건조 온도에 따른 지황의 품질 특성

본 실험에 사용된 지황은 ‘다강’ 품종으로, 2017년에 충북 음성 소재의 국립원예특작과학원 인삼특작부 시험포장에서 수확하였다. 수확 후 오염물을 제거하여 충분히 세척한 후, 10±1.0 mm 굵기의 지황을 선별하여 사용하였다.

건조는 열풍건조기(UDS-2511F, KyungDong Navien Co., Ansan, Korea)를 이용하여 진행하였으며, 온도조건은 5조건(40°C, 50°C, 60°C, 70°C, 80°C)으로 설정하였다. 각 온도별로 건조는 수분함량이 약 12% 도달할 때까지 진행하였다.

카탈폴 성분의 열에 대한 안정성을 확인해보기 위하여 catalpol(Sigma, Cat. No. 50839) 표준액만을 heating and cooling block(HB-R48, DAIHAN Scientific, Wonju, Korea)에 100°C 온도로 열처리하여 4시간 간격으로 함량 변화를 관찰하였다.

수분함량은 AOAC 방법(AOAC, 1995)에 준하여 상압가열건조법으로 시료를 3회 반복하여 측정하였고, 12시간 간격으로 건조기에서 시료를 꺼내어 수분함량 변화를 조사하였다. 온도별 건조 소요시간은 수분함량이 12%까지 감소하는 데에 걸리는 시간으로 계산하였다.

색도는 색차계(CM-2600d, Konica Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하였으며, 명도를 나타내는 L값(lightness), 적색도를 나타내는 a값(redness), 황색도를 나타내는 b값(yellowness)을 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 이 때 사용한 표준 백판의 색도는 L-value=99.13, a-value=0.01, b-value=−0.14이었다.

경도는 texture analyzer(TestXpert, Zwick GmbH & Co, Ulm, Germany)를 이용하여 texture profile analysis(TPA)를 실시하였다. 시료는 texture analyzer plate 중앙에 편편하게 놓고 시료를 2번 압착하여 경도를 측정하였으며, 측정조건은 Table 1과 같다.

카탈폴 함량 측정을 위해 동결건조한 시료 0.5 g에 증류수 10 mL를 가하고 1시간 초음파 추출한 다음 13,500 rpm에서 10분간 원심분리한 상등액을 0.45 μm syringe filter로 여과하여 분석용 시료로 사용하였다. 분석을 위해 high performance liquid chromatograph(HPLC 1200 series, Agilent Co., Waldborn, Germany)를 사용하였고, 컬럼은 YMC-pack ODS-AM(250×4.6 mm, 5 μm, YMC Co. Ltd., Kyoto, Japan)으로 분석하였다. 검출기는 ultraviolet diode array detector(UV-DAD, HPLC 1200 series, Agilent Co., Waldborn, Germany)를 사용하였고, 검출 파장은 210 nm, 컬럼온도는 30°C, 주입량은 10 μL로 설정하였다. 이동상 조건은 1 mL/min의 유속에서 ACN:H₂O:HCOOH(3:97:0.1) isocratic 조건으로 설정하였다.

총 폴리페놀의 함량은 Folin-Denis법(Folin and Denis, 1912)을 변형하여 측정하였다. 시료 추출액 0.1 mL와 증류수 0.4 mL를 가한 용액에 1 N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent 0.05 mL를 첨가 및 혼합한 다음 실온에서 3분간 반응시킨 후, Na₂CO₃ 포화용액 0.1 mL와 증류수 0.35 mL를 첨가하여 실온에서 1시간 동안 발색시켰다. 발색된 시료는 15,000 rpm에 10분간 원심 분리하여 상등액을 725 nm에서 분광광도계(Multiskan GO Microplate Spectrophotometer, Thermo Scientific, Vantaa, Finland)를 사용하여 측정하였다. 총 폴리페놀 함량은 catechin을 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 값을 산출하였다.

총 플라보노이드의 함량 측정은 Davis 방법(AOAC, 1995)을 변형하여 시료 0.1 mL에 90% diethylene glycol 1 mL와 1 N NaOH 0.1 mL를 가하여 37°C 수조에서 1시간 반응시킨 후 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 플라보노이드 함량은 naringin을 이용하여 작성한 표준곡선으로부터 값을 산출하였다.

DPPH radical 소거능은 Han 등(2019)의 방법을 변형하여 0.2 mM DPPH 메탄올 용액 160 μL에 추출물 40 μL를 가한 후, 23°C 암실에서 30분간 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였고, 대조구로 L-ascorbic acid를 이용하였다. 총 항산화력은 L-ascorbic acid에 해당하는 항산화력(L-ascorbic acid equivalent antioxidant capacity, AEAC)으로 나타내었다.

ABTS⁺ radical 소거능은 Lee 등(2015)의 방법을 변형하여 측정하였다. 7 mM의 ABTS 용액과 2.45 mM를 potassium persulpate을 혼합한 후 실온인 암실에서 12시간 이상 방치하였다. ABTS 용액의 농도는 734 nm에서 흡광도가 0.7–0.8 nm가 되도록 희석하였다. 희석된 용액 180 μL에 시료 20 μL를 가하여 5분 방치한 후 흡광도를 측정하였고, 대조구로 L-ascorbic acid를 이용하였다. 총 항산화력은 L-ascorbic acid에 해당하는 항산화력(L-ascorbic acid equivalent antioxidant capacity, AEAC)으로 나타내었다.

실험결과는 SAS 9.4(SAS Institute, Cray, NC, USA) 프로그램을 이용하여 일원분산분석(One-way ANOVA)을 실시하였으며, 모든 분석자료는 평균±표준오차(mean±SD)로 나타내었다. 시료간의 유의적인 차이는 Duncan’s Multiple Range Test(DMRT) 방법으로 검정하였다(p<0.05).

지황은 대한민국약전에 건조 감량이 별도로 규정되어 있지 않지만 대표적인 건지황 제조업체들의 건지황을 수집하여 수분함량을 조사한 결과, 평균적으로 약 11% 수분함량의 건지황이 유통되고 있다(data not shown). 본 연구에서는 장기저장에 적합한 건조감량을 설정하기 위하여 수분함량별(12, 14, 16%)로 건지황을 제조한 후 3개월간 품질 변화를 관찰하였다. 저장 시 평균 온도는 18.60±3.90°C(최저 10.50°C, 최고 27.00°C)였고, 평균 습도는 56.90±13.90%RH (최저 26.00%RH, 최고 86.5%RH)로 진행되었다. 그 결과, 모든 조건에서 외관적 특성에서는 차이가 없었으나(Fig. 1), 경도와 부착성 변화에 유의한 차이가 나타났다(Table 2). 경도의 경우, 수분함량 12% 건지황에서는 유의한 차이가 없었지만 14%와 16% 건지황에서는 유의하게 감소하였고, 부착성 또한 12% 건지황에서는 유의한 차이가 없었지만 14%와 16% 건지황에서는 유의하게 증가하였다. 즉, 수분함량 14% 이상의 건지황에서는 저장 중 품질 변화가 나타난 것으로 생각된다. Lee 등(2008)에 따르면 식품의 수분은 조직감에 큰 영향을 주며, 특히 건조식품의 품질은 조직감에 의해 크게 좌우된다고 보고하였다(Jo 등, 1999). 따라서 저장 중 조직감 변화를 고려하였을 때, 외관특성이 유지되고 조직감의 변화가 적었던 수분함량 12% 이하의 건조가 장기저장에 적합할 것으로 생각된다.

Fig. 1. No change in appearance of dried Rehmanniae glutinosa after 3 months of storage. (A) 12% moisture content; (B) 14% moisture content; (C) 16% moisture content.

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지황 건조온도에 따른 수분함량 변화는 Fig. 2와 같이 40°C, 50°C 열풍건조 대비 70°C 이상에서는 수분함량이 급격히 감소하여 24시간 이후로는 수분함량 변화가 나타나지 않았다. 본 실험에서는 위의 건조감량 설정 실험결과에 따라 수분함량 12%까지 건조시켰고, 그 결과 온도별 소요시간은 40°C에서는 288시간, 50°C는 144시간, 60°C는 45시간, 70°C는 22시간, 80°C는 12시간으로 나타났다. 즉, 50°C 이하에서는 6일 이상이 소요되는 데에 비해 60°C 이상에서는 2일 이내로 매우 단축되었다. 건조작업에 있어 건조온도와 시간은 경제적 비용과 노력을 절감시킬 수 있는 요인으로, 이를 절감하기 위해서는 온도를 높이는 것이 유리하나, 이는 물리적·화학적 특성들을 종합적으로 고려하여 설정해야 할 것으로 생각된다.

Fig. 2. Change of moisture content (%) of Rehmanniae glutinosa dried at different temperature.

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건조온도에 따른 물리적 특성으로 색도와 경도를 측정한 결과, Table 3과 같다. 색도에서 명도의 경우, 건조온도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였는데, 60°C 이상에서는 유의한 차이가 없었다. 한편, 적색도와 황색도는 온도가 높아질수록 감소하였으나 유의한 차이는 없었다.

경도를 측정한 결과, 상대적으로 저온인 40°C에서는 경도가 낮게 나타나다가 50–60°C에서 가장 높게 나타났다. 반면, 70°C와 80°C에서는 경도가 다시 감소하여 낮은 값을 보였는데, 이는 고온 건조로 시료의 표면이 빠르게 건조되면서 압력에 의해 쉽게 부서져, 경도 측정 시 측정이 어렵거나 낮은 값을 보인 것으로 판단된다. Lee 등(2006)에 따르면 냉풍건조와 천풍건조보다 열풍건조 시 경도가 높게 나타났는데 이는 고온건조시 표면경화현상이 심해지며 건조에 의한 수축으로 조직이 치밀해지면서 경도가 높아졌다고 보고하여 본 연구결과와는 달랐다. 이는 고온건조시 표면의 경화작용이 빠르게 나타나지만 상대적으로 내부의 조직감이 균일하지 않기 때문으로 생각되며 이러한 조직감은 건조시 품질적인 측면에서 많은 문제점을 야기하고 있다고 보고되었다(Hur, 2016). 따라서 이러한 점들을 고려하였을 때 고온건조보다는 60°C 이하의 건조가 유리할 것으로 보인다.

건조 온도에 따른 카탈폴 함량을 측정한 결과, Fig. 3과 같이 건조 온도가 높아질수록 증가하다가 80°C 이상에서는 다시 감소하였다. Chang 등(2011)의 연구에서도 카탈폴이 80°C 이상의 온도에서 감소하여 본 연구결과와 일치하였다. 그 밖에도 Song 등(2007)에 따르면 숙지황 제조 시 열처리 온도와 시간이 증가할수록 카탈폴 함량이 감소하였다고 보고하였다. 따라서 카탈폴 함량이 높은 건지황을 이용하기 위해서는 60–70°C 범위의 수확 후 건조 등 가공 과정을 거치는 것이 유리한 것으로 판단된다.

Fig. 3. Catalpol content (%) of Rehmanniae glutinosa dried at different temperature. Values represent mean±SD of triplicate determinations. Values with different letters on the bar are significantly different (p<0.05).

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카탈폴은 지황의 주요 유효성분으로, 특히 최근 많은 현대인들이 겪는 고혈당, 당뇨 등에 관해 혈당강하 효과가 있는 것으로 알려져(In 등, 2015) 건강기능성식품이나 치료제 개발 등 산업적 활용에 가능성이 높은 성분이다. 하지만 지황의 경우, 생지황으로 이용하기도 하지만 주로 건조 혹은 증숙과정을 통하여 사용되는 경우가 많기 때문에, 이 성분을 활용하기 위해 적절한 열처리 과정을 거치는 것이 중요하다. 따라서 본 연구에서는 카탈폴 성분의 열에 대한 안정성을 확인해보기 위하여 catalpol(Sigma, Cat. No. 50839) 표준액만을 열처리하여 함량 변화를 관찰하였다.

그 결과, 지황을 열풍건조한 결과 (Fig. 3)와 달리, 카탈폴 자체를 열처리하였을 때는 Table 4와 같이 열처리 후 함량에 유의한 차이가 없었다. 따라서 카탈폴 성분 자체가 온도에 따라 민감하게 변하는 것이 아니라, 지황 내부에 카탈폴 분해에 관여하는 다른 요인이 있기 때문으로 추측된다. 이와 관련하여 Schopohl 등(2014)에 따르면 카탈폴 또는 아큐빈과 같은 이리도이드 물질은 β-glucosidases와 같은 분해효소에 의해 분해될 수 있다고 보고하였으며, 이러한 변화는 수확 후 건조, 가공, 저장, 추출, 그리고 신체 내 대사 작용에 의해서도 일어날 수 있고, 특히 중성에서는 안정하나, 산과 염기에는 매우 민감하여 분해될 수 있다고 알려져 있다(Wei와 Wen, 2014). 즉, 본 연구에서도 건조 온도에 따라 지황 내부의 효소 활성과 pH 변화가 발생하여 건조 시 지황의 카탈폴 함량에 차이가 나타난 것으로 생각된다.

건조 온도에 따른 항산화 성분을 측정한 결과, Fig. 4와 같이 건조온도에 따라 유의한 차이를 보였다. 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 모두 건조온도가 낮은 범위(40–50°C) 보다는 높은 범위(70–80°C)에서 항산화 성분 함량이 더 높았다. 총 폴리페놀함량 70°C까지 증가하다가 감소하는 경향을 보였으며, 총 플라보노이드 역시 70°C에서 가장 높았고, 그 후 감소하였다. 일반적으로 총 페놀성 화합물은 열처리에 의해 결합형에서 유리형으로 전환되어 용출이 용이해지거나, 고분자 페놀화합물이 저분자 페놀화합물로 분해되기 때문에 열처리 온도가 올라갈수록 플라보노이드나 폴리페놀과 같은 항산화 성분의 함량이 증가하는 것으로 보고된 바 있는데(Hwang 등, 2006; Lee 등, 2009; Hwang 등, 2011), 이는 본 연구결과와도 일치하였다. 다만 본 연구결과에서 70°C 이후 두 성분 모두 함량이 감소하였는데, 이는 80°C에서는 건조소요시간이 12시간으로, 건조소요시간이 22시간이었던 70°C에 비해 상대적으로 열처리 시간이 짧았기 때문에 용출과 분해가 충분히 일어나지 못한 것으로 생각된다. 따라서 항산화 성분이 높은 건지황을 생산하기 위해서는 낮은 온도보다는 60°C 이상 온도에서의 건조작업이 유리할 것으로 판단된다.

Fig. 4. Total polyphenol (A) and flavonoid (B) contents of Rehmanniae glutinosa dried at different temperatures. Values represent mean±SD of triplicate determinations. Values with different letters on the bar are significantly different (p<0.05).

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건조 온도에 따른 항산화 활성을 측정한 결과, Fig. 5와 같이 건조온도가 증가함에 따라 전체적으로 증가하다가 70°C 이후로는 감소하여 총 폴리페놀과 플라보노이드 경향과 일치하였다. 총 폴리페놀과 플라보노이드는 항산화 활성에 관여하는 대표적인 물질로, Seo 등(2008)의 연구에서도 폴리페놀함량과 총 항산화력이 높은 상관관계(R²=0.9921)를 보였다고 보고된 바 있다. 따라서 항산화 성분과 마찬가지로 높은 항산화 활성을 갖는 건지황을 제조하고자 한다면, 40–50°C와 같이 낮은 온도보다는 70–80°C의 높은 온도에서 건조하는 것이 항산화 측면에서 우수한 특성을 가질 것으로 판단된다. 다만 생약의 고유 특성상 대한민국약전의 통칙에서 보통 건조를 60°C 이하로 규정한다는 점과 이화학적 특성, 건조시간 등을 종합적으로 고려하였을 때 열풍건조 시 60°C에서의 건조가 가장 적합할 것으로 판단된다.

Fig. 5. DPPH radical scavenging activity (A) and ABTS radical scavenging activity (B) Antioxidant activities of Rehmanniae glutinosa dried at different temperatures. Values represent mean±SD of triplicate determinations. Values with different letters on the bar are significantly different (p<0.05).

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