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문제 정의
- 대부분 일부 중소기업들에서 제조사 고유의 특허출원중이 방법에 따라서 제조되고 있는데, 흑마늘의 품질특성이나 기능성에 대한 과학적 실험은 거의 이루어지지 않아 아직까지 이에 대한 연구 결과는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 마늘을 고온에서 장시간 저장 및 숙성시켜 제조한 흑마늘의 성분이 생마늘이나 찐마늘에 비해 어떤 변화 패턴을 나타내는 가를 밝혀 마늘의 가공 방법 개선 및 향후 연구의 기초자료로 활용하고자 하였다.
가설 설정
- 1)Means with different superscripts in the same column are significantly different at p<0.05.
- 1)Means with different superscripts in the same row are significantly different at p<0.05.
- 1)ND: not detected.
제안 방법
- Caffeic acid(SigmaAldrich Co., St. Louis, USA)를 0～100 μg/mL의 농도로 제조하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 표준 검량선으로부터 시료 추출물의 총 페놀 함량을 산출하였다.
- Quercetin(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, USA)을 표준물질로 하여 0～100 μg/mL 농도 범위에서 얻어진 표준검량선으로부터 추출물의 총 플라보노이드 함량을 계산하였다.
- Schwimmer와 Weston(13)의 방법을 응용하여 각 마늘 시료 0.5 g에 10% trichloroacetic acid를 5 mL 첨가하여 균질화한 다음 1시간 방치하였다가 여과지로 여과하였다. 그 여액 1 mL에 0.
- 흑마늘은 출원중인 방법(출원번호: 10-2007-0070551)에 따라 가열 숙성기를 통하여 온도조절 공정을 거쳐서 제조된 것을 도울농산영농조합법인으로부터 제공받아 사용하였다. 각 마늘 시료는 믹서(HMF-1000, Hanil, Seoul, Korea)를 이용하여 완전히 분쇄한 다음 폴레에틸렌 팩에 넣어 -20oC 이하에서 보관하면서 분석을 행하였다.
- 각 마늘 시료의 표면색은 색차계(Chroma meter, CR 301, Minolta Co., Osaka, Japan)로 동일 실험군에서 총 5회 이상 반복 측정하였다. 마늘의 색도는 명도(lightness)를 나타내는 L값, 적색도(redness)를 나타내는 a값과 황색도(yellowness)를 나타내는 b값으로 나타내었으며 이때 사용한 표준색판의 L값은 96.
- 무기물의 분석은 Chung 등(15)의 방법을 응용하여 분해용 플라스크에 시료 2 g을 취하여 진한 황산과 진한 질산을 각각 10 mL씩 차례로 가한 다음 hot plate상에서 무색으로 변할 때까지 분해하여 100 mL로 정용․여과하여 Inductively Coupled Plasma(ICP, Optima 3300DV, Perkin-Elmer Co., Massachusetts, USA)로 분석하였다. 이때, RF generator는 27.
- 상기의 조작을 2회 반복하여 실시한 후 상등액을 모아 감압농축한 다음 3차 증류수를 사용하여 25 mL로 만든 후 0.45 μm membrane filter 및 sep-pak C18 cartridges에 차례로 통과시킨 것을 Bio-LC(DX-2500 system, Dionex, Sunnyvale, USA)로 측정하였다.
- 잔사에 80% 에탄올 75 mL를 가하여 2회 반복 추출한 후 상등액을 모아 농축한 후 에테르로 탈지하여 50 mL로 정용하였다. 이 액을 일정량 취하여 농축한 다음 pH 2.2 구연산 완충용액으로 10 mL로 만들어 membrane filter로 여과하여 아미노산 자동분석기(Amino acid analyzer 835, Hitachi, Japan)로 분석하였다.
대상 데이터
- 마늘 시료 10 g에 70% 에탄올을 가하여 균질화 시킨 다음, 총 부피를 100 mL로 만들어 여과한 여액을 총 페놀 및 플라보노이드 측정용 추출물로 사용하였다. 총 페놀 함량은 Folin-Denis법(11)에 따라 추출물 1 mL에 Folin-Ciocalteau 시약(Sigma-Aldrich Co.
- 실험에 사용된 마늘은 경남 남해군에서 재배된 것을 도울 농산영농조합법인으로부터 제공받아 실험에 사용하였다. 깐마늘은 자동 박피한 최상품을 사용하였으며, 꼭지부분을 제거하고 흐르는 물에 2회 세척한 다음 자연 건조하여 물기를 제거하였다.
- 이 때 칼럼은 carbopac PA 10(4 mm×250 mm)을, 검출기는 ED 40, pulsed amperometry detector를 사용하였으며 electrode cell은 Au를 사용하였다.
- 찐마늘은 세척․건조된 생마늘을 2중 찜솥을 이용하여 100oC에서 20분간 증숙하였다. 흑마늘은 출원중인 방법(출원번호: 10-2007-0070551)에 따라 가열 숙성기를 통하여 온도조절 공정을 거쳐서 제조된 것을 도울농산영농조합법인으로부터 제공받아 사용하였다. 각 마늘 시료는 믹서(HMF-1000, Hanil, Seoul, Korea)를 이용하여 완전히 분쇄한 다음 폴레에틸렌 팩에 넣어 -20oC 이하에서 보관하면서 분석을 행하였다.
데이터처리
- 각 시료군에 대한 유의차 검정은 분산분석을 한 후 p<0.05 수준에서 Duncan's multiple test에 따라 분석하였다.
- 각 실험은 5회 이상 반복실험을 통하여 결과를 얻어 SPSS 12.0을 사용하여 통계처리 하였으며, 각각의 시료에 대해 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- Allin의 분해 생성물인 thiosulfate는 Freeman과 Mcbreen 의 방법(14)에 따라 각 시료 분쇄물 1 g에 3배의 냉각수를 가하여 신속히 마쇄, 추출, 여과하였다. 이 여액 2 mL에 2배 량의 흡광분석용 hexane을 가해 2분간 진탕 추출한 다음 hexane층을 취하여 254 nm에서 흡광도 측정하고, 마늘 g당 상대적인 흡광도 값으로 나타내었다.
- 유리아미노산은 Sung 등(16)의 방법에 따라 마늘시료 각 10 g에 에탄올 150 mL를 가하여 균질화한 다음 원심분리(6,000×g, 10 min)하였다.
- 일반성분은 상법에 따라 수분은 105oC 상압가열 건조법, 회분은 550oC 직접회화법, 조지방은 Soxhlet추출법, 조단백질은 semi-micro Kjeldahl법, 총당은 황산페놀법으로 분석하였다.
- 마늘 시료 10 g에 70% 에탄올을 가하여 균질화 시킨 다음, 총 부피를 100 mL로 만들어 여과한 여액을 총 페놀 및 플라보노이드 측정용 추출물로 사용하였다. 총 페놀 함량은 Folin-Denis법(11)에 따라 추출물 1 mL에 Folin-Ciocalteau 시약(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, USA) 및 10% Na2CO3 용액을 각 1 mL씩 차례로 가한 다음 실온에서 1시간 정치한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. Caffeic acid(SigmaAldrich Co.
- 총 플라보노이드는 Moreno 등(12)의 방법에 따라 추출물 0.5 mL에 10% aluminum nitrate 0.1 mL, 1 M potassium acetate 0.1 mL 및 에탄올 4.3 mL를 차례로 가하여 혼합하고 실온에서 40분간 정치한 다음 415 nm에서 흡광도를 측정하였다. Quercetin(Sigma-Aldrich Co.
성능/효과
- Total thiosulfate의 함량도 pyruvate의 함량과 유사한 경향을 보여 찐마늘에서 그 함량이 가장 낮았으며, 다음으로 생마늘, 흑마늘 순이었다. 생마늘에 비하여 찐마늘의 thiosulfate 함량은 약 50%로 감소하였으나 흑마늘은 0.
- 무기물은 칼륨의 함량이 다른 무기물에 비하여 월등히 그 함량이 높아 전체 무기물 함량의 약 76%를 차지하였다. 구성아미노산은 모든 시료에서 glutamic acid, arginine 및 aspartic acid의 함량이 다른 아미노산에 비해 월등히 높았으며, ammonia를 제외한 모든 아미노산이 생마늘에 비해 흑마늘에서 높게 정량되었다. 유리아미노산은 생마늘과 찐마늘에서는 총 15종이 검출되었으나 흑마늘에서는 taurine, L-aspartic acid, glycine, L-α-aminoiso-n-butyric acid 및 γ-amino-n-butyric acid를 포함한 총 5종의 아미노산과 urea 및 O-phosphoethanolamine이 더 검출되었다.
- 마늘 중 유리당은 총 6종이 검출되었는데(Table 5), 이중 arabinose와 galactose는 생마늘과 찐마늘에서는 검출되지 않은데 반하여 흑마늘에서는 각각 1.62±0.30 mg/100 g과 13.11±1.73 mg/100 g 검출되었다.
- 생마늘, 찐마늘 및 흑마늘의 구성아미노산 및 유리아미노산을 분석한 결과는 각각 Table 7과 8에 나타내었다. 마늘 중의 구성아미노산은 glutamic acid, arginine의 함량이 다른 아미노산에 비해 월등히 높았다. 생마늘을 흑마늘로 가공하는 과정 중 ammonia를 제외한 모든 아미노산의 함량은 증가하였다.
- 73 mg/100 g이었으며, 생마늘에서는 glucose, 찐마늘에서는 sucrose, 흑마늘에서는 fructose의 함량이 가장 높았다. 무기물은 칼륨의 함량이 다른 무기물에 비하여 월등히 그 함량이 높아 전체 무기물 함량의 약 76%를 차지하였다. 구성아미노산은 모든 시료에서 glutamic acid, arginine 및 aspartic acid의 함량이 다른 아미노산에 비해 월등히 높았으며, ammonia를 제외한 모든 아미노산이 생마늘에 비해 흑마늘에서 높게 정량되었다.
- 비효소적 갈변에 직․간접적으로 영향을 미칠 것으로 생각되는 구성아미노산은 대부분의 아미노산이 생마늘에 비해 그 함량이 증가하였고 흑마늘에서 새로이 검출된 성분으로는 taurine 외 5종의 유리아미노산, urea 및 Ophosphoethanolamine이었다. 반면에 생마늘에서 검출된 methionine과 ethanolamine은 흑마늘에서 소실되었음을 확인하였다.
- 그런데, 이 과정이 효소적 갈변반응의 온도 범위를 벗어난 고온에서 행해짐을 고려할 때 마늘의 흑변은 비효소적 갈변반응이며, 주된 성분은 당과 아미노산으로 추정된다. 비효소적 갈변에 직․간접적으로 영향을 미칠 것으로 생각되는 구성아미노산은 대부분의 아미노산이 생마늘에 비해 그 함량이 증가하였고 흑마늘에서 새로이 검출된 성분으로는 taurine 외 5종의 유리아미노산, urea 및 Ophosphoethanolamine이었다. 반면에 생마늘에서 검출된 methionine과 ethanolamine은 흑마늘에서 소실되었음을 확인하였다.
- 생마늘, 찐마늘(100oC, 20분) 및 흑마늘의 이화학적 특성을 비교한 결과 적색도는 흑마늘에서 2.86으로 월등히 높은 값이었고, 명도와 황색도는 흑마늘에서 각각 22.52±0.17과 3.19±0.68로 가장 낮았다.
- 생마늘에 비하여 찐마늘의 thiosulfate 함량은 약 50%로 감소하였으나 흑마늘은 0.77±0.03 O.D/g으로 약 5배 증가하였다.
- 생마늘에서는 0.18±0.01 mg/100 g으로 미량 검출되었던 ethanolamine은 찐마늘과 흑마늘에서는 검출되지 않았으며 methionine은 생마늘과 찐마늘 모두에서 0.16 mg/100 g이 검출되었으나 흑마늘에서는 검출되지 않았다.
- 73 mg/100 g 검출되었다. 생마늘을 찐마늘과 흑마늘로 만드는 과정 중 sucrose, maltose와 같은 이당류는 그 함량이 유의적으로 증가하였으며, glucose와 fructose는 생마늘에 비해 찐마늘에서는 그 함량이 감소하였으나 흑마늘 에서는 월등히 증가하였다. 생마늘에서는 glucose가 91.
- 마늘 중의 구성아미노산은 glutamic acid, arginine의 함량이 다른 아미노산에 비해 월등히 높았다. 생마늘을 흑마늘로 가공하는 과정 중 ammonia를 제외한 모든 아미노산의 함량은 증가하였다. 반면 찐마늘의 경우는 대부분의 아미노산이 증가하였으나 glutamic acid, methionine, histidine, lysine 및 ammonia의 함량은 생마늘에 비하여 미량의 증감을 보였으며, cystein은 검출되지 않았다.
- 생마늘의 total pyruvate 함량(Table 4)은 188.47±3.03μmol/g이었으며, 찐마늘과 흑마늘은 각각 77.03±0.97 μmol/g과 277.85±2.57 μmol/g으로 찐마늘과 흑마늘로의 처리과정을 거치면서 그 함량의 차이가 매우 컸다.
- 생마늘의 total pyruvate 함량은 188.47±3.03 μmol/ g이었으며 찐마늘과 흑마늘은 각각 77.03±0.97 μmol/g과 277.85±2.57 μmol/g이었다.
- 유리당 중 arabinose와 galactose는 흑마늘에서 각각 1.62±0.30 mg/100 g과 13.11±1.73 mg/100 g이었으며, 생마늘에서는 glucose, 찐마늘에서는 sucrose, 흑마늘에서는 fructose의 함량이 가장 높았다.
- 유리아미노산은 생마늘과 찐마늘에서는 총 15종, 흑마늘 에서는 총 20종이 검출되었다. 생마늘과 찐마늘의 주된 유리아미노산은 L-arginine으로 13.
- 구성아미노산은 모든 시료에서 glutamic acid, arginine 및 aspartic acid의 함량이 다른 아미노산에 비해 월등히 높았으며, ammonia를 제외한 모든 아미노산이 생마늘에 비해 흑마늘에서 높게 정량되었다. 유리아미노산은 생마늘과 찐마늘에서는 총 15종이 검출되었으나 흑마늘에서는 taurine, L-aspartic acid, glycine, L-α-aminoiso-n-butyric acid 및 γ-amino-n-butyric acid를 포함한 총 5종의 아미노산과 urea 및 O-phosphoethanolamine이 더 검출되었다.
- 일반성분 중 조지방, 조단백 및 총당은 흑마늘> 찐마늘> 생마늘의 순으로 높았고, 수분의 함량은 흑마늘에서 58.20±0.39%로 이와 상반된 결과를 나타내었다.
- 전처리 방법을 달리한 마늘 중의 무기물은 총 10종이 검출되었는데(Table 6) 칼륨의 함량이 다른 무기물에 비하여 월등히 높아 전체 무기물 함량의 약 76%를 차지하였다. 다음으로 인, 마그네슘, 나트륨과 칼슘의 순이었고 이외 무기물의 함량은 5 mg/100 g 미만이었다.
- 전처리 방법을 달리한 마늘의 총 페놀 화합물의 함량 (Table 3)은 생마늘과 찐마늘은 각각 0.59±0.08 mg/100 g과 0.06±0.09 mg/100 g으로 시료 간에 유의차가 없었으나 흑마늘에서는 1.56±0.14 mg/100 g으로 약 2.6배 더 높게 정량되었다.
- 57 μmol/g으로 찐마늘과 흑마늘로의 처리과정을 거치면서 그 함량의 차이가 매우 컸다. 즉, 증숙 과정을 거친 마늘은 total pyruvate의 함량이 생마늘에 비해 오히려 감소하였으나, 흑마늘로 가공하는 동안에는 큰 폭으로 증가 하였다.
- 플라보노이드의 함량(Table 3)은 찐마늘이 0.07±0.01 mg/100 g으로 가장 낮은 함량이었고 다음으로 생마늘이 0.14±0.01 mg/100 g, 흑마늘이 0.77±0.03 mg/100 g으로 가장 높은 함량이었다.
- 흑마늘은 명도와 황색도에서도 두 시료와 큰 차이를 보여 명도는 22.52±0.17, 황색도는 3.19±0.68로 가장 낮았다.
후속연구
- 이는 본 실험에서 생마늘과 찐마늘의 thiosulfinate의 함량을 비교할 때 일치되는 경향이었다. 그러나 흑마늘에서는 thiosulfinate의 함량이 생마늘에 비하여 오히려 더 높게 정량되었는데, 이와 같은 현상은 첫째, 수분의 감소에 따라 상대적으로 고형분의 함량이 증가되었고, 둘째, 마늘의 열처리 과정에서 황 화합물이 열에너지로 인해 새로이 생성된 것으로 추정되는데 이 부분에 대해서는 차후 흑마늘내 황 화합물을 분석하는 연구로 확인할 예정이다.
- C에서 7일간 conditioning한 마늘의 pyruvic acid 함량이 더 높으며(20), 앙파의 경우 조리한 양파에서 가장 높은 함량의 pyruvic acid가 정량되었다는 보고가 있다(13). 본 실험의 결과 흑마늘에서 pyruvate의 함량이 높은 것은 제조과정 중 alliin이 분해되기 때문으로 추정되는데 이와 관련하여서는 좀 더 많은 연구가 이루어져야 할 것으로 판단된다.
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