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JKFN Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition



Online ISSN 2288-5978

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Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(5): 476-482

Published online May 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.5.476

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Quality Characteristics and Antioxidant Activity of Jelly Containing Varying Amounts of Jerusalem Artichoke Extract

Hye-Sook Kim1 and Eun-Sun Hwang1 ,2

1Major in Nutrition and Culinary Science, Department of Human Ecology and
2Major in Food and Nutrition, School of Wellness Industry Convergence, Hankyong National University

Correspondence to:Eun-Sun Hwang, Department of Human Ecology, Major in Nutrition and Culinary Science, Graduate School of Hankyong National University, 327, Jungang-ro, Anseong-si, Gyeonggi 17579, Korea, E-mail: ehwang@hknu.ac.kr
Author information: Hye-Sook Kim (Graduate student), Eun-Sun Hwang (Professor)

Received: February 9, 2022; Revised: April 22, 2022; Accepted: April 25, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

The study was conducted to investigate the quality properties and antioxidant activities of jelly when its water was replaced by 0, 10, 20, and 30% Jerusalem artichoke extract. The moisture content of the jelly was 82.56∼79.93%, which was the highest when no Jerusalem artichoke extract was added. The addition of the extract displayed a tendency to reduce the moisture content compared to the control group. The ash and crude fat content increased with the increasing addition of the extract. The Jerusalem artichoke extract added to the jelly proportionately increased the sugar content, total acidity, and hardness of the jelly, and decreased its pH. The measurement of chromaticity showed that lightness and yellowness decreased and redness increased with increasing levels of the extract. The total polyphenol and total flavonoid content increased with the increasing levels of the extract. The antioxidant activity measured by DPPH and ABTS radical scavenging activity and reducing power were significantly higher than the control, and these proportionally increased as the amount of the extract increased. These results suggest that the addition of Jerusalem artichoke extract to jelly could improve its quality characteristics and antioxidant properties.

Keywords: Jerusalem artichoke, jelly, quality characteristics, antioxidant activity

젤리는 당류와 수분을 결합할 수 있는 겔화제(젤라틴, 펙틴, 한천, 카라기난 등)를 혼합하여 농축과 성형을 마친 후 응고시킨 반 고체상의 겔(gel)상 식품으로 부드러우며 식감이 좋고 씹고 삼키기가 쉬워 남녀노소에게 널리 애용되고 있다(Mo 등, 2007; Kim 등, 2020). 사용하는 겔화제에 따라 젤리는 다양한 식감을 나타내는데, 대표적인 겔화제 중 하나인 젤라틴은 동물체의 결합조직을 구성하는 콜라겐을 열처리한 후에 산과 염기로 가수분해시켜 용출시킨 것으로 부드러운 식감을 나타내므로 젤리 제조에 널리 이용되고 있다(Choi 등, 2013; Kim 등, 2020). 최근 들어 젤리 및 캔디류의 수요가 늘어나면서 디저트나 기호식품으로 활용이 가능한 다양한 맛과 모양을 지닌 젤리들이 출시되고 있다(Choi와 Lee, 2014; Yi 등, 2021a). 아울러 토마토, 참다래, 아로니아, 단호박, 자색고구마, 버섯, 마 등과 같이 기능성을 지닌 부재료를 과즙이나 분말의 형태로 첨가하여 소비자의 기호성과 건강에 대한 요구도를 충족시키기 위한 다양한 제품의 개발이 시도되고 있다(Hwang과 Moon, 2021; Lee와 Park, 2007; Lee와 Lee, 2013; Choi와 Lee, 2013; Oh 등, 2013; Hwang과 Thi, 2015; Jung 등, 2001).

돼지감자(Helianthus tuberosus L.)는 국화과 해바라기 속의 쌍떡잎 다년생 식물로 한대지역에서 온대지역까지 전 세계적으로 재배하고 있으며, 우리나라의 기후 조건에 적합하여 전국적으로 자생하고 있다(Danilcenko 등, 2011; Kim 등, 2011). 돼지감자의 주성분인 이눌린(inulin)은 과당(fructose) 분자들이 β-2, 1 결합으로 연결되어 있고, 돼지감자 건조 중량의 약 75% 정도를 차지한다(Park 등, 2013).

돼지감자는 민간요법으로 당뇨병과 류마티스 치료를 위해 사용되었고, 변비 개선, 장 질환 예방, 대장암 발생 억제, 혈청 콜레스테롤 감소, 혈중지질 함량 저하, 혈당 강하 및 비만 개선 효과 등 다양한 약리 활성이 연구를 통해 입증되고 있다(Park, 2010; Kim 등, 2015a; Park 등, 2019; Yang 등, 2015; Sawicka 등, 2020). 이눌린은 인체에 유익한 세균의 생육을 촉진하는 prebiotic이며, 난소화성 식이섬유로 칼로리가 낮으면서도 과당의 중합체이므로 단맛이 강해 감미료 대용으로 사용될 수 있다(Gibson과 Roberfroid, 1995; Shin 등, 2012). 돼지감자는 생으로 장기간 보관이 쉽지 않아서 건조하여 분말로 만들거나 굽거나 볶아서 스낵이나 차로 이용하고, 추출물을 활용한 다양한 제품 개발의 원료로도 활용되고 있다. 돼지감자를 첨가하여 제품을 개발한 사례로는 돼지감자 가루를 첨가한 설기떡(Park, 2010; Shin과 Chung, 2019), 쿠키(Park 등, 2013), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 부침가루(Kim 등, 2013), 묵(Kim 등, 2015b), 발효유(Park 등, 2019), 돼지감자 추출액을 첨가한 식혜(Kim과 Hwang, 2021) 등이 진행되었으나, 돼지감자를 젤리 제조에 활용한 사례는 현재까지 보고되지 않았다.

본 연구에서는 젤리 제조 시 사용하는 물 대신 볶은 돼지감자 추출물을 10%, 20% 및 30%까지 첨가하여 젤리를 제조하고, 젤리의 이화학적 품질특성, 항산화 물질 함량 및 항산화 활성을 측정함으로써 젤리 제조에 돼지감자 추출액의 적용 가능성을 알아보고자 하였다.

실험재료 및 시약

본 연구에 사용한 볶은 돼지감자(Joehub Co., Ltd., Yeongcheon, Korea), 백설탕(CJ Cheiljedang, Icheon, Korea), 젤라틴(Zeltek Co., Ltd., Busan, Korea)은 시판품을 구입하여 사용하였다. 젤리 제조용 물은 정수기용 정제수를 사용하였다. Gallic acid, catechin, Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, 1,1-dipheny1-2-picrylhydrazyl(DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS)는 Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 그 외 시약들은 Fisher Scientific Co.(Waltham, MA, USA)와 Juncei Chemical Co.(Tokyo, Japan)에서 분석용 grade를 구입하여 사용하였다.

돼지감자 추출물 및 돼지감자 젤리 제조

볶은 돼지감자 60 g에 정제용 정수기물 500 mL를 넣고 2시간 동안 60°C를 유지하며 열수 추출한 후 스테인리스 스틸 체망 위에 거즈를 놓고 여과하여 볶은 돼지감자 추출물을 제조하였다. 젤리는 선행연구(Hwang과 Thi, 2015)를 참고하여 여러 차례 예비 실험을 거쳐 Table 1과 같은 비율로 제조하였다. 젤리 제조에 사용한 물 400 mL를 기준으로 물 중량의 10, 20 및 30%를 돼지감자 추출물로 대체하여 제조한 젤리를 실험군으로 하였고, 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 물만 넣어 제조한 젤리를 대조군으로 하였다. 젤라틴 20 g을 정수기 물 100 mL에 10분 불린 후 전자레인지에서 90초 동안 가열하여 용해했다. 스테인리스 스틸 냄비에 물 또는 돼지감자 추출물을 150 mL 넣고 미리 물에 녹인 젤라틴을 소량씩 첨가하면서 나무주걱으로 잘 풀어주며 설탕을 넣고 혼합한 후에 불을 70°C 정도까지 서서히 올려 내용물이 잘 혼합되도록 하였다. 내용물을 잘 혼합시킨 후 나머지 분량의 물 또는 돼지감자 추출물을 넣고 100°C에서 3분간 더 가열하였다. 제조된 젤리는 직사각형 틀(20×15×7 cm)에 넣고 상온에서 1시간 동안 식힌 후, 수분이 증발되지 않도록 뚜껑을 닫아 냉장고에서 6시간 동안 응고시킨 후에 각종 분석에 사용하였다.

Table 1 . Formula for jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

IngredientJerusalem artichoke extract (%)1)
0102030
Gelatin (g)20202020
Jerusalem artichoke extract (mL)04080120
Water (mL)400360320280
Sugar (g)50505050

1)Jerusalem artichoke extract (10, 20, and 30%) was added based on the total volume of water.



일반성분 함량 측정

젤리의 일반성분은 AOAC(1995)의 방법에 따라 측정하였다. 수분은 105°C 드라이오븐(Eyela, Tokyo, Japan)에서 상압가열건조법으로 정량하였고, 회분은 550°C의 회화로(Kukje, Seoul, Korea)에서 직접회화법으로 분석하였다. 조단백질은 자동 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 이용하여 Semimicro-Kjeldhl법으로 분석하였고, 조지방은 Soxhlet 추출기(Soxtec System HT 1043, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 사용하여 diethyl ether로 추출하여 정량하였다. 탄수화물은 전체 100%에서 수분, 회분, 조단백질, 조지방 함량을 제외한 값으로 나타내었다.

당도, pH 측정

당도와 pH 측정을 위해 으깬 젤리 시료 20 g과 증류수 40 mL를 혼합하여 5,000 rpm에서 10분간 원심분리(Mega 17R, Hanil Co., Incheon, Korea)하여 상등액을 취하여 당도와 pH를 측정하였다. 당도와 pH는 각각 당도계(PR-201α, Atago Co., Tokyo, Japan)와 pH meter(Ion S220, Mettler-Toledo, Schwerzenbach, Switzerland)로 측정하였다.

경도 측정

젤리의 경도는 texture analyzer(CT3 10K, Brookfield, Middleboro, MA, USA)를 이용하여 2회 압착실험으로 측정하였다. 젤리를 3×3×2 cm로 잘라 플레이트 중앙에 올려놓고 텍스처 프로필 분석(texture profile analysis) 방법을 사용하였다. 경도는 TA11/1,000의 probe를 사용하여 10 g trigger load, 1.00 mm/s test speed, 5.0 mm target value 조건에서 측정하였다.

색도 측정

색도 측정을 위해 젤리를 3×3×3 cm로 잘라 흰색 접시에 올려놓고 명도(L*, lightness), 적색도(a*, redness), 황색도(b*, yellowness)를 색차계(Chroma Meter CR-400, Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였다. 색도 보정은 L*, a*, b*값이 각각 97.10, +0.24, +1.75인 백색 표준판을 사용하였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 분석

총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법(Singleton과 Rossi, 1965)에 따라 분석하였다. 시료 추출물 0.2 mL에 0.4 mL 10% 2 N-Folin-Ciocalteu’s phenolic 용액을 혼합한 뒤 3분간 실온에서 반응시킨 후, 10% sodium carbonate(Na2CO3) 0.8 mL를 첨가한 뒤 1시간 동안 암소에서 반응시켰다. 반응물의 흡광도를 microplate reader(Infinite M299 Pro, Tecan Group Ltd., San Jose, CA, USA)를 이용하여 750 nm에서 측정하였다. 시료에 함유된 총 폴리페놀 함량은 galic acid를 표준물질로 하여 얻은 표준 검량선으로부터 계산하고, gallic acid equivalent(GAE)로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량은 Woisky와 Salatino 방법(1998)에 따라 분석하였다. 시료 추출물 1 mL와 메탄올에 용해시킨 2% aluminium chloride 1 mL를 혼합하여 실온에서 15분간 반응시킨 후 microplate reader를 이용하여 430 nm에서 반응물의 흡광도를 측정하였다. 시료에 함유된 총 플라보노이드 함량은 quercetin을 표준물질로 하여 얻은 표준 검량선으로부터 계산하고, quercetin equivalent(QE)로 나타내었다.

항산화 활성 측정

젤리 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 Cheung 등(2003)의 방법으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 시료 추출물 100 μL와 0.2 mM DPPH 용액 100 μL를 혼합하여 암소에서 30분간 반응시킨 후 microplate reader를 사용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 DPPH 라디칼 소거 활성은 아래 식에 대입하여 산출하였다.

DPPH %=1 ×100

젤리 추출물의 ABTS 라디칼 소거 활성은 Re 등(1999)의 방법으로 측정하였다. 실험 24시간 전에 7.0 mM ABTS와 2.45 mM potassium persulfate를 암소에서 반응시켜 ABTS+를 형성시킨 후 735 nm에서 흡광도 값이 0.73±0.03이 되도록 에탄올로 희석하여 사용하였다. 적절한 농도로 희석한 시료 추출물 100 μL와 ABTS 용액 100 μL를 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후에 732 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTS %=1 ×100

환원력은 Oyaizu의 방법(1986)으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 젤리 추출물 0.5 mL에 200 mM phosphate buffer(pH 6.6) 0.5 mL와 1%의 potassium ferricyanide 0.5 mL를 혼합하여 50°C의 항온수조에서 20분간 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합액에 10% trichloracetic acid 0.5 mL를 넣고 3,000 rpm에 10분 동안 원심분리한 후 상등액 따로 모았다. 원심분리하여 얻은 상등액, 증류수 및 ferric chloride를 각각 0.5 mL를 취하고 10% ferric chloride 0.5 mL를 첨가한 후에 10분 동안 어두운 곳에서 반응시켰다. 반응이 종료된 용액의 흡광도를 700 nm에서 측정하여 얻은 값을 환원력으로 나타내었다.

통계분석

모든 결과는 3회 반복 실험에 대한 평균(mean)±표준편차(SD)로 나타내었다. 실험 결과에 대한 통계처리는 R-Studio를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 처리군 간의 유의성에 대한 검증은 ANOVA를 이용하여 유의성을 확인한 후, P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 분석하였다.

일반성분 함량

젤리의 일반성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 수분은 82.56%로 가장 높았고, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%까지 증가함에 따라 수분은 81.98%에서 79.93%로 돼지감자 추출물이 증가함에 따라 수분은 감소하는 경향을 나타냈다. 실험군에는 젤리 제조에 필요한 물 대신 돼지감자 추출물을 첨가하였으며, 돼지감자 추출물에는 물에 비해 고형분 함량이 높고 수분이 상대적으로 적기 때문에 돼지감자 추출물 함량이 증가할수록 젤리의 수분 함량이 감소하였다. 회분은 대조군과 돼지감자 추출물 10%를 첨가한 실험군에서 0.05%로 동일한 값을 나타냈고, 돼지감자 추출물이 20%에서 30%로 증가함에 따라 0.11~0.18%로 높아졌다. 이는 물에 비해 돼지감자 추출물에 함유된 회분이 높아서 나타난 결과로 사료된다. 조단백질은 대조군과 돼지감자 추출물 10% 첨가군에서 각각 0.74 및 0.75%로 통계적으로 유의성이 있는 차이는 나타나지 않았으나, 돼지감자 추출물을 20~30% 첨가한 경우에는 0.79%로 조단백질 함량이 증가하였다. 조지방은 대조군과 돼지감자즙 첨가군에서 0.17~0.19%로 통계적으로 유의적인 차이는 나타나지 않았다.

Table 2 . Proximate analysis of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Moisture82.56±0.01a81.98±0.04b80.59±0.15c79.93±0.83d
Ash0.05±0.02c0.05±0.03c0.11±0.07b0.18±0.05a
Crude protein0.74±0.00b0.75±0.02b0.79±0.01a0.79±0.01a
Crude fat0.18±0.01a0.17±0.01a0.19±0.02a0.18±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05.



돼지감자의 일반성분 함량은 품종, 표면색 등에 따라 차이가 있으며, 생돼지감자는 특유의 아린 맛으로 인해 주로 건조하거나 볶아서 분말이나 추출물 형태로 이용한다(Jung과 Shin, 2017). 볶은 돼지감자에는 10.67%의 수분, 7.83%의 조단백질, 1.23%의 조지방 및 2.80%의 조회분이 함유되어 있고(Lee, 2016), 돼지감자를 동결건조 후 분말화한 시료에서는 7.53%의 수분, 10.81%의 조단백질, 5.00%의 조지방이 함유된 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2015b). 생돼지감자를 볶는 과정 중에 수분이 증발함에 따라 일반성분이 농축되어 생물에 비해 조단백질, 조회분, 조지방 함량이 높으며 다양한 가공식품에 첨가하기 용이하게 된다.

당도, pH, 물성

돼지감자 추출물 함량을 달리하여 제조한 젤리의 당도, pH 및 경도를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 당도는 7.0°Brix로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 젤리의 당도도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%로 높아짐에 따라 당도는 7.8~9.0°Brix로 증가하였다. 선행연구(Jung과 Shin, 2017)에 따르면 돼지감자에는 sucrose, fructose, galactose, glucose 등의 유리당이 함유되어 있고, 총 유리당 함량은 자색 돼지감자에 11.57 g/100 g, 흰색 돼지감자에는 24.95 g/100 g으로 흰색 돼지감자에서 유의적으로 높다고 보고하였다. 따라서 젤리 제조 시 첨가한 물을 돼지감자 추출물로 대체함에 따라 돼지감자에 함유된 유리당에 의해 젤리의 당도가 높아진 것으로 사료된다.

Table 3 . Sugar contents, pH, and hardness of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Sugar contents (Brix)7.0±0.00d7.8±0.00c8.4±0.00b9.0±0.00a
pH5.89±0.00a5.88±0.01b5.82±0.01c5.78±0.01d
Hardness (g)317.32±27.62d346.15±29.33c365.81±20.25b386.47±28.03a

Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05.



젤리의 pH는 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리에서 5.89로 가장 높았고, 돼지감자 추출물 10% 첨가 젤리에서는 5.88, 추출물 20% 첨가 젤리에서는 5.82, 추출물 30% 첨가 젤리에서는 5.78로 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 pH는 감소하였다.

본 실험에서 젤리 제조에 사용한 돼지감자 추출물의 pH는 5.50으로 젤리 제조 시 사용한 정제수의 pH에 비해 낮았으며, 이로 인해 물 대신 돼지감자 추출물을 첨가한 젤리의 pH가 낮은 것으로 나타났다. 돼지감자에 함유된 유기산의 종류와 함량은 품종, 색깔, 재배지역, 저장기간, 저장온도 등에 따라 차이가 있으며(Wichrowska 등, 2009), malic acid, citric acid, succinic acid, oxalic acid, fumaric acid 등의 유기산이 함유되어 있다(Jung과 Shin, 2017). 돼지감자 분말을 첨가하여 제조한 쿠키(Park 등, 2013), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021)에서도 돼지감자 분말 또는 추출물 함량에 비례하여 제조한 제품의 pH가 감소하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다.

돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 경도는 대조군에서 317.32로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량이 많아짐에 따라 증가하였다. 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가하여 제조한 젤리의 경도는 346.15~386.47로 대조군에 비해 1.09~1.22배까지 증가하였다. 젤리의 경도는 소비자의 기호도를 결정하는 중요한 품질특성 중 하나로 사용하는 겔화제, 부재료, pH, 당도 등 복합적인 요인에 의해 다르게 나타난다(Kim 등, 2020; Park 등, 2018; Hwang과 Moon, 2021). Kim 등(2020)의 연구에 따르면 젤리의 경도는 겔화제의 종류에 따라 차이를 보였고, 젤라틴(175.13 g/cm2)< 곤약(590.93 g/cm2)< 카라기난(773.18 g/cm2)< 한천(3,511.17 g/cm2)의 순으로 경도가 높게 나타나 부드러운 특성의 젤리 제조에는 젤라틴이 적합하고, 단단한 물성의 젤리 제조에는 한천이 적합한 것을 확인하였다. 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 경도가 증가한 것은 돼지감자에 함유된 sucrose, fructose 등의 당류와 malic acid, citric acid 등의 유기산이 젤라틴과 응집하여 나타난 현상으로 사료된다(Kim 등, 2020; Park 등, 2018). 감귤 미숙과 착즙액(Yi 등, 2021b), 참다래 과즙(Oh 등, 2013), 오디 착즙액(Moon 등, 2012) 첨가 젤리에서는 부재료의 첨가량이 증가함에 따라 젤리의 경도가 감소하였으나, 토마토 과즙(Hwang과 Moon, 2021), 복숭아 착즙액(Park 등, 2018), 자색고구마 농축액(Choi와 Lee, 2013)을 첨가하여 제조한 젤리에서도 첨가하는 부재료 함량에 비례하여 경도가 높아지는 패턴을 보여 본 연구 결과와 유사한 경향성을 나타냈다.

색도 측정

돼지감자 추출물을 첨가하여 만든 젤리의 색도는 Table 4와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 대조군에서 명도(L*)는 41.78로 가장 높게 나타났고, 돼지감자 추출물 첨가량이 10~30%까지 증가함에 따라 명도는 28.36에서 21.45로 감소하였다. 적색도를 나타내는 a*값은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 대조군 젤리에서 -0.80으로 가장 낮은 값을 보였고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 a*값이 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%까지 증가함에 따라 적색도는 3.14~5.61까지 높아졌다. 황색도를 나타내는 b*값은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리에서 9.10으로 가장 높았고, 돼지감자 추출물을 10~30% 첨가한 젤리에서는 6.31에서 3.16으로 나타나 돼지감자 추출물 함량에 반비례하여 감소함을 확인하였다.

Table 4 . Changes in hunter’s color value of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
L*41.78±0.57a28.36±0.26b24.27±0.14c21.45±0.05d
a*−0.80±0.04d3.14±0.04c4.66±0.13b5.61±0.07a
b*9.10±0.45a6.31±0.02b6.27±0.16b3.16±0.13c

Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05.



돼지감자에는 갈변을 일으키는 polyphenol oxidase가 함유되어 있어 껍질을 벗기거나 절단 마쇄 등의 과정을 통해 산소와 접촉하면 갈색으로 변한다(Yoon 등, 1993). 젤리 제조에 사용한 볶은 돼지감자 추출액에서도 갈색을 나타내 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 명도와 적색도는 증가하고 황색도는 감소한 것으로 사료된다. 선행연구에서도 돼지감자 추출물 또는 분말을 첨가하여 제조한 묵(Kim 등, 2015b), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 설기떡(Shin과 Chung, 2019), 쿠키(Park 등, 2013)에서도 이들 함량이 증가함에 따라 명도와 적색도가 증가하고 황색도가 감소하는 경향을 보였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 분석

돼지감자 추출물 첨가 젤리의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량 분석 결과는 Table 5와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 젤리의 총 폴리페놀 함량은 1 g당 gallic acid를 기준으로 16.71 μg으로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 총 폴리페놀 함량도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물을 10, 20 및 30% 첨가한 젤리에서 총 폴리페놀 함량은 30.88 μg, 51.14 μg, 76.91 μg으로 대조구에 비해 각각 1.85배, 3.06배 및 4.60배 증가하였다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 총 플라보노이드 함량은 1 g당 quercetin을 기준으로 3.94 μg이었고, 돼지감자 추출물 첨가량이 증가할수록 젤리에 포함된 총 플라보노이드 함량도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물을 10~30% 첨가함에 따라 총 플라보노이드 함량은 11.24~29.90 μg으로, 이는 대조구에 비해 각각 2.85배, 4.99배 및 7.59배 증가한 수치였다.

Table 5 . Total polyphenol and total flavonoid contents of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Total polyphenol (μg GAE1)/mL)16.71±0.53d30.88±0.89c51.14±0.91b76.91±2.8a
Total flavonoid (μg QE2)/mL)3.94±0.71d11.24±0.45c19.60±0.76b29.90±0.50a

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05.

1)GAE=gallic acid equivalent.

2)QE=quercetin equivalent.



볶은 돼지감자는 열처리 과정을 통해 수분이 증발하여 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 생돼지감자에 비해 높을 것으로 사료되며, 본 실험에 사용한 볶은 돼지감자 추출물에는 시료 1 mL당 243.08 mg의 총 폴리페놀과 244.78 mg의 총 플라보노이드가 함유된 것을 확인하였다. Tchoné 등(2006)은 건조된 돼지감자에서 에스쿨린(esculin), 젠티틴산(gentisic acid), 카테친(catechin), 클로로겐산(chlorogenic acid), 바닐릭산(vanillic acid), 에피카테친(epicatechin), 살리실산(salicylic acid) 등의 페놀성 화합물을 확인하였다. 돼지감자의 볶는 과정을 통해 페놀화합물이 유리되어 총 페놀 함량이 볶지 않은 시료에 비해 증가한다고 보고하고 있다(Kang 등, 2006). 선행연구에서도 돼지감자를 분말 또는 추출물의 형태로 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 발효유(Park 등, 2019), 묵(Kim 등, 2015b) 등에서도 돼지감자 분말 또는 추출물의 첨가량에 비례하여 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량이 높아져 본 연구와 유사한 결과를 나타냈다.

항산화 활성 측정

돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 항산화 활성을 알아보기 위해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능과 환원력을 측정한 결과는 Table 6과 같다. 항산화 활성도 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량처럼 돼지감자 추출물을 첨가할수록 증가함을 확인하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 대조군에서 4.07%로 나타났고, 돼지감자 추출물을 10, 20 및 30% 첨가한 젤리에서는 각각 21.96%, 46.88% 및 54.84%로 증가했다. 돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 DPPH 라디칼 소거 활성은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않는 젤리에 비해 5.40~13.47배 증가함을 확인하였다. ABTS 라디칼 소거 활성의 경우 대조군은 18.11%로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가함에 따라 37.97~72.03%로 증가하였는데, 이는 대조군에 비해 2.10~3.98배 증가한 수치였다. 환원력도 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 유사한 경향을 보였다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 대조군의 환원력은 0.125로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량이 10~30%로 증가함에 따라 환원력을 나타내는 흡광도 값은 0.312에서 0.657로 높아졌다.

Table 6 . Antioxidant activities of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
DPPH radical scavenging (%)4.07±0.99d21.96±2.91c46.88±3.00b54.84±2.29a
ABTS radical scavenging (%)18.11±0.60d37.97±1.16c52.76±1.85b72.03±1.10a
Reducing power0.125±0.00d0.312±0.01c0.467±0.01b0.657±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment.

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05.



돼지감자 추출물 첨가량이 증가함에 따라 폴리페놀, 플라보노이드 등의 기능성 물질들의 함량이 높아져 자연스럽게 항산화 활성이 증가하였다. 돼지감자를 추출물 또는 분말의 형태로 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021), 설기떡(Shin과 Chung, 2019), 발효유(Park 등, 2019), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 쿠키(Park 등, 2013) 등의 연구에서도 돼지감자 추출물 또는 분말의 첨가량이 증가함에 따라 항산화 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 통해 젤리 제조 시 사용하는 물을 돼지감자 추출물로 대체하여 젤리를 제조해도 품질에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 유용한 생리활성 물질이 풍부하고 항산화 활성이 우수한 젤리를 제조할 수 있을 것으로 사료된다.

본 연구에서는 젤리 제조 시 사용한 물 대신 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가하여 젤리를 제조하고 젤리의 이화학적 품질특성, 기능성 성분의 함량 및 항산화 활성을 측정하여 돼지감자즙 첨가 젤리의 최적 배합비를 선정하고자 하였다. 젤리의 수분함량은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 젤리에서 가장 높았고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 82.56%에서 79.93%까지 감소하였다. 젤리의 조단백질과 회분은 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 증가하는 경향을 보였고, 조지방 함량은 돼지감자 추출물 함량에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 젤리 수분함량과 경도는 반비례 관계를 나타냈고, 젤리의 조단백, 조회분 등의 고형물 함량이 증가함에 따라 당도는 증가하고 산도는 감소하였으며, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량이 증가하고 항산화 활성도 증가하였다. 즉, 젤리에 첨가한 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 당도와 경도는 증가하였고 pH는 감소하였다. 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 젤리의 명도와 황색도는 감소하였고 적색도는 증가하였다. 젤리에 함유된 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량은 대조군에 비해 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 증가하였다. 또한, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능과 환원력으로 측정한 항산화 활성도 돼지감자 추출물 첨가량이 증가할수록 높은 값을 보였다. 본 연구 결과는 젤리 제조에 사용하는 물을 돼지감자 추출물을 10~30%까지 대체하여 젤리를 제조할 경우 생리활성 물질의 함량 및 항산화 활성을 높일 수 있는 것을 확인하였고, 이는 기능성 젤리 제조의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(5): 476-482

Published online May 31, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.5.476

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 품질특성 및 항산화 활성

김혜숙1․황은선1,2

1한경대학교 생활과학과 영양조리과학전공
2한경대학교 웰니스산업융합학부 식품영양학전공

Received: February 9, 2022; Revised: April 22, 2022; Accepted: April 25, 2022

Quality Characteristics and Antioxidant Activity of Jelly Containing Varying Amounts of Jerusalem Artichoke Extract

Hye-Sook Kim1 and Eun-Sun Hwang1,2

1Major in Nutrition and Culinary Science, Department of Human Ecology and
2Major in Food and Nutrition, School of Wellness Industry Convergence, Hankyong National University

Correspondence to:Eun-Sun Hwang, Department of Human Ecology, Major in Nutrition and Culinary Science, Graduate School of Hankyong National University, 327, Jungang-ro, Anseong-si, Gyeonggi 17579, Korea, E-mail: ehwang@hknu.ac.kr
Author information: Hye-Sook Kim (Graduate student), Eun-Sun Hwang (Professor)

Received: February 9, 2022; Revised: April 22, 2022; Accepted: April 25, 2022

This is an Open Access article distributed under the terms of the Creative Commons Attribution Non-Commercial License (https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0) which permits unrestricted non-commercial use, distribution, and reproduction in any medium, provided the original work is properly cited.

Abstract

The study was conducted to investigate the quality properties and antioxidant activities of jelly when its water was replaced by 0, 10, 20, and 30% Jerusalem artichoke extract. The moisture content of the jelly was 82.56∼79.93%, which was the highest when no Jerusalem artichoke extract was added. The addition of the extract displayed a tendency to reduce the moisture content compared to the control group. The ash and crude fat content increased with the increasing addition of the extract. The Jerusalem artichoke extract added to the jelly proportionately increased the sugar content, total acidity, and hardness of the jelly, and decreased its pH. The measurement of chromaticity showed that lightness and yellowness decreased and redness increased with increasing levels of the extract. The total polyphenol and total flavonoid content increased with the increasing levels of the extract. The antioxidant activity measured by DPPH and ABTS radical scavenging activity and reducing power were significantly higher than the control, and these proportionally increased as the amount of the extract increased. These results suggest that the addition of Jerusalem artichoke extract to jelly could improve its quality characteristics and antioxidant properties.

Keywords: Jerusalem artichoke, jelly, quality characteristics, antioxidant activity

서 론

젤리는 당류와 수분을 결합할 수 있는 겔화제(젤라틴, 펙틴, 한천, 카라기난 등)를 혼합하여 농축과 성형을 마친 후 응고시킨 반 고체상의 겔(gel)상 식품으로 부드러우며 식감이 좋고 씹고 삼키기가 쉬워 남녀노소에게 널리 애용되고 있다(Mo 등, 2007; Kim 등, 2020). 사용하는 겔화제에 따라 젤리는 다양한 식감을 나타내는데, 대표적인 겔화제 중 하나인 젤라틴은 동물체의 결합조직을 구성하는 콜라겐을 열처리한 후에 산과 염기로 가수분해시켜 용출시킨 것으로 부드러운 식감을 나타내므로 젤리 제조에 널리 이용되고 있다(Choi 등, 2013; Kim 등, 2020). 최근 들어 젤리 및 캔디류의 수요가 늘어나면서 디저트나 기호식품으로 활용이 가능한 다양한 맛과 모양을 지닌 젤리들이 출시되고 있다(Choi와 Lee, 2014; Yi 등, 2021a). 아울러 토마토, 참다래, 아로니아, 단호박, 자색고구마, 버섯, 마 등과 같이 기능성을 지닌 부재료를 과즙이나 분말의 형태로 첨가하여 소비자의 기호성과 건강에 대한 요구도를 충족시키기 위한 다양한 제품의 개발이 시도되고 있다(Hwang과 Moon, 2021; Lee와 Park, 2007; Lee와 Lee, 2013; Choi와 Lee, 2013; Oh 등, 2013; Hwang과 Thi, 2015; Jung 등, 2001).

돼지감자(Helianthus tuberosus L.)는 국화과 해바라기 속의 쌍떡잎 다년생 식물로 한대지역에서 온대지역까지 전 세계적으로 재배하고 있으며, 우리나라의 기후 조건에 적합하여 전국적으로 자생하고 있다(Danilcenko 등, 2011; Kim 등, 2011). 돼지감자의 주성분인 이눌린(inulin)은 과당(fructose) 분자들이 β-2, 1 결합으로 연결되어 있고, 돼지감자 건조 중량의 약 75% 정도를 차지한다(Park 등, 2013).

돼지감자는 민간요법으로 당뇨병과 류마티스 치료를 위해 사용되었고, 변비 개선, 장 질환 예방, 대장암 발생 억제, 혈청 콜레스테롤 감소, 혈중지질 함량 저하, 혈당 강하 및 비만 개선 효과 등 다양한 약리 활성이 연구를 통해 입증되고 있다(Park, 2010; Kim 등, 2015a; Park 등, 2019; Yang 등, 2015; Sawicka 등, 2020). 이눌린은 인체에 유익한 세균의 생육을 촉진하는 prebiotic이며, 난소화성 식이섬유로 칼로리가 낮으면서도 과당의 중합체이므로 단맛이 강해 감미료 대용으로 사용될 수 있다(Gibson과 Roberfroid, 1995; Shin 등, 2012). 돼지감자는 생으로 장기간 보관이 쉽지 않아서 건조하여 분말로 만들거나 굽거나 볶아서 스낵이나 차로 이용하고, 추출물을 활용한 다양한 제품 개발의 원료로도 활용되고 있다. 돼지감자를 첨가하여 제품을 개발한 사례로는 돼지감자 가루를 첨가한 설기떡(Park, 2010; Shin과 Chung, 2019), 쿠키(Park 등, 2013), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 부침가루(Kim 등, 2013), 묵(Kim 등, 2015b), 발효유(Park 등, 2019), 돼지감자 추출액을 첨가한 식혜(Kim과 Hwang, 2021) 등이 진행되었으나, 돼지감자를 젤리 제조에 활용한 사례는 현재까지 보고되지 않았다.

본 연구에서는 젤리 제조 시 사용하는 물 대신 볶은 돼지감자 추출물을 10%, 20% 및 30%까지 첨가하여 젤리를 제조하고, 젤리의 이화학적 품질특성, 항산화 물질 함량 및 항산화 활성을 측정함으로써 젤리 제조에 돼지감자 추출액의 적용 가능성을 알아보고자 하였다.

재료 및 방법

실험재료 및 시약

본 연구에 사용한 볶은 돼지감자(Joehub Co., Ltd., Yeongcheon, Korea), 백설탕(CJ Cheiljedang, Icheon, Korea), 젤라틴(Zeltek Co., Ltd., Busan, Korea)은 시판품을 구입하여 사용하였다. 젤리 제조용 물은 정수기용 정제수를 사용하였다. Gallic acid, catechin, Folin-Ciocalteu’s phenol reagent, 1,1-dipheny1-2-picrylhydrazyl(DPPH), 2,2′-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt(ABTS)는 Sigma-Aldrich Chemical Co. (St. Louis, MO, USA)에서 구입하였다. 그 외 시약들은 Fisher Scientific Co.(Waltham, MA, USA)와 Juncei Chemical Co.(Tokyo, Japan)에서 분석용 grade를 구입하여 사용하였다.

돼지감자 추출물 및 돼지감자 젤리 제조

볶은 돼지감자 60 g에 정제용 정수기물 500 mL를 넣고 2시간 동안 60°C를 유지하며 열수 추출한 후 스테인리스 스틸 체망 위에 거즈를 놓고 여과하여 볶은 돼지감자 추출물을 제조하였다. 젤리는 선행연구(Hwang과 Thi, 2015)를 참고하여 여러 차례 예비 실험을 거쳐 Table 1과 같은 비율로 제조하였다. 젤리 제조에 사용한 물 400 mL를 기준으로 물 중량의 10, 20 및 30%를 돼지감자 추출물로 대체하여 제조한 젤리를 실험군으로 하였고, 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 물만 넣어 제조한 젤리를 대조군으로 하였다. 젤라틴 20 g을 정수기 물 100 mL에 10분 불린 후 전자레인지에서 90초 동안 가열하여 용해했다. 스테인리스 스틸 냄비에 물 또는 돼지감자 추출물을 150 mL 넣고 미리 물에 녹인 젤라틴을 소량씩 첨가하면서 나무주걱으로 잘 풀어주며 설탕을 넣고 혼합한 후에 불을 70°C 정도까지 서서히 올려 내용물이 잘 혼합되도록 하였다. 내용물을 잘 혼합시킨 후 나머지 분량의 물 또는 돼지감자 추출물을 넣고 100°C에서 3분간 더 가열하였다. 제조된 젤리는 직사각형 틀(20×15×7 cm)에 넣고 상온에서 1시간 동안 식힌 후, 수분이 증발되지 않도록 뚜껑을 닫아 냉장고에서 6시간 동안 응고시킨 후에 각종 분석에 사용하였다.

Table 1 . Formula for jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

IngredientJerusalem artichoke extract (%)1)
0102030
Gelatin (g)20202020
Jerusalem artichoke extract (mL)04080120
Water (mL)400360320280
Sugar (g)50505050

1)Jerusalem artichoke extract (10, 20, and 30%) was added based on the total volume of water..



일반성분 함량 측정

젤리의 일반성분은 AOAC(1995)의 방법에 따라 측정하였다. 수분은 105°C 드라이오븐(Eyela, Tokyo, Japan)에서 상압가열건조법으로 정량하였고, 회분은 550°C의 회화로(Kukje, Seoul, Korea)에서 직접회화법으로 분석하였다. 조단백질은 자동 단백질 분석기(Kjeltec 2400 AUT, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 이용하여 Semimicro-Kjeldhl법으로 분석하였고, 조지방은 Soxhlet 추출기(Soxtec System HT 1043, Foss Tecator, Eden Prairie, MN, USA)를 사용하여 diethyl ether로 추출하여 정량하였다. 탄수화물은 전체 100%에서 수분, 회분, 조단백질, 조지방 함량을 제외한 값으로 나타내었다.

당도, pH 측정

당도와 pH 측정을 위해 으깬 젤리 시료 20 g과 증류수 40 mL를 혼합하여 5,000 rpm에서 10분간 원심분리(Mega 17R, Hanil Co., Incheon, Korea)하여 상등액을 취하여 당도와 pH를 측정하였다. 당도와 pH는 각각 당도계(PR-201α, Atago Co., Tokyo, Japan)와 pH meter(Ion S220, Mettler-Toledo, Schwerzenbach, Switzerland)로 측정하였다.

경도 측정

젤리의 경도는 texture analyzer(CT3 10K, Brookfield, Middleboro, MA, USA)를 이용하여 2회 압착실험으로 측정하였다. 젤리를 3×3×2 cm로 잘라 플레이트 중앙에 올려놓고 텍스처 프로필 분석(texture profile analysis) 방법을 사용하였다. 경도는 TA11/1,000의 probe를 사용하여 10 g trigger load, 1.00 mm/s test speed, 5.0 mm target value 조건에서 측정하였다.

색도 측정

색도 측정을 위해 젤리를 3×3×3 cm로 잘라 흰색 접시에 올려놓고 명도(L*, lightness), 적색도(a*, redness), 황색도(b*, yellowness)를 색차계(Chroma Meter CR-400, Minolta, Tokyo, Japan)로 측정하였다. 색도 보정은 L*, a*, b*값이 각각 97.10, +0.24, +1.75인 백색 표준판을 사용하였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 분석

총 폴리페놀 함량은 Folin-Denis 방법(Singleton과 Rossi, 1965)에 따라 분석하였다. 시료 추출물 0.2 mL에 0.4 mL 10% 2 N-Folin-Ciocalteu’s phenolic 용액을 혼합한 뒤 3분간 실온에서 반응시킨 후, 10% sodium carbonate(Na2CO3) 0.8 mL를 첨가한 뒤 1시간 동안 암소에서 반응시켰다. 반응물의 흡광도를 microplate reader(Infinite M299 Pro, Tecan Group Ltd., San Jose, CA, USA)를 이용하여 750 nm에서 측정하였다. 시료에 함유된 총 폴리페놀 함량은 galic acid를 표준물질로 하여 얻은 표준 검량선으로부터 계산하고, gallic acid equivalent(GAE)로 나타내었다.

총 플라보노이드 함량은 Woisky와 Salatino 방법(1998)에 따라 분석하였다. 시료 추출물 1 mL와 메탄올에 용해시킨 2% aluminium chloride 1 mL를 혼합하여 실온에서 15분간 반응시킨 후 microplate reader를 이용하여 430 nm에서 반응물의 흡광도를 측정하였다. 시료에 함유된 총 플라보노이드 함량은 quercetin을 표준물질로 하여 얻은 표준 검량선으로부터 계산하고, quercetin equivalent(QE)로 나타내었다.

항산화 활성 측정

젤리 추출물의 DPPH 라디칼 소거 활성은 Cheung 등(2003)의 방법으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 시료 추출물 100 μL와 0.2 mM DPPH 용액 100 μL를 혼합하여 암소에서 30분간 반응시킨 후 microplate reader를 사용하여 515 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 DPPH 라디칼 소거 활성은 아래 식에 대입하여 산출하였다.

DPPH %=1 ×100

젤리 추출물의 ABTS 라디칼 소거 활성은 Re 등(1999)의 방법으로 측정하였다. 실험 24시간 전에 7.0 mM ABTS와 2.45 mM potassium persulfate를 암소에서 반응시켜 ABTS+를 형성시킨 후 735 nm에서 흡광도 값이 0.73±0.03이 되도록 에탄올로 희석하여 사용하였다. 적절한 농도로 희석한 시료 추출물 100 μL와 ABTS 용액 100 μL를 혼합하여 37°C에서 30분간 반응시킨 후에 732 nm에서 흡광도를 측정하였다.

ABTS %=1 ×100

환원력은 Oyaizu의 방법(1986)으로 측정하였다. 적절한 농도로 희석한 젤리 추출물 0.5 mL에 200 mM phosphate buffer(pH 6.6) 0.5 mL와 1%의 potassium ferricyanide 0.5 mL를 혼합하여 50°C의 항온수조에서 20분간 반응시켰다. 반응이 끝난 혼합액에 10% trichloracetic acid 0.5 mL를 넣고 3,000 rpm에 10분 동안 원심분리한 후 상등액 따로 모았다. 원심분리하여 얻은 상등액, 증류수 및 ferric chloride를 각각 0.5 mL를 취하고 10% ferric chloride 0.5 mL를 첨가한 후에 10분 동안 어두운 곳에서 반응시켰다. 반응이 종료된 용액의 흡광도를 700 nm에서 측정하여 얻은 값을 환원력으로 나타내었다.

통계분석

모든 결과는 3회 반복 실험에 대한 평균(mean)±표준편차(SD)로 나타내었다. 실험 결과에 대한 통계처리는 R-Studio를 이용하여 평균과 표준편차로 나타내었고, 각 처리군 간의 유의성에 대한 검증은 ANOVA를 이용하여 유의성을 확인한 후, P<0.05 수준에서 Duncan’s multiple range test를 이용하여 분석하였다.

결과 및 고찰

일반성분 함량

젤리의 일반성분을 분석한 결과는 Table 2와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 수분은 82.56%로 가장 높았고, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%까지 증가함에 따라 수분은 81.98%에서 79.93%로 돼지감자 추출물이 증가함에 따라 수분은 감소하는 경향을 나타냈다. 실험군에는 젤리 제조에 필요한 물 대신 돼지감자 추출물을 첨가하였으며, 돼지감자 추출물에는 물에 비해 고형분 함량이 높고 수분이 상대적으로 적기 때문에 돼지감자 추출물 함량이 증가할수록 젤리의 수분 함량이 감소하였다. 회분은 대조군과 돼지감자 추출물 10%를 첨가한 실험군에서 0.05%로 동일한 값을 나타냈고, 돼지감자 추출물이 20%에서 30%로 증가함에 따라 0.11~0.18%로 높아졌다. 이는 물에 비해 돼지감자 추출물에 함유된 회분이 높아서 나타난 결과로 사료된다. 조단백질은 대조군과 돼지감자 추출물 10% 첨가군에서 각각 0.74 및 0.75%로 통계적으로 유의성이 있는 차이는 나타나지 않았으나, 돼지감자 추출물을 20~30% 첨가한 경우에는 0.79%로 조단백질 함량이 증가하였다. 조지방은 대조군과 돼지감자즙 첨가군에서 0.17~0.19%로 통계적으로 유의적인 차이는 나타나지 않았다.

Table 2 . Proximate analysis of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Moisture82.56±0.01a81.98±0.04b80.59±0.15c79.93±0.83d
Ash0.05±0.02c0.05±0.03c0.11±0.07b0.18±0.05a
Crude protein0.74±0.00b0.75±0.02b0.79±0.01a0.79±0.01a
Crude fat0.18±0.01a0.17±0.01a0.19±0.02a0.18±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..



돼지감자의 일반성분 함량은 품종, 표면색 등에 따라 차이가 있으며, 생돼지감자는 특유의 아린 맛으로 인해 주로 건조하거나 볶아서 분말이나 추출물 형태로 이용한다(Jung과 Shin, 2017). 볶은 돼지감자에는 10.67%의 수분, 7.83%의 조단백질, 1.23%의 조지방 및 2.80%의 조회분이 함유되어 있고(Lee, 2016), 돼지감자를 동결건조 후 분말화한 시료에서는 7.53%의 수분, 10.81%의 조단백질, 5.00%의 조지방이 함유된 것으로 보고되고 있다(Kim 등, 2015b). 생돼지감자를 볶는 과정 중에 수분이 증발함에 따라 일반성분이 농축되어 생물에 비해 조단백질, 조회분, 조지방 함량이 높으며 다양한 가공식품에 첨가하기 용이하게 된다.

당도, pH, 물성

돼지감자 추출물 함량을 달리하여 제조한 젤리의 당도, pH 및 경도를 측정한 결과는 Table 3과 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 당도는 7.0°Brix로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 젤리의 당도도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%로 높아짐에 따라 당도는 7.8~9.0°Brix로 증가하였다. 선행연구(Jung과 Shin, 2017)에 따르면 돼지감자에는 sucrose, fructose, galactose, glucose 등의 유리당이 함유되어 있고, 총 유리당 함량은 자색 돼지감자에 11.57 g/100 g, 흰색 돼지감자에는 24.95 g/100 g으로 흰색 돼지감자에서 유의적으로 높다고 보고하였다. 따라서 젤리 제조 시 첨가한 물을 돼지감자 추출물로 대체함에 따라 돼지감자에 함유된 유리당에 의해 젤리의 당도가 높아진 것으로 사료된다.

Table 3 . Sugar contents, pH, and hardness of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Sugar contents (Brix)7.0±0.00d7.8±0.00c8.4±0.00b9.0±0.00a
pH5.89±0.00a5.88±0.01b5.82±0.01c5.78±0.01d
Hardness (g)317.32±27.62d346.15±29.33c365.81±20.25b386.47±28.03a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..



젤리의 pH는 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리에서 5.89로 가장 높았고, 돼지감자 추출물 10% 첨가 젤리에서는 5.88, 추출물 20% 첨가 젤리에서는 5.82, 추출물 30% 첨가 젤리에서는 5.78로 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 pH는 감소하였다.

본 실험에서 젤리 제조에 사용한 돼지감자 추출물의 pH는 5.50으로 젤리 제조 시 사용한 정제수의 pH에 비해 낮았으며, 이로 인해 물 대신 돼지감자 추출물을 첨가한 젤리의 pH가 낮은 것으로 나타났다. 돼지감자에 함유된 유기산의 종류와 함량은 품종, 색깔, 재배지역, 저장기간, 저장온도 등에 따라 차이가 있으며(Wichrowska 등, 2009), malic acid, citric acid, succinic acid, oxalic acid, fumaric acid 등의 유기산이 함유되어 있다(Jung과 Shin, 2017). 돼지감자 분말을 첨가하여 제조한 쿠키(Park 등, 2013), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021)에서도 돼지감자 분말 또는 추출물 함량에 비례하여 제조한 제품의 pH가 감소하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다.

돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 경도는 대조군에서 317.32로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량이 많아짐에 따라 증가하였다. 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가하여 제조한 젤리의 경도는 346.15~386.47로 대조군에 비해 1.09~1.22배까지 증가하였다. 젤리의 경도는 소비자의 기호도를 결정하는 중요한 품질특성 중 하나로 사용하는 겔화제, 부재료, pH, 당도 등 복합적인 요인에 의해 다르게 나타난다(Kim 등, 2020; Park 등, 2018; Hwang과 Moon, 2021). Kim 등(2020)의 연구에 따르면 젤리의 경도는 겔화제의 종류에 따라 차이를 보였고, 젤라틴(175.13 g/cm2)< 곤약(590.93 g/cm2)< 카라기난(773.18 g/cm2)< 한천(3,511.17 g/cm2)의 순으로 경도가 높게 나타나 부드러운 특성의 젤리 제조에는 젤라틴이 적합하고, 단단한 물성의 젤리 제조에는 한천이 적합한 것을 확인하였다. 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 경도가 증가한 것은 돼지감자에 함유된 sucrose, fructose 등의 당류와 malic acid, citric acid 등의 유기산이 젤라틴과 응집하여 나타난 현상으로 사료된다(Kim 등, 2020; Park 등, 2018). 감귤 미숙과 착즙액(Yi 등, 2021b), 참다래 과즙(Oh 등, 2013), 오디 착즙액(Moon 등, 2012) 첨가 젤리에서는 부재료의 첨가량이 증가함에 따라 젤리의 경도가 감소하였으나, 토마토 과즙(Hwang과 Moon, 2021), 복숭아 착즙액(Park 등, 2018), 자색고구마 농축액(Choi와 Lee, 2013)을 첨가하여 제조한 젤리에서도 첨가하는 부재료 함량에 비례하여 경도가 높아지는 패턴을 보여 본 연구 결과와 유사한 경향성을 나타냈다.

색도 측정

돼지감자 추출물을 첨가하여 만든 젤리의 색도는 Table 4와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 대조군에서 명도(L*)는 41.78로 가장 높게 나타났고, 돼지감자 추출물 첨가량이 10~30%까지 증가함에 따라 명도는 28.36에서 21.45로 감소하였다. 적색도를 나타내는 a*값은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 대조군 젤리에서 -0.80으로 가장 낮은 값을 보였고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 a*값이 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물 함량이 10~30%까지 증가함에 따라 적색도는 3.14~5.61까지 높아졌다. 황색도를 나타내는 b*값은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리에서 9.10으로 가장 높았고, 돼지감자 추출물을 10~30% 첨가한 젤리에서는 6.31에서 3.16으로 나타나 돼지감자 추출물 함량에 반비례하여 감소함을 확인하였다.

Table 4 . Changes in hunter’s color value of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
L*41.78±0.57a28.36±0.26b24.27±0.14c21.45±0.05d
a*−0.80±0.04d3.14±0.04c4.66±0.13b5.61±0.07a
b*9.10±0.45a6.31±0.02b6.27±0.16b3.16±0.13c

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..



돼지감자에는 갈변을 일으키는 polyphenol oxidase가 함유되어 있어 껍질을 벗기거나 절단 마쇄 등의 과정을 통해 산소와 접촉하면 갈색으로 변한다(Yoon 등, 1993). 젤리 제조에 사용한 볶은 돼지감자 추출액에서도 갈색을 나타내 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 명도와 적색도는 증가하고 황색도는 감소한 것으로 사료된다. 선행연구에서도 돼지감자 추출물 또는 분말을 첨가하여 제조한 묵(Kim 등, 2015b), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 설기떡(Shin과 Chung, 2019), 쿠키(Park 등, 2013)에서도 이들 함량이 증가함에 따라 명도와 적색도가 증가하고 황색도가 감소하는 경향을 보였다.

총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량 분석

돼지감자 추출물 첨가 젤리의 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량 분석 결과는 Table 5와 같다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 젤리의 총 폴리페놀 함량은 1 g당 gallic acid를 기준으로 16.71 μg으로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 총 폴리페놀 함량도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물을 10, 20 및 30% 첨가한 젤리에서 총 폴리페놀 함량은 30.88 μg, 51.14 μg, 76.91 μg으로 대조구에 비해 각각 1.85배, 3.06배 및 4.60배 증가하였다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않고 제조한 젤리의 총 플라보노이드 함량은 1 g당 quercetin을 기준으로 3.94 μg이었고, 돼지감자 추출물 첨가량이 증가할수록 젤리에 포함된 총 플라보노이드 함량도 증가하였다. 즉, 돼지감자 추출물을 10~30% 첨가함에 따라 총 플라보노이드 함량은 11.24~29.90 μg으로, 이는 대조구에 비해 각각 2.85배, 4.99배 및 7.59배 증가한 수치였다.

Table 5 . Total polyphenol and total flavonoid contents of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Total polyphenol (μg GAE1)/mL)16.71±0.53d30.88±0.89c51.14±0.91b76.91±2.8a
Total flavonoid (μg QE2)/mL)3.94±0.71d11.24±0.45c19.60±0.76b29.90±0.50a

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

1)GAE=gallic acid equivalent..

2)QE=quercetin equivalent..



볶은 돼지감자는 열처리 과정을 통해 수분이 증발하여 폴리페놀 및 플라보노이드 함량이 생돼지감자에 비해 높을 것으로 사료되며, 본 실험에 사용한 볶은 돼지감자 추출물에는 시료 1 mL당 243.08 mg의 총 폴리페놀과 244.78 mg의 총 플라보노이드가 함유된 것을 확인하였다. Tchoné 등(2006)은 건조된 돼지감자에서 에스쿨린(esculin), 젠티틴산(gentisic acid), 카테친(catechin), 클로로겐산(chlorogenic acid), 바닐릭산(vanillic acid), 에피카테친(epicatechin), 살리실산(salicylic acid) 등의 페놀성 화합물을 확인하였다. 돼지감자의 볶는 과정을 통해 페놀화합물이 유리되어 총 페놀 함량이 볶지 않은 시료에 비해 증가한다고 보고하고 있다(Kang 등, 2006). 선행연구에서도 돼지감자를 분말 또는 추출물의 형태로 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 발효유(Park 등, 2019), 묵(Kim 등, 2015b) 등에서도 돼지감자 분말 또는 추출물의 첨가량에 비례하여 총 폴리페놀과 총 플라보노이드 함량이 높아져 본 연구와 유사한 결과를 나타냈다.

항산화 활성 측정

돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 항산화 활성을 알아보기 위해 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능과 환원력을 측정한 결과는 Table 6과 같다. 항산화 활성도 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량처럼 돼지감자 추출물을 첨가할수록 증가함을 확인하였다. DPPH 라디칼 소거 활성은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 대조군에서 4.07%로 나타났고, 돼지감자 추출물을 10, 20 및 30% 첨가한 젤리에서는 각각 21.96%, 46.88% 및 54.84%로 증가했다. 돼지감자 추출물을 첨가하여 제조한 젤리의 DPPH 라디칼 소거 활성은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않는 젤리에 비해 5.40~13.47배 증가함을 확인하였다. ABTS 라디칼 소거 활성의 경우 대조군은 18.11%로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가함에 따라 37.97~72.03%로 증가하였는데, 이는 대조군에 비해 2.10~3.98배 증가한 수치였다. 환원력도 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 활성과 유사한 경향을 보였다. 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 대조군의 환원력은 0.125로 가장 낮았고, 돼지감자 추출물 첨가량이 10~30%로 증가함에 따라 환원력을 나타내는 흡광도 값은 0.312에서 0.657로 높아졌다.

Table 6 . Antioxidant activities of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
DPPH radical scavenging (%)4.07±0.99d21.96±2.91c46.88±3.00b54.84±2.29a
ABTS radical scavenging (%)18.11±0.60d37.97±1.16c52.76±1.85b72.03±1.10a
Reducing power0.125±0.00d0.312±0.01c0.467±0.01b0.657±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..



돼지감자 추출물 첨가량이 증가함에 따라 폴리페놀, 플라보노이드 등의 기능성 물질들의 함량이 높아져 자연스럽게 항산화 활성이 증가하였다. 돼지감자를 추출물 또는 분말의 형태로 첨가하여 제조한 식혜(Kim과 Hwang, 2021), 설기떡(Shin과 Chung, 2019), 발효유(Park 등, 2019), 쌀 스펀지케이크(Kim 등, 2014), 쿠키(Park 등, 2013) 등의 연구에서도 돼지감자 추출물 또는 분말의 첨가량이 증가함에 따라 항산화 활성이 증가하는 것을 확인하였다. 이상의 결과를 통해 젤리 제조 시 사용하는 물을 돼지감자 추출물로 대체하여 젤리를 제조해도 품질에 부정적인 영향을 미치지 않으며, 유용한 생리활성 물질이 풍부하고 항산화 활성이 우수한 젤리를 제조할 수 있을 것으로 사료된다.

요 약

본 연구에서는 젤리 제조 시 사용한 물 대신 돼지감자 추출물을 10~30%까지 첨가하여 젤리를 제조하고 젤리의 이화학적 품질특성, 기능성 성분의 함량 및 항산화 활성을 측정하여 돼지감자즙 첨가 젤리의 최적 배합비를 선정하고자 하였다. 젤리의 수분함량은 돼지감자 추출물을 첨가하지 않은 젤리에서 가장 높았고, 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 82.56%에서 79.93%까지 감소하였다. 젤리의 조단백질과 회분은 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 증가하는 경향을 보였고, 조지방 함량은 돼지감자 추출물 함량에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 젤리 수분함량과 경도는 반비례 관계를 나타냈고, 젤리의 조단백, 조회분 등의 고형물 함량이 증가함에 따라 당도는 증가하고 산도는 감소하였으며, 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량이 증가하고 항산화 활성도 증가하였다. 즉, 젤리에 첨가한 돼지감자 추출물 함량에 비례하여 당도와 경도는 증가하였고 pH는 감소하였다. 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 젤리의 명도와 황색도는 감소하였고 적색도는 증가하였다. 젤리에 함유된 총 폴리페놀 및 총 플라보노이드 함량은 대조군에 비해 돼지감자 추출물 첨가량에 비례하여 증가하였다. 또한, DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능과 환원력으로 측정한 항산화 활성도 돼지감자 추출물 첨가량이 증가할수록 높은 값을 보였다. 본 연구 결과는 젤리 제조에 사용하는 물을 돼지감자 추출물을 10~30%까지 대체하여 젤리를 제조할 경우 생리활성 물질의 함량 및 항산화 활성을 높일 수 있는 것을 확인하였고, 이는 기능성 젤리 제조의 기초자료로 활용될 수 있을 것으로 사료된다.

Table 1 . Formula for jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

IngredientJerusalem artichoke extract (%)1)
0102030
Gelatin (g)20202020
Jerusalem artichoke extract (mL)04080120
Water (mL)400360320280
Sugar (g)50505050

1)Jerusalem artichoke extract (10, 20, and 30%) was added based on the total volume of water..


Table 2 . Proximate analysis of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Moisture82.56±0.01a81.98±0.04b80.59±0.15c79.93±0.83d
Ash0.05±0.02c0.05±0.03c0.11±0.07b0.18±0.05a
Crude protein0.74±0.00b0.75±0.02b0.79±0.01a0.79±0.01a
Crude fat0.18±0.01a0.17±0.01a0.19±0.02a0.18±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..


Table 3 . Sugar contents, pH, and hardness of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Sugar contents (Brix)7.0±0.00d7.8±0.00c8.4±0.00b9.0±0.00a
pH5.89±0.00a5.88±0.01b5.82±0.01c5.78±0.01d
Hardness (g)317.32±27.62d346.15±29.33c365.81±20.25b386.47±28.03a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..


Table 4 . Changes in hunter’s color value of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
L*41.78±0.57a28.36±0.26b24.27±0.14c21.45±0.05d
a*−0.80±0.04d3.14±0.04c4.66±0.13b5.61±0.07a
b*9.10±0.45a6.31±0.02b6.27±0.16b3.16±0.13c

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..


Table 5 . Total polyphenol and total flavonoid contents of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
Total polyphenol (μg GAE1)/mL)16.71±0.53d30.88±0.89c51.14±0.91b76.91±2.8a
Total flavonoid (μg QE2)/mL)3.94±0.71d11.24±0.45c19.60±0.76b29.90±0.50a

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..

1)GAE=gallic acid equivalent..

2)QE=quercetin equivalent..


Table 6 . Antioxidant activities of jelly made with different amount of Jerusalem artichoke extract.

MeasurementJerusalem artichoke extract (%)
0102030
DPPH radical scavenging (%)4.07±0.99d21.96±2.91c46.88±3.00b54.84±2.29a
ABTS radical scavenging (%)18.11±0.60d37.97±1.16c52.76±1.85b72.03±1.10a
Reducing power0.125±0.00d0.312±0.01c0.467±0.01b0.657±0.02a

Data were the mean±SD of triplicate experiment..

Means with the different superscripts (a-d) within the same row are significantly different at P<0.05..


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