Changes in the Composition of Dietary Sulfur Compounds in Radish According to Different Drying Methods

Jeong, Gyeong A; Lee, Chang Joo

doi:10.13050/foodengprog.2023.27.4.319

2023; 27(4):319-323

pISSN: 1226-4768, eISSN: 2288-1247

DOI: https://doi.org/10.13050/foodengprog.2023.27.4.319

Article

건조방법에 따른 무의 식이황화합물 성분변화

정경아, 이창주*

Changes in the Composition of Dietary Sulfur Compounds in Radish According to Different Drying Methods

Gyeong A Jeong, Chang Joo Lee*

Author Information & Copyright ▼

원광대학교 식품생명공학과

Department of Food Science and Biotechnology, Wonkwang University

^* Corresponding author: Chang Joo Lee, Department of Food Science and Biotechnology, Wonkwang University, Iksan 54538, Korea Tel: +82-63-850-6825; Fax: +82-63-850-7308 E-mail: cjlee@wku.ac.kr

Received: Sep 13, 2023; Revised: Oct 11, 2023; Accepted: Oct 18, 2023

Abstract

Radish is a sulfur-containing compound containing the -S group, having bioactive functions such as anticancer, antithrombotic, antioxidant, and antibacterial properties, and is used as a health supplement and pharmaceutical material. This study aimed to compare changes in sulforaphane (SFN) content according to freeze-drying or hot-air drying conditions in Korean radishes. The color of frozen or hot-air-dried radish underwent a browning reaction due to heat treatment; the brightness (L) decreased from 89.3 to 56.1, and the redness (b) increased. The SFN content of freezedried radish was 13.2565 mg/g, the SFN of radish dried at 50°C was 2.64372 mg/g, and the SFN of radish dried at 80°C was 0.0678 mg/g, which was the highest in freeze-dried radish. Therefore, the SFN of radish was found to be insufficient in thermal stability, and freeze-drying was considered a suitable method for drying radish.

Keywords: radish; sulforaphane; freeze-dried; hot-air dried

서 론

우리나라는 1970년대 이후 지속적인 국민소득 증가로 경제성장에 따른 환경오염 및 미세먼지, COVID-19와 같 은 환경변화로 건강에 대한 관심이 높아지고 있다(An & Kim, 2001;Hwang et al., 2011). 이에 따라 다양한 기능 성 원료를 통한 건강 기능성식품의 소비 증가와 이와 관련 한 연구가 활발히 진행되고 있다(Hwang et al., 2021). 그 중 황 함유화합물이 항암성, 항혈전성, 항산화성, 항균성 등의 생리활성 기능을 가지고 있다고 보고되면서 관련 건 강 보조 식품 및 의약품의 소재로 활용되고 있다(Song et al., 2009).

황 함유화합물은 -S기를 가지고 있는 화합물로, 특히 무 (Choi et al., 2009), 적양배추(Ha & Lee, 2014), 브로콜리 (Kim et al., 2009), 마늘(Choi et al., 2007), 양파(Kwak et al., 2000), 부추와 파(Kim et al., 2012) 등과 같은 십자화 과(Cruciferae) 및 백합(Lilliaceae) 채소류에 존재한다. 국내 에서 재배되는 농산물 중 무는 항산화작용을 나타내는 생 리활성 물질이 다량 함유되어 있으며, 황을 포함하는 sulforaphane 성분이 포함되어 있다(Choi et al., 2009).

Sulforaphane (SFN, 1-Isothiocyanato-4-(methylsulfinyl)- butane)은 isothiocyanate과 유사한 화학구조를 가지고 있어 강력한 항암 및 항산화 효과가 있다(Im et al., 2010). Sulforaphane은 발암성 원인물질저하와 배출을 돕는 Phase I (cytochrome P-450)과 Phase II (glutathione transferase와 qui-none reductase 등) 효소들의 강력한 유도체로 알려져 있다(Kim et al., 1997;Choi et al., 2008). 최근 연구결과 에 따르면 sulforaphane는 인체내의 암세포에서 세포주기 진행과정을 교란하면서 암세포 증식을 억제한다고 보고되 었다(Chiao et al., 2002;Pham et al., 2004;Singh et al., 2004). 이에 따라 항암작용에 영향을 주는 sulforaphane에 대한 관심이 증대되고 있다. 하지만 무에 관한 연구로는 Kim & Rhee (1985)의 한국산 무의 휘발성 함유화합물 항 산화 변화, 가공방법에 따른 제주산 월동무의 이화학적 특 성 변화(Hong et al., 2021), 열처리 무 추출물의 이화학적 특성과 항산화 활성(Lee et al., 2009), 인체 페암 세포주 (A-549)에 대한 무 에탄올 추출물의 세포 독성 연구(Yim et al., 2004) 등과 같이 무 추출법에 의한 항산화 활성에 대한 연구가 주를 이루고 있을 뿐 건조 방법에 따른 sulforaphane 함량에 관한 연구는 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 건조 방법에 따른 무의 식이황화합물 sulforaphane의 성분 변화를 조사하여 최적 건조방법을 확 립하여 식품산업화에 필요한 기초 분석 자료를 확보하고자 하였다.

재료 및 방법

실험 재료

본 실험에 사용된 무는 2022년 국내에서 생산된 것으로 강원도에서 수확한 운두령 무(Gangwon-do, South Korea)를 구매하여 사용하였다. 무는 동결건조(RF), 50°C 열풍건조 (R50), 80°C 열풍건조(R80)로 각각 건조하여 실험에 사용하 였다. 건조한 무는 디클로로메탄(Dichloromethane, Samchun, Gyeonggi-do, South Korea)용매를 이용해 sulforaphane 성 분을 추출하였다. 분석 연구에 사용된 표준 시약은 DLSulforaphane (S4441, Sigma-Aldrich, St. Louis, MO, USA) 을 이용하였다.

무의 건조

무의 건조는 동결 건조기(LP10, IlShinBioBase Co., Ltd., Dongducheonsi, Gyeonggido, South Korea), 열풍 건조기 (C-DF3, Changshin Science, Seoul, South Korea)를 사용하 였고 열풍 건조의 온도는 50°C, 80°C로 하였다. 구매한 무 를 초음파세척기(AY-1500, Anyone, Suwon, Gyeonggi-do, Korea)로 흙과 같은 불순물을 제거한 뒤 2 × 2 cm로 절단 하여 수분함량 10% 이하가 될 때까지 건조하였다. 수분함 량은 적외선 수분측정기(ML-50, A&D Co., Tokyo, Japan) 를 이용하여 105°C 상압 가열 건조법으로 측정하였다. 건 조한 시료는 grinder (HMF-3800, Hanil Electric, Seoul, Korea)에 넣고 분쇄하여 sulfate인 sulforaphane (SFN)의 추 출에 사용하였다.

색도 측정

건조한 무의 색도는 분쇄한 시료 10 g을 petri dish에 담 아 색도계(Model CM-5, Minolta Co., Tokyo, Japan)로 측 정하였다. 색도는 Hunter 값인 명암도(L; lightness), 적색도 (a; redness), 황색도(b; yellowness) 값을 표준 백색판으로 보정한 후 측정하였다. 색도차(∆E)는 fep-27-4-319_I1 로 계산하였다.

무의 sulforaphane 추출

건조한 무의 식이황화합물 추출은 Lee & Kyung (2011) 의 방법을 변형하여 진행하였다. 각 건조 시료 10 g에 D.W 250 mL, dichloromethane 80 mL을 첨가하여 1시간 동안 교반 추출하였다. 추출된 시료를 5°C 원심분리기(Supra R22, Hanil Scientific Inc., Gimpo, Korea)에서 13,000×g로 15분간 원심 분리하여 유기 용매 하층액(dichloromethane) 을 분취하였다. 하층액은 -70°C deep freezer (DF8517, IlshinBiobase Co. Ltd., Seoul, Korea)에서 2시간 이상 보 관 후 centrifugal evaporator (CVE-3100, EYELA, Tokyo, Japan)로 진공 농축 건조하였다. 추출된 시료는 -70°C 이 하의 온도에서 보관하며 실험에 사용하였다.

Sulforaphane 표준 용액의 조제

Sulforaphane 표준 시약을 5 μg/mL의 농도가 되도록 제 조한 후 이를 희석하여 최종 농도가 100, 75, 50, 25, 0 ng/mL 비율이 되도록 제조하여 HPLC 분석을 통해 표준 곡선(calibration curve)를 얻었다. 표준 용액 제조에는 HPLC grade의 acetonitrile과 water를 사용하였다.

식이황화합물 Sulforaphane 분석

무로부터 추출된 식이황화합물은 HPLC (Jasco LC-4000, Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다. 무에서 존재하는 식 이황화합물 sulforaphane은 Nakagawa et al. (2006)의 방법 을 변형하여 분석하였다. 분석 시료는 진공 농축한 시료 10 mg과 1 mL ACN (acetonitrile)을 혼합한 뒤 0.45mm nylon filter로 filtering하여 분석에 사용하였다. Sulforaphane 분석에 사용된 HPLC column은 C18 (250×4.6mm×5 μm, YMC-Pack, ODS-AQ)이며, 이동상은 gradient 방식으로 HPLC grade solvent 60:19 v/v (water: acetonitrile)으로 gradient를 주다가 40:60 v/v (water:acetonitrile) 비율로 isocratic하였다. Flow rate: 1 mL/min, Injection volume: 10 μL, UV-detector (254 nm, 230 nm)로 하여 Sulforaphane 물질을 분석하였다. 자세한 분석 조건은 Table 1에 나타냈다.

Table 1. HPLC analyzer operating condition of radishes

HPLC		Jasco LC-4000

Column		C18 (250 × 4.6 mm × 5 μm, YMC-Pack ODS-AQ)

Mobile phase		A: ACN (Acetonitrile), B: Water (D.W)

Detector		UV-vis detector (230 nm)

Run time		28 min

Flow rate		1 mL/min

Injection volume		20 μL

Column temperature		30°C

Method conditional (gradient)	Time (min)	Mobile phase A (%)	Mobile phase B (%)

	00.00	19	81
	05.00	19	81
	20.00	60	40
	20.01	100	0
	25.00	100	0
	25.01	19	81
	28.00	19	81

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통계분석

모든 실험값은 S PS S ( 23.0 f or w indows, S PS S I nC., Chicago, IL USA) 프로그램을 이용하여 분산분석(ANOVA) 을 실시하였다. 실험값은 Mean±SD로 표시하였으며, 각 측 정 평균값은 p<0.05 수준으로 Duncan’s multiple range test 를 실시하여 유의 수준을 검증하였다.

결과 및 고찰

색도 측정

동결 또는 열풍 건조된 무의 색도는 Table 2에 나타내었 다. 동결 건조된 무는 열이 가해짐에 따라 갈변 반응이 진 행되어 명도 L 값은 RF (83.3), R50 (78.7), R80 (56.1)로 감소하는 경향을 보였다. 황색도인 b 값은 RF (7.42), R50 (18.1)로 증가하다가 R80 (14.1)로 감소하는 경향이 나타났 다. 적색도인 a 값이 R80 (6.60)으로 가장 높게 나타났으며 이는 높은 온도처리로 인한 갈빈 현상으로 보인다. Jeon et al. (2016)에 따르면 전반적으로 건조 온도가 높을수록 명 도는 감소하고 적색도가 증가한다는 보고와 일치한 결과이 다. Hwang et al. (2011)에 따르면 식품 열처리 가공은 열 에 민감한 활성 물질의 손실 등이 발생한다고 보고하였다. 이에 따라 건조 온도에 따른 무의 sulforaphane 함량에 변 화가 있을 것이다.

Table 2. Hunter’s color values of dried radish powder

Sample²⁾	Hunter’s color value¹⁾
	L	a	b	∆E
	RF	89.3±0.68^c	-1.02±0.30^a	7.42±1.05^a	89.86±0.63^c
R50	78.7±1.34^b	2.49±0.58^b	18.1±0.69^c	80.84±1.14^b
R80	56.1±3.32^a	6.60±0.43^c	14.1±2.49^b	58.23±3.83^a

¹⁾The values with different superscripts within a column are significantly different (p<0.05) by Duncan’s multiple range test.

²⁾RF; freeze-dried of radish, R50; radish dried at 50°C, R80; radish dried at 80°C

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HPLC에 의한 sulforaphane 함량 분석

Sulforaphane 표준 곡선

무의 sulforaphane 함량을 측정하기 위해 S igma에서 판 매하는 표준 시약(sulforaphnae, Sigma, USA)를 이용하여 표준 검정 곡선을 작성하였다. Sulforaphane의 표준 시약은 5 μg/mL를 기준으로 0, 25, 50, 75, 100 ng/mL으로 희석하 여 HPLC (high performance liquid chromatography)로 측 정하였다. 이에 따른 검량선의 Linearity는 y = 1653180.8x + 11991이었으며, R² = 0.9999로 나타났다. 자세한 그래프는 Fig. 1에 나타내었다.

Fig. 1. DL-Sulforaphane standard solution of radishes by drying method. HPLC chromatogram of standard crude sulforaphane detected by absorbance at 230 nm.

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무의 sulforaphane 함량

건조 온도에 따른 무의 SFN (sulforaphane)의 함량은 Table 3에 나타냈다. Im et al. (2010)의 연구 결과에 따르 면 십자화과 채소류에 속하는 브로콜리, 무의 S FN의 함량 은 품종별, 지역별로 매우 다양하게 나타나며, 가공처리(온 도, 추출 용매 등)에 따라서도 황을 함유하는 S FN 함량이 다양하다고 보고하였다. 본 연구에서 동결건조 무(RF)의 SFN 함량은 13.2565 mg/g이며, 열풍건조한 무의 S FN 함 량은 R50 (2.64372 mg/g), R80 (0.0678 mg/g)으로 나타났 다. 열처리 온도가 높아질수록 감소하는 경향을 보였으며, 이는 Kim et al. (1997)의 연구와 동일하게 S FN은 열처리 가 진행될수록 감소하였다. 따라서 무로부터 S FN을 얻기 위한 최적 건조 조건은 동결 건조(RF)로 판단된다.

Table 3. Sulforaphane contents of radishes by drying method

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건조 온도에 따른 sulforaphane 함량의 변화

Nakagawa et al. (2006) 건조 조건에 따른 무의 HPLC 분석결과는 Fig. 2에 나타냈다. (A)는 S FN s tandard solution 으로 retention time (RT) 12.883에 단일 peak가 나타났다. 동결 및 열풍 건조한 시료에서도 오차 범위 안으로 동일한 RT 값을 가졌다. 무를 온도별로 건조한 결과는 열처리 및 온도가 높아질수록 S FN함량이 감소하는 것으로 나타났다 (Table 3). Kim et al. (2009)에 따르면 sulforaphane은 myrosinase라는 효소로 인해 glusinolate가 가수 분해되면서 생성되는데, 열을 가하면 이 효소가 불활성 된다고 보고하 였다. HPLC 분석결과 높은 열로 건조하였을 경우 S FN의 함량은 감소하였으며, SFN의 구조가 파괴 및 변환되면서 다양한 RT 값에서 새로운 peak가 형성되었다.

Fig. 2. HPLC chromatogram of crude sulforaphane extract from radish detected by absorbance at 230 nm. (A) sulforaphane standard (B) RF; freeze-dried of radish, (C) R50; radish dried at 50°C, (D) R80; radish dried at 80°C. The arrow indicates the peak of sulforaphane.

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요 약

본 연구에서 무로부터 동결 건조 또는 열풍 건조 조건에 따른 S FN 함량의 변화를 비교하고자 하였다. 무에 동결 또는 열풍 건조를 진행하였을 경우 색도는 열처리된 열풍 건조 시료에서 갈변반응으로 인해 명도가 감소하고 적색도 가 증가하였다. 또한 S FN의 함량은 건조온도가 높아짐에 따라 감소하는 경향이 나타났다. 동결 건조한 무에서의 SFN 함량은 13.2565 mg/g이었으며, 50°C에서 건조한 무의 SFN은 2.6437 mg/g, 80°C에서 건조한 무의 S FN은 0.0678 mg/g으로 동결 건조한 무에서 가장 높았다. 따라서 무의 SFN은 열에 민감하여 동결 건조가 적합한 것으로 판단된다.

감사의 글

본 논문은 농촌진흥청 연구사업(과제번호: RS-2022- RD010244)의 지원에 의해 이루어진 것임.

정경아: 원광대학교 식품생명공학과 박사과정

이창주: 원광대학교 식품생명공학과 교수

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Abstract

서 론

재료 및 방법

결과 및 고찰

요 약

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