흑미 Anthocyanin에 관한 연구

흑미 안토시아닌 (안토시아닌)은 플라보노이드 폴리페놀 화합물로 안토시아니딘과 다양한 당이 글리코시드 결합을 통해 결합하여 형성된 글리코사이드이다.흑미의 열매, 줄기, 잎 기관의 세포 수액에서 발견된다 [1-2].구홍희 등 3명은 연구를 통해 흑미가 익는 과정에서 안토시아닌 색소가 씨앗 외투에 축적되어 현미가 갈색적색, 자색적색, 자색흑색 또는 심지어 흑색을 띤다는 것을 발견했다.장귀등 (4)은 안토시아닌은 식물에 풍부한 색갈을 부여하는외에 또 산화방지, 염증억제, 혈액지질을 낮추고 종양생장을 억제하는 등 생리적기능도 있다는것을 발견하였다.동시에 안토시아닌은 비교적 안전한 천연색소로서 식품공업에서도 넓은 응용전망을 보여주고있다.

종얀 등 [5]은 흑미의 생리 건강 이점은 주로 흑미에 풍부한 흑미 안토시아닌 색소와 관련이 있다고 본다.식품가공산업에서 일반적으로 사용되는 합성색소의 안전성에 대한 관심이 높아짐에 따라 천연색소의 개발과 연구는 식품연구 분야에서 각광을 받고 있다.흑미 식품의 증가와 흑미 안토시아닌 색소의 산업적 생산 및 응용에 따라 식품 산업에서 흑미 안토시아닌에 대한 수요가 증가하고 있습니다.따라서 흑미별 안토시아닌 종류에 따른 조성분석, 안토시아닌에 대한 약리학적 연구, 흑미 안토시아닌의 산업적 생산기술 및 안정성에 대한 연구를 수행할 필요가 있다.본 논문은 최근 중국에서 흑미 안토시아닌에 대한 연구 고찰을 제공한다.

흑미 안토시아닌의 성분 연구 1

흑미 안토시아닌은 안토시아닌이 다양한 단당류에 결합하여 형성된 글리코사이드 화합물이다자연 상태에서, 그리고 일반적으로 여러 가지 안토시아닌이 공존한다 [6].종리유 등 7명 연구원은 상해농업과학원에서 제공한 흑전줄기 91-53을 재료로 사용했으며 종이크로마토그래피, 초가시광선탐상, 가스크로마토그래피 혼합방법을 이용해 흑미색소의 분자구조를 규명했다.그 결과 흑미 색소는 5가지 화합물로 구성되어 있으며, 그 중 2가지가 cyanidin-3-rutinoside와 peonidin-3-arabinoside로 확인되었다.수진 등 [8]은 두 가지 흑미 품종인 양휘와 양우지에서 추출한 현미를 이용하여 성분분리 및 동정을 통해 색소의 성분으로 anthocyanin-3-glucose와 anthocyanin-3-rhamnosyl glucose를 확인하였다.하소동 등 9명은 고성능 액체크로마토그래피를 이용하여 흑미추 추출물에 함유되어 있는 안토시아닌의 조성과 함량을 확인하였다.흑미 추출물의 cyanidin-3-glucoside와 peonidin-3-glucoside의 함량은 각각 25.7%, 1.7%로 나타났다.

Zhang 등 (10)은 흑미 추출물에 대하여 구조분석을 수행한 결과 흑미 추출물에는 malvin, geranin-3.5-diglucoside, centaureidin-3-glucoside 및 centaureidin-3, 5-diglucoside 등 4가지 안토시아닌 화합물이 함유되어 있는 것으로 나타났다.흑미 색소의 물리적, 화학적 특성을 분석한 결과 흑미 색소 (glycoside)는 안토시아닌과 시아니딘이 주를 이루는 것으로 유추된다.

Zhang Fudi 등 [11]은 흑미 안토시아닌 글리코사이드의 기본 구조가 cyanidin-3-glucoside 및 cyanidin-3-rutinoside와 유사함을 보였다.왕청 등 12)은 이성분용출역상 고성능액체크로마토그래피를 이용하여 흑미주에 함유되어 있는 안토시아닌과 이들 색소의 인체내 대사전환을 분석하였다.그 결과 흑미량의 총 안토시아닌 함량은 약 2.31% 이었으며,이 중 cyanidin-3-glucoside는 1.87%, peonidin-3-glucoside는 0.44%를 차지하였다.Kong Lingyao 등 13)은 액체크로마토그래피-질량분석기 (LC-MS)와 capillary electrophoresis-electrochemical detection (CE-ED)을 이용하여 흑미 색소를 정성적으로 분석하였고, 그 결과 흑미 색소의 성분은 각각 cyanidin-3-glucoside와 peonidin-3-glucoside로 나타났다.Park 등 14)은 고성능 액체크로마토그래피와 초가시광선 분광광도법을 이용하여 안토시아닌 추출물을 정성적, 정량적으로 분석하였다.

그 결과 흑미 안토시아닌에는 cyanidin-3-glucoside, anthocyanin-3-glucoside, malvin-3-glucoside, pelargonidin-3-glucoside, delphinidin-3-glucoside 등이 함유된 것으로 나타났다.이 중 콘플라워 블루 3-glucoside의 함량은 약 95% 이고, cyanidin 3-glucoside의 함량은 약 5%이다.Mikihle-mori 등 15)은 고성능 액체크로마토그래피-광다이오드 배열 검출법 (HPLC-PDA)과 전기분무 질량분석법을 이용하여 흑미 안료의 조성 및 열적 안정성을 조사하였다.그 결과는 검은 쌀 안 토시아 닌 색소의 주요 구성 요소 cyanidin-3-glucoside (572.47 μ g/g, 91.13%)와 cyanidin-3-glucoside (29.78 μ g/g, 4.74%)를 차지하고 있다.고니시 [16]는 자색흑미에서 안토시아닌을 추출하기 위해 3%의 트리플루오로아세트산 용액을 사용하였다.Capillary 전기영동 결과 자색흑미 추출물에는 안토시아닌이 있었으며, 이는 컬럼 크로마토그래피 정제 후 cyanidin-3-glucoside로 확인되었다.

요약하면 흑미, 흑미 껍질 또는 흑미 빨대로부터 추출한 색소 추출물의 성분은 cyanidin-3-glucoside, cyanidin-3,5-diglucoside, cyanidin-3-rutinoside, peonidin-3-glucoside, paeoniflorin-3-arabinoside, pelargonidin-3,5-diglucoside, malvin, malvin-3-galactoside 등이다.총 8가지 종류가 있습니다.흑미 품종, 재료 가공 방법, 추출 목적 등의 차이로 시중에서 유통되는 흑미 추출물의 안토시아닌 함량도 다양하다.현재 흑미 품종별 안토시아닌 성분 분석 및 비교에 대한 연구 보고는 매우 적다.

흑미 안토시아닌에 대한 약리학적 연구 2

…의 주성분흑미 추출물 (black rice extract)다양한 생리 기능 [6]을 가지고 있는 플라보노이드 안토시아닌 화합물이다.후규린 [17]은 정제된 흑미 색소를 재료로 사용했고 쥐를 이용한 동물 영양 실험을 했다.그 결과 흑미 추출물이 항피로 및 저산소증 방지 능력을 향상시킬 수 있음을 알 수 있었다.하샤오동 등 (18)은 흑미 안토시아닌 추출물이 ApoE 유전자 결핍 생쥐에서 진행된 죽상경화증에 미치는 영향을 연구하였다.그 결과 흑미 안토시아닌 추출물은 마우스 혈청 내 총 콜레스테롤, 총 중성지방 및 저밀도 지단백 콜레스테롤 수치를 유의적으로 감소시킴과 동시에 미명 동맥의 플라크 (plaque) 면적과 플라크 내 매트릭스 (matrix metalloproteinase)의 함량을 감소시킬 수 있음을 알 수 있었다.이는 흑미 안토시아닌 추출물이 생쥐에서 진행된 죽상경화반의 추가 발생을 억제할 수 있음을 나타낸다.

양정야 등은 안토시아닌이 항산화 효과가 매우 좋은 플라보노이드로 암세포의 침윤과 전이를 효과적으로 억제할 수 있다고 보고 있다.진유 등 20명은 고지혈증 치료에서 흑미 안토시아닌 추출물 캡슐의 임상적 효능을 관찰했다.그 결과 흑미 안토시아닌 추출물 캡슐이 현저한 보조지질 저하 효과가 있는 것으로 나타났다.후얀 등 21)은 흑미 안토시아닌 추출물이 쥐에서 고지방 식이로 유도된 비만에 미치는 영향을 연구하였다.그 결과 흑미 안토시아닌 추출물이 고지방 식이로 유도된 쥐에서 비만 관련 지표를 개선할 수 있음을 알 수 있었다.

후 등 22)은 in vitro 모델을 이용하여 흑미에서 추출한 안토시아닌이 cornflower-3-glucoside와 cyanidin-3-glucoside의 비율로 알려진 혼합물을 함유한 혼합물과 동일한 항산화 활성과 자유 라디칼 소거능을 가지고 있음을 입증하였다;또한 마우스 대식세포에서 nitric oxide synthase의 발현을 억제하여 세포독성을 감소시킬 수 있다.본 연구를 통해 항산화 및 항염증 특성을 함유한 안토시아닌은 건강식품 또는 기능성식품의 제조에 활용할 수 있는 가능성이 크다는 것을 알 수 있다.

Itani 등 [23]은 6 종의 쌀 (적미 2 종, 자색흑미 2 종, 백미 2 종)을 대상으로 항산화 활성과 활성물질의 다양한 분포를 비교하였다.흰선미쌀에 비하여 적색선미쌀과 자색선미쌀의 에탄올 추출물이 과산화물 음이온과 활성산소를 제거하는 능력이 높았다.이러한 활성물질의 대부분은 심피와 씨코트, 즉 겨에서 발견된다.유색미는 백미보다 폴리페놀이 훨씬 풍부하고, 그 함량은 항산화 효과와 상관관계가 있다.적색쌀과 자색쌀에서 주요활성물질은 각각 탄닌과 안토시아닌이다.Zhang 등 (24)은 흑미의 총 항산화능과 활성 산소 제거 능력 및 총 플라보노이드 및 안토시아닌 함량과의 상관관계를 분석하였다.흑미의 총 항산화능 및 활성라디칼 소거능과 총 플라보노이드 및 안토시아닌 함량 간에는 매우 유의적인 (P<0.01) 양의 상관관계를 보여 흑미의 항산화 효과가 흑미가 함유하고 있는 플라보노이드 및 안토시아닌 물질과 밀접한 관련이 있음을 알 수 있었다.

이외에도 흑미색소는 철분, 케톤, 아연 등에 킬레이트 효과가 있다.흑미 또는 흑미 제품을 규칙적으로 섭취하면 철분을 보충하고 철분결핍성 빈혈을 예방할수 있다.현재 대부분의 약리학 연구는 동물실험 단계에 있다.흑미 안토시아닌 추출물의 복잡한 조성으로 인해 약리학적 효과가 단일 성분에 의한 것인지 여러 성분의 조합에 의한 것인지는 아직 명확하지 않다.

흑미 안토시아닌의 추출 및 정제3

흑미 안토시아닌 3.1 추출

흑미 안료의 추출은 추출시간, 온도, 물질 대 액체 비율, 용매, pH 등과 같은 많은 요소의 영향을 받는다.왕인딩 등 25)은 흑미 색소의 추출에 영향을 미치는 인자에 대한 직교실험을 실시하여 추출온도 40 °C, 추출시간 1 h, 재료비 1:50, 추출제50% 에탄올 용액으로서 최적의 조건의 조합을 구하였다.류정란 등 26명은 흑미색소의 추출방법과 산도, 온도, 빛 등 요소가 안정성에 미치는 영향을 연구하였다.그 결과 65 °C 정도에서 산도가 높고 담그는 시간이 길수록 추출 수율이 큰 것으로 나타났다.색소를 0.05 mol/L 염산용액으로 2회 추출하여 추출율이 약 5.0%인 색소 겔을 얻었다.

류펑 등 [27]은 추출 탱크에 흑미를 넣고 20-40 °C의 물에 서서 담그는 것을 허용하였다;에탄올 용액을 별도로 첨가하고 40~50 °C로 가열하였다;혼합물을 순환으로 추출하고, 진공 증류로 농축하고, 스프레이 건조하여 분말 형태의 안토시아닌 생성물을 수득 하였다.자오취안 등 [28]은 흑미를 원료로 사용하여 단일인자 실험과 직교실험을 실시하여 최적의 추출조건을 결정하였다.그 결과 가장 좋은 추출조건은 75% 에탄올 용액, 액상 대 물질 비율 1:8, 온도 30 °C, 시간 30분이었으며, 이러한 조건에서 흑미 안토시아닌 추출율은 94.40%에 달할 수 있었다.장밍웨이 등 29명은 최적 공정 조건인 60% 에탄올 용액, 물질-액비 1:4, 온도 60 °C, 시간 4시간을 이용하였으며, 이러한 조건에서 1차 추출 수율은 71.4%, 2차 추출 수율은 13.63%, 두 추출물의 총합은 85% 이상이었다.

황리샤 등 30명은 에탄올수를 용매로 하여 흑미짚으로부터 흑미색소를 추출하였다.그 결과 pH 2, 70 °C, 60분, 60% 에탄올 용액에서 추출하였을 때 31.59%의 추출율을 나타내어 가장 효과적이었다.Zeng 등 4)은 흑미를 원료로 사용하여 흑미 색소의 추출율에 영향을 미치는 인자 (추출제의 종류, 농도, 온도, pH 값, 시간 등)를 연구하였다.그 결과 70% 에탄올 용액 (pH 2)을 70 °C에서 매 회 90분간 사용하였을 때 가장 높은 추출율을 얻을 수 있었다.장푸디 등 [11]은 식용 흑미로부터 흑미 색소를 준비하는 공정 단계를 연구하였다.직교시험법을 이용하여 얻어진 최적 추출온도는 80 °C, 소요시간은 30분, 액체 대 물질 비율은 1:10, 추출용제는 50% 에탄올 용액이었다.종얀 등 5)은 멜라닌의 추출조건을 연구하였고, 그 결과 50% 에탄올 용액, 물질과 액비의 1:10, pH 1.0, 80°C 수조에서 30분간 추출하는 것이 최적의 추출조건이었다.

현재 흑미로부터 안토시아닌 물질을 추출하는 주재료는 흑미, 흑미껍질, 흑미짚이다.일반적으로 선택하는 추출 용매는 에탄올 (대부분 50%-80% 에탄올 용액)과 소량의 무기산 (염산, 황산 등) 또는 유기산 (구연산, 아세트산 등)이다.안토시아닌은 세포벽과 세포막에 싸여 있는 식물 세포의 액포 속에서 발견된다.색소 수율을 높이기 위해 가열, 효소 (예:amylase, pectinase, cellulase 및 protease 등), 초음파, 기계적 파쇄, 전자파, 냉동 및 펄스 전기장은 세포벽과 세포막을 분해하고 조직 세포의 투과성을 높이며 추출 시간을 단축하고 색소 수율을 높이고 제품 품질을 향상시키기 위해 사용됩니다.이러한 보조 방법은 응용 과정 중에 종종 복합적으로 사용되어 안료의 수율을 높일 수 있지만 보조 기술의 사용 조건, 에너지 소비 및 기타 문제는 아직 더 많은 연구가 필요합니다.

흑미로부터 안토시아닌의 분리 및 정제에 관한 연구 3.2

흑미로부터 안토시아닌의 분리 및 정제에 사용될 수 있는 주요 기술로는 macroporous resin 분리기술, gel chromatography, 고속대향류 크로마토그래피, membrane 기술 등이 있다.장밍웨이 등은 총 항산화능을 활성 추적 지표로 사용하였으며, 흑미쌀겨의 항산화 추출물에서 불순물을 제거할 때 기름기를 제거하고자 석유 에테르나 헥산을 선정하였다.정적흡착과 동적흡착특성의 비교를 통하여 8 종류의 대식성 흡착수지 중에서 흑미내 항산화 활성물질에 대한 흡착력이 가장 좋은 것은 NKA-II로 선정되었으며, 가장 좋은 탈착제는 70% 에탄올 용액이었다.NKA-II에 의한 흡착 및 분리 후 흑미 피부 항산화 추출물의 총 항산화능은 4.00배, 총 안토시아닌 함량은 4.01배 증가하였다.장청 [31]은 대식 흡착수지로 정화한 후 흑미 색소의 안토시아닌 함량은 23.7%에 달할 수 있고 색값은 83 이며 순도는 현행 국가 표준보다 훨씬 높다는 것을 발견했다.허우fangli 등 32)은 흑미 피부 안토시아닌에 대한 5 종류의 대식성 흡착수지의 흡착 및 정제 효과를 비교하였다.그 결과 AB-8대성 수지는 흑미 피부 안토시아닌에 대한 흡착 및 탈착력이 더 우수하며 흑미 피부 안토시아닌의 흡착 및 정제에 가장 적합한 수지타입임을 알 수 있었다.최적의 공정 변수는 상기 컬럼액에 대한 pH 2, 시료 질량 농도 1.0 mg/mL, 흡착 유량 1.0 mL/min, 탈착제로서 70% 에탄올, 용출 속도 1.0 mL/min이다.

현재, 대성 수지의 사용은 흑미 안토시아닌 색소의 분리 및 정제의 주류가되었다.용매법으로 추출한 흑미 색소 용액에는 여전히 당, 유기산 등의 불순물이 많이 포함되어 있기 때문에 제품 품질이 떨어지고 안정성이 낮으며 적용이 어렵다.순도가 높고 품질이 안정적인 제품을 얻기 위해서는 추출 기술과 정제 방법이 더욱 개선되어야 합니다.

흑미 안토시아닌의 안정성 연구 4

흑미 안토시아닌의 안정성에는 안토시아닌 자체의 구조, 농도, 품질 뿐만 아니라 광도, 온도, pH, 아황산가스, 동색제, 효소, 아스코르브산, 당 및 이들의 분해산물, 금속이온 등의 외부요인과 금속이온이 분자중합, 이성질화, 분화에 미치는 복합적 영향 등이 포함된다.왕봉 등은 안토시아닌의 아글리콘은 2-페닐벤조피란 현탁구조 또는 크산톤염의 폴리히드록시와 메록시 유도체라고 보고 있다.전자가 부족하면 반응성이 높고, 모핵에 붙어 있는 다수의 하이드록시기 때문에 불안정하다.안토시아닌의 안정도 변화의 구체적인 표현은 색깔의 변화이다.흑미 안토시아닌의 퇴색과 불균형은 그 적용에 심각한 영향을 미칩니다.

리리령 등은 연색법을 이용하여 흑미, 흑콩, 흑옥수수의 종자 코트에서 외부요인과 5가지 살균공정이 안토시아닌의 안정성에 미치는 영향을 연구하였다.광회피 조건, 자연광 및 형광광 조건에서는 검정콩의 안토시아닌이 가장 안정하였고, 다음으로 흑미의 안토시아닌이 안정하였으며, 흑옥수수의 안토시아닌이 가장 안정하지 않았다.같은 온도 조건에서 흑미와 흑콩의 안토시아닌은 더 안정하였으나 흑옥수수의 안토시아닌은 덜 안정하였다.콩 링야오 (Kong Lingyao) 등 13)은 색소 구조 개조에 대해 연구했는데, 보조 안료로 보충, 아실화, 특정 금속 이온과의 착색, 안토시아닌과의 당화 등이 흑미 안토시아닌의 안정성을 향상시킬 수 있다는 것을 발견했다.음식에서의 색 보호는 주로 안토시아닌의 공동 색 보호에 의해 이루어집니다.이러한 연구는 색소의 안정성을 향상시키고 식품가공에 응용하는데 큰 의의가 있다.

안토시아닌의 안정성을 높이기 위해서는 안토시아닌 색소를 산성 환경에 유지하고, 가능한 한 빛을 피하고, 더 낮은 온도에서 저장하고, 적합한 안정제를 첨가하는 것이 주된 방법이다.색소 구조 개량에 있어서는 흑미 색소의 안정성을 향상시키기 위해 보조 색소로 보충하는 것, 아실화, 금속 이온 착색, 안토시아니딘 글리코사이드 등을 이용한 당화 등이 주요 연구 내용이다.그러나 식품 및 제약 산업 응용 분야에서 흑미 안토시아닌의 안정성은 아직 더 많은 연구가 필요하다.

5 전망

요컨대 흑미 안토시아닌색소는 천연식용색소로서 안전하고 독성이 없고 냄새가 없으며 색상이 산뜻하고 자원이 풍부하며 일정한 영양효과와 약리작용이 있다.이들은 식품, 의약, 화장품 및 기타 분야에서 응용 가능성이 높습니다.그러나 흑미 안토시아닌 색소의 공업생산은 아직 걸음마 단계에 처해있다.

현재 흑미 품종별 안토시아닌 성분 분석 및 비교에 대한 연구 보고는 거의 없다;대부분의 약리학 연구는 동물 실험 단계에 있으며, 약리학 효과가 단일 성분 또는 여러 성분의 조합에 의해 발생하는지 아직 명확하지 않습니다;순도가 높고 안정된 품질의 제품을 얻기 위해서는 흑미 안토시아닌에 대한 추출기술과 정제방법이 더욱 개선되어야 한다.

안토시아닌의 약리학적 효과가 단일 성분 때문인지, 여러 성분이 결합한 것인지는 아직 명확하지 않다.순도가 높고 안정적인 품질의 제품을 얻기 위해서는 흑미 안토시아닌의 추출기술과 정제방법이 더욱 개선되어야 한다.흑미 품종별 안토시아닌의 종류, 분포 및 함량을 명확히하고 안토시아닌 함량이 높고 안정성이 좋은 병풍흑미 품종, 흑미 안토시아닌의 약리학적 효과를 명확히하고 새로운 추출, 분리, 정제 기술을 개발하여 불순물을 더 잘 제거하고 색소 품질을 개선하며 흑미 색소 응용의 안정성을 해결하는 것이 여전히 향후 연구의 초점이다.

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