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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(6): 588-599

Published online June 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.6.588

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Effect of Hot Air or Combined Drying Treatment on Physicochemical Properties and Antioxidant Activity of Jeju Beets

A-Ra Ko1 , Jung-Hyun Nam1 , Hee-Jung Jin1 , Ji-Hyun Im1 , Han-Sang Kim2, and Ji-Yeon Chun1

1Department of Food Bioengineering, Jeju National University
2JEUS

Correspondence to:Ji-Yeon Chun, Department of Food Bioengineering, Jeju National University, 102 Jejudaehak-ro, Jeju-si, Jeju 63243, Korea, E-mail: chunjiyeon@jejunu.ac.kr
Author information: A-Ra Ko (Student), Jung-Hyun Nam (Graduate student), Hee-Jung Jin (Student), Ji-Hyun Im (Student), Ji-Yeon Chun (Professor)
*These authors contributed equally to this work.

Received: March 11, 2022; Revised: April 15, 2022; Accepted: April 19, 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.

Beet (Beta vulgaris L.) is a healthy food that has recently attracted the consumer’s attention. However, beet has low storage stability due to the high moisture content. Therefore, a drying process is necessary to improve the beet quality. In this study, Jeju beet was dried by applying two processes: hot air drying (4.5 hours at 70°C, 6 hours at 60°C, 13 hours at 50°C) and combined drying (hot air and infrared radiation, 1 hour at 100°C). The effect of both processes was investigated on the physicochemical properties and antioxidant activity was investigated. The dried beets were compared for their appearance, drying yield, moisture content, water activity, pH value, color, rehydration ratio, betalain pigment content, total polyphenol content, DPPH radical scavenging activity, ABTS+ radical scavenging activity, and FRAP assay. The beet subjected to combined drying was determined to have high storage properties due to its low moisture content and pH value. In addition, the combined dried beet showed the highest rehydration ratio and antioxidant activity. Taken together, our results indicate that an appropriate combination of hot air and infrared radiation is suitable to produce high-quality dried beet.

Keywords: hot air drying, combined drying, infrared radiation, beet, antioxidant activity

비트(Beta vulgaris L.)는 명아주과 두해살이풀에 속하고(Lee 등, 2020), 지중해 연안의 남부유럽에서 유래되어 뿌리와 잎이 식용으로 사용되는 식물이다(Yoo와 Ko, 2014; Park, 2019). 비트는 100 g당 30 칼로리로 열량이 낮고(RDA, 2016), 각종 미네랄과 비타민 B, 비타민 C, 아미노산, 유기산, 올리고당 등이 풍부한 건강식품이다(Ko와 Jeong, 2018; Park 등, 2021). 비트 색소의 주요성분은 betalains로 적색을 띠는 betacyanin과 황색을 띠는 betaxanthin으로 구분되며(Ha 등, 2015), 우수한 전자공여 능력을 가진 cyclic amine group과 phenolic group을 가지고 있어 항암 및 항산화 효과가 뛰어나 천연 항산화제로서의 활용 가능성에 대한 연구가 이루어지고 있다(Min 등, 2018; Yang 등, 2021). 비트는 다양한 소화계 질환, 면역계 질환, 빈혈, 변비, 아토피에 좋고, 섬유소가 풍부하여 혈청 콜레스테롤을 감소시켜 고혈압과 심혈관 질환을 예방하는 효과가 있다(Kim과 Kim, 2009; Ko와 Jeong, 2018; Lee 등, 2019). 또한, 비트는 13~18°C의 기온에서 잘 자라, 우리나라의 경우 특히 제주도에서 많이 재배되고 있다(Yoo와 Ko, 2014; Yi 등, 2017). 식물의 성장과 2차 대사산물 생산에는 온도 및 습도, 빛 강도, 중금속 등이 영향을 미치는데(Ramakrishna와 Ravishankar, 2011), 제주도는 우리나라의 유일한 아열대 지방으로 북방계 식물의 남방 한계선이자 남방계 식물의 북방 한계선에 해당한다. 따라서 제주산 식물은 고온과 저온 및 강한 자외선에 의한 스트레스에 노출되어 다량의 2차 대사산물을 함유하고 있을 것으로 예상되고(Oh 등, 2008; Lee 등, 2013), 이에 따라 제주산 비트도 강한 항산화 효과를 보일 것으로 기대된다. 비트는 생육환경에 따라 잎과 뿌리의 무게, 색소 생산량, 순동화율 등이 변화한다고 보고되어 있다(Albayrak과 Çamas, 2007; Ramakrishna와 Ravishankar, 2011). 비트는 수분함량이 92.1%로 높아 오랜 시간 저장하기 어렵지만(RDA, 2016; Liu 등, 2020), 건조 공정을 거치게 되면 영양분 손실을 최소화하면서 미생물학적 안전성을 높여 장기간 저장할 수 있다는 연구 보고가 있다(Jang 등, 2009).

식품 건조는 식품에 있는 수분을 제거하는 가공 처리 방법으로 다양한 장점이 있어 식품 산업에서 자주 사용되고 있다. 식품에 있는 수분을 제거하면 상대적으로 용질의 농도가 높아지고 수분 활성도가 낮아지기 때문에 미생물의 번식이 억제되어 식품의 변질과 부패 위험이 낮아져 저장성과 보관성이 향상되며, 식품의 무게가 줄어들기 때문에 유통과 수송이 쉽고 편리해진다(Hong, 2000). 즉, 수분함량이 높아 오랜 시간 보관이 어려운 식품이라도 건조하게 되면 섭취가 간편해지고 장기간 저장이 가능해진다는 관점에서 유용한 식품 단위조작이며 건강기능성 식품 제조에 많이 사용되고 있다. 또한, 식품 건조 과정에서 독특한 향미와 맛이 형성되기도 한다. 식품의 건조 방법으로는 노천건조, 열풍건조, 냉풍건조, 적외선건조, 동결건조, 감압건조, 분무건조 등이 있고, 두 가지 이상의 방식을 동시에 적용하는 복합건조가 연구 및 이용되기도 한다(Vishwanathan 등, 2010).

열풍건조는 가열된 공기를 강제로 대류 시켜 식품과 접촉하는 공정으로, 상변화를 일으키는 열량과 질량 이동이 동시에 발생한다(Choi 등, 2008). 건조 비용과 소요 시간이 적게 들며 간편하여 산업적으로 널리 이용되고 있지만, 열로 인해 식품의 색상, 텍스처(texture), 맛, 영양분 등이 변질되거나 표면경화가 발생하여 식품의 관능적, 영양적 가치가 감소될 수 있고, 건조실 내 공기의 체류시간이 짧고 배출되는 공기의 열량이 크기 때문에 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다(Koo 등, 2019). 적외선 건조는 식품에 적외선을 조사하여 건조하는 공정이며, 이에 사용되는 적외선은 전자파 파장 범위 중 700 nm~1 mm 영역에 속한 것으로 식품 표면에 접촉하면 열로 변환되어 빠른 속도로 내부를 향해 전달된다(Kim, 2019). 따라서 적외선건조는 열효율이 높아 건조 시간이 단축되며, 영양소와 맛, 향의 손실, 외관 변형이 적고 식품의 수분함량과 형태가 상이하더라도 건조가 균일하게 진행된다는 장점이 있다(Lee와 Youn, 2012; Cho 등, 2016; Hyun 등, 2020). 최근에는 열풍과 적외선의 시너지 효과를 이용해 건조에 소요되는 시간과 에너지를 단축할 수 있는 복합건조가 효율적인 건조 방법으로 주목받고 있으며, 고구마, 감자, 당근, 양파와 같은 다양한 농작물에 대한 연구가 진행되고 있다(Supmoon과 Noomhorm, 2013; Onwude 등, 2019; Hyun 등, 2020).

본 연구에서는 건조 방법과 조건이 비트의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해서 제주산 비트를 다양한 온도 조건에서 열풍 및 적외선 복합건조 하여 이에 따른 품질변화를 관찰하였다.

실험재료

본 실험에 사용한 비트는 제주특별자치도 제주시 한경면에 위치한 띠앗농장에서 2021년 5~7월에 수확한 봄뿌림 비트를 구매하여 상온의 암소에서 보관하며 사용하였다. 비트 원물은 수분활성도 0.982±0.003 Aw, 수분함량 89.273±0.479%, pH 5.94±0.03, L*값 32.74±0.31, a*값 8.41±2.46, b*값 -0.36±0.55를 나타내었다.

열풍건조 및 복합건조

비트는 흐르는 물에 세척한 후 박피하고, 3 mm 두께로 절단한 뒤 수분활성도 0.3 Aw가 되도록 건조하였다. 열풍건조는 산업용 열풍건조기(YM-30, Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, Korea)를 이용하여 50°C에서 13시간, 60°C에서 6시간, 70°C에서 4.5시간 동안 진행하였고, 복합건조는 컨베이어 벨트식 복합건조기(Agricultural Corp., JEUS, Jeju, Korea)로 난반사시킨 적외선을 100°C의 열풍과 함께 사용하여 1시간 동안 진행하였다. 건조수율은 아래 식과 같이 계산하였고, 건조를 마친 비트는 분쇄한 뒤 분말을 40 mesh(약 425 nm) 수준으로 체질하여 분석시료로 사용하였다.

%= g g×100

수분함량 및 수분활성도

수분함량은 비트 분말 2 g을 취한 뒤 수분함량 측정기(MA 50.R.WH Moisture Analyzer, Radwag, Radom, Poland)를 이용하여 3회 반복 측정하였고, 수분활성도는 비트 분말을 수분활성도 측정기(Aqua Lab Pre water activity meter, METER Group, Pullman, WA, USA)를 사용하여 3회 반복 측정하였다.

pH

pH는 비트 분말에 증류수를 1:9(w/w) 비율로 혼합한 뒤 초고속 균질기(Ultra Turrax T25, IKA, Braun, Germany)로 6,000 rpm에서 1분간 균질화한 후 pH-meter(Five Easy Plus, Mettler Toledo, Columbus, OH, USA)로 3회 반복 측정하였다.

색도

색도는 비트 분말을 색차계(TCR200, PCE Americas Inc., Jupiter, FL, USA)를 이용하여 L*(명도, Lightness), a*(적색도, redness), b*(황색도, yellowness) 값을 3회 반복 측정하였다. 이때 사용한 표준 백색판의 L*, a*, b* 값은 각각 90.74, 2.71, -13.37이었다. 건조 전후 비트의 색차(ΔE)는 아래 식과 같이 계산하였다.

ΔB=ΔL*2+Δa*2+Δb*2

재복원율

재복원율은 항온수조(DWB-22, Korea Material Scientific Co., Seoul, Korea)에서 90°C의 증류수 500 mL가 담긴 비커에 건조물 10 g을 침지시켜 중탕한 뒤 10분마다 건져내어 paper towel로 표면수를 제거하고 무게를 측정하여 계산하였다. 30분 동안의 무게 차이가 ±1 g 이하가 되도록 110분 동안 복원하였고, 재복원율은 아래 식과 같이 계산하였다.

재복원율(%)=[{재복원 후 시료무게(g)-재복원 전 시료무게(g)}/ 재복원 전 시료무게(g)]×100

추출 및 농축

추출은 비트 분말에 70% 에탄올을 1:10(w/v) 비율로 혼합하고 자력 교반기(MS-53MH, Jeiotech, Daejeon, Korea)를 이용하여 250 rpm에서 24시간 동안 교반하여 진행하였다. 추출 후에는 여과지(F1001, CHMLAB Group, Terrassa-Barcelona, Spain)로 여과하고 회전증발농축기(N-1300, Eyela, Tokyo, Japan)를 사용하여 34°C에서 농축한 뒤, 농축액을 동결건조하고 -20°C 냉동고에 보관하면서 사용하였다.

Betalain 함량

Betalain 함량은 Nilsson(1970)Min 등(2018)의 방법에 의해 측정하였다. 동결건조 분말을 증류수에 녹여 10 mg/mL로 희석한 후 분광광도계(X-ma 3000, Human corporation, Seoul, Korea)를 이용하여 476 nm, 538 nm, 600 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 파장에서 측정된 값을 아래 식에 대입하여 불순물이 제거된 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도를 구한 뒤 추출물의 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ 함량을 계산하였다.

x=1.095 (a-c)

y=bzx3.1

z=a-x

a=538 nm 파장에서의 흡광도

b=476 nm 파장에서의 흡광도

c=600 nm 파장에서의 흡광도

x=불순물이 제거된 betanin의 흡광도

y=불순물이 제거된 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도

z=불순물의 흡광도

Betaninmg/g=x×DF×MWε×LVulgaxanthinImg/g=y×DF×MWε×L

DF=희석배수

MW=분자량(betanin은 550 g/mol, vulgaxanthin-Ⅰ은 308 g/mol)

ε=흡광계수(betanin은 60,000 L/cm·mol, vulgaxanthin-Ⅰ은 48,000 L/cm·mol)

L=큐벳 길이(1 cm)

총 폴리페놀 함량(total polyphenol content, TPC)

총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis(1912)의 방법을 변형하여 측정하였다. 동결건조 분말을 증류수에 녹여 50 mg/mL로 희석하였고, 희석액 10 μL를 증류수 90 μL 및 2 N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 10 μL와 혼합하여 3분간 상온에서 반응시켰다. 이에 증류수 70 μL와 20% Na2CO3(sodium carbonate anhydrous, DC Chemical Co., Ltd, Shanghai, China) 20 μL를 가하고 1분간 vortexing(Vortex genie2, Scientific Industries, Inc., Bohemia, NY, USA) 한 뒤 상온의 암실에서 1시간 동안 반응시킨 후, 분광광도계(Epoch microplate spectrophotometer, BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)를 이용하여 725 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 총 폴리페놀 함량은 증류수로 희석한 0~1,000 μg/mL gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)로 작성한 표준곡선을 이용하여 mg gallic acid equivalent (GAE)/g으로 나타내었다.

DPPH 라디칼 소거능(DPPH radical scavenging activity)

DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 동결건조 분말은 증류수에 녹여 1~10 mg/mL로 희석하였고, DPPH(Alfa Aesar, Haverhill, MA, USA)는 95% 에탄올(ethyl alcohol 95%, denatured, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd., Siheung, Korea)에 용해시켜 0.4 mM 용액으로 제조하였다. 시료 희석액 67 μL를 DPPH 용액 133 μL와 혼합하였고 1분간 vortexing(Scientific Industries, Inc.) 한 뒤 상온의 암실에서 30분 동안 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 517 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 대조구로는 시료를 대신해 동량의 증류수를 사용하였고, DPPH 라디칼 소거능은 대조구의 흡광도를 기준으로 하여 아래 식과 같이 계산하였으며, 50%의 DPPH 라디칼을 소거하는 데 필요한 시료의 농도(IC50)를 구하여 활성을 비교하였다.

DPPH%=1 ×100

ABTS+ 라디칼 소거능(ABTS+ radical scavenging activity)

ABTS+ 라디칼 소거능은 Re 등(1999)의 방법을 변형하여 측정하였고, 동결건조 분말은 증류수에 녹여 6~24 mg/mL로 희석하여 사용하였다. ABTS(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt, Sigma-Aldrich Co.)와 potassium persulfate(Sigma-Aldrich Co.)는 증류수에 용해시켜 각각 7 mM, 2.45 mM로 제조하였고, 두 용액을 1:1(v/v) 비율로 혼합한 뒤 16시간 동안 상온의 암실에서 배양하여 ABTS 양이온(ABTS·+)을 생성시켜 사용하였다. ABTS 용액은 사용 직전에 95% 에탄올(ethyl alcohol 95%, denatured, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd.)을 첨가하여 734 nm의 파장에서 흡광도가 0.70±0.02가 되도록 조절하였다. 시료 희석액 20 μL와 ABTS 용액 980 μL를 혼합하였고 30초간 vortexing(Scientific Industries, Inc.) 한 뒤 상온의 암실에서 6분간 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 734 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 대조구로는 시료를 대신해 동량의 증류수를 사용하였고, ABTS+ 라디칼 소거능은 대조구의 흡광도를 기준으로 하여 아래 식과 같이 계산하였으며, 50%의 ABTS+ 라디칼을 소거하는 데 필요한 시료의 농도(IC50)를 구하여 활성을 비교하였다.

ABTS*%=1 ×100

Ferric ion reducing antioxidant power(FRAP) 측정

FRAP 활성은 Benzie와 Strain(1996)의 방법을 변형하여 측정하였고, 동결건조 분말을 증류수에 녹여 20 mg/mL로 희석하여 사용하였다. 40 mM HCl(Hydrochloric acid, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd.)에 용해시킨 10 mM TPTZ(2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-triazine, Sigma-Aldrich Co.)와 증류수에 희석한 20 mM FeCl3(Sigma-Aldrich Co.) 및 300 mM acetate buffer(pH 3.6)(Samchun Chemicals, Pyeongtaek, Korea)를 1:1:10(v/v/v) 비율로 혼합하여 FRAP 용액을 제조하였고, 사용하기 직전 37°C의 항온수조(Korea Material Scientific Co.)에서 10분간 반응시켰다. 시료 희석액 100 μL와 FRAP 용액 3 mL, 증류수 30 μL를 혼합하고 30초간 vortexing(Scientific Industries, Inc.)한 뒤 37°C의 항온수조(Korea Material Scientific Co.)에서 10분간 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 593 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 FRAP 활성은 증류수로 희석한 0~5 mM FeSO4·7H2O(ferrous sulfate, Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan)로 작성한 표준곡선을 이용하여 µmole Fe(II)/g으로 나타내었다.

통계처리

실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었고 통계처리는 Minitab 18 프로그램(Minitab Inc., State College, PA, USA)을 이용하여 일원분산분석(one-way ANOVA) 후, Tukey의 다중검정법(Tukey’s multiple range test)에 따라 사후검정을 실시하여 P<0.05 수준에서 시료 간 유의성을 검정하였다.

건조수율, 수분함량, 수분활성도 및 pH

건조 방법을 달리하여 제조한 제주산 건조 비트의 건조수율, 수분함량, 수분활성도 및 pH는 Table 1과 같다. 열풍건조한 비트의 건조수율은 11.41~11.93%로 건조 조건에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P>0.05). 수분함량과 수분활성도는 미생물의 생육에 영향을 미쳐 식품의 부패 요소로 작용하는데, 일반적으로 미생물의 성장과 증식에는 일정량 이상의 수분이 필요하고 세균은 0.90 Aw 이상, 효모는 0.88 Aw, 곰팡이는 0.80 Aw 이상의 수분활성도 조건이 갖추어져야 생육할 수 있다(Lee 등, 2014a). 수분활성도는 수분 중에서 미생물이 실제로 이용할 수 있는 자유수의 함량을 의미하는데(Kim과 Chun, 2021), 건조식품의 기준은 0.60 Aw 이하고, 이 범위에서는 식품이 미생물학적으로 안전하다고 알려져 있다(Nam과 Chun, 2021). 본 연구에 사용된 비트의 수분함량은 89.273%, 수분활성도는 0.982 Aw였으나 건조 공정이 진행됨에 따라 수분함량은 5.906~7.389%, 수분활성도는 0.287~0.328 Aw로 낮아졌고, 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아짐에 따라 수분활성도가 유의적으로 감소하는 경향이 나타났다(P<0.05). 복합건조한 비트의 수분함량은 6.418%로 60°C와 70°C 열풍건조한 것과 유사하였고, 수분활성도는 0.287 Aw로 70°C 열풍건조한 것과 유사하였다(P>0.05). Azam 등(2014)Nistor 등(2017)에 따르면 식품으로의 열전달이 증가하면 식품의 내부와 표면 사이의 증기압이 커져 수분의 이동이 빠르게 일어나 건조 시간이 단축된다고 보고되었는데, 본 연구에서는 건조 온도가 증가하고 적외선을 함께 이용함에 따라 열이 비트로 빠르게 전달되어 70°C 열풍건조한 비트와 복합건조한 비트가 다른 조건으로 건조한 것보다 건조 효과가 크게 나타난 것으로 보인다. 또한, 건조 효과는 식품 내부의 공극 크기에 따라서도 모세관력이 변화해 달라질 수 있다고 알려져 있다(Nistor 등, 2017). 본 연구에서 제조된 모든 건조 비트는 수분활성도가 0.287~0.328 Aw이었으므로 건조식품의 기준을 충족했고, 0.2~0.4 Aw의 수분활성도 구간에서는 식품이 미생물학적으로도 안전하고 화학적 반응도 억제된다고 알려져 있어(Nam과 Chun, 2021), 수분함량이 높아 저장기간이 짧다는 기존 비트의 한계점(Liu 등, 2020)을 극복할 수 있을 것으로 보인다.

Table 1 . Drying yield, moisture content, water activity, and pH of dried beets depending on the drying method

Drying method1)Drying yield (%)Moisture content (%)Water activity (Aw)pH
HD5011.93±0.33a2)7.389±0.487a0.328±0.008a5.92±0.08a
HD6011.41±0.06a7.010±0.336ab0.304±0.005b5.95±0.09a
HD7011.82±0.21a5.906±0.206c0.292±0.008c5.94±0.12a
CD6.418±0.117bc0.287±0.001c5.68±0.02b

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.



건조 전 비트의 pH는 5.94였고 열풍건조 하였을 때 5.92~5.95로 건조 온도 변화에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았으나(P>0.05), 복합건조한 비트의 경우 5.68로 유의적으로 낮은 값을 보였다(P<0.05). Lee 등(2014a)은 적외선을 이용하여 오미자를 건조하였을 때 열풍건조한 것에 비해 pH가 낮았다고 보고하였으며, Hyun 등(2020) 또한 당근을 복합건조 하였을 때 열풍건조한 것에 비해 낮은 pH를 나타내었다고 보고하였고, 이는 가열공정과 전처리 공정에 의해서 당근의 유기산이 변하였기 때문이라고 하였다. 비트에는 oxalic acid, gallic acid, syringic acid, caffeic acid, ferulic acid, chlorogenic acid, citric acid, malic acid 등 다양한 유기산 성분이 풍부하게 함유되어 있고, 가공조건에 따라서 그 양이 변하게 된다고 알려져 있는데(Wruss 등, 2015; Vasconcellos 등, 2016), 본 연구에서도 열 및 적외선 처리에 따라 비트의 성분 조성이 변화하여 앞선 연구들과 유사한 결과가 나타난 것으로 생각된다. 미생물의 항상성은 pH와 같은 요인에 의해서 방해받을 수 있어 종에 따라 생육하기 적합한 pH 범위가 정해져 있고, 이를 벗어나면 미생물은 지연기에 머무르거나 사멸하여 증식하지 못하며 대부분의 미생물은 중성 pH에서 가장 잘 생육한다고 알려져 있다(Krulwich와 Guffanti, 1989; Mayo, 1997; Leistner, 2000). Leistner(2000)에 의하면 식품에서 수분활성도, pH, 산화환원 전위 등과 같은 요소가 적절하게 조절되면 미생물의 생육을 막는 데에 있어 시너지 효과를 낼 수 있다고 알려져 있다. 따라서 복합건조한 비트의 수분함량 및 수분활성도, pH 강하는 미생물의 생육을 저해하는 요인으로 작용할 수 있어 열풍건조로 제조한 것에 비하여 비트의 저장성을 향상시키기에 유리할 것으로 보인다.

외관 및 색도

식품의 외관과 색은 품질을 판정하는 중요한 요소 중 하나이고, 소비자들의 식품 선택에 큰 영향을 미친다(Park 등, 2008; Ravichandran 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 외관 및 색도, 원물과의 색차는 Fig. 1Table 2와 같고, 건조 전과 후의 외관을 비교해보면 건조 조건과 관계없이 모든 비트가 변형되었음을 확인할 수 있었다. 건조 전 비트의 L*값은 32.74, a*값은 8.41, b*값은 -0.36이었는데 건조 조건과 관계없이 모든 비트가 건조 공정을 거친 후 L*값은 47.92~49.97로 증가, a*값은 18.79~22.08로 증가하였고 b*값은 -3.26~-4.77로 감소하였다. 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아짐에 따라 L*값과 a*값은 증가, b*값은 감소하였으며, 70°C 열풍건조 하였을 때 유의적으로 높은 L*값과 a*값을 보이고 낮은 b*값을 보였다(P<0.05). 복합건조한 비트의 L*값은 51.28, a*값은 24.16으로 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 값을 나타냈고(P<0.05), b*값은 -4.58로 나타나 70°C 열풍건조한 것과 유사하였다(P>0.05).

Table 2 . L* (lightness), a* (redness), b* (yellowness), and ΔE value of dried beets depending on the drying method

Drying method1)ColorΔE3)
L*a*b*
HD5047.92±0.41c2)18.79±0.63d−3.26±0.11a18.62±0.68d
HD6048.65±0.34c19.92±0.55c−3.35±0.10a19.86±0.54c
HD7049.97±1.00b22.08±0.68b−4.77±0.58b22.45±0.74b
CD51.28±0.04a24.16±0.15a−4.58±0.20b24.69±0.10a

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

3)The ΔE values were calculated from the color difference between the raw beet and each dried beet treated with different processes.



Fig. 1. Appearance of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

열이 가해지면 식품에서는 내부의 아미노산과 당이 반응하여 갈색 색소를 만들어내는 Maillard 갈변반응이 일어난다(Kim 등, 2013). 그리고 비트는 carotenoid 색소뿐 아니라 betalain 색소가 다량으로 존재하면서 비트 고유의 색을 내는데, betalain 색소는 온도, 산소, 빛, 수분활성도, 효소, pH 등의 조건에 따라 안정성이 약해져 다양한 물질로 전환될 수 있다고 보고되어 있어(Manchali 등, 2012; Chaudhary와 Kumar, 2020), 본 연구에서 열풍 및 복합건조에 따른 비트의 색도 변화는 갈변 및 색소손실과 같은 여러 화학반응이 복합적으로 작용한 결과로 판단된다.

미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)에 따르면 색차는 ΔE 값에 따라서 6단계로 나뉘고, ΔE 값이 0~0.5이면 미미한 차이, 0.5~1.5이면 근소한 차이, 1.5~3.0이면 현저한 차이, 3.0~6.0이면 상당한 차이, 6.0~12.0이면 많은 차이, 12.0 이상이면 매우 많은 차이를 나타낸다고 알려져 있다(Cho 등, 2014; Nam과 Chun, 2021). 건조 전후 비트의 ΔE 값은 18.62~24.69였는데 건조 온도가 높아질수록 유의적인 차이를 보이며 증가하였고, 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 큰 값을 보였으며 50°C 열풍건조한 비트가 유의적으로 낮은 값을 보였다(P<0.05). 따라서 비트는 건조를 거치면서 변색하여 원물과 매우 많은 차이를 나타나게 되었으며, 그중에서도 복합건조한 비트가 가장 큰 폭으로 변화하였음을 확인할 수 있었다.

Liu 등(2020)의 연구에서는 비트 슬라이스를 열풍건조 하였을 때 온도가 높을수록 b*값이 증가하여 본 연구와 상반되는 결과가 나타났는데, 이러한 색도 변화 차이는 비트의 재배조건, 건조 시간, 슬라이스 두께, 열풍 투입 속도 등의 차이에서 기인한 것으로 추측된다. 하지만 건조 비트의 ΔE 값은 건조 온도가 높아짐에 따라 증가하여 본 연구와 유사한 경향이 나타나, 건조 비트의 제조에 있어서 원물 고유의 색상을 유지하기 위해서는 낮은 온도의 열풍을 사용하여 건조하는 방법이 적절할 것으로 판단된다.

재복원율

건조식품은 수분과 접촉하면 모세관력으로 인해서 수분이 식품 조직 내부의 빈 공간으로 침투하는 현상이 일어나 재복원되어 건조 전 원물의 상태로 돌아가게 된다(Lewicki, 1998; Kang 등, 2018). 하지만 앞선 건조 공정에서 열과 같은 요인들에 의해 단백질이나 녹말과 같이 수분을 보유할 수 있는 성분들과 내부 구조에 손상이 발생하면 수분의 침투가 저해되어 재복원율이 감소하게 되므로, 이에 따라 재복원율을 손상의 척도로 간주하여 건조식품의 품질을 유추할 수 있다(Doymaz와 Sahin, 2016; Kim과 Chun, 2021).

열풍 및 복합건조한 비트를 90°C 증류수에서 침지하는 동안의 재복원율 변화는 Table 3에 나타내었다. 재복원이 진행되는 초기 30분 동안에는 건조 방법에 상관없이 모든 비트가 빠른 속도로 물을 흡수하여 무게가 증가해 10분의 간격으로도 유의적인 재복원율 증가가 관찰되었으나(P<0.05), 30분 이후로는 복원속도가 줄어들어 구간별 유의적인 차이가 나타나지 않았으며(P>0.05) 110분까지 수분을 완만하게 흡수하여 473.5~684.2%까지 복원되었다. 이처럼 초기 수침 단계에서는 수분 흡수 속도가 빠르고 일정 시간이 흐른 뒤에는 평형상태를 이루어 흡수 속도가 느려지는 양상은 열풍 및 과열증기, 원적외선을 이용하여 건조한 후 재복원한 Kang 등(2018)의 연구에서도 보고되었다. 각 복원시간에서의 건조 조건에 따른 재복원율을 비교해보면 0분을 제외한 모든 구간에서 50°C 열풍건조한 비트의 재복원율이 유의적으로 낮았고 복합건조한 비트의 재복원율이 유의적으로 높았으며(P<0.05), 60°C 열풍건조한 비트와 70°C 열풍건조한 비트 간의 유의적인 재복원율 차이는 관찰되지 않았다(P>0.05). 따라서 50°C 열풍건조한 비트에서는 다른 건조 조건으로 제조한 비트보다 더 많은 내부 구조 손상 및 성분 변화가 발생했을 것으로 추측되며, 이는 장시간에 걸쳐 열에 노출되었기 때문으로 추측된다. Azam 등(2014)의 연구에서도 비트 슬라이스를 열풍건조한 후 재복원시켰을 때 건조 온도가 높아짐에 따라 재복원율이 증가했다고 보고하였고, Doymaz(2017)는 비트와 같은 근채류에 속하는 당근도 열풍건조한 후 재복원하였을 때 건조 온도가 높을수록 재복원율이 증가하는 경향이 나타났고 보고하였다. 또한, Vishwanathan 등(2010)은 열풍 및 복합건조 하여 재복원하였을 때 감자와 당근 모두 복합건조한 것의 재복원율이 열풍건조한 것보다 높게 나타나 본 연구의 결과와 유사하였다. 따라서 복합건조 방법으로 제조된 비트가 재복원율이 높아 건조 공정에서 손상이 가장 적게 발생했을 것으로 추측되며, 건조 비트를 재복원하여 이용하기에도 적합할 것으로 판단된다.

Table 3 . Changing aspect in the rehydration ratio of dried beets over time

Rehydration time (min)Rehydration ratio (%)
HD501)HD60HD70CD
00.0±0.0Ah2)0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah
10244.7±16.8Cg317.8±12.5Bg328.7±10.7Bg395.1±5.4Ag
20333.2±17.8Cf399.5±12.2Bf407.7±10.2Bf495.1±6.2Af
30372.8±16.0Ce441.1±13.4Be443.3±9.3Be551.2±3.7Ae
40397.6±15.2Cde467.8±15.1Bde466.4±10.4Bde589.8±15.3Ade
50415.3±15.3Ccd486.9±15.7Bcd485.6±11.5Bcd618.2±10.3Acd
60431.0±17.5Cbcd502.4±19.4Bbc498.0±13.2Bbc639.8±14.2Abc
70442.7±18.8Cabc517.6±18.9Babc506.6±15.7Babc654.2±18.8Aabc
80453.0±18.8Cab530.6±21.4Bab519.1±16.2Bab674.2±21.8Aab
90461.8±20.9Cab538.9±20.6Ba525.1±18.7Ba684.5±23.4Aa
100470.2±20.8Ca539.5±20.0Ba524.0±15.0Bab684.7±16.0Aa
110473.5±21.3Ca539.9±22.1Ba522.6±21.3Bab684.2±20.4Aa

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

2)The means±SD within the same row (A-C) and column (a-h) with different superscripts are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.



Betalain 함량

Betalain은 비름과, 선인장과, 자리공과와 같은 석죽목 식물에서 2차 대사산물로 생성되어 특유의 색을 내는 무독성의 천연색소로, 그 양은 품종, 재배 조건, 수확 시기 등에 따라서 달라진다(Singh 등, 2017; Aztatzi-Rugerio 등, 2019; Zin 등, 2020). Betalain 색소는 anthocyanin 색소와는 구조와 성질이 다르고 보다 높은 항산화능을 가지며, 적색과 자색을 띠는 betacyanin과 황색을 띠는 betaxanthin으로 나뉜다(Min 등, 2018). 그리고 betacyanin의 일종인 betanin과 betaxanthin의 일종인 vulgaxanthin-Ⅰ이 비트의 색소 중 약 95%를 차지한다고 보고되어 있다(Gliszczyńska-Świgło 등, 2006; Liu 등, 2020).

본 연구에서 제조된 건조 비트의 pH는 5.68~5.95의 범위를 나타내었는데, Nilsson(1970)에 따르면 pH 5.0~7.0에서 betanin의 최대흡수파장은 537 nm이고 vulgaxanthin-Ⅰ은 476 nm로 서로 다르며, betanin은 476 nm 파장의 빛도 흡수하지만 vulgaxanthin-Ⅰ은 537 nm 파장의 빛을 흡수하지 않아 537 nm 파장에서의 흡광도는 betanin으로부터만 기인하게 된다고 보고하였다. 그리고 537 nm와 476 nm 파장의 흡광도 비를 이용하면 476 nm 파장에서의 betanin의 흡광도와 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도를 계산해 두 색소의 최대흡수파장에서의 흡광도를 각각 알아낼 수 있고, 이를 분자량과 몰흡광계수를 이용하여 환산하면 비트에서 두 성분의 함량을 알아낼 수 있다고 보고하였다. 또한, 537 nm와 476 nm 파장의 흡광도 비는 모든 농도에서 3.1의 값을 갖고, vulgaxanthin-Ⅰ은 600 nm 파장의 빛도 흡수하지 않으므로 이를 이용하여 불순물의 존재로 인해 일어나는 오차를 보정할 수 있다고 보고하였다.

이러한 방법에 따라 측정한 건조 조건에 따른 비트의 betanin 및 vulgaxanthin-Ⅰ 함량은 Table 4와 같다. 열풍건조한 비트의 betanin 함량은 0.70~0.89 mg/g이었으며, 70°C 열풍건조한 비트의 betanin 함량이 유의적으로 낮았고(P<0.05), 복합건조한 비트의 betanin 함량은 0.84 mg/g으로 50°C와 60°C 열풍건조한 비트와 유사하였다(P>0.05). 건조 비트의 vulgaxanthin-Ⅰ 함량은 0.47~0.54 mg/g으로 50°C 열풍건조한 비트에서 가장 낮았으나, 복합건조한 비트와 유사하였고 건조 조건에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P>0.05).

Table 4 . Betanin and vulgaxanthin-Ⅰ pigment content of dried beets depending on the drying method

Drying method1)Betanin content (mg/g)Vulgaxanthin-Ⅰ content (mg/g)
HD500.89±0.03a2)0.47±0.03b
HD600.86±0.04a0.54±0.04a
HD700.70±0.02b0.54±0.03a
CD0.84±0.02a0.50±0.03ab

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a,b) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.



일반적으로 신선한 비트에는 betanin 300~600 mg/kg과 vulgaxanthin-Ⅰ 320~420 mg/kg이 함유되어 있지만(Zin 등, 2020), Bunkar 등(2020)Liu 등(2020)에 따르면 건조 온도가 높아질수록 비트의 betalain 및 betanin, vulgaxanthin-Ⅰ 함량이 모두 감소한다고 보고되었다. 이와 같은 결과는 betalain 색소가 pH 3~7의 넓은 범위에서 안정하다고 알려졌지만(Esatbeyoglu 등, 2015), 건조 중 열, 산소, 빛, 수분, 효소, 금속이온, 공존하는 다른 항산화제 등 다양한 요소들에 의해서 변질할 수 있기 때문으로 보인다. 특히 betanin은 열에 의하여 이성질체화, 탈당, 가수분해, 탈탄산, 탈수소, 자동산화 등의 반응이 쉽게 일어나 자색과 적색의 betanidin, 노란색의 neobetanin, 무색의 cyclo-Dopa 5-O-β-glucoside 등의 물질로 전환될 수 있고, peroxidase, polyphenol oxidase, β-glucosidase와 같은 효소에 의해서 손실되는 특성을 지니고 있어서 본 연구에서 건조온도가 높아질수록 betanin 함량이 감소한 것으로 추측된다(Herbach 등, 2006; Manchali 등, 2012; Aztatzi-Rugerio 등, 2019; Zin 등, 2020). 따라서 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ 색소가 50~70°C의 범위에서 건조 온도에 따라 상반되는 영향을 받는 것을 확인할 수 있었고, 비트의 색소 함량을 높게 유지하기 위해서는 60°C 열풍건조 하거나 복합건조 하는 방법이 적합할 것으로 판단된다.

총 폴리페놀 함량

폴리페놀이란 한 분자에 2개 이상의 phenolic hydroxyl (-OH)기가 존재하고 있는 물질로, 식물계에서 2차 대사산물로 널리 생산되며 다양한 구조와 분자량을 갖고 있다(Choi 등, 2016; Min 등, 2018). 폴리페놀은 가지고 있던 수소 원자를 연쇄반응에 따라 공급하여 라디칼을 안정하게 함으로써 항산화 활성과 병원체 침입 방지의 역할을 하지만(Friedman과 Jürgens, 2000; Min 등, 2018), 같은 식물이라 할지라도 품종, 재배환경, 성숙 정도, 건조방법, 추출방법 등에 따라서 함량에 차이가 있다고 알려져 있다(Chung, 2015). 폴리페놀은 알칼리 환경에서 phosphomolybdic acid와 산화환원 반응하여 청색 물질을 형성하는 원리에 의하여 정량할 수 있다(Lee 등, 2014a).

건조 조건에 따른 비트의 총 폴리페놀 함량은 Fig. 2와 같고, 건조 비트는 4.77~9.52 mg GAE/g의 폴리페놀을 함유하고 있었다. 50°C 열풍건조한 비트는 4.77 mg GAE/g, 60°C 열풍건조한 비트는 5.03 mg GAE/g, 70°C 열풍건조한 비트는 6.32 mg GAE/g으로 건조 온도가 높아질수록 증가하였고, 이러한 결과는 건조 온도가 높아짐에 따라 열풍건조한 비트의 총 폴리페놀 함량이 증가하였다는 Petruț 등(2018)의 연구와 유사하였다. 복합건조한 비트의 총 폴리페놀 함량은 9.52 mg GAE/g이었는데 열풍건조한 비트의 약 1.5~2.0배로 유의적으로 높은 함량을 나타내었으며(P<0.05), 이는 Min 등(2018)의 연구에서 1% citric acid가 첨가된 75 % 발효주정으로 추출한 비트 추출물과 비슷한 수준이었다.

Fig. 2. Total polyphenol content of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

비트에 존재하는 betanin 색소는 페놀성 화합물이고 수소와 전자를 공급하여 항산화제로 작용할 수 있다고 알려져 있으나(Kujala 등, 2002; Zin 등, 2020), 본 연구의 총 폴리페놀 함량 측정 결과는 betanin 함량 측정 결과와 상반되었다. 이는 건조 온도가 높아짐에 따라 열에 취약한 betanin의 손실이 발생하였으나 비트에 존재하던 다른 종류의 폴리페놀이 열에 의해 유리되었기 때문에 총 폴리페놀 함량이 높아진 것으로 추측된다. Kim 등(2007)Hwang과 Thi(2014)에 따르면 저분자의 폴리페놀은 식물체 내에서 여러 분자끼리 공유결합해 중합체 상태로 존재하기 때문에 식품으로 섭취되더라도 폴리페놀이 유리되지 못하여 인체 내에서 활성을 갖지 못할 수 있으나, 고온의 열처리 또는 적외선 처리, 발효공정을 거치면 세포벽이 파괴되면서 저분자의 폴리페놀로 유리되므로 그 함량이 증가하고 가용화될 수 있다고 알려져 있다. 비트에 존재하는 폴리페놀로는 ferulic acid, vanillic acid, syringic acid, ellagic acid, caffeic acid 등의 페놀산과 quercetin, kampferol, myricetin 등의 플라보노이드가 있는데(Koubaier 등, 2014), 이러한 폴리페놀이 건조열로 인해 유리되어 비트의 총 폴리페놀 함량이 증가한 것으로 추측되며, 폴리페놀 함량이 높은 건조 비트를 제조하기 위해서는 열풍건조보다 복합건조 방법이 적합할 것으로 판단된다.

항산화 활성

DPPH는 본래 짙은 자색을 띠는 라디칼로 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 탈색되어 황색으로 변하는데, 탈색 정도가 클수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Kim과 Park, 2011; Jeon 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 DPPH 라디칼 소거능은 Fig. 3과 같고, 50%의 DPPH 라디칼 소거능을 보이기 위한 건조 비트의 농도(IC50)는 3.73~6.60 mg/mL로 나타났다. IC50값은 50°C 열풍건조한 비트가 6.60 mg/mL, 60°C 열풍건조한 비트는 6.45 mg/mL, 70°C 열풍건조한 비트는 6.41 mg/mL로 나타나 건조 온도가 높을수록 강한 DPPH 라디칼 소거능을 보이는 것을 확인할 수 있었다. Petruț 등(2018)에서도 비트 슬라이스를 열풍건조 하였을 때 온도가 높을수록 DPPH 라디칼 소거능이 높아졌다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 복합건조한 비트의 IC50값은 3.73 mg/mL로 나타나 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 DPPH 라디칼 소거능을 가지고 있음을 확인할 수 있었다(P<0.05).

Fig. 3. DPPH radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

ABTS는 potassium persulfate와 반응하여 청록색을 띠는 ABTS+ 라디칼을 형성하고 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 탈색되어 무색으로 변하는데, 탈색 정도가 클수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Kim과 Park, 2011; Jeon 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 ABTS+ 라디칼 소거능은 Fig. 4에 나타내었고, 50%의 ABTS+ 라디칼 소거능을 보이기 위한 건조 비트의 농도(IC50)는 10.41~22.42 mg/mL로 나타났다. IC50값은 50°C 열풍건조한 비트는 22.42 mg/mL, 60°C 열풍건조한

Fig. 4. ABTS+ radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

비트는 20.16 mg/mL, 70°C 열풍건조한 비트는 19.57 mg/mL로 나타나 건조 온도가 높을수록 강한 ABTS+ 라디칼 소거능을 보이는 것을 확인할 수 있었고, 50°C 열풍건조한 비트가 유의적으로 낮은 ABTS+ 라디칼 소거능을 나타냈다(P<0.05). Liu 등(2020)의 연구에서는 60°C와 70°C 열풍건조한 것보다 50°C 열풍건조한 비트 슬라이스의 ABTS+ 라디칼 소거능이 높아 본 연구와 상반되는 결과가 나타났지만, 80~100°C에서 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아질수록 ABTS+ 라디칼 소거능이 큰 폭으로 증가하여 50°C에서 건조한 것보다 높은 활성을 보였다고 보고하였다. 복합건조한 비트의 IC50값은 10.41 mg/mL로 나타나 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 ABTS+ 라디칼 소거능을 가지고 있음을 확인할 수 있었다(P<0.05).

FRAP 활성은 산성 환경에서 황색을 띠는 ferric tripyridyltriazine(Fe3+-TPTZ)이 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 청색을 띠는 ferrous tripyridyltriazine (Fe2+-TPTZ)으로 변하는 특성을 이용하여 측정하는데, 청색의 강도가 강할수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Jeon 등, 2013; Lee 등, 2014b). 건조 조건에 따른 비트의 FRAP 활성은 Fig. 5와 같은데, FRAP 값은 건조 방법에 따라 달라져 72.88~147.25 µmole Fe(II)/g이었다. 50°C 열풍건조한 비트는 72.88 µmole Fe(II)/g, 60°C 열풍건조한 비트는 77.96 µmole Fe(II)/g, 70°C 열풍건조한 비트는 80.23 µmole Fe(II)/g으로 건조 온도가 높아질수록 유의적인 차이를 보이며 증가하였다(P<0.05). Liu 등(2020)의 연구에서는 50°C 열풍건조한 비트 슬라이스가 60°C와 70°C 열풍건조한 것보다 FRAP 활성이 높아 본 연구와 상반되는 결과가 나타났지만, 80~100°C에서 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아질수록 FRAP 활성이 큰 폭으로 증가하여 50°C에서 건조한 것보다 높은 활성을 보였다고 보고하였다. 복합건조한 비트는 147.25 µmole Fe(II)/g으로 열풍건조한 비트의 약 1.8~2.0배에 해당하는 FRAP 활성을 보이며 유의적인 차이를 나타냈다(P<0.05). 따라서 DPPH 라디칼 소거능 및 ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성 측정 결과에 의하면, 항산화 활성이 높은 건조 비트를 제조하기 위해서는 복합건조 방법을 이용하는 것이 적합할 것으로 판단된다.

Fig. 5. Ferric ion reducing antioxidant power of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.


DPPH는 유기용매에 용해되어 라디칼을 생성하므로 친수성 물질보다는 소수성 물질과의 반응이 더 수월하게 일어나는 반면, ABTS는 친수성 용매와 유기용매 모두에 용해되어 라디칼을 생성하므로 친수성과 소수성 물질 모두와 반응하기에 적용 범위가 넓고, 이러한 특성에 따라 일반적으로는 ABTS+ 라디칼 소거능이 DPPH 라디칼 소거능보다 높은 활성을 나타낸다고 알려져 있다(Lee 등, 2014a; Yi 등, 2014). 본 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS+ 라디칼 소거능이 건조 조건에 따라 변화하는 양상은 서로 같았지만, DPPH 라디칼 소거능의 IC50값은 3.73~6.60 mg/mL고 ABTS+ 라디칼 소거능의 IC50값은 10.41~22.42 mg/mL로 DPPH 라디칼 소거능이 더 높은 활성을 나타내어 상반되었다. 이는 Yi 등(2014)Lee 등(2014a)에서 언급된 바와 같이 시료의 특성에 따라서 항산화 활성을 가진 물질이 자유 라디칼 또는 양이온 라디칼과 결합하는 정도가 달라지기 때문에 건조 비트의 DPPH 라디칼과 ABTS+ 라디칼 소거능에 차이가 생긴 것으로 추측된다.

Kim 등(2018)에 따르면 자연에 존재하는 항산화 물질은 종류가 다양하고 특성이 모두 달라 한 가지의 방법만으로는 대상 물질의 항산화 활성을 정확하게 측정하기 어렵다고 알려져 있어, 본 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능 및 ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성을 측정하여 건조 조건에 따른 비트의 항산화 활성을 비교하였다. 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높을수록 항산화 활성이 높아지는 경향이 나타났고, 열풍건조한 비트보다 복합건조한 비트의 항산화 활성이 유의적으로 높았다(P<0.05). 그리고 비트에서는 건조 조건에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가할수록 항산화 활성도 높아지는 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 상관관계는 Yi 등(2017)에서 레드비트 뿌리 추출물을 분석한 결과와 Liu 등(2020)에서 열풍건조한 비트 슬라이스를 분석한 결과에서도 나타났다. Kim 등(2004)에 따르면 20종의 약용식물 중 대부분에서 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성이 양의 상관관계(r2≒0.8)를 보였다고 밝혔다. 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성 측정 결과를 종합해보면 건조 비트의 항산화 활성을 높게 하기 위해서는 열풍을 단독으로 사용하기보다는 적외선과 함께 복합건조 하는 것이 적합할 것으로 생각된다.

본 연구에서는 기존 비트의 한계점을 극복하고 고품질의 건조 비트를 제조하기 위한 기초 자료를 제시하고자 제주산 비트를 다양한 온도 조건에서 열풍 및 적외선 복합건조 하였고, 이에 따른 품질변화를 비교하여 건조 조건이 비트의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 3 mm 두께로 비트를 절단한 후 70°C에서 4.5시간, 60°C에서 6시간, 50°C에서 13시간 열풍건조 하거나 100 °C에서 1시간 복합건조 하였다. 열풍건조한 비트는 건조 온도가 높아질수록 수분함량, 수분활성도, b*값(황색도), betanin 함량이 감소했고 건조수율과 pH에는 변화가 없었으며, L*값(명도), a*값(적색도), ΔE 값(건조 전 원물과의 색차), 재복원율, vulgaxanthin-Ⅰ 함량, 총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성은 증가하는 경향을 보였다. 그중에서 수분활성도, a*값, ΔE 값, FRAP 활성은 건조 온도가 높아짐에 따라 유의적으로 변화하였다. 복합건조한 비트는 열풍건조한 비트보다 L*값, a*값, ΔE 값, 재복원율, 총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성이 유의적으로 높았고 pH는 유의적으로 낮았으며, 수분함량, 수분활성도, b*값, betanin 함량, vulgaxanthin-Ⅰ 함량에서는 열풍건조한 비트와 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이상의 결과에 따르면 복합건조한 비트가 다른 조건에서 건조를 진행한 비트에 비해 소요되는 시간이 매우 짧고 pH가 낮으며, 재복원율, 총 폴리페놀 함량, 항산화 활성이 높아 고품질의 건조 비트를 제조하기 위해서는 열풍뿐만이 아니라 적외선도 적절히 병용하는 것이 적합할 것으로 보인다.

본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 “국가혁신클러스터사업(P0015307)”의 지원을 받아 수행된 연구 결과임.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51(6): 588-599

Published online June 30, 2022 https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.6.588

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

열풍 및 복합건조된 제주산 비트의 이화학적 특성과 항산화 활성

고아라1*․남정현1*․진희정1․임지현1․김한상2․천지연1

1제주대학교 식품생명공학과
2(주)제우스

Received: March 11, 2022; Revised: April 15, 2022; Accepted: April 19, 2022

Effect of Hot Air or Combined Drying Treatment on Physicochemical Properties and Antioxidant Activity of Jeju Beets

A-Ra Ko1* , Jung-Hyun Nam1* , Hee-Jung Jin1 , Ji-Hyun Im1 , Han-Sang Kim2, and Ji-Yeon Chun1

1Department of Food Bioengineering, Jeju National University
2JEUS

Correspondence to:Ji-Yeon Chun, Department of Food Bioengineering, Jeju National University, 102 Jejudaehak-ro, Jeju-si, Jeju 63243, Korea, E-mail: chunjiyeon@jejunu.ac.kr
Author information: A-Ra Ko (Student), Jung-Hyun Nam (Graduate student), Hee-Jung Jin (Student), Ji-Hyun Im (Student), Ji-Yeon Chun (Professor)
*These authors contributed equally to this work.

Received: March 11, 2022; Revised: April 15, 2022; Accepted: April 19, 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

Beet (Beta vulgaris L.) is a healthy food that has recently attracted the consumer’s attention. However, beet has low storage stability due to the high moisture content. Therefore, a drying process is necessary to improve the beet quality. In this study, Jeju beet was dried by applying two processes: hot air drying (4.5 hours at 70°C, 6 hours at 60°C, 13 hours at 50°C) and combined drying (hot air and infrared radiation, 1 hour at 100°C). The effect of both processes was investigated on the physicochemical properties and antioxidant activity was investigated. The dried beets were compared for their appearance, drying yield, moisture content, water activity, pH value, color, rehydration ratio, betalain pigment content, total polyphenol content, DPPH radical scavenging activity, ABTS+ radical scavenging activity, and FRAP assay. The beet subjected to combined drying was determined to have high storage properties due to its low moisture content and pH value. In addition, the combined dried beet showed the highest rehydration ratio and antioxidant activity. Taken together, our results indicate that an appropriate combination of hot air and infrared radiation is suitable to produce high-quality dried beet.

Keywords: hot air drying, combined drying, infrared radiation, beet, antioxidant activity

서 론

비트(Beta vulgaris L.)는 명아주과 두해살이풀에 속하고(Lee 등, 2020), 지중해 연안의 남부유럽에서 유래되어 뿌리와 잎이 식용으로 사용되는 식물이다(Yoo와 Ko, 2014; Park, 2019). 비트는 100 g당 30 칼로리로 열량이 낮고(RDA, 2016), 각종 미네랄과 비타민 B, 비타민 C, 아미노산, 유기산, 올리고당 등이 풍부한 건강식품이다(Ko와 Jeong, 2018; Park 등, 2021). 비트 색소의 주요성분은 betalains로 적색을 띠는 betacyanin과 황색을 띠는 betaxanthin으로 구분되며(Ha 등, 2015), 우수한 전자공여 능력을 가진 cyclic amine group과 phenolic group을 가지고 있어 항암 및 항산화 효과가 뛰어나 천연 항산화제로서의 활용 가능성에 대한 연구가 이루어지고 있다(Min 등, 2018; Yang 등, 2021). 비트는 다양한 소화계 질환, 면역계 질환, 빈혈, 변비, 아토피에 좋고, 섬유소가 풍부하여 혈청 콜레스테롤을 감소시켜 고혈압과 심혈관 질환을 예방하는 효과가 있다(Kim과 Kim, 2009; Ko와 Jeong, 2018; Lee 등, 2019). 또한, 비트는 13~18°C의 기온에서 잘 자라, 우리나라의 경우 특히 제주도에서 많이 재배되고 있다(Yoo와 Ko, 2014; Yi 등, 2017). 식물의 성장과 2차 대사산물 생산에는 온도 및 습도, 빛 강도, 중금속 등이 영향을 미치는데(Ramakrishna와 Ravishankar, 2011), 제주도는 우리나라의 유일한 아열대 지방으로 북방계 식물의 남방 한계선이자 남방계 식물의 북방 한계선에 해당한다. 따라서 제주산 식물은 고온과 저온 및 강한 자외선에 의한 스트레스에 노출되어 다량의 2차 대사산물을 함유하고 있을 것으로 예상되고(Oh 등, 2008; Lee 등, 2013), 이에 따라 제주산 비트도 강한 항산화 효과를 보일 것으로 기대된다. 비트는 생육환경에 따라 잎과 뿌리의 무게, 색소 생산량, 순동화율 등이 변화한다고 보고되어 있다(Albayrak과 Çamas, 2007; Ramakrishna와 Ravishankar, 2011). 비트는 수분함량이 92.1%로 높아 오랜 시간 저장하기 어렵지만(RDA, 2016; Liu 등, 2020), 건조 공정을 거치게 되면 영양분 손실을 최소화하면서 미생물학적 안전성을 높여 장기간 저장할 수 있다는 연구 보고가 있다(Jang 등, 2009).

식품 건조는 식품에 있는 수분을 제거하는 가공 처리 방법으로 다양한 장점이 있어 식품 산업에서 자주 사용되고 있다. 식품에 있는 수분을 제거하면 상대적으로 용질의 농도가 높아지고 수분 활성도가 낮아지기 때문에 미생물의 번식이 억제되어 식품의 변질과 부패 위험이 낮아져 저장성과 보관성이 향상되며, 식품의 무게가 줄어들기 때문에 유통과 수송이 쉽고 편리해진다(Hong, 2000). 즉, 수분함량이 높아 오랜 시간 보관이 어려운 식품이라도 건조하게 되면 섭취가 간편해지고 장기간 저장이 가능해진다는 관점에서 유용한 식품 단위조작이며 건강기능성 식품 제조에 많이 사용되고 있다. 또한, 식품 건조 과정에서 독특한 향미와 맛이 형성되기도 한다. 식품의 건조 방법으로는 노천건조, 열풍건조, 냉풍건조, 적외선건조, 동결건조, 감압건조, 분무건조 등이 있고, 두 가지 이상의 방식을 동시에 적용하는 복합건조가 연구 및 이용되기도 한다(Vishwanathan 등, 2010).

열풍건조는 가열된 공기를 강제로 대류 시켜 식품과 접촉하는 공정으로, 상변화를 일으키는 열량과 질량 이동이 동시에 발생한다(Choi 등, 2008). 건조 비용과 소요 시간이 적게 들며 간편하여 산업적으로 널리 이용되고 있지만, 열로 인해 식품의 색상, 텍스처(texture), 맛, 영양분 등이 변질되거나 표면경화가 발생하여 식품의 관능적, 영양적 가치가 감소될 수 있고, 건조실 내 공기의 체류시간이 짧고 배출되는 공기의 열량이 크기 때문에 에너지 효율이 낮다는 문제점이 있다(Koo 등, 2019). 적외선 건조는 식품에 적외선을 조사하여 건조하는 공정이며, 이에 사용되는 적외선은 전자파 파장 범위 중 700 nm~1 mm 영역에 속한 것으로 식품 표면에 접촉하면 열로 변환되어 빠른 속도로 내부를 향해 전달된다(Kim, 2019). 따라서 적외선건조는 열효율이 높아 건조 시간이 단축되며, 영양소와 맛, 향의 손실, 외관 변형이 적고 식품의 수분함량과 형태가 상이하더라도 건조가 균일하게 진행된다는 장점이 있다(Lee와 Youn, 2012; Cho 등, 2016; Hyun 등, 2020). 최근에는 열풍과 적외선의 시너지 효과를 이용해 건조에 소요되는 시간과 에너지를 단축할 수 있는 복합건조가 효율적인 건조 방법으로 주목받고 있으며, 고구마, 감자, 당근, 양파와 같은 다양한 농작물에 대한 연구가 진행되고 있다(Supmoon과 Noomhorm, 2013; Onwude 등, 2019; Hyun 등, 2020).

본 연구에서는 건조 방법과 조건이 비트의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향을 알아보기 위해서 제주산 비트를 다양한 온도 조건에서 열풍 및 적외선 복합건조 하여 이에 따른 품질변화를 관찰하였다.

재료 및 방법

실험재료

본 실험에 사용한 비트는 제주특별자치도 제주시 한경면에 위치한 띠앗농장에서 2021년 5~7월에 수확한 봄뿌림 비트를 구매하여 상온의 암소에서 보관하며 사용하였다. 비트 원물은 수분활성도 0.982±0.003 Aw, 수분함량 89.273±0.479%, pH 5.94±0.03, L*값 32.74±0.31, a*값 8.41±2.46, b*값 -0.36±0.55를 나타내었다.

열풍건조 및 복합건조

비트는 흐르는 물에 세척한 후 박피하고, 3 mm 두께로 절단한 뒤 수분활성도 0.3 Aw가 되도록 건조하였다. 열풍건조는 산업용 열풍건조기(YM-30, Samsung Electronics Co., Ltd., Suwon, Korea)를 이용하여 50°C에서 13시간, 60°C에서 6시간, 70°C에서 4.5시간 동안 진행하였고, 복합건조는 컨베이어 벨트식 복합건조기(Agricultural Corp., JEUS, Jeju, Korea)로 난반사시킨 적외선을 100°C의 열풍과 함께 사용하여 1시간 동안 진행하였다. 건조수율은 아래 식과 같이 계산하였고, 건조를 마친 비트는 분쇄한 뒤 분말을 40 mesh(약 425 nm) 수준으로 체질하여 분석시료로 사용하였다.

%= g g×100

수분함량 및 수분활성도

수분함량은 비트 분말 2 g을 취한 뒤 수분함량 측정기(MA 50.R.WH Moisture Analyzer, Radwag, Radom, Poland)를 이용하여 3회 반복 측정하였고, 수분활성도는 비트 분말을 수분활성도 측정기(Aqua Lab Pre water activity meter, METER Group, Pullman, WA, USA)를 사용하여 3회 반복 측정하였다.

pH

pH는 비트 분말에 증류수를 1:9(w/w) 비율로 혼합한 뒤 초고속 균질기(Ultra Turrax T25, IKA, Braun, Germany)로 6,000 rpm에서 1분간 균질화한 후 pH-meter(Five Easy Plus, Mettler Toledo, Columbus, OH, USA)로 3회 반복 측정하였다.

색도

색도는 비트 분말을 색차계(TCR200, PCE Americas Inc., Jupiter, FL, USA)를 이용하여 L*(명도, Lightness), a*(적색도, redness), b*(황색도, yellowness) 값을 3회 반복 측정하였다. 이때 사용한 표준 백색판의 L*, a*, b* 값은 각각 90.74, 2.71, -13.37이었다. 건조 전후 비트의 색차(ΔE)는 아래 식과 같이 계산하였다.

ΔB=ΔL*2+Δa*2+Δb*2

재복원율

재복원율은 항온수조(DWB-22, Korea Material Scientific Co., Seoul, Korea)에서 90°C의 증류수 500 mL가 담긴 비커에 건조물 10 g을 침지시켜 중탕한 뒤 10분마다 건져내어 paper towel로 표면수를 제거하고 무게를 측정하여 계산하였다. 30분 동안의 무게 차이가 ±1 g 이하가 되도록 110분 동안 복원하였고, 재복원율은 아래 식과 같이 계산하였다.

재복원율(%)=[{재복원 후 시료무게(g)-재복원 전 시료무게(g)}/ 재복원 전 시료무게(g)]×100

추출 및 농축

추출은 비트 분말에 70% 에탄올을 1:10(w/v) 비율로 혼합하고 자력 교반기(MS-53MH, Jeiotech, Daejeon, Korea)를 이용하여 250 rpm에서 24시간 동안 교반하여 진행하였다. 추출 후에는 여과지(F1001, CHMLAB Group, Terrassa-Barcelona, Spain)로 여과하고 회전증발농축기(N-1300, Eyela, Tokyo, Japan)를 사용하여 34°C에서 농축한 뒤, 농축액을 동결건조하고 -20°C 냉동고에 보관하면서 사용하였다.

Betalain 함량

Betalain 함량은 Nilsson(1970)Min 등(2018)의 방법에 의해 측정하였다. 동결건조 분말을 증류수에 녹여 10 mg/mL로 희석한 후 분광광도계(X-ma 3000, Human corporation, Seoul, Korea)를 이용하여 476 nm, 538 nm, 600 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 각 파장에서 측정된 값을 아래 식에 대입하여 불순물이 제거된 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도를 구한 뒤 추출물의 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ 함량을 계산하였다.

x=1.095 (a-c)

y=bzx3.1

z=a-x

a=538 nm 파장에서의 흡광도

b=476 nm 파장에서의 흡광도

c=600 nm 파장에서의 흡광도

x=불순물이 제거된 betanin의 흡광도

y=불순물이 제거된 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도

z=불순물의 흡광도

Betaninmg/g=x×DF×MWε×LVulgaxanthinImg/g=y×DF×MWε×L

DF=희석배수

MW=분자량(betanin은 550 g/mol, vulgaxanthin-Ⅰ은 308 g/mol)

ε=흡광계수(betanin은 60,000 L/cm·mol, vulgaxanthin-Ⅰ은 48,000 L/cm·mol)

L=큐벳 길이(1 cm)

총 폴리페놀 함량(total polyphenol content, TPC)

총 폴리페놀 함량은 Folin과 Denis(1912)의 방법을 변형하여 측정하였다. 동결건조 분말을 증류수에 녹여 50 mg/mL로 희석하였고, 희석액 10 μL를 증류수 90 μL 및 2 N Folin-Ciocalteu’s phenol reagent(Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 10 μL와 혼합하여 3분간 상온에서 반응시켰다. 이에 증류수 70 μL와 20% Na2CO3(sodium carbonate anhydrous, DC Chemical Co., Ltd, Shanghai, China) 20 μL를 가하고 1분간 vortexing(Vortex genie2, Scientific Industries, Inc., Bohemia, NY, USA) 한 뒤 상온의 암실에서 1시간 동안 반응시킨 후, 분광광도계(Epoch microplate spectrophotometer, BioTek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)를 이용하여 725 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 총 폴리페놀 함량은 증류수로 희석한 0~1,000 μg/mL gallic acid(Sigma-Aldrich Co.)로 작성한 표준곡선을 이용하여 mg gallic acid equivalent (GAE)/g으로 나타내었다.

DPPH 라디칼 소거능(DPPH radical scavenging activity)

DPPH(2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl) 라디칼 소거능은 Blois(1958)의 방법을 변형하여 측정하였다. 동결건조 분말은 증류수에 녹여 1~10 mg/mL로 희석하였고, DPPH(Alfa Aesar, Haverhill, MA, USA)는 95% 에탄올(ethyl alcohol 95%, denatured, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd., Siheung, Korea)에 용해시켜 0.4 mM 용액으로 제조하였다. 시료 희석액 67 μL를 DPPH 용액 133 μL와 혼합하였고 1분간 vortexing(Scientific Industries, Inc.) 한 뒤 상온의 암실에서 30분 동안 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 517 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 대조구로는 시료를 대신해 동량의 증류수를 사용하였고, DPPH 라디칼 소거능은 대조구의 흡광도를 기준으로 하여 아래 식과 같이 계산하였으며, 50%의 DPPH 라디칼을 소거하는 데 필요한 시료의 농도(IC50)를 구하여 활성을 비교하였다.

DPPH%=1 ×100

ABTS+ 라디칼 소거능(ABTS+ radical scavenging activity)

ABTS+ 라디칼 소거능은 Re 등(1999)의 방법을 변형하여 측정하였고, 동결건조 분말은 증류수에 녹여 6~24 mg/mL로 희석하여 사용하였다. ABTS(2,2’-azino-bis(3-ethylbenzothiazoline-6-sulfonic acid) diammonium salt, Sigma-Aldrich Co.)와 potassium persulfate(Sigma-Aldrich Co.)는 증류수에 용해시켜 각각 7 mM, 2.45 mM로 제조하였고, 두 용액을 1:1(v/v) 비율로 혼합한 뒤 16시간 동안 상온의 암실에서 배양하여 ABTS 양이온(ABTS·+)을 생성시켜 사용하였다. ABTS 용액은 사용 직전에 95% 에탄올(ethyl alcohol 95%, denatured, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd.)을 첨가하여 734 nm의 파장에서 흡광도가 0.70±0.02가 되도록 조절하였다. 시료 희석액 20 μL와 ABTS 용액 980 μL를 혼합하였고 30초간 vortexing(Scientific Industries, Inc.) 한 뒤 상온의 암실에서 6분간 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 734 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 대조구로는 시료를 대신해 동량의 증류수를 사용하였고, ABTS+ 라디칼 소거능은 대조구의 흡광도를 기준으로 하여 아래 식과 같이 계산하였으며, 50%의 ABTS+ 라디칼을 소거하는 데 필요한 시료의 농도(IC50)를 구하여 활성을 비교하였다.

ABTS*%=1 ×100

Ferric ion reducing antioxidant power(FRAP) 측정

FRAP 활성은 Benzie와 Strain(1996)의 방법을 변형하여 측정하였고, 동결건조 분말을 증류수에 녹여 20 mg/mL로 희석하여 사용하였다. 40 mM HCl(Hydrochloric acid, Daejung Chemicals&Metals Co., Ltd.)에 용해시킨 10 mM TPTZ(2,4,6-Tris(2-pyridyl)-s-triazine, Sigma-Aldrich Co.)와 증류수에 희석한 20 mM FeCl3(Sigma-Aldrich Co.) 및 300 mM acetate buffer(pH 3.6)(Samchun Chemicals, Pyeongtaek, Korea)를 1:1:10(v/v/v) 비율로 혼합하여 FRAP 용액을 제조하였고, 사용하기 직전 37°C의 항온수조(Korea Material Scientific Co.)에서 10분간 반응시켰다. 시료 희석액 100 μL와 FRAP 용액 3 mL, 증류수 30 μL를 혼합하고 30초간 vortexing(Scientific Industries, Inc.)한 뒤 37°C의 항온수조(Korea Material Scientific Co.)에서 10분간 반응시킨 후 분광광도계(BioTek Instruments, Inc.)를 이용하여 593 nm의 파장에서 흡광도를 측정하였다. 시료의 FRAP 활성은 증류수로 희석한 0~5 mM FeSO4·7H2O(ferrous sulfate, Wako Pure Chemical Industries, Ltd., Osaka, Japan)로 작성한 표준곡선을 이용하여 µmole Fe(II)/g으로 나타내었다.

통계처리

실험 결과는 평균±표준편차로 나타내었고 통계처리는 Minitab 18 프로그램(Minitab Inc., State College, PA, USA)을 이용하여 일원분산분석(one-way ANOVA) 후, Tukey의 다중검정법(Tukey’s multiple range test)에 따라 사후검정을 실시하여 P<0.05 수준에서 시료 간 유의성을 검정하였다.

결과 및 고찰

건조수율, 수분함량, 수분활성도 및 pH

건조 방법을 달리하여 제조한 제주산 건조 비트의 건조수율, 수분함량, 수분활성도 및 pH는 Table 1과 같다. 열풍건조한 비트의 건조수율은 11.41~11.93%로 건조 조건에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P>0.05). 수분함량과 수분활성도는 미생물의 생육에 영향을 미쳐 식품의 부패 요소로 작용하는데, 일반적으로 미생물의 성장과 증식에는 일정량 이상의 수분이 필요하고 세균은 0.90 Aw 이상, 효모는 0.88 Aw, 곰팡이는 0.80 Aw 이상의 수분활성도 조건이 갖추어져야 생육할 수 있다(Lee 등, 2014a). 수분활성도는 수분 중에서 미생물이 실제로 이용할 수 있는 자유수의 함량을 의미하는데(Kim과 Chun, 2021), 건조식품의 기준은 0.60 Aw 이하고, 이 범위에서는 식품이 미생물학적으로 안전하다고 알려져 있다(Nam과 Chun, 2021). 본 연구에 사용된 비트의 수분함량은 89.273%, 수분활성도는 0.982 Aw였으나 건조 공정이 진행됨에 따라 수분함량은 5.906~7.389%, 수분활성도는 0.287~0.328 Aw로 낮아졌고, 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아짐에 따라 수분활성도가 유의적으로 감소하는 경향이 나타났다(P<0.05). 복합건조한 비트의 수분함량은 6.418%로 60°C와 70°C 열풍건조한 것과 유사하였고, 수분활성도는 0.287 Aw로 70°C 열풍건조한 것과 유사하였다(P>0.05). Azam 등(2014)Nistor 등(2017)에 따르면 식품으로의 열전달이 증가하면 식품의 내부와 표면 사이의 증기압이 커져 수분의 이동이 빠르게 일어나 건조 시간이 단축된다고 보고되었는데, 본 연구에서는 건조 온도가 증가하고 적외선을 함께 이용함에 따라 열이 비트로 빠르게 전달되어 70°C 열풍건조한 비트와 복합건조한 비트가 다른 조건으로 건조한 것보다 건조 효과가 크게 나타난 것으로 보인다. 또한, 건조 효과는 식품 내부의 공극 크기에 따라서도 모세관력이 변화해 달라질 수 있다고 알려져 있다(Nistor 등, 2017). 본 연구에서 제조된 모든 건조 비트는 수분활성도가 0.287~0.328 Aw이었으므로 건조식품의 기준을 충족했고, 0.2~0.4 Aw의 수분활성도 구간에서는 식품이 미생물학적으로도 안전하고 화학적 반응도 억제된다고 알려져 있어(Nam과 Chun, 2021), 수분함량이 높아 저장기간이 짧다는 기존 비트의 한계점(Liu 등, 2020)을 극복할 수 있을 것으로 보인다.

Table 1 . Drying yield, moisture content, water activity, and pH of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)Drying yield (%)Moisture content (%)Water activity (Aw)pH
HD5011.93±0.33a2)7.389±0.487a0.328±0.008a5.92±0.08a
HD6011.41±0.06a7.010±0.336ab0.304±0.005b5.95±0.09a
HD7011.82±0.21a5.906±0.206c0.292±0.008c5.94±0.12a
CD6.418±0.117bc0.287±0.001c5.68±0.02b

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..



건조 전 비트의 pH는 5.94였고 열풍건조 하였을 때 5.92~5.95로 건조 온도 변화에 따른 유의적인 차이를 나타내지 않았으나(P>0.05), 복합건조한 비트의 경우 5.68로 유의적으로 낮은 값을 보였다(P<0.05). Lee 등(2014a)은 적외선을 이용하여 오미자를 건조하였을 때 열풍건조한 것에 비해 pH가 낮았다고 보고하였으며, Hyun 등(2020) 또한 당근을 복합건조 하였을 때 열풍건조한 것에 비해 낮은 pH를 나타내었다고 보고하였고, 이는 가열공정과 전처리 공정에 의해서 당근의 유기산이 변하였기 때문이라고 하였다. 비트에는 oxalic acid, gallic acid, syringic acid, caffeic acid, ferulic acid, chlorogenic acid, citric acid, malic acid 등 다양한 유기산 성분이 풍부하게 함유되어 있고, 가공조건에 따라서 그 양이 변하게 된다고 알려져 있는데(Wruss 등, 2015; Vasconcellos 등, 2016), 본 연구에서도 열 및 적외선 처리에 따라 비트의 성분 조성이 변화하여 앞선 연구들과 유사한 결과가 나타난 것으로 생각된다. 미생물의 항상성은 pH와 같은 요인에 의해서 방해받을 수 있어 종에 따라 생육하기 적합한 pH 범위가 정해져 있고, 이를 벗어나면 미생물은 지연기에 머무르거나 사멸하여 증식하지 못하며 대부분의 미생물은 중성 pH에서 가장 잘 생육한다고 알려져 있다(Krulwich와 Guffanti, 1989; Mayo, 1997; Leistner, 2000). Leistner(2000)에 의하면 식품에서 수분활성도, pH, 산화환원 전위 등과 같은 요소가 적절하게 조절되면 미생물의 생육을 막는 데에 있어 시너지 효과를 낼 수 있다고 알려져 있다. 따라서 복합건조한 비트의 수분함량 및 수분활성도, pH 강하는 미생물의 생육을 저해하는 요인으로 작용할 수 있어 열풍건조로 제조한 것에 비하여 비트의 저장성을 향상시키기에 유리할 것으로 보인다.

외관 및 색도

식품의 외관과 색은 품질을 판정하는 중요한 요소 중 하나이고, 소비자들의 식품 선택에 큰 영향을 미친다(Park 등, 2008; Ravichandran 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 외관 및 색도, 원물과의 색차는 Fig. 1Table 2와 같고, 건조 전과 후의 외관을 비교해보면 건조 조건과 관계없이 모든 비트가 변형되었음을 확인할 수 있었다. 건조 전 비트의 L*값은 32.74, a*값은 8.41, b*값은 -0.36이었는데 건조 조건과 관계없이 모든 비트가 건조 공정을 거친 후 L*값은 47.92~49.97로 증가, a*값은 18.79~22.08로 증가하였고 b*값은 -3.26~-4.77로 감소하였다. 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아짐에 따라 L*값과 a*값은 증가, b*값은 감소하였으며, 70°C 열풍건조 하였을 때 유의적으로 높은 L*값과 a*값을 보이고 낮은 b*값을 보였다(P<0.05). 복합건조한 비트의 L*값은 51.28, a*값은 24.16으로 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 값을 나타냈고(P<0.05), b*값은 -4.58로 나타나 70°C 열풍건조한 것과 유사하였다(P>0.05).

Table 2 . L* (lightness), a* (redness), b* (yellowness), and ΔE value of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)ColorΔE3)
L*a*b*
HD5047.92±0.41c2)18.79±0.63d−3.26±0.11a18.62±0.68d
HD6048.65±0.34c19.92±0.55c−3.35±0.10a19.86±0.54c
HD7049.97±1.00b22.08±0.68b−4.77±0.58b22.45±0.74b
CD51.28±0.04a24.16±0.15a−4.58±0.20b24.69±0.10a

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..

3)The ΔE values were calculated from the color difference between the raw beet and each dried beet treated with different processes..



Fig 1. Appearance of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.

열이 가해지면 식품에서는 내부의 아미노산과 당이 반응하여 갈색 색소를 만들어내는 Maillard 갈변반응이 일어난다(Kim 등, 2013). 그리고 비트는 carotenoid 색소뿐 아니라 betalain 색소가 다량으로 존재하면서 비트 고유의 색을 내는데, betalain 색소는 온도, 산소, 빛, 수분활성도, 효소, pH 등의 조건에 따라 안정성이 약해져 다양한 물질로 전환될 수 있다고 보고되어 있어(Manchali 등, 2012; Chaudhary와 Kumar, 2020), 본 연구에서 열풍 및 복합건조에 따른 비트의 색도 변화는 갈변 및 색소손실과 같은 여러 화학반응이 복합적으로 작용한 결과로 판단된다.

미국 국립표준기술연구소(National Institute of Standards and Technology)에 따르면 색차는 ΔE 값에 따라서 6단계로 나뉘고, ΔE 값이 0~0.5이면 미미한 차이, 0.5~1.5이면 근소한 차이, 1.5~3.0이면 현저한 차이, 3.0~6.0이면 상당한 차이, 6.0~12.0이면 많은 차이, 12.0 이상이면 매우 많은 차이를 나타낸다고 알려져 있다(Cho 등, 2014; Nam과 Chun, 2021). 건조 전후 비트의 ΔE 값은 18.62~24.69였는데 건조 온도가 높아질수록 유의적인 차이를 보이며 증가하였고, 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 큰 값을 보였으며 50°C 열풍건조한 비트가 유의적으로 낮은 값을 보였다(P<0.05). 따라서 비트는 건조를 거치면서 변색하여 원물과 매우 많은 차이를 나타나게 되었으며, 그중에서도 복합건조한 비트가 가장 큰 폭으로 변화하였음을 확인할 수 있었다.

Liu 등(2020)의 연구에서는 비트 슬라이스를 열풍건조 하였을 때 온도가 높을수록 b*값이 증가하여 본 연구와 상반되는 결과가 나타났는데, 이러한 색도 변화 차이는 비트의 재배조건, 건조 시간, 슬라이스 두께, 열풍 투입 속도 등의 차이에서 기인한 것으로 추측된다. 하지만 건조 비트의 ΔE 값은 건조 온도가 높아짐에 따라 증가하여 본 연구와 유사한 경향이 나타나, 건조 비트의 제조에 있어서 원물 고유의 색상을 유지하기 위해서는 낮은 온도의 열풍을 사용하여 건조하는 방법이 적절할 것으로 판단된다.

재복원율

건조식품은 수분과 접촉하면 모세관력으로 인해서 수분이 식품 조직 내부의 빈 공간으로 침투하는 현상이 일어나 재복원되어 건조 전 원물의 상태로 돌아가게 된다(Lewicki, 1998; Kang 등, 2018). 하지만 앞선 건조 공정에서 열과 같은 요인들에 의해 단백질이나 녹말과 같이 수분을 보유할 수 있는 성분들과 내부 구조에 손상이 발생하면 수분의 침투가 저해되어 재복원율이 감소하게 되므로, 이에 따라 재복원율을 손상의 척도로 간주하여 건조식품의 품질을 유추할 수 있다(Doymaz와 Sahin, 2016; Kim과 Chun, 2021).

열풍 및 복합건조한 비트를 90°C 증류수에서 침지하는 동안의 재복원율 변화는 Table 3에 나타내었다. 재복원이 진행되는 초기 30분 동안에는 건조 방법에 상관없이 모든 비트가 빠른 속도로 물을 흡수하여 무게가 증가해 10분의 간격으로도 유의적인 재복원율 증가가 관찰되었으나(P<0.05), 30분 이후로는 복원속도가 줄어들어 구간별 유의적인 차이가 나타나지 않았으며(P>0.05) 110분까지 수분을 완만하게 흡수하여 473.5~684.2%까지 복원되었다. 이처럼 초기 수침 단계에서는 수분 흡수 속도가 빠르고 일정 시간이 흐른 뒤에는 평형상태를 이루어 흡수 속도가 느려지는 양상은 열풍 및 과열증기, 원적외선을 이용하여 건조한 후 재복원한 Kang 등(2018)의 연구에서도 보고되었다. 각 복원시간에서의 건조 조건에 따른 재복원율을 비교해보면 0분을 제외한 모든 구간에서 50°C 열풍건조한 비트의 재복원율이 유의적으로 낮았고 복합건조한 비트의 재복원율이 유의적으로 높았으며(P<0.05), 60°C 열풍건조한 비트와 70°C 열풍건조한 비트 간의 유의적인 재복원율 차이는 관찰되지 않았다(P>0.05). 따라서 50°C 열풍건조한 비트에서는 다른 건조 조건으로 제조한 비트보다 더 많은 내부 구조 손상 및 성분 변화가 발생했을 것으로 추측되며, 이는 장시간에 걸쳐 열에 노출되었기 때문으로 추측된다. Azam 등(2014)의 연구에서도 비트 슬라이스를 열풍건조한 후 재복원시켰을 때 건조 온도가 높아짐에 따라 재복원율이 증가했다고 보고하였고, Doymaz(2017)는 비트와 같은 근채류에 속하는 당근도 열풍건조한 후 재복원하였을 때 건조 온도가 높을수록 재복원율이 증가하는 경향이 나타났고 보고하였다. 또한, Vishwanathan 등(2010)은 열풍 및 복합건조 하여 재복원하였을 때 감자와 당근 모두 복합건조한 것의 재복원율이 열풍건조한 것보다 높게 나타나 본 연구의 결과와 유사하였다. 따라서 복합건조 방법으로 제조된 비트가 재복원율이 높아 건조 공정에서 손상이 가장 적게 발생했을 것으로 추측되며, 건조 비트를 재복원하여 이용하기에도 적합할 것으로 판단된다.

Table 3 . Changing aspect in the rehydration ratio of dried beets over time.

Rehydration time (min)Rehydration ratio (%)
HD501)HD60HD70CD
00.0±0.0Ah2)0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah
10244.7±16.8Cg317.8±12.5Bg328.7±10.7Bg395.1±5.4Ag
20333.2±17.8Cf399.5±12.2Bf407.7±10.2Bf495.1±6.2Af
30372.8±16.0Ce441.1±13.4Be443.3±9.3Be551.2±3.7Ae
40397.6±15.2Cde467.8±15.1Bde466.4±10.4Bde589.8±15.3Ade
50415.3±15.3Ccd486.9±15.7Bcd485.6±11.5Bcd618.2±10.3Acd
60431.0±17.5Cbcd502.4±19.4Bbc498.0±13.2Bbc639.8±14.2Abc
70442.7±18.8Cabc517.6±18.9Babc506.6±15.7Babc654.2±18.8Aabc
80453.0±18.8Cab530.6±21.4Bab519.1±16.2Bab674.2±21.8Aab
90461.8±20.9Cab538.9±20.6Ba525.1±18.7Ba684.5±23.4Aa
100470.2±20.8Ca539.5±20.0Ba524.0±15.0Bab684.7±16.0Aa
110473.5±21.3Ca539.9±22.1Ba522.6±21.3Bab684.2±20.4Aa

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same row (A-C) and column (a-h) with different superscripts are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..



Betalain 함량

Betalain은 비름과, 선인장과, 자리공과와 같은 석죽목 식물에서 2차 대사산물로 생성되어 특유의 색을 내는 무독성의 천연색소로, 그 양은 품종, 재배 조건, 수확 시기 등에 따라서 달라진다(Singh 등, 2017; Aztatzi-Rugerio 등, 2019; Zin 등, 2020). Betalain 색소는 anthocyanin 색소와는 구조와 성질이 다르고 보다 높은 항산화능을 가지며, 적색과 자색을 띠는 betacyanin과 황색을 띠는 betaxanthin으로 나뉜다(Min 등, 2018). 그리고 betacyanin의 일종인 betanin과 betaxanthin의 일종인 vulgaxanthin-Ⅰ이 비트의 색소 중 약 95%를 차지한다고 보고되어 있다(Gliszczyńska-Świgło 등, 2006; Liu 등, 2020).

본 연구에서 제조된 건조 비트의 pH는 5.68~5.95의 범위를 나타내었는데, Nilsson(1970)에 따르면 pH 5.0~7.0에서 betanin의 최대흡수파장은 537 nm이고 vulgaxanthin-Ⅰ은 476 nm로 서로 다르며, betanin은 476 nm 파장의 빛도 흡수하지만 vulgaxanthin-Ⅰ은 537 nm 파장의 빛을 흡수하지 않아 537 nm 파장에서의 흡광도는 betanin으로부터만 기인하게 된다고 보고하였다. 그리고 537 nm와 476 nm 파장의 흡광도 비를 이용하면 476 nm 파장에서의 betanin의 흡광도와 vulgaxanthin-Ⅰ의 흡광도를 계산해 두 색소의 최대흡수파장에서의 흡광도를 각각 알아낼 수 있고, 이를 분자량과 몰흡광계수를 이용하여 환산하면 비트에서 두 성분의 함량을 알아낼 수 있다고 보고하였다. 또한, 537 nm와 476 nm 파장의 흡광도 비는 모든 농도에서 3.1의 값을 갖고, vulgaxanthin-Ⅰ은 600 nm 파장의 빛도 흡수하지 않으므로 이를 이용하여 불순물의 존재로 인해 일어나는 오차를 보정할 수 있다고 보고하였다.

이러한 방법에 따라 측정한 건조 조건에 따른 비트의 betanin 및 vulgaxanthin-Ⅰ 함량은 Table 4와 같다. 열풍건조한 비트의 betanin 함량은 0.70~0.89 mg/g이었으며, 70°C 열풍건조한 비트의 betanin 함량이 유의적으로 낮았고(P<0.05), 복합건조한 비트의 betanin 함량은 0.84 mg/g으로 50°C와 60°C 열풍건조한 비트와 유사하였다(P>0.05). 건조 비트의 vulgaxanthin-Ⅰ 함량은 0.47~0.54 mg/g으로 50°C 열풍건조한 비트에서 가장 낮았으나, 복합건조한 비트와 유사하였고 건조 조건에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다(P>0.05).

Table 4 . Betanin and vulgaxanthin-Ⅰ pigment content of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)Betanin content (mg/g)Vulgaxanthin-Ⅰ content (mg/g)
HD500.89±0.03a2)0.47±0.03b
HD600.86±0.04a0.54±0.04a
HD700.70±0.02b0.54±0.03a
CD0.84±0.02a0.50±0.03ab

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a,b) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..



일반적으로 신선한 비트에는 betanin 300~600 mg/kg과 vulgaxanthin-Ⅰ 320~420 mg/kg이 함유되어 있지만(Zin 등, 2020), Bunkar 등(2020)Liu 등(2020)에 따르면 건조 온도가 높아질수록 비트의 betalain 및 betanin, vulgaxanthin-Ⅰ 함량이 모두 감소한다고 보고되었다. 이와 같은 결과는 betalain 색소가 pH 3~7의 넓은 범위에서 안정하다고 알려졌지만(Esatbeyoglu 등, 2015), 건조 중 열, 산소, 빛, 수분, 효소, 금속이온, 공존하는 다른 항산화제 등 다양한 요소들에 의해서 변질할 수 있기 때문으로 보인다. 특히 betanin은 열에 의하여 이성질체화, 탈당, 가수분해, 탈탄산, 탈수소, 자동산화 등의 반응이 쉽게 일어나 자색과 적색의 betanidin, 노란색의 neobetanin, 무색의 cyclo-Dopa 5-O-β-glucoside 등의 물질로 전환될 수 있고, peroxidase, polyphenol oxidase, β-glucosidase와 같은 효소에 의해서 손실되는 특성을 지니고 있어서 본 연구에서 건조온도가 높아질수록 betanin 함량이 감소한 것으로 추측된다(Herbach 등, 2006; Manchali 등, 2012; Aztatzi-Rugerio 등, 2019; Zin 등, 2020). 따라서 betanin과 vulgaxanthin-Ⅰ 색소가 50~70°C의 범위에서 건조 온도에 따라 상반되는 영향을 받는 것을 확인할 수 있었고, 비트의 색소 함량을 높게 유지하기 위해서는 60°C 열풍건조 하거나 복합건조 하는 방법이 적합할 것으로 판단된다.

총 폴리페놀 함량

폴리페놀이란 한 분자에 2개 이상의 phenolic hydroxyl (-OH)기가 존재하고 있는 물질로, 식물계에서 2차 대사산물로 널리 생산되며 다양한 구조와 분자량을 갖고 있다(Choi 등, 2016; Min 등, 2018). 폴리페놀은 가지고 있던 수소 원자를 연쇄반응에 따라 공급하여 라디칼을 안정하게 함으로써 항산화 활성과 병원체 침입 방지의 역할을 하지만(Friedman과 Jürgens, 2000; Min 등, 2018), 같은 식물이라 할지라도 품종, 재배환경, 성숙 정도, 건조방법, 추출방법 등에 따라서 함량에 차이가 있다고 알려져 있다(Chung, 2015). 폴리페놀은 알칼리 환경에서 phosphomolybdic acid와 산화환원 반응하여 청색 물질을 형성하는 원리에 의하여 정량할 수 있다(Lee 등, 2014a).

건조 조건에 따른 비트의 총 폴리페놀 함량은 Fig. 2와 같고, 건조 비트는 4.77~9.52 mg GAE/g의 폴리페놀을 함유하고 있었다. 50°C 열풍건조한 비트는 4.77 mg GAE/g, 60°C 열풍건조한 비트는 5.03 mg GAE/g, 70°C 열풍건조한 비트는 6.32 mg GAE/g으로 건조 온도가 높아질수록 증가하였고, 이러한 결과는 건조 온도가 높아짐에 따라 열풍건조한 비트의 총 폴리페놀 함량이 증가하였다는 Petruț 등(2018)의 연구와 유사하였다. 복합건조한 비트의 총 폴리페놀 함량은 9.52 mg GAE/g이었는데 열풍건조한 비트의 약 1.5~2.0배로 유의적으로 높은 함량을 나타내었으며(P<0.05), 이는 Min 등(2018)의 연구에서 1% citric acid가 첨가된 75 % 발효주정으로 추출한 비트 추출물과 비슷한 수준이었다.

Fig 2. Total polyphenol content of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

비트에 존재하는 betanin 색소는 페놀성 화합물이고 수소와 전자를 공급하여 항산화제로 작용할 수 있다고 알려져 있으나(Kujala 등, 2002; Zin 등, 2020), 본 연구의 총 폴리페놀 함량 측정 결과는 betanin 함량 측정 결과와 상반되었다. 이는 건조 온도가 높아짐에 따라 열에 취약한 betanin의 손실이 발생하였으나 비트에 존재하던 다른 종류의 폴리페놀이 열에 의해 유리되었기 때문에 총 폴리페놀 함량이 높아진 것으로 추측된다. Kim 등(2007)Hwang과 Thi(2014)에 따르면 저분자의 폴리페놀은 식물체 내에서 여러 분자끼리 공유결합해 중합체 상태로 존재하기 때문에 식품으로 섭취되더라도 폴리페놀이 유리되지 못하여 인체 내에서 활성을 갖지 못할 수 있으나, 고온의 열처리 또는 적외선 처리, 발효공정을 거치면 세포벽이 파괴되면서 저분자의 폴리페놀로 유리되므로 그 함량이 증가하고 가용화될 수 있다고 알려져 있다. 비트에 존재하는 폴리페놀로는 ferulic acid, vanillic acid, syringic acid, ellagic acid, caffeic acid 등의 페놀산과 quercetin, kampferol, myricetin 등의 플라보노이드가 있는데(Koubaier 등, 2014), 이러한 폴리페놀이 건조열로 인해 유리되어 비트의 총 폴리페놀 함량이 증가한 것으로 추측되며, 폴리페놀 함량이 높은 건조 비트를 제조하기 위해서는 열풍건조보다 복합건조 방법이 적합할 것으로 판단된다.

항산화 활성

DPPH는 본래 짙은 자색을 띠는 라디칼로 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 탈색되어 황색으로 변하는데, 탈색 정도가 클수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Kim과 Park, 2011; Jeon 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 DPPH 라디칼 소거능은 Fig. 3과 같고, 50%의 DPPH 라디칼 소거능을 보이기 위한 건조 비트의 농도(IC50)는 3.73~6.60 mg/mL로 나타났다. IC50값은 50°C 열풍건조한 비트가 6.60 mg/mL, 60°C 열풍건조한 비트는 6.45 mg/mL, 70°C 열풍건조한 비트는 6.41 mg/mL로 나타나 건조 온도가 높을수록 강한 DPPH 라디칼 소거능을 보이는 것을 확인할 수 있었다. Petruț 등(2018)에서도 비트 슬라이스를 열풍건조 하였을 때 온도가 높을수록 DPPH 라디칼 소거능이 높아졌다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 복합건조한 비트의 IC50값은 3.73 mg/mL로 나타나 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 DPPH 라디칼 소거능을 가지고 있음을 확인할 수 있었다(P<0.05).

Fig 3. DPPH radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

ABTS는 potassium persulfate와 반응하여 청록색을 띠는 ABTS+ 라디칼을 형성하고 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 탈색되어 무색으로 변하는데, 탈색 정도가 클수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Kim과 Park, 2011; Jeon 등, 2013). 건조 조건에 따른 비트의 ABTS+ 라디칼 소거능은 Fig. 4에 나타내었고, 50%의 ABTS+ 라디칼 소거능을 보이기 위한 건조 비트의 농도(IC50)는 10.41~22.42 mg/mL로 나타났다. IC50값은 50°C 열풍건조한 비트는 22.42 mg/mL, 60°C 열풍건조한

Fig 4. ABTS+ radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.

비트는 20.16 mg/mL, 70°C 열풍건조한 비트는 19.57 mg/mL로 나타나 건조 온도가 높을수록 강한 ABTS+ 라디칼 소거능을 보이는 것을 확인할 수 있었고, 50°C 열풍건조한 비트가 유의적으로 낮은 ABTS+ 라디칼 소거능을 나타냈다(P<0.05). Liu 등(2020)의 연구에서는 60°C와 70°C 열풍건조한 것보다 50°C 열풍건조한 비트 슬라이스의 ABTS+ 라디칼 소거능이 높아 본 연구와 상반되는 결과가 나타났지만, 80~100°C에서 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아질수록 ABTS+ 라디칼 소거능이 큰 폭으로 증가하여 50°C에서 건조한 것보다 높은 활성을 보였다고 보고하였다. 복합건조한 비트의 IC50값은 10.41 mg/mL로 나타나 복합건조한 비트가 열풍건조한 것보다 유의적으로 높은 ABTS+ 라디칼 소거능을 가지고 있음을 확인할 수 있었다(P<0.05).

FRAP 활성은 산성 환경에서 황색을 띠는 ferric tripyridyltriazine(Fe3+-TPTZ)이 항산화 활성을 지닌 물질과 반응해 환원되면 청색을 띠는 ferrous tripyridyltriazine (Fe2+-TPTZ)으로 변하는 특성을 이용하여 측정하는데, 청색의 강도가 강할수록 시료의 항산화 활성이 크다는 것을 의미한다(Jeon 등, 2013; Lee 등, 2014b). 건조 조건에 따른 비트의 FRAP 활성은 Fig. 5와 같은데, FRAP 값은 건조 방법에 따라 달라져 72.88~147.25 µmole Fe(II)/g이었다. 50°C 열풍건조한 비트는 72.88 µmole Fe(II)/g, 60°C 열풍건조한 비트는 77.96 µmole Fe(II)/g, 70°C 열풍건조한 비트는 80.23 µmole Fe(II)/g으로 건조 온도가 높아질수록 유의적인 차이를 보이며 증가하였다(P<0.05). Liu 등(2020)의 연구에서는 50°C 열풍건조한 비트 슬라이스가 60°C와 70°C 열풍건조한 것보다 FRAP 활성이 높아 본 연구와 상반되는 결과가 나타났지만, 80~100°C에서 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높아질수록 FRAP 활성이 큰 폭으로 증가하여 50°C에서 건조한 것보다 높은 활성을 보였다고 보고하였다. 복합건조한 비트는 147.25 µmole Fe(II)/g으로 열풍건조한 비트의 약 1.8~2.0배에 해당하는 FRAP 활성을 보이며 유의적인 차이를 나타냈다(P<0.05). 따라서 DPPH 라디칼 소거능 및 ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성 측정 결과에 의하면, 항산화 활성이 높은 건조 비트를 제조하기 위해서는 복합건조 방법을 이용하는 것이 적합할 것으로 판단된다.

Fig 5. Ferric ion reducing antioxidant power of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.


DPPH는 유기용매에 용해되어 라디칼을 생성하므로 친수성 물질보다는 소수성 물질과의 반응이 더 수월하게 일어나는 반면, ABTS는 친수성 용매와 유기용매 모두에 용해되어 라디칼을 생성하므로 친수성과 소수성 물질 모두와 반응하기에 적용 범위가 넓고, 이러한 특성에 따라 일반적으로는 ABTS+ 라디칼 소거능이 DPPH 라디칼 소거능보다 높은 활성을 나타낸다고 알려져 있다(Lee 등, 2014a; Yi 등, 2014). 본 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능과 ABTS+ 라디칼 소거능이 건조 조건에 따라 변화하는 양상은 서로 같았지만, DPPH 라디칼 소거능의 IC50값은 3.73~6.60 mg/mL고 ABTS+ 라디칼 소거능의 IC50값은 10.41~22.42 mg/mL로 DPPH 라디칼 소거능이 더 높은 활성을 나타내어 상반되었다. 이는 Yi 등(2014)Lee 등(2014a)에서 언급된 바와 같이 시료의 특성에 따라서 항산화 활성을 가진 물질이 자유 라디칼 또는 양이온 라디칼과 결합하는 정도가 달라지기 때문에 건조 비트의 DPPH 라디칼과 ABTS+ 라디칼 소거능에 차이가 생긴 것으로 추측된다.

Kim 등(2018)에 따르면 자연에 존재하는 항산화 물질은 종류가 다양하고 특성이 모두 달라 한 가지의 방법만으로는 대상 물질의 항산화 활성을 정확하게 측정하기 어렵다고 알려져 있어, 본 연구에서는 DPPH 라디칼 소거능 및 ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성을 측정하여 건조 조건에 따른 비트의 항산화 활성을 비교하였다. 열풍건조한 비트에서는 건조 온도가 높을수록 항산화 활성이 높아지는 경향이 나타났고, 열풍건조한 비트보다 복합건조한 비트의 항산화 활성이 유의적으로 높았다(P<0.05). 그리고 비트에서는 건조 조건에 따라 총 폴리페놀 함량이 증가할수록 항산화 활성도 높아지는 것을 확인할 수 있었는데, 이러한 상관관계는 Yi 등(2017)에서 레드비트 뿌리 추출물을 분석한 결과와 Liu 등(2020)에서 열풍건조한 비트 슬라이스를 분석한 결과에서도 나타났다. Kim 등(2004)에 따르면 20종의 약용식물 중 대부분에서 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성이 양의 상관관계(r2≒0.8)를 보였다고 밝혔다. 총 폴리페놀 함량과 항산화 활성 측정 결과를 종합해보면 건조 비트의 항산화 활성을 높게 하기 위해서는 열풍을 단독으로 사용하기보다는 적외선과 함께 복합건조 하는 것이 적합할 것으로 생각된다.

요 약

본 연구에서는 기존 비트의 한계점을 극복하고 고품질의 건조 비트를 제조하기 위한 기초 자료를 제시하고자 제주산 비트를 다양한 온도 조건에서 열풍 및 적외선 복합건조 하였고, 이에 따른 품질변화를 비교하여 건조 조건이 비트의 이화학적 특성과 항산화 활성에 미치는 영향에 대해서 조사하였다. 3 mm 두께로 비트를 절단한 후 70°C에서 4.5시간, 60°C에서 6시간, 50°C에서 13시간 열풍건조 하거나 100 °C에서 1시간 복합건조 하였다. 열풍건조한 비트는 건조 온도가 높아질수록 수분함량, 수분활성도, b*값(황색도), betanin 함량이 감소했고 건조수율과 pH에는 변화가 없었으며, L*값(명도), a*값(적색도), ΔE 값(건조 전 원물과의 색차), 재복원율, vulgaxanthin-Ⅰ 함량, 총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성은 증가하는 경향을 보였다. 그중에서 수분활성도, a*값, ΔE 값, FRAP 활성은 건조 온도가 높아짐에 따라 유의적으로 변화하였다. 복합건조한 비트는 열풍건조한 비트보다 L*값, a*값, ΔE 값, 재복원율, 총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능, ABTS+ 라디칼 소거능, FRAP 활성이 유의적으로 높았고 pH는 유의적으로 낮았으며, 수분함량, 수분활성도, b*값, betanin 함량, vulgaxanthin-Ⅰ 함량에서는 열풍건조한 비트와 유의적인 차이를 나타내지 않았다. 이상의 결과에 따르면 복합건조한 비트가 다른 조건에서 건조를 진행한 비트에 비해 소요되는 시간이 매우 짧고 pH가 낮으며, 재복원율, 총 폴리페놀 함량, 항산화 활성이 높아 고품질의 건조 비트를 제조하기 위해서는 열풍뿐만이 아니라 적외선도 적절히 병용하는 것이 적합할 것으로 보인다.

감사의 글

본 연구는 산업통상자원부와 한국산업기술진흥원의 “국가혁신클러스터사업(P0015307)”의 지원을 받아 수행된 연구 결과임.

Fig 1.

Fig 1.Appearance of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 588-599https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.6.588

Fig 2.

Fig 2.Total polyphenol content of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.
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Fig 3.

Fig 3.DPPH radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.
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Fig 4.

Fig 4.ABTS+ radical scavenging activity of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.
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Fig 5.

Fig 5.Ferric ion reducing antioxidant power of dried beets depending on the drying conditions. HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour. Values with different letters (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2022; 51: 588-599https://doi.org/10.3746/jkfn.2022.51.6.588

Table 1 . Drying yield, moisture content, water activity, and pH of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)Drying yield (%)Moisture content (%)Water activity (Aw)pH
HD5011.93±0.33a2)7.389±0.487a0.328±0.008a5.92±0.08a
HD6011.41±0.06a7.010±0.336ab0.304±0.005b5.95±0.09a
HD7011.82±0.21a5.906±0.206c0.292±0.008c5.94±0.12a
CD6.418±0.117bc0.287±0.001c5.68±0.02b

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-c) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..


Table 2 . L* (lightness), a* (redness), b* (yellowness), and ΔE value of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)ColorΔE3)
L*a*b*
HD5047.92±0.41c2)18.79±0.63d−3.26±0.11a18.62±0.68d
HD6048.65±0.34c19.92±0.55c−3.35±0.10a19.86±0.54c
HD7049.97±1.00b22.08±0.68b−4.77±0.58b22.45±0.74b
CD51.28±0.04a24.16±0.15a−4.58±0.20b24.69±0.10a

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a-d) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..

3)The ΔE values were calculated from the color difference between the raw beet and each dried beet treated with different processes..


Table 3 . Changing aspect in the rehydration ratio of dried beets over time.

Rehydration time (min)Rehydration ratio (%)
HD501)HD60HD70CD
00.0±0.0Ah2)0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah0.0±0.0Ah
10244.7±16.8Cg317.8±12.5Bg328.7±10.7Bg395.1±5.4Ag
20333.2±17.8Cf399.5±12.2Bf407.7±10.2Bf495.1±6.2Af
30372.8±16.0Ce441.1±13.4Be443.3±9.3Be551.2±3.7Ae
40397.6±15.2Cde467.8±15.1Bde466.4±10.4Bde589.8±15.3Ade
50415.3±15.3Ccd486.9±15.7Bcd485.6±11.5Bcd618.2±10.3Acd
60431.0±17.5Cbcd502.4±19.4Bbc498.0±13.2Bbc639.8±14.2Abc
70442.7±18.8Cabc517.6±18.9Babc506.6±15.7Babc654.2±18.8Aabc
80453.0±18.8Cab530.6±21.4Bab519.1±16.2Bab674.2±21.8Aab
90461.8±20.9Cab538.9±20.6Ba525.1±18.7Ba684.5±23.4Aa
100470.2±20.8Ca539.5±20.0Ba524.0±15.0Bab684.7±16.0Aa
110473.5±21.3Ca539.9±22.1Ba522.6±21.3Bab684.2±20.4Aa

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same row (A-C) and column (a-h) with different superscripts are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..


Table 4 . Betanin and vulgaxanthin-Ⅰ pigment content of dried beets depending on the drying method.

Drying method1)Betanin content (mg/g)Vulgaxanthin-Ⅰ content (mg/g)
HD500.89±0.03a2)0.47±0.03b
HD600.86±0.04a0.54±0.04a
HD700.70±0.02b0.54±0.03a
CD0.84±0.02a0.50±0.03ab

1)HD50: hot air drying at 50°C for 13 hours, HD60: hot air drying at 60°C for 6 hours, HD70: hot air drying at 70°C for 4.5 hours, CD: infrared radiation and 100°C hot air combined drying for 1 hour..

2)The means±SD within the same column with different superscripts (a,b) are significantly different by Tukey’s multiple range test at P<0.05..


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