자색 고구마 ‘통채루’ 줄기의 데치기 공정 중 hydrogen peroxide 첨가에 따른 품질특성 변화

본 실험에 사용한 시료는 광주광역시에서 2023년 7-10월에 수확한 고구마 품종 ‘통채루’ 줄기를 광주광역시 남구에 위치한 빛고을고구마순채 영농조합법인에서 구매하여 사용하였다.

고구마 줄기를 약 3 cm 길이로 절단하여 데치기를 실시하였다. H₂O₂ 농도에 따른 품질변화를 조사하기 위하여 100°C의 증류수에 H₂O₂를 0.1-1.0%(v/v)로 첨가한 후 1분간 데치기를 실시하였다. 시료는 데치기 후 흐르는 물에 3분간 세척하여 여분의 H₂O₂를 제거하고 채반에서 5분간 탈수하였으며, 완전히 표면의 물기를 제거한 후 분석 시료로 사용하였다.

색도는 시료를 무작위로 선별한 뒤 시료를 이어 붙여 원형의 형태로 시편을 제작하여 petri dish에 담아 색차계(UltraScan PRO, HunterLab, Reston, VA, USA)를 이용하여 표면의 측정 위치를 무작위로 변경하여 3회씩 측정하였으며, 이때 표준 백색판의 L*(lightness), a*(redness), b*(yellowness)값은 99.52, −0.12, −0.14이었다.

고구마 줄기의 조직감을 분석하기 위하여 Oh 등(2017)의 방법을 변형하여 측정하였다. 즉, 물성측정기(Compac-100 II, Sun Scientific, Tokyo, Japan)를 이용해 압착강도(compression force)와 절단 강도(cutting force)를 측정하였으며, 5-7 mm 두께의 시료를 선별하여 측정하였다. 압착강도는 No.14 probe를 이용하였으며, 진입거리 50%, speed 120 mm/min으로 측정하였다. 절단강도는 No.8 probe를 이용하였으며, 진입거리 150%, speed 120 mm/min으로 측정하였다.

클로로필 함량은 Kang과 Chun(2023)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 2 g에 85% acetone 20 mL을 가하여, 균질기(IKA T25 digital ULTRATURRAX^®, IKA, Staufen, Germany)로 7,000 rpm(219 ×g)에서 1분간 균질화한 후 여과지(Whatman™ No.4, Cytiva, Marlborough, MA, USA)로 여과하여 spectrophotometer(Cary 3500, Agilent, Santa Clara, CA, USA)로 645 nm와 663 nm에서 흡광도를 측정하였다. 클로로필 함량은 다음의 식에 대입하여 산출하였다.

미생물 분석 시료는 Lee 등(2001)의 방법에 의하여 준비하였다. 검체 10 g에 멸균 생리식염수 90 mL를 가한 후 stomacher (BagMixer^® 400 CC, Interscience, St. Norm, France)를 이용하여 5분간 균질하여 시험원액으로 하였다. 시험원액을 10-fold 희석법을 이용하여 단계별로 희석하였다. 각 단계별 희석액 1 mL를 일반세균은 AC, 대장균군은 EC, 효모 및 곰팡이는 YM 건조필름배지(Petri film, 3M, Daint Paul, MN, USA)에 접종하였으며, 일반세균은 35°C에서 48시간, 대장균군은 35°C에서 48시간, 효모 및 곰팡이는 25°C에서 120시간 배양하였다. 균 수는 식품공전(2024)의 미생물시험법에 따라 산출하였다.

모든 실험 분석은 3회 이상 반복 실시하여 평균±표준편차 값으로 나타내었다. 본 연구의 유의성 검증은 Minitab 18 (Minitab Inc., State Colloge, PA, USA) 프로그램을 이용하여 one-way analysis of variance(ANOVA) test를 수행하였으며, 유의성은 p<0.05 수준으로 Tukey’s multiple range test를 통하여 실시하였다.

H₂O₂ 처리 농도에 따른 고구마 줄기의 외관 및 색도 변화는 Fig. 1 및 Fig. 2에 나타내었다. 자색 고구마는 데치기 공정 후 자색이 줄어들고 갈색빛 외관을 나타내는 현상이 발생하게 되는데(Mahmudatussa’adah 등, 2019), 데치기 공정 중 H₂O₂ 첨가량이 증가함에 따라 갈색에서 청색으로 변화하는 것을 확인할 수 있었다. 이는 껍질에 있는 안토시아닌 성분이 H₂O₂를 소거하는데 작용하여 안토시아닌 색소가 감소하고, 이에 따라 청색 고구마 줄기와 유사한 외관을 나타내는 것으로 판단된다. H₂O₂는 ROS(reactive oxygen species) 중 하나로 안토시아닌의 phenolic 구조는 ROS를 소거하는 능력을 가지고 있는 것으로 알려져 있다(Jang 등, 2014; Martindale과 Holbrook, 2002). 데치기 공정 중 H₂O₂ 첨가량이 증가함에 따라 L*값이 증가하는 경향을 나타내었으며, 0.8%와 0.9% 처리구에서 유의적으로 높은 값을 나타내었다(p<0.05). 또한, H₂O₂ 첨가량이 증가함에 따라 안토시아닌 색소가 감소하여 a*값이 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었으며(p<0.05), 0.8% 처리구에서 가장 낮은 값을 나타내었다. b*값은 0.7%까지 첨가하였을 때 유의적으로 증가하였지만(p<0.05), 0.8% 이상의 처리 농도에서는 감소하는 경향을 나타내었다. 안토시아닌 추출물에 H₂O₂를 처리한 Nikkhah 등(2010)의 연구에 따르면 H₂O₂ 처리 농도가 증가할수록 안토시아닌의 분해가 증가하였으며 안토시아닌 색소의 강도가 감소하였다고 보고하였다. Aider 등(2023)은 2.5-10% 농도의 H₂O₂ 용액을 이용한 데치기를 통해 카놀라박이 상업용 밀가루와 유사하도록 탈색되어 색채 지표가 크게 향상되었다고 보고하였다.

Fig. 1. Changes in appearance of blanched sweet potato Tongchaeru stem treated with hydrogen peroxide. Samples were blanched in various concentration (0-1.0%) of hydrogen peroxide solutions for 1 min.

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Fig. 2. Color variations in the blanched Tongchaeru sweet potato stem with hydrogen peroxide treatment. (A), L* Value; (B), a* value; (C), b* value. Samples were blanched in various concentration (0-1.0%) of hydrogen peroxide solutions for 1 min. Values are mean±SD (n=3). Different superscript letters (^a-i) on the bars indicate significant differences (p<0.05) by Tukey’s multiple range test.

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본 연구 결과 데치기 공정 중 H₂O₂를 처리함에 따라 데친 자색 고구마 줄기의 갈변현상이 효과적으로 억제되는 것을 확인할 수 있었다.

조직감은 채소류의 품질특성에서 중요한 요인으로 고려되며, 전처리 혹은 가공 공정의 영향을 받는다(Kim 등, 2022). H₂O₂ 처리 농도에 따른 고구마 줄기의 압착강도 및 절단강도의 변화는 Table 1에 나타내었다. H₂O₂ 처리 농도가 증가할수록 압착강도가 서서히 감소하는 경향을 나타내었으며, 1% 농도에서 무처리구와 유의적 차이를 나타내었다(p<0.05). 또한, H₂O₂ 처리 농도가 증가함에 따라 절단강도는 증가하는 경향을 나타내었으며, 1% 농도에서 무처리구와 유의적(p<0.05) 차이를 나타내었다. 데치기는 채소류의 물성을 조절할 수 있는 방법 중 하나로, 가열 처리에 의해 부피, 밀도, 중량, 세포구조 등이 변화함에 따라 조직감에 영향을 주며 sodium chloride, sodium hydrogen carbonate 등의 첨가물에도 영향을 받는다(Park 등, 2017). Kim 등(2008)은 매생이의 저장 중 50 ppm의 H₂O₂를 처리하였을 때 초기에 비하여 경도가 1.6배 감소하였다고 보고하였다. Garcia Loredo 등(2013)은 절단 배에 ascorbic acid, calcium chloride, ultraviolet을 병행 처리하는 연구에서 H₂O₂를 추가적으로 처리를 하였을 때 조직감이 감소하였으며, 현미경으로 조직을 관찰하였을 때 세포막 파열과 세포벽 분해를 확인할 수 있었고 H₂O₂ 처리구에서 더욱 큰 영향을 받았다고 보고하였다. 본 연구결과, 데치기 공정 중 H₂O₂ 처리에 따라 고구마 줄기의 압착강도는 감소하며, 절단강도는 증가하는 경향을 나타내었으며, 1% 이상의 농도 처리 시 무처리구와 유의적 차이를 나타내어(p<0.05) 채소류의 물성 조절에 이용될 수 있을 것으로 판단된다.

클로로필은 고구마 줄기의 주요 색소로 식물 세포 내의 엽록체에 존재하며 과일 및 채소의 신선도를 나타내거나 식욕을 증진 시키는 중요한 요소이다(Hong 등, 2020; Kang과 Chun, 2023). H₂O₂ 처리 농도에 따른 고구마 줄기의 클로로필 함량 변화는 Fig. 3에 나타내었다. H₂O₂ 처리 농도가 증가할수록 클로로필 함량이 증가하는 경향을 나타내었으며, 0.8% 처리하였을 때 3.12±0.35 mg/100 g으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 식물의 클로로필은 단백질과 약하게 결합한 상태로 존재하다가 가열 처리 시 분리되는 것으로 알려져 있으며 pheophytin, pyrochlorophyll, chlorophyllides 등의 유도체가 증가하여 비색법에 의해 측정되는 총 클로로필 함량이 증가할 수 있다(Chen과 Chen, 1993; Park 등, 2015). 활성산소는 단백질의 구성 요소인 아미노산 잔기를 공격하기도 하며, 이에 의해 thiol 잔기가 sulfinic acid로 전환되는데 이와 같은 화학적 변화에 의해 단백질의 기능을 상실할 수 있다(Demasi 등, 2021). Kim과 Youn(2014)은 참취를 데치기 처리하였을 때 처리 시간이 경과함에 따라 총클로로필 함량이 증가하는 경향을 나타내었다고 보고하였다. 또한, Park 등(2017)은 곤드레의 데치기 공정 중 가열 온도가 증가할수록 클로로필 함량이 증가하였다고 보고하였다. 클로로필 함량은 다양한 요인에 의해 증가하거나 감소할 수 있으며, 데치기 공정 중 H₂O₂ 처리에 따른 클로로필 함량 변화의 원인에 대한 추가적인 연구가 필요하다.

Fig. 3. Chlorophyll content of blanched sweet potato Tongchaeru stem treated with hydrogen peroxide. Samples were blanched in various concentration (0-1.0%) of hydrogen peroxide solutions for 1 min. Values are mean±SD (n=3). Different superscript letters (^a-f) on the bars indicate significant differences (p<0.05) by Tukey’s multiple range test.

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과채류는 저장 중 미생물에 의한 부패, 신선도 변화 등의 품질변화가 일어날 수 있으며 열처리 공정 중 한가지인 데치기는 효과적으로 미생물을 저감시킬 수 있는 방법 중 하나이다(Park 등, 2017). H₂O₂ 처리 농도에 따른 고구마 줄기의 미생물 수 변화는 Table 2에 나타내었다. 데치기 공정 후 일반세균 수는 1.98±0.08 log CFU/g, 대장균군 수는 1.15±0.17 log CFU/g으로 감소하였으며, 효모 및 곰팡이는 검출되지 않았다. H₂O₂를 첨가하였을 때는 0.1% 이상 농도에서 일반세균, 대장균군, 효모 및 곰팡이 모두 검출되지 않았다. Kim과 Youn(2014)에 의하면 참취를 데치기 처리 하였을 때, 데치기 시간이 증가할수록 원물에 비하여 낮은 총 균수를 나타내었으며, 대장균군은 검출되지 않았다고 보고하였다. Park과 Kim(2004)은 H₂O₂, 차아염소산 나트륨, 초산을 이용하여 상추를 세척하였을 때 3%의 H₂O₂ 용액에서 1분 이상 침지하는 방법을 최적의 미생물 경감 방법이라고 보고하였다. Yang 등(2007)은 홍고추의 H₂O₂ 용액에서 홍고추의 적정 살균 조건을 2% 12분 처리라고 보고하였다. H₂O₂는 산화제로, 물과 산소로 분해되어 식품에 악영향을 미치지 않는 장점이 있어 식품 공업에서 살균제 또는 방부제로 이용되고 있으며, 박테리아, 진균 및 내생포자에 대하여 넓은 범위의 활성을 갖는 것으로 알려져 있다(An 등, 2023). 식품살균제로써 과산화수소 처리의 명확한 농도는 제시되어 있지 않지만 1-3.5%의 농도로 식품의 살균에 사용되는 것으로 알려져 있다(Cho 등, 2004). 본 연구 결과, 1분의 데치기 처리만으로도 미생물이 상당수 감소하였으며, 0.1% 이상의 H₂O₂ 처리 시 미생물이 검출되지 않아 효과적으로 살균이 가능한 것을 확인할 수 있었다.