한약재의 효소적 갈변방지를 위하여 기존의 방법(연탄건조, 유황훈증, 아황산염류 처리 등의 건조가공법)을 대체하여 한약재의 안전성을 확보할 수 있는 새로운 갈변방지 기술의 개발이 필요하였다. 먼저 유기산 및 그 유도체를 대상(구연산 외 12종)으로 한약재의 갈변방지 효과를 실험한 결과, 1% 수준에서 구연산, 아스코르빈산, 이소아스코르빈산, 초산 순으로 효과가 있었다. 그 중에서도 구연산과 아황산염 ($Na_2S_2O_5$)에 대하여 독활, 갈근, 작약을 대상으로 비교 실험했을 때, 구연산은 아황산염 ($Na_2S_2O_5$)과 유사한 갈변방지 효과를 보였다. 앞으로 한약재의 갈변방지를 위하여 구연산의 사용은 기존의 방법을 대체할 수 있는 새로운 기술로 기대된다.
23종의 amino acid와 fish oil과의 갈변 반응에서 Aw 및 온도의 영향을 조사한 결과 Aw 0.33에서 Aw 0.85에서 3가지 형태를 보였다. Type I은 Aw 0.33과 Aw 0.95에서의 갈변도가 Aw 0.52와 0.75 보다 높은 값을 나타낸 것이며(phenylalanine, trans-4-hydroxy-L-proline, me0thionine, valine), Type II는 수분활성도가 증가할수록 갈변도가 감소한 것이며(poline, leucine, isoleucine, arginine), Type III은 Aw 0,33과 0.95 보다는 Aw 0.52와 0.75에서 높은 갈변도를 나타냈다(tryptophan, cystein, threonine, lysine). 온도에 대한 갈변도의 정도는 높은 온도 의존도를 보였는데 특히 phenylalanine, valine, trans-4-hydroxy-proline 및 methionin이었다. Activation energy는 8~40kcal/mole이었고, $Q_{10}$ 값은 2~10이었다.
천연 갈변 및 미생물 억제제 소재를 발굴하기 위해 신선절단 사과에 백년초추출물을 처리하여 색도변화, peroxidase 활성, 황색포도상구균 생육을 조사하였다. 신선절단 사과의 L값은 백련초 추출물 처리구가 대조구에 비해 유의적으로 감소폭이 적어 갈변억제가 나타난 것을 확인할 수 있었으며, a값은 저장기간이 경과함에 따라 증가하였으며 백련초 추출물 처리구는 2일째부터 갈변억제효과를 보였다. Peroxidase 활성도 백년초 추출물 처리구에서 저장기간이 경과함에 따라 갈변억제효과를 확인하였다. 신선절단 사과에서 백년초 추출물 25 mg/mL 이상 처리구에서 유의적으로 황색포도상구균 생육억제 효과가 나타났으며, 온도별로는 $21^{\circ}C$ 저장시 억제효과가 더 큰 것으로 판단되었다. 특히 100 mg/mL 처리구에서 4일째부터 황색포도상구균이 검출한계 이하로 관찰되어 생육억제에 매우 효과적임을 확인 할 수 있었다. 따라서 본 연구결과, 백년초 추출물 처리는 신선절단 사과의 저장 중에 갈변억제 및 황색포도상구균의 생육억제에 효과적인 천연물이며, 향후 신선절단식품의 품질유지에 효과적인 식품첨가제로서 개발 가능하리라 판단된다.
한국의 민간요법에서 감자와 당근의 주스 혼합액이 위궤양의 치료에 사용되어져 왔다는 사실을 근거로 전보에서 당근이 감자의 갈변에 어떤 영향을 미치는지를 알아보았다. 본 논문에서는 감자의 갈변을 저해하는 감자속의 어떤 물질의 효과를 배제시키기 위하여 감자에서 polyphenolics만을 추출하여 여기에 효소를 가한 뒤 당근을 첨가하여 갈변화를 측정하였고 감자의 PPO활성에 베타-카로틴이 어떤 영향을 미치는지를 살펴 보았다. 그 결과 시료로 사용한 총 polyphenolics의 함량은 1. 854mg/g D.W.였고 PPO활성도는 100unit이였다. 감자에서 추출한 polyphenolics의 delta 'L'값은 급격히 감소하였으나 당근주스의 혼합액은 조금씩 감소하였다. Polyphenolics와 합성 베타-카로틴을 섞은 용액은 반응 50분 후에 약간의 감소를 보였다. 동시에 감자에서 추출한 polyphenolics를 당관에서 추출한 카로틴 혹은 베타-카로틴을 가한 후 갈변차를 알아본 결과 당근에서 추출한 카로틴 용액을 섞은 것은 delta 'L'값이 증가하였고 1 시간 후 합성 베타-카로틴과 비슷하게 감소하였다. 한편 감자에서 추출한 PPO의 갈변화에 기질과 효소의 농도가 어떤 영향을 미치는지를 알아본 결과 기질농도 10%일때 최적효소의 농도는 10%였으며(대조군의 농도비는 완충액 2.6 : 기질 0.3 : 효소액 0.1이었음). 효소농도 3.3%일때 최적 기질의 농도는 13.3%이었고 베타-카로틴의 농도는 PPO활성도에 거의 영향을 미치지 않는 것으로 나타났다.
농산물의 품질 및 성분을 측정하는데 있어 기존의 화학적 분석 방식은 정밀도가 높으나 측정에 소요되는 시간과 비용이 많이 들어, 현장 적용하기에는 한계가 있다. 일반적으로 근적외선 분광 분석(Near Infra Red Spectroscopy, NIRS) 방법은 가공 과정에 따라 빠르게 변화되는 단백질 조성 및 수분함량 측정 등에 이용되고 있다. 분석에 소요 시간이 많이 걸리는 켈달법(Kjeldahi method)에 비해 NIR 분광 분석을 통한 보정으로 연속적인 모니터링이 가능하다. 본 연구에서 사용된 시료를 고정시키기 위한 프레임을 제작한 후 NIR센서와 광원인 LED의 각도를 고정시키고 측정 대상체인 사절된 감자 크기에 따라 시료를 고정시킬 수 있는 프레임을 반사면에 위치시켰다. 확산 반사법을 이용하여 프레임에 씨감자 시료를 고정 시킨 후 백색 LED를 이용하여 감자 표면에 빛을 반사시켜 3일 동안 12시간 마다 해당 시료들(열처리, 비누용액 침지, 생감자)의 스펙트럼을 측정하였다. 해당 시료들은 측정 기간 동안 저온상태($4^{\circ}C$)와 실온상태($20^{\circ}C$)에서 보관되었다. 실험 결과는 파장대 145nm에서 저온상태에서 보관된 생감자는 시간경과에 따른 흡광도의 결정 계수값($r^2$)은 0.98 이었다. 이는 감자가 저온에서 생감자의 상태 변화가 일어나고 있다는 것을 의미하고 파장대 145nm에서 시간에 따른 저온상태에서 보관한 감자의 상태 변화 예측이 가능함을 의미한다. 비누용액에 침지시킨 후 실온에 보관한 감자는 시간이 경과함에 따라 파장이 증가함에 따라 흡광도가 증가하였다. 이는 감자에 들어있는 Polyphenol Oxidase 함량 변화로 갈변 현상이 일어난 것을 알 수 있다. 또한 실온에서 보관한 생감자도 시간 경과에 따라 갈변 현상이 일어났지만 용액에 침지시킨 감자보다는 갈변 현상이 36시간 이후로 발견되었다. 열처리 후 실온에서 보관한 감자의 경우에는 갈변현상이 나타나지 않았다. 저온상태에서 보관한 감자시료들 모두 갈변형상이 나타나지 않았지만, 24시간이 지난 후 용액에 침지시킨 감자는 갈변 현상이 발생되었다. 생감자와 열처리한 감자는 시간 경과에 따른 갈변현상이 일어나지 않았으므로, 감자의 갈변현상은 감자의 표면 처리 방법에 국한되지 않고 온도에 영향을 더 많이 받는다는 것을 나타내고 있다. 본 연구는 향후 감자의 품질 및 성분 측정에서 간편하게 사용될 수 있는 감자의 품질 계측 기술에 기여할 것으로 판단된다.
갈변과 미생물 증식으로 인해 저하되는 양상추의 품질을 향상시키기 위해 양상추를 최소처리하여 이들 품질저하요인을 제어하고자 하였다. 갈변억제방법으로는 다양한 침지수에 따른 화학적인 방법을 사용하였고, 미생물 증식억제방법으로는 염소처리법과 전기분해수 그리고 유기산 처리에 의한 방법을 사용하였다. 그 결과 양상추의 갈변은 색도에 있어서 ascorbic acid 1$\%$와 citric acid 1$\%$ 혼합침지수로 처리하였을 때 초기 L 값이 5$\%$ 수준에서 유의적으로 가장 높았고,a 값은 5$\%$ 수준에서 유의적으로 가장 낮게 나타나 갈변억제효과를 보였다. 갈변의 지표라 할 수 있는 PPO 활성에 있어서도 ascorbic acid 1%와 citric acid 1% 혼합침지수로 처리하였을 때 양상추의 PPO 활성이 대조구에 비해 1.5배 감소되었다. 미생물증식은 염소처리의 경우 차염소산 나트륨을200 ppm 농도로 처리한 침지수가 3 log cycle 감소시켰고, 전기분해수의 경우 무격막 처리수가 미생물 증식을 2 log cycle 억제하여 미생물 증식억제에 효과적임을 알 수 있었다 또한 갈변억제에 효과적인 ascorbic acid와 citric acid 처리수로 침지하였을 때 저장 2일째 까지는 미생물 증식이 없었으나 저장 4일째 대조구는 7 log cycle 인데 비해 처리구는 3 log cycle 로 나타나 강력하게 미생물 증식을 억제하는 것임을 알 수 있었다. 이상의 연구결과로 볼 때 양상추의 갈변과 미생물 증식에 있어서 ascorbic acid와 citric acid로 최소 가공하는 것이 가장 바람직하다고 생각된다.
재래종 적색 자두 (Prunus salicina)에서 효소를 추출하여 4종류의 polyphenol화합물과 반응시켜 얻어진 갈변반응 생성물에 대하여 Bacillus subtilis H17과 M45를 이용한 rec-assay와 Salmonella typhimurium TA98과 TA100 두 균주를 이용한 Ames test, 그리고 calfcthymus DNA를 이용하는 DNA절단시험을 이용하여 돌연변이원성과 돌연변이 억제작용을 조사하였다. 포자 rec-assay 에서는 pyrogallol, hydroxyhydroquinone, 3,4-dihydroxytoluene, chlorogenic acid 의 갈변반응 생성물은 모두 DNA손상능력이 없었으며 8가지 금속이온 중 ${Zn}^{2+}$과 ${Ni}^{2+}$의 첨가로 고초균 DNA손상에 약한 영향을 나타내었다. DNA절단시험 결과 4종류 갈변반응 생성물 모두 DNA절단작용이 없었으며 금속이온의 영향에 있어서는 pyrogallol 갈변반응 생성물이 ${Cu}^{2+}$의 영향을 받아 ${Cu}^{2+}$의 농도가 증가함에 따라 강한 절단작용을 나타내었으며 3,4-dihydroxytoluene 과 hydroxyhydroquinone갈변반응 생성물은 금속이온의 영향을 전혀 받지 않았다. 또한 chlorogenic acid갈변반응 생성물은 DNA 절단을 억제하는 효과를 나타내었다. Ames test에서는 4가지 갈변반응 생성물 모두 변이원성은 없었으며 benzo$[{\alpha}]$pyrene을 사용한 변이원성 억제작용 실험결과 benzo$[{\alpha}]$pyrene의 활성을 강하게 억제하는 것으로 나타났다.
된장모델로서 0.1M glucose-0.1M glutamic acid 모델을 선정하고 0.2mM $FeCl_{2}$의 존재 하에 갈변억제제인 50mM citric acid와 이의 synergist로 5종의 phenolic acids를 첨가하여 조제한 시료를 $4^{\circ}C$와 $30^{\circ}C$에서 4주간 저장하면서 phenolic acids가 갈변억제에 미치는 영향을 알아보았다. 그 결과 phenolic acids 첨가에 따른 갈변억제효과는$4^{\circ}C$의 저온에서보다 $30^{\circ}C$의 실온에서 저장시 pH의 변화 없이 더욱 효과적인 것으로 나타났다. 5종의 phenolic acids 중에서 hydroxybenzoic acid는 갈변억제능이 가장 높아, 갈변억제능은 $30^{\circ}C$에서 4주간 저장후 phenolic acids 무첨가구보다 13%가 높았다. Caffeic acid와 protocatechuic acid와 같이 OH기가 2개 치환된 phenolic acid는 Maillard 반응의 촉매로 작용하는 철 이온과의 결합능이 높아 Maillard 반응이 보다 더 억제되어 3-DG 및 형광화합물과 같은 중간반응산물의 생성을 가장 억제하였으나, 이들 phenolic acids는 유색의 착체를 형성하여 동일계의 OH기가 0, 1개 치환된 phenolic acids보다 갈변도는 오히려 증가하였다. Hydroxybenzoic acid는 실제 된장에도 사용가능한 첨가물로서 citric acid를 갈변억제제로 사용시 이의 synergist로 사용이 가능할 것으로 생각되었다.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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