Optimization of microwave-assisted extraction process for blue honeysuckle (Lonicera coerulea L.) using response surface methodology

Functional compounds including flavonoids, anthocyanins, polyphneols and antioxidants were extracted from blue honeysuckle (Lonicera caerulea L.) using highly efficient microwave-assisted extraction. And extraction process was modeled and optimized according to response surface methodology (RSM). The independent variables ($X_n$) were ethanol concentration ($X_1$: 0, 25, 50, 75, 100%), irradiation time ($X_2$: 1, 3, 5, 7, 9 min), and microwave power ($X_3$: 60, 120, 180, 240, 300 W). Dependent variables ($Y_n$) were total flavonoid contents ($Y_1$), total anthocyanin contents ($Y_2$), total polyphenol contents ($Y_3$) and antioxidant activity ($Y_4$). Four-dimensional response surface plots were generated based on the fitted second-order polynomial models to get optimal conditions. Estimated optimal conditions for 4 responses were ethanol concentration of 54-72%, irradiation time of 7.1-7.6 min, and microwave power of 243-251 W. Ridge analysis predicted the maximal responses of total flavonoid content, total anthocyanin content, total polyphenol content and antioxidant activity were 38.00 mg RE/g, 6.80 mg CGE/g, 14.90 mg GAE/g, 89.10%, respectively. Verification experiment was carried out at predicted optimal conditions and experimental values for total flavonoid content, total anthocyanin content, total polyphenol content and antioxidant activity were 38.10 mg RE/g, 6.72 mg CGE/g, 14.91 mg GAE/g and 89.13%, respectively. No significant difference was observed between predicted and experimental values, indicating good fitness of fitted model and successful application of RSM.

반응표면분석법을 이용한 댕댕이 기능성성분의 마이크로웨이브추출조건 최적화

본 실험은 댕댕이의 마이크로웨이브 추출장치를 활용한 플라보노이드, 안토시아닌, 폴리페놀, 항산화능 등을 반응표면분석법을 통하여 최적추출조건의 예측과 추출조건에 따른 추출물의 기능성 성분 함량을 모니터링 하였다. 중심합성계획법을 통해 추출공정에 중요한 독립변수인 용액농도($X_1$: 0, 25, 50, 75, 100%), 추출시간($X_2$: 1, 4, 7, 10, 13 min), microwave power($X_3$: 180, 210, 240, 270, 300 W)를 각각 독립변수로 설정하였고, 총 플라보노이드 함량($Y_1$), 총 안토시아닌 함량($Y_2$), 총 폴리페놀 함량($Y_3$) 그리고 DPPH 라디칼 소거능($Y_4$) 등을 종속변수로 하여 회귀분석을 실시하였다. 예측된 최적조건 범위는 에탄올 농도 53-64%, 추출시간 7.4-7.9 min, microwave power 242-250 W로 나타났다. 플라보노이드 함량의 최대점은 에탄올의 농도 52.9%, 추출시간 7.5분, microwave power 244 W일 때 최대값은 65.74 mg RE/g으로 예측되었다. 안토시아닌 함량의 최대점은 에탄올의 농도 54.8%, 추출시간 7.4분, microwave power 248 W일 때 최대값은 0.45 mg CGE/g으로 예측되었다. 폴리페놀 함량의 최대점은 에탄올의 농도 56.9%, 추출시간 7.7분 및 microwave power 250 W 일 때 최대값은 14.71 mg GAE/g로 예측되었다. 항산화능의 최대점은 에탄올의 농도 64.10%, 추출시간 7.9분 및 microwave power 242 W일 때 최대값은 92.54%로 예측되었다. 예측값과 실험값의 차이가 거의 없는 것으로 보아 본 실험은 정확도가 높고 신뢰성이 높음을 확인할 수 있었다. 이와 같은 결과는 댕댕이 마이크로웨이브 추출방법에 있어서 최적의 추출조건에 대한 정보를 주는 것이며, 더 나아가 고농도 댕댕이 기능성 성분이 함유된 제품 개발에 기초정보를 제공하는 결과라 사료된다.