Pectinase 처리가 아로니아의 착즙 수율에 미치는 영향

세척한 아로니아를 가정용 착즙기(NJ-9300A, NUC Juicer, Daegu, Korea)를 사용하여 파쇄 후 효소 종류 및 처리시간을 달리하여 반응시킨 후 착즙하였다. 착즙액은 살균된 조밀한 면포로 1차 여과 후 원심분리(9,000 ×g, 10 min)하여 실험에 사용하였다. 착즙율은 착즙 후 아로니아 무게/착즙 전 아로니아 무게 비율로 측정하였다.

일반성분 분석은 AOAC 방법(22)에 따라 행하였다. 수분 함량은 시료 일정량을 칭량 후 상압건조법에 따라 측정하였 고, 조단백질 함량은 Kjeldahl법을 이용하여 단백질 자동분 석장치(Foss Kjeltec 2300, FOSS Co., Hoganas, Sweden)로 측정하였다. 조지방 함량은 Soxhelt 법에 준하여 측정하였 다. 조회분 정량은 직접회화법으로 측정하였다. 탄수화물 함량은 시료의 총 중량에서 수분, 조단백질, 조지방, 그리고 조회분 함량을 뺀 나머지를 함량(%)으로 표시하였다.

Rapidase C80 MAX, Rapidase PRESS L, 그리고 Plantase TCL의 농도를 0, 0.005, 0.01, 0.05, 0.1%(v/w)로 설정한 후 40, 50, 60℃에서 0, 30, 60, 90, 120분 동안 각각 반응시켰다.

pH는 pH meter를(Mettler-Toledo Co., Schwerzenbach, Switzerland)이용하여 측정하였다. 총산은 적절히 희석한 시료 10 mL를 0.1 N NaOH(factor: 1.001±0.005)로 적정하여 아래의 식에 따라 citric acid의 산도지수 0.0064를 대입한 후 citric acid(%)로 환산하여 나타내었다.

$\text{총산}\left(\text{\%}\right)\text{\hspace{0.17em}=\hspace{0.17em}}\frac{\text{0.1 N NaOH(mL)×0.0064×F}}{\text{Sample(mL)}}\text{×100×희석배수}$

당도는 hand refractometer(RA250, ATAGO, Tokyo, Japan)로 측정하였다. 환원당 함량은 dinitrosalicylic acid (23)법에 따라 측정하였다. 시료 1 mL에 DNS 용액 3 mL를 혼합한 후 95℃에서 5분간 중탕하여 실온으로 냉각시켰다. UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co., Kyoto, Japan)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정한 후, glucose 표준곡선으로부터 환원당 함량을 환산하였다.

총 페놀성 화합물 함량은 Folin-Denis법(24)에 따라 측정 하였다. 시료 2 mL에 50% phenol reagent(Folin-Ciocalteu's reagent) 2 mL를 첨가하여 실온에서 3분간 방치한 뒤, 10% Na₂CO₃ 용액 2 mL를 첨가하였다. 그리고 실온에서 1시간 방치한다음, UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.)를 이용하여 700 nm에서 흡광도를 측정한 후, tannic acid 표준곡선으로부터 총 페놀성 화합물 함량을 환산하 였다.

DPPH radical 소거능은 Blois 방법(25)을 변형하여 측정 하였다. 시료 200 μL에 methanol 2 mL와 DPPH 용액 800 μL를 혼합하여 10 분간 반응시킨 후 UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH radical 소거능(%) 은 다음식을 이용하여 구하였다.

$\text{DPPH radical\hspace{0.17em}소거능}\left(\text{\%}\right)\text{=}\frac{\text{Absorbance of(control-sample)}}{\text{Absorbance of control}}\text{×100}$

총 안토시아닌 함량은 Lee 등(26)의 pH differential method에 따라 UV-visible Spectrophotometer(UV-1601, Shimazdu Co.)를 이용하여 측정하였다. 아로니아 과즙은 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5)로 520 nm에서 흡광도 값이 0.2-1.4 범위에 들도록 희석한 후 520 및 700 nm에서 흡광도를 측정하였으며 cyanidin-3-glucoside 몰흡광계수(ε=26,900 L·M^-1·cm^-1, MW=449.2 g·M^-1)로 환산하였다.

모든 실험 결과는 3회 반복 실험하여 그 결과 값을 평균과 표준편차로 나타내고 SAS 통계처리를 이용한 분산분석 (ANOVA)과 Duncan's multiple range test로 유의성을 검증 하였다(p<0.05).

아로니아 원료의 성분분석 결과는 Table 1과 같다. 아로 니아 과실은 수분 79.43±0.03%, 탄수화물 18.81%±0.07%, 조지방 0.95±0.10%, 조단백질 0.47±0.02%, 조회분 0.33± 0.02% 순으로 나타났다.

아로니아 과즙의 수율 향상을 위해 3종의 pectinase 효소 를 이용하여 착즙수율 최적조건을 조사하였다. 효소종류, 농도 및 온도에 따른 시간별 아로니아 착즙 수율의 변화는 Fig. 1과 같다. 효소 농도를 0, 0.005, 0.05, 0.1%로 달리하여 처리한 아로니아 과즙액을 40℃, 50℃, 60℃로 온도를 달리 하여 반응시켜 시간에 따른 변화 결과 0.1%, 50℃, 120분 시험구에서 3종의 pectinase 관련 효소는 높은 착즙 수율을 나타내었다(data not shown). Koo(19)는 블루베리의 효소처 리에 따른 과즙수율에 관한 연구에서 효소반응 50℃에서 120분간 효소처리 후 착즙수율이 높아졌다는 연구결과를 보고하였다. 본 연구에서는 효소 처리를 하지 않은 아로니 아 주스의 착즙수율은 51%로 나타났으며, Rapidase Press L의 경우 0.1%(v/w)의 농도로 50℃에서 120분간 반응시킨 실험구의 착즙 수율이 69.14%로 가장 높게 나타났고, 같은 농도인 0.1%(v/w), 50℃, 120분 처리 후 Rapidase C80 MAX 은 68.83%, 그리고 0.1%(v/w), 50℃, 120분 처리 후 Plantase TCL은 66.70% 순으로 각각 나타났다. Rapidase Press PRESS L을 처리한 실험구의 착즙수율이 대조구에 비해 약 18.1% 증가한 69.1%로 가장 큰 증가량을 보였다. 이는 Park(27) 등의 연구결과와 유사하게 Rapidase PRESS L이 pectinase, hemicellulase 복합효소로 구성되어 있어 다른 효 소보다 효과적으로 분해작용이 일어나 수율이 가장 높게 나타났으며, 식물세포벽은 셀룰로오스와 헤미셀룰로오스 등의 골격성분이 펙틴기질에 둘러싸여 있는 구조이므로 셀룰로오스 및 펙틴질 분해효소를 병행사용하면 상승효과 를 보여 세포벽 물질의 분해 및 유용성분의 추출을 촉진하 는 것으로 보고하였다.

Fig. 1. Extraction of Aronia melanocarpa juice treated with different concentrations of var ious enzymes at 50℃ for 120 min. ▨, 30 min; □, 60 min; ■, 120 min.

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아로니아 주스의 효소 처리에 따른 pH 및 총산함량은 Table 2와 같다. Rapidase PRESS L을 처리한 실험구는 가장 높은 1.23%로 측정되었고 그 외 다른 시험구에서도 대조구 에 비해 증가한 값을 나타내었다. pH는 모든 시험구에서 3.89-3.93의 수치를 나타내었으며, 효소처리에 따른 pH의 큰 변화는 없었다.

최적 효소 처리 조건에 따른 당도 및 환원당의 함량은 Table 3과 같다. 효소 처리를 하지않은 대조구와 비해 약간 높은 14.3-14.5 °Brix 수준의 값을 보였으며, 환원당의 경우 13.34-13.74%로 대조구 보다 높게 측정되었다. 효소처리에 따른 당도와 환원당은 대구조에 비해 모두 높게 나타났다.

항산화 성분이 높다고 알려져 있는 아로니아의 유리 라 디칼 소거 능력을 측정한 결과는 Fig. 2와 같다. 최적 효소처 리 조건으로 처리한 모든 시험구에서 높은 활성을 나타내었 으나, 대조구로 사용된 0.1% ascorbic acid의 측정치인 79.9%보다 낮게 측정되었다. Chung(28)은 black chokeberry 를 70% 메탄올로 추출한 후 추출물의 농도가 3 mg/mL인 시험구에서 대구조로 사용된 1 mg/mL 농도인 ascorbic acid 와 비교하여 95.26%의 소거능을 확인하였으며, 대조구로 사용된 ascorbic acid의 소거능 97.48%와 대등한 활성을 나 타내었다고 보고하였다. Jeong(29)은 DPPH radical 소거능 을 측정한 결과 아로니아 추출물의 50% radical 소거능을 나타낼 때의 반응농도 즉, SC₅₀(50% scavenging activity concentration)값은 6.15±0.343 ppm이었으며 양성대조군으 로 사용한 ascorbic acid의 SC₅₀값인 9.75±1.23 ppm보다 약 1.5배 우수한 DPPH radical 소거능을 나타내었다고 보고하 였다. 본 연구에서는 효소처리를 시행한 시험구의 DPPH radical 소거능이 대조구인 0.1% ascorbic acid에 비해 낮게 측정되었으나 큰 차이는 보이지 않았다.

Fig. 2. DPPH radical scavenging activity of Aronia melanocarpa juice after var ious pectinase enzyme treatments.

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안토시아닌색소는 과실, 채소류에 존재하는 수용색 색소 로 매우 불안정하여 pH, 산소, 금속 등에 의해 쉽게 불안정 해지며, 가공 중 가열이나 이산화황 등의 처리에 의해 변색 이 되기도 한다(30). 아로니아에 함유되어 있는 안토시아닌 은 cyanidin과 결합된 배당체의 형태로 존재하며, 주로 cyanidin-3-galactoside, cyanidin-3-glucoside, cyanidin-3- arabinoside, cyanidin-3-xyloside 등 4개 물질이 보고되고 있 다(31,32). 아로니아는 재배환경에 따라 폴리페놀함량이 바 뀌는데 동일 품종일지라도 일조량이 풍부하고 토양의 산도 가 pH 6.50-6.69일 때 좋은 품질의 열매를 얻는다고 보고되 었다(33,34). 본 연구에 사용된 아로니아의 효소처리에 따 른 안토시아닌 함량은 Table 4에 나타내었다. 대조구는 44.14±1.04 mg/g의 값을 나타내었고 Rapidase PRESS L은 45.48±0.78 mg/g, Rapidase C80 MAX는 44.73±2.07 mg/g으 로 대조구에 비해 소폭 상승한 값을 나타내었으며, Plantase TCL는 44.12±1.38 mg/g으로 대조구에 비해 약간 감소하였 으나 큰 차이가 없었다. 아로니아의 착즙수율 향상을 위해 효소처리한 후 총 페놀성 화합물의 함량은 Table 4에 나타 내었다. 효소처리 후 총 페놀성 화합물의 함량은 총 안토시 아닌과 마찬가지로 소폭 증가하였다. 특히, 복합 효소인 Rapidase C80 MAX와 Rapidase PRESS L에서 상대적으로 증가한 값을 보였다.