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문제 정의
- 재배방법에 따른 인증농산물과 일반농산물의 품질 비교평가 보고서가 다양한 기관에서 인증농산물의 안전성과 우수성에 대한 주요내용으로 보고하고 있다. 본 연구에서는 소비자 구매단계의 유기과채류와 관행과채류들을 무작위로 구매하여 일반성분과 무기성분 및 기능성성분을 비교해보고자 하였다.
- 농산물 구매 후 분석을 위한 전처리 과정까지 저온보존과 상온보존에 따라 vitamin류나 β-carotenoid 의 함량에 차이를 보여 시료의 저온 관리가 필요할 것으로 본다. 본 연구의 목적은 유기농산물과 관행농산물의 기능성성분 등의 함량에 관심이 높아 소비자 구매단계에 있는 유기재배 과채류와 관행재배 과채류를 구입하여 일반성분과 기능성 성분 및 무기성분을 비교 조사하는 것이었다. 작물의 품종간 성분함량 차이나 특이 농자재 사용에 따라 발생하는 성분의 차이는 재배이력 파악이 힘들어 비교분석에는 한계가 있었다.
- 실험에 사용된 주요 과채류는 소비자 구매 단계의 유기농산물과 관행농산물을 구매하여 일반성분과 기능성성분의 함량을 비교하고자 하였다. 과채류는 대형마트, 백화점, 유기농산물 전문매장, 인터넷 등에서 구입하였으며, 고추와 토마토는 유기와 관행농산물 각 10농가의 생산물을 구입하였고, 딸기는 각 5농가 생산물을 구입하여 사용하였다.
- 유기농산물은 화학농업자재와 무기농업자재들을 사용하지 않고 재배하여 환경과 생태계에 부하를 최소화하고, 안전한 농산물을 소비자에게 공급하는 것에 목적을 두고 있다. 소비자도 안전한 농산물을 가족에게 공급하여 건강을 지키고, 더불어 환경오염도 줄이는 것에 기여하고자 높은 가격을 지불하면서 유기농산물을 구입한다.
제안 방법
- 6x250 mm)을 사용하였으며, 용매는 H2O, methanol (MeOH)와 ethanol (EtOH), acetonitrile (ACN), ethyl acetate (EtOAc)로 sigma사의 HPLC grade를 사용하였다. Total phenol과 total flavonoid, lycopene과 anthocyanin 함량분석은 UV-Vis spectrophotometer (Optizen 3220UV, Korea)를 사용하였다.
- 검화물을 0.01% BHT가 함유된 추출용매 (hexane:ethyl acetate (85:15, v/v))로 3회 반복추출한 후 추출용매 층을 회수하여 농축한 뒤 ethyl acetate 3 ml에 녹여내어 0.2 μm filter로 여과한 다음 HPLC로 분석하였다.
- 검화물을 0.01% BHT가 함유된 추출용매(hexane:EtOAc (85:15, v/v))로 3회 반복추출한 후 추출용매 층을 회수하여 농축한 뒤 ethyl acetate 3 ml에 녹여내어 0.2 μm filter로 여과한 다음 HPLC로 분석하였다.
- 딸기의 기능성성분으로 anthocyanin 분석을 실시하였으며, anthocyanin 함량분석은 Prior 등[28]과 Wrolstad [37]의 방법을 일부 수정하여 사용하였다. Anthocyanin은 pH에 따라서 색이 달라지기 때문에 동결건조 딸기의 MeOH extract를 sodium citrate buffer (pH 4.
- 2 g과 H2SO4 5 ml를 넣고 block digest에서 370℃로 6시간 가열하여 분해하였다. 분해액을 filter paper로 여과하여 증류수로 100 ml 부피정량 후 ICP-MS로 분석하였다.
- 상등액을 일정량 취해서 0.2 μm filter로 여과하여 HPLC로 분석하였다.
- 유기농산물은 화학농업자재와 무기농업자재들을 사용하지 않고 재배하여 환경과 생태계에 부하를 최소화하고, 안전한 농산물을 소비자에게 공급하는 것에 목적을 두고 있다. 소비자도 안전한 농산물을 가족에게 공급하여 건강을 지키고, 더불어 환경오염도 줄이는 것에 기여하고자 높은 가격을 지불하면서 유기농산물을 구입한다. 유기농산물이 유통시장에서 경쟁력을 확보하기 위해서는 품질과 기능성 및 새로운 유통구조 가 구축되어야 한다.
- H2SO4 5 ml를 넣고 block digest에서 390℃로 6시간 동안 분해 후 여과하여 증류수 100 ml로 부피정량 하였다. 여과액 중 10ml를 킬달증류한 다음 증류물을 2% boric acid와 혼합지시약(Bromocresol green 0.5 g, methyl red 0.1 g, 95% EtOH 100 ml)에 반응시킨 후 0.005 N H2SO4로 적정하여 질소량을 계산하였다.
- 동결건조시료 1 g을 추출 용매 (Hexane:EtOH:Acetone (2:1:1, v/v)) 25 ml에 추출한 뒤 증류수 10 ml를 가하여 voltexing 하였다. 이 혼합물에서 비극성 용매층을 회수하여 472 nm에서 흡광도를 측정한 뒤 그 값을 이용하여 lycopene 함량으로 산출하였다.
- 토마토의 대표적인 기능성성분인 lycopene 함량분석은 Alda 등[1]의 방법을 일부 수정하여 수행하였다. 동결건조시료 1 g을 추출 용매 (Hexane:EtOH:Acetone (2:1:1, v/v)) 25 ml에 추출한 뒤 증류수 10 ml를 가하여 voltexing 하였다.
대상 데이터
- Column은 sunfireⓇC18 5 μm (4.6x250 mm)을 사용하였으며, 용매는 H2O, methanol (MeOH)와 ethanol (EtOH), acetonitrile (ACN), ethyl acetate (EtOAc)로 sigma사의 HPLC grade를 사용하였다.
- 2 μm filter로 여과한 다음 HPLC로 분석하였다. Detector 파장은 280 nm, 이동상은 EtOAc:MeOH (30:70, v/v) 혼합용매로 유속 0.8 ml/min으로 분석하였다.
- 실험에 사용된 주요 과채류는 소비자 구매 단계의 유기농산물과 관행농산물을 구매하여 일반성분과 기능성성분의 함량을 비교하고자 하였다. 과채류는 대형마트, 백화점, 유기농산물 전문매장, 인터넷 등에서 구입하였으며, 고추와 토마토는 유기와 관행농산물 각 10농가의 생산물을 구입하였고, 딸기는 각 5농가 생산물을 구입하여 사용하였다. 구입한 재료는 동결 건조한 뒤 분쇄하여 냉동고에 보존하면서 실험에 사용하였다.
- 과채류는 대형마트, 백화점, 유기농산물 전문매장, 인터넷 등에서 구입하였으며, 고추와 토마토는 유기와 관행농산물 각 10농가의 생산물을 구입하였고, 딸기는 각 5농가 생산물을 구입하여 사용하였다. 구입한 재료는 동결 건조한 뒤 분쇄하여 냉동고에 보존하면서 실험에 사용하였다.
- 실험에 사용된 분석기기로 high performance liquid chromatography (HPLC)는 vitamin C, vitamin E, β-carotene, capsaicin 분석을 위해 사용하였으며, HPLC 장치는 Waters 600 series pump와 waters 486 tunable absorbance detector를 사용하였다.
- 실험에 사용된 시약은 folin-ciocalteu’s reagent (Merk, Dramstadt, Germany), Na2CO3 (Junsei, Tokyo, Japan), AlCl3 (Fluka, St. Louis, MO, USA ), CH3COOK (Junsei, Tokyo, Japan), meta-phosphoric acid (Yakuri, Kyoto, Japan), pyrogallol (Yakuri, Kyoto, Japan)이며, 실험에 사용된 모든 표준품 L-ascorbic acid, α-tocopherol, β-carotene, quercetin, gallic acid는 Sigma 사의 제품(St. Louis, MO, USA)을 사용하였다.
데이터처리
- 관행재배와 유기재배 과채류의 성분함량에 대한 통계분석은 Statistix 9 (student edition of statistix 9 ver 9.0) 프로그램을 사용하였다. 관행재배와 유기재배의 성분함량 차이를 비교하기 위하여, 분석된 함량은 ANOVA 검증을 이용하여 분석 후 p<0.
- 관행재배와 유기재배의 성분함량 차이를 비교하기 위하여, 분석된 함량은 ANOVA 검증을 이용하여 분석 후 p<0.05 수준에서 최소유의차검정(LSD)을 실시하였다.
이론/모형
- β-carotene 함량 분석은 Lee 등[23]의 방법을 참고하여 수행하였다.
- P 함량 분석은 Zn 등의 분석을 위해 사용한 분해액을 사용하였으며, Lee 등의 방법을 참고하였다[23]. Ammonium molybdate 25 g/400 ml H2O (A 용액)과 ammonium meta vanadate 1.
- Total N 함량을 분석하기 위해 Lee 등의 방법으로 실험을 수행하였다[23]. 건조시료 0.
- Total flavonoid 함량 분석은 AlCl3 비색법을 이용하여 측정하였다[24]. 과채류 MeOH 추출물 200 μl에 10% AlCl3 100 μl와 1 M CH3COOK 100 μl을 첨가하고 H2O 3.
- Total phenol 함량 분석은 Folin-denis 법을 이용하여 분석 하였다[11, 25]. 동결건조물 1 g을 MeOH 20 ml로 3회 반복 추출하여 농축한 것을 3 ml MeOH로 회수하여 실험에 사용하 였다.
- Vitamin C 함량 분석방법은 Kim 등의 방법을 참고하였다 [19]. 동결건조물 0.
- Zn, Fe, Ca, Na, Mg, K 함량 분석은 Lee 등의 방법을 참고하여 수행하였다[23]. 건조시료 0.
- 고추의 기능성성분인 capsaicin 함량을 분석은 Chung 등의 방법을 참고하여 수행하였다[9]. 고추 동결건조 분말 1 g에 ethanol 10 ml를 가한 뒤 밀봉 하여 1시간 동안 진탕추출 하였다.
성능/효과
- β-carotene의 함량은 유기재배 청양고추에서 549.40 μg/g, 관행재배에서 631.76 μg/g으로 관행재배 청양고추의 β-carotene 함량이 약 15% 더 높았으며, 토마토는 유기재배가 716.49 μg/g, 관행재배가 586.51 μg/g으로 유기재배 토마토에서 약 22% 높은 함량을 나타냈고, 딸기는 유기재배에서 31.48 μg/g, 관행재배에서 40.60 μg/g으로, 관행재배 딸기에서 약 29% βcarotene함량이 높게 나타났다(Fig. 5).
- β-carotene함량은 토마토를 제외한 청양고추와 딸기 관행재배에서 높은 함량을 나타내는 차이는 있었으나 유의적인 차이가 없었으며, 재배법 보다 작물에 따른 차이가 더 크게 나타났다.
- Total phenol 함량은 유기재배 고추와 토마토에서 높게 나타났고, 딸기는 관행재배에서 더 높은 함량을 나타냈다.
- 4). Vitamin E 함량은 청양고추와 딸기의 유기재배에서 높게 나타났고, 토마토는 관행재배에서 다소 높게 나타났지만 재배방법 간에 통계적으로 유의적인 차이는 없었다. Vitamin E의 함량 비교연구 또한 연구자에 따라 차이를 나타내고 있는데, Carbonaro 등의 연구에서는 유기재배 배와 관행 재배 배의 vitamin E 함량을 조사한 결과 유기재배 배에서 더 높은 함량을 나타냈으나[4], Lombardi-Boccia 등의 유기재배와 관행재배 자두의 비교연구에서는 관행재배 자두의 vitamin E 함량이 유기재배 자두보다 더 높게 나타났다[26].
- Vitamin E의 함량은 유기재배 청양고추에서 169.60 μg/g, 관행재배에서 159.63 μg/g으로 유기재배 청양고추에서 약 6% 높은 함량을 나타났으며, 토마토는 유기재배가 117.51 μg/g이고, 관행재배가 133.06 μg/g으로 관행재배 토마토에서 약 13% 높게 나타났고, 딸기는 유기재배가 59.94 μg/g, 관행재배가 55.38 μg/g으로 유기재배 딸기에서 약 8% 높은 함량을 나타냈다(Fig. 4).
- 3). 과채류의 vitamin C 함량을 비교분석 결과, 유기재배 과채류에서 다소 높게 나타났으나 통계적인 유의성은 없었다. 유기재배와 관행재배농산물의 vitamin C 함량의 비교연구에서도 total phenol과 total flavonoid와 마찬가지로 작물과 연구자에 따라 다른 결과를 보고하고 있다.
- 딸기의 무기성분은 total N 함량은 유기재배와 관행재배 간의 차이가 크게 나지 않았으며, K와 P 함량은 관행재배 딸기에서 12.43 mg/g, 3.76 mg/g 으로 유기재배 딸기의 10.67 mg/g, 2.92 mg/g보다 각각 16%, 29% 높게 나타났다.
- 92 mg/g보다 각각 16%, 29% 높게 나타났다. 모든 과채류에서 Fe와 Zn, Ca은 유기재배와 관행재배 간의 큰 차이를 나타내지 않았고, Mg는 관행 딸 기에서 20% 높게, Na는 유기 청양고추에서 12% 높게 나타났 으나, 토마토에서는 큰 차이가 나타나지 않았다.
- 6). 본 연구에서는 유통 중인 유기 고추와 관행 고추의 capsaicin 함량은 유의적인 차이가 없었다. 재배지역이나 품종에 따른 capsaicin 함량에 관한 연구보고는 있으나[14, 16], 유기재배와 관행재배 간의 capsaicin 함량 비교연구는 보고된 것이 없어 통계자료로 활용이 가능할 것이다.
- 8에 나타냈다. 유기 딸기의 anthocyanin 함량은 1.09 mg/g였고, 관행 딸기는 1.26 mg/g으로 관행재배에서 약 16% 더 높은 함량을 나타냈으나 통계적인 유의성은 없었다(Fig. 8). 일반적으로 유기재배의 경우 관행재배보다 영양분과 병해충의 스트레스가 많아 2차 대사산물의 합성이 많아질 것이라 예측이 되지만, 유기재배에서도 친환경농자재로 병해충 및 영양관리 등 스트레스관리가 잘된다면, 2차 대사산물 합성이 많지 않을 수 있다.
- 유기재배 청양고추에서는 total phenol 함량이 3.99 mg/g 으로 나타났고, 관행재배 청양고추에서는 3.50 mg/g으로 유기재배 고추에서 약 14% 높게 나타났으나 유의적인 차이는 없었다(Fig. 1). 토마토의 total phenol함량은 유기재배 토마토에서 2.
- Capsaicin은 고추 매운맛의 주성분으로 품질평가와 고추의 기능성 성분으로 분석이 되고 있다. 유기재배 청양고추의 saicin 함량은 0.50 mg/g, 관행재배는 0.53 mg/g으로 관행재배 청양고추에서 약 6% 더 높게 나타났다(Fig. 6). 본 연구에서는 유통 중인 유기 고추와 관행 고추의 capsaicin 함량은 유의적인 차이가 없었다.
- 유기재배 토마토의 lycopene 함량은 136.11 μg/g, 관행재배 토마토는 138.98 μg/g으로 관행재배에서 2% 더 높게 나타났으나 유의적인 차이가 없었다(Fig. 7).
- 청양고추의 flavonoid 함량은 유기재배에서 1.70 mg/g, 관행재배에서 1.53 mg/g으로 유기재배 청양고추에서 11% 더 높게 나타났으나 유의적인 차이는 없었으며, 토마토는 유기재배 1.23 mg/g, 관행재배 0.95 mg/g으로 유기재배 토마토에서 약 29% 더 높게 나타났다(Fig. 2). 딸기의 경우에는 유기재배에 서 1.
- 청양고추의 vitamin C함량은 유기재배에서 7.16 mg/g, 관행재배에서 6.76 mg/g로 유기재배 청양고추에서 약 6% 높은 함량이 나타났으며, 토마토는 유기재배에서 2.17 mg/g, 관행 재배에서 2.09 mg/g으로 유기재배 토마토에서 약 4% 높게 나타났고, 딸기의 경우 유기재배에서 7.10 mg/g, 관행재배에서 6.71 mg/g으로 유기재배 딸기에서 vitamin C 함량이 6% 높게 나타났다(Fig. 3). 과채류의 vitamin C 함량을 비교분석 결과, 유기재배 과채류에서 다소 높게 나타났으나 통계적인 유의성은 없었다.
- 청양고추의 무기성분 분석 결과 유기 청양고추의 total N 함량이 12.98 mg/g으로 관행 청양고추보다 약 6% 높게 나타났으며, Na의 함량은 관행 청양고추가 0.28 mg/g으로 유기 청양고추보다 약 12% 높게 나타났다(Table 1). 토마토의 무기 성분 중 관행 토마토의 total N, K, P 함량은 34.
- 1). 토마토의 total phenol함량은 유기재배 토마토에서 2.44 mg/g으로 나타났고, 관행재배에서는 1.87 mg/g으로 유기재배 토마토에서 약 30% 유의적으로 높게 나타났다. 딸기의 경우는 유기재배에서 71.
- 28 mg/g으로 유기 청양고추보다 약 12% 높게 나타났다(Table 1). 토마토의 무기 성분 중 관행 토마토의 total N, K, P 함량은 34.22 mg/g, 25.80 mg/g, 3.08 mg/g으로 유기 토마토의 28.02 mg/g, 21.23 mg/g, 2.40 mg/g보다 각각 22%, 22%, 28% 높게 나타났으며, 유기 토마토의 Na 함량은 0.43 mg/g으로 관행 토마토의 0.31 mg/g보다 약 40% 높게 나타났다. 딸기의 무기성분은 total N 함량은 유기재배와 관행재배 간의 차이가 크게 나지 않았으며, K와 P 함량은 관행재배 딸기에서 12.
후속연구
- 작물의 품종간 성분함량 차이나 특이 농자재 사용에 따라 발생하는 성분의 차이는 재배이력 파악이 힘들어 비교분석에는 한계가 있었다. 농산물의 위해요소 감소와 기능성 성분 함량을 높일 수 있는 재배방법과 품종개발 및 유통시스템을 구축해 안전하고 기능성이 높은 농산물을 소비자에게 공급할 연구는 계속 이루어져야 하며, 본 연구결과는 유기농산물과 관행농산물의 일반영양 성분과 기능성 성분의 함량을 비교 판단하는 빅데이터 자료구축에 활용되었으면 한다.
- 본 연구에서는 유통 중인 유기 고추와 관행 고추의 capsaicin 함량은 유의적인 차이가 없었다. 재배지역이나 품종에 따른 capsaicin 함량에 관한 연구보고는 있으나[14, 16], 유기재배와 관행재배 간의 capsaicin 함량 비교연구는 보고된 것이 없어 통계자료로 활용이 가능할 것이다.
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