볶음처리에 따른 백하수오(Cynanchi wilfordii Radix)의 이화학적 특성 및 영양성분 변화
⁃ 연구노트 ⁃
김다솜․김회성․홍성준․조진주․신의철 경남과학기술대학교 식품과학부
Changes in Physicochemical and Antioxidative Properties of Cynanchi wilfordii Radix after a Roasting Treatment
Da-Som Kim, Hoe-Sung Kim, Seong Jun Hong, Jin-Ju Cho, and Eui-Cheol Shin Department of Food Science, Gyeongnam National University of Science and Technology
ABSTRACT The physicochemical and nutritional properties of Cynanchi wilfordii Radix samples as well as the levels of benzopyrene production were investigated at different roasting temperatures and times. An analysis of benzopyr- ene using samples roasted at 180°C and 120°C for 4 min revealed no benzopyrene. The browning intensities and total phenol contents were mostly high under further roasting conditions. The 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl and 2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) radical scavenging activities also increased after the roasting pro- cedure, and the samples roasted at 180°C for 4 min showed the highest levels. An analysis of the constituent amino acid and free amino acid contents revealed aspartic acid and arginine to be highest in both the constituent and free amino acids and they increased with increasing roasting temperature and time. In addition, the constituent amino acids and free amino acids showed a high level of glutamic acid and γ-amino butyric acid, which affects the physiological activity, respectively. These results provide basic data on the nutritional content of C. wilfordii Radix in the food industry.
Key words: Cynanchi wilfordii Radix, roasting, total phenol contents, antioxidant, amino acids
Received 9 January 2018; Accepted 29 January 2018
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
서 론
동북아시아에 걸쳐 분포한 하수오는 여뀌과 식물인 큰조 롱(Polygonum multiflorum Thunberg)의 뿌리를 일컬으며 덩이로 된 모양이 특징이다. 이러한 하수오가 백색을 띠는 것이 백하수오이며 은조롱(Cynanchum wilfordii Hemsley) 의 덩이뿌리이고 백하수오라고도 불린다. 하수오의 종류에 는 백하수오 이외에 적하수오도 포함되며 이 둘은 기원식물 로부터 형태학적뿐만 아니라 기능학적으로도 분류하고 있 다. 한의학적 측면에서 백하수오의 효능으로 치질과 심장질 환에 도움이 되고 흰머리 예방과 안색에 좋으며 뼈를 튼튼하 게 하고 산후질환 및 부인질환 등에 효과가 있는 것 등이 알려져 있다(1).
백하수오의 주요 기능에 관하여 백하수오의 에탄올 추출 물이 세포에 독성을 미치지 않으며 멜라닌 생성을 억제한다 는 연구와 백하수오 추출물이 혈중 성장호르몬 지표 중의 하
나인 IGF-1의 분비와 뼈의 골격 성장을 촉진한다는 연구가 보고되었으며, 백하수오의 항산화, 항당뇨 및 항비만 효과와 관련된 음료의 소재로서의 이용을 제시하는 연구가 알려져 있다(2-4). 또한, Na와 Lee(5)에 의하여 백하수오 분말 첨가 에 따른 양갱의 품질 및 항산화 활성에 관한 연구가 진행되 었으며, 고지방 식이 급여군에게 백하수오 추출물을 투여한 결과로 총 콜레스테롤과 triglyceride가 감소하고 간에서 염 증 관련 인자인 COX-2의 발현을 억제한다는 연구가 보고되 었다(6). 전보(7)에서 백하수오의 휘발성 성분의 탐색과 영 양성분에 대한 검토가 이루어졌었고, Choi 등(8)의 연구에 서 적하수오 및 백하수오 추출물의 항산화능 및 항균 활성을 구명하기 위한 목적으로 총 페놀 함량과 DPPH 라디칼 소거 능 등을 측정하였으며, Han 등(9)은 백하수오의 항산화 활 성과 아미노산의 분포에 관하여 연구를 진행한 바 있다.
이와 같이 백하수오의 효능에 관한 여러 연구가 발표되었 지만 아직 식품의 주재료로써 사용될 때 가공 및 조리에 따른 백하수오 영양학적 성분의 변화에 대한 연구는 부족한 실정 이다. 본 연구에서는 백하수오의 항산화능 및 아미노산 함량 의 변화를 알아보고 더불어 영양성분 면에서 발암물질이 일 어나지 않는 최적의 볶음 온도와 시간에 대한 기초 자료를 제공하는 바이다.
재료 및 방법
실험재료
본 연구에 사용된 백하수오는 산청 생약농업협동조합을 통해 재배된 것을 구입하였다. 본 연구에 사용된 백하수오 표본(specimen voucher number: GFS-012)은 경남과학 기술대학교 식품과학부 표본실에 보관하였다. 실험을 위해 Waring blender(8011EG, Waring Commercial, Torring- ton, CT, USA)를 사용하여 백하수오를 50 mesh 입도로 파쇄하여 실험에 사용하였다. Frying 용도의 가정용 pan을 이용하여 백하수오를 120°C와 180°C에서 각각 4분 동안 roasting 공정을 거쳤다. 200 g의 파쇄된 백하수오 샘플을 적외선 온도계(Infrared DT-8380, InnoCal Solutions Co., Vernon Hills, IL, USA)를 사용하여 설정온도가 유지되는 지 확인하였고 매 1분마다 50 g의 샘플을 각각 취하였다.
볶음 온도 및 시간은 120°C에서 1분, 2분, 3분, 4분 볶은 것과 180°C에서 1분, 2분, 3분, 4분 볶은 것을 샘플로 사용 하였다. 또한, 볶음처리를 하지 않은 백하수오 샘플을 대조 군으로 실험에 이용하였다.
시약
본 연구에 사용된 모든 시약과 아미노산 표준품, 벤조피 렌 표준품은 Sigma-Aldrich Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 2,2’-Azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6- sulfonic acid)(ABTS), anhydrous sodium sulfate, 1,1-di- phenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH), dichloromethane, etha- nol 그리고 n-hexane은 HPLC-grade를 사용하였고, Folin- Ciocalteu’s reagent, gallic acid, hydrochloric acid(HCl), N,N-dimethylformamide, potassium persulfate, sodium carbonate, sodium sulfate 그리고 sulfosalicylic acid는 ACS-grade를 이용하였다. 아미노산 분석에 이용되는 시약 (buffer)은 Biochrom사(Cambridge, UK)에서 구입하여 사 용하였다.
벤조피렌
볶음과정으로 인한 유해물질의 생성을 확인하기 위해 백 하수오 샘플에 존재하는 벤조피렌 함량을 분석하였다(10).
샘플 5 g을 분액깔때기에 취하여 n-hexane 50 mL와 N,N- dimethylformamide : H2O(9:1, v/v) 혼합용액 25 mL를 넣 어 진탕한 후 수용층을 분리하였고, 분리한 수용층에 1%
황산나트륨 용액 50 mL와 n-hexane 50 mL를 넣어 진탕한 다음 지용층을 분리하였다. 분리한 지용성 용매층에 증류수 50 mL를 가하여 혼합한 후 수용성 용매층을 제거하였고 남 아있는 지용성 용매층은 anhydrous sodium sulfate를 포함 한 Whatman No. 1 거름종이(Whatman International Ltd., Maidstone, UK)를 이용하여 탈수 및 여과하였다. 여과액은 40°C로 설정된 water bath에서 감압 농축 후 n-hexane 10 mL와 n-hexane :N,N-dichloromethane(3:1, v/v) 혼합용
액 5 mL를 가하여 용출시킨 다음 0.45 μm membrane filter 로 여과하여 gas chromatography(GC; Agilent 7890A, Agilent Co., Palo Alto, CA, USA) 분석 샘플로 하였다.
사용한 칼럼은 HP-5(30 m×0.32 mm i.d., 0.25 μm film thickness; Agilent Co.)였으며, oven 온도는 10분 동안 100°C까지 상승시킨 후 분당 60°C로 280°C까지 승온시켰 고 그 후 310°C까지 상승시켰다. 주입구 온도는 280°C로 설정하였고 샘플은 1 μL를 주입하였으며, split ratio는 2:1, 검출기 온도는 320°C였고 불꽃이온화검출기(flame ion- ization detector, FID)를 이용하여 검출하였다.
갈변도
볶음 온도와 시간에 따른 백하수오의 갈변화를 측정하기 위해서 9가지 백하수오 샘플 1 g을 60°C로 가열된 정제수 100 mL로 10분 동안 추출하였고 추출된 용액 200 μL를 96-well에 가한 후 spectrophotometer(Multiskan GO, Thermo Fisher Scientific Co., Vantaa, Finland)를 이용하 여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. 증가한 흡광도 값은 갈변도의 증가로 간주하였다(11).
총 페놀 함량
총 페놀 함량의 분석은 Folin-Ciocalteu의 방법(12)을 이 용하여 확인하였다. 증류수를 사용하여 샘플을 1 mg/mL로 희석시킨 후 희석용액 1 mL에 증류수 9 mL와 2 N Folin- Ciocalteu’s reagent 1 mL를 넣은 다음 30초간 혼합하였 다. 혼합용액에 7% sodium carbonate 10 mL와 증류수 4 mL를 가하고 25°C에서 2시간 동안 정치 반응시킨 후 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질로는 gallic acid를 이용하였고 0~500 μg/mL 농도로 조절하여 동일한 방법으 로 분석하였다. 이후 표준물질의 검량선을 사용하여 샘플들 의 총 페놀 함량을 계산하였다.
DPPH 라디칼 소거능
백하수오의 항산화능을 알아보기 위하여 DPPH 라디칼 소거능을 측정하였다(13). 9가지의 백하수오 샘플에 증류수 를 이용하여 농도별(1, 5, 10, 50, 100 mg/mL)로 희석한 후 샘플용액 10 μL에 0.1 mM의 DPPH 용액(HPLC-grade 에탄올에 용해) 1 mL를 넣어 교반하였고 37°C에서 30분간 암소에서 방치한 다음 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 다음의 식에 대입하여 항산화력을 측정하였다.
DPPH radical scavenging activity (%)＝
(
1－ 샘플 첨가구의 흡광도)
×100샘플 무첨가구의 흡광도
이후 각 샘플의 농도별 항산화력을 이용하여라디칼 소거 능이 50%가 되는 샘플의 농도(mg/mL) 값인 IC50을 계산하 였다.
ABTS 라디칼 소거능
백하수오의 ABTS 라디칼 소거능 측정은 van den Berg 등(14)의 방법을 변형하여 이용하였다. Phosphate buffer saline(PBS) buffer에 용해한 14 mM ABTS 용액과 증류수 에 용해한 4.9 mM potassium persulfate 용액을 동량으로 혼합한 후 24시간 암소에 방치하고 734 nm에서 흡광도가 0.7±0.02가 되도록 PBS buffer로 희석하여 working sol- ution으로 사용하였다. 9가지의 백하수오 샘플에 증류수를 이용하여 농도별(1, 5, 10, 50, 100 mg/mL)로 희석한 후 샘 플용액 20 μL에 working solution 180 μL를 넣고 37°C에 서 10분간 암소에 방치하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였 으며, 다음의 식에 대입하여 라디칼 소거능을 측정하였다.
ABTS radical scavenging activity (%)
(
1－ 샘플 첨가구의 흡광도)
×100샘플 무첨가구의 흡광도
이후 각 샘플의 농도별 소거능을 이용하여라디칼 소거능 이 50%가 되는 샘플의 농도(mg/mL) 값인 IC50을 계산하였 다.
조단백질
조단백질은 분석은 원소분석기(vario MACRO cube, El- ementar Analysensysteme GmbH, Langenselbold, Ger- many)를 이용하여 산출된 총 질소의 양을 통해 백하수오가 가지는 질소 단백질 계수(6.25)를 곱하여 조단백질 함량을 계산하였다(15).
구성아미노산
구성아미노산을 분석하기 위해 acid hydrolysis법(7)을 이용하였다. 9가지 백하수오 샘플 0.1 g을 칭량한 후 6 N HCl 3 mL를 가하여 혼합하고 감압 밀봉한 다음 110°C로 가열된 교반기능을 가진 heating block(Thermo Fisher Scientific Co., Rockford, IL, USA)에서 24시간 동안 acid hydrolysis를 진행하였다. 분해된 시액 10 μL와 sodium dilution buffer 990 μL를 혼합한 후 0.2 μm membrane filter로 여과하여 아미노산 자동분석기(L-8900, Hitachi High Tech., Tokyo, Japan)를 이용해 정량 분석하였다.
유리아미노산
유리아미노산을 분석하기 위해 test tube에 9가지 백하수 오 샘플 0.5 g과 에탄올 10 mL를 넣고 10분간 교반하였다.
교반 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리 한 다음 상층액을 새로운 test tube에 분리하여 질소를 이용해 감압 농축하였 다. 이후 lithium loading buffer 12.5 mL로 용해시키고 sulfosalicylic acid 20 mg을 첨가하여 4°C에서 1시간 동안 방치한 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리 하였고 0.2 μm membrane filter로 여과하여 구성아미노산 분석에 사용된 동일한 아미노산 자동분석기(L-8900, Hitachi High Tech.)
로 정량 분석하였다(7).
통계처리
본 연구에서 제시된 결과값은 3회 반복을 통한 평균값과 표준편차로 나타내었고 평균값은 SAS version 9.2(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) 프로그램을 이용하여 Tukey 의 다중검정(Tukey’s multiple range test) 및 paired T- test를 통해 유의성을 검증하였다(P<0.05).
결과 및 고찰
벤조피렌
볶음에 따른 벤조피렌의 생성 여부를 확인하기 위하여 120°C에서 4분 볶은 샘플과 180°C에서 4분 볶은 샘플의 벤조피렌 검출 실험을 진행하였다. 볶음과정은 주로 높은 온도에서 처리되는 공정으로 인해서 식품 및 식품소재 내의 탄수화물, 지방질 및 단백질 등의 열분해(pyrolysis)가 발생 하며, 이로 인해 벤조피렌과 같은 위해성 물질의 생성이 이 루어진다고 알려져 있다(16). GC-FID를 이용한 벤조피렌 의 total ion chromatogram을 Fig. 1에 나타내었고, Fig.
1에서 나타낸 120°C에서 4분 볶은 샘플과 180°C에서 4분 볶은 샘플을 확인한 결과 벤조피렌은 본 연구에서 설정된 볶음 온도와 시간에 따른 샘플 그룹에서는 검출되지 않은 것으로 확인되었다. Park 등(17)의 연구에서 참깨 착즙액의 벤조피렌 함량을 분석한 결과 160°C, 200°C, 240°C에서 3분간 볶음처리를 하였지만 벤조피렌이 검출되지 않았다고 보고하였다. 이러한 결과는 높은 온도에서도 볶음 시간을 단시간으로 줄이게 되면 벤조피렌의 생성을 막을 수 있다고 판단하였다. 반면 Jang 등(18)의 연구에서는 볶음 온도에 따른 한방차의 벤조피렌 함량 변화를 알아본 결과, 80°C부 터 140°C까지 온도가 상승할수록 벤조피렌 함량이 증가하 는데 이는 볶음 표면의 온도가 약 200°C에 이르기 때문에 표면과 직접 접촉하여 일부 벤조피렌이 생성되었다고 보고 하였다. 본 연구에서는 최고 180oC에서 볶음처리를 하였지 만 두께가 두꺼운 팬을 이용하였기 때문에 볶음 시 샘플 표 면에 직접 열이 닿지 않아 벤조피렌이 생성되기에 충분한 열이 가해지지 않았다고 판단되며, 이에 향후 볶음처리 과정 에서 벤조피렌이 검출되지 않는 최대온도 설정에 대한 연구 가 필요하다고 판단된다.
갈변도
갈색도는 볶음 정도를 나타내는 시각적인 표시이고 소비 자의 기호성을 좌우하는 중요한 요인으로 식품의 품질이나 신선도를 나타내는 지표이다(19). 본 연구에서는 볶음에 따 른 백하수오의 갈변화를 관찰하였고 결과를 Table 1에 나타 내었으며 흡광도가 클수록 갈색도가 높은 것으로 해석된다.
볶음 후 백하수오의 갈색도에 큰 변화는 없었지만 120°C에 서 3분 볶은 샘플은 흡광도가 0.62±0.02로 다른 샘플들이
A
B
C
Fig. 1. Total ion chromatogram benzopyrene in Cynanchum wilfordii. (A) benzopyrene standard, (B) 120°C for 4 min, and (C) 180°C for 4 min, respectively.
Table 1. Changes in antioxidant ability and wavelength of Cynanchum wilfordii with various roasting times and temperatures Temp. (°C)
0 min 120°C 180°C
Time (min) 1 min 2 min 3 min 4 min 1 min 2 min 3 min 4 min Browning intensity 0.12±
0.01b1)
0.09±
0.01d
0.11±
0.01bcd
0.62±
0.02a
0.11±
0.01bcd
0.10±
0.01cd
0.11±
0.01bcd
0.10±
0.01cd
0.11±
0.01bcd Total phenol contents
(mg/g)
666.70±
137.47ab
512.26±
36.32ab
467.06±
119.77ab
753.33±
87.77a
357.83±
143.53b
425.63±
128.51b
613.96±
42.78ab
403.03±
47.05b
591.36±
153.83ab DPPH-IC50 (mg/mL) 496.77±
26.06a
375.87±
10.85b
321.09±
3.47c
264.05±
10.63d
327.16±
5.94c
202.69±
2.38ef
184.16±
3.36f
227.38±
4.99e
107.25±
0.85g ABTS-IC50 (mg/mL) 54.43±
0.36b
52.66±
0.33c
53.27±
0.28bc
32.35±
0.36e
58.41±
0.85a
34.75±
0.68d
31.25±
0.53e
29.58±
0.07f
28.26±
0.49f Data represent the mean±SD in triplicate.
1)Values in the same row with different letters (a-g) are significantly different by Tukey’s multiple range test (P<0.05).
0.09~0.11인데 비하여 차이를 보였다. 볶음 온도가 증가함 에 따라 갈색도도 증가하다 일정 온도 이상에서는 감소한다 고 보고된 바가 있고 본 연구에서도 유사하게 나타났는데, 이는 당 및 아미노산이 갈변반응의 기질로써 고온 장시간 조건에서 상대적으로 감소하게 되고 갈색물질 또한 중합과 축합으로 고분자가 되어 불용화되기 때문으로 판단된다(20).
Lee 등(21)은 볶음 조건에 따른 구기자 열수 추출물의 색도 를 탐색하였고, 볶음 시간과 온도가 증가할수록 밝기(light- ness)와 황색도(yellowness)가 증가하는 경향을 보고하였 고, 이러한 원인은 유리당과 아미노산 성분들의 Maillard 반응에 의한 것으로 판단하였다. 또한, Ko 등(22)은 볶음 쌀눈의 색도를 분석하였는데 볶음과정을 거친 쌀눈의 경우 밝기와 황색도가 유의적(P<0.05)으로 감소하였다고 보고하 였다. 황색도의 경우 볶음 초기에는 증가하다가 다시 감소하 는 경향을 보였으며, 적색도(redness)의 경우는 오히려 증 가함을 확인하였다고 보고하였다. 밝기의 변화는 샘플 자체 의 색도가 낮은 샘플의 경우는 오히려 밝기가 증가하는 경향 이 있으며, 대조적으로 샘플 자체의 색도가 높은 샘플의 경우 는 밝기가 감소하는 경향이 있다고 판단된다. 문헌에서 본 연구와 같이 browning intensity를 직접 측정한 연구보다는 색차계를 이용한 L(lightness), a(redness), b(yellowness) 의 측정을 주로 보고하는데, 갈변도는 적색도의 증가와 연관 지을 수 있을 것으로 판단되며, 앞서 언급하였듯이 밝기의 경우는 샘플 본래의 색에 따라 경향의 차이를 보일 수 있으 나 백하수오의 밝은 색도를 고려할 때 볶음처리를 거치면서 밝기는 감소하는 것으로 볼 수 있다. 백하수오를 포함하여 식품의 색도에 대해서는 이화학적 특성뿐만 아니라 관능적 인 부분과도 밀접하게 연결되는 부분으로 식품소재로의 이 용을 위해서 식품 및 식품소재의 색도 변화에 대한 다양한 연구가 시도되어야 할 것으로 확신한다.
총 페놀 함량
페놀 화합물은 백하수오와 같은 천연물에 많이 함유되어 있고 자유 라디칼을 소거하는 기능이 보고되었으며, 페놀 (-OH)기를 가진 화합물들의 총량인 총 페놀 함량은 샘플의 항산화 활성을 측정하는 데 있어서 중요한 요인이 된다(23).
표준물질로 사용된 gallic acid의 검량선 측정에서 R2= 0.9914로 높은 직선성(linearity)을 확인하였으며, 검량선 을 이용하여 샘플의 총 페놀 함량을 계산한 결과를 Table 1에 나타내었다. 120°C에서 4분간 볶음처리를 한 샘플이 753.33±87.77 mg/g으로 가장 높은 함량을 나타냈고, 180
°C에서 4분간 볶음처리를 한 샘플이 403.03±47.05 mg/g 으로 가장 낮은 함량을 나타냈다. 백하수오 샘플들의 총 페 놀 함량은 높은 수치를 가지며 볶음처리에 따른 유의적인 차이가 크게 나지 않지만(P>0.05) 볶음과정 후에 함량이 다 소 증가한 부분이 있다. 이는 가열에 대한 페놀기의 안정성과 열처리 과정 중 생성된 reductone과 같은 갈변물질의 영향 으로 보인다(24). Lee 등(25)의 연구에서 결명자의 볶음과
정에 따른 폴리페놀의 함량이 증가하는 것으로 보고하였다.
이러한 이유는 볶음공정에 따른 가열처리에 의해 샘플의 내 부조직 파괴로 인하여 페놀성 화합물이 쉽게 추출되어 함량 이 증가하는 것으로 판단하였다. 반면 Yun 등(26)은 장시간 고온에서 들깻잎의 볶음처리 과정에서 총 페놀 함량이 감소 하였고, 페놀성 화합물인 caffeic acid와 rosmarinic acid의 함량이 감소하였다고 보고하였다. 이에 폴리페놀 함량은 볶 음처리를 통해 적절한 온도와 시간에 의해서 추출 수율의 증가를 확인할 수 있지만 장시간 고온의 볶음처리는 오히려 총 페놀 함량의 감소를 야기한다고 판단되어, 총 페놀 함량 에 대한 최적의 볶음 온도와 시간에 대한 연구가 계속해서 필요할 것으로 판단된다.
DPPH 라디칼 소거능
DPPH 라디칼은 안정한 유리 라디칼이며 항산화제에 의 해 환원되어 색이 본연의 짙은 보라색으로부터 탈색되는데, 색의 변화로 샘플의 항산화성을 측정하는 데 이용된다(27).
백하수오의 DPPH 라디칼 소거능 측정 결과를 Table 1에 나 타내었다. 볶음처리 이전의 라디칼 소거능이 496.77±26.06 mg/mL로 다소 높은 IC50의 함량을 보이지만, 볶음처리 후에 전체적으로 샘플의 DPPH 활성이 증가하였다. 120°C 볶음 처리보다 180°C에서 볶은 샘플이 DPPH 활성이 더 높았으 며, 특히 180°C에서 4분 볶은 샘플은 IC50 값이 107.25±0.85 mg/mL로 가장 우수하였다. 볶음처리 이후에 항산화 활성이 증가한 것은 총 페놀 함량 결과에 대한 부분과 동일한 기작으 로 판단되며 가열에 의해 항산화 활성 물질의 생성과 결합형 폴리페놀이 유리형 폴리페놀로 전환함으로써 전자 공여능 활성이 증가한 것에 영향을 받았다고 판단된다(28). Na와 Lee(5)의 경우 백하수오를 양갱에 첨가하여 품질 특성을 확 인한 결과 백하수오의 함량이 증가함에 따라 라디칼 소거능 도 비례하여 증가함을 확인하였다고 보고하였다. Lee 등 (29)은 볶음공정에 따른 타타리 메밀의 항산화 활성을 측정 하였는데, 볶음처리를 하지 않은 타타리 메밀의 경우 약 56%
의 라디칼 소거능을 보인 데 반해 175°C에서 5분 볶음처리 를 한 샘플의 경우 67.9%로 증가하였고 10분간 볶음처리를 거친 경우 71.9%까지 증가함을 확인하였으며, 250°C의 고온 의 경우는 5분간 볶음처리를 한 샘플의 경우 79.54%로 증가 하였지만 10분간 볶음처리의 한 경우에는 오히려 59.50%
로 감소하였다고 보고하였다. 본 연구에서 180°C에서 4분 볶은 샘플에서 높은 라디칼 소거능을 확인하였지만, 계속 볶음처리를 진행할 경우 오히려 라디칼 소거능이 다소 감소 할 것으로 판단된다. 이러한 볶음처리에 따른 라디칼 소거능 의 증가는 볶음처리에 의해 생성되는 Maillard 반응의 생성 물질인 melanoidin의 증가가 주요한 원인이라고 보고하였 다. 또한, Lee 등(25)은 결명자의 볶음공정에 따른 라디칼 소거능을 확인한 결과 200°C 이하의 온도에서 볶음처리를 할 경우 볶음 시간에 따라 그 활성이 증가하거나 유지되는 경향을 확인하였고, 225°C 및 250°C의 경우에는 5분간 볶
Table 2. Crude protein contents in Cynanchum wilfordii with various roasting times and temperatures Temp. (°C)
0 min 120°C 180°C
Time (min) 1 min 2 min 3 min 4 min 1 min 2 min 3 min 4 min Crude protein (%) 15.27±
0.62ab
15.40±
1.05ab
16.05±
0.96ab
15.44±
0.01ab
17.31±
0.52ab
14.66±
0.93b
16.53±
0.48ab
17.41±
0.54a
17.78±
0.37a*2) Data represent the mean±SD in triplicate.
1)Values with different letters (a,b) are significantly different by Tukey’s multiple range test (P<0.05).
2)Value with symbol (*) indicate a significant difference between 0 min and each roasted sample by paired T-test (P<0.05).
음처리를 거친 후 200°C에서 나타난 라디칼 소거능보다 더 낮게 나타났으며, 시간에 따라 증가폭이 적거나 오히려 감소 하는 경향을 보고하였다. 이에 라디칼 소거능은 볶음처리를 통해 적절한 온도와 시간에 의해서 라디칼 소거능의 증가를 확인할 수 있지만 장시간 고온의 볶음처리는 오히려 라디칼 소거능의 감소를 야기한다고 판단되어, 라디칼 소거능에 대 한 최적의 볶음 온도와 시간에 대한 연구가 계속해서 필요할 것으로 판단된다.
ABTS 라디칼 소거능
ABTS 라디칼 소거능을 이용한 항산화능 측정은 potas- sium persulfate와의 반응에 의해 생성된 ABTS 자유 라디 칼이 샘플의 항산화 물질에 의해 제거되어 라디칼 특유의 색인 청록색이 탈색되는 것을 이용한 방법이다(30). ABTS 라디칼 소거능 결과를 Table 1에 나타내었고 IC50 값으로 표시하였다. 180°C에서 4분 볶은 샘플이 28.26±0.49 mg/
mL로 ABTS 라디칼 소거능이 가장 우수하였으며 이는 DPPH 라디칼 소거능 결과와 일치하였다. 항산화 활성이 볶음 온도 와 시간에 따라 일정하게 증가하거나 감소하지 않은 점에 대해서는 고온 열처리로 인해 항산화 활성이 감소하였다는 Kim 등(31)의 연구 결과와 같이 열의 영향에 대한 항산화 물질의 반응이 한 면만 있지 않다는 것과 샘플 내에 함유된 물질의 종류와 결합구조에 따라 안정성이 다르기 때문으로 보인다. Ko 등(32)의 연구에서 수수차의 볶음처리 공정에 따른 ABTS 라디칼 소거능의 변화를 보면 라디칼 소거 활성 은 볶음 시간이 증가할수록 활성은 증가하다가 7분간 처리 된 샘플에서 가장 높은 활성을 보였으며, 그 이후에 감소하 는 패턴을 관찰하였다고 보고하였다. 이러한 패턴은 수수차 의 도정도에 따라서도 약간의 차이를 보인다고 보고하였다.
Suh와 Chun(33)의 연구에서도 보리의 볶음 조건에 따른 추 출물의 항산화성을 조사한 결과 과도한 볶음 조건에서는 항 산화성이 감소한다는 보고가 있으며, 본 연구와 같이 DPPH 라디칼 소거능과 마찬가지로 항산화 활성에 대한 최적 온도 와 시간에 대한 계속된 연구가 진행되어야 할 것으로 판단된 다.
조단백질 함량
볶음 정도에 따른 조단백질 함량에 대해서는 Table 2에 나타내었다. 볶음처리를 거치지 않은 백하수오의 조단백질 비율은 15.27±0.62%로 확인되었고, 120°C와 180°C의 온
도에서 4분간 볶음처리를 거친 후 조단백질의 비율은 각각 17.31±0.52%와 17.78±0.37%로 다소 증가함을 확인할 수 있었지만, 8가지 온도 및 시간에 따른 조건에서 Tukey법에 의한 유의적인 차이(P<0.05)를 보이지는 않았으며, T-test 에 의한 대조군(raw)과의 비교에서는 180°C의 온도에서 4 분간 볶음처리를 거친 샘플에서만 유의적인 차이(P<0.05) 를 확인할 수 있었다. Ko 등(32)의 연구에서 도정도와 볶음 시간에 따른 수수차의 조단백질 함량을 보고하였고, 볶음 시간에 따라서는 조단백질의 함량에 큰 차이가 없음을 보고 하였다. 이러한 비율의 증가는 함량의 증가로 판단하기보다 는 각 샘플의 성분들이 100°C 이상의 온도에서 열처리에 따른 수분 감소 및 기타 유기물질의 파괴로 인한 것으로 확 인된다. 그에 반해 Lee 등(34)의 연구에서는 볶음 조건에 따른 멥쌀가루의 단백질 함량을 확인하였고 볶음과정에서 단백질의 함량이 다소 감소하는 것을 확인하였으며, Giami 등(35)의 연구에서도 아프리카 빵나무 종자의 볶음처리 과 정에서 단백질 함량의 감소를 확인하였다. 이에 볶음과정에 따른 조단백질 함량 평가는 볶음처리 조건이나 소재에 따라 서 다양할 수 있을 것으로 판단되었다.
구성아미노산
볶음 정도에 따른 백하수오의 구성아미노산 구성 비율을 측정하여 Table 3에 나타내었다. 전체적으로 aspartic acid 와 arginine은 볶음 온도와 시간에 비례하여 함량과 비율이 증가하였으며, 180°C에서 4분 볶음처리 한 샘플에서 각각 7.54±0.02%, 39.37±0.07%를 차지하였으며, 같은 샘플에 서 glutamic acid는 9.96±0.02%를 차지하여 이 세 가지 아미노산이 구성아미노산 중 가장 높은 비율을 가져, 본 실 험 조건 중 고온 및 장시간에서 가장 안정된 아미노산으로 확인되었다. 특히 arginine은 수용액 상태에서 주로 쓴맛 (bitterness)을 나타내는 아미노산으로 알려져 있어, 볶음 온도와 시간이 증가할수록 샘플의 쓴맛을 증가시키는 요인 이 되고 있어 온도와 시간에 대한 증가는 곧 쓴맛과의 연관 성을 생각할 수 있다. 쓴맛을 나타내는 아미노산은 arginine 을 비롯하여 histidine, isoleucine, leucine이 있으며, 이들 은 백하수오에 소량으로 존재하고 있었다(36). 또한, gluta- mic acid는 단백질을 구성하는 아미노산 중 높은 함량을 가 지고 있는 아미노산 중 하나로써 감미 특성에서 umami로 표현되는 감칠맛에 기여하는 아미노산으로 알려져 있으며, flavor enhancer로써 이용되고 있다(36,37). 이에 gluta
mic acid에 의한 맛 성분의 변화도 볶음처리 조건에 따라 달라질 수 있음을 확인하였다. Lysine의 경우 볶음처리에 따라 비율의 감소를 볼 수 있는데, 이는 열처리 과정에서 발 생되는 Maillard reaction과 연관 지을 수 있을 것으로 판단 된다. 백하수오에 존재하는 유리당과 아미노산의 반응인 Maillard reaction은 대표적인 비효소적 갈변화 반응으로써 식품 및 식품소재에서 색도와 맛, 그리고 향에 영향을 미치 는 반응이다. 아미노산 중 lysine의 경우 대표적인 반응 아미 노산으로써 Maillard reaction을 통해 25%가량의 영양 손 실이 발생하는 것으로 알려져 있으며, 본 연구에서도 120°C 의 볶음과정보다 180°C의 볶음과정에서 높은 손실률을 보 였다. Agunbiade와 Longe(38)는 yambean의 볶음과정에서 lysine 함량이 8% 감소하였다고 발표하였고, 이러한 lysine 의 손실이 Maillard reaction으로 인해 발생한 것으로 판단 하였다. 볶음공정과 같은 고온처리에서는 아미노산의 다양 한 변화를 확인할 수 있는데, 앞서 언급한 Maillard reaction 과 같은 갈변화에 따른 맛과 향기성분의 변화뿐만 아니라 mutagenic compounds의 형성도 유발하게 되는데, 백하수 오에 존재하는 glutamic acid의 경우 2-amino-6-meth- yldipyrido[1,2-a:3’,2’-d]imidazole과 2-aminodipyrido [1,2-a:3’,2’-d]imidazole과 같은 mutagenic compounds 의 형성에 관여하고 있다고 알려져 있다(36). 문헌 연구를 볼 때 Ha 등(39)의 연구에서는 숭늉제조용 찐백미의 총 아 미노산 함량이 볶음과정을 거치면서 감소하였음을 보고하 였고, 반면 Kashani와 Guy Valadon(40)은 nut류의 볶음과 정에서는 아미노산의 함량 변화가 나타나지 않았다고 보고 하였으며, 이러한 결과가 nut류가 저해재로 인해서 Maillard 반응이 별로 일어나지 않아서 그러한 결과가 생겨난 것으로 판단하였다. 이에 볶음과정에서 발생 가능한 아미노산의 조 성 및 함량의 변화는 Maillard 반응과 매우 밀접한 관계가 있을 것으로 판단하였다.
유리아미노산
볶음 온도와 시간에 따른 백하수오의 유리아미노산 변화 를 관찰하였고 샘플 내에 함유된 아미노산의 비율을 Table 4에 나타내었다. 구성아미노산 결과와 마찬가지로 aspartic acid와 arginine의 비율은 볶음 온도와 시간에 비례하여 증 가하였고 aspartic acid에 amide기가 붙여진 asparagine의 비율은 감소하였는데 이는 amide기가 휘발성 염기물질로 가열 분해된 것으로 판단된다(41). 180°C에서 4분 볶음처 리 한 샘플에서 가장 높은 비율을 가지는 arginine이 40.56
±0.06%, 다음으로 γ-amino butyric acid(GABA)가 20.08
±0.01%로 높았다. 문헌(42)에 의하면 단백질을 구성하지 않는 유리아미노산의 일종인 GABA는 glutamate decar- boxylase(GAD)의 탈탄산 작용에 의해 glutamic acid로부 터 전환을 통해서 항고혈압 효과, 혈중 콜레스테롤 및 중성 지방 증가 억제, 뇌의 혈류 개선 등의 생리활성을 가지고 있어 기능성 식품소재로 많이 이용되는 물질로 알려져 있다.
그리하여 GABA는 외부적 환경 요인을 이용하여 그 함량을 증가시키는 시도가 늘어나고 있다. 백하수오에 함유된 유리 아미노산 중 arginine 다음으로 높은 함량을 나타내었는데, 백하수오에 함유된 GABA는 함량이 높을 뿐 아니라 볶음 온도와 시간에 따른 변화가 크지 않은 것으로 보아 열에 우 수하다는 것을 알 수 있었다. 또한, 이 물질은 높은 수용성을 가지며 생리활성에 긍정적으로 영향을 미친다는 연구 결과 가 있어(43), GABA 함량의 보존 및 증가를 유도할 수 있는 가공적성에 대한 연구가 필요할 것으로 판단된다. Cha 등 (44)의 보고에서 GABA는 외부의 환경적 요인의 스트레스 에 의해 함량이 증가하는데, 곡물의 경우 수침과정에서도 효 소 활성, 수분흡수율, pH 및 미생물 증식 등의 이화학적 변 화로 인하여 GABA 함량이 영향을 받게 된다고 보고하였다.
또한, Kwak(45)의 연구에서도 GABA 함량이 높은 갈색 유 색미차를 개발하기 위해 볶음 온도와 시간을 달리하여 갈색 유색미를 볶은 후 GABA 함량을 측정하였는데, 170°C에서 10, 20, 30분간 볶은 갈색 유색미의 GABA 함량이 감소하였 다고 보고하였다. 170°C에서 10분간 볶은 경우의 GABA 함량이 6.83 mg/100 g으로 가장 높았고, 220°C에서 11분 간 볶은 경우가 가장 함량이 낮았다고 확인하였다. GABA 함량이 높은 식품 및 식품소재를 개발하기 위해서는 적절한 볶음 온도와 시간에 대한 연구가 필요할 것으로 보고하였다.
요 약
약용작물의 종류 중 하나인 백하수오를 식품 및 식품소재로 이용하기 위해 다양한 볶음 온도와 시간으로 볶음처리를 하 였고, 이에 따른 벤조피렌 생성 여부, 갈변도, 총 페놀 함량, 항산화 활성, 조단백질 및 아미노산 함량을 확인하였다. 볶 음처리로 인한 벤조피렌 생성의 경우 180°C와 120°C에서 각각 4분 동안 볶은 샘플을 이용하여 확인한 결과 벤조피렌 은 확인되지 않았다. 볶음처리에 따른 갈변도 및 총 페놀 함 량은 볶음처리 후 더욱 증가하는 패턴을 보였으며, 이는 열 처리로 인해 생성된 갈변물질의 영향으로 판단된다. DPPH 와 ABTS 라디칼 소거능 역시 볶음처리 이후에 증가함을 확인하였고, 샘플 중 열처리가 가장 많이 된 180°C에서 4분 간 볶은 샘플이 가장 높다는 결과를 통해 열처리 온도와 시 간에 대한 조건이 식품 및 식품소재의 항산화력의 증가에 중요한 요소가 될 수 있을 것으로 판단된다. 구성아미노산과 유리아미노산의 경우 aspartic acid와 arginine 비율 증가가 가장 높았고 볶음 온도와 시간에 비례하여 증가하였으며, 이외에 구성아미노산에서는 flavor enhancer로 이용되는 glutamic acid, 그리고 유리아미노산에서는 생리활성에 영 향을 주는 γ-amino butyric acid가 가공처리에 따른 상대적 인 비율이 높은 아미노산으로 확인되었다. 따라서 본 연구는 백하수오의 볶음처리 조건에 따른 이화학적 및 영양성분 변 화에 대한 기초자료로 제공될 것으로 확신한다.
감사의 글
본 연구는 농림축산식품부 농생명산업기술개발사업(과제번 호: 314021-03-1-SB030)에 의해 이루어진 결과입니다.
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