Bioactive Compound and Antioxidant Capacity of Puffed Cacao Beans

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

Cacao beans are one of the richest naturally occurring sources of antioxidants with high amount of phenolic phytochemicals. In case of cacao bean processing, roasting is one of the most important processes, which influences the taste and flavor of the cacao bean by changing them both physically and chemically. The heat and pressure during puffing also cause the change of chemical composition of puffed materials. Puffing could be an alternative to roasting, which increases the yield and provides rich taste and high antioxidative capacity. The aim of this study is to determine the effect of puffing on the bioactive components such as theobromine, catechin, epicatechin and procyanidn B2 as well as antioxidant capacity of cacao beans. Roasting was carried out at 190oC for 15min and puffing was performed at 4-7kgf/cm2. After both roasting and puffing, the color of puffed cacao beans were darker than roasted cacao beans and getting darker as increasing puffing pressure. In addition, puffed cacao beans showed a volume increase and easily separated from the seed coat. Moisture contents of puffed cacao beans were higher than roasted cacao beans. Crude protein, crudes fat and ash contents were similar in both puffed and roasted cacao beans. Puffed cacao beans at 4 kgf/cm2 showed the highest total polyphenol contents (TP) (23.16mg GAE/g sample) and total flavonoid contents (TF) (10.65mg CE/g sample). As increasing the puffing pressure, TP and TF were decreased. Puffed cacao beans at 5 kgf/cm2 revealed similar TP (19.4mg GAE/g sample) compared to the roasted cacao beans (19.14mg GAE/g sample). However, TF (8.94mg CE/g sample) of puffed cacao beans at 5 kgf/cm2 was higher than roasted beans (7.51mg CE/g sample). Defatted cacao beans showed higher TP and TF than non defatted cacao beans. Antioxidant capacities of cacao beans were determined using the FRAP, DPPH and ABTS methods and all methods showed a similar pattern with the result of the TP and TF. TF showed higher correlation to antioxidant capacity than TP. Theobromine, catechin, epicatechin and procyanidin B2 contents were determined by HPLC. Catechin contents were increased after roasting and puffing. On the contrary, epicatechin contents were decreased after roasting and puffing. Puffed cacao beans at 4kgf/cm2 showed the highest catechin contents (8.45mg/g sample) and epicatechin contents (2.54mg/g sample). Despite the procyanidin B2 contents were decreased after puffing and roasting process, their contents of puffed cacao beans were higher than that of roasted cacao beans. Epicatechin revealed the highest correlation with antioxidant capacity of cacao beans among the flavonoid compounds (r2 = 0.491 - 0.721). Puffed cacao beans received good sensory score in flavor but sourness increased as puffing pressure increased. These results provide the potential and possibility of puffing instead of roasting in cacao bean processing.

국문 초록 (Abstract)

카카오 (cacao bean)는 천연항산화제인 phenolic phytochemical를 많이 함유한 것으로 알려져 있다. 카카오는 풍미를 증진시키기위해 다양한 공정을 거치게 되는데 그 중에서도 로스팅 (roasting)은 카카오의 물리화학적 변화를 일으켜 맛과 풍미에 영향을 주는 주요한 공정이다. 팽화 (puffing)는 시료에 열과 압력을 처리하는 공정으로 팽화만의 독특한 물리화학적 변화를 일으키게 된다. 팽화를 통해 추출 수율 및 항산화활성을 높이고 맛과 풍미를 증진시킬 수 있기 때문에 로스팅을 대체할 수 있을 것이라 사료된다. 따라서 이 논문의 목적은 카카오를 로스팅하는 대신 팽화하여 항산화능을 확인하고 생리활성 물질인 theobromine, catechin, epicatechin, procyanidin B2의 함량을 확인해보는 것이다. 로스팅은 190℃ 에서 15분간 처리해주었으며 팽화는 4-7kgf/cm2 압력으로 처리해 주었다. 로스팅과 팽화 처리후 모두 카카오의 색상이 진해졌으며, 팽화 카카오의 경우 처리압력이 높아질수록 색상이 점차 증가하는 경향을 보였다. 또한 팽화 카카오의 부피가 팽창하였으며 알맹이가 겉 껍질과 분리되는 독특한 특성을 보였다. 일반성분 분석 결과, 팽화 카카오가 로스팅 카카오보다 수분함량이 높았으며 조단백, 조지방, 회분 함량은 로스팅과 팽화 카카오 모두 비슷한 결과를 보였다. 총폴리페놀 함량 (TP)과 총플라보노이드 함량 (TF)은 4 kgf/cm2 압력으로 처리한 팽화 카카오가 각각 23.16mg GAE/g sample, 10.65mg CE/g sample로 가장 많았다. 팽화압력이 높아질수록 TP와 TF는 감소하는 경향을 보였다. 5 kgf/cm2압력으로 처리한 팽화 카카오의 TP는 19.4mg GAE/g sample로 로스팅 카카오와 19.14mg GAE/g sample로 비슷한 함량을 보였으며, 반면에 TF는 8.94mg CE/g sample로 로스팅 카카오의 7.51mg CE/g sample보다 높은 함량을 보였다. 탈지 카카오의 TP와 TF는 탈지하지 않은 카카오와 유사한 결과를 보였다. 카카오의 항산화능을 FRAP, DPPH, ABTS 세가지 방법을 이용하여 측정하였다. 항산화능 결과는 실험방법별로 약간의 차이는 있지만 대체적으로 TP, TF와 유사하게 4 kgf/cm2 압력으로 처리한 팽화 카카오의 항산화능이 가장 높았으며 처리압력이 높아질수록 항산화능이 감소하는 경향을 보였다. 로스팅 카카오의 항산화능은 5 kgf/cm2 또는 6 kgf/cm2 압력으로 처리한 팽화 카카오와 유사하였다. 항산화능과 TP, TF간의 상관관계를 알아본 결과 TF가 TP보다 높은 상관관계를 보였다. Theobromine, catechin, epicatechin, procyanidin B2는 HPLC를 이용하여 분석하였다. Catechin함량이 로스팅과 팽화 후 증가한 반면에, epicatechin은 로스팅과 팽화 후 함량이 감소하였다. 4kgf/cm2 압력으로 처리한 팽화 카카오의 catechin은 8.45mg/g sample, epicatechin은 2.54mg/g sample로 팽화 카카오중에서 가장 높은 함량을 보였다. procyanidin B2는 로스팅과 팽화 후 그 함량이 감소하였지만 로스팅 카카오보다 팽화 카카오의 함량이 더 높았다. HPLC로 분석한 flavonoid 중에서는 epicatechin이 항산화능과 가장 높은 상관관계를 보였다 (r2 = 0.491 - 0.721). 관능평가 결과, 팽화 카카오의 향미가 높은 점수를 받았으며 팽화 후 신맛이 증가하는 결과를 보였다. 이러한 결과들은 팽화가 로스팅을 대체할 수 있는 가능성을 보여주었다.

목차 (Table of Contents)

• Ⅰ. Introduction 1
• Ⅱ. Experimental 3
• 1. Materials and Methods 3
• 1.1. Chemicals and Reagents 3
• 1.2. Samples 3
• 1.2.1. Preparation of roasted and puffed cacao beans 3
• 1.3. Proximate analysis 4
• 1.4. Fat extraction 4
• 1.5. Phenolic extraction 4
• 1.6. Total phenolic content 4
• 1.7. Total flavonoid content 5
• 1.8. Antioxidant capacity 5
• 1.8.1. DPPH assay 5
• 1.8.2. FRAP assay 5
• 1.8.3. ABTS assay 6
• 1.9. HPLC analysis 6
• 1.10. Sensory evaluation 7
• 1.11. Statistical analysis 7
• Ⅲ. Results and discussion 8
• 1.1. Morphology of cacao beans 8
• 1.2. Proximate composition and pH 10
• 1.3. Total phenolic content and total flavonoid content 12
• 1.4. Antioxidant capacity 14
• 1.5. Correlation between antioxidant capacity and total polyphenols or total flavonoids 16
• 1.6. HPLC analysis 18
• 1.7. Correlation between bioactive compounds and antioxidant capacity 21
• 1.8. Sensory evaluation 24
• Ⅳ. Conclusion 26
• 국문초록 27
• References 29