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문제 정의
- 그러므로 국내산 토종 복분자 딸기를 생과나 가공식품에 이용하기 위해서 곡성군에서 친환경 농법으로 재배된 열매를 숙성 정도에 따라 구분하여 수집하고 이를 이용하여 숙성에 따른 영양성분과 이화학적 특성 변화를 조사하였다. 이와 함께 함평에서 재배된 완숙 미국산 복분자 딸기와 비교 연구하여 기초자료로 사용하고자 하였다.
제안 방법
- Acid washed celite를 약 1 g 깔고 항량으로 조절한 유리도가니(50 mL 3G)로 시료 반응액을 감압흡입 시켰다. 95, 78% 에탄올 및 아세톤으로 순차적으로 씻어 불용성 잔사를 오븐에서 건조시켜 무게를 측정하고 총 식이섬유함량을 계산하였다, 바탕시험과 회분, 단백질 함량을 측정한 다음 뺀 값을 총 식이섬유함량으로 하였다.
- Column은 cation separation column(LCA K06/Na, 4.6×150 mm; Sykam GmbH)로 정량 분석하였다.
- 가수분해가 끝난 시료는 50℃에서 rotary evaporator로 산을 제거한 후 10 mL(loading buffer)로 정용한 다음, 이중 1 mL를 취하여 membrane filter 0.2 µm로 여과시켜 아미노산 자동 분석기(S433-H, Sykam GmbH, Eresing, Germany)로 분석하였다.
- , Ltd, Seoul, Korea)로 건조하였다. 건조 시료는 손으로 부셔 쉽게 체를 통과시켜 씨를 제거하고 가정용 분쇄기(하나로싹, Daesung Artlon Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 분쇄 후 100 mesh체를 통과시켰다. 씨와 과육분말을 따로 담아 실리카겔을 넣어 데시케이터에서 보관하였다.
- 그러므로 국내산 토종 복분자 딸기를 생과나 가공식품에 이용하기 위해서 곡성군에서 친환경 농법으로 재배된 열매를 숙성 정도에 따라 구분하여 수집하고 이를 이용하여 숙성에 따른 영양성분과 이화학적 특성 변화를 조사하였다. 이와 함께 함평에서 재배된 완숙 미국산 복분자 딸기와 비교 연구하여 기초자료로 사용하고자 하였다.
- 8 mL을 넣어 30초간 진탕한 후 암소에서 30분간 반응시켜 spectrophotometer(U-2800A, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 525 nm에서 흡광도를 측정하였다. 대조군은 시료대신 동량의 메탄올로 측정하였으며 DPPH 전자공여능(electron donating ability, EDA)는 다음과 같은 식으로 계산하였다.
- 9 mL을 첨가한 후 실온에서 2시간 반응시켰다. 반응물은 spectrophotometer를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였으며 표준곡선은 gallic acid를 표준물질로 사용하여 구하였으며 표준곡선식은 Y=1.313X+0.0021(R2=0.999)로 Y는 525 nm에서의 흡광도이며 이 때 X는 총 페놀 함량이다.
- 복분자 딸기 분말의 항산화활성은 Yoon 등(14)의 방법을 수정하여 실시하였다. Hydrazyl의 불안정한 질소원자가 수소원자를 받아들이는 성질을 이용하여 항산화물질과 반응하여 자체의 정색성을 소실하는 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)의 환원력을 이용하는 방법으로 측정하였다(15).
- 숙성기간에 따라 수확한 토종 복분자 딸기와 북미산 복분자 딸기열매를 급속 냉동고에서(−80℃, Deep freezer, JP/CLN-40U Towa Scientific Co., Tokyo, Japan) 동결시킨 다음 동결건조기(Freeze-dryer, Bondiro DC1316 Ilshin Lab Co., Ltd, Seoul, Korea)로 건조하였다.
- 숙성시기별 복분자 딸기 열매의 형태 관찰은 디지털카메라(Canon EOS 400D, Tokyo, Japan)로 확인하였다. 토종과 북미산 복분자 딸기의 씨앗을 분리하여 모양을 관찰하고 크기를 측정하였다.
- 토종 복분자 딸기 열매를 이용하여 건강식품을 개발하기 위하여 성숙시기에 따라 토종 복분자 딸기 열매의 구성성분, 이화학적 특성과 항산화활성을 조사하였다. 숙성시기에 따라 미숙과, 중숙과 및 완숙과를 전남 곡성군에서 수확하여 동결건조하여 분말을 제조하고 분쇄과정에서 씨를 분리하여 비교하였다. 완숙된 토종복분자 딸기의 열매분말은 밝은 적색을 띠었으나 북미산 복분자 딸기 열매 분말은 칙칙한 검붉은색이었으며 토종 복분자 열매 씨는 북미산에 비해 더 부드럽고 작았다.
- 유리당 분석은 80% 에탄올에 용해된 시료 용액을 80℃에서 5시간 동안 환류냉각 추출 후 감압 농축하여 정용하였다. 추출액을 0.
- 추출액을 0.45 µm membrane filter로 여과하여 이온크로마토그래피(DX-600 IC system Dionex Co.)를 사용하여 분석하였다.
- 추출액을 0.45 µm membrane filter로 여과하여 이온크로마토그래피(DX-600 IC system Dionex Co., Sunnyvale, CA, USA)를 사용하여 분석하였다.
- 토종 복분자 딸기 분말의 무기질 조성과 함량은 ICP-AES(Inductively Coupled Plasma, OPTIMA 4300 DV, Perkin Elmer Co., Wellesley, MA, USA)로 측정하였다. 시료조제는 분말을 550℃ 회 화로에서 백색에 가깝도록 회화시킨 다음 회화된 회분을 이온교환수로 적신 후 염산용액 5 mL을 가하여 hot plate에서 증발 건조시켰다.
- 토종 복분자 딸기 열매를 이용하여 건강식품을 개발하기 위하여 성숙시기에 따라 토종 복분자 딸기 열매의 구성성분, 이화학적 특성과 항산화활성을 조사하였다. 숙성시기에 따라 미숙과, 중숙과 및 완숙과를 전남 곡성군에서 수확하여 동결건조하여 분말을 제조하고 분쇄과정에서 씨를 분리하여 비교하였다.
- 숙성시기별 복분자 딸기 열매의 형태 관찰은 디지털카메라(Canon EOS 400D, Tokyo, Japan)로 확인하였다. 토종과 북미산 복분자 딸기의 씨앗을 분리하여 모양을 관찰하고 크기를 측정하였다. 색도는 분말 시료로 색차계(Chroma meter CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter L(lightness), ±a(redness/greenness), ±b(yellowness/blueness) 값을 5회 반복 측정하여 평균과 표준편차로 나타내었다.
- 0 mL/min 속도로 ED50 Intergrated Amperometry Detection를 사용하였다. 표준 당은 Sigma사의 glucose, fructose, rhamnose를 이용해서 분석하였다.
- 0 mL/min 속도로 ED50 Conductivity Detecter를 사용하였다. 표준 유기산으로는 citric acid, malic acid, succinic acid, tartaric acid, oxalic acid, pyruvic acid를 사용하였고 각각의 retention time, 표준 유기산의 위치와 면적으로부터 함량을 계산하였다.
대상 데이터
- 북미산 복분자 딸기는 전남 함평군에서 재배한 완숙과를 구입하였으며, −18℃ 이하의 냉동고에 보관하면서 사용하였다.
- 원통용 용기(φ 2.3×1 cm)에 공기가 포함되지 않도록 단단히 충진한 다음 측정하였으며 기기는 백색판(96.8, 0.3137, 0.3193)으로 보정하여 사용하였다.
- 토종 복분자 딸기(Rubus coreanus Miq.)는 2007년 전남 곡성군고달면에서 재배한 것으로 숙성기간에 따라 미숙과(열매 색이 녹색), 중숙과(열매 색이 선명한 붉은색), 완숙과(열매색이 검붉은 색으로 수확이 용이)를 7월 초부터 중순까지 직접 나무에서 수집하여 사용하였다. 북미산 복분자 딸기는 전남 함평군에서 재배한 완숙과를 구입하였으며, −18℃ 이하의 냉동고에 보관하면서 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 2번 이상 반복하였으며 실험결과는 SPSS 12.0K(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 p<0.05 수준에서 통계 처리 하였고 ANOVA와 Duncan's multiple range test로 검증하였다.
- 색도는 분말 시료로 색차계(Chroma meter CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter L(lightness), ±a(redness/greenness), ±b(yellowness/blueness) 값을 5회 반복 측정하여 평균과 표준편차로 나타내었다.
- 시료 1 mL에 5% phenol 1 mL과 진한 황산 5 mL을 넣고 vortex mixer로 잘 혼합한 다음 20분 이상 방치한 다음 spectrophotometer(8452A Hewlett-packard, Palo Alto, USA)로 490 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선은 글루코오스를 농도별로 제조하여 위와 같은 phenol-sulfuric acid 방법으로 측정하여 얻은 결과식인 Y=0.089X+0.045 (Y=490 nm에서의 흡광도, X=총당)에 의해 계산하였다.
이론/모형
- 복분자 딸기 분말의 항산화활성은 Yoon 등(14)의 방법을 수정하여 실시하였다. Hydrazyl의 불안정한 질소원자가 수소원자를 받아들이는 성질을 이용하여 항산화물질과 반응하여 자체의 정색성을 소실하는 DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)의 환원력을 이용하는 방법으로 측정하였다(15). 분말 시료 1g을 300 mL의 80% 메탄올에 현탁시킨 후 80℃에서 1시간 환류 추출하고 여과하였다.
- 복분자 딸기 분말의 수분함량, 회분, 조단백질, 조지질 함량은 AOAC 방법(12)으로 수분은 105℃ 오븐을 이용한 상압가열건조법, 회분은 550℃ 회화로를 이용한 직접회화법, 조단백질은 마이크로켈달법으로 질소계수는 6.25를 곱하였으며 조지질은 soxhlet 법으로 용매는 diethyl ether를 사용하였으며 실험은 2번 이상 반복하였다.
- 복분자 딸기 열매 분말의 총 식이섬유 함량은 AOAC 방법(12)에 따라 측정하였다. 분말시료 1.
- 복분자 딸기의 총 페놀함량은 Folin-Ciocalteu 방법에 의해 비색 정량하였다(16). 일정농도로 희석한 복분자 추출물 100 µL에 Folin-Ciocalteu 시약 500 µL와 20% sodium carbonate 1.
- 복분자 딸기 분말 1g을 80% 에탄올에 용해시키고 Toyo No2 여과지로 여과한 다음 활성탄을 첨가하여 가온하고 탈색한 후 다시 여과하여 메스플라스크에 넣어 정용하였다. 시료 용액 중에 함유된 당의 함량이 0.01-0.10 mg/g 범위에 포함되도록 희석한 다음 phenol-sulfuric acid 방법으로 측정하였다(13). 시료 1 mL에 5% phenol 1 mL과 진한 황산 5 mL을 넣고 vortex mixer로 잘 혼합한 다음 20분 이상 방치한 다음 spectrophotometer(8452A Hewlett-packard, Palo Alto, USA)로 490 nm에서 흡광도를 측정하였다.
성능/효과
- 66 mg/100 g)는 유사하였다. DPPH 자유라디칼 소거능으로 분석한 항산화활성은 86.21-81.22%로 미숙과가 높았고 성숙에 따라 감소하였다.
- 19 mg/mL이었으나 완숙과는 미숙과의 50%로 급격한 감소를 보였다. tartaric acid, pyruvic acid는 검출되지 않았으며 가장 많이 함유한 유기산은 citric acid이었다. 전체 유기산 중에 citric acid가 숙성시기에 관계없이 가장 많은 함량을 차지하고 있었으며 특히 미숙과에는 90.
- 당 함량은 건조방법에 따라서도 달라져 Chung 등(18)은 복분자 딸기를 증자하여 자연양건, 적외선건조 및 동결 건조를 하였을 때 가장 높은 총 당 함량은 동결건조분말에서 나타냄을 확인하였다. 건조방법에 따른 성분변화는 동결 건조방법이 변화를 적게 하여 가장 좋은 방법으로 조사되었다. 특히 당을 함유한 과육을 동결 건조하였을 때 흡습성이 커서 습도에 따라 주위의 습기를 빨아들어 끈끈한 상태로 되고 caking 현상이 커서 분말상태를 유지하는데 어려움이 있다.
- 아미노산은 aspartic acid와 glutamic acid를 많이 함유하고 있으며 필수아미노산 중에는 leucine함량이 높았다. 무기질 중 위해금속은 검출되지 않았고 성숙에 따라 감소경향을 보이며 K와 Ca함량이 높았다. 유기산도 성숙에 따라 감소하였으며 citric acid가 가장 많은 비율을 차지하였다.
- 2와 같았다. 미숙과의 총 페놀함량이 12.84 mg/g(db)으로 가장 높았으며 중숙과와 완숙과는 9.38-9.66 mg/g(db)로 거의 비슷하게 유지하여 미숙과에 비해 27% 감소하였다. Park 등(23)은 토종 복분자 딸기 열매 3개 클론으로 숙성시기별 항산화 활성을 총 페놀화합물과 자유라디칼 소거능으로 분석하였는데 총 페놀함량은 235.
- 94%로 완숙과 분말의 수분함량이 높았는데 이는 당 함량이 높아 동결건조 후 쉽게 수분을 흡수하기 때문이라고 생각되었다. 복분자 딸기의 조단백질 함량은 4.85-5.34%이며 조지질 함량 3.53-5.36%로 완숙과의 경우 조단백질과 조지질 함량이 모두 높은 값을 보였다. 이에 반해 회분함량은 7.
- Lee와 Do(19)는 복분자 열매에서 fructose, sucrose, glucose가 조사되었으며, Kwon 등(8)도 fructose, glucose, sucrose 순으로 분석되었고 Cha 등(20)의 결과 미숙과에는 fructose와 glucose, 완숙과에는 fructose, glucose 및 미량의 sucrose를 확인하였다. 본 연구 결과에서는 fructose, glucose, rhamnose가 분석되어 기존의 연구와 차이를 보였다. 복분자 열매의 당은 유리당 또는 안토시아닌에 결합된 당으로 존재하는데 rhamnose는 안토시아닌에 결합된 당으로 추정할 수 있다.
- 62%로 숙성기간이 길어질수록 감소하는 경향을 보였다. 북미산 복분자 딸기 열매의 성숙단계별 일반성분을 생과 기준으로 측정하였을 때 단백질과 회분 모두 성숙함에 따라 감소하는 경향을 보여 회분은 같은 경향을 보였으나 단백질 함량은 반대 경향을 보였다. 단백질은 성숙에 따른 경향뿐만 아니라 함량도 북미산 복분자 딸기가 더 많이 함유되어 있었다(11).
- 복분자 딸기도 완숙과를 사용하였을 때 당 함량이 높아 동결건조 분말이 공기 중에 노출되었을 때 쉽게 습기를 흡수하여 끈끈한 액상으로 변하거나 덩어리는 지게 되어 상품성이 떨어진다. 북미산 복분자 딸기는 토종 복분자 딸기보다 낮은 명도의 진한 검붉은 색깔로 분말의 흡습력은 훨씬 커서 상대적으로 토종 복분자 딸기의 분말이 더 우수하였다. 유리당의 조성은 Table 3과 같이 glucose, fructose, rhamnose를 함유하고 있으며 숙성되면서 당의 함량이 미숙과에 비해 3, 4배 정도 유의적으로 증가하는 것을 볼 수 있다.
- 북미산과 토종 복분자 딸기의 열매를 동결 건조시키고 분쇄과정에서 체로 씨앗을 분리하여 비교한 결과 토종 복분자 딸기는 씨앗의 크기가 1.30×2.00 mm로 작고 단단하지 않아 씨앗을 통째로 함께 섞어 먹었을 때도 부담이 적었고 씨앗을 조금 첨가했을 때 맛을 좋게 하는 효과가 있었다.
- 완숙된 토종복분자 딸기의 열매분말은 밝은 적색을 띠었으나 북미산 복분자 딸기 열매 분말은 칙칙한 검붉은색이었으며 토종 복분자 열매 씨는 북미산에 비해 더 부드럽고 작았다. 숙성시기에 따라 조단백질, 조지질과 총 당 함량은 증가하였고 회분과 총 식이섬유 함량은 감소하였다.
- 숙성시기에 따라 미숙과, 중숙과 및 완숙과를 전남 곡성군에서 수확하여 동결건조하여 분말을 제조하고 분쇄과정에서 씨를 분리하여 비교하였다. 완숙된 토종복분자 딸기의 열매분말은 밝은 적색을 띠었으나 북미산 복분자 딸기 열매 분말은 칙칙한 검붉은색이었으며 토종 복분자 열매 씨는 북미산에 비해 더 부드럽고 작았다. 숙성시기에 따라 조단백질, 조지질과 총 당 함량은 증가하였고 회분과 총 식이섬유 함량은 감소하였다.
- 무기질 중 위해금속은 검출되지 않았고 성숙에 따라 감소경향을 보이며 K와 Ca함량이 높았다. 유기산도 성숙에 따라 감소하였으며 citric acid가 가장 많은 비율을 차지하였다. 총 페놀함량은 미숙과(12.
- 우리나라에서 미숙과를 건조하여 한약재로 사용하고 있으며, 5분 찐 후 동결이나 적외선 건조한 복분자 딸기가 자연양건보다 더 높은 전자공여능을 보였다고 하여(18), 건조방법도 항산화활성이나 효능에 영향을 줄 것으로 사료되었다. 일반적으로 총 페놀함량이 증가하면 항산화활성이 증가하는 것으로 알려져 있는데, 복분자 딸기에는 다양한 페놀성 화합물을 함유하고 있어 색소와 식이섬유를 함유하면서 기능성 효과를 나타낼 수 있는 다기능 색소 소재임을 알 수 있었다.
- 적색도(+a)는 중숙과가 가장 높아 +25.26을 나타내었으며 검붉은 색을 보인 완숙과는 적색도는 +18.95이었고 황색도는 −11.41로 중숙과의 −5.35보다 훨씬 파란색이 더 진하게 혼합된 색인 진한 자주색을 보임을 알 수 있었다.
- tartaric acid, pyruvic acid는 검출되지 않았으며 가장 많이 함유한 유기산은 citric acid이었다. 전체 유기산 중에 citric acid가 숙성시기에 관계없이 가장 많은 함량을 차지하고 있었으며 특히 미숙과에는 90.80 mg/mL로 가장 높은 함량을 보여 유의차를 보였다. Durst 등(22)은 red raspberry juice 성분 중 citric acid가 전체 유기산의 96.
- 토종 복분자 딸기의 고유한 산미는 유기산에 의하며 Table 6과 같이 citric acid, malic acid, succinic acid, oxalic acid를 함유하고 있다. 총 유기산 함량은 숙성에 따라 감소하여 미숙과의 118.71 mg/mL에서 중숙과는 106.19 mg/mL이었으나 완숙과는 미숙과의 50%로 급격한 감소를 보였다. tartaric acid, pyruvic acid는 검출되지 않았으며 가장 많이 함유한 유기산은 citric acid이었다.
- Zn과 Mn을 제외하고는 숙성에 따라 무기질함량이 감소되어 Cha 등(11)의 결과와 같은 경향을 나타냈다. 칼슘 함량은 토종 복분자 딸기 분말 미숙과의경우 11.49 mg/g(db)로 북미산 복분자 딸기 생과(수분함량 74.2%)의 228.3 mg/100 g보다 높았으며 Ravai(21)의 black raspberry(Rubus occidentalis) 냉동생과의 Ca 함량인 32 mg/100 g보다 훨씬 높았다.
- 토종 복분자 딸기 분말로부터 분석한 아미노산 합계는 미숙과>완숙과>중숙과 순으로 미숙과가 단백질과 아미노산 모두 가장 풍부함을 알 수 있었다.
- 토종 복분자 딸기의 숙성기간에 따른 아미노산 조성과 함량을 측정한 결과는 Table 4와 같았다, 토종 복분자 딸기에는 표준물질을 기준으로 18종의 아미노산이 분리되었으며 숙성에 따라서는 미숙과에 전체 아미노산 함량과 필수아미노산이 모두 높은 함량을 보였다. 아미노산 중에는 산성아미노산이 가장 많이 함유되어 있는데 glutamic acid는 완숙과가 9.
- 토종 복분자 딸기의 항산화활성을 DPPH 자유라디칼 소거능으로 측정하였을 때 미숙과는 86.21%로 가장 높은 항산화활성을 나타냈고 숙성기간이 길어지면서 항산화활성은 감소하였다(Fig. 2). Park 등(27)은 토종 복분자 딸기인 정금 5품종과 미국산 black raspberry의 항산화활성을 측정하여 토종 복분자 딸기의 항산화활성이 black raspberry보다 우수하다고 보고하였다.
후속연구
- 토종 복분자 딸기는 북미산 복분자 딸기와 달리 색깔도 선명하며 분말로 제조하였을 때 씨를 분리하여 식품가공에 이용할 수 있으며 저장 중의 흡습율도 낮아 끈적거림이 적어 복분자 딸기 분말소재로 색과 맛을 향상시키는데 아주 우수하다고 생각되었다. 특히 북미산 복분자 딸기에 함유된 기능성 물질을 함유하고 있어 기능성을 증가하여 부가가치를 높이려는 가공목적과 분말소재를 사용해야하는 경우 기존제품과 차별화한 제품을 개발할 수 있을 것으로 보인다.
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