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Improving the Subcritical Water Extraction (SWE) of Tea Catechins from Green Tea (Camellia sinensis) by Pulsed Electric Field (PEF) and Intense Pulsed Light (IPL)

Title
Improving the Subcritical Water Extraction (SWE) of Tea Catechins from Green Tea (Camellia sinensis) by Pulsed Electric Field (PEF) and Intense Pulsed Light (IPL)
Authors
김유경
Issue Date
2020
Department/Major
대학원 식품공학과
Publisher
이화여자대학교 대학원
Degree
Master
Advisors
정명수
Abstract
Green tea (Camellia sinensis) is one of famous materials of tea. Green tea has a large amount of tea catechins, which has anti-oxidant, anti-cancer and anti-carcinogenic effects. In green tea leaves, there are 6 kinds of catechins and (-)-epigallocatechin gallate (EGCG) is abundant and the highest antioxidant activity among them. Subcritical water extraction (SWE) is an eco-friendly extraction using high temperature and pressure water and facilitates the extraction flavonoids such as catechins because of its polarity-selectivity. Pulsed electric field (PEF) and intense pulsed light (IPL) are both non-thermal processing technologies. PEF is a technology using a high intensity electric field to damage cell membranes for sterilization or pre-treatment of extraction. IPL is a technology that uses the strong pulses of broad spectrum of light. The aim of this study was to find out the effect of PEF and IPL on the enhancement of subcritical extraction efficiency of tea catechins from green tea and to find the optimum conditions of PEF and IPL treatment for extracting tea catechins from green tea. Green tea leaves were treated with PEF under conditions of electric field strength (1, 2, and 3 kV/cm) during 60 seconds. Also, Intense pulsed light applied at various voltage (800, 1000, and 1200 V) for 60 seconds. SWE extractions were performed for 5 minutes at varying temperatures (110, 130, 150, 170, and 190°C). The extraction yields of 6 kinds of tea catechins were measured by a high-performance liquid chromatography. The maximum yield of total catechin was 44.35 ± 2.00 mg/g dry green tea leaves at PEF treatment conditions of 2 kV/cm during 60 seconds, SWE temperature of 130°C. For IPL treatment, the largest amount of total catechin was 48.06 ± 5.03 mg/g dry green tea leaves at 800 V during 60 seconds when the extraction temperature was 130°C. PEF and IPL treatment significantly enhanced the extraction yield of tea catechins than untreated sample. The total catechin content was increased by 15.43% for PEF and 25.09% for IPL compared to the value of untreated green tea leaves. In conclusion, this study verified that PEF and IPL had a positive effect on the enhancement of tea catechins extraction from green tea leaves using SWE.;녹차(Camellia sinensis)는 전 세계적으로 사랑받는 차의 원료 중 하나이다. 녹차에는 많은 양의 카테킨이 함유되어 있으며, 카테킨은 항산화, 항암, 항염증 등의 다양한 생리적 효능을 가지고 있다. 녹차에는 (-)- epigallocatechin gallate (EGCG), (-)-gallocatechin gallate (GCG), (-)-epicatechin gallate (ECG), (-)-catechin gallate, (-)-epicatechin, (-)-catechin 등의 6 종류 이상의 카테킨이 존재한다. 이 중에서도 (-)- epigallocatechin gallate (EGCG)는 녹차에 가장 풍부하게 존재하는 카테킨으로서 강한 항산화 활성을 가진 카테킨으로 알려져 있다. 본 연구에서는 펄스 전기장 및 광펄스를 추출 전처리 기술로서 활용하여 아임계수 추출을 이용한 녹차로부터의 카테킨의 추출 효율을 극대화시키고자 하였다. 아임계수 추출은 끓는점 (100°C)과 임계점 (374°C) 사이의 고온고압의 물을 추출 용매로 사용하는 친환경적인 기술로서, 극성을 가진 물을 비극성을 띄도록 하여 카테킨과 같은 비극성의 플라보노이드의 추출에 용이한 기술이다. 또한 추출 온도에 따른 극성 조절로 물질의 선택적 추출이 가능한 기술이다. 펄스 전기장과 광펄스는 비열처리기술로서 펄스 전기장은 두 개의 전극 사이 강한 전압의 짧은 전기 펄스를 이용한 기술이며, 광펄스는 가시광선, 자외선, 근적외선을 포함한 넓은 영역의 강한 빛을 짧은 시간 가하는 기술이다. 두 기술 모두 처리를 통해 식물 세포, 미생물 등의 세포막이나 세포벽에 물리적 손상을 가하는 것으로 알려져 있다. 펄스 전기장과 광펄스는 미생물이나 병원균을 살균하기 위한 비열살균기술로서 사용되어 왔으나 최근에는 시금치, 아보카도, 포도 부산물 등의 식물체로부터의 플라보노이드를 포함한 다양한 기능성 물질의 추출의 전처리 기술로서 활용되고 있다. 펄스 전기장은 5 kW pulse generator (HVP-5, DIL, Quakenbrueck, Germany)를 통해 처리하였으며, 광펄스는 자체 설계를 통해 제작한 광펄스 장치를 이용하여 처리하였다. 펄스 전기장의 처리 조건은 전기장 세기 1, 2 및 3 kV/cm, 펄스 frequency는 50 Hz, 펄스 폭은 25 μs (1, 2 kV/cm)와 20 μs (3 kV/cm), 처리 시간 60초로 설정하였으며, 광펄스의 처리 조건은 전압 800, 1000 및 1200 V, 처리 시간 60초로 설정하였다. 이후 아임계수 추출은 아임계수 추출 기기(ASE 350, Dionex, Sunnyvale, CA, USA)를 이용하여 110, 130, 150, 170 및 190°C의 추출 온도에서 5분간 진행되었으며, 추출물의 6 종류의 카테킨의 정성 및 정량 분석은 HPLC를 통해서 수행되었다. 펄스 전기장과 아임계수 추출의 병합처리에 의한 전체 카테킨 함량의 최적 조건은 전기장 세기 2 kV/cm, 처리 시간 60초, 추출 온도 130°C, 추출 시간 5분으로 추출된 전체 카테킨의 함량은 44.35 ± 2.00 mg/g green tea leaves 이다. 광펄스과 아임계수 추출의 병합처리에 의한 전체 카테킨 함량의 최적 조건은 전압 800 V, 처리 시간 60초, 추출 온도 130°C, 추출 시간 5분으로 추출된 전체 카테킨의 함량은 48.06 ± 5.03 mg/g green tea leaves이다. 따라서 전처리를 수행하지 않은 녹차잎을 이용한 전체 카테킨의 최적 추출 함량에 비하여 펄스 전기장과 아임계수 추출 병합 처리는 15.43%, 광펄스와 아임계수 추출 병합 처리는 25.09% 전체 카테킨의 추출 함량을 증진시켰다. 또한 병합처리를 통해서 최적 추출 온도를 처리하지 않은 녹차잎을 이용한 최적 추출 온도인 150°C에서 130°C 로 감소시켰다. 마지막으로 ESEM을 통한 표면 분석 결과를 통해 펄스 전기장과 광펄스가 녹차잎 표면에 일으킨 물리적인 파괴가 녹차 카테킨의 추출 효율 증진에 긍정적인 영향을 미쳤음을 확인하였다. 본 연구는 결과적으로 펄스 전기장 또는 광펄스와 아임계수 추출의 병합처리가 녹차로부터 카테킨의 추출 효율 증진에 효과적임을 확인하였다. 또한 살균 기술인 펄스 전기장 및 광펄스의 추출 전처리 기술로서의 가능성을 확인하였으며, 녹차를 비롯한 다양한 천연 소재로부터의 고부가가치 기능성 물질의 친환경적이고 고효율의 추출 기술로의 적용 가능성 및 활용 가능성을 확인하였다.
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일반대학원 > 식품공학과 > Theses_Master
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