숙성 흑 맥문동의 품질특성 및 항산화능

본 실험에 사용된 맥문동은 금산군 농업기술센터 특화작목에서 재배한 것을 사용하였고, 막걸리는 포천 쌀 막걸리(Idong Baegun Casting, Pocheon, Korea)를 사용하였다.

숙성 흑 맥문동은 맥문동을 선별하고 깨끗이 세정하여 막걸리에 주침한 후 본 연구실에서 개발하여 특허 등록한 제조방법(출원번호；1020170022929)에 따라 막걸리 350 mL에 맥문동 350 g을 고르게 섞고 실온에서 24시간 동안 침지시킨 후 온도 50℃, 80℃, 습도 90%, 95% 조건의 항온항습기에서 14일 동안 숙성시켜 제조하였다.

시료의 수분함량은 AOAC 방법에 따라 105℃ 상압가열건조법으로 측정하였다(28).

가용성 고형물 함량은 시료 2 g에 증류수 8 mL을 Bag Mixer(Model 400, Interscience, Mourjou, France)로 균질화(속도 7, 2분)하였다. 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 15분간 원심분리하여 얻은 상징액을 취하여 당도계(N-1E Brix 0-92%, Atago, Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 환원당은 시료 2 g에 증류수 8 mL을 Bag Mixer(Model 400, Interscience, Mourjou, France)로 균질화(속도 7, 2분)한 것을 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 15분간 원심분리하여 얻은 상징액을 취하여 dinitrosalicylic acid(DNS)에 의한 비색법으로 분광광도계(Model UV-1800 240 V, Beckman, Fullerton, CA, USA)를 사용하여 550 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준곡선은 Glucose(Duksan Pharmaceutical Co., Ltd., Asan, Korea)를 농도별로 반응시켜 작성하였다.

pH는 AOAC 방법(28)에 따라 시료 2 g에 증류수 8 mL을 Bag Mixer(Model 400, Interscience, Mourjou, France)로 균질화(속도 7, 2분)하였다. 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 15분간 원심분리하여 얻은 상징액을 취하여 pH meter(420 Benchtop, Orion Research, Washington, DC, USA)로 측정하였다.

산도는 AOAC 방법(28)에 따라 pH 측정 시료와 동일한 상징액 10mL을 취하여 0.1 N NaOH(Samchun, Pyeongtaek, Korea)를 첨가하였을 때 pH 8.3 까지 도달하는데 필요한 NaOH 양(mL)을 acetic acid 함량(%)으로 환산하여 총산 함량을 표시하였다.

색도는 시료를 막자사발에서 으깨어 페트리디쉬(50×12 mm)에 담아 색도를 측정하였다. 색차계(Model ND-1001 DP, Nippon Denshoku Co., Ltd., Tokyo, Japan)를 사용하여 Hunter L값(명도, lightness), a값(적색도, redness), b값(황색도, yellowness) 및 △E값(색차지수)을 측정하여 평균값으로 나타내었다. Standard color value는 L값 108.85, a값 -0.12, b값 -4.44, △E값 0.00인 calibration plate를 표준으로 사용하였다. 갈변도(Browning Index)는 다음의 식을 이용하여 계산하였다.

총 페놀 함량 측정은 시료의 페놀성 화합물과 phosphomolybdic acid가 반응해 청색으로 환원되는 Folin-Denis법으로 측정하였다(29). 시료 1.5 g에 methanol 50 mL을 넣은 후 15시간 동안 잘 교반하여 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 10분간 원심분리하여 얻은 상징액을 evaporator(Whatman, Buckinghamshire, UK)로 용매를 휘발하여 추출물만 얻었다. 추출물 95 mg 당 PBS Buffer 1 mL을 첨가하여 95 mg/mL 농도의 추출물 용액을 시료 용액으로 사용하였다. 시료 추출액에 Folin-Denis reagent과 7.5% Na₂CO₃ 용액을 넣고 암실에서 30분간 반응시킨 후 분광광도계(Model UV-1800 240 V, Beckman, Fullerton, CA, USA)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였고, standard는 tannic acid(Yakuri Pure Chemicals Co., Ltd., Kyoto, Japan)를 사용하였다.

시료 1.5 g에 methanol 50 mL을 넣은 후 15시간 동안 잘 교반한 것을 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 10분간 원심분리하여 얻은 상징액을 evaporator(Whatman, Buckinghamshire, UK)로 용매를 휘발하여 추출물만 얻었다. 추출물 100 mg 당 1 mL methanol을 첨가하여 100 mg/mL 농도의 추출물 용액을 제조하여 시료 용액으로 사용하였다. 시료용액 50 μL에 1.5×10^-4mM DPPH(1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl)용액 150 μL을 가한 후 30분 후에 분광광도계(Model UV-1800 240 V, Beckman, Fullerton, CA, USA)를 이용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였으며 radical 소거능(%)을 다음의 식으로 계산한 후 각 농도별 radical 소거능에 대한 검량선에서 radical 소거능이 50%가 되는 농도인 IC₅₀을 구하였다.

시료 1.5 g에 methanol 50 mL을 넣은 후 15시간 동안 잘 교반한 후 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea) 3,000 rpm, 4℃에서 10분간 원심 분리하여 얻어진 상징액을 evaporator(Whatman, Buckinghamshire, UK)로 용매를 휘발하여 추출물만 얻었다. 추출물 45 mg 당 PBS Buffer 1 mL을 첨가하여 45 mg/mL 농도의 추출물 용액을 제조하여 시료 용액으로 사용하였다. 추출된 시료 용액 0.15 mL에 buffer 0.35 mL, 3 mM deoxyribose, 0.1 mM ascorbic acid, 0.1 mM EDTA, 0.1 mM FeCl₃, 1 mM H₂O₂ 용액 0.1 mL을 넣어 잘 교반한 후 37℃에서 1시간 동안 반응시켰다. 반응이 끝난 후 2% TCA 용액과 1% TBA 용액을 잘 섞은 후 100℃에서 20분간 반응한 후 실온으로 냉각하여 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Hwaseong, Korea)로 원심분리한 뒤 취한 상징액을 분광광도계(Model UV-1,800 240 V, Beckman, Fullerton, CA, USA)를 이용하여 532 nm에서 흡광도를 측정하였다. radical 소거능(%)을 다음의 식으로 계산한 후 각 농도별 radical 소거능에 대한 검량선에서 radical 소거능이 50%가 되는 농도인 IC₅₀을 구하였다.

실험 결과는 모든 실험을 3번 반복 측정한 값을 SPSS 24.0(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package 프로그램 중에서 기술통계를 실시하여 ‘평균±표준편차’로 나타내었고, 분산분석(ANOVA Test)을 실시하여 유의성이 있는 경우에 Duncan의 다중범위 검정(Duncan's multiple range test)으로 시료의 날짜별 유의차를 검증하였다(p<0.05).

숙성기간에 따른 숙성 흑 맥문동의 수분함량 측정 결과는 Table 1과 같다. 막걸리에 침지한 직후 숙성 전 맥문동 즉 대조군의 수분함량은 89.22%, 숙성 3일차 맥문동은 84.28%, 숙성 5일차에 맥문동은 76.36%, 숙성 8일차 맥문동은 74.70%, 숙성 11일차 맥문동은 68.20, 숙성 14일차 맥문동은 64.26%로 숙성이 진행됨에 따라 수분함량이 유의적으로 감소하였다(p<0.05). 이는 흑마늘의 이화학적 특성(30)에서 생마늘을 흑마늘로 제조하고, 흑삼 제조과정(31)에서 인삼을 흑삼으로 제조할 때 수분함량이 감소하는 결과와 유사하였다. 수분함량은 고온의 항온항습 조건에서 숙성기간이 지남에 따라 수분이 증발되어 점차 감소하는 것으로 생각된다(32).

숙성기간에 따른 숙성 흑 맥문동의 가용성 고형물 함량 및 환원당 측정 결과는 Table 2와 같다. 대조군인 막걸리에 침지한 직후 숙성 전 대조군 맥문동의 가용성 고형물 함량은 7.00 °Brix, 숙성 3일차에는 8.00 °Brix, 숙성 5일차에는 10.00 °Brix, 숙성 8일차에는 11.17 °Brix, 숙성 11일차에는 15.00 °Brix, 숙성 14일차에는 16.00 °Brix로 숙성이 진행됨에 따라 증가하는 경향을 보였다. 대조군과 숙성 맥문동 간에는 모두 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). 환원당은 대조군 맥문동이 0.06%, 숙성 3일차는 0.37%, 숙성 5일차는 0.59%, 숙성 8일차는 0.92%, 숙성 11일차는 2.04%, 숙성 14일차는 2.62%로 숙성기간이 경과함에 따라 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 한편, 맥문동의 유리당 함량을 분석한 결과(3)에 의하면, 생맥문동에서 올리고당은 약 23.22%를 함유하고 있었고, 그 다음으로 많은 당은 sucrose로 1.42%이었으며, glucose와 fructose는 각각 0.66% 및 0.81%를 함유하고 있었으며, 열풍 건조 맥문동에서는 올리고당이 57.57%로 높았고, 단당류에서는 fructose의 함량이 5.06%로 증가하였다고 보고하여 가열처리 공정에서 환원당이 증가함을 보여준 결과에서와 같이 본 실험에서도 맥문동 중의 다당류가 막걸리로 전처리하는 동안 그리고 열처리에 의해 숙성하는 동안에 올리고당이 당류로 가수분해되어 가용성 고형물 함량 및 환원당이 높게 나타난 것으로 생각된다(3,4,32). 숙성기간이 경과함에 따라 가용성 고형물 함량이 증가하고 환원당 함량이 증가한 결과는 숙성 흑율피(4)에서 숙성기간에 따라 흑율피의 가용성 고형물 함량 및 환원당 함량이 증가하는 것과 같은 경향을 보였다.

숙성기간에 따른 숙성 흑 맥문동의 pH 및 산도 측정 결과는 Table 3과 같다. 숙성 맥문동의 pH는 숙성이 진행됨에 따라 점차 감소하는 경향을 나타냈는데, 대조군 맥문동의 pH는 4.50, 숙성 3일차는 4.39, 숙성 5일차는 4.38, 숙성 8일차는 4.28, 숙성 11일차는 3.94, 숙성 14일차는 3.63으로 모든 시료 간의 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). 대조군 맥문동의 산도는 0.004%, 숙성 3일차에 0.005%, 숙성 5일차에 0.009%, 숙성 8일차에 0.015%, 숙성 11일차에 0.021%, 숙성 14일차에 0.032%로 숙성 기간에 따라 점차 증가하며, 모든 시료 간의 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). 숙성기간이 진행될수록 pH는 낮아지고 산도는 증가하며, pH와 산도가 상응되는 결과임을 보여주었다. 이와 같은 결과는 숙성 흑율피(4)에서 숙성이 진행될수록 pH가 감소하고 산도는 증가하는 보고, 지황 및 숙지황(34)에서 발효로 인해 pH가 낮아지고, 산도가 증가하는 보고와 일치하였다. 이는 숙성이 진행될수록 막걸리의 효모 등의 작용으로 유기산의 생성이 증가됨에 따라 숙성 맥문동의 pH는 낮아지고, 이로 인해 산도가 증가하는 것으로 생각된다(35).

숙성기간에 따른 숙성 흑 맥문동의 색도인 L값(명도, lightness), a값(적색도, redness), b값(황색도, yellowness) 및 △E값(색차지수)를 측정한 결과는 Table 4와 같다. 숙성 맥문동의 L값은 숙성이 진행됨에 따라 점차 감소하는 경향을 나타냈는데, 대조군 맥문동의 L값은 44.23, 숙성 3일차는 37.92, 숙성 5일차는 36.47, 숙성 8일차는 28.99, 숙성 11일차는 15.45, 숙성 14일차는 10.14로 모든 시료 간의 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). a값은 숙성이 진행됨에 따라 점차 증가하는 경향을 나타냈는데, 대조군 맥문동 0.82, 숙성 3일차 2.82, 숙성 5일차 5.01, 숙성 8일차 5.52, 숙성 11일차 6.57, 숙성 14일차 7.06으로 모든 시료 간의 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). b값은 대조군 맥문동 13.70, 숙성 3일차 13.58, 숙성 5일차 13.03, 숙성 8일차 10.75, 숙성 11일차 5.44, 숙성 14일차 2.76으로 숙성이 진행됨에 따라 값이 감소하며, 숙성 흑맥문동 간의 유의적인 차이를 나타냈다(p<0.05). △E값은 대조군 맥문동 67.32, 숙성 3일차 73.62, 숙성 5일차 74.85, 숙성 8일차 81.78, 숙성 11일차 94.20, 숙성 14일차 99.10로 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 이러한 결과는 숙성 흑율피(4)에서 숙성기간에 따라 L값과 b값은 감소하고, a값은 증가하는 경향과 유사하다. 이는 맥문동 자체의 비효소적 갈변반응인 마이얄 반응에 의해 갈변도가 증가하여 색이 어두워짐에 따른 것으로 생각된다(29).

숙성 흑 맥문동의 갈변도 측정 결과는 Table 5와 같다. 갈변도는 숙성 3일차에 14.27, 숙성 5일차에 17.55, 숙성 8일차에 34.45, 숙성 11일차에 65.07, 숙성 14일차에 77.08로 대조군 맥문동을 숙성할수록 갈변반응이 증가해 색이 진한갈색으로 변하게 된다. 맥문동에 함유된 다당류가 숙성으로 인해 환원당으로 되고 고온의 열에 의해 비효소적 갈변 반응이 진행되어 갈색의 멜라노이딘 색소가 증가하였기 때문으로(29), 이는 숙성 중 환원당의 증가(Table 2)가 뒷받침해준다.

대조군 맥문동과 숙성 흑 맥문동의 총 페놀 함량 측정 결과는 Fig. 1과 같다. Tannic acid를 표준용액으로 하여 작성한 검정곡선으로부터 분석한 총 페놀 함량은 대조군 맥문동이 2.116 mg/mL, 숙성 14일차 흑 맥문동이 15.752 mg/mL로 숙성 흑 맥문동의 총 페놀 함량이 대조군 맥문동에 비해 약 7.5배 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 흑마늘(36)에서 생마늘에 비하여 흑마늘의 총 페놀 함량이 높았고, 흑율피(4)에서 생율피보다 숙성 흑율피의 총 페놀 함량이 높고, 숙지황(35)에서 생지황보다 숙지황의 총 페놀 함량이 증가하는 보고와 같은 경향을 보였다. 이는 식물체의 세포벽에 존재하던 bound형의 페놀 화합물이 장시간 열처리를 받아 free형의 페놀 화합물로 유리되어 용출되기에 총 페놀 함량이 증가한다고 보고(37)한 결과와 같이, 고온의 항온과정에 의해 세포벽이 파괴되어 폴리페놀이 유리됨에 따라 총 페놀 함량이 증가한다고 생각된다. 이전의 연구 결과(3)에서도 맥문동 성분 중 조사포닌 함량은 생맥문동이 3.52%, 열풍건조 맥문동은 8.41%이었고, spicadoside A는 생맥문동에서는 5.32mg% 건조 맥문동에서는 18.21mg%로 가열처리 시 증가되었다.

Fig. 1. Total phenol contents of Liriope platyphylla during storage. Control: Liriope platyphylla. Values represent the mean±SD (n=3). Means with different letters above a bar are significantly different at p<0.05.

Download Original Figure

폴리페놀계 물질은 phenolic hydroxyl(-OH)기가 분자 내 2개 이상으로 구성된 방향족 화합물들을 말하며, 산화-환원 반응에서 기질로 작용하고 식물체에 특정한 색을 부여하기도 하며 생체 내에서 다양한 생리활성을 나타내는 등의 다양한 기능을 가진다(4). 맥문동에 함유된 폴리페놀류에는 사포닌, isoflavon과 homoisoflavonoid 계열 등이 있으며 이들이 항산화 활성에 관여한다고 보고되었다(38).

그리고 총 폴리페놀은 항산화효과와 유의한 상관관계가 있는 것으로 보고(39)된 물질이므로, 총 폴리페놀 함량이 더 높은 숙성 흑 맥문동의 항산화성이 대조군 맥문동보다 높다고 생각된다.

DPPH는 cysteine, glutathion과 같은 황 함유 아미노산이나 tocopherol, ascorbic acid, Maillard형 갈변생성물질 등의 항산화 물질에 의해 환원되어 탈색되는 정도로 항산화 활성 정도를 측정하는 데 쓰인다(4,40). 대조군 맥문동과 숙성 흑 맥문동의 항산화 활성을 평가하기 위해 DPPH radical 소거능을 측정하여 DPPH의 free radical을 50% 저해했을 때의 시료농도(IC₅₀)는 Fig. 2와 같다. 대조군 맥문동의 IC₅₀은 114.43 mg/mL, 숙성 14일차 흑 맥문동의 IC₅₀은 25.24 mg/mL로 더 낮았다. 즉, 숙성 흑 맥문동의 DPPH radical 소거능이 대조군 맥문동에 비해 약 4.5배 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 숙지황(41)에서 생지황보다 숙지황이, 숙성 흑율피(4)에서 생율피보다 숙성율피의 DPPH radical 소거능 IC₅₀ 값이 감소하며, 본 실험과 유사한 결과를 나타내었다. 또한, 건조 맥문동이나 단순히 볶은 맥문동보다 찌거나 주증 처리한 후 볶았을 때 항산화 활성이 높았다는 보고와 일치하였다(20).

Fig. 2. DPPH radical scavenging activity of Liriope platyphylla during storage. Control: Liriope platyphylla. Values represent the mean±SD (n=3). Means with different letters above a bar are significantly different at p<0.05.

Download Original Figure

이 같은 결과는 맥문동의 주요 성분인 steroid saponin, homo-isoflavonoids, phytosterols 등의 성분들이 free radical을 감소시킴으로써 항산화능을 높인 데 기인된 것이다(38,42,43). 또한, 맥문동 숙성과정 중 비효소적 갈변반응의 증대로 멜라노이딘 생성의 증가에 기인된 것으로 사료된다(29). 총 폴리페놀은 항산화효과와 유의한 상관관계가 있는 것으로 보고(39)된 물질인데, 숙성 흑 맥문동의 총 폴리페놀 함량은 증가하였으므로(Fig. 1), DPPH radical 소거능이 대조군 맥문동보다 높다고 생각된다.

대조군 맥문동과 숙성 흑 맥문동의 Hydroxyl radical 소거능 IC₅₀ 결과 값은 Fig. 3과 같다. 대조군 맥문동의 IC₅₀ 값은 38.87 mg/mL, 숙성 14일차 흑 맥문동의 IC₅₀ 값은 11.65 mg/mL로 더 낮고, 숙성 흑 맥문동의 Hydroxyl radical 소거능이 대조군 맥문동에 비해 약 3.33배 높은 것으로 나타났다. 이러한 결과는 흑마늘(36)에서 흑마늘의 hydroxyl radical 소거능이 생마늘보다 더 높다고 한 보고와 유사한 경향을 나타냈다. 맥문동을 숙성하면 항산화능이 증진하는데, 이는 총 페놀 함량이 숙성 맥문동에서 증가된 결과와 일치하였다. Hydroxyl radical(·OH)은 생체 내 산화적 손상의 주요한 역할을 하는 활성산소종이다(44). Hydroxyl radical은 DNA의 핵산과 결합하여 산화적 손상을 유발하여 돌연변이 및 발암의 원인이 되며, 지질 산화의 개시제로 작용하므로 hydroxyl radical 소거활성은 지질과산화의 억제 또는 활성산소종의 소거를 통한 연쇄반응을 저해하는 것으로 보고되었다(45).

Fig. 3. Hydroxyl radical scavenging activity of Liriope platyphylla during storage. Control: Liriope platyphylla. Values represent the mean±SD (n=3). Means with different letters above a bar are significantly different at p<0.05.

Download Original Figure