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문제 정의
- 황은 아미노산의 구성 성분(integral part)이며 질소대사에 관여하므로, 황 결핍 및 황 시비는 아미노산 조성에 직접적으로 영향을 줄 수 있다(9,10). 따라서, 본 section에서는 황 처리 유무 및 횟수에 따른 양파의 아미노산 조성을 검토하였다(Table 3). Sulfur-4 양파는 황 무처리군인 Control-S와 비교할 때 총 아미노산(total AA)과 필수 아미노산(essential AA)의 절대량이 유의적으로 증가하였으나, 조단백질(total nitrogen contents)에서 관찰되었던 황 처리횟수에 의한 유의적 증가는 관찰되지 않았다(Table 1 & 3).
- 본 연구에서는, 증가된 황 처리 횟수가 thiosulfinate, 황 함유 아미노산(S-containing amino acids)을 포함한 양파의 화학적 조성과 물리적·관능적 품질 특성을 유의적으로 개선시킬 수 있는지를 탐색하였다.
- Table 2의 결과는 (i) 토양에 황을 처리함으로써 작물의 무기질 조성을 개선시킬 수 있으며, (ii) 토양 자체의 무기질 조성이 작물의 무기질 조성에 직접적으로 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 이에 따라, 토양에 황 적정 함량이 유지될 수 있도록 황 시비가 이루어진다면 작물 내부로 황의 기능성이 부가될 가능성을 시사해 주었다.
가설 설정
- 2)Values were not reflected by the dilution with distilled water.
제안 방법
- 사람의 소화효소로 소화되지 않는 난소화성 성분인 식이섬유의 양은 황 처리 횟수의 증가와 함께 증가되는 양상을 나타내었다(Table 1). 본 section에서는 (i) 식이섬유를 이루는 셀룰로스, 리그닌, 펜토산, 수용성 펙틴 등이 식물체 내에서 주로 세포벽을 구성하고 있는 점과, (ii) 세포벽 조성은 식물 유래 식품의 경도에 관여하고, 저작 시 아삭거리는 관능적 특성에 기여할 수 있으므로, 황 처리 증가에 따른 양파의 텍스쳐 변화를 측정하였다(Table 6, Fig. 3). 그 결과, 양파 자체의 단단한 정도를 반영하는 경도(hardness)는 황 처리 횟수에 따라 105.
- 이 중, 본 실험에서 사용된 양파는 3차년도 유황양파로, 양파의 품종은 중만생종, 파종 시기는 2011년 9월1일, 정식 시기는 2011년 11월 1일-11월 3일, 수확은 2012년 6월 말에 실시하였다. 대지를 3개의 구역으로 구분하여, 양파 재배 기간 동안 황(sulfur) 처리 횟수에 따라 (i) 파종 시 토양에 직접 식이유황 MSM을 1회 처리하고, 수확 2달 전에 제독유황을 1회 처리한 군(Sulfur-1), (ii) 파종 시 토양에 직접 MSM을 1회 처리하고, 수확 3달 전부터 수확 1달 전 까지 일정 간격으로 제독 유황을 총 4회 처리한 군(Sulfur-4), (iii) MSM이나 제독유황을 전혀 처리하지 않은 군(Control-S)으로 구별하여 재배하였다(Fig. 1). 한편, 양파의 지역별 재배면적과 생산량을 고려하여 시판 양파들 중 2012년에 생산된 전라남도 양파(Control-M)를 전남 소재의 농협청과로부터 2012년 6월 21일에 구입하여 Control-S와 함께 본 실험의 대조군으로 사용하였다.
- 이 후 spectrophotometer (UV-1650, Shimadzu, Tokyo, Japan)로 412 nm에서 흡광도를 측정하였다. Cysteine을 농도별로 조제하여 얻은 표준검량곡선으로부터 시료 추출물의 총 thiosulfinate 함량을 역산출하였다.
- 25 μm, J&W Technology, Folsom, CA, USA)이 장착된 전자코(GC/SAW Electronic Nose System, Fast GC Analyzer Model 7100, Electronic Sensor Technology, Newbury Park, CA, USA)에 주입하였다. Inlet temperature는 100℃, 검출기는 surface acoustic wave (SAW) quartz microbalance이며, column 초기온도를 40℃로 하고 70℃까지 온도를 증가시키는 temperature gradient 조건으로 분석하였다.
- 유황 처리 횟수가 양파 속 함황 유기물질(sulfur-containing organic compounds)에 미치는 영향을 관찰하고자 양파의 대표적 황 함유 성분인 thiosulfinate를 정량 분석하였다. Thiosulfinate 1분자와 cysteine 2분자가 반응하여 S-alkenyl 혹은 S-alkylmercaptocysteine을 형성하는 원리를 활용하여, 시료에 충분한 양의 cysteine을 첨가하여 시료 속 thiosulfinate와 반응시킨 후, 남은 cysteine을 DTNB와 반응시켜 발색물을 형성시킴으로써, 감소한 cysteine의 함량을 통해 최종적으로 시료의 thiosulfinate 함량을 역정량하였다(16). 총 환원력 측정 시 준비했던 동일한 추출액 0.
- 양파의 물성은 Texture Analyzer (Instron 5542, Instron, Norwood, MA, USA)를 사용하여 2회 반복 압착실험(two-bite compression test)으로 측정하였다. 각 양파 시료는 양파 꼭지를 위로 향하게 양파를 배치한 후 상하로 압착하여 시간에 따른 압착강도의 변화를 관찰하였다. 직경 11 mm의 원형 probe를 사용하여 test speed 3.
- 754 nm)이었다. 각 원소의 농도는, 표준물질의 농도 범위를 0-10 ppm으로 하여, 각 원소 별 standard 3점을 이용하여 표준곡선을 작성한 후 회귀직선 방정식을 이용하여 계산하였다.
- 그룹별 5-7개의 양파를 겉껍질을 제거하고 시료 용기에 담아 가스포집장치로 휘발성 성분을 포집한 후, DB-5 column (1 m×250 μm×0.25 μm, J&W Technology, Folsom, CA, USA)이 장착된 전자코(GC/SAW Electronic Nose System, Fast GC Analyzer Model 7100, Electronic Sensor Technology, Newbury Park, CA, USA)에 주입하였다.
- 농축플라스크에 모은 추출액을 진공농축한 후 0.45 μm syringe filter로 여과 한 후 아미노산 분석기에 주입하였다.
- 무기질 분석은 일정량(0.2 g)의 시료를 취하여 H2O2 7 mL, HNO3 2 mL를 가한 후 마이크로파 시료용해장치(Microwave Digestion System, Ethos Touch Control, Milestone Inc, Sorisole, Italy)를 사용하여 시료를 다음의 온도 조건으로 분해 추출하였다. 먼저 시료의 온도를 3분 동안 85℃까지 상승시키고, 이후 9분 동안 145℃까지 상승 시킨 후, 다시 4분 동안 180℃까지 올려 15분간 유지시켰다.
- 이렇게 건조된 반응물을 첫째, 회화 처리하여 반응물 속의 회분 함량을 산출하였고, 둘째, 효소에 의한 분해단계에서 분해되지 않고 남아있는 시료 속 단백질의 함량을 산출하기 위해, 건조된 반응물의 단백질 함량을 micro-Kieldahl법으로 분석하였다. 반응물의 건조중량에서 회분과 단백질의 함량을 차감함으로써, 시료에 들어 있는 식이섬유의 함량을 산출하였다.
- 본 section에서는, 황 처리 횟수 증가에 따른 양파의 관능적 품질 특성과 그 특성에 대한 기호도 및 종합적 기호도를 평가하였다(Table 7). 5점 척도법으로 평가한 양파의 각 관능 특성의 평점 범위는, 색(color) 2.
- 양파 재배 시 국내 토양에 절대적으로 부족한 황을 처리 횟수를 달리하여 재배·생산한 후, 황 함유 성분(sulfur-containing compounds)을 포함한 양파의 화학적 조성과 물리적·관능적 특성이 개선되었는지를 평가하였다. 선행연구를 토대로, 파종 시 토양에 직접 MSM 식이 유황을 1회 공통 처리하고 수확 2달 전 황을 1회만 추가 처리한 군(Sulfur-1)과 수확 3달 전부터 수확 1달 전 까지 일정 간격으로 황을 총 4회 처리한 군(Sulfur-4)으로 구별하였으며, 황을 전혀 처리하지 않은 군(Control-S)과 타 지역 양파(Control-M)를 비교를 위한 대조군으로 선정하였다. 황 처리 횟수가 증가함에 따라, 수분은 감소하는 경향을, 총 질소로 측정된 조단백질과 무기질 총량인 회분(p<0.
- 조지방 함량은 diethyl ether를 용매로 하여 Soxhlet 장치(E-816, Büchi)를 사용하여 추출하였다. 수분의 경우, 장시간의 건조로 인한 시료의 지나친 열화 및 산화의 가능성을 고려하여 부가적으로 적외선 수분측정기(MB45 Moisture Analyzer, OHAUS, Nanikon, Switzerland)를 이용하여 병행 측정하였다. 탄수화물은 100-(수분+조회분+조단백질+조지방)의 식으로 계산하여 그 값을 표시하였다.
- 5 μmol/mL이었다. 시료 속 아미노산의 함량은 표준용액 1점을 주입하여 얻어진 크로마토그램을 이용하여 농도와 면적의 비례식을 이용하여 계산되었다.
- 아미노산 조성 분석은 양파 재배 기간 중 유황 처리횟수가 함황아미노산(cysteine, cystine, methionine)을 포함한 아미노산들의 함량 및 그 조성에 영향을 줄 수 있는지를 확인하고자, 4종 양파의 구성아미노산과 유리아미노산을 분석하였다. 전처리는 Hitachi 사(Tokyo, Japan)에서 공급한 매뉴얼에 수록된 방법을 일부 변형하여 수행하였다(Instruction manual, Hitachi, 2001).
- 양파 꼭지를 중심으로 양파를 세로로 잘라 시료를 준비한 후, 그 단면의 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness)를 색차계(CR-400, Konica Minolta Sensing, Osaka, Japan)를 사용하여 측정하였다. 표준 백색판을 이용하여 calibration 한 후, L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 −80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 −70(청색)에서 70(황색)의 범위에서 시료의 색도를 측정하였다.
- 양파 재배 시 국내 토양에 절대적으로 부족한 황을 처리 횟수를 달리하여 재배·생산한 후, 황 함유 성분(sulfur-containing compounds)을 포함한 양파의 화학적 조성과 물리적·관능적 특성이 개선되었는지를 평가하였다.
- 양파 추출액 준비를 위해, Park 등(2)의 선행연구를 참조하여 phenol, thiosulfinate 등 양파의 기능성분 함량이 가장 높았던 추출조건을 본 실험에 적용하였다. 즉, 세절한 양파 5 g을 취하고 60% 에탄올을 첨가하여 shaking water bath (BS21, Jeio Tech, Daejeon, Korea)에서 25℃, 100 rpm의 속도로 12 h 동안 추출하였다.
- 양파 파종 전 토양에 식이유황 MSM을 처리하고 정식(transplanting) 이후부터 수확 이전 사이에 황의 처리횟수를 달리하여 생산된 2종의 유황양파 Sulfur-1, Sulfur-4의 화학적 조성을 대조군(Control-S, Control-M) 양파들과 비교·평가하였다(Table 1).
- 양파를 냉장(4℃) 온도에서 4개월 동안 저장한 후 품질과 관련된 대표적 지표로 수분, 총 환원력, texture를 평가하였다(Table 6 & 8, Fig. 3).
- 양파의 관능검사는 강원대학교 식품영양학과 재학생 중 관능 검사 경험이 있는 33명을 패널로 선정하여 실험목적과 양파의 품질특성에 대하여 사전 교육을 실시한 후 5점 평점법(5-point scaling)으로 평가하였다. 사전 교육에는 관능검사지에 기재된 각 관능적 특성에 해당하는 용어의 정의 설명도 포함하였다.
- 양파의 물성은 Texture Analyzer (Instron 5542, Instron, Norwood, MA, USA)를 사용하여 2회 반복 압착실험(two-bite compression test)으로 측정하였다. 각 양파 시료는 양파 꼭지를 위로 향하게 양파를 배치한 후 상하로 압착하여 시간에 따른 압착강도의 변화를 관찰하였다.
- 유황 처리 횟수가 양파 속 함황 유기물질(sulfur-containing organic compounds)에 미치는 영향을 관찰하고자 양파의 대표적 황 함유 성분인 thiosulfinate를 정량 분석하였다. Thiosulfinate 1분자와 cysteine 2분자가 반응하여 S-alkenyl 혹은 S-alkylmercaptocysteine을 형성하는 원리를 활용하여, 시료에 충분한 양의 cysteine을 첨가하여 시료 속 thiosulfinate와 반응시킨 후, 남은 cysteine을 DTNB와 반응시켜 발색물을 형성시킴으로써, 감소한 cysteine의 함량을 통해 최종적으로 시료의 thiosulfinate 함량을 역정량하였다(16).
- 유황의 처리 횟수를 달리하여 재배된 양파의 저장 중 품질특성의 변화를 관찰하기 위해, 4종 양파를 냉장(4℃)온도에서 4개월 동안 저장한 후, 품질과 관련된 주요 화학적 지표로는 수분 함량과 총 환원력을 선정·평가하였고, 주요 물리적 지표로는 TPA 분석을 실시하였다.
- 이 후 원심분리기(5810R, Eppendorf, Hamburg, Germany)로 3,061×g에서 15분동안 원심분리하고 상층액을 취해 굴절률(refractometer, PR201, Atago, Tokyo, Japan)을 측정하였다.
- 먼저 시료의 온도를 3분 동안 85℃까지 상승시키고, 이후 9분 동안 145℃까지 상승 시킨 후, 다시 4분 동안 180℃까지 올려 15분간 유지시켰다. 이렇게 분해된 시료를 증류수로 20배 희석한 후 ICP-AES (inductively coupled plasma-atomic emission spectrometer, Vista-Pro, Varian, Belrose, Australia)에 주입하여 reflected power는 1.2 kW, flow gas는 argon, plasma flow는 15 L/min, auxiliary gas flow rate은 1.5 L/min, nebulizer gas flow rate은 0.7 L/min의 조건으로, multi-channel detector (simultaneous polychromators, echelle polychromator)를 거쳐 5종의 다량 무기질(Ca, P, Mg, Na, K)과 3종의 미량 무기질(Fe, Zn, Cu)을 분석하였다. 각 원소 별 측정 파장은, Ca (396.
- 선행연구에서, 양파 파종 전 토양에 황을 처리한 경우 무처리군에 비해 양파의 황 함유성분인 thiosulfinate와 총 환원물질이 일부 증가하는 경향이 관찰되었다(13). 이에 따라 본 연구에서는, 파종 전 토양에 유황을 동일하게 처리하고 수확 이전 유황을 1회 혹은 4회 추가 처리하여, 양파 내부에 존재하는 이들 기능성 물질들이 영향을 받는지를 탐색하였다(Table 4). 그 결과, thiosulfinate는 유황의 처리유무 및 처리 횟수에 따라 유의적 차이를 나타내지 않았고, 반면 Folin-Ciocalteu 방법에 의해 측정된 총 환원 물질은 Control-S<Sulfur-1<Sulfur-4의 순으로 증가하여 Sulfur-4는 무첨가군에 비해 2배 가량 증가하는 결과를 보였다.
- 황이 결핍된 작물은 수율의 저하뿐 아니라 아미노산 조성 및 영양적 가치가 저하되는 것으로 보고되고 있어(11,12), 기능성과 관능성의 대부분이 황에서 기인하는 양파의 경우에는 황의 추가 공급이 시급한 실정이다. 이에 따라, 전보에서는 양파 재배 시 황을 처리한 후 무첨가 군에 비해 양파의 기능성 및 관능성이 개선될 수 있는지를 검토하였다(13). 그 결과 무첨가군과 비교했을 때, 수확전 엽면시비(잎에 처리)로만 2회 황이 공급된 양파보다는 파종 전 토양에 직접 황을 1회 처리하고 나머지 1회는 엽면시비로 황이 제공된 양파가 총 환원력(total reducing capacity), 일반성분(proximate composition), 관능성의 개선 정도가 더 높은 것으로 관찰되었다(13).
- 이후 진공 농축과 건조과정을 통해 HCl을 제거하였고, 증류수를 첨가하여 100 mL로 정용한 후 0.45 μm syringe filter로 여과시켜 아미노산 분석기에 주입하였다.
- 일반성분 분석은 AOAC 방법에 준하여 수분은 105℃ 건조기(OF-12, Jeio Tech, Gimpo, Korea)를 이용한 상압가열건조법으로, 조회분은 백색의 회분이 얻어질 때까지 550℃ 회화로(MF31G, Jeio Tech)에서 시료를 총 22시간 동안 완전 회화시킨 직접회화법으로 분석하였다(14). 조단백질은 킬달 분해 장치(Digestion unit K-424, Büchi, Flawil, Switzerland), 증류 장치(Kjelflex K-360, Büchi), 적정 장치(702 SMTitrino Metrohm, Büchi)를 연속적으로 사용하여 micro-Kjeldahl법으로 분석한 후, 질소계수 6.
- 아미노산 조성 분석은 양파 재배 기간 중 유황 처리횟수가 함황아미노산(cysteine, cystine, methionine)을 포함한 아미노산들의 함량 및 그 조성에 영향을 줄 수 있는지를 확인하고자, 4종 양파의 구성아미노산과 유리아미노산을 분석하였다. 전처리는 Hitachi 사(Tokyo, Japan)에서 공급한 매뉴얼에 수록된 방법을 일부 변형하여 수행하였다(Instruction manual, Hitachi, 2001). 먼저, 구성아미노산 분석을 위한 전처리는 시료 약 400-500 mg에 6 N HCl를 약 10 mL 첨가한 후 110℃에서 22 h 동안 가수분해 하였다.
- 조단백질은 킬달 분해 장치(Digestion unit K-424, Büchi, Flawil, Switzerland), 증류 장치(Kjelflex K-360, Büchi), 적정 장치(702 SMTitrino Metrohm, Büchi)를 연속적으로 사용하여 micro-Kjeldahl법으로 분석한 후, 질소계수 6.25를 곱하여 시료의 조단백질 함량을 산출하였다.
- 조지방 함량은 diethyl ether를 용매로 하여 Soxhlet 장치(E-816, Büchi)를 사용하여 추출하였다.
- 즉 각 시료를 이온교환수지 컬럼(ion exchange column, lithium form, 4.6 mm×60 mm)에 통과시킨 후, 다양한 pH와 이온강도를 가진 buffer를 칼럼에 흘려 아미노산들을 분리하고, 이들 아미노산을 고온의 reaction coil에서 ninhydrin과 반응시켜 발색 화합물을 형성시켰다.
- 각 양파 시료는 양파 꼭지를 위로 향하게 양파를 배치한 후 상하로 압착하여 시간에 따른 압착강도의 변화를 관찰하였다. 직경 11 mm의 원형 probe를 사용하여 test speed 3.3 mm/sec로 1 cycle과 2 cycle 모두에서 50 mm 깊이까지 시료를 압착하는 조건으로 측정하였다. 측정 후 얻어진 forcetime curve로부터 시료의 경도(hardness), 탄력성(sprimginess), 복원력(cohesion force resilience), 응집성(cohesiveness), 점착성(gumminess), 저작성(chewiness)이 산출되었다.
- 평가된 관능적 특성으로는, 색(color, 매우 희다-등색이다), 매운 향(hot flavor; 향이 눈이나 코를 아리게 한다), 양파의 아삭함(crispiness; 연하고 싱싱한 과일이나 채소 따위를 보드랍게 베어 무는 소리가 난다), 양파의 저작 시 수분이 흘러나오는 정도(juiciness during mastication; 씹었을 때 입안으로 흘러나오는 즙(수분/물기)의 많고 적은 정도), 단맛(sweetness), 매운맛(spicy hot taste; 고추나 겨자와 같이 맵거나 독하여 혀끝이 약간 아리고 쏘는 느낌이 있다)이었으며, ‘각 특성이 약한 경우’를 1점으로 하고 ‘각 특성이 강한 경우’를 5점으로 하여 평가하였다.
- 표준 백색판을 이용하여 calibration 한 후, L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 −80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 −70(청색)에서 70(황색)의 범위에서 시료의 색도를 측정하였다.
- 6 mm×60 mm)에 통과시킨 후, 다양한 pH와 이온강도를 가진 buffer를 칼럼에 흘려 아미노산들을 분리하고, 이들 아미노산을 고온의 reaction coil에서 ninhydrin과 반응시켜 발색 화합물을 형성시켰다. 형성된 화합물들을 570 nm와 440 nm의 파장에서 흡광도를 측정함으로써 각각의 아미노산들을 정량하였다. 실험에 사용된 아미노산 분석기는 Hitach L-8800 Amino acid(Hitachi, Tokyo, Japan), 컬럼 오븐 온도는 30-70℃, 반응코일 온도는 135℃, 유속은 0.
대상 데이터
- Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, quercetin, N-(2-hydoxyethyl)peperazine-N-2-ethane sulfonic acid (HEPES), 5,5-dithiobis(2-nitrobenzoic acid)(DTNB)는 Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA)로부터 구입하였으며, 무기질 정량을 위한 표준시약은 AccuStandard (New Haven, CT, USA)로부터 구입하여 사용하였다.
- 본 실험에 사용된 양파는 2012년 7월 강원도 삼척 양파작목영농조합법인으로부터 공급받았다. 삼척 양파작목영농조합법인은 2009년 9월부터 강원도 삼척시 미로면과 근덕면 일대의 총 25,000m2의 유기농 대지에 유황을 처리하여 양파를 재배해오고 있으며, 2009년 9월-2010년 6월 말까지 1차년도 유황양파, 2010년 9월-2011년 6월 말까지 2차년도 유황양파, 2011년 9월-2012년 6월 말까지 3차년도 유황양파를, 유황의 종류, 처리방법 및 횟수를 달리하여 재배·생산하였다.
- 그 외 재배기간 중 양파에 시비(fertilizer application)된 조건들은 세 군 모두 동일하였다. 수확이 완료된 후, 2012년 7월 초에 양파를 공급받아 분석에 사용하였다.
- 시약 조제에는 탈염·탈이온수가 사용되었다.
- 실험에 사용된 diethyl ether, sulfuric acid, sodium hydroxide, boric acid, nitric acid, potassium carbonate은 Showa Chemical Industry Co. (Tokyo, Japan)의 특급시약을 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, quercetin, N-(2-hydoxyethyl)peperazine-N-2-ethane sulfonic acid (HEPES), 5,5-dithiobis(2-nitrobenzoic acid)(DTNB)는 Sigma-Aldrich (St.
- 실험에 사용된 아미노산 분석기는 Hitach L-8800 Amino acid(Hitachi, Tokyo, Japan), 컬럼 오븐 온도는 30-70℃, 반응코일 온도는 135℃, 유속은 0.35 mL/min, 시료 주입액은 20 μL이었다.
- 아미노산 분석을 위한 표준물질인 amino acid mixture standard solutions(유리아미노산:Type AN-2 & Type B, 구성아미노산: Type H)은 Wako Pure Chemical Industries (Osaka, Japan)로 부터 구입하여 사용하였다.
- 삼척 양파작목영농조합법인은 2009년 9월부터 강원도 삼척시 미로면과 근덕면 일대의 총 25,000m2의 유기농 대지에 유황을 처리하여 양파를 재배해오고 있으며, 2009년 9월-2010년 6월 말까지 1차년도 유황양파, 2010년 9월-2011년 6월 말까지 2차년도 유황양파, 2011년 9월-2012년 6월 말까지 3차년도 유황양파를, 유황의 종류, 처리방법 및 횟수를 달리하여 재배·생산하였다. 이 중, 본 실험에서 사용된 양파는 3차년도 유황양파로, 양파의 품종은 중만생종, 파종 시기는 2011년 9월1일, 정식 시기는 2011년 11월 1일-11월 3일, 수확은 2012년 6월 말에 실시하였다. 대지를 3개의 구역으로 구분하여, 양파 재배 기간 동안 황(sulfur) 처리 횟수에 따라 (i) 파종 시 토양에 직접 식이유황 MSM을 1회 처리하고, 수확 2달 전에 제독유황을 1회 처리한 군(Sulfur-1), (ii) 파종 시 토양에 직접 MSM을 1회 처리하고, 수확 3달 전부터 수확 1달 전 까지 일정 간격으로 제독 유황을 총 4회 처리한 군(Sulfur-4), (iii) MSM이나 제독유황을 전혀 처리하지 않은 군(Control-S)으로 구별하여 재배하였다(Fig.
- 1). 한편, 양파의 지역별 재배면적과 생산량을 고려하여 시판 양파들 중 2012년에 생산된 전라남도 양파(Control-M)를 전남 소재의 농협청과로부터 2012년 6월 21일에 구입하여 Control-S와 함께 본 실험의 대조군으로 사용하였다. MSM (Y&J Farm, Yeoju, Korea)과 제독유황(HS Bio Co, Incheon, Korea)의 처리량은 제품에 기재되어 있는 ‘단위 면적 당 사용량’을 준수하여, 토양에 처리한 MSM은 3 kg/200-250평, 추비로 사용된 제독유황은 1 kg/300평 이었다.
데이터처리
- NS: not significant. Sensory characteristics of the onions and preferences to them were assessed using the scoring difference test of 5-point numerical scale, i.e., ranging from 1 (when the characteristic was weak) to 5 (when it was strong), and 1 (dislike extremely) to 5 (like extremely). The definitions for the sensory characteristics were referred to 'Standard Korean Language Dictionary' published by ‘The National Institute of the Korean Language’ (17).
- 유황처리 횟수에 따른 양파의 품질 특성은 통계처리 프로그램 SAS(version 9.1 for windows, Cary, NC, USA)를 이용하여 평균값과 표준편차로 나타내었으며, ANOVA, Duncan's multiple range test로 각각의 특성에 대해 유의적인 차이가 있는지를 검증하였다.
이론/모형
- The value was expressed as the average±standard deviation of triplicates analysis. The moisture was quantified using infrared moisture determination balance as well as 105℃ oven drying method. a-bValues with different superscripts in the same column are significantly different.
- 구성아미노산 분석을 위한 산 가수분해 시료와 유리아미노산 분석을 위한 에탄올 추출시료를 유리아미노산법으로 분석하였다. 즉 각 시료를 이온교환수지 컬럼(ion exchange column, lithium form, 4.
- 식이섬유 분석은 AOAC 방법(Enzymatic method 985.29)에 따라, 열에 안정한 효소들(amylase, protease, amyloglucosidase)을 시료에 처리한 분해(digestion) 단계, ethanol을 가하여 식이섬유를 침전시킨 단계, 여과(filtration) 단계(Fibertec System E 1023 Filtration Module, Foss, Hillerod, Denmark)를 순차적으로 거쳤다. 이후 얻어진 반응물을 105℃ 상압가열건조법으로 항량이 될 때까지 건조시켰다.
- 양파의 총 환원력은, 시료 내부의 페놀성(phenol) 및 비페놀성(non-phenolic) 환원 물질(reducing substances)이 염기적 조건에서 Folin-Ciocalteu’s reagent (phosphomolybdic phosphotungstic acid complexs)에 전자를 전달하여 발색물질(chromogen)을 형성하는 원리를 바탕으로 하는 Folin-Ciocalteu’s reagent 법으로 분석하였다(15).
- 이후 얻어진 반응물을 105℃ 상압가열건조법으로 항량이 될 때까지 건조시켰다. 이렇게 건조된 반응물을 첫째, 회화 처리하여 반응물 속의 회분 함량을 산출하였고, 둘째, 효소에 의한 분해단계에서 분해되지 않고 남아있는 시료 속 단백질의 함량을 산출하기 위해, 건조된 반응물의 단백질 함량을 micro-Kieldahl법으로 분석하였다. 반응물의 건조중량에서 회분과 단백질의 함량을 차감함으로써, 시료에 들어 있는 식이섬유의 함량을 산출하였다.
- 품질평가를 위한 관능적 특성들은 삼척양파영농조합법인에 소속된 양파재배 농민들의 설명을 참조하여 선정하였으며, 개별 관능적 특성에 대한 용어 정의는 ‘국립국어원 표준국어대사전’에 근거하였다(17).
성능/효과
- 이는, 재배 지역의 기후와 토양 조건 등이 작물의 화학적 조성 차이를 유발할 수 있다는 사실을 고려할 때(12), 삼척 지역이 석회석 생산지라는 사실과 무관하지 않을 것으로 보인다. Table 2의 결과는 (i) 토양에 황을 처리함으로써 작물의 무기질 조성을 개선시킬 수 있으며, (ii) 토양 자체의 무기질 조성이 작물의 무기질 조성에 직접적으로 영향을 줄 수 있음을 보여주었다. 이에 따라, 토양에 황 적정 함량이 유지될 수 있도록 황 시비가 이루어진다면 작물 내부로 황의 기능성이 부가될 가능성을 시사해 주었다.
- Sulfur-4 양파는 황 무처리군인 Control-S와 비교할 때 총 아미노산(total AA)과 필수 아미노산(essential AA)의 절대량이 유의적으로 증가하였으나, 조단백질(total nitrogen contents)에서 관찰되었던 황 처리횟수에 의한 유의적 증가는 관찰되지 않았다(Table 1 & 3).
- 001), 이는 기호도에 다소 부정적 영향을 준 것으로 평가되었다. Thiosulfinate 함량 (Table 4)과 향미 프로파일(Fig. 2) 결과는, 황 처리에 따라 양파의 매운 맛과 향에 유의적 차이가 없을 것을 시사하였다. 그러나, 관능적으로 인지된 매운 향과 맛은 유의적이지는 않았으나 황 처리와 함께 증가하는 경향을 나타내었다.
- 이에 따라, 전보에서는 양파 재배 시 황을 처리한 후 무첨가 군에 비해 양파의 기능성 및 관능성이 개선될 수 있는지를 검토하였다(13). 그 결과 무첨가군과 비교했을 때, 수확전 엽면시비(잎에 처리)로만 2회 황이 공급된 양파보다는 파종 전 토양에 직접 황을 1회 처리하고 나머지 1회는 엽면시비로 황이 제공된 양파가 총 환원력(total reducing capacity), 일반성분(proximate composition), 관능성의 개선 정도가 더 높은 것으로 관찰되었다(13). 이로써, 양파 재배 시 토양에 황을 처리할 경우 양파의 기능성 및 관능성이 개선될 가능성이 시사되었다.
- 그 결과, thiosulfinate는 유황의 처리유무 및 처리 횟수에 따라 유의적 차이를 나타내지 않았고, 반면 Folin-Ciocalteu 방법에 의해 측정된 총 환원 물질은 Control-S<Sulfur-1<Sulfur-4의 순으로 증가하여 Sulfur-4는 무첨가군에 비해 2배 가량 증가하는 결과를 보였다.
- 그 결과, 양파 자체의 단단한 정도를 반영하는 경도(hardness)는 황 처리 횟수에 따라 105.66-125.08 N의 좁은 범위로 유의적 차이가 없었고, 삼키기 적당한 수준까지 양파를 씹을 때 들어가는 일의 양을 반영하는 저작성(chewiness=hardness×cohesiveness×springiness)은 동일군 안에서도 양파 내부의 세포들간 응집성(cohesivenee)의 큰 편차로 인해 유의적 차이를 관찰할 수 없었다.
- 그러나, 적외선 수분측정기로 정량한 양파의 수분 함량은 유의적이지는 않았으나 황 처리 증가에 따라 감소하는 경향을 나타내었고, 그 함량에 있어서는 ‘105℃ 건조법’으로 정량된 양보다 낮았다.
- 이는, 본 실험에서 처리된 황 수준은 질소대사 및 토양의 pH를 변화시키는 간접적 경로를 통한 양파의 이화학적 조성 변화는 가능하게 할 수 있었으나, 황 함유 성분들을 직접적으로 증가시키기에는 충분하지 못했음을 시사하였다. 그럼에도 불구하고, 황 처리 횟수 증가와 함께, 함황 성분들에 의해 주로 인지되는 매운 맛과 매운 향 특성은 관능적으로 강해지는 것으로 평가되었다. 이러한 차이는, 양파 특유의 냄새 성분들이 지닌 낮은 역치에서 기인한 것으로 해석하였다.
- 황 처리 유무 및 횟수에 따른 양파의 색 특성을 분석한 결과, 명도(L, lightness)와 적색도(a, redness)는 유의적 차이가 없었으나, 황색도(b, yellowness)는 무첨가군 Control-S에 비해 황 처리군인 Sulfur-1, Sufur-4가 유의적으로 높았다(Table 5). 기계적으로 측정된 이 차이는 관능적으로 인지 가능한 차이였으며, 기호도에도 유의적 차이를 끼친 것으로 평가되었다.
- 또한, 항산화력의 지표인 총 환원물질의 양도 2배 가량 유의적으로 증가하는 결과가 관찰되었다(p<0.05).
- 이와 같이 작물 재배시 처리된 황이 작물의 총 질소(total nitrogen)함량을 증가시키는 결과는, 황이 엽록체에 존재하는 iron-sulfur 단백질의 일종인 ferrodoxin의 구성성분이고, 이 ferrodoxin은 토양에 존재하는 뿌리 혹 박테리아나 질소고정 박테리아에 의한 작물 내부로의 질소 흡수에 중요한 역할을 하기 때문으로 해석할 수 있다(11,12). 본 실험에서 분석된 양파의 식이섬유 함량은 0.61-0.90%로, 유황 처리 횟수가 증가함에 따라 유의적이지는 않았으나 증가하는 경향을 나타내었다(Table 1). 이와 같이, 황이 공급된 작물에서 식이섬유가 증가하는 현상은, 유채꽃 씨, 케일, 호밀 등에 황 시비(sulfur fertilization)를 한 후 그 영향을 검토한 선행 연구에서도 보고된바 있다(11).
- 이에 따라 일부에서는 작물의 산성 아미노산 수준을 황 결핍의 지표로 제안하기도 하였다(11). 본 연구에서도 황 처리량이 상대적으로 높았던 Sulfur-4 군에 비해 Control-S, Sulfur-1군의 산성 아미노산 함량이 높은 것이 관찰되었다. 이러한 현상에 대해, Eppendorfer와 Eggum(11)은 작물에 황이 부족할 경우 질소 대사가 교란되어 aspartic acid나 asparagine 등 특정 아미노산들이 축적될 수 있다고 해석하였다.
- 사람의 소화효소로 소화되지 않는 난소화성 성분인 식이섬유의 양은 황 처리 횟수의 증가와 함께 증가되는 양상을 나타내었다(Table 1). 본 section에서는 (i) 식이섬유를 이루는 셀룰로스, 리그닌, 펜토산, 수용성 펙틴 등이 식물체 내에서 주로 세포벽을 구성하고 있는 점과, (ii) 세포벽 조성은 식물 유래 식품의 경도에 관여하고, 저작 시 아삭거리는 관능적 특성에 기여할 수 있으므로, 황 처리 증가에 따른 양파의 텍스쳐 변화를 측정하였다(Table 6, Fig.
- 양파 무기질의 총합을 나타내는 조회분 함량은 Control-S 0.33%, Sulfur-1 0.42%, Sulfur-4 0.51%로 유황 처리 횟수가 증가함에 따라 유의적으로 증가하는 현상을 나타내었다(Table 1). 무기질 조성 측면에서는, 마그네슘(Mg), 칼륨(K), 철(Fe), 아연(Zn) 등이 황 시비와 함께 증가하는 경향을 나타내었다(Table 2).
- 그러나, 황 함유 성분인 thiosulfinate와 함황 아미노산에서는 황 처리 효과가 관찰되지 않았고, 전자코로 측정된 향미 프로파일 역시 향미 성분의 차이를 시사하지 않았다. 이는, 본 실험에서 처리된 황 수준은 질소대사 및 토양의 pH를 변화시키는 간접적 경로를 통한 양파의 이화학적 조성 변화는 가능하게 할 수 있었으나, 황 함유 성분들을 직접적으로 증가시키기에는 충분하지 못했음을 시사하였다. 그럼에도 불구하고, 황 처리 횟수 증가와 함께, 함황 성분들에 의해 주로 인지되는 매운 맛과 매운 향 특성은 관능적으로 강해지는 것으로 평가되었다.
- 한편, 양파의 아삭함을 평가한 관능검사는 유의적 차이가 없는 것으로 인지되었으며, 이는 경도의 기계적 측정치와 일치하였다(Table 6). 전반적으로, 양파에 황 처리 횟수를 증가시킴에 따라, 등색을 띠는 경향, 매운 맛과 매운 향의 특성들이 강해지는 것으로 인지되었다.
- 3 mm/sec로 1 cycle과 2 cycle 모두에서 50 mm 깊이까지 시료를 압착하는 조건으로 측정하였다. 측정 후 얻어진 forcetime curve로부터 시료의 경도(hardness), 탄력성(sprimginess), 복원력(cohesion force resilience), 응집성(cohesiveness), 점착성(gumminess), 저작성(chewiness)이 산출되었다.
- 한편, Control-S, Sulfur-1, Sulfur-4 양파들은 4℃에서 4개월 동안 저장한 후, 모두 수분의 큰 증가 없이 총 환원력이 2배 가량 증가하였으며(p<0.01), 황 처리군이 무처리군에 비해 여전히 유의적으로 높았다(p<0.001).
- 총 질소로 정량된 조단백질 함량과 아미노산 함량 사이의 이러한 차이는 양파 내부에 비단백 질소분획(amide 등)이 증가했음을 시사한다고 볼 수 있다(9,10). 한편, 필수 아미노산 및 비필수 아미노산(nonessential AA)의 % 함량은 황 처리 유무 및 횟수에 관계없이 일정한 것으로 나타났으며, 특히 황 시비에 의한 황 함유 아미노산(S-containing AA)의 증가는 관찰되지 않았다(Table 3). 황처리로 양파의 조단백질과 조회분이 증가하였고(Table 1), 무기질 조성이 개선된(Table 2) 결과들을 고려하면, 본 실험에서 처리된 황 수준은 양파의 질소 농도에 영향을 주거나 혹은 토양의 pH를 변화시키는 간접적 경로를 통해 양파에 영향을 주기에는 충분하였으나, 토양 속 황이 작물 내부로 흡수되어 황 함유 성분들(S-containing compounds)을 직접적으로 증가시키기에는 부족하였음을 시사하고 있다.
- 황 처리 유무 및 횟수에 따른 양파의 색 특성을 분석한 결과, 명도(L, lightness)와 적색도(a, redness)는 유의적 차이가 없었으나, 황색도(b, yellowness)는 무첨가군 Control-S에 비해 황 처리군인 Sulfur-1, Sufur-4가 유의적으로 높았다(Table 5). 기계적으로 측정된 이 차이는 관능적으로 인지 가능한 차이였으며, 기호도에도 유의적 차이를 끼친 것으로 평가되었다.
- 황 처리 횟수가 증가함에 따라, 수분은 감소하는 경향을, 총 질소로 측정된 조단백질과 무기질 총량인 회분(p<0.01), 그리고 식이섬유는 증가하는 경향을 나타내었으며, Mg, K, Fe, Zn 등이 증가하여(p<0.05), 전반적으로 무기질을 포함한 화학적 조성이 개선되었음을 시사하였다.
- 한편, 필수 아미노산 및 비필수 아미노산(nonessential AA)의 % 함량은 황 처리 유무 및 횟수에 관계없이 일정한 것으로 나타났으며, 특히 황 시비에 의한 황 함유 아미노산(S-containing AA)의 증가는 관찰되지 않았다(Table 3). 황처리로 양파의 조단백질과 조회분이 증가하였고(Table 1), 무기질 조성이 개선된(Table 2) 결과들을 고려하면, 본 실험에서 처리된 황 수준은 양파의 질소 농도에 영향을 주거나 혹은 토양의 pH를 변화시키는 간접적 경로를 통해 양파에 영향을 주기에는 충분하였으나, 토양 속 황이 작물 내부로 흡수되어 황 함유 성분들(S-containing compounds)을 직접적으로 증가시키기에는 부족하였음을 시사하고 있다. 한편, 일반적으로 작물 재배 중 황이 결핍될 경우 대부분의 아미노산들은 그 함량이 감소하나, 특이적으로aspartic acid, asparagine과 같은 산성 아미노산들은 증가하는 현상이 빈번이 관찰되었다(10,11).
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