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ISSN : 1225-5009(Print)
ISSN : 2287-772X(Online)
Flower Research Journal Vol.26 No.4 pp.202-208
DOI : https://doi.org/10.11623/frj.2018.26.4.05

Determination of Antioxidant Activity of Edible Calendula Flowers by Hot-air Drying Time

Sang Im Oh, Seo Young Kim, Ja Hee Lee, Ae Kyung Lee*
Department of Environmental Horticulture, Dankook University, Cheonan 31116, Korea
Corresponding author: Ae Kyung Lee Tel: +82-41-550-3646 E-mail: akleekr@dankook.ac.kr
21/09/2018 14/12/2018 19/12/2018

Abstract


This experiment was conducted to determine optimal hot-air drying time for producing antioxidative calendula tea. The edible calendula was dried in hot air at 60°C for 5, 10, 15 hours and Hunter’s color value was measured and extracted with 95% ethanol as a solvent. The contents of total polyphenol, total flavonoid, total carotenoid and DPPH (2,2 Dipheny-1-picrylhydrazyl) radical scavenging activity were investigated. The correlation between the amount of antioxidant and antioxidant activity was analyzed. As the treatment time increased, the Hunter values of L, a, and b tended t o decrease, and t he L value a nd b v alue decreased significantly at 15 hours. The color change was occurred in all treatments compared with the control, and the total color difference (ΔE) was the largest at 15 hours treatment. The contents of total f lavonoids, total carotenoids and DPPH scavenging activity increased in the 5 hours, but decreased in the 15 hours compared to the 10 hours. The content of total polyphenol was not changed with different treatment time. A positive correlation (p ≤ 0.01, r = 0.610) between carotenoids and DPPH radical scavenging activity was demonstrated. The DPPH radical scavenging activity was increased at 5 and 10 hours compared to the control and decreased at 15 hours. Therefore, 5 hours or 10 hours of treatment is appropriate and further studies are needed to determine the specific treatment time.



열풍건조 처리시간에 따른 식용꽃 금잔화의 항산화능 검정

오 상임, 김 서영, 이 자희, 이 애경*
단국대학교 환경원예학과

초록


본 연구는 금잔화를 꽃차로 이용하기 위해 열풍 건조 처리 시간에 따른 항산화 물질함량 및 항산화 활성을 분석하고, 최 적 처리 시간을 구명하기 위해 수행하였다. 식용꽃 금잔화를 60℃에서 5시간, 10시간, 15시간 열풍건조 한 뒤 Hunter value를 측정하고 95% 에탄올을 용매로 하여 추출하였다. 항 산화 물질인 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 총 카로티노이드 함량과 DPPH radical 소거 활성을 통한 항산화 활성, 이를 통 한 항산화 물질 함량과 항산화 활성 간의 상관관계를 분석하 였다. 처리시간이 증가함에 따라 Hunter value L 값과 +b값이 모두 감소하는 경향을 보였으며, 15시간 처리구에서 다소 많 이 감소하였다. 또한, 항산화 물질 함량을 조사한 결과, 총 폴 리페놀 함량은 처리 시간에 따른 차이는 없었으나 총 플라보 노이드 함량과 총 카로티노이드 함량은 5시간과 10시간 처리 시 함량이 다소 높았으며, 처리 시간이 증가함에 따라 감소하 여 15시간 처리시 대조구와 차이가 없는 것으로 조사되었다. DPPH radical 소거 활성 분석 결과, 5시간과 10시간 처리시 대조구보다 활성이 높았으며, 총 카로티노이드가 DPPH radical 소거 활성 간의 상관관계가 높은 것으로 나타났다(p≤0.01, r=0.610). 따라서, 열풍건조한 금잔화는 총 카로티노이드가 항 산화 활성에 기여하며, 5시간 및 10시간 열풍건조 처리가 금 잔화의 항산화 물질 함량 및 활성 증가에 효과적인 것으로 판 단되나 식물의 열처리 가공에 있어 오랜 시간은 내부 조직 및 항산화 물질 파괴에 영향을 미칠 수 있기 때문에 금잔화 열풍 건조 처리 시 5시간이 효과적일 것으로 판단된다.



    서 언

    로하스와 웰빙의 삶을 추구하는 사람들이 증가함에 따라 미적 인 가치와 건강적 기능성을 겸비한 식용꽃의 인지도가 증가하고 있다(Park et al. 2005). 식용꽃은 먹을 수 있는 꽃으로 유리당 및 무기질, 아미노산 등과 같은 성분들과 기능성 물질을 함유하 고 있다(Part et al. 2006). 식용꽃의 항산화성은 과채류 보다 뛰어난 것으로 보고되었으며, 적색 및 청색의 색소를 갖는 꽃에 다량 함유되어 있는 안토시아닌(anthocyanin), 카로티노이드 (carotenoid), 플라보노이드(flavonoid) 및 폴리페놀(polyphenol) 등의 항산화 물질은 활성산소(reactive oxygen) 소거 및 항암의 기능을 갖고 있는 것으로 알려져 있다(Benvenuti et al. 2016;Mlcek and Rop 2011). 이에 따라 식용꽃은 색소와 향기와 같은 2차 대사산물들의 장점으로 인해 요리의 주재료나 장식의 목적 으로 활용되며, 식용꽃을 소비하는 사람들 대부분이 꽃차 형태 를 선호하기 때문에 차 가공품에 대한 소비가 증가하고 있다 (Park et al. 2015). 또한, 계속적인 꽃차 소비의 증가에 따라 식용꽃 산업의 장기적 발전을 위해 기능성 꽃차에 관련한 연구 가 지속적으로 이루어지고 있는 추세이다(Lee et al. 2014). 꽃차 에는 카테킨(catechin) 화합물로 이루어진 플라보놀(flavonol)류 의 폴리페놀 함량이 많으며(Graham 1992), 카테킨 화합물은 항산화, 항암작용, 해독 및 항균작용과 미백효과 등 여러 효능을 가지고 있는 것으로 보고되었다(Lee et al. 2014). 주로 국화, 진달래, 자스민, 장미, 유채꽃, 패랭이, 금잔화, 민들레, 페튜니 아, 팬지, 비올라 등이 식용꽃으로 사용되고 있으며, 이중 국화과 식물은 차 가공품으로 인기가 증가하고 있다(Lee 2010).

    식용꽃을 차로 가공하기 위한 건조 방법에는 자연건조, 동 결건조, 열풍건조 등이 있으며 가공 방법에 따라 기능성 물질 과 관련된 식물의 색소 파괴 및 안정성에 대한 연구가 진행되 고 있다(Brenes et al. 2005; Garcia-Vigueraet et al. 1998; Garzon and Wrolstad 2002). 식용꽃 장미와 국화의 가공 시 열풍건조는 동결건조보다 식물의 색소 파괴에 미치는 영향이 크기 때문에 카로티노이드 함량이 적은 것으로 보고되었다 (Kim 2014). 또한, 열풍건조와 같은 열처리는 식물의 세포 내 구조를 변화시키고, 화학적 구조 변화를 통해 새로운 물질을 생성시키거나 생리활성물질의 양을 증가시키는 등 물리적 특 성과 이화학적 특성 변화에 영향을 준다(Hwang et al. 2011). 특히, 열처리는 세포벽의 강한 결합력을 끊어 세포 내 폴리페 놀의 용출량이 늘어남에 따라 항산화 물질 함량 및 활성이 증 가하는 것으로 연구되었다(Dewanto et al. 2002;Park 2004).

    금잔화(Calendula officinalis)는 국화과(Compositae) 식물 로 서양에서 식용꽃으로 많이 사용되고 있으며, 우리나라에서 도 국립농산물품질관리원의 품질 관리 및 인증시스템에 등록 되어 식용꽃으로 재배되고 있다(Kwon 2015). 오렌지색과 황 색의 화색을 가지는 금잔화는 선명한 화색 때문에 관상적 가 치를 가지고 있으며, 오렌지색의 꽃잎에는 카로티노이드 계열 의 루테인(lutein)과 플라보노이드, 사포닌(saponin), 정유, 알 칼로이드(alkaloid) 성분 등 약리성을 가지고 있는 것으로 보 고되었다(Fonseca et al. 2010;Lee et al. 2015). 또한, 항산화 성 뿐만 아니라 이뇨, 발한 등의 효능과 항곰팡이(Kasiram et al. 2000) 및 항암작용(Barajas-Farias et al. 2006)을 가지고 있 어 최근에는 금잔화 추출물을 향장품 및 염모제의 천연 기능성 원료로 사용하기 위한 연구가 이루어지고 있다(Kwon 2015;Lee et al. 2015;Quackenbush and Miller 1972). 특히, 금잔 화를 차로 가공 시 폴리페놀과 플라보노이드를 비롯한 항산화 물질 함량과 항산화 활성이 증가하고(Chaparzadeh et al. 2004), 이뇨작용으로 체내에 축적된 독소 배출에 영향을 미치 며 에스트로겐과 유사한 성분을 가지고 있어 월경 중 호르몬 균형을 회복시키는데 도움을 주는 것으로 보고되었다(Dietz 1998; Posadzki et al. 2012). 위와 같이 현재, 금잔화를 식용 으로 이용하기 위해 차로 가공 후 효 능 (Chaparzadeh e t al. 2004)에 관한 연구가 주를 이루고 있으며, 구체적인 가공법에 따른 금잔화의 항산화능에 대한 연구는 미미한 실정이다. 금 잔화를 차로 가공 시 주로 사용되는 방법은 열풍건조법으로 위와 같이 식물은 열처리 가공 과정에서 열의 강도 및 처리 시간에 따라 기능성 물질의 조성이 다양하게 변화하는 것으로 보고되었다(Hwang et al. 2011). 따라서, 본 연구에서는 금잔 화를 꽃차로 가공하기 위한 열풍건조 시 처리 시간에 따른 항 산화 물질 함량 및 활성 변화의 비교 분석을 통해 최적 열풍 건조 처리 시간을 구명하고자 수행하였다.

    재료 및 방법

    식물재료 및 건조 처리

    본 실험에 사용된 식용꽃 금잔화(Calendula officinalis)는 2018년 2월 서울 송파구 소재의 식용꽃 농장에서 구매하였다. 오렌지색의 금잔화 꽃을 열풍건조기(HSD-80, Haneul science, Korea)에서 60℃로 5시간, 10시간, 15시간 열풍건조 하였다. 건 조된 꽃 시료는 95% 에탄올을 용매로 10배 희석하여 균질기(T 18 D, IKA, Germany)를 이용해 3분씩 3회 균질 및 혼합 추출하 였으며, 균질 후 여과(Whatman #2, Whatman International Ltd., England)된 상청액을 40℃ water bath(SB-1200, EYELA, Japan)에서 회전감압농축기(N1200A, EYELA, Japan)를 이용해 농축하였다. 농축된 혼합물은 -25℃에 보관 후, 항산화 물질 함 량 및 활성 분석 시 이용하였다.

    색도 분석

    색도는 색차계(CR-400, Minolta, Japan)를 이용하여 열풍건조 후 처리시간에 따른 금잔화의 화색을 Hunter value L(lightness 100, darkness 0), a(+ red, - green), b(+ yellow, - blue) 값을 통해 측정하였다. 또한, 측정된 값을 이용하여 아래의 식을 통해 총 색의 차(total color difference value, ΔE)를 계산하였다(Park and Kim 2013). ΔE값은 대조구를 기준으로 0에 가까울수록 변 화가 없는 것을 의미하며, 1.5와 3.0사이의 값은 색차가 감지되 는 수치로, 6.0 이상은 육안으로 구분할 수 있는 차이를 나타낸 다(Bae et al. 2007).

    Δ E =  [ ( Δ L ) 2 + ( Δ a ) 2 + ( Δ b ) 2 ] 2

    항산화 물질 함량 분석

    항산화 물질은 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 총 카로티노이드 함량을 분석하였으며, 총 폴리페놀 함량은 Folin-Ciocalteu colorimetric method에 따라 측정하였으며(Meyers et al. 2003; Singlenton et al. 1999), 추출물과 Folin-Ciocalteu reagent를 각각 0.2mL 넣고 혼합하여 실온에 6분 방치한 후 7% Na2CO3를 2mL 첨가하고 상온에서 암상태로 60분 방치한 후 분광광도계를 이용하여 750nm 파장에서 흡광도를 측정하였 다. 총 폴리페놀 함량은 gallic acid를 표준물질로 하여 검량선을 작성 후 생체시료 100g 당 mg gallic acid equivalents (GAE) / 100g fresh weight (FW)로 단위를 환산하여 표기하였다. 총 플라보노이드 함량은 Colorimetric assay에 따라 측정하였으며 (Meyers et al. 2003), 추출물과 증류수를 혼합한 용액에 5% NaNO2 0.3mL를 혼합 후 실온에 5분간 방치하였다. 그 후, 10% AlCl3을 0.3mL 넣고 6분간 실온에 방치하였으며, 1N NaOH 2mL를 첨가한 후 분광광도계를 이용하여 510nm 파장에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 catechin을 표준물질로 하여 검량선을 기준으로 생체시료 100g 당 mg catechin equivalent (CE) / 100g FW으로 단위를 환산하여 표기하였다. 총 카로티노이 드는 함량은 Lichthentaler and Buschamann(2001)의 방법에 따라 아래의 식을 통해 총량을 구하였으며, 추출액 1mL의 흡광도를 664.1nm, 648.6nm, 470nm에서 측정하고 아래의 식을 이용하 여 계산하였다.

    Total carotenoid contents = (1000 A 470 – 2.13 a – 97.64 b) / 209

    • a = 13.36 A 664.1 – 5.19 A 648.6

    • b = 27.43 A 648.6 – 8.12 A 664.1

    항산화 활성 분석

    항산화 활성은 DPPH(2,2 Dipheny-1-picrylhydrazyl) radical 소거 활성을 통해 분석하였으며, Brand-Williams et al.(1995) 의 방법을 변형하여 추출물과 0.2mM DPPH 용액을 1:1로 혼 합하여 실온에서 암상태로 30분 처리 후 517nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH radical 소거 활성은 vitamin C를 표준물질 로 한 검량선을 기준으로 생체시료 100g 당 단위를 mg vitamin C equivalents (VCE) / 100g FW로 환산하였다.

    통계처리

    총 폴리페놀 함량, 총 플리보노이드 함량, 총 카로티노이드 함량과 DPPH radical 소거 활성은 5반복으로 측정하였으며, 측정 후 각 결과값은 SAS프로그램(SAS 9.0, SAS institute Inc., Cary, USA)을 통해 p≤0.05에서 일원배치 분산분석 One-way ANOVA (Analysis of variance)를 실시하여 유의성을 검증하 였다. 또한, 각 군 간의 유의적 차이는 Duncan's multiple range test에 따라 분석하였다. 금잔화의 열풍건조 처리에 따 른 항산화 물질 함량 및 항산화 활성간의 상관관계는 SPSS 프 로그램(SPSS Statistics 23.0, IBM, Korea)을 이용하여 Pearson's correlation analysis를 실시하였다.

    결과 및 고찰

    열풍건조 처리 시간에 따른 식용꽃 금잔화의 꽃 색도 변화를 조사한 결과(Table 1), 열풍건조 처리시간이 증가함에 따라 Hunter value L값과 b값은 점차 감소하여 15시간 처리 시 다른 처리구에 비해 유의하게 감소하였다. 이는 Yu et al.(2008)에서 감국에 열처리 시 시간이 증가할수록 L값이 감소한 결과와 같았 으며, 이는 열처리로 인한 수분 감소로 인해 L값이 감소하고 주황색을 띠는 색소물질의 조직 파괴로 인해 +b값이 감소한 것으로 판단된다. 열풍건조 처리 시간에 따른 금잔화의 색차 (total color difference, ΔE)를 통해 화색 변화 양상을 조사한 결과(Table 1), 열풍건조 처리한 금잔화의 색차는 처리 시간이 증가함에 따라 커졌으며 처리구 모두 6.0 이상으로 육안으로 구분이 가능한 수치(Bae et al. 2007)로 조사되었다. 금잔화의 색차는 5시간과 10시간 열풍건조 처리 시 처리간의 차이는 없었 으나 15시간 열풍건조 처리 시 다른 처리 보다 색차가 큰 것으로 조사되었다. 이는 Kwon et al.(1998)에서 Hunter value의 변화 가 커짐에 따라 ΔE가 커지는 것으로 보고되었으며, 15시간 열풍 건조 처리 시 대조구보다 Hunter value L값과 b값이 다소 많이 감소된 것이 ΔE에 영향을 미친 것으로 판단된다.

    페놀성 화합물은 다양한 구조와 분자량을 가진 물질로 식물계 에 널리 분포되어 있으며, 페놀성 화합물의 phenolics hydroxyl 기가 단백질과 같은 거대분자와 결합을 통해 항산화성과 같은 생리기능을 가지는 것으로 알려져 있다(Choi et al. 2003). 금잔 화의 열풍건조 시간에 따른 총 폴리페놀 함량을 조사한 결과, 열풍건조 처리 시간에 따라 10시간까지 함량이 증가한 후 15시 간 처리 시 감소하는 경향으로 나타났으나 대조구와 처리구 간 의 통계적 유의차는 없는 것으로 조사되었다(Fig. 1A). 그러나 총 플라보노이드 함량을 조사한 결과(Fig. 1B), 열풍건조 5시간 처리 시 대조구 및 다른 열풍건조 처리 시간보다 함량이 높았으 며, 이후 함량이 감소하여 15시간 처리 시에는 대조구보다 함량 이 낮은 것으로 조사되었다. 이는 식용 한련화(Kim et al. 2013)와 엉겅퀴 꽃(Chung et al. 2007)을 오랜시간 동안 열풍건조 처리 시 총 플라보노이드 함량이 생화보다 감소하였다는 연구 결과와 같았으며, 열풍건조 5시간 처리 시 세포벽 파괴로 인해 총 플라 보노이드의 침출이 많아졌으나 이후에는 열에 의해 파괴되어 총 플라보노이드 함량 감소에 영향을 미친 것으로 판단된다. 또한, 페놀 화합물 중 하나인 총 카로티노이드의 함량을 조사한 결과, 총 플라보노이드 함량 결과와 같이 5시간 열풍건조 처리 시 함량이 증가한 후 감소하여 15시간 열풍건조 처리 시 대조 구와 차이가 없었으며, 10시간 열풍건조 처리와 통계적 유의 차가 없는 것으로 조사되었다(Fig. 1C). 이는 Siriamornpun et al.(2012)에서 열풍건조 처리 시 메리골드의 총 카로티노이드 함량이 생화보다 높았다는 연구 결과와 같았으며, Jo and Jung(2000)에서 카로티노이드 함량이 많은 식물을 오랜 열풍건 조 처리 시 총 카로티노이드 함량은 적정 처리 시간 이후 감소한 다는 연구 결과와 일치하였다. 카로티노이드는 불안정한 구조로 존재하기 때문에 빛이나 온도, 산소 등에 영향을 받으며 가공 과정 중 산화나 지속적인 열처리에 의해 분해되거나 성질이 변 하는 것으로 보고되었다(Chandler and Schwarz 1988;Lee 2010). 따라서, 금잔화 총 플라보노이드와 총 카로티노이드 함량 은 생화보다 열풍건조 처리 시 함량이 높은 것으로 조사되었으 며, 특히, 5~10시간 열풍건조 처리 시 다른 처리보다 총 플라보 노이드 및 총 카로티노이드 함량이 다소 높은 것으로 판단된다.

    항산화 활성을 DPPH radical 소거 활성을 통해 분석한 결 과(Fig. 2), 대조구보다 열풍건조 처리에서 항산화 활성이 높 았으며, 5시간 및 10시간 처리 시 15시간 처리보다 항산화 활 성이 높은 것으로 조사되었다. 이는 항산화 물질인 총 플라보 노이드와 총 카로티노이드 함량이 열풍건조 5시간 및 10시간 처리 시 증가하였기 때문에 항산화 활성이 증가된 것으로 판 단된다. 또한, 식용 장미와 국화의 열풍건조 처리 시 10시간 이상 처리 시 총 폴리페놀 함량과 DPPH radical 소거 활성이 감소하였다는 연구 결과와 같았으며(Kim 2014), 오랜 시간 열 풍건조 처리는 항산화 물질을 열에 의해 파괴시켜 항산화 활 성에 영향을 미친 것으로 판단된다.

    항산화 물질 함량과 항산화 활성간의 상관관계를 분석한 결 과(Table 2), 총 플라보노이드와 총 폴리페놀은 항산화 활성과 상관관계가 없는 것으로 조사되었으나, 총 카로티노이드는 항 산화 활성과 p≤0.01 유의수준 내에서 높은 상관관계를 가지 는 것으로 조사되었다(r=0.610). 이는 식용 국화의 카로티노이 드 농도가 높을수록 항산화 활성이 증가하였다는 연구 결과와 같았으며(Kim 2011), 본 연구의 열풍건조한 금잔화 또한 위의 결과와 같이 오렌지색 색소를 띄는 총 카로티노이드가 항산화 활성에 영향을 미치는 것으로 판단된다. 따라서, 위의 결과로 볼 때 금잔화의 열풍건조 5~10시간 처리 시 총 플라보노이드 함량과 총 카로티노이드 함량이 다량 함유되어 있고 항산화 활성이 높기 때문에 적정 처리 시간으로 판단된다. 그러나 식 물의 열처리 가공에 있어 오랜 처리 시간은 내부 조직 및 항 산화 물질 파괴에 영향을 미칠 수 있기 때문에(Hwang et al. 2011) 금잔화 열풍건조 처리 시 5시간이 효과적일 것으로 판 단된다. 또한, 열처리 가공 시 온도 및 시간에 따라 항산화 물 질 함량과 활성이 다양하게 변화하기 때문에 온도와 시간을 세 분화하는 등 구체적인 추가 연구가 필요할 것으로 판단된다.

    Figure

    FRJ-26-202_F1.gif

    Antioxidant concentration of edible calendula according to hot-air drying time. (A) total phenolics, mg of gallic acid equivalents (GAE) per 100 g fresh weight (FW); (B) total flavonoids, mg of catechin equivalents (CE) per 100 g FW; (C) total carotenoids, mg of 100 g FW. Vertical bars mean standard errors (n = 5). Values with different letters on the bar are significantly different (p ≤ 0.05) by Duncan’s multiple range test.

    FRJ-26-202_F2.gif

    Antioxidant activity by DPPH scavenging activity of edible calendula according to hot-air drying time. mg of vitamin C equivalents (VCE) per 100 g fresh weight (FW). Vertical bars mean standard errors (n = 5). Values with different letters on the bar are significantly different (p ≤ 0.05) by Duncan’s multiple range test.

    Table

    Chromaticity of edible calendula with hot-air drying time.

    Correlation coefficients among antioxidant substances contents and antioxidant activities of edible Calendula officinalis with different hot-air drying time.

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