미숙 무화과 추출물을 이용한 분무건조 분말의 품질특성

본 실험에 사용된 미숙 무화과(Ficus carica L.)는 경상북 도 고령군의 산솔농장에서 재배된 것을 제공받아 사용하였다.

미숙 무화과 추출물은 껍질을 박피하고 가식부분을 잘게 썬 후 미숙 무화과 가식부와 증류수를 1:3 (w/v)의 비율로 혼합한 다음 분쇄기(problend 6, Philips, Amsterdam, Netherlands)로 10분간 분쇄하였고, 이를 원심분리기 (1236MG, GYROZEN Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하 여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 한 후 상등액을 감압여 과하여 제조하였다.

미숙 무화과 추출물 400 mL에 maltodextrin(maltodextrin, Baolingbao biology Co., Ltd., Shandong, China)을 5%, 10% 및 20% 비율로 첨가 후 homogenizer(HG-15D, DAIHAN scientific Co., Ltd., Wonju, Korea)로 7,000 rpm에 서 10분간 균질화하여 분무건조용 시료로 제조하였다. 분 무건조 조건은 분무건조기(KL-8, Seogang engineering Co., Ltd., Cheonan, Korea)를 이용하여 주입 온도 150℃, 방출 온도 100℃, 시료 공급속도는 12 mL/min으로 하였으며 17,000 rpm으로 atomizer를 작동하여 분무건조 후 분말을 -70℃ 이하의 암소에 보관하면서 시료로 이용하였다. 대조 실험구는 부형제를 첨가하지 않은 동결건조분말을 사용하여 비교하였다.

Protease 활성은 Kunitz법(23)을 변형하여 측정하였다. 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 7.0) 0.5 mL에 시료 0.5 mL를 혼합하고 0.6% casein 용액(w/v, Duksan pure chemicals Co., Ltd., Ansan, Korea) 0.5 mL를 가하여 진탕항 온수조(BS-31, Jeio tech Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 37℃, 100 rpm에서 20분간 반응시킨 후 0.44 M trichloroacetic acid(Acros organics, NJ, USA) 2.0 mL를 첨가, 원심분리기 (1236MG, GYROZEN Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하 여 3,000 rpm에서 10분간 원심분리 하였다. 상등액 1.5 mL 에 0.55 M sodium carbonate anhydrous(Duksan pure chemicals Co., Ltd., Ansan, Korea) 1.0 mL와 1 N Folin ciocalteu 용액(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 1.0 mL를 가하고 37℃에서 30분간 발색반응시킨 다음 분광광도 계(Ultraspec- 2100pro, Amersham Co., Uppsala, Sweden)를 이용하여 660 nm에서 흡광도를 측정하였다. Protease 활성 은 tyrosine (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA)을 정량 하여 작성한 표준곡선으로부터 계산하였으며, 활성단위 (unit)는 1분당 1 μg의 tyrosine을 생성하는 효소의 양으로 정의하였다.

분말의 수분함량은 적외선 수분측정기(MB-45, Moisture analyzer, INC., Ohaus, NJ, USA)를 이용하여 분석하였으며 용기를 항량이 될 때까지 건조한 다음 시료 0.5 g을 105℃의 온도에서 측정하였다. 색도는 표준색도 Y=86.6, x=0.3160, y=0.3214로 보정된 chromameter(CR-400, Minolta Co., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였으며 L값(brightness), a 값(redness-greenness), b값(yellowness-blueness)을 3회 반복 측정하여 평균치로 나타내었다. 부형제에 따른 분말의 입 자크기를 분석하기위해 particle size analyzer(LS-13-320, Beckman coulter, Fullerton, CA, USA)를 이용하여 isopropyl alcohol에 분산시켜 측정하였다.

수분흡수지수(water absorption index, WAI) 및 수분용해 지수(water solubility index, WSI) 측정은 philips(24)의 방법 을 변형하여 측정하였다. 분무건조 분말 0.5 g에 20 mL 증류수를 첨가하여 3,000 rpm에서 20분간 원심분리한 후 침전물은 수분흡수지수로 사용하였으며, 상등액은 미리 무 게를 구한 수기에 분리하여 dry oven(OF-22GW, Jeio tech Co., Ltd., Seoul, Korea)을 이용하여 100℃에서 5시간 동안 건조시킨 고형분을 수분용해지수로 사용하여 아래의 식으 로 계산하였다.

in vitro 인체 내 소화모델에 대한 미숙 무화과의 protease 활성은 Hur 등(25)의 in vitro human digestion의 multi-step model을 변형하여 이용하였으며, 대한약전에 따라 인공 위액(pH 1.2)은 0.1 N hydrochloric acid을, 인공 소장액(pH 6.8) 및 인공 대장액(pH 7.4)은 0.1 M sodium phosphate 완충 용액을 사용하여 제조하였다. 시료 3 g에 인공 위액 10 mL 를 첨가하여 shaking water bath에서 2시간 반응 후, 인공 소장액 17 mL를 첨가하여 37℃, 100 rpm에서 1시간 반응하 였다. 각 용액 첨가시 sodium bicabonate 및 sodium hydroxide를 사용하여 pH를 보정한 다음 pH 1.2에서는 1시 간, pH 6.8 및 pH 7.4에서는 30분 간격으로 하여 용출된 protease 활성을 측정하였다.

실험결과는 3회 반복으로 행하여 평균±표준편차로 나타 내었고 SPSS(19.0, SPSS INC., Chicago, IL, USA)를 이용하 여 분산분석을 실시하였으며 각 측정 평균값의 유의성 (p<0.05)은 Duncan’s multiple range test로 검정하였다.

박피 전후에 따른 미숙 무화과 추출물의 protease 활성을 비교하여 Table 1에 나타내었다. 박피 전 미숙 무화과 추출 물의 protease 활성은 0.11 unit/mL이었으며 박피 후 protease 활성은 0.28 unit/mL로 박피 처리된 미숙 무화과의 효소활 성이 더 높은 것을 확인할 수 있었다. Yoo 등(26)에 따르면 일반 무화과의 효소활성은 0.69 unit/mL의 효소활성을 나타 내었다고 하였으나 이는 미숙과와 완숙과의 시료 및 손질법 에 따른 차이로 실제 효소활성은 미숙과와 완숙과 간 큰 차이가 없을 것으로 사료가 된다. 일반적으로 고기의 연화 를 위해 식물에서 추출한 효소인 파파인, 브로멜라인, 피신 을 이용하고 있으며 이들은 시스테인계 단백질분해효소로 콜라겐과 근원섬유 단백질에 강한 활성을 가져 육류 연화효 소로 사용되며(27) 향후 미숙 무화과를 육류 연화제로 이용 을 할 경우 박피를 하여 사용하는 것이 protease활성 측면에 서 효과적일 것으로 판단된다.

미숙 무화과의 식품 가공용 연육제로의 활용 가능성을 확인하기 위하여 추출물을 분무건조하여 분말화 하였으며 시중에 판매되고 있는 연육제와 비교하여 Table 2에 나타내 었다. 실험의 농도는 50,000 μg/mL로 진행하였다. 실험결과 protease 활성은 동결건조 분말이 0.92 unit/g으로 가장 높은 활성을 나타내었으며 분무건조 분말 중 maltodextrin 10% 첨가구가 0.84 unit/g으로 효소활성이 가장 높았다. maltodextrin 5% 와 20% 첨가구 및 시중 육류 연화제는 각각 0.48 unit/g, 0.50 unit/g 및 0.11 unit/g으로 효소활성이 낮았다. Park 등(28)의 분무건조 공정을 이용한 파인애플 실험에서 파인애플 착즙액 동결건조 분말의 효소활성이 분무건조 분말보다 높아 본 실험과 유사한 실험결과를 나타 내었다. Kim 등(29)의 연구에서는 효소식품을 동결건조하 는 경우 장시간 건조 및 보관에 따른 효소 실활이 일어날 수 있다고 보고하여 식품가공용 연육제로 이용 시 동결건조 법 보다 분무건조법을 이용하고 부형제로는 maltodextrin을 10% 비율로 첨가하는 것이 가장 좋은 구간으로 사료된다.

분무건조 분말의 수분함량, 색도 및 입자크기는 Table 3과 같다. 수분함량은 동결건조 분말에서 1.47%로 가장 낮은 것을 확인할 수 있었으며 분무건조 분말은 2.59~2.65% 로 부형제의 첨가량이 증가할수록 수분함량이 증가하는 경향이었다. Lee 등(30)의 백미 발효물의 분무건조 분말이 2.90~3.83%의 수분함량과 동결건조 분말이 2.30%로 가장 낮은 수분함량을 나타내었다고 보고하였으며 Park 등(31) 유산균포집 분무건조 분말이 2.32~3.34%의 수분함량으로 본 연구결과와 유사한 수분함량을 나타내었다. 색도는 분 무건조 분말이 동결건조 분말보다 L값이 높고 b값이 낮아 더 선명한 황색을 보여주었으며 부형제인 maltodextrin 첨 가량이 증가할수록 L값은 80.31~86.22까지 증가하고 a값 및 b값은 각각 8.91~5.66, 4.79~4.18로 각각 낮아지는 경향 을 나타내었다. Maltodextrin 5%, 10%, 20% 및 동결건조 분말의 입자크기는 각각 22.18 μm, 26.58 μm, 37.33 μm 및 209.67 μm로 부형제의 첨가량이 증가할수록 입자의 크 기가 증가하는 경향을 보였다. Kang 등(32)의 연구에 따르 면 일반적으로 미세캡슐 분말의 입자 크기는 1~200 μm의 범위에 분포한다고 하였으며 Rosenberg 등(33)은 입자크기 가 작을수록 내부 물질을 포접하는데 유리하다고 한 연구결 과에 따라 미숙 무화과 유래 분무건조 분말이 동결건조 분말에 비해 안정성이 더 향상되었을 것으로 사료가 된다.

미숙 무화과 분무건조 분말의 수분흡수지수와 수분용해 지수를 Table 4에 나타내었다. 분말의 수분흡수지수 및 수 분용해지수는 식품산업 활용 측면에서 중요한 가공적성 요인으로 알려져 있다(34). 수분흡수지수는 maltodextrin 10% 첨가구가 0.11로 가장 낮았으며 동결건조 분말이 0.40 으로 가장 높은 수분흡수지수를 나타내었다. 수분용해지수 는 maltodextrin 10% 첨가구가 99.10%로 가장 높았으며 동 결건조 분말이 94.40%로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이에 동결건조 분말보다 유의적으로 용해성이 양호한 분말을 얻을 수 있을 것이라 판단되며 물 결합 능력은 전분 입자내 의 비결정성부분에 의한 것으로 전분입자에 비결정성 부분 이 많을수록 그리고 전분입자의 내부 치밀도가 낮을수록 수분흡수도가 크다고 보고되어(35) 분무건조 분말이 내부 결정을 견고하게 잘 이루어서 수분흡수지수가 낮은 것으로 사료된다.

분무건조 분말의 in vitro 인체 내 소화 모델에 따른 protease 활성을 Fig. 1에 나타내었다. 분무건조 분말은 pH 1.2의 인공 위액에서 효소활성이 나타나지 않았으며 2.5시 간째인 인공 소장액인 pH 6.8에서 maltodextrin 10% 실험구 가 0.12 unit/g, maltodextrin 20%에서 0.07 unit/g의 효소활성 을 나타내었다. maltodextrin 5% 첨가구는 실험 3시간부터 효소활성을 보였으며 최종적으로 maltodextrin 5%, 10% 및 20% 첨가구는 실험 4시간째인 pH 7.4의 인공 대장액에서 각각 0.08 unit/g, 0.21 unit/g 및 0.11 unit/g의 효소활성을 나타내었다. 동결건조 분말의 경우 모든 구간에서 효소활 성이 나타나지 않았다. Lee (36)의 아마란스 발효물 분무건 조 분말 연구에서 동결건조 분말은 효소의 저장 및 섭취과 정에서 열과 강산, 강알칼리에 불안정하다고 보고하였다. 따라서 동결건조된 미숙 무화과 분말이 인공위액(pH 1.2) 에 의해 효소가 실활 된 것으로 사료되며 분무건조 분말은 이 구간에서 protease 활성을 보여주어 내산성이 있는 것으로 확인되었다.

Fig. 1. In vitro dissolution of spray-dr ied powders from unripe fig extract in simulated pH 1.2, pH 6.8 and pH 7.4. ◆, freeze-dried powder from unripe fig extract; ■, spray-dried powder with 5% maltodextrin; ▲, spray-dried powder with 10% maltodextrin; ×, spray-dried powder with 20% maltodextrin. All values are mean±SD (n=3).

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