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문제 정의
- 들깨죽은 들깨를 적용시킨 대표식품으로, 제조 공정에 열과 압력이 관여하는 스티밍 또는 가압가열공정이 포함되며, 이때 들깨 지방질의 산화는 물론 토코페롤과 폴리페놀과 같은 산화방지제의 변화를 초래할 수 있다. 본 연구는 들깨죽 제조 공정 중 가압가열공정의 시뮬레이션 연구로 가압가열공정에 의한 들깨 지방질의 산화정도와 산화방지제의 변화를 분석함으로써 들깨의 유용성분 손실을 최소화하여 고품질의 들깨죽을 제조할 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.
제안 방법
- 가압가열 중 들깨지방질의 산화 정도와 산화방지제 함량을 평가하기 위해 가압가열 처리가 끝난 생 들깨와 볶은 들깨로부터 지방질을 추출하였다. 즉, 생 들깨와 볶은 들깨 15 g에 n-헥산 100 mL를 넣고 40℃ 수조에서 2시간 동안 진탕한 뒤 Büchner funnel 과 여과지(Whatman No.
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들깨 지방질의 산화 평가
가압가열에 따른 들깨지방질의 산화 정도는 과산화물값(Peroxide value, POV), 공액이중산(Conjugated dienoic acid, CDA) 값, 지방산 조성으로 평가하였다. 과산화물값은 AOCS법을 변형한 Crowe 와 White 의 방법(9)으로 구하였고, 공액이중산값은 AOCS법(10) 에 의해 구하였다.
- 들깨 지방질 0.1 g을 n-헥산 1 mL에 녹이고 0.2 µm PTFE membrane filter(Millipore, Molsheim, France)로 여과한 후, 20 µL를 HPLC(YL9100, Younglin)에 자동시료주입기(YL9150 Autosampler, Younglin)를 이용하여 주입하였다.
- 생 들깨와 볶은 들깨는 믹서(Dynamics Co. Ltd., New Hartford, CT, USA)로 30초 동안 분쇄한 후 15 g 씩 50 mL 용량의 유리 시료병에 넣고 고무마개와 알루미늄 캡으로 입구를 막고 100℃ 상압(1 atm)의 끓는 물에서 10, 20, 30, 40, 50, 60분 동안, 또는 135℃ 가압(2 atm)인 autoclave에서 5, 10, 15, 20, 30분 동안 가열하였다.
- 생 들깨와 볶은 들깨의 가압가열 중 폴리페놀 함량 변화는 Folin-Denis법(12)을 일부 변형하여 측정하였다. 들깨로부터 추출한 지방질 3g을 10 mL n-헥산에 녹이고 메탄올과 물의 혼합용매(60:40, v/v)를 2 mL씩 넣어 3번 반복 추출하였다.
- 2, v/v)을 사용하여 분당 2 mL의 속도로 용출시켰다. 이때 형광검출기(G1321A, Agilent 110 series)의 파장은 excitation 290 nm, emission 330 nm이었으며, 들깨의 토코페롤 함량은 각각의 표준 토코페롤 검량곡선을 이용하여 구하였다.
- 즉, 생 들깨와 볶은 들깨 15 g에 n-헥산 100 mL를 넣고 40℃ 수조에서 2시간 동안 진탕한 뒤 Büchner funnel 과 여과지(Whatman No. 42, Kent, UK)를 사용하여 감압여과 하였다.
- 5 mL Na2CO3 포화 용액을 넣고 증류수로 5 mL로 정용한 후에 실온에서 1시간 정치하고 UV-Visible spectrophotometer(HP 8453, Hewlett Packard, Wilmington, DE, USA)로 725 nm에서 흡광도를 측정하였다. 폴리페놀 함량은 카페 산을 표준물질로 사용하여 작성한 검량곡선을 이용하여 정량하였다.
대상 데이터
- 들깨는 강원도 화천군 간동면에서 수확된 국산 들깨(품종: 남천 2호)를 사용하였다. 들깨의 성분 및 지방질산화 등의 분석에 사용한 n-헥산(HPLC-grade), 이소프로판올은 J.
- 들깨의 성분 및 지방질산화 등의 분석에 사용한 n-헥산(HPLC-grade), 이소프로판올은 J.T. Baker(Phillipsburg, NJ, USA)의 제품이었으며 14% BF3-메탄올, 표준지방산(C16- C18), 카페산, 토코페롤 표준품(α-, γ-, δ-tocopherol), Folin-Ciocalteu’s phenol 시약은 Sigma-Aldrich사(St. Louis, MO, USA)의 제품이었다.
- 본 실험에 사용한 들깨는 생 들깨(unroasted perilla seeds)와 볶은 들깨(roasted perilla seeds) 2종류였다. 생 들깨는 구입한 들깨를 다른 처리 없이 사용하였으며, 볶은 들깨는 생 들깨를 180℃에서 20분 동안 Gene Café coffee bean roaster(Genesis Co.
- 생 들깨는 구입한 들깨를 다른 처리 없이 사용하였으며, 볶은 들깨는 생 들깨를 180℃에서 20분 동안 Gene Café coffee bean roaster(Genesis Co. Ltd., Suwon, Korea)에서 볶아서 얻었다.
- 실험에 사용한 기기는 YL 6100 GC(Youglin)로 HP-Innowax capillary column (30 m×0.53 mm, 1.0 µm thick; Agilent, Böblingen, Germany)과 불꽃이온화검출기를 장착하였으며, 오븐, 주입기, 검출기의 온도는 각각 200, 270, 280℃이었다.
데이터처리
- 자료는 통계처리용 소프트웨어인 SAS/PC(SAS 9.1)를 사용하여 다중범위검정(Duncan’s multiple range test), 회귀 분석(regres-sion analysis)에 의해 분석하였고 이 때 유의수준은 5%이었다.
이론/모형
- 가압가열에 따른 들깨지방질의 산화 정도는 과산화물값(Peroxide value, POV), 공액이중산(Conjugated dienoic acid, CDA) 값, 지방산 조성으로 평가하였다. 과산화물값은 AOCS법을 변형한 Crowe 와 White 의 방법(9)으로 구하였고, 공액이중산값은 AOCS법(10) 에 의해 구하였다. 지방산 조성은 들깨지방질을 메틸 에스터화한 후 가스크로마토그래피법(Gas chromatography; GC)으로 분석하였다(11).
- 들깨의 토코페롤 함량은 고속액체크로마토그래피법(High performance liquid chromatography, HPLC)을 사용하여 구하였다(13). 들깨 지방질 0.
- 과산화물값은 AOCS법을 변형한 Crowe 와 White 의 방법(9)으로 구하였고, 공액이중산값은 AOCS법(10) 에 의해 구하였다. 지방산 조성은 들깨지방질을 메틸 에스터화한 후 가스크로마토그래피법(Gas chromatography; GC)으로 분석하였다(11). 즉, 들깨 지방질 0.
성능/효과
- 즉, 볶은 들깨를 가압가열하는 동안 팔미트산과 스테아르산 등의 포화지방산 구성비율은 유의하게 증가하였으나 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 등의 불포화지방산 구성비율은 감소하는 경향을 보 였다.
- 1)Different superscript means significant differences among values of each treatment with respect to steaming time by Duncan’s multiple range test at α=5%.
- 100℃ 상압 또는 135℃ 가압에서 가열 하였을 때 생 들깨의 총 토코페롤 분해속도는 각각 −0.311, −0.437 %/min이었고, 볶은 들깨의 총 토코페롤 분해속도는 −0.224, −0.302 %/min(Table 4)로, 볶은 들깨에서보다 생 들깨에서, 또한 높은 온 도와 압력의 가열 조건에서 토코페롤의 분해가 빨랐다.
- 2)Different superscript means significant differences among values in each treatment of each fatty acid by Duncan’s multiple range test at α=5%.
- 생 들깨와 볶은 들깨를 100℃ 상압과 135℃가압 하에서 가열 하였을 때의 지방산 조성 변화는 Table 2와 같다. 가압가열 중 생 들깨와 볶은 들깨 모두에서 포화지방산 구성비율은 증가하고 불포화지방산 구성비율은 감소하는 경향을 보였으며 특히 볶은 들깨의 지방산 조성은 가열 시간에 따라 유의하게 변화하였다. 즉, 볶은 들깨를 가압가열하는 동안 팔미트산과 스테아르산 등의 포화지방산 구성비율은 유의하게 증가하였으나 올레산, 리놀레산, 리놀렌산 등의 불포화지방산 구성비율은 감소하는 경향을 보 였다.
- 가열 중 들깨유지의 공액이중산값의 증가는 유지가 산화되면서 비공액이중결합이 열역학적으로 안정한 형태인 공액이중결합으로 재배치되는 것에 기인한다(22). 공액이중산값 증가는 100℃에서 보다는 135℃에서 뚜렷하여, 30분간의 가압가열 중 생 들깨와 볶은 들깨에서 각각 0.0012, 0.0019%/min의 속도를 보여 과산화물값에서와 마찬가지로 볶은 들깨에서 공액이중산값 증가 속도가 높아 생 들깨에 비해 볶은 들깨에서 가압가열 중 지방질 산화가 빠르게 진행되고 있음을 확인하였다.
- 따라서 100℃ 상압에서 보다 135℃ 가압 하에서 가열한 들깨의 과산화물값이 높은 것은 가열 시 높은 온도와 압력의 혼합적인 영향이었던 것으로 사료된다. 그러나 본 실험의 경우 시료병 입구를 고무마개로 막았으므로 압력에 의한 영향은 제한적이었으며, 압력보다는 상대 적인 고온에 의한 산화 속도의 증가가 100℃ 상압에서 가열된 들깨에 비해 135℃ 가압 하에서 가열한 들깨의 높은 과산화물값 에 더욱 중요한 요인이었을 것으로 사료된다.
- Wang 등 (21)은 폴리페놀 화합물이 들깨유의 초기 산화에 관여하여 산화를 지연시킬 뿐만 아니라 산화 중 토코페롤의 안정성을 향상시킨다고 보고하였다. 따라서 본 연구결과는 가압가열 공정이 포함 되는 들깨 적용 가공 제품 제조에 있어서 토코페롤보다는 폴리 페놀 화합물을 세심하게 모니터링 하는 것이 산화안정성을 개선시키는데 도움이 될 수 있음을 시사하였다.
- 0 mg/kg 로 유의하게 감소하였다. 또한 135℃가압 하에서 30분 가열 한 후 생 들깨와 볶은 들깨의 폴리페놀 화합물 함량은 각각 1.7, 5.9 mg/kg으로 유의하게 감소하여 가열중 들깨에 함유된 폴리페놀이 분해되었음을 의미하였다. 폴리페놀 화합물은 유지산화에 의해 생성된 과산화라디칼에게 수소를 제공함으로써 폴리페놀 화합물 라디칼을 생성하고 과산화라디칼과 라디칼-라디칼 결합을 함으로써 유지산화를 억제시키는 것으로 알려져 있다(26).
- 이는 들깨의 가압가열 처리 중 토코페롤 및 폴리페놀 화합물 함량이 들깨지방질의 과산화물값에 유의한 영향을 주었음을 의미한다. 또한 회귀선의 음의 기울기(a값)는 토코페롤 또는 폴리페놀 화합물의 함량이 높을수록 가열 중 들깨지방질의 과산화물값이 낮았으며, 이는 들깨의 가열 중 토코페롤과 폴리페놀 화합물의 산화방지 작용을 나타낸다. 토코페롤 또는 폴리페놀 화합물 함량에 대한 가열 중 생 들깨 지방질의 과산화물 값의 회귀선은 각각 −0.
- 이러한 들깨의 지방산 조성은 Shin 등(15), Kashima 등(16)의 보고와 유사하였다. 불포화지방산과 포화지방산의 함량 비율인 unsaturated fatty acid/saturated fatty acid(U/S) 값은 생 들깨와 볶은 들깨에서 각각 10.11, 9.68이었고, PUFA와 포화지방산의 함량 비율인 PUFA/S는 생 들깨, 볶은 들깨에서 각각 8.28, 7.89로 생 들깨보다 볶은 들깨에서 유의적으로 낮았다. 이 결과 또한 볶는 과정에서 들깨 지방질이 산화되었음을 나타낸다.
- 볶음 과정 중 종자의 지방질 산화는 겨자씨에서도 보고된 바 있다 (14). 생 들깨와 볶은 들깨 모두에서 구성 지방산 중 리놀렌산의 함량이 약 60%로 가장 많았으며, 그 외 올레산과 리놀레산을 각각 약 16, 14%, 팔미트산과 스테아르산을 각각 약 6.7-6.8, 2.3-2.5% 함유하였다. 이러한 들깨의 지방산 조성은 Shin 등(15), Kashima 등(16)의 보고와 유사하였다.
- 생 들깨와 볶은 들깨를 100℃ 상압에서 60분 또는 135℃가압에서 30분 동안 가열 하였을 때 들깨 지방질의 과산화물값과 가열 시간과의 상관계수는 비교적 높아(r >0.80), 가열 중 들깨 지방질의 산화는 시간에 비례적으로 증가하고 있음을 알 수 있었다.
- 생 들깨와 볶은 들깨에는 α-, γ-, δ-토코페롤이 함유되어 있었으며, 두 종류의 들깨에서 모두 γ-토코페롤이 가장 많았고(82%), α-토코페롤(11-12%)과 δ-토코페롤(6-7%) 순으로 함유되어 있었다.
- 생 들깨 및 볶은 들깨의 특성은 Table 1과 같다. 생 들깨와 볶은 들깨의 과산화물값은 각각 0, 0.64 meq/kg, 공액이중산값은 각각 0.05, 0.08%로 생 들깨에 비해 볶은 들깨의 과산화물값과 공액이중산값이 유의하게 더 높았다. 이것은 들깨를 고온(180℃)에서 볶는 과정 중 들깨 지방질 일부가 산화되었음을 나타낸다.
- 3과 같다. 생 들깨와 볶은 들깨의 폴리페놀 화합물 함량은 가열 전 각각 2.8, 9.5 mg/kg이었으나, 100℃ 상압에서 60분 동안 가열한 후 각각 60.7, 62.1% 수준인 1.6, 8.0 mg/kg 로 유의하게 감소하였다. 또한 135℃가압 하에서 30분 가열 한 후 생 들깨와 볶은 들깨의 폴리페놀 화합물 함량은 각각 1.
- 499 meq/mg의 기울기를 나타냈다. 이 기울기의 절대값이 클수록 산화방지제의 농도에 대한들깨지방질의 과산화물값 의존성이 높음을 의미하며, 따라서 토코페롤보다 폴리페놀 화합물이 들깨의 가압가열 중 지방질의 산화 억제에 더욱 중요한 영향을 주고 있음을 시사한다. Wang 등 (21)은 폴리페놀 화합물이 들깨유의 초기 산화에 관여하여 산화를 지연시킬 뿐만 아니라 산화 중 토코페롤의 안정성을 향상시킨다고 보고하였다.
- 생 들깨를 100℃ 상압 또는 135℃ 가압에서 가열하였을 때 토코페롤 함량은 Table 3과 같이 감소하였다. 즉, 가열 전 생 들깨, 볶은 들깨의 총 토코페롤 함량은 429 mg/kg이었으나 100℃에서가열 60분 후 생 들깨와 볶은 들깨의 총 토코페롤 함량은 각각 79, 85% 수준인 338.9, 366.3 mg/kg으로 감소하였고, 135℃에서가압가열 30분 후에는 366.0, 376.6 mg/kg으로 유의하게 감소하여 가열 중 들깨에 함유된 토코페롤이 분해되었음을 보여주었다. 토코페롤은 유지의 과산화 라디칼에게 수소를 제공하고, 자신은 산화되어 토코페롤퀴논, 에폭시-토코페롤퀴논, 토코페롤 하이드로퀴논으로 전환되므로(28) 토코페롤 함량은 감소한다.
- 이 결과 또한 볶는 과정에서 들깨 지방질이 산화되었음을 나타낸다. 즉, 불포화도가 높은 지방산일수록 산화에 취약하여 리놀 레산, 리놀렌산 등의 불포화지방산은 포화지방산에 비해 산화에 따른 함량 감소율이 높아 U/S 값과 PUFA/S 값은 감소한다. U/S 및 PUFA/S 값은 유지의 산화를 평가하는 척도로 흔하게 이용되고 있다(17,18).
- 토코페롤 또는 폴리페놀 화합물 함량에 대한 가열 중 생 들깨 지방질의 과산화물 값의 회귀선은 각각 −0.014와 −0.838 meq/mg의 기울기(a값)를 보였으며, 볶은 들깨는 각각 −0.090, −1.499 meq/mg의 기울기를 나타냈다.
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