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문제 정의
- 국내산 재래종 및 가공녹차를 이용한 미생물발효차의 개발 가능성 및 발효과정중의 특성 변화를 검토하고자 국내산 재래종 및 가공녹차, 야부키타종, 그리고 대차종을 이용한 미생물발효차를 제조하고 발효과정 중 품질 특성을 조사하였다. 모든 원료에서의 미생물발효차의 발효특성은 발효가 진행될수록 적색도 및 황색 도가 증가하였고, 클로로필과 탄닌 함량은 감소하였다.
- 이에 본 연구에서는 국내산 재래종 찻잎 및 가공녹차를 원료로 하여 미생물 발효차를 제조하고 발효과정 중 수색, 화학성분, 그리고 항산화활성 변화를 조사하여 국내산 재래종 찻잎을 이용한 미생물발효차 제조 가능성의 검토와 함께 국내산 미생물발효차 개발의 기초 자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- Caffeine 및 catechin류의 함량은 ODS-HPLC를 이용하여 측정 하였다. 즉 컬럼은 Waters Atlantis column(4.
- Catechin류 함량의 변화: 미생물발효차 제조과정 중 카테킨류의 함량 변화를 조사하였다. 총 catechin 함량[Fig.
- 066M KH2PO4)으로 발색시켜 540 nm에서 흡광도를 측정하였다. Ethyl gallate(Wako, Tokyo, Japan)로 표준곡선을 작성하여 시료의 탄닌 함량을 구하였다.
- 대차(대차종, Daecha), 야부키타(야부키타종, Yabukita), 국내산 재래종(재래종, Korean wild cultivar), 그리고 가공녹차(가공녹차, processed green tea)를 원료로 하여 만든 미생물발효차를 이용하여 제조과정 중 차의 수색 변화를 조사하였다. 그 결과[Table 1], 차 품종에 따라 다소 차이가 있었으나 모든 시료에 있어서 발효가 진행됨에 따라 명도를 나타내는 L 값은 감소하고, 적색도를 나타내는 a 값과 황색도를 나타내는 b 값은 증가하는 경향을 나타냈다[Fig.
- 미생물발효차 제조과정 중 발효가 진행됨에 따라 항산화활성의 변화를 알아보기 위하여 DPPH를 이용하여 radical-scavenging 활성을 측정하였다. 그 결과[Fig.
- 미생물발효차 제조과정 중 차의 주요 성분인 카페인 및 카테킨 류의 함량 변화를 HPLC를 이용하여 동시에 분석하였다. 카테킨 류는 5종의 성분[catechin, epicatechin(EC), epigallocatechin (EGC), epigallocatechin-gallate(EGCG) 및 (-)-epicatechin-gallate(ECG)]을 분석하였다.
- 이들과 가공녹차를 플라스틱 통(40×24×10 cm, Lock & Lock, Yongin, Korea)에 각각 넣고 수분함량이 25-35%가 되도록 물을 가한 다음 비닐 랩으로 덮어 상온에서 자연 발효시켰다. 발효과정 중 수분함량은 25-35%로 유지하였으며, 발효가 잘 되도록 3일 간격으로 1회씩 뒤집어 주었다. 발효기간에 따라 채취한 각 시료들은 동결건조기(SFDSM12, Samwon, Busan, Korea)로 건조시킨 후 분쇄기(HMF-505, Hanil, Seoul, Korea)로 분쇄하여 얻어진 분말을 분석시료로 사용하였다.
- 시료의 전처리는 각 시료 1 g을 70% methanol로 30분간 초음파(8510, Branson, Danbury, CT, USA)를 이용하여 추출한 다음, 여과지(0.45 μm, Millipore membrane filter, Billerica, MA, USA)로 여과하여 얻어진 여액을 분석에 사용하였다.
- 카테킨 류는 5종의 성분[catechin, epicatechin(EC), epigallocatechin (EGC), epigallocatechin-gallate(EGCG) 및 (-)-epicatechin-gallate(ECG)]을 분석하였다. 원료별 및 발효과정에 따른 미생물발효차 제조 과정 중 caffeine과 성분별 catechin류의 함량 변화 양상을 비교하였다.
- 이들과 가공녹차를 플라스틱 통(40×24×10 cm, Lock & Lock, Yongin, Korea)에 각각 넣고 수분함량이 25-35%가 되도록 물을 가한 다음 비닐 랩으로 덮어 상온에서 자연 발효시켰다.
- 미생물발효차는 Lu 등(10)의 방법에 따라 제조하였다. 즉 3종의 찻잎을 350oC에서 5분간 덖음(ED-2000, Terada, Shizuoka, Japan)과정을 거쳐 20분간 유념(EJ-1000, Terada, Shizuoka, Japan) 한 다음 수분함량이 12% 내외가 되도록 100oC에서 7시간동안 건조하였다. 이들과 가공녹차를 플라스틱 통(40×24×10 cm, Lock & Lock, Yongin, Korea)에 각각 넣고 수분함량이 25-35%가 되도록 물을 가한 다음 비닐 랩으로 덮어 상온에서 자연 발효시켰다.
- 즉 컬럼은 Waters Atlantis column(4.6×250 mm, ODS, 5μm, Waters, Milford, MA, USA)을 사용하였으며, 이동상은 MeCN/EtOAc/0.05% H3PO4=6:2:86(v/v/v, A 용매)와 MeCN/ EtOAc/0.05% H3PO4 44:1:43(v/v/v, B 용매)을 이용하여 초기 10분간은 100% A용매로 용출시키다가 이후 12분까지 A:B=80:20(v/v) 용매로 바꿔 20분까지 용출시켰고, 이어 25분까지 A:B =0:100(v/v) 용매로 치환한 다음 30분까지 용출시켰다.
- 차의 총 질소 함량은 차의 분석법을 변형하여 분석하였다(13). 즉 차 분말 100 mg을 분해유리관에 넣고 H2SO4 10 mL와 분해촉진제(potassium sulphate 3.
- 미생물발효차 제조과정 중 차의 주요 성분인 카페인 및 카테킨 류의 함량 변화를 HPLC를 이용하여 동시에 분석하였다. 카테킨 류는 5종의 성분[catechin, epicatechin(EC), epigallocatechin (EGC), epigallocatechin-gallate(EGCG) 및 (-)-epicatechin-gallate(ECG)]을 분석하였다. 원료별 및 발효과정에 따른 미생물발효차 제조 과정 중 caffeine과 성분별 catechin류의 함량 변화 양상을 비교하였다.
대상 데이터
- sinensis) 등의 3종을 사용하였다. 대차와 야부키타 종은 전남 해남군에 위치한 (주)다미안(Haenam, Korea)에서, 국내산 재래종은 본 연구소 유전자원포장에서 재배한 것으로 1창 5기 찻잎을 채취(2007년 6월)하여 사용하였다. 또한 가공녹차는 재래종 찻잎을 가공(증제, 유념, 건조)하여 제조된 차를 실험에 사용하였다.
- 발효과정 중 수분함량은 25-35%로 유지하였으며, 발효가 잘 되도록 3일 간격으로 1회씩 뒤집어 주었다. 발효기간에 따라 채취한 각 시료들은 동결건조기(SFDSM12, Samwon, Busan, Korea)로 건조시킨 후 분쇄기(HMF-505, Hanil, Seoul, Korea)로 분쇄하여 얻어진 분말을 분석시료로 사용하였다.
- 찻잎은 발효차용 품종인 대차(Camellia sinensis var. assamica) 와 녹차용 품종인 야부키타(Camellia sinensis var. sinensis cv. yabukita), 그리고 국내산 재래종(Camellia sinensis var. sinensis) 등의 3종을 사용하였다. 대차와 야부키타 종은 전남 해남군에 위치한 (주)다미안(Haenam, Korea)에서, 국내산 재래종은 본 연구소 유전자원포장에서 재배한 것으로 1창 5기 찻잎을 채취(2007년 6월)하여 사용하였다.
이론/모형
- Chlorophyll 함량은 Son 등(12)의 방법에 의해 측정하였다. 즉, 각 시료 1 g에 80% acetone 100 mL를 넣고 4oC, 암소에서 18시간 동안 추출한 다음, filter paper(Advantec No.
- Tannin의 함량은 차의 분석법(13)에서 제시한 방법으로 측정하였다. 즉 각 시료 100 mg을 80 mL의 열수를 가해 80oC 이상의 항온수조에서 30분간 추출하여 냉각한 후, 100 mL로 정용한 다음 filter paper(Advantec No.
- 미생물발효차는 Lu 등(10)의 방법에 따라 제조하였다. 즉 3종의 찻잎을 350oC에서 5분간 덖음(ED-2000, Terada, Shizuoka, Japan)과정을 거쳐 20분간 유념(EJ-1000, Terada, Shizuoka, Japan) 한 다음 수분함량이 12% 내외가 되도록 100oC에서 7시간동안 건조하였다.
- 차의 항산화 활성은 Abe 등(14)의 방법에 따라 1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl(DPPH, Sigma) 라디칼 소거 검정법에 의해 측정하였다. 즉 차 분말 시료 100 mg에 MeOH 10 mL를 가해 12시간 동안 상온에서 추출하였다.
성능/효과
- 미생물발효차 제조과정 중 발효가 진행됨에 따라 항산화활성의 변화를 알아보기 위하여 DPPH를 이용하여 radical-scavenging 활성을 측정하였다. 그 결과[Fig. 6], 발효 전 미생물발효차의 항산화활성은 51.3-60.3%였으며, 발효가 진행될수록 그 활성이 감소하여 발효 35일째에는 대차종 및 야부키타종에 있어 24%와 33%로 크게 감소하였다. 그러나 국내산 재래종 및 가공녹차는 각각 49.
- 대차(대차종, Daecha), 야부키타(야부키타종, Yabukita), 국내산 재래종(재래종, Korean wild cultivar), 그리고 가공녹차(가공녹차, processed green tea)를 원료로 하여 만든 미생물발효차를 이용하여 제조과정 중 차의 수색 변화를 조사하였다. 그 결과[Table 1], 차 품종에 따라 다소 차이가 있었으나 모든 시료에 있어서 발효가 진행됨에 따라 명도를 나타내는 L 값은 감소하고, 적색도를 나타내는 a 값과 황색도를 나타내는 b 값은 증가하는 경향을 나타냈다[Fig. 1]. 또한 차 품종별 수색의 변화를 비교한 결과, 국내산 재래종의 a 값은 초기 −2.
- 3%였으며, 발효가 진행될수록 그 활성이 감소하여 발효 35일째에는 대차종 및 야부키타종에 있어 24%와 33%로 크게 감소하였다. 그러나 국내산 재래종 및 가공녹차는 각각 49.6% 및 57.2%의 활성을 나타내 발효전과 거의 유사한 활성을 보였다. 본 연구에서 밝혀진 바와 같이 미생물발효차의 발효가 진행됨에 따라 항산화활성이 감소되는 것은 차에서 항산화 활성에 기여도가 가장 높을 것으로 예상되는 카테킨류, 특히 EGCG가 발효와 함께 크게 감소하였기 때문으로 추정된다.
- 이 결과는 중국산 녹차, 홍차, 보이차간의 카페인 함량에 차이가 없었다는 연구결과(19)와 일치하였다. 그리고 원료별로 비교하였을 때, 국내산 재래종이 가장 높은 카페인 함량을 보였다. 따라서 국내산 재래종을 이용한 미생물발효차의 제조 시 발효가 진행되어도 카페인 함량은 거의 변화가 없었음을 알 수 있었다.
- 그리고 원료별로 비교하였을 때, 국내산 재래종이 가장 높은 카페인 함량을 보였다. 따라서 국내산 재래종을 이용한 미생물발효차의 제조 시 발효가 진행되어도 카페인 함량은 거의 변화가 없었음을 알 수 있었다.
- 또한 차 품종별 수색의 변화를 비교한 결과, 국내산 재래종의 a 값은 초기 −2.41에서 발효 35일째에 15.69를, b 값은 초기 25.06에서 76.36을 나타내 다른 품종에 비해 가장 큰폭으로 증가하였다.
- 1%였으며, 국내산 재래종 및 가공녹차에서 총 catechin 함량이 높게 나타났다. 모든 시료들에 있어 발효 과정 중 총 catechin 함량이 점진적으로 감소하여 발효 후에는 대 차종 2.15%, 야부키타종 4.17%, 국내산 재래종 3.05%, 그리고 가공녹차는 7.35%까지 감소하였다. 이 중 국내산 재래종은 발효과정 중 총 catechin 함량이 가장 큰 폭으로 감소하는 경향을 보였다.
- 국내산 재래종 및 가공녹차를 이용한 미생물발효차의 개발 가능성 및 발효과정중의 특성 변화를 검토하고자 국내산 재래종 및 가공녹차, 야부키타종, 그리고 대차종을 이용한 미생물발효차를 제조하고 발효과정 중 품질 특성을 조사하였다. 모든 원료에서의 미생물발효차의 발효특성은 발효가 진행될수록 적색도 및 황색 도가 증가하였고, 클로로필과 탄닌 함량은 감소하였다. 총 질소및 카페인의 함량은 발효가 진행됨에 따라 큰 변화를 보이지 않았으나 총 catechin 및 개별 카테킨류 중 catechin, ECG, EGCG의 함량은 꾸준히 감소하였다.
- 8%로 거의 변화가 없었다. 미생물발효차 원료 중 국내산 재래종이 가장 높은 총 질소 함량을 보였다. 일반적으로 국내산 덖음 녹차의총 질소 함량은 3.
- 총 질소 함량 중에서 카페인 유래가 약 20%를 차지하며, 그 외에도 아미노산, 아마이드, 단백질, 핵산 등으로부터 유래된다. 미생물발효차 제조과정 중 총 질소 함량의 변화를 검토한 결과[Fig. 2], 발효 전 총 질소 함량은 대차 2.3%, 야부키타 2.4%, 국내산 재래종 3.0%, 그리고 가공녹차가 1.5%였 으며, 발효 후 총 질소 함량은 각각 2.8, 2.8, 3.4, 그리고 1.8%로 거의 변화가 없었다. 미생물발효차 원료 중 국내산 재래종이 가장 높은 총 질소 함량을 보였다.
- 차에 함유된 탄닌은 차의 맛과 색에 영향을 미치는 인자 중의 하나이다(17). 미생물발효차의 제조과정 중 탄닌 함량의 변화를 측정한 결과[Fig. 3], 발효 전 탄닌 함량은 대차 10.8%, 야부키타종 11.9%, 국내산 재래종 17.6%, 그리고 가공녹차가 7.2%였으며 발효가 진행됨에 따라 그 함량이 감소되는 경향을 보였다. 발효 35일째에는 탄닌 함량이 각각 1.
- 2%였으며 발효가 진행됨에 따라 그 함량이 감소되는 경향을 보였다. 발효 35일째에는 탄닌 함량이 각각 1.8, 8.5, 13.7, 그리고 5.0%를 나타내 대차종이 가장 많은 감소량을 보였다. 원료 중에는 국내산 재래종이 가장 높은 함량이었고, 가공녹차의 경우 발효과정 중 탄닌 성분의 변화가 가장 적었다.
- 국내산 재래종 및 가공녹차는 발효가 진행됨에 따라 대차종 및 야부키타종과 유사한 발효 양상을 나타냈으나 수색이나 카테킨 및 카페인 등의 성분 함량은 다소 차이를 보였다. 본 연구로부터 국내산 재래종 품종의 찻잎 및 이를 이용하여 제조된 녹차의 미생물발효차 제조가능성을 확인할 수 있었다.
- 0%를 나타내 대차종이 가장 많은 감소량을 보였다. 원료 중에는 국내산 재래종이 가장 높은 함량이었고, 가공녹차의 경우 발효과정 중 탄닌 성분의 변화가 가장 적었다. 국내산 재래종 녹차의 경우 탄닌 함량은 13.
- 35%까지 감소하였다. 이 중 국내산 재래종은 발효과정 중 총 catechin 함량이 가장 큰 폭으로 감소하는 경향을 보였다. 효소발효차(홍차)는 제조과정 중 찻잎에 존재하는 산화효소에 의해 catechin류가 쉽게 분해되어 그 함량이 매우 낮으나(18) 미생물발효차의 경우 그들 성분의 함량이 감소되기는 하나 적지 않은 양이 잔존되어 있어 카테킨류에 의한 기능성을 기대할 수있을 것으로 사료되었다.
- 7%로 녹차와 비슷한 함량을 보였다. 이는 녹차에 뒤지지 않은 함량으로 미생물발효차에 있어서도 탄닌에 의한 기능성을 충분히 기대할 수 있을 것으로 판단되었다.
- 이는 발효가 진행됨에 따라 ECG와 EGCG가 미생물이 분비한 esterase 등의 효소작용에 의해 C환의 3위에 결합된 gallic acid group이 가수분해되어 EC와 EGC가 생성되었기 때문으로 해석되어진다. 이에 대한 구체적인 검토가 실제 이루어지지는 않았으나 발효기간 동안 ECG 및 EGCG의 감소 경향과 EC 및 EGC의 생성경향으로 미루어 보아 그들 간의 상관성에 충분히 타당성이 있는 것으로 판단된다. 이러한 현상은 미생물발효차의 기능성과도 깊은 관계가 있다고 생각되어지는 바, 이 후 발효에 따른 대상 화합물들의 변화 및 생성기전을 분자 수준에서 자세히 검토할 가치가 있다고 사료되어 진다.
- 녹차는 클로로필이 남아 있어 녹색을 띠지만 발효차(홍차) 및 미생물발효차의 경우 제조 과정에서 클로로필이 분해되어 적황색을 띠게 된다(3). 이에 미생물발효차의 발효과정 중 클로로필 함량의 변화를 조사한 결과 [Table 2], 클로로필 함량은 발효가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보였으나 원료에 따라 그 함량 변화의 차이가 큰 것으로 나타났다. 특히 국내산 재래종 및 가공녹차의 클로로필 함량은 발효 후 각각 187과 155 mg/100 g으로 대차종(100 mg/100 g)이나 야 부키타종(112 mg/100 g)에 비해 그 함량이 높았다.
- Catechin류 함량의 변화: 미생물발효차 제조과정 중 카테킨류의 함량 변화를 조사하였다. 총 catechin 함량[Fig. 5A]은 발효 전대차종이 7.35%, 야부키타종이 5.89%, 국내산 재래종이 11.05%, 그리고 가공녹차가 12.1%였으며, 국내산 재래종 및 가공녹차에서 총 catechin 함량이 높게 나타났다. 모든 시료들에 있어 발효 과정 중 총 catechin 함량이 점진적으로 감소하여 발효 후에는 대 차종 2.
- 모든 원료에서의 미생물발효차의 발효특성은 발효가 진행될수록 적색도 및 황색 도가 증가하였고, 클로로필과 탄닌 함량은 감소하였다. 총 질소및 카페인의 함량은 발효가 진행됨에 따라 큰 변화를 보이지 않았으나 총 catechin 및 개별 카테킨류 중 catechin, ECG, EGCG의 함량은 꾸준히 감소하였다. 그리고 EC와 EGC의 함량은 25일까지 증가하다가 그 이후 감소하였다.
- 이에 미생물발효차의 발효과정 중 클로로필 함량의 변화를 조사한 결과 [Table 2], 클로로필 함량은 발효가 진행됨에 따라 감소하는 경향을 보였으나 원료에 따라 그 함량 변화의 차이가 큰 것으로 나타났다. 특히 국내산 재래종 및 가공녹차의 클로로필 함량은 발효 후 각각 187과 155 mg/100 g으로 대차종(100 mg/100 g)이나 야 부키타종(112 mg/100 g)에 비해 그 함량이 높았다.
- 5F]는 모든 시료에서 발효가 진행됨에 따라 지속적으로 감소하였다. 특히 차에 가장 높은 함량으로 존재하는 EGCG는 모든 시료에서 다른 카테킨류에 비해 가장 큰 감소량을 보였다. 흥미롭게도 EC와 EGC의 경우는 발효 초기에 약간 감소하다가 이후 발효 25일까지 그 함량이 점차 증가한 다음 다시 감소하였다[Fig.
후속연구
- 본 연구에서 밝혀진 바와 같이 미생물발효차의 발효가 진행됨에 따라 항산화활성이 감소되는 것은 차에서 항산화 활성에 기여도가 가장 높을 것으로 예상되는 카테킨류, 특히 EGCG가 발효와 함께 크게 감소하였기 때문으로 추정된다. 그러나 국내산 재래종 및 가공녹차의 경우, 발효과정 중 EGCG 등의 카테킨류가 큰 폭으로 감소했음에도 불구하고 발효 전후에 있어 이들의 항산화 활성이 크게 변화되지 않았던 것은 매우 흥미로운 현상이라 판단되며, 그 원인구명을 비롯하여 항산화활성에 의한 기능성 발현 차원에서 유용소재로써의 활용 가능성을 보다 상세히 검토할 가치가 있다고 사료된다.
- 이에 대한 구체적인 검토가 실제 이루어지지는 않았으나 발효기간 동안 ECG 및 EGCG의 감소 경향과 EC 및 EGC의 생성경향으로 미루어 보아 그들 간의 상관성에 충분히 타당성이 있는 것으로 판단된다. 이러한 현상은 미생물발효차의 기능성과도 깊은 관계가 있다고 생각되어지는 바, 이 후 발효에 따른 대상 화합물들의 변화 및 생성기전을 분자 수준에서 자세히 검토할 가치가 있다고 사료되어 진다. 국내산 재래종의 미생물발효차는 catechin, ECG 및 EGCG의 함량 또한 다른 미생물발효차에 비해 높은 경향을 나타냈다.
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