골판지 포장재에 알루미늄 코팅이 파프리카의 저장 중 품질특성에 미치는 영향

본 실험에 사용한 적색계 파프리카(Capsicum annum L.) 는 진주에서 2017년 6월에 수확한 것을 구매하여 사용하였 으며, 수확 직후 시료의 pH와 °Brix는 각각 4.99±0.02, 5.88±0.51이었다. 포장용기는 진주 디자인팩에서 제작한 것을 제공받아 이용하였다. 골판지박스는 A골로 제작하였 고 라이너 인쇄종이 SC220, 골심지 K, 골심지 Ck, 골심지 K, 라이너 인쇄종이 백라이너 순으로 구성되어 있으며, 외 측과 내측의 크기는 각각 270×202×150 mm, 265×204×145 mm으로 5 mm의 두께로 제조되었다. 골판지박스 내측에 알루미늄 증착필름을 접착한 후에 유광 라미네이팅 처리한 것을 알루미늄(Al) 코팅 골판지 포장재라고 하였고, 코팅하 지 않은 것을 대조구로 하였다.

적색계 파프리카는 외상이 없고 외피색이 유사하며 균일 한 무게(200±10 g)의 시료를 선별하여 사용하였다. 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판지상자 안에 수확 직후의 파프 리카를 8개씩 포장하였고, 이를 25±0.5℃ 온도의 배양기에 옮겨 5일 간격으로 저장 중 품질변화를 측정하였다. 최종 저장기간은 전반적인 품질변화를 기준으로 과실의 상품적 가치가 남아있다고 판단되는 시점인 20일로 설정하였으며, 각 5회 반복실험을 실시하였다.

파프리카의 중량변화율은 수확 직후 초기중량(W₀)을 기 준으로 저장 후 중량(W_t)을 측정하여 얻은 중량손실에 대한 백분율(ΔW)로 나타내었다.

$\text{ΔW}\left(\text{\%}\right){\text{=W}}_{\text{t}}{\text{/W}}_{\text{0}}\text{×100}$

파프리카의 경도는 시료의 측면 중앙을 1 cm의 정사각형 모양으로 절단한 것을 Texture Analyzer(TA-XT Express, Micro Stable System, Surrey, UK)를 이용해 sharp blade cutting probe(길이 75 mm, 두께 3 mm)를 장착하여 측정하 였다. 측정조건으로 trigger force는 5.0 g이었으며, pre-test, test, post test speed 모두 1.0 mm/s로 설정하였고, 조건 당 25회 반복 측정한 값을 평균하여 나타내었다.

파프리카의 총 페놀 함량을 분석하기 위하여 각 포장용 기 조건에서 저장기간에 따라 얻어진 파프리카를 액체질소 를 이용하여 급속동결하였고 이를 동결건조하여 분말화하 였다. 건조시료를 80% 에탄올로 희석하고 균질기(D-500, Wiggen Hauser, Berlin, Germany)로 10,000 rpm에서 30초간 균질하였다. 이를 shaker(NB-303, n-Biotech, Incheon, Korea)를 이용하여 200 rpm으로 4℃에서 2시간 동안 추출 한 후 여과한 것을 실험에 사용하였다. 여과액 1 mL와 증류 수 9 mL를 혼합하여 1 mL의 Folin & Ciocalteu's phenol reagent를 첨가한 후 실온 암실에서 5분간 방치한다. 그 후 7% sodium carbonate 10 mL과 증류수 4 mL을 첨가하여 총량을 25 mL으로 하였다. 이를 실온 암실에 2시간 동안 방치한 다음 분광광도계(UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였 으며, 총 페놀 함량은 g gallic acid equivalent(GAE)/kg dry weight(DW)로 나타내었다(22).

파프리카의 항산화 활성을 분석하기 위하여 각 포장용기 조건에서 저장기간에 따라 얻어진 파프리카를 액체질소를 이용하여 급속동결하였고 이를 동결건조하여 분말화하였 다. 건조시료를 80% 에탄올로 희석하고 균질기로 10,000 rpm에서 30초간 균질하였다. 이를 shaker를 이용하여 200 rpm으로 4℃에서 2시간 동안 추출한 후 여과한 것을 실험에 사용하였다.

2,2-diphenyl-1-picrylhydrazyl(DPPH) 라디컬 소거 활성 은 Blois(23)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 100 mL의 에탄올에 8 mg의 DPPH를 용해시켜 DPPH 원액을 제조하였다. 여과액 0.1 mL은 DPPH 용액(OD:1.000) 0.9 mL과 혼합하여 실온 암실에서 30분간 방치 후 분광광도계 (UV-1800, Shimadzu Corporation, Kyoto, Japan)를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였으며, 이를 g butylated hydroxyanisole equivalent(BHAE)/kg DW로 나타내었다.

2, 2'-a zino-bis( 3-ethylbe nzthiazoline-6-sulfonic acid)(ABTS) 라디컬 소거능은 Re 등(24)의 방법을 변형하 여 실험을 진행하였다. ABTS 용액은 7 mM ABTS diammonium salt와 2.45 mM potassium persulphate를 혼합 후 실온 암실에서 16시간 동안 방치하여 제조하였다. 여과 액 20 μL와 ABTS 용액 980 μL를 혼합 후 실온 암실에서 6분 동안 방치한 후 분광광도계를 이용하여 734 nm에서 흡광도를 측정하였다. ABTS 라디컬 소거능은 g ascorbic acid equivalent(AAE)/kg DW로 나타내었다.

FRAP(ferric ion reducing antioxidant power) 측정은 Benzie와 Strain(25)의 방법을 변형하여 실험을 진행하였다. 즉 300 mM sodium acetate buffer(pH 3.6)와 40 mM HCl로 용해시킨 10 mM trpydyltriazine(TPTZ), 20 mM FeCl₃·6H₂O 을 제조하였고, 이를 각각 10:1:1 (v/v/v) 비율로 혼합하여 FRAP 용액을 제조하였다. 여과액 50 μL 와 FRAP 용액 1.5 mL를 혼합 후 실온 암실에서 30분간 방치한 후 분광광 도계를 이용하여 593 nm에서 흡광도를 측정하였다. FRAP 환원력은 g Fe(Ⅱ)/kg DW로 나타내었다.

파프리카의 펙틴분해효소 활성을 알아보기 위하여, 시료 의 polygalacturonase(PG) 활성을 Srivastava과 Dwivedi(26) 의 방법으로 측정하였다. PG는 1 g의 분쇄한 시료에 cysteine-HCl(0.02 M), EDTA(0.02 M), Triton X-100(0.05%) 이 용해된 sodium phosphate buffer(0.02 M, pH 7.0) 10 mL를 넣은 후 균질기로 10,000 rpm에서 30초간 균질하였다. 이를 shaker를 이용하여 200 rpm으로 4℃에서 2시간 동안 추출한 후 이를 여과하여 효소용액으로 사용하였다. 기질용액은 0.02 M sodium acetate buffer(pH 4.5)에 1% polygalacturonic acid를 용해하여 사용하였다. 효소용액 0.15 mL와 기질용액 0.6 mL를 혼합하여 37℃에서 1시간 동안 반응시킨 후 100 mM sodium tetraborate decahydrate과 100 mM boric acid이 용해된 용액 2 mL과 1% cyanoacetamide 0.4 mL을 첨가하여 반응을 정지시켰다. 이를 100℃에서 10분간 가열하여 실온 에서 냉각한 후 276 mm에서 흡광도를 측정하여 D-galacturonic acid의 양을 측정하였다. 펙틴분해효소 활성 은 37℃에서 1분간 1 μmol의 D-galacturonic acid를 생성하는 것을 1 unit으로 하였다.

파프리카의 산화효소 활성을 알아보기 위하여, 과채류의 주요 산화효소인 polyphenol oxidase(PPO)와 peroxidase (POD) 활성을 측정하였고, 효소추출은 Eshghi 등(27)의 방 법을 변형하여 실험에 사용하였으며, 효소활성은 Terefe 등(28)의 방법을 참고하여 측정하였다. PPO와 POD의 추출 은 4% (w/v) poly(vinylpolypyrrolidone), 1% (w/v) Triton X-100, 1 M NaCl이 용해된 0.2 M sodium phosphate buffer(pH 6.5) 10 mL에 동결건조 시료 0.2 g을 가한 후 균질기로 10,000 rpm에서 30초간 균질하였다. 이를 shaker 를 이용하여 200 rpm으로 4℃에서 2시간 동안 추출한 후 이를 여과하여 효소용액으로 사용하였다. PPO 활성 측정시 사용되는 기질용액은 0.05 M sodium phosphate buffer(pH 6.5)에 0.07 M catechol를 용해하여 제조하였다. 효소용액 75 μL에 기질용액 3 mL를 첨가한 후 분광광도계의 kinetic mode를 이용하여 420 nm에서 10분 동안 흡광도의 변화를 측정하였다. POD 활성은 200 μL의 효소용액에 1.5 mL의 0.05 M sodium phosphate buffer(pH 6.5), 200 μL의 1% p-phenylenediamin이 용해된 0.05 M sodium phosphate buffer(pH 6.5), 200 μL의 1.5% hydrogen peroxide가 용해된 0.05 M sodium phosphate buffer(pH 6.5)를 첨가하여 분광광 도계의 kinetic mode를 이용하여 482 nm에서 10분 동안 흡광도의 변화를 측정하였다. 모든 추출용액과 기질용액은 분석 직전에 제조하여 사용하였고, 산화효소 활성 1 unit은 효소 추출액의 1분당 0.001의 흡광도의 변화인 U/g/min으 로 나타내었다.

실험 결과는 반복 실험하여 얻어진 평균±표준편차로 나 타내었고, 통계처리는 Window용 SAS 9.4 version(SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)을 이용하여 p<0.05 수준에서 분산분석(analysis of variance)을 실시하였으며, Duncan의 다중범위 검정법(Duncan's multiple range test)으로 유의성 을 검증하였다.

과채류의 유통 저장 중 중량감소는 증산과 호흡작용, 수 분증발에 의한 것이며, 이는 조직 연화와 같은 외형 변화를 일으켜 상품성 저하를 초래하는 주요 요소이다(29). 따라서 일반 골판지상자와 알루미늄(Al) 코팅한 골판지상자에 포 장 후 저장한 파프리카의 중량변화율을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 1과 같다. 저장 5일과 20일 후 일반 골판지상자 에 포장한 파프리카의 중량은 각각 6.73%와 24.81% 수준으 로 감소하였으며, Al 코팅 골판지상자에 포장한 파프리카 의 중량은 각각 0.46%와 2.90% 수준으로 감소하였다. 따라 서 저장기간 동안 일반 골판지상자에 포장한 파프리카의 중량손실이 매우 급격하게 일어난 것과 달리 Al 코팅 골판 지상자의 중량감소는 매우 적은 것으로 나타났다. Costa 등(30)은 과채류의 중량감소는 표면을 둘러싸고 있는 세포 막 조직의 변화를 나타내며, 이 세포막은 과실의 수분 감소 를 막고 호흡을 통한 가스교환을 조절하는 역할을 한다고 보고하였다. Jung 등(31)은 기체투과도가 낮은 포장재로 포장한 딸기의 경우 저장 중 외부로부터 공기의 유입을 막기 때문에 포장재 내부의 산소 농도가 매우 감소하고 호흡률이 낮아짐으로써 중량감소가 적게 일어난다고 보고 하였고, Kim과 Kim(32)은 알루미늄박으로 소엽과 박하를 포장했을 때 수분함량의 변화를 최소화시킬 수 있다고 보고 하였다. 또한, Moon(21)은 알루미늄박은 내기성 및 방습성 이 매우 우수하여 외부 환경과의 접촉을 차단시킨다고 보고 하였다. 결과적으로, 골판지상자 내측의 알루미늄 코팅은 내부공기의 확산과 외부공기의 유입을 차단시킴으로써 저 장 중 파프리카의 호흡에 의한 조직의 분해와 수분 증발을 효과적으로 방지할 수 있다고 생각된다. 또한 파프리카의 경우 상품성이 유지되는 중량감소 허용범위는 4% 수준으 로(33), 일반 골판지상자에 포장된 파프리카는 중량감소율 측면에서 저장 5일 만에 상품적 가치가 없었으며, Al 코팅 골판지상자에 포장한 파프리카의 경우 저장 20일 동안 적 합한 상품성을 유지하는 것으로 나타났다.

Fig. 1. Change in weight loss of paprika during storage at 25℃, under corrugated packaging or Al-coated corrugated packaging.

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유통 저장 중 파프리카의 신선도를 평가하는 물리적 방 법 중 대표적으로 과육의 경도를 측정할 수 있으며, 이는 저장성에 큰 영향을 주는 것으로 알려져 있다(18). 따라서 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판지상자에 포장 후 저장한 파프리카의 경도를 측정하였으며, 그 결과는 Fig 2와 같다. 수확 직후 파프리카의 경도는 405.55 g이었으며, 저장 15일 후 일반 골판지상자와 Al 코팅된 골판지상자에 포장된 파 프리카의 경도는 각각 253.03 g, 342.04 g 수준으로 나타났 고, 대조구와 처리구 모두 저장기간이 길어질수록 경도가 감소하는 경향을 보였다. 이와 같이 저장 중 일어나는 과채 류의 경도 저하의 주원인은 수확 후 계속되는 호흡작용에 의한 세포벽 분해효소인 polygalacturonase의 작용과 β -galactosidase의 분해에 따른 세포벽 구성성분들의 변화 및 세포벽 파괴에 의한 것으로 알려져 있다(34). 또한 모든 저장기간 동안 Al 코팅 골판지상자에 포장된 파프리카는 일반 골판지상자에 포장된 파프리카 보다 높은 경도를 가지 는 것으로 나타났으며, 저장 5일에서 15일 동안 경도의 유의 적 감소가 없었다. Choi 등(9)은 기체투과도가 낮은 포장재 로 파프리카를 포장 후 저장하였을 때 그것의 호흡작용에 의해 내부 산소 농도가 낮아지고 이산화탄소 농도가 높아졌 으며, 이에 따라 낮아진 호흡률에 의해 중량손실은 적었으 며, 경도는 높게 유지된다고 보고하였다. 따라서 Al 코팅은 외부의 기체투과도를 감소시켜 호흡작용을 저해시킴으로 써 파프리카의 세포벽 파괴를 방지하여 경도가 상대적으로 높게 유지되는 것으로 생각된다.

Fig. 2. Change in hardness of paprika during storage at 25℃, under corrugated packaging or Al-coated corrugated packaging.

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파프리카는 카로티노이드, 비타민C, 토코페롤, 페놀화합 물와 같은 파이토케미컬이 풍부하게 함유되어 있으며, 이 로 인한 높은 항산화능으로 인해 고품질 작물로 알려져 있다(3-7). 따라서 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판지상자 에 포장 후 저장기간 동안 파프리카의 총 페놀 함량 및 항산화 활성을 측정하였으며, 그 결과는 Fig. 3과 같다. 모든 저장기간 동안에 총 페놀 함량 및 항산화 활성 측정 결과에 서 Al 코팅 골판지상자에 포장된 파프리카는 일반 골판지 상자에 포장된 파프리카보다 높은 함량 및 활성을 가지는 것으로 나타났다. 특히, 저장 15일 후 골판지상자 내부에 Al을 코팅함으로써 파프리카의 총 페놀 함량, DPPH 라디컬 소거능, ABTS 라디컬 소거능, FRAP 결과 값이 일반 골판지 상자에 비해 각각 2.44, 2.82, 3.16, 2.79배 상승한 것으로 나타났다. Fernandez-Leon 등(35)과 Oliveira 등(36)은 호흡 작용을 하는 과채류의 경우 기체투과도가 낮은 포장재를 이용하여 포장 및 저장했을 때 더 높은 총 페놀 함량과 항산화 활성을 유지할 수 있고, 이에 따라 유통기한 연장에 효과적이라고 보고하였다. Hu 등(37)은 외부로부터의 수분 투과와 산소 유입을 방지할 수 있는 포장재로 포장된 키위 는 일반 포장된 키위보다 저장기간 동안 높은 총 페놀 함량 을 유지하였다고 보고하였다.

Fig. 3. Changes in total phenolic content (A), DPPH radical scavenging activity (B), FRAP assay (C), and ABTS radical scavenging activity (D) of paprika during storage at 25℃, under corrugated packaging or Al-coated corrugated packaging.

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저장기간에 따라 총 페놀 함량 및 항산화 활성이 감소하 는 일반 골판지상자와 달리, Al 코팅 골판지상자에 포장된 파프리카의 총 페놀 함량 및 항산화 활성은 저장 10일 이후 부터 다소 감소하는 경향을 가지는 것으로 나타났다. 반면, 10일까지의 저장기간 동안에는 총 페놀 함량과 ABTS 라디 컬 소거능은 증가하였으나, DPPH 라디컬 소거능은 다소 감소하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 ABTS 분석법의 경우 수용성과 지용성 항산화제의 활성을 모두 측정할 수 있지만, DPPH 분석법은 수용성 항산화제 분석에 제한적인 측정방법으로 알려져 있다(38). 따라서 저장 10일 동안 파프 리카 내의 지용성 항산화 물질은 다소 감소하지만 폴리페놀 화합물과 수용성 항산화 물질은 증가한 것으로 추측된다. Raffo 등(39)은 8℃에서 저장한 적색계 파프리카는 성숙이 진행됨에 따라 6일까지 총 플라보노이드 함량이 증가하였 고, 6일 이후에 함량이 감소했다고 보고하였다. Cha 등(40) 은 미숙과에서 완숙과로 성숙하면서 총 폴리페놀 화합물이 증가한다고 보고하였으며, 이러한 결과는 성숙 과정 동안 에 과실의 2차 대사산물의 생성에 의한 것으로 생각된다. 또한 Wilkinson 등(41)은 계속되는 과실의 성숙은 과실내의 페놀화합물이 다른 물질과 결합하여 페놀과는 형태가 다른 물질로 과실 내에 축적되었기 때문이라고 보고하였다. 결 과적으로 골판지상자 내부의 Al 코팅은 파프리카의 총 페 놀 함량 및 항산화 활성이 감소되는 것을 저해함으로써 저장 유통 동안의 영양적 가치를 유지시키는 것에 이바지할 수 있을 것이라 생각된다.

파프리카의 숙성과 저장 중에 세포벽 분해효소인 polygalacturonase(PG)의 활성이 증가하고, 세포벽이 분해 되어 조직 연화가 일어나게 된다(42). 따라서 일반 골판지상 자와 Al 코팅 골판지상자에 포장 후 저장기간 동안 파프리 카의 PG 활성을 측정하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 대조구와 처리구 모두 저장기간에 따라 PG 활성이 증가하 는 것으로 나타났으며, 저장기간 동안에 일반 골판지상자 에 포장한 파프리카는 Al 코팅 골판지상자에 포장한 파프 리카보다 더 높은 PG 활성을 가지는 것으로 나타났다. 이와 유사한 연구결과로, Nakhasi 등(43)은 토마토를 기체투과성 이 낮은 polymeric film으로 포장했을 때 낮은 산소 농도로 인하여 PG activity가 저해되며, 따라서 중량감소와 경도의 저하를 지연시킬 수 있다고 보고하였다. 따라서 골판지상 자 내부의 Al 코팅은 그것의 높은 방습성과 낮은 기체투과 성을 부여함으로써, 파프리카의 PG 활성을 저해시키고 조 직 연화를 억제하여 경도를 높게 유지시키는 것으로 판단된 다. 또한 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판지상자에 저장한 파프리카의 PG 활성은 각각 저장 5일과 20일에서 가장 크게 증가한 것으로 나타났고, 이는 조직 연화가 가장 현저 히 진행된 시기로 경도의 감소와 일치하는 결과(Fig. 2)를 발견할 수 있었다.

과채류의 polyphenol oxidase(PPO)와 peroxidase(POD)는 산소 존재 하에서 페놀 화합물을 산화를 유도하는 대표적인 산화효소이다(44). 따라서 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판 지상자에 포장 후 저장기간 동안 파프리카의 PPO 활성 및 POD 활성을 측정하였으며, 그 결과는 Table 1과 같다. 일반 골판지상자와 Al 코팅 골판지상자에 포장한 파프리카 모두 저장 15일까지 산화효소 활성이 증가하였고, 저장 20 일에 활성이 감소하는 경향을 보였다. 또한 Al 코팅 골판지 상자에 포장한 파프리카가 일반 골판지상자에 포장한 파프 리카보다 저장기간 동안 더 낮은 활성을 가지는 것으로 나타났다. Hu 등(37)은 외부로부터의 수분 투과와 산소 유 입을 방지할 수 있는 포장재를 이용하여 PPO 활성을 저해 함에 따라 페놀릭 화합물을의 산화를 방지함으로써 수확 후 저장 동안의 키위의 품질을 비교적 높게 유지할 수 있다 고 보고하였다. 또한 Marsh와 Bugusu(45)은 알루미늄은 외 부로부터 공기, 빛, 수분을 차단할 수 있는 우수한 포장재로 식품산업에 많이 활용되고 있다고 보고하였다. 결과적으 로, 골판지상자 내부에 Al 코팅은 파프리카의 산화효소인 PPO와 POD 활성을 저해시켜 저장 중 더 높은 총 페놀 함량 및 항산화 활성을 유지하는데 도움을 주는 것으로 생각된다(Fig. 3).