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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 2024; 53(6): 629-638

Published online June 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

Pilot Scale Enzymatic Extraction of Functional Components of Mulberry

Mi Jin Kim , In Guk Hwang , Ji Yeong Kim , Pureum Im , Mina Kim , Jeong-sook Choe , and Ae-jin Choi

Department of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration

Correspondence to:Ae-jin Choi, Department of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration, 166, Nongsaengmyeong-ro, Iseo-myeon, Wanju-gun, Jeonbuk 55365, Korea, E-mail: aejini77@korea.kr

Received: March 11, 2024; Revised: April 12, 2024; Accepted: April 22, 2024

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.

This study aimed to improve the water solubilization and functional components of mulberry fruit, the different extraction volumes according to the enzyme treatment, and the suitability of mass production. The enzyme treatment extracts (PM) were prepared in three volumes (0.1, 4, and 40 kg) compared with non-enzyme extraction (CON) to confirm solubilization, quality characteristics, and functional component contents. The water-soluble index (WSI) increased in the PM compared to CON. The sugar and total acidity content increased in the PM compared to CON. The total polyphenol content (TP) was higher in the PM than in CON. The changes in extraction volumes increased 1.8 times in the PM compared to CON. The total anthocyanin content (TA) had no difference in content or decreased as the extraction dose increased. The cyanidin-3-glucoside (C3G) content increased 1.1∼3.5 times in the PM compared to CON. The variability of analysis of the parameters depending on different extraction scales was confirmed to be the WSI of CON within ±3% and the error range of PM within ±2%. Furthermore, the TP, TA, and C3G contents showed an error range within ±1%. The measurements of the sugar content, total acidity content, TP, TA, and C3G content of PM during a one to twelve-week storage period were significantly higher in PM than in CON. These results confirmed the possibility of mass production that can be applied in industry and provide basic data for producing highly functional food materials.

Keywords: enzyme, mulberry fruits, anthocyanin, cyanidin-3-glucoside, pilot scale

오디(mulberry)는 낙엽교목인 뽕나무과(Moraceae)에 속하고 뽕나무(Morus alba L.)의 열매로서 5월에서부터 6월에 걸쳐 과실의 색이 검정 혹은 자홍색을 나타낼 때 수확하고 식용 또는 건조하여 한약재로 이용되고 있다. 또한 한방에서는 오디를 ‘상심자’라고 부르기도 하며 이것은 백발을 검게 하고 소갈(消渴), 즉 당뇨를 완화하는 작용을 하는 것으로 오장을 이롭게 하는 자양・강장제로 사용된 예가 있으며, 고혈압, 빈혈, 관절 통증 및 대머리 예방과 치료에도 효능이 있다고 알려져 있다(Kim, 1991). 오디 추출물은 항산화(Jeon 등, 2012), 항염증(Park 등, 2020), 항당뇨(Kim 등, 2010) 그리고 항고지혈증(Kim 등, 2001) 등의 다양한 생리활성 물질을 함유하고, 또한 생리적 작용을 한다. 식품업계에서도 오디의 유용한 기능성 물질을 소재로 한 식품 가공에 관심이 증가하여 오디에 관한 연구가 활발해지고 있다.

오디는 당, 유기산 및 안토시아닌 계통의 색소를 다량 함유하고 있다고 알려져 있는데(Gerasopoulos와 Stavroulakis, 1997; Lee 등, 1998), 그중 안토시아닌은 플라보노이드 계열의 대표적인 천연색소이며 당이 없는 구조인 아글리콘(aglycone) 또는 안토시아니딘(anthocyanidin)에서 결합되는 당의 종류 및 위치에 따라 그 종류가 결정된다(Kim 등, 2002). 안토시아닌 색소 성분은 대부분이 cyanidin-3-glucoside(C3G)와 cyanidin-3-rutinoside(C3R)로 이루어진 것으로 보고되었다(Ishikura, 1975). 그러나 천연색소는 가공공정이나 보관 및 저장 중에 여러 가지 환경적인 요인으로 인해 색깔이 변하는 특성이 있다. 특히 안토시아닌 색소는 oxonium 구조로 인하여 불안정하다는 특징이 있으며 식품 자체의 성분에 의한 것도 있고, 식품을 가공할 때 주로 수분, 산소, 빛, 열, 금속이온 등에 의해 서로 유기적인 상호반응 작용으로 변색이 일어난다(Kim 등, 2012). 따라서 오디 색소를 안정화할 방법이 확립되어야 하는데 이와 관련하여 색소 안정화에 관한 연구가 진행되고 있다. 색소 안정성에 대한 연구로는 오디 색소 안정성(Kang 등, 2003), 오디 안토시아닌 색소 추출 및 저장 안정성 연구(Seo 등, 2014) 등의 선행연구가 보고되어 있다.

오디는 과육이 연하고 다량의 수분을 함유하여 수확한 후에는 쉽게 무르고 저장기간이 짧은 성질로 인해 생과의 사용한계를 나타내고 있어 이를 활용한 가공제품 개발이 미진한 실정이다. 오디의 제품 시장성을 높이기 위한 사업 활성화 방안으로 연구가 필요하며, 오디 과실의 기능성을 유지하고 안토시아닌 색소 변화를 최소화할 수 있는 다양한 고부가가치 가공식품 기술개발이 요구되고 있다. 또한 실제 현장에서 농가단위의 영농조합이나 중소 규모의 산업시설에서 활용할 수 있는 대량생산 기술개발과 대량 추출물의 품질 및 기능성분 함량 비교 연구는 미흡한 실정이다. 식품 생산에 많이 활용하고 있는 효소처리 수용화 기술은 다당류 성분(단백질, 섬유소, 펙틴, 전분 등)의 분해를 촉진하는 작용을 하는 기능으로 수용화 및 기능성분의 추출 수율을 증대시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 따라서 본 연구에서는 오디에 효소처리 기술을 적용하여 용량별로 추출물을 제조한 후 각 성분함량을 비교함으로써 기능성 증진 대량추출 적용성을 확인하고자 하였다. 또한 새로운 오디 고기능성 식품 소재화 기술 개발로 다양한 제품화에 활용될 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.

재료 및 시약

본 연구에 사용된 오디는 2023년 전북 부안군 소재 농가에서 구입하여 -20°C 냉동고에 보관하면서 실험에 사용하였다. 효소는 세포벽 분해 효소인 pectinase(Pectinex Ultra SP-L)를 Novozymes에서 구입하여 사용하였다. 구연산은 무수구연산(RZBC Co., Ltd.)을 구입하여 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s reagent, gallic acid, trifluoroacetic acid는 Sigma-Aldrich Co.에서 구입하였다. 표준품은 C3G 및 C3R은 PhytoLab에서 구입하였다. 그 밖의 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.

용량별 효소처리 추출물 제조

오디 대용량 효소처리 추출은 Kim 등(2021)의 선행 연구 결과를 토대로 pectinase・구연산처리(이하 효소처리) 조건을 적용하였으며 최적 조건으로 선정된 효소 종류, 시간, 농도로 진행하였다. 오디 대용량 4 kg 효소처리구는 50 L 반응조에 냉동오디의 5배에 해당하는 물을 넣고 예열을 시작하였으며, 물의 내부 온도가 50°C에 도달하면 분쇄한 냉동오디 4 kg을 추출포(PP 부직포 재질, 60×70 cm, 2장)에 넣어 반응조에 투입하였다. 여기에 구연산 분말 1.5%(원료 대비 w/w)를 첨가하고, pectinase를 기질 대비 3.5%(w/w)를 첨가한 후 50°C에서 113분 동안 효소처리 하였다. 추출물의 효소 불활성화를 위해 98°C에서 5분 동안 가열하였다. 추출액은 추출포로 압착 여과하였고, 압착 여과된 추출액과 침전물은 각각 수분용해지수(water solubility index, WSI)와 수분흡착지수(water absorption index, WAI) 분석에 사용하였다. 여과액을 파우치 포장기의 내부온도 85°C로 유지하면서 파우치 형태(150 mL)에 100 mL씩 추출물을 투입하여 분석에 사용하였다. 효소처리에 대한 대조구(CON)는 효소처리구(PM)와 동일한 시료를 사용하여 물과 혼합 후 85°C, 30분 동안 살균하였고 여과한 다음 파우치 형태에 일정량씩 담아 포장하였다. 오디 대용량 40 kg 효소처리구는 250 L 반응조를 사용하였으며, 대조구(CON) 모두 대용량 4 kg 효소처리구 및 대조구와 동일한 조건으로 진행하였다. 여과된 추출액은 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(centrifuges, 2236R, GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 다시 한번 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다. 오디 효소처리 소용량 추출은 용량별 추출물의 가변율을 확인하기 위하여 진행하였다. 오디 소용량 0.1 kg 효소처리구는 대용량 추출과 동일한 조건으로 실험실에서 진행하여 비교하였다. 냉동오디 100 g, 구연산 분말 1.5 g, pectinase 3.5 g을 넣고 증류수 500 mL를 혼합하여 분쇄한 후 항온수조(Maxturdy-18, Daihan Scientific)에서 효소처리를 시작하였다. 효소처리는 혼합물의 내부 온도가 50°C에 도달한 후 113분 처리하였고, 추출물은 효소 불활성화를 위해 98°C에서 5분 동안 가열하였다. 대조구(CON)는 열처리 없이 오디와 증류수를 혼합하여 분쇄한 후 여과하였다. 추출액은 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다.

대용량 추출물 저장안정성 평가

오디 대용량 추출(4 kg)한 추출물 CON과 PM을 각각 일정량씩 파우치 형태에 담아 냉장 보관(4°C)하며 3개월간 저장하였다. 1, 2, 3, 4, 8, 12주 차 간격으로 저장한 추출액을 꺼내 각각 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다.

오디 탄산음료 제조

오디 탄산음료는 CON과 PM 대용량 추출액 150 g에 탄산수 100 g을 각각 첨가하여 300 mL 페트병에 일정량씩 담아 제조(CO2-CON, CO2-PM)하였으며, 냉장 보관(4°C)한 후 기능성분 분석 및 안토시아닌 안정성 평가에 사용하였다. 탄산수는 가정용 탄산수 제조기(Sodastream POWER, Sodastream)를 사용하여 1 L 기준으로 120 psi 수준 압력의 CO2를 2분간 주입하였다.

수분용해지수

WSI는 오디 대용량 추출물을 여과한 상등액을 취해 알루미늄 접시에 부은 후 무게를 측정하고, 알루미늄접시를 열풍건조기(ThermoStable OF-305, Daihan Scientific Co., Ltd.)에서 50°C, 24시간 동안 건조한 뒤 상등액의 고형분 함량을 측정하였으며 산출식은 아래와 같다.

WSI (%)=[(soluble solids g/5 mL)×supernatant total vol. (mL)]/ sample weight (g)×100

수분흡착지수

WAI는 각 추출물의 상등액을 분리하고 침전물을 건조하여 그 무게를 측정한 후 다음과 같은 식으로 구하였다.

WAI (g/g)=weight of precipitate before drying/ weight of dry solids

당도 및 산도

당도는 각 추출물을 당도계(PAL-3, Atago Co., Ltd.)를 이용하여 3회 반복 측정하였다. 산도는 시료 추출물 10 mL에 10배의 증류수를 넣고 희석한 후 pH meter(Orion Star A211, Thermo Scientific) 전극을 담그고 0.1 N NaOH를 이용하여 pH 8.3까지 도달하는 데 필요한 NaOH 양(mL)을 citric acid 함량으로 환산하여 나타냈다.

총 폴리페놀 함량

총 폴리페놀(total polyphenol, TP) 함량은 각 추출물을 5배 희석하여 Ainsworth와 Gillespie(2007)의 Folin-Ciocalteu 법에 따라서 진행하였다. 각 추출물 시료 0.1 mL에 10% Folin reagent 0.2 mL를 가하고 잘 혼합하여 실온에서 5분간 방치한 후, 700 mM Na2CO3 용액 0.8 mL를 첨가한 다음 30분간 정치한 후 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 gallic acid를 사용하여 시료와 동일한 방법으로 시험하고 얻은 표준검량 곡선으로부터 환산하여 다음과 같은 식으로 산출하였다.

Total phenol content (mg GAE/g)=gallic acid (mg/mL) ×total extract (mL)/ mulberry fruit 100 (g)

총 안토시아닌 함량

총 안토시아닌(total anthocyanin, TA) 함량은 각 추출물을 5배 희석하여 Giusti와 Wrolstad(2001)의 pH 변화(pH 1, 0.025 M potassium chloride buffer; pH 4.5, 0.4 M sodium acetate buffer)에 따른 비색법에 따라 510 nm 및 700 nm에서 흡광도를 측정하고 C3G 분자량을 반영하여 다음과 같은 식을 사용하여 총 안토시아닌 함량을 구하였다.

Total anthocyanin content (mg CGE/g)=monomeric anthocyanin pigment (mg CGE/L)×total extract (L)/ mulberry fruit 100 (g)

Monomeric anthocyanin pigment (mg CGE/L)=a×MW×DF×1,000/ (ε×l)

a=pH 1(OD 510 nm-OD 700 nm)-pH 4.5(OD 510 nm-OD 700 nm)

MW (molecular weight)=449.2 g/ mol for cyanidin-3-glucoside

DF (dilution factor)=10 (0.5 mL sample is diluted to 4.5 mL buffer)

ε=26900 molar extinction coefficient, in L/mol cm, for cyanidin-3-glucoside

l=pathlength of 1 cm

안토시아닌 분석 방법

지표성분 분석용 시료는 용량별로 처리한 오디 대용량 효소처리 추출물을 0.2 μm nylon syringe filter(Whatman)로 여과한 후 UPLC 분석용 시료로 사용하였다. UPLC는 Waters ACQUITYTM Ultra Performance LC(Waters)를 사용하였다. 컬럼은 CORTECS® UPLC® T3 column(2.1×150 mm, 1.6 μm, Waters)을 사용하였고 컬럼 온도는 30°C로 유지하였다. 이동상은 A 용매(0.5% trifluoroacetic acid in water)와 B 용매(0.5% trifluoroacetic acid in 50% acetonitrile)를 gradient 조건 3분간 20% B용매로 유지한 후 11분까지 24% B용매, 20분까지 27% B용매, 35분까지 42% B용매, 40분까지 45% B용매, 45분까지 90% B용매, 50분까지 90% B용매, 55분까지 20% B용매, 60분까지 20% B용매로 설정하여 분석하였다. 유속은 0.3 mL/min으로 하였고, 시료 1 μL를 주입하여 UV detector를 사용하여 515 nm에서 분석하였다. 표준물질은 C3G 및 C3R을 이용하였다.

통계처리

자료의 통계 분석 처리는 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, ver. 12.0, SPSS Inc.)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 시행하였다. 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하였고, 모든 분석 결과는 3회 반복 실시하여 나타냈다. 각 시료 간 차이를 검증하기 위해 Duncan’s multiple range test 또는 Student’s t-test를 시행하여 유의수준 5%에서 통계적 유의성을 검증하였다.

용량별 효소처리 추출물 수용화 및 품질 특성 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 수용화 및 품질 특성을 비교・분석한 결과는 Fig. 1, 2에 나타냈다. WSI는 CON보다 PM에서 유의적으로 증가하는 경향을 나타냈다(P<0.001). 처리용량에 따라서는 CON이 11.46~13.65%, PM에서는 16.51~19.30%의 범위를 보였고 처리용량에 따라서도 CON보다 PM에서 각각 1.4~1.5배 증가하는 경향이었다(Fig. 1A). Jeong 등(2010)은 딸기 과즙에 pectinase를 처리했을 때 과즙의 양이 대조구보다 증가하였다고 보고하였는데

Fig. 1. WSI (A) and WAI (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. CON, mulberry at 85°C for 30 min; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min; WSI, water solubility index; WAI, water absorption index. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.

본 연구 결과와 일치하는 경향을 나타냈다. Kim 등(2017)은 pectinase 처리가 효소의 효과적인 분해 작용으로 아로니아 추출률이 높아졌다고 보고하였다. WAI는 CON에 비해 PM에서 전반적으로 감소하였다(Fig. 1B). 처리용량에 따라서도 PM에서 모두 유의적으로 낮아지는 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 식물 세포벽 분해효소로 알려진 pectinase 효소가 오디 추출 시 식물 세포벽 및 pectin을 분해하는 데 중요한 작용을 함으로써, 오디의 다당류 및 기능성분 등이 물에 최대한 수용화되어 추출되었다는 결과를 보여주는 것이다. 당도(sugar content) 측정 결과는 PM이 CON에 비해 높아지는 것으로 확인되었다(Fig. 2A). 처리용량에 따라서 비교했을 때도 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 각각 CON(2.33°Brix, 2.37°Brix, 2.13°Brix)보다 PM(3.17°Brix, 3.23°Brix, 2.60°Brix)에서의 측정값이 모두 증가하는 것을 알 수 있었다. CON에 반해 PM의 당도 증가는 WSI 결과와 연관성을 나타내는 것으로, 효소처리를 통한 오디의 수용화로 인한 고형분 함량 증가인 것으로 생각된다. 산도(total acidity) 또한 당도 측정 결과와 유사한 경향이었고 CON보다 PM에서 높아진 것으로 나타났다(Fig. 2B). 처리용량에 따라서는 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 CON에 비해 PM에서 각각 약 4.3, 4.7, 3.7배 증가한 것이 확인되었다(P<0.001). 산도가 높아진 것은 PM에 효소처리를 할 때 첨가한 구연산의 영향으로 낮아진 pH 변화에 의한 산도 증가인 것으로 판단된다. 구연산(citric acid)은 과일주스, 과일젤리, 청량음료, 유제품, 드레싱류 등에 다양하게 쓰이고 있으며 기호도를 높일 수 있고 안전성에도 문제가 되지 않을 뿐만 아니라 구연산 첨가로 인한 안토시아닌 색소 안정성의 효과가 알려져 있다(Kim 등, 2012).

Fig. 2. Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.

용량별 효소처리 추출물 기능성분 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 기능성분을 비교・분석한 결과는 Fig. 3, 4에 나타냈다. TP 함량은 CON보다 효소처리한 PM의 함량 값이 더 높아진 것을 확인하였다. 처리용량에 따라서는 전반적으로 CON에 비해 PM에서 1.8배 증가하였으나 처리용량이 많아질수록 함량 값은 낮아지는 경향이었다(Fig. 3A). 효소처리에 의한 블루베리 음료 연구에서는 총 페놀 함량이 대조구에 비해 pectinase 효소 첨가군에서의 함량 값

Fig. 3. TP (A) and TA (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. TP, total polyphenol content; TA, total anthocyanin content. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test. NS: not significant.

Fig. 4. C3G (A) and C3R (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. C3G, cyanidin-3-glucoside; C3R, cyaniding-3-rutinoside. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001; Significantly different by t-test.

증가를 보고하였으며, 본 연구에서도 CON 대비 효소처리한 PM에서 TP 함량이 증가한 것으로 나타나 선행연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다(Ji와 Im, 2017). 또한 식물 세포벽에 결합되어 있던 다양한 폴리페놀 불용성 화합물들이 효소 작용에 의해 가수분해되었고 다당류들과 수소결합 또는 이온결합 형태로 추출물에 용출되었기 때문에 함량 또한 증가한 것으로 판단된다(Cinar, 2005). TA 측정 결과 오디 원료량이 0.1 kg에서는 CON (0.08 mg/g%)보다 PM(0.14 mg/g%)이 증가한 것으로 확인되었으나, 처리용량이 많아질수록 차이가 없거나 감소하는 경향을 보였다(Fig. 3B). C3G 함량 차를 비교한 결과는 CON보다 효소처리한 PM이 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 4A). 처리용량에 따라서는 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 추출한 CON은 측정값이 각각 0.04, 0.10, 0.11 mg/g%인 것에 반해 효소처리한 PM이 0.14, 0.14, 0.13 mg/g%로 약 3.5, 1.4, 1.1배 더 많은 함량을 나타냈으며, PM에서는 오디 원료량이 0.1, 4 kg보다 40 kg 처리용량에서 함량이 가장 낮아지는 것으로 나타났다. 안토시아닌은 추출 시 pH, 온도, 용매 종류를 최적화하거나 특정 효소처리 등을 통해 안토시아닌에 글루코오스와 아실 그룹이 연결되는 글루코실 아실화를 증가시킬 수 있다. 이러한 글루코실 아실화는 안토시아닌의 수용성 및 안정성을 조절하는 중요한 과정으로 특정 안토시아닌의 생산성을 향상하는 데 사용될 수 있다(Zhao 등, 2017). 따라서 구연산 첨가 및 효소처리에 의해 오디의 안토시아닌 추출을 용이하게 하여 안토시아닌 함량이 증가한 것으로 생각된다. 선행연구에 따르면 구연산 첨가는 오디즙의 C3G 함량에 영향을 미치며 구연산 0.2% 처리에 비해 0.3% 처리구에서 C3G 함량이 4배 증가하였다고 보고하였으며, 이는 본 연구 결과를 뒷받침해 주는 것이다(Kim, 2013). C3R 함량변화에서는 PM의 경우 CON보다 낮은 함량이었고 처리용량에 따라서도 감소한 것을 확인하였다(Fig. 4B). Kim 등(2023)은 저온살균 공정처리(70°C, 20분)로 인해 오디 농축액의 C3R 함량 감소에 영향을 미쳤다고 보고하였다. 따라서 오디 40 kg 처리의 전체 반응량은 240 L(물 200 L 첨가)이며, 효소처리 후 이를 불활성 하기 위하여 98°C 도달까지 3시간 정도 소요되고, 착즙을 위하여 70~80°C로 식히는 과정에서 2시간 정도가 소요된다. 이러한 결과는 효소처리를 통한 안토시아닌 추출 증진 효과보다 장시간 고온 노출에 의한 안토시아닌 감소가 더 크게 나타난 것으로 판단된다.

용량별 효소처리 추출물 가변율 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 가변율을 비교・분석한 결과는 Fig. 5에 나타냈다. 가변율 측정 결과 처리용량에 따라 CON의 WSI는 3% 이내의 오차범위를 나타냈으며, PM은 2% 정도 이내의 오차범위를 나타냈다. TP, TA, C3G, C3R 함량은 모두 1% 내외에서 오차범위를 나타내는 것을 확인하였다. CON과 PM이 처리용량에 따른 차이를 보이는 것은 오디 원료량 0.1 kg은 실험실 내 스케일에서 처리한 것에 반해 4, 40 kg는 대용량 스케일로 처리한 것의 차이에 의한 것으로 원료량, 반응조의 크기, 교반속도 및 효소처리 할 때의 효소 활성의 최적 반응 온도까지 소요되는 시간 차이 등의 요인일 것으로 사료된다(Marques 등, 2010; Tufvesson 등, 2010). 이러한 결과를 바탕으로 효소처리를 활용한 오디의 다당류 수용화 및 기능성분 함량 증진 기술은 산업체에서 적용이 가능한 대량 추출 가능성을 확인하였다. 하지만 TA 함량을 고려한다면 오디가 4 kg일 때 TA가 증가한 반면 40 kg일 때는 감소한 것으로 나타나 40 kg 정도의 대용량 처리보다 4 kg으로 처리하는 것이 적합할 것으로 판단된다(Fig. 3). 일반적으로 안토시아닌 색소는 pH가 낮은 산성용액에서 플라빌륨(flavylium) 양이온 형태로 안정성이 증대된다고 보고되어 있으며(Bassa와 Francis, 1987), Thuy 등(2022)은 구연산 첨가가 안토시아닌의 열분해 안정성에 효과가 있음을 보고하였다. 따라서 안토시아닌 추출 증진만을 목적으로 제품화한다면, 구연산의 색소 안정성 효과를 이용하여 효소처리 없이 구연산만 첨가하는 방법으로 변형이 가능할 것으로도 생각된다.

Fig. 5. CON (A) and PM (B) comparison of error range depending on different extraction capacity of mulberry of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. WSI: water solubility index, WAI: water absorption index, TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside. Express error range (CON and PM) in preparation for lab-scale (0.1 kg) standards.

대용량 효소처리 추출물의 저장 안정성

오디 대용량 4 kg 효소처리 추출물의 저장기간별 품질 특성 및 기능성분 분석 결과는 Fig. 6, 7, 8에 나타냈다. 저장기간에 따라 CON과 PM의 당도 및 산도는 서로 유사한 경향을 나타냈다(Fig. 6). 당도 측정 결과 CON보다 PM에서 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다. 저장기간에 따른 당도 변화는 저장 초기 CON은 2.33°Brix, PM은 3.1°Brix였으며, 저장 12주 후에는 CON이 2.3°Brix, PM이 3.1°Brix로 나타났는데 저장기간이 길어져도 그 변화폭은 크지 않았다(Fig. 6A). Park 등(2013)은 오디의 저장 중 품질변화 연구에서 오디 가용성 고형물 함량은 저장 15일까지는 저장 온도가 낮을수록 높아졌지만 저장기간이 길어져도 온도 간 뚜렷한 차이를 보이지 않았다고 하였는데, 본 연구에서도 냉장 온도에서 저장기간이 길어져도 CON과 PM 또한 감소 폭은 작았다. 이는 냉장 온도에서의 오디 생과 및 추출물의 고형분 함량이 저장기간에 미치는 영향은 적은 것으로 판단된다. 산도는 CON에 비해 PM이 더 높은 함량을 보이는 것을 확인하였다. 저장기간에 따른 산도 변화는 CON이 저장 초기 0.77%, PM은 3.62%였으며, CON은 저장 3주, PM은 저장 4주 이후부터 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다(Fig. 6B).

Fig. 6. Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.

Fig. 7. Total polyphenol (A) and toal anthocyanin (B) content of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.

식물계에 다양하게 존재하는 2차 대사산물인 폴리페놀화합물은 phenolic acid, benzoic acid, cinnamic acid, flavonoid, lignan, anthocyanin, tannin, catechin 등으로 이루어져 있으며, 이러한 phytochemical에 의해 항산화, 항염증, 항암, 항고혈압, 항노화 등 다양한 생리활성기능을 가진다고 보고된바 있다(Naczk와 Shahidi, 2003). TP 측정 결과 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다(P<0.001). 저장기간에 따른 TP 함량은 저장기간이 길어질수록 CON과 PM 모두 전반적으로 감소하는 경향이었다(Fig. 7A). TA는 CON에 비해 효소처리한 PM에서 더 높은 함량을 보였다(P<0.001). 저장기간에 따른 TA 함량은 저장기간이 길어질수록 CON과 PM의 함량이 유의적으로 감소하였다(Fig. 7B). 저장기간에 따른 TA 함량은 저장 초기 CON(1.28 mg/g), PM(1.39 mg/g)에 비해 저장 12주째에서는 CON은 약 1.2배, PM은 1.1배 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 7B). Seo 등(2014)은 오디 안토시아닌 색소 저장안정성 연구에서 냉장(4°C)에서 41일 차까지 저장하는 동안 안토시아닌 분해는 거의 일어나지 않았다고 보고하였는데, 본 연구의 저장 온도 조건과 동일하며 저장기간이 경과해도 안토시아닌 감소 폭이 작은 것과 유사한 경향이라고 생각된다. Hong 등(2002)은 거봉 포도 과피로부터 분리된 안토시아닌 색소 연구에서 구연산 첨가 농도에 따라 색소 안정성이 증가하였고, 저장기간이 증가할수록 서서히 감소하였다고 보고하였는데, 이러한 결과는 본 연구 결과와 일치하는 것으로 저장기간이 길어질수록 구연산 첨가로 인해 안토시아닌이 점진적으로 감소한 것으로 생각된다. 또한 저장기간 동안 안토시아닌의 감소는 품종, 추출 조건, 처리 방법, 저장조건 등의 오디 색소 안정성에 영향을 미치는 요소들로 인해 안토시아닌이 점차 소실된 것으로 생각된다. C3G와 C3R 함량도 유사한 경향으로 나타났으며, C3G 측정 결과는 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량으로 나타났다(P<0.001). 저장기간에 따른 C3G는 저장 4주 이후로 급격하게 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 8A). C3R은 PM보다 CON에서 더 높은 함량 결과를 보였고, 저장기간에 따른 C3R은 저장기간이 길어질수록 점차 감소하는 경향이었다(Fig. 8B).

Fig. 8. Cyanidin-3-glucoside (A) and cyanidin-3-rutinoside (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. ***P<0.001.

오디 탄산음료의 기능성분 변화

용량별 효소처리 추출물 비교, 가변율 및 저장 안정성을 통해 대량화 생산 가능성을 확인하였고, 효소처리를 적용한 오디 및 베리류(복분자, 블루베리)를 이용하여 산업체에서 활용할 수 있도록 몇 가지 유형의 복합 음료를 제조하였다. 오디 및 베리류 효소처리 추출물을 이용하여 오디음료 및 혼합음료 외에 탄산음료와 프랜차이즈 음료 제조용 또는 요거트 제조용 베이스로 사용 가능한 농축액을 제조하였다. 이러한 농축액은 음료 및 요거트 외에 젤리, 쿠키, 제빵 등 다양한 용도의 제품화가 가능할 것으로 생각된다. 2022년 우리나라 음료류 매출 규모는 다른 음료 중에서도 탄산음료류의 매출 규모가 25% 이상으로 높게 나타나 탄산음료의 선호도를 알 수 있다(MFDS, 2023). 그러나 선행연구에 따르면 당 함량(1~12%)이 높은 탄산음료의 빈번한 섭취는 비만 등을 유발할 수 있어 건강상 문제가 우려되고 있다(Funtikova 등, 2015). 따라서 탄산음료에 당 첨가 함량은 줄이면서도 기호성을 높이고 기능성이 첨가된 유형의 제품 개발이 필요할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 오디의 기능성분을 함유한 오디 효소추출물에 탄산을 첨가하여 제조한 오디 탄산음료의 기능성분 변화를 측정하였다. 오디 효소처리 탄산음료의 기능성분 함량 분석 결과는 Table 1에 나타냈다. 실험 결과 탄산을 주입하지 않은 CON보다 PM에서 전체적으로 기능성분[TP, TA, C3G 및 Total(C3G+C3R)] 함량은 증가하는 경향으로 나타났다. 탄산을 주입한 CO2-CON과 CO2-PM을 비교했을 때도 효소처리 한 CO2-PM에서 C3R을 제외하고 기능성분 함량은 모두 증가한 것을 확인하였다. 탄산 첨가 여부에 따라 비교했을 때는 탄산을 주입하지 않은 CON, PM에 비해 탄산을 주입한 CO2-CON, CO2-PM 모두 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. TP 측정 결과 탄산을 주입하지 않은 CON, PM은 각각 2.44, 2.87 mg/g이었고, 탄산을 주입한 CO2-CON, CO2-PM이 각각 1.86, 2.24 mgg으로 감소하는 것으로 나타났다. 결론적으로 탄산 주입으로 인하여 CON과 PM에 비해 CO2-CON 및 CO2-PM 모두 TP, TA, C3G, C3R에서 1.1~1.3배 정도로 감소하는 경향을 나타냈다. 오디를 이용한 식음료 가공제품 유형 목적에 부합하고 탄산으로 인한 청량감을 높여 기호도를 충족시키기 위한 오디 효소처리 탄산음료 개발을 통한 제품 유형의 확대는 가능하나, 고기능성 성분 함유량의 제품화 형태는 어려울 것으로 판단된다.

Table 1 . Functional components content of mulberry extract by pilot scale of enzyme treatment

Sample1)TP2) (mg/g)TA (mg/g)C3G (μg/g)C3R (μg/g)Total (C3G+C3R) (μg/g)
CON2.44±0.011.48±0.02986.53±5.36698.04±1.651,684.57±6.94
CO2-CON1.86±0.021.25±0.02865.91±0.60617.25±1.471,483.17±2.06
t-value44.108***17.000***38.757**63.191***48.177***

PM2.87±0.011.54±0.021,416.64±2.28404.16±1.361,821.02±3.23
CO2-PM2.24±0.041.35±0.041,236.82±1.09350.42±0.901,587.24±0.35
t-value30.054***7.884**123.143***57.179***124.522***

1)CON, mulberry at 85°C for 30 min, CO2-CON, addition of CO2 to CON; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min, CO2-PM, addition of CO2 to PM.

2)TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside.

**P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.


본 연구는 오디의 수용화 및 기능성분 함량 추출수율을 증대시킬 수 있는 효소처리 기술을 활용하여 대량생산 가능 적용성을 확인하고자 용량별로 제조한 추출물의 각 성분함량을 확인하였다. 또한 효소처리 대량추출물의 저장안정성 평가 및 오디 탄산음료의 개발가능성을 검토하고자 하였다. 오디 용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 효소처리 추출물(PM)을 대조구(CON)와 비교하였고, 수용화 및 품질 특성, 기능성분을 측정하였다. 측정 결과 CON 대비 PM에서 WSI는 증가하였고, WAI는 낮아졌으며 처리용량에 따라서도 같은 경향을 나타냈다. 당도 및 산도 또한 CON에 비해 PM에서 모두 증진되었다. TP는 PM의 함량 값이 더 높았고, 처리용량에 따라서는 CON에 비해 PM에서 1.8배 증가하였으나 처리용량이 많아질수록 함량 값은 낮아졌다. TA는 처리용량이 많아질수록 차이가 없거나 감소하는 경향을 보였다. C3G 측정 결과 처리용량에 따라서는 CON 대비 PM이 각각 약 3.5, 1.4, 1.1배 증가한 것으로 나타났다. 가변율 분석 결과 처리용량에 따라 CON의 WSI는 3% 이내, PM은 2% 정도 이내의 오차범위를 나타냈고 TP, TA, C3G, C3R 함량은 모두 1% 내외에서 오차범위를 나타냈다. 오디 대용량 4 kg 효소처리 추출물의 1~12주 차 간 저장기간별 당도, 산도, TP, TA, C3G 측정 결과는 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다. 오디 탄산음료의 기능성분 함량 분석 결과는 CON과 PM에 비해 탄산을 주입한 CO2-CON 및 CO2-PM 모두 TP, TA, C3G, C3R에서 1.1~1.3배 정도 감소하는 경향을 나타냈다. 본 연구에서 확인된 용량별 효소처리 추출물 비교, 가변율 및 저장 안정성을 통해 산업체에서 적용 가능한 대량화 생산 가능성을 확인하였다. 또한 고기능성을 함유할 수 있도록 오디 탄산음료에 대한 심도 있는 연구가 진행된다면 식품소재 산업화에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

본 연구는 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호 PJ01677823)에 의해 이루어진 것으로 감사드립니다.

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Article

Article

Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53(6): 629-638

Published online June 30, 2024 https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Copyright © The Korean Society of Food Science and Nutrition.

효소처리를 활용한 오디의 기능성분 대량 추출 적용성 연구

김미진․황인국․김지영․임푸름․김민아․최정숙․최애진

농촌진흥청 국립농업과학원 농식품자원부 기능성식품과

Received: March 11, 2024; Revised: April 12, 2024; Accepted: April 22, 2024

Pilot Scale Enzymatic Extraction of Functional Components of Mulberry

Mi Jin Kim , In Guk Hwang , Ji Yeong Kim , Pureum Im , Mina Kim , Jeong-sook Choe , and Ae-jin Choi

Department of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration

Correspondence to:Ae-jin Choi, Department of Agrofood Resources, National Institute of Agricultural Sciences, Rural Development Administration, 166, Nongsaengmyeong-ro, Iseo-myeon, Wanju-gun, Jeonbuk 55365, Korea, E-mail: aejini77@korea.kr

Received: March 11, 2024; Revised: April 12, 2024; Accepted: April 22, 2024

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

This study aimed to improve the water solubilization and functional components of mulberry fruit, the different extraction volumes according to the enzyme treatment, and the suitability of mass production. The enzyme treatment extracts (PM) were prepared in three volumes (0.1, 4, and 40 kg) compared with non-enzyme extraction (CON) to confirm solubilization, quality characteristics, and functional component contents. The water-soluble index (WSI) increased in the PM compared to CON. The sugar and total acidity content increased in the PM compared to CON. The total polyphenol content (TP) was higher in the PM than in CON. The changes in extraction volumes increased 1.8 times in the PM compared to CON. The total anthocyanin content (TA) had no difference in content or decreased as the extraction dose increased. The cyanidin-3-glucoside (C3G) content increased 1.1∼3.5 times in the PM compared to CON. The variability of analysis of the parameters depending on different extraction scales was confirmed to be the WSI of CON within ±3% and the error range of PM within ±2%. Furthermore, the TP, TA, and C3G contents showed an error range within ±1%. The measurements of the sugar content, total acidity content, TP, TA, and C3G content of PM during a one to twelve-week storage period were significantly higher in PM than in CON. These results confirmed the possibility of mass production that can be applied in industry and provide basic data for producing highly functional food materials.

Keywords: enzyme, mulberry fruits, anthocyanin, cyanidin-3-glucoside, pilot scale

서 론

오디(mulberry)는 낙엽교목인 뽕나무과(Moraceae)에 속하고 뽕나무(Morus alba L.)의 열매로서 5월에서부터 6월에 걸쳐 과실의 색이 검정 혹은 자홍색을 나타낼 때 수확하고 식용 또는 건조하여 한약재로 이용되고 있다. 또한 한방에서는 오디를 ‘상심자’라고 부르기도 하며 이것은 백발을 검게 하고 소갈(消渴), 즉 당뇨를 완화하는 작용을 하는 것으로 오장을 이롭게 하는 자양・강장제로 사용된 예가 있으며, 고혈압, 빈혈, 관절 통증 및 대머리 예방과 치료에도 효능이 있다고 알려져 있다(Kim, 1991). 오디 추출물은 항산화(Jeon 등, 2012), 항염증(Park 등, 2020), 항당뇨(Kim 등, 2010) 그리고 항고지혈증(Kim 등, 2001) 등의 다양한 생리활성 물질을 함유하고, 또한 생리적 작용을 한다. 식품업계에서도 오디의 유용한 기능성 물질을 소재로 한 식품 가공에 관심이 증가하여 오디에 관한 연구가 활발해지고 있다.

오디는 당, 유기산 및 안토시아닌 계통의 색소를 다량 함유하고 있다고 알려져 있는데(Gerasopoulos와 Stavroulakis, 1997; Lee 등, 1998), 그중 안토시아닌은 플라보노이드 계열의 대표적인 천연색소이며 당이 없는 구조인 아글리콘(aglycone) 또는 안토시아니딘(anthocyanidin)에서 결합되는 당의 종류 및 위치에 따라 그 종류가 결정된다(Kim 등, 2002). 안토시아닌 색소 성분은 대부분이 cyanidin-3-glucoside(C3G)와 cyanidin-3-rutinoside(C3R)로 이루어진 것으로 보고되었다(Ishikura, 1975). 그러나 천연색소는 가공공정이나 보관 및 저장 중에 여러 가지 환경적인 요인으로 인해 색깔이 변하는 특성이 있다. 특히 안토시아닌 색소는 oxonium 구조로 인하여 불안정하다는 특징이 있으며 식품 자체의 성분에 의한 것도 있고, 식품을 가공할 때 주로 수분, 산소, 빛, 열, 금속이온 등에 의해 서로 유기적인 상호반응 작용으로 변색이 일어난다(Kim 등, 2012). 따라서 오디 색소를 안정화할 방법이 확립되어야 하는데 이와 관련하여 색소 안정화에 관한 연구가 진행되고 있다. 색소 안정성에 대한 연구로는 오디 색소 안정성(Kang 등, 2003), 오디 안토시아닌 색소 추출 및 저장 안정성 연구(Seo 등, 2014) 등의 선행연구가 보고되어 있다.

오디는 과육이 연하고 다량의 수분을 함유하여 수확한 후에는 쉽게 무르고 저장기간이 짧은 성질로 인해 생과의 사용한계를 나타내고 있어 이를 활용한 가공제품 개발이 미진한 실정이다. 오디의 제품 시장성을 높이기 위한 사업 활성화 방안으로 연구가 필요하며, 오디 과실의 기능성을 유지하고 안토시아닌 색소 변화를 최소화할 수 있는 다양한 고부가가치 가공식품 기술개발이 요구되고 있다. 또한 실제 현장에서 농가단위의 영농조합이나 중소 규모의 산업시설에서 활용할 수 있는 대량생산 기술개발과 대량 추출물의 품질 및 기능성분 함량 비교 연구는 미흡한 실정이다. 식품 생산에 많이 활용하고 있는 효소처리 수용화 기술은 다당류 성분(단백질, 섬유소, 펙틴, 전분 등)의 분해를 촉진하는 작용을 하는 기능으로 수용화 및 기능성분의 추출 수율을 증대시킬 수 있는 효과를 가져올 수 있다. 따라서 본 연구에서는 오디에 효소처리 기술을 적용하여 용량별로 추출물을 제조한 후 각 성분함량을 비교함으로써 기능성 증진 대량추출 적용성을 확인하고자 하였다. 또한 새로운 오디 고기능성 식품 소재화 기술 개발로 다양한 제품화에 활용될 수 있는 기초자료를 제공하고자 하였다.

재료 및 방법

재료 및 시약

본 연구에 사용된 오디는 2023년 전북 부안군 소재 농가에서 구입하여 -20°C 냉동고에 보관하면서 실험에 사용하였다. 효소는 세포벽 분해 효소인 pectinase(Pectinex Ultra SP-L)를 Novozymes에서 구입하여 사용하였다. 구연산은 무수구연산(RZBC Co., Ltd.)을 구입하여 사용하였다. Folin-Ciocalteu’s reagent, gallic acid, trifluoroacetic acid는 Sigma-Aldrich Co.에서 구입하였다. 표준품은 C3G 및 C3R은 PhytoLab에서 구입하였다. 그 밖의 시약은 analytical 및 HPLC 등급을 사용하였다.

용량별 효소처리 추출물 제조

오디 대용량 효소처리 추출은 Kim 등(2021)의 선행 연구 결과를 토대로 pectinase・구연산처리(이하 효소처리) 조건을 적용하였으며 최적 조건으로 선정된 효소 종류, 시간, 농도로 진행하였다. 오디 대용량 4 kg 효소처리구는 50 L 반응조에 냉동오디의 5배에 해당하는 물을 넣고 예열을 시작하였으며, 물의 내부 온도가 50°C에 도달하면 분쇄한 냉동오디 4 kg을 추출포(PP 부직포 재질, 60×70 cm, 2장)에 넣어 반응조에 투입하였다. 여기에 구연산 분말 1.5%(원료 대비 w/w)를 첨가하고, pectinase를 기질 대비 3.5%(w/w)를 첨가한 후 50°C에서 113분 동안 효소처리 하였다. 추출물의 효소 불활성화를 위해 98°C에서 5분 동안 가열하였다. 추출액은 추출포로 압착 여과하였고, 압착 여과된 추출액과 침전물은 각각 수분용해지수(water solubility index, WSI)와 수분흡착지수(water absorption index, WAI) 분석에 사용하였다. 여과액을 파우치 포장기의 내부온도 85°C로 유지하면서 파우치 형태(150 mL)에 100 mL씩 추출물을 투입하여 분석에 사용하였다. 효소처리에 대한 대조구(CON)는 효소처리구(PM)와 동일한 시료를 사용하여 물과 혼합 후 85°C, 30분 동안 살균하였고 여과한 다음 파우치 형태에 일정량씩 담아 포장하였다. 오디 대용량 40 kg 효소처리구는 250 L 반응조를 사용하였으며, 대조구(CON) 모두 대용량 4 kg 효소처리구 및 대조구와 동일한 조건으로 진행하였다. 여과된 추출액은 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(centrifuges, 2236R, GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 다시 한번 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다. 오디 효소처리 소용량 추출은 용량별 추출물의 가변율을 확인하기 위하여 진행하였다. 오디 소용량 0.1 kg 효소처리구는 대용량 추출과 동일한 조건으로 실험실에서 진행하여 비교하였다. 냉동오디 100 g, 구연산 분말 1.5 g, pectinase 3.5 g을 넣고 증류수 500 mL를 혼합하여 분쇄한 후 항온수조(Maxturdy-18, Daihan Scientific)에서 효소처리를 시작하였다. 효소처리는 혼합물의 내부 온도가 50°C에 도달한 후 113분 처리하였고, 추출물은 효소 불활성화를 위해 98°C에서 5분 동안 가열하였다. 대조구(CON)는 열처리 없이 오디와 증류수를 혼합하여 분쇄한 후 여과하였다. 추출액은 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다.

대용량 추출물 저장안정성 평가

오디 대용량 추출(4 kg)한 추출물 CON과 PM을 각각 일정량씩 파우치 형태에 담아 냉장 보관(4°C)하며 3개월간 저장하였다. 1, 2, 3, 4, 8, 12주 차 간격으로 저장한 추출액을 꺼내 각각 6,683×g, 15분 조건에서 원심분리(GYROZEN Co., Ltd.) 한 후 상등액은 여과지(Whatman No. 4)로 감압여과 하였다. 이 상등액을 이용하여 수용화 특성, 품질 특성 및 기능성분 함량 분석에 사용하였다.

오디 탄산음료 제조

오디 탄산음료는 CON과 PM 대용량 추출액 150 g에 탄산수 100 g을 각각 첨가하여 300 mL 페트병에 일정량씩 담아 제조(CO2-CON, CO2-PM)하였으며, 냉장 보관(4°C)한 후 기능성분 분석 및 안토시아닌 안정성 평가에 사용하였다. 탄산수는 가정용 탄산수 제조기(Sodastream POWER, Sodastream)를 사용하여 1 L 기준으로 120 psi 수준 압력의 CO2를 2분간 주입하였다.

수분용해지수

WSI는 오디 대용량 추출물을 여과한 상등액을 취해 알루미늄 접시에 부은 후 무게를 측정하고, 알루미늄접시를 열풍건조기(ThermoStable OF-305, Daihan Scientific Co., Ltd.)에서 50°C, 24시간 동안 건조한 뒤 상등액의 고형분 함량을 측정하였으며 산출식은 아래와 같다.

WSI (%)=[(soluble solids g/5 mL)×supernatant total vol. (mL)]/ sample weight (g)×100

수분흡착지수

WAI는 각 추출물의 상등액을 분리하고 침전물을 건조하여 그 무게를 측정한 후 다음과 같은 식으로 구하였다.

WAI (g/g)=weight of precipitate before drying/ weight of dry solids

당도 및 산도

당도는 각 추출물을 당도계(PAL-3, Atago Co., Ltd.)를 이용하여 3회 반복 측정하였다. 산도는 시료 추출물 10 mL에 10배의 증류수를 넣고 희석한 후 pH meter(Orion Star A211, Thermo Scientific) 전극을 담그고 0.1 N NaOH를 이용하여 pH 8.3까지 도달하는 데 필요한 NaOH 양(mL)을 citric acid 함량으로 환산하여 나타냈다.

총 폴리페놀 함량

총 폴리페놀(total polyphenol, TP) 함량은 각 추출물을 5배 희석하여 Ainsworth와 Gillespie(2007)의 Folin-Ciocalteu 법에 따라서 진행하였다. 각 추출물 시료 0.1 mL에 10% Folin reagent 0.2 mL를 가하고 잘 혼합하여 실온에서 5분간 방치한 후, 700 mM Na2CO3 용액 0.8 mL를 첨가한 다음 30분간 정치한 후 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. 표준물질은 gallic acid를 사용하여 시료와 동일한 방법으로 시험하고 얻은 표준검량 곡선으로부터 환산하여 다음과 같은 식으로 산출하였다.

Total phenol content (mg GAE/g)=gallic acid (mg/mL) ×total extract (mL)/ mulberry fruit 100 (g)

총 안토시아닌 함량

총 안토시아닌(total anthocyanin, TA) 함량은 각 추출물을 5배 희석하여 Giusti와 Wrolstad(2001)의 pH 변화(pH 1, 0.025 M potassium chloride buffer; pH 4.5, 0.4 M sodium acetate buffer)에 따른 비색법에 따라 510 nm 및 700 nm에서 흡광도를 측정하고 C3G 분자량을 반영하여 다음과 같은 식을 사용하여 총 안토시아닌 함량을 구하였다.

Total anthocyanin content (mg CGE/g)=monomeric anthocyanin pigment (mg CGE/L)×total extract (L)/ mulberry fruit 100 (g)

Monomeric anthocyanin pigment (mg CGE/L)=a×MW×DF×1,000/ (ε×l)

a=pH 1(OD 510 nm-OD 700 nm)-pH 4.5(OD 510 nm-OD 700 nm)

MW (molecular weight)=449.2 g/ mol for cyanidin-3-glucoside

DF (dilution factor)=10 (0.5 mL sample is diluted to 4.5 mL buffer)

ε=26900 molar extinction coefficient, in L/mol cm, for cyanidin-3-glucoside

l=pathlength of 1 cm

안토시아닌 분석 방법

지표성분 분석용 시료는 용량별로 처리한 오디 대용량 효소처리 추출물을 0.2 μm nylon syringe filter(Whatman)로 여과한 후 UPLC 분석용 시료로 사용하였다. UPLC는 Waters ACQUITYTM Ultra Performance LC(Waters)를 사용하였다. 컬럼은 CORTECS® UPLC® T3 column(2.1×150 mm, 1.6 μm, Waters)을 사용하였고 컬럼 온도는 30°C로 유지하였다. 이동상은 A 용매(0.5% trifluoroacetic acid in water)와 B 용매(0.5% trifluoroacetic acid in 50% acetonitrile)를 gradient 조건 3분간 20% B용매로 유지한 후 11분까지 24% B용매, 20분까지 27% B용매, 35분까지 42% B용매, 40분까지 45% B용매, 45분까지 90% B용매, 50분까지 90% B용매, 55분까지 20% B용매, 60분까지 20% B용매로 설정하여 분석하였다. 유속은 0.3 mL/min으로 하였고, 시료 1 μL를 주입하여 UV detector를 사용하여 515 nm에서 분석하였다. 표준물질은 C3G 및 C3R을 이용하였다.

통계처리

자료의 통계 분석 처리는 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, ver. 12.0, SPSS Inc.)을 이용하여 분산분석(ANOVA)을 시행하였다. 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하였고, 모든 분석 결과는 3회 반복 실시하여 나타냈다. 각 시료 간 차이를 검증하기 위해 Duncan’s multiple range test 또는 Student’s t-test를 시행하여 유의수준 5%에서 통계적 유의성을 검증하였다.

결과 및 고찰

용량별 효소처리 추출물 수용화 및 품질 특성 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 수용화 및 품질 특성을 비교・분석한 결과는 Fig. 1, 2에 나타냈다. WSI는 CON보다 PM에서 유의적으로 증가하는 경향을 나타냈다(P<0.001). 처리용량에 따라서는 CON이 11.46~13.65%, PM에서는 16.51~19.30%의 범위를 보였고 처리용량에 따라서도 CON보다 PM에서 각각 1.4~1.5배 증가하는 경향이었다(Fig. 1A). Jeong 등(2010)은 딸기 과즙에 pectinase를 처리했을 때 과즙의 양이 대조구보다 증가하였다고 보고하였는데

Fig 1. WSI (A) and WAI (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. CON, mulberry at 85°C for 30 min; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min; WSI, water solubility index; WAI, water absorption index. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.

본 연구 결과와 일치하는 경향을 나타냈다. Kim 등(2017)은 pectinase 처리가 효소의 효과적인 분해 작용으로 아로니아 추출률이 높아졌다고 보고하였다. WAI는 CON에 비해 PM에서 전반적으로 감소하였다(Fig. 1B). 처리용량에 따라서도 PM에서 모두 유의적으로 낮아지는 경향을 나타냈다. 이러한 결과는 식물 세포벽 분해효소로 알려진 pectinase 효소가 오디 추출 시 식물 세포벽 및 pectin을 분해하는 데 중요한 작용을 함으로써, 오디의 다당류 및 기능성분 등이 물에 최대한 수용화되어 추출되었다는 결과를 보여주는 것이다. 당도(sugar content) 측정 결과는 PM이 CON에 비해 높아지는 것으로 확인되었다(Fig. 2A). 처리용량에 따라서 비교했을 때도 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 각각 CON(2.33°Brix, 2.37°Brix, 2.13°Brix)보다 PM(3.17°Brix, 3.23°Brix, 2.60°Brix)에서의 측정값이 모두 증가하는 것을 알 수 있었다. CON에 반해 PM의 당도 증가는 WSI 결과와 연관성을 나타내는 것으로, 효소처리를 통한 오디의 수용화로 인한 고형분 함량 증가인 것으로 생각된다. 산도(total acidity) 또한 당도 측정 결과와 유사한 경향이었고 CON보다 PM에서 높아진 것으로 나타났다(Fig. 2B). 처리용량에 따라서는 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 CON에 비해 PM에서 각각 약 4.3, 4.7, 3.7배 증가한 것이 확인되었다(P<0.001). 산도가 높아진 것은 PM에 효소처리를 할 때 첨가한 구연산의 영향으로 낮아진 pH 변화에 의한 산도 증가인 것으로 판단된다. 구연산(citric acid)은 과일주스, 과일젤리, 청량음료, 유제품, 드레싱류 등에 다양하게 쓰이고 있으며 기호도를 높일 수 있고 안전성에도 문제가 되지 않을 뿐만 아니라 구연산 첨가로 인한 안토시아닌 색소 안정성의 효과가 알려져 있다(Kim 등, 2012).

Fig 2. Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.

용량별 효소처리 추출물 기능성분 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 기능성분을 비교・분석한 결과는 Fig. 3, 4에 나타냈다. TP 함량은 CON보다 효소처리한 PM의 함량 값이 더 높아진 것을 확인하였다. 처리용량에 따라서는 전반적으로 CON에 비해 PM에서 1.8배 증가하였으나 처리용량이 많아질수록 함량 값은 낮아지는 경향이었다(Fig. 3A). 효소처리에 의한 블루베리 음료 연구에서는 총 페놀 함량이 대조구에 비해 pectinase 효소 첨가군에서의 함량 값

Fig 3. TP (A) and TA (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. TP, total polyphenol content; TA, total anthocyanin content. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test. NS: not significant.

Fig 4. C3G (A) and C3R (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. C3G, cyanidin-3-glucoside; C3R, cyaniding-3-rutinoside. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001; Significantly different by t-test.

증가를 보고하였으며, 본 연구에서도 CON 대비 효소처리한 PM에서 TP 함량이 증가한 것으로 나타나 선행연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다(Ji와 Im, 2017). 또한 식물 세포벽에 결합되어 있던 다양한 폴리페놀 불용성 화합물들이 효소 작용에 의해 가수분해되었고 다당류들과 수소결합 또는 이온결합 형태로 추출물에 용출되었기 때문에 함량 또한 증가한 것으로 판단된다(Cinar, 2005). TA 측정 결과 오디 원료량이 0.1 kg에서는 CON (0.08 mg/g%)보다 PM(0.14 mg/g%)이 증가한 것으로 확인되었으나, 처리용량이 많아질수록 차이가 없거나 감소하는 경향을 보였다(Fig. 3B). C3G 함량 차를 비교한 결과는 CON보다 효소처리한 PM이 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 4A). 처리용량에 따라서는 오디 원료량(0.1, 4, 40 kg)별로 추출한 CON은 측정값이 각각 0.04, 0.10, 0.11 mg/g%인 것에 반해 효소처리한 PM이 0.14, 0.14, 0.13 mg/g%로 약 3.5, 1.4, 1.1배 더 많은 함량을 나타냈으며, PM에서는 오디 원료량이 0.1, 4 kg보다 40 kg 처리용량에서 함량이 가장 낮아지는 것으로 나타났다. 안토시아닌은 추출 시 pH, 온도, 용매 종류를 최적화하거나 특정 효소처리 등을 통해 안토시아닌에 글루코오스와 아실 그룹이 연결되는 글루코실 아실화를 증가시킬 수 있다. 이러한 글루코실 아실화는 안토시아닌의 수용성 및 안정성을 조절하는 중요한 과정으로 특정 안토시아닌의 생산성을 향상하는 데 사용될 수 있다(Zhao 등, 2017). 따라서 구연산 첨가 및 효소처리에 의해 오디의 안토시아닌 추출을 용이하게 하여 안토시아닌 함량이 증가한 것으로 생각된다. 선행연구에 따르면 구연산 첨가는 오디즙의 C3G 함량에 영향을 미치며 구연산 0.2% 처리에 비해 0.3% 처리구에서 C3G 함량이 4배 증가하였다고 보고하였으며, 이는 본 연구 결과를 뒷받침해 주는 것이다(Kim, 2013). C3R 함량변화에서는 PM의 경우 CON보다 낮은 함량이었고 처리용량에 따라서도 감소한 것을 확인하였다(Fig. 4B). Kim 등(2023)은 저온살균 공정처리(70°C, 20분)로 인해 오디 농축액의 C3R 함량 감소에 영향을 미쳤다고 보고하였다. 따라서 오디 40 kg 처리의 전체 반응량은 240 L(물 200 L 첨가)이며, 효소처리 후 이를 불활성 하기 위하여 98°C 도달까지 3시간 정도 소요되고, 착즙을 위하여 70~80°C로 식히는 과정에서 2시간 정도가 소요된다. 이러한 결과는 효소처리를 통한 안토시아닌 추출 증진 효과보다 장시간 고온 노출에 의한 안토시아닌 감소가 더 크게 나타난 것으로 판단된다.

용량별 효소처리 추출물 가변율 비교

용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 오디 CON과 PM의 가변율을 비교・분석한 결과는 Fig. 5에 나타냈다. 가변율 측정 결과 처리용량에 따라 CON의 WSI는 3% 이내의 오차범위를 나타냈으며, PM은 2% 정도 이내의 오차범위를 나타냈다. TP, TA, C3G, C3R 함량은 모두 1% 내외에서 오차범위를 나타내는 것을 확인하였다. CON과 PM이 처리용량에 따른 차이를 보이는 것은 오디 원료량 0.1 kg은 실험실 내 스케일에서 처리한 것에 반해 4, 40 kg는 대용량 스케일로 처리한 것의 차이에 의한 것으로 원료량, 반응조의 크기, 교반속도 및 효소처리 할 때의 효소 활성의 최적 반응 온도까지 소요되는 시간 차이 등의 요인일 것으로 사료된다(Marques 등, 2010; Tufvesson 등, 2010). 이러한 결과를 바탕으로 효소처리를 활용한 오디의 다당류 수용화 및 기능성분 함량 증진 기술은 산업체에서 적용이 가능한 대량 추출 가능성을 확인하였다. 하지만 TA 함량을 고려한다면 오디가 4 kg일 때 TA가 증가한 반면 40 kg일 때는 감소한 것으로 나타나 40 kg 정도의 대용량 처리보다 4 kg으로 처리하는 것이 적합할 것으로 판단된다(Fig. 3). 일반적으로 안토시아닌 색소는 pH가 낮은 산성용액에서 플라빌륨(flavylium) 양이온 형태로 안정성이 증대된다고 보고되어 있으며(Bassa와 Francis, 1987), Thuy 등(2022)은 구연산 첨가가 안토시아닌의 열분해 안정성에 효과가 있음을 보고하였다. 따라서 안토시아닌 추출 증진만을 목적으로 제품화한다면, 구연산의 색소 안정성 효과를 이용하여 효소처리 없이 구연산만 첨가하는 방법으로 변형이 가능할 것으로도 생각된다.

Fig 5. CON (A) and PM (B) comparison of error range depending on different extraction capacity of mulberry of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. WSI: water solubility index, WAI: water absorption index, TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside. Express error range (CON and PM) in preparation for lab-scale (0.1 kg) standards.

대용량 효소처리 추출물의 저장 안정성

오디 대용량 4 kg 효소처리 추출물의 저장기간별 품질 특성 및 기능성분 분석 결과는 Fig. 6, 7, 8에 나타냈다. 저장기간에 따라 CON과 PM의 당도 및 산도는 서로 유사한 경향을 나타냈다(Fig. 6). 당도 측정 결과 CON보다 PM에서 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다. 저장기간에 따른 당도 변화는 저장 초기 CON은 2.33°Brix, PM은 3.1°Brix였으며, 저장 12주 후에는 CON이 2.3°Brix, PM이 3.1°Brix로 나타났는데 저장기간이 길어져도 그 변화폭은 크지 않았다(Fig. 6A). Park 등(2013)은 오디의 저장 중 품질변화 연구에서 오디 가용성 고형물 함량은 저장 15일까지는 저장 온도가 낮을수록 높아졌지만 저장기간이 길어져도 온도 간 뚜렷한 차이를 보이지 않았다고 하였는데, 본 연구에서도 냉장 온도에서 저장기간이 길어져도 CON과 PM 또한 감소 폭은 작았다. 이는 냉장 온도에서의 오디 생과 및 추출물의 고형분 함량이 저장기간에 미치는 영향은 적은 것으로 판단된다. 산도는 CON에 비해 PM이 더 높은 함량을 보이는 것을 확인하였다. 저장기간에 따른 산도 변화는 CON이 저장 초기 0.77%, PM은 3.62%였으며, CON은 저장 3주, PM은 저장 4주 이후부터 유의적으로 감소하는 경향을 나타냈다(Fig. 6B).

Fig 6. Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.

Fig 7. Total polyphenol (A) and toal anthocyanin (B) content of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.

식물계에 다양하게 존재하는 2차 대사산물인 폴리페놀화합물은 phenolic acid, benzoic acid, cinnamic acid, flavonoid, lignan, anthocyanin, tannin, catechin 등으로 이루어져 있으며, 이러한 phytochemical에 의해 항산화, 항염증, 항암, 항고혈압, 항노화 등 다양한 생리활성기능을 가진다고 보고된바 있다(Naczk와 Shahidi, 2003). TP 측정 결과 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다(P<0.001). 저장기간에 따른 TP 함량은 저장기간이 길어질수록 CON과 PM 모두 전반적으로 감소하는 경향이었다(Fig. 7A). TA는 CON에 비해 효소처리한 PM에서 더 높은 함량을 보였다(P<0.001). 저장기간에 따른 TA 함량은 저장기간이 길어질수록 CON과 PM의 함량이 유의적으로 감소하였다(Fig. 7B). 저장기간에 따른 TA 함량은 저장 초기 CON(1.28 mg/g), PM(1.39 mg/g)에 비해 저장 12주째에서는 CON은 약 1.2배, PM은 1.1배 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 7B). Seo 등(2014)은 오디 안토시아닌 색소 저장안정성 연구에서 냉장(4°C)에서 41일 차까지 저장하는 동안 안토시아닌 분해는 거의 일어나지 않았다고 보고하였는데, 본 연구의 저장 온도 조건과 동일하며 저장기간이 경과해도 안토시아닌 감소 폭이 작은 것과 유사한 경향이라고 생각된다. Hong 등(2002)은 거봉 포도 과피로부터 분리된 안토시아닌 색소 연구에서 구연산 첨가 농도에 따라 색소 안정성이 증가하였고, 저장기간이 증가할수록 서서히 감소하였다고 보고하였는데, 이러한 결과는 본 연구 결과와 일치하는 것으로 저장기간이 길어질수록 구연산 첨가로 인해 안토시아닌이 점진적으로 감소한 것으로 생각된다. 또한 저장기간 동안 안토시아닌의 감소는 품종, 추출 조건, 처리 방법, 저장조건 등의 오디 색소 안정성에 영향을 미치는 요소들로 인해 안토시아닌이 점차 소실된 것으로 생각된다. C3G와 C3R 함량도 유사한 경향으로 나타났으며, C3G 측정 결과는 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량으로 나타났다(P<0.001). 저장기간에 따른 C3G는 저장 4주 이후로 급격하게 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 8A). C3R은 PM보다 CON에서 더 높은 함량 결과를 보였고, 저장기간에 따른 C3R은 저장기간이 길어질수록 점차 감소하는 경향이었다(Fig. 8B).

Fig 8. Cyanidin-3-glucoside (A) and cyanidin-3-rutinoside (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. ***P<0.001.

오디 탄산음료의 기능성분 변화

용량별 효소처리 추출물 비교, 가변율 및 저장 안정성을 통해 대량화 생산 가능성을 확인하였고, 효소처리를 적용한 오디 및 베리류(복분자, 블루베리)를 이용하여 산업체에서 활용할 수 있도록 몇 가지 유형의 복합 음료를 제조하였다. 오디 및 베리류 효소처리 추출물을 이용하여 오디음료 및 혼합음료 외에 탄산음료와 프랜차이즈 음료 제조용 또는 요거트 제조용 베이스로 사용 가능한 농축액을 제조하였다. 이러한 농축액은 음료 및 요거트 외에 젤리, 쿠키, 제빵 등 다양한 용도의 제품화가 가능할 것으로 생각된다. 2022년 우리나라 음료류 매출 규모는 다른 음료 중에서도 탄산음료류의 매출 규모가 25% 이상으로 높게 나타나 탄산음료의 선호도를 알 수 있다(MFDS, 2023). 그러나 선행연구에 따르면 당 함량(1~12%)이 높은 탄산음료의 빈번한 섭취는 비만 등을 유발할 수 있어 건강상 문제가 우려되고 있다(Funtikova 등, 2015). 따라서 탄산음료에 당 첨가 함량은 줄이면서도 기호성을 높이고 기능성이 첨가된 유형의 제품 개발이 필요할 것으로 보인다. 따라서 본 연구에서는 오디의 기능성분을 함유한 오디 효소추출물에 탄산을 첨가하여 제조한 오디 탄산음료의 기능성분 변화를 측정하였다. 오디 효소처리 탄산음료의 기능성분 함량 분석 결과는 Table 1에 나타냈다. 실험 결과 탄산을 주입하지 않은 CON보다 PM에서 전체적으로 기능성분[TP, TA, C3G 및 Total(C3G+C3R)] 함량은 증가하는 경향으로 나타났다. 탄산을 주입한 CO2-CON과 CO2-PM을 비교했을 때도 효소처리 한 CO2-PM에서 C3R을 제외하고 기능성분 함량은 모두 증가한 것을 확인하였다. 탄산 첨가 여부에 따라 비교했을 때는 탄산을 주입하지 않은 CON, PM에 비해 탄산을 주입한 CO2-CON, CO2-PM 모두 감소하는 경향을 확인할 수 있었다. TP 측정 결과 탄산을 주입하지 않은 CON, PM은 각각 2.44, 2.87 mg/g이었고, 탄산을 주입한 CO2-CON, CO2-PM이 각각 1.86, 2.24 mgg으로 감소하는 것으로 나타났다. 결론적으로 탄산 주입으로 인하여 CON과 PM에 비해 CO2-CON 및 CO2-PM 모두 TP, TA, C3G, C3R에서 1.1~1.3배 정도로 감소하는 경향을 나타냈다. 오디를 이용한 식음료 가공제품 유형 목적에 부합하고 탄산으로 인한 청량감을 높여 기호도를 충족시키기 위한 오디 효소처리 탄산음료 개발을 통한 제품 유형의 확대는 가능하나, 고기능성 성분 함유량의 제품화 형태는 어려울 것으로 판단된다.

Table 1 . Functional components content of mulberry extract by pilot scale of enzyme treatment.

Sample1)TP2) (mg/g)TA (mg/g)C3G (μg/g)C3R (μg/g)Total (C3G+C3R) (μg/g)
CON2.44±0.011.48±0.02986.53±5.36698.04±1.651,684.57±6.94
CO2-CON1.86±0.021.25±0.02865.91±0.60617.25±1.471,483.17±2.06
t-value44.108***17.000***38.757**63.191***48.177***

PM2.87±0.011.54±0.021,416.64±2.28404.16±1.361,821.02±3.23
CO2-PM2.24±0.041.35±0.041,236.82±1.09350.42±0.901,587.24±0.35
t-value30.054***7.884**123.143***57.179***124.522***

1)CON, mulberry at 85°C for 30 min, CO2-CON, addition of CO2 to CON; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min, CO2-PM, addition of CO2 to PM..

2)TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside..

**P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test..


요 약

본 연구는 오디의 수용화 및 기능성분 함량 추출수율을 증대시킬 수 있는 효소처리 기술을 활용하여 대량생산 가능 적용성을 확인하고자 용량별로 제조한 추출물의 각 성분함량을 확인하였다. 또한 효소처리 대량추출물의 저장안정성 평가 및 오디 탄산음료의 개발가능성을 검토하고자 하였다. 오디 용량별(0.1, 4, 40 kg)로 제조한 효소처리 추출물(PM)을 대조구(CON)와 비교하였고, 수용화 및 품질 특성, 기능성분을 측정하였다. 측정 결과 CON 대비 PM에서 WSI는 증가하였고, WAI는 낮아졌으며 처리용량에 따라서도 같은 경향을 나타냈다. 당도 및 산도 또한 CON에 비해 PM에서 모두 증진되었다. TP는 PM의 함량 값이 더 높았고, 처리용량에 따라서는 CON에 비해 PM에서 1.8배 증가하였으나 처리용량이 많아질수록 함량 값은 낮아졌다. TA는 처리용량이 많아질수록 차이가 없거나 감소하는 경향을 보였다. C3G 측정 결과 처리용량에 따라서는 CON 대비 PM이 각각 약 3.5, 1.4, 1.1배 증가한 것으로 나타났다. 가변율 분석 결과 처리용량에 따라 CON의 WSI는 3% 이내, PM은 2% 정도 이내의 오차범위를 나타냈고 TP, TA, C3G, C3R 함량은 모두 1% 내외에서 오차범위를 나타냈다. 오디 대용량 4 kg 효소처리 추출물의 1~12주 차 간 저장기간별 당도, 산도, TP, TA, C3G 측정 결과는 CON보다 PM이 유의적으로 더 높은 함량을 나타냈다. 오디 탄산음료의 기능성분 함량 분석 결과는 CON과 PM에 비해 탄산을 주입한 CO2-CON 및 CO2-PM 모두 TP, TA, C3G, C3R에서 1.1~1.3배 정도 감소하는 경향을 나타냈다. 본 연구에서 확인된 용량별 효소처리 추출물 비교, 가변율 및 저장 안정성을 통해 산업체에서 적용 가능한 대량화 생산 가능성을 확인하였다. 또한 고기능성을 함유할 수 있도록 오디 탄산음료에 대한 심도 있는 연구가 진행된다면 식품소재 산업화에 다양하게 활용될 수 있을 것으로 기대된다.

감사의 글

본 연구는 국립농업과학원 농업과학기술 연구개발사업(과제번호 PJ01677823)에 의해 이루어진 것으로 감사드립니다.

Fig 1.

Fig 1.WSI (A) and WAI (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. CON, mulberry at 85°C for 30 min; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min; WSI, water solubility index; WAI, water absorption index. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 629-638https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Fig 2.

Fig 2.Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. *P<0.05, **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 629-638https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Fig 3.

Fig 3.TP (A) and TA (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. TP, total polyphenol content; TA, total anthocyanin content. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. **P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test. NS: not significant.
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Fig 4.

Fig 4.C3G (A) and C3R (B) of mulberry compared by different extracted volumes of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. C3G, cyanidin-3-glucoside; C3R, cyaniding-3-rutinoside. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. ***P<0.001; Significantly different by t-test.
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Fig 5.

Fig 5.CON (A) and PM (B) comparison of error range depending on different extraction capacity of mulberry of sample types. Abbreviations are the same as in Fig. 1. WSI: water solubility index, WAI: water absorption index, TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside. Express error range (CON and PM) in preparation for lab-scale (0.1 kg) standards.
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Fig 6.

Fig 6.Sugar content (A) and total acidity (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 629-638https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Fig 7.

Fig 7.Total polyphenol (A) and toal anthocyanin (B) content of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. **P<0.01, ***P<0.001.
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Fig 8.

Fig 8.Cyanidin-3-glucoside (A) and cyanidin-3-rutinoside (B) of mulberry extract by pilot scale (4 kg) of CON and PM with different storage periods. Abbreviations are the same as in Fig. 1. Means with different letters in the same group are significantly different from each other at P<0.05 by Duncan’s multiple range test. Significantly different by t-test. ***P<0.001.
Journal of the Korean Society of Food Science and Nutrition 2024; 53: 629-638https://doi.org/10.3746/jkfn.2024.53.6.629

Table 1 . Functional components content of mulberry extract by pilot scale of enzyme treatment.

Sample1)TP2) (mg/g)TA (mg/g)C3G (μg/g)C3R (μg/g)Total (C3G+C3R) (μg/g)
CON2.44±0.011.48±0.02986.53±5.36698.04±1.651,684.57±6.94
CO2-CON1.86±0.021.25±0.02865.91±0.60617.25±1.471,483.17±2.06
t-value44.108***17.000***38.757**63.191***48.177***

PM2.87±0.011.54±0.021,416.64±2.28404.16±1.361,821.02±3.23
CO2-PM2.24±0.041.35±0.041,236.82±1.09350.42±0.901,587.24±0.35
t-value30.054***7.884**123.143***57.179***124.522***

1)CON, mulberry at 85°C for 30 min, CO2-CON, addition of CO2 to CON; PM, mulberry+citric acid 1.5%+pectinase 3.5%, at 50°C for 113 min, at 98°C for 5 min, CO2-PM, addition of CO2 to PM..

2)TP: total polyphenol content, TA: total anthocyanin content, C3G: cyanidin-3-glucoside, C3R: cyaniding-3-rutinoside..

**P<0.01, ***P<0.001; Significantly different by t-test..


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