반응표면분석을 통한 갈근의 추출 조건 최적화 및 갈근 추출물 함유 수용성 키토산/폴리-γ-글루탐산 나노 입자의 특성 분석

• Published in: 한국식품과학회지 Vol. 56; no. 2; pp. 219 - 227
• Main Authors: 장천(Qian Zhang), 백유진(Youjin Baek), 이지수(Ji-Soo Lee), 이현규(Hyeon Gyu Lee)
• Format: Journal Article
• Language: Korean
• Published: 한국식품과학회 01.04.2024
• Subjects: 식품과학; solubility; nanoencapsulation; isoflavone; response surface methodology; kudzu root extract
• ISSN: 0367-6293; 2383-9635
• DOI: 10.9721/KJFST.2024.56.2.219

본 연구는 ASE을 이용하여 갈근의 총 이소플라본과 총 puerarin 의 함량을 극대화할 수 있는 갈근의 추출 조건을 최적화하고WCS (7.2 mg/mL)과 γ-PGA (1.5 mg/mL)의 ionic gelation을 통한갈근 추출물 함유 나노 입자를 제조하여 이의 용해도 및 식품 적용성을 증진시키고자 하였다. 중심 합성 계획에 따라 추출 조건인 에탄올 농도(X1, %)와 추출 온도(X2, ℃)를 독립변수로 설정하였고 총 이소플라본 함량(Y1, %)과 총 puerarin 함량(Y2, %)을종속변수로 설정하여 이들의 값을 최대로 하는 공통의 조건을 예측하였다. 반응표면분석 결과, 최적 추출 조건은 추출 온도 75℃ 와 에탄올 농도 95%이었고 최적 조건에서 추출한 갈근 추출물의 총 puerarin 함량과 총 이소플라본 함량은 각각 21.10와22.60%인 것을 확인하였다. 최적 추출 조건으로 추출한 갈근 추출물의 농도가 증가할수록 갈근 추출물 함유 WCS/γ-PGA 나노입자의 크기와 함유효율이 증가하였다. 나노 입자의 크기는 전반적으로 280에서 340 nm였으며 모두 0.3 이하의 PDI를 보여 균일하게 형성되었음을 확인하였다. 동결 건조 후 갈근 추출물 함유WCS/γ-PGA 나노 입자의 크기가 동결 건조 전과 유사하여 우수한 재분산성을 나타내었다. 또한, 나노 캡슐화된 갈근 추출물은증류수에 용해시킨 갈근 추출물의 용해도보다 약 2배 이상 향상되었다. 특히 본 연구에서 사용된 WCS와 γ-PGA는 국내에서 식품 첨가물로 사용되고 있으며 미국 FDA에서는 GRAS 물질로 허용되어 섭취 시에도 부작용 문제가 없다는 장점이 있다. 따라서본 연구를 통하여 제조된 이소플라본 함량이 증진된 갈근 추출물 함유 WCS/γ-PGA 나노 입자는 안전성, 우수한 재분산성 및용해도 특성으로 인해 향후 식품 산업에서의 이용 가능성이 높을 것으로 판단된다. This study was conducted to explore the optimization of accelerated solvent extraction of kudzu root to enhance the isoflavones and puerarin contents of the product. The extracts were encapsulated in water-soluble chitosan (WCS)/poly- γ-glutamic acid (γ-PGA) nanoparticles (WCS/γ-PGA NPs) to improve their solubility. Under optimal conditions (95% ethanol concentration, 75°C extraction temperature), the extraction process yielded kudzu root extracts with 22.60% isoflavone content and 21.10% puerarin content. As the concentration of kudzu root extracts was increased, use of WCS/ γ-PGA NPs led to a significant increase in the particle size and loading efficiency (p<0.05), maintaining consistent homogeneity regardless of the extract concentration. Furthermore, lyophilized WCS/γ-PGA nanoparticles exhibited remarkable redispersibility (less than 1) and increased the solubility by two-fold compared with those of water-dissolved kudzu root extracts. These findings highlight the potential of optimized extraction conditions and WCS/γ-PGA nanoparticle encapsulation and may expand the applications of kudzu root extracts within the food industry. KCI Citation Count: 0