식물 종자유의 영양성분 및 산화안정성 탐색
⁃ 연구노트 ⁃
홍성준1․조진주1․김다솜1․김정현2․부창국1․이경태2․이오규2․신의철1
1경남과학기술대학교 식품과학부
2국립산림과학원 남부산림자원연구소
Investigation for Nutritional Components and Oxidative Stability in Plant Seed Oils
Seong Jun Hong1, Jin-Ju Cho1, Da-Som Kim1, Jeong Hyeon Kim2, Chang-Guk Bu1, Kyoung-Tae Lee2, Oh-Kyu Lee2, and Eui-Cheol Shin1
1Department of Food Science, Gyeongnam National University of Science and Technology
2Forest Biomaterials Research Center, National Institute of Forest Science
ABSTRACT The nutritional constituents and oxidative stabilities in plant seed oils (Korean red pine, Chopi tree, and Large-leaflet prickly-ash) were studied in order to examine their practical utilization in the lipid industry. The fatty acid profiles in the three plant seed oils showed various fatty acid profiles for saturated, monounsaturated and polyunsaturated fatty acids, respectively. Phytosterols in the plant seed oils ranged from 95.64±0.18 to 352.74±10.10 mg/100 g, and Korean red pine showed the highest phytosterol contents. For the total tocopherol contents, Korean red pine also showed a higher content than did the others. Oxidative stabilities such as the acid value, the peroxide value and the p-anisidine value showed good oxidative stability in the Korean red pine compared to those in the Chopi tree and Large-leaflet prickly-ash. The induction times using the Rancimat method were measured and these ranged from 0.01±0.01 to 2.31±0.01 hours in the plant seed oils. Taken together, the contents of the lipid constituents and their oxidative stabilities can be used as an important preliminary database for the utilization of plant seed oils.
Key words: plant seed oils, fatty acids, phytosterols, tocopherols, oxidative stability
Received 9 July 2019; Accepted 5 August 2019
Corresponding author: Eui-Cheol Shin, Department of Food Sci- ence, Gyeongnam National University of Science and Technology, Jinju, Gyeongnam 52725, Korea
E-mail: [email protected], Phone: +82-55-751-3271
Author information: Seong Jun Hong (Graduate student), Jin-Ju Cho (Graduate student), Da-Som Kim (Graduate student), Chang-Guk Bu (Graduate student), Eui-Cheol Shin (Professor)
서 론
식물소재 자원이 가지고 있는 유용자원 공급원으로서의 잠재력이 계속해서 확인되면서 이에 대한 수요가 증가하고 있으며, 이에 따라 다양한 생리활성을 가진 식물유래 유기화 합물의 이용을 위한 연구가 진행되고 있다(Park 등, 2010).
특히 지용성 성분은 인간이 필요로 하는 영양성분에서 매우 높은 의존율을 가지고 있다(Kozłowska 등, 2016). 또한 식 생활 패턴의 다양한 변화와 함께 유지 관련 식품과 식품소재 에 대한 소비가 증가하고 있으며, 이에 따른 새로운 유지 자 원의 개발이 요구되고 있다(Park 등, 2012). 문헌으로 알려 져 있는 식물유래 유지에 관한 연구로는 자외선 조사를 통한 castor 오일이 가지는 특성에 관한 연구가 있으며(de Araujo 등, 2019), amaranth 오일에 대한 영양성분 조성과 열안정
성에 대한 연구가 보고되고 있다(Zhang 등, 2019b). 그리고 고추씨에서 추출한 향미유에 대한 이화학적 특성을 보고한 연구도 있다(Zhang 등, 2019a). 또한 국내 연구에서는 고추 씨, 녹차씨, 들깨, 땅콩, 목화씨, 참깨, 호두, 홍화씨로부터 추출한 유지에 대한 다양한 지방산 조성을 보고하였고, 그 이외의 지용성 성분이 나타내는 다양한 생리활성에 대한 보 고를 통해 새로운 식용유지 자원의 탐색 연구가 진행되고 있다(Kim 등, 2015). 또한 Lee 등(2014)은 다양한 식물 종 자유 활용에 관한 연구를 통해 유채 종자유가 가지는 콜레스 테롤 저감화능, 항산화 능력과 심혈관계 질환 예방에 관한 연구를 통해 식물 종자유의 높은 자원 이용에 대한 잠재력을 제시하였다.
Kim 등(2017)의 연구에서 본 연구진은 식물 종자유에 대 한 구성성분과 이화학적 특성에 대해 보고한 바 있으며, 본 연구에서는 소나무(Pinus densiflora f. brevifolia K.; Ko- rean red pine), 초피나무(Zanthoxylum piperitum DC.;
Chopi tree), 왕초피나무(Zanthoxylum bungei var. zim- mermannii Rehder & Wilson; Large-leaflet prickly- ash)의 종자에 존재하는 지용성 성분과 이에 따른 산화안정 성을 확인하여 지용성 소재로의 이용 가능성에 대한 기초자 료를 제시하고자 한다.
재료 및 방법
실험재료
본 연구에 사용된 식물 종자유는 2017년도에 채집한 식 물을 통해 추출된 유지로써 국립산림과학원 남부산림자원 연구소(Jinju, Korea)로부터 제공받아 실험에 사용되었다.
본 연구에서 사용된 모든 시약과 표준품은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였고, chromatog- raphy 분석에 사용하는 시약은 HPLC 등급을 사용하였고, 그 외의 시약은 ACS-grade를 이용하였다.
지방산 조성
각각의 식물 종자유가 가진 지방산 조성을 알아보기 위해 지방산을 메틸에스터화(fatty acid methyl ester, FAME)로 유도체화시킨 후 실험을 진행하였다. 개별 지방산의 유도체 화를 위해서 boron trifluoride(BF3)-methanol을 촉매제로 이용하여 진행하였다. 지방산 분석을 위한 gas chromatog- raphy(GC) 분석은 Agilent Technologies 6890N(Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA)이 사용되었다. 실 험에 사용된 column은 SP-2560 capillary column(100 m
×0.25 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Tech- nologies)이었으며, 적용된 oven 온도 프로그램은 130°C 에서 5분간 진행하여 240°C까지 분당 4°C씩 승온시킨 후 240°C에서 15분간 유지하였다. 개별 지방산 동정은 지방산 표준품(Supelco 37 FAME, Sigma-Aldrich Co.)을 이용하 여 각각의 머무름 시간을 이용하여 확인하였다(Kim 등, 2017).
식물성 스테롤(phytosterol)
식물 종자유에 존재하는 식물성 스테롤인 phytosterols 의 분포 및 함량을 확인하기 위해 alkaline saponification 방법을 이용하였다(Shin 등, 2010). 각각의 식물 종자유를 내부표준물질(5α-cholestane, Sigma-Aldrich Co.)과 함 께 포화 KOH를 이용하여 비누화 반응을 진행하였고, 유도 체 반응을 위해 TMS(trimethylsilyl)-ester 시약(Sigma- Aldrich Co.)을 이용하여 반응을 유도하였다. 개별 sterol 분석은 불꽃이온화 검출기(flame ionization detector, FID; Agilent Technologies)를 장착한 GC를 이용하여 분 석하였다. 사용한 column은 HP-5(30 m×0.32 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Technologies)였으며, 적 용된 oven 온도 프로그램을 보면 초기 260°C에서 분당 3°C 씩 승온시켜 300°C까지 상승시키고, 15분간 유지시켰다.
실험에 사용된 주입구와 검출기 온도는 각각 300°C와 320°C였다. 개별적인 phytosterol의 동정과 정량을 위해 각각의 표준품을 사용하여 retention time과 peak area를 이용하여 확인하였다(Shin 등, 2010; Kim 등, 2017).
비타민 E(tocopherols)
식물 종자유의 tocopherols의 함량을 확인하기 위해 약
1 g의 종자유를 50 mL의 hexane(Sigma-Aldrich Co.)에 용해시켜 균질화를 진행하고 0.45 μm nylon membrane filter(GE Osmonics Labstore, Minnetonka, MN, USA)를 이용하여 여과 후 사용하였다(Kim 등, 2017). Tocopherols 의 분석은 형광검출기를 이용한 normal-HPLC 시스템 (Agilent 1260, Agilent Technologies)을 이용하였다. 컬 럼은 순상조건의 LiChrosorb Si-60 column(4 mm×250 mm, 5 μm particle size; Hibar® Fertigsäule RT, Merck, Darmstadt, Germany)이 사용되었으며, 이동상은 0.85%
isopropanol/hexane이었고 flow rate는 1.0 mL/min으로 설정하였다. Tocopherols 분석을 위한 검출기의 파장 영역 은 excitation과 emission wavelength를 각각 290 nm와 330 nm로 설정하였다. 각각의 α-, β-, γ-, δ-tocopherols 의 동정은 각각의 표준품(Sigma-Aldrich Co.)을 이용하여 retention time을 비교하여 확인하였다(Shin 등, 2009; Kim 등, 2017).
산가, 과산화물가, 아니시딘산가
식물 종자유의 산가(acid value, AV)는 AOCS법(1990b) 을 이용하여 진행하였다. 약 5 g의 식물 종자유를 ethanol : ether(1:1(v/v)) 혼합용액에 용해시킨 후 1% 페놀프탈레 인 용액(Sigma-Aldrich Co.)을 지시약으로 하여 0.1 N po- tassium hydroxide(KOH)/ethanol 용액으로 엷은 홍색이 될 때까지 적정하였다. 시료가 없는 공시험을 진행하여 산가 를 확인하였다.
식물 종자유의 과산화물가(peroxide value, POV)는 AOCS 법(1990c)을 이용하여 측정하였다. 일정량(ca. 5 g)의 식물 종자유를 acetic acid : chloroform을 3:2(v/v)로 혼합한 용 액으로 용해시키고, 포화요오드화 칼륨(potassium iodide, KI) 용액 1 mL를 넣고 1분간 흔들어준 후 암소에 10분간 보관하였다. 1% 전분 용액(Sigma-Aldrich Co.)을 지시약 으로 하여 0.01 N sodium thiosulfate(Na2S2O3) 용액(Sig- ma-Aldrich Co.)을 이용하여 반응액이 무색이 될 때까지 적정하였고, 시료가 없는 공시험을 진행하여 과산화물가를 확인하였다.
식물 종자유에 존재하는 2차 산화생성물인 알데히드와 케톤의 생성량을 확인하기 위해 아니시딘산가(p-anisidine value, p-AV) 분석법을 사용하였다(AOCS, 1990a). 식물 종자유를 isooctane(Sigma-Aldrich Co.)에 용해시킨 후 350 nm 파장 영역에서 흡광도를 측정하였다. 이 용액 2.5 mL에 0.25%(w/v) p-anisidine/acetic acid 용액 0.5 mL를 넣고 15분간 반응시킨 후 동일한 파장에서 흡광도를 측정하 여 anisidine 용액과의 반응 전과 후를 측정하여 p-AV 값을 확인하였다.
산소유도기간
식물 종자유의 산화안정도를 확인하고자 Rancimat(892 Professional Rancimat, Metrohm AG, Herisau, Switzer-
Table 1. Fatty acid profiles in plant seed oils (%) Korean red pine Chopi tree Large-leaflet prickly-ash Palmitic acid (C16:0)
Stearic acid (C18:0) Oleic acid (C18:1ω9) Linoleic acid (C18:2ω6) Arachidic acid (C20:0) Gondoic acid (C20:1ω9) Behenic acid (C22:0) Lignoceric acid (C24:0)
6.50±0.06c1) 3.92±0.04b 22.24±0.07b 50.01±0.10a 17.45±0.01a 0.94±0.05c 3.11±0.01b 0.02±0.01c
24.33±0.04b 3.61±0.10b 39.06±0.05a 18.99±0.06b 0.35±0.02c 16.36±0.12a 0.94±0.03c 0.52±0.01b
39.52±0.10a 10.54±0.05a 39.28±0.64a 4.48±0.15c 2.69±0.52b 4.48±0.27b 8.04±0.21a 2.07±0.02a ΣSaturated fatty acid (%)
ΣMonounsaturated fatty acid (%) ΣPolyunsaturated fatty acid (%) Lipid extraction yield (%)
27.06±0.09b 23.18±0.12c 50.01±0.10a
27.13
26.15±0.10b 55.43±0.17a 18.99±0.06b
12.69
52.32±0.85a 43.76±0.91b 4.48±0.15c
6.02
1)Means with different letters (a-c) within a row are significantly different (P<0.05).
land) 장치를 이용하여 산소유도기간을 측정하였다(Kim 등, 2017). 식물 종자유 3 g을 tube에 넣고, thermal oxidation 을 유도하기 위해 tube에 20 L/h의 조건으로 공기를 주입하 여 120°C의 온도에서 실험을 진행하였다. 그 후 산화 과정 을 통해서 발생한 formic acid, ketones, aldehydes, car- boxylic acids와 같은 전도성의 산화생성물을 측정하는 센 서를 통해서 산소유도기간을 탐색하였다(Kim 등, 2019).
통계처리
본 연구의 실험값은 최소 3회 이상의 반복을 통해 얻어진 평균값과 표준편차값을 이용하였고, 각각의 실험값 간의 유 의성은 SAS 9.2(Statistical Analysis System, Version 9.0, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 통계 프로그램을 통해, Tukey’s multiple range test에 의해 비교하였다(P<
0.05).
결과 및 고찰
지방산 조성
식물 종자유의 지방산을 분석한 결과를 Table 1에 나타 내었다. 3가지 식물 종자유에서 총 8가지의 지방산이 동정 되었다. 소나무 종자유의 경우 linoleic acid(C18:2)가 주된 지방산이며, oleic acid(C18:1)와 arachidic acid(C20:0)가 높은 비율(22.24±0.07%와 17.45±0.01%)로 존재하는 반 면 식물유지에서 높은 비율을 가지는 포화지방산 중 하나인 palmitic acid(C16:0)는 다소 소량으로 확인되었다(6.50±
0.06%). Linoleic acid는 식물의 종자유에 존재하는 대표적 인 지방산 중 하나로 알려져 있으며, 그 효능으로는 체내의 혈중 LDL-콜레스테롤 저감 효과와 동맥 내 혈전 생성 억제 효능이 알려져 있다(Watkins와 German, 2002). 또한 체내 합성이 불가하여 외부로 공급을 받아야 하는 필수지방산으 로 분류되어 있다. 이러한 체내 불합성은 oleic acid에서 이 중결합 형성을 촉매하는 delta12-fatty acid desaturase가 체내에 존재하지 않기 때문으로 알려져 있다(Watkins와 German, 2002).
초피나무의 경우 단일불포화지방산의 비율이 가장 높게 확인되었는데, oleic acid(C18:1)가 전체의 39.06±0.05%
로 나타났으며, gondoic acid(C20:1)가 16.36±0.12%로 확인되었다. Oleic acid는 stearic acid로부터 delta9-fatty acid desaturase를 통해 합성되는데, 앞서 언급한 linoleic acid와 함께 식물 종자유에 존재하는 대표적인 지방산 중 하나로 알려져 있다(Andersen과 Gorbet, 2002). Linoleic acid와 같은 필수지방산은 아니지만 체내 LDL-콜레스테롤 저감효능과 심혈관계 질환 예방에 영향을 미치는 연구 결과 로 인해 기능성 유지로서의 중요한 의미를 가진다(Grundy, 1986). 또한 환경적인 요인을 볼 때 종자를 재배하는 토양의 온도가 증가하면 oleic acid의 비율도 함께 증가한다고 알려 져 있다(Golombek 등, 1995). 그리고 일반적인 종자 유지에 서 미량으로 존재하지만 초피나무에서는 상대적으로 높은 비율을 보인 gondoic acid는 oleic acid로부터 acyl group 의 형성을 통해 합성되며, oleic acid와 같은 기능성을 가지 는 지방산으로 보고되고 있다(Andersen과 Gorbet, 2002).
왕초피나무의 경우 대표적인 식물유지의 포화지방산인 palmitic acid가 가장 높은 비율인 39.52±0.10%를 보였고, 그다음으로 oleic acid가 39.28±0.64%를 나타내었다. 왕 초피나무의 경우 포화지방산의 비율이 전체의 절반 이상 (52.32%)의 경우로 높은 포화지방산의 비율은 우수한 산화 안정성, 편리한 가공 용이성 및 맛 성분과 관련이 있다고 알려져 있다(Park 등, 2019).
전체적으로 볼 때 본 연구에서 사용한 세 가지 식물 종자 유는 각각 다양한 지방산 조성을 나타내었으며, 이러한 지방 산 조성의 결과를 토대로 연구 및 산업화의 목적에 맞는 식 물유지의 선택에 기초자료를 제시하는 연구로써 이용 가능 할 것으로 판단된다. 또한 일반적인 유지의 가장 취약한 부 분인 산패로 인한 품질 저하에 대한 추가적인 연구도 계속해 서 진행되어야 할 것이다.
식물성스테롤(phytosterols) 함량
식물종자 유지에 함유된 phytosterols의 함량은 Table 2에 나타내었다. 전체적인 phytosterols 함량은 가장 낮은
Table 2. Phytosterol contents in plant seed oils (mg/100 g of oil) Sample Campesterol Stigmasterol β-Sitosterol Δ5-Avenasterol Total Korean red pine
Chopi tree
Large-leaflet prickly-ash
49.02±1.67a1) 21.31±0.01c 31.51±0.48b
1.75±2.48c 7.65±0.07b 17.37±0.21a
202.50±7.35a 59.94±0.21c 140.52±2.45b
99.46±3.56a 6.74±0.05c 15.17±0.26b
352.74±10.10a 95.64±0.18c 204.57±3.39b
1)Means with different letters (a-c) within a column are significantly different (P<0.05).
Table 3. Tocopherol contents in plant seed oils (mg/100 g oil)
Sample α-T β-T γ-T δ-T Total
Korean red pine Chopi tree
Large-leaflet prickly-ash
21.51±0.02a1) 1.39±0.05b 1.52±0.11b
1.10±0.01b 4.24±0.11a 1.11±0.02b
67.24±0.70a 1.13±0.02b 1.10±0.02b
1.92±0.01a 1.10±0.02b 1.10±0.01b
91.77±0.69a 7.84±0.16b 4.82±0.11c
1)Means with different letters (a-c) within a column are significantly different (P<0.05). T: tocopherol . 초피나무(95.64±0.18 mg/100 g)부터 왕초피나무(204.57
±3.39 mg/100 g), 소나무(352.74±10.10 mg/100 g)까지 넓은 범위에서 유의적인 차이(P<0.05)를 확인할 수 있었다.
개별 phytosterol에서 campesterol의 경우 소나무에서 가 장 높은 함량(49.02±1.67 mg/100 g)을 확인할 수 있었으 며, stigmasterol은 왕초피나무에서 가장 높은 함량(17.37
±0.21 mg/100 g), β-sitosterol은 소나무에서 가장 높은 함량(202.50±7.35 mg/100 g), 그리고 Δ5-avenasterol의 경우에서도 소나무에서 가장 높은 함량(99.46±3.56 mg/
100 g)을 확인할 수 있었다. 종자 유지에 함유된 phytos- terols에 대한 연구 결과(Kozłowska 등, 2016)에서 고수, 케러웨이, 아니스, 넷머크, 백겨자의 종자유에서 전체 phy- tosterols 함량이 283.64~859.79 mg/100 g oil의 범위에 서 분포함을 보고하였다. 이러한 범위는 문헌상으로 발표되 고 있는 상업적인 식용유지에 함유된 phytosterols 함량이 대략 100 mg/100 g에서 250 mg/100 g 정도의 범위로 발 표되는 결과와 비교할 때 충분히 영양기능적 잠재력을 확인 할 수 있는 결과로 판단된다(Robbins 등, 2011). 현재까지 250여 가지의 종류가 확인되고 있는 식물성스테롤은 다양 한 연구 결과를 통해서 cholesterol-lowering effect를 확 인하였고, 필수지방산과 같이 체내에서 합성이 불가하거나 매우 소량만 합성하는 특성으로 식이를 통해서 충분한 공급 이 이루어져야 하는 물질로 알려져 있다(Haddada 등, 2007).
특히 식물성 스테롤의 함량을 통해 식물유지의 purity 검증 의 수단으로도 이용되고 있다(Haddada 등, 2007). 식품학 관점으로 볼 때 섭취된 식물성 스테롤은 콜레스테롤에 비해 낮은 흡수율(5% vs. 40%)을 가지고 있기 때문에 충분한 섭 취가 요구된다고 보고되고 있다(Moreau 등, 2002). 이러한 이유로 식물성 스테롤의 공급원에 관한 다양한 연구가 이루 어져야 할 것이다.
비타민 E(tocopherols, T) 함량
식물종자 유지에서 추출한 tocopherols 함량에 대해서는 Table 3에 나타내었다. 3가지 산림유지의 비타민 E의 함량 을 보면 4.82±0.11 mg/100 g(왕초피 나무)에서 91.77±
0.69 mg/100 g(소나무)까지의 유의적인 차이(P<0.05)를 보이는 범위를 나타내었다. 개별적인 tocopherol을 볼 때 소나무에서 가장 높은 α-tocopherol(21.51±0.02 mg/100 g)과 γ-tocopherol(67.24±0.70 mg/100 g)의 함량을 보였 다. 식물소재의 종자유에 존재하는 tocopherol 분포에 대한 문헌(Miraliakbari와 Shahidi, 2008)을 보면 7가지 tree nut oil의 tocopherols 함량을 분석한 결과 6.18~19.87 mg/100 g의 범위로 나타났음을 보고하였다. 이러한 결과에 서 소나무에 존재하는 tocopherols 함량(91.77±0.69 mg/
100 g)은 식용으로 보편적으로 사용되는 tree nut oils와 비교해서도 매우 높은 tocopherols 함량으로 판단된다.
Tocopherols는 비타민 중에서도 대표적인 불포화지방산에 대한 산화방지 효과를 지니므로 노화방지 효과가 알려져 있 다. 구조상으로 2-methyl-6-hydroxy-chroman 유도체 군으로 형성되어 있는데, 중요한 고리형태인 chromanol- ring에 존재하는 methyl기의 치환 정도에 따라 α-T, β-T, γ-T, δ-T 형태의 tocopherols가 존재한다(Shin 등, 2009).
그중 α-T는 비타민 E의 활성이 가장 높은 형태의 toco- pherol이며, γ-T는 주요한 식품에서 항산화제로 사용되는 형태로서 앞서 언급하였듯이 소나무에서 매우 높은 함량이 확인되었다. 일반적인 식물유지에서 미량 tocopherols로 알려진 β-T와 δ-T는 초피나무의 β-T 함량(4.24±0.69 mg/100 g)을 제외하고는 낮은 비율로 존재하였다. 상대적 인 tocopherol의 활성을 비교해보면 α-T> β-T> γ-T> δ- T의 순으로 볼 수 있으며, 주된 활성은 불포화지방의 항산화 활성으로 지질 산패 시 발생하는 다양한 과산화물이 원인이 되는 질병인 동맥경화, 백내장, 암 등을 예방 효과를 기대해 볼 수 있다(Eitenmiller와 Lee, 2004). Ryu와 Kwon(2012) 의 연구에서 오미자씨에서 추출한 tocopherol의 함량을 α- tocopherol equivalent(TE)로 변환 시 0.59 mg α-TE/100 g으로 발표하였고, 추가로 해바라기씨유 36.6 mg/100 g, 파프리카 30 mg/100 g, 칠리파우더 2.1 mg/100 g, 아몬드 26.2 mg/100 g, 잣 9.3 mg/100 g으로 제시한 결과를 볼 때 소나무종자 유지의 영양 기능적 잠재력을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.
Table 4. AVs, POVs, and p-AVs in plant seed oils
Sample Acid value (mg KOH/g) Peroxide value (meq/kg) p-Anisidine value (AnV) Korean red pine
Chopi tree
Large-leaflet prickly-ash
4.52±0.37c 35.25±0.30a 27.07±0.01b
7.32±0.16c 21.38±6.97a 16.79±2.58b
22.29±0.47c 62.59±1.67a 44.31±0.19b
1)Means with different letters (a-c) within a column are significantly different (P<0.05).
산가, 과산화물가, 아니시딘산가
식물종자 유지에 함유된 산가, 과산화물가, 아니시딘 산 가의 함량은 Table 4에 나타내었다. 유지 자원 중 가장 높은 산가를 보인 샘플은 초피나무(35.25±0.30 mg KOH/g), 왕 초피나무(27.07±0.01 mg KOH/g), 소나무(4.52±0.37 mg KOH/g)의 순서로 나타났다. 일반적으로 산가는 1개의 글리 세롤과 결합한 지방산이 품질 변화(특히 산패)에 따라 가수 분해가 발생하여 개별적인 유리 지방산으로 분리되었을 때 발생되는 산도를 측정하여 높은 산가는 유지의 품질 저하를 의미한다. 상업적인 식용유지의 경우 일반적으로 2.0 mg KOH/g의 산가 기준을 통해 그 이하를 식용 가능한 지표로 삼고 있어 식물유지를 식용으로 사용하기 위해서는 탈산과 정을 거쳐 유리지방산을 제거해서 산가의 수치를 기준치 이 하로 낮추어야 식용유지로서의 사용이 가능할 것으로 판단 된다(Ryu와 Kwon, 2012; Kim 등, 2017). Table 4에 제시 한 식용유지로서의 다소 높은 산가는 추출과정에서 발생 가 능한 산패로 인한 부분과 신선한 유지에서부터 존재하는 기 존의 유리지방산 함량으로 인한 결과로 인한 2가지 가능성 을 볼 수 있다. 그리하여 식물종자 유지의 산패를 방지하는 가공기술과 기존의 유리지방산을 제거하는 탈산공정에 대 한 추가적인 연구도 진행되어야 할 것으로 판단된다. 과산화 물가의 경우 유지 자원 중 가장 높은 값을 보인 샘플은 초피 나무(21.38±6.97 meq/kg), 왕초피나무(16.79±2.58 meq/
kg), 소나무(7.32±0.16 meq/kg)의 순서로 나타났다. 과산 화물가는 유지에 존재하는 과산화물의 함량을 통해서 유지 의 산패도를 측정하는 보편적인 방법으로 유지의 자동산화 과정에서 중요한 측정인자로 알려져 있다(Dobarganes와 Velasco, 2002; Kim 등, 2017). 지질의 산패의 경우 연속적 인 과산화물의 생성이 진행되고 이러한 과산화물은 다시 저 분자로 존재하는 휘발성과 비휘발성 물질로 분해되면서 자 동산화가 종료된다(Dobarganes와 Velasco, 2002). 일반 적인 식용유지의 과산화물가의 함량을 60 meq/kg 이하라 는 규격을 볼 때 식물종자 유지가 현재 비정제상태의 유지라 는 점을 감안해도 산화생성물의 생성에 의한 산패 진행은 아직 이루어지지 않았다고 판단된다(Lee 등, 2013).
아니시딘산가의 경우 초피나무에서 가장 높은 값(62.59
±1.67 AnV)을 보였으며, 뒤를 이어 왕초피나무(44.31±
0.19 AnV)와 소나무(22.29±0.47 AnV)의 순서로 나타났 다. 아니시딘산가의 측정법을 보면, 유지의 자동산화 과정에 서 과산화물에서 분해된 물질 중 휘발성의 aldehydes의 양 이 증가하게 되며, 이러한 휘발성을 가지는 저분자 생성물질
의 함량을 측정해서 산패도를 측정한다. 특히 2-alkenal이 나 2,4-alkadienal이 중요한 인자로 알려져 있다(Dole- schall 등, 2002). 상업적으로 이용되는 식용유지의 경우 아 니시딘 값이 10 AnV 이하로 알려져 있으며, 이러한 값은 사용빈도가 증가함에 따라서 계속해서 증가하게 된다. 연구 에 의하면 20회의 튀김공정을 통해서 초기값에서 10배 이상 이 증가한다고 보고되고 있다(Multari 등, 2019). 본 실험에 서 식물종자 유지의 값이 정제된 식용유와 비교할 때 다소 높은 함량을 보이고 있으며, 이러한 높은 p-AV 결과값은 지방산의 산패도와 연관성을 가진다고 보고되고 있다(Gao 와 Birch, 2016). 하지만 또 다른 연구에서 p-AV 실험에 대해서는 같은 유지 샘플 내에서 조건에 따라 변화하는 추세 를 비교하는 값으로의 이용이 적합하다는 발표를 하였다 (Guillén과 Cabo, 2002). 그 이유는 신선한 유지에서도 유 지의 종류에 따라 다양한 p-AV 값이 확인되었고, 특히 높은 불포화도를 가진 유지의 경우 신선한 상태에서도 높은 p- AV 값이 확인되는 경우가 있다고 알려져 있다(Guillén과 Cabo, 2002). 따라서 수치적인 값을 볼 때 실험에 사용된 식물종자 유지의 불포화도에 의한 영향이 원인일 수 있으며, 또한 유지의 추출과정에서 충분한 산소의 차단이나 저온 저 장의 미흡함으로 인한 과정에서 발생될 수 있는 상황도 예상 해 볼 수 있다. 따라서 향후 식물종자 유지의 추출 및 정제 과정에서 p-AV 값을 안정화시킬 수 있는 방안에 대한 추가 적인 연구가 계속해서 진행되어야 할 것으로 판단된다.
산소유도기간
식물종자 유지가 가진 산화안정도를 확인하기 위해 Ran- cimat test를 이용하여 산소유도기간을 측정하였고, 그 결 과를 Fig. 1에 나타내었다. 본 연구에서 사용된 3가지 산림 유지 중 소나무에서 산소유도기간이 가장 긴 2.31±0.01 h 였으며, 왕초피나무(0.02±0.01 h)와 초피나무(0.01±0.01 h)에서는 상대적으로 낮은 산소유도기간이 확인되었다. Kim 등(2017)에서 제시한 산림유지들의 산소유도기간을 보면 0.70±0.01 h에서 18.40±1.02 h의 범위를 보였고, 이에 대 한 결과와 비교할 때 본 연구에서 사용된 식물종자 유지의 산소유도기간은 다소 짧은 결과를 보였다. 이러한 차이는 소나무가 가지는 Table 4에서 나타낸 산화안정성 지표였던 산가와 과산화물가, anisidine value가 초피나무나 왕초피 나무보다 우수한 결과를 보였으며, 산소유도기간은 이러한 산화안정성 결과와 동일한 결과를 확인할 수 있었다. 산소유 도기간은 유지가 외부 요인에 의해서 산패가 발생되기 직전
A
B
C
Fig. 1. Induction times of plant seed oils. (A) Korean red pine, (B) Chopi tree, and (C) Large-leaflet prickly-ash, respectively.
에 나타나는 높은 산소흡수도에 이르는 시간을 의미하며, 이러한 산소유도기간의 측정은 산림 유지의 산패로 인해 생 성된 휘발성 dicarboxylic acids의 형성이 Rancimat 시스 템 내에서 전기적 전도도의 증가를 통해 유지의 산화안정성 을 확인하는 지표로 사용되고 있다(Hidalgo 등, 2006; Kim 등, 2017). 유지가 가지는 산소유도기간에 대한 또 다른 문 헌을 살펴보면, 다양한 조류와 어류에서 추출한 지질의 산소 유도기간을 2.3~7.6 h로 보고된 연구(Yang 등, 2017)가 있 다. 본 연구에서 확인된 식물유지 중 소나무를 제외하고는 조류나 어류에 존재하는 지질보다 산소유도기간이 짧은 것 으로 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 식물유지의 산화안정 성이 다소 낮을 수 있다는 결과로 해석할 수 있다. 또한 Mancebo-Campos 등(2007)의 연구에서 본 연구에서 진행 된 온도인 120°C보다는 낮은 저온(60°C)에서 진행된 올리 브유의 산소유도기간을 65~140 h로 보고된 결과를 확인할 수 있는데, 이러한 결과에서 산소유도기간을 측정하는 Ran- cimat 분석에서의 조건에 따라 산소유도기간은 다양하게 존 재할 수 있다고 판단된다. Li 등(2019)에서는 Rancimat 실 험에 사용되는 물의 종류에 따라서 전도도의 차이를 확인할 수 있어 그에 대한 차이도 산소유도기간에 영향을 미친다고
보고하였다. 단순히 분석 장비에서 보여주는 유지의 산소유 도기간 수치만으로 산화안정성을 판단하기보다는 실험에 적용된 조건에 대한 비교가 함께 이루어져야 할 것이다. 이 렇듯 앞서 언급한 Mancebo-Campos 등(2007)의 연구와 같이 올리브유에서도 유지의 정제단계에 따른 상황에서도 큰 폭의 산소유도기간의 차이(65~140 h)를 보이고 있음을 볼 때 미량의 영양성분의 차이에도 다양한 산소유도기간의 차이가 발생가능하다는 점을 확인하였다. 본 연구에서 사용 된 3가지 식물유지가 나타내는 산소유도기간을 볼 때 이러 한 낮은 산소유도기간이 유지의 추출 및 저장과정에서 발생 하는 부분적 산패에 의한 것인지, 아니면 유리지방산이나 저분자 휘발성 물질을 다량 함유하는 비정제 상태의 유지가 보이는 수치인지에 대한 여부는 추가적인 연구가 필요할 것 으로 판단된다.
요 약
본 연구에서는 식물종자 자원에서 추출한 유지자원의 이용 에 대한 잠재력을 확인하고자 지용성 영양성분에 대한 연구 와 이를 토대로 한 산화안정성을 확인해 보았다. 영양성분의
경우 다양한 포화지방산과 불포화지방산의 비율을 보였고, 식물성 스테롤인 phytosterols과 지용성 비타민인 toco- pherols의 다양한 함량 분포를 확인하였다. 산화안정성을 확인해 볼 때 1차 산화생성물인 산가와 과산화물가의 값은 소나무 유지에서 상대적으로 안정적인 값을 확인하였고, 이 러한 경향은 2차 산화생성물의 지표인 p-AV 값에서도 비슷 한 결과를 얻을 수 있었다. 산화안정성의 지표인 산소유도기 간 측정에서도 불포화지방산과 지용성 항산화제인 toco- pherols의 함량에 따른 다양한 결과를 보였다. 본 연구에서 얻은 식물종자 유지의 영양성분 조성 및 산화안정성에 대한 결과를 토대로 식물종자 유지 자원의 산업적 이용을 위한 기초자료로서의 활용이 가능할 것으로 판단된다.
감사의 글
이 논문은 2018~2019년도 경남과학기술대학교 대학회계 연구비 지원에 의하여 연구되었음.
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