Optimization of Processing Conditions to Enhance the Functionality of Coffee Bean Extracts

Abstract

The object of this study is to clarify the optimal processing condition that can maximize the antioxidant and α-amylase inhibition activity α of the coffee bean extract. The coffee bean were prepared different degree of roasting (green bean, light, medium and dark), grinding temperature (ambient, cryogenic and cryogenic-fine), and extraction method (hot-water and microwave-assisted extraction). Physicochemical properties of beans and powder, total polyphenol contents, total flavonoid contents, antioxidant and α-amylase inhibition activity were investigated. According to the degree of roasting, the weight decreased, L, a, and b value decreased, substantially. The antioxidant and α-amylase inhibition activity was highest in light-roasted beans. Then, the proper thermal processing can increase the antioxidant activity of coffee beans. The total polyphenol contents, total flavonoid contents, ABTS, DPPH and a-amylase inhibition values of hot water extracted ground coffee via different processing conditions were in the ranges of 6.14 - 11.14 mg GAE/g, 18.85 - 33.23 mg QE/100g, 22.42 - 32.40 mM Trolox, 38.06 - 76.40 % and 21.21 - 68.91%, respectively. And light-roasted and cryogenic-fine ground coffee had the highest results among all samples. The microwave-assisted extraction (MAE) method increased the antioxidant capacity by 4.50 % (DPPH) and 28.73 % (ABTS) compared with the general hot-water extraction. As a result, light-roasted and cryogenic-fine grinding is considered to be the most suitable processing condition for enhancing the bioactivity of coffee beans. And MAE (450W, 15s) method was more effective than conventional hot-water extraction method of the coffee bean extract.;본 연구의 목적은 커피추출물의 기능성을 향상시킬 수 있는 가공조건을 최적화 하는 것이다. 커피 원두는 항산화, 항당뇨 기능을 가지고 있으며, 폴리페놀 및 플라보노이드 등을 비롯하여 다양한 생리 활성 화합물이 항산화, 항당뇨 작용에 기여한다고 알려져 있다. 원산지 (브라질, 코스타리카, 콜룸비아, 케냐), 배전 정도(생두, 저배전, 중배전, 강배전), 분쇄 온도 (상온, 저온) 및 추출 방법 (열수추출, 마이크로파 추출)에 따라 커피 분말의 물리 화학적 특성, 항산화와 α-amylase 억제 기능을 분석하였다. 가공 방법에 따른 입자 특성을 확인하기 위해 주사 전자 현미경 (SEM)으로 가시화한 결과, 저온 분쇄한 시료는 상온 분쇄한 경우보다 균일하고 더 작은 입자로 나타났다. 또한 DPPH 및 ABTS 결과에 따르면, 배전 정도와 항산화능은 비례하지 않았다. 이는 커피에 존재하는 폴리페놀이 적절한 열가공에 의해 분해 또는 새로운 화합물이 생성되어 항산화능이 증가된 것으로 생각된다. 열수추출중 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, ABTS, DPPH와 α-amylase 억제 기능을 측정한 결과는 각각 6.14 - 11.14 mg GAE/g, 18.85 - 33.23 mg QE/100g, 22.42 - 32.40 mM Trolox, 38.06 - 76.40 % and 21.21 – 68.91% 이다. 그중 저배전 및 저온분쇄로 가공한 커피가 제일 높은 결과를 보인다. 또한 마이크로파 보조 추출법 (MAE)을 사용하여 열수추출보다 4.50% (DPPH) 및 28.73% (ABTS) 항산화능을 향상시켰다. 본 연구를 통해 커피는 적절한 열가공으로 생성된 물질에 의해 항산화능이 증진됨을 확인하였고 커피의 기능성을 극대화하기 위한 가공 조건 (약배전, 저온미세분쇄 및 마이크로파 추출(450w, 15s) )을 확립하였다. 추후 가공 과정에 따라 형성되는 화합물에 대한 규명 및 각 물질의 생체 활성에 대한 더욱 깊은 연구가 필요하다고 사료된다.