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문제 정의
- 본 연구에서는 인류가 개발한 감미료 중에서 자연에서 얻을 수 있는 가장 훌륭한 천연 감미료로서 오랫동안 식품산업에 이용되어온 설탕에 대해 최근에 이르러 소득 수준의 향상과 더불어 건강에 대한 관심이 증가함에 따라 시중에 유통되고 있는 설탕 제품과 본 실험에서 사탕무로 직접 제조한 천연당과 이화학적인 비교 실험을 통해 각 제품이 함유하고 있는 성분을 조사하고 제품의 특성을 파악하고자 한다. 상기 실험을 통하여 친환경적으로 재배된 사탕무를 이용 영양분과 섬유질 등이 그대로 함유된 제품 개발은 건강지향적인 삶을 추구하는 현대인에게 있어서 유용한 제품이 될 것으로 생각된다.
가설 설정
- 1) ND, Not detected.
- 2) ND, Not detected.
제안 방법
- 수분의 함량은 105℃ 상압 가열 건조법, 조단백질은 Kjeldahl 질소 정량법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조섬유는 Fibertec으로 측정하여 백분율로 나타내었다. 가용성 무질소물은 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 및 조섬유를 제외한 값으로 구하였다.
- 당도(˚Brix) 측정은 시료를 5 g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50 mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 굴절 당도계(ATAGO N-1E, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하여 평균값을 구했으며, ˚Brix로 표시하였다.
- 856(157)에서 각각 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,150w이며, analysis pump rate는 100 rpm, nebulizer pressure와 observation height는 각각 20 psi 및 15 mm로 하였다.
- 색도 측정은 원료를 색차계(Spectrocolorimeter, USXE/ SAV/ UV-2, Hunterlab Overseas, Ltd, U.S.A)를 이용하여 명도(L-value, lightness), 적색도(a-value, redness) 및 황색도(b-value, yellowness) 값을 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때의 표준 백색판(L=99.
- 시료를 약 1 g씩 정확히 칭량하여 test tube에 넣고 6N HCl 용액을 10 mL가하여 약 1분간 질소가스로 충진 시켜 밀봉 후 110℃ dry oven에서 24시간 가수분해 시킨 다음 실온에서 냉각한 후 45℃ Water bath에서 감압농축한 후 0.2 M sodium citrate buffer(pH 2.2)용액 5 mL로 정용하고, Sepak C18 처리한 후 0.45 µm membrane filter로 여과하여 Automatic amino acid analyzer(Biochrom-30, Amersham Pharmacia Biotech, UK)로 분석하였다.
- 시판 설탕류(백설탕, 흑설탕, 유기농설탕, 마스코바도)와 본 실험실에서 제조한 사탕무 천연당의 이화학적 특성을 분석하였다. 조단백질, 조회분, 조섬유는 사탕무 천연당에만 4.
- 여과액은 hexane으로 지질을 제거하고 40℃ 진공 농축 건조 후 증류수 5 mL로 정용한 다음 고분자 물질과 색소를 제거하기 위하여 Sepak C18 cartridge 및 0.2 µm membrane filter로 여과한 후 HPLC(Waters 2695, Waters Co., USA)로 분석하였다.
- 유리 아미노산을 분석하기 위해 시료를 약 1 g씩 정확히 칭량하여 삼각플라스크에 넣고 80% ETOH 용액을 100 mL 가하여 약 24시간 진탕추출하고, 그 추출물을 감압여과하여, 45℃ Water bath에서 감압농축한 후 0.2 M lithium citrate buffer(pH 2.2)용액 5 mL로 정용하고, Sepak C18 처리한 후 0.45 µm membrane filter로 여과하여 Automatic amino acid analyzer(Biochrom-30, Amersham Pharmacia Biotech, UK)로 분석하였다(Oh SL 등 1990).
- 5로 여과하여 여과액을 이용하여 UV-VIS Spectrocolorimeter(Shimadzu UV-1601, Shimadzu Co, Japan)를 사용하여 420 nm에서의 흡광도를 특정하였다. 이 흡광도에 희석배수를 곱하여 나타난 수치를 색깔의 강도, 즉 갈색도의 척도로 삼았다.
- 추출액을 No. 2 여과지로 여과 후 20 °Brix로 농축한 다음 농축액 대비 석회를 10% 첨가하고 5시간 정치 후 0.45 µm 필터로 여과하여 수분을 5% 이하로 농축하였다.
- 탁도의 측정은 시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당을 5 g 정확하게 칭량하여 3차 증류수 50 mL에 희석하여 3시간 침출시킨 후 Whatman No. 5로 여과하여 여과액을 이용하여 UV-VIS Spectrocolorimeter(Shimadzu UV-1601, Shimadzu Co, Japan)를 사용하여 645 nm에서의 흡광도를 측정하여 희석배수를 곱한 값으로 하였다.
- A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 당성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 당성분의 함량을 산출하였다.
- A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 유기산 성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 유기산성분의 함량을 산출하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 사탕무는 2009년 10월경 경북 상주에서 친환경 재배로 수확 한 것을 구입하여 -25℃에 보관하면서 시료로 사용하였다. 우선 사탕무를 세척하여 일정크기(3~5 cm)로 절단하고 사탕무 무게 대비 물을 2배 넣고 80℃에서 3시간 추출하였다.
- 본 실험에 사용한 재료는 시중에서 판매되고 있는 백설탕(S사), 흑설탕(S사), 유기농 설탕(C사), 유기농 마스코바도(B사)와 2009년 10월 상주에서 생산된 사탕무를 이용하여 제조한 천연당을 비교 분석용 시료로 사용하였다.
- 45 µm 필터로 여과하여 수분을 5% 이하로 농축하였다. 이 농축액에 crystal seed 약 3%를 넣고 진공 약 60 mm bar에서 12시간 진공건조를 하여 얻은 시료를 본 실험의 재료로 사용하였다(Sun RC과 Hughes S 1999, Klein J 등 1998, Bogliolo M 등 1996).
- A)를 이용하여 명도(L-value, lightness), 적색도(a-value, redness) 및 황색도(b-value, yellowness) 값을 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이때의 표준 백색판(L=99.11, a=0.23, b=-0.28)을 사용하였다.
- , USA)로 분석하였다. 표준품은 oxalic acid, citric acid, tartaric acid, malic acid, acetic acid, succinic acid 및 lactic acid(Sigma, U.S.A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 유기산 성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 유기산성분의 함량을 산출하였다.
- , USA)에서 검출하였다. 표준품은 xylose, fructose, glucose, sucrose, maltose 및 lactose(Sigma, U.S.A)를 일정량씩 혼합하여 증류수에 녹여 표준용액으로 사용하였다. 표준품과 시료의 당성분은 머무른 시간(tR)을 직접 비교하여 확인하였고 각 표준품의 검량곡선을 작성하여 peak의 면적으로 개별 당성분의 함량을 산출하였다.
- 이때 column은 Na form column으로 분석하였고 flow rate(mL/h)는 buffer 20, ninhydrin 20이었으며, injection volume은 40 µL이었다. 표준품은 구성아미노산 18종으로 이루어진 AA-S-18(Sigma, U.S.A)을 녹여 표준용액으로 사용하였다.
- 이때 column은 Li form column으로 분석하였고 flow rate(mL/h)는 buffer 20, ninhydrin 20이었으며, injection volume은 40 µL이었다. 표준품은 유리아미노산 27종으로 이루어진 A6407(Sigma, U.S.A)과 유리아미노산 14종으로 이루어진 A6282(Sigma, U.S.A) 일정량씩 혼합액을 녹여 표준용액으로 사용하였다.
이론/모형
- 구성아미노산 함량을 측정은 Kim 등의 방법(2009)에 따라 분석하였다. 시료를 약 1 g씩 정확히 칭량하여 test tube에 넣고 6N HCl 용액을 10 mL가하여 약 1분간 질소가스로 충진 시켜 밀봉 후 110℃ dry oven에서 24시간 가수분해 시킨 다음 실온에서 냉각한 후 45℃ Water bath에서 감압농축한 후 0.
- 무기질 함량 측정은 AOAC법(1995)에 따라 정량하였다. 즉 시료 10 g에 질산을 가한 후 실온에서 12시간 이상 방치 후 100℃에서 24시간 이상을 가열하여 노란색의 맑은 용액이 될 때까지 실시하고 반응이 끝나면 다시 질산을 넣고 산이 완전히 증발할 때까지 재 반응시켜 유기질을 제거하였다.
- 시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 일반성분 분석은 AOAC(AOAC, 1990)의 방법에 따라 측정하였다. 수분의 함량은 105℃ 상압 가열 건조법, 조단백질은 Kjeldahl 질소 정량법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조섬유는 Fibertec으로 측정하여 백분율로 나타내었다. 가용성 무질소물은 수분, 조단백질, 조지방, 조회분 및 조섬유를 제외한 값으로 구하였다.
- 시판되고 있는 설탕과 제조한 사탕무 천연당의 일반성분 분석은 AOAC(AOAC, 1990)의 방법에 따라 측정하였다. 수분의 함량은 105℃ 상압 가열 건조법, 조단백질은 Kjeldahl 질소 정량법, 조지방은 Soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조섬유는 Fibertec으로 측정하여 백분율로 나타내었다.
- 유기산은 Wilson과 Work방법(1981)에 따라 시료 5 g에 80% 에탄올용액 100 mL를 가하여 환류냉각기가 부착된 heating mantle에서 80℃, 2시간 반복추출 후 Whatman No. 5로 여과하였다. 여과액은 hexane으로 지질을 제거하고 40℃ 진공 농축 건조 후 증류수 5 mL로 정용한 다음 고분자 물질과 색소를 제거하기 위하여 Sepak C18 cartridge 및 0.
- 유리당은 Wilson과 Work방법(1981)에 따라 시료를 약 5 g씩 정확히 칭량하여 80% 에탄올용액 100 mL를 가하여 환류냉각 추출장치에 넣어 부착된 heating mantle에서 80℃, 2시간 동안 당성분을 반복 추출 후 Whatman No. 5로 여과하였다. 여과액은 hexane으로 지질을 제거하고 40℃ 진공 농축 건조 후 증류수 5 mL로 정용한 다음 Sepak C18를 통과시켜 0.
성능/효과
- 23 mg/kg로 가장 높은 값을 나타내고 있었다. Co, Cu, Mo의 경우는 사탕무 천연당과 시중에서 판매되고 있는 설탕에서 모두 미량 함유되어 있는 것으로 나타났고, 전반적으로 사탕무 천연당의 무기질 함량이 시중에서 판매되고 있는 설탕보다 많이 함유되어 있는 것으로 나타났으며 유일하게 Fe의 함량만이 마스코바도가 23.79 mg/kg의 함량으로 사탕무 천연당 12.3726 mg/kg보다 높은 값을 나타내었다. 사탕무 천연당이 다른 구간 보다 월등히 많은 무기질 함량을 보여주고 있는데 그 함량 순서는 K > Ca > Na > Mg순이었다(Table 9).
- Sucrose는 백설탕이 99.81 g/100 g으로 가장 많이 함유되어 있었고, 흑설탕이 99.49 g/100 g, 유기농설탕 96.13 g/100 g, 마스코바도 89.00 g/100 g, 국내산 사탕무 천연당이 66.90 g/100 g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다(Table 5). 이와 같은 결과로부터 당의 구성면에서 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕은 sucrose가 당을 결정하는 지표인 동시에 유일하게 함유한 당이지만 마스코바도나 사탕무 천연당은 sucrose외에 glucose와 fructose가 함유된 것은 그 원료 및 재배조건 등의 차이점에 기인한다고 판단된다.
- pH 측정 결과는 백설탕이 7.57±0.01로 가장 높은 값을 나타내었고, 흑설탕은 4.81±0.01로 가장 낮은 값을 나타내었으며 국내산 사탕무로 제조한 천연당은 6.61±0.01을 나타내어 각 시료간의 유의적인 차이를 나타내었다.
- 구성아미노산 분석결과 백설탕의 경우 유일하게 lysine만이 검출되었으며 그 함량은 12.03 µg/100 g이었고, 흑설탕은 유일하게 aspartic acid만이 검출되고 6.89 µg/100 g 함유하고 있는 것으로 나타났다.
- 국내산 사탕무 천연당의 경우는 다양한 구성아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났으며 proline 161.28 µg/100 g, glutamic acid 123.42 µg/100 g, aspartic acid 43.13 µg/100 g, leucine 36.93 µg/100 g, alanine 17.40 µg/100 g 순으로 함유되어 있는 것으로 나타났다(Table 7).
- 당도 측정 결과 백설탕이 93.00±0.00 °Brix으로 가장 높았고, 그 다음이 흑설탕 92.67±0.58 °Brix, 유기농설탕 91.33±0.58 °Brix, 마스코바도 89.33±0.58 °Brix 순으로 나타났으며, 국내산 사탕무로 제조한 천연당이 78.00±0.00 °Brix으로 가장 낮은 값을 나타내어 시중 판매 설탕과 국내산 사탕무 천연당과는 유의적인 차이를 나타내었다(Table 2).
- 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕의 유리당 분석 결과 유일하게 sucrose만이 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 마스코바도, 사탕무 천연당은 fructose, glucose, sucrose가 함유되어 있는 것으로 나타났다.
- 08 mg/100 g으로 미량 함유되어 있는 것으로 나타났다. 마스코바도는 acetic acid와 succinic acid가 각각 0.06 mg/100 g, 0.19 mg/100 g으로 미량 함유되어 있었고, 사탕무 천연당은 대조구에 비해 함유하고 있는 유기산의 종류는 oxalic acid, lactic acid, acetic acid, citric acid, succinic acid 등으로 종류가 가장 많았으며 그 함량도 월등히 높은 것으로 나타났다. 가장 많이 함유하고 있는 것은 oxalic acid로 3.
- 무기질 Ca 함량에 있어서 사탕무 천연당이 2565.99 mg/kg으로 가장 높은 값을 나타내고 있었으며 백설탕이 17.40 mg/kg으로 가장 낮은 값을 나타내고 있었다. Na, K 함량에 있어서 백설탕이 각각 13.
- 40 µg/100 g 순으로 함유되어 있는 것으로 나타났다. 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕, 마스코바도의 유리아미노산은 유일하게 ethanolamin 만이 검출되었으며 사탕무 천연당의 경우는 약 16종의 유리아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났다. 무기질 중 Ca, K, Mg, Na, Zn의 경우 사탕무 천연당이 다른 설탕류에 비해서 11.
- 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕의 유리당 분석 결과 유일하게 sucrose만이 함유되어 있는 것으로 나타났으며, 마스코바도, 사탕무 천연당은 fructose, glucose, sucrose가 함유되어 있는 것으로 나타났다.
- 사탕무 천연당이 함유하고 있는 유리아미노산의 함량을 살펴보면 alanine이 126.91 µg/100 g으로 가장 많은 함량을 보였고, aspargine 93.06 µg/100 g, isoleucine 88.75 µg/100 g, serine 83.00 µg/100 g순으로 함유되어 있는 것으로 나타났다(Table 8).
- 시중에 판매되고 있는 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕, 마스코바도에서 함유되어 있는 유리아미노산은 유일하게 ethanolamin 만이 검출되었으며 사탕무 천연당의 경우는 약 16종의 유리아미노산을 함유하고 있는 것으로 나타났다.
- 시판매되는 각 종류별 설탕과 본 실험에서 제조한 사탕무 천연당의 분석 결과 수분 함량은 사탕무 천연당이 4.77±0.03%으로 가장 높았고 백설탕과 유기농 설탕이 0.45±0.05%로 가장 낮은 값을 나타내었다.
- 유기산 분석결과 백설탕과 유기농 설탕의 경우 유기산을 함유하고 있지 않은 것으로 나타났고, 흑설탕의 경우 oxalic acid, acetic acid, succinic acid가 각각 0.67 mg/100 g, 0.02 mg/100 g, 0.08 mg/100 g으로 미량 함유되어 있는 것으로 나타났다. 마스코바도는 acetic acid와 succinic acid가 각각 0.
- 26 mg/100 g 순으로 많이 함유되어 있는 것으로 나타났다. 유기산 함량 분석결과 사탕무 천연당이 시판되고 있는 설탕에 비해 종류와 함량이 월등히 많은 유기산을 함유하는 것으로 나타났다(Table 6). 백설탕과 흑설탕의 경유 유기산이 전혀 나타나지 않은 것은 그 원료와 제조공정에 기인한다고 사료되며 특히 사탕무 천연당의 경우 oxalic acid, lactic acid, citric acid 등의 산을 함유한 것은 새로운 당의 이용에 의의가 있다고 판단된다.
- 마스코바도, 사탕무 천연당은 fructose, glucose, sucrose가 함유되어 있는 것으로 나타났다. 유기산 함량은 사탕무 천연당이 다른 설탕류에 비해 월등히 많은 유기산을 함유하는 것으로 나타났다. 사탕무 천연당의 구성아미노산은 proline 161.
- 0배가 높았으며, 시판 설탕보다 월등히 많은 함량을 보여주고 있는데 그 함량 순서는 K > Ca > Na > Mg 순이었다. 이상의 결과에서 정제와 비정제 제품과의 성분 함량 차이가 뚜렷이 나타나는 것을 볼 수 있었으며, 본 실험에서 직접 제조한 사탕무 천연당이 현대인이 지향하는 자연적인 제품이라 생각된다.
- 사탕무 천연당이 다른 구간 보다 월등히 많은 무기질 함량을 보여주고 있는데 그 함량 순서는 K > Ca > Na > Mg순이었다(Table 9). 이와 같은 결과로 부터 사탕무 천연당은 다른 시료와 비교해 볼 때 Ca은 약 18~151배, K은 약 68~509배, Mg은 약 7~204배, Na은 약 27~155배, Zn은 약 5~11배 정도로 높은 것은 재배시 재배환경 조건에 의한 생리적 문제에 기인되었다고 판단된다.
- 90 g/100 g으로 가장 낮은 함량을 나타내었다(Table 5). 이와 같은 결과로부터 당의 구성면에서 백설탕, 흑설탕, 유기농설탕은 sucrose가 당을 결정하는 지표인 동시에 유일하게 함유한 당이지만 마스코바도나 사탕무 천연당은 sucrose외에 glucose와 fructose가 함유된 것은 그 원료 및 재배조건 등의 차이점에 기인한다고 판단된다.
- 조단백질, 조회분, 조섬유는 사탕무 천연당에만 4.06±0.17%, 6.36±0.45%, 0.02±0.01% 각각 함유되어 있었으며 다른 설탕류에는 함유되어 있지 않았고, 조지방은 모든 실험군에서 함유되어 있지 않았다.
- 조단백질은 사탕무 천연당에서 유일하게 4.06±0.17% 함유되어 있었으며 시판 제품은 함유하고 있지 않은 것으로 나타났다.
- 조지방은 사탕무 천연당과 시판제품 모두에서 함유하고 있지 않은 것으로 나타났으며, 조회분, 조섬유에 있어서 사탕무 천연당만이 유일하게 각각 6.36±0.45%, 0.02±0.01%의 값을 나타내었고 시판 제품에서는 함유하지 않은 것으로 나타났다.
- 탄수화물은 백설탕, 유기농 설탕이 99.55±0.05%로 가장 높은 값을 나타내었다(Table 1).
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