볶음 공정에 따른 발아 향미차의 향기성분 및 이화학적 특성

본 실험에 사용한 향미는 특수미인 밀양 302호(이하 향미로 표기)로 2014년 국립식량과학원 남부작물부에서 수확한 시료를 제공받아 실험에 사용하였으며, 도정을 통한 이물 및 겨층을 제거 후 현미 상태로 냉장보관하면서 실험에 사용하였다. 실험에 사용된 모든 시약은 Sigma-Aldrich사(St. Louis, MO, USA)의 제품을 사용하였다.

밀양 302 향미 1 kg을 세척하여 물기를 제거한 후, 발아기(NAGO, Wellbeing go, Gyeongbuk, Korea)를 이용하여 27℃에서 26시간 동안 발아시켰다. 발아된 향미는 건조기(IRD-250, Woori Sci, Picheon, Korea)에서 24시간 건조시켜 수분함량이 10~12%가 되도록 하였다. 볶음 처리는 발아향미 100 g을 교반기가 장착된 전기 자동 볶음기(THDRE-01, Taehwan Automation Ind, Bucheon, Korea)를 이용하여 200, 250, 300℃에서 10, 20, 및 30분간 볶음 처리하였다. 이화학적 특성 분석에 사용된 시료는 볶음 처리한 향미 2 g을 티백용지에 넣고 95℃의 증류수 100 mL에 5분간 침출하여 사용하였고, 항산화 활성 측정 실험에 사용된 시료는 볶음 처리한 향미를 70% 메탄올로 40℃에서 12시간 추출하여 동결건조한 후 사용하였다.

색도는 표준백색판으로 보정된 Chromameter(CR-200, Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였으며, 밝기를 나타내는 L(lightness), 적색도를 나타내는 a(redness), 황색도를 나타내는 b(yellowness)를 측정하였다. pH는 침출 시료를 취하여 pH meter(Toledo Gmbh HG53, Greifensee, Switzerland)로 측정하였으며, 탁도는 spectrophotometer(UV1601, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 사용하여 675 nm에서 흡광도를 측정하였다. 갈색도는 시료 2 g에 증류수 40 mL를 가하고 10% trichloroacetic acid 10 mL를 가한 다음 상온에서 2시간 방치한 후 여과하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 가용성 고형분은 디지털 당도계(GMK-703F, G-won, Korea)를 사용하여 측정하였다.

Dewanto 등(14)의 방법에 따라 추출물 100 μL에 2% sodium carbonate 2 mL과 50% Folin-Ciacalteu reagent 100 μL을 가한 후 720 nm에서 흡광도를 측정하였으며 gallic acid(Sigma-Aldrich Co., USA)의 검량선에 의하여 함량을 산출하였다.

DPPH 라디칼 활성은 Blois(15)의 방법에 따라 시액 0.2 mL에 0.4 mM DPPH(1,1diphenyl-2-picryl-hydrazyl)용액 0.8 mL를 가하여 10분간 방치 한 다음 525 nm에서 흡광도를 측정하였으며 계산식, electron donating ability(%)=100- [(OD of sample/OD of control)×100]에 의하여 활성도를 산출하였다.

향기성분의 추출을 위하여 발아 향미 10 g을 headspace용 20 mL vial에 담아 headspace autosampler(Agilent, CTC, USA)로 추출하였다. 추출 조건은 120℃에서 30분 동안 평형화 시켰으며 상부공간의 향기성분 추출액 1 mL를 주입하여 향기성분 분석에 사용하였다. 향기 성분 분석은 TOF-MS가 장착된 Leco사의 Pegasus 4D(LECO, MI, USA)사용하였고, 시료의 분리를 위하여 사용한 컬럼은 Rtx-5MS(30 m×0.25 mm×0.25 um), Rxi-17Sil MS(1.5 m×0.15 mm×0.15 um)이었고 분석조건은 Table 1과 같다.

관능검사는 실험 목적과 관능적 품질요소를 잘 인지하고 있는 식품공학을 전공하는 대학생 20명으로 구성된 관능요원에 의하여 5점 기호도 측도법으로 색, 향, 맛, 탄냄새, 종합적기호도를 평가하였다.

모든 실험은 3회 반복으로 행하여 평균치와 표준편차로 나타내었으며, 유의성 검증은 version 12의 SPSS(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package program을 이용하여 Duncan's multiple range test를 행하였다.

식품의 색은 가공 시 물리적, 화학적 요인에 의해 변화하며, 관능적 특성에 영향을 미치고, 생리활성 물질의 함량 및 항산화 활성과도 연관이 있는 것으로 알려져 있다(16). 발아 향미의 볶음 온도 및 볶음 시간에 따른 색도의 변화는 Table 2와 같다. 명도는 볶음 처리 하지 않은 발아 향미에서 72.22로 가장 높은 값을 나타내었으며, 볶음온도가 높고 볶음시간이 길어질수록 명도가 감소하여 300℃-30분 처리구에서 37.07으로 가장 낮은 값을 나타내었다. 이는 볶음 처리 과정 중 일어난 갈변화 현상으로 판단되며, Kwon 등(17)의 연구에 따르면 볶음에 따라 우엉차 밝기가 감소하여 본 실험과 유사하였다.

볶음을 실시한 발아 향미의 적색도와 황색도는 200℃-10분에서 각각 1.89, 20.24의 값을 나타내었으며, 볶음시간의 증가에 따라서 값이 높아져 200℃-30분에서는 6.10, 23.13의 값을 보였다. 하지만 250℃-20분, 300℃ 볶음 처리구에서는 볶음시간의 증가에 따라서 값이 감소하였으며, 이는 과도한 볶음처리에 의해 발아 향미의 탄화과정이 발생한 것으로 생각 된다. Lee 등(18)의 연구에서는 250℃이상의 고온에서 볶음 시 타타리메밀이 탄화하여 명도, 적색도, 황색도 모두 감소하는 결과를 보여 본 연구와 같은 결과를 보였다.

페놀성 화합물은 식물계에 널리 분포되어 물질로 다양한 구조와 분자량을 가지며 페놀성 화합물의 phenol hydroxyl기를 통해 항산화, 항암 및 항균 등의 생리기능을 가지는 것으로 알려져 있다(19). 볶음 온도, 볶음 시간에 따른 발아 향미의 총 폴리페놀 함량 및 DPPH 라디칼 소거 활성은 Table 3과 같다. 볶음처리 하지 않은 발아 향미의 총 폴리페놀 함량은 0.90 mg/g으로 가장 낮은 함량을 나타내었으나, 볶음 온도의 증가와 볶음 시간이 길어짐에 따라서 총 폴리페놀의 함량은 증가하여 300℃-30분 볶음을 실시한 군에서 3.43 mg/g으로 높은 함량을 보였다. 이러한 결과는 볶음과정에 따른 새로운 페놀성 화합물의 생성 및 가열처리를 통한 발아 향미의 내부조직의 파괴로 인해 페놀성 화합물이 쉽게 추출되었기 때문으로 판단되며, Kwak 등(20)의 연구에서 또한 볶음에 따라 쌀이 가지는 아미노산, 당, 펩타이드 성분들이 Maillard reaction을 통해 총 폴리페놀 함량이 증가하였다 보고하여 본연구와 같은 결과를 나타내었다. 볶음 공정에 따른 발아 향미의 DPPH 라디컬 소거 활성은 6.05~16.64% 범위에서 나타났으며, 볶음 온도가 높을수록, 볶음 시간이 증가할수록 항산화능이 증가하여 총 폴리페놀 과 유사한 경향을 나타내었다. Yu 등(21)의 볶음 시간에 따른 감국차 제조 연구에서 볶음 시간이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가하였고, Shin 등(22)은 총 페놀 함량이 증가할수록 DPPH 라디칼 소거 활성이 증가한다고 하여 본 실험결과와 같은 경향을 나타내었다.

볶음 온도에 따라 발아 향미의 향기성분 변화를 알기 위하여 볶음처리를 하지 않은 향미와 볶음온도를 200℃, 250℃, 300℃로 설정하여 10분간 볶음 처리한 향미의 향기 성분을 측정한 결과는 Table 4와 같다. 전체적으로 볶음 온도 높아짐에 따라서 향미의 향기 성분 피크 면적이 증가하는 경향을 나타내어 향기성분의 함량이 증가하였다고 판단된다.

Table 4에서와 같이 hexanal, heptanal 및 pentanal은 aldehyde류로서 볶음공정과 같은 가열에 의하여 생성되는 구수한 향을 나타내는 물질로 알려져 있다(23). Hexanal은 green 및 fatty 향, heptanal은 fruity, fatty, sweet 및 oil향을 가지며 볶음 처리한 향미의 향을 부드럽게 해주는 향기들로 볶음을 실시하지 않은 향미에서는 검출되지 않았지만, 볶음 온도가 증가함에 따라 함량이 늘어나 볶음 향미의 구수한 향을 나타내었다. 또한 볶음 과정 중 maillard반응으로 생성되는 2-pentyl furan, nonanal같은 향기성분은 sweet aroma로서 버터와 같은 향을 나타내고(24), benzaldehyde 등의 thiazole류는 earth, nutty, almond 와 같은 향을 나타내어 볶음 공정에서 주요한 향기성분으로 알려져 있으며(25), 볶음 공정에 따라 함량이 증가하여 제품에 긍정적 영향을 나타내었을 것으로 판단된다.

하지만 250℃ 이상의 높은 볶음 온도에서는 methyl benzene, pentanol 등의 자극적인 향을 나타내는 물질들이 증가하여 이취가 생성되었고, hexanal, heptanal, nonanal과 같은 발아 향미차에서 구수한 향을 나타내는 향기 성분이 감소하였다. 이는 높은 볶음 온도가 향기성분의 열안정성에 영향을 미쳐 파괴가 일어난 것을 알 수 있었으며, Kim 등(26)의 볶음조건에 따른 치커리 향기성분 연구 중 고온에서 볶음 시 전체적인 향기성분의 함량이 감소하여 본 연구의 결과와 유사한 결과를 나타내었다.

볶음 온도 및 볶음 시간에 따른 발아 향미차의 갈색도, 탁도, 가용성 고형분 및 pH변화는 Table 5와 같다. 갈색도는 볶음 온도와 시간의 증가에 따라 증가하는 경향을 나타내었다. 300℃-30분간 볶음 처리구에서 0.076으로 가장 높은 갈색도를 나타내었으며, 200℃-10분 볶음 처리구에서 0.013으로 가장 낮은 값을 보였다. 이는 볶음 온도 및 시간의 증가에 따른 maillard 반응에 의해 갈변물질인 melanoidin 생성량이 많아 졌기 때문으로 생각되며, Chung 등(27)은 볶음 시간과 온도의 증가에 따라 수용성 갈변물질의 생성량이 증가한다하여 본 연구와 동일한 결과를 나타내었다.

발아 향미차의 탁도의 경우 갈색도와 같이 볶음시간과 온도가 증가할수록 값이 증가하였다, 이는 볶음에 의한 갈변물질의 생성 뿐 아니라 발아 향미의 조직의 변화로 인한 불용성 전분의 용출이 증가하였기 때문에 탁도가 증가하는 것으로 판단된다.

가용성 고형분 함량은 300℃-30분 볶음 처리구에서 0.40으로 가장 높은 값을 나타내었으며, 볶음온도가 높을수록 볶음시간이 증가함에 따라 높아져 탁도 및 갈색도 실험과 같은 경향을 나타내었다. 이는 볶음과정 중 전분이 열분해 되어 생성된 수용성 dextrin이나 환원당 함량의 증가 때문으로 사료되며, Ha 등(28)의 연구 중 볶음 처리에 따라 쌀을 원료로 제조한 숭늉의 가용성 고형분 함량이 증가하여 본연구의 결과와 유사하였다.

발아 향미차의 pH를 측정한 결과 볶음에 따라서 큰 변화를 나타내지 않았으나 볶음 온도가 높아지고 시간이 길어질수록 pH는 높아지는 경향을 나타내었으나 수치적인 차이는 크게 나타나지 않았다.

발아 향미를 볶음 온도, 볶음 시간을 달리하여 제조한 발아 향미차의 색, 향, 맛, 탄냄새, 종합적 기호도 검사를 실시한 결과는 Table 6와 같다. 색에 대한 기호도의 경우 200℃-10분에서 2.08의 값으로 가장 낮은 기호도 평가를 나타내었으며, 볶음 온도가 높아지고 볶음 시간이 길어질수록 기호도가 상승하여 300℃-30분간 볶음 처리구에서 4.46으로 가장 높은 기호도를 보였다. 이러한 결과는 볶음 공정에 따른 갈색화 물질의 생성에 기인한 것으로 생각되며, Lee 등(29)의 볶음 처리에 따른 발아 벼차의 연구에서도 볶음 온도가 높고 볶음 시간이 길수록 색에 대한 기호도가 높아져 본 연구과 같은 경향을 나타내었다.

탄냄새의 경우 300℃-10분 이상의 볶음 조건 처리구에서는 탄냄새가 생겨 기호도가 감소하는 경향을 나타내었다. 볶음과정 중 발아 향미차의 탄냄새는 증가하는 경향을 나타내었으며, 특히 300℃-20분부터는 급격하게 값이 증가하여 300℃-30분간 볶음 처리구에서 4.23으로 나타났다. Seo 등(30)의 볶음 과정 중 참깨 연구에서 참깨의 과한 볶음을 통해 생성되는 polycyclic aromatic hydrocarbons와 같은 자극적인 향은 나타내는 생성물은 제품의 맛과 향에 영향을 주어 기호도 감소와 함께 발암을 야기한다고 보고하였다.

종합적 기호도는 발아 향미의 볶음온도가 높을수록 볶음시간이 길어질수록 높아지는 경향을 나타내고 있으나 300℃ 이상의 온도에서는 탄냄새가 증가하여 전체적인 맛과 향에 영향을 미치는 것으로 나타났다. 종합하여 볼 때 색, 향 및 맛에서 높은 기호도를 보이고 탄냄새에서 낮은 점수를 나타낸 250℃-30분이 발아 향미차의 볶음 조건으로 적합한 것으로 생각된다.