Extraction of Apigenin from Parsley by Combined Treatments of Subcritical Water Extraction(SWE) with Pulsed Electric Fields (PEF) and Intense Pulsed Light (IPL)

Abstract

파슬리는 전세계적으로 흔하게 사용되는 식재료 중 하나로 주로 향신료로 사용된다. 파슬리는 Apigenin의 가장 풍부한 공급원 중 하나이며 Apigenin 외에도 Quercetin, Luteolin, Vitamin A, Vitamin C, 칼슘, 철분 등이 함유되어 있다. Apigenin은 플라보노이드의 일종으로 항암, 항염증 및 항산화 기능이 있어 각종 암의 치료나 예방에 사용되기도 한다. 한편 아임계수추출(SWE)은 환경 친화적이며 추출 시간이 길지 않다. 또한 독성이 없으므로 추출 후 추가적인 처리가 필요하지 않다는 장점이 있다. 용매로 물 만을 사용하므로 추출 비용이 상대적으로 적지만, 추출 시 고압가스를 사용하기 때문에 부가적인 추출 비용이 발생하게 된다. 따라서 추출 효율을 향상시켜 추출비용을 줄이는 것에 대한 필요성이 존재한다. 이 실험의 목적은 아임계수추출 기술과 IPL, PEF 전처리 기술을 병합하여 파슬리 추출물의 Apigenin 함량을 최대화하는 것이다. IPL 처리 조건은 800, 1200 V에서 60, 120, 180 s로 설정하였다. PEF 처리의 경우 펄스 강도는 1.1, 2.3 kV/cm으로 펄스 진동수와 처리 시간은 10 Hz-3 s, 10 Hz-30 s, 50 Hz- 30 s, 50 Hz- 60 s으로 설정하였다. 이후 170, 180, 190, 200°C에서 10분간 아임계수추출을 진행하였다. 추출물은 동결건조하여 HPLC로 Apigenin 함량을 정량 분석하였다. ESEM을 통해 파슬리 표면을 관찰하고, 파슬리 잎의 전기전도도를 측정하여 세포파괴지수를 계산해 IPL과 PEF가 파슬리 잎에 가한 물리적 파괴 효과를 확인하였다. Apigenin 추출 함량이 가장 높았던 조건은 아임계수추출 조건 200°C, 10분, PEF 전처리 조건 2.3 kV/cm, 10 Hz, 3 s에서 21.17 ± 1.11 mg/g dried parsley로 나타났으며, 대조군에 비하여 추출효율이 65.26% 증가하였다. IPL 전처리 실험에서는 아임계수추출 조건 200°C, 10분, IPL 전처리 조건 1200 V, 60 s에서 Apigenin 함량이 14.89 ± 0.41 mg/g dried parsley로 가장 높았지만 비처리군과의 유의적 차이는 나타나지 않았다. 파슬리 표면의 ESEM 관찰 사진과 세포파괴지수를 통해 전처리 공정 이후 파슬리 잎에 물리적 손상이 가해진 것을 확인할 수 있었다. 물리적 파괴로 인해 파슬리 잎의 구조가 약해지면서 Apigenin의 추출 효율이 증가된 것으로 분석된다. 본 연구는 PEF 전처리 기술과 아임계수추출을 병합처리 했을 때 고온에서 파슬리 속 apigenin의 추출 효율을 극대화시킬 수 있음을 확인하였다. 이를 통해서 신가공 병합기술의 효율성과 개발 가능성을 확인하였고, 앞으로 아임계수추출과 전처리 공정을 병합처리 하는 기술이 고부가가치의 식물유래 기능성물질 추출에 사용되어 식품산업에 응용되는 것을 기대한다.;Parsley is a commonly used spices in the world. Parsley contains a variety of nutrients such as apigenin, quercetin, luteolin, vitamin A, vitamin C, calcium and iron. Apigenin, which is known to have anticancer, anti-inflammatory and antioxidant properties, is one of flavonoids enriched in parsley. Subcritical water extraction (SWE) is nontoxic, environmentally friendly and has a relatively short extraction time. Although extraction costs are relatively low because only water is used as a solvent, additional extraction costs are incurred in high pressure gas used for extraction. Therefore, improving the extraction efficiency are one of the most important goals. The purpose of this experiment was to maximize the apigenin content in parsley extracts by pretreatment of intense pulsed light (IPL) and pulsed electric field (PEF) prior to subcritical water extraction. IPL treatment conditions were set to 60, 120 and 180 s at 800 and 1200 V. In the case of PEF treatment, the pulse field strength was set at 1.1 and 2.3 kV/cm, and the pulse frequency and treatment time were set at 10 Hz - 3 s, 10 Hz - 30 s, 50 Hz - 30 s, and 50 Hz - 60 s. Subsequently, subcritical water extraction was performed at 170, 180, 190, and 200°C for 10 min. The extracts were lyophilized and quantitatively analyzed for apigenin content by HPLC. The physical destruction effect of IPL and PEF was confirmed by observing the surface of parsley leaves through ESEM and measuring the electrical disintegration index of parsley leaves. In the PEF pretreatment experiments, the highest apigenin content was 21.17 ± 1.11 mg/g dried parsley at 200°C for 10 min in SWE at 2.3 kV/cm, 10 Hz for 3 s in PEF pretreatment and apigenin extraction efficiency was 65.26%. In the IPL pretreatment experiments, the highest apigenin content was 14.89 ± 0.41 mg/g dried parsley at 200°C for 10 min in SWE at 1200 V for 60 s in IPL. However, there was no significant difference between the untreated group and IPL treated group. ESEM observation and electrical disintegration index confirmed that the physical damage to the parsley leaves after pretreatment. Physical destruction weakens the structure of the parsley leaves, increasing the extraction efficiency of apigenin. This study found that the combined treatment of SWE with PEF pretreatment could maximize the extraction efficiency of apigenin in parsley at high temperature. In the further future, it is expected that the combined treatment of subcritical water extraction with other pretreatment technology will be used for the extraction of high value-added functional materials in food industry.