KR101340947B1

KR101340947B1 - 고활성 산화칼슘을 이용한 포도즙 제조방법

Info

Publication number: KR101340947B1
Application number: KR1020110147365A
Authority: KR
Inventors: 구자준; 김윤숙
Original assignee: 에코바이오텍 주식회사
Priority date: 2011-12-30
Filing date: 2011-12-30
Publication date: 2013-12-13
Also published as: KR20130078424A

Abstract

본 발명은 고활성 산화칼슘을 이용한 포도즙 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 패각분을 900 내지 1,500℃의 온도로 6 내지 20시간 소성 및 100,000V 이상의 전압으로 30분 내지 20시간 전기 분해한 산화칼슘을 포도 1,000중량부에 대해 0.04 내지 0.1중량부 첨가하여 추출하는 것을 특징으로 하는 포도즙 제조방법에 관한 것이다.
본 발명에 따르면 포도로부터 폴리페놀, 플라보노이드, 트랜스-레스베라트롤 등의 유효성분을 효율적으로 추출할 수 있고, 포도즙 제조 수율을 높일 수 있으며, 영양 뿐만 아니라 관능도가 높은 우수한 품질의 포도즙을 제조할 수 있다.

Description

고활성 산화칼슘을 이용한 포도즙 제조방법{Manufacturing method of the grape juice by using high activated calcium}

본 발명은 고활성 산화칼슘을 이용한 포도즙 제조방법에 관한 것으로, 구체적으로 패각분을 900 내지 1,500℃의 온도로 6 내지 20시간 소성 및 100,000V 이상의 전압으로 30분 내지 20시간 전기 분해한 산화칼슘을 포도 1,000중량부에 대해 0.04 내지 0.1중량부 첨가하여 추출하는 것을 특징으로 하는 포도즙 제조방법에 관한 것이다.

포도는 가장 광범위하게 소비되고 있는 과일 중 하나로써 약리적 효능 때문에 꾸준히 성장해 가고 있는 식품재료이다.

포도즙은 기혈의 순환을 도와주어 기력회복에 도움이 되고, 면역력을 길러주며, 또한 혈액 내 콜레스테롤과 노폐물을 없애주어 혈액을 맑게 하고 혈액순환을 좋게 하므로 동맥경화를 막아준다. 포도즙에 함유된 비타민과 무기질은 조혈작용을 도와 적혈구가 활발하게 생성되므로 빈혈에 도움을 준다.

이러한 이유로 최근 포도즙 제품에 대한 관심이 고조되면서 대량생산 및 유통되고 있다.

제조업체들 사이에서는 이들 제품의 추출률을 향상시키기 위하여 여러 가지 방법을 사용하고 있는데, 추출률이 크게 향상되지 않는 문제점이 있다.

이에 본 발명자들은 포도로부터 유효성분을 추출하는데 있어, 추출률을 향상시키기 위해 연구 노력하였다. 이의 결과, 패각분을 소성 전기 분해하여 제조한 산화칼슘을 적정 농도로 이용하여 포도즙을 제조할 경우, 유효성분 함량 및 관능성이 우수한 포도즙을 제조할 수 있음을 확인하고 본 발명을 완성하게 되었다.

따라서 본 발명의 주된 목적은 포도로부터 유효성분을 효과적으로 추출하는 포도즙 제조방법을 제공하는데 있다.

본 발명의 다른 목적은 상기 제조방법을 이용하여 제조되는 포도즙을 제공하는데 있다.

본 발명의 한 양태에 따르면, 본 발명은 포도즙을 제조하는데 있어서, 패각분을 900 내지 1,500℃의 온도로 6 내지 20시간 소성 및 100,000V 이상의 전압으로 30분 내지 20시간 전기 분해한 산화칼슘을 포도 1,000중량부에 대해 0.04 내지 0.1중량부 첨가하여 추출하는 것을 특징으로 하는 포도즙 제조방법을 제공한다.

상기 소성 조건 및 전기 분해 조건은, 사람이 음용할 수 있고 포도에 첨가하여 사용하는데 적합한 산화칼슘을 제조하면서, 보다 효율적으로 산화칼슘을 제조할 수 있는 방법을 개발하기 위해, 다양한 조건에 따라 제조된 산화칼슘의 함량, 순도, 전도도, pH, 수율 등을 분석하여 정한 것으로, 보다 바람직하게는 패각분을 1,400 내지 1,500℃의 온도로 9 내지 11시간 소성하고, 110,000 내지 130,000V의 전압으로 30 내지 90분간 전기 분해하여 제조하는 것이 좋다.

소성 및 전기 분해는 동시에 이루어질 수 있으며, 소성 이후 전기 분해의 순서로 이루어질 수 있다.

상기 산화칼슘의 첨가량은 다양한 첨가량에 따라 제조된 포도즙의 수율, 색도 및 관능적 특성을 비교 분석하고, 폴리페놀, 플라보노이드, 트랜스-레스베라트롤 등의 유효성분 함량 및 항산화 활성을 비교 분석하여 최적의 첨가량을 정한 것으로, 보다 바람직하게는 산화칼슘의 첨가량은 포도 1,000중량부에 대해 0.06 내지 0.08중량부인 것이 바람직하다.

본 발명의 다른 양태에 따르면, 본 발명은 상기 포도즙 제조방법으로 제조된 포도즙을 제공한다.

본 발명에서 사용되는 산화칼슘은 종래 산화칼슘과는 달리 물에 용해될 수 있는 수용성의 특성을 갖고 있기 때문에, 종래 산화칼슘과 구분하기 위해 고활성 산화칼슘이라 칭하기로 한다.

본 발명의 고활성 산화칼슘을 제조하기 위해서는 패각류를 깨끗이 수세하고 건조한 다음, 곱게 분쇄하여 사용할 수 있으며, 이때 패각분의 입경은 1∼10㎜, 바람직하게는 5㎜ 내외로 하는 것이 바람직한데, 1㎜ 미만인 경우에는 가루가 날리기 쉬어 작업성이 좋지 않고, 10㎜를 초과한 경우에는 소성시간이 연장되고 소성효율도 더 이상 증가하지 않기 때문이다.

상기 패각분을 로(爐)에 넣고 900 내지 1,500℃에서 6 내지 20시간 소성하여 패각분의 탄산칼슘에서 탄산가스를 제거하고, 산화철 등의 불순물을 휘산시킨 다음, 통전기에 넣고 100,000V 이상의 전압에서 통전시키는 단계를 거쳐 본 발명에서 사용하는 고활성 산화칼슘을 제조할 수 있다.

본 발명에 따라 제조된 고활성 산화칼슘은 다른 산화칼슘과는 달리 물 1ℓ에 800 ~ 1,200㎎이 완전 용해되는 수용성 칼슘의 특성을 갖는다.

본 발명에서 상기 통전기로는 고전압 출력기를 탄소 판(carbon plate)에 연결하여 통전시킴으로써 산화칼슘에 고전압을 인가할 수 있는 장치를 사용하는 것이 바람직하고, 상기 통전기를 통하여 산화칼슘을 100,000V 이상의 고전압에서 통전시키는데, 고전압으로 인한 열과 전기에너지가 산화칼슘에 인가되면 산화칼슘 내의 원자간 인력을 약화시켜 산화칼슘의 수용성을 향상시키게 된다.

이때, 본 발명에서는 고전압의 범위로 100,000V 이상을 유지하여 통전시키고 바람직하게는 120,000V로 통전시키는데, 이는 100,000V 미만인 경우에는 수용성의 활성칼슘을 수득하는 효율이 저하되기 때문이다.

본 발명에 따르면 포도로부터 폴리페놀, 플라보노이드, 트랜스-레스베라트롤 등의 유효성분을 효율적으로 추출할 수 있고, 포도즙 제조 수율을 높일 수 있으며, 영양 뿐만 아니라 관능도가 높은 우수한 품질의 포도즙을 제조할 수 있다.

도 1은 포도즙 추출 조건이 수율에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.
도 2는 포도즙 추출 조건이 총 폴리페놀 함량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.
도 3은 포도즙 추출 조건이 총 플라보노이드 함량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.
도 4는 포도즙 추출 조건이 항산화력에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.
도 5는 포도즙 추출 조건이 전자공여능에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.
도 6은 포도즙 추출 조건이 트랜스-레스베라트롤 함량에 미치는 영향을 확인하기 위하여 반응표면 회귀분석을 실시하여 나타낸 그래프이다.

이하, 실시예를 통하여 본 발명을 더욱 상세히 설명하기로 한다. 이들 실시예는 단지 본 발명을 예시하기 위한 것이므로, 본 발명의 범위가 이들 실시예에 의해 제한되는 것으로 해석되지는 않는다.

실시예 1. 고활성 산화칼슘 제조

패각류를 깨끗이 수세하여 열풍으로 완전히 건조시킨 다음 직경 5㎜ 내외로 잘게 부쉈다. 수득된 패각분을 뚜껑이 있는 내열 용기에 담아, 내열성 전기로 중에 투입하였다. 내열 전기로는 양쪽에 흑연 전극판이 장착되어 있는 세라믹재 3상 로이다.

상기와 같은 내열 전기로에 900 ∼ 1500℃에서 120,000V의 전압을 걸어 패각분을 10 ∼ 12 시간 동안 고온 소성 전기 분해하였다.

고온 소성 전기 분해 공정을 완료한 후에, 원료가 담긴 용기를 내열 전열로로부터 꺼내어 용기의 뚜껑을 열고, 냉풍으로 급랭시켜 분쇄한 후, 습기를 차단할 수 있는 비닐 백 또는 용기로 포장하였다.

실험예 1. 소성조건에 따른 고활성 산화칼슘의 함량분석

고활성 산화칼슘(이하, ‘HAC'라 한다) 제조 시 효과적인 소성 조건을 결정하기 위하여, 200㎏ 용량의 전기로를 사용하여 시간적인 요소(4 조건) 및 온도적인 요소(7 조건)에 따라 3회 반복 소성시험을 실시하였다.

소성시험은 총 84(4×7×3=84)회 실시하였고, 소성시간과 온도에 따른 패각유래 활성칼슘의 칼슘함량 분석하여 표 1에 나타내었다. 각 수치는 평균 결과값이다.

	6시간	8시간	10시간	12시간
900℃	65	71	78	82
1,100℃	82	84	87	85
1,300℃	85	89	92	90
1,350℃	88	90	95	90
1,400℃	91	93	96	92
1,450℃	94	97	99.4	99.0
1,500℃	94	97	99.2	98.7

(단위: %)

이의 결과, 900 ~ 1,400℃의 범위에서 12시간을 소성한 경우, 얻어지는 것보다 탄화되는 활성칼슘의 양이 많아짐을 알 수 있었고, 1,450℃와 1,500℃에서도 12시간을 소성하였을 때, 순도가 오히려 떨어지는 것을 알 수 있었다.

따라서 경제적인 면이나 품질을 고려할 때, 소성온도를 약 1,450℃로 하고 소성시간을 약 10시간으로 하는 것이 바람직하다.

실험예 2. 소성조건에 따른 고활성 산화칼슘의 항목별 분석

상기 실험예 1의 시료 중 1,300℃이상에서 10시간 소성한 패각원료에 한하여, 120,000볼트(Volt)의 전압으로 1시간 전기분해하여 전도도, pH 및 생산수율 등을 각각 3회 분석하였고, 이의 결과를 표 2에 나타내었다. 각 수치는 평균 결과 값이다.

수율은 패각원료 투입량에서 이상적으로 제조할 수 있는 산화칼슘의 양과 대비하여 최종 산화칼슘이 제조되는 비율이다(탄화되거나 완전 반 소성되어 폐기되는 소성패각을 제외한 수치).

소성온도	산화칼슘의 순도(%)	전도도 (Conductivity, μs/㎝)	pH (1g/ℓ수용액)	수율 (%)
1,300℃	92	6,500	12.1	90
1,350℃	95	7,150	12.3	93
1,400℃	96	7,350	12.4	95
1,450℃	99.4	8,200	12.7	97
1,500℃	99.2	7,900	12.7	95

1,450℃에서 10시간 소성하여 제조된 고활성 산화칼슘을 물에 용해하였을 경우가 가장 바람직한 것으로 나타났다.

실시예 2. 포도즙 제조

고활성 산화칼슘(이하, ‘HAC'라 한다) 첨가 시 포도즙 추출효율에 대한 최적 조건을 설정하기 위하여 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 적용하였다. 추출공정에서 중요한 변수로 고려되는 시료를 추출하는데 사용하는 물에 대한 HAC 농도 비율(ppm, X1)과 추출시간(min, X2)을 독립변수(independent variables)로 설정하였으며, 수율(%, Y1), 총 폴리페놀 함량(갈산 환산 mg / 포도즙 g, Y2), 총 플라보노이드 함량(카테킨 환산 mg / 포도즙 g, Y3), ABTS 라디칼 제거능(L-ascorbic acid equivalent antioxidant capacity(AEAC) mM / 포도즙 g, Y4), DPPH 라디칼 제거능(AEAC mM / 포도즙 g, Y5) 및 레스베라트롤(resveratrol, Y6)을 각각 종속변수(dependent variable)로 설정하였다. 이를 각각 5단계(-1.414, -1, 0, 1, 1.414)로 부호화하여 중심합성계획(central composite design, OCD)에 따라 실험을 진행하고자 하였다. 따라서 각 추출조건을 달리하여 포도즙을 제조하였다.

본 실시예에 사용된 포도는 캠벨(Campbell), 쉐리단(Sheridan), MBA(Muscat Bailey A) 품종의 포도이며, 2010년 3월 충북 청원군 북이면의 신여울 포도 작목반으로부터 구입하여 사용하였다.

제경 및 수세한 포도에 가수비율을 1:1(w/w)로 하여 전기 추출장치(OC-7700R, (주)헬스쿠킹하이텍)로 포도즙을 제조하였고, 제조된 포도즙은 필터(Whatman No. 2)로 여과한 다음 동결 건조하여 -20℃에서 보관하면서 분석용 시료로 사용하였다.

실험예 3. 고활성 산화칼슘 첨가에 따른 포도의 특성 측정

상기 실시예 2에서 제조한 각 포도즙의 특성을 조사하였다.

3-1. 포도즙의 특성

3-1-1. 수율

각 포도즙의 수율 결과를 표 3에 나타내었으며, 14 ~ 17%의 범위 내에서 수율이 측정되었다. 수율은 HAC 85ppm의 농도로 260분간 추출하였을 때 17.20%로 가장 높은 수율을 나타냈다. HAC 50ppm의 농도로 300분간 추출한 실험구를 제외한 나머지 실험구들에서 추출시간이 증가함에 따라 포도즙의 수율이 약간 증가하였고 HAC를 첨가 하였을 경우 140분 동안 추출한 포도즙을 제외한 나머지 실험구에서 HAC의 첨가량에 따라 수율이 증가하였다.

HAC농도(ppm)	추출시간(분)	수율(%)
0	200	14.74
15	140	15.50
	260	15.84
50	100	14.83
	200	16.17
	300	15.94
85	140	15.99
	260	17.20
100	200	16.24

3-1-2. 색도

각 포도즙의 색도는 표 4와 같다. L값을 보면 HAC 첨가량에 따른 명도의 변화는 미미한 것으로 나타났으나 추출시간이 증가함에 따라 명도가 낮아져 색이 탁해졌다. a값을 보아도 HAC 첨가량에 따라 적색을 띄는 정도의 차이는 없었으며 추출시간이 증가함에 따라 포도즙 특유의 적색이 낮아졌다. b값의 결과 HAC 50ppm 농도로 200분 추출한 실험구를 제외한 나머지 실험구에서 추출시간이 늘어날수록 황색도가 더 낮아졌다. 따라서 HAC의 첨가는 포도즙의 색도에 영향을 미치지 않으며, 추출 시간을 조절하면 더 선명하고 맑은 포도즙을 추출할 수 있다.

HAC농도(ppm)	추출시간(분)	Hunter's color values
HAC농도(ppm)	추출시간(분)	L^*	a^*	b^*
0	200	13.37±0.01	32.88±0.02	20.85±0.01
15	140	28.23±0.13	36.17±0.09	28.00±2.06
	260	7.11±0.06	29.17±0.08	11.49±0.07
50	100	25.94±0.05	47.75±0.04	26.25±0.04
	200	12.03±0.01	33.69±0.01	36.64±0.05
	300	10.62±0.16	30.04±0.23	16.62±0.18
85	140	27.95±0.06	43.91±0.08	25.51±0.43
	260	13.48±0.26	32.83±0.35	21.80±0.38
100	200	18.12±0.12	33.79±0.10	28.07±0.13

평균±표준편차(SD), n=3.

3-1-3. 관능적 특성

각 포도즙의 색, 맛, 향 및 전체적 기호도와, 떫은맛 및 신맛의 강도 항목에 대한 관능검사를 실시하여, 그 결과를 표 5에 나타내었다. 색과 맛의 기호도에 있어서 HAC를 첨가하였을 때 기호도가 증가하였고, 추출시간이 늘어날수록 기호도가 감소하였다. 반면, 향의 기호도에 있어서는 HAC의 첨가량과 추출시간에 따른 유의적인 차이가 없었다. 떫은 맛과 신맛의 강도에 있어서도 두 가지 변수에 따른 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 전체적인 기호도는 색과 맛의 기호도에 영향을 받아 HAC 50ppm 농도로 100분 동안 추출한 포도즙이 높은 점수를 얻었다. 따라서 포도즙 추출 시 적당량의 HAC 첨가와 추출 시간의 조절은 포도즙의 외관을 좋게 하며 기호도를 높이는데 효과적이다.

HAC (ppm)	시간 (분)	색	맛	향	떫은맛 (강도)	신맛 (강도)	전체적 기호도
0	200	5.83±1.33^cd	6.17±1.33^abc	6.00±0.89^a	6.17±0.98^a	6.00±1.10^a	6.33±1.03^bc
15	140	6.83±1.60^bc	7.33±1.37^ab	7.00±0.89^a	5.67±1.21^a	6.67±1.51^a	7.17±1.17^ab
	260	5.17±0.98^d	5.67±1.21^c	5.50±1.05^a	6.25±1.78^a	5.00±1.26^a	5.67±1.2^c
50	100	8.17±0.75^a	7.50±1.52^a	7.33±1.21^a	6.00±1.10^a	5.50±1.87^a	7.83±1.17^a
	200	5.67±1.21^cd	5.50±1.52^c	5.67±0.82^a	5.75±2.19^a	5.00±0.89^a	5.50±1.05^c
	300	5.67±0.52^cd	5.83±1.47^bc	5.67±0.52^a	6.50±1.38^a	5.33±1.51^a	5.67±1.03^c
85	140	8.00±0.89^ab	7.50±0.84^a	7.50±0.74^a	6.50±1.05^a	5.67±1.75^a	7.50±0.55^ab
	260	5.33±0.82^d	5.50±1.05^abc	5.67±0.82^a	6.50±1.38^a	4.83±1.17^a	5.50±1.05^bc
100	200	6.33±1.21^cd	6.33±1.03^abc	6.50±1.05^a	4.92±1.50^a	4.92±1.50^a	6.50±1.05^bc

평균±표준편차(SD), n=10.

3-2. 포도즙의 유효성분 함량

3-2-1. 총 폴리페놀 함량

포도는 당, 유기산 및 독특한 향기를 함유하고 있을 뿐만 아니라 다량의 페놀화합물을 함유하고 있어 항산화, 항암, 콜레스테롤 저하, 노화방지 등 다양한 생리활성을 갖는 것으로 알려져 있다. 따라서 각 추출조건에 맞추어 포도즙을 제조한 후 포도즙에 대한 총 폴리페놀(polyphenol) 함량을 측정하여 표 6에 나타내었다.

HAC 100ppm 처리 후 200분 추출 시 포도즙에서 총 폴리페놀 함량이 3.30±0.06㎎/포도즙 1g 으로 가장 높았고, HAC 50ppm 처리 후 100분 동안 추출한 포도즙에서 2.25±0.05㎎/포도즙 1g 으로 가장 낮았다. 본 실험 결과 HAC를 농도별로 처리해 보았을 경우 포도즙의 총 폴리페놀 함량 증가에는 영향을 미치지 않았지만 포도즙 추출 시 추출시간이 과도하게 넘지 않는 시간 내에서 추출 시간이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가하였기 때문에, 적당한 시간을 조절하여 추출함에 따라 포도즙의 총 폴리페놀 추출이 용이할 것이다.

HAC(ppm)	시간(분)	폴리페놀¹ ⁾	플라보노이드² ⁾
0	200	3.02±0.07	847.27±14.98
15	140	2.77±0.09	704.84±20.46
	260	3.19±0.07	907.11±11.71
50	100	2.25±0.05	556.48±13.35
	200	3.27±0.03	887.10±16.67
	300	2.85±0.04	721.70±20.57
85	140	2.75±0.03	720.71±29.20
	260	3.22±0.07	847.87±32.13
100	200	3.30±0.06	907.40±33.66

1) 평균±표준편차(SD), n=3, 포도즙 1g 당 mg.

2) 평균±표준편차(SD), n=3, 포도즙 1g 당 ㎍.

3-2-2. 총 플라보노이드 함량

포도즙 추출 시 HAC의 첨가량과 추출 시간의 영향에 대한 결과를 표 6에 나타내었다.

HAC 100ppm 첨가 후 200분 동안 추출한 포도즙의 총 플라보노이드 함량이 907.40±33.66㎍/포도즙 1g 으로 가장 높았고, 같은 시간에 HAC를 50ppm 처리한 구(887.10±16.67㎍/포도즙 1g)에 비해서도 높았다. HAC를 같은 농도로 처리하였을 경우 시간이 증가함에 따라 총 플라보노이드 함량도 증가하였으며, 추출 시간이 포도즙 제조 시 총 플라보노이드 추출에 영향을 주는 인자가 될 수 있다. 따라서 포도즙을 추출 할 때 HAC의 첨가 농도 및 추출 시간을 조절하면 포도즙의 총 플라보노이드를 증가시킬 수 있다.

3-2-3. 트랜스- 레스베라트롤 함량

포도의 지표성분으로 알려진 트랜스-레스베라트롤(trans-resveratrol)은 포도 과피와 포도 가공품에 존재하는 주요 페놀화합물로 UV 조사, 금속이온 혹은 Borytis cinerea나 Plasmopara viticola 같은 미생물 감염에 의한 생물학적 또는 비생물학적 스트레스에 반응하여 생산되는 방어물질 중의 하나이다.

포도즙의 트랜스-레스베라트롤 함량을 표 7에 나타내었다.

HAC 85 ppm을 첨가하여 140분 동안 추출한 실험구에서 463.84±4.00㎍/포도즙 1g 으로 가장 높았다. 전반적으로 HAC의 첨가 농도를 높여 처리함에 따라 추출되는 트랜스-레스베라트롤의 함량도 증가하였으나, 추출 시간과 트랜스-레스베라트롤의 함량에 대한 연관성을 찾아 볼 수 없었다.

HAC(ppm)	시간(분)	트랜스-레스베라트롤
0	200	243.07±0.44
15	140	330.47±13.26
	260	196.02±1.02
50	100	200.62±5.59
	200	296.51±7.59
	300	226.58±2.05
85	140	463.84±4.00
	260	183.01±2.10
100	200	362.18±8.54

포도즙 1g 당 ㎍.

평균±표준편차(SD), n=3.

3-3. 포도즙의 항산화 활성

3-3-1. ABTS 라디칼을 이용한 총 항산화력 측정

산화는 살아있는 조직에서 에너지를 생산하기 위해 꼭 필요한 생물학적인 반응이나, 이 과정에서 발생한 자유라디칼은 세포를 손상시키고 이러한 반응이 연쇄반응을 일으켜 단백질, 조직완화, 유전적 손상, 질병 및 노화의 촉진 등에 관여하여 반응을 촉진시키는 것으로 알려져 있다. 이러한 라디칼의 제거능을 측정하기 위해서 ABTS 라디칼을 이용하여 총 항산화력을 측정하였고, 이의 결과를 표 8에 나타냈다.

HAC 50ppm의 농도에서 200분 추출한 포도즙 1g당 아스코르브산(ascorbic acid, AEAC) 11.06±0.64mM에 해당하는 가장 높은 항산화력을 나타냈으며, HAC 첨가량이 같은 농도에서 100분 추출한 포도즙에서는 7.78±0.14mM AEAC로 다양한 추출 조건들 중 가장 낮았다. HAC를 첨가하지 않은 실험구와 첨가한 실험구를 비교하였을 때, 항산화력은 별다른 차이를 보이지 않았으나 추출 시간에는 영향을 받았다.

HAC(ppm)	시간(분)	ABTS	DPPH
0	200	9.74±0.48	4.22±0.08
15	140	9.40±0.15	3.94±0.12
	260	10.00±0.29	4.32±0.10
50	100	7.78±0.14	3.36±0.13
	200	11.06±0.64	5.10±0.12
	300	8.76±0.13	3.60±0.06
85	140	9.08±0.27	4.18±0.07
	260	10.53±0.45	4.44±0.17
100	200	10.35±0.26	4.50±0.30

아스코르브산 eq. mM/포도즙 1g.

평균±표준편차(SD), n=3.

3-3-2. DPPH 라디칼을 이용한 전자공여능 측정

전자공여능의 작용은 자유라디칼에 전자를 공여하여 식품의 지방 산화를 억제하고 인체 내에서는 자유라디칼에 의한 노화를 억제시키는 작용으로 주로 이용되어진다. 이러한 라디칼 소거작용은 인체의 질병과 노화방지에 대단히 중요한 역할을 한다. 따라서 각 포도즙의 전자공여능 활성을 확인하기 위하여, DPPH 라디칼 소거활성을 조사하였고 이의 결과를 표 8에 나타내었다.

HAC 50ppm 처리 후 200분 추출한 실험구에서 5.10±0.12mM AEAC로 전자공여능 활성이 가장 높았으며, HAC 50ppm 처리 후 100분 동안 추출한 포도즙에서 전자공여능 활성이 가장 낮았다. 전반적으로 다양한 실험구의 전자공여능 활성은 앞서 측정한 총 항산화력 결과와 경향이 거의 일치하였다.

3-4. 추출조건 최적화

3-4-1. 추출 조건에 따른 포도즙 항산화적 특성 모니터링

중심합성계획법에 의한 11구간의 추출조건에 따른 추출실험을 실시하고, 이때 얻어진 추출물에 대한 수율, 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 트랜스-레스베라트롤 함량, 총 항산화력 및 전자공여능의 결과를 표 9에 나타내었다. 또한 각각의 결과를 이용하여 반응표면 회귀분석을 실시하고 각 종속변수에 대한 회귀식을 얻었다(표 10 참조)

실험군	암호화 변수 레벨		반응
실험군	X₁	X₂	Y₁	Y₂	Y₃	Y₄	Y₅	Y₆
1	-1	-1	15.50	2.77	704.84	9.40	3.94	330.47
2	1	-1	15.99	2.75	720.71	9.08	4.18	463.84
3	-1	1	15.84	3.19	907.11	10.00	4.32	196.02
4	1	1	17.20	3.22	847.87	10.53	4.44	183.01
5	-1.414	0	14.74	3.02	847.27	9.74	4.22	243.07
6	1.414	0	16.24	3.30	907.40	10.35	4.50	362.18
7	0	-1.414	14.83	2.25	556.48	7.78	3.36	200.62
8	0	1.414	15.94	2.85	721.70	8.76	3.60	226.58
9	0	0	16.01	3.41	924.40	11.53	5.03	282.88
10	0	0	16.17	3.27	887.10	11.06	5.10	296.51
11	0	0	15.85	3.03	817.20	10.24	4.96	284.77

X1(HAC 농도, ppm), X2(시간, 분), Y1(수율, %), Y2(총 폴리페놀, 갈산 equiv. mg/포도즙 g), Y3(총 플라보노이드, 카테킨 equiv. ㎍/포도즙 g), Y4(ABTS 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y5(DPPH 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y6(트랜스-레스베라트롤, ㎍/포도즙 g).

반응	이차 다항식 모델	R²
Y₁	Y₁=16.01000+0.49642X₁+0.38997X₂ -0.08625X₁ ²-0.13875X₂ ²+0.21750X₁X₂	0.7732
Y₂	Y₂=3.23684+0.05259X₁+0.21739X₂ -0.00640X₁ ²-0.31165X₂ ²+0.01169X₁X₂	0.8879
Y₃	Y₃=876.2310+5.2103X₁+70.3842X₂ +9.7816X₁ ²-109.3400X₂ ²-18.7785X₁X₂	0.9098
Y₄	Y₄=10.94540+0.13490X₁+0.42838X₂ -0.30092X₁ ²-1.19025X₂ ²+0.21003X₁X₂	0.8537
Y₅	Y₅=5.02924+0.09656X₁+0.12209X₂ -0.26003X₁ ²-0.69902X₂ ²-0.03206X₁X₂	0.9367
Y₆	Y₆=288.0540+36.1018X₁-47.3202X₂ +16.0924X₁ ²-28.4200X₂ ²-36.5957X₁X₂	0.5962

Y1(수율, %), Y2(총 폴리페놀, 갈산 equiv. mg/포도즙 g), Y3(총 플라보노이드, 카테킨 equiv. ㎍/포도즙 g), Y4(ABTS 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y5(DPPH 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y6(트랜스-레스베라트롤, ㎍/포도즙 g).

	Y₁	Y₂	Y₃	Y₄	Y₅	Y₆
Intercept
A₀	61.201^**	5.381^**	31.167^**	32.696^**	43.442^**	6.618^**
Linear
A₁	3.099^*	0.939	0.303	0.658	1.362	1.354
A₂	2.434	3.880^*	4.088^**	2.090	1.722	-1.775
Quadratic
A₁₁	-0.452	-0.096	0.477	-1.233	-3.082^*	0.507
A₂₂	-0.728	-4.674^**	-5.336^**	-4.878^**	-8.284^**	-0.896
Cross product
A₁₂	0.960	0.147	0.475	0.724	-0.320	-0.971

^* 5% 레벨에서 유의적.

^** 1% 레벨에서 유의적.

X₁ = HAC 농도(ppm), X₂ = 추출 시간(분), Y=A₀+A₁X₁+A₂X₂+A₁₁X₁ ²+A₂₂X₂ ²+A₁₂X₁X₂.

반응¹ ⁾	Sources	DF	SS	MS	F-value	P-value
Y1	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	4.250 3.188 0.872 0.189 2.003 0.975 1.027 6.252	0.850 1.594 0.436 0.189 0.401 0.325 0.514 -	2.12 3.98 1.09 0.47 - 0.63 - -	0.214 0.092 0.405 0.522 - 0.660 - -
Y2	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	0.994 0.400 0.593 0.000 0.126 0.053 0.072 1.120	0.199 0.200 0.297 0.001 0.025 0.018 0.036 -	7.92 7.97 11.82 0.02 - 0.49 - -	0.020 0.028 0.013 0.889 - 0.725 - -
Y3	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	119645 39849 78386 1411 11856 5933 5923 131502	23929 19924 39193 1411 2371 1978 2961 -	10.09 8.40 16.53 0.59 - 0.67 - -	0.012 0.025 0.006 0.475 - 0.646 - -
Y4	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	9.805 1.614 8.015 0.177 1.681 0.827 0.854 11.486	1.961 0.807 4.008 0.177 0.336 0.276 0.427 -	5.83 2.40 11.92 0.52 - 0.64 - -	0.038 0.186 0.013 0.501 - 0.655 - -
Y5	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	2.976 0.194 2.778 0.004 0.201 0.190 0.011 3.177	20.595 0.097 1.389 0.004 0.040 0.063 0.005 -	14.80 2.41 34.54 0.10 - 11.88 - -	0.005 0.185 0.001 0.762 - 0.079 - -
Y6	Model Linear Quandratic Cross-product Residual Lack of fit Pure error Total	5 2 2 1 5 3 2 10	41954 28340 8257 5357 28417 28308 109 70371	8391 14170 4129 5357 5683 9436 55 -	1.48 2.49 0.73 0.94 - 172.92 - -	0.340 0.177 0.529 0.376 - 0.006 - -

¹⁾Y1(수율, %), Y2(총 폴리페놀, 갈산 equiv. mg/포도즙 g), Y3(총 플라보노이드, 카테킨 equiv. ㎍/포도즙 g), Y4(ABTS 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y5(DPPH 라디칼 항산화 활성, AEAC mM/포도즙 g), Y6(트랜스-레스베라트롤, ㎍/포도즙 g).

Independent variables	Critical value
Independent variables	Coded	Uncoded
X₁	0.5571	69.5
X₂	0.2428	215.0

X₁(HAC 농도, ppm), X₂(시간, 분)

Response variables	Predicted values
Y₁	16.38
Y₂	3.32
Y₃	890.27
Y₄	10.99
Y₅	4.99
Y₆	295.05

3-4-2. 포도즙 수율에 대한 추출조건의 영향

포도즙 추출 시 요인변수에 영향을 받는 종속변수인 수율(Y1)의 값은 표 9와 같이 나타냈으며, 14 ~ 17%의 범위 내에서 수율이 측정되었다. 이에 대한 반응표면 회귀식은 표 10에 나타냈으며, 결정계수(R2)가 0.7732였다. 이 결과를 t-statistic에 근거해 종속변수 Y1의 상수, 일차항(X1, X2), 이차항(X12, X22), 상호항(X12)의 계수와 유의성에 대하여 표 11과 같이 나타내었다. 상수항과 A1항은 유의성이 인정되었으나(p<0.01), 상호항과 이차항은 모두 유의하지 않았다. 종속변수 Y1의 분산분석(ANOVA, analysis of variance) 결과(표 12 참조), 일차항, 이차항, 상호항의 p-value가 통계적으로 유의하지 않았다(p>0.05). 포도즙 추출 시 시료에 대한 HAC 첨가농도(X1, HAC concentration)와 추출시간(X2, min)이 수율에 미치는 영향을 알아보기 위해 Maple software를 사용하여 그래프로 나타내었다(도 1 참조). 각 추출조건에 따른 수율변화의 반응표면 분석 결과는 추출시간이 증가함에 따라 수율이 증가하였으나 HAC 처리 농도에 대한 영향은 볼 수 없었다. Lee 등의 바나나즙 열수추출 조건의 최적화와 Kim 등의 열처리 조건이 포도즙의 착즙 수율 및 품질에 미치는 영향 연구에서 수율의 변화는 추출시간이 증가함에 따라 비례한다는 경향과 유사하게 나타났다.

3-4-3. 포도즙의 총 폴리페놀 함량에 대한 추출 조건의 영향

중심합성계획에 의한 추출 실험에서 얻어진 각 추출물의 총 폴리페놀 함량은 표 9에 나타내었으며, 이에 대한 반응표면 회귀식에 관한 계수는 표 10에 나타내었다. 총 폴리페놀 함량에 대한 회귀식의 결정계수 R2은 0.8879로 반응모형이 적합하였으며, 통계적으로 유의성 인정되었다(p<0.05).

t-statistic에 근거해서 독립변수에 따른 종속변수 Y2(total polyphenol, mg gallic acid equiv./g grape juice)의 각 항의 계수와 유의성을 보면 상수(p<0.01), A2(p<0.05)및 A22(p<0.01)항이 유의성이 인정되었다(표 11 참조). Y2의 ANOVA 결과(표 12 참조), 상호항은 유의성이 인정되지 않았고 (p>0.1), 일차항 및 이차항은 유의성이 인정되었다(p<0.05).

추출물의 총 폴리페놀 함량에 대한 반응 표면 분석 결과는 도 2에 나타내었다. 추출시간이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가하다가 최적 추출시간을 지나면서 다시 감소하는 경향을 보였으나 HAC 처리 농도에 따른 변화는 미비하였다.

D 등에 의하면 일반 적 포도즙의 총 폴리페놀 함량은 0.7 ~ 1.18㎎ 갈산 equiv./포도즙 ㎖라고 보고하였지만 본 실험에서 측정한 포도즙의 총 폴리페놀 함량은 2.25 ~ 3.30㎎ 갈산 equiv./포도즙 ㎖로 나타났다. 이는 과일을 열처리 시 항산화 활성이 증진된다는 보고와 같이 본 실험에서 포도를 고온고압처리 하여 추출하였기 때문에 전체적인 포도즙의 총 폴리페놀 함량이 높게 측정된 것으로 생각된다.

3-4-4. 포도즙의 총 플라보노이드 함량에 대한 추출 조건의 영향

추출 조건에 따른 포도즙의 총 플라보노이드 함량을 표 9에 나타내었다. 표 10은 종속변수 Y3(total flavonoid, μg catechin equiv./g of grape juice)에 대한 반응표면 모델식을 나타낸 것으로 R2은 0.9098이고 유의성은 5% 이내에서 인정되었다. t-statistic에 근거한 종속변수 Y3의 일차항, 이차항, 상호항의 계수와 유의성을 나타낸 결과(표 11 참조), 일차항 중에서는 A2, 이차항 중에서는 A22, 상수항이 유의성이 인정되었다(p<0.01). 또한 종속변수 Y3의 ANOVA의 결과에 의하면 일차항(p<0.05)과 이차항(p<0.01)은 유의성이 인정되었으나 상호항은 유의성이 인정되지 않았다(표 12 참조).

도 3은 포도즙 추출 시 각 독립변수가 총 플라보노이드 함량에 미치는 영향에 대한 것으로 HAC 처리 농도가 증가할수록 총 플라보노이드 함량이 약간 증가하였고, 추출시간이 증가함에 따라 총 플라보노이드 함량이 증가하다가 최적 추출시간을 지나면서 다시 감소하는 경향을 보였다.

3-4-5. 포도즙의 총 항산화력에 대한 추출 조건의 영향

ABTS 라디칼을 이용하여 총 항산화력을 측정한 결과는 표 9에 나타냈으며 반응표면 회귀식의 계수는 표 10에 나타내었다. ABTS 라디칼 제거능에 대한 회귀식의 결정계수 R2은 0.8537로 반응 모형이 적합하였으며, 통계적으로 유의성이 큰 것으로 나타났다(p<0.05). 종속변수 Y4(ABTS radical scavenge activity, mM AEAC/g grape juice)의 상수와 A22항이 1% 이내의 유의성이 인정되었으나 나머지 항은 유의성이 인정되지 않았다(표 11 참조). Y4의 분산분석(ANOVA) 결과(표 12 참조), 이차항은 p=0.013으로 유의성이 인정되었으나(p<0.05) 일차항과 상호항은 유의성이 인정되지 않았다.

반응표면 분석 결과(도 4 참조), 포도즙의 ABTS 라디칼 소거활성은 HAC 첨가 농도와 추출시간에 영향을 받아 HAC 첨가량과 추출시간이 늘어남에 따라 증가하다가 최적 HAC 첨가량과 추출시간을 지나면서 다시 감소하였으며 HAC의 첨가량보다는 추출시간이 더 큰 영향을 미쳤다. 이는 추출 시간이 증가함에 따라서 ABTS 라디칼 제거 시 항산화제로 작용할 수 있는 총 폴리페놀 및 플라보노이드의 추출효율이 늘어남에 따라 영향을 받게 된다.

3-4-6. 포도즙의 전자공여능에 대한 추출 조건의 영향

추출조건에 따른 포도즙의 DPPH 라디칼 소거활성에 대한 결과는 표 9에 나타내었으며 반응표면 회귀식에 대한 계수는 표 10에 나타내었다. DPPH 라디칼 제거능에 대한 회귀식의 결정계수는 0.9367로 반응 모형에 적합하였으며, 통계적으로도 p=0.005로 유의성이 높았다(p>0.01). 종속변수 Y5(DPPH radical scavenge activity, mM AEAC/g grape juice)의 상수항과 A22는 1%의 유의성이 인정되었고 A11은 5%의 유의성이 인정되었으나 일차항 및 교차항은 유의성이 인정되지 않았다(표 11 참조). 종속변수 Y5의 분산분석(ANOVA) 결과(표 12 참조), 이차항만 유의성이 인정되었고, 일차항 및 교차항의 유의성이 인정되지 않았다.

반응표면 분석결과(도 5 참조), ABTS 라디칼 소거활성과 마찬가지로 포도즙 추출 시 HAC의 첨가량과 추출시간이 늘어날수록 DPPH 라디칼 제거능이 증가하였으나 일정 농도와 추출시간을 지나면서 감소하였고, 추출시간이 HAC처리 농도보다 포도즙 추출에 더 큰 영향을 미쳤다. 이는 ABTS 라디칼 제거능에 의한 총 항산화력과 유사한 이유에 의해 기인한 것으로 생각된다.

3-4-7. 포도즙의 트랜스- 레스베라트롤 함량에 대한 추출 조건의 영향

포도 중의 대표적인 지표물질인 트랜스-레스베라트롤을 중심합성계획에 의한 추출 실험에서 얻어진 각 추출물로 측정하였고, 그 결과는 표 9에 나타내었으며 반응표면 회귀식에 대한 계수는 표 10에 나타내었다. 포도즙 트랜스-레스베라트롤 함량에 대한 회귀식의 결정계수는 0.5967로 반응 모형에 적합하지 않았으며 통계적으로 유의성이 나타나지 않았다. t-statistic에 근거한 독립변수에 따른 종속변수의 각항의 계수와의 유의성은 Y6(trans-resveratrol, μg/g grape juice)의 상수항만 1%의 유의성이 인정되었고 나머지 일차항, 이차항 및 교차항은 유의성이 인정되지 않았다(표 11 참조). 종속변수 Y6의 분산분석(ANOVA) 결과 또한 상수항, 일차항 및 이차항의 유의성이 인정되지 않았다(표 12 참조).

반응표면 분석결과(도 6 참조), 포도즙 추출 시 HAC의 첨가량에 따라 트랜스-레스베라트롤 함량이 증가하였으며 추출시간이 지날수록 트랜스-레스베라트롤 함량이 감소하였다.

3-4-8. 포도즙의 최적 추출조건 예측

본 실험에서는 포도즙의 최적 추출조건을 구하기 위하여 Minitab software의 Multiple Response Optimizer를 사용하였다. 종속변수 Y1(yield, %), Y2(total polyphenol, mg gallic acid equiv./g grape juice), Y3(total flavonoid, μg catechin equiv./g of grape juice), Y4(ABTS radical scavenge activity, mM AEAC/g grape juice) 및 Y5(DPPH radical scavenge activity, mM AEAC/g grape juice)의 목적 값을 최대로 설정하고 최적 조건을 산출한 결과, 포도즙 추출에 사용되었던 HAC의 농도(X1)는 69.5ppm, 추출 시간(X2)은 215분 이였다(표 13 참조). 그 결과 예측된 수율은 16.38%, 총 폴리페놀 함량은 3.32㎎ 갈산 equiv./포도즙 g, 총 플라보노이드 함량은 890.27㎍ 카테킨 equiv./포도즙 g, 총 항산화력은 10.99mM AEAC/포도즙 g, 전자공여능은 4.99mM AEAC/포도즙 g 이며, 이 때의 만족도는 0.959이었다(표 14 참조).

3-4-9. 통계 분석

HAC 첨가 시 추출조건에 따른 시료의 특성은 Minitab program을 사용하여 반응표면회귀분석으로 통계처리 하였다. 이 때, 독립변수 X1과 X2에 대한 종속변수로 Y는 수율, 총 polyphenol 함량, 총 flavonoid 함량, ABTS 라디칼 제거능, DPPH 라디칼 제거능과 각 시료의 주요 유효 성분들로 정하였다. 즉, 양파는 quercetin, 포도는 trans-resveratrol, 녹차는 catechin(gallic acid, (+)-catechin, (-)-EGCG, (-)-epicatechin)함량을 측정하였다. 종속변수는 다음과 같은 2차 회귀식으로 나타내었으며, β0는 상수이고, βi, βii, βij는 회귀계수이다.

추출 조건의 최적화는 Minitab program을 이용하여 각각의 반응변수에 대한 목표값을 설정하여 그 범위를 만족시키면서 합성된 만족도(D)를 최대화하는 인자의 최적조합으로 결정하였으며, 반응표면그래프는 Maple software(Maple 7, Waterloo Maple Inc., Canada)를 사용하여 나타내었다.

Claims

패각분을 900 내지 1,500℃의 온도로 6 내지 20시간 소성 및 100,000V 이상의 전압으로 30분 내지 20시간 전기 분해하여 물 1ℓ에 800 내지 1,200㎎이 용해되도록 제조한 산화칼슘을 포도 1,000중량부에 대해 0.04 내지 0.1중량부 첨가하여 추출하는 것을 특징으로 하는 포도즙 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 산화칼슘은 패각분을 1,400 내지 1,500℃의 온도로 9 내지 11시간 소성 및 110,000 내지 130,000V의 전압으로 30 내지 90분간 전기 분해한 것임을 특징으로 하는 포도즙 제조방법.
제 1항에 있어서,
상기 산화칼슘의 첨가량은 포도 1,000중량부에 대해 0.06 내지 0.08중량부인 것을 특징으로 하는 포도즙 제조방법.
제 1항 내지 제 3항 중 어느 한 항의 제조방법으로 제조된 포도즙.