Study for the Bio-functionality and Application of Coffee Leaf and Coffee Husk

Abstract

Recently, the coffee leaves and coffee husk have attracted a lot of interest in coffee industry. Cascara known as a coffee cherry husk is one of the major solid residues from the processing of coffee. Caffeine, tannin and polyphenols are contained in cascara causing serious environmental pollution if discarded without special pretreatment. Thus, there are many attempts focusing on the reducing the industrial by-products and uses of agricultural by-products. In this study, enzymatic glycosylation using dextransucrases from Leuconostoc mesenteroides B-512F/KM and B-1299CB4 synthesized cascara oligosaccharides (CaOS). The degree of polymerization (DP) of oligosaccharides was confirmed by MALDI-TOF MS analysis. More than nine DP oligosaccharides were synthesized. Novel CaOS have 49.1% lower calories than commercial oligosaccharides. CaOS reduced 63% of the formation of insoluble glucan by mutansucrase with 60% of sucrose. Biofunctional characteristics CaOS were analyzed by using UPLC-MS such as the total phenolic, flavonoid, condensed tannin contents. CaOS had total phenolic, flavonoid and condensed tannin, with 11.43±2.8, 1.7±0.08 and 0.24±0.02 mg/g respectively. The DPPH radical scavenging activities, oxygen radical absorbance capacity (ORAC), ferric reducing antioxidant power assay (FRAP) analyses of CaOS were determined. CaOS had DPPH radical scavenging activity, ORAC and FRAP, with 20.3±1.2 mg TE/g, 1224±35 µmol TE/g, 393±3.1 mmol FE(Ⅱ)/g respectively. Coffee leaves were manufactured through the process of green and black tea. Bio-functionality compounds in coffee leaves and coffee leaf teas were analyzed by using UPLC-MS. The total phenolic, flavonoid and condensed tannin contents in coffee leaves and coffee leaf teas were analyzed. DPPH radical scavenging activities, ORAC, FRAP in coffee leaves and coffee leaf teas were also analyzed. In addition, the α-glucosidase inhibitory activity were further investigated. Thus, young leaves had higher functional compounds, antioxidant properties and α-glucosidase inhibitory activity. In case of black tea, however, because of it oxidation during manufacturing black tea, its functional compounds and antioxidants capability were decreased. The re-uses of coffee husks and leaves would give added values in coffee production, higher incomes for coffee farmers, and potential solutions for the environmental problem in coffee production system.

커피 체리 껍질로 알려진 카스카라는 커피콩을 생산하고 남는 주요 고체 잔류물 중 하나로, 3% 만이 비료 등으로 활용되고 있지만, 나머지 97% 는 매립지에 버려지고 있다. 카스카라가 함유하고 있는 카페인과 탄닌은 수질 오염을 일으키는 원인이 되며, 커피 벨트에 속해있는 국가가 해결해야 하는 문제 중 하나이다. 따라서 식품으로서의 카스카라의 적절한 활용은 이 문제에 대한 해결 방안을 제시해줄 것으로 생각된다. 본 연구에서는 Leuconostoc mesenteroides B-512F/KM과 B-1299CB4의 균주에서 얻어낸 덱스트란 수크라아제를 이용하여 고 중합도를 가지는 카스카라 올리고당을 합성하였다. 신규 제조한 카스카라올리고당은 클로로겐산, 트리오넬린, 갈산과 같은 많은 생체 활성 물질을 함유하고 있었다. 열량은 1회 섭취 분량 당 10kcal로 꿀 혹은 메이플 시럽에 비해 2~3배 가량 낮은 값을 갖는 것으로 확인되었다. 또한, 치석을 구성하고 있는 불용성 글루칸 형성 연구에서 최고 농도 12.5%에서 약 60%의 억제능을 가진 것으로 확인되었다. 카스카라 올리고당의 항산화능은 TPC, ORAC, FRAP 및 DPPH 라디칼 소거능 방법을 통해 확인되었고, 시판되고 있는 여느 시럽 보다 높은 항산화능을 갖는 것으로 나타났다. 우리가 흔히 먹는 커피 콩의 경우 1년에 1번 수확을 하지만 수확 시기가 끝나면, 커피 농가에게 일정한 수입이 없는 시기가 된다. 그러나, 커피 잎의 경우 1년 내내 수확할 수 있다는 장점을 가지고 있으며, 예로부터 인도네시아, 아프리카 등의 나라에서 전통차로 섭취해오고 있다. 커피 잎은 또한 여러 생리 활성을 갖는 성분이 많이 함유되어 있고, 특히 폴리페놀의 일종인 망기페린이 특별한 성분으로서 포함되어 있다. 커피 잎을 새로운 차로 음용하는 것은 최근 소비자들의 관심을 받고 있지만, 가공 방법이나 잎의 연령이 최종 제품의 품질에 어떤 영향을 미치는지에 대해서는 알려진 바가 없다. 본 연구에서는, 커피 잎을 연령 별로 나누어 녹차와 홍차 법을 활용하여 커피 잎차를 제조한 후, 이가 함유한 성분과 기능성에 대한 연구를 수행하였다. 커피 잎에는 클로로겐산, 카페인, 망기페린, 카테킨, p-쿠마릭산, 루틴 등이 함유되어 있었고, 특히 잎의 연령이 성숙해질수록 대부분의 성분이 감소하는 것을 확인하였다. 커피 잎차의 항산화능 측정으로는 TPC, ORAC, FRAP 및 DPPH 라디칼 소거능 방법을 사용하였으며, 잎의 연령이 성숙해질수록 항산화능이 낮아지는 것을 확인하였다. 잎의 연령뿐만 아니라, 차제법에 따라서도 결과가 유의미하게 달라지는 것을 확인 하였다. 홍차 제법을 이용해 제조된 커피잎 차는 녹차 제법을 이용한 커피잎 차에 비해 성분과 항산화능이 감소하였다. 커피 잎차는 치석을 구성하는 불용성 글루칸 형성 억제능력이 있으며, 글리코사이드를 가수 분해 하여 당과 아글리콘의 생성 반응을 촉매하는 효소인 알파글루코시다제에도 억제 능력이 있는 것을 확인하였다. 카스카라와 커피잎의 식품소재로의 활용은 커피 산업에 더 많은 부가가치를 부여하고, 커피 비수확시기에 커피 농부들에게 수입을 줄 수 있으며 커피 생산 시스템의 환경 문제를 해결하는 데 도움이 될 것으로 보인다.