약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품의 유통기한 설정

본 실험에 사용한 상황버섯(Phellinus baumii)과 영지버섯(Ganoderma lucidum)은 경상북도 소재의 ㈜류충현 약용버섯과 유학영지버섯농장에서 재배, 수확, 열풍건조된 것을 구입하였으며, 각각 절단한 후 분쇄하여 25 mesh의 체를 통과한 분말을 실험에 사용하였다.

상황버섯 β-glucan은 상황버섯 분말과 증류수를 혼합한 후 0.66%(v/v)의 Viscozyme^Ⓡ L(Novozyme Co., Bagsvared, Denmark)을 첨가하고 진탕배양기(50℃, 130 rpm)를 이용하여 6.08시간 동안 반응시킨 후 환류 추출(90℃, 24시간)하였으며, 여기에 1 L의 에탄올을 가해 4℃에서 방치한 후 농축하고 원심분리하여 정제하였다(7). 영지버섯 β-glucan은 영지버섯 분말에 증류수를 가하고 autoclave를 이용하여 고압증기처리를 거친 후 0.83%(v/v)의 viscozyme을 첨가하고 진탕배양기(50℃, 120 rpm)에서 4.16시간 동안 반응시킨 후 환류 추출(90℃, 6시간)하여 얻은 효소 추출물을 3배량의 에탄올(94%, v/v)을 첨가한 후 4℃에서 24시간 정치하고 원심분리 하여 정제하였다(8). 상황버섯 및 영지버섯 β-glucan에 말토덱스트린(Baolingbao biology Co., Ltd., Shangdong, China)을 가하여 각각 22.2 °Brix, 9 °Brix로 조정하였다. 분무건조기(KL-8 spray dryer, Ohkawara Kakohki Co., Ltd., Osaka, Japan)를 이용하여 inlet temperature 160℃, outlet temperature 100℃에서 미세캡슐화하여 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품을 제조하였다(7,8). 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품은 갈색병(광구, 스크류캡, 100 mL)에 50 g씩 넣고, 질소 충진하였으며 10℃, 25℃, 40℃에서 5개월간 저장하여 한 달 간격으로 실험하였다.

수분함량은 적외선수분계(FD-720, Kett, Tokyo, Japan)를 이용하였으며, 3회 반복하여 측정한 후 백분율(%)로 나타내었다.

색도는 Hunter 색차계(CM-700d, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 측정하였으며, 표준 백색판(L=99.49, a=-0.12, b=-0.14)으로 보정하였다. L(lightness), a(redness), b(yellowness) 값을 5회 반복하여 측정하였으며, 전반적인 색차는 $∆\mathrm{E}\left(\sqrt{∆L^2+∆a^2+∆b^2}\right)$ 값으로 나타내었다.

일반세균은 시료에 멸균한 peptone water(Difco Inc., Sparks, MD, USA)를 가하여 10배 희석한 후 10-fold 희석법으로 단계적으로 희석하였다. 각 단계별 희석액 100 μL를 취하여 tryptic soy agar(TSA, Difco Inc., Sparks, MD, USA) 배지에 접종한 후 도말하였다. 37℃에서 24시간 배양하여 생성된 colony를 계수한 후 log CFU/g으로 나타내었다.

유통기한 설정은 식품의약품안전처 식품 유통기한 설정 프로그램(http://www.foodnara.go.kr/foodshelf)을 이용하여 측정하였다. 이화학적 성분과 미생물의 변화 측정값을 통해 선형회귀방정식과 이에 따른 slope, intercept 및 피어슨의 곱 모멘트 상관계수의 제곱값을 구하였다. 그리고 1/T-ln(K)에 대해 다시 적용하여 기울기, 절편, R² 및 활성화 에너지를 계산하였다. 고정온도유통방식에 대한 연간 변화량을 계산하고, 최초값과 하한선, 최종 연간변화량으로부터 유통기한을 산출하였다. 그리고 위의 모든 ln 값에 대해 ln 값을 취하여 위의 모든 과정을 다시 한 번 더 수행하였다. 0차와 1차 반응식의 산출 유통기한 중 작은 값을 유통기한 값으로 사용하였다(22).

약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품의 저장 5개월 동안 수분함량 변화는 Fig. 1에 나타내었다. 수분함량은 건조식품 안정에 중요한 요소로서 수분함량이 증가할 경우 품질저하의 원인으로 작용하기 때문에(23,24) 중요한 유통기한 설정지표로 판단된다. 상황버섯 및 영지버섯 β-glucan 미세캡슐의 초기 수분함량은 각각 4.03%, 5.70%이었다. 상황버섯 β-glucan 미세캡슐은 25℃와 40℃에서는 저장 5개월째까지 변화가 거의 없었으며, 10℃에서는 저장 3개월째에서 8.10%로 증가한 후 다시 감소하였다. 영지버섯 β-glucan 미세캡슐은 25℃와 40℃에서 저장 5개월째까지 약간의 증가 및 감소가 있었으며, 10℃에서는 저장 3개월째에서 4.23%로 초기값보다 감소한 후 증가하였다. Kim 등(24)의 연구에서 저장기간이 길어질수록 모든 구의 수분함량이 증가하는 경향을 나타낸 결과와 비교하였을 때 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐은 저장기간 동안 수분함량의 변화가 거의 없는 것으로 보아 분무건조 분말이 내부 결정을 견고하게 잘 이루어서 수분흡수가 낮은 것으로 사료된다(18).

Fig. 1. . Changes in moisture contents of β-glucan microcapsules from medicinal mushrooms during 5 months of storage at 10, 25, and 40℃. (A), P. baumii; (B), G. lucidum

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색도는 식품의 이화학적인 품질을 외관적으로 판단하는 기준이 되며 건조 제품의 색도는 중요한 품질 지표로 작용하여 품질의 상품성을 좌우한다(25,26). 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품의 저장 5개월 동안 색도 변화는 Fig. 2에 나타내었다. 상황버섯 β-glucan 미세캡슐의 ΔE 값은 저장 5개월 뒤 10℃, 25℃, 40℃에서 각각 2.91, 6.47, 4.47이었으며, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐의 ΔE 값은 저장 5개월 뒤 10℃, 25℃, 40℃에서 각각 1.52, 4.58, 1.52를 나타내었다. 상황버섯, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐은 저장기간 동안 저장 온도에 따라 ΔE 값은 약간의 차이는 있었지만 큰 변화를 나타내지 않았다. 한편 Kang 등(27)은 분무건조한 미세캡슐이 저장 온도에 따라 변색 방지 효과가 나타난다고 보고한 바 있다.

Fig. 2. . Changes in ΔE-values of β-glucan microcapsules from medicinal mushrooms during 5 months of storage at 10, 25, and 40℃. (A), P. baumii; (B), G. lucidum

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약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품의 저장 5개월 동안 일반세균 변화는 Fig. 3에 나타내었다. 상황버섯, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐의 초기 일반세균수는 각각 3.25 log CFU/g, 2.69 log CFU/g이었다. Kim 등의 연구(28)와 비교하였을 때 건조분말 시료인 선식의 초기 일반세균수는 3.59-3.60 log CFU/g으로 본 연구와 유사하였다. 저장 5개월 뒤 10℃, 25℃, 40℃에서 상황버섯 β-glucan 미세캡슐의 일반세균수는 각각 3.04 log CFU/g, 3.05 log CFU/g, 2.90 log CFU/g이었으며, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐 일반세균수는 각각 2.30 log CFU/g, 2.00 log CFU/g, 2.35 log CFU/g으로 초기 일반세균수를 유지하였다. 이는 상황버섯 추출물의 항균성을 나타낸다는 보고(29)와 상황버섯, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐의 낮은 수분함량(4-8%)으로 인해 저장기간 중 일반세균수 변화가 크지 않은 것(30)으로 사료된다.

Fig. 3. . Changes in total bacterial count of β-glucan microcapsules from medicinal mushrooms during 5 months of storage at 10, 25, and 40℃. (A), P. baumii; (B), G. lucidum

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약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품의 유통기한을 설정하기 위해 수분, 색도, 일반세균을 품질지표로 사용하였으며, 저장온도별 품질지표의 반응속도 상수 결과는 Table 1, 2와 같다. 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐의 유통기한 설정은 Kim(31)의 연구 결과를 바탕으로 해석하였다. 0차 반응식은 품질 저하속도가 품질특성에 관계없이 일정한 반응을 나타내고, 1차 반응식은 품질 저하속도가 품질특성에 따라 지수적으로 감소하는 반응을 의미한다. 따라서 0차 및 1차 반응식의 상관계수 분석 결과 수분과 색도는 0차 반응식을, 일반세균은 1차 반응식을 따르는 것(31)으로 보고하였다. 상황버섯 β-glucan 미세캡슐에서 0차반응식을 따르는 수분 반응속도상수는 K_10℃=0.1138, K_25℃=0.1681, K_40℃=0.0957, 색도 반응속도상수는 K_10℃=0.2528, K_25℃=0.7703, K_40℃=0.5419, 1차 반응식을 따르는 일반세균 반응속도상수는 K_10℃=-0.0128, K_25℃=-0.0054, K_40℃=-0.0267이었으며, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐에서 0차 반응식을 따르는 수분 반응속도상수는 K_10℃=0.1029, K_25℃=-0.1210, K_40℃=-0.1200, 색도 반응속도상수는 K_10℃=0.1769, K_25℃=0.4837, K_40℃=0.2789, 1차 반응식을 따르는 일반세균 반응속도상수는 K_10℃=-0.0276, K_25℃=-0.0487, K_40℃=-0.0400을 이용하여 품질지표에 따른 활성화에너지를 산출하여 Table 1, 2에 나타내었다. 실험하지 않은 구간은 우리나라 월별 평균온도를 고려하여 적용하였으며 실온 유통 시 1년간 온도별 예상 유통일수는 10℃(121일), 15℃(60일), 20℃(62일), 25℃(60일), 30℃(62일)로 유통기한 산출의 근거로 사용하였다. 따라서 상황버섯 β-glucan 미세캡슐의 유통기한은 수분함량 37.64개월, 색도 69.96개월, 일반세균 53.03개월로 산출되었고, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐의 유통기한은 수분함량 37.43개월, 색도 69.28개월, 일반세균 31.02개월로 산출되었다. 산출된 유통기한에 안전계수 0.8을 고려한 결과는 Table 3과 같다. 품질지표 중 가장 짧은 산출 유통기한을 사용하였으며 상황버섯 β-glucan 미세캡슐은 수분함량에서 30.11개월이었고, 영지버섯 β-glucan 미세캡슐은 일반세균에서 24.82개월의 유통기한을 최종적으로 산출하였다. 따라서 약용버섯(상황·영지) β-glucan 미세캡슐 제품은 25℃에서 24개월로 설정하는 것이 바람직할 것으로 사료된다.