I.서 론
토마토는 90% 정도가 수분으로 이루어져 있으며, 카로틴, 비타민 C, A, B1, B2, 니아신, B6, K, M (folic acid) 와 rutin 등과 같은 플라보노이드를 다량 함유 하고 있는 영양가 높은 과채류이다(Kim et al. 2010). 또한 대표적인 climatic 과채류로서, 다른 과채류에 비해 연화 및 부패가 빨리 진행 되는 편이기 때문에 수확 후 품질 저하가 급격히 진행된다. 그로 인해 유통 시 물리적 장해가 쉽게 발생하며, 태좌가 과 육에서 분리되어 상품성이 낮아지게 된다. 따라서 토마토는 생산지로부터 최종 소비자에게 도달하기까지 안정적인 품질 유지로 상품성을 유지하는 것이 매우 중요하며, 재배업자들 은 유통 시 최종 소비 단계까지의 물리적, 시간적 거리를 고 려하여 완숙 단계 이전인 mature green 또는 turning 단계에 서 수확하고 있다(Choi et al. 2013). 더불어 이러한 품질 저 하를 막기 위해서는 포장이 필수적이다.
과채류의 신선도를 유지하기 위한 저장 방법은 controlled atmosphere (CA) 저장, 저온저장, 감압저장, modified atmosphere (MA) 저장 등 여러 가지 방법이 있다. 이 중 CA 저장은 가장 장기간 신선도를 유지할 수 있는 방법으로 일부 선진국 국가에서 실용화 되어 있으나 경제성이 떨어져 우리나라에서는 plastic film 포장에 의한 포장 용기내의 초 기 기체를 조절하여 저장하는 MA 저장이 더 활발히 연구되 고 실용화 되는 추세이다(Jung et al. 1995).
선진국들은 이미 수확 후 과채류의 품질 저하를 일으키는 요인들을 억제하는 기능성 포장재의 개발 및 처리기술이 상 용화 되었으며, 국내에서도 이러한 기능성 포장재의 연구가 활발히 진행되고 있다(Lee at al. 2011). Jeong et al.(2003) 의 숯을 이용한 연구, Lee et al.(2011)의 천연 항균 물질을 미세천공필름에 적용한 연구, Chung et al.(2013)의 UV 차 단 및 에틸렌 흡착 기능을 가진 필름을 적용한 연구 등 다양 한 소재를 이용한 기능성 포장재의 개발이 보고되고 있다.
허브식물 정유는 고기능 원예 산물로서 다양한 생리활성 기능이 알려져 있으며, 수율이 0.01~10% 수준이고 독특한 효능 때문에 국제적으로 상업적 가치가 매우 높다(Park 2007). 정유는 단순히 향미 기능 외에도 항균작용, 방충작용, 생체리듬 조절 작용, 생리활성 작용 등의 다양한 기능을 갖 고 있으며(Park 2007), 우리나라에서도 이러한 자원식물의 기능성 정유 성분을 이용한 산업화 연구가 시도되고 있다 (Chung et al. 2003). 특히 식품 및 화장품 업계에서는 천연 향신료, 천연 방부제 및 감미료가 갖는 항균작용과 항산화 활성에 관한 연구에 관심이 집중되면서 천연 항균제와 항산 화제로서 식물성 정유를 이용하려는 시도가 이루어지고 있 다(Deans et al. 1993). 그중 강화 사자발쑥은 국화과 다년초 로 지하경은 옆으로 뻗어있고, 줄기는 총생하며 높이는 60~ 120 cm, 꽃은 7~10월에 연한 홍자색으로 피는 식물로, 잎줄 기는 약용, 어린잎은 식용, 성숙한 잎은 뜸쑥용으로 쓰이고 있다(Lee 1998). 한방에서는 소염제, 진통제, 강심제, 진해제 및 흡입제 등으로 이용되어 왔으며 주요 약리작용으로는 항 균작용이 알려져 있다(Oh et al. 1997).
따라서 본 연구에서는 정유를 첨가한 기능성 필름으로 포 장한 토마토의 품질효과 분석을 위하여 사자발쑥을 정유추 출하고, 정유에 대한 항산화활성을 분석한 후 이를 함유한 기능성 필름을 제조하여 토마토를 포장하고, 저장 중 품질변 화를 조사하고자 하였다.
II.연구 내용 및 방법
1.실험재료
저장 시 실험에 사용된 토마토는 2015년 4월경 경남 사천 시 농가에서 재배된 미숙에서 완숙으로 가는 중간 단계의 상 태로 구입하였으며 크기와 색이 균일한 것을 선택하였다. 기 능성 필름에 사용한 쑥은 강화 청정지역에서 재배한 강화 사 자발쑥(Artemisia Princeps Pampanini)을 3년간 숙성 시킨 것을 구입하였으며, clavenger-type apparatus (Hanil Labtech Ltd., Incheon, Korea)에 3차 증류수와 건쑥 500 g을 넣고, 9 시간 동안 수증기 증류법으로 추출하여 사자발쑥 정유를 얻 었다. 추출된 사자발쑥 정유는 PVA (Poly Vinyl Alcohol)와 증류수를 base로 한 필름 제조액에 0.5, 1, 2%로 희석되어 저장실험에 이용되었다.
2.정유의 항산화 활성
1)총 페놀 함량 측정
사자발쑥 정유의 총 페놀 함량은 Folin-Ciocalteu phenol reagent가 정유의 페놀 화합물에 의해 환원된 결과 몰리브덴 청색으로 발색하는 것을 원리로 분석하였다(Dewanto et al. 2002). 정유 70 μL에 Folin-Ciocalteu reagent 70 μL를 가한 후 3분간 방치한다. 2% Na2CO3를 70 μL 추가로 가하고 1 시간 정도 암소에서 실온 반응을 한 후, 760 nm에서 흡광도 를 측정하였다. 표준물질로는 gallic acid (Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)를 사용하여 시료와 동일한 방법 으로 분석하여 얻은 검량선으로부터 총 페놀 함량을 산출하 였다. 실험은 3회 반복 수행하여 평균값을 제시하였다.
2)DPPH radical 소거능
1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl (DPPH) 는 자체가 매우 안 정한 free radical로서 517 nm에서 매우 특징적인 광흡수를 나타내는 보라색 화합물이다(Heo at al. 2006). 농도별 정유 100 μL에 0.1 mM DPPH용액을 100 μL가하여 잘 혼합하고, 암소에서 30분간 방치한 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였 다. DPPH radical 소거활성 비율(% inhibition)은 다음과 같 은 식에 의하여 계산하였다.
3)ABTS radical 소거능
ABTS radical 소거능 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline- 6-sulfonic acid) (ABTS)와 potassium persulfate을 혼합하여 암소에 두면 ABTS 양이온이 생성되는데 추출물의 항산화 물질과 반응하여 양이온이 소거됨으로써 특유의 청록색이 탈 색되며 이의 흡광도를 측정하여 항산화 능력을 측정할 수 있 다(Re et al. 1999). 7.4mM ABTS 용액과 2.6mM potassium persulfate을 혼합하여 암소에서 약 24시간 반응시킨 후 732 nm에서 흡광도가 0.7±0.03가 되도록 phosphate buffer saline (pH 7.4)으로 희석하여 사용하였다. 희석한 용액 190 μL에 농도별로 조제한 시료 10 μL를 첨가하여 잘 혼합하고 실온 에 10분간 방치한 다음 732 nm에서 흡광도를 측정하였다. 결 과 값은 시료를 첨가하지 않은 대조군과 비교하여 라디칼의 제거활성으로 나타내었다.
3.토마토의 저장성 평가
1)포장 및 저장
포장 필름으로는 polypropylene (PP) 필름을 20×30 cm, 30 μm 크기로 절단한 후, 필름 사이에 1 and 2%로 희석한 사자발쑥 정유를 적용하여 코팅기(HSH-1201N, Royal Sovereign, USA)로 열접착 하였다. 토마토는 색도와 크기가 균일한 것을 선별하여 4개씩 22×19 cm의 골판지 박스에 담 았으며, 필름을 박스위에 씌운 후, 상온에서 10일간 저장 하 면서 품질변화를 관찰하였다.
2)중량감소율
토마토의 저장 중 중량감소율은 저장 초기의 중량에 대한 감소량을 백분율로 환산하여 표시하였다.
3)pH 및 가용성 고형분 함량
pH는 과육 부분을 blender로 마쇄한 즙액을 거즈로 여과하 여 pH meter (TitroLine easy, SCHOTT Instruments GmbH, Germany)로 pH를 측정하였고, 가용성 고형분 함량은 여과 한 액을 디지털 당도계(HI 96801, Hanna Instruments, Inc., Korea)를 이용하여 측정하고 °Brix 단위로 나타내었다. 한 시 료 당 각각 3회 반복 측정한 후 평균값을 내어 나타내었다.
4)표면색
저장 중의 토마토 표면의 색의 변화는 표준백판(L=97.40, a= −0.49, b=1.96)으로 보정된 chromameter (CR-400, Konica Minolta Co., Japan)를 이용하여 측정하였으며 시료 당 부위 별 1회씩 총 3회 반복 측정한 후 평균값으로 나타내었다.
4.통계처리
모든 실험은 3회 반복으로 행하였으며, 평균치 간의 유의 성은 SPSS system (Statistical Package for Social Scien-ces, SPSS Inc., Chicago, IL, USA) software package (version 19)을 이용하여 p<0.05 수준으로 Duncan’s multiple range test에 이하여 검정하였으며, 사자발쑥 정유의 농도별 활성차 이에 대한 유의성을 검증하였다.
III.결과 및 고찰
1.정유의 항산화 활성
기능성 필름 적용으로 인한 토마토의 품질유지효과를 알 아보기 위하여 기능성 소재로 사용한 사자발쑥 정유에 대한 항산화 활성을 먼저 분석하였으며 그 결과는 다음과 같다.
1)총 페놀 함량
사자발쑥 정유의 총 페놀 함량을 측정한 결과는 <Table 1>와 같다. 식품속의 페놀류는 높은 항산화 활성을 가지고 있는 생리활성물질 중의 하나로 알려져 있다(Joung et al. 2007) 사자발쑥 정유의 총 페놀 함량은 0.1 mg/mL에서 0.78 mg/g, 0.5 mg/mL에서 4.91 mg/g, 1 mg/mL에서 9.17 mg/g, 5mg/mL에서 51.97 mg/g, 10 mg/mL에서 74.32 mg/g으로 농도에 의존적으로 그 함량이 증가하였다.
2)DPPH 및 ABTS radical 소거능 변화
시료의 DPPH radical 소거능력은 DPPH를 DPPH-H형태 로 환원 시 수소원자나 전자를 공여하는 정유의 능력을 분 광분석학적 방법으로 측정한다(Park et al. 2008). DPPH는 매우 안정한 free radical로 517 nm에서 특징적인 광흡수를 나타내는 보라색 화합물이며, 알코올 등의 유기용매에서 매 우 안정하다. 따라서 다양한 천연소재로부터 항산화 활성을 검색하는데 DPPH가 주로 사용되고 있다(Lee 2005). 본 연 구에서는 사자발쑥 정유의 농도별 DPPH radical 소거능을 조사하였으며 결과는 <Figure 1>과 같다. 0.1, 0.5, 5 및 10 mg/mL에서 각각 7.40, 21.54, 36.73, 64.18 및 74.82 % 의 활성을 보였다. 즉, DPPH radical 소거능은 사자발쑥 정유의 농도가 증가할수록 높아졌으며, 각 농도별 값은 유의적으로 차이가 있었다(p<0.05).
ABTS는 비교적 안정한 free radical이며(Cho et al. 2008), lipophilic 또는 hydorphilic 항산화 물질의 측정에 적 용 가능한 방법이다(Lee et al. 2012). ABTS radical 소거활 성법은 ABTS와 potassium persulfate를 암소에 방치하여 ABTS 이 생성되면 사자발쑥 정유의 항산화 활성에 의해 ABTS이 소거되면서 radical 특유의 색인 청록색이 탈색되는 데 이를 흡광도 값으로 나타내어 정유의 ABTS 소거 활성을 측정할 수 있다(Kim et al. 2009). 사자발쑥 정유의 ABTS radical 소거능은 <Figure 2>와 같다. 0.1, 0.5, 5 및 10 mg/mL에서 각각 0.99, 9.23, 23.59, 64.89 및 82.87%의 활 성을 보였으며, DPPH radical 소거능과 같이 농도 의존적으 로 높아지는 것을 볼 수 있다(p<0.05).
DPPH 및 ABTS radical의 소거활성은 페놀류나 플라보노 이드 물질에 기인하여 항산화 활성을 나타내는 것으로 볼 때 (Kang et al. 1996), 정유가 농도 의존적으로 항산화활성을 띠는 것도 이에 함유된 총 페놀 함량이 농도 의존적으로 증 가하는 것에 기인한다고 판단된다.
2.토마토의 저장성 평가
1)외관 변화 및 중량감소율
저장 초기 및 저장 10일 후의 토마토 외관 변화를 <Figure 3>에 나타내었다. 저장 10일째에 붉은색이 많아지긴 했으나 정유 처리 유무에 따른 토마토 외관의 뚜렷한 차이 는 없었다.
저장 기간 중 토마토의 중량 감소율은 <Figure 4>와 같이 사자발쑥 정유를 첨가한 필름으로 처리한 토마토의 중량 감 소율은 포장을 하지 않은 토마토와 일반 PP 필름으로 처리 한 토마토에 비해 증가율이 낮았으며, 사자발쑥 정유 처리구 중 1%의 정유를 함유한 필름의 수분 감소율이 가장 낮았다. 일반적으로 과채류 저장 중 중량의 감소는 대부분이 호흡과 증산작용으로 인한 수분 손실 이라고 알려져 있으며, 과실의 상품적 가치에 대한 중량 감소율의 한계를 5%로 보고 있다 (Park et al. 2006). 이것을 기준으로 볼 때 포장을 하지 않 은 토마토는 9일이 저장 한계로 판단되며, 1 and 2% 정유를 함유한 필름으로 처리한 토마토는 저장 10일 째에도 수분 감 소율이 각각 4.00, 4.09%인 것으로 보아 사자발쑥 정유 추 출물로 만든 필름의 적용 시 저장기간을 증대시킴을 알 수 있었다.
2)pH 및 가용성 고형물 변화
사자발쑥 정유 처리 필름의 유무 및 농도에 따른 토마토 는 pH 변화는 <Figure 5>와 같다. 필름을 덮지 않은 토마토 의 경우 포장 직후의 pH가 4.00에서 저장 10일째 4.32 로 나타났으며, 정유를 처리하지 않은 일반 PP 필름의 토마토 의 pH는 포장 직후 4.23에서 10일째에 4.29로 증가하였다. 사자발쑥 정유를 1% 함유한 필름을 적용한 토마토의 경우, 포장 직후의 pH가 4.16에서 10일째 4.23으로 나타났으며, 2% 사자발쑥 정유 필름을 적용한 토마토의 경우는 포장 당 일 pH 4.07에서 10일째에 4.19로 증가하였다. 즉, 토마토의 저장 기간이 길어질수록 pH가 증가하나 변화폭은 적었다. pH의 경우, 필름을 씌우지 않은 토마토가 변화폭이 가장 컸 으나 필름을 씌우고 저장 한 경우는 사자발쑥 정유의 유무 에 관계없이 10일 후의 pH 변화폭이 적었다.
저장 기간에 따른 가용성 고형물의 변화는 <Table 2>와 같다. 실험에 사용된 모든 토마토의 가용성 고형물 함량의 전반적인 변화 추세를 보면 포장 직후에는 4.14~4.33°Brix이 었으나 저장 10일에는 4.17~4.50°Brix로 증가하였으며, 각 처 리구별로 저장 직후와 종료 시점 간에 유의 차이는 없었다 (p<0.05). 이 결과는 토마토의 초기 가용성 고형물이 4.20 °Brix에서 저장 기간이 증가함에 따라 4.30~4.70°Brix까지 증 가한다는 Moon et al.(1992)의 결과와 유사하였다. 저장 기 간이 증가함에 따라 가용성 고형분 함량이 증가하는 것은 수 분 함량이 감소함에 따른 결과인 것으로 판단된다(Park et al. 2004). 특히, 2% 사자발쑥 정유 필름을 적용한 토마토의 경우, 포장 직후의 가용성 고형분 함랑은 4.14°Brix였고, 저 장 10일째는 4.17°Brix였다. 이는 필름을 씌우지 않은 토마 토의 증가 폭에 비해 낮았고, 필름을 처리한 토마토들 중에 서도 가장 적은 증가율을 보였다.
3)표면색
색 변화는 과채류의 저장 수명과 숙성의 정도를 나타내는 중요한 지표이다. 색 을 나타내는 값들 중 토마토에 숙성에 따른 과피의 적색도 변화에 초점을 맞추어, 토마토의 a값을 측정하여 <Figure 6>과 같이 나타내었다. 저장 기간이 증가 함에 따라 토마토의 a값은 포장재의 사자발쑥 정유 처리의 유무에 관계없이 증가하는 것을 볼 수 있었다. 그러나 사자 발쑥 정유를 처리하지 않은 토마토의 초기 a값 증가가 정유 를 처리한 토마토에 비해 높은 것을 볼 수 있었고, 전체 저 장 기간 동안에도 사자발쑥 정유를 첨가한 토마토가 정유를 첨가하지 않은 토마토에 비해 a값이 낮은 것을 볼 수 있었 다. 특히 2% 사자발쑥 정유를 처리한 토마토에서 그 값이 가장 낮았다. 토마토 과피의 색 변화는 lycopene 색소의 발 현에 의한 것으로 저장 중 토마토의 호흡률 및 ethylene 생 성량의 증가와 관련하여 lycopene의 발현이 유도되는 것으 로 알려져 있는데(Kader 1985), 본 실험을 통해서 사자발쑥 의 정유 추출물이 토마토의 호흡률 및 ethylene 발생을 다소 억제하여 숙성을 지연시킴으로써 토마토의 적색도 변화의 지 연 및 저장성 향상에 영향을 주었다고 사료된다.
IV.요약 및 결론
사자발쑥 정유를 적용한 기능성 필름이 토마토의 저장성 에 미치는 영향을 분석하기 위하여 본 연구를 수행하였다. 사자발쑥 정유의 기능성을 알아보기 위하여 총 폴리페놀 함 량 및 항산화 활성을 분석 하였고, 저장 중 토마토의 품질변 화를 관찰하기 위하여 외관변화, 중량감소율, 가용성 고형분 함량, pH, a값을 조사하였다. 정유의 총 폴리페놀 함량은 농 도 의존적으로 증가하였으며, DPPH· ABTS radical 소거능 도 사자발쑥 정유의 농도가 높아짐에 따라 증가하였다. 토마 토의 외관변화는 첫째 날에 비해 10일째에 붉은색이 많아졌 지만 정유를 처리한 것과 처리하지 않은 것 사이에 육안상 의 큰 변화는 없었다. 중량감소율은 1% 사자발쑥 정유를 적 용한 필름의 토마토에서 가장 낮았으며, 가용성 고형분 함량 은 저장 기간에 비례하여 증가하였다. pH는 사자발쑥 정유 를 적용한 토마토보다 적용하지 않은 토마토에서 저장 기간 중 pH 변화의 정도가 가장 컸다. a값은 사자발쑥 정유 처리 유무에 관계없이 모든 실험군에서 증가를 하였으나, 저장 기 간 종료 시점인 10일째의 a값이 정유를 적용한 필름이 그렇 지 않은 필름보다 더 낮았다. 즉, 사자발쑥 정유를 토마토 저 장용 필름에 적용했을 때, 토마토의 품질 유지에 효과가 있 다고 여겨진다.
