Ⅰ.
서 론
안토시아닌은 채소와 과일에 들어있는 수용성 천연색소로 포도, 딸기, 블루베리, 적양배추, 자색고구마, 흑당근 등에 들어있으며 주로 붉은색 혹은 자색을 나타내는 색소이다(Shin JH & Lee HY 2019). 안토시아닌은 플라보노이드 종류 중 하나이며 2-phenylbenzopyran 구조를 가진 파생물로 수산기의 수, 메틸화정도, 결합된 당의 종류나 수에 따라 다양한 종류가 존재하며, 강한 항산화활성, 항염증, 항암 등의 효과를 가진 소재로 알려져 있다(Oh JK & Imm JY 2005, Fang JL 등 2020). 안토시아닌은 oxonium 화합물로 flavylium 양이온 구조에 의해 매우 불안정하여 가공조리 조건, 산소, 저장 온도, pH, 효소, 금속이온 등에 영향을 받는다(Lee LS 등 1996, Hwang ES & Ki KN 2013, Khazaei KM 등 2014, Lee J 등 2020). 안토시아닌 색소는 수용액상에서 flavylium 양이온, quinoidal base, pseudo base, chalcone의 평형상태로 존재하며, pH 3 이하에서는 안정한 flavylium가 주요 구조물인 반면, pH가 중성 근처로 가면 무색의 pseudo base로 구조가 전환되어 옅은 자색을 나타낸다(Oh JK & Imm JY 2005). 이처럼 pH, 온도 조건 등의 환경 요인에 의해서 동일한 안토시아닌의 경우에도 적색, 자색, 청색 등으로 나타날 수 있다. 따라서 가열로 인한 온도 변화나 pH 조건의 변화 등이 수반되는 조리 및 가공 조건에서의 안토시아닌 색소의 안정성을 증진시키기 위한 연구가 필요하다.
안토시아닌 색소의 안정성을 증진시키기 위해 유기산을 첨가하여 pH를 낮추는 방법(Hwang ES & Ki KN 2013), 금속염을 첨가하는 방법(Lee LS 등 1996), co-pigmentation 형성을 위해 단백질, 펙틴, 아미노산 등을 첨가하여 색소의 안정화를 이루는 방법(Oh JK & Imm JY 2005, Buchweitz M 등 2012, Chung C 등 2015, Attaribo T 등 2020) 등이 보고되었다. 이들 고분자 물질과 분자간 결합물을 형성시키면 안토시아닌의 안정성이 증가된다고 보고된 바 있다(Chung C 등 2015). 또한 안토시아닌 색소를 안정화시키는 방법으로 encapsulation(캡슐화) 연구가 이루어지고 있다. 캡슐화는 추출물과 코팅 물질을 혼합하여 고체 입자, 액체 방울 등의 형태로 제조하여 특정 성분을 코팅 물질 내부에 위치하도록 하는 기술이다(Choi Y & Koh E 2022). 캡슐화 코팅 물질(또는 wall material)로 사용될 수 있는 재료는 높은 수용성과 낮은 점성, 낮은 당 함량과 자체적인 색이 없어야 하므로 주로 maltodextrin(말토덱스트린)이나 protein isolate(분리단백질) 등이 유리하다고 보고된 바 있다(Yousuf B 등 2016, Choi Y & Koh E 2022). 말토덱스트린으로 캡슐화하기 위해 동결 건조나 분무 건조를 했을 때 외부의 변화에 대해 안정하게 유지할 수 있다는 보고가 있다(Suryabhan P 등 2019). 특히 말토덱스트린은 낮은 밀도를 가지고 있어 케이킹 현상을 방지하고, 영양성분과 결합력이 좋고 산소 차단제로 기능하여 캡슐화 소재로 이점을 가지고 있다(Che Man YB 등 1999).
말토덱스트린은 이러한 캡슐화 공정에서 유용하게 사용되는 소재 중 하나로, 다양한 dextrose equivalent(DE)를 가지므로 적당한 DE 범위를 결정하는 것이 중요하다. 주로 점성이 낮은 범위에 속하는 DE 10-12, DE 20-25 등에 대한 캡슐화 연구가 진행되었다(Che Man YB 등 1999, Fazaeli M 등 2012, Rashid R 등 2022). 선행 연구에 따르면 말토덱스트린의 당량이 낮았을 때 캡슐화한 분말의 물리적 영향이 최소화 되었다는 연구가 결과가 있고, 당량이 증가할수록 산소 안정성이 증가했다는 보고가 있어 말토덱스트린의 당량에 따른 캡슐화 효율이 서로 다르게 보고되고 있다(Fazaeli M 등 2012, Abd Ghani A 등 2017). 따라서 말토덱스트린의 DE 값에 따른 안토시아닌 색소 캡슐화 안정성을 알아보는 것이 필요하며, 조리, 가공 조건에서의 색의 변화를 관찰하는 것이 필요하다.
안토시아닌 색소를 함유한 채소나 과일 중 껍질에 안토시아닌 색소가 함유되어 있기 때문에, 부산물인 껍질을 이용해 안정화된 안토시아닌 색소 분말을 제조할 수 있으면 소비자가 안심할 수 있는 천연 또는 유기농 가공식품을 제조하는데 많은 도움을 줄 것으로 생각된다. 특히 과일과 달리 당의 함량이 낮은 자색고구마나 흑색 당근으로 자연식품에서 안정화된 안토시아닌 색소 분말을 제조한다면 고부가가치의 기능성을 갖는 색소 소재로 사용이 가능할 것이다.
따라서 본 연구에서는 자색고구마와 흑당근 껍질의 안토시아닌 색소를 말토덱스트린으로 캡슐화하여 색소의 안정성을 확인하고, 이를 이용하여 멥쌀로 제조한 송편 반죽의 항산화활성을 분석하였다.
Ⅱ.
재료 및 방법
1.
재료
안토시아닌 색소를 함유하고 있는 흑당근(Daucus carota L. ssp. sativus var. atrorubens Alef.)은 마트에서 구입하였고, 자색고구마(Ipomoea batatas (L.)Lam.)는 신자미 품종으로 농촌진흥청 국립식량과학원 바이오에너지작물연구소(Muan, Korea)에서 2018년에 수확된 것을 사용하였다. 떡 반죽을 위해 사용한 멥쌀가루는 한아름 품종을 국립식량과학원 남부작물부(Miryang Gyeongnam, Korea)로부터 분양받아 사용하였다. Folin-Ciocaluteu reagent, DPPH (1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl), quercetin은 Sigma-Aldrich Chemical Co.(St. Louis, MO, USA)에서 구입하여 사용하였다. Gallic acid는 Yakuri pure chemicals Co. Ltd.(Kyoto, Japan)에서 L(+)-ascorbic acid(vitamin C)는 Junsei Chemical Co. Ltd.(Tokyo, Japan)에서 구입하였다.
2.
자색고구마와 흑당근의 분말화
자색고구마는 원물의 껍질을 제외한 모든 부분이 안토시아닌 색소를 함유하고 있어, 수세한 후 껍질을 벗겨 육면체 모양으로 잘라 사용하였다. 자색고구마의 다이스는 수분이 많기 때문에 실온에서 건조시키기 어려워 –80℃에서 동결시켰고(CLN-40U, Nihon Freezer Co., Ltd., Namyangju, Korea), 이후 동결 건조기(Freeze dryer, FD 5505, Vision, Seoul, Korea)를 이용하여 건조하였다. 흑당근은 껍질에서도 안토시아닌과 폴레페놀 화합물이 발견된다는 연구 결과(Kamiloglu S 등 2016)를 토대로 폐기되는 껍질을 활용한 연구를 위하여, 수세한 후 껍질을 벗겨 껍질만을 모아 실온 조건인 25℃ 내외에서 풍건하였다. 건조된 고구마와 흑당근 껍질은 믹서기(Hanarossack, Daesung Altron Co., Seoul, Korea)를 이용하여 분쇄하여 100 mesh체를 통과시켜 실험에 사용하였다.
3.
자색고구마와 흑당근 안토시아닌 색소 추출 및 말토덱스트린 캡슐화 처리
자색고구마 분말과 흑당근 껍질 분말 1 g을 100 mL의 0.2% citric acid, 80% 에탄올 혼합물(pH 2.65)을 이용하여 5시간 동안 교반한 후 Whatman No. 2 filter 용지에 감압여과하여 시료의 안토시아닌 색소를 추출하였다.
안토시아닌 색소를 말토덱스트린으로 캡슐화 처리를 위해 안토시아닌 색소 추출물 20 mL를 evaporator(Rotary evaporator, SB-1100, Eyela Co. Ltd., Shanghai, China)를 이용하여 용매를 모두 증발시켜 제거하였다. 용매가 제거된 색소 시료에 20 mL의 증류수를 혼합하여 농축물을 다시 분산시킨 후, DE값이 다른 말토덱스트린(DE 1, DE 12, DE 20-25) 4 g을 각각 섞어주었다. 말토덱스트린을 농축물 혼합물에 다 녹인 후, 안토시아닌 색소 추출물과 혼합된 용액을 homogenizer (HG-15D, Daihan Scientific Co., Ltd., Gangwon-do, Korea)를 이용하여 1500 × 10 g 속도로 1 분간 균질화 시킨 후, sonicator(Power Sonic 520, Hwashin Technology Co., Seoul, Korea)를 이용하여 25℃에서 10분간 2회 반복하여 처리하였다. 처리한 색소 혼합물은 –80℃에서 동결시켰고, 이후 동결 건조기 (Freeze dryer, FD 5505, Vision, Seoul, Korea)를 이용하여 건조하였다. 건조된 분말인 캡슐화된 안토시아닌 색소 분말은 100 mesh 체에 내려, 송편반죽을 제조하여 조리 및 가공 중의 색 변화 측정 실험에 사용하였다.
4.
송편반죽 제조 및 저장
안정화시킨 안토시아닌 색소 분말을 이용한 송편 반죽의 제조는 다음과 같았다. 멥쌀가루(한아름 품종) 10 g에 생 색소 분말과 안정화한 색소분말을 각각 0.5 g을 넣고 뜨거운 물 7 g을 함께 넣어 익반죽한 후 반죽을 5 g씩 분할하여 송편모양으로 제조하였고 20분간 쪘다. 대조군으로 사용된 생 색소 분말은 안정화한 색소분말에 들어있는 추출량을 g을 기준으로 안토시아닌 함량(0.2%)을 동일하게 함유할 수 있도록 비교하여 첨가하였다. 제조된 떡은 저장성 평가를 위해 폴리에틸렌 봉지에 넣어 4℃와 25℃의 냉장고(laboratory refrigerator, Daihan Labtech Co., Ltd, Namyangju, Korea)에 각각 24시간 보관하여 실험에 사용하였다. 4℃에 저장된 떡은 다시 5분간 찌는 방법으로 재가열하여 실험에 사용하였다.
5.
저장에 따른 떡의 색도 변화 측정
제조된 떡의 색 변화를 관찰하기 위하여 색도계(Spectra magic™NX, Konica Minolta, Tokyo, Japan)를 이용하여 Hunter의 L(lightness)값, ±a(redness/greenness)값 및 ±b(yellowness/blueness)값을 3회 반복 측정해서 그 평균값으로 나타내었다. 기기는 L=96.82, a=-0.06, b=-0.15인 표준 백색판(standard white plate)으로 보정하여 사용하였고, 색차(△E)는 백색판을 기준으로 △E=
식에 의하여 계산하였다.
6.
떡의 항산화 활성 측정
1)
떡 추출물 제조
안정화시킨 안토시아닌 색소분말을 첨가한 떡의 추출물은 분말화한 떡가루 5 g(건량 기준)에 50 mL의 80% 에탄올을 첨가한 후 암소에서 마그네틱바를 이용하여 4시간 동안 stirring하여 제조하였다. 추출물은 Whatman No.2 여과지를 이용하여 감압여과기(DOA-P704-AC, GAST Manufacturing, INC., MI., USA)를 통해 여과시킨 후 50 mL로 정용하였다.
2)
총 플라보노이드 함량 측정
총 플라보노이드 함량(total flavonoid contents)은 No JH 등(2012)의 방법으로 측정하였다. 추출물 1 mL와 증류수 4 mL를 혼합한 후, 5% NaNO2 0.3 mL을 5분간 반응시키고, 10% AlCl3 0.3 mL, 1M NaOH 2 mL, 증류수 2.4 mL을 혼합하고 UV-Vis spectrophotometer를 이용하여 510 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료는 quercetin과 비교하여 시료의 총 플라보노이드 함량을 떡 g 당 quercetin 함량으로 환산하여 표시하였다.
3)
총 페놀성 화합물 함량 측정
총 페놀성 화합물함량(total phenolic compounds)은 Folin- Ciocalteu's reagent 시약을 이용하여 No JH 등(2012)의 방법으로 분석하였다. 떡 추출물 0.1 mL와 증류수 0.9 mL을 혼합한 후, Folin-Ciocaluteu reagent 0.1 mL를 넣고 5분간 반응시켰다. 7% Na2CO3 1 mL를 혼합하여 실온에서 1시간동안 반응시킨 이후. UV-Vis spectrophotometer를 이용하여 716 nm에서 흡광도를 측정하였다. Gallic acid를 이용하여 작성한 표준곡선식(Y= 52.063X-0.0033 (R2=0.9998)을 이용하여 페놀성 화합물 함량을 계산하였다. 최종 계산된 페놀성 화합물은 떡 g 당 gallic acid g으로 표기하였다.
4)
DPPH radical 소거능
떡 추출물의 DPPH (1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl) 라디칼 소거능을 확인하기 위하여 No JH 등(2012)의 실험방법에 준하여 실험을 실시하였다. DPPH 2.1 mL에 80% ethanol 1.3 mL, 추출물 0.6 mL를 섞고 30분간 반응시킨 후에 UV-Vis spectrophotometer를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. 시료는 1%의 추출물 용액을 기준으로 ascorbic acid와 비교하여 DPPH 라디칼 소거능을 나타내었다.
Ⅲ.
결과 및 고찰
1.
캡슐화 안토시아닌 색소 분말의 외관 및 색도 변화
자색고구마와 흑당근 생 분말과 캡슐화 처리 분말의 외관은 Fig. 1과 같았다. 생 고구마의 색은 진한 자색이었고, 흑당근 껍질의 자색은 더 진해 외관상 검은색에 가까운 자색을 지니고 있었다. 일반적으로 분무 건조와 동결 건조 방식이 캡슐화 방법에 사용되고 있는데, 코어 물질과 코팅 물질을 균질화시킨 후에 동결시켜서 이를 건조하는 방법인 동결 건조 방법은 수용성의 향미물질이나 약제 등을 코팅하는데 사용되는 가장 쉬운 방법 중 하나이다(Khazaei KM 등 2014). 동결 건조 방식으로 안정화 처리한 색소는 산성조건에서 색소를 추출하여 붉은색을 나타냈고 말토덱스트린을 색소 용량에 대해 4배를 첨가하였기 때문에 코팅 후 흰색의 말토덱스트린으로 인해 색이 더 옅어졌다. 안토시아닌 농도 조건을 조정하여 코팅하면 캡슐화처리 후 분말의 붉은색의 농후를 조절할 수 있을 것으로 사료되었다. 일반적으로 자색고구마는 안토시아닌 색소를 다량 함유하고 있으며, 색소 분자가 peonidin의 기본구조에 ferulic acid, caffeic acid가 diacylation된 구조를 가지고 있어 다른 소재의 안토시아닌 색소에 비해 안정성이 우수하다고 알려져 있다(Rhim JW & Lee JW 2002, No JH 등 2019). 흑당근의 안토시아닌 색소는 주로 cyanidin을 기본구조로 하는 cyanidin 3-snapoly-xylosyl-glucosyl-galactoside와 cyanidin 3-feruloyl- xylosyl-glucosyl-galactoside 등으로 알려져 있으며 kg 당 1,750 mg 정도가 함유된 것으로 보고된 바 있다(Kırca A 등 2007). 이처럼 함유된 안토시아닌 구조체가 다르기 때문에 최종적으로 추출된 안토시아닌의 색과 진하기에 영향을 준 것으로 보이며, 외관상 색도가 서로 다른 것으로 사료되었다.
색차계를 이용하여 색도를 측정한 결과는 Table 1과 같았고 Hunter L, a, b 값(이후 L, a, b)으로 나타내었다. 생 자색고구마의 L 값은 45.3이었고, 말토덱스트린으로 캡슐화한 분말의 명도 L 값은 67.0~70.2로 나타났다. 흑당근 껍질의 명도 값은 30.2로 가장 어두웠고, 말토덱스트린으로 처리한 결과 62.8~63.8의 범위의 명도 값을 보였다. 말토덱스트린을 이용하여 안토시아닌 색소를 캡슐화 처리한 시료의 명도 값이 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05). 모든 말토덱스트린 안정화 색소에서 a 값이 26.5~29.3으로 나타나 붉은색을 유지함을 확인하였다. 말토덱스트린의 DE 값에 따라서는 DE 1으로 캡슐화한 소재보다 DE 12, DE 20으로 코팅하는 경우 유의적으로 높은 명도 값을 보였고, 붉은색을 나타내는 a 값이 높게 나타났다(p<0.05). 색도 값만 보았을 때, 말토덱스트린의 DE 값이 클수록 외관의 붉은 색이 더 진하게 나타남을 확인할 수 있었다. 말토덱스트린의 DE 값은 중합도와 관계가 있고 낮은 DE 값을 가질수록 더 큰 몰 질량을 가져 말토덱스트린 분자가 큰 특징을 가진다(Goh KKT 등 2013). DE 값이 더 높은 말토덱스트린은 분자의 긴사슬 비율이 상대적으로 낮아 더 높은 장막 효율을 보이기 때문에, 안토시아닌을 캡슐화하였을 때 안정화시키는 특성을 보이며, 항산화활성을 더 증진시키는 것을 알 수 있었다(Arisanti CIS 등 2020). 따라서 DE 값은 안토시아닌의 색소 안정화에 기여하는 정도에 차이가 있을 것으로 사료되며, 상대적으로 낮은 DE 1에 비하여 DE 12, DE 20과 같이 높은 DE 값을 가진 말토덱스트린이 캡슐화 소재의 효율이 더 높을 것으로 사료되며, 이는 본 실험 결과와 비슷한 경향이었다. 일반적으로 안토시아닌 색소는 빛에 노출되거나 70℃ 이상의 온도에서 30분 이상 가열하는 경우 안토시아닌 색소의 색이 저하된다(Fang JL 등 2020). 말토덱스트린으로 캡슐화한 분말은 무정형의 유리 같은 구조를 나타내는데, 이러한 구조가 안토시아닌의 열과 산소 노출을 막아주는 기능을 한다(Khazaei KM 등 2014). 따라서 캡슐화한 색소는 열과 산소 노출에 안정적일 것으로 예측해볼 수 있었다.
Table 1.
The hunter L, a, and b color value of encapsulated anthocyanin pigment with different maltodextrin DE
2.
캡슐화시킨 안토시아닌 분말을 첨가한 떡의 외관
캡슐화한 안토시아닌 색소 분말 제조 직후의 외관은 Fig. 2와 같았다. 25℃ 저장, 4℃ 저장, 저장 후 재가열한 떡의 경우 색의 변화가 거의 나타나지 않아 추가로 제시하지 않았다. 동일한 비율의 안토시아닌 색소를 함유하였을 때의 색의 변화를 비교하기 위하여 반죽에 0.2% 비율로 분말을 첨가하여 제조하였다. 흑당근 껍질과 비교하였을 때 자색고구마의 경우 외관의 안토시아닌 색이 뚜렷하게 관찰되지 않았다. 반죽의 색은 동량의 안토시아닌 색소를 첨가하였을 때, 캡슐화한 안토시아닌 분말을 첨가한 경우 자색고구마는 옅은 보라색을 흑당근 껍질 첨가 떡은 더 진한 보라색을 나타냈다. 반면 생 분말 첨가시에는 자색고구마는 안토시아닌 색이 거의 사라져 노란 빛을 나타냈으며, 흑당근 껍질의 경우 어두운 보라색을 나타냈으나 점의 형태로 색소가 고르게 분포하지 않는 특성을 보였다. 흑당근 껍질의 경우 색소를 사용하기 위해 사용한 분말이 껍질 분말로 100 mesh의 체에 내려 해당 분말을 사용하였지만 반죽에 색소가 혼입되지 않는 특성을 보인 것으로 사료되었다. 흑당근의 껍질은 입자의 크기가 300~450 μm 정도로 입자의 크기가 클수록 수화력이 떨어지는 특성을 보이며, 껍질을 데치는 경우 식이섬유 구조의 변화로 인해 수용성 식이섬유의 비율이 증가함에 따라 수화력이 향상되는 특성을 보인다고 보고된 바 있다(Chantaro P 등 2008). 본 실험에서 사용한 흑당근은 껍질을 벗긴 후 자연 건조시켜 사용하였기 때문에 식이섬유의 구조 변화가 없어 수화력이 다소 떨어진 것으로 사료되었다. 따라서 흑당근 껍질의 생 분말의 경우 Fig. 2에서 볼 수 있듯이 혼합이 이루어지지 못해 점의 형태로 분말이 남는 특성을 보여, 흑당근 껍질을 안토시아닌 색소분말 소재로 사용하는 것은 바람직하지 않음을 알 수 있었다. 반면에 말토덱스트린으로 캡슐화한 안정화 처리 색소 분말은, 말토덱스트린이 친수성적인 성질을 가지고 있기 때문에 반죽 내부로 색이 고르게 퍼지는 장점을 가지고 있어, 흑당근 껍질의 경우는 생 분말을 혼입했을 때보다 품질이 높아지는 효과를 나타냈다.
Fig. 2.
The appearance of rice cake prepared with encapsulated anthocyanin pigment with different maltodextrin DE.
DE 1: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE1), DE 12: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE12), DE 20: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE20-25).
3.
캡술화한 안토시아닌 색소분말 첨가 떡의 저장 및 재조리 시 색도 변화
떡의 색도 측정 결과는 Table 2와 같았다. 제조 직후 떡의 명도 L 값은 색소를 첨가하지 않은 떡에서 68.0이었고, 자색고구마 색소를 첨가한 떡(63.6~67.9)이 흑당근 껍질 색소를 첨가한 떡(56.6~64.1)에 비해서 명도 값이 밝은 경향을 보였다. 특히 생 분말을 첨가한 떡은 떡의 색이 거의 흰색에 가까워져 명도 값이 안정화 처리한 분말에 비해 높게 나타났으며, 적색도도 – 값을 보여 붉은색이 거의 나타나지 않음을 알 수 있었다. 이는 안정화시킨 자색고구마와 흑당근 껍질의 색소 분말을 쌀가루 대비 0.2% 수준으로 첨가하였기 때문에, 상대적으로 첨가된 안토시아닌의 비율이 작아 색이 연하게 나타난 것으로 보인다. 특히 흑당근과 자색고구마의 안토시아닌 구조물의 비율이 다르기 때문에 흑당근에 비해 상대적으로 색이 연하게 나타난 것으로 생각되었다. 자색고구마와 비교하였을 때 흑당근 껍질 색소의 경우 소량을 첨가했음에도 자색을 나타내기 때문에 다양한 가공 제품 제조에 있어 사용이 용이할 것으로 생각되었다. 떡을 25℃에서 저장하였을 때 일부 색소의 밝기에서 차이가 나타났으나, DE 1, DE 20으로 제조하였을 때, 붉은색을 나타내는 a 값의 변화가 거의 없는 것을 확인할 수 있었다. 4℃에서 저장하였을 때의 색변화는 크지 않았고, 재가열하는 과정에서도 안정화처리한 분말을 첨가한 떡에서는 그 색이 유사하게 유지됨을 확인하여, 안정화한 안토시아닌 색소는 캡슐처리로 인해 저장이나 열처리를 하여도 안토시아닌 색소가 일정하게 유지됨을 확인할 수 있었다. 흑당근 껍질의 안토시아닌 색소는 pH와 온도가 바뀌면 색이 변할 수 있으며 다른 안토시아닌 성분에 비해서 diacylation되어 있는 구조적 특성으로 비교적 여러 조건에서 안정하다고 보고된 바 있다(Kırca A 등 2007). 하지만 색도 값에서는 말토덱스트린 DE 값에 따른 차이가 나타나지 않아, 코팅 소재의 농도 조건(말토덱스트린과 색소 비율), 처리 시간, 처리 방법 등에 따른 캡슐화 안정성 연구가 추가적으로 이루어져야 할 것으로 사료된다.
Table 2.
The hunter L, a, and b values of rice cake prepared with encapsulated anthocyanin pigment with different maltodextrin DE during storage
본 실험에서 사용한 흑당근 껍질의 색소는 조리 과정에서 버려지는 껍질에서부터 색을 뽑아냈기 때문에 소재화 하였을 때 훨씬 유용 가치가 높을 것으로 사료되었다. 식품으로부터 색소를 소재화하는 경우 비가용성부분인 껍질만을 사용하여도 충분한 양의 색소가 분리되었고, 캡슐화하면 제품의 품질에 긍정적인 영향을 줌을 확인할 수 있었다. 동량의 농도를 사용할 때 자색고구마는 그 함량을 높여서 제조하는 것이 안토시아닌 색소 활용에 더 유리할 것으로 생각되었다.
4.
총 플라보노이드 함량
캡슐화한 안토시아닌 색소를 첨가하여 제조한 떡의 총 플라보노이드 함량 측정 결과는 Fig. 3과 같았다. 일반적으로 자색을 나타내는 고구마와 흑당근 껍질 등에는 안토시아닌 색소를 포함한 플라보노이드 계열 화합물과 폴리페놀화합물이 함유되어 있다. 플라보노이드는 색이 있는 과일이나 식물체에 함유되어 자외선, 병원체, 빛 등에 의한 세포 손상 방지 등의 외부 스트레스에 대한 보호를 한다고 알려져 있다(Wang A 등 2018). Wang A 등(2018)의 연구에 따르면 자색고구마에는 총 29종의 플라보노이드가 함유되어 있는데, 안토시아닌을 비롯하여, flavan-3-ols, flavones, flavonols, flavonones 등의 구조를 지닌 물질이 함유되어 있으며, 특히 quercetin, kaempferol, luteolin, chrysoeriol, heperetin 등이 많이 함유되어 있다고 보고하였다. 흑당근에는 안토시아닌을 포함하여 quercetin, luteolin, kaempferol, myricetin이 주요 플라보노이드로 보고되고 있다(Akhtar S 등 2017). 총 플라보노이드 함량은 DE 20의 말토덱스트린을 이용하여 안정화한 SP-DE 20에서 가장 높게 나타났고, 쌀가루만으로 제조한 떡(Control)을 제외하면 흑당근 껍질 생 분말을 첨가한 떡에서 가장 낮은 함량을 보였다(p<0.05). 자색고구마의 경우 말토덱스트린의 DE 값이 커질수록 플라보노이드 함량이 높이지는 경향을 나타냈고, 흑당근에서도 DE 20으로 캡슐화한 경우 플라보노이드 함량이 가장 크게 나타났다. 이는 말토덱스트린 DE 20에 비해 DE 1의 안토시아닌 색소 고정력이 낮아 색도 결과 값과 마찬가지로 상대적으로 안토시아닌 함유량이 작고, 떡을 찌는 조리 중의 안토시아닌 손실이 일부 일어난 것 때문으로 사료된다. Tonon RV 등(2010)의 연구에서는 안토시아닌을 말토덱스트린으로 안정화하였을 때, DE 10이 DE 20보다 저장 중의 안토시아닌 안정화에 효과가 있었다고 하였는데, 이는 DE 값이 높은 말토덱스트린은 흡습성이 좋기 때문에 물을 더 흡수하여 저장 중의 안토시아닌 안정성이 떨어지기 때문으로 보았다. 이는 DE 20으로 캡슐화하였을 때 총 플라보노이드 함량이 높게 나타난 본 연구와는 반대되는 경향이었다. Arisanti CIS 등(2020)의 연구에서는 자색고구마의 안토시아닌 색소를 말토덱스트린으로 안정화하였을 때, 말토덱스트린의 처리 농도를 높였을 때, 안토시아닌 보유력이 높아졌다고 보고하였다. 또한 타피오카 전분으로 안정화시킨 안토시아닌 색소도 말토덱스트린 DE 10과 마찬가지로 초기 저장에서 안토시아닌의 분해가 천천히 일어났는데, 이는 코팅물질의 흡습성과 관계되어 있고, 수분 흡착 정도가 낮으면 분자이동을 적게 일으켜 산화 반응을 발생시키기 어렵게 만들기 때문으로 보았다(Tonon RV 등 2010). 따라서 본 연구에서 DE 20 처리군에서 안토시아닌의 안정성이 높고 플라보노이드 보유력이 높은 것은, 안토시아닌 함량 대비 말토덱스트린 농도가 높았기 때문으로 보이며, 떡은 제조 시에 찜을 하는 방식으로 제조하였기 때문에 상대적으로 조리 과정에서 수분 흡착에 의한 손실이 덜 일어나 나타난 현상으로 보인다. 캡슐화하여 안정화 처리한 안토시아닌 분말의 저장 기간을 길게 하거나 끓이기 등의 조리 방법을 사용했을 때는 DE 값에 따라서 차이를 나타낼 수 있을 것으로 사료되며 추가적인 연구를 통해 DE 값에 따른 안토시아닌 색소의 저장 안정성을 확인할 필요가 있을 것으로 보인다. 생 분말로 처리한 떡과 비교했을 때, 안토시아닌 색소는 말토덱스트린으로 안정화시키는 것이 플라보노이드 함량에서도 더 높은 함량을 보였기 때문에, 말토덱스트린이 색소 분말의 안토시아닌을 포함한 플라보노이드 물질을 안정하게 가지고 있음을 확인할 수 있었고, 조리과정 중의 용출이 최소화됨을 알 수 있었다.
Fig. 3.
Total flavonoid contents, total phenolic compounds, and DPPH radical scavenging capacity of rice cake prepared with encapsulated anthocyanin pigment with different maltodextrin DE.
a-g Different letters on the bar mean significantly different at p<0.05 by Duncan multiple range test.
SP means sweet potato and BC means black carrot. DE 1: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE1), DE 12: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE12), DE 20: encapsulated anthocyanin extract pigment with maltodextrin (DE20-25).
5.
총 페놀성 화합물 함량
떡의 총 페놀성 화합물 함량을 측정한 결과는 Fig. 3에 제시하였다. 흑당근 껍질의 안토시아닌 색소를 이용하여 제조한 캡슐화 분말의 총 페놀성 화합물은 총 플라보노이드 함량 결과와 마찬가지로 자색고구마에 비하여 유의적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). 하지만 생분말과 비교하였을 때, 안정화 색소 모두 유의적으로 높은 페놀성 화합물 함량을 보였다. DE 값에 따른 캡슐화 안토시아닌 색소의 안정성은 흑당근 껍질은 BC-DE 20 함유 떡에서, 자색고구마에서는 SP-DE 12가 가장 높은 경향을 보였다(p<0.05). Haghighat-Kharazi S 등(2019)의 연구에서 DE 4~7로 효소를 캡슐화하였을 때, DE 16.5~19.5에 비해서 캡슐화 효율이 높게 나타나는 경향을 보였다는 연구가 결과가 보고된 바 있다. 또한 Tonon RV 등(2010)의 안토시아닌 안정화 연구에서도 DE 10이 DE 20보다 더 안정적으로 안토시아닌 색소를 포집한다고 보고된바 있다. 본 실험의 조건이나 구성하고 있는 안토시아닌 성분에 따라서 캡슐화 효율은 달리 나타날 수 있을 것으로 사료되며, 저장 등의 조건에 따라서 안토시아닌 안정성은 달라질 수 있을 것으로 보인다. 총 플라보노이드 함량 결과와 마찬가지로 총 페놀성 화합물 함량 역시 말토덱스트린으로 안토시아닌 색소를 안정화시킨 경우, 처리하지 않은 생 분말에 비해 총 페놀성 화합물 함량이 더 높게 나타나 기능성 물질의 조리 중의 보존에 긍정적인 영향을 줌을 알 수 있었다.
6.
DPPH radical 소거능
안토시아닌은 좋은 전자 공여제로 프리라디칼을 제거하는데 도움을 줄 수 있어 항산화효과를 가진다(Fang JL 등 2020). 안정화한 안토시아닌 색소를 첨가하여 제조한 떡의 DPPH radical 소거능을 측정한 결과는 Fig. 3과 같았다. 흑당근 껍질을 DE 20으로 안정화한 BC-DE 20의 라디칼 소거능이 가장 높게 나타났으며, 자색고구마 SP-DE 12, SP-DE 20이 그 다음으로 높은 소거능을 보였다(p<0.05). 흑당근 껍질 생분말은 가장 낮은 활성을 나타내 총 플라보노이드 함량, 페놀성 화합물 함량 측정 결과와 유사한 경향을 보였다. 이를 통해 떡에 첨가한 자색 분말의 항산화능에 영향을 주는 요소는 플라보노이드 성분으로 색소 성분인 안토시아닌 성분이 영향을 크게 미침을 예측할 수 있었다. 또한 말토덱스트린을 이용한 색소 안정화에서 자색고구마는 비교적 안정하게 색소 성분을 유지하며, 흑당근 껍질에서도 생 분말에 비하여 안정적으로 색소를 유지함을 확인할 수 있었고, 특히 DE 20을 이용하여 안정화시켰을 때 가장 안정적임을 확인하였다. 말토덱스트린의 당량별로 분무건조하여 오일을 캡슐화하였을 때, 말토덱스트린의 DE 값이 11, 19, 25로 증가할수록 입자의 액포 비율이 증가하여 입자 사이즈가 커졌는데 입자가 클수록 케이킹 강도가 강해져서 과산화물가를 감소시키는 효과가 있다고 하였다(Abd Ghani A 등 2017). 따라서 말토덱스트린의 DE 값이 커질수록 안토시아닌 색소의 포집 효과도 좋을 수 있음을 알 수 있었으나, 일부 연구에서는 DE 값이 커질수록 수화도가 좋아져 저장 안정성이 낮다고 보고하였기 때문에(Tonon RV 등 2010), 색소 처리 후 저장 중의 변화에 대한 추가 연구가 필요할 것으로 보인다. 생 분말과 비교하였을 때 말토덱스트린의 안정화 처리한 안토시아닌 색소는 조리 중의 변화에 대한 안정성도 높아짐을 확인할 수 있었다.
Ⅳ.
요약 및 결론
본 연구에서는 자색고구마와 흑당근 껍질의 안토시아닌 색소를 80% 에탄올과 0.2% 시트르산 혼합물(pH 2.65)로 추출하여 코팅소재인 말토덱스트린 DE 값(DE 1, DE 12, DE 20)에 따라 안토시아닌 색소를 캡슐화여 캡슐화 처리하였고, 이 소재를 첨가한 떡의 색소의 안정성과 항산화활성을 분석하였다. 캡슐화된 안토시아닌 색소의 hunter L, a, b값을 측정한 색도 결과 값은 말토덱스트린의 DE 값이 높을수록 명도 L 값과 붉은색을 나타내는 a 값이 높았다(p<0.05). 송편 반죽을 제조하여 동일한 비율의 안토시아닌 색소를 첨가하였을 때, 자색고구마의 색이 흑당근 껍질에 비해 옅게 나타났으며, 흑당근 껍질 생 분말에서는 반죽에 색이 고르게 분포되지 않았고 조리 후 색이 옅어지는 경향을 보였다. 반면에 말토덱스트린으로 안정화시킨 안토시아닌 색소분말을 첨가한 떡은 저장 기간에 따라 색의 변화는 거의 나타나지 않았으며, 조리 후에도 색이 안정적으로 유지되었다. 캡슐화한 안토시아닌 색소를 첨가하여 제조한 떡의 총 플라보노이드, 총 페놀성 화합물, DPPH radical 소거능을 측정한 결과 모두 말토덱스트린 DE 20으로 캡슐화하여 안정화한 안토시아닌 색소를 첨가한 떡에서 측정값이 높게 나타났다. 본 실험의 결과를 통해 말토덱스트린으로 안토시아닌을 캡슐화하는 것은 색소의 조리, 가공 중의 안정성을 높일 수 있음을 알 수 있었다.
