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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 건강에 뛰어난 기능을 가지고 있는 마늘의 기능성 물질인 알리신을 증폭하기 위하여 여러가지 광원을 사용하여 다양한 조건에서 깐 마늘을 대상으로 광 조사 실험을 수행하였으며, 알리신 증폭효과를 비교 분석하였다.
- 마늘은 항균, 항암, 항산화 등의 여러 가지 기능성 효과 때문에 건강 농식품으로 인정받고 있으며 꾸준히 소비가 되고 있는 농산물이다. 특히 마늘의 알리신 성분의 증폭을 위해 최근 연구되고 있는 광 조사에 의한 알리신 성분 향상에 대한 연구를 수행하였다. 본 연구를 통해 도출한 연구의 결론은 다음과 같다.
가설 설정
- 3) Red lamp: 124.7 lx for 24 hr by red lamp irradiation.
제안 방법
- UV-A 광원의 강도는 320∼390 nm 대의 파장의 강도를 측정할 수 있는 UVA LIGHT METER(UVA-365, Lutron Electronics Co, Coopersburg, USA)를 사용하여 측정하였다.
- 자외선등의 경우에는 UV-A와 UV-B등의 처리 시간은 15초, 30초, 1시간, 3시간으로 하였고, UV-C등의 처리 시간은 15초, 30초 1시간으로 하였다. UV-A와 UV-B등은 40 W, UV-C등은 60W 의 전력으로 실험하였으며, 광원과 마늘 시료와의 거리는 400 mm와 700 mm의 두 조건으로 하였다. 대조구로 사용한 마늘은 10쪽씩 총 8봉지를 각각 3반복 측정한 데이터를 전체 평균하여 처리구별 알리신 성분 함량 변화값과 비교하도록 하였다.
- UV-B와 UV-C는 동일한 Data logger(ALMEMO 2690-8A, Ahlborn, Holzkirchen, Germany)를 사용하고, 센서는 265∼315 nm 대의 파장의 강도를 측정할 수 있는 UVB Probe Head (FL A623-UVB, Ahlborn, Holzkirchen, Germany)와 220∼280 nm 대의 파장의 강도를 측정할 수 있는 UVC Probe Head (FL A623-UVC, Ahlborn, Holzkirchen, Germany)를 사용하여 측정하였다.
- 각각의 광원에 대한 조사강도를 측정하기 위해 마늘 시료가 적재되는 챔버 하부 500×500 mm 면적의 5개 지점을 측정하여 평균하였다.
- 광 조사 시험은 광 조사 시험 장치를 사용하여 1 ℃ 온도, 78 %의 상대습도인 저온저장고 내에서 실시하였으며, 광 조사 처리후 처리구당 10쪽씩의 깐 마늘을 채취하여 멸균 지퍼백에 0∼5 ℃의 저온에 보관한 후 알리신 함량을 분석하였다.
- 광 조사 조건 유의성 검증광 조사에 의한 마늘의 알리신 성분 함량 증폭이 가장 높은 처리구인 UV-B등의 700 mm 광원 거리에서 15초 동안 조사한 0.129 W/m2 (40 W) 강도의 처리구와 적색등의 700 mm 광원 거리에서 24시간 동안 조사한 126 lx (40 W) 조도의 처리구에 대해 대조구와 알리신 성분 함량 증폭효과에 대한 유의성 검증 실험을 수행하였다. Table 2에 대조구와 처리구별 알리신 성분 함량 및 t-검증을 통한 유의성 통계값을 나타내었다.
- 광 조사 처리 후 대조구에 비해 알리신 성분 함량의 변화가 가장 큰 2개의 처리구에 대해 각각 깐마늘 시료 50쪽을 5봉지에 나누어 담아서 대조구 5봉지와의 유의성 검증실험을 광 조사 시험 장치를 사용하여 저온저장고 내에서 실시하였다. 각각의 봉지는 3반복씩 측정되었으므로 처리구당 총 15개의 데이터를 바탕으로 대조구와 처리구와의 t-검증(t-Test)을 실시하였다.
- 광 조사 처리된 마늘 시료의 알리신 성분 함량 측정은 (재)남해마늘연구소에 의뢰하여 분석하였다. 분석에 사용된 표준 알리신은 LTK Laboratories Inc.
- 광 조사 처리에 의한 마늘 알리신 성분 함량 증폭 효과를 분석한 후 적정 광 조사 조건을 선정하기 위한 실험을 수행하였다. 광 조사 시험은 광 조사 시험 장치를 사용하여 1 ℃ 온도, 78 %의 상대습도인 저온저장고 내에서 실시하였으며, 광 조사 처리후 처리구당 10쪽씩의 깐 마늘을 채취하여 멸균 지퍼백에 0∼5 ℃의 저온에 보관한 후 알리신 함량을 분석하였다.
- 다양한 조건의 광을 마늘 시료에 조사하기 위해 시험 장치를 Fig. 1과 같이 제작하여 실험하였다. 광이 조사되는 챔버의 규격은 1,370×1,370×850 (L×W×H) mm 로 하여 제작하였으며, 25 mm 사각 앵글로 뼈대를 구성하고 광을 조사하는 챔버 부분은 알미늄판을 사용하였다.
- UV-A와 UV-B등은 40 W, UV-C등은 60W 의 전력으로 실험하였으며, 광원과 마늘 시료와의 거리는 400 mm와 700 mm의 두 조건으로 하였다. 대조구로 사용한 마늘은 10쪽씩 총 8봉지를 각각 3반복 측정한 데이터를 전체 평균하여 처리구별 알리신 성분 함량 변화값과 비교하도록 하였다.
- 분석용 컬럼은 Watchers 120 ODS-BP (5 μm. 4.6 mm × 250 mm, Watchers, Isu industry Co, Seoul, Korea)을 이용하였으며, 이용 용매는 Acetonitrile과 Water (0.1% acetic acid)를 이용하였고, A:W=30:70에서 시작하여 순차적으로 10 분간 A:W=60:40으로 30 분까지 A:W=80:20 으로 조절하였으며 컬럼 온도는 30 ℃를 유지하였다.
- 시료 전처리를 위해 시료 30 g에 3차 증류수 300 ml를 가해 파쇄 후 1시간 추출한 다음 0.45 μm syringe filter를 이용하여 여과 후 알리신의 함량을 HPLC (Agilent1260, Agilent technologies Inc, Santa Clara, USA)을 이용하여 분석을 실시하였다.
- 01 ∼199,900 lx 대의 조도를 측정할 수 있는 조도계(IM-3, Topcon, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 자외선은 UV-A, UV-B, UV-C 세가지 광원에 대한 파장이 모두 다르므로, 각각의 광원에 맞는 센서 및 측정기를 사용하였다. UV-A 광원의 강도는 320∼390 nm 대의 파장의 강도를 측정할 수 있는 UVA LIGHT METER(UVA-365, Lutron Electronics Co, Coopersburg, USA)를 사용하여 측정하였다.
- 광이 조사되는 챔버의 규격은 1,370×1,370×850 (L×W×H) mm 로 하여 제작하였으며, 25 mm 사각 앵글로 뼈대를 구성하고 광을 조사하는 챔버 부분은 알미늄판을 사용하였다. 챔버 상부 천장에 형광등, 컬러등, 자외선등을 설치할 수 있도록 소켓과 안정기를 장착하였으며, 시험 조건에 따라 천장 알미늄판을 교체하여 부착할 수 있도록 하였다. 광원과 시료와의 거리 조절을 위해서 시료가 적재되는 알미늄판은 하부에 높이를 조절 할 수 있는 받침을 괴어서 상하로 이동할 수 있도록 하였다.
- 형광등 광원의 경우에는 6, 24, 48시간의 광 조사 시간과 30 W(마늘과 광원의 거리 600 mm), 40 W(마늘과 광원의 거리 700 mm) 광원 전력의 처리구로 하여 실험하였다. 컬러등 광원의 경우에는 6, 24, 48시간의 광 조사 시간과 40 W의 광원 전력의 처리구로 하였으며, 컬러등의 종류별 광원과 마늘 시료와의 거리는 청색 700 mm, 녹색 600 mm, 황색 600 mm, 적색 700 mm로 하여 실험하였다. 자외선등의 경우에는 UV-A와 UV-B등의 처리 시간은 15초, 30초, 1시간, 3시간으로 하였고, UV-C등의 처리 시간은 15초, 30초 1시간으로 하였다.
- DAD 검출기를 이용하여 210 nm에서 확인 정량하였다. 표준물질인 알리신을 동일한 조건에서 분석하여 표준곡선을 작성하여 정량하였다. 모든 항목은 3회 이상 반복하여 실험을 실시하였으며, 결과는 mean±S.
- 형광등 광원의 경우에는 6, 24, 48시간의 광 조사 시간과 30 W(마늘과 광원의 거리 600 mm), 40 W(마늘과 광원의 거리 700 mm) 광원 전력의 처리구로 하여 실험하였다. 컬러등 광원의 경우에는 6, 24, 48시간의 광 조사 시간과 40 W의 광원 전력의 처리구로 하였으며, 컬러등의 종류별 광원과 마늘 시료와의 거리는 청색 700 mm, 녹색 600 mm, 황색 600 mm, 적색 700 mm로 하여 실험하였다.
- 형광등과 컬러등 광원의 강도는 0.01 ∼199,900 lx 대의 조도를 측정할 수 있는 조도계(IM-3, Topcon, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 마늘은 국내 한지형 마늘의 주요 산지인 의성에서 2011년 6월에 수확되어 예건 후 줄기가 잘린 구의 형태로 저온저장고에서 저장된 것을 11월에 구입하여 사용하였다. 광 조사 조건 선정시험에서는 11월에 구입한 마늘 시료를 11월 말과 12월 중순 사이에 실험하였으며, 유의성 검증을 위한 시험에서는 구입한 마늘을 구의 형태로 0℃의 통풍이 잘 되는 저온저장고에서 익년 5월 하순까지 저장하여 깐 마늘 형태로 실험에 사용하였다.
- 광이 조사되는 챔버의 규격은 1,370×1,370×850 (L×W×H) mm 로 하여 제작하였으며, 25 mm 사각 앵글로 뼈대를 구성하고 광을 조사하는 챔버 부분은 알미늄판을 사용하였다.
- 본 실험에 사용한 마늘은 국내 한지형 마늘의 주요 산지인 의성에서 2011년 6월에 수확되어 예건 후 줄기가 잘린 구의 형태로 저온저장고에서 저장된 것을 11월에 구입하여 사용하였다. 광 조사 조건 선정시험에서는 11월에 구입한 마늘 시료를 11월 말과 12월 중순 사이에 실험하였으며, 유의성 검증을 위한 시험에서는 구입한 마늘을 구의 형태로 0℃의 통풍이 잘 되는 저온저장고에서 익년 5월 하순까지 저장하여 깐 마늘 형태로 실험에 사용하였다.
- 광 조사 처리된 마늘 시료의 알리신 성분 함량 측정은 (재)남해마늘연구소에 의뢰하여 분석하였다. 분석에 사용된 표준 알리신은 LTK Laboratories Inc. (Wako, Japan)로부터 구입하였으며, 또한 추출 및 분석에 사용된 유기용매는 특급시약을 구입하여 사용하였다.
- 자외선 UV-A등과 UV-B등은 40 W 램프 1개로 하여 장착할 수 있게 하였으며, UV-C등은 20 W 램프 3개를 배열하여 60 W로 장착할 수 있게 하였다. 자외선등의 파장대는 UV-A등의 경우 360 nm 부근에서 피크를 갖는 형광체를 사용한 등을 사용하였고, UV-B등의 경우 피크파장이 306 nm인램프를 사용하였으며, UV-C등은 공기살균용으로 사용되는 살균력이 가장 강한 253.7 nm 대의 피크파장을 갖는 램프를 사용하였다.
데이터처리
- 광 조사 처리 후 대조구에 비해 알리신 성분 함량의 변화가 가장 큰 2개의 처리구에 대해 각각 깐마늘 시료 50쪽을 5봉지에 나누어 담아서 대조구 5봉지와의 유의성 검증실험을 광 조사 시험 장치를 사용하여 저온저장고 내에서 실시하였다. 각각의 봉지는 3반복씩 측정되었으므로 처리구당 총 15개의 데이터를 바탕으로 대조구와 처리구와의 t-검증(t-Test)을 실시하였다. 반복 대조구와 처리구와의 알리신 성분 함량 평균값의 유의성(p<0.
- 반복 대조구와 처리구와의 알리신 성분 함량 평균값의 유의성(p<0.05)을 검증하기 위해 SAS (version 9.2, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 분석하였다.
성능/효과
- 1개월 후의 중량감모율을 조사했을 때 중량감모율의 범위는 0.44∼0.6% 이었고 대조구와 비교하여 최고 0.16% 차이를 나타내어 특별히 광 처리에 의한 중량감모는 영향이 적은 것으로 판단된다.
- 4에 나타내었다. UV-A등의 경우에는 700 mm 광원 거리에서 0.424 W/m2 (40 W) 강도의 처리구에서는 대조구에 비해 함량변화가 증가되지 않은 것으로 나타났으며, 400 mm 광원 거리에서 0.424 W/m2 (40 W) 강도로 30초간 조사한 처리구에서 알리신 함량이 가장 높은 것으로 나타났다. UV-B등의 알리신 함량 변화는 Fig.
- UV-B등을 지연시간 없이 15초간 0.135 W/m2의 강도로 조사했을 때 분석된 알리신 함량의 15회 평균값은 16.74 mg/g 으로 나타났으며, 대조구인 16.07 mg/g 보다 4.2배 증폭된 값을 나타내었다(p<0.05).
- UV-B등을 켜고 15분간 지연시켜 예열한 후 15초간 0.135 W/㎡의 강도로 마늘에 조사했을 때 분석된 알리신 함량의 15회 평균값은 16.78 mg/g 으로 나타났으며, 대조구에 비해 4.4배 증폭된 값을 나타내어 미량의 추가 증폭효과가 있는 것으로 나타났다(p<0.05).
- 가장 높은 함량 변화를 보인 처리구는 대조구 평균값에 비해 10%가 향상된 UV-B 등의 700 mm 광원 거리에서 15초 동안 조사한 0.129 W/m2 (40 W) 강도의 처리구와 적색등의 700 mm 광원 거리에서 24시간 동안 조사한 126 lx (40 W) 조도의 처리구이며, 각각의 알리신 함량 변화는 15.15±0.25 mg/g 과 15.15±0.34 mg/g으로 나타났다.
- 광 조사 처리한 마늘의 1개월 후의 색차(ΔE) 범위는 12.48∼12.71 였고 대조구와 비교하여 최고 0.37 값의 차이를 나타내어 광 처리에 의한 색변화도 영향이 적은 것으로 판단된다.
- 그러나 마늘 수확 후 5개월 후에 실험한 결과는 대조구(13.77±0.95 mg/g)에 비해 10% 증폭되고 수확 후 11개월 후에 실험한 결과는 대조구(16.07±0.65 mg/g)에 비해 4.5% 증폭된 것으로 나타나 마늘의 저장 기간이나 품질 상태에 따라서 증폭효과도 차이가 있을 것으로 사료된다.
- 깐 마늘에 형광등, 컬러등(녹색, 황색, 청색, 적색), 자외선등(UV-A, UV-B, UV-C) 등을 다양한 조건으로 조사 했을 때, 알리신 성분의 함량이 가장 많이 증가한 처리구는 UV-B 자외선등으로 700 mm 광원 거리에서 15초 동안 조사한 0.129 W/㎡ (40 W) 강도의 처리구와 적색등의 700 mm 광원 거리에서 24시간 동안 조사한 126 lx (40 W) 조도의 처리구이며, 각각의 알리신 함량 변화는 15.15±0.25 mg/g 과 15.15±0.34 mg/g 으로 나타나 대조구에 비해 10%의 증폭효과가 나타났다.
- 3에 나타내었다. 대조구 평균값에 비해 시간과 조도값에 비례해서 알리신 함량이 일정하게 증가되는 처리구는 녹색등 처리구로 나타났으며 단순회귀 결과 결정계수가 0.91로 나타났다. 컬러등의 경우 가장 높은 함량 변화를 보인 처리구는 적색등의 700 mm 광원 거리에서 24시간 동안 조사한 126 lx (40 W) 조도의 처리구로 나타났다.
- 대조구로 사용한 마늘의 8봉지의 평균 알리신 함량은 13.77±0.95 mg/g 으로 나타났다.
- 34 mg/g 으로 나타나 대조구에 비해 10%의 증폭효과가 나타났다. 또한 이들 두 처리구에 대해 광 조사 처리를 하지 않은 마늘과의 유의성 검증 결과, 5% 이하의 유의수준에서 광 조사 미처리구에 비해서 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 광조사 처리에 의한 마늘의 알리신 등의 기능성 성분이 증폭될 수 있는 것으로 판단되며, 대량으로 마늘의 기능성을 향상 시킬 수 있는 처리장치의 개발 등으로 산업화 할 수 있을 것으로 판단된다.
- 2에는 대조구와 형광등을 조사했을 때의 알리신 함량 변화를 나타내었다. 형광등의 경우는 광의 조도가 높고, 조사 시간이 길어질수록 함량변화는 큰 것으로 나타났으며, 가장 높은 함량의 변화를 나타낸 처리구는 600 mm 광원 거리에서 48시간 동안 조사한 418.4 lx (30 W) 조도의 처리구로 나타났다. 컬러등의 알리신 함량 변화는 Fig.
후속연구
- 또한 이들 두 처리구에 대해 광 조사 처리를 하지 않은 마늘과의 유의성 검증 결과, 5% 이하의 유의수준에서 광 조사 미처리구에 비해서 차이가 있는 것으로 나타났다. 따라서, 이러한 광조사 처리에 의한 마늘의 알리신 등의 기능성 성분이 증폭될 수 있는 것으로 판단되며, 대량으로 마늘의 기능성을 향상 시킬 수 있는 처리장치의 개발 등으로 산업화 할 수 있을 것으로 판단된다.
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