The Korean Journal of Food and Cookery Science
pISSN 2287-1780 l eISSN 2287-1772 l KOREAN

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Korean Journal of Food & Cookery Science - Vol. 33 , No. 5

[ Article ]
Korean Journal of Food & Cookery Science - Vol. 33, No. 4, pp.387-394
ISSN: 2287-1780 (Print) 2287-1772 (Online)
Print publication date 31 Aug 2017
Received 17 Jun 2017 Revised 20 Jul 2017 Accepted 21 Jul 2017
DOI: https://doi.org/10.9724/kfcs.2017.33.4.387

초음파처리가 주스용 과일과 채소의 물리적·기능적 특성에 미치는 영향
정소희 ; 박희전 ; 신말식1 ; 박철수1 ; 송지영
(재)베리&바이오식품연구소
1전남대학교

Effects of Ultrasonication Treatment on Physical and Functional Characteristics of Fruits and Vegetables for Juice Production
Sohee Jeong ; Heejeon Park ; Malshick Shin1 ; Chul Su Park1 ; Ji-Young Song
Berry&Biofood Research Institute, Jeonbuk 56417, Korea
1Chonnam National University, Gwangju 61186, Korea
Correspondence to : Ji-Young Song, Berry&Biofood Research Institute 558, Bokbunja-ro, Gochang-gun, Jeonbuk 56417, Korea Tel: +82-63-560-5151, Fax: +82-63-560-6680, E-mail: jysongg@naver.com


© 2017 Korean Society of Food and Cookery Science
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Abstract
Purpose

The purpose of this study was to investigate the effects of ultrasonication treatment on the physical and functional characteristics of fruits and vegetables.

Methods

Ultrasonicaton treatment was carried out on samples for 1 hr, and physical and functional properties of fruits and vegetables were measured,

Results

The particle sizes of apples, tomatoes, and cabbages were reduced, whereas insoluble and total dietary fiber contents increased upon ultrasonication. Especially, TDF contents of cabbage increased from 26.59 to 40.81%, and swelling, oil-binding capacity, and glucose adsorption capacity likewise increased.

Conclusion

These results suggest that ultrasonication treatment is useful in the production of fruit and vegetable juices.


Keywords: dietary fiber, ultrasonication, physical and functional property, vegetable, fruit

Ⅰ. 서 론

최근 풍요로운 식품공급과 식품산업의 급격한 발달, 외식문화의 확산으로 식생활의 서구화가 초래되었고 우리 국민의 영양문제와 질병양상이 선진국형으로 변화되었다. 비만, 당뇨병, 변비, 대장암 등 같은 생활 습관병이 사회적인 문제로 대두되고 있으며 식이섬유의 섭취가 생활 습관병의 예방과 치료에 중요한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Lee HS 1997). 식이섬유는 체내 효소에 의해서 가수분해 되지 않는 동식물성 다당류와 lignin으로 정의되며(Trowell HC 등 1976) 종류에는 셀룰로오스, 헤미셀룰로오스, 펙틴, 하이드로콜로이드, β-글루칸이 있으며, 최근에는 저항전분, 난소화성 올리고당 등을 식이섬유의 범주로 포함하고 있다(Southgate DAT 1995, Mudgil D & Barak S 2013).

식이섬유는 물리화학적인 성질에 따라 수용성과 불용성으로 분류하며, 수분과 지방, 당질 등 기타 성분을 흡착하는 성질을 지니고 있어 당뇨병, 심장 및 순환계 질환 예방, 중금속 배출 등의 효과를 갖는 것으로 알려져 있고, 점성, 수분 보유력, 용해성, 겔 형성능력 같은 이화학적 특성으로 인해 식품의 질감에도 중요한 영향을 줄 수 있다(Vahouny GV 1982, Flourie B 등 1984, Hong Y 등 2012, Mandimica T 등 2012, Mudgil D & Barak S 2013). 또한 식이섬유는 식품의 풍미뿐 아니라 인체 내에서 영양 성분의 흡수, 대장 활동, 심혈관계질환 등에 직간접적으로 영향을 미치는 것으로 알려져 있으며 최근까지도 식이섬유의 기능 연구가 활발하게 이루어지고 있다(Wilson JN 등 1984, Yeon SY 등 2016).

식품 중의 식이섬유는 발아, 건조, 조리 등 처리 방법에 따라 총 식이섬유, 불용성 식이섬유 및 수용성 식이섬유의 함량이 달라질 수 있으며(Kye SK 1995, Lee MH 등 1995, Seo WK & Kim YA 1995, Jin TY 등 2006), 식이섬유 조성 변화에 따라 보수력 및 oil 흡착력 등 물리적 특성이 달라지고 기능성도 달라졌다(Zhang X 등 2005, Zhang M 등 2011, Kim CH & Ryu GH 2013).

최근 유행하는 해독주스라고 불리는 주스 제품들은 과일과 삶은 채소를 분쇄하여 제조되고 있으며, 성분을 조사해보면 과일과 채소의 식이섬유의 기능성을 기대하는 제품으로 판단되는 과일과 채소주스라고 할 수 있다. 그러나 대부분 제품이 여과없이 제조되어 입자크기가 크고 불균일한 상태로 고형 침전물의 양이 많아 유통과정에서 음료의 품질 저하가 우려된다.

초음파처리는 초음파 진동에 의한 공동현상(caviation)에 의해 매우 큰 에너지를 발생시키고 국부 온도 상승으로 인해 주위에 위치하는 입자들의 운동에너지를 크게 하기 때문에 반응에 필요한 충분한 에너지를 얻게 된다. 또한 초음파 에너지의 충격효과로 높은 압력을 유도하여 혼합효과를 높여주므로(Chung KW 등 2000), 식품산업에서 물질의 추출(Nam YM 등 2016), 미생물 사멸(Kim SR 등 2012) 등의 목적으로 사용되고 있으며, 알코올 발효 시 호화 및 당화 속도를 개선하기 위해 무증자 분쇄 백미의 알코올 발효(Lee YJ & Kang ST 2012)에 이용하고자 하는 연구도 이루어졌다.

γ-카라기난의 저분자화(Kim SM 등 1999)와 필름 형성용액의 고분자 분쇄(Yang HJ 등 2011)에 초음파처리를 이용하는 연구 결과에 따르면 초음파 처리가 분자크기를 감소시키므로 과일 및 채소 주스 제조시에도 초음파 처리를 이용하면 입자크기를 감소시켜 음료의 물성을 개선시킬 수 있을 것으로 생각되었다. 또한 초음파 처리에 의한 가열 및 분쇄효과로 인해 구조변화가 일어날 경우 식이섬유의 함량(Seo WK & Kim YA 1995)과 수분흡수력 등과 같은 기능성(Peerajit P 등 2012)에도 영향을 줄 수 있을 것으로 기대하였다.

따라서 본 연구에서는 영양소의 과잉섭취로 인한 성인병 발생을 예방하기 위해 식이섬유 섭취량과 기능성을 증가시킬 목적으로 과일 및 채소류의 주스 제조 시 초음파 처리를 이용하는 방안을 검토하고 초음파 처리가 식이섬유의 특성에 미치는 영향을 조사하고자 하였다.


Ⅱ. 재료 및 방법
1. 실험재료

초음파 처리에 의한 식이섬유 함량과 특성의 변화를 조사하기 위해 사용한 과일 및 채소는 시중에 판매되는 과일과 채소주스에 많이 사용되고 있는 사과(Malus pumila), 토마토(Solanum lycopersicum), 단호박(Cucurbia maxima Lam.)과 양배추(Brassica oleracea)를 선정하였고 채소류의 맛과 향을 보완해주기 위해 예비실험을 통해 적포도(Vitis labrusca)와 귤(Citrus unshiu)을 선정하였으며, 고창군 농협에서 구입하여 실험에 사용하였다.

2. 과일 및 채소의 초음파처리

6종류의 과일 및 채소류를 초음파 처리하기 위해 분쇄기(DA-3000A, Daesung Artron, Paju, Korea)로 분쇄한 후 분쇄액과 증류수를 1:1의 비율로 혼합하고 sonicator (B8510E-DTH, Branson, Fall River, MA, USA)를 이용하여 40°C에서 1시간 동안 처리한 후 액상시료 형태로 입도, 색도 및 점도를 측정하였다. 초음파 처리된 시료의 식이섬유 함량 등과 같은 특성조사를 위해 동결건조 후 분쇄하여 실험에 사용하였다.

3. 입도 분석

6종의 과일 및 채소류를 분쇄기로 분쇄한 시료와 분쇄 후 초음파 처리한 시료의 입자 분포 양상을 측정하기 위해 입도분석기(HELOS/RODOS&SUCELL, Sympatec GmbH, Clausthal-Zellerfeld, Germany)를 사용하여 0.5에서 3,500 μm까지 입자 크기(particle size)를 측정하였다. 입도 분포는 최소 입자(×10, 10%), 중간 입자(×50, 50%), 최대 입자(×90, 90%)를 측정하여 표면평균직경(surface mean diameter, SMD), 부피평균직경(volume mean diameter, VMD)를 계산하여 나타냈다. SMD와 VMD를 구하는 식은 다음과 같다.

SMD=∑x1/∑(x1/d1)=1/∑(x1/d1)
X1: the weight fraction of particle
d1: the bubble size
VMD=∑(nidi4)/∑(nidi3)
ni: the number of particle
di: the diamerter of the ith particle
4. 색도

시료의 색도는 6종의 과일 및 채소를 분쇄한 시료와 분쇄 후 초음파 처리한 시료를 분광색차계(CM-5, Minolta, Tokyo, Japan)를 사용하여 명도를 나타내는 L값(lightness), a값(+ redness/- greenness), b값(+ yellowness/- blueness)을 측정하였다. 표준색은 L, a, b값이 각각 98.90, -0.12, -0.27인 백판을 사용하였다.

5. 점도

6종의 과일 및 채소 시료 분쇄액과 분쇄 후 초음파 처리한 시료의 점도 측정을 위해 회전식점도계(LVDV II, Brookfield Engineering Laboratories, Middleboro, MA, USA)를 사용하여 겉보기 점도를 측정하였다. 점도 측정조건은 spindle No. 63을 사용하여 귤은 1 rpm, 적포도와 토마토는 150 rpm, 사과는 50 rpm, 단호박은 100 rpm, 양배추는 5 rpm의 속도로 측정하였다.

6. 식이섬유 함량(Total dietary fiber content)

식이섬유 함량을 측정하기 위해 초음파 처리된 6종의 과일 및 채소 분쇄액을 동결건조한 다음 분쇄 후 45 mesh를 통과시켜 시료로 사용하였다. 식이섬유의 분석은 AOAC 방법(AOAC 1995)으로 분석하였다. Seo WK & Kim YA(1995)와 같이 불용성 식이섬유와 수용성 식이섬유로 나누어 반복 측정하였으며 총 식이섬유는 불용성 식이섬유와 수용성 식이섬유의 합으로 계산하였다. 불용성 식이섬유는 total dietary fiber assay kit(TDF-100A, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA)를 이용하여 α-아밀라아제(Sigma-Aldrich), 프로테아제(Sigma-Aldrich), 아밀로글루코시다아제(Sigma-Aldrich) 순서로 효소처리한 후 glass filter에 여과 건조하고 무게를 측정하여 계산하였다. 수용성 식이섬유는 위와 같이 효소처리 후 70°C의 증류수로 씻어낸 여액을 에탄올(Daejung Chemicals & Metals, Siheung, Korea)에 탈수시킨 후 glass filter에 여과하고 무게를 측정하여 계산하였다.

7. 팽윤력(Swelling power)

6종의 과일과 채소 시료의 팽윤력은 Robertson JA 등(2000)과 같은 방법으로 다음과 같이 측정하였다. 과일과 채소 분쇄액을 초음파 처리한 후 동결건조한 분말을 메스실린더에 넣고 0.02% sodium azide(Sigma-Aldrich) 수용액으로 18시간 동안 팽윤시켜 증가되는 부피를 측정하였다.

8. 수분 보유력(Water retention capacity, WRC)

수분 보유력은 Robertson JA 등(2000)과 같은 방법으로 다음과 같이 측정하였다. 위와 같이 처리한 과일과 채소 동결건조 분말을 0.02% sodium azide 수용액에 18시간 동안 분산시킨 후 3,000 ×g에서 20분간 원심분리(Supra 22K, Hanil Science Industrial, Incheon, Korea)하여 침전된 무게를 측정하여 아래 식에 따라 계산하였다.

수분 보유력 (WRC, g/g)=[원심분리 후 침전물 중량(g) – 건조분말 중량(g)]/건조분말 중량(g)
9. 유지 결합력(Oil binding capacity, OBC)

유지 결합력은 Zhu F 등(2014)과 같은 방법으로 측정하였다. 초음파 처리된 6종의 과일과 채소 동결건조 분말을 오일과 혼합하여 상온에서 1시간 동안 분산시킨 후 1,500×g에서 원심분리(Hanil Science Industrial)하여 침전물을 nylon mesh에 걸러 무게를 측정하였고 아래 식으로 계산한 값으로 나타냈다.

유지 결합력(OBC, g/g)=[여과박 중량(g)-건조분말 중량(g)]/건조분말 중량(g)
10. 당 흡수능(Glucose adsorption capacity, GAC)

당흡수능은 Peerajit P 등(2012)과 같은 방법으로 측정하였다. 6종의 초음파 처리된 과일과 채소 동결건조 분말을 100 mM glucose(Sigma-Aldrich) 용액에 6시간 동안 분산시킨 후 4,000×g에서 원심분리(Hanil Science Industrial)한 후 과‧채 분말에 흡수되지 않고 상등액에 남아있는 포도당 함량을 측정하여 아래 식에 따라 계산하였다.

당 흡수능 (mmol/g)=[(Ci–Cs)/Ws]×Vi
Ci = 초기 포도당 용액 농도 (mmol/L)
Cs = 평형상태에 도달한 후 포도당 용액 농도 (mmol/L)
Ws = 건조분말 중량 (g)
Vi = 포도당 용액의 부피 (mL)
11. 통계처리

모든 분석 자료는 평균±표준편차로 나타내었으며 SPSS Statistics(ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 사용하여 독립 t-test를 이용하여 유의성을 검증하였다.


Ⅲ. 결과 및 고찰
1. 초음파 처리에 따른 과일 및 채소의 물리적 특성
1) 입도 분포

입도 분포는 섬유질의 기능성에 중요한 역할을 한다. 섬유의 모양과 크기는 가공 정도에 따라 달라지며 소화관을 통과하는 동안 소화정도에 영향을 줄 수 있다(Zhang D & Moore WR 1999, Rosell CM 등 2009). 6종의 과·채류인 적포도, 귤, 사과, 토마토, 단호박, 양배추를 분쇄한 시료를 초음파 처리한 것과 하지 않은 시료의 입도를 측정하였고 그 결과는 Table 1에 나타냈다. 모든 시료에서 초음파 처리에 의해 입도에 유의적인 변화가 있었다. 귤과 적포도는 초음파 처리에 의해 입자 크기가 유의적으로 증가하였고, 사과, 토마토, 단호박과 양배추는 초음파 처리에 의해 크기가 감소하는 것을 확인 할 수 있었다. 특히 양배추는 초음파 처리 효과가 가장 크게 나타나 입자 크기가 가장 많이 감소하였음을 확인하였다.

Table 1. 
Particle sizes (μm) of fruit and vegetables treated by ultrasonication
×10 (μm) ×50 (μm) ×90 (μm) SMD (μm) VMD (%)
Red grape Control 58.70±1.25 237.56±0.31 409.45±0.63 76.23±0.32 236.98±0.32
Sonication 71.00±2.11* 258.66±0.41* 422.75±0.21* 82.58±0.14* 254.27±0.47*
Mandarin Control 49.33±0.23 210.21±0.36 369.84±0.63 63.94±0.35 211.95±0.71
Sonication 64.52±0.12* 245.39±0.14* 493.20±1.03* 105.43±0.74* 265.98±0.36*
Apple Control 152.96±0.36 390.90±0.31 691.75±1.02 198.67±3.21 406.11±3.02
Sonication 150.22±0.22 367.48±0.05* 649.58±0.74* 195.20±0.32 383.27±0.10*
Tomato Control 17.11±0.32 137.39±2.30 347.14±1.22 34.63±0.87 161.75±3.66
Sonication 9.42±0.02* 109.16±3.22* 365.99±0.31 23.10±0.36* 153.34±4.50
Sweet pumpkin Control 51.94±2.36 261.72±2.36 431.40±8.36 49.31±2.33 256.19±1.32
Sonication 37.88±0.24* 248.60±4.3* 416.15±0.63* 45.83±0.41* 243.51±1.03*
Cabbage Control 127.91±3.02 335.45±0.47 592.02±1.33 188.92±2.74 350.44±0.65
Sonication 79.87±0.21* 227.20±0.66* 394.79±2.30* 86.38±3.66* 232.36±0.74*
Data represents mean±SD.
×10, ×50 and ×90 represent 10%, 50% and 90% of all particles finer than this size, respectively. SMD and VMD.
1) Significantly different between the control and treated sample (sonication) by t-test (*p<0.05).

Joo DS 등(2003)은 한천 올리고당 제조시 한천의 분해율은 5% 이내였다고 보고하였고, Na S 등(2010)은 고형물의 입자크기가 초음파 처리시 입자의 분쇄 및 파괴효과에 영향을 준다고 보고하였다. 적포도와 귤의 입자크기는 초음파 처리하지 않은 시료의 입자 크기가 작고 당도가 높아 초음파 처리에 의한 분해 효과보다 가열 효과가 작용한 것으로 생각되었다. 이번 연구에 사용한 시료는 초음파 처리하지 않은 분쇄액의 입자크기와 성분이 각각 다르며 초음파 처리시 40°C 가온을 병행처리 하였기 때문에 초음파 처리에 의한 분해효과는 시료에 따라 달라졌다고 생각하였고, 과일 및 채소류의 입자크기와 성분, 온도조건에 따른 초음파 처리 효과에 대한 연구가 거의 이루어져 있지 않으므로 추가적인 연구가 필요하다고 판단하였다.

Kim SM 등(1999)은 초음파를 이용하여 저분자 γ-카라기난을 제조하여 특성 조사를 실시한 결과 초음파 처리에 의해 저분화가 많이 진행될수록 가용한계농도 및 유화도, 점도 등의 변화가 나타났음을 보고하였다. 이에 따라 본 실험의 시료인 과일과 채소류의 경우에도 초음파 처리에 의해 입도에 변화가 나타났고 점도 등 과일 및 채소 주스의 물성에 변화를 줄 수 있을 것이다.

2) 색도 및 점도

음료의 색은 소비자의 기호도에 영향을 미치는 중요한 특징이다. 그러나 초음파 처리만으로 사과의 적색도와 황색도가 유의적으로 증가하였다는 보고(Jang JH & Moon KD 2010)가 있으므로 본 연구에서는 초음파 처리된 과일과 채소의 색도(L, a, b값)를 측정하였다(Table 2). 대부분 시료에서 초음파 처리에 의한 색도 변화는 유의적인 차이는 있었으나 차이가 크지는 않았다. 적포도, 사과, 토마토는 초음파 처리에 의해 명도와 황색도가 약간 증가한 반면, 귤, 단호박, 양배추는 명도, 적색도, 황색도가 약간 감소하는 경향이었다. 본 연구에서는 초음파 처리에 의한 색도의 변화가 미미하였다.

Table 2. 
Color and viscosity values of fruit and vegetables treated by ultrasonication
L a b Viscosity (cP)
Red grape Control 29.73±0.12 7.67±0.56 -0.69±0.09 12.80±1.13
Sonication 30.46±0.12* 6.47±0.18* -0.29±0.07 14.40±1.13
Mandarin Control 47.36±0.16 5.97±0.31 22.47±0.37 28.79±4.24
Sonication 40.81±0.60* 4.64±0.26* 21.01±0.76* 36.89±0.42
Apple Control 31.37±0.51 3.58±0.95 7.77±0.88 15.60±1.70
Sonication 31.46±0.05* 2.80±0.07* 7.94±0.09* 21.60±6.78
Tomato Control 31.71±0.45 4.80±0.23 5.70±0.17 12.00±0.00
Sonication 32.71±0.36* 5.58±0.54* 6.01±0.47* 11.70±0.42
Sweet pumpkin Control 47.76±0.52 3.25±0.23 34.01±0.71 148.77±6.79
Sonication 46.34±0.22 1.18±0.06* 32.01±0.71* 62.99±4.24*
Cabbage Control 45.14±1.16 -2.18±0.05 6.82±1.18 1,439.70±33.93
Sonication 43.23±0.28* -2.48±0.03* 3.49±0.15* 143.97±67.87*
Data represents mean±SD.
1) Color values, L, ±a, and ±b mean lightness, redness/greenness, and yellowness/blueness, respectively.
2) Significantly different between the control and treated sample (sonication) by t-test (*p<0.05).

과일과 채소를 사용하여 음료를 제조하는 경우 초음파 처리가 음료의 점도에 미치는 영향을 예측하기 위해 초음파 처리된 시료의 겉보기 점도를 측정하였다(Table 2). 적포도, 귤, 사과의 경우 초음파 처리를 한 경우 12.80- 28.79에서 14.40-36.89로 점도가 증가하였고 토마토, 단호박, 양배추는 초음파 처리에 의해 12.00-1439.70에서 11.70-143.97로 점도가 감소하였다. 위의 입도 분포 측정 결과 초음파 처리에 의해 입자 크기가 증가했던 시료는 점도가 증가하고 입자크기가 감소했던 시료는 점도가 감소한 결과로 보아 시료의 점도 변화는 초음파 처리에 의한 입자크기 변화가 영향을 주었음을 알 수 있었다. 이는 γ-카라기난이 초음파 처리에 의해 분자량이 감소하고 이에 따라 겉보기 점도 또한 낮아졌다는 보고(Kim SM 등 1999)와 같은 결과라고 생각하였다.

초음파 처리에 의한 색도 및 점도의 변화가 과일과 채소의 종류에 따라 다르게 나타난 것은 시료의 입자크기 등과 같은 특성에 따라 초음파 처리의 효과가 달라진 것 것으로 생각되었다(Na S 등 2010).

2. 식이섬유 함량

초음파 처리가 과일과 채소의 식이섬유 함량에 어떤 영향을 주는지 조사하기 위해 AOAC 방법(AOAC 1995)에 따라 수용성 식이섬유 함량, 불용성 식이섬유 함량을 측정하여 총 식이섬유 함량을 계산하였고 결과는 Table 3에 나타냈다. 초음파 처리에 의해 식이섬유 함량의 변화는 양배추에서 가장 크게 나타났다. 적포도는 초음파 처리에 의해 총 식이섬유가 유의적으로 감소하였으며 사과, 토마토, 양배추는 불용성 식이섬유와 총식이섬유가 유의적으로 증가하였다. 따라서 초음파처리 시 총 식이섬유함량이 증가하는 것은 불용성 식이섬유의 증가와 관련 있는 것으로 생각되었다.

Table 3. 
Total dietary fiber, soluble dietary fiber and insoluble dietary fiber of fruits and vegetables treated by ultrasonication (%)
SDF IDF TDF
Red grape Control 4.06±1.02 5.63±0.21 9.69±1.02
Sonication 3.33±2.14 4.05±0.54 7.38±0.31*
Mandarin Control 5.57±0.36 5.70±0.47 11.27±0.28
Sonication 5.66±0.24 5.16±0.65 10.82±1.35
Apple Control 4.69±0.36 5.99±0.26 10.67±1.74
Sonication 5.59±0.21 9.92±0.32* 15.51±1.26*
Tomato Control 6.18±0.11 23.37±0.24 29.55±0.38
Sonication 5.98±0.35 26.18±0.64* 32.16±1.20*
Sweet pumpkin Control 5.29±0.14 11.58±0.85 16.87±1.03
Sonication 5.04±1.21 12.83±1.20 17.87±1.65
Cabbage Control 9.69±0.34 16.90±1.33 26.59±1.15
Sonication 11.25±0.12* 29.56±1.30* 40.81±1.32*
Data represents mean±SD.
1) Significantly different between the control and treated sample (sonication) by t-test (*p<0.05).

인삼 등 약용 식물에서 유효성분 추출시 초음파 처리에 의해 추출량이 증가한다는 보고(Wu J 등 2001, Gwak HW 등 2015, Hong JT 등 2016)가 있어 초음파 처리가 식물조직 구조에 영향을 준다고 판단하였다.

Mattheé V & Appledorf H(1978)는 가열처리에 의해 일어나는 Maillard 반응의 생성물과 탄닌이 식이섬유 분석과정에서 리그닌 값에 포함되기 때문에 식이섬유의 함량 측정치가 증가된다고 하였다. 그리고 Vidal-Valverde C & Frias J(1991)는 가열처리에 하였을 때 세포벽 구조가 파괴되어 셀룰로오스가 유리되어 나오기 때문에 식이섬유가 증가된다고 보고하였다. Seo WK & Kim YA(1995)는 가열처리에 의해 콩의 중성세제 불용성 식이섬유(neutral detergent fiber, NDF)가 증가하였다고 보고하였고, Kye SK(1995)도 데치기, 끓이기 등의 조리에 의해 무를 제외한 일부 채소의 불용성 식이섬유 함량이 증가하였으며 이는 셀룰로오스가 조리과정 중에 주위물질로부터 유리된 결과라고 보고하였다. 이번 연구에서 사용한 시료에서도 초음파 처리효과와 초음파 처리에 의한 가열 효과에 의해 조직구조가 변화하였고 불용성 식이섬유가 증가되었으며 시료의 특성에 따라 효과는 차이가 있다고 생각하였다.

3. 초음파 처리에 따른 과일과 채소의 기능적 특성
1) 팽윤력 및 수분보유력

식이섬유는 장내에서 수분을 흡수하여 배변양을 늘리고 변을 부드럽게 하여 장운동을 촉진시키고 배변활동을 도와 변비 예방의 기능을 나타낸다. 따라서 팽윤력과 수분 흡수력은 식이섬유의 변비 예방과 같은 기능성에 중요한 지표가 될 수 있으므로 팽윤력과 수분 보유력을 측정하였다. 6가지 과일·채소류의 초음파 처리에 따른 팽윤력과 수분보유력 측정 결과는 Table 4와 같았다. 초음파 처리를 하지 않은 과일과 채소의 팽윤력과 수분보유력은 3.53-37.50 mL/g과 0.03-0.50 g/g으로, 팽윤력은 토마토와 양배추에서 수분보유력은 귤과 적포도에서 높은 값을 나타냈다. 초음파 처리에 의해 적포도와 사과, 양배추의 팽윤력은 유의적으로 증가하였으나 나머지 시료에서는 팽윤력이 감소하였고, 수분보유력은 적포도와 양배추가 유의적으로 증가됨을 알 수 있었다.

Table 4. 
Functional properties (swelling capacity and water retention capacity) of fruits and vegetables treated by ultrasonication
Swelling capacity (mL/g) Water retention capacity (g/g)
Red grape Control 5.65±0.01 0.50±0.02
Sonication 14.01±0.10* 0.45±0.14*
Mandarin Control 3.53±0.21 0.30±0.63
Sonication 1.18±0.11* 0.27±0.34
Apple Control 4.24±0.21 0.10±0.12
Sonication 8.75±1.03* 0.08±0.01
Tomato Control 37.50±0.96 0.11±0.25
Sonication 29.64±0.34* 0.14±0.03
Sweet pumpkin Control 5.59±1.20 0.10±0.04
Sonication 3.54±0.47 0.10±0.10
Cabbage Control 17.04±0.14 0.03±0.02
Sonication 24.06±0.85* 0.12±0.01*
Data represents mean±SD.
1) Significantly different between the control and treated sample (sonication) by t-test (*p<0.05).

Lee YJ & Kang ST(2012)는 초음파 처리에 의해 전분 입자의 크기 감소와 균질화, 비표면적과 용해도 및 팽윤력의 상승을 나타냈다는 보고에 따라 초음파 처리에 의해 입자 크기가 감소한 사과, 토마토, 단호박, 양배추에서 팽윤력의 변화가 일어날 것으로 예측하였으나, 크기 감소가 가장 큰 양배추 시료에서만 팽윤력과 수분 보유력의 증가가 일어났다. Weber CW 등(1993)은 사과와 오렌지의 식이섬유 함량과 보수력이 비례적인 관계가 성립하지 않으므로 식이섬유의 보수력은 식이섬유를 구성하는 성분과 비율에 따라 영향을 받는다고 하였고, Zhang X 등(2005)은 입자크기가 보수력과 상관관계가 높지만 uronic acid와 보수력의 상관관계가 높고 리그닌과 헤미셀룰로오스는 보수력과 상관관계가 인정되지 않았다고 보고하였다. 또한 Zhang M 등(2011)은 oat bran이 압출성형에 의해 식이섬유의 다공성 구조가 형성되어 팽윤력과 용매 보유력이 증가하였다고 보고하였다. 따라서 팽윤력과 수분 보유력은 입자크기 뿐만 아니라 당 함량, 식이섬유의 함량 및 구조가 영향을 주며, 특히 식이섬유 함량이 높은 경우에도 그 성분이나 미세구조의 변화에 따라에 따라 팽윤력과 수분보유력은 달라진다고 생각하였다.

Zhang M 등(2011)은 oat bran이 압출성형에 의해 식이섬유의 모세구조와 다공성 구조가 형성되어 팽윤력과 용매 보유력이 증가하였다고 보고하였다.

2) 유지결합력 및 당흡수능

식이섬유는 장내에서 당, 지방 등 노폐물을 흡착하여 배설시킴으로써 다이어트와 정장작용에 도움을 줄 수 있으므로 유지결합력과 당 흡수능은 식이섬유의 기능성을 나타내는 지표가 될 수 있다. 초음파 처리가 과일·채소들의 기능성에 미치는 영향을 조사하기 위해 유지결합력과 당 흡수능을 측정하였고 결과는 Table 5에 나타냈다.

Table 5. 
Functional properties (oil-binding capacity and glucose adsorption capacity) of fruit and vegetables treated by ultrasonication
Oil-binding capacity (g/g) Glucose adsorption capacity (mg/g)
Red grape Control 1.49±0.02 1,784.53±9.36
Sonication 0.27±0.02* 1,128.64±20.20*
Mandarin Control 1.48±0.01 1,762.40±6.44
Sonication 1.72±0.36 968.53±4.29*
Apple Control 2.19±0.10 1,777.49±5.45
Sonication 2.88±0.21 997.51±1.18*
Tomato Control 3.42±0.15 1,422.95±9.23
Sonication 4.35±0.31 1,312.22±2.21*
Sweet pumpkin Control 1.42±0.20 1,617.58±5.82
Sonication 2.98±0.02 1,451.78±5.95*
Cabbage Control 2.63±0.01 1,506.02±1.14
Sonication 5.20±0.00* 1,767.19±6.04*
Data represents mean±SD.
1) Significantly different between the control and treated sample (sonication) by t-test (*p<0.05).

초음파처리를 하지 않은 시료들의 유지결합력과 당 흡수능은 1.42-3.42 g/g과 1,422.95-1,784.53 mg/g으로 대부분 시료에서 유지결합력은 증가되었는데 그 중 양배추가 유의적으로 높았다. 초음파 처리에 의해 귤과 사과의 유지결합력과 당 흡수능은 크게 감소하였고 양배추의 경우는 증가하였다. 초음파 처리에 의해 입자크기가 감소한 경우 유지결합력은 증가하는 결과를 나타낸 것으로 보아 초음파 처리에 의한 구조적인 변화가 식이섬유의 기능성에 영향을 주는 것으로 판단하였다.

Sangnark A & Noomhorm A(2003)는 식이섬유의 입자 크기의 감소가 유지보유력 감소와 관련 있었다고 하였고 Lario Y 등(2004)은 레몬 식이섬유의 입자크기와 유지보유력은 관련이 없다고 보고하였고 Peerajit P 등(2012)도 라임 식이섬유의 입자크기가 당 흡수능에 영향을 주지 않는다고 보고하여 시료의 처리 조건이나 원료의 특성에 따라 초음파 처리에 의한 식이섬유의 특성이 달라진다고 사료된다.


Ⅳ. 요약 및 결론

초음파 처리가 과일 및 채소류의 물리적, 기능적 특성에 미치는 영향을 조사하기 위해 6종의 과일 및 채소 시료에 초음파를 처리하고 색도, 점도를 관찰하고 식이섬유함량에 미치는 효과와 팽윤력, 수분보유력, 유지결합력, 당흡수능과 같은 기능적 특성을 측정하였다. 초음파 처리에 의해 입자크기의 변화가 관찰되었으며 적포도와 귤을 제외한 모든 시료에서 입자크기 감소가 일어났다. 초음파 처리에 의해 물리적 특성과 기능적 특성이 변화되기는 하였으나 입자크기와의 직접적인 관련성은 보이지 않았다. 식이섬유 함량은 입자크기가 감소한 시료 중 사과, 토마토, 양배추의 불용성 식이섬유 함량과 총 식이섬유 함량에서 유의적인 증가를 나타냈고, 사과와 양배추의 팽윤력과 수분결합력, 유지결합력이 증가하였으며, 토마토와 단호박은 포도당 흡수력을 감소시켰다. 따라서 사과와 양배추는 초음파처리에 의해 식이섬유 함량을 증가시키면서 식이섬유의 기능성을 증가시키는 효과를 기대할 수 있으며 입자크기가 감소하므로 음료와 같은 식품 원료의 전처리 방법으로 바람직하다고 판단하였다.


Conflict of Interest

No potential conflict of interest relevant to this article was reported.


Acknowledgments

This research was supported by high value-added food technology development program (114015-03), Ministry of Agriculture, Food and Rural Affairs.


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