서 론
도라지(Platycodon grandiflorum)는 섬유질이 풍부하고 칼슘과 철이 많이 함유된 알칼리성 식품으로 거담작용, 진 해작용, 해열, 진통 등의 약리작용이 있는 것으로 알려져 있다(1). 그 외에 보고된 주요 약리효과로는 항염증작용, 중추억제작용, 혈압강하작용, 항choline 효능성 작용, 용혈 작용이 보고되고 있다. 현재까지 알려진 도라지에 관한 연 구는 일반성분, 약리성분, 기관지 효능과 장생 도라지의 화학성분과 생리활성 및 건강기능식품 개발 등이 있으며, 도라지에서 추출한 사포닌의 항비만효과와 HPLC를 이용 한 도라지의 사포닌 분석 등이 있다(2-6). 도라지는 분말, 청, 즙, 환 등의 형태로 주로 유통되며 최근에는 도라지의 활용을 증가시키는 방법의 일환으로 흑도라지가 고안되었 는데, 흑도라지는 증숙의 방법을 통해 만들어진다(7).
증숙이란 한방에서 흔히 쪄서 익히는 것을 말하며, 일정 한 온도에서 습열한 공기를 제공하여 숙성하는 방법으로 홍삼을 제조하는데 많이 사용되어 온 방법이다. 증숙된 도 라지는 숙성 중 형성된 갈색물질로 인해 풍미와 색상이 개선되었으며, 생도라지에 비해 사포닌, 폴리페놀 함량과 항산화 및 항균활성이 높아 기능성 식품소재로서의 이용성 이 크게 증가될 수 있음이 확인되었다(8-9).
사과(Malus domestica)는 쌍떡잎식물 장미목 장미과의 낙엽교목의 식물인 사과나무의 열매로서 유기산과 당류와 같은 기호성 성분 이외에도 식이섬유, 비타민, 미네랄 성분 및 항산화 물질을 다량 함유하여 심혈관계 질환 및 암 등 성인병을 예방하는 효과가 있다. 이러한 사과는 주로 주스, 잼 등과 같은 형태로 가공하여 소비되고 있으며 주스 및 음료 형태가 사과 가공품의 90%이상을 차지하며 소비량 또한 꾸준히 증가하고 있다(10).
대추(Zizyphus jujuba)는 갈매나무과(Rhamnaceae)에 속 하는 낙엽활엽교목으로 페놀성 물질이 풍부한 식품으로 비타민 C의 함량이 높고 노화를 방지하는 효과가 있으며 (11), 뇌출혈과 고혈압의 예방 등 순환기 계통의 건강유지에 그 약리효과가 크다고 알려져 있다(12). 이러한 대추는 고유 의 단맛으로 기호도가 높아 우리 식생활에 깊은 연관이 있으며, 가공식품 제조 시 관능적 특성을 상승시켜주므로 많이 활용되고 있다.
최근 생활수준의 향상과 사회구조의 변화와 함께 건강한 식생활에 대한 중요성이 증가하면서 천연물 유래의 건강기 능식품과 과일과 채소 등 자연웰빙식품에 대한 관심도 증가 하였다. 이처럼 국내 소비자들의 건강에 대한 관심의 증가 로 인해 식품선택 패턴이 변하고 있으며 특히 거의 매일 섭취하는 음료에서 강하게 나타나고 있는 추세이다. 과일 및 야채를 가공하여 제조한 천연주스는 소비자들이 쉽게 섭취할 수 있다는 장점과 함께 유용 폴리페놀 및 다량의 식이섬유에 의한 장관계 질환 예방, 세포노화억제 및 항산 화 효과 등을 나타내는 것으로 알려져 있어 그 소비가 늘어 나고 있다(13).
그러나 아직까지 국내에서는 이러한 다양한 과일과 채소 를 혼합한 가공식품의 연구가 미비하며, 특히 도라지를 활 용한 흑도라지의 연구는 전무한 실정이다. 따라서 본 연구 에서는 흑도라지 추출물, 사과즙, 대추 추출물을 배합하여 흑도라지 사과주스를 제조하고 품질특성을 평가함으로써 흑도라지를 이용한 건강음료 개발의 기초자료를 제공하고 자 하였다.
재료 및 방법
본 실험에 사용한 도라지(Platycodon grandiflorum)는 경 상북도 영주시에서 재배된 3년근을 사용하였으며 사과즙 은 ㈜허니플(Cheongsong, Korea)에서 제조된 사과즙를 사 용하였고, 대추(Zizyphus jujuba)는 경산축산농협(Gyeonsan, Korea)에서 구매한 것을 사용하였다.
흑도라지는 Lee 등(8)의 방법에 따라 제조하였다. 즉, 세 척된 도라지를 항온기(BJP-1033FW, Lihom-Cuchen, Seoul, Korea)에서 60℃에서 15일간 증숙하였고, dry oven(Vision Scientific Co., Seoul, Korea)을 이용하여 30℃에서 3시간 건조하여 흑도라지를 제조하였다. 흑도라지 추출액은 흑도 라지 50 g에 물 1 L를 첨가하여 압력솥(BJP-1033FW, Lihom crystal, Cheonan, Korea) 탕기능에서 60분 3회 반복하여 추 출한 후 여과하여 사용하였다. 위의 과정으로 얻은 흑도라 지 추출액의 가용성 고형분 함량은 2 °Brix였다. 사과즙은 엄선된 사과(Malus domestica, 'Fuji')를 초음파 세척기로 세척한 후, 파쇄기를 통해서 파쇄 및 착즙의 과정을 거친 후 포장하여 제조된 것을 사용하였으며, 사과즙의 가용성 고형분 함량은 15 °Brix이었다. 대추 추출액은 대추 300 g에 물 3 L를 넣어 100℃에서 30분간 끓인 후 대추를 으깬 다음, 85℃∼95℃에서 약 1시간 끓인 후 여과하여 사용하였 다. 위의 과정에서 얻은 대추 추출액의 가용성 고형분 함량 은 8 °Brix였다.
흑도라지 사과주스 혼합비율은 Table 1과 같다. 혼합비율 은 예비실험과 도라지 배즙의 도라지즙 함유량(14)을 참고 하여 5가지 혼합비율을 설정하였다.
혼합비율에 따른 흑도라지 사과주스의 pH는 pH meter(Orion 3 star Benchtop, Thermo Orion, Beverly, MA, USA)로 측정하였고, 산도는 흑도라지 사과주스 4 mL에 멸균된 증류수 20 mL를 가하고 vortex한 후 0.1 N NaOH로 pH가 8.2가 될 때까지 적정하여 측정하였으며, malic acid로 환산하였다.
당도는 당도계(N-1E, Atago, Tokyo, Japan)로 측정하였 고, 환원당 함량은 각각의 시험관에 시료 1 mL와 DNS(3,5-dinitrosalicylic acid) 1 mL를 넣고, 끓는 물에서 10분 동안 중탕시켜 상온에서 충분히 냉각시킨 다음, 증류 수 3 mL를 넣어 550 nm에서 흡광도를 측정(U-2900, Hitachi, Tokyo, Japan)하였다. 환원당 함량은 glucose(Sigma, St Louis, MO, USA)를 표준물질로 하여 작성한 검량선으로부 터 환산하였다.
색도는 색차계(CR-300, Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하 여 hunter값(L값=명도, a=적색도, b=황색도)으로 표시하였 으며, 백색판을 기준으로 혼합비율별 흑도라지 사과주스를 각각 3회 반복 측정하였다.
혼합비율에 따른 흑도라지 사과주스의 관능평가는 식품 영양학과 학부생 및 대학원생 30명을 대상으로 실시하였 다. 흑도라지 사과주스의 색과 맛, 향에 대해 Likert 5점 척도(매우 좋다: 5점, 좋다: 4점, 보통: 3점, 나쁘다: 2점, 매우 나쁘다: 1점)를 이용하여 평가하였다.
총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis법(15)을 변형하여 측정 하였다. 즉, 혼합비율에 따른 흑도라지 사과주스를 0.2 mL 씩 시험관에 취하여 여기에 0.2 mL Folin-Ciocalteu's phenol reagent를 첨가하여 잘 혼합한 후 3분간 실온에 방치하였다. 3분 후 10% Na2CO3 0.4 mL를 가하여 혼합하고 증류수 4 mL를 첨가하여 실온의 암실에 1시간 방치한 후 725 nm에 서 흡광도를 측정(U-2900, Hitachi)하였다. 이때 총 폴리페 놀 화합물은 tannic acid(Sigma)를 이용하여 작성한 표준곡 선으로부터 함량을 구하였다.
DPPH radical 소거능은 Blois(16)의 방법에 준하여 안정 한 free radical인 DPPH 라디칼에 대한 시료 용액과의 전자 공여 효과로 이 반응에 의해 DPPH radical이 감소하는 정도 를 spectrophotometer(U-2000, Hitachi)로 측정하였다. 흑도 라지 사과주스(30배 희석)를 0.5 mL를 취하고 0.1 mM DPPH 용액 1 mL를 가하여, 10초간 vortex mixing 후 상온에 서 30분간 반응시켜 520 nm에서 흡광도를 측정하였다.
ABTS[2,2'-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid)] 소거활성은 Re 등(17) 의 방법을 변형하여 실험하였 다. ABTS 7 mM과 potassium persulfate 2.45 mM을 증류수 에 용해하여 12∼16시간 동안 암소에 방치하여 ABTS cation radical(ABTS·+)을 형성시킨 후, 이 용액을 734 nm에 서 흡광도 값이 0.750±0.002가 되도록 ethanol로 희석하였 다. 희석된 ABTS·+ 용액 1 mL에 도라지 추출물 3 mL를 가하여 6분 동안 반응시킨 후, 734 nm에서 흡광도 값을 측정하였다.
환원력은 Mau 등(18)의 방법에 의해 측정하였다. 20배 희석된 흑도라지 사과주스 250 μL에 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 6.6) 250 μL, 1% potassium ferricyanide (K3Fe(CN)6) 250 μL를 각각 혼합하여 50℃에서 20분 동안 반응시킨 후 10% trichloroacetic acid(CCl3COOH, w/v) 250 μL를 가하였다. 위 반응액을 1,000 rpm에서 10분간 원심분 리하여 상등액 500 μL에 증류수 500 μL를 혼합하고, 0.1% ferric chloride(FeCl3·6H2O) 100 μL를 가하여 반응액의 흡광 도를 700 nm(Biochrom Asys UVM 340, microplate reader, Cambridge, England)에서 측정하였다.
결과 및 고찰
혼합비율에 따른 흑도라지 사과주스의 pH, 산도, 환원당 함량, 당도, 당산비를 측정한 결과는 Table 2와 같다. pH는 흑도라지 사과주스 A, B, C, D, E 각각 4.05, 3.90, 4.07, 4.04, 4.15로 흑도라지 사과주스 B의 pH가 유의적으로 가장 낮게 나타났다. 이는 증숙에 의해 유기산의 함량이 높은 흑도라지 추출물의 비율이 높기 때문으로 판단된다(8). 또 한 흑도라지 사과주스는 홍삼주스(pH 4.89) 및 흑마늘 주스 (pH 4.68)에 비해 낮은 pH를 보였으나(13), 당근주스의 pH 4.16(19)과는 유사한 경향을 나타내었다. 혼합비율에 따른 흑도라지 사과주스의 산도를 측정한 결과, 흑도라지 사과 주스 A, B, C, D, E는 각각 1.31, 1.26, 1.50, 1.51, 1.34%로 흑도라지 사과주스 C와 D가 가장 높은 산도를 나타내었다. 흑도라지 사과주스의 당도와 환원당 함량을 측정한 결과, 흑도라지 사과주스 E가 가장 높은 당도(9.33 °Brix)와 환원 당 함량(85.05 mg/mL)을 나타내었고, B가 가장 낮은 당도 (5.20 °Brix)와 환원당 함량(41.23 mg/mL)을 나타내어 사과 주스의 비율이 높을수록 당도와 환원당 함량 또한 높게 나타나는 경향을 보였다. 이는 Kim 등(20)이 보고한 탈지홍 화씨박을 활용하여 제조한 음료의 당도는 10.60~13.80 Brix 보다 낮은 값을 보였다. 또한 Chung(21)은 사과주스 혼탁형, 청징형의 환원당 함량은 57.14 mg/mL, 76.27 mg/mL로 보고 하였으며, 이는 흑도라지 사과주스 C(76.72 mg/mL)와 D(57.11 mg/mL)의 환원당 함량과 유사한 경향을 나타내었 다. 환원당이란 설탕을 제외한 포도당, 과당 그리고 맥아당 등이 포함되며, 신맛과 함께 맛의 주체로 인식된다. 따라서 당산비는 소비자들이 과일이나 과일주스 등을 구매할 때 중요한 인자로(22) 주스의 품질평가를 위해서 가장 기본적 으로 사용되는 지표이다. 따라서 혼합비율에 따른 흑도라 지 사과주스의 당산비를 측정한 결과, 흑도라지 사과주스 E가 유의적으로 가장 높은 당산비를 보였는데, 이는 흑도라 지 사과주스에 포함된 높은 환원당 함량에 기인 한 것으로 판단된다. 감귤류 주스의 경우 당산비 수치는 15∼18정도 라 알려져 있는데(23), 흑도라지 사과주스는 이보다 낮은 수치로 이는 흑도라지 추출물의 높은 산도로 인하여(8) 당 산비가 낮은 것으로 판단된다.
A, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 3:3:1; B, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 4:2:1; C, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:4:1; D, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:2:1; E, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:6:1.
흑도라지 사과주스의 명도(L값), 적색도(a값), 황색도(b 값)를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 명도는 흑도라지 사과 주스 E가 유의적으로 가장 높게 측정되었으며 이는 밝은 빛을 내는 사과주스의 높은 비율 때문인 것으로 생각된다. 이러한 결과는 Lee 등(13)이 연구한 국내 시판 과일 및 야채 주스의 명도보다 흑도라지 사과주스가 높은 값을 보였다. 적색도는 흑도라지 사과주스 C가 가장 높게 측정되었으며 황색도의 경우 명도와 비슷한 경향을 보여 흑도라지 사과주 스 E가 가장 높게 측정되었다.
A, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 3:3:1; B, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 4:2:1; C, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:4:1; D, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:2:1; E, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:6:1.
혼합비율을 달리한 흑도라지 사과주스의 색(color), 향미 (flavor), 맛(taste), 단맛과 신맛의 적절성(sugar-acid ratio) 및 전체적인 기호도(overall preference)에 대하여 5점 척도 법으로 관능검사를 실시한 결과는 Table 4와 같다. 색의 경우 C가 4.05점으로 가장 높게 나타났으며, 시료 A와 E가 각각 3.85점과 3.75점으로 나타났으나 시료 간 유의적인 차이는 없었다. 향미의 경우 D>C>A, E>B 순으로 D가 가장 우수하였으나 혼합비율에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 맛의 경우 흑도라지 사과주스 C가 3.95점으로 가장 높은 점수를 나타내었으며, 시료 B가 2.30점으로 가장 낮은 점수를 보였다. 단맛과 신맛의 적절성은 흑도라지 사과주 스 C가 4.20점으로 높은 점수를 나타내었으며, 시료 E(3.95 점)를 제외한 모든 시료에 비해 유의적으로 높은 점수를 나타내었다. 전체적인 기호도는 단맛과 신맛의 적절성과 같은 경향을 보여 시료 C가 4.20점으로 가장 우수한 점수를 보였고, 시료 E가 3.95점으로 두 번째로 높은 점수를 나타내 었다. 이처럼 향미를 제외한 모든 항목에서 흑도라지 사과 주스 C가 유의적으로 가장 우수하게 나타났다. 특히 흑도라 지 사과주스 C가 단맛과 신맛의 적절성 및 전체적인 기호도 가 4.20점으로 다른 흑도라지 사과주스보다 매우 우수한 경향을 보여 흑도라지 사과주스 C가 높은 관능적 특성을 나타내는 것을 알 수 있었다.
A, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 3:3:1; B, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 4:2:1; C, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:4:1; D, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:2:1; E, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:6:1.
혼합비율을 달리한 흑도라지 사과주스의 항산화활성과 관련이 깊은 총 폴리페놀 함량을 측정하였으며, 시료 D가 706.00 ㎍/mL로 가장 높은 함량을 나타내었으며, 시료 E가 546.00 ㎍/mL로 가장 낮은 함량을 나타내었다(Table 5). 혼 합비율에 따른 흑도라지 사과주스의 폴리페놀 함량은 혼합 비율에 따라 차이가 있었으며, 전체 주스에 대한 대추추출 물의 비율이 높을수록 그 함량은 높게 나타났다. 이는 대추 의 높은 폴리페놀 함량에 기인한 것으로 판단된다(24). 흑도 라지 사과주스의 폴리페놀 함량은 Cho 등(25)이 보고한 발효 한방감주의 총 폴리페놀 함량인 1,19 ㎍/mL보다는 낮은 수준이었으나, Son 등(26)이 보고한 비트즙을 첨가한 당근 젖산 발효 음료의 총 폴리페놀 함량보다 매우 높은 수준을 보였다.
| Sample1) | Total polyphenol content (µg/mL) |
|---|---|
| A | 618.89±1.542)c3) |
| B | 641.56±3.36b |
| C | 568.22±3.36d |
| D | 706.00±7.42a |
| E | 546.00±6.11e |
A, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 3:3:1; B, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 4:2:1; C, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:4:1; D, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:2:1; E, black Doraji extract : apple extract : jujube extract = 2:6:1.
DPPH는 안정한 free radical로 항산화 물질에 의해 환원 되어 탈색되므로 항산화물질의 항산화능을 측정할 때 많이 이용되는 방법으로(16) 항산화물질과 반응하게 되면 흡광 도의 값이 감소한다. 흑도라지 사과주스의 DPPH radical 소거능을 측정한 결과(Fig. 1), 모든 혼합 비율에서 소거능 이 약 58% 이상을 보였다. 흑도라지 사과주스 C, D, E 의 경우 약 60%가 넘는 소거능을 보였으며, 각각의 혼합비율 에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다. Lee 등(13)이 보고한 1%의 흑마늘 음료(48.42%), 1% 홍삼음료(9.87%)보 다 흑도라지 사과주스의 활성이 높게 나타나는 것을 알 수 있다.
ABTS radical 소거능은 항산화 활성을 측정 할 때 쓰이는 방법으로 흑도라지 사과주스의 ABTS radical 소거능을 측 정한 결과는 Fig. 2와 같다. 모든 흑도라지 사과주스에서 약 68% 이상의 높은 소거활성을 보였으며, D>B>C>E>A의 순의 소거능을 보였으나 시료 A와 D만이 유의적인 차이를 보였다. Lee 등(13)의 연구결과 사과주스의 ABTS radical 소거능보다 본 연구의 흑도라지 사과주스의 활성이 높은 것을 알 수 있으며, 이는 흑도라지 추출물과 대추 추출물 첨가로 인해 주스의 항산화 물질이 상승된 것으로 생각된다.
환원력은 700 nm에서의 흡광도로 나타내고 그 값이 클수 록 환원력이 크다는 것을 의미하며, 기능성을 확인하기 위 해 사용되는 실험방법 중의 하나이다. 흑도라지 사과주스 A와 C가 0.38을 나타내었으며, 시료 A, C, D간 유의적인 차이는 보이지 않았다. 또한 시료 B가 0.35로 가장 낮은 환원력을 나타내었다.
이상의 결과에서 흑도라지 사과주스 D가 가장 높은 항산 화 활성을 나타내었으나 모든 항산화 항목에서 흑도라지 사과주스 C와 유의적인 차이를 보이지 않았다. 또한 이러한 결과는 흑도라지 사과주스의 폴리페놀 함량과 양의 상관관 계를 나타내지 않았는데, 이는 주스에 함유된 항산화 관련 비타민또는무기질의함량에영향을받았을것으로추측된다.Fig 3
요 약
본 연구에서는 기능성이 우수한 도라지를 이용하여 흑도 라지를 제조하였으며, 흑도라지 추출물, 사과즙, 대추추출 물의 혼합비율을 달리하여 흑도라지 사과주스를 제조하고 각각의 품질특성과 기능성을 분석하였다. 흑도라지 사과주 스의 pH는 3.90∼4.15이었으며, 산도는 1.2에서 1.5 사이를 나타내었다. 당도를 측정한 결과 흑도라지 사과주스 E가 가장 높은 값(9.33 °Brix)을 나타내었으며, 환원당 함량의 경우 흑도라지 사과주스 E가 85.05 mg/mL로 가장 높은 함량을 나타내었고, 흑도라지 사과주스 B가 41.23 mg/mL 로 가장 낮은 함량을 보였다. 당산비 수치의 경우 당도와 환원당 함량이 가장 높은 흑도라지 사과주스 E가 6.98%로 가장 높은 수치를 보였다. 색도는 명도와 황색도는 흑도라 지 사과주스 E가 가장 높았으며 적색도는 흑도라지 사과주 스 C가 가장 높았다. 관능적 특성을 측정한 결과 향미를 제외한 모든 항목에서 흑도라지 사과주스 C가 가장 우수하 게 나타났다. 총 폴리페놀 함량은 흑도라지 사과주스 D가 가장 높은 폴리페놀 함량(706 ㎍/mL)과 항산화 활성을 보였 으나 흑도라지 사과주스 C와 항산화 활성에 유의적인 차이 는 없었다. 따라서 흑도라지 사과주스 C가 관능적 특성 및 항산화 활성이 우수하여, 흑도라지 사과주스 제조를 위 해 흑도라지 추출물, 사과주스, 대추추출물을 2:4:1의 비율 로 혼합하는 것이 가장 바람직 할 것으로 판단된다.
