동결분쇄에 따른 아로니아, 자몽, 서리태, 발아현미의 이화학적 특성
전형주1, 이일남1, 한예은1,2, 정호준1, 박하은2, 정주영2, 이진규2*
1한국맥널티㈜
2이화여자대학교식품공학과
Received: December 20, 2017 / Accepted: December 20, 2017
서 론
식품을분말로제조하기위해서
,
수분이많은식품은건조 한다음분쇄를하여분말화하고,
수분이적은식품은바로 분쇄를하여분말로제조한다.
건조는고형분내의물을기 체상태로제거하는가장오래된식품가공법이다.
식품을건 조하면식품내수분을감소시켜미생물의증식을억제하므 로보존성이증가한다.
열에의한건조방법은식품내에마 일라드반응(Mailard reaction)
을촉진시켜그반응생성물과 기타탄닌과같은성분이리그닌함량으로포함되어식이섬 유의함량이증가[1, 2]
하거나,
전분을호화시켜아밀라아제에의한소화를촉진하는긍정적인효과가있다
.
그러나열 풍건조에의해폴리페놀과같은항산화성분의감소[3]
와같 은부정적인측면도있다.
동결건조는영양성분및기능성성분의손실을최소화하 기위하여사용한다
. Jin
등은Vitamin C
와β-carotene
의손 실을최소화하기위해서는동결건조하는것이바람직하다 고하였다[2].
동결건조로영양성분과기능성성분의손실을최소화하기 위해대부분동결건조방법을사용하지만
[4],
분쇄기에냉각 시스템을도입하지않으면분쇄공정에서열이발생하는열 이영양성분을감소시킬수있다.
동결분쇄는영하190
℃의 액체질소를사용하여분쇄시발생하는열을차단하여열 에의한식품의풍미저하와영양성분의손실을막을수있 는기술이다[5
−7].
건조방법에따른영양소의보존에대한연구가있었다
. Physicochemical Characteristics of Powder from Cryogenic Grinding of Aronia, Grapefruit, Black Bean, and Germinated Brown Rice
Hyeong-ju Jeon
1, Il-nam Lee
1, Ye-eun Han
1,2, Ho-jun Jeong
1, Ha-eun Park
2, Ju-yeong Jung
2, and Jin-Kyu Rhee
2*
1
Korea Mcnulty, Cheunan 31009, Republic of Korea
2
Department of Food Science and Engineering, Ewha Womans University, Seoul 03760, Republic of Korea
We compared the ingredients present in freeze-dried ground food samples with those present in hot air- dried and ambient ground food samples to optimize processing conditions for preserving nutrients in and for improving the ingestion of different foods. The freeze-dried ground sample of black bean showed 4.57%
higher retention rate than the ambient ground sample of black bean. Mineral content was also significantly different between these two samples. Moreover, the freeze-dried ground sample of black bean contained 11.54% higher content of β-carotene, a precursor of vitamin A, than the ambient ground sample of black bean. Total anthocyanin content was 453.49 mg in the freeze-dried ground sample of Aronia compared with 158.98 mg in the ambient ground sample of Aronia. Contents of β-carotene and niacin increased by 129.47%
and 439.39%, respectively, in the freeze-dried ground sample of grapefruit. Retention rates of proteins, car- bohydrates, and niacin were 107.74%, 103.87%, and 156.52%, respectively, in the freeze-dried ground sample of germinated brown rice. Protein digestibility increased by 120.5% and 101.14% in the freeze-dried ground samples of Aronia and black bean, respectively, but did not increase in the freeze-dried ground samples of grapefruit and germinated brown rice.
Keywords: Retention rate, aronia, black bean, germinated brown rice, grapefruit, freeze grinding
*Corresponding author
Tel: +82-2-3277-4297, Fax: +82-2-3277-4213 E-mail: [email protected]
© 2017, The Korean Society for Microbiology and Biotechnology
수창포
(Acorous calamus L.)
의열풍건조와동결건조비교에 서회분함량은온도가증가할수록같거나높아지고동결건 조한시료의함량이가장낮고,
조지방과조단백함량은건조방법에 따라 유의적 차이가 없다고 하였다
[8].
산사과(Crataegi frucuts)
의 총폴리페놀은 동결건조 추출물에서15.78 mg/g
이고열풍건조추출물에서9.29 mg/g
으로동결 건조추출물에서높은함량을보였고,
총플라보노이드는동 결건조추출물에서26.46 mg
으로열풍건조추출물9.41 mg/
g
에비해높았는데,
이것은건조과정중온도에따라페놀성화합물이변형되어함량이감소된것이라하였다
[3].
아로니아의 총탄닌은진공동결건조
2.46 g TE/100 g,
열풍건조1.87 g TE/100 g,
생과0.68 g TE/100 g
이고,
총안토시아닌 은진공동결건조743.09 mg C3G/100 g,
열풍건조101.10
mg C3G/100 g
이고,
페놀화합물의주성분인프로안토시아니딘은진공동결건조가
6.21 g/100 g,
열풍건조가3.18 g CE/
100 g
이고,
클로로겐산(Chlorogenic acid)
함량은동결건조 가180.08 mg/100 g,
열풍건조가112.28 mg/100 g
으로분석 항목모두진공동결건조가높은함량을보여진공동결건조 가아로니아의생리활성을강화시키는데가장적합하다고 하였다[9, 10].
이외에브로콜리[11, 12],
마(Yam) [13],
야콘[14],
다래[15],
천마(Gastrodiae Rhizoma) [16],
파찌감[17],
해조추출분말[18],
모시[19],
오미자[20],
삼백초[21].
도라지[22],
표고버섯[23],
블루베리[24]
의분쇄방법에따른영양성 분비교가보고되었는데,
진공동결건조가열풍건조에비하 여우수하게영양성분을보존하는것으로보고하였다.
한편
,
분쇄방법에따른영양소의보존에관한연구가진행 되었다.
검은후추(Black pepper)
를열풍분쇄하였을때휘발 성기름의손실율은동결분쇄에비하여약50%
라고하였다[25, 26].
호로파(fenugreek)
를일반분쇄시95
℃까지상승하며휘발성기름은약
30%
손실되고,
어두운색의분말이만들어진다고하였다
.
호로파의총Sapogenin
의함량은일반 분쇄가품종에따라3.61
−8.103%,
동결분쇄가9.35
−10.023%
로 동결분쇄가일반분쇄에비하여123.7%
−141.5%
로높았고,
총Diosgenin
의 함량은 일반분쇄가 품종에 따라1.393
−1.577%,
동결분쇄가2.113
−2.557%
로동결분쇄가일반분쇄 에비하여51.7
−174.6%
로높다고하였다[27]. Lee
등은보 리싹의일반분쇄와동결분쇄를비교하여동결분쇄가일반분 쇄에비하여인공지질막을9.88
배잘투과할수있게하는분쇄방법이라하였다
[28].
아로니아의활성성분은안토시아닌아로니아의가열온도에 따른총안토시아닌함량변화는
40
℃이하에서는안정한편 이나40
℃이상60
℃는감소속도가서서히증가하나, 60
℃ 이상에서급격히감소속도가증가하였다[29].
서리태는대두와마찬가지로게니스테인
(genistein)
과다 이제인(daizein)
과같은이소플라본(isoflavone)
을풍부하게함 유하고있는데,
게니스테인은식물성에스트로겐(Phytoestrogen),
항암,
단백질Tyrosine kinase
활성, DNA topoisomerase
활성을가진다[29, 30].
기능성성분에대한건조방법에의한함량의변화는상기 한바와같이다수있으나
,
분쇄방법에따른열량,
수분,
지 방,
단백질,
식이섬유,
회분,
β-carotene, Ca, Fe, K, P,
니아 신등의영양성분에미치는영향에관한연구는미미한편 이다.
따라서,
본연구에서는동결건조한식품을동결분쇄하 는것이영양성분을보존또는이용하는방법으로좋은조 합인지확인하기위하여아로니아,
자몽,
서리태,
발아현미 를대상으로연구하고자하였다.
재료 및 방법
실험재료
아로니아는충북영동군소재삼도봉농장에서재배된아 로니아를기증받았다
.
자몽은천안시소재금천식자재마트 에서미국산을구매하여사용하였다.
서리태와발아현미는 농협하나로에서천안소재아우내농협에서수매한2016
년재 배된한국산을구매하여사용하였다.
시료준비
건조시열에의한영양성분의변화를비교하고자일반건 조시료를준비하였다
.
아로니아와자몽의일반건조는열풍 건조기(SH-40C, SH Scientific, Korea)
를이용하여수분이10%
이하로감소할때까지60
℃에서3
일간열풍건조하였다.
서리태와발아현미는건조된것을구매하여추가건조하지 않았다.
아로니아는건조를원활하게하기위하여껍질이벌 어질만큼으깨어일반건조시료로사용하였다.
시료각각을 가정용분쇄기(DHM-7000CW, Daesung Artlon, Korea)
로9
분간실온에서분쇄하여80 mesh
체를통과하는것을일Table 1. Conditions of freeze-drying.
Item Pre-
freeze 1 2 3 4 5 6 7 8 Total
Temp. ( ℃) -40 -10 -10 0 0 20 20 30 30
Time (h) 3 3 20 2 8 2 8 3 20 69
Vaccum (mbar) 200 200 200 200 200 200 200 50 20
Fig. 1. Powder analysis of ambient ground and freezing ground samples.
반분쇄시료로사용하였다
.
발아현미는동결분쇄가잘될수있도록
4
℃에서2
시간침 지를하였다.
아로니아동결건조에는으깨지않은아로니아 원물을 사용하였다.
동결건조는 동결건조기(FDT-8620, Operon, Korea)
에서0.02 torr
까지건조하였다(Table 1).
동 결분쇄는Hosokwa
에서제작한것(Linrex Mill LX1, Japan)
을사용하여-90
℃이하에서6,200 rpm
으로각각의시료를 분쇄하였다.
영양성분 분석
원료를시료준비방법에따라원물
,
일반분쇄,
동결분쇄등 을준비하여한국식품연구원,
수원여자대학교식품분석연구 센터에열량,
수분,
지방,
단백질,
식이섬유,
회분,
β-carotene, Ca, Fe, K, P,
니아신에대해분석의뢰하였다.
서리태와발 아현미는건조된것을구매하여,
동결분쇄시동결건조를하 지않았으며,
자몽과아로니아는동결건조한다음동결분쇄 를하였다.
아로니아의총안토시아노사이드성분은한국기 능식품연구원에분석의뢰하였다.
입도 분석
입도모양분석은주사전자현미경
(TM3030Plus, Hitachi,
Japan)
를이용하여분쇄시료의이미징데이터를측정하였다
.
입도크기분석은레이저회절입도측정기(SALD-2300, Shimadzu, Japan)
를사용하여같은시료를3
번측정하였다.
Protease
에 의한 단백질 소화율 분석단백질소화율을비교하기위하여식품공전의프로테아제
역가를 측정하는 방법을 변형하여 사용하였다
.
시료를protease (SLBT3383, Sigma Aldrich, USA)
로소화시킨후 생성되는L-tyrosine
에포린시액으로발색하고,
흡광도측정 기(Spectraman iD3, Molecular Devices, USA)
로660 nm
에서흡광도값을측정하여소화율을비교하였다.
통계처리
본연구의결과는모든측정을
3
반복으로수행된평균값 과표준편차로나타내었으며, SAS 9.3 (SAS Institute Inc., USA) program
을이용하여분산분석(ANOVA)
한후p < 0.05
수준에서Duncan’s multiple range test
를하여처리군간의 유의성을검정하였다.
결과 및 고찰
영양성분 분석
아로니아
,
자몽,
서리태,
발아현미의원물,
일반분쇄,
동결 분쇄의영양성분분석결과는Table 2
−5
에나타내었다.
영 양성분의함량을비교하기위하여수분을0%
로변환하여비 교하였다.
아로니아의원물에대한열량
(Calorie),
단백질,
탄수화물 의보존율은일반분쇄에비하여동결분쇄가115.87%, 91.43%, 102.53%
로일반분쇄에비해높아보존율이높았다.
칼슘,
철 분,
칼륨,
인과같은미네랄과회분은77.25
−99.1%
로일반분 쇄에서아로니아원물에비하여더높은함량을보였는데, Ca
2+, Fe
2+, Mg
2+, K
+등의1
가및2
가양이온으로존재하다가피틴산
(Phytic acid)
과킬레이트화합물을형성하기때문으로Table 2. Nutritional analysis of aronia.
Nutrients Raw Aronia Aronia ambient ground Aronia freezing ground
Contents Retention rate (%) Contents Retention rate (%)
Calorie (Kcal/100 g) 339.31 346.74 102.19 393.16 115.87
Fat (g/100 g) 1.93 2.22 115.03 0.27 13.99
Protein (g/100 g) 3.50 3.12 89.14 3.20 91.43
Ash (g/100 g) 2.43 2.29 94.24 2.05 84.36
Carbohydrate (g/100 g) 92.15 92.36 100.23 94.48 102.53
β-carotene (μg/100) 3,753.65 4,164.97 110.96 298.74 7.96
Ca (mg/100 g) 161.80 160.34 99.10 131.67 81.38
Fe (mg/100 g) 2.33 1.80 77.25 1.30 55.79
K (mg/100 g) 923.71 869.91 94.18 722.81 78.25
P (mg/100 g) 168.95 153.99 91.15 ND ND
Niacin (mg/100 g) 5.32 ND ND 2.16 40.60
Vitamin B2 (mg/100 g) 0.56 0.22 39.29 0.32 57.14
Dietary fiber (g/100 g) 30.29 27.59 91.09 24.36 80.42
Total anthocyanoside (mg/g) 552.18 877.85 158.98 2,504.65 453.59
추정된다
[31].
니아신은일반분쇄에서검출되지않았고동결분쇄에서
40.6%
보존율을보였는데,
니아신이열에의해감소하고빛에더많은영향을받아감소한다는것과비슷한결과를보
였다
[4].
총안토시아닌은동결분쇄에서일반분쇄에비하여453.49 mg/g
으로일반분쇄158.98 mg/g
보다높아열에불 안정한안토시아닌을잘보존하려면동결분쇄가유리하였다.
자몽의동결분쇄는지방,
탄수화물,
칼슘,
식이섬유를제 외하고영양소의보존율이높았다.
특히,
동결분쇄에서베타 카로틴은원물에비하여129.47%,
니아신은439.39%,
로열에의한분해를막았기때문으로생각된다
[4].
칼슘,
철분,
칼 륨의함량이원물에비해높은것은섬유질이많은자몽을 동결분쇄로평균입도가1/2.88
로더작게분쇄하여미네랄 성분들이잘용출될수있었기때문으로생각된다.
식이섬유 는 건조 시와 분쇄 시발생하는 열에 의해 마일라드반응(mailard reaction)
을촉진시켜그반응생성물과기타탄닌 과같은성분이리그닌함량으로포함되어식이섬유함유량 이증가하는것으로,
당근,
양배추,
표고버섯,
양송이버섯,
미역
,
김을50–60
℃에서일반건조시킨결과를냉동건조시킨시료와비교할때
3%
에서5%
까지총식이섬유함량이증가Table 3. Nutritional analysis of grapefruit.
Nutrients Raw Grapefruit Grapefruit ambient ground Grapefruit freezing ground Contents Retention rate (%) Contents Retention rate (%)
Calorie (Kcal/100 g) 337.72 336.78 99.72 339.03 100.39
Fat (g/100 g) 1.86 2.42 130.11 2.17 116.67
Protein (g/100 g) 4.78 4.90 102.51 5.10 106.69
Ash (g/100 g) 3.12 3.58 114.74 3.75 120.19
Carbohydrate (g/100 g) 90.24 89.09 98.73 88.99 98.61
Vitamin C(mg/100g) 310.69 35.63 11.47 74.79 24.07
β-carotene (μg/100g) 7846.55 7801.43 99.42 10159.13 129.47
Ca (mg/100 g) 277.69 370.57 133.45 356.97 128.55
Fe (mg/100 g) 0.80 0.78 97.50 1.82 227.50
K (mg/100 g) 1316.53 1295.29 98.39 1434.81 108.98
P (mg/100 g) 172.84 149.58 86.54 153.73 88.94
Niacin (mg/100 g) 0.33 ND - 1.45 439.39
Vitamin B1 (mg/100 g) 0.13 0.02 15.38 0.04 30.77
Vitamin B2 (mg/100 g) 0.20 0.18 90.00 0.18 90.00
Dietary fiber (g/100 g) 29.55 30.50 103.21 28.40 96.11
Table 4. Nutritional analysis of black soybean.
Nutrients Raw Black Soybean Ambient ground of Black soybean Freezing ground of Black soybean Contents Retention rate (%) Contents Retention rate (%)
Calorie (Kcal/100 g) 383.48 390.34 101.79 401.3 104.65
Fat (g/100 g) 13.50 14.27 105.70 17.43 129.11
Protein (g/100 g) 38.74 39.64 102.32 39.72 102.53
Ash (g/100 g) 5.44 5.28 97.06 5.52 101.47
Carbohydrate (g/100 g) 42.32 40.81 96.43 37.33 88.21
β-carotene (μg/100 g) 16.85 36.64 217.45 38.57 228.90
Ca (mg/100 g) 216.02 209.43 96.95 205.75 95.25
Fe (mg/100 g) 10.49 10.32 98.38 10.07 96.00
K (mg/100 g) 2,085.50 2,086.98 100.07 2,075.98 99.54
P (mg/100 g) 683.09 759.37 111.17 730.68 106.97
Vitamin B2 (mg/100 g) .24 0.36 150.00 0.32 133.38
Dietary fiber (g/100 g) 31.13 29.95 96.21 31.87 102.38
하였다
[2]
는연구결과와유사하게나타났다.
서리태의영양성분분석에
Vitamin C,
니아신, Vitamin B1
은불검출되어표시하지않았다(Table 4).
에너지원인칼 로리,
지방,
단백질,
탄수화물의보전율평균은101.56%
와106.13%
로차이는4.57%
로유의성있게동결분쇄가높았다.
단백질공급원으로서의서리태는일반분쇄와차이가거의 없었다.
회분,
칼슘,
철분,
칼륨,
인과같은미네랄의평균보 존율은100.73%, 99.85%
로0.88%
의차였다.
비타민A
의전 구물질인β-carotene
의보존율은동결분쇄가228.9%
로일반분쇄
217.45%
로열에상관없게보존되는특징을보였다.
발아현미의영양성분분석에
Vitamin B2
는검출되지않 아표에나타내지않았다(Table 5).
비타민E
가발아현미의 동결분쇄에서영양성분의보존율이44.57%
로크게낮았는 데,
침지한발아현미를동결분쇄한상태에서동결건조를진행하여산소와접촉에의해산화된영향으로생각된다
.
발아 현미는동결분쇄에서단백질,
탄수화물,
니아신이107.74%, 103.87%, 156.52%
로각각높았다.
칼슘,
철분,
칼륨,
인과같 은미네랄은78.73
−110.68%
로일반분쇄에서발아현미원물 에비하여더낮은함량을보였는데, Ca
2+, Fe
2+, K
+, P
4+ 등 의1
가−4
가양이온으로존재하다가피틴산(Phytic acid)
과 킬레이트화합물을형성하기때문으로추정된다[32
−35].
입도분석
시료들의동결분쇄분말의평균크기는발아현미
,
자몽,
서 리태,
아로니아순서로입자의평균크기가커졌다(Table 6).
이미징데이터와입도분포는
Fig. 1
에나타내었다.
아로니아 는일반분쇄가고르게분포하는반면,
동결분쇄는평균크기가작음에도
1,000
μm
근처에많은것은투입속도를조절Table 5. Nutritional analysis of germinated brown rice.
Nutrients Raw Germinated brown rice
Ambient ground of Germinated brown rice
Freezing ground of Germinated brown rice
Contents Retention rate (%) Contents Retention rate (%)
Calorie (Kcal/100 g) 398.17 402.7 101.14 410.97 103.21
Fat (g/100 g) 2.29 2.47 107.86 2.17 94.76
Protein (g/100 g) 8.12 7.54 92.86 8.18 100.74
Ash (g/100 g) 1.49 1.24 83.22 1.24 83.22
Carbohydrate (g/100 g) 88.1 88.75 100.74 91.51 103.87
Vitamin E (mg/100 g) 0.92 0.9 97.83 0.41 44.57
Ca (mg/100 g) 12.7 16.99 133.78 13.66 107.56
Fe (mg/100 g) 1.03 1.46 141.75 1.14 110.68
K (mg/100 g) 257.44 242.63 94.25 202.69 78.73
Na (mg/100 g) 1.03 2.59 251.46 2.69 261.17
P (mg/100 g) 312.81 357.93 114.42 301.24 96.30
Niacin (mg/100 g) 0.46 0.45 97.83 0.72 156.52
Vitamin B1 (mg/100 g) 0.34 0.22 64.71 0.21 61.76
Dietary fiber (g/100 g) 3.66 2.59 70.77 3.73 101.91
Table 6. Particle size analysis of ambient and freezing ground powders.
Sample Particle diameter (
μm)
Mean Median D10 D90
Aronia Ambient ground 095.72 142.1 44.5 318.1
Freezing ground 065.41 201.8 25.08 898.4
Black bean Ambient ground 049.95 365.7 16.09 1143
Freezing ground 040.26 046.49 21.33 171.4
Germinated brown rice
Ambient ground 055.41 142.6 29.77 371.8
Freezing ground 034.92 043.93 17.21 165.4
Grapefruit Ambient ground 104.4 180.7 43.28 497.4
Freezing ground 036.14 046.48 19.07 109.0
하여분쇄되지않고빠져나가는분말의양을조절하거나쉽 게잘녹는아로니아의특성을반영하여온도를
-80
℃보다더 낮게하여분쇄하는등추가연구가필요하다.
서리태의분쇄양상은일반분쇄에서
1,000
μm
내외에많이분포되고
200
μm
이하의입자양이작은것은지방의함량이높아분쇄물을뭉치게하여분쇄를방해하기때문으로 판단된다
.
동결분쇄에서는20
−30
μm
의입자가많이분포되 어있어지방함량이높은동결분쇄조건은최적으로생각된다.
발아현미의일반분쇄는100
−1,000
μm
이대부분을차지하여 중간 값이
142.6
μm
로 높았다.
반면에 동결분쇄는100
μm
이하의크기에고르게분포하여최적의분쇄조건임 이확인되었다.
자몽전체를열풍건조하여일반분쇄하였기때문에섬유 질이많아약
200
μm
이상의분말이많은것으로보인다.
동 결분쇄시료는14.48
μm
를중심으로대칭구조의입도분포 를보였다.
단백질 소화율 분석
Protease
에의한단백질소화율은일반분쇄에비하여아로니아가
120.5%,
서리태가101.14%
로높게나타나동결분 쇄방법이단백질의소화율이높았다.
그러나,
자몽과발아현 미는94.06%
와93.14%
로소화율이떨어졌다.
자몽속에들 어있는protease inhibitor
가작용하여발생하는것으로추정할수있다
[7].
발아현미의단백질소화율이떨어지는것은탄수화물과단백질이상호작용하여구조가안정되거나 탄수화물에의한단백질
gel
의stiffness
증가등에의해단 백질소화율에영향을주는것과연관이있는것으로보인 다(Table 7) [35].
요 약
식품중의영양성분을잘보존하고섭취가용이하며소화 가잘될수있는가공방법의최적화를위하여식품원료의 동결분쇄물과일반분쇄물을비교하였다
.
단백질의공급원으로알려진서리태는동결분쇄한것이일반분쇄한것에비해 미세하나에너지원으로서영양성분보존율
(
이하보존율)
이4.57%
높고,
미네랄은큰차이가없었다.
특히,
β-carotene
의 경우,
동결분쇄가공분말에서11.54%
높게포함되어있어비 타민A
의전구물질인공급에유리함을보였다.
아로니아의 총 안토시아닌은 동결분쇄가453.49 mg
으로 일반분쇄158.98mg
보다보존율이높았다.
자몽에서열에약한베타카로틴은동결분쇄가
129.47%,
니아신은439.39%
로동결분 쇄가보존율이높았다.
발아현미는동결분쇄에서단백질,
탄 수화물,
니아신이107.74%, 103.87%, 156.52%
로각각높았다
. Protease
에의한단백질소화율은일반분쇄에비하여아로니아가