천년초 줄기의 수확 시기 별 외관 및 성분 품질 특성

본 실험에 사용한 천년초(Opuntia humifusa)는 충남 아산 지역에 위치한 천년초 농장에서 재배한 것을 구입하여 사용 하였다. 본 연구에서 봄 천년초 줄기는 4월, 여름은 8월, 겨울은 12월에 수확한 것으로 규정하여 분석에 사용하였 다. 생 시료를 세척, 자연건조 후 외관 특성을 측정하였으며, 외관 측정이 끝난 시료(계절별 100개)를 세절 후 동결건조 하고 60 mesh 사이즈로 균일하게 분쇄한 후 desiccator에 보관하며 성분분석을 실시하였다.

천년초 줄기의 외관 특성은 생 시료를 대상으로 측정하 였으며, 매회 얻은 시료의 외형을 측정하였다. 중량은 전자 저울(CB-1200, CAS, Seongnam, Korea)을 이용하여 소수점 둘째 자리까지 나타내었고, 타원형인 시료의 가장 긴축을 장축(major axis), 가장 짧은 축을 단축(minor axis)으로 정하 여 cm 단위로 측정하였으며, 폭 측정에는 calliper(Absolute Digimatic CD-15CP, Mitutoyo Co., Kawasaki, Japan)를 사용하여 mm 단위로 나타내었다.

동결건조 후 분쇄한 천년초 줄기 분말을 이용하여 성분 분석을 실시하였다. 일반성분 분석, 무기질 함량, 구성 아미 노산은 AOAC 법(14)에 준하여 수행하였다. 수분은 105℃ 상압가열건조법, 조지방은 soxhlet 추출법, 조회분은 직접 회화법, 조단백의 함량은 Kjeldahl법을 이용하였다. 탄수화 물은 100에서 수분, 조단백, 조지방, 조회분 함량을 뺀 값으 로 하였다.

건조를 통해 얻어진 천년초 줄기 시료의 색도는 색차계 (Minolta CR-200, Konica minolta Co., Tokyo, Japan)를 이용 하여 측정하였다. 건조, 분쇄한 가루 형태의 시료를 무작위 로 10회 반복 측정하여 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness)값으로 표시하였다. 색도 측 정 시 표준판은 L값 97.69, a값 +0.37, b값 +1.96인 백색의 calibration plate를 표준으로 하여 측정하였다. 시료간의 색 도차이를 나타내는 delta E (ΔE)값은 다음의 식을 이용하여 계산하였다(15).

천년초 줄기의 식이섬유 함량을 측정하기 위해 동결건조 후 분쇄한 시료를 AOAC 법(14)에 준하여 효소분해 하였으 며, 단백질과 회분의 함량을 함께 측정하여 총 식이섬유 함량을 정량하였다.

동결건조 후 분쇄한 천년초 줄기 분말 약 1 g을 70% ethanol로 1시간 동안 초음파 추출(Bransonic 5510E-DTH, Branson ultrasonics corporation, Danbury, CT, USA)한 후 다시 실온에서 24시간 추출하였으며, 0.2 μm 여과용 필터 (Whatman, GE Healthcare Life Sciences Co., Buckinghamshire, UK)를 이용하여 여과한 후 HPLC용 시료로 사용하였다. 분석 장치는 Dionex Ultimate 3000(Thermo Fisher Scientific Co., Waltham, MA, USA)이며, UV Detector를 이용해 338 nm에서 분석하였다.

천년초 줄기의 계절별 성분분석 결과에 대한 통계처리는 IBM SPSS Statistics(Ver 22.0, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하여 측정하였고, 유의성 검증을 위해 ANOVA 분산분석 및 Duncan’s multiple range test를 실시하 였다.

천년초 줄기는 일정하지 않은 형태를 보이므로 외형적 특성을 측정하기 위하여 타원형의 축 중 가장 긴축을 장축 으로, 가장 짧은 축을 단축으로 정해 크기를 측정하였다. 겨울 천년초 줄기의 외형은 단축이 2.9~7.6 cm 범위로 나타 났으며, 장축이 3.2~12.0 cm, 폭은 5.52~9.66 mm, 중량은 4.1~46.7 g 범위로 나타나 크기가 가장 작고 중량의 편차는 비교적 큰 것으로 조사되었다. 반면 여름 천년초 줄기의 외형은 단축이 4.2~8.4 cm 범위로 나타났으며, 장축이 5.3~17.5 cm, 폭은 5.52~11.14 mm, 중량은 11.1~76.9 g 범위 로 나타나 겨울 시료에 비해 크기와 중량이 매우 증가한 것을 확인할 수 있었다(Table 1). 평균적으로 각 계절 시료의 단축 대비 장축의 비를 계산하면 겨울은 1.39, 봄 1.67, 여름 이 1.71로 나타나 겨울에서 여름 시료로 갈수록 장축의 길이 가 점차 늘어나며, 겨울로 갈수록 장축이 줄어드는 것을 확인하였다. 이는 Fig. 1의 외관으로도 쉽게 확인이 가능하 다.

Fig. 1. The photos of seasonal Opuntia humifusa cladodes. A, Winter; B, Spring; C, Summer cladode sample.

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Fig. 2에서 각 시료들의 분포를 살펴보면 개별 선인장의 크기나 모양이 정규 분포에 가까운 형상을 보이기는 하나 매우 분산되어 있고, 여름과 겨울 시료의 외형이 변화한다는 점을 확인할 수 있다. 단축의 경우 여름 천년초 줄기와 겨울 시료가 다수의 분포를 보인 지점이 서로 2 cm 가량 차이가 났고, 장축의 경우 4 cm 가량으로 그 차이가 더욱 벌어지는 점을 확인할 수 있었다. 중량의 경우에는 여름 시료의 평균값이 겨울 시료의 2배 이상으로 나타나 차이가 매우 큰 것으로 나타났다.

Fig. 2. Interval distr ibution of appearance features of Opuntia humifusa cladodes in different season.

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수확 후 건조를 하지 않은 천년초 생 시료의 총 수분함량 은 여름 시료가 86.86%로 유의적으로 가장 높은 값을 보였 다(Table 2). 또한, 봄 시료는 81.07%, 겨울 시료는 75.57%로 유의적 수준에서 차이를 보이며 계절의 변화에 따라 생 시료의 수분함량이 점차 감소하는 것을 확인할 수 있었다.

천년초 줄기의 계절에 따른 일반 성분을 분석한 결과는 Table 3에 나타내었다. 일반성분분석의 경우 동결건조 된 분말을 대상으로 수행하였다. 동결건조물의 수분, 조단백, 탄수화물 함량은 모든 시료가 유의적인 차이를 보였다. 동 결건조물의 수분함량은 봄 시료가 가장 높게 나타났다. 조 회분의 경우 봄과 겨울의 시료는 유의차가 나타나지 않았 고, 여름 시료만이 9.11%로 유의적으로 가장 높은 함량을 보였다. 조지방의 경우에도 역시 봄과 겨울의 시료는 유의 차가 나타나지 않았고, 여름 시료는 0.19%로 유의적으로 가장 적은 함량을 보였다. Jung 등(2)의 연구에서 천년초 줄기를 11월에 생산한 것으로 측정하였을 때, 조단백 5.43%, 조지방 1.69%, 조회분 12.40%로 보고하여 조회분을 제외한 항목에서 본 연구의 봄, 겨울의 시료 결과와 유사한 함량을 보였다. 멕시코의 야생 Opuntia 속 선인장과 시판 제품의 일반성분을 분석한 연구(16)에 따르면, 조지방은 0.1~1.8%로 매우 낮아 본 연구 결과와 유사했고, 조단백은 6.7~19.0%, 조회분은 5.2~19.7%으로 편차는 컸으나 같은 속의 선인장이 유사한 일반성분 구성을 나타낸다는 점을 확인할 수 있었다.

천년초 줄기의 색도를 측정한 결과는 Table 4에 나타내었 다. 측정결과 L값은 여름시료가 유의적으로 가장 높게 나타 났다. Ozkan 등(17)의 연구에서 살구를 이용해 실험했을 때 건조 후 재수화하며 수분함량이 증가할수록 L값과 b값 이 증가하는 반면 a값은 감소하는 것으로 나타났다. 이를 이용한 상관관계 분석을 통해 살구의 수분함량과 색도의 관계를 추측한 바 있으며, 이것은 건조에 따른 색소, 화학적 변화가 색도에 영향을 미친다는 점을 시사한다고 밝혔다. 선인장의 수분함량 및 색도의 상관관계는 연구된 바 없으 나, 선인장의 수분함량과 건조 정도에 따라 색도가 차이를 보일 가능성을 발견하였다. 또한, 본 연구에서 계절에 따라 생 시료의 수분함량에 큰 차이가 난다는 점을 확인하였으므 로, 선인장의 건조에 따른 색도의 변화에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 사료된다. 본 연구에서 a, b 값은 봄 시료가 유의적으로 높게 나타났다. 계절별 시료간의 ΔE 값을 비교하였을 때 봄 시료와 여름 시료간의 ΔE는 6.55, 여름 시료와 겨울 시료간의 ΔE는 4.21, 겨울 시료와 봄 시료 간의 ΔE는 5.35로 봄 시료와 여름 시료간의 색도 차이가 가장 큰 것으로 나타났다.

천년초 줄기의 계절에 따른 식이섬유 함량을 조사한 결 과는 Table 5와 같다. 제주 백년초 선인장과 알로에 성분을 비교한 연구(18)에서는 선인장 줄기의 식이섬유 함량을 33.2%로 보고하여 알로에의 함량(31.0%)보다도 높은 것은 물론, 과일류(0.19~2.91%), 채소류(0.99~7.42%)보다 월등 히 높으며 해조류(28.70~38.19%)와 비슷한 수준이라고 밝 힌 바 있다. 본 연구의 천년초 줄기 식이섬유 함량은 이보다 높은 수준(58.77~67.18%)으로 확인되어 식이섬유의 함량 이 매우 높은 식품임을 확인하였다.

천년초 줄기의 계절에 따른 무기질 함량으로 Ca, Fe, K, Mg, Na, P을 측정한 결과는 Table 6과 같다. 칼슘함량은 겨울 시료가 4,745.09 mg%로 유의적으로 높았다. Jung 등 (2)의 연구에서 11월에 수확한 천년초 줄기의 칼슘 함량을 3,671.79 mg%로 보고하였는데, 본 연구의 겨울 천년초 줄 기보다는 함량이 낮고 봄 천년초 줄기보다는 높았다. 철, 마그네슘, 나트륨의 함량은 여름 시료가 가장 높았고, 칼륨은 봄 시료, 인은 겨울 시료가 가장 높아 일정한 경향성은 발견할 수 없었으나, 모두 유의적인 수준에서 함량 차이를 보여 계절에 따라 시료의 무기질 함량에서 차이가 난다는 점을 확인하였다.

한국인이 주로 먹는 과일, 채소의 사계절에 따른 무기질 함량의 변화를 살펴본 Kim 등(13)의 연구에서는 나트륨의 경우 사과에는 봄, 여름, 겨울에 비해 가을에 가장 많이 함유되어있으나, 반면 귤에는 가을에 가장 적은 등 식품마 다 계절의 변화에 따라 수분함량, 고형물 함량의 차이와 함께 무기질의 차이가 있다고 밝힌 바 있어 계절에 따라 채취한 천년초 줄기가 계절과일과 같은 경향성을 보이는 것으로 나타났다.

천년초 줄기의 계절에 따른 구성 아미노산 함량을 조사 한 결과는 Table 7과 같다. 전체 아미노산의 양은 여름 천년 초 줄기가 3,386.36 mg%로 가장 적었고, 봄 천년초 줄기가 5,463.86 mg%으로 가장 많았으며 모든 시료에서 glutamic acid, aspartic acid의 함량이 가장 높았다. Jung 등(2)의 연구 에서 11월에 수확한 천년초 줄기의 구성 아미노산 함량을 조사한 결과와 비교했을 때, glutamic acid, aspartic acid의 함량이 가장 높았고, 두 아미노산이 차지하는 비율은 전체 구성 아미노산의 25.43%였다. Cho 등(19)의 연구에서 신안 지역의 백년초를 이용하여 구성 아미노산을 측정한 결과에 서도 glutamic acid가 가장 높은 것으로 나타나 glutamic acid가 손바닥 선인장의 대표 아미노산인 것으로 추측되었 다. 여름 천년초 줄기의 경우 특징적으로 alanine 수치가 전체 아미노산 양이 적음에도 다른 시료에 비해 오히려 높았다.

천년초 줄기의 계절에 따른 유리 아미노산 함량을 조사 한 결과는 Table 8과 같다. 유리된 아미노산의 경우 모든 시료의 특성이 달랐는데, 봄 천년초 줄기의 경우 glutamine, proline, γ-aminobutyric acid(GABA), aspartic acid의 순으로 함량이 높았다. 겨울 천년초 줄기는 GABA, glutamine, proline, aspartic acid의 순으로 나타나 순서에 약간의 차이 는 있었지만 다량 함유된 유리 아미노산의 구성이 유사하였 으며, 그 양 또한 비슷한 수준이었다. 여름 천년초 줄기의 경우에는 전체 아미노산의 양이 매우 적어 봄, 겨울과 차이 를 보였으나, 총량 대비 필수 아미노산의 비중이 상대적으 로 높았다. GABA는 일반적으로 발아된 곡류에 많이 함유 되어 있다고 알려져 있으며 현미의 경우 2~6 mg%, 발아현 미는 10~13.5 mg%, 품종별 발아보리는 14.3~20.9 mg%의 함량이 보고된 바 있어(20), 천년초 특히 겨울 천년초의 경우 220.8 mg%로 상당히 높은 GABA 함량을 가지는 것으 로 확인되었다. 비단백질 구성 아미노산인 GABA는 뇌에서 억제성 신경전달물질로 작용하며 혈압 저하, 신경 안정, 이뇨 작용 등에 효과가 있는 것으로 알려져 있다(21). 따라 서 천년초 줄기의 경우 GABA함량이 높은 기능성 식품으로 개발이 가능할 것으로 사료되었다. Taurine의 경우 봄과 여름 천년초 줄기에서는 검출되지 않았으나 겨울 천년초 줄기에서 소량이나마 발견되어 특징적이었다. 이상의 연구결과를 통해 천년초 줄기가 계절에 따라 외관적인 특성뿐만 아니라 구성성분에 있어서도 변화를 보인다는 점을 확인할 수 있었다.