바이오매스 열분해액이 ‘향수’배의 저장 중 품질특성에 미치는 영향

실험에 사용한 열분해액은 중국 광주디선회사에서 분양 받은 바이오 오일에 1:1의 비율로 물을 첨가하여 100-120℃ 에서 증류한 후 다시 감압 증류하여 57-60℃의 증류액을 회수한 것이다. 시료로 사용한 ‘향수’배(Pyrus ussuriensis) 는 중국 길림성 연변지역에서 생산한 ‘소향수’ 배로 크기가 균일한 것으로 시중에서 구입하여 사용하였다.

열분해액을 증류수로 10배, 20배, 30배, 50배, 100배로 희석하고 희석액을 ‘향수’배의 표면에 무게가 약 1.30 g 증가되도록 각각 균일하게 분무한 후 그늘에 건조하여 실온 에서 저장하면서 품질특성을 측정하였다. 이때 증류수 분 무처리를 대조구로 사용하였다.

중량 감소율은 초기중량에 대한 저장 후 측정 된 시료의 중량 차이를 초기 중량에 대한 백분율(%)로 나타내었으며 (23), 호흡량은 일정량의 ‘향수’배를 0.4 M NaOH가 함유한 데시케이터에 넣은 후 밀봉하여 한시간 동안 정치하였다. 그리고 10 mL의 0.4 M NaOH 용액을 삼각플라스크에 넣고 BaCl2 용액과 지시약을 혼합한 후 0.3 M 초산 용액을 이용 하여 적정하여 계산하였다(23).

‘향수’배의 과육 10 g에 20 mL의 증류수를 첨가하여 균질 화시킨 후 여과한 여액으로 총산 함량을 측정하였다. 총산 은 0.1 N NaOH 용액으로 pH 8.4가 될 때까지 적정하여 이때 소모된 0.1 N NaOH 용액의 mL 수에 해당 사과산 양을 곱하여 시료에 대한 양으로 환산하여 총산 함량을 나타내었다(24).

총당 함량은 Phenol-sulfuric acid법(25)에 따라 다음과 같 이 측정하였다. 과즙 일정량을 취하여 증류수와 희석한 후 여과한 시료를 1 mL를 시험관에 옮기고 5%(w/w) phenol 용액을 첨가하여 잘 혼합한 후 H₂SO₄를 5 mL씩 첨가하여 30분 동안 정치시켜 발색시켰다. 이 후 470 nm에서 흡광도 를 측정하였으며 glucose를 표준 용액으로 하여 작성한 검 량 곡선으로부터 총당의 함량을 나타내었다.

비타민 C 함량은 2,6-dichlorophenolindophenol 시약을 이 용하여 적정법으로 측정하였으며 표준물질로 L-ascorbic acid를 이용하였다(24).

‘향수’배의부패지수는아래의공식에의하여 계산하였다.

$\text{부패 지수(\%)=}\sum \left(\text{등급×개수}\right)\text{/}\left(\text{최고등급×총 개수}\right)\text{×100}$

이때 등급 분류는 과실의 부패된 부분이 전체 표면적을 차지하는 비율에 근거하여 부패가 없는 과실은 0등급, 부패 면적이 10%이하인 것은 1등급, 10-30%인 것은 2등급, 30-50%인 것은 3등급, 50%이상인 것은 4등급으로 하였다 (25).

본 실험은 열분해액을 처리한 ‘향수’배를 각각 5개씩 취 하여 분석하고자 하는 특성을 3회 이상 반복하여 측정하였 다. SPSS 10.0 분석을 이용해 분산분석을 실시하여 유의차 가 인정되는 항목을 Duncan's multiple range test로 5% 수준 에서 각 처리구별로 유의성을 검증하였다(p<0.05).

열분해액의 희석배수를 달리하여 ‘향수’배에 처리한 후 저장 중 ‘향수’배의 중량 감소율을 조사한 결과 저장 기간이 지남에 따라 모든 처리구에서 과실의 중량 감소율은 유의적 으로 증가하였다(Table 1). 열분해액의 희석 배수를 각각 달리하여 처리한 ‘향수’배의 중량 감소율을 살펴보면, 20배 희석액으로 처리한 ‘향수’배가 저장 9일과 12일에 각각 5.66%와 7.40%로 무처리구에 비해 유의적으로 낮게 나타 내었다. 저장과정 중 과실의 중량 감소는 물질대사에 의한 수분증발과 영양분의 감소에 의해 초래된다. Lee 등(26)은 ‘홍로’ 사과에 0.5% lemongrass oil(LO)을 함유한 carnauba shellac wax를 이용하여 코팅한 결과 무처리구보다 거의 50% 낮은 중량감소율을 나타내어 본 연구에서 열분해액을 처리한 ‘향수’ 배 보다 중량감소율이 현저히 낮았다. 이러한 결과는 LO의 첨가로 코팅액의 소수성이 증가하고 이로 인해 수분 증발에 대한 저항성이 커져 water barrier 특성 때문이라고 보고하였다(27). 또한 Zhang(28)의 연구 결과에 의하면 페놀성 물질은 세포막의 단백질 변성을 일으켜 막 투과성을 파괴함으로써 수분증발을 방해한다고 보고하였 다. 따라서 열분해액을 20배로 희석하여 처리한 ‘향수’배의 중량 감소율이 무처리구에 비해 완만하게 증가하는 것은 열분해액에 함유된 페놀성 물질이 막 세포의 파괴로 인한 수분증발의 감소 또는 호흡억제 작용에 기인한 것으로 사료 된다.

저장 과정 중 열분해액의 희석 배수를 달리하여 처리한 ‘향수’배의 부패 지수는 저장 기간이 증가함에 따라 증가하 는 추세를 나타내었으며, 저장 3일에서는 열분해액 10배, 20배, 30배의 희석액으로 처리한 ‘향수’배의 부패 지수는 무처리구보다 현저하게 낮은 값을 나타내었다(Table 2). 저 장 12일째 열분해액 처리구의 부패 지수는 모두 무처리구 의 0.68보다 현저하게 낮았으며, 그 중에서도 10배, 20배, 30배 희석액으로 처리한 ‘향수’배의 부패 지수는 0.60이하 였으며, 20배 희석액으로 처리한 ‘향수’배의 부패 지수는 0.50으로 가장 낮은 값을 나타내었다. Choi 등(3)의 연구 결과에 의하면 주로 바이오매스의 섬유소 성분이 열분해에 의해 생성된 산류, 알코올류, 알데히드류, 케톤류, 퓨란계, 피란계 화합물 등과 리그닌의 열분해 의해 생성된 페놀화합 물로 구성되었다고 하는데, 열분해액에도 주로 이러한 물 질들이 함유되어 있을 것으로 사료된다. 따라서 이러한 물 질들이 병원균에 대한 억제 혹은 살균작용과 생리대사에 대한 작용 등 복합적인 작용을 통하여 과일에 대해 부패 저지 효과를 나타내었을 것으로 판단된다.

저장 과정 중 열분해액의 희석배수를 달리하여 처리한 ‘향수’배의 호흡율의 변화는 Fig. 1과 같았다. ‘향수’배의 호흡율은 저장 초기 증가하였다가 감소하는 추세를 나타내 었으며 저장 3일에서 호흡율이 최고 높았다. 또한 저장 3일 과 12일에서는 열분해액을 처리한 ‘향수’배의 호흡율이 무 처리구의 42.87 CO₂ mg/kg h과 35.12 CO₂ mg/kg h에 비해 현저하게 낮았으며, 그 중에서도 열분해액 20배로 희석하 여 처리한 ‘향수’배의 호흡율이 가장 높은 억제효과를 나타 내었다. 전반 저장 과정 중 열분해액으로 처리한 ‘향수’배의 호흡율은 무처리구에 비해 모두 낮은 값을 나타내어 열분해 액 처리가 ‘향수’배의 호흡에 억제작용이 있는 것으로 나타 났다. Kim 등(29)은 머스크멜론의 저장 중 1-MCP 처리구는 무처리구보다 현저하게 낮은 호흡율을 나타내어 호흡억제 에 효과적이라고 보고하였다. Jiang과 Li(30)는 키토산 농도 를 달리하여 ‘longan’ 과일에 코팅한 후 호흡율과 폴리페놀 옥시데이스 활성을 측정한 결과 처리구가 무처리구보다 낮은 값을 나타내는 것으로 보아 본 연구에서의 열분해액을 처리한 ‘향수’배의 낮은 호흡율과 유사한 결과를 나타내었 다. 결론적으로 본 연구에서의 열분해액이 ‘향수’배의 호흡 과 관련된 효소 활성을 억제하여 호흡율의 증가를 억제하는 것으로 생각되며, 이에 관한 연구가 앞으로 더 필요하다고 생각된다.

Fig. 1. Change of respiration rate of ‘Xiangshui’ pear treated with different dilution of biomass pyrolysis liquid dur ing storage at room temperature.

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Fig. 2에서 볼 수 있듯이 저장 중 모든 열분해액을 처리한 ‘향수’배와 무처리구의 총산 함량은 감소하는 추세를 나타 내었다. 본 연구에서의 총산 함량의 감소는 유기산이 저장 과정 중 호흡대사의 기질로 부단히 소모되고 또 세포내 많은 생화학반응 과정에 필요한 중간 대사물로 공급되기 때문이다(31). 저장 3일 후 열분해액으로 처리한 ‘향수’배의 총산 함량은 무처리구에 비해 비교적 완만하게 감소하였 다. 이는 처리한 열분해액이 ‘향수’배의 대사를 억제하여 유기산의 소모를 감소하였기 때문일 것으로 사료된다. 열 분해액으로 처리한 ‘향수’배 중 희석 배수가 20배인 처리구 의 총산 함량 감소 속도가 가장 완만하였으며, 저장 6일부터 무처리구에 비해 현저하게 높은 값을 나타내었다. 저장 12 일 후 열분해액 20배로 희석한 ‘향수’배의 총산 함량은 0.19%로 저장 초기보다 0.21% 감소하였고 무처리구의 총 산 함량은 0.13%로 저장 초기보다 0.26% 감소하였다. 저장 12일 후 열분해액 20배로 희석하여 처리한 ‘향수’배의 총산 함량은 저장 초기 0.40%에서 0.19%로 감소하였고 무처리 구의 총산 함량은 0.13%로 감소하였다. Kim 등(29) 의 연구 결과에 의하면 1-MCP를 머스크멜론에 처리 시 저장 기간 중 산도의 감소를 억제하여 일정하게 유지하는 경향을 나타 내었으며, Moya-Le´on 등(32)은 1-MCP를 ‘Packham‘ Triumph’배에 처리 후 냉장 저장 시 산도의 감소를 지연하 였다고 보고하였다. 따라서 과실에서의 1-MCP 처리 효과 와 유사한 결과를 나타낸 열분해액도 마찬가지로 저장 중 과실의 숙성을 지연시켜주었으며, 호흡속도를 감소하여 ‘향수’배의 총산 함량 감소를 효과적으로 지연된 것으로 판단된다.

Fig. 2. Change of total acid content of ‘Xiangshui’ pear treated with different dilution of biomass pyrolysis liquid during storage at room temperature.

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당 함량은 과일의 영양과 맛을 결정하는 중요한 지표중 의 하나이다. Fig. 3과 같이 ‘향수’배의 총당 함량은 저장 기간이 지남에 따라 모든 처리구에서 감소하는 추세를 나타 내었으며, 그 중 열분해액 처리한 ‘향수’배의 총당 감소량이 무처리구보다 낮은 값을 나타내었다. 저장 기간 3일까지는 열분해액 처리구와 무처리구의 ‘향수’배의 총당 함량은 7.64-7.80%의 범위로 서로 유의적인 차이를 나타내지 않았 지만, 저장 6일부터는 열분해액을 처리한 ‘향수’배가 무처 리구보다 높은 값을 나타내었다. 저장 12일 이후 총당 함량 역시 무처리구가 6.40%, 열분해액 20 배로 희석하여 처리한 ‘향수’배가 7.19%로 유의적으로 높은 값을 나타내었다. Kim 등(29) 은 1-MCP를 머스크멜론에 처리 후 저장기간이 경과 될수록 가용성 고형분 함량이 일정하게 유지되는 경향 을 나타내었으며, 저장 후기 무처리구 머스크멜론에서 가 용성 고형분 함량의 감소는 다른 물질로 전환되거나 호흡증 가에 의한 수분손실이 원인으로 생각된다고 보고하였다 (33,34). 따라서 본 연구결과에서도 열분해액을 처리한 ‘향 수’배가 저장 후기에 수분손실이나 생리대사가 일정하게 억제되어 영양물질의 소모가 지연되었기 때문일 것으로 사료된다.

Fig. 3. Change of total sugar content of 'Xiangshui' pear treated with different dilution of biomass pyrolysis liquid dur ing storage at room temperature.

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저장 중 '향수'배의 비타민 C 함량은 모든 처리구에서 점차적으로 감소하는 추세를 보였으며 저장 초기에는 감소 속도가 완만하였고 저장 3일 이후 감소속도가 비교적 빠르 게 나타났다(Fig. 4). 저장 3일 이후부터 열분해액을 10배, 20배, 30배, 50배를 희석하여 처리한 ‘향수’배의 비타민 C 함량의 감소 속도가 무처리구에 비해 현저하게 억제되었음 을 알 수 있었다. 또한 저장 12일 후 열분해액을 10배, 20배, 30배, 50배 희석하여 처리한 ‘향수’배의 비타민 C 함량이 각각 1.98 mg/100 g, 2.21 mg/100 g, 1.93 mg/100 g, 1.54 mg/100 g으로 무처리구의 1.21 mg/100 g 보다 높았으며 그 중 열분해 20배를 희석하여 처리한 '향수'배의 비타민 C 함량은 무처리구 저장 6일의 함량과 비슷하였다. Lee 등(26)의 연구에서는 ‘홍로’ 사과에 CSW-LO를 이용하여 코팅 후 저장 기간별 비타민 C 함량 변화에서 사과 코팅 처리구가 무처리구보다 비타민 C의 감소가 적게 나타내었 다고 보고하였다. 이는 CSW-LO 코팅이 산소의 확산을 방 지하여 비타민 C 감소를 지연시켰으며, LO의 페놀 화합물 의 항산화 효과 때문에 비타민 C 함량이 더욱 유지되었다고 보고하였다(35). 이와 유사한 결과로 본 연구에서의 열분해 액은 바이오매스를 급속 열분해하여 생성된 바이오오일에 서 분리정제한 수용성물질로서 바이오오일에 함유된 페놀 성 화합물과 같은 저분자량의 물질들이 함유되어 있을 것으 로 생각된다(4). 따라서 본 연구에서 열분해액의 처리로 ‘향수’배의 비타민 C의 감소가 적게 나타나게 한 것은 열분 해액에 함유된 항산화물질들이 비타민 C의 산화를 지연시 킴으로써 저장 중 ‘향수’배의 비타민 C 분해가 이에 따라 완만해져 ‘향수’배의 품질을 유지하였을 것으로 판단된다.

Fig. 4. Change of vitamin C content of ‘Xiangshui’ pear treated with different dilution of biomass pyrolysis liquid dur ing storage at room temperature.

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