계절별 절임배추의 품질 특성 비교

서 론

배추(Brassica campestris L. ssp. pekinensis)는 2000년 이 전에 지중해 연안에서 자라던 잡초성 유채 순무와 남부지방 의 숭(菘)이 중국 북부의 양주지방에서 자연 교잡되어 자란 것이 배추의 원시형이라고 전해지고 있다. 배추는 국내에 서 소비량이 가장 많은 채소로 재배시기에 따라 봄배추, 고랭지배추, 가을배추, 월동배추로 구분하고, 포기 형태로 는 결구형, 반결구형, 불결구형으로 분류한다(1,2). 배추 총 생산량은 2000년 314만 9천톤으로 가장 높았다가 재배면적 이 감소하여 2011년 301만 6천톤, 2012년 224만 3천 톤이었 다(3). 배추는 호냉성 채소로 생육초기에는 고온에서 발육 되다가 생육후기에는 서늘한 기후에서 결구가 촉진되는 작물로 김장배추 위주로 재배되었다. 그러나 최근 육종 개 발에 의해 봄배추, 여름배추, 가을배추 및 월동배추 등이 육종되어 연중 출하가 가능해졌다(4). 우리나라 채소 생산 의 반 이상을 차치하고 있는 배추는 총 생산량의 약 90% 이상이 배추 원물 상태로 유통되며 약 82.5% 이상이 김치 제조에 사용하고 있다(5). 절임배추는 배추김치를 만들기 위한 주원료로 절임을 하는 과정은 배추김치를 만드는데 반드시 필요한 공정이다, 이러한 절임배추 제조 공정은 아 파트와 같은 주거지에서는 절임배추 제조가 어렵고, 시간 적으로 많이 소요되어 소비자들은 상품으로 판매되고 있는 고품질의 절임배추를 요구하게 되었다(6). 즉 가정에서 김 치를 제조하여 섭취하는 소비자의 경우 직접 절임배추를 제조하기보다 필요시에 절임배추를 구매하여 김치를 제조 하는 소비 패턴으로 변화되었다. 이에 따라 배추절임업체 와 김치 제조업체에서는 재배와 수확시기에 따라 봄 노지배 추(5~7월 수확), 여름 고랭지배추(7~9월 수확), 가을 노지 배추(10~12월 수확), 월동배추(1~2월)로 나누어 절임배추 제조하여 연중 소비자에게 공급하고 있다.

한편 절임배추에 관한 연구는 절임배추를 저온 살균하여 스타터로서김치젖산균인Leuconostoc. citreum, Lactobacillus. plantarum을 첨가하여 김치 발효 중 발효 특성과 기능성 증진 효과, 전기 분해수를 이용한 절임 조건에 따른 배추의 품질 특성, 절임 방법에 따른 배추 조직 및 염도 변화 등이 있다(7-13). 또 현장형 연구로 대규모 김치 제조공장에서 작형별 배추절임을 기계화/자동화하기 위해 적정 기계화 절임 조건의 표준화, 중․대형 김치 공장에서 배추의 기계 화 절임의 주요 변수로, 염수 농도, 절임시간, 탈수 시간의 조사를 공장 규모로 진행시킨 연구도 있다(14). 그리고 배추 와 함께 절임배추의 중요한 요인인 소금 종류 및 이용실태, 절임배추 저장 중 폴리에틸렌 포장 필름 종류와 소금 절임 농도에 따른 품질 변화 등 다양한 연구들이 진행되었으나 (15-17). 계절별 배추에 관한 것이 아니라 주로 하나의 계절 에 대한 연구가 진행된 것이 대부분이다. 특히 계절별 배추 의 품질은 품종, 재배 조건 등 수확 전 후의 요인에 영향을 받고, 이를 이용한 주요 가공 식품인 김치의 품질에도 크게 영향을 미치는 것으로 알려져 있으나 많은 연구가 수행되지 않았다(18-20). 현재 계절별 배추로 절임배추를 생산하여 연중 소비자에게 제공하는 절임 업체에서는 계절별로 제조 된 절임배추 특성을 연구하여 계절별 절임배추의 현장형 절임 조건 기준을 정하는데 다양한 자료가 요구되고 있다.

본 연구는 대형 절임배추 제조 공장에서 제조된 계절별 절임배추의 물리화학적 및 미생물학적 특성을 조사하여 계절별 절임배추의 절임 조건을 제시 및 저장성 연장 연구 를 위한 기초 자료로 이용하고자 수행되었다.

재료 및 방법

재 료

본 실험에 사용된 계절별 배추는 봄배추(춘광, 2013년 6월 수확), 가을배추(추광, 2013. 11월 수확), 월동배추(남도 장군, 2013년 3월 수확)는 전라남도 해남에서 재배한 것이 었고, 여름 배추는 강원도 평창에서 재배된 고랭지 배추 (2013년 9월 수확)를 실험에 사용하였다. 절임배추 제조는 해남 화원농협(Haenam-gun, Jeollanam-do, Korea)에서 HACCP 절임배추 제조 라인에서 제조된 절임배추를 0℃로 유지된 냉장 수송차에 온도 로거를 부착하여 제조 직후 12시간 이내로 제공받아 실험하였다. 이때 해남 화원농협 의 절임배추 제조 라인은 배추를 이절, 1차 정선, 2단계 절임, 4단계 세척, 선별, 탈수, 포장의 공정과정을 거치는데, HACCP 규정하에 절임실, 세척수, 절임수, 절임배추의 품 온, 절임수 염도 및 절임배추 제조 후의 절임배추의 염도, pH, 고형분 함량을 매일 측정하고 있다. 절임 공정 라인을 조사 분석한 결과 절임실과 세척수 온도는 15~20℃였고, 절임수 염도 약 10~14%에서 약 24시간 절임을 한 후 10~1 5℃내외의 세척수로 4단계의 세척을 통과한 절임배추를 탈수 그물망 컨베어에 약 5~6분 정도 탈수 한 후 포장 단계 를 거친다. 절임배추 1일 생산량은 계절별로 차이가 있는데, 봄배추는 1일 생산량 약 5톤, 여름배추 5톤, 가을배추 100톤, 월동 배추 30톤이었다. 본 실험에 사용한 시료는 각 계절별 로 생산되어 10 kg 단위로 포장된 절임배추 15상자를 제공 받았고, 반포기당 절임배추의 무게는 약 1.5~1.8 kg였고, 절임배추 소금농도는 약 1.3~1.5%의 범위였다. 각 계절별 로 한 상자에서 반포기씩 비슷한 크기의 것을 취하여 실험 재료로 사용하였다.

pH 및 적정산도

절임배추 시료 반포기 약 1.5~1.8 kg를 1/4로 세로로 자른 후 blender(MR-5550 MFP, Braun, Poland)로 갈아 반죽 (paste) 상태의 시료를 제조한 후 electrode를 직접 넣어 pH (827, Metrohm, Z.finyen, Switzerland)를 측정하였다. 적정 산도는 blender로 간 반죽상태의 시료 1 g을 정확히 달아 100 mL로 희석한 후 Toyo No.1로 여과한 다음 여액 20 mL를 취하여 0.01 N NaOH 용액으로 pH가 8.3이 될 때까지 적정하여 소비된 0.01 N NaOH 용액 소비량을 구한 후 젖산 으로 환산하여 표시하였다(21).

염 함량 및 가용성 고형분 함량

염 함량은 절임배추 시료를 세로로 1/4로 잘라 페이스트 상태로 제조한 시료 1 g을 정확히 달아 100 mL로 희석한 후 여과한 여액 10 mL을 취하고 2% potassium chromate 1 mL를 넣어 0.02 N AgNO₃ 용액으로 적정하는 Mohr 법에 의해 측정하였다(22). 가용성 고형분(soluble solid content) 은 페이스트 상태의 배추 시료를 거즈로 여과한 다음 디지 털 당도계(PDX-1, VeeGee, USA)를 이용하여 각 처리구당 5회 반복하여 평균값을 구하였다.

미생물 균수

절임배추를 100 g씩 취하여 0.85% 멸균식염수 용액으로 10배 희석하여 stomacher(Bagmixer, Duksan, Seoul, Korea) 를 이용하여 균질화 하였다. 균질액 1 mL를 취하여 0.85% 멸균식염수에 단계적으로 희석한 후 1 mL씩 pouring culture method로 접종하였다. 각각 총균수와 젖산균수는 37℃에서 48시간 배양한 후 colony 수를 측정하여 colony forming unit (CFU/g)으로 표시하였다(23).

색도 및 조직감

절임배추의 색도는 페이스트 상태의 시료를 직경 5 cm, 높이 5 mm의 원형 플라스틱 틀에 넣어 색도계(CR-410, Minolta Co., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였다. 측정 전 표준백판으로 보정한 후 사용하였으며 L(명도, lightness), a(적색도, redness) 및 b(황색도, yellowness)값으로 나타내 었다(24).

절임배추의 조직감 측정은 2가지 방법으로 나누어 측정 하였다. 첫 번째는 디지털 경도계(IMADA push pull scale & digital force gauge, IMADA, Japan)를 이용하여 probe(v자 형) 로 배추 표면을 눌렀을 때 발생하는 힘을 측정하였으며 각 처리구당 10번씩 반복하였다(firmness). 두 번째는 texture analyzer(TAXT-2, Stable Micro Systems, Ltd., Godalming, England)를 사용하였고, puncture test를 시행하 였다. 즉, 배추 표면의 중앙부분에서부터 100% 관통하면서 받는 최대 강도(hardness)와 probe가 배추 표면에 닿은 후부 터 배추 조직의 겉면이 뚫릴 때까지의 시간을 배추 두께로 경도 측정 시 그래프에 나타나는 peak 수를 측정하였으며 시료 측정 횟수는 각 처리구당 15회 반복하여 평균값을 구하였다. 이때 측정 조건은 probe 3 mm, pretest speed 5 mm/s, test speed 0.5 mm/s, posttest speed 10 mm/s였다. 이때 절임배추 시료는 일관성을 위해 포기 전체를 대표할 수 있는 겉잎에서 3~4번엽을 사용하여 줄기 부분 중 뿌리에 서 5cm 떨어진 가장 두꺼운 부분을 측정 부위로 하였다.

통계분석

계절별 절임배추의 물리화학적 및 미생물 품질 차이를 파악하기 위해 분산분석(analysis of variance)을 실시하였 다. 또 이들 품질 요인간의 상관분석(correlation analysis), 주성분 분석(principle component analysis) 및 계층적 군집 분석(hierachical cluster analysis)을 실시하였다. 통계분석은 SAS(7.2, SAS Institute, Cary, NC, USA)와 XLSTAT(2007.1 Addinsoft, NY, USA)를 이용하여 실시하였다.

결과 및 고찰

품질특성간의 상관관계 및 통계분석

계절별 절임배추의 물리화학적 및 미생물 품질 특성의 상관관계를 측정하였다(Table 2). 계절별 절임배추와 가용 성 고형분 함량과 1% 유의수준에서 양의 염함량과 디지털 경도계로 측정한 경도는 음의 상관관계가 있는 것으로 나타 났다. 이는 Yoon 등(27)의 계절에 따른 배추의 절임 용수의 고형물 함량 변화를 측정한 결과 월동 배추가 가장 많은 함량을 보였다는 결과와 Lee 등(19)의 봄배추와 가을배추 의 생육정도와 성분 분석 결과 가을배추의 가용성 고형물 함량이 봄배추보다 많고 배추자체의 품종별보다는 재배 계절에 따른 차이가 크다는 보고와 유사하게 계절별 배추에 따른 차이를 보였다. 또 동일한 염함량으로 절임을 할 경우 계절별 절임배추의 염농도가 차이가 있다는 보고(27)와 유 사하게 거의 동일한 조건에서 절임배추를 제조한 경우 계절 별 차이가 있다는 결과를 보였다. 이외에 절임배추의 pH는 밝기를 나타내는 L값과 a값이 5% 유의 수준에서 양의 상관 관계를 보였고, 배추의 두께와는 음의 상관관계를 나타내 었다. 적정산도는 조직감 측정시의 피크 개수와 1% 유의 수준에서 음의 상관관계를 나타내었고, 가용성 고형분 함 량은 소금함량, L값과 a값과 음의 상관관계를 보였다. 즉 동일 조건으로 제조된 계절별 절임배추라도 계절에 따른 품질 차이를 확인할 수 있었는데, 특히 가용성 고형분 함량 과 절임배추의 소금 함량, 조직감 중 경도와 높은 상관관계 를 보였다.

Table 2. Correlation coefficients between quality character istics in the seasonal salted-Kimchi cabbage

Variables	Seasonal cultivar	pH	Titratable acidity	Soluble solid	Salt	Total microbes	Lactic acid bacteria	Lightness (L)	Redness (a)	Yellowness (b)	Firmness	Hardness	Width	Peaks No.
Seasonal cultivar	1
pH	-0.062	1
Titratable acidity	-0.281	-0.494	1
Soluble solid	0.741**	-0.437	0.261	1
Salt	-0.817**	0.046	0.278	-0.599*	1
Total microbes	-0.157	0.359	-0.148	-0.359	-0.233	1
Lactic acid bacteria	0.229	0.213	-0.177	-0.042	-0.109	0.312	1
Lightness (L)	-0.576	0.665**	-0.054	-0.661*	0.624*	0.426	0.245	1
Redness (a)	-0.341	0.806**	-0.117	-0.658*	0.293	0.546	0.301	0.823**	1
Yellowness (b)	-0.131	0.241	-0.244	-0.073	0.451	-0.468	-0.089	0.313	-0.076	1
Firmness	-0.802**	-0.286	0.200	-0.433	0.596*	-0.042	-0.373	0.173	-0.198	0.319	1
Hardness	-0.143	-0.171	0.390	0.171	0.090	0.419	0.184	0.275	0.080	-0.329	-0.034	1
Width	0.371	-0.852**	0.389	0.559	-0.233	-0.567	-0.166	-0.821**	-0.739	-0.310	-0.105	-0.117	1
Peaks No.	0.441	0.563	-0.790**	-0.177	-0.577*	0.532	0.339	0.050	0.370	-0.234	-0.540	-0.170	-0.410	1.00

^* significant at p<0.05,

^** **significant at p<0.01

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계절별 절임배추 품질 특성의 주성분 분석(principal component analysis) 결과는 Fig. 2와 같다. 첫 번째 주성분 (F1)과 두 번째 주성분(F2)는 전체 데이터의 35.59%와 27.28%의 설명력을 보여 주었고, 총설명력은 62.87%였다. 주성분 F1은 계절별 배추, 밝기, 가용성 고형분함량, 배추 두께, 총균수와 젖산균 수로 이화학 및 물리적 품질 특성이 었고, 주성분 F2는 절임배추의 피크 개수로 물성 특성이었 다. 각 품질 특성의 분포를 보면 F1의 오른쪽으로 총균수, ligthness, redness, pH, 염함량, 경도 등이 분포하였고, 왼쪽 에는 계절별, 고형분 함량, 배추 두께 등이 분포되었다. F2 상으로는 Y 축 양이 방향으로 계절별, 피크수, 미생물 균수, pH가 음의 방향으로는 총산도, 염함량, firmness가 분포되 어 있는데, 각각의 특성이 명확하게 구분되지 않고, 절임배 추의 전반적인 특성이 F1과 F2 그래프 상에 전체적으로 분포되어 있었다. 한편 계절별 시료의 경우 겨울배추는 F1 상의 왼편 중간에 분포하고, 가을배추는 그래프 상의 F1상 의 오른쪽 윗쪽에 분포하였으며, 여름배추는 겨울배추와 반대 방향에 봄배추는 F1상의 오른쪽 아래에 분포하여 계 절별 절임배추의 품질 특성이 전반적으로 차이가 있는 것을 확인하였다. 한편 Fig. 2은 계절별 절임배추의 품질 특성을 바탕으로 계층적 군집분석(hierarchical cluster analysis based on euclidean distance and Ward linkage)한 결과를 덴드로그램으로 도시한 것이다. 계절별 절임배추의 군집분 석 결과 각 계절별 절임배추가 각각 분류되었고, 군집간의 거리를 바탕으로 살펴보면 여름배추(SU1, SU2, SU3)와 봄 배추(SP1, SP2, SP3)가 가까운 거리에 위치하였고, 월동배 추(WI1, WI2, WI3)와 가을배추(FA1, FA2, FA3)가 가까운 거리에 위치하였다. Fig. 1.

Fig. 2. Dendrogram of seasonal salted-Kimchi cabbage by agglomerative hierarchical clustering (AHC) based on quality character istics of salted-Kimchi cabbage SP: spring salted-Kimchi cabbage, SU: summer salted-Kimchi cabbage, FA: fall salted-Kimchi cabbage, WI:winter salted-Kimchi cabbage.

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Fig. 1. Pr incipal component analysis of quality characteristics of seasonal salted-Kimchi cabbage P: spring salted-Kimchi cabbage, SU: summer salted-Kimchi cabbage, FA: fall salted-Kimchi cabbage, WI:winter salted-Kimchi cabbage.

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이상의 결과에서 각각의 계절별 절임배추의 경우 물리화 학적 및 미생물학적 품질 특성에 차이가 있음을 확인하였 고, 고품질이면서 품질이 균일화된 절임배추를 연중 생산 하기 위해서는 계절별 배추 원료의 품질과 절임 적성 등에 많은 연구가 진행되어야 한다고 사료된다. 특히 배추 수급 안정화를 위하여 배추 저장과 함께 배추 과잉 생산시 절임 배추를 제조하여 저장을 한 후 필요시 사용하기 위해서 절임배추의 장기 저장 방법이 필요하다. 이와 같은 절임배 추의 저장성 연장 기술 개발을 위해서는 계절별 절임배추의 품질 균일화가 확립 후에 진행되어야 하므로 계절별 절임배 추에 대한 더 많은 연구가 필요하다.

요 약

본 연구는 계절별 배추 원료의 최적 절임 조건 및 저장성 연구를 위한 기초 자료 제공을 위하여 계절별 절임배추의 물리화학적 및 미생물학적 특성 조사와 이들 특성의 상관성 을 조사하였다. 계절별(봄배추, 여름배추, 가을배추 및 겨울 배추) 절임배추의 pH와 적정산도의 경우 가을배추 시료가 6.02±0.04와 0.15±0.01%로 다른 계절의 절임배추 시료보다 pH는 약간 높고 적정산도는 약간 낮았다. 가용성 고형분 함량은 월동배추가 7.76±0.39%로 가장 높았고, 염도 함량 은 계절별로 유의적인 차이가 없었다. 총균수의 경우 여름 배추가 다른 계절의 배추보다 유의적으로 많은 균수가 있었 고 색도는 유의적인 차이가 없었다. 조직감의 경우 경도 (firmness)는 봄배추가 가장 높은 4.92±0.06 kgf였고, 단단한 정도(hardness)는 여름 배추가 11.71±0.53 kgf로 가장 높게 측정되었다. 한편 계절별 절임배추의 품질 특성간 상관관 계를 분석한 결과 계절별 절임배추와 가용성 고형분 함량, 경도와 1% 유의수준 유의적인 상관성이 있었다. 또 주성분 분석 결과 첫 번째 주성분(F1)과 두 번째 주성분(F2)는(은) 전체 데이터의 각각 35.59%와 27.28%의 설명력을 보여 주 었고, 총설명력은 62.87%였다. 주성분 F1은 계절, 밝기, 가 용성 고형분 함량, 배추 두께, 총균수와 젖산균 수였고, 주성 분 F2는 절임배추의 피크 개수였다. 계절별 절임배추의 품 질 특성을 바탕으로 계층적 군집분석 결과 봄배추, 여름배 추 그리고 가을과 월동 배추로 3그룹으로 나뉘었다. 이상의 결과에서 계절별 절임배추의 경우 물리화학적 및 미생물학 적 품질 특성에 차이가 있음을 확인하였고, 품질 균일화와 고품질의 절임배추를 연중 생산하기 위해서는 각 계절별 배추의 품질 특성과 절임 적성에 관한 많은 연구가 필요하 다고 사료된다.