손바닥선인장(백년초, 천년초) 열매의 외관 및 성분특성 연구

본 실험에 사용한 백년초 열매는 제주도에 위치한 백년초 농장에서 재배한 것을, 천년초 열매는 충남 아산지역에 위치한 천년초 농장에서 구입하여 이용하였다. 실험에 사용된 열매 시료는 2015년 10월경에 구입하여 사용하였으며, 외형적 특성은 각 100개의 백년초, 천년초 열매시료를 세척, 자연건조 후 측정하였다. 외형 측정이 끝난 시료는 냉동 후 세절하고 동결건조한 후 60 mesh 사이즈로 균일하게 분쇄하고 desiccator에 보관하며 성분분석을 실시하였다.

백년초와 천년초 열매의 외형적 특성은 생 시료를 대상으로 조사하였으며, 타원형인 시료의 가장 긴축을 장축(major axis), 가장 짧은 축을 단축(minor axis)으로 정하여 cm 단위로 측정하였다. 열매중량의 경우 전자저울(CB- 1200, CAS, Seongnam, Korea)을 이용하여 측정하였다.

동결건조를 통해 얻어진 백년초와 천년초 열매 분말의 색도는 색차계(Minolta CR-200, Konica minolta Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. 건조, 분쇄한 가루 형태의 시료를 무작위로 10회 반복 측정하여 L(lightness), a(chromaticity of red and green), b(chromaticity of blue and yellow)값으로 표시하였다. 색도 측정 시 표준판은 L값 97.69, a값 +0.37, b값 +1.96인 백색의 calibration plate를 표준으로 하여 측정하였다. 시료간의 색도차이를 나타내는 delta E (ΔE)값은 다음의 식을 이용하여 계산하였다(17).

(L: lightness, a: redness, b: yellowness)

백년초와 천년초 열매의 성분을 측정하기 위하여 동결건조한 후 분쇄한 분말을 사용하였다. 수분은 105℃ 상압가열건조법, 조지방은 soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조단백의 함량은 Kjeldahl법을 이용하였다. 탄수화물은 100에서 수분, 조단백, 조지방, 조회분 함량을 뺀 값으로 하였다. 식이섬유 함량을 측정하기 위해 동결건조 후 분쇄한 시료를 AOAC 법(18)에 준하여 효소분해 하였으며, 단백질과 회분의 함량을 함께 측정하여 총 식이섬유 함량을 정량하였다. 무기질함량은 inductively coupled plasma-atomic emission spectrophotometer (ICP-AES)법을 이용하여 측정하였다(13).

아미노산을 측정하기 위하여 동결건조한 후 분쇄한 분말을 사용하였고, 구성 아미노산 분석방법은 AOAC 법(18)에 준하여 수행하였다. 유리 아마노산 함량 측정을 위하여 백년초와 천년초 열매의 분말 약 1 g을 70% ethanol로 1시간 동안 초음파 추출(Bransonic 5510E-DTH, Branson ultrasonics corporation, Danbury, CT, USA)한 후 다시 실온에서 24 시간 추출하였으며, 0.2 μm 여과용 필터(Whatman, GE Healthcare Life Sciences Co., Buckinghamshire, UK)를 이용하여 여과한 후 HPLC용 시료로 사용하였다. 분석 장치는 Dionex Ultimate 3000(Thermo Fisher Scientific Co., Waltham, MA, USA)이며, UV Detector를 이용해 338 nm에서 분석하였다.

손바닥선인장 열매의 성분분석 결과에 대한 통계처리는 IBM SPSS Statistics(Ver 22.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하여 측정하였고, 유의성 검증을 위해 t-test 및 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

백년초 열매와 천년초 열매의 외형적 특성을 측정하기 위하여 타원형의 축 중 가장 긴축을 장축으로, 가장 짧은 축을 단축으로 정해 크기를 측정하였다. 백년초 열매의 외형은 단축이 2.1~3.7 cm 범위로 나타났으며, 장축이 3.1~5.5 cm, 중량은 9.3~26.9 g 범위로 나타났다. 반면 천년초 열매의 외형은 단축이 1.5~2.8 cm, 장축이 2.5~5.1 cm로 백년초 열매보다 장축과 단축의 길이가 대체로 짧았으며, 중량도 3.2~11.9 g로 백년초 열매(평균 16.6 g)가 천년초 열매(평균 8.3 g)에 비해 약 2배 정도 무거운 것으로 나타났다 (Table 1). 평균적으로 각 열매 시료의 단축 대비 장축의 비를 계산해 보면 백년초 열매는 1.63, 천년초 열매는 1.90으로 천년초 열매가 백년초 열매에 비해 크기가 작은 대신 좀 더 길쭉한 모양을 가지는 것을 확인하였다. 이는 Fig. 1의 외관사진으로도 쉽게 확인이 가능하며 백년초 열매와 천년초 열매가 크기와 모양에 있어 상이한 점이 있다는 것을 확인할 수 있었다. Fig. 2에서 백년초와 천년초 열매시료들의 크기 및 무게 분포를 살펴보면 각 시료들의 크기나 모양이 정규 분포에 가까운 형상을 보이는 것을 확인할 수 있었는데 이는 열매의 경우 타원형의 형태를 가지고 있음에 기인한다고 사료된다.

Fig. 1. The photos of Opuntia ficus-indica (A) and O. humifusa (B) fruits.

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백년초와 천년초 열매 동결건조 분말의 색도를 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다. 측정결과 L(lightness)값은 천년초 열매가 65.14로 백년초 열매 47.26보다 높게 나타났으며, b(yellowness)값도 천년초 열매가 높은 값을 나타냈다. 그러나 a(redness)값의 경우 백년초 열매에서 22.41로 천년초 열매 보다 높은 값을 나타냈다. Fig. 1에서 확인할 수 있듯이 백년초 열매분말의 경우 붉은색이 강한 좀 더 짙은 색깔을 나타내는데 비해 천년초 열매분말의 경우는 붉은색이 강하지 않은 밝은 색깔을 나타내었다. 백년초와 천년초 열매시료간의 색상차이를 나타내는 ΔE값은 19.80으로 나타났다.

수확 후 건조를 하지 않은 생 시료의 총 수분함량은 천년초 열매가 86.75%로 백년초 열매의 수분함량 보다 높은 값을 보였다(Table 3).

백년초와 천년초 열매의 동결건조 된 분말을 이용하여 일반성분을 분석한 결과는 Table 3에 나타내었다. 동결건조물의 수분 함량은 백년초 열매가 1.99%로 천년초 열매의 동결건조 수분함량(0.10%)보다 높게 나타났으며, 탄수화물 함량도 백년초 열매가 높은 것(86.58%)을 확인 할 수 있었다. 그러나 조회분 함량은 천년초 열매가 14.08%로 백년초 열매의 조회분 함량(5.07%) 보다 높게 나타났다. 조단백질 함량과 조지방 함량은 백년초와 천년초 열매에서 유사하게 나타났다. 백년초와 천년초 열매의 일반성분은 이전 보고된 결과들(13-15)과 비교하여 수분함량이 낮은 것을 제외하고는 유사한 수치를 나타내었는데, 수분함량의 차이는 동결건조 조건의 차이에 기인한 것으로 사료된다.

백년초와 천년초 열매의 식이섬유 함량을 조사한 결과는 Table 3과 같다. 백년초와 천년초 열매 모두 유사한 수준으로 높은 식이섬유 함량(52.7~53.4%)을 가지고 있는 것으로 나타났다. 제주 백년초 선인장 열매의 식이석유함량을 보고한 연구에서는, 백년초 열매의 식이섬유 함량을 32.5%로 보고하여 식이섬유함량이 높다고 알려진 알로에(31.0%), 상용하는 곡류(1.19~10.35%), 식품으로 상용하지 않는 쌀겨, 밀기울의 식이섬유 함량(21.7~32.0%)보다 높으며 해조류(28.70~38.19%)와 비슷한 수준으로 보고하였다(13). 식이섬유란 인간의 소화관에서 분비되는 효소에 의해 소화되지 않는 식물성 다당류와 리그닌의 합계치 라고 정의되어 왔으나, 최근에는 동물성 급원의 난소화성 다당류까지 포함하고 있다. 식이섬유는 보수성이 좋고, 대변량의 증가나 장의 연동운동 촉진, 지방이나 담즙산, 발암 물질 등의 흡착·배출 작용을 할 수 있는 기능성 소재(19)로, 백년초와 천년초 열매는 높은 식이섬유 함량을 가지고 있어 다이어트용 기능성식품 개발 등에 이용될 수 있을 것으로 기대되어진다.

Fig. 2. Interval distr ibution of morphological features of Opuntia spp. fruits.

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백년초와 천년초 열매의 무기질 함량으로 Ca, Fe, K, Mg, Na, P을 측정한 결과는 Table 4와 같다. 백년초와 천년초 열매의 주요 무기질은 K(백년초: 1,255.28, 천년초: 1,054.32 mg%)과 Ca(백년초: 791.90, 천년초: 938.97 mg%)으로 이전의 연구결과들과 일치하는 경향을 보였고(13-15), Na의 함량(백년초: 279.54, 천년초: 3.94 mg%)을 제외하고는 백년초와 천년초 열매가 비슷한 무기질 조성을 가지는 것을 확인할 수 있었다. 한국인이 주로 섭취하는 과일의 무기질 함량을 조사한 이전 연구에서 사과, 배, 귤, 딸기의 K 함량은 74~303 mg%, Ca 함량은 1.70~12.68 mg%로 보고되어(20), 백년초와 천년초 열매가 다른 과일들에 비해 K과 Ca의 함량이 높다는 것을 확인할 수 있었다. 특히 Ca이 많이 함유되어 있다고 알려진 멸치의 Ca함량이 1,094 mg%로 보고(21)된 것을 고려해 보았을 때 손바닥선인장 열매의 경우 주요한 Ca공급원으로 사용될 수 있을 것으로 사료되었다.

백년초와 천년초 열매의 구성 아미노산 함량을 조사한 결과는 Table 5와 같다. 전체 아미노산의 양은 천년초 열매가 3,828.04 mg%로 백년초 열매(3,140.38 mg%)에 비해 많았으나 필수 아미노산의 비율은 백년초 열매가 29.81%로 천년초 열매(26.32%)에 비해 소폭 높았다. 백년초와 천년초 열매의 구성 아미노산 조성은 전체적으로 유사한 수준을 나타내었다. 백년초와 천년초 열매의 구성 아미노산 중 가장 많이 함유되어 있는 것은 glutamic acid로 천년초 열매는 1,342.93 mg%, 백년초 열매는 733.51 mg%로 총 구성 아미노산 대비 각각 23.36%, 42.76%를 차지하였다. 이전 연구에서도 glutamic acid의 백년초 열매 함량은 605.7 mg%(13), 천년초 열매 함량은 706.76 mg%(15)로 구성 아미노산 중 가장 높은 함량을 가지는 것으로 보고되어 본 연구와 유사한 경향을 보였다, 이를 바탕으로 손바닥선인장 열매의 대표 아미노산은 glutamic acid인 것으로 사료되었다.

백년초와 천년초 열매의 유리 아미노산 함량을 조사한 결과는 Table 6과 같다. 유리된 아미노산의 경우 시료별 특성이 달랐는데, 백년초 열매의 경우 tyrosine의 함량이 높고 천년초 열매에 존재하지 않는 taurine이 존재한 반면, 천년초 열매의 경우 glutamic acid의 함량이 653 mg%로 압도적으로 높은 것을 확인할 수 있었다(총 유리아미노산 대비 81.8%). 특이한 점은 손바닥선인장 열매들이 γ-aminobutyric acid(GABA)를 함유하고 있다는 것이었다. GABA는 자연계에 분포하는 비단백태 아미노산의 일종으로 인체 내에서는 뇌와 척수에 존재하는 신경전달물질로 혈압 강하, 비만 방지 효과 외에 뇌의 혈류 개선 및 신경안정 효과 등의 생리활성이 보고되어 건강기능성 식품소재로 관심을 끌고 있으며, 일본에서는 GABA를 첨가한 가공식품과 음료 등이 판매되고 있다(22). GABA는 현미 2~6 mg%, 발아현미 10~13.5 mg%, 품종별 발아보리 14.3~20.9 mg%등 발아된 곡류에 많이 함유되어 있다고 보고된 바 있는데(23), 백년초와 천년초 열매는 각각 25.99 mg% 와 10.71 mg%의 GABA 함량을 가지고 있어 발아된 곡류와 유사한 GABA함량을 나타내었다.