Optimization of β-Glucan Extraction Process from Rice Bran and Rice Germ Using Response Surface Methodology

미강과 배아로부터 β-glucan의 추출조건 최적화 및 기능성 생리활성

This study was investigated on optimal conditions of the functional activities of ${\beta}$-glucan which was extracted from rice bran (RB) and rice germ (RG) using response surface methodology. The extraction temperature was varied in the $80-100^{\circ}C$, the extraction time between 2-10 min, and the ethanol concentration was in the interval of 30-70%. A central composite design was applied to investigate the effects of independent variables of extraction temperature ($X_1$), extraction time ($X_2$) and ethanol concentration ($X_3$) on dependent variables such as electron donating ability of RB ($Y_1$), electron donating ability of RG ($Y_2$), total phenolics of RB ($Y_3$), total phenolics of RG ($Y_4$), ${\beta}$-glucan contents of RB ($Y_5$) and ${\beta}$-glucan contents of RG ($Y_6$). As a result, the highest $Y_1$ level was 84.02% at $92.60^{\circ}C$, 2.75 min and 60.41% in saddle point. This value was affected by extraction temperature (P<0.05). The value of $Y_2$ was found to be the highest at $87.52^{\circ}C$, 2.23 min and 54.40% in saddle point. The highest $Y_3$ level was $98.56^{\circ}C$, 6.69 min and 40.26% in saddle point, and this extraction was greatly influenced by extraction temperature (P<0.01) and ethanol concentration (P<0.05). The value of $Y_4$ was found to be highest at $95.73^{\circ}C$, 9.19 min and 53.67% in minimum point. The value of $Y_5$ was found to be the highest at $96.23^{\circ}C$, 7.70 min and 63.69% in saddle point. The value of $Y_6$ was found to be highest at $87.82^{\circ}C$, 2.10 min and 50.03% in minimum point, and this extraction was greatly influenced by extraction time (P<0.01).

본 연구에서는 미강과 배아로부터의 ${\beta}$-glucan 추출 공정 최적화를 위해 반응표면 분석법으로 모니터링 하였다. 중 심합성계획법에 따라 추출 온도($X_1$), 추출 시간($X_2$), 추출온도($X_3$)를 요인변수(Xn)로 하고 미강 추출물의 전자공여 능($Y_1$), 배아 추출물의 전자공여능($Y_2$), 미강 추출물의 total phenolics($Y_3$), 배아 추출물의 total phenolics($Y_4$), 미강 추출물의 ${\beta}$-glucan 함량($Y_5$), 배아 추출물의 ${\beta}$-glucan 함량 ($Y_6$)을 종속변수로 하여 시행하였다. 실험 결과 미강 추출물의 전자공여능도는 추출 온도에 영향을 받음을 알 수 있었다. 안장점에서 추출 조건은 추출 온도는 $60.41^{\circ}C$, 추출 시간은 2.75 min, 에탄올 농도 92.60%로 예측되었으며 이 때 84.02%로 비교적 높은 항산화 활성을 보여주었다. 배아 추출물의 전자공여능도의 안장점에서 추출 조건은 추출 온도 $54.40^{\circ}C$, 추출 시간 2.23 min, 에탄올 농도 87.52%였다. 미강 추출물의 total phenolics는 추출 온도와 에탄올 농도에 영향을 크게 받은 것으로 나타났고 안장점에서 추출 조건은 추출 온도 $40.26^{\circ}C$, 추출 시간 6.69 min, 에탄올 농도 98.56%로 예측 되었고 배아 추출물의 total phenolics는 최소점에서 추출온도 $53.67^{\circ}C$, 추출 시간 9.19 min, 에탄올 농도 95.73%에서 최대값을 나타내었다. 미강 추출물의 ${\beta}$-glucan 함량은 안장점일 때 추출 조건이 추출 온도 $64.69^{\circ}C$, 추출 시간 7.70 min, 에탄올 농도 96.23%로 나타났다. 배아 추출물의 ${\beta}$-glucan 함량은 추출 시간에 영향을 크게 받았으며 최소점에서 추출 온도 $50.03^{\circ}C$, 추출 시간 2.10 min, 에탄올 농도 87.82%에서 미강 추출물에서보다 더 높은 최대값을 나타내었다.