전자코를 이용한 감마선, methyl bromide 및 phosphine 처리된 홍삼분말의 저장 중 향기패턴 변화 연구 Aroma Analysis by the Electronic Nose on Red Ginseng Powder Treated with Gamma Radiation, Methyl Bromide and Phosphine원문보기
품질보존 방법의 하나로 제시되고 있는 감마선 조사와 훈증 처리된 홍삼분말의 후각적 품질 특성을 비교 검토하고자, 5kGy의 감마선, 상업적 조건의 methyl bromide(MeBr) 및 phosphine 처리된 홍삼분말을 각각 $25^{\circ}C$과 $-10^{\circ}C$에 1, 2 및 5개월 동안 저장하면서 그 휘발성 향기 패턴을 전자코로 분석하였다. MeBr과 phosphine 훈증 처리군들은 저장온도와 기간에 따라 저장 전과 모두 다른 향기패턴을 보이며 구별되었다. 특히 저장기간이 길수록(5개월) 더 명확히 향기패턴이 구별되었다. 감마선 조사군은 저장기간별로는 구별이 되었지만, 같은 기간별(1과 2개월)의 저장온도에 따라서는 다른 처리군에 비해 구별하기가 어려웠다. Phosphine 훈증은 MeBr 훈증 및 감마선 조사보다 저장 후 그 향의 변화가 작은 것으로 나타났으며, 여러 조건 중 $-10^{\circ}C$에서 5개월간 저장하였을 경우에 미처리군과 phosphine훈증 처리군의 향기패턴 구별이 어려웠다.
품질보존 방법의 하나로 제시되고 있는 감마선 조사와 훈증 처리된 홍삼분말의 후각적 품질 특성을 비교 검토하고자, 5kGy의 감마선, 상업적 조건의 methyl bromide(MeBr) 및 phosphine 처리된 홍삼분말을 각각 $25^{\circ}C$과 $-10^{\circ}C$에 1, 2 및 5개월 동안 저장하면서 그 휘발성 향기 패턴을 전자코로 분석하였다. MeBr과 phosphine 훈증 처리군들은 저장온도와 기간에 따라 저장 전과 모두 다른 향기패턴을 보이며 구별되었다. 특히 저장기간이 길수록(5개월) 더 명확히 향기패턴이 구별되었다. 감마선 조사군은 저장기간별로는 구별이 되었지만, 같은 기간별(1과 2개월)의 저장온도에 따라서는 다른 처리군에 비해 구별하기가 어려웠다. Phosphine 훈증은 MeBr 훈증 및 감마선 조사보다 저장 후 그 향의 변화가 작은 것으로 나타났으며, 여러 조건 중 $-10^{\circ}C$에서 5개월간 저장하였을 경우에 미처리군과 phosphine훈증 처리군의 향기패턴 구별이 어려웠다.
An electronic nose was applied to analyze the aroma patterns of powdered red ginseng that had been treated with different preservative methods, such as gamma radiation at 5kGy, commercial methyl bromide (MeBr) and phosphine fumigations. Aroma patterns of phosphine or MeBr, fumigated samples were wel...
An electronic nose was applied to analyze the aroma patterns of powdered red ginseng that had been treated with different preservative methods, such as gamma radiation at 5kGy, commercial methyl bromide (MeBr) and phosphine fumigations. Aroma patterns of phosphine or MeBr, fumigated samples were well separated according to storage temperature and period. However, 5kGy-irradiated samples (stored for 1 and 2 months) were hardly discriminated by the different storage temperatures ($25^{\circ}C$ and $-10^{\circ}C$). After 5 months at $-10^{\circ}C$, non-treated and phosphine fumigated samples showed similar aroma patterns.
An electronic nose was applied to analyze the aroma patterns of powdered red ginseng that had been treated with different preservative methods, such as gamma radiation at 5kGy, commercial methyl bromide (MeBr) and phosphine fumigations. Aroma patterns of phosphine or MeBr, fumigated samples were well separated according to storage temperature and period. However, 5kGy-irradiated samples (stored for 1 and 2 months) were hardly discriminated by the different storage temperatures ($25^{\circ}C$ and $-10^{\circ}C$). After 5 months at $-10^{\circ}C$, non-treated and phosphine fumigated samples showed similar aroma patterns.
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문제 정의
본 실험에서는 보존 처리된 홍삼분말의 저장조건에 따른 향기패턴을 비교, 분석하기 위하여 시료로부터 휘발성 향기를 headspace에서 획득하여 12개의 MOS가 장착된 전자코를 활용하였고, 이들 MOS 센서별 감응도로 5kGy 감마선 조사와 훈증 처리된 홍삼분말의 향기패턴에 대한 기여율(proportion) 을 구하고 주성분분석을 하였으며, 패널에 의한 관능검사의 우수성에도 불구하고 빠르고, 간편하며, 짧은 시간에 많은 시료의 향 구분을 할 수 있는 전자코의 효과적 이용 가능성을 연구 하였다. 각 그림상에서 저장 전(before storage) 또는 처리 전(control)의 시료들과 멀리 떨어질수록 저장기간 또는 보존 처리 정도에 의하여 홍삼분말 본래의 향과 다르다는 것을 의미하며, 이는 홍삼분말의 향기가 변하여 전자코에서 구별 되어지며, 본래의 향과 달라 결국 부정적인 향의 변화임을 간접적으로 나타낸다.
이에 본 연구에서는 품질보존 방법의 하나로 제시되고 있는 감마선 조사가 홍삼의 후각적 품질에 미치는 영향을 연구하고자, 최근 비파괴적 분석방법의 하나로 많이 연구되고있는 전자코(electronic nose) 시스템을 활용하여 methyl bromide(MeBr) 및 phosphine 훈증 처리된 홍삼분말과 함께 홍삼 분말의 저장조건에 따른 향기패턴 변화를 12개의 metal oxide sensor(MOS)로 구성된 전자코를 이용하여 주성분 분석하여 전체적인 향 패턴 분석으로 후각적 품질특성을 비교 검토하였다.
가설 설정
1)Response of each sensor is expressed by ARgas/Rair R is resistance values of the sensors.
1)Response of each sensor is expressed by ARuas/Rair R is resistance values of the sensors.
제안 방법
시료의 훈증 처리는 앞(10,11) 에서 보고한 바와 같이 상업적 조건에 따라 시료를 준비하여MeBr(48hr)와 phosphine(144 hr) 훈증 처리를 실시하였다. 감마선 및 훈증 처리된 시료는 상온(25℃)과 저온(-10℃)으로 구분하여 1, 2 및 5개월간 저장하면서 휘발성 향기성분을 12개의 metal oxide sensor(MOS)로 장착된 전자코 시스템을 활용하여 분석하였다.
감마선 조사는 dose uniformity를 높이고자 시료를 100 mesh 이하로 분말화 한 다음 150mL 용량의 폴리에틸렌 병에 밀봉 포장하여 한국 원자력 연구소의 Co-60 감마선 조사 시설 (KAERI, Daejon)에서 시간당 일정한 선량률로 5kGy의 흡수 선량을 얻도록 하였다(±0.5kGy). 시료의 훈증 처리는 앞(10,11) 에서 보고한 바와 같이 상업적 조건에 따라 시료를 준비하여MeBr(48hr)와 phosphine(144 hr) 훈증 처리를 실시하였다.
분석 간격은 30분으로 센서가 충분히 안정화를 이룬 다음에 분석을 실행하였다. 본 실험 전 최적의 향 획득 조건을 얻기 위하여 여러 분석조건에서 선행실험 되었고, 본 실험에서는 각 처리시료 8개의 2반복 분석이 이루어졌다.
5mI/sec의 속도로 injection port에 주입하였다. 분석 간격은 30분으로 센서가 충분히 안정화를 이룬 다음에 분석을 실행하였다. 본 실험 전 최적의 향 획득 조건을 얻기 위하여 여러 분석조건에서 선행실험 되었고, 본 실험에서는 각 처리시료 8개의 2반복 분석이 이루어졌다.
5kGy). 시료의 훈증 처리는 앞(10,11) 에서 보고한 바와 같이 상업적 조건에 따라 시료를 준비하여MeBr(48hr)와 phosphine(144 hr) 훈증 처리를 실시하였다. 감마선 및 훈증 처리된 시료는 상온(25℃)과 저온(-10℃)으로 구분하여 1, 2 및 5개월간 저장하면서 휘발성 향기성분을 12개의 metal oxide sensor(MOS)로 장착된 전자코 시스템을 활용하여 분석하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용된 시료는 2001년 금산산 홍중미(수삼을 증숙 건조하여 몸통과 잔뿌리를 제거한 홍삼)를 구입하여 감마선 및 훈증 처리 시료로 사용하였다.
홍삼 분말의 향 패턴 분석에 이용된 전자코는(a-FOX 3000Electronic Nose System, Alpha M.O.S., Toulouse, France) 12개의 metal oxide sensor(MOS), 즉 SY/LG, SY/G, SY/ AA, SY/Gh, SY/gCTl, SY/gCT, T30/1, P10/1, P10/2, P40/1, T70/2, PA2S. 구성되어 있다.
데이터처리
전자코 향기패턴분석 결과 얻은 각 센서의 감응도(ΔRgas/ Rair)즉, 공기 저항값(R&)에 대한 시료 휘발성 성분의 저항값(Rga)의 변화율로 주성분분석 (Principal Component Analysis;PCA)을 실행하여 제1주성분 값 및 제2주성분 값을 구하였고, 각 12개의 센서 값들은 2000 Statistical Analysis System S/W Package(SAS Institute Inc., USA)(13)를 이용하여 95% 신뢰구간에서 Multivariate Analysis of Variance (MANOVA)통계처리로 각 센서별 유의성을 검증하였다.
성능/효과
이 결과는 Table 1에 제시된 감마선 조사 후 홍삼분말의 -10℃에서 저장기간에 따른 각 센서별 감응도 결과와 Table 2에 제시된 -10℃ 또는 25℃온도에서 5개월 저장된 홍삼분말의 센서별 감응도에서도 설명되어진다. 12개의 센서(sensor)중 저장 전과 -10℃에서 1개월 저장된 홍삼분말의 경우 SY/LG, SY/G, SY/AA 등을 비롯한 9개의 센서에서 유의차를 보였고, 2개월 저장된 홍삼분말과는 2개의 센서 (T30/1, T70/2)를제외한 10개 센서에서 유의차를 보였으나, 5개월 저장 시에는 12개 센서 모두에서 그 유의차를 보여 두 시료간 향기 패턴이 가장 크게 구별되는 결과를 가져왔다(Table 1). 감마선 조사된 홍삼분말의 향에 같은 저장기간일 경우 저장온도가 각 센서의 값에 어떠한 변화를 주는가를 알아보기 위하여 5 개월동안 저장된 홍삼분말을 각각 저장온도별(25℃, -10℃) 로 분석한 결과, 저온(-10℃)과 상온(25℃)에서 저장된 홍삼 분말의 센서별 감응도는 12개의 센서 중 8개의 센서에서 유의적 구별을 나타내었다(p<0.
2) a-bMeans within the same row with different superscripts are significantly different at p<0.05 by MANOVA.
5kGy의 선량으로 감마선 조사된 홍삼분말의 제1주성분 값과 제2주성분 값의 기여율은 각각 72.18%, 21.42%을 나타내었고 저장기간 1, 2개월째에는 -0.3~00부근에 분포하다가 5 개월째에 0.3부근으로 이동하였다(Fig. 3). 특히, MeBr 또는 phosphine으로 훈증 처리된 시료들은 각 저장기간과 온도별로 향기패턴이 모두 구별된 데 반하여, 감마선 조사된 홍삼 분말은 저장기간별로는 구별이 되었지만, 1과 2개월 저장 시저장온도(-10℃)와 25℃에 따라서는 그 구별이 어려웠다.
특히, MeBr 또는 phosphine으로 훈증 처리된 시료들은 각 저장기간과 온도별로 향기패턴이 모두 구별된 데 반하여, 감마선 조사된 홍삼 분말은 저장기간별로는 구별이 되었지만, 1과 2개월 저장 시저장온도(-10℃)와 25℃에 따라서는 그 구별이 어려웠다. 5개월 저장 시에는 구별이 가능하였는데, 이때 저장온도는 -10℃ 보다는 25℃이었을 때, 그 향이 저장 전 시료보다 더욱 구별이 되었다. 전체적인 PCA의 percent recognitione 86을 나타내었다.
34%을 나타내었으며 주성분 분석 plot상에서 보는 바와 같이 향의 패턴이 구별 되었다. Percent recognitione 94이었고, F값도 1735를 나타내어 통계적으로 저장기간과 온도를 서로 달리한 MeBr로 훈증한 홍삼 분말의 향 패턴에 유의차가 있음을 보여주었다(p<0.0001). Phosphine으로 훈증된 홍삼분말 역시 이와 유사한 경향을 보여 주었다.
12개의 센서(sensor)중 저장 전과 -10℃에서 1개월 저장된 홍삼분말의 경우 SY/LG, SY/G, SY/AA 등을 비롯한 9개의 센서에서 유의차를 보였고, 2개월 저장된 홍삼분말과는 2개의 센서 (T30/1, T70/2)를제외한 10개 센서에서 유의차를 보였으나, 5개월 저장 시에는 12개 센서 모두에서 그 유의차를 보여 두 시료간 향기 패턴이 가장 크게 구별되는 결과를 가져왔다(Table 1). 감마선 조사된 홍삼분말의 향에 같은 저장기간일 경우 저장온도가 각 센서의 값에 어떠한 변화를 주는가를 알아보기 위하여 5 개월동안 저장된 홍삼분말을 각각 저장온도별(25℃, -10℃) 로 분석한 결과, 저온(-10℃)과 상온(25℃)에서 저장된 홍삼 분말의 센서별 감응도는 12개의 센서 중 8개의 센서에서 유의적 구별을 나타내었다(p<0.05, Table 2). 이 결과는 Fig.
Phosphine으로 훈증된 홍삼분말 역시 이와 유사한 경향을 보여 주었다. 따라서 미처리되거나 MeBr 또는 phosphin으로 훈증 처리된 홍삼 분말들은 저장기간(1, 2 또는 5 개월) 및 저장온도(-10℃또는 25℃)의 변화에 따라 향의 구별이 있었으며, 그 구별은 저장온도 보다는 저장기간에 따라 큰 영향을 받는 것으로 나타났다. Fig.
65%를 나타내며 각 처리구별 향기패턴이 구별되었다. 미처리구와 phosphine 처리구들은 제 1 주성분 값의 0.2과 0.4에 집중된 분포를 나타냈으며, 감마선 조사된 처리구들은 제1주성분 값의 0과 -0.2사이에 분포하였으나, MeBr 훈증 처리구의 경우 제1주성분 값의 - 0.4에서 -06사이에 분포하였다. 이들의 다변량 분석결과, Wilks, lambda값은 0에 근접하였고, F값은 136를 나타내어 통계적으로 각 시료들의 향의 패턴에 유의차가 있음을 보여주었다(p<0.
5). 이 결과 phosphine 훈증eMeBr 훈증 처리와 감마선의 조사보다는 저장 후 그 향의 변화가 적고, 감마선 조사는 MeBr 훈증 처리 보다는 향의 변화가 적은 것으로 사료된다.
PCA의 percent recognition0] 90이상일 경우 모델에서 각 그룹간의 확실한 구별이 보여진다고 설명할 수 있다. 이 경우에는 90 보다는 약간 작은 값을 보였으나, 다변량 분석의 결과 Wilks' lambda값은 0에 근접하였고 이때의 F값은 544이어서 전체 그룹간 향의 구별에 통계적으로 유의차가 있었으며(p<0.0001), 이러한 향의 구별은 저장온도 보다는 저장기간에 의해 크게 구별된다고 말할 수 있다. 한편, 저장 전 시료와 25℃에서 5개월간 저장한 시료가 다른 시료 간 보다 euclidean distance가 가장 큰 값을 보였고, 이는 감마선 조사 후 저장 전 시료와 251에서 5개월간 저장한 시료 간의 가장 큰 향의 구별이 이루어 졌음을 나타낸다.
이 연구결과, 품질보존을 목적으로 감마선, MeBr 및 phosphine 훈증 처리된 홍삼분말의 향기패턴을 저장조건(기간 및 온도)에 따라 전자코 시스템을 활용하여 구별 및 비교를 할 수 있었다.
2에서 보여준다. 제1주성분 값의 기여율은 전체 향의 차이에 대하여 92.34%을 나타내었으며 주성분 분석 plot상에서 보는 바와 같이 향의 패턴이 구별 되었다. Percent recognitione 94이었고, F값도 1735를 나타내어 통계적으로 저장기간과 온도를 서로 달리한 MeBr로 훈증한 홍삼 분말의 향 패턴에 유의차가 있음을 보여주었다(p<0.
1은 어떠한 보존 처리도 되지 않은 홍삼분말의 저장기간 및 온도에 따른 향기 패턴 변화를 보여주고 있다. 주성분분석결과 전체 향 패턴을 총괄하는 정보인 제1주성분 값의 기여율은 83.76%를 나타내었고 저장 기간이 길어질수록 제1주성분 값의 분포가 -0.1에서 0.3 부근으로 이동하는 경향을 보였다. 주성분분석의 percent recognition 은 92로써 각 저장온도 및 기간에 따라 향기패턴이 구별되고 있음을 나타내었다.
1과 2에서 보는 바와 같이 각각의 처리구들은 저장 전 그룹과 저장기간이 서로 다른 그룹들간의 euclidean distance(group distance)가, 저장기간이 같을 경우 저장온도에 따른 그룹들간의 euclidean distance보다 크기 때문이다. 한 PCA plot 상에서 그룹간 향의 구별은 비교 그룹들간의 euclidean distance가 크면 클수록 구별이 잘됨을 나타낸다.
0001), 이러한 향의 구별은 저장온도 보다는 저장기간에 의해 크게 구별된다고 말할 수 있다. 한편, 저장 전 시료와 25℃에서 5개월간 저장한 시료가 다른 시료 간 보다 euclidean distance가 가장 큰 값을 보였고, 이는 감마선 조사 후 저장 전 시료와 251에서 5개월간 저장한 시료 간의 가장 큰 향의 구별이 이루어 졌음을 나타낸다. 이 결과는 Table 1에 제시된 감마선 조사 후 홍삼분말의 -10℃에서 저장기간에 따른 각 센서별 감응도 결과와 Table 2에 제시된 -10℃ 또는 25℃온도에서 5개월 저장된 홍삼분말의 센서별 감응도에서도 설명되어진다.
참고문헌 (13)
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