토마토 ‘Tabor’ 품종의 파렛트 단위 MAP 적용 연구

본 실험에 사용된 시료는 전북 김제의 수출용 토마토 재배법인 로즈밸리로부터 2016년 4월에서 5월 사이에 양액재배를 통하여 생산된 토마토(Lycopersicon esculentum Mill. cv Tabor)를 수확당일 직접 구입하여, 결함이 없는 150 g 내외의 중소과를 선별한 후 5 kg 단위 박스에 포장하여 저장 실험에 사용하였다.

선박을 이용한 컨테이너 단위 수출에 대응하기 위한 파렛트 포장을 용이하게 하기 위하여 polyvinyl chloride(PVC) 판을 용접하여 기밀이 유지되는 낮은 바구니 형태(5×110×110 cm)의 상·하 패널을 제작하였다. 파렛트에 하부패널을 위치시키고 토마토 박스를 적층 후 상부패널을 덮었다. 포장을 위해 선행연구에 이용된 필름은 Table 1에 나타내었다. Mosspak 및 Ati-fog opp는 흡습성, LDPE(low density polyethylene film)는 가장 널리 사용되는 재질로 높은 가공성, PLA(poly lactic acid)는 친환경 등의 장점을 가지지만 강도 및 수분투과도에 약점을 나타내어 수분투과율이 좋은 나일론 필름(Nylon-6, 15 μm, 1.16 g/cm3, Visionmetal Inc., Seoul, Korea)을 선정하고, 상·하부패널 사이에 나일론 필름을 이용하여 전체를 포장한 후 상·하 패널에 실리콘으로 제작된 오링을 결속하여 기밀을 유지시켰다(16). 포장된 파렛트는 Fagundes 등(17) 및 Majidi 등(18)의 연구에 따라 기체혼합기(MAP Mix 9001 ME, PBI Dansenser, Ringsted, Denmark)와 O₂, CO₂ 및 질소(N₂)를 이용하여 5% O₂, 1% CO₂, 94% N₂로 초기 기체조성을 하고 저장기간 동안 토마토의 자가 호흡에 의한 기체조성 변화를 측정하였다. MAP 파렛트와 포장하지 않은 파렛트는 10℃에서 저장하면서 7일 간격으로 품질변화를 비교분석하였다. 저장 중 온도, 습도, O₂, 및 CO₂에 대하여 데이터 기록계 및 센서(ALMEMO 2290-8; FYA600 CO₂; FYA600 O₂, Ahlborn, Holzkirchen, Germany)를 이용하여 10분 간격으로 측정 및 기록하였다.

박스포장 전 각각의 토마토의 중량을 측정하고 저장기간별 품질분석 당일 각 시료의 중량을 측정하고 아래의 식에 따라 개별단위의 감모율을 산출하였다. 계량이 끝난 30개의 토마토에 대하여 적도면 2곳에서 일정한 크기(2×2 cm)로 절단하여 얻은 시료를 경도계(TA-XT2, Stable Micro System Ltd., Godalming, UK)에 2 mm probe(TA-52; 2 mm dia., 25 mm long, ss)를 장착하고 2 mm/sec의 속도로 5 mm까지의 최대 압축 강도를 측정하여 N 단위로 나타내었다. 시료에서 얻어진 2개의 절편에 대하여 각각 3반복 측정하였다.

Weight loss rate(%)={(W1−W2)/W1}×100

(W1=저장 전 중량, W2=저장 후 중량)

MAP 포장에 따른 저장기간별 토마토의 색도 변화는 색차계(CR-400, Konica Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 표준 백색판(L=96.3, a=0.57, b=0.89)으로 보정한 후 동일 실험구 당 30개 이상의 시료에 대하여 적도 부위의 2점에 대하여 각각 3회 이상 반복 측정한 후 평균 값으로 나타내었다. 색도는 명도(lightness)를 나타내는 L값, 적색도(redness)를 나타내는 a값과 황색도(yellowness)를 나타내는 b값으로 나타내었고, 저장 전후의 색도 변화 비교를 위해 색차값(ΔE)를 산출하였다.

(L₁=저장 전 명도, L₂=저장 후 명도, a₁=저장 전 적색도, a₂=저장 후 적색도, b₁=저장 전 황색도, b₂=저장 후 황색도)

토마토 시료를 분쇄기(HMF-1000, Hanil, Seoul, Korea)를 이용하여 균질화한 후 착즙하여 얻은 추출액에 대하여 디지털 굴절당도계(RX-5000α, Atago Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 당도를 측정하고 °Brix 단위로 나타내었다. 또한 산도는 토마토 추출액 1 mL을 취하여 49 mL의 증류수에 희석한 후 자동 적정기(TitroLine 500, Si Analytics, Mainz, Germany)를 이용하여 pH 8.3이 될 때까지 0.1 N NaOH 용액으로 적정하였다. 각 실험구당 30개의 시료에 대하여 2반복 측정한 평균값을 citric acid로 환산하여 나타내었다.

토마토의 총 페놀화합물 함량은 Folin 등(19)의 방법에 따라 페놀화합물이 phosphomolybic acid와 반응하여 발색되는 현상을 이용하였다. 증류수 1.6 mL에 100% 토마토 착즙액 0.1 mL, 20% Na₂CO₃용액 0.2 mL, Folin-Denis 용액(Sigma Co.,St. Louis, MO, USA) 0.1 mL을 넣고 실온에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계(OPRON-3000, Hanson Tech. Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 700 nm의 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 화합물의 함량은 gallic acid(Sigma Co.)를 이용한 표준 검량곡선으로부터 환산하여 토마토 1 g 당 μg gallic acid equivalents(GAE), 즉 μg GAE/g으로 나타내었다.

토마토의 플라보노이드 함량은 Zhishen 등(20)의 방법에 따라 측정하였다. 토마토 착즙액 0.2 mL에 증류수 0.8 mL을 넣어 희석하고 5% NaNO₂(Sigma Co.) 0.1 mL을 넣어 실온에서 5분간 반응 후 10% AlCl₃(Sigma Co.) 0.1 mL을 넣고 6분간 다시 방치한 다음 1M NaOH (Duksan Co., Ansan, Korea) 0.67 mL을 첨가하고 증류수를 1.1 mL을 추가하여 잘 혼합 후 510 nm의 흡광도를 측정하였다. 표준물질로는 quercetin(Sigma Co.)을 이용하여 검량곡선을 작성한 다음 플라보노이드 함량을 구하여 토마토 1 g 당 μg quercetin equivalents(QE), 즉 μg QE/g으로 나타내었다.

총호기성 세균 및 곰팡이의 정량은 식품공전에 따라 표준평판배양법을 이용하였다. 당 산도분석을 위해 준비된 토마토 착즙액을 무작위로 10배 단계씩 희석하여 준비된 시료를 지름 100 mm 표준한천배지(plate counting agar, Difco, Sparks, MD, USA) 및 감자한천배지(potato dextrose agar, Difco, Sparks, MD, USA)에 도말하고 35℃ 및 25℃에서 30~72시간 배양 후 평판 당 30~300개의 집락이 형성된 평판을 선정하여 총 호기성 세균 및 곰팡이의 집락수를 산정하고, 토마토 g당 colony forming unit(CFU/g)으로 나타내었다. 총 호기성 세균은 집락은 표준한천배지에 형성된 가장자리가 뚜렷한 개체수를 계수하였으며, 푸른곰팡이 및 잿빛곰팡이를 비롯한 총 곰팡이는 감자한천배지에 형성된 핵 및 가장자리가 불분명한 개체수를 계수하였다.

모든 분석결과는 과실 당 3회 반복 실험한 결과로부터 평균값과 표준편차로 나타내었으며 통계분석은 IBM SPSS Statistics(23, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하여 ANOVA test와 Duncan’s multiple range test를 통해서 시료 간 유의적 차이(p<0.05)를 검정하였다.

수출용 파렛트 단위 MAP를 위한 장치구성을 Fig. 1에 나타내었다. 토마토 MA 저장연구는 대부분 소포장 유통 상황에서 포장재의 종류에 따른 영향에 대하여 이루어져 왔기 때문에 파렛트 단위 포장에 대한 방법이 고안되어 있지 못하다(21,22). 산지유통센터 및 대규모 농가에서 사용하는 파렛트 포장기는 적층된 박스의 운송 중 전도를 방지하는 목적으로 사용되며, MA를 위한 기밀이 어렵다. 따라서 시간소요 및 인력을 최소화하기 위하여 PVC 판과 몰딩을 이용하여 상하 패널을 제작하고 사이에 토마토 박스를 적층한 후 나일론 필름을 두르고, 실리콘 튜브로 제작한 밴드를 이용하여 결속가능하게 하였다(Fig. 1). 상·하판을 이용한 포장은 새로운 파렛트를 제작할 필요 없이 사용하던 파렛트의 재질에 관계없이 사용가능하며 비용이 저렴하다는 장점을 가진다. 파렛트 포장에는 Kim 등(16)의 연구에 따라 나일론 필름을 이용하였으며, 일반적으로 이용되는 LDPE의 투습도(WVTR, water vapor transmission rate)가 0.3~0.6 g·mm·m^-2d^-1인 것에 반해, 나일론 필름의 경우 투습도가 6~9 g·mm·m^-2d^-1으로서 LDPE에 비해 10배 이상 높아 포장재 내부에 결로현상이 현저하게 감소하였다(16,23). 뿐만 아니라 나일론 필름이 LDPE에 비하여 고가로 알려져 있으나, 나일론은 LDPE보다 3배 이상 높은 인장강도를 나타내기 때문에 더 얇은 필름 이용을 통한 비용절감이 가능할 것으로 판단된다(16,24). MAP를 위한 기체조성은 진공펌프를 이용하여 음압을 가한 상태에서 혼합기체를 주입하여 포장 시간을 단축하였다. 제작된 패널을 이용한 파렛트 단위 포장 및 기체조성에는 1시간가량 소요되었으나 향후 자동포장기 계발 및 다중 공기주입을 통하여 포장시간 및 인력 감축이 가능할 것으로 판단된다.

토마토 저장중 파렛트 내부의 온습도 및 기체 환경의 변화를 분석한 결과는 Fig. 2와 같았다. MAP용 패널 및 나일론 비닐을 이용한 포장은 파렛트 내부 기밀이 매우 양호하게 유지되었으며, 저장고 내부를 9℃ 및 습도 96~100%로 설정했을 때, 나일론 비닐을 이용하여 MAP 환경을 조성한 파렛트의 경우(Fig. 2A), 외부 환경의 영향을 적게 받아 저장기간 동안 낮은 온도 편차를 나타내었고 습도는 80%에서 95%까지 지속적으로 증가 하였다. 반면 포장이 이루어지지 않은 파렛트의 경우(Fig. 2B), 저장고 문의 개폐에 따라 온도 및 습도 변화가 높게 나타났으며, 습도는 MAP 포장재 내부보다 높은 90%에서 98%를 나타내었다. 또한 MAP 파렛트의 기체조성은 저장 시작 시점에서 5% O₂, 1% CO₂였으나 토마토의 호흡으로 인하여 24시간 후에는 3.16% O₂, 3.1% CO₂에 도달하였고, 이후 포장재를 통해 들어온 외기로 인하여 저장 종료시점인 21일 차에는 O₂가 9.74% 까지 증가 하였고, 호흡에 의해 축적되는 CO₂는 9.2% 까지 증가하였다. 이는 파렛트 내부에 토마토 대신 고무공을 넣고 O₂투과도를 분석했을 때(16) 4%에서 시작한 O₂농도가 7일 만에 9.8%까지 증가한 것에 비하여 낮은 증가율로 이는 토마토의 호흡에 의하여 O₂가 소모되어 O₂증가율은 감소하고 CO₂는 증가된 것으로 판단된다.

MAP 및 관행 파렛트 저장에 따른 감모율 및 경도 변화는 Fig. 3과 같다. 토마토의 감모율(Fig. 3A)은 저장 기간이 길어짐에 따라 증가하는 경향을 나타냈으며, 저장 7일차에는 MAP에서 0.84%로 관행 0.74% 보다 높게 나타났으나 저장기간이 길어짐에 따라 역전이 일어나 21일차 저장에서는 MAP는 1.53%로 관행 1.63%보다 낮은 감모율을 나타냈다. 이는 MAP 파렛트 내부의 초기 습도가 낮아 관행보다 수분증산이 많이 일어난 것으로 판단되며, 저장기간 증가에 따라 포장재 내부의 습도가 증가한 반면, 관행 파렛트에서는 열과 및 부패과 발생에 따라 수분 손실이 일어나 감모율이 증가한 것으로 판단된다. 하지만 이는 토마토 중량 감모율 허용범위로 알려진 7%(25)에 못 미치는 수준으로 MAP 및 관행 파렛트 저장 모두 감모율로 인한 상품성 손실은 미미한 것으로 판단된다. 저장에 따른 토마토의 경도(Fig. 3B)는 저장기간이 경과할수록 낮아지는 경향을 나타내었으며, 관행에 비해서 MAP 파렛트에서 더 낮게 나타났다. 하지만 이는 급격한 경도 변화로는 보기 어려울 뿐만 아니라 초기 수분손실 높은 환경에 기인한 것으로 판단되며, 추가적으로 MAP 파렛트 내부에서의 수분손실을 최소화 할 수 있는 방법에 대한 연구 또한 필요할 것으로 판단된다. 반면 저장 기간 중 열과 및 부패에 따른 손실률 조사에서는 14일차에 관행 파렛트에서만 10% 가량의 손실이 나타났고, 21일차에는 관행 50%, MAP 파렛트 15%의 손실률이 발생하여, MAP 파렛트 저장이 상품성 유지효과가 높을 것으로 판단되었다.

Fig. 1. Schematic diagram of MAP pallet (A), open pallet (B). The MAP pallet was wrapped using customized polyvinyl chloride (PVC) panel, nylon-6 film, and silicon banding ring.

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Fig. 2. Changes in relative humidity-temperatures (A) and gas composition (B) of packing during the storage period. Line plot and line & scatter plot in figure (A) represent the humidity and temperature changes, respectively.

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토마토의 색은 성숙도를 판단하는 지표로서 숙성에 따라 녹색에서 적색으로 변화하게 되며, 품질을 판단 할 수 있는 주요 인자로 이용된다(6). MAP 및 관행 파렛트 저장에 따른 색 변화는 Table 2에 나타냈다. 저장기간이 증가함에 따라 밝기를 나타내는 L 값이 초기 34.7에서 관행과 MAP에서 21일 후 각각 31.9 및 32.4까지 감소하였고, 적색도를 나타내는 a값의 경우 초기 4.4에서 21일 후 29.1(관행)와 22.3(MAP)로 증가하였다. 황색도를 나타내는 b 값은 초기 12.7에서 저장 21일차에 10.2(관행) 및 10.0(MAP) 까지 감소하였다. Grierson (26)에 따르면 토마토의 숙성 단계는 6개(Green-Breaker-Turning-Pink-Light red-Red)로 나눌 수 있으며 완숙단계에서는 90%이상 붉은색을 띈다고 밝히고 있으나, 본 연구에서 사용된 토마토는 10~30% 적색이 포함된 핑크색 turning단계에서 시작하여 3주 저장 후 5단계인 light-red 단계 정도 까지만 숙성이 이루어 졌으며, 관행 및 MAP의 색도 값은 적색도 이외에는 큰 차이를 보이지 않았다. 이는 Tabor 품종이 적색 보다는 오렌지색에 가까운 색을 나타내어 색차값에 큰 편차가 나타나지 않기 때문으로 판단된다. 하지만 Batu(4)의 적색도(a) 와 황색도(b) 비율에 따른 숙성도 지표를 통한 분석 결과에 따르면 저장초기 0.34로 turning과 pink 중간단계였던 토마토가, 관행저장의 경우 7일에 0.72로 light red 였으며, MAP에서는 7일 차에 0.58로 pink단계에 도달했다. 뿐만 아니라 관행의 경우 14일과 21일에 각각 2.6과 2.85로 완숙상태인 red를 유지하는 반면, MAP에서는 14일과 21일에 각각 1.6과 2.23을 나타내어 red 단계에 도달 하는 시간이 지연됨이 확인되었다. 또한 저장기간 중 전체 색변화를 나타낸 ΔE값을 기준으로 판단할 경우 MAP 파렛트 저장에서 뚜렷하게 낮은 색 변화율을 나타내었다. 이와 같이 관행에서는 저장 14일차와 21일 차에 색변화가 거의 없는 것으로 보아 14일차에 숙성이 종료된 반면, MAP 파렛트의 경우 21일차 까지도 숙성이 지속적으로 이루어지고 있는 상태로서, MAP 파렛트 저장이 토마토의 착색 및 숙성을 지연시키는 효과가 뛰어난 것으로 판단된다.

Fig. 3. Changes in weight loss rate (A) and firmness (B) of tomato dur ing the storage per iods at 10℃. The values represent the mean±SD of triplicate experiments. Means with same letters are not significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

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토마토 MAP 및 관행 파렛트 저장에 따른 당도 및 총산도의 변화는 Fig. 4와 같다. 저장시작 시점 토마토의 당도(Fig. 4A)는 4.18 °Brix 가량이었으나 관행 파렛트에서는 저장기간이 경과함에 따라 점차적으로 감소하여 저장 21일차에는 3.98 °Brix로 확인되었으나, MAP 파렛트에서는 저장 7일차에 4.31 °Brix로 시작시점보다 증가한 후 다시 감소하여 저장 21차에 4.05 °Brix로 확인되었다. 또한 구연산으로 환산한 총 산도(Fig. 4B)는 수확시 0.46%였으며, 저장 기간이 증가함에 따라 MAP와 관행 파렛트에서 모두 감소하는 경향을 나타내었으나, MAP의 경우 1주차 저장에서 0.02%가 감소하여 0.04%가 감소한 관행대비 낮은 산도 저하를 나타내었다. 일반적으로 토마토의 당 및 산등의 최대 축적 시기는 적숙과 상태이며 이후 당도 및 산도는 점차 감소하게 된다. 국내에서 생산되는 토마토는 대부분 수출 및 유통을 고려하여 turning과 상태에서 수확되게 된다. Beckles (27)에 따르면 토마토는 수확 후에도 대사 작용이 일어나 당을 생성하기 때문에 미숙단계에서 수확된 토마토 또한 당도가 증가할 수 있으며, Sancheza 등(28)은 특정 조건하에서는 풍미합성이 저해되고 가용성 고형분의 증가가 나타나지 않는다고 밝히고 있다. 따라서 본 연구에서 수행된 MAP 파렛트 저장의 경우 7일차까지 대사과정이 일어나 당도가 증가하는 경향을 나타낸 반면 관행저장의 경우 숙성만 이루어지면서 점차 당도 및 산도가 감소한 것으로 판단된다. 따라서 본 연구 결과에 비추어 볼 때 MAP 저장은 turning과 상태에서 수확된 토마토를 관행 파렛트의 유통과정 중 품질을 개선 및 유지시키는 효과가 우수할 것으로 판단된다.

총 호기성 세균 및 곰팡이는 식품미생물의 오염 지표로 사용되며, 표준 한천배지 내에서 발육할 수 있는 세균을 의미한다. 총 호기성 세균 및 곰팡이의 검출이 인체 유해성과 비례관계에 있지 않지만, 생산 및 유통상의 위생 상태를 평가 지표로 사용 될 수 있으며, 유통 환경에 의한 미생물의 성장은 농산물의 부패를 촉진시켜 상품성 손실을 이야기 시킨다(29). 토마토의 MAP 및 관행 파렛트 저장에 따른 미생물 변화는 Table 3에 나타냈다. 토마토 저장 당일 총 호기성 균수 및 총 곰팡이 집락은 각각 2×10²과 1.8×10¹ CFU/g으로, 일반 유통단계 토마토의 호기성 총 균수 2.7×104 CFU/g에 비하여 적게 나타났으며, 이는 본 연구에서 사용된 토마토가 밀폐된 환경에서 양액 재배를 통하여 생산되어 토양에서 재배된 토마토에 비하여 미생물오염이 적은 것으로 판단된다(9). 하지만 저장기간이 증가할수록 미생물은 증가하여 관행 파렛트 저장에서 7일차에 총 균수와 곰팡이 집락은 각각 2.78×10³ 및 5×10¹ CFU/g를 나타내었고, 21일 차에는 각각 1.97×10⁶과 1.37×10⁵ CFU/g을 나타냈다. 반면 MAP 파렛트 저장에서는 관행 저장에 비해서 증가율이 낮게 나타났으며, 저장 7일차에 총 세균 및 곰팡이 집락수가 각각 1.59×10³과 2.2×10¹ CFU/g 이었으며, 21일차에는 5.67×10⁵ 및 5.3×10⁴ CFU/g으로 확인되었다. 이는 방울토마토 MA 소포장 연구에서 낮은 O₂ 농도 및 높은 CO₂ 농도가 미생물 성장 적제효과가 있다는 보고와 일치하는 것으로서(15), MAP 파렛트 저장 초기 기체조성이 미생물의 성장을 지연시켜 품질유지에 영향을 미치는 것으로 판단된다.

Fig. 4. Changes in soluble solids (A) and titratable acidity (B) of tomato dur ing the storage per iods at 10℃. The values represent the mean±SD of triplicate experiments. Means with same letters side of scatter are not significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

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토마토는 숙성되는 동안 라이코펜, 페놀화합물, 플라보노이드 등의 항산화물질 또한 증가하는 특성을 지니며(30), 본 연구에서는 MAP 및 관행 파렛트 저장에 따른 페놀화합물 및 플라보노이드의 함량 변화를 분석하고 Table 4에 나타내었다. 페놀화합물과 플라보노이드 모두 저장 14일차까지는 증가하는 경향을 나타내었으며, 증가폭은 MAP 저장에서 더 높게 나타났으며, 14일 이후 감소폭은 더 낮게 나타났다. 이러한 결과를 통해 수확 전에는 토마토의 숙성에 따라 페놀화합물 및 플라보노이드 등이 증가하는 것과는 달리 수확 후 후숙에 따라서는 영양분의 증가가 원활하게 이루어지지 않는 것으로 판단되며, MAP 저장에서는 관행저장보다 후숙에 따른 영양대사가 일정기간 이루어지며, 이에 따른 품질유지에 유리할 것으로 판단된다.