의 제거와 관련된 가공방법과 이화학적 특성연구가 대부분으로 도토리의 영양학적 또는 생리적 특성에 관한 생체내(in vivo) 조건에서의 연구가 미흡한 실정이다.
한편, 대한민국 공개특허공보 공개번호 제1989-1470호에는 전분질을 많이 함유한 곡류를 배전한 후, 세균성 α-아밀라아제 및 아미노산류를 가하여 80 내지 140℃의 온도에서 세균성 α-아밀라아제의 전분 분해 반응 및 당류와 아미노산류의 마이아르 반응을 동시에 수행함을 특징으로 하는 곡류를 사용한 기호성 청량음료 원액의 제조방법을 기술하고 있다.
또한, 동 공보 공개번호 제2001-92613호에는 껍질을 벗겨 낸 도토리 알맹이를 35 내지 45℃의 온수조에 담가놓고 6시간 마다 물을 갈아주면서 24시간이 경과한 후 도토리의 알맹이를 다시 물로 씻는 발효 및 타닌제거공정과, 도토리 알맹이를 건조하는 건조공정과, 도토리 알맹이의 수분 함량을 2% 정도가 되게 280℃의 열로 볶는 탄화공정과, 도토리 알맹이를 0.3 내지 0.5㎚의 크기의 입자로 분쇄하는 분쇄공정을 거쳐 도토리차를 제조하는 방법을 기술하고 있다.
이에 본 발명자들은 도토리의 유효성분으로서의 기능성 물질의 추출조건을 탐색하고 추출된 기능성 물질을 이용하여 생체내 실험을 통해 도토리가 가지는 항비만 효과 및 이에 따른 지질대사 개선과 항산화효과를 규명하고, 동시에 도토리의 기능성 물질이 함유된 음료제조 조건을 확정하고 본 발명을 완성하기에 이르렀다.
본 발명의 목적은 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물 을 포함하는 음료를 제공하는 데 있다.
본 발명에 따른 도토리의 유효성분 추출방법은, (1) 내피를 제거하지 않은 상태로 도토리를 건조시키는 건조공정; 및 (2) 건조된 도토리 100중량부에 대하여 추출조건을 추출온도를 37 내지 67℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 도토리의 중량의 6 내지 24배의 물을 넣고 추출하되, 항산화효과를 위해서는 추출조건을 37 내지 61℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 6 내지 24배의 물을 넣고 열수추출하거나, 또는 갈릭산 함량을 높이기 위해서는 추출조건을 65 내지 67℃, 추출시간을 1.5 내지 2.0시간 및 용매비를 도토리의 중량의 17 내지 18배의 물을 넣고 열수추출하는 열수추출단계;들을 포함하여 이루어진다.
상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 총 페놀성 화합물 함량의 최적추출조건으로서 추출온도 57.91℃, 추출시간 4.08시간 및 도토리에 대한 용매비 22.39㎖/g, 전자공여능의 최적추출조건으로서 추출온도 60.57℃, 추출시간 2.85시간 및 도토리에 대한 용매비 6.47㎖/g, 항산화능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 37.11℃, 추출시간 1.67시간 및 도토리에 대한 용매비 18.84㎖/g, 아질산염소거능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 47.07℃, 추출시간 1.24시간 및 도토리에 대한 용매비 19.55㎖/g, 폴리페놀의 최적추출조건으로서 추출온도 57.15℃, 추출시간 3.89시간 및 도토리에 대한 용매비 23.18㎖/g들의 조건을 기준으로 어느 하나의 추출조건을 선택하여서 이루어질 수 있다.
본 발명에 따른 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료는, 내피를 제거 하지 않은 상태로 건조된 도토리 100중량부에 대하여 추출온도를 37 내지 67℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 도토리의 중량의 6 내지 24배의 물을 넣고 열수추출하여서 된, 당도 약 1.0브릭스, 산도 약 0.09%, pH 약 4.45의 도토리 추출물 75 내지 85중량%, 과당 7 내지 9중량%, 폴리덱스트로스 2.5 내지 3.5중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어진다.
상기 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에는 니코틴산아미드, 가르시니아 캄보기아 추출물, 시트르산, 시트르산나트륨, 혼합과일향, 벤조산나트륨, 젤란검 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 보조성분들이 상기 전체 조성물에 대하여 2 내지 4중량% 더 포함될 수 있다.
이하, 본 발명의 구체적인 실시예를 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명에 따른 도토리의 유효성분 추출방법은, (1) 내피를 제거하지 않은 상태로 도토리를 건조시키는 건조공정; 및 (2) 건조된 도토리 100중량부에 대하여 추출조건을 추출온도를 37 내지 67℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 도토리의 중량의 6 내지 24배의 물을 넣고 추출하되, 항산화효과를 위해서는 추출조건을 37 내지 61℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 6 내지 24배의 물을 넣고 열수추출하거나, 또는 갈릭산 함량을 높이기 위해서는 추출조건을 65 내지 67℃, 추출시간을 1.5 내지 2.0시간 및 용매비를 도토리의 중량의 17 내지 18배의 물을 넣고 열수추출하는 열수추출단계;들을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.
특히, 상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 총 페놀성 화합 물 함량의 최적추출조건으로서 추출온도 57.91℃, 추출시간 4.08시간 및 도토리에 대한 용매비 22.39㎖/g, 전자공여능의 최적추출조건으로서 추출온도 60.57℃, 추출시간 2.85시간 및 도토리에 대한 용매비 6.47㎖/g, 항산화능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 37.11℃, 추출시간 1.67시간 및 도토리에 대한 용매비 18.84㎖/g, 아질산염소거능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 47.07℃, 추출시간 1.24시간 및 도토리에 대한 용매비 19.55㎖/g, 폴리페놀의 최적추출조건으로서 추출온도 57.15℃, 추출시간 3.89시간 및 도토리에 대한 용매비 23.18㎖/g들의 조건을 기준으로 어느 하나의 추출조건을 선택하여서 이루어질 수 있다.
상기에서 물의 첨가량, 가열온도 및 시간 등의 열수추출조건 등은 모두 이하에서 기술되는 실시예에서 고찰된 결과에 따라 결정된 것으로서, 특히 유효성분으로서 특히 비만조절 물질을 유효하게 추출하기 위한 최적의 추출조건으로 결정된 것이다.
또한, 본 발명에 따른 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료는, 내피를 제거하지 않은 상태로 건조된 도토리 100중량부에 대하여 추출온도를 37 내지 67℃, 추출시간을 1 내지 4.5시간 및 용매비를 도토리의 중량의 6 내지 24배의 물을 넣고 열수추출하여서 된, 당도 약 1.0브릭스, 산도 약 0.09%, pH 약 4.45의 도토리 추출물 75 내지 85중량%, 과당 7 내지 9중량%, 폴리덱스트로스 2.5 내지 3.5중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어지며, 당도 약 11 내지 12브릭스, 산도 약 0.46 내지 0.50%, pH 약 3.7 내지 3.9를 만족하는 물성을 가짐을 특징으로 한다. 상기에서의 도토리 추출물의 추출조건은 모두 이하에서 기술되는 실시예에서 고찰 된 결과에 따라 결정된 것으로서, 특히 유효성분으로서 특히 비만조절 물질을 유효하게 추출하기 위한 최적의 추출조건으로 결정된 것이다. 상기 도토리 추출물의 함량이 75중량% 미만으로 포함되는 경우, 도토리의 유효성분, 특히 비만조절 물질이 충분치 못하게 되어 비만조절이라는 기능성 음료의 본래의 목적을 달성치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 85중량%를 초과하는 경우, 다른 보조성분들의 함량이 부족하게 되어 음료로서의 기호성 등이 저하되는 문제점이 있을 수 있다. 상기에서 과당은 음료의 복용을 용이하게 하기 위한 감미를 부여하여 기호성을 높이는 기능을 한다. 상기 과당이 7중량% 미만으로 포함되거나 9중량%를 초과하는 경우, 감미의 부족 및 과다로 인하여 기호성이 적절치 못하게 되는 문제점이 있을 수 있다. 상기 폴리덱스트로스는 약간의 결합 소르비톨과 구연산 또는 인산을 가지는 D-글루코오스의 무작위축중합체이며, 드링크요구르트나 제약회사의 기능성음료 등에 사용된다. 이는 비피도박테리아(Bifidobacteria)를 선택적으로 증진시키며, 분변의 암모니아, pH 및 혈청 콜레스테롤을 낮추어 대장내 환경을 개선시키는 효과가 있는 것으로 알려져 있으며, 식품 이용시 단맛 효과, 갈변화 방지, 삼투압 조절, 수분의 흡수, 빙점 강화, 식품의 노화방지 비피더스의 증식의 효과가 있으며, 저칼로리 식품으로 다이어트식품 원료로 이용되고 있다. 상기 폴리덱스트로스가 2.5중량% 미만으로 포함되는 경우, 상기한 바의 효과 등이 불충분하게 되는 문제점이 있을 수 있으며, 반대로 3.5중량%를 초과하는 경우, 다른 성분들의 함량이 부족하게 되는 문제점이 있을 수 있다.
상기 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에는 니코틴산아미드, 가르 시니아 캄보기아 추출물, 시트르산, 시트르산나트륨, 혼합과일향, 벤조산나트륨, 젤란검 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 보조성분들이 상기 전체 조성물에 대하여 2 내지 4중량% 더 포함될 수 있다. 상기한 니코틴산아미드, 가르시니아 캄보기아 추출물, 시트르산, 시트르산나트륨, 혼합과일향, 벤조산나트륨, 젤란검 등은 모두 당업자에게는 상용적으로 구입하여 사용이 가능한 것이며, 음료의 제조에서 향, 맛, 보존성, 저장성, 안정성 등의 효과를 부여하기 위하여 포함되는 것으로 이해될 수 있는 것이다.
이하에서 본 발명의 바람직한 실시예 및 비교예들이 기술되어질 것이다.
이하의 실시예들은 본 발명을 예증하기 위한 것으로서 본 발명의 범위를 국한시키는 것으로 이해되어져서는 안될 것이다.
실시예 1
1. 실험재료
본 발명에서 사용된 도토리는 충남 서천군 판교면에 위치한 농민식품에서 공급받은 것을 수세 후 건조하여 사용하였다.
2. 일반성분 분석
도토리의 수분(105℃, 상압건조법) 및 회분(직접회화법) 함량은 미국 분석화학 조직(AOAC ; American Organization for Analytical Chemistry)의 규정에 준하여 측정하였고, 단백질은 자동질소증류장치(J. P. Selecta. s. a. Co.)로, 지방은 용매자동회수지방추출장치(J. P. Selecta. s. a. Co.)를 사용하여 3회 반복 측정하였다.
3. 추출방법
도토리를 일정한 크기로 분쇄한 후, 항온수조에서 진탕(100rpm)하면서 각각의 추출조건에 따라 추출하였다.
4. 추출조건 최적화를 위한 실험계획
추출조건의 최적화를 위한 실험계획은 중심합성계획법에 의하여 설계하였고, 반응표면 회귀분석을 위하여 SAS(statistical analysis system) 프로그램을 사용하였다. 중심합성계획에서 독립변수(Xn)는 추출온도(30 내지 70℃, X1), 추출시간(1 내지 5시간, X2) 및 용매비(5 내지 25배, X3)이며, 실험계획은 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화하여, 중심합성계획에 따라 표 2와 같이 16구로 설정하여 추출실험을 하였다.
추출조건 -2 -1 0 1 2
추출온도(℃)(X1) 30 40 50 60 70
추출시간(시간)(X2) 1 2 3 4 5
용매비(㎖/g)(X3) 5 10 15 20 25
도토리 추출물의 항산화적 특성에 관련된 종속변수(Yn)로는 총 페놀성 화합물 함량(Y1), 전자공여능(Y2), 항산화능 측정(Y3), 아질산염소거능(Y4 ) 및 폴리페놀 함량(Y5)로 각각 나타내었다. 이때, 세 가지의 추출조건에 따른 3차 회귀모형식은 하기 수학식 1과 같다.
Y=b0+b1X1+b2X2+b2X3+b11X1 2+b22X2 2+b33X3 2+b12X1X2+b13X1X3+b23X2
여기서, Y는 추출한 도토리의 항산화적 특성, X1, X2 및 X3는 추출조건, b0은 회귀계수이다.
5. 총 페놀성 화합물 함량 측정
각 추출물의 총 페놀성 화합물 함량은 폴린-데니스(Folin-Denis)법에 따라 비색 정량하였다. 즉, 추출액을 100배 희석한 검액 5㎖를 넣어 진탕하고 1시간 실온에서 방치하여 700㎚에서 흡광도를 측정하였다. 대조구는 검액 대신 증류수를 넣어 동일하게 처리한다. 이때 표준흡광도를 측정하였다. 대조구는 검액 대신 증류수를 넣어 동일하게 처리한다. 이때 표준물질로는 탄닌산(tannic acid)를 5 내지 50㎍/㎕의 농도로 조제하여 검량곡선의 작성에 사용하였다.
6. 전자공여능 측정
시험용액의 전자공여능(electron donating ability, EDA) 시험은 α,α-디페닐-β-피크릴히드라질(DPPH ; α,α-diphenyl-β-picrylhydrazyl)을 사용한 방법으로 측정하였다. 즉, DPPH 시약 12㎎을 무수에탄올 100㎖에 용해한 후, 증류수 100㎖를 가하고, 50% 에탄올 용액을 대조구로 하여 517㎚에서 DPPH 용액의 흡광도를 약 1.0으로 조정한 후, 이 용액 4㎖을 취하여 시료 용액 1㎖와 혼합한 후, 상온에서 10분간 방치시킨 다음 517㎚에서 흡광도를 측정하여 시료 첨가구와 무첨가구의 흡광도 차이를 백분율(%)로 표시하여 전자공여능으로 하였다.
EDA(%)=(1-((시료첨가시의 흡광도)/(공시험의 흡광도)))*100
7. 항산화능 측정
각 추출물의 항산화능은 랜시토미터(rancitometer(Rancimat 679, Metrohm AG, Swiss)를 사용하여 측정하였으며, 항산화지수(AI ; antioxidant index)로 항산화능을 비교하였다. 이때 측정조건은 온도 110℃, 공기공급량 20ℓ/hr, 유지(항산화제를 첨가하지 않은 대두유) 사용량은 2.5g으로 측정하여 얻은 값을 표시하였다.
AI=(각 증자물을 첨가한 실험구의 유도기간)/(무첨가구의 유도기간)
8. 아질산염 소거능 측정
각 추출물의 아질산염 소거능 측정은 1mM NaNO2 용액 1㎖에 소정 농도의 시료를 첨가하고, 여기에 0.1N 염산(pH 1.2)과 0.2M 구연산 완충액(pH 3.0, 4.2 및 6.0)을 사용하여 반응용액의 pH를 각각 1.0, 3.0, 4.2 및 6.0으로 조정하여 각 반응용액을 10㎖로 적용하였다. 각 반응용액은 37℃에서 1시간 동안 반응시킨 후, 1㎖를 취해 2% 초산 용액 5㎖를 첨가한 다음, 그리이스 시약(Griess reagent ; 30% 아세트산으로 각각 조제한 1% 설파닐산(sulfanilic acid)과 1% 나프틸아민 (naphthylamine)을 1:1 비로 혼합한 것, 사용직전 조제) 0.4㎖를 가하여 잘 혼합시켜 실온에서 15분간 방치시킨 분광광도계를 사용하여 520㎚에서 흡광도를 측정하여 아래식에 의하여 아질산염 소거율을 구하였다.
N(%)=(1-((A-C)/B))*100
상기식에서, N은 아질산염 소거율이고, A는 1mM NaNO2 용액에 시료를 첨가하여 1시간 방치 후의 흡광도이고, B는 NaNO2 용액의 흡광도이고, C는 시료 자체의 흡 광도이다.
9. 폴리페놀 함량 분석
각 추출물의 폴리페놀 함량은 하기의 표 3의 조건에 따라 고성능 액체크로마토그래피(HPLC)를 사용하여 분석하였다. 즉, 각각의 추출물을 0.45㎛ 멤브레인필터로 여과 후, 이것을 시험용액으로 사용하였다. 폴리페놀의 동정은 각 폴리페놀 표준품의 지연시간(retention time)과 비교하여 동정하였고, 함량은 자동분석기에 의해서 계산된 함량으로 나타내었다.
항목 분 석 조 건
기기 시마쯔 엘씨-10에이티(Shimadzu LC-10AT)
컬럼 스페리소브 오디에스(Spherisorb ODS)(4.6㎜*250㎜)
용매 A 용액 ; 아세토니트릴:에틸아세테이트:0.1% 인산 = 8.5:2:89.5 B 용액 ; 50% 아세토니트릴
구배 초기 10분까지는 B 용액 농도 0% 유지 10분에서 20분까지는 B 용액 농도 20%까지 20분에서 50분까지는 B 용액 농도 20% 유지 50분에서 60분까지는 B 용액 농도 0% 유지
컬럼온도 35℃
유속 1.0㎖/분
검출기 자외선 검출기(280㎚)
주입량 20㎕
10. 항산화성분의 추출조건 최적화를 위한 실험계획
항산화성분의 추출조건을 최적화하기 위한 실험계획은 중심합성계획법에 의하여 설계하였고, 반응표면 회귀분석을 위하여 SAS 프로그램을 사용하였다. 중심합성계획에서 독립변수(Xn)는 추출온도(60 내지 100℃, X1), 추출시간(1 내지 5시간, X2 ) 및 용매비(5 내지 25배, X3)이며, 실험계획은 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화하여 실험값을 표 4에 나타내었다. 도토리의 항산화성분에 관련된 종속변수 (Yn)로는 갈 릭산(Y1)으로 나타내었다.
추출조건 -2 -1 0 1 2
추출온도(℃)(X1) 60 70 80 90 100
추출시간(시간)(X2) 1 2 3 4 5
용매비(㎖/g)(X3) 5 10 15 20 25
11. 갈릭산의 추출 및 함량 분석
각각의 추출물 10㎖에 동량의 아세톤을 가하여 40℃에서 4시간 추출하고, 전액을 40℃에서 감압 농축하였다. 농축액 3배량의 에틸아세테이트를 첨가하고, 진탕하고, 갈릭산을 에틸아세테이트층으로 이행시켰다. 이 조작을 3회 반복하고 40℃에서 감압농축하여 분말상의 도토리 추출물을 수득하였다. 또한, 이것을 메탄올에 녹여 고성능 액체크로마토그래피의 분석시료로 하였고, 분석조건은 하기 표 5와 같이 하였다. 갈릭산의 동정은 표준품인 갈릭산의 지연시간과 비교하여 동정하였고, 함량은 자동분석기에 의해서 계산된 양으로 나타내었다.
항목 분 석 조 건
기기 시마쯔 엘씨-10에이티(Shimadzu LC-10AT)
컬럼 마이크로 본다팩(μ Bondapak ; 등록상표) C18(3.9㎜*300㎜)
용매 A 용액 ; 0.5% 인산 B 용액 ; HPLC 메탄올 중의 0.5% 인산
구배 A 용액 펌프 : 100%에서 0%까지로 B 용액 펌프 : 0%에서 100%까지로
컬럼온도 35℃
유속 1.5㎖/분
검출기 자외선 검출기(280㎚)
주입량 20㎕
상기한 바의 각 실험조건들에 대한 결과들은 다음과 같다.
가. 일반성분 분석
도토리의 일반성분 분석결과는 수분 34.5%, 단백질 5.8%, 조지방 2.6% 및 회분 0.61%로 나타났고, 전분이 56.94%로 가장 많은 것으로 나타났다.
나. 추출조건에 따른 증자물의 항산화적 특성 모니터링
중심합성계획법에 의한 16구간의 추출조건에 따른 추출시험을 실시하고, 이때 얻어진 추출물에 대하여 총 페놀성 화합물 함량, 전자공여능, 항산화능, 아질산염소거능, 폴리페놀 함량 및 갈릭산 함량을 하기 표 6 및 표 7에 나타내었다. 각각의 결과를 이용하여 반응표면 회귀분석을 실시하고, 각 종속변수 즉, 총 페놀성 화합물 함량, 전자공여능, 항산화능, 아질산염 소거능, 폴리페놀 및 갈릭산의 함량에 대한 회귀식을 얻었으며, 이를 하기 표 8에 나타내었다.
구분 추출조건 물리화학적 특성
온도 (℃) 시간 (시) 용매비 (㎖/g) 총 페놀함량 (㎎%) 전자공여능(%) 항산화능 (AI) 아질산염소거능(%)
1 60(1) 4(1) 20(1) 200.69 88.76 1.64 79.03
2 60(1) 4(1) 10(-1) 161.91 88.88 1.62 70.07
3 60(1) 2(-1) 20(1) 173.46 88.06 1.55 76.16
4 60(1) 2(-1) 10(-1) 147.13 89.34 1.01 74.19
5 40(-1) 4(1) 20(1) 164.28 86.30 1.28 67.56
6 40(-1) 4(1) 10(-1) 103.01 87.35 1.58 53.05
7 40(-1) 2(-1) 10(-1) 132.28 86.89 1.55 57.35
8 40(-1) 2(-1) 10(-1) 133.66 86.89 1.55 57.24
9 50(0) 3(0) 15(0) 141.50 87.12 1.76 74.19
10 50(0) 3(0) 15(0) 142.72 87.24 1.76 74.19
11 70(2) 3(0) 15(0) 150.46 88.41 1.24 64.16
12 30(-2) 3(0) 15(0) 103.01 86.06 1.84 59.34
13 50(0) 5(2) 15(0) 147.70 87.83 1.68 75.63
14 50(0) 1(-2) 15(0) 141.18 86.70 1.40 74.37
15 50(0) 3(0) 25(2) 201.08 87.70 1.59 76.34
16 50(0) 3(0) 5(-2) 79.80 88.88 1.08 42.29
구분 폴리페놀 구분 항산화성 분획
추출조건 총 페놀함량 (㎎%) 추출조건 갈릭산함량 (㎎%)
온도 (℃) 시간 (시) 용매비 (㎖/g) 온도 (℃) 시간 (시) 용매비 (㎖/g)
1 60(1) 4(1) 20(1) 1122.97 1 90(1) 4(1) 20(1) 18.05
2 60(1) 4(1) 10(-1) 884.62 2 90(1) 4(1) 10(-1) 15.60
3 60(1) 2(-1) 20(1) 821.40 3 90(1) 2(-1) 20(1) 16.93
4 60(1) 2(-1) 10(-1) 808.77 4 90(1) 2(-1) 10(-1) 14.39
5 40(-1) 4(1) 20(1) 714.31 5 70(-1) 4(1) 20(1) 10.72
6 40(-1) 4(1) 10(-1) 665.00 6 70(-1) 4(1) 10(-1) 9.11
7 40(-1) 2(-1) 10(-1) 690.74 7 70(-1) 2(-1) 10(-1) 17.85
8 40(-1) 2(-1) 10(-1) 690.74 8 70(-1) 2(-1) 10(-1) 17.85
9 50(0) 3(0) 15(0) 761.24 9 80(0) 3(0) 15(0) 19.06
10 50(0) 3(0) 15(0) 761.24 10 80(0) 3(0) 15(0) 19.06
11 70(2) 3(0) 15(0) 800.91 11 100(2) 3(0) 15(0) 15.46
12 30(-2) 3(0) 15(0) 637.44 12 60(-2) 3(0) 15(0) 24.71
13 50(0) 5(2) 15(0) 961.45 13 80(0) 5(2) 15(0) 10.97
14 50(0) 1(-2) 15(0) 693.27 14 80(0) 1(-2) 15(0) 22.36
15 50(0) 3(0) 25(2) 1145.38 15 80(0) 3(0) 25(2) 10.87
16 50(0) 3(0) 5(-2) 852.48 16 80(0) 3(0) 5(-2) 7.66
응 답 2차 다항식 R2 유의성
총 페놀함량(㎎%) YTPC=86.498750+2.702812X1-73.668125X2+5.015000X3-0.038438X1 2+1.039625X2X1+0.582500X2 2-0.047550X3X1+1.270500X3X2+0.046700X3 2 0.8707 0.0407
전자공여능(%) YEDA=87.351154+0.076792X1+0.170449X2-0.552744X3+0.000137X1 2-0.009314X2X1+0.021250X2 2+0.001421X3X1+0.025705X3X2+0.011100X3 2 0.9031 0.0197
항산화능(AI) YAA=0.925481-0.022688X1-0.014952X2+0.196885X3-0.000550X1 2+0.017279X2X1-0.055000X2 2+0.000981X3X1-0.032192X3X2-0.004250X3 2 0.9365 0.0058
아질산염소거능(%) YNSA=-91.130481+3.899438X1-10.167548X2+8.819115X3-0.031400X1 2+0.157971X2X1+0.172500X2 2-0.059731X3X1+0.029692X3X2-0.149950X3 2 0.9054 0.0716
폴리페놀함량(㎎%) YPPC=1642.211635-2.218229X1-383.101170X2-81.582026X3-0.105163X1 2+5.539881X2X1+16.830000X2 2+0.216118X3X1+3.995179X3X2+2.376900X3 2 0.9123 0.0143
갈릭산 함량(㎍/㎖) YGA=64.562644-1.191729X1-20.771266X2+5.191705X3+0.002563X1 2+0.310804X2X1-0.598750X2 2-0.016597X3X1-0.212474X3X2-0.097950X3 2 0.8875 0.0281
다. 각각의 추출물에서 총 페놀성 화합물의 함량(Y1)은 상기 표 6에 나타내었으며, 이들의 반응 표면은 도 1에 나타내었고, 회귀식은 상기 표 8과 같다.
총 페놀성 화합물 함량에 대한 추출물의 회귀식의 R2는 0.8707이고, 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 한 결과, 최대값 212.37㎎%이었고, 이때의 추출조건은 추출온도 57.91℃, 추출시간 4.08시간 및 용매비 22.39㎖/g이었다. 총 페놀성 화합물의 함량에 대한 추출조건 의 영향은 표 9에 나타낸 바와 같이 주로 용매비에 영향을 받고 있었으며, 추출시간 및 추출온도의 영향은 거의 없는 것으로 나타났다.
조건 F-비율
총 페놀함량 (㎎%) 전자공여능(%) 항산화능(AI) 아질산염소거능 (%) 폴리페놀함량 (㎎%) 갈릭산 함량 (㎍/㎖)
추출온도(℃, X1) 2.59 10.61*** 13.37*** 4.24** 5.29** 2.71
추출시간(hr, X2) 0.96 0.72 10.42*** 0.26 3.79* 5.88**
용매비 6.97** 3.14* 14.40*** 9.31*** 6.00** 5.02**
* ; 10% 수준의 유의성, ** ; 5% 수준의 유의성 *** ; 1% 수준의 유의성
라. 전자공여능의 변화
상기 표 6은 추출조건에 따른 전자공여능(Y2)을 나타내었으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식은 표 8에 나타내었다.
전자공여능에 대한 R2는 0.9031로 5% 이내의 유의성이 인정되었다. 전자공여능에 대한 추출조건의 영향은 추출온도에서 1% 이내의 유의성을 보이면서 가장 크게 영향을 미치는 것으로 나타났으며, 그 다음으로 용매비에 영향을 받았으나, 추출시간은 크게 영향을 미치지 않았다. 전자공여능의 변화에 준하여 각각의 최적 조건을 구하고자 능선분석을 행하여 본 결과 하기 표 10에서와 같이 최대값 98.45%이었고, 이때의 요인 변수들의 값은 추출온도 60.37℃, 추출시간 2.85시간 및 용매비 6.47㎖/g으로 나타났다. 이러한 결과는 위 결과보다 낮은 온도, 더 긴 시간 및 더 높은 용매비에서는 상대적으로 전자공여능이 떨어지는 것을 나타낸 것이다. 전자공여능에 대한 4차원 반응표면은 도 2와 같으며, 추출온도가 높은 조건에서 반응 값이 높은 것으로 나타났다.
마. 항산화능의 변화
추출조건에 따른 항산화능(Y3)의 변화는 표 6에 나타내었고, 결과에 대한 반응표면 회귀식은 표 8과 같으며, 항산화능에 대한 4차원 반응표면은 도 3과 같다.
각 실험구에서 얻어진 항산화능에 대한 회귀식 R2는 0.9365로 1% 이내의 유의성이 인정되었다. 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석한 결과, 최대값은 2.09 AI로 예측되었고, 이때 추출조건은 추출온도 37.11℃, 추출시간 1.67시간 및 용매비 18.84㎖/g이었다. 항산화능 변화에 대한 추출조건의 영향은 표 9와 같이 추출온도, 추출시간 및 용매비에 대해 1% 이내의 유의성이 인정되어 세 가지 조건 모두에 영향을 크게 받고 있는 것으로 나타났다.
바. 아질산염 소거능의 변화
각 조건의 추출물에서 아질산염 소거능(pH 1.2)(Y4)은 표 6에 나타내었고, 반응표면에 대한 회귀식은 표 8과 같다.
아질산염 소거능에 대한 추출물의 회귀식의 R2는 0.9054이고, 10% 이내의 수준에서 유의성이 인정되었다.
최적 예측조건은 표 9와 같으며, 이때 예측된 정상점은 안장점으로 나타나 능선분석을 실시하였다. 아질산염 소거작용에 대한 추출물의 최대값은 80.57%로 나타났으며, 이때 추출온도 47.07℃, 추출시간 1.24시간 및 용매비 19.55㎖/g에서 가장 높은 효율을 나타내었다. 추출 후 아질산염 소거능의 변화는 용매비에 영향을 가장 크게 받으며, 다음으로 추출온도에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 설정된 범위 내에서 추출시간에 대해서는 영향이 거의 나타나지 않았다(표 10). 또한, 아질산염 소거능에 대한 4차원 반응표면은 도 4와 같다.
응답 X1 X2 X3 최대값 형태
총 페놀함량(㎎%) 57.91 4.08 22.39 212.37 안장점
전자공여능(%) 60.37 2.85 6.47 89.45 안장점
항산화능(AI) 37.11 1.67 18.84 2.09 안장점
아질산염소거능(%) 47.07 1.24 19.55 80.57 안장점
폴리페놀함량(㎎%) 57.15 3.89 23.18 1197.78 안장점
갈릭산 함량(㎍/㎖) 65.84 1.65 17.17 30.51 안장점
사. 폴리페놀 함량의 변화
추출온도, 추출시간 및 시료에 대한 용매비에 따른 도토리의 폴리페놀 함량은 637.44 내지 1145.38㎎% 범위를 나타내었으며, 폴리페놀 함량에 대한 추출물의 회귀식의 R2는 0.9123이고, 5% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다(표 7 및 표 8). 예측된 정상점은 안장점으로 능선분석을 한 결과, 최대값은 1197.78㎎%이었고, 이때의 추출조건은 추출온도 57.15℃, 추출시간 3.89시간 및 용매비 23.18㎖/g으로 나타났다(표 9). 폴리페놀 함량은 추출온도와 용매비에 대해 5% 이내의 유의성이 인정되어 영향을 받는 것으로 나타났으며, 추출시간에서도 다소의 영향을 받는 것으로 나타났다(표 10). 4차원 반응표면에 의한 폴리페놀 함량의 변화는 도 5에 나타내었으며, 추출온도가 높고, 용매비가 증가할수록 폴리페놀 함량이 증가하는 경향을 나타내었다. 다카시(Takashi) 등은 방향족 화합물인 폴리페놀 화합물이 아질산염을 효과적으로 분해하여 발암성 니트로사민의 생성을 억제한다고 보고하였다.
아. 갈릭산 함량의 변화
각 실험구에서 얻어진 도토리의 갈릭산 함량에 대한 회귀식의 R2는 0.8875로 5% 이내의 유의성이 인정되었다(표 8). 예측된 정상점은 안장점이므로 능선분석을 한 결과, 최대값은 30.51㎍/㎖이었고, 이때의 추출조건은 추출온도 65.84℃, 추출시간 1.65시간 및 용매비 17.17㎖/g으로 나타났다(표 10). 도토리의 갈릭산 함량에 대한 추출조건의 영향은 추출시간과 용매비에 영향을 받는 것으로 나타났으며, 설정된 범위 내에서 온도에 대한 영향은 거의 나타나지 않았다(표 9). 도 6의 수학적 프로그램을 이용하여 나타낸 4차원 반응표면 결과 도토리의 갈릭산 함량은 추출온도가 낮을수록 증가하였다.
실시예 2
상기 실시예 1의 실험결과에 따라 최적화한 추출조건에 따라 건조된 도토리를 500g 계량 후, 정제수 2,500g(5배수), 55℃에서 2.5시간 추출하여 도토리 추출액을 수득하였으며, 추출 후 추출액 회수량은 2.000g(수율 66.67%) 이었고, 수득된 추출액을 검사한 결과, 당도 1.0브릭스, 산도 0.09%, pH 4.45로 나타남을 확인하였다. 추출액에 함유된 도토리의 양을 계산한 결과, 0.25% 이었으며, 이 추출액을 이용하여 하기 표 11에 따라 음료로 만들었다.
원재료명 배합비(%) 사용량(g) 비고
도토리 추출액 80.000 66.9440 도토리함량 20%
과당 8.000 6.6944
폴리덱스트로스 3.000 2.5104
니코틴산아미드 0.013 0.0109
가르시니아캄보기아 추출물 0.300 0.2510 수용성
사과 농축물 2.000 1.6736 50브릭스
시트르산 0.400 0.3347
시트르산나트륨 0.036 0.0301
혼합과일향 0.1 0.0837 FKA 6267/BE
벤조산나트륨 0.05 0.0418
젤란검 0.05 0.0418
물 6.051 5.0635
합계 100 83.6800
상기한 바에 따라 혼합하여 제조한 본 발명에 따른 음료는 당도 약 11.5브릭스, 산도 약 0.48%, pH 약 3.77, S.G 약 1.046으로 나타났으며, 이때의 음료의 도토리 함량은 약 20%이었다.
상기한 실시예들을 종합한 결과, 도토리 추출물의 총 페놀성 화합물 함량은 추출온도 57.91℃, 추출시간 4.08시간 및 도토리에 대한 용매비 22.39㎖/g에서 가장 높은 함량을 나타내었고, 전자공여능은 60.57℃, 2.85시간, 6.47㎖/g에서, 항산화능은 37.11℃, 1.67시간, 18.84㎖/g에서, 아질산염소거능은 47.07℃, 1.24시간, 19.55㎖/g에서 각각 최고의 항산화적 특성을 나타내는 것으로 예측되었다. 조건별 추출물의 폴리페놀 및 갈릭산 함량에 대한 회귀식의 R2는 0.880 이상으로 5% 이내의 수준에서 유의성이 인정되었다. 폴리페놀은 추출온도가 57.15℃에서 가장 높게 나타났으며, 추출시간 3.89시간 및 도토리에 대한 용매비 23.18㎖/g에서 가장 높게 나타났다. 갈릭산 함량은 추출온도가 낮을수록 증가하여 65.84℃에서 가장 높게 나타났으며, 추출시간 1.65시간 및 도토리에 대한 용매비 17.17㎖/g에서 가장 높은 추출율을 보였다. 항산화 및 기능성 유효성분의 최적 추출조건을 종합하여 본 결과 추출온도 54.24℃, 추출시간 2.56시간, 추출 용매비는 17.93㎖/g이었다.
또한, 이 추출물을 이용하여 식감이 양호한 음료를 제조하는 데 사용될 수 있음을 확인할 수 있었다.
따라서, 본 발명에 의하면 도토리의 유효성분으로서 특히 비만조절 물질을 유효하게 추출하기 위한 도토리의 유효성분 추출방법 및 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료를 제공하는 효과가 있으며, 특히 추출조건을 다양하게 하여 소정의 기능을 갖는 음료의 제조에 적절한 도토리 추출물을 제조할 수 있는 효과가 있다.
이상에서 본 발명은 기재된 구체예에 대해서만 상세히 설명되었지만 본 발명의 기술사상 범위 내에서 다양한 변형 및 수정이 가능함은 당업자에게 있어서 명백한 것이며, 이러한 변형 및 수정이 첨부된 특허청구범위에 속함은 당연한 것이다.

Claims (7)

  1. (1) 내피를 제거하지 않은 상태로 도토리를 건조시키는 건조공정과, (2) 건조된 도토리 100중량부에 대하여 6 내지 24배의 물을 넣고, 37 내지 67℃의 온도에서 1 내지 4.5시간 가열하여 열수추출하는 열수추출단계를 포함하는 도토리의 유효성분 추출방법에 있어서,
    상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 총 페놀성 화합물 함량의 최적추출조건으로서 추출온도 57.91℃, 추출시간 4.08시간 및 도토리에 대한 용매비 22.39㎖/g인 것을 특징으로 하는 도토리 유효성분 추출방법.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 전자공여능의 최적추출조건으로서 추출온도 60.57℃, 추출시간 2.85시간 및 도토리에 대한 용매비 6.47㎖/g인 것을 특징으로 하는 도토리 유효성분 추출방법.
  3. 내피를 제거하지 않은 상태로 건조된 도토리 100중량부에 대하여 6 내지 24배의 물을 넣고, 37 내지 67℃의 온도에서 1 내지 4.5시간 가열하여 열수추출하여서 된, 당도 약 1.0브릭스, 산도 약 0.09%, pH 약 4.45의 도토리 추출물 75 내지 85중량%, 과당 7 내지 9중량%, 폴리덱스트로스 2.5 내지 3.5중량% 및 잔량으로서 물을 포함하여 이루어짐을 특징으로 하는 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 도토리의 유효성분 추출물을 포함하는 음료에 니코틴산아미드, 가르시니아 캄보기아 추출물, 시트르산, 시트르산나트륨, 혼합과일향, 벤조산나트륨, 젤란검 또는 이들 중 2이상의 혼합물로 이루어지는 그룹으로부터 선택되는 보조성분들이 상기 전체 조성물에 대하여 2 내지 4중량% 더 포함되어 이루어짐을 특징으로 하는 상기 음료.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 항산화능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 37.11℃, 추출시간 1.67시간 및 도토리에 대한 용매비 18.84㎖/g인 것을 특징으로 하는 도토리 유효성분 추출방법.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 아질산염소거능에 대한 최적추출조건으로서 추출온도 47.07℃, 추출시간 1.24시간 및 도토리에 대한 용매비 19.55㎖/g인 것을 특징으로 하는 도토리 유효성분 추출방법.
  7. 제1항에 있어서,
    상기 열수추출단계에서 항산화효과를 위한 추출조건은 폴리페놀의 최적추출조건으로서 추출온도 57.15℃, 추출시간 3.89시간 및 도토리에 대한 용매비 23.18㎖/g인 것을 특징으로 하는 도토리 유효성분 추출방법.
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