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문제 정의
- 본 연구에서는 국내에서 재배한 아로니아에 함유되어 있는 안토시아닌 색소의 안정성을 각종 저장 및 가공조건에서 측정하고 실제 가공 및 저장에 사용할 수 있는 조건을 탐색하였다. 본 연구에서는 아로니아 색소의 이용확대 및 식용색소로 이용하기 위한 기초 자료를 얻고자 pH, 당, 유기산, ascorbic acid가 아로니아에서 에탄올로 추출한 안토시아닌 색소의 안정성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 본 연구에서는 국내에서 재배한 아로니아에 함유되어 있는 안토시아닌 색소의 안정성을 각종 저장 및 가공조건에서 측정하고 실제 가공 및 저장에 사용할 수 있는 조건을 탐색하였다. 본 연구에서는 아로니아 색소의 이용확대 및 식용색소로 이용하기 위한 기초 자료를 얻고자 pH, 당, 유기산, ascorbic acid가 아로니아에서 에탄올로 추출한 안토시아닌 색소의 안정성에 미치는 영향을 조사하였다.
- 유기산에 대한 아로니아 수용액의 안정성을 알아보았다. 유기산으로 인한 pH의 감소를 방지하기 위하여 1 M glycine 완충용액(pH 3.
제안 방법
- pH 3.0 Macllvaine 완충용액을 이용하여 제조한 10% 아로니아 수용액을 4, −20 및 −75℃에서 10주 동안 저장하면서 1주일 간격으로 아로니아 색소의 안정성을 측정하였다(Fig. 3).
-
가열, 저장온도 및 저장기간에 대한 안정성 평가
가열온도와 시간에 따른 아로니아 색소의 안정성을 알아보기 위해 pH 3.0의 Macllvaine 완충용액을 사용하여 10% 아로니아 수용액을 제조하여 15 mL cap test tube에 10 mL씩 넣어 밀봉하였다. 각각의 시료를 30, 60, 및 100 항온기에 5시간 동안 보관하면서 30분 간격으로 꺼내 차가운 물에 냉각시킨 후, 514 nm에서 microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.
- 0으로 조절하였다. 각 pH별로 아로니아즙을 첨가하여 10% 수용액을 제조하고, microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.)를 이용하여 450-850 nm 범위에서 각 pH에서의 흡수스펙트럼을 측정하여 최대 흡수파장을 알아보았다.
- 1 M 농도로 넣은 후, pH를 재조정하였다. 각 시료의 흡광도를 514 nm에서 측정하여 유기산의 농도에 따른 색소의 안정성을 평가하였다.
- 0 M이 되도록 용해시켰다. 각각의 시료는 514 nm에서 microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.)를 이용하여 흡광도를 측정하여 당의 종류 및 농도에 따른 색소의 강도를 비교하였다. 이들 중에서 색소의 강도가 가장 높은 0.
- 0의 Macllvaine 완충용액을 사용하여 10% 아로니아 수용액을 제조하여 15 mL cap test tube에 10 mL씩 넣어 밀봉하였다. 각각의 시료를 30, 60, 및 100 항온기에 5시간 동안 보관하면서 30분 간격으로 꺼내 차가운 물에 냉각시킨 후, 514 nm에서 microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.)를 이용하여 흡광도의 변화를 측정하였다.
- 각각의 시료를 4, −20, −75℃에서 10주 동안 보관하면서 1주 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하여 저장 중 색소의 안정성을 알아보았다.
- 1 M 농도의 아로니아 수용액을 선택하여 저장기간에 따른 색소의 안정성을 조사하였다. 각종 당을 종류별로 첨가한 아로니아 수용액을 cap test tube에 넣고 밀봉하여 5일동안 4℃에 보관하면서 24시간 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
- 05 M의 아로니아 수용액을 대상으로 저장기간에 따른 아로니아 수용액 색소의 안정성을 조사하였다. 각종 유기산을 종류별로 첨가한 아로니아 수용액을 cap test tube에 넣고 밀봉하여 5일 동안 4℃에 보관하면서 24시간 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
- 냉장 및 냉동온도에서 장기저장에 따른 아로니아 색소의 안정성을 알아보기 위하여 pH 3.0의 Macllvaine 완충용액에 10% 아로니아 수용액을 제조하여 15 mL 캡튜브에 10 mL씩 넣어 밀봉하였다. 각각의 시료를 4, −20, −75℃에서 10주 동안 보관하면서 1주 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하여 저장 중 색소의 안정성을 알아보았다.
- 빛의 영향을 알아보기 위해 pH 3.0의 Macllvaine 완충용액을 사용하여 제조한 10% 아로니아 수용액을 cap test tube에 넣고 밀봉하였다. 시료의 일부는 일광에 노출시키면서 상온에 보관하였고, 일부는 알루미늄 호일에 싸서 암소에 보관하면서 수용액의 흡광도 변화를 514 nm에서 microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.
- 아로니아 색소 안정성에 대한 pH의 영향을 알아보기 위하여 Macllvaine 완충용액을 사용하여 pH를 3.0, 4.0, 5.0, 6.0 및 7.0으로 조절하였다. 각 pH별로 아로니아즙을 첨가하여 10% 수용액을 제조하고, microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd.
- 아로니아 색소의 당에 대한 안정성을 측정하기 위해 농도를 달리하여 제조한 galactose, glucose, maltose, fructose, sucrose 용액을 첨가한 후에 아로니아 색소의 흡광도를 측정하였다(Fig. 5). 아로니아에 galactose, glucose를 첨가했을 때는 농도에 따른 흡광도의 변화가 거의 없었으나 maltose, fructose 및 sucrose는 농도가 증가함에 따라 흡광도가 감소하는 경향을 보여 안토시아닌 색소의 안정성은 당의 종류에 따라서도 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 아로니아 유래 안토시아닌 색소의 pH, 온도, 저장기간, 빛, 당및 유기산에 대한 안정성을 조사하였다. 아로니아 색소는 pH 3.
- 아로니아 즙 100 µL를 적절한 농도로 희석하여 pH 1 완충용액 1,900 µL와 pH 4.5 완충용액 1,900 µL를 각각 첨가하여 vortexing 한 후, 520와 700 nm에서 microplate reader (Infinite M200 Pro, Tecan Group Ltd., San Jose, CA, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였다.
- 아로니아에서 추출한 안토시아닌 색소의 안정성에 미치는 pH의 영향을 조사하기 위하여 아로니아즙에 pH 3.0-7.0로 조절한 각각의 완충용액을 첨가하여 10% 수용액을 조제한 후, 450-850 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다(Fig. 1). Fig.
- 아로니아에서 추출한 안토시아닌 색소의 유기산에 대한 안정성을 알아보기 위해 ascorbic acid, citric acid, formic acid, malic acid 및 tartaric acid를 각각 10, 50 및 100 mM 첨가 후 색소의 변화를 측정하였다(Fig. 7). 유기산의 종류 및 농도는 아로니아 유래 안토시아닌 색소의 안정성에 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 아로니아즙을 Macllvaine 완충용액(0.1 M citric acid+0.2 M Na2HPO4)과 혼합하여 10% 수용액을 제조하여 각 항목에 대한 안정성을 평가하였다. 유기산에 대한 안정성 평가에서는 Macllvaine 완충용액에 함유된 citric acid로 인해 pH 감소가 나타날 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 1 M glycine 완충용액(pH 3.
- 2 M Na2HPO4)과 혼합하여 10% 수용액을 제조하여 각 항목에 대한 안정성을 평가하였다. 유기산에 대한 안정성 평가에서는 Macllvaine 완충용액에 함유된 citric acid로 인해 pH 감소가 나타날 수 있으므로 이를 방지하기 위하여 1 M glycine 완충용액(pH 3.0)을 사용하였다.
- 유기산에 대한 아로니아 수용액의 안정성을 알아보았다. 유기산으로 인한 pH의 감소를 방지하기 위하여 1 M glycine 완충용액(pH 3.0)에 아로니아즙을 첨가하였고, 완충용액의 완충능을 유지할 수 있도록 5종의 유기산(acetic acid, citric acid, formic acid, malic acid, tartaric acid)을 0.01, 0.05, 0.1 M 농도로 넣은 후, pH를 재조정하였다. 각 시료의 흡광도를 514 nm에서 측정하여 유기산의 농도에 따른 색소의 안정성을 평가하였다.
- 이들 중에서 색소의 강도가 가장 높았던 유기산 0.05 M의 아로니아 수용액을 대상으로 저장기간에 따른 아로니아 수용액 색소의 안정성을 조사하였다. 각종 유기산을 종류별로 첨가한 아로니아 수용액을 cap test tube에 넣고 밀봉하여 5일 동안 4℃에 보관하면서 24시간 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
- )를 이용하여 흡광도를 측정하여 당의 종류 및 농도에 따른 색소의 강도를 비교하였다. 이들 중에서 색소의 강도가 가장 높은 0.1 M 농도의 아로니아 수용액을 선택하여 저장기간에 따른 색소의 안정성을 조사하였다. 각종 당을 종류별로 첨가한 아로니아 수용액을 cap test tube에 넣고 밀봉하여 5일동안 4℃에 보관하면서 24시간 간격으로 514 nm에서 흡광도의 변화를 측정하였다.
- 저장기간에 따른 각종 당에 대한 아로니아 색소의 안정성을 알아보기 위해 본 실험에서 안토시아닌 색소의 안정성이 가장 우수했던 0.1 M의 각 당류 용액을 첨가한 후 흡광도의 변화를 5일 동안 측정하였다(Fig. 6). 전반적으로 저장기간이 길어짐에 따라 모든 당류에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 관찰하였다.
- 저장기간에 따른 각종 유기산에 대한 아로니아 색소의 안정성을 알아보기 위해 본 실험에서 안토시아닌 색소의 안정성이 가장 우수했던 50 mM의 각 유기산 용액을 첨가한 후 흡광도의 변화를 5일 동안 측정하였다(Fig. 8).
- 6). 전반적으로 저장기간이 길어짐에 따라 모든 당류에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 관찰하였다. 첨가한 당의 종류에 따른 색소 강도는 당의 첨가 직후는 glucose, galactose, fructose, maltose 및 sucrose 순이었으나, 저장 5일 후에는 maltose, galactose, sucrose, glucose 및 fructose 순으로 낮은 색소의 잔존율을 보였다.
- 0 완충용액을 이용하여 제조한 아로니아 10% 수용액을 제조하였다. 제조된 용액을 30, 60 및 100℃에서 300분간 저장하면서 30분 간격으로 아로니아 색소의 흡광도를 측정하면서 온도에 대한 안정성을 확인하였다. 가열온도가 높아지고 가열시간이 길어질수록 아로니아 색소의 안정성은 감소하는 경향을 나타냈다(Fig.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 아로니아(Aronia melanocarpa)는 2012년 8월 말에 경북 영천의 아로니아 재배 농장에서 수확한 것을 직접 구입하였다. 깨끗이 세척한 아로니아를 food processor (Phillips Electronics, Seoul, Korea)를 이용하여 곱게 마쇄한 후, 3겹의 거즈로 여과하여 얻은 즙을 −20℃에서 보관하면서 사용하였다.
- 깨끗이 세척한 아로니아를 food processor (Phillips Electronics, Seoul, Korea)를 이용하여 곱게 마쇄한 후, 3겹의 거즈로 여과하여 얻은 즙을 −20℃에서 보관하면서 사용하였다. 완충용액 제조 및 분석용 시약은 Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis MO, USA)로부터 구입하였고, 그 밖의 모든 시약은 분석에 적합한 특급시약을 사용하였다.
데이터처리
- 실험결과에 대한 통계처리는 SPSS software package (Version 17.0)를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 처리군 간의 유의성에 대한 검증은 ANOVA를 이용하여 유의성을 확인한 후, p<0.05 수준에서 Duncan’s multiple test를 이용하여 분석하였다.
이론/모형
- , San Jose, CA, USA)를 이용하여 흡광도를 측정하였다. 총 안토시아닌 함량은 Giusti와 Wrolstad의 방법(22)에 의해 계산하였다.
성능/효과
- 63% 감소하였다. 30℃에서는 비교적 안정성이 높게 나타났으며 가열하기 전에 비해 150과 300분이 경과하면서 아로니아 색소는 초기에 비해 각각 11.27와 21.70% 감소하였다.
- 1). Fig. 1과 같이 pH 3.0에서 가장 높은 흡수스펙트럼을 나타냈으며 특히, 514 nm에서 가장 높은 흡광도를 보였다. pH 4.
- 제조된 용액을 30, 60 및 100℃에서 300분간 저장하면서 30분 간격으로 아로니아 색소의 흡광도를 측정하면서 온도에 대한 안정성을 확인하였다. 가열온도가 높아지고 가열시간이 길어질수록 아로니아 색소의 안정성은 감소하는 경향을 나타냈다(Fig. 2). 100℃에서 가열한 경우는 색소의 파괴가 급격히 나타나 150과 300분이 경과하면서 아로니아 색소는 가열하기 전에 비해 각각 60.
- 3). 냉동 온도에서 저장한 경우에는 저장기간이 경과하여도 아로니아 색소가 비교적 안정하였으나 4℃의 냉장온도에서는 저장기간이 경과함에 따라 아로니아 색소가 감소하는 경향을 보였다. 아로니아 수용액을 −75℃ 저장한 경우, 색소의 안정성이 다른 저장온도에 비해 비교적 높게 나타났다.
- 1 M 당을 첨가시 색소의 강도는 maltose, galactose, sucrose, glucose 및 fructose 순으로 낮은 색소의 잔존율을 보였다. 아로니아 색소는 50 mM 농도의 유기산의 존재하에서 가장 안정하였으며 저장기간이 길어짐에 따라 첨가한 모든 유기산에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 나타냈다. 이상의 결과는 향후 아로니아를 활용한 가공식품 및 천연 식품색소 개발을 위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
- 아로니아 유래 안토시아닌 색소의 pH, 온도, 저장기간, 빛, 당및 유기산에 대한 안정성을 조사하였다. 아로니아 색소는 pH 3.0에서 가장 안정하고 높은 흡수스펙트럼을 나타냈고 pH 4.0-7.0으로 증가함에 따라 색소의 강도가 감소하였다.
- 아로니아 색소는 고온에서 장시간 가열할수록 색소의 안정성은 감소하는 경향을 나타냈으며 암실보다는 일광에 노출하였을 때 색소의 파괴가 급격히 나타났다. 아로니아 색소는 냉동 온도에서 저장한 경우에는 저장기간이 경과하여도 비교적 안정하였으나 냉장온도에서는 저장기간이 경과함에 따라 아로니아 색소가 감소하는 경향을 보였다.
- 아로니아 색소는 고온에서 장시간 가열할수록 색소의 안정성은 감소하는 경향을 나타냈으며 암실보다는 일광에 노출하였을 때 색소의 파괴가 급격히 나타났다. 아로니아 색소는 냉동 온도에서 저장한 경우에는 저장기간이 경과하여도 비교적 안정하였으나 냉장온도에서는 저장기간이 경과함에 따라 아로니아 색소가 감소하는 경향을 보였다. 아로니아 색소에 당을 첨가한 경우 색소의 강도가 전반적으로 감소하였고, 0.
- 아로니아 색소는 냉동 온도에서 저장한 경우에는 저장기간이 경과하여도 비교적 안정하였으나 냉장온도에서는 저장기간이 경과함에 따라 아로니아 색소가 감소하는 경향을 보였다. 아로니아 색소에 당을 첨가한 경우 색소의 강도가 전반적으로 감소하였고, 0.1 M 당을 첨가시 색소의 강도는 maltose, galactose, sucrose, glucose 및 fructose 순으로 낮은 색소의 잔존율을 보였다. 아로니아 색소는 50 mM 농도의 유기산의 존재하에서 가장 안정하였으며 저장기간이 길어짐에 따라 첨가한 모든 유기산에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 나타냈다.
- 아로니아 즙에 함유되어 있는 총 안토시아닌 함량은 100 mL당 cyanidin-3-glucoside를 기준으로 0.0908 mg으로 나타났다. 아로니아는 다른 베리류에 비해 더 많은 안토시아닌을 함유하고 있으며, cyanidin-3-glucoside, cyanidin-3-galactoside, cyanidin-3-arabinoside, cyanidin-3-xyloside 등의 안토시아닌을 함유하고 있는 것으로 보고되고 있다(21,23).
- 5). 아로니아에 galactose, glucose를 첨가했을 때는 농도에 따른 흡광도의 변화가 거의 없었으나 maltose, fructose 및 sucrose는 농도가 증가함에 따라 흡광도가 감소하는 경향을 보여 안토시아닌 색소의 안정성은 당의 종류에 따라서도 영향을 받는 것으로 나타났다.
- 본 실험의 결과는 안토시아닌 색소를 함유한 적색무, 사워체리, 블랙베리, 콩코드 포도, 적색양배추 등을 가열하였을 때 가열시간에 비례하여 안토시아닌 색소가 급격히 파괴된다는 선행연구와 일치하였다(27-29). 안토시아닌이 풍부한 티보치나(Tibouchina semidecandra L.)를 25와 31℃에서 저장하면서 안토시아닌의 안정성을 관찰하였으며 25℃에서 저장한 경우 총 안토시아닌 색소의 감소율은 31℃에서 저장한 경우보다 7-20% 낮음을 확인하였다. 안토시아닌은 온도에 매우 민감하여 10-30℃에서는 비교적 안정하나 40℃ 이상에서는 색소의 파괴가 일어나고 고온에서는 glycoside 결합의 가수분해가 일어나 chalcone, α-diketone 등을 생성하는 것으로 알려져 있다(30).
- 유기산의 종류 및 농도는 아로니아 유래 안토시아닌 색소의 안정성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 유기산의 농도가 10과 100 mM에 비해 50 mM에서 흡광도가 가장 높게 나타나 아로니아 유래 안토시아닌 색소는 50 mM의 유기산에서 안정함을 확인하였다. 이는 오디(12), 꽃베고니아(13), 유색미(15) 등에서 측정한 유기산에 대한 안토시아닌의 안정성 결과와 유사하였다.
- 7). 유기산의 종류 및 농도는 아로니아 유래 안토시아닌 색소의 안정성에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 유기산의 농도가 10과 100 mM에 비해 50 mM에서 흡광도가 가장 높게 나타나 아로니아 유래 안토시아닌 색소는 50 mM의 유기산에서 안정함을 확인하였다.
- Citric acid는 50과 100 mM에서 안정하였다. 이러한 결과를 통해 아로니아 색소의 안정성을 유지하기 위해 유기산을 첨가할 경우에는 50 mM 정도를 첨가하는 것이 좋을 것으로 판단된다.
- 4와 같다. 일광에서는 안토시아닌 색소가 저장 1일째부터 25.40%나 감소하였고, 저장 2일에서는 50.21%의 감소를 나타낸 반면에 암실에서는 10일째까지 지속적으로 색도 강도가 감소하였다. 이러한 결과로 볼 때, 아로니아에서 추출한 안토시아닌 색소는 일광에 대한 안정성이 매우 낮으며, Lee 등(31)이 보고한 자색고구마의 광에 대한 안정성과 거의 유사한 결과를 나타냈다.
- 전반적으로 저장기간이 길어짐에 따라 모든 유기산에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 나타냈으며 전반적으로 저장기간이 길어짐에 따라 모든 유기산류에서 색소의 강도가 감소하였다. 첨가한 유기산의 종류에 따른 색소 강도는 citric acid, tartaric acid, malic acid, formic acid 및 ascorbic acid의 순으로 낮은 색소의 잔존율을 나타냈다.
- 아로니아 수용액을 −75℃ 저장한 경우, 색소의 안정성이 다른 저장온도에 비해 비교적 높게 나타났다. 즉, 저장 초기에 비해 5주 및 10주가 경과하여도 아로니아 색소의 감소율은 저장 전에 비해 각각 6.86%와 9.98%로 비교적 낮았다. −20℃에서의 저장은 4℃에 비해 색소의 파괴가 적었으나, −75℃ 저장에 비해서는 파괴정도가 다소 높았다.
- 이러한 결과는 오디 색소에 대한 당류의 영향을 조사한 결과 maltose, sucrose, fructose 첨가 시 색소의 강도가 현저하게 감소되었다는 결과와 유사하였다(12). 첨가한 당의 농도가 낮을 때는 비교적 높은 흡광도를 보였으나, 당의 농도가 증가함에 따라 흡 광도가 현저하게 감소하는 것으로 나타났다. 이는 오디(12), 꽃베고니아(13), 유색미(15) 등에서 저농도에 비해 고농도의 당류를 첨가하였을 때 안토시아닌 색소의 감소가 크게 나타난 선행연구의 결과와 유사하였다.
- 전반적으로 저장기간이 길어짐에 따라 모든 당류에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 관찰하였다. 첨가한 당의 종류에 따른 색소 강도는 당의 첨가 직후는 glucose, galactose, fructose, maltose 및 sucrose 순이었으나, 저장 5일 후에는 maltose, galactose, sucrose, glucose 및 fructose 순으로 낮은 색소의 잔존율을 보였다.
후속연구
- 24% 감소하였다. 따라서 아로니아를 장기간 저장하는 경우는 최대한 낮은 온도에서 냉동 저장하는 것이 안토시아닌 색소의 안정성을 유지하고 잔존율을 높이는데 도움이 될 것으로 사료된다.
- 동일한 안토시아닌이라 할지라도 식물체의 종류 및 색소가 함유되어 있는 세포 내의 pH에 따라 색상이 다르게 나타난다(26). 아로니아는 안토시아닌 함량이 풍부하여 향후 천연색소로 식품에 적용할 가능성이 매우 높으므로 pH에 따른 색소의 안정성 및 고유한 색소를 유지하기 위한 최적 pH를 고려해야 할 것으로 사료된다.
- 본 결과는 당에 대한 유색미, 오디 안토시아닌 색소의 안정성 결과와 다소 차이가 있는데 이는 각 식물체의 matrix 별로 안토시아닌 측 쇄에 연결된 당의 종류가 다르기 때문으로 사료된다(31,32). 아로니아에 당을 첨가하여 가공제품 등을 만들 때 이 점을 본 결과를 고려하여 사용할 당의 종류 및 농도를 선택할 필요가 있을 것으로 사료된다.
- 아로니아 색소는 50 mM 농도의 유기산의 존재하에서 가장 안정하였으며 저장기간이 길어짐에 따라 첨가한 모든 유기산에서 색소의 강도가 감소하는 경향을 나타냈다. 이상의 결과는 향후 아로니아를 활용한 가공식품 및 천연 식품색소 개발을 위한 기초 자료로 활용할 수 있을 것으로 사료된다.
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