참외 저급과 주스의 청징화를 위한 효소처리 조건

본 실험에 사용된 참외 저급과는 2013년 경상북도 성주 군에서 수확된 ‘오복’ 품종을 성주농업기술센터에서 공급 받아 사용하였다. 청징화에 사용된 pectinase(RAPIDASE C80MAX, 132,000 U/g, DSM Food Specialties, Finland) 및 cellulase(ROHAMENT^Ⓡ CL, 27,000 CU/g, ABF Ingredients company, Finland)는 (주)케이엠에프(KMF Co., Ltd, Deagu, Korea)에서 제공받아 사용하였다.

먼저 참외 저급과를 2회 이상 세척 후 씨와 꼭지를 제거하 고 마쇄기(M-12, Hankook Fuiee Plant Co., Ltd, Suwon, Korea)로 마쇄한 다음 부직포로 착즙하여 참외 주스를 제조 하였다. 1차 실험으로 참외 주스의 청징화에 적합한 효소제 종류와 첨가수준을 선정하기 위해서 참외 주스 500 mL에 효소제(pectinase, cellulase, pectinase와 cellulase 복합효소 (배합비1 :1))를 다양한 첨가수준(0.01%～0.03% (v/v))으로 혼합한 다음 60℃에서 100 rpm으로 교반하며 60분 동안 청징화 하였다. 처리된 각 참외 주스는 원심분리(10,000 rpm, 10 min) 후 상등액을 분리하여 분석 시료로 이용하였 다. 또한 선정된 효소제의 처리조건을 결정하기 위해서 참 외 주스 300 mL에 복합효소제를 0.01% (v/v)씩 첨가하고 시간(30, 60, 90 및 120분) 및 온도(40, 50, 60 및 70℃)조건에 따라 100 rpm으로 교반하며 청징화 한 다음 앞서 실험과 동일한 과정으로 원심분리 후 상등액을 분리하여 분석시료 로 이용하였다.

각 시료의 당도는 digital refractometer(PR-101, ATAGO Co., Tokyo, Japan)로 측정하였고, 총산도는 시료 1 mL에 1% phenolphthalein 지시약을 넣고 0.1 N NaOH로 중화 적정 하여 citric acid(%, w/v)로 환산하였다. pH는 pH meter (Metrohm 691, Metrohm, UK Ltd., Herisau, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.

색도는 UV-visible spectrophotometer(UV-1601, Shimazu Co., Kyoto, Japan)로 측정하여 Hunter's color value(L값(명 도), a값(적색도), b값(황색도))로 나타내었으며, 탁도와 갈 색도는 각각 660 nm, 420 nm에서 흡광도를 측정하였다.

유리당은 참외 주스를 sep-pak C18 cartridge에 통과시킨 다음, 0.45 μm membrane filter로 여과하여 HPLC(Waters 2487, Waters Co., Milford, USA)로 분석하였다(20-22). 이때 분석조건은 carbohydrate analysis column(3.9×300 mm, Waters Co.), mobile phase 80% acetonitrile(B&J Co., Philipsburg, NJ, USA), flow rate 1.0 mL/min, injection volume 20 μL였으며 RI detector(Water 2414, M410 RI, Waters Co.)를 이용하였다.

Table 1은 참외 주스에 여러 효소제(pectinase, cellulase 및 pectinase와 cellulase 혼합효소)를 3가지 첨가수준(0.0 1～0.03% (v/v))으로 처리하였을 때 품질 특성을 분석한 결과이다. 당도는 대조구을 비롯한 모든 실험군에서 10.85 ～11.00 °Brix로 유사한 수준이었다. 총산도는 대조구과 PECE(Ⅱ)가 각각 0.32%, 0.33%로 다른 실험군의 총산도 0.24～0.27%보다 조금 높은 경향이었으며 pH는 대조구가 pH 5.39, 효소처리군이 pH 5.29～5.35 였다. 갈색도와 탁도 는 대조구에서 각각 0.69, 0.22인 것에 비해 효소제를 첨가 한 9개의 청징화 처리군에서 갈색도 0.18～0.24, 탁도 0.01 ∼0.06으로 감소하여, 효소제 처리가 참외 주스의 외관 품질 향상에 긍정적인 것으로 생각되었다. 이 같은 경향은 색도 에서도 유사하여 효소제를 처리한 모든 실험군에서 L값은 증가, a값과 b값은 감소하였다. 한편 효소제의 첨가 수준 증가에 따른 품질 변화는 뚜렷하지 않았으나, 효소제 종류 간 품질은 단일효소제 처리군보다 pectinase와 cellulase를 혼합하여 첨가한 복합효소제 처리군에서 탁도 및 갈색도가 좀 더 낮은 경향이었다. 이는 늙은 호박을 대상으로 한 Youn 등(23)의 연구에서 복합효소제 처리가 높은 청징효과를 나타내었다는 보고와 유사하였다. 참외 주스의 경우 효소 첨가수준과 갈색도간에 일관된 변화가 없었으나, Kim 등 (24)은 석류추출액에 첨가한 효소량이 증가함에 따라 갈색 도가 큰 폭으로 감소하였다고 보고하기도 하였다. 본 연구 에서 효소제의 첨가수준 증가에도 불구하고 변화가 미미한 것은 효소반응의 역치와 관련된 것으로 생각되며, Shon 등(25)도 혼합 과채주스의 탁도에 대한 연구에서 적정 수준 이상의 pectinase가 청징도를 감소하였다고 보고한 바 있다.

Table 2는 효소제 처리조건에 따른 참외 주스의 유리당 함량을 분석한 결과이다. Pectinase 및 cellulase는 과실의 세포벽을 분해하여 가용성 성분의 용출을 유도하는 것으로 알려져 있으며(26-28), 참외 주스의 활용면에서 외관품질에 대한 영향뿐만 아니라 유리당과 같은 주요 성분의 증감을 고려할 필요가 있을 것으로 생각되었다. 분석 결과 모든 구간에서 fructose, glucose 및 sucrose가 검출되었으며 유리 당 조성비는 대략 1 : 1 : 2 수준을 나타내었다. 총 유리당 함량은 PE(Ⅱ)를 제외한 모든 효소제 처리군이 대조구의 8,023.78 mg%보다 높은 경향이었다. 효소제 첨가수준에 따른 총 유리당 함량 변화는 뚜렷한 관계를 나타내지 않았 으나, 동일한 양의 효소제 처리시 총 유리당 함량은 cellulase 를 0.02% (v/v) 첨가한 CE(Ⅱ)에서 9,126.69 mg%로 가장 높은 편이었고 그 다음으로 pectinase와 cellulase 복합효소 제를 0.01% (v/v) 첨가한 PECE(Ⅰ)에서 8,744.99 mg%로 높은 경향이었다. 이와 같은 결과를 앞서 탁도, 갈색도, 색도 등의 외관 품질과 함께 고려할 경우 참외 주스의 청징화 조건으로 복합효소제가 적합한 것으로 생각되었으며, 효소 제 처리시의 비용부담 및 첨가수준 증가에 따른 품질변화가 뚜렷하지 않은 점으로 볼 때 참외 주스의 청징화에 0.01% (v/v)의 복합효소제 첨가가 바람직할 것으로 생각되었다.

Table 3과 4는 앞서 선정된 참외 주스에 대한 청징화 효소 첨가조건, 즉 0.01% (v/v) 복합효소제의 처리시간에 따른 품질 변화를 조사한 결과이다. 30분 처리구의 경우 당도는 10.58 °Brix, pH의 경우 5.28로 60분~120분 처리구 (10.80 °Brix 수준, pH 5.24)와 구분되는 경향이었고, 탁도와 갈색도는 효소 처리시간이 30분에서 60분으로 길어짐에 따라 감소하는 경향이었으나 이후 90분 이상 경과에서 시간 이후에 유지 혹은 소폭 증가하였다는 Jeong 등(29)의 보고와 유사하였다. 또한 색도에서도 다른 실험구보다 60 분 처리구의 L값이 97.25로 높고 b값이 8.00으로 낮은 경향 을 나타내었다. 한편 Fig. 1에서 각 참외 주스에는 sucrose가 다량(약 4,000 mg%) 함유되어 있었고, 총 유리당 함량은 120분 처리구가 7,945.07 mg%로 다른 실험군(30분, 60분, 90분 처리구)보다 조금 높은 편이었다. 이 같은 결과로 볼 때 참외 주스에 0.01% (v/v)의 복합효소제를 첨가하여 30분 간 처리한 조건은 효소 작용면에서 부족한 시간으로 평가되 었고, 90분 이상의 효소처리는 가수분해 작용이 점차 약화 되어 유용한 성분 변화가 둔화되는 동시에 시간이 경과함에 따라 갈변요인이나 현탁물질의 상호작용이 진행되어 품질 저하가 발생될 수 있을 것으로 추측되었다.

Fig. 1. Free sugar contents of spoiled or iental melon juice by different enzyme treatment times. Each sample was treated 0.01% (v/v) of mixing enzyme under 60℃.

Download Original Figure

Table 5와 6은 복합효소제의 처리온도에 따른 품질변화 를 조사한 결과이다. 당도는 40℃ 처리구에서 10.70 °Brix 를 나타내었고 온도 상승에 따라 증가하였다가 70℃처리구 에서는 감소하는 경향이었다. 총산도는 0.29∼0.37%의 범 위를 나타내었고 온도가 상승함에 따라 조금 감소하는 경향 이었다. 갈색도와 탁도는 40℃처리구에서 가장 높은 편이 었고, 50℃ 및 60℃처리구에서 감소하는 형태였다. 한편 색도 중 L값은 60℃ 및 70℃ 처리구에서, b값은 50℃ 및 60℃처리구에서 높은 경향을 나타내었고, a값은 처리온도 상승에 따라 점차 감소하였다. 이 같은 변화는 40℃에서 효소작용이 저하되었다가 처리온도가 상승함에 따라 가수 분해 반응이 진행되어 갈색도, 탁도가 감소하게 된 것이며, 70℃에서는 비효소적 갈변(30) 등으로 b값과 갈색도가 상승 하는 것으로 생각된다. 효소처리 온도에 따른 참외 주스의 유리당 함량은 Fig. 2와 같다. 각 온도 처리구에서 유리당 구성에는 차이가 없었으나 50℃～70℃ 처리구의 총유리당 함량(7,481.86 mg%～7,663.40 mg%)에 비해 40℃ 처리구의 유리당 함량이 낮은 편이었다.

Fig. 2. Free sugar contents of spoiled oriental melon juice by different enzyme treatment temperatures. Each sample was treated 0.01% (v/v) of mixing enzyme for 60min.

Download Original Figure

이상의 결과로 볼 때 참외 주스의 가공시 pectinase와 cellulas를 혼합한 복합효소제를 0.01% (v/v) 첨가하여 60℃ 에서 60분간의 청징화 처리가 제품의 품질향상에 도움이 될 것으로 기대된다. 또한 상기 조건으로 효소 처리한 참외 주스를 10℃이하 냉장 보관하였을 때 혼탁 및 이물질 발생 이 관찰되지 않아 농축액 제조 등에 활용 가능할 것으로 추측된다.