Optimization Study for the Production of 6-Shogaol-rich Ginger (Zingiber officinale Roscoe) under Conditions of Mild Pressure and High Temperature

Under optimized condition mild pressure in combination with specific temperature for heat treatment transform the 6-gingerol into 6-shogaol. The purpose of this study was to optimize the conditions used for heat treatment under pressure for increasing 6-shogaol content in ginger (Zingiber officinale Roscoe). A central composite experimental design was used to evaluate the effects of application temperature ($70-130^{\circ}C$) and temperature-holding time (95-265 min) on the transformation of 6-shogaol. The experimental values were shown to be in significantly good agreement with the predicted values (adjusted determination coefficient, $R^2{_{Adj}}=0.9857$). 6-Shogaol content increased as the application temperature and temperature-holding time increased. By analyzing the response surface plots, the optimum conditions of heat treatment (temperature and time) for increasing 6-shogaol content were found to be $127^{\circ}C$ and 109 min, respectively. Under these optimal conditions, the predicted 6-shogaol content was 3.98 mg/g dried ginger. The adequacy of the model equation for predicting the optimum response values was effectively verified by the validation data.

가압조건에서 생강 유래 6-shogaol 변환을 위한 가열 조건 최적화

본 연구는 다진 생강에 다량 함유된 6-gingerol을 뇌질환 개선 등의 기능성이 보고된 6-shogaol로 변환시키기 위하여 $CO_2$를 이용한 6.4MPa의 가압조건에서 가열 온도와 시간을 변수로 두고 중심합성설계법을 이용한 최적반응표면분석법을 적용하였다. 적용 온도 $70-130^{\circ}C$ ($X_1$)와 적용 시간 95-265분($X_2$)을 독립변수로, 6-gingerol함량($Y_1$, mg/g dried ginger)와 6-shogaol함량($Y_2$, mg/g dried ginger)을 종속변수로 설정하였다. 그 결과 온도와 시간이 대체적으로 증가할수록 6-gingerol은 감소하였으며 반대로 6-shogaol은 증가하였다. 도출된 반응표면 설계를 분석한 결과 압력이 6.4 MPa일 경우 적용 온도($X_1$)는 $130^{\circ}C$, 적용 시간($X_2$)는 204분이었다. 최적반응표면분석 결과 예측된 6-gingerol과 6-shogaol 함량은 각각 건조시킨 생강을 기준으로 0.13, 3.85 mg/g이며, 이때 만족도는 0.991이었다. 본 실험 결과를 통하여 도출된 가압조건에서의 열처리 방법은 스팀 등을 이용한 물리적 열처리 기술에 비해 소요 시간과 소모되는 에너지를 줄일 수 있었고, 6-gingerol에서 6-shogaol로의 변환율이 탁월하기 때문에 친환경적이고 효율적인 6-shogaol을 얻을 수 있는 기술임을 확인할 수 있었다.