과열증기 건조가 토종 다래순의 이화학적 및 미생물학적 특성에 미치는 영향

본 실험에 사용한 토종 다래순(A. arguta)은 2014년 5월에 수확하였으며 국립산림과학원으로부터 제공받아 1% 염수 로 1분간 침지한 후 흐르는 물에 세척하고 물기를 제거하여 5℃에서 보관하며 사용하였다. 연구에 사용된 시약 Folin- Ciocalteu’s phenol reagent, gallic acid, diethylene glycol, rutin, 2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazy(DPPH), 2,2'-azino- bis (3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic-acid)(ABTS), trpydyltriazine (TPTZ)는 Sigma-Aldrich(St. Louis, MO, USA)사에서 구입 하여 사용하였다.

과열증기건조 다래순은 과열증기장치(QF-5200C, Naomoto Corporation, Osaka, Japan)를 이용하였다(Fig. 1). 예비실험 을 통해 건조 공정에 적합한 증기온도 350℃, 오븐(내부)온 도 150℃, 증기량 7.8 m³/h을 최적 조건으로 설정하였고, 건조시간은 40, 120, 160, 200초로 처리하였으며 과열증기 처리하지 않은 시료는 대조군로 하였다. 건조 방법으로는 먼저 과열증기 장치를 가열 조건에 맞춰 미리 예열시킨 후 채반에 다래순을 겹치지 않게 올려 이를 장치 내부에 고정시킨다. 상, 하단에 장착된 스팀 노즐을 통해 과열증기 가 분출되면서 다래순이 건조된다. 처리 직후 피건조물이 있는 채반을 꺼내어 상온에서 10분간 방냉시킨 후 멸균용 기에 담아 보관하여 실험에 사용하였으며 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량과 항산화 활성 측정을 위해 동결건조를 실시하였다.

Fig. 1. Device structure and internal schematic diagram of superheated steam machine. 1, chamber; 2, faucet; 3, softener (for removing calcium, magnesium, certain other metal cation in hard water); 4, tray; 5, basket; 6, heater; 7, steam nozzle (3.1-7.8 m²/h, 100-400℃); 8, air exhaust port; 9, water exhaust port; 10, heating panel (-350℃); 11, heating wire; 12, temperature controller; 13, steam controller.

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과열증기처리 시간에 따른 다래순의 수분함량과 수분활 성도의 변화를 측정하였다. 수분함량은 105℃ 상압가열건 조법(24)으로 측정하였다. 수분활성도는 수분활성도 측정 기(AQS-2, Nagy mess system, Gäufelden, Germany)를 이용 하였으며, 증류수(수분활성도=1.00)로 보정한 후 평형 수분 함량에 도달시켜 측정하였다. 또한 수분함량(x)과 수분활 성도(y)의 상관관계는 Microsoft Office Excel Program (Microsoft Corp., Roselle, IL, USA)을 이용하여 지수함수를 추정하였으며 관계식은 y=0.2032e^6.1016x로 나타났다.

과열증기처리 시간에 따른 다래순의 색도 변화를 살펴보 기 위하여 표준백색판(L=93.6, a=0.31, b=0.32)으로 보정된 색차계(Minolta CT-310, Minolta Co., Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 L(lightness, 명도), a(redness, 적색도) 및 b(yellowness, 황색도)값을 3회 반복 측정하였다(25). 또한 색차값(ΔE)은 아래 식에 대입하여 산출하였다.

$\Delta \Delta L+\Delta a^2+\Delta b^2$

과열증기처리 시간에 따른 다래순의 총 페놀 및 플라보 노이드 함량을 측정하였으며, 동결건조한 시료를 80% 메탄 올로 200 rpm에서 24시간 동안 추출하여 여과 후 사용하였 다. 총 페놀 함량은 여과액 1 mL을 증류수 9 mL로 희석하고 1 mL의 Folin & Ciocalteu's phenol reagent를 첨가하여 실온 암실에서 5분간 방치한다. 그 후 7% sodium carbonate 10 mL과 증류수 4 mL을 첨가하여 총량을 25 mL으로 하였다. 이를 실온 암실에 2시간 동안 방치한 다음 분광광도계 (UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 페놀 함량은 g gallic acid equivalent(GAE)/kg dry weight(DW)로 나타내었 다(26).

총 플라보노이드 함량은 AOAC에서 공인된 방법을 약간 수정한 Chae 등(27)의 방법에 따라 측정하였다. 여과액 100 μL과 90% diethylene glycol 900 μL를 혼합한 후 1 N NaOH 20 μL를 첨가하여 37℃ 항온수조에 20분 동안 반응시켰다. 이를 분광광도계(UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 총 플라보노이드 함량은 g rutin equivalent(RE)/kg DW로 나타 내었다.

과열증기처리 시간에 따른 다래순의 항산화 활성을 측정 하였으며, 동결건조한 시료를 80% 메탄올로 200 rpm에서 24시간 동안 추출하여 여과 후 사용하였다. DPPH(2,2- diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디컬 소거 활성은 Blois(28)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 100 mL의 에탄올에 8 mg의 DPPH를 용해시켜 제조하였다. 여과액 0.1 mL은 DPPH 용액(OD:1.000) 0.9 mL과 혼합하여 실온 암실에서 30분간 방치 후 분광광도계(UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였 으며, 이를 g butylated hydroxyanisole equivalent(BHAE)/Kg dw로 나타내었다.

ABTS(2,2'-azino-bis(3-ethylbenzthiazoline-6-sulfonic acid)) 라디컬 소거능은 Re 등(29)의 방법을 변형하여 실험 을 진행하였다. ABTS 용액은 7 mM ABTS diammonium salt와 2.45 mM potassium persulphate를 혼합 후 실온 암실 에서 16시간 동안 방치하여 제조하였다. 여과액 20 μL와 ABTS 용액 980 μL를 혼합 후 실온 암실에서 6분 동안 방치 한 후 분광광도계(UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS 라디컬 소거능은 g ascorbic acid equivalent(AAE)/Kg dw로 나타내었다.

FRAP(ferric ion reducing antioxidant power) 측정은 Benzie와 Strain(30)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 즉 300 mM sodium acetate buffer(pH 3.6)와 40 mM HCl로 용해시킨 10 mM trpydyltriazine(TPTZ), 20 mM FeCl₃·6H₂O 을 제조하였고, 이를 각각 10:1:1(v/v/v) 비율로 혼합하여 FRAP 용액을 제조하였다. 여과액 50 uL 와 FRAP 용액 1.5 mL를 혼합 후 실온 암실에서 30분간 방치한 후 분광광 도계(UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용 하여 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. FRAP 환원력은 g Fe(Ⅱ)/kg DW로 나타내었다.

과열증기처리 시간에 따른 다래순의 일반세균과 대장균 군 수를 측정하였다. 시료를 멸균된 stomacher bag에 넣은 후 0.85% 멸균생리식염수로 10배 희석하여 stomacher로 2분간 균질화하였다. 이후 10배씩 단계별 희석하여 시료를 준비하였으며 희석한 시료 1 mL를 일반세균 Petrifilm^TM aerobic count plate(3M Company, St. Paul, MN, USA)에 접종하였다. 배지를 35℃에서 48시간 배양하여 30-300개 사이의 colony 수를 측정하여 시료 1 g 당 colony-forming units(CFU)을 log 단위로 환산하여 표시하였다. 대장균군은 위의 방법과 동일하게 단계 희석하여 Petrifilm^TM coliform count plate(3M Company, St. Paul, MN, USA)에 접종하였고 35℃에서 24시간 배양 후 기포를 가진 red colony만을 확인 하였다.

실험 결과는 3회 반복 실험하여 얻어진 평균±표준편차 로 나타내었고, 통계처리는 Window용 SAS 9.4 version (SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 p<0.05 수준 에서 분산분석(analysis of variance) 하였으며, Duncan의 다 중범위 검정법(Duncan's multiple range test)으로 유의성을 검증하였다.

증기온도 350℃에서 과열증기처리 시간에 따른 다래순 의 수분함량과 수분활성도 결과는 Table 1과 같다. 처리 전 대조군의 수분함량과 수분활성도는 각각 81.18%, 0.99 로 나타났으며 처리 시간이 길어질수록 수분함량과 수분활 성도 모두 유의적으로 감소하여 200초 처리 시 각각 3.94% 와 0.51로 나타났다. 일반적으로 건조식품은 수분함량이 10%, 수분활성도 0.6 내외인 것을 말하며(31,32), 다래순은 과열증기건조 시간 120초까지 51.3-81.2%의 수분함량과 0.90-0.99의 수분활성도를 가지므로 건조가 불충분한 것으 로 판단되어 160초 이상 처리가 건조 다래순 제조에 적합한 것으로 사료된다. 과열증기 건조는 과열증기와 피건조물 사이의 직접적인 접촉에 의해서 일어나며 건조 매체인 과열 증기가 수분 증발을 위한 열을 피건조물에 제공함으로써 건조되는 원리이다(17). Choi 등(23)은 감자 절편에 과열증 기온도 120-220℃, 처리 시간 2-10분으로 건조하였을 때 처리 온도 및 시간이 길어질수록 수분함량이 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다. 또한 Rhim과 Hwang(11)은 50-105℃ 온도에서 열풍 건조 시 100분 이상 건조하였을 때 모든 산채류의 수분함량이 5%이하로 감소하였다고 보 고하였으며, Moreira(33)은 열풍건조보다 과열증기건조의 건조율이 높은 것으로 보고하였다. 따라서 기존의 열풍건 조보다 과열증기건조 방법은 시료의 건조시간을 크게 단축 시킬 수 있을 것으로 판단된다. 과열증기건조 시간에 따른 수분함량과 수분활성도의 관계는 Fig 2와 같으며, 상관관계 를 나타내는 결정계수는 0.99로 높은 상관성을 가지는 것으 로 나타났다. 수분함량과 수분활성도의 관계를 지수함수로 나타냄으로써 측정하지 않은 범위의 수분활성도에 해당되 는 수분함량을 예측할 수 있다(34,35).

Fig. 2. Cor relation between moisture content and water activity of Korean traditional actinidia leaves at oven temperature of 150℃ and steam temperature of 350℃ for 40-200 sec.

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증기온도 350℃에서 과열증기처리 시간에 따른 다래순 의 색도 결과는 Table 2와 같다. 대조군의 L(명도), a(적색 도), b(황색도) 값은 각각 29.9, -0.63, 2.07으로 나타났으며, 처리 시간이 증가할수록 모든 값이 유의적으로 증가하는 경향을 나타내어 200초 처리한 다래순은 각각 38.5, 0.20, 6.91으로 나타났다. 이에 따라 과열증기처리 시간이 길어질 수록 전반적인 색차값(ΔE) 또한 증가하는 것으로 나타났다. Arslan과 Ozcan(36)은 savory leaves을 열풍 건조하였을 때 L 값이 감소하고 a 값과 b 값이 증가한다고 보고하였으며, Arslan 등(37)은 페퍼민트를 천연, 오븐, 마이크로웨이브 건조 시 모든 처리군에서 L 값은 감소하고 a 값이 증가한다 고 보고하였다. Oh 등(38)은 과열증기온도 330℃와 350℃에 서 닭 가슴살을 가열했을 때 처리 시간이 길어질수록 b 값이 증가한다고 보고하였다. 앞선 연구결과와 달리 과열 증기건조 시간이 증가할수록 다래순의 L 값은 증가하였으 며, 이는 건조에 따른 수분증발로 인하여 전반적인 색이 밝아짐으로써 명도가 높아진 것으로 사료된다. 또한 갈변 도의 지표인 a 값의 증가는 갈변현상을 의미하며, 양의 a 값은 적색도를 나타내며 음의 a 값은 청색도를 나타낸다 (39). 따라서 200초 건조한 다래순은 0.20으로 양의 a 값을 가지므로 과도한 과열증기 건조는 다래순의 갈변현상을 유도하는 것으로 생각되어 적절한 처리 조건의 설정이 필요 할 것으로 사료된다.

산채는 당과 결합한 배당체의 형태로 플라보노이드를 포함하여 폴리페놀 화합물이 다량 함유되어 있기 때문에 높은 항산화 특성으로 인한 다양한 기능성을 규명하고자 하는 연구가 활발히 진행되고 있다(3). 따라서 증기온도 350℃에서 과열증기처리 시간에 따른 다래순의 총 폴리페 놀 및 플라보노이드 함량, 항산화 활성을 측정하였고, 그 결과는 Table 3과 같다. 건조 전 신선 다래순의 총 폴리페놀 함량은 21.7 g GAE/kg DW, 총 플라보노이드 함량은 13.9g RE/kg DW인 것으로 나타났다. Kwak과 Lee(1)의 연구결과 에 따르면 다래순의 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 각각 33.0 mg tannic acid/g dry w와 29.3 mg rutin/g DW인 것으로 보고하였다. 과열증기를 40-160초 처리한 다래순의 총 페놀 및 플라보노이드 함량은 유의적으로 증가하였으 며, 200초 처리 시 각각 19.5 g GAE/kg DW와 12.6 g RE/kg으 로 급격하게 감소하는 것으로 나타났다. 다래순의 항산화 활성을 알아보기 위해 DPPH 라디컬 소거능, ABTS 라디컬 소거능, FRAP 환원력을 실시하였으며 총 페놀 및 플라보노 이드 함량 결과와 마찬가지로 160초 처리 시간까지는 활성 이 증가했지만 200초 처리 시 활성이 크게 감소하는 것으로 나타났다. Lee 등(20)은 과열증기처리가 양파의 총 페놀 함량을 증가시키고 항산화 활성을 높여준다고 보고하였다. Choi 등(41)은 열처리 시 식물 세포벽에 공유결합되어 있는 불용성 페놀성 화합물이 유리되어 용출이 용이해지기 때문 에 폴리페놀과 플라보노이드 화합물의 함량이 증가하고 이에 따라 항산화 활성이 높아지는 것으로 보고하였다. Kim 등(40)은 열처리 시 단백질과 결합된 고분자 페놀성 화합물이 저분자 화합물로 전환되어 총 폴리페놀 함량이 증가하는 반면 과열처리 시 탄화에 의해 함량이 감소한다고 보고하였다. Park 등(42)은 곤드레 나물을 열풍건조 처리 시 총 페놀 함량과 DPPH 라디컬 소거능이 감소하였으며 이는 열에 의해 페놀성분의 일부가 파괴되었기 때문이라고 보고하였다. Smogy와 Luh(43)은 천일건조는 건조 과정 중 광화학 반응 및 산화반응으로 인해 피건조물이 변색되고 영양성분이 파괴되어 고품질의 제품 생산이 어렵다고 보고 하였으며, Holdsworth(44)은 열풍건조는 식품의 색상, 조직 감, 맛 및 영양가 저하 등의 문제점이 있다고 보고하였다. 즉 열처리 가공 중 영양소와 생리활성물질의 손실을 일으킬 수 있고, 과도한 열처리는 시료의 탄화와 일부 페놀성 화합 물의 파괴의 원인이 되어 항산화 활성을 감소시킬 수 있다 (40). 따라서 식품에 따라 최적의 과열증기 건조 온도 및 시간을 적용한다면 일반적으로 사용되는 천일건조와 열풍 건조의 문제점인 품질 및 영양적 특성 저하를 방지할 수 있을 것이라 생각된다. 또한 Kim 등(22)은 과열증기 처리는 현미의 lipoxygenase 불활성화에 매우 효과적이고, 과열증 기처리시간이 길수록 저장 후 산가가 낮은 것으로 나타나 과열증기는 저장성을 향상시킬 수 있는 가공방법이라고 보고하였다. 결과적으로 과열증기처리는 식품의 산화효소 를 불활성화하여 저장기간 동안의 산화반응을 억제할 수 있을 것이라 사료되며, 생리활성 측면에서 과열증기 처리 에 의해 영양성분과 항산화 활성을 최대로 높일 수 있는 160초 처리 시간이 가장 적합한 것으로 생각된다.

산채는 채취 시 토양과 물 등 자연환경에 의한 미생물이 부착되어 있으며 저장, 유통 보관단계에서 미생물이 급격 히 증식하거나 오염될 수 있어 이를 제어하는 방안이 필요 하다. 따라서 증기온도 350℃에서 과열증기처리 시간에 따 른 다래순의 일반세균 수와 대장균군 수를 분석하였고, 그 결과는 Table 4와 같다. 대장균군은 모든 시료에서 검출되 지 않았으며, 대조군의 일반세균은 2.58 log CFU/g으로 나 타났다. 과열증기를 40초 처리한 다래순은 2.48 log CFU/g 으로 대조군에 비해 다소 감소하였지만 유의적 차이는 없었 고, 120초 이상 처리한 다래순의 일반세균은 검출되지 않았 다. Park 등(21)은 350℃의 과열증기온도에서 1분 동안 마늘 을 처리했을 때 일반세균이 8.69 log CFU/g 수준에서 2.92 log CFU/g으로 감소했다고 보고하였다. Kim등(19)은 과열 증기건조가 열풍건조한 인삼분말보다 일반세균, 효모, 곰 팡이가 약 2 log, 대장균군은 약 1 log 정도 더 감소하였으며, 이는 과열증기의 높은 온도에 의한 사멸로 판단된다고 보고 하였다. 일반적으로 산채류의 미생물을 제어하고 polyphenol oxidase나 peroxidase와 같은 산화 효소를 불활성화하기 위 해 건조 전처리로 blanching을 실시하지만 물리적 손상과 생리활성 물질의 손실 등의 문제점이 보고되고 있다 (44,45). 과열증기처리는 다래순의 미생물 수의 감소에 효 과적이며 영양적 특성을 향상시킬 수 있어 blanching과 같 은 전처리 공정이 필요하지 않은 건조 방법으로 판단된다.