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ISSN : 1225-4339(Print)
ISSN : 2287-4992(Online)
The Korean Journal of Food And Nutrition Vol.26 No.4 pp.693-699
DOI : https://doi.org/10.9799/ksfan.2013.26.4.693

발효한 더덕 차의 열처리에 의한 항산화 활성 및 품질특성

이지연, 김병극*, 박홍제
이엔비 제니스, *서라벌대학교 임상병리학과

Antioxidant Activities and Quality Characteristics of Fermented Codonopsis lanceolata Tea according to Heating Processes

Hong Je Park, Ji Yeon Lee, Byung Keuk Kim*
ENB Zenith Co., Gyeongsan 712-835, Korea
*Dept. of Clinical Pathology, Sorabol College, Gyeongju 780-711, Korea

Abstract

This study examines the antioxidant activities and quality characteristics of fermented Codonopsis lanceolata tea accordingto the heating temperature and time. The browning, turbidity, reducing sugar, total polyphenol and total flavonoid contentsall increased with increasing of heating temperature and time, but the pH decreased within the range of error. In particular,the total polyphenol contents of the heat treatment sample for 15 minutes at 200℃ are increased to about 4.5 times of 713.71㎎/100 ㎖ as compared to the control group. From the results of the antioxidant activity test, as both the heating temperatureand time increases, the antioxidant activity was increased for DPPH radical-scavenging activity, FRAP and reducing its power.In the case of the samples treated with heat for 15 minutes at 200℃ in the DPPH radical scavenging ability, it increasedabout twice more than the 45.17% control plot at 85.40%, and the reducing power and FRAP were increased to approximatelytwo or three times more than the control group. According to the results for sensory test of fermented C. lanceolata teaaccording to heating temperature and time, the preference was confirmed as high by heat treatment due to increasedtemperature and time. Heat treatment process of C. lanceolata during the process is determined by the conditions requiredfor high value-added products through the improvements of the taste and functionality of C. lanceolata.

0027-01-0026-004-12.pdf3.02MB

서 론

 산업화 사회에서 오랫동안 축적된 환경오염과 합성 유해물질들은 보건환경에 직간접적인 위협 요인으로 지목받아오고 있으며, 글로벌 시대에 따른 국가 간 이동이 빈번해짐에 따라 결핵 및 천식뿐 아니라, 2009년 세계보건기구에서 판데믹을 선언한 신종플루(H1N1), 인간광우병, 장출혈성 대장균, AIDS 등 세계 곳곳에서 발생되는 새로운 감염성 질병들이 우리를 위협하고 있다. 이에 현대인들은 건강한 삶을 위한 자가 면역 개선을 위하여 기능성 천연소재에 대한 관심이 높아지고 있다(Oh & Lee 2005; Park 등 2010; Lee 등 2013). 과거소비자들은 식품을 영양소 공급이라는 단순한 영양학적 의미로 받아들였으나, 현재에는 건강에 도움을 주고, 젊음을 유지하거나 각종 질병들에 대한 저항성을 높일 수 있는 생리기능적 의미로 받아들이고 있다. 이에 따라 영양뿐 아니라 기능성 성분이 강화된 식품 소재의 제품 개발 및 연구가 활발히 진행되고 있다(Lee 등 2009; Kwak EJ 2010).

 Codonopsis lanceolata은 한국을 비롯하여 중국 및 일본 등지에서 많이 분포하는 꽃초롱과에 속하는 다년생 덩굴식물로 독특한 취미를 지닌 식용 근채류이다(Hwang 등 2011; Jung 등 2012). 예로부터 폐를 보호하고, 두통 완화, 궤양, 폐결핵, 거담, 천식, 진해, 해독, 강장 등의 치료제로 사용되었다(Jin 등 2008; Jung 등 2012). C. lanceolata에는 탄수화물, 단백질, 지방이 다량 함유되어 있으며, 철분, 칼슘 및 인과 같은 무기질과 비타민 B1, B2가 풍부한 것으로 알려져 있다(Hwang 등 2011; Kim & Chae 2011). 또한 saponin, polyphenol, inulin, flavonoid 등과 같은 기능성 성분들로 인하여 중성지질과 콜레스테롤 억제, 항고지혈, 항산화, 항균, 항염증 및 면역력 증가 등의 생리활성이 보고되었다(Xu 등 2008; Ichikawa 등 2009; Kim & Chae 2011).

 Ganoderma lucidum은 담자균류 민주름목에 속하는 버섯으로 우리나라에서는 불로초라 불렸으며, 중국에서는 영지, 신자, 상지, 일본에서는 만년버섯, 불사초 등으로 알려져 있다(Chung 등 2004). 한방에서는 전통적으로 간염, 건위, 건뇌, 이뇨, 해독, 항균, 면역, 진통, 신경쇠약, 불면증 등에 효과가 있는 약용버섯으로 이용되어 왔으며, 최근에는 항암 및 항산화 효과, 혈압 강하 작용, 항혈전 작용, 항염증 작용 등 국내 외 많은 연구를 통하여 다양한 효능이 보고되고 있다(Oh & Lee 2005; Kim 등 2011). 특히 버섯균사체에서도 자실체와 유사한 면역 증가, 항암 작용, 혈중 콜레스테롤 저하 작용 등의 생리활성을 가지고 있으며, 특히 식·의약용으로 복용 시 독성 또는 부작용이 없는 것으로 보고되고 있다(Park 등 2010). 이러한 버섯균사체에 관한 연구는 현미, 인삼, 녹차 등과 같은 다양한 천연물을 배지로 버섯균사체를 배양시킨 추출물의 항산화력 및 생리활성 등의 보고는 되고 있으나, 배양물을 이용한 가공식품 개발에 관한 연구는 아직 미비한 실정이다(Kim 등 2010).

 따라서 본 연구에서는 면역력 증가 및 폐 질환 개선에 효과 등의 다양한 기능성에도 불구하고, 상품성이 낮은 C. lanceolata를 열처리 후 발효차로 제조하여 발효 및 열처리 과정에 따른 이화학적 특성 및 항산화력을 조사하고, 이를 산업적 활용에 대한 기초자료로 제시하고자 하였다.

재료 및 방법

1. 재료 및 시료 제조

 본 실험에 사용된 Codonopsis lanceolata는 2013년 3월 강원도 횡성에서 생산된 것을 산지 농가에서 구입하여 사용하였으며, 균주는 Ganoderma lucidum(W. Curtis : Fries) Karsten 균사체로 농촌진흥청 한국농업유전자원센터에서 분양받아 사용하였다. C. lanceolata는 수돗물로 수세하여 121℃에서 15분간 멸균한 후 C. lanceolata 무게의 5% 상당의 종배양액을 접종한 다음 25℃에서 25일 동안 배양하였다. 배양물을 70℃에서 6시간 건조시킨 다음 분쇄하여 곡물 볶음기(FD-2060, Sejung tech, Seoul, Korea)로 150℃ 그룹에서는 20, 40, 60분, 180℃ 그룹에서는 10, 20, 30분, 마지막으로 200℃ 그룹에서 5, 10, 15분간 열처리를 실시하였다. 볶음 처리된 분쇄물 0.6 g을 티백 용지에 담은 후 100℃의 증류수 100 ㎖를 가하여 2분 30초간 침지하여 발효차를 제조하였다.

Fig. 1. The picture of fermented Deodeok (a) and Deodeok tea (b) with Ganoderma lucidum mycelia.

2. 이화학적 특성 측정

 갈색도 및 탁도는 UV/Vis spectrometer(UV-1650, Shimadzu, Kyoto, Japan)로 420 nm, 600 nm에서 각각 측정하였으며, pH는 pH meter(Horiba, Japan)로 측정하였다. 환원당은 DNS법(Chea SG 1998)으로 측정하였으며, glucose를 표준물질로 사용하여 검량선을 작성한 후 환원당 함량을 구하였다.

3. 항산화 활성 측정

 총 polyphenol 함량은 Folin-Ciocalteu 법(Arnous 등 2001)을 변형하여 사용하였다. Gallic acid를 표준물질로 검량선 작성 후 총 polyphenol 함량을 구하였다. 총 flavonoid 함량은 Shen등(2009)의 방법을 사용하여 측정하였으며, quercetin을 표준물질로 하여 검량선 작성 후 그 함량을 구하였다. DPPH(1,1-diphenyl-2-picryl hydrazyl) radical 소거능은 Sanchez-Moreno 등(1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 시료 1 ㎖와 0.2 mM DPPH 용액 1 ㎖를 첨가하여 균일하게 혼합하여 암실에서 30분간 반응시킨 다음 517 nm에서의 흡광도를 측정하였다. DPPH radical 소거능은 시료 첨가구와 무 첨가구의 흡광도 차이를 백분율로 나타냈다. FRAP(Ferric reducing antioxidant power) 측정은 Benzie & Strain(1996)의 방법으로 측정하였다. 0.3 M Sodium acetate buffer(pH 3.6) 25 ㎖, 10 mM TPTZ(2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-tri-azine) 2.5 ㎖, 20 mM FeCl3 2.5 ㎖ 및 증류수 3 ㎖를 첨가하여 실험 직전까지 37℃로 유지하면서 혼합물로 사용하였다. FRAP는 시료 0.1 ㎖와 혼합물 2.9 ㎖를 가하여 혼합한 다음 37℃ water bath에서 30분간 반응시킨 후 593 nm에서의 흡광도를 측정하였으며, FeSO4․7H2O을 표준물질로 하여 검량선 작성 후 FRAP 함량을 구하였다. 환원력은 Oyaizu M(1986)의 방법으로 측정하였다. 시료 0.2 ㎖와 0.2 M phosphate buffer(pH 6.6) 1 ㎖ 및 1% potassium ferricynide 1 ㎖를 가하여 균일하게 혼합하여 50℃ water bath에서 20분간 반응시킨 다음 냉각시킨 후 10% TCA(trichloroacetic acid) 1 ㎖를 다시 첨가한 다음 상등액 2 ㎖, 증류수 2 ㎖ 및 0.1% FeCl3 0.4 ㎖를 가하여 균일하게 혼합한 후 700 nm에서의 흡광도를 측정하였다.

4. 관능검사

 관능적 특성을 알아보기 위하여 기호도 검사를 실시하였다. 패널은 20~25세의 남녀 대학생 30명을 대상으로 하였으며, 관능평가에 대해 충분히 숙지시킨 다음 실시하였다. 기호도 검사는 색, 맛, 향, 종합적 기호도를 7점 척도법(1점: 매우 나쁘다, 7점: 매우 좋다)으로 측정하였다. 패널에게는 발효차 15 ㎖와 생수가 함께 제공되었으며, 하나의 시료 평가가 끝난 후 반드시 생수로 입을 헹구고, 다른 시료를 평가하도록 하였다(관능검사는 150℃, 180℃, 200℃ 그룹별로 나누어 총 3번에 걸쳐 평가하였다).

5. 통계처리

 모든 실험 결과는 3회 반복 측정하여 SPSS(Statistical Package for Social Science) 18.0 Version을 이용하여 분산분석(ANOVA)으로 평균±표준편차를 구하였으며, 각 측정값 사이의 유의성은 Duncan's multiple ranged test(p<0.05 수준)로 검정하였다.

결과 및 고찰

1. 이화학적 특성 결과

 발효차의 갈색도 측정 결과는 Table 1과 같다. 대조구의 갈색도가 0.06으로 전체 시료 중 가장 낮았으며, 150℃ 열처리 그룹에서 0.15~0.30, 180℃ 열처리 그룹에서 0.19~0.32, 200℃ 열처리 그룹에서 0.21~0.34로 나타나, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 나타냈다. 탁도의 경우, 갈색도와 유사한 경향으로 대조구가 0.05으로 가장 낮았으며, 200℃에서 15분 열처리한 시료의 탁도가 0.12로 대조구에 비해 2.4배 정도 높았다(Table 1). 선행 연구인 새송이버섯에 의한 발효차의 결과와 함께 갈색 유색미 차(Kwak EJ 2010), 발아 벼차(Lee 등 2009) 등에서도 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 갈색도 및 탁도가 증가한다고 보고된 것과 같은 현상을 확인할 수 있었다. 한편, 식품의 색은 관능적 품질에 중요한 요인 중의 하나로 열처리와 같은 가공과정 중 아미노산과 당의 결합으로 갈변물질을 생성하고, 시간이 증가할수록 갈변물질의 생성이 증가된다고 보고하였다(Lee 등 2009). 환원당 측정 결과, 갈색도 및 탁도와 동일한 경향으로 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다. 150℃ 열처리 그룹에서 0.15~0.21%, 180℃ 열처리 그룹에서는 0.22~0.28%이었으며, 200℃ 열처리 그룹에서의 환원당은 0.24~0.28%로 나타났다(Table 1). 전체 시료 중 대조구의 환원당이 0.14%로 가장 낮은 값을 나타냈으나, 150℃에서 20분간 열처리한 시료와 통계적으로 유의적인 차이는 없었다. pH는 전체적으로 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 감소하는 경향을 보였다. 갈색 유색미 차(Kwak EJ 2010) 및 발아 벼 차(Lee 등 2009)에서도 열처리 온도와 시간이 증가할수록 pH는 감소하였으며, 이는 열에 의해 분해된 환원당이 단백질 및 유리아미노산 등과 함께 Maillard 반응으로 갈변되는 과정에서 pH가 낮아지는 것으로 보고된 연구(Kwak EJ 2010)와 유사한 결과이다.

Table 1. Browning degree, turbidity, pH and reducing sugar of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes

2. 항산화력 측정 결과

 열처리에 따른 총 폴리페놀 함량의 결과는 Fig. 2와 같다. 대조구의 총 폴리페놀함량은 155.38 ㎎/100 ㎖로 비 발효대조구에 비해 약 2배 가량 높게 나타났다(84.52 ㎎/100 ㎖). 150℃로 열처리한 그룹에서의 총 폴리페놀 함량은 223.21~350.10 ㎎/100 ㎖, 180℃ 열처리 그룹에서 304.84~551.94 ㎎/100 ㎖, 200℃ 열처리 그룹에서는 374.59~713.71 ㎎/100 ㎖로 나타나, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 유의적인 차이를 보이며 증가하였다. 200℃에서 15분 열처리한 시료의 총 폴리페놀 함량은 모든 시료 중 가장 높았으며, 이는 대조구의 폴리페놀 함량에 비해 약 4.5배 높은 수치였다. 치커리(Hong 등 1998), 둥글레(Ryu 등 1997)에서도 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 총 폴리페놀 함량이 높아진다고 보고하였는데, 이는 일반적으로 폴리페놀이 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라 결합성 페놀화합물에서 유리형으로 분해되거나, 고분자 페놀화합물이 저분자로 분해되어 페놀화합물이 쉽게 추출되는 것으로 보고된다(Hong 등 1998; Hwang 등 2011). 총 플라보노이드 함량은 총 폴리페놀 결과와 유사하게 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하였다. 200℃ 15분 열처리한 시료의 경우, 30.54 ㎎/100 ㎖로 대조구에 비해 약 6배 가량 높게 나타났다(Fig. 3). Heo 등(2010)은 발효 과정에서 카테킨 함량이 감소함에 따라 청태전차의 총 플라보노이드 함량이 증가하였다고 보고하였는데, 본 연구에서도 C. lanceolata와 G. lucidum에 함유된 플라보노이드 성분이 발효 과정을 통해 혼합 또는 유리되었거나, 또는 열처리 과정으로 저분자화에 의해 플라보노이드 성분이 더 많이 추출된 것으로 사료된다.

Fig. 2. Total polyphenol contents of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes. a~c Values with different superscripts at the same heating temperature are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

Fig. 3. Total flavonoid contents of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes. a~c Values with different superscripts at the same heating temperature are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

 DPPH radical 소거능 측정 결과는 Fig. 4와 같다. 대조구의 DPPH radical 소거능은 45.17%로 가장 낮았으며, 150℃ 열처리 그룹에서는 50.49~76.55%, 180℃ 열처리 그룹에서는 70.19~79.08%였으며, 200℃ 열처리 그룹에서는 71.88~85.40%으로 나타나, 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 소거능이 증가하였다. Hong 등(1998) 연구에서는 치커리를 180℃에서 40분간 열처리한 시료의 소거능이 대조구의 소거능에 비해 2배 가량 증가된다고 보고하여 본 연구와 동일한 결과를 보였다. 일반적으로 식품은 가열과정에서 생성되는 갈색물질이 지질에 대한 강한 항산화력을 가지는 것으로 보고되었는데(Hong 등 1998), 본 연구에서도 열처리 온도와 시간이 증가할수록 갈변현상이 증가됨에 따라 생성된 갈변물질이 항산화력에 영향을 미친 것으로 판단된다. FRAP 측정 결과는 Fig. 5와 같다. 대조구의 FRAP는 4.24 μM/g인 반면, 200℃ 15분 열처리한 시료의 경우 8.58 μM/g으로 나타나, DPPH radical 소거능의 결과와 동일한 경향으로 열처리 온도와 시간이 증가함에 따라 증가하였다. 환원력 경우, 150℃ 열처리 그룹에서 0.12~0.19 범위로 나타났으며, 180℃ 열처리 그룹에서는 0.14~0.20, 200℃ 열처리 그룹에서는 0.14~0.24의 범위로 나타나 열처리 온도 와 시간이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다(Fig. 6). 환원력은 항산화력의 정도를 나타내는 지표로 환원력의 값이 증가할수록 높은 항산화력을 가지는 것으로 알려져 있는데(Kim 등 2007; Hwang 등 2011), 본 연구에서도 동일한 경향으로 열처리 시간 및 온도가 증가함에 따라 환원력이 증가하였다.

Fig. 4. DPPH free radical scavenging activity of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes. a~c Values with different superscripts at the same heating temperature are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

Fig. 5. FRAP of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes. a~c Values with different superscripts at the same heating temperature are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

Fig. 6. Reducing power of contents fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia according to heating processes. a~c Values with different superscripts at the same heating temperature are significantly different at p<0.05 by Duncan's multiple range test.

3. 관능검사

 발효차의 관능검사 결과는 Table 2와 같다. 시료에 대한 관능검사 결과, 150℃ 열처리 그룹에서는 열처리 시간이 증가함에 따라 모든 항목에서 유의적으로 증가하여 60분 처리한 시료가 가장 선호도가 높게 나타났다. 180℃ 및 200℃ 열처리 그룹에서의 기호도 또한 150℃ 그룹과 동일한 경향으로 열처리 시간이 증가함에 따라 높은 선호도를 보였다. 발아 벼 차(Lee 등 2009), 갈색 유색 미 차(Kwak EJ 2010)에서는 열처리 과정에서 생성되는 갈변 반응으로 인하여 갈색도와 함께 독특한 향과 맛을 내는데, 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라 이러한 맛과 향이 증가되어 색, 향, 맛, 종합적 기호도가 증가한다고 보고하였다(Lee 등 2009). 본 실험에서도 열처리 온도 및 시간이 길어짐에 따라 전체적인 선호도가 증가하여 인용된 연구들과 유사한 경향을 나타냈다.

Table 2. Preference for color, flavor, taste and overall acceptance of fermented Deodeok tea with Ganoderma lucidum mycelia roasted according to heating processes

요 약

 본 연구는 독특한 식감과 풍미로 인하여 가공성이 낮은 C.lanceolata의 응용성을 높이기 위해 발효차를 제조하고, 열처리가 미치는 영향에 대하여 이화학 특성 및 항산화력 분석을 통하여 확인하였다. 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라 pH는 감소하는 경향을 보였으나, 갈색도, 탁도, 환원당, 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량은 유의한 수준으로 증가하는 경향을 보였다. 특히 200℃ 15분 열처리한 시료의 총 폴리페놀 함량은 713.71 ㎎/100 ㎖로 대조구에 비해 약 4.5배 증가하였다. 항산화력 측정 결과, DPPH radical 소거능, FRAP 및 환원력에서 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라 항산화력이 뚜렷하게 증가되는 경향을 나타냈다. DPPH radical 소거능에서 200℃ 15분 열처리한 시료의 경우, 85.40%로 대조구 45.17%에 비해 약 2배 이상 증가되었으며, FRAP 및 환원력 또한 200℃ 15분 열처리한 경우, 대조구에 비해 약 2~3배 이상 증가하였다. 열처리에 따른 관능검사 결과, 열처리 온도 및 시간이 증가함에 따라 선호도 역시 높게 나타났다.

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