Analysis of Dietary Fiber, Mineral Content and Fatty Acid Composition in Cheonggak (Codium fragile)

청각의 식이섬유, 미네랄 함량 및 지방산 조성 분석

Abstract

The objective of this study was to analyze proximate composition, dietary fiber, mineral content, fatty acid composition in Cheonggak (Codium fragile) in order to encourage the consumption of Cheonggak. The proximate composition of Cheonggak was found to be 5.51% moisture, 24.09% crude ash, 15.79% crude protein, 2.47% crude lipid and 45.31% dietary fiber. The major mineral content of Cheonggak was Na 8,950 mg/100 g, Mg 1,252 mg/100 g, Ca 807 mg/100 g, K 457 mg/100 g, and trace mineral content was Fe 26 mg/100 g, Mn 8 mg/100 g, Zn 0.4 mg/100 g. Palmitic acid 36.86% and ${\alpha}$-linolenic acid 20.14% were the most contained fatty acids in Cheonggak. The ratio of saturated fatty acids to unsaturated fatty acids was 85.49% while ${\omega}-6$ fatty acids to ${\omega}-3$ fatty acids were 59.10%. Based on the proximate composition, dietary fiber, mineral content, and fatty acid composition, Cheonggak was judged to be a major source of dietary fiber and Mg and Ca, and it was deemed to be helpful in promoting health, including the prevention of hyperlipidemia. Cheonggak contained valuable nutrients similar to seaweed, which is produced and consumed the most in Korea. Thus, it is necessary to include Cheonggak in the food items.

서 론

우리나라는 2018년 65세 이상 고령인구가 14%를 초과하여 고령사회로 진입하였으며, 평균수명 연장에 따른 고령인구 증가가 사회문제로 대두되고 있다(Korean Statistical Infor-mation Service 2019). 고령인구 증가에 따라 질환을 보유하고 있는 유병인구가 증가하고 있으며, 가장 대표적 질환인 고혈압을 치료하기 위해 2017년 3조 1,124억 원의 치료비가 지출되었다(National Health Insurance Service and Health Insurance Assessment and Review Service 2018). 고혈압으로 대표되는 생활습관 병에는 고지혈증, 당뇨병 등이 있으며, 식사와 운동 등 생활습관이 질병의 발병과 진행에 직접적인 영향을 미치는 질환으로 정의되고 있다(Lee & Ha 2007). 고혈압, 고지혈증, 당뇨병 등의 생활습관병은 장기간에 걸친 잘못된 식습관에 의해 발병하는 질병으로 식습관 개선을 통해 예방이 가능한 질환이다(Kang JK 2004). 생활습관병 발병을 예방하기 위해 고령층과 더불어 청․장년층에서도 식사습관에 각별한 주의를 기울이고 있다.

우리나라 해조류 생산량은 2017년 1,750,000톤으로 중국, 일본등과 함께 세계 4대 해조류 생산국으로 전체 어업 생산량 중 해조류가 차지하는 비율은 46.8%이며, 양식업 생산량의 75.7%를 차지하고 있다. 해조류 중 김, 미역, 다시마, 톳 등이 가장 많이 생산되어 이용되고 있으며, 건제품, 염장품, 조미품 등 단순가공 제품이 주류를 이루고 있다(Ahn 등 2010; Jeon 등 2012). 해조류는 식이섬유, 미네랄 등이 풍부한 식량자원으로 해조류에 포함된 탄수화물이 장관운동을 활성화하여 중금속을 배출시키고, 고지혈증 등 생활습관병 개선에 효과가 있다고 보고되면서 해조류를 이용한 식품 개발에 관심이 집중되고 있다(Kim 등 2005; Lee HY 2013). 또한, 수용성 식이섬유의 콜레스테롤 저하 및 혈압강하 효과(Kim 등 2000; Jung 등 2001), 푸코이단의 혈중지질 억제, 종양세포 비활성화 등이 보고되면서 김, 미역, 다시마, 톳 등에서 기능성을 갖는 다당류의 추출 및 분리에 대한 연구(Cho 등 1990; Lee 등 2010)가 활발히 진행되고 있다.

청각(Codium fragile)은 녹조식물 청각과에 속하는 해조류로 우리나라와 중국, 일본 등지에서 생산되고 있다(Oh 등 1990). 2017년 국내 청각 생산량은 총 4,150톤이며, 천해 양식업을 통한 생산량이 3,980톤으로 전체 생산량의 95.9%, 생산금액으로는 92.4%를 차지하고 있다. 이 중 전라남도 남해안 지역인 여수, 완도, 진도의 생산량이 4,037톤으로 국내 생산량의 97.3%를 차지하고 있다. 청각은 오래전부터 민간요법의 구충제로 이용되거나(Hoppe 등 1979), 비뇨기 질환 치료(Tseng & Zhang 1984)에 이용되어 왔으며, 청각의 추출물에 항생물질, 항응고물질 등이 함유되어 있을 뿐 아니라, 항암효과와 면역 활성 등이 있는 것으로 보고되고 있다(Rogers & Hori 1993; Athukorala 등 2007). 또한, 정약전의 ‘자산어보’에는 김치 맛을 돋우는 해조류로 소개되어 있으며, 식성본초, 식료본초 등의 식품관련 고서에 기술되어 있어 식품으로서 청각의 섭취 역사가 오래 되었다고 하겠다. 그러나 현재까지 해조류 연구를 살펴보면 대부분 김, 미역, 다시마, 톳 등의 영양성분 및 기능성 성분에 대한 연구로 한정되어 있고, 청각에 대한 영양성분 등에 대한 연구는 미약한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 현재까지 김치에 첨가하는 등 한정적으로 이용되고 있는 청각의 식품 활용도를 확대하기 위해 일반성분, 식이섬유 및 미네랄 함량과 지방산 조성을 분석하여 청각의 식품학적 가치를 평가하고자 하였다.

재료 및 방법

1. 실험재료

2018년 전라남도 여수, 완도, 진도지역에서 판매되는 생물 청각을 구매하여 시료로 사용하였다. 구입한 생물 청각은 실제 섭취 시와 유사하게 수돗물로 3회 세척하여 이물질을 제거한 후 증류수로 최종 세척하였다. 세척된 생물 청각을 동결 건조한 후 균질화하여 －20℃ 냉동고에 보관하며 실험에 사용하였다.

2. 일반성분 분석

일반성분 분석은 식품공전(Ministry of Food and Drug Safety 2018)에 따라 분석하였다. 수분은 105℃ 건조기(JISICO, J-300M, Seoul, Korea)를 이용하여 상압가열건조법으로 실험하였으며, 조회분은 550℃ 전기회화로(Thermolyne, F6010, Woonsocket, RI, USA)를 이용한 직접 회화법으로 분석하였다. 조지방은 속슬렛추출법으로 분석하였으며, 조단백질은 자동질소증류장치(VELP Scientica, UDK-159, Usmate, Italy)를 이용한 micro-Kjeldahl법으로 분석하였다. 탄수화물은 일반성분 함량을 100%로 하여 수분, 조회분, 조단백질 및 조지방 함량을 뺀 값으로 나타내었다. 각각 실험항목은 3반복 실험하여 평균과 표준편차를 계산하였다.

3. 식이섬유 분석

식이섬유는 식품공전 효소 중량법(Ministry of Food and Drug Safety 2018)을 이용하여 분석하였다. 청각을 내열성 α-amylase, protease, amyloglucosidase(Megazyme, Chicago, IL, USA)로 분해하여 전분과 단백질을 제거하였다. 효소분해물에 용해되어 있는 식이섬유를 에탄올로 처리하여 침전시킨 후 여과하였다. 여과물을 에탄올과 아세톤으로 세척한 후 건조하여 식이섬유 함량을 측정하였다. 식이섬유 함량은 3반복 실험하여 평균과 표준편차를 계산하였다.

4. 미네랄 분석

청각 약 0.3 g을 정밀히 취하여 microwave oven(CEM, MARS5, Matthews, NC, USA)을 이용, 산 분해하여 50 mL로 정용하였다. ICP-MS(Bruker, Aurora M90, Billerica, MA, USA)를 이용하여 각각의 미네랄을 정량하였다. 미네랄 함량은 3반복 실험하여 평균과 표준편차를 계산하였다. 표준품은 Perkin-Elmer(Burbank, CA, USA)의 trace metals standard를 사용하였으며, ICP-MS의 분석조건은 Table 1에 나타내었다.

5. 지방산 분석

지방산 조성은 Bligh & Dyer(1959)의 방법에 따라 실험하였다. 시료 10 g에 chloroform(Merck, Darmstadt, Germany) 100 mL와 methanol(Merck, Darmstadt, Germany) 50 mL를 혼합하여 5분간 균질하고, 증류수 50 mL를 가한 후 교반하여 여과하였다. 여과액 중 chloroform 층을 취하여 38℃에서 감압농축하여 지질을 추출하였다. 추출한 지질 25 mg을 시험관에 정밀히 취하고, 0.5 N methanolic NaOH 1.5 mL를 가하여 100℃ heating block에서 약 5분간 가열하였다. 이를 냉각한 후 14% BF₃-methanol(Supelco, Woonsocket, RI, USA) 2 mL를 혼합하고 100℃에서 30분간 가열한 후 냉각하여 isooctane(Merck, Darmstadt, Germany) 1 mL와 포화염화나트륨용액 5 mL를 가하여 진탕하였다. 진탕 후 isooctane층을 분리하고 sodium sulfate로 탈수한 후 시험용액으로 사용하였다. 시험용액은 Gas chromatography(GC; Perkin Elmer Clarus 680 GC/FID, Burbank, CA, USA)로 분석하였으며, 분석조건은 Table 2에 나타내었다. 표준용액은 FAME mix C4-C24(Supelco, Woonsocket, RI, USA) 100 mg을 isooctane 1 mL에 용해하여 사용하였다. 청각의 지방산 조성은 3반복 실험하여 평균과 표준편차를 계산하였다.

Table 1. ICP-MS condition for the analysis of mineral content

결과 및 고찰

1. 일반성분 및 식이섬유 함량

청각의 일반성분과 식이섬유 함량은 Table 3에 나타내었다. 청각의 일반성분 분석결과, 수분 5.51%, 조회분 24.09%, 조단백질 15.79%, 조지방 2.47%, 탄수화물 52.14%로 나타났다. 동결건조한 청각의 일반성분은 건물 중량으로 분석하였으며, 일반성분 중 탄수화물이 가장 높게 나타났고, 그 다음으로 회분이 높게 나타났다. 이러한 결과는 진도지역 건조 미역의 일반성분을 분석한 결과, 수분 9.08%, 조회분 29.36%, 조단백질 16.59%, 조지방 1.47%, 탄수화물 43.49%이었다는 보고(Choi 등 2008)와 유사한 결과이었으나, 전라남도 장흥군에서 채취한 청각의 일반성분 분석결과, 조회분 53.37%, 조단백질 6.40%, 조지방 2.40%, 탄수화물 36.80%이었다는 보고(Jung 등 2005)와 상이하게 나타났다. 해조류의 경우, 채취시기, 건조방법과 유통기간 등 시료의 상태에 따라 성분함량에 차이가 발생한다는 Lym HJ(2010)의 보고와 생물 청각의 건조방법에 따라 일반성분 함량 차이가 발생한 것으로 판단된다. 생물 청각을 건조한 후 분석한 국가표준식품성분표(National Institute of Agricultural Sciences 2011)에 따르면 조회분 22.6%, 조단백질 13.8%, 조지방 0.8%로 본 실험과 유사한 결과를 나타내었으며, 청각의 주요 성분은 탄수화물과 회분으로 분석되었다.

청각의 식이섬유 함량은 45.31%로 분석되었으며, 탄수화물 중 식이섬유가 차지하는비율은 86.85%로 나타났다. 이러한 결과는 Kim 등(1995)이 보고한 청각의 식이섬유 함량 35.4~43.9%와 유사하거나 다소 높은 결과로 나타났다. 식이섬유는 사람의 체내에서 소화되지 않는 고분자화합물로(Schneeman BO 1989), 식이섬유를 섭취하면 위장에 포만감을 주어 식사량을 줄일 수 있으며, 배설물의 부피를 증가시켜 배설물의 장 통과속도를 빠르게 하여 비만 예방에 도움이 된다고 보고되고 있다(Park & Lee 1996). 청각의 일반성분 중 식이섬유 45.31%, 조회분 24.09%로 높은 함량을 나타내어 식이섬유와 미네랄의 주요 공급원으로 판단되었다.

Table 2. GC condition for the analysis of fatty acids

Table 3. Proximate composition and dietary fiber of Cheonggak (Codium fragile)

2. 미네랄 함량

인체 내 보조효소 등으로 작용하는 미네랄은 생리작용에 매우 중요한 영양요소로서 Na와 K는 체액균형 조절, Mg은 에너지 대사, Ca는 체내 골격유지, Fe은 헴단백질과 결합하여 혈액의 산소 전달, Mn과 Zn은 체내 다양한 효소의 보조인자, Cr은 체내 포도당 항상성 유지에 작용하는 등 미네랄은 생체 내 생화학 반응에 매우 중요한 요소로 작용한다. 청각의 다량 미네랄 함량은 Na 8,950 mg/100 g, Mg 1,252 mg/100 g, Ca 807 mg/100 g, K 457 mg/100 g 순으로 많이 함유되어 있었으며, 미량 미네랄 함량은 Fe 26 mg/100 g, Mn 8 mg/100 g, Zn 0.4 mg/100 g, Cr 0.5 mg/100 g, Se 0.4 mg/100 g 순으로 나타났다(Table 4). 이러한 결과는 전라남도 장흥군에서 채취한 청각의 미네랄 함량 분석결과, Na 8,092~9,379 mg/100 g, Mg 1,434~1,671 mg/100 g, Ca 754~792 mg/100 g, K 1,099~4,660 mg/100 g, Fe 392~799 mg/100 g, Kr 0.5 mg/100 g, Se 0.4 mg/100 g이었다는 보고(Jung 등 2005)와 유사한 결과로 나타났다. 또한 한국인의 미네랄 일일권장섭취량(The Korean Nutrition Society 2010)인 Mg 150~400 mg/day, Ca 650~1,000 mg/day, Fe 8~17 mg/day, Mn 2.5~4 mg/day를 충족하였으며, World Health Organization(1996)의 Se 일일권장섭취량인 성인기준으로 0.05~0.2 mg/day, 암 예방을 위한 권장섭취량은 0.5 mg/day를 충족하는 것으로 나타났다. 기장과 완도에서 채취한 미역의 미네랄 함량인 Na 353~1,259 mg/100 g, Mg 28~94 mg/100 g, Ca 58~136 mg/100 g, K 264~644 mg/100 g, Fe 0.6~3.0 mg/100 g, Zn 0.1~0.4 mg/100 g(Choi 등 2008)과 비교 시 Mg, Ca, K, Fe 성분이 다량 함유된 것으로 나타났으며, 특히, 골다공증과 빈혈 예방에 도움을 줄 수 있는 Fe의 경우, 국가표준식품성분표(National Institute of Agricultural Sciences 2011)의 다시마 6.3 mg/100g, 미역 9.1 mg/100g, 김 15.3 mg/100g보다 2배 이상 함유하고 있었다. 전라남도 여수, 진도, 완도 지역에서 생산되고 있는 청각의 경우, Mg, Ca, K, Fe 등의 주요 공급원으로 판단되었다.

Table 4. Mineral contents of Cheonggak (Codium fragile)

3. 지방산 조성

청각의 지방산 조성, 포화지방산(saturated fatty acid)과 불포화지방산(unsaturated fatty acid)의 비율과 ω-3 지방산과 ω-6 지방산 함량은 Table 5에 나타내었다. 청각 중 가장 많이 포함된 지방산은 포화지방산인 palmitic acid(C_16:0)로 36.86% 이었으며, 불포화지방산은 α-linolenic acid(C_18:3n3) 20.14%, oleic acid(C_18:1n9) 14.36% 순으로 나타났다. 포화지방산 함량은 46.09%, 단일불포화지방산 함량은 18.52%, 다중불포화지방산 함량은 35.39%로 나타났으며, ω-3 지방산 함량은 22.95%, ω-6 지방산 함량은 13.15%로 나타났다. 불포화지방산에 대한 포화지방산 비율은 85.49%, ω-3 지방산에 대한 ω-6 지방산 비율은 59.10%로 나타났다. 이러한 결과는 Lym HJ(2010)이 보고한 청각의 지방산 조성 palmitic acid 40.2~43.7%, α-linolenic acid 17.7~19.5%, oleic acid 14.1~16.4%와 유사한 결과를 나타내었으며, 불포화지방산 중 체내에서 합성하지 못하여 반드시 식품을 통해서 섭취하여야 하는 필수 지방산인 다중불포화지방산의 비율은 35.39%로 높은 비율을 나타내고 있었다. 매생이의 포화지방산 함량은 19.12~24.71%, 단일불포화지방산 함량은 6.83~11.80%, 다중불포화지방산 함량은 63.91~74.04%와 가시파래의 포화지방산 함량은 23.36∼27.07%, 단일불포화지방산 함량은 6.88~10.45%, 다중불포화지방산 함량은 66.18~68.23%라는 Jung 등(2005)이 보고하였다. 또한, 미역의 포화지방산 함량은 28.5%, 단일불포화지방산 함량은 9.8%, 다중불포화지방산 함량은 61.7%이었다는 보고(Hong 등 1991)와 비교 시 청각의 불포화지방산 함량이 다소 낮은 경향을 나타내었다. 혈액 중 콜레스테롤 함량을 저하시키는 ω-6 지방산은 체내에서 합성되지 않는 필수지방산으로 식품을 통해 섭취하여야 하지만, 다량 섭취할 경우, 체내 염증 생성, 당뇨, 고혈압, 알츠하이머 치매, 비만의 원인이 될 수 있다고 보고되고 있다(Simopoulos AP 2008). 건강을 위해 ω-6와 ω-3 지방산의 적정 섭취비율은 4:1 이하로 보고되고 있으며(Gomez-Candela 등 2011; Bhardwaj 등 2016), 본 실험결과, 청각의 ω-6와 ω-3 지방산의 비율(n-6/n-3)은 0.59:1로 나타나 고지혈증 예방 등 건강증진에 도움이 될 것으로 판단되었다.

청각의 일반성분, 식이섬유 및 미네랄 함량 및 지방산 조성을 분석한 결과를 종합하여 볼 때 우리나라에서 가장 많이 생산 소비되고 있는 미역 등과 유사한 영양성분을 함유하고 있어 청각의 식품학적 가치가 충분한 것으로 나타났으며, 청각을 활용한 식품개발이 필요한 것으로 판단되었다.

Table 5. Fatty acid composition of Cheonggak (Codium fragile)

요약 및 결론

본 연구에서는 청각의 식품 활용도를 확대하기 위해 일반성분, 식이섬유 및 미네랄 함량과 지방산 조성을 분석하여 청각의 식품학적 가치를 평가하고자 하였다. 2018년 전라남도 여수, 완도, 진도지역에서 판매되는 생물 청각을 구매하여 시료로 사용하였다. 일반성분과 식이섬유 분석은 식품공전에 따라 분석하였다. 미네랄 함량과 지방산 조성은 ICP-MS와 GC를 이용하여 정량하였다. 청각의 일반성분과 식이섬유 분석결과, 수분 5.51%, 조회분 24.09%, 조단백질 15.79%, 조지방 2.47%, 탄수화물 52.14%, 식이섬유는 45.31%로 나타나, 식이섬유와 미네랄의 주요 공급원으로 판단되었다. 청각의 다량 미네랄 함량은 Na 8,950 mg/100 g, Mg 1,252 mg/100 g, Ca 807 mg/100 g, K 457 mg/100 g 순으로 많이 함유되어 있었으며, 미량 미네랄 함량은 Fe 26 mg/100 g, Mn 8 mg/100 g, Zn 0.4 mg/100 g, Cr 0.5 mg/100 g, Se 0.4 mg/100 g 순으로 나타나 Mg, Ca, K, Fe 등의 주요 공급원으로 판단되었다. 청각 중 가장 많이 포함된 지방산은 palmitic acid 36.86%, α-linolenic acid 20.14%로 나타났다. 불포화지방산에 대한 포화지방산 비율은 85.49%, ω-3 지방산에 대한 ω-6 지방산 비율은 59.10%로 나타나 고지혈증 예방 등 건강증진에 도움이 될 것으로 판단되었다. 청각의 일반성분, 식이섬유 및 미네랄 함량 및 지방산 조성을 분석한 결과를 종합하여 볼 때 우리나라에서 가장 많이 생산 소비되고 있는 미역 등과 유사한 영양성분을 함유하고 있어 청각의 식품학적 가치가 충분한 것으로 나타났으며, 청각을 활용한 식품개발이 필요한 것으로 판단되었다.

감사의 글

본 연구는 전라남도보건환경연구원 자체사업으로 연구되었기에 지원에 감사드립니다.