Optimization of Extraction Conditions for Ethanol Extracts from Chrysanthemum morifolium by Response Surface Methodology

반응표면분석에 의한 소국(小菊) 에탄올 추출물의 추출조건 최적화

Extraction conditions were optimized using response surface methodology for preparing high-quality ethanol extracts from cultivated Chrysanthemum petals. A fractional factorial design was applied to investigate effects of solvent ratio to sample $(X_1)$, ethanol concentration $(X_2)$ and extraction time $(X_3)$ at $60^{\circ}C$ on dependent variables of the extract properties, such as yellow color $(Y_1)$, carotenoids $(Y_2)$, soluble solids $(Y_3)$, phenolic compounds $(Y_4)$, electron donating ability $(Y_5)$, sensory color $(Y_6)$ and sensory aroma $(Y_7)$. Second-order models were employed to generate 3-dimensional response surfaces for dependent variables and their coefficients of determination $(R^2)$ were ranged from 0.8063 to 0.9963. Optimum extraction conditions for each variable were 115 mL/g, 97%, 18 hr in yellow color, 145 mL/g, 50%, 12 hr in carotenoids, 147 mL/g, 48%, 17 hr in soluble solids, 116 mL/g, 68%, 17 hr in phenolic compounds, 110 mL/g, 98%, 14 hr in electron donating ability, 101 mL/g, 48%, 54 hr in organoleptic color and 109 mL/g, 54%, 4 hr in organoleptic aroma, respectively. The range of optimum conditions at 16hr extraction for maximized characteristics of ethanol extracts was $103{\sim}122\;mL/g$ and $64{\sim}78%$. Predicted values at the optimum condition agreed with experimental values.

재배국인 소국의 꽃잎을 이용하여 우수한 품질특성의 에탄올추출물을 얻고자 반응표면분석에 의해 추출조건을 최적화 하였다. 중심합성계획에 따라 시료에 대한 용매비$(X_1)$, 에탄올 농도$(X_2)$, 추출시간$(X_3)$을 요인변수로 하고 추출물의 특성 즉, 황색도$(Y_1)$, 카로티노이드 함량$(Y_2)$, 가용성고형분$(Y_3)$, 페놀성 화합물 함량$(Y_4)$, 전자공여능$(Y_5)$, 관능적 색과 향$(Y_6,\;Y_7)$을 각각 종속변수로 하여 $60^{\circ}C$에서 추출을 실시하였다. 각 조건별 실험결과를 회귀분석하여 3차원 반응표면분석을 실시하여 본 결과, 종속변수들에 대한 결정계수$(R^2)$는 $0.8223{\sim}0.9965$ 범위로 나타났다. 추출물의 기능적 특성들을 극대화하기 위한 최적추출조건은 황색도가 시료에 대한 용매비 115 mL/g, 에탄올 농도 97%, 추출시간 18 hr, 카로티노이드 함량 145 mL/g, 50%, 12 hr, 가용성고형분 147 mL/g, 48%, 17 hr, 페놀성 화합물 함량 116 mL/g, 68%, 17 hr, 전자공여작용 110 mL/g, 98%, 14 hr, 관능적 색은 101 mL/g, 48%, 54 hr에서, 향은 109 mL/g, 54% 및 4 hr 조건일 때 최대값을 나타내었다. 추출물의 여러 기능적 특성을 고려한 추출조건 범위를 최적화 해 본 결과 시료에 대한 용매비 $103{\sim}122\;(mL/g)$, 에탄올 농도 $64{\sim}78\;(%)$, 추출시간 16 (hr)로 나타났다. 최적조건에서 얻어진 에탄올 추출물의 예측값들은 실제 측정값과 유사한 수준으로 확인되었다.