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문제 정의
- 이 논문에서는 다양한 색을 발현시키기 위해 색이 다른 당근의 교배를 통해 생산된 서로 다른 색을 가지는 38종의 무지개 당근 (Rainbow carrot)을 획득하여 색감과 맛에 영향을 미치는 carotenoid와 당을 HPLC로 정량하고 색에 따른 함량차이를 분석하였다.
제안 방법
- 당근이 가지고 있는 환원당 및 비환원당 중 맛에 영양을 가장 크게 주는 포도당, 과당, 자당에 대하여 그 함량을 분석하였다(Fig. 5).
- Carotenoid 정량은 역상 컬럼(Kinetex 2.6 ㎛, C18 100A, 100×4.60 mm; Phenomenex, 미국)을 장착한 HPLC(UltiMate 3000Rs; UltiMate, 미국)를 이용하여 분석하였다.
- 가용성 당의 정량은 CarboPac™(PAI (4 * 250 mm), P/N 35391, 미국)을 장착한 HPLC를 이용하여 분석하였다.
- 당근을 각각 절단하여 나타나는 색을 육안으로 구별하였을 때 위치 및 면적은 다르더라도 동일한 색을 함유하고 있는 당근은 같은 그룹으로 구분하였다. 각 그룹의 색 분포차이는 가시적으로 확실히 분별이 가능하고 최소 단면적의 80% 이상을 차지한 경우에만 한 가지 색으로 인정하여 구분하였다. 그룹명은 당근의 중심부부터 가장자리 색깔을 순서대로 영어 첫 철자로 나타내었다.
- 정량분석은 동시에 분석한 각 물질의 표준품을 분석하여 얻은 각 피크의 면적을 이용하여 표준곡선을 구하고 이를 이용하여 계산하였다. 각 분석물질의 농도는 HPLC 분석의 오차를 감안하여 소수 한자리까지 구하였다.
- (주)캐로톱시드에서 분양 받은 38종의 당근은 교배되어 개발된 종류에 따라 주황색, 보라색, 노란색 및 붉은 색을 띄었고 이들 색깔이 혼합되어서 발현된 당근들도 존재하였다. 당근을 각각 절단하여 나타나는 색을 육안으로 구별하였을 때 위치 및 면적은 다르더라도 동일한 색을 함유하고 있는 당근은 같은 그룹으로 구분하였다. 각 그룹의 색 분포차이는 가시적으로 확실히 분별이 가능하고 최소 단면적의 80% 이상을 차지한 경우에만 한 가지 색으로 인정하여 구분하였다.
- 무지개 당근이 가지는 carotenoid 중 β-carotene, lycopene과 lutein의 함량을 분석하였다(Fig. 3).
- 분리조건은 0-5 분; 0% B, 5-15분; 10% B, 15-20분; 100% B, 20-30분; 0% B로 하였다.
- 육안으로 관찰된 당근의 분류가 carotenoid류의 함량에 따른 분류와 일치하는 지를 확인하기 위하여 β-carotene, lycopene, lutein의 함량을 이용하여 hierarchical cluster analysis를 수행하였다(Fig. 4).
- 정량분석은 동시에 분석한 각 물질의 표준품을 분석하여 얻은 각 피크의 면적을 이용하여 표준곡선을 구하고 이를 이용하여 계산하였다. 각 분석물질의 농도는 HPLC 분석의 오차를 감안하여 소수 한자리까지 구하였다.
대상 데이터
- 다양한 색깔을 가지고 있는 무지개 당근 38 종을 (주)케로톱시드 영농조합에서 분양 받아 단면의 색깔 별로 그룹을 지어 분석하였다(Fig. 2). (주)캐로톱시드에서 분양 받은 38종의 당근은 교배되어 개발된 종류에 따라 주황색, 보라색, 노란색 및 붉은 색을 띄었고 이들 색깔이 혼합되어서 발현된 당근들도 존재하였다.
- 가용성 당의 정량은 CarboPac™(PAI (4 * 250 mm), P/N 35391, 미국)을 장착한 HPLC를 이용하여 분석하였다. 이동상 A는 150 mM NaOH를, B는 150 mM NaOH, 600 mM 소듐 아세테이트를 이용하였다. 분리조건은 0-5 분; 0% B, 5-15분; 10% B, 15-20분; 100% B, 20-30분; 0% B로 하였다.
- 60 mm; Phenomenex, 미국)을 장착한 HPLC(UltiMate 3000Rs; UltiMate, 미국)를 이용하여 분석하였다. 이동상 A로는 78% 메탄올을, 이동상 B로는 100% 에틸 아세테이트를 이용하였다. 분리조건은 0-10분, 70% B; 10-14분, 100% B; 14-14.
- 시료 주입량은 50 ㎕이며 유속은 분당 1 ㎖로 하였다. 정량을 위한 표준품으로는 포도당, 과당, 자당을 사용하였고 450 nm 및 660 nm에서 흡광도를 측정하여 정량하였다.
데이터처리
- 무지개 당근의 carotenoid 함량을 이용하여 각 무지개 당근의 carotenoid 함량의 유사성에 따른 분류를 hierarchical cluster analysis 방법을 이용하여 수행하였다. 분석은 Hierarchical Clustering Explorer 3.5(Human computer interactive laboratory, University of Maryland, Collage park, MA, USA)를 사용하였다. 각 그룹간의 거리는 Euclidian distance 측정법으로 계산하였고 그룹간의 연결은 average linkage 방법을 사용하여 cluster를 구성하였다.
- 서로 다른 두 그룹이 가지는 각 성분들의 차이는 ANOVA를 이용하여 통계적 차이 유무를 검증하였다.
이론/모형
- 4). Cluster간의 거리는 Euclidian distance를 이용하여 계산하였고 cluster의 tree를 만드는 그룹은 average linkage 방법을 사용하여 연결하였다.
- 각 그룹간의 거리는 Euclidian distance 측정법으로 계산하였고 그룹간의 연결은 average linkage 방법을 사용하여 cluster를 구성하였다.
- 무지개 당근의 carotenoid 함량을 이용하여 각 무지개 당근의 carotenoid 함량의 유사성에 따른 분류를 hierarchical cluster analysis 방법을 이용하여 수행하였다. 분석은 Hierarchical Clustering Explorer 3.
성능/효과
- 노란색을 띈 Y 그룹이나 YP 그룹은 lycopene이 거의 검출되지 않았으며 (<3 ㎍/g) 노란색과 보라색을 띈 YOP 그룹과 OP 그룹의 홍당무는 붉은 색을 띈 당근(R 그룹)의약 1/5 가량의 lycopene이 검출되었다.
- Hierarchical cluster analysis에 따른 당근의 분류와 육안으로 분류한 그룹에는 다소 차이가 있었다. 당근이 접합에 의해 발현된 색과 실제로 포함하는 색소는 완벽히 일치하지 않는다는 것을 확인하였다. 또한 lutein의 함량이 각 색깔의 그룹마다 큰 차이가 없으며 표준편차가 큰 것으로 미루어 보아 lutein이 당근 색 발현에 거의 영향을 미치지 않는다고 사료된다.
- 따라서 육안으로 나눈 그룹에 대해 β-carotene과 lycopene은 무지개 당근의 색에 영향을 미치지만 lutein은 직접적인 영향이 없는 것으로 사료된다. 또한 lutein은 R 그룹의 lycopene을 제외한 다른 그룹들이 가지고 있는 carotenoid들 보다 함량이 높아 당근에 고르게 들어있는 주요 carotenoid 임을 알 수 있었다.
- 당근이 접합에 의해 발현된 색과 실제로 포함하는 색소는 완벽히 일치하지 않는다는 것을 확인하였다. 또한 lutein의 함량이 각 색깔의 그룹마다 큰 차이가 없으며 표준편차가 큰 것으로 미루어 보아 lutein이 당근 색 발현에 거의 영향을 미치지 않는다고 사료된다.
- 한 가지 색을 띄는 그룹은 빨간색(R)과 주황색(O), 노란색(Y), 보라색(P) 그룹이라 명명했고, 당근의 중심부와 가장자리가 다른 색을 띄는 노란색-주황색(YO)과 주황색-보라색(OP), 노란색-보라색(YP) 그룹이 생성되었다. 또한 중심부가 노란색이고 중심부와 가장자리 사이가 주황색이며 가장자리는 보라색인 YOP 그룹도 관찰되었다. 이를 통해 총 획득한 당근은 여덟 그룹으로 나누어졌다 (Table 1, Fig.
- 무지개 당근의 carotenoid 색소 및 가용성 당 함량을 분석한 결과 당근의 색에 β-carotene 및 lycopene은 많은 영향을 미쳤으며 당은 당근 색에 따라 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다.
- 일반적으로 홍당무의 색깔이 진해질수록 lutein의 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 즉, R 그룹이 Y와 O 그룹보다 lutein의 함량이 더 많고, 두 가지 이상의 색이 섞여 있거나 보라색이 들어가 있을수록 색소의 함량이 증가하였다. 그러나 각 그룹간의 차이는 통계적 범위(P<0.
- 특이하게 주황색-보라색 그룹의 당근 중 OP-23은 β-carotene 함량이 613.0 ㎍/g으로 O-5보다 많았다.
- 무지개 당근이 가지는 색은 빨간색(R), 주황색(O), 노란색(Y), 보라색(P)이 있었고 단면의 색이 단색으로 이루어진 그룹과 두 가지 이상의 색이 관찰되는 그룹으로 나누었다. 한 가지 색을 띄는 그룹은 빨간색(R)과 주황색(O), 노란색(Y), 보라색(P) 그룹이라 명명했고, 당근의 중심부와 가장자리가 다른 색을 띄는 노란색-주황색(YO)과 주황색-보라색(OP), 노란색-보라색(YP) 그룹이 생성되었다. 또한 중심부가 노란색이고 중심부와 가장자리 사이가 주황색이며 가장자리는 보라색인 YOP 그룹도 관찰되었다.
후속연구
- 빨간색을 내는데 사용되는 토마토나 피망 및 사과 등 대신 R 그룹의 무지개 당근을, 노란색을 내는데 사용되는 바나나 등을 대신하여 Y 그룹의 무지개 당근을 사용 가능하며 보라색을 내는 적양 배추 등을 대신하는 데에 P 그룹의 당근이 유용할 것으로 생각된다. 또한 여러 색을 띠는 무지개 당근(YO와 OP, YP, YOP)은 요리에 첨가될 시에 시각적으로 뛰어난 효과를 발휘할 것으로 기대된다.
- 무지개 당근의 carotenoid 색소 및 가용성 당 함량을 분석한 결과 당근의 색에 β-carotene 및 lycopene은 많은 영향을 미쳤으며 당은 당근 색에 따라 큰 차이가 없다는 것을 확인하였다. 이로써 무지개 당근을 이용할 시에 다양한 색깔 또는 색깔을 나타내는 색소의 기능성에 따라 음식에 사용이 가능하며 색에 따라 맛에 큰 차이가 없으므로 그 활용성이 더욱 뛰어날 것으로 보인다. 빨간색을 내는데 사용되는 토마토나 피망 및 사과 등 대신 R 그룹의 무지개 당근을, 노란색을 내는데 사용되는 바나나 등을 대신하여 Y 그룹의 무지개 당근을 사용 가능하며 보라색을 내는 적양 배추 등을 대신하는 데에 P 그룹의 당근이 유용할 것으로 생각된다.
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