서 론
아로니아는 장미과에 속하며 북아메리카와 캐나다가 원 산지이며, 약 100년 전 유럽으로 전파되었다(1). 아로니아 (장미과)는 두 가지 종을 포함하는데, black chokeberry로 잘 알려진Aronia melanocarpa(Michx.) Ell(black chokeberry) 와 Aronia arbutifolia (L.) Pers(red chokeberry)이다(2). 아로 니아는 1940년대 이후 러시아에 기능성 식품으로 기록되어 있지만, 가공되지 않은 베리의 떫은맛과 쓴 냄새 때문에 가공되지 않은 아로니아 제품은 인기가 없어 주로 다른 주스 또는 시럽, 젤리, 차, 주류, 과일 와인에 혼합 사용되어 왔다. 최근에는 아로니아의 잠정적 건강 증진효과 뿐만 아 니라 해충에 대한 저항성과 재배하기 쉬운 이점 때문에 아로니아 제품에 대한 관심이 증가하고 있다(1).
현재 국내에서도 아로니아가 식품 및 음료의 원료로서 수요가 증가하고 있다(3). 아로니아는 2007년 국내에 처음 도입되어 현재 충북 옥천, 강원 원주 등지에서 소규모로 재배하기 시작하여 현재 의령, 단양 등으로 확산되어 농촌 소득 경쟁력에 높은 영향을 끼치고 있다(4). 그러나 아로니 아는 수확시기가 제한되어 있고 특유의 떫은맛으로 인해 생과로 이용하기에는 한계가 있어 가공품 개발을 통하여 그 한계점을 해결할 수 있을 것으로 생각된다(5).
가공품 제조에 있어 1차 가공을 통한 원료의 품질 보존력 과 가공 후 원재료가 함유하고 있는 기능성 성분들의 활성 또한 중요하게 생각되어지는 부분 중 하나이다. 식품 건조 는 수분함량이 많은 과일이나 야채에 매우 중요한 가공방법 으로 식품 산업에서 원료의 가공 처리 방법으로 많이 사용 하고 있다.
지금까지 아로니아에 대한 연구로 북아메리카와 유럽에 서는 건조 공정에 따른 아로니아의 품질특성(6), 아로니아 의 페놀 및 항산화 활성에 관한 연구(7), 아로니아의 품종에 따른 품질특성 비교(8) 등 많은 자료가 보고되어 있지만 국내에서는 아직까지 아로니아에 대한 연구 자료가 많이 부족한 실정이다.
이에 본 실험에서는 우수한 생리활성 물질을 다량 함유 한 아로니아의 활용성 제고를 위하여 건조방법에 따른 품질 특성 조사를 통하여 다양한 가공제품을 만들기 위한 기초 자료로 제시 하고자 한다.
재료 및 방법
본 실험에 사용된 아로니아는 국내(경북 군위, 2013년산, Nero 품종)에서 수확한 생과를 구입하여 –20°C 이하의 냉 동실에서 보관하면서 시료로 사용하였다. 시료의 건조 및 추출을 위해 아로니아의 잎, 줄기, 꼭지 등 이물에 대해 정선작업을 한 후 시료로 사용하였다.
정선 작업을 거친 아로니아를 진공동결건조, 열풍건조 및 냉풍건조 하였다. 진공동결건조는 진공동결건조기 (SFDTS-10K, Samwon Engineering, Pusan, Korea)를 이용하 여 72시간 동안 건조하였으며, 열풍건조는 열풍건조기 (OF-1350S, JEIO TECH Co., Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하 여 50°C에서 60시간, 냉풍건조는 냉풍건조기(SIM-4, Shinil Industry, Yongin, Korea)를 이용하여 20°C에서 156시간 동 안 건조하였다. 건조된 아로니아는 믹서기(FM-909T, Hanil Electric, Seoul, Korea)로 1분 동안 분쇄하여 분석용 시료로 사용하였다.
색도는 아로니아의 표면을 색차계(UltraScan Pro Spectrophotometer, HunterLab Inc., Reston, Virginia, USA) 를 이용하여 명도(L-value, lightness), 적색도(a-value, redness) 및 황색도(b-value, yellowness) 값을 3회 반복 측정 하여 평균값으로 나타내었다.
경도(hardness) 측정은 texture analyzer(CT3 4500, BROOKFIELD ENGINEERING LABORATORIES, INC., Middleboro, USA)를 이용하여 측정하였으며, 시료를 15회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 경도(hardness)의 측정조건은 Table 1에 나타내었다.
수분은 수분측정기(MA 50, Sartorius AG, Göttingen, Germany)를 이용하여 측정하였으며, 조회분은 550°C 회화 로에서 직접회화법, 조단백질은 Kjeldahl법, 조지방은 Soxhlet법을 이용하였다. 가용성무질소물 함량은 100에서 수분, 조회분, 조단백및조지방함량을뺀값으로나타내었다.
pH 및 당도 측정은 시료 5 g에 50 mL 증류수를 가하여 유리막대로 저어 혼합한 후 Whatman No. 5 여과지로 여과 한 액을 각각 pH meter(PHM 210, Radiometer Analytical SAS, Lyon, France) 및 디지털당도계(PR-201, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내 었다.
건조방법에 따른 아로니아의 무기질 함량 측정은 AOAC 법(9)에 따라 정량하였다. 시료 10 g에 질산을 가한 후 실온 에서 12시간 이상 방치 후 100°C에서 24시간 이상을 가열하 여 노란색의 맑은 용액이 될 때까지 실시하고 반응이 끝나 면 다시 질산을 넣고 산이 완전히 증발할 때까지 재반응시 켜 유기질을 제거한 후 0.2 N 질산용액을 20 mL 가하여 24시간 재용출시킨 시료 용액을 Whatman No. 2 여과지로 여과하여 50 mL volumetric flask로 정용한 후 분석용액으로 하였다. Ca, Co, Cu, Fe, K, Mg, Mn, Mo, Na, Zn 등은 ICP(inductively coupled plasma, IRis Intrepid, Thermo Elemental Co., Cambridge, UK)로 A393.366(85), A228.616 (147), A324.754(103), A259.940(129), A766.491(44), A285.213 (117), A257.610(130), A202.030(166), A588.995(57), A213.856 (157)에서 각각 분석하였다. 분석조건은 approximate RF power가 1,150 W이며, analysis pump rate는 100 rpm, nebulizer pressure와 observation height 는 각각 20 psi 및 15 mm로 하였다.
건조방법에 따른 아로니아의 유리당은 Wilson과 Work 방법(10)에 따라 측정하였다. 시료 약 5 g에 80% 에탄올 용액 50 mL를 가하여 80°C에서 3시간 동안 환류 냉각 추출 하여 Whatman No. 2 여과지로 여과한 여액을 진공 농축 건조(50°C) 후 증류수 10 mL로 정용한 다음 0.20 μm membrane filter로 여과하여 HPLC(Waters 2695, Waters Co., Milford, Massachusetts, USA)로 분석하였다. Column은 carbohydrate column(ID 3.96×300 mm, Waters Co., Milford, Massachusetts, USA), column oven temperature 30°C, mobile phase 75% acetonitrile, flow rate 1.0 mL/min, 시료 주입량 10 μL의 조건으로 refractive index(RI) detector(Waters 2414, Waters Co., Milford, Massachusetts, USA)로 검출하였다. Xylose, fructose, glucose, sucrose, arabinose, maltose, mannose 및 lactose(Sigma, Saint Louis, Missouri, USA) 312.5~2,500 ppm을 이용하여 표준검량곡선을 작성하여 표 준품과 시료 당 성분의 머무른 시간(Rt)을 비교 확인한 후 peak의 면적으로 개별 당 성분의 함량을 산출하였다.
결과 및 고찰
건조방법에 따른 아로니아의 건조시간별 중량 변화를 Fig. 1에 나타내었다. 건조 전 아로니아의 중량은 진공동결 건조 1,000.61 g, 열풍건조 1,000.13 g, 냉풍건조 1,002.31 g이었으며, 건조 후에는 진공동결건조 194.19 g, 열풍건조 209.03 g, 냉풍건조 242.53 g으로 진공동결건조가 81.6%의 중량 감소율을 나타냈으며, 열풍건조 79.15%, 냉풍건조 75.8%순으로 나타났다. 열풍건조는 0~12시간 구간에서 384.94 g이 감소하여 가장 많은 중량 변화를 보였으며, 그 이후로는 서서히 중량이 감소하였다. 냉풍건조는 열풍건조 에 비해 서서히 중량이 감소되는 모습을 보였지만, 0~12시 간 구간에서 102.19 g이 감소하여 건조 구간 중 가장 많은 중량 감소를 나타내어 열풍건조와 비슷한 경향을 나타내었 다. 시간별 중량변화의 폭은 냉풍건조에 비해 열풍건조에 서 더 크게 나타났는데, 이는 높은 건조 온도에서 수분이 급격하게 감소하여 중량 변화에 영향을 미친 것으로 생각된 다. Ha 등(11)의 연구에서도 생태 전체의 건조과정은 초기 에 급격한 수분전달이 이루어진 뒤 점진적으로 건조속도가 느려지는 경향을 나타내었다고 보고하여 본 실험 결과와 비슷한 경향을 나타내었다.
건조방법에 따른 건조 중 아로니아의 수분함량 변화는 Fig. 2에 나타내었다. 건조방법 중 진공동결건조에서 가장 많은 수분이 감소하였으며, 열풍건조, 냉풍건조 순으로 나 타났다. 열풍건조는 0~12 시간 구간에서 수분함량이 61.76%에서 44%로 가장 많은 수분이 건조되었으며, 12시 간 이후에는 수분의 감소폭이 서서히 줄어드는 경향을 나타 내었다. 냉풍건조는 열풍건조에 비해 수분이 서서히 감소 되는 경향을 나타내었고, 96~108시간 사이에 약 10.5%의 수분이 급격하게 감소된 이후, 다시 서서히 수분이 감소하 였다. 식품 건조 시 표면에서 수분이 증발하기 위해서는 내부의 수분이 표면으로 이동하는 내부확산 작용이 일어나 게 되는데, 초기 수분이 급격하게 감소된 후 표면의 변형이 일어나 수분 전달을 방해하게 됨으로써 조직 내 수분확산 속도의 감소와 조직의 변형으로 인해 전체적인 건조 속도가 느려지게 되어(11), 수분 변화량도 줄어든 것으로 생각된다.
건조방법에 따른 건조과정 중 아로니아의 색도 변화를 Table 2에 나타내었다. 건조과정 중 색도 L*(lightness)값은 진공동결건조 34.69~35.24, 열풍건조 34.10~34.69, 냉풍건 조 33.49~34.82로 큰 변화를 나타내지 않았으며, 건조방법 에 따른 차이도 미미하였다. a*(redness)값에 있어서 진공동 결건조와 냉풍건조는 각각 0.59에서 0.81, 0.59에서 1.03으 로 증가하는 경향을 나타내었으며, 열풍건조는 0.59에서 0.17로 감소하였다. b*(yellowness)값에 있어서도 진공동결 건조와 냉풍건조는 각각 -0.41에서 -0.39, -0.41에서 -0.30으 로 증가하는 경향을 나타내었으며, 열풍건조는 -0.41에서 -0.65로 감소하다가 -0.52로 증가하였다.
건조방법에 따른 건조과정 중 아로니아의 hardness(g) 변화를 Fig. 3에 나타내었다. Hardness(g)는 열풍건조가 4,465.7g으로 건조방법 중 가장 높은 값을 나타내었으며, 냉풍건조 2,723.5g, 진공동결건조 2,334.5g 순이었다. 건조 과정 중에도 열풍건조가 가장 높은 hardness(g)를 나타내었 으며, 24~36 시간 동안에는 큰 변화가 없었으나, 36시간 이후 harness(g)가 급격하게 증가하는 모습을 보였다. 반면 냉풍건조는 24~132시간 동안에는 harness(g)가 서서히 증 가하다가 132시간 이후 급격하게 증가하는 모습을 보였다. Hardness(g) 변화는 수분함량 변화와 반비례하는 경향을 나타내었는데, 이는 건조과정 중 수분이 감소되면서 아로 니아가 수축되어 hardness(g)는 점점 증가하는 것으로 생각 된다.
건조방법에 따른 아로니아의 건조수율(%)은 Table 3에 나타내었다. 건조수율은 냉풍건조 24.20% > 열풍건조 20.40% > 진공동결건조 19.41% 순으로 높게 나타났다. 건 조수율은 중량 감소가 가장 많았던 진공동결건조에서 가장 낮게 나타났으며, 중량 감소가 적었던 냉풍건조에서 가장 높게 나타났다. 이는 진공동결건조의 경우 감압상태에서 수분 증발이 다른 건조방법에 비해 탁월하여, 중량 감소가 가장 크게 나타난 것이 원인이라고 생각된다.
건조방법에 따른 아로니아의 일반성분 함량은 Table 4에 나타내었다. 수분함량은 생과(61.76 %) > 냉풍건조(3.59 %) > 열풍건조(1.19 %) > 진공동결건조(0.99 %) 순으로 나타났 다. 조회분은 열풍건조가 3.48%로 가장 높은 함량을 나타내 었으며, 진공동결건조 3.10%, 냉풍건조 2.98%, 생과 2.21% 순으로 나타났다. 조지방은 생과(0.23%) < 냉풍건조 (2.41%) < 열풍건조(2.46%) < 진공동결건조(3.43%) 순으로 나타났다. 생과에서는 조지방 함량이 거의 없는 것으로 나 타났으며, 건조 시에는 약 7~15배까지 높아지는 것으로 나타났다. 조단백질은 진공동결건조가 8.72%를 나타내어 생과의 0.87%보다 약 10배 높은 함량을 나타내었으며, 열풍 건조 7.94%, 냉풍건조 6.41% 순으로 나타났다. Tanaka와 Tanaka(12)의 연구에서는 아로니아의 조지방 함량과 조단 백 함량은 각각 0.14% 및 0.7%라고 보고하여 본 실험에 사용된 생과와 비교하였을 때, 차이를 나타내었는데, 이는 아로니아의 수확시기, 품종, 원산지 등의 차이에 기인한 것으로 생각된다. 가용성 무질소물 함량은 34.93~84.93%를 함유하고 있는 것으로 나타났으며, 열풍건조에서 가장 많 은 함량을 나타내었으며, 생과에 비해 2.4배 이상 높은 함량 을 가지고 있는 것으로 나타났다.
건조방법에 따른 아로니아의 일반성분은 진공동결건조 에서 높은 경향을 나타내었는데, 진공동결건조가 다른 건 조방법에 비해 건조 효과가 탁월하여 많은 양의 수분이 감소함으로써 다른 구성성분의 비율이 높게 나타난 것으로 생각된다.
건조방법에 따른 아로니아의 pH 및 당도(°Brix)는 Table 5에 나타내었다. pH 측정 결과 생과는 3.84, 진공동결건조 3.90, 열풍건조 및 냉풍건조는 3.92로 건조방법에 따른 차이 는 없는 것으로 나타났다. Yook 등(13)은 건조방법에 따른 포도 가공부산물의 pH는 80°C 열풍건조는 3.67, 동결건조 는 3.63으로 큰 차이를 나타내지 않았다고 보고하였으며, 건조방법에 따른 블루베리의 pH 측정결과(14)에서도 60°C 열풍건조는 2.83, 순환형 감압건조 2.93, 동결건조 2.90으로 건조방법에 따라 유의한 차이가 없었다고 보고하여 본 실험 과 같은 경향을 나타내었으며, pH는 건조에 따른 영향을 크게 받지 않는 것으로 생각된다.
| Sample | pH | Soluble solid content (°Brix) |
|---|---|---|
| Fresh | 3.84±0.051) | 1.07±0.06 |
| Vacuum freeze dry | 3.90±0.02 | 6.57±0.06 |
| Hot-air dry | 3.92±0.01 | 5.37±0.15 |
| Cold air dry | 3.92±0.01 | 4.40±0.10 |
당도는 동결건조(6.57°Brix) > 열풍건조(5.37°Brix) > 냉 풍건조(4.40°Brix) > 생과(1.07°Brix) 순으로 높은 함량을 나타내었으며, 건조할 경우 생과에 비해 당도가 4배 이상 증가하였으며, 진공동결건조의 경우 생과에 비해 6배 이상 높은 값을 나타내었다.
건조방법에 따른 아로니아의 무기질 함량을 Table 6에 나타내었다. 무기질 총 함량은 진공동결건조 1,365.89 mg/100 g, 열풍건조 919.22 mg/100 g, 냉풍건조 884.93 mg/100 g, 생과 211.56 mg/100 g 순으로 나타났다. 생과에서 는 K 160.32 mg/100 g, Ca 30.48 mg/100 g, Mg 17.57 mg/100 g, Na 1.95 mg/100 g 순으로 나타났고, 진공동결건조에서는 K 850.30 mg/100 g, Ca 360.42 mg/100 g, Mg 118.41 mg/100 g, Zn 25.09 mg/100 g 순으로 높게 나타났다. 열풍건조에서 는 K 655.66 mg/100 g, Ca 154.89 mg/100 g, Mg 98.08 mg/100 g, Na 6.31 mg/100 g 순으로 나타났으며, 냉풍건조에서는 K 655.02 mg/100 g, Ca 133.52 mg/100 g, Mg 87.30 ma/100 g, Na 4.74 mg/100 g 순으로 나타났다. 아로니아의 주요 무기질은 K, Ca, Mg, Na인 것으로 나타났다.
재배지에 따른 아로니아의 무기질 함량을 분석한 연구결 과에서, Šebergrová 등(15)은 K 1,356.3~3,659.7 mg/kg, Ca 119~552.3 mg/kg, Mg 83.3~314.2 mg/kg의 범위로 보고하였 고, Tanaka와 Tanaka(13)는 Ca 228~439 mg/kg, Na 20~37 mg/kg, K 1,640~2,650 mg/kg, Mg 155~174 mg/kg로 보고하 였으며, K 함량이 가장 높은 것은 본 실험 결과와 같은 경향이었으나, 함량에는 큰 차이를 나타내었다. Skupień와 Oszmiańki(16)는 비료에 따라 아로니아의 화학적 조성에 영향을 미치는 것으로 보고하여, 무기질 조성은 아로니아 의 재배지의 토양, 사용된 비료에 영향을 받아 함량에 차이 를 나타내는 것으로 생각된다.
건조방법에 따른 아로니아의 유리당 함량은 Table 7에 나타내었다. 아로니아에 함유된 당은 fructose, glucose 두 종류인 것으로 나타났으며, 총 함량은 진공동결건조(20.59 g/100 g) > 열풍건조(19.84 g/100 g) > 냉풍건조(16.95 g/100 g) > 생과(5.92 g/100 g) 순으로 나타났다. Glucose는 1.41~5.02 g/100 g을 함유하고 있는 것으로 나타났으며, 생 과에 비해 건조된 아로니아는 약 3~4배 높은 함량을 함유하 는 것으로 나타났다. Fructose는 glucose보다 약 3~4배 높은 함량을 가진 것으로 나타났으며, 건조된 아로니아는 12.83~15.58 g/100 g을 함유하여 4.50 g/100 g인 생과에 비해 약 3~3.5배 이상 높은 함량을 나타내었다.
Seidemann(17)은 아로니아의 총 유리당 함량은 13~17.6 g/100 g FW으로 glucose와 fructose를 함유하고 있으며, sucrose는 검출되지 않았다고 보고하여 본 실험결과와 함유 량이 비슷한 것으로 나타났으며, 함유하는 당은 일치하였다.
요 약
아로니아의 활용성 제고를 위하여 건조방법에 따른 품질 특성을 비교한 결과, 건조과정 중 중량변화율은 진공동결 건조가 81.6%로 가장 많은 중량감소를 나타내었고, 수분함 량은 진공동결건조에서 가장 많은 수분이 감소하였으며, 건조 후 최종 수분함량은 진공동결건조에서 0.99%로 가장 낮은 함량을 나타내었다. 색도 측정결과, L*값은 건조방법 에 따른 큰 차이를 나타내지 않았으며, a*값과 b*값은 진공 동결건조와 냉풍건조에서 증가하였고, 열풍건조에서는 감 소하였다. 경도는 열풍건조에서는 건조 36시간 이후 급격 하게 증가하였고, 냉풍건조는 서서히 증가하다가 132시간 이후 급격하게 증가하는 모습을 보였다. 건조방법에 따른 품질특성으로 건조수율은 냉풍건조가 24.20%로 가장 높았 으며, 열풍건조 20.40%, 진공동결건조 19.41% 순으로 나타 났다. 일반성분은 생과에서 수분이 61.76%로 가장 높게 나타났으며, 조회분은 열풍건조에서 가장 높게 나타났고, 가용성무질소물, 조단백, 조지방은 진공동결건조에서 가장 높은 함량을 나타내었다. 건조방법에 따른 아로니아의 pH 는 3.84~3.92로 큰 차이가 없었으며, 당도는 동결건조 (6.57°Brix) > 열풍건조(5.37°Brix) > 냉풍건조(4.40°Brix) > 생과(1.07°Brix) 순으로 나타났다. 무기질 함량은 진공동 결건조에서 가장 높았으며, 주요 무기질은 K, Ca, Mg, Na인 것으로 나타났다. 아로니아에 함유된 당은 fructose, glucose 두 종류인 것으로 나타났으며, 진공동결건조가 20.59 g/100 g으로 가장 높은 함량을 가진 것으로 나타났다.
