증숙 및 발효에 따른 도라지의 품질특성 비교

도라지 시료는 경기도 이천시 소재의 재배농가에서 2011 년 수확하여 3년간 저온 저장된 3년근 도라지를 제공받아 사용하였다. 실험에 사용한 도라지는 평균 15.43 mm 굵기 (상부로부터 30 mm 위치 측정)의 것만을 선별하였다.

발효도라지 제조공정은 선행연구(13,14)를 참고하여 Fig. 1에 나타낸 과정을 거쳐 증숙 및 발효도라지를 제조하 였다. 도라지의 증자는 95℃에서 2시간 동안 실시하였고, 열풍건조는 식품건조기(LD-918BH, L’equip, Seoul, Korea) 를 사용하여 60℃에서 6시간 동안 수행하였는데, 이와 같은 증자와 열풍건조 과정을 1~3회 반복하였다. 발효도라지 제 조를 위해 유산균 중 Lactobacillus plantarum(주식회사 Tobico) 동결건조 분말(1×10¹⁰ CFU/g)을 구입하여 생리식 염수로 10% 유산균 침지액을 만들어 일정시간 담갔다가 꺼내고, 무처리군은 생리식염수에 증숙도라지만을 침지시 켰다가 건져내었다. 유산균을 접종한 도라지와 무처리 도 라지는 각각 알루미늄호일 용기(145 mm×195 mm×60 μm) 에 담아 배양기(MCL-20A, SNT Inc., Daejeon, Korea)에서 30℃에서 5일간 발효시켰고, 이 후 20℃에서 숙성과정을 거친 후 60℃에서 3시간 열풍건조하여 증숙 및 발효도라지 를 제조하였다.

Fig. 1. Method for the preparation of Platycodon grandiflorum according to the steaming and fermentation process.

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건조된 시료는 분쇄기(Shinil, Seoul, Korea)로 갈아 지름 70 μm 이하의 크기의 체망을 통과시켜 균일하게 만들어 –70℃ 급속냉동고에서 시험 전까지 보관하여 사용하였다.

AOAC법(15)에 의거하여 105℃ 상압가열건조법을 이용 하여 수분함량을 측정하였고, 실험은 3회 반복 수행하여 평균값을 나타내었다.

도라지 분말 1 g에 증류수 10 mL을 가하여 균질화 (PT-2500E, POLYTRON Homogenizer, Kinemarica AG, Luzern, Switzerland) 한 후 filter paper(Whatman, No.6)로 여과하여 얻은 여액을 pH meter(Mettler-Toledo AG, Schwerzenbach, Switzerland)로 측정하였다. 실험은 3회 반 복 수행하여 평균값을 나타내었다.

색도는 증숙 및 발효도라지를 색차계(Color i7, X-Rite, Inc., Grand Rapids, Michigan, USA)를 이용하여 측정하였 고, Hunter값의 명도(lightness, L), 적색도(redness, a) 그리고 황색도(yellowness, b) 값으로 나타내었다. 실험은 3회 반복 수행하여 평균값을 나타내었다.

증숙과 건조 과정을 반복한 도라지의 물러짐의 정도를 평가하기 위하여 물성분석기(Texture analyser, TA.XTplus, SMS, Surrey, UK)를 이용해 경도(hardness)를 측정하였다. 시료는 도라지 중에서 비슷한 크기를 골라 도라지 머리로부 터 1 cm 떨어진 부분을 5회 반복하여 측정한 값으로 평균값 을 구하였다. 경도는 시료를 압착할 때의 힘을 측정한 최대 peak 값을 g force 단위로 나타내어 평가하였으며, 측정조건 은 trigger force 5.0 g, pre test speed 5.0 mm/sec, test speed 1.0 mm/sec, post test speed 5.0 mm/sec로 하였다.

본 실험을 위하여 Folin-Denis 방법(16)을 변형하여 측정 하였다. 시료 100 mg를 넣은 100 mL 둥근 플라스크에 증류 수를 채우고 초음파(DH. WUC. A22H, DAIHAN-Sci, Wonju, Korea)로 추출하였다. 이 추출액 1 mL을 취하여 7 mL의 증류수를 넣고 0.5 mL Folin-Ciocalteu’s phenol reagent(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)와 포화 Na₂CO₃ 1 mL를 차례로 가하여 실온에서 60분간 반응시킨 후 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로는 tannic acid(Alfa Aesar, Lancashire, England)를 사용하였고, 실험은 3회 반복 수행하여 평균값을 나타내었다.

조사포닌의 함량은 Shibata 등(17)의 방법과 건강기능식 품공전(18)에 수록된 인삼・홍삼성분 분석법을 변형하여 수행하였다. 분말시료 5 g에 80% methanol 50 mL을 넣고 70℃ 수욕상에서 30분간 2회 추출한 다음 추출물을 여과지 (No. 2)로 여과하여 감압농축한 다음 증류수 50 mL로 용해 한 후 에테르 50 mL로 2회 추출하여 물층을 회수하고 물포 화 부탄올용액 50 mL로 3회 추출하여 부탄올층을 회수, 감압농축하여 잔류물은 항량이 될 때까지 105℃에서 20분 간 건조하고 데시케이터에서 방냉한 후 무게를 달아 조사포 닌 함량을 구하였다. 추출과정을 거친 후, 실험은 3회 반복 수행하여 평균값을 나타내었다.

조사포닌 함량 mg/g = A−B S

A∶물포화부탄올층을농축건조한후의플라스크의무게(mg)

B∶항량의 빈 플라스크의 무게(mg)

S∶검체의 채취량(g)

관능평가는 농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 에 재직하는 패널 10명을 대상으로 진행하였다. 발효 도라 지의 관능검사 항목은 색(color), 향(flavor), 단맛(sweetness), 신맛(sourness), 쓴맛(bitterness), 탄맛(brunt), 질감(texture), 전반적인 기호도(overall preference)의 8개 항목에 대하여 9점 척도법을 이용하여 평가하였고 그 평균값으로 나타내 었다(8).

본 연구에서 실험값에 대한 통계분석은 SPSS(22.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) program을 이용하여 ANOVA을 실행하였으며, Duncan's multiple range test 방법과 t-test를 이용하여 평균값 간에 유의수준 p<0.05에서 유의성을 검정 하였다.

Table 1에 증숙 및 발효 과정을 거쳐 제조한 도라지의 수분 함량과 pH 변화를 측정하여 그 값을 제시하였다. 수분 함량은 증숙 횟수에 따라 차이를 보였는데, 1회 증숙한 도라 지의 수분함량은 13.2±0.1%이었고, 3회 증숙한 경우는 7.7±0.3%로 증숙 횟수가 증가할수록 수분함량은 감소하였 다. Lactobacillus plantarum을 접종하여 발효시킨 후 수분함 량의 변화를 관찰하였는데 1회 증숙한 도라지의 경우에서 는 발효 과정을 거친 도라지(11.9±0.2%)가 비발효 도라지 보다 수분 함량이 유의적(p<0.05)으로 낮았고, 3회 증숙한 경우에도 발효 도라지(7.3±0.2%)가 비발효 도라지보다 수 분 함량이 조금 낮았으나 통계적 유의성은 없었다. Lee(19) 의 연구에서 생도라지로부터 흑도라지로 만드는 증숙의 과정 중에 수분 증발이 일어나 이로 인하여 수분함량이 낮아졌다고 설명하고 있어, 본 연구 결과와 비슷한 결과를 보였지만, 발효에 따른 수분 함량의 변화는 명확히 설명할 수는 없지만 접종 유산균이 생육을 위해 도라지의 수분을 이용하여 낮아진 것으로 추측된다.

발효여부에 따른 도라지의 pH 변화는 Table 1에 나타낸 바와 같이 통계적으로 유의적인 값 차이를 보이지 않았지 만, 증숙과 건조 과정을 반복한 횟수가 많은 3회(4.3~4.4)에 서 1회(4.6~4.7)보다 pH가 다소 낮았다. 이는 발효시간이 경과함에 따라 pH가 감소한다는 연구(20)와 같은 양상을 보였는데, 발효시간이 경과함에 따라 효모에 의해 해당 작 용과 젖산발효에 의해 유기산이 발생되어 낮은 pH를 유지 했다는 보고와 유사하지만 증숙 횟수 및 발효에 따른 수분 함량이 낮아짐으로 생긴 차이일 수도 있을 것으로 추측된 다. 하지만 도라지가 증숙 및 발효 등 가공 단계를 거치면서 수분값과 pH가 5 이하로 내려가면 유산균 이외의 미생물 번식이 억제되어(21) 저장성을 높이는 효과도 기대할 수 있다.

Table 2에 증숙 및 발효에 따른 도라지의 색변화를 측정 하여 나타내었다. 그 결과 명도(L, lightness), 적색도(a, redness) 및 황색도(b, yellowness) 모두 발효 여부에 따라서 는 유의적인 차이를 보이지 않았지만, 1회 또는 3회 등 증숙 반복 횟수에 따라서는 명도(L)값은 각각 33.2±6.2와 7.3±1.5로 증숙횟수가 많을수록 그 값은 유의적으로 낮았 다(p<0.05). 또한 황색도(b) 역시 1회보다 3회 증숙한 도라 지가 56.8±10.2에서 12.5±2.7으로 약 4배정도 차이로 낮아 져 3회 증숙 도라지를 제품화할 경우 색상에 대한 소비자 기호도를 고려하여야 할 것으로 사료된다. 인삼을 1회부터 9회 증숙과 건조공정을 반복한 Hong 등(22)의 연구에 따르 면 증숙횟수에 따라 L값은 감소를, a값은 증가를 나타내었 고, 그리고 b값은 증숙을 5회까지 수행한 인삼의 경우만 증가하였을 뿐 그 이후는 감소하는 경향을 보여, 본 연구에 서 사용한 도라지의 색변화와는 상이한 부분이 있음을 알 수 있었다. 사포닌 함량이 높은 삼, 도라지 등은 강한 쓴맛 때문에 원재료 자체를 이용하기 보다는 가지고 있는 활성성 분의 함량을 증가시키고자 하는 일환으로 고압, 증숙 및 발효 등의 가공방법을 통한 다양한 제품 개발이 이루어지고 있다(14). 이와 같은 가공공정을 거치게 되면 도라지의 구성 성분의 변화를 유발하여 새로운 물질을 만들어 내거나 내부 조직을 파괴하여 유용성분을 용출하게끔 도와주는데, 대체 적으로 증숙과 건조를 반복할수록 도라지 표면의 색깔이 짙어졌다. 일반적으로 가열처리 온도 및 가열시간이 길어 질수록 갈변에 관련된 가용성 성분은 감소하는 반면 갈변물 질의 생성은 증가하는 것으로 알려져 있는데, 가열처리공 정에서 생성된 일부 갈변물질이 항산화활성을 증가시키는 요인이 되기도 한다(22). 이와 같이 갈변물질의 생성은 일부 식품에서는 필수적 현상이며 이 물질들이 노화억제와 같은 작용에 크게 영향을 미친다는 선행 연구들은 많이 보고되어 있다(23,24).

증숙 및 발효 과정을 거친 후 숙성까지 완료한 도라지는 최종적으로 60℃에서 3시간 동안 건조하였을 때 겉은 딱딱 한 질감을 보였지만, 속은 적당히 축축하여 말랑한 질감을 보여주었다. 이때 사용한 시료들의 경도를 측정하여 Table 3에 나타내었다. 그 결과 생도라지의 경도가 2,250±69 g에 서 증숙 과정을 거쳐 도라지의 조직이 물러지고 약해져 1회 증숙 도라지와 발효도라지의 경우 각각 548±20과 531±40 g를 나타내었으나, 3회 증숙한 증숙과 발효도라지 의 경우에는 각각 870±35와 911±25g을 나타내어 증숙과 건조 과정을 반복함에 따라 조직이 조금 단단해짐을 알 수 있었지만 유산균 발효에 따른 경도 차이는 그다지 크지 않았다. Lee(19)의 연구에서 증숙 도라지의 경우 생도라지 를 흑도라지로 제조할 때 견고성이 1571.89 g에서 154.00 g으로 약 1/10까지 감소하였다고 보고하고 있다.

따라서 생도라지를 증숙하여 만든 흑도라지는 조직이 물러져서 연한 씹힘성의 특징을 가지고 있어 정과와 같은 가공 제품 개발이나 유용성분의 추출이 용이함으로 기능성 식품소재 개발에 적합할 것으로 판단된다(25).

Fig. 2에 증숙 및 발효에 따른 도라지의 총폴리페놀 함량 변화를 측정하여 그 값을 나타내었다. 그 결과 도라지를 L. plantarum 유산균에 의해 발효하였을 때 1회 증숙한 도라 지의 총폴리페놀 함량이 시료 100 g 당 33 mg에서 40 mg으 로, 3회 증숙한 경우는 38 mg에서 46 mg으로 유의적 (p<0.05)으로 증가하였고, 또한 증숙의 반복횟수에 따라서 도 유의적인 차이로 증가하는 결과를 나타내었다. 이는 초 기 3번의 인삼 증숙 처리까지 총 페놀화합물 함량이 2배 정도 증가하였다는 Hong 등(22)의 연구와 유사하고 또한 건대추의 폴리페놀 함량이 발효 후에 크게 증가함에 따라 발효를 통한 항산화력 증진효과의 가능성을 확인한 Auh 등(26)의 연구결과와도 일치한다. 본 연구에서 사용한 유산 균과 동일하게 홍삼액에L. plantarum을 접종한 것이 일반 홍삼에 비하여 페놀성 화합물 함량이 유의적으로 높았고 DPPH라디칼 소거력이 감소하였다고 Lee 등(27)도 보고한 바 있다. 이와 같은 결과는 일반적으로 가열온도와 처리시 간이 증가함에 따라 추출되는 총 페놀성화합물의 함량이 증가하는 것으로 보고되는데, 이는 결합형 페놀성분이 열 에 의해 유리형으로 바뀌어 용출되거나 고분자가 저분자로 분해되어 그 함량이 증가한 것으로 고찰하고 있다(28).

Fig. 2. Changes in total polyphenol content of Platycodon grandiflorum according to the number of steaming and fermentation cycles. Mean±SD with different letters above a bar are significantly different by Duncan’s multiple range test at p<0.05.

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사포닌 성분은 주로 인삼, 더덕 및 도라지 등에 함유되어 있는 대표적인 활성성분 중 하나로 이를 구성하고 있는 진세노사이드의 종류에 따라 다양한 생리활성이 보고되고 있다(29). 대다수의 사람들은 사포닌을 분해 흡수시키는데 유용한 세균들이 없어 인삼이나 홍삼을 완전 흡수하기는 어려워, 장내 미생물의 분포 차이로 인한 소화 흡수율 저해 를 막기 위해서 장내 미생물을 이용하여 발효과정을 거쳐 흡수가 용이하도록 하는 연구가 필요하다고 제안하고 있다 (30).

Fig. 3에 제시한 바와 같이 1회 증숙 처리한 도라지는 발효 후 조사포닌 함량이 시료 100 g당 23.4 g에서 31.6 g으로 25.9% 증가하여 통계적 유의성이 나타났고, 3회 증숙 처리한 도라지 분말은 발효 후 41.6 g에서 47.1 g으로 통계적 유의성은 없었지만, 11.7%로 약간 함량이 증가하였다. 따라 서 증숙과 건조 공정을 반복함에 따라 도라지 중의 조사포 닌 함량이 증가한다는 것을 알 수 있었다. 이는 수삼의 증숙 처리 횟수에 따른 조사포닌 함량변화를 살펴본 Hong 등(22) 의 연구 결과에서 증숙 횟수에 따라 조사포닌의 함량이 완만한 증가 경향을 나타내었다는 결과와 유사하다. 흑도 라지 역시 증숙에 의해 사포닌 함량이 100 g당 4.45 g에서 7.98 g으로 2배 가까이 증가하였다고 보고한 Lee(19)는 증 숙 작용을 통해 세포벽과 분자구조가 파괴되어 사포닌 추출 효율이 증가하여 사포닌 함량이 크게 증가하였다고 판단하 였고, Park 등(31)은 도라지의 사포닌은 steroid와 비당부분 aglycon으로 구성되어 있는데 발효 시 배당체인 사포닌 대 부분이 aglycon에 붙어있는 당부분이 떨어져나가 사포게닌 의 형태로 전환됨으로써 사포게닌의 함량이 증가한 것이라 고찰하였다.

Fig. 3. Changes in crude saponin content of Platycodon grandiflorum according to the number of steaming and fermentation cycles. Mean±SD with different letters above a bar are significantly different by Duncan’s multiple range test at p<0.05.

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따라서 본 연구 결과를 토대로 도라지 등과 같은 뿌리 식물의 경우 증숙과 발효과정을 거침으로 항산화 활성 등 다양한 생리활성과 관련된 페놀성 물질이 증가되는 것으로 판단된다(14).

95℃에서 2시간 증숙하고 6시간 건조하는 과정을 3번 반복한 도라지를 발효 여부에 따라 관능 평가를 실시하여 그 결과를 Table 4에 제시하였다. 그 결과 단맛, 쓴맛, 질감 및 전반적인 기호도 항목에서 비발효 도라지와는 유의적으 로 높은 점수를 나타내었고, 그 외 색, 향미 및 탄맛 항목에 서는유의성은없었으나발효도라지에서높은점수를보였다.

도라지처럼 주로 쓴맛을 내는 녹차 또한 유용한 생리 활성에도 불구하고, 고유의 쓴맛으로 인해 관능이 저평가 되어 소비자 선호도가 낮아, 다양하게 응용하여 제품화하 는데 어려움이 있어 시장 확대에 한계가 있는 실정이다. 이에 미생물 발효를 통하여 녹차 쓴맛의 주요 성분인 gallate-type catechin을 non-gallate-type으로 변화시킴으로 써 유용성분의 함량 변화 없이 녹차 추출물의 쓴맛 감소와 기호도를 개선할 수 있는 유용미생물 탐색을 한 연구(32)가 있다. 또한 길항작용 특성을 나타내는Lactobacillus속의 유 산균으로 발효시켜 성분의 변화를 최소화하면서 저장성 증진과 관능적으로 좋은 영향을 주었다는 Kim 등(33)의 연구와 김치 유래Lactobacillus plantarum을 이용하여 발효 와 열처리를 통해 마늘의 자극적 향미를 개선하고 항산화 활성을 증가시킨 연구(34)도 보고되어 있어 이취, 이미 등 강한 맛과 향을 가진 식물소재에 대한 기호도 향상을 위해 유산균 등 미생물을 이용하여 발효과정을 거치면 관능적 개선 효과를 기대할 수 있다고 판단된다.

따라서 본 연구결과를 토대로 도라지의 강한 쓴맛을 유 산균 발효에 의해 저감화시키는 기술은 전반적으로 좋은 관능 평가를 받아 소비자의 기호도를 개선함으로 도라지의 상품적 가치를 높이는데 기여할 수 있을 것으로 사료된다.