레드비트(Beta Vulgaris L.)는 명주아과의 두해살이풀로 잎과 뿌리 모두 식용이 가능한 식품 소재로 알려져 있다(Yi 등, 2017). 유럽 남부가 원산지인 레드비트는 따뜻한 기후에서 많이 생산되는데, 국내에서는 기후가 비슷한 제주도 지방에서 재배가 많이 이루어진다(Yi 등, 2017). 레드비트는 섬유질과 엽산 함량이 풍부하고(Bach 등, 2015), 폴리페놀, 카로티노이드, 플라보노이드 등 생리활성물질의 좋은 원천이다(Hajiaghaei와 Sharifi, 2022). 또한 칼로리가 낮으며(Yi 등, 2017), 안토시아닌(anthocyanin)과 베타닌(betanin) 등의 풍부한 색소 성분으로 인해 항산화 및 항암에 효과가 높은 것으로 알려져 있다(Ji, 2021). 이러한 레드비트의 섭취는 질산염의 공급원이 될 수 있으며(Hajiaghaei와 Sharifi, 2022), 심혈관계, 면역계, 대사성 질환 그리고 빈혈 등에 긍정적인 효과를 가져올 수 있다(Yi 등, 2017).

이러한 레드비트는 흙 향이라는 특징적인 향미 특성이 있다. 흙냄새의 주요 원인은 geosmin[trans-1,10-dimethyl-trans-(9)-decalol]이라는 화학물질로, 주로 물, 생선 그리고 와인 등에서 흙 향과 관련된 이취를 제공하는 것으로 알려져 있다(Bach 등, 2015). 비트의 geosmin 함량은 보통 9.7~26.7 μg/kg 정도로 보고되고 있으며, 조리된 비트의 총 휘발성 성분의 0.3% 정도로 알려져 있다(Bach 등, 2015). Geosmin은 sesquiterpene 화합물로, 0.01~0.02 μg/kg의 매우 낮은 냄새 역치값을 가지고 있어, 인간은 geosmin에 매우 민감하고, 이는 향의 인상에 큰 영향을 미치게 된다(Bach 등, 2015; Freidig과 Goldman, 2014). 이러한 강한 흙 향으로 인하여 레드비트는 제한적으로 사용 및 소비되고 있다(Casciano 등, 2022).

최근 식품의 품질 평가에 있어서 전자센서 형태의 전자혀와 전자코의 활용이 지속적으로 증가하고 있다(Jo 등, 2016). 시료의 품질 차이 정도를 확인하는 방식인 전자혀와 전자코를 통한 분석은 서로 다른 민감도를 가진 센서를 배열하여 패턴분석을 가능하게 한다. 이러한 분석법은 주관적인 관능검사에 비해 재현성이 있으며 객관적인 데이터를 제공한다는 장점이 있어, 식품산업에서 활발하게 사용되고 있다(Boo 등, 2020; Jo 등, 2016). Gas chromatography mass spectrometry(GC-MS)는 휘발성 향기 성분을 분석하는 데 널리 사용되고 있으며(Wang 등, 2018), headspace solid-phase microextraction(HS-SPME) 기법은 신속하고 편리하게 휘발성 성분을 정량하는 데 사용된다(Chapman 등, 2004). Jo 등(2016)은 국내외의 다양한 사과식초의 향미특성을 비교하기 위해 전자센서와 GC-MS를 사용하였고, Zhu와 Xiao (2018)는 품종에 따른 건대추의 주요 향기 활성 물질을 분석하는데 HS-SPME-GC-MS를 사용한 연구를 보고하였다.

현재 레드비트에 관한 연구로는 영양성분이나 생리활성 기능에 관한 연구와 주요 특징인 geosmin에 관한 연구가 주를 이루고 있으나, 레드비트의 향기 성분에 관한 종합적인 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구는 레드비트의 종합적인 향미 평가와 geosmin의 함량이 레드비트의 부위에 따라 차이가 존재하는지 탐색하기 위하여 가식부, 껍질, 전체의 3가지 부위에 대한 맛과 휘발성 향기 성분을 전자센서와 GC-MS를 통해 분석하고, 냄새 역치값을 통해 향기 활성 물질의 odor active value(OAV)와 odor contribution(OC)을 확인하고자 한다. 본 연구의 데이터는 향후 레드비트의 맛과 향기 성분의 profile을 제공하고, 산업적 사용 및 소비에 있어 중요한 기초정보로 사용될 것으로 기대된다.

실험재료

본 실험에 사용된 비트는 2023년 1월에 제주도에서 수확되었으며 제주농업기술원에서 제공받아 사용하였다. 수확된 레드비트는 실험에 사용하기 전까지 냉장 온도에서 보관하였다. 맛 성분과 향기 성분의 분석을 위한 샘플 처리는 가식부(edible part), 비가식부로 여겨지는 껍질(peel; non edible part), 그리고 전체(whole; edible+peel parts)로 나누어 플라스틱 강판을 사용하여 금속에 의한 산화를 방지하였고, 맛과 향기 성분 추출이 용이한 슬러리 상태로 만들어 실험에 사용하였다. 저장 과정에서 발생할 수 있는 이미와 이취를 방지하고자 슬러리를 만든 직후 곧바로 실험을 진행하였다.

전자혀 분석을 통한 맛 성분 분석

레드비트 샘플이 가지는 맛 성분의 패턴은 전자혀 시스템(electronic tongue, ASTREE, Alpha MOS)을 이용하여 분석하였다. 전자혀 시스템은 인간이 기본적으로 느끼는 맛인 신맛(SRS-sourness), 짠맛(STS-saltiness), 감칠맛(UMS- umami), 단맛(SWS-sweetness), 그리고 쓴맛(BRS-bitterness)과 관련된 5가지 센서와 보조 센서 2가지(GPS- metallic, SPS-spiciness)로 구성되어 있다. 슬러리 형태의 샘플 5 g을 전자혀 분석용 vial에 담아 정제수 100 mL와 함께 60°C에서 교반을 통해 30분간 맛 성분을 추출하였다. 추출된 시료액은 입자를 제거한 후, 10 mL를 취하여 정제수 90 mL로 희석하여 10% 농도의 시료액을 가지고 전자혀 분석에 사용하였다. 제조된 시료액은 전자혀 시스템의 sampler에 장착한 후, 센서를 2분간 시료액에 침지를 통한 접촉으로 개별 맛 성분에 대한 강도를 측정하였다. 분석 과정에서 시료 간의 오염을 통한 오차를 줄이기 위하여 매 분석 시 정제수를 이용하여 각 센서의 세척 과정을 진행하였다. 샘플 당 6 반복씩 진행하였으며, 결괏값은 맛 성분에 대한 taste pattern으로 나타내었다(Boo 등, 2020).

전자코 분석을 통한 휘발성 향기 성분 분석

레드비트 샘플이 가지는 휘발성 향기 성분을 확인하고자 전자센서인 전자코 시스템(HERACLES Neo, Alpha MOS)을 사용하였다. 슬러리 형태의 샘플 2 g을 전자코 분석용 headspace vial에 넣고 50°C에서 20분간 교반하면서 휘발성 향기 성분을 vial에 포화시켰다. 휘발성 향기 성분은 전자코 시스템에 부착된 자동시료 채취기를 통하여 포집되었고, 포집된 기체 2,000 μL의 휘발성 향기 성분을 주사기를 이용하여 취한 후 전자코에 장착된 gas chromatography injection port에 주입하였다. 전자코 분석에서 분석 컬럼은 MXT-5 컬럼(Alpha MOS), 분석조건은 1 mL/min의 수소가스 유량, acquisition time은 227초, trap absorption temperature는 40°C, trap desorption temperature는 250°C로 하였다. 오븐 온도는 40°C로 5초간 유지 후, 4°C/s의 속도로 270°C까지 승온 후 30초 동안 유지되었다. 탄소수에 기반을 둔 retention index는 Kovat’s index library (Alpha MOS)를 이용하여 분리된 피크의 성분을 동정하였고, 각 샘플은 3 반복을 기본으로 하였다(Yoon 등, 2022).

HS-SPME-GC-MS를 통한 휘발성 향기 성분의 정성 및 정량

레드비트 샘플이 가지는 휘발성 향기 성분의 정량을 위해 GC-MS를 사용하였다. 샘플의 휘발성 향기 성분의 포집을 위하여 headspace 분석법을 사용하였으며, 50/30 μm, divinylbenzene/carboxen/polydimethylsiloxane이 코팅된 SPME(Supelco Inc.)를 사용하였다. 시료 2 g을 vial에 넣고 알루미늄 캡으로 밀봉한 다음 60°C에서 20분간 평형 후, 25분간 SPME fiber를 넣고 노출시켜 포집하였다. 포집 후, 향기 성분이 흡착된 SPME fiber는 HP-5MS 컬럼(30 m× 0.25 mm i.d×0.25 um film thickness, Supelco Inc.)이 장착된 GC/MS(Agilent 7890A&5975C, Agilent Technologies)를 통하여 분석되었다. GC-MS의 분석조건은 오븐 온도 40°C를 5분간 유지 후, 200°C까지 5°C/min의 속도로 승온시켰고, injector temperature는 220°C, carrier gas인 헬륨의 유속은 1.0 mL/min, split ratio는 1:10이었다. 얻어진 total ionization chromatogram에서 분리된 각 휘발성 향기 성분은 mass spectrum library를 이용하여 동정하였고, 시료의 휘발성 향기 화합물은 pentadecane을 내부표준물질로 사용하여 μg/kg으로 계산하였다(Boo 등, 2020).

GC-Olfactometry(GC-O)를 통한 향기 활성 물질 분석

레드비트 샘플의 향기 활성 물질 분석을 위하여 GC-MS에 장착된 olfactory detection port(ODP-Ⅲ, Gerstel, Inc.)를 사용하여 분석하였다. 향기 활성 물질의 식별은 5~ 25분까지 25분 동안의 향기 활성 물질의 검출 시간을 통해 수행되었다. ODP를 통해 인지한 향기 활성 물질의 강도는 1에서 4단계까지 수치로 표현하였으며, 수치가 높을수록 향기 성분의 강도가 강하다는 것을 나타낸다.

OAV 및 OC 계산

레드비트 샘플의 휘발성 향기 성분의 기여도를 평가하기 위하여 OAV를 계산하였다. OAV는 휘발성 향기 성분의 농도를 각 성분의 냄새 역치값으로 나누어 계산하였다. 냄새 역치값은 후각을 인지하는 최소 농도로 정의하였으며, μg/ kg으로 표시하였다. OC는 각 휘발성 향기 성분의 OAV를 전체 OAV에 대한 상대비(%)로 나타내었다(Dong 등, 2015).

통계처리

본 연구에서 제시된 결괏값은 평균값과 표준편차로 제시하였다. 통계프로그램은 SAS version 9.1(SAS Institute Inc.)을 이용하여 Tukey’s multiple range test(P<0.05)를 통해 결괏값의 통계적 유의성을 확인하였다.

전자혀 분석을 통한 레드비트의 맛 성분 분석

레드비트의 부위에 따른 맛 성분을 전자센서인 전자혀를 이용하여 분석하였으며, 분석 결과를 Fig. 1에 나타내었다. 전자혀 시스템을 이용하여 인간이 느끼는 기본적인 5가지 맛에 대하여 관련된 센서를 통해 상대적인 값으로 나타내었다. 신맛과 관련된 센서인 SRS는 전체에서 7.9로 가장 높은 값을 나타내었고, 가식부에서 가장 낮은 4.3을 나타내었다. 짠맛과 관련된 센서인 STS는 가식부에서 가장 높은 8.5를 나타내었고, 껍질에서 4.0으로 가장 낮은 값을 나타내었다. UMS는 감칠맛과 관련된 센서로 가식부에서 가장 높은 센서값인 7.4를, 껍질과 전체에서 5.3을 나타내었다. 단맛과 관련된 센서인 SWS는 껍질에서 가장 높은 7.1을, 전체에서 가장 낮은 4.2를 나타내었다. BRS는 쓴맛과 관련된 센서로 껍질에서 가장 높은 7.2를, 가식부에서 가장 낮은 5.1을 나타내었다.

Fig 1. Taste intensity of red beet according to parts by E-tongue.

레드비트의 달콤한 맛은 sucrose의 영향으로 알려져 있으며, 비린 맛을 가진 껍질을 제거하여 먹는 것이 일반적으로, 식품으로의 활용은 주로 껍질을 제거하여 주스나 즙으로 제조하여 섭취한다(Kim과 Kim, 2009). 레드비트에 존재하는 triterpene saponin은 쓴맛에 영향을 주는 물질이다. Mikołajczyk-Bator(2022)의 연구에서 레드비트의 뿌리와 잎에서 모두 saponin이 발견되었으며, 레드비트에서 총 44개의 triterpene saponin을 식별하였다. 또한 레드비트를 주스로 제조 시, 사포닌의 함량이 역치값보다 낮아져 쓴맛이 저감되는 것으로 보고된다(Mikołajczyk-Bator, 2022).

전자코 분석을 통한 레드비트의 휘발성 향기 성분 분석

레드비트의 부위에 따른 휘발성 향기 성분을 전자센서인 전자코를 이용하여 분석하였으며, 분석 결과를 Table 1에 나타내었다. 3가지 레드비트 샘플에서 4종의 alcohols, 5종의 heterocyclic compounds, 3종의 sulfur containing compounds, 1종의 aldehyde, ester, hydrocarbon이 검출되어 총 15개의 휘발성 향기 성분이 검출되었으며, 전체에서 가장 많은 휘발성 향기 성분이 검출되었다. 가식부에서는 heterocyclic compounds의 peak area가 가장 높았으며, ester의 peak area가 가장 낮게 확인되었다. 껍질에서는 sulfur containing compounds의 peak area가 가장 높았으며, ester의 peak area가 가장 낮게 검출되었다. 전체에서는 껍질과 동일하게 sulfur containing compounds의 peak area가 가장 높았고, ester의 peak area가 가장 낮게 확인되었다.

Table 1 . Volatile compounds in the parts of red beet using electronic nose (Peak area×10³).

Compounds	RT1)(RI2))	Sensory description	Edible part	Peel part	Whole (edible+ peel parts)
Aldehyde (1)
2-Butenal	28.10(663)	green	ND3)	ND	0.23±0.03
Alcohols (4)
Ethanol	16.37(464)	sweet	0.53±0.21b4)	ND	1.46±0.20a
1-Octen-3-ol	61.12(987)	carrot, earthy	0.02±0.03a	0.03±0.06a	0.02±0.03a
Fenchol	69.33(1,102)	earthy, rooty, woody	0.08±0.10a	0.04±0.04a	0.04±0.03a
Geosmin	89.83(1,495)	beet, earthy	0.06±0.05a	0.09±0.06a	0.03±0.03a
Ester (1)
Methyl cinnamate	85.70(1,404)	fruity, sweet	0.07±0.07a	0.13±0.03a	0.12±0.02a
Hydrocarbon (1)
Hexane	22.53(601)	－	1.06±0.23a	1.11±0.08a	1.21±0.05a
Heterocyclic compounds (5)
2-Methoxy-3-(1-methoxypropyl)pyrazine	72.85(1,161)	carrot, earthy	0.06±0.01a	0.08±0.03a	0.04±0.04a
Indole	80.06(1,290)	earthy, musty	0.22±0.03a	0.19±0.03a	0.23±0.01a
Myristicin	91.33(1,528)	fruity, sweet	0.66±0.05a	0.67±0.06a	0.64±0.05a
Terbufos	101.73(1,763)	－	0.09±0.01a	0.08±0.01a	0.09±0.02a
Ambroxide	104.99(1,837)	dry, paper	1.15±0.04a	1.06±0.05b	1.01±0.01b
Sulfur containing compounds (3)
Methanethiol	15.09(436)	cabbage, sulfurous	0.33±0.04a	0.35±0.18a	0.35±0.06a
Ethanethiol	17.45(488)	earthy	0.14±0.02b	0.21±0.03a	0.18±0.02ab
Dimethyl sulfide	18.67(515)	cabbage, sulfurous	0.98±0.27b	3.51±0.77a	1.90±0.38b

¹⁾RT: retention time. ²⁾RI: retention index. ³⁾ND: not detected.⁴⁾Mean with different letters (a,b) are significantly different between the parts of red beet by Tukey’s multiple range test (P<0.05)..

비트의 향미는 주로 특징적인 흙 향이나 좋지 않은 향으로 인식된다(Bach 등, 2015). 이러한 흙 향은 주로 진균 대사산물인 geosmin이라는 물질이 주된 원인이라고 보고되고 있다(Bach 등, 2015, Lu 등, 2003; Morales-Valle 등, 2010). 전자코 분석 결과, geosmin은 껍질에서 상대적으로 가장 높은 peak area를 나타내었지만 부위에 따른 큰 차이는 나타나지 않았다. Geosmin과 같은 alcohol은 미생물의 작용으로 생성되며, 향이나 질감 등에 영향을 미치게 된다(Casciano 등, 2022). 이러한 alcohol은 주로 채소에서 풀(grassy) 그리고 나무(woody)와 같은 향에 기여하게 된다(Li 등, 2020; Wieczorek과 Jelen, 2019). 1-Octen-3-ol 또한 geosmin과 마찬가지로 버섯과 곰팡이에 의해 생성되는 휘발성 유기 화합물이다(Cui 등, 2021). 1-Octen-3-ol은 버섯의 주요 향기 성분으로, 버섯 향이나 흙 향을 제공한다(Yin 등, 2019). 3가지 샘플에서 1-octen-3-ol의 peak area는 0.02~0.03으로 부위에 따른 큰 차이를 나타내지 않았다. Fenchol 또한 곰팡이 기원 화합물로, 곰팡이나 으깬 포도 등에서 발견되며(Morales-Valle 등, 2010), 흙 향과 이취를 제공한다(Morales-Valle 등, 2010). Fenchol 또한 부위에 큰 차이가 나타나지 않았다.

Sulfur containing compounds는 채소와 과일의 감각 특성에 있어서 주요 미량 화합물로, methionine과 cysteine으로부터 합성이 되고, 유리 methionine의 축적이 증가함으로써 방출될 수 있다(Pinto 등, 2021). Dimethyl sulfide는 methionine이 strecker degradation을 거쳐 형성되는 물질로, 양배추나 황과 같은 향을 낸다(Yu 등, 2022). Parliment 등(1977)의 연구에서 dimethyl sulfide는 조리된 비트의 주요 휘발성 성분으로 보고되었다. 본 연구의 전자코 분석 결과에서 dimethyl sulfide는 껍질에서 3.51로 가장 높은 peak area를 나타내었다.

GC-MS 분석을 통한 레드비트의 휘발성 향기 성분의 정성 및 정량

레드비트의 부위에 따른 휘발성 향기 성분을 GC-MS를 이용하여 분석하였으며, 분석 결과를 Fig. 2와 Table 2에 나타내었다. 3가지의 레드비트 샘플에서 2종의 acid and esters, 7종의 aldehydes, 3종의 alcohols, 8종의 hydrocarbons, 5종의 heterocyclic compounds 그리고 1종의 sulfur containing compounds가 검출되어 총 26종의 휘발성 향기 성분이 검출되었으며, 껍질에서 가장 많은 휘발성 향기 성분이 검출되었다. 가식부에서는 aldehyde의 함량이 가장 높았으며, hydrocarbon의 함량이 가장 낮게 확인되었다. 껍질에서는 heterocyclic compounds의 함량이 가장 높았으며, acid and esters의 함량이 가장 낮게 검출되었다. 전체에서는 가식부와 동일하게 aldehyde류의 함량이 가장 높게 확인되었으며, acid and esters류가 가장 낮은 함량을 나타내었다.

Table 2 . Volatile compounds concentration in red beet using GC-MS (μg/kg).

Compounds	RT1) (min)	RI2)	Mean±SD			I.D.3)
			Edible part	Peel part	Whole (edible+peel parts)
Acid and esters (2)
Methyl cinnamate	25.57	1,389	32.17±7.90a4)	14.86±6.23b	3.24±4.58c	MS/RI6)
1,4-Diethylhexyl methoxyacetate	30.56	1,595	ND5)	3.25±4.59	ND	MS
Aldehydes (7)
2-Methyl-butanal	4.8	<800	59.27±19.47a	ND	126.68±115.62a	MS
Hexanal	8.16	815	62.83±88.85b	518.40±138.77a	269.00±249.56ab	MS/RI
2-Ethyl-3-methyl-butanal	9.25	850	ND	137.38±21.46	ND	MS
Benzaldehyde	13.39	971	26.34±14.25	ND	ND	MS/RI
Phenylacetaldehyde	16.01	1,052	25.43±30.52	ND	ND	MS
Nonanal	17.82	1,109	ND	271.58±45.45a	43.33±37.63b	MS/RI
Decanal	20.75	1,209	ND	58.67±12.07a	5.97±8.44b	MS/RI
Alcohols (3)
2-Ethyl-1-hexanol	15.51	1,036	44.29±23.10b	114.74±1.42a	20.87±29.51b	MS
1-Octanol	16.78	1,076	ND	19.57±8.50a	6.48±9.16a	MS/RI
Geosmin	26.16	1,413	5.20±7.35b	26.03±8.69a	ND	MS/RI
Hydrocarbons (8)
Hexane	3.93	<800	23.45±26.61b	67.55±9.19a	ND	MS/RI
1-Methylethyl-benzene	13.4	972	ND	21.89±30.96	ND	MS
1,3,5-Trimethyl-benzene	13.62	978	ND	151.38±23.09a	53.66±54.19b	MS
1-Ethyl-3-methyl-benzene	15.34	1,031	ND	ND	9.14±12.93	MS
1-Ethyl-2,3-dimethyl-benzene	17.09	1,086	ND	17.63±24.93	ND	MS
β-Ocimene	17.68	1,104	ND	47.47±7.54	ND	MS
δ-3-Carene	17.69	1,104	ND	ND	8.50±12.02	MS
1,2,3,5-Tetramethyl-benzene	18.33	1,127	ND	39.38±11.40	ND	MS
Heterocyclic compounds (5)
4-Methyl-pyridine	10.19	877	52.94±27.75b	99.17±4.97a	ND	MS
Methoxy-phenyl-oxime	11.41	911	51.94±28.35a	ND	34.96±38.97a	MS
2-Methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine	17.55	1,099	8.72±2.57b	33.53±0.35a	8.95±12.65b	MS
4-(4-Chlorophenyl)-2,6-diphenylpyridine	19.09	1,153	4.81±6.80a	23.51±15.64a	ND	MS
2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine	19.84	1,178	28.52±6.00c	835.91±3.65a	181.51±128.87b	MS
Sulfur containing compound (1)
Dimethyl sulfide	3.24	<800	101.89±42.81a	46.46±8.65b	81.83±21.38ab	MS/RI

¹⁾RT: retention time. ²⁾RI: retention index. ³⁾I.D.: identification. ⁴⁾Mean with different letters (a-c) are significantly different between the red beet’s parts by Tukey’s multiple range test (P<0.05). ⁵⁾ND: not detected. ⁶⁾MS/RI: identified of compounds using both MS and RI. RI: identified of compounds using MS..

Fig 2. Typical total ion chromatogram by GC-MS (A) and aroma-gram of GC-olfactometry recognized by experimenter (B) of red beet.

레드비트의 주요 향기 성분이자 토양의 특징적인 향인 geosmin은 휘발성 terpenoid로, 주로 물, 식품 그리고 맥주에서 흙이나 곰팡이와 같은 향을 제공한다(Freidig과 Goldman, 2014). Lu 등(2003)의 연구 결과, 가식부보다 껍질에서 geosmin의 함량이 6배 높게 검출이 되었다고 보고하였다. 본 연구의 GC-MS의 분석 결과, 가식부에서는 약 5.20 μg/kg이 검출되었고, 껍질에서는 약 26.03 μg/kg이 검출되어 가식부에 비해 껍질에서 약 5배 정도 높은 geosmin의 함량을 확인하였다. 레드비트의 향기 성분으로 보고되며(Parliament 등, 1977) 다양한 채소의 향을 유발하는 강력한 향기 유발제인 dimethyl sulfide는 채소에서 중요한 향기 성분이다(Scherb 등, 2009). 본 연구에서 dimethyl sulfide는 가식부에서 101.89 μg/kg으로 가장 높은 함량을 나타내었고, 껍질에서 46.46 μg/kg을 나타내었다.

Aldehyde는 채소와 과일에서 중요한 휘발성 물질이며, 지방산의 산화나 아미노산 대사에 의해 생성되고 주로 신선한(fresh), 그리고 풀과 같은 감각 특성을 제공하는 것으로 알려져 있다(Casciano 등, 2022; Dong 등, 2015; Pinto 등, 2021). 높은 함량으로 확인된 hexanal과 nonanal은 버섯의 휘발성 물질로 보고된 바가 있으며, hexanal은 n-6의 다가 불포화 지방산의 과산화물로 생성되면서 주로 풀 향을 제공한다(Yin 등, 2019). Nonanal은 고기(meaty)와 풀 향을 제공하는 것으로 알려져 있다(Yin 등, 2019). 이러한 hexanal과 nonanal은 껍질에서 각각 518.40 μg/kg과 271.58 μg/ kg으로 가장 높은 함량을 나타내었다. 2-Methyl-butanal은 맥아(malty) 향과 관련된 strecker aldehyde로 strecker degradation의 반응에 의해 생성된다(Dong 등, 2015; Kebede 등, 2014). 이 화합물은 가식부와 전체에서 검출되었다.

Heterocyclic compounds의 pyrazine은 다양한 녹색 채소의 향과 관련된 화합물이다(Pinto 등, 2021). 그 중 methoxypyrazine은 피망이나 감자와 같은 채소의 특징적인 향을 가지고 있으며, 보통 포도주의 풀, 채소(vegetative)와 같은 향의 원인이 된다(Allen 등, 1991). 이러한 물질은 낮은 냄새 역치값을 가지고 있어 중요한 휘발성 향기 물질이 된다(Sala 등, 2005). 주로 2-isopropyl-3-methoxypyrazine(IPMP)으로 알려진 2-methoxy-3-(1-methylethyl)- pyrazine은 광범위한 식품, 식물 그리고 미생물에서 확인되며, 흙 향, 아스파라거스, 그리고 완두콩과 관련된 향을 제공한다(Allen 등, 1991; Dunlevy 등, 2010). 이 화합물은 껍질에서 비교적 높은 함량(33.53 μg/kg)을 나타내었다. 2- Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine은 2-sec-butyl- 3-methoxypyrazine으로 알려져 있으며, 풀, 흙 그리고 약간 매운 향(little spicy)을 가지고 있다(Xu 등, 2020). GC- MS 분석 결과, 껍질에서 835.91 μg/kg의 높은 함량을 확인하였다.

Sulfur compounds의 경우 앞서 전자코에서 제시한 결괏값(Table 1)과 부위별 상대값에서는 차이를 나타내었다. 전자코에서 제시한 결과에서는 sulfur compounds의 경우 세 가지 물질(methanethiol, ethanethiol, dimethyl sulfide)로 분리되어 설명되었으며, GC/MSD에서는 dimethyl sulfide 하나의 물질로 설명되었다. 이러한 차이는 분석시스템의 차이에서 오는 차이점으로 볼 수 있다. 먼저 분석 과정의 차이는 향기 성분의 포집 방식과 포집 온도가 다르기 때문에 일부 결과에서 차이점을 가질 수 있는데, 각각의 향기 성분이 가지는 다양한 boiling point의 차이로 인해 분석 결과가 다를 수 있다. 또한 물질 동정에 대해서도 전자코는 시스템에 입력된 retention index를 기준으로 library를 구축하고 있으며, GC/MSD는 fragmentation의 pattern으로 물질을 동정하기 때문에 표현되는 compound의 명칭에서 다소 차이를 가질 수가 있다. 이러한 차이로 인해서 많은 연구자가 상대적으로 GC/MSD를 통해 보고되는 문헌 연구로 인해 GC/MSD의 결과를 이용하고 있다. 또한 전자코 분석 결과의 경우는 개별 compound의 동정보다는 전체적인 total compounds의 pattern을 통해서 샘플간의 상대적인 유사도를 제공하는 목적으로 활용되는 연구이다. 이에 종합적인 향기 성분의 표준 데이터베이스의 구축이 필요하다면 동일한 분석 장비 및 분석 조건을 통합한 시스템을 통해 진행해야 할 것으로 판단된다.

GC-MS로 분석한 26종의 휘발성 향기 성분의 OAV와 OC

GC/MS를 통해 검출된 26종의 휘발성 향기 성분의 OAV를 계산하여 Table 3에 나타내었으며, OAV는 본 연구에서 확인한 화합물의 농도를 문헌에서 보고된 냄새 역치값으로 나누어 계산하였다. OAV≥1인 화합물은 주요 odor active compounds(OACs)로 간주된다(Yin 등, 2019). 본 연구에서 확인된 레드비트의 주요 OACs에는 dimethyl sulfide, 2-methyl butanal, hexanal, phenylacetaldehyde, 2-methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine, nonanal, 2-methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine, decanal 그리고 geosmin으로 총 9종의 화합물이 확인되었다.

Table 3 . Odor active value and odor contribution of volatile compounds in red beet using GC-MS.

Compounds	RT1) (min)	RI2)	Threshold (μg/kg)	Odor active value			Odor contribution (%)
				Edible part	Peel part	Whole (edible+peel parts)	Edible part	Peel part	Whole (edible+peel parts)
Acid and esters (2)
Methyl cinnamate	25.57	1389	11	2.92	1.35	0.29	0.01	0	0
1,4-Diethylhexyl methoxyacetate	30.56	1595	－	－	－	－	－	－	－
Aldehydes (7)
2-Methyl butanal	4.8	<800	1	59.27	ND3)	126.68	0.18	ND	0.07
Hexanal	8.16	815	4.5	13.96	115.2	59.78	0.04	0.01	0.03
2-Ethyl-3-methyl-butanal	9.25	850	－	－	－	－	－	－	－
Benzaldehyde	13.39	971	350	0.08	ND	ND	0	ND	ND
Phenylacetaldehyde	16.01	1052	4	6.34	ND	ND	0.02	ND	ND
Nonanal	17.82	1109	1	ND	271.58	43.33	ND	0.03	0.02
Decanal	20.75	1209	2	ND	29.34	2.99	ND	0	0
Alcohols (3)
2-Ethyl-1-hexanol	15.51	1036	270000	0	0	0	0	0	0
1-Octanol	16.78	1076	110	ND	0.18	0.06	ND	0	0
Geosmin	26.16	1413	0.006	866.67	4338.33	0	2.56	0.51	0
Hydrocarbons (8)
Hexane	3.93	<800	1500	0.02	0.05	ND	0	0	ND
1-Methylethyl-benzene	13.4	972	－	－	－	－	－	－	－
1,3,5-Trimethyl-benzene	13.62	978	170	ND	0.89	0.32	ND	0	0
1-Ethyl-3-methyl-benzene	15.34	1031	－	－	－	－	－	－	－
1-Ethyl-2,3-dimethyl-benzene	17.09	1086	－	－	－	－	－	－	－
β-Ocimene	17.68	1104	97	ND	0.49	ND	ND	0	ND
δ-3-Carene	17.69	1104	－	－	－	－	－	－	－
1,2,3,4-Tetramethyl-benzene	18.33	1127	11	ND	3.58	ND	ND	0	ND
Heterocyclic compounds (5)	10.19	877
4-Methyl-pyridine	11.41	911	－	－	－	－	－	－	－
Methoxy-phenyl-oxime	17.55	1099	－	－	－	－	－	－	－
2-Methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine			0.002	4360	16765	4475	12.88	1.96	2.4
4-(4-Chlorophenyl)-2,6- diphenylpyridine	19.09	1153	－	－	－	－	－	－	－
2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine			0.001	28520	835910	181510	84.22	97.49	97.46
Sulfur containing compound (1)	19.84	1178
Dimethyl sulfide	3.24	<800	3	33.96	15.49	27.28	0.1	0	0.01

¹⁾RT: retention time. ²⁾RI: retention index. ³⁾ND: not detected..

Aldehyde는 냄새 역치값이 낮아 중요한 휘발성 향기 물질로(Yin 등, 2019), 풀이나 초목과 같은 향(green note odor)을 내는 것으로 잘 알려져 있다(Aravindakshan 등, 2021). 2-Methyl butanal은 냄새 역치값이 1 μg/kg으로 OAV는 59.27~126.68로 확인되었고, OC는 0.07~0.18로 확인되었다. Hexanal은 풀과 지방(fatty) 향을 제공하는 물질로(Yin 등, 2019), 냄새 역치값은 4.5 μg/kg이다. Hexanal의 OAV는 13.96~115.20이며, OC는 0.01~0.04로 확인되었다. Phenylacetaldehyde는 달콤(sweet)하고 과일(fruity) 향으로 묘사되며(Zhu와 Xiao, 2018), 냄새 역치값이 4 μg/ kg으로 가식부에서 검출되어 OAV가 6.34, OC가 0.02로 확인되었다. Nonanal은 고기와 풀 향을 내며 강한 향을 가지고 있다(Yin 등, 2019). 냄새 역치값은 1 μg/kg, OAV는 43.33~271.58, OC는 0.02~0.03으로 나타났다. Decanal은 냄새 역치값이 2 μg/kg으로 2.99~29.34의 OAV를 확인했다.

Alcohol은 풀, 나무와 같은 향에 기여하며(Li 등, 2020; Wieczorek과 Jeleń, 2019). 다른 휘발성 향기 성분에 비해 냄새 역치값이 높아 향에 기여도가 상대적으로 낮다. 하지만 alcohol 중에서 포화 alcohol보다 불포화 alcohol이 비교적 냄새 역치값이 낮아 전반적인 향에 영향을 주게 된다(Yin 등, 2019). Geosmin은 5.8 μg 미만의 농도에서는 조리된 비트 주스에서 특징적인 비트 향으로 설명되며, 높은 농도에서는 흙 향으로 묘사된다(Lu 등, 2003). Geosmin은 0.006 μg/kg의 매우 낮은 냄새 역치값을 가지고 있어 향미에 큰 영향을 준다(Bach 등, 2015). OAV는 866.67~4,338.33으로 레드비트의 중요한 휘발성 향기 성분으로 여겨진다. OC는 0.51~2.56으로 확인되었다.

Methoxy pyrazine은 많은 종류의 채소에서 발견되는 중요 휘발성 향기 성분으로, 매우 낮은 냄새 역치값을 가지고 있다(Sala 등, 2005). 2-Methoxy-3-(1-methylethyl)- pyrazine은 흙, 아스파라거스 그리고 완두콩의 향을 가지고 있는 물질로(Dunlevy 등, 2010), 냄새 역치값이 0.002 μg/ kg이다. 그래서 OAV가 4,360.00~16,765.00으로 매우 높게 나타났으며, OC가 1.96~12.88로 확인되었다. 2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine은 냄새 역치값이 매우 낮아 향기에 있어서 중요한 물질로, 채소의 향미 특성을 지배하는 물질이 될 수 있으며(Pinto 등, 2021), 채소와 와인에서 발견되어 채소 향을 내는 강력한 향기 성분이다(Pinto 등, 2021; Sala 등, 2005). 또한 풀, 흙, 그리고 약간 매운 향을 제공하며(Dunlevy 등, 2010), 0.001 μg/kg의 매우 낮은 냄새 역치값을 가지고 있다. 2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine의 OAV는 28,520.00~835,910.00으로 GC-MS를 통해 분석한 26종의 휘발성 향기 성분 중 가장 큰 것으로 나타났다. OC 또한 84.22~97.49로 레드비트의 향미에 가장 크게 기여를 하는 중요 휘발성 향기 성분으로 확인되었다.

Sulfur containing compound인 dimethyl sulfide는 0.12 μg/kg의 낮은 냄새 역치값을 가지고 있다. 다양한 식품에서 양배추와 같은 향을 제공하는 중요한 odor active compound이다(Scherb 등, 2009). OAV는 15.49~33.96으로 확인되었고 OC는 0.00~0.10으로 확인되었다.

GC-MS와 결합된 GC-O를 통한 OACs 분석

GC-O를 통해 향기 활성 물질을 분석하였으며 Table 4에 나타내었다. 총 6종의 향기 활성 물질이 검출되었으며, dimethyl sulfide, methoxy-phenyl-oxime, phenylacetaldehyde, 2-methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine, 2- methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine 그리고 geosmin으로 확인되었다. 레드비트의 향으로 인지된 물질은 dimethyl sulfide와 2-methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine 그리고 2-methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine이다. Dimethyl sulfide는 모든 샘플에서 1의 강도로 약하게 비트 향을 내는 것으로 인지되었다. Dimethyl sulfide는 많은 채소에서 향에 기여하는 물질로 양배추와 같은 향을 제공한다(Scherb 등, 2009). Methoxy-phenyl-oxime은 과육이 포함된 2가지 샘플에서 검출되었으며, 고소한(savory) 향으로 인지되었다. Dimethyl sulfide의 경우 전자코에서 제시된 값의 패턴(Table 1)과 GC/MSD에서 제시한 부위별 향기성분의 함량(Table 2)에서 차이를 나타내었으나 사람이 직접 후각을 통해 확인되는 향기의 강도인 GC-O에서는 모든 분석에서 부위별 차이가 구분되지 않는 결과를 확인하였다. 전자코와 GC/MSD의 분석에서는 향기성분을 모두 추출하는 방식이 아닌 headspace에서 일정 조건의 휘발성 성분에 대한 분석이 진행되어 동일한 compound에 대해서도 다소 차이값을 보이는 경우가 있다. Phenylacetaldehyde는 가식부에서만 검출되어 풀 향으로 인지되었으며, 강도는 약하게 인지되었다. 이 화합물은 달콤하고 과일 향으로 묘사된다(Zhu와 Xiao, 2018). 2-Methoxy-3-(1-methylethyl)- pyrazine은 모든 샘플에서 2의 강도로 강하게 인지되었고 비트와 흙 향으로 인지되었으며, 문헌에서는 주로 채소, 풀, 그리고 흙 향을 제공하는 것으로 보고되고 있다(Allen 등, 1991; Dunlevy 등, 2010). 2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine 또한 모든 샘플에서 강하게 인지되었으며, 비트, 흙, 그리고 약간 매운 향으로 인지되었다. 이 화합물은 풀, 흙, 그리고 약간 매운 향으로 묘사되는데(Xu 등, 2020), 본 연구에서 ODP를 통해 인지된 향과 동일하게 나타난다. Geosmin은 가식부와 껍질에서 1의 강도로 약하게 흙 향으로 인지되었다. Geosmin은 흙 향을 제공하는 주요 물질로(Lu 등, 2003), 레드비트의 주요 향기 성분으로 보고되고 있다(Bach 등, 2015). Methoxy-phenyl-oxime을 제외한 5가지 향기 활성물질은 GC-MS 분석 결과에서 OAV가 모두 1 이상으로 중요 향기 활성 물질로 확인되었는데, 이와 동일하게 ODP를 통해서도 인지되면서 레드비트의 중요 향기 활성 물질로 확인되었다.

Table 4 . Intensity of odor active compounds in red beet using GC-O.

Compounds	RI1)	Intensity			Odor description
		Edible part	Peel part	Whole (edible＋peel parts)
Dimethyl sulfide	<800	1	1	1	beet
Methoxy-phenyl-oxime	911	2	NR2)	2	savory
Phenylacetaldehyde	1,052	1	NR	NR	grass
2-Methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine	1,099	2	2	2	beet, earthy
2-Methoxy-3-(1-methylpropyl)-pyrazine	1,178	2	2	2	beet, earthy, little spicy
Geosmin	1,413	1	1	NR	earthy

¹⁾RI: retention index. ²⁾NR: not recognized..

본 연구는 제주산 레드비트의 맛 성분과 휘발성 향기 성분 분석을 진행하였다. 맛 성분 분석을 위해 전자혀를 사용하였으며, 휘발성 향기 성분 분석을 위해 전자코와 GC-MS와 GC-O를 사용하였다. 전자혀 분석을 통해서 3가지 부위에 따른 레드비트의 맛 성분을 분석하여 가식부에서 saltiness와 umami가 높게 확인되었으며, 껍질에서 sweetness와 bitterness가 높게 확인되었다. 전체에서는 sourness가 가장 높은 것으로 확인되었다. 전자코 분석을 통해 레드비트의 휘발성 향기 성분을 분석하였으며, 총 15종의 휘발성 향기 성분이 검출되었다. 흙 그리고 채소 향과 관련된 1-octen- 3-ol, fenchol, geosmin, 그리고 dimethyl sulfide가 3가지 부위의 샘플에서 모두 검출되었으며, fenchol을 제외하고 모든 화합물은 껍질에서 비교적 높은 peak area가 확인되었다. GC-MS 분석을 통해 총 26종의 휘발성 향기 성분을 확인하였으며, 레드비트의 특징적인 향의 주요 원인으로 보고되는 geosmin의 함량이 껍질에서 가식부의 약 5배 정도로 검출되는 것을 확인하였다. 또한 methoxypyrazine 중 하나인 2-methyl-3-(1-methylpropyl)-pyrazine의 함량이 28.52~835.91 μg/kg으로 매우 높게 검출되었다. GC-MS분석을 통한 휘발성 향기 성분의 농도와 문헌을 통한 냄새 역치값을 통해 총 9종의 OAV≥1인 주요 향기 활성 물질을 검출하였으며, 9종의 주요 향기 활성 물질 중 dimethyl sulfide, methoxy-phenyl-oxime, phenylacetaldehyde, 2- methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine, 2-methoxy-3- (1-methylpropyl)-pyrazine, 그리고 geosmin은 ODP를 통해 레드비트의 향기 활성 물질로 확인되었다. 이 중 2- methoxy-3-(1-methylethyl)-pyrazine과 2-methoxy- 3-(1-methylpropyl)-pyrazine은 레드비트와 흙 향을 나타내는 것을 확인하였다. 본 연구의 레드비트의 향미를 전자센서와 GC-MS를 이용하여 분석하고, OAV와 OC를 분석한 첫 연구이다. 연구 결과는 레드비트의 향미에 대한 data base로써 식품산업에서 레드비트의 사용과 소비에 있어서 감각평가의 자료로 사용될 것을 기대한다.

본 논문은 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ016173 2023)의 지원에 의해 이루어진 것으로 이에 감사드립니다.