Improving the Subcritical Water Extraction of Flavonoids Hesperidin and Narirutin from Citrus unshiu Peel by Pulsed Electric Fields

Abstract

Citrus fruits are important source of flavonoids, mainly flavanones which are hesperidin and narirutin. Those citrus flavonoids have been found to have health-related properties including antioxidant, antibacterial, anticancer, and anti-inflammatory activity. The main purpose of this study was to verify that the extraction of hesperidin and narirutin from Citrus unshiu peel by-products can be more effective by combining pulsed electric field (PEF) treatment and subcritical water extraction (SWE). C. unshiu peels were treated with PEF under conditions of electric field strength (3 kV/cm) and times (60 and 120 s). Subsequent SWE was conducted by using an accelerated solvent extractor (ASE 100, Dionex, Sunnyvale, CA, USA) at extraction temperature (110–190°C) and time (3–15 min). The concentrations of hesperidin and narirutin were increased as PEF treatment time increased. The highest concentration of hesperidin was 46.96 ± 3.37 mg hesperidin/g dry citrus peel at PEF treatment time of 120 s, SWE temperature 150°C and time 15 min. And the highest concentration of narirutin was 8.76 ± 0.83 mg narirutin/g dry citrus peel at PEF treatment time of 120 s, SWE temperature 190°C and time 5 min. Compared to the untreated sample, PEF treatments improve the hesperidin and narirutin extractions 22.1% and 33.6% respectively. Therefore, the results demonstrate the potential of PEF pre-treatment to improve the SWE of flavonoids from C. unshiu peel.;감귤 가공 공정에서 발생하는 부산물인 감귤 과피는 전체 중량의 약 50% 정도를 차지하며, 이 중에는 flavonoid, essential oil, carotenoid, cellulose, pectin 등이 다량 함유되어 있으나 효과적인 활용 방안이 없어 대부분 폐기물로 버려지고 있다. 특히 감귤에 풍부한 플라보노이드인 hespeiridin과 narirutin에 대해서는 항산화, 항염증, 항알레르기, 항균, 면역증강 및 모세혈관 강화 작용 등 다양한 생리적 작용이 보고되고 있다. 본 연구에서는 아임계수 추출법을 적용하여 가공 공정에서 발생하는 감귤 과피 부산물로부터 hesperidin과 narirutin의 추출 시 펄스 전기장 처리를 병합하여 추출 효율을 극대화시키고자 하였다. 펄스 전기장 처리는 고전압 펄스 전기장 처리 장치(HVP-5, DIL, Quakenbrueck, Germany)에서 batch 형식으로 처리하였고, 처리 조건은 전기장 세기 3 kV/cm, 펄스 50 Hz, 처리 시간 60 및 120초로 설정하였다. 아임계수 추출은 아임계 추출 장치(ASE 100, Dionex, Sunnyvale, CA, USA)를 이용하여 펄스 전기장을 처리하지 않은 대조군과 펄스 전기장을 처리한 처리군에 대해 추출을 진행하였고 추출 온도 110, 130, 150, 170, 및 190°C, 추출 시간 3, 5, 10, 및 15분으로 조건을 설정하였다. 추출물은 HPLC를 이용하여 hesperidin과 narirutin 함량을 정량 분석하였으며 SEM을 이용한 표면 분석 결과를 통해 대조군과 처리군을 비교 분석하여 펄스 전기장 처리의 효과를 확인하였다. Hesperidin의 최적 추출 조건은 PEF 처리 120초, 아임계수 추출 온도 150°C 및 추출 시간 15분에서 46.96 ± 3.37 mg hesperidin/g dry citrus peel으로, narirutin의 최적 추출 조건은 PEF 처리 120초, 아임계수 추출 온도 190°C 및 추출 시간 5분에서 8.76 ± 0.83 mg narirutin/g dry citrus peel으로 나타났으며, 이는 각각 대조군보다 22.1%, 33.6% 더 추출되었다. 이는 SEM을 이용한 표면 분석에서 펄스 전기장 처리 시간이 증가함에 따라 감귤 과피의 표면 구조 파괴가 증가하는 결과가 관찰된 것을 통해 유효 성분의 추출이 펄스 전기장 처리로 인해 더 용이해진 것으로 분석된다. 본 연구는 결과적으로 펄스 전기장 처리가 아임계수 추출법을 이용한 감귤 과피의 플라보노이드 추출 효율 극대화에 효과적임을 확인하였다. 이를 통해 신가공 병합기술의 유용성 및 개발 가능성을 확인하였고, 이를 이용하여 식품 가공 공정 부산물로부터 고부가가치 기능성 식품소재의 개발 등 다양한 식품산업에서의 응용 가능성을 기대한다.