건조방법에 따른 홍삼 절편의 품질 변화

실험 재료는 시판 제품 중 비냉동 수삼을 구매하여 사용 하였다. 홍삼 제조를 위해 수삼을 세척한 후 홍삼제조기 (HK-9600, J-tech Co., Seoul, Korea)에 넣어서 48시간동안 증삼하였다. 증삼 과정을 거친 홍삼은 2 mm slice로 자른 후 건조되었다.

제조된 홍삼은 자체제작한 제습식 원적외선 건조기 (Jeongjin E&C, Gyeongsan, Korea), 대류형 열풍건조기 (OTEC-004-m, Ilwon freezer, Namyangju, Korea), 감압열풍 건조기(OV-12, JEIO TECH, Daejeon, Korea), 동결건조기 (SFDSF12, Samwon, Busan, Korea)를 이용하여 건조되었 다. 원적외선 건조기의 방사체로는 IR lamp를 사용하였으 며 단열재로는 우레탄을 사용해 제작하였다. 홍삼 시료는 원적외선 건조기 내에 동일한 위치에 두어 실험하였으며 제조된 홍삼은 2 mm 두께로 일정하게 절단 후 aluminium dish에 약 5씩 둔 후 진행하였다. 원적외선 건조의 경우 45, 55, 65, 75, 85℃에서 15, 30, 45, 60, 75, 90분간 각 조건별 로 건조되었으며, 건조 방법별 비교 실험에서는 원적외선, 열풍, 감압건조는 65℃에서 60분 간, 동결건조는 -65℃에서 60분 간 진행한 후 품질특성을 비교 분석하였다. 홍삼 추출 물은 홍삼 분말 1 g에 70% 메탄올 용액 50 mL를 가한 후 80℃ 수욕에서 1시간동안 환류 추출하였으며, 제조된 추출물은 냉각 후 60℃ 수욕 중에서 용매가 모두 증발할 때까지 감압 농축하였다. 그리고 용매가 제거된 농축물은 증류수 2 mL에 용해한 후 분석 실험에 사용되었다.

홍삼의 수분함량은 각 조건별로 건조한 샘플을 대류형 열풍건조기를 이용해 105℃에서 24시간 건조하여 측정하 였다(14).

색도 측정에는 colorimeter(CR-300, Minolta Co., Osaka, Japan)가 사용되었으며, 측정 전 표준 백색판(L=97.78, a=0.39, b=2.05)으로 보정하였다. 색도는 조건별로 처리된 홍삼의 절단 표면을 측정하여 Hunter's color value인 L, a, b value와 ΔE value로 나타내었다. Hunter's color value는 6반복 후 평균과 표준편차로 나타내었으며, ΔE value는 아 래 식을 사용하여 계산하였다.

$=\Delta L+\Delta a^2+\Delta b^2$

홍삼 추출액의 총 페놀성 화합물 함량(TPC, total polyphenol content)은 Folin- Denis법(15)에 의해서 비색 정 량하였다. 먼저 4배 희석된 시료 100 μL에 Folin-Ciocalteu's reagent 50 μL를 첨가한 후 3분 동안 반응을 시켰다. 그리고 위 혼합물에 2% Na₂CO₃용액 300 μL를 첨가하여 실온에서 15분 반응시킨 다음 증류수 1 mL를 첨가하였다. 위 과정을 통해 만들어진 시료는 UV spectrophotometer(UV-2550, Shimazdu Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 725 nm에서 흡광 도를 측정하였다. TPC 함량은 gallic acid(Sigma-Aldrich Chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 표준물질로 사용한 표준곡선으로부터 환산하였다.

총 플라보노이드 함량(TFC, total flavonoid content)은 Teng 등(16)의 방법을 사용하여 측정하였다. 시료 70 μL와 5% NaNO2 50 μL및 10% Al(NO₃)₃·9H₂O 50 μL을 넣고 6분 동안 반응시켰다. 그 후 1 N NaOH 용액 500 μL을 각 tube에 넣은 후 UV spectrophotometer를 이용하여 510 nm에서 흡광 도를 측정하였다. 측정된 흡광도는 Rutin(Sigma-Aldrich Chemical Co.)을 표준물질로 사용한 표준곡선에 대입되어 TFC로 환산되었다.

DPPH 라디칼 소거능 측정을 위해 Blois의 방법(17)을 변형하여 사용하였다. 에탄올으로 50배 희석한 추출물 100 μL에 DPPH 용액 900 μL를 가한 후 30분 동안 암실에서 반응시킨 후 반응액의 흡광도 값을 UV spectrophotometer (UV-2550, Shimazdu Co.)를 사용하여 517 nm에서 측정하 였다. 측정된 흡광도 값은 아래 식을 이용하여 DPPH 값으 로 산출하였다.

$\text{DPPH 라디칼 소거능(\%)=1-(}\frac{\text{A}}{\text{B}}\text{)×100}$

모든 실험은 3회 이상 반복 측정하였다. 그리고 조건 별 유의적 차이를 확인하기 위해 IBM SPSS Statistics 22(SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 Duncan's multiple range test를 실시하였다(p<0.05).

원적외선 건조 온도에 따른 홍삼 절편 표면의 색도 변화 는 Table 1에 나타내었다. 원적외선 건조의 온도에 따른 홍삼의 색도에 미치는 영향을 측정하기 위하여 홍삼을 2 mm 두께의 slice로 일정하게 만든 후 건조를 진행하였다. 원적외선 건조는 시간을 90분으로 고정한 후 45℃부터 85℃ 범위 내에서 이루어졌다. ΔE의 경우 45℃에서 9.31으로 가 장 적었고 65℃에서 12.80으로 가장 높은 값을 나타내었다. 그리고 건조 전 시료와 비교해 보았을 때 건조 온도에 상관 없이 건조 후에 L, a, b 값이 감소하였으며 표면에 갈변이 발생하는 것을 확인할 수 있었다. 갈변의 원인은 일반적으 로 효소적 갈변과 비효소적 갈변으로 나눌 수 있다. Whang 등(18)은 polyphenol oxidase Ⅰ,Ⅱ가 수삼의 갈변을 유발시 키는 것을 확인하였으며, Macrae 등(19)은 수삼 내의 polyphenol oxidase는 90℃에서 99% 이상 실활된다고 보고 하였다. 따라서 본 연구에서 사용된 홍삼의 polyphenol oxidase는 홍삼 제조 과정 중 대부분 제거되었을 것으로 사료되며, 원적외선 건조 중 발생한 색도 변화는 비효소적 갈변에 의한 것으로 예상되었다.

원적외선 건조 온도에 따른 홍삼의 생리활성 성분 함량 은 Table 2에 나타내었으며 생리 활성 성분 품질 지표로는 total polyphenol content(TPC), total flavonoid content(TFC) 및 DPPH radical scavenging activity(DPPH)가 측정되었다. TPC, TFC, DPPH의 경우 45℃에서 각각 9.51 mg GAE/g, 2.18 mg RE/g, 11.54%로 가장 낮은 값을 보였으며 65℃에서 12.16 mg GAE/g , 2.90 mg RE/g, 16.04%으로 가장 높은 값이 측정되었다. 하지만 75℃부터 85℃ 범위의 건조온도에 서는 생리활성 성분 및 항산화효과가 감소하는 추세를 보였 다. Yang 등(20)은 인삼 내 bound 형태의 polyphenol이 열처 리에 의해 free형으로 전환, 고분자 phenolic compound의 저분자화, 또는 새로운 phenolic compound의 생성 등이 일 어나기 때문에 총 폴리페놀 함량, 총 플라보노이드 함량, 항산화능이 변할 수 있다는 보고를 하였는데, 본 연구에서 홍삼의 기능성 성분이 65℃를 기점으로 감소한 것도 이와 연관이 있는 것으로 사료되었다.

원적외선 건조시간에 따른 홍삼의 수분함량 변화를 측정 하기 위하여 65℃에서 건조시간을 달리하여 실험을 진행하 였다(Fig. 1). 홍삼 절편의 초기 수분함량은 67.47%이었고 건조가 진행될수록 점점 수분함량은 감소되었다. 홍삼제품 은 저장 중 품질 유지를 위해 15% 이하로 수분함량이 제한 되어 있다(21). 본 연구에서는 65℃에서 2 mm 홍삼 절편을 60분 이상 원적외선 건조하였을 때 수분함량이 15% 이하가 되는 것을 확인할 수 있었다.

Fig. 1. Moisture content change of sliced ginseng depending on far infrared drying time. The sliced ginseng was dried at 65℃.

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원적외선 건조 시간에 따른 홍삼 절편 표면의 색도변화 는 Table 3에 나타내었다. 건조 후 홍삼절편의 L, a, b 값은 모두 감소하는 추세를 보였다. ΔE 값은 건조 30분까지 2.66 으로 색 변화가 크지 않았지만 건조 45분부터는 ΔE 값이 12.34로 색 변화가 급격하게 증가하는 것을 확인할 수 있었다.

원적외선 건조 시간에 따른 홍삼 절편의 기능성 성분은 Table 4에 나타내었다. 건조 전 TPC, TFC, DPPH는 각각 2.07 mg GAE/g, 0.66 mg RE/g, 4.99%로 모두 건조 후 시료보 다 낮은 값을 나타내었으며, 세 성분 모두 건조 과정을 거치 면서 함량이 증가하는 추세를 보였다. TPC의 경우 건조시 간 60분까지 유의적으로 값이 증가하였으며 60, 75, 90분건 조 시료를 비교했을 때는 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났다(p<0.05). TFC는 건조시간 60분에서 4.14 mg RE/g, DPPH는 75분에서 18.69%로 각각 최대값을 나타내었고 그 이후에는 TFC와 DPPH 값 모두 서서히 감소하였다. 이는 Dewanto 등(22) 에서 나타낸 건조 처리된 옥수수의 phenolic content에 대한 결과와 유사하다. 이는 인삼 내 bound형의 polyphenol이 열처리 시간이 길어짐에 따라 free형으로 전 환되어 보다 높은 total phenolic content들을 나타낸 것으로 사료된다.

건조방법에 따른 색도 변화 비교는 Table 5에 나타내었 다. 원적외선, 열풍, 감압 건조 후에는 홍삼 절편의 L, a, b 값이 감소하였다. ΔΕ를 비교해보았을 때, 열풍건조보다 감압 건조가 색 변화가 더 크게 나타났으며, 원적외선 건조 는 ΔΕ 값이 11.67로 가장 높은 색차를 나타내었다. 이는 원적외선이 생물적으로 활성이 있으며, 물질의 중심까지 고르게 열을 전달하는 특성을 가지고 있기 때문에(23) 동일 온도에서 열풍, 감압 건조보다 색 변화가 더 많이 일어난 것으로 예상된다. 반면 동결 건조의 경우 건조 후 L, a, b 값이 증가하였고, ΔΕ 값은 4.52로 색 변화가 다른 건조방 법에 비해 적게 나타났다. Lee 등(24)은 증삼 초기에는 효소 적 갈변이 일어나고 증삼 후 건조 시에는 비효소적 갈변 반응이 일어난다고 보고한 바 있다. Hodge(25)는 비효소적 갈변의 주된 요인이 당과 아미노산의 농도, pH, 온도 등이라고 보고 한 바가 있는데, 이 점으로 미루어볼 때, 동결 건조가 저온에 서 진행되었고 이에 따라 비효소적 갈변이 적게 일어났기 때문에 동결건조 시료에서 가장 적은 색차를 나타내는 것으 로 사료되었다.

건조 방법별 홍삼 절편의 기능성 성분과 항산화효과는 Table 6에 나타내었다. TPC는 원적외선 건조와 감압 건조에 서 각각 3.63, 3.65 mg GAE/g으로 유의적으로 가장 높은 값이 검출되었으며, TFC도 원적외선 및 감압 건조에서 3.18, 3.23 mg RE/g으로 최고값을 나타내었다(p<0.05). 원적 외선은 공유결합을 제거하고 flavonoid, carotene, tannin, polyphenol 등의 항산화물질을 고분자로부터 해방시키는 능력을 가지고 있으며, 감압 건조방법은 페놀성 화합물을 포함한 인삼 내 방향성 물질의 손실을 최소화 할 수 있다 (26,27). 이러한 이유로 본 실험에서 원적외선과 감압 건조 가 동결, 열풍 건조보다 TPC, TFC가 더 많이 측정된 것으로 사료된다. 반면 DPPH의 경우 열풍건조에서 20.84%로 가장 높은 활성을 보였으며, 동결건조에서는 12.85%로 가장 낮 은 값이 측정되었다.