초록 ▼

○ 연구결과 본 연구과제는 가공기술과 분석기술을 적용하여 십자화과 채소류를 명품식품 소재화하는 것이다. 연구의 주요 관점은 물리적 가공법을 통해 십자화과 채소의 glucosinolate와 myrosinase의 반응성을 증대시키고 유효성분을 향상시켜 초미세분체화를 적용해 기존의 제품과 차별화된 소재를 개발하는 것이다. Glucosinolate 분해산물 중 설포라판을 선정하여 지표를 확립하고 정량법을 구축하였으며, 대표적인 기능성 양채류로 알려진 브로콜리를 이용해 부위별 함량을 분석하고 그 결과 줄기와 잎보다 꽃 부분에서 설포라판 함량

○ 연구결과 본 연구과제는 가공기술과 분석기술을 적용하여 십자화과 채소류를 명품식품 소재화하는 것이다. 연구의 주요 관점은 물리적 가공법을 통해 십자화과 채소의 glucosinolate와 myrosinase의 반응성을 증대시키고 유효성분을 향상시켜 초미세분체화를 적용해 기존의 제품과 차별화된 소재를 개발하는 것이다. Glucosinolate 분해산물 중 설포라판을 선정하여 지표를 확립하고 정량법을 구축하였으며, 대표적인 기능성 양채류로 알려진 브로콜리를 이용해 부위별 함량을 분석하고 그 결과 줄기와 잎보다 꽃 부분에서 설포라판 함량이 높게 측정됨을 확인하였다. 일반적인 가정식 조리 방법인 갈거나(grinding) 데친(blanching) 브로콜리는 설포라판 함량에서 차이를 보였다. 먼저 가정용 믹서기로 간 브로콜리에서는 갈지 않은 것에 비해 약 3배의 설포라판이 증가되었고, 데친것은 설포라판 함량이 거의 존재하지 않았다. 냉동시킨 브로콜리에서도 설포라판 함량은 거의 존재하지 않았다. 또한 초고압가공법을 적용한 브로콜리와 갈은 브로콜리의 설포라판 함량을 비교한 결과 1000 atm과 2000 atm의 압력에서는 갈은 것의 효과보다 미미했지만 설포라판이 증가되었고 3000 atm, 4000 atm, 5000 atm의 압력처리를 통해서는 설포라판 함량이 효과적으로 향상됨을 확인할 수 있었다. 이때 5000 atm 처리를 한 브로콜리에서 가장 높은 설포라판 함량이 측정되었으며, 초고압 처리시간은 10분에서 30분간 처리하여 비교한 결과 10분간 압력처리 하는 것이 바람직하다고 여겨졌다. 따라서 5000 atm에서 10분간 초고압 상태를 유지시키는 것이 적절한 초고압가공법이라 결론 내린 가운데 열처리와의 병행 효과를 실험해보았다. 초고압처리 전과 후의 열처리에 따라 설포라판 증폭효과를 분석한 결과 초고압처리 후 열처리를 하는 것이 더욱 효과적이었다. 이때 온도는 30, 50, 70, 90℃에서 1시간 동안 주어졌고 70℃에서 반응시키는 것이 가장 효과적이라 판단되었다. 또한 초고압 처리에 의한 세포막 붕괴도를 측정하기 위해 biological impedance analyzer(BIA)를 이용하여 임피던스(impedance)를 측정하였다. 여기서 임피던스는 저항값을 의미하며, 1000∼5000 atm 압력이 처리된 시료는 압력이 증가됨에 따라 임피던스값이 감소된다는 것을 알 수 있었다. 임피던스값이 작다는 것은 세포막이 붕괴되어 세포내의 전해질이 용출됨으로써 전류가 잘 통해 저항값이 작아졌음을 의미한다. 브로콜리에 압력을 가한 경우 대조군에 비하여 세포막 붕괴도가 증가하였고 특히 4000 atm 이상의 압력에서 세포막 붕괴도의 현저한 차이가 난다는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 처리한 압력이 커질수록 설포라판 함량이 증가된다는 사실을 뒷받침해주는 증거로 여겨진다. 방울양배추의 경우에서도 세포막붕괴도는 비슷한 결과를 얻을 수 있었다. 또 브로콜리의 tissue printing을 통해 myrosinase activity를 측정한 결과 대조군에 비해 5000 atm 압력처리군에서 glucosinolate 와 myrosinase의 반응성이 증대되었음을 알 수 있었다. 브로콜리와 방울양배추에 이어 양배추, 케일, 콜라비, 적양배추에 대해 초고압가공법을 적용한 결과 적양배추에서 현저한 설포라판 증폭 효과를 확인하였으며 최적 조건은 4000 atm의 초고압 처리 후 60℃에서 1시간동안 반응시키는 것이었다. 또한 건조법에 따른 설포라판 함량 변화를 측정한 결과 동결건조 방법이 가장 효과적인 것으로 나타났으며, 진공건조 및 열풍건조를 거친 시료에서는 설포라판 함량의 손실이 상당히 크게 나타났다. 따라서 대량 초고압 처리 공정에서는 최적의 조건을 모두 적용하여 실험하였으며, 설포라판이 증폭된 샘플은 협동연구기관인 에프앤디나노텍으로 보내져 초미세분체화와 제품화 연구에 활용하였고 일부는 KIST에서 저장성 실험에 이용하였다. 초미세분체화는 pinmill 분쇄기와 jetmill 분쇄기를 통해 이루졌으며 조분쇄를 거친 입자를 작은 입자로 만들기 위해 pinmill 분쇄기로 분체화하고 더욱 작은 입자를 만들기 위해 jetmill 분쇄기로 한번 더 분쇄하였다. Jetmill 분쇄기로 분쇄한 것은 pinmill로 분쇄한 분말보다 그 입자가 훨씬 작아 활용도가 높은 것으로 알려져 있다. 이러한 분쇄과정을 거치면서 설포라판 함량의 변화는 거의 없는 것으로 실험 결과 확인하였으며, 4주간의 저장성 평가를 통해 pinmill 시료와 jetmill 시료의 안정성을 알아보았다. 이때 4, 30, 50, 70℃ 온도 구간에서 저장하였고 4주간 7일마다 시료를 꺼내 설포라판 함량을 측정한 결과 4℃에서 4주간 저장한 시료가 손실 없이 일정한 양의 설포라판을 함유하고 있었다. 30℃에서 저장된 시료는 약 2주까지는 80% 정도의 설포라판을 보존하다가 그 이후부터는 급격하게 설포라판 함량이 감소하였으며 50, 70℃에서 저장한 시료는 1주 만에 설포라판 함량이 40% 이하로 떨어지는 것을 확인할 수 있었다. 이러한 결과들은 십자화과 채소의 설포라판 함량을 증폭시키는 가공법을 산업에 적용될 수 있다는 가능성을 제시한 것과 동시에 십자화과 채소를 명품식품 소재로 이끌어 낼 수 있음을 시사하는 것이다. 본 연구를 통해 최적의 가공법으로 설포라판 함량이 증폭된 십자화과 채소를 통식품(whole으로 활용하고 초미세분체화를 통한 분말화 food) , , 액상 제형화한다면 다양한 제품으로 확대 적용될 수 있을 것으로 기대된다.

Abstract ▼

IV. Results on development of research
This research aims to make high functional food materials using processing and analysis technique. A major point is that the reaction of glucosinolates and myrosinase is induced and improved by physical processing and novel food materials are developed using

IV. Results on development of research
This research aims to make high functional food materials using processing and analysis technique. A major point is that the reaction of glucosinolates and myrosinase is induced and improved by physical processing and novel food materials are developed using pulverized cruciferous vegetables.
Sulforaphane, glucosinolate breakdown product, was selected and the method of quantitative analysis was established. Broccoli was used to analyze the contents of sulforaphane and the flower part of broccoli has high sulforaphane level compared to stems and leaves.
General domestic cooking method, grinding or blanching had influence on the contents of sulforaphane in broccoli. The process of grinding was effective to improve the sulforaphane contents of broccoli by 3 times compared to fresh broccoli, however, the blanched broccoli had low sulforaphane level. And there was no sulforaphane contents in frozen broccoli.
Also, the sulforaphane contents of broccoli were affected by pressure to a great extent. When a pressure was applied at room temperature, the sulforaphane contents of HHP treated broccoli increased and there was a tendency to amplify the sulforaphane contents upon increasing the pressure to 5000 atm. When a pressure of 3000 atm was applied, the sulforaphane contents of broccoli increased more than 3 times compared to the fresh broccoli but it was less effective in grinding processing in terms of amplifying sulforaphane contents. However, when a pressure of 4000 and 5000 atm was applied on the broccoli, the sulforaphane contents increased 9.5 and 16.1 folds, respectively, compared with fresh broccoli. It was considered that HHP of 5000 atm was the most effective to increase the sulforaphane level. In order to examine the influence of the HHP treatment time on the sulforaphane contents, it was evaluated in 0, 10, 20 and 30 min. There was only slight difference among 10, 20 and 30 min of HHP treatment in the sulforaphane contents. HHP treatment of more than 10 min was not effective to increase the sulforaphane contents. Therefore, it was concluded that the 10 min of HHP treatment on the broccoli was appropriate considering economical efficiency. Post-heating of HHP treatment was more effective than pre-heating of HHP on the broccoli. The range of temperature was 30, 50, 70, and 90 for 60 min. It was concluded that post-heating ℃ of broccoli at 70 ℃ for 60 min was effective to improve the sulforaphane level.
To evaluate the extent of membrane disruption by HHP treatment on the broccoli, impedance value was obtained from impedance scanning system. Continuous impedance measurements allowed the evaluation of the progress of broccoli membrane permeability after HHP treatment. When HHP was applied in the range of 1000 ∼ 5000 atm, the impedance value of broccoli membrane was measured by impedance measuring equipment.
As increasing level of HHP was applied on the broccoli, the impedance value has a tendency to decrease. This result indicated that the membrane of HHP treated broccoli was disrupted and it could lead to increase the reaction of myrosinase and glucoraphanin resulting in the formation of sulforaphane easily. HHP processed broccoli has less impedance value than fresh broccoli and it was considered that the membrane permeability was increased by HHP treatment. Also, the extent of membrane disruption in brussels sprout was similar to the pattern of broccoli.
Tissue printing was performed to visualize the extent of reaction between myrosinase and glucosinolate on the vertical section of broccoli. The cell membrane of HHP treated broccoli was disintegrated and it could lead to increase the reaction of myrosinase and glucosinolate easily. The distribution of protein and myrosinase was widely spread over the vertical section of broccoli by HHP treatment.
Amplification of sulforaphane in red cabbage using HHP processing was also effective. The optimum condition of processing was 4000 atm of HHP and post-heating at 60 ℃ for 60 min. The changes of sulforaphane level by drying method wewe investigated. The sulforaphane contents were not detected in vacuum dried and hot air dried samples while freezing dried sample has the intact sulforaphane level as it is. The optimum condition of processing was applied in large scale of HHP processing. The HHP treated samples were sent to F&D Nanotech, cooperation research company and pulverized into micro particles. A part of HHP treated samples was used to the experiment for storage stability.
Micro pulverization was performed by pin-mill and jet-mill. It was confirmed that the pulverization did not affect sulforaphane level. The storage stability of sulforaphane in pulverized sample was evaluated for 4 weeks in various temperature. It was concluded that sulforaphane level was maintained during the storage at 4℃.
From these results, it was suggested that the HHP processing can be used and applied to food industry. The technique of amplifying sulforaphane contents by HHP opens up new ways of improving critical health benefits of cruciferous vegetables in food industry as functional food. HHP treated cruciferous vegetables which is improved in the contents of sulforaphane can be used as whole food and after micro pulverization, it can be applied to various shape of food products.

목차 Contents

• 제출문 ... 1
• 요약문 ... 2
• SUMMARY ... 7
• CONTENTS ... 12
• 목차 ... 15
• 제1장 연구개발과제의 개요 ... 18
• 제1절 연구개발의 목적 ... 18
• 1. 기능성 양채류: 세계적으로 효능성이 검증된 건강식품 ... 18
• 2. 특허 지도 분석: 소재화 연구의 블루오션 ... 19
• 제2절 연구개발의 필요성 ... 21
• 1. 기술적 측면 ... 21
• 2. 경제.산업적 측면 ... 23
• 3. 사회.문화적 측면 ... 25
• 제2장 국내외 기술개발 현황 ... 26
• 제1절 국내 연구현황 ... 26
• 제2절 국외 연구현황 ... 29
• 제3장 연구개발수행 내용 및 결과 ... 31
• 제1절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 유효성분 활성화 연구(주관연구기관 : 한국과학기술연구원 판철호) ... 31
• 1. 서론 ... 31
• 2. 본론 ... 34
• 가. 양채류 시료 확보 및 유효성분 선정 ... 34
• 나. 유효성분(glucosinolate 분해산물) 지표확립 및 표준화 연구 ... 37
• (1) 설포라판(sulforaphane) 정량법 구축 ... 37
• (가) HPLC(고성능액체크로마토그래피)를 이용한 설포라판 정량법 ... 37
• (나) LC-MS 를 이용한 설포라판 정량법 ... 37
• (다) 설포라판 정량법의 적용 ... 39
• (2) Allyl isothiocyanate(AITC) 정량법 구축 ... 41
• 다. Myrosinase 활성화를 통한 유효성분 최적화 연구 ... 44
• (1) 브로콜리 ... 44
• (가) 브로콜리 부위별 sulforaphane 함량 분석 ... 44
• (나) 가공처리에 따른 sulforaphane 함량 분석 ... 44
• (다) 초고압과 열 병행처리 처리에 따른 sulforaphane 함량 분석 ... 47
• ① 초고압과 열 병행처리의 효과 ... 47
• ② Pre heating과 post-heating 효과 ... 49
• (라) 초고압 처리에 의한 세포막 붕괴도 측정 ... 52
• ① Biological Impedance Analyzer의 제작 및 활용 ... 52
• ② Tissue printing을 통한 myrosinase activity 측정 ... 53
• (2) 방울 양배추 ... 56
• (가) 시료 확보 ... 56
• (나) 가공처리에 따른 방울양배추의 sulforaphane 함량 비교 ... 56
• (다) 초고압 처리에 의한 세포막 붕괴도 측정 ... 57
• (3) 적양배추 ... 59
• (4) 가공처리에 의한 AITC 함량 분석 ... 63
• 라. 기능성이 향상된 소재의 안정성 평가 및 우수성 검증 ... 64
• (1) 다양한 건조방법에 따른 설포라판 함량 측정 및 비교평가 ... 64
• (2) 브로콜리에 대한 Large scale processing ... 68
• (가) 브로콜리 대량 수급 및 손질 ... 68
• (나) Large scale 초고압 처리(전남 생물산업지원센터 대형 초고압 기기 사용) ... 69
• (다) 동결건조 ... 69
• (라) 초미세분체화 : 협동연구기관 보고서 참조 ... 71
• (3) 기능성이 향상된 브로콜리에 대한 저장 안정성 평가 ... 74
• (4) 세포독성 및 해독효소활성 측정 ... 77
• 제2절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 초미세분체화(협동연구기관 : 에프앤디나노텍 신옥기) ... 80
• 1. 양채류 원료 선정 ... 80
• 2. 분쇄 테스트 진행절차 및 분쇄기종 결정 ... 80
• 3. 분쇄 실험 분쇄기 내용 및 조건 ... 81
• 가. Pin Mill 분쇄기 ... 81
• 나. Jet Mill 분쇄기 ... 81
• 다. 냉동 분쇄기 ... 81
• 라. ACM (Air Classified Mill) ... 81
• 4. 제품별 분쇄 실험 결과 ... 82
• 가. 브로콜리 ... 82
• 나. 양배추 ... 85
• 다. 분쇄실험 결과 ... 87
• 5. 양채류 분쇄 실험 결론 ... 87
• 6. 양채류 소비자 조사 ... 88
• 가. 조사개요 ... 88
• 나. 브로콜리 등 양채류 음용 형태 조사 결과 ... 88
• 7. 초고압 처리 양채류 제품 개발 전략 방향 ... 91
• 가. 양채류 제품 전략 방향 ... 91
• 나. 양채류 제품화 전략 방향 ... 91
• 다. 향후 전략 과제 ... 92
• 라. 상품화 전략 ... 92
• 마. 시제품 생산 ... 93
• 8. 브로콜리 가공분말 Concept Test 결과 보고 ... 94
• 제4장 목표달성도 및 관련분야에의 기여도 ... 132
• 제1절 연구의 세부연구 목표 및 평가의 착안점 및 기준 ... 132
• 제2절 연구개발 수행내용 및 목표 달성도 ... 133
• 제3절 관련분야로의 기여도 ... 134
• 제5장 연구개발 성과 및 성과활용 계획 ... 135
• 제1절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 유효성분 활성화 연구 ... 135
• 제2절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 초미세나노분체화 ... 135
• 제6장 연구개발과정에서 수집한 해외과학기술정보 ... 136
• 제1절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 유효성분 활성화 연구 ... 136
• 제2절 첨단 가공/분석 융합연구를 통한 기능성 양채류의 명품 식품 소재화 : 초미세나노분체화 ... 137
• 제7장 참고문헌 ... 138
• 끝페이지 ... 139