품종 및 숙도 단계에 따른 아로니아의 이화학적 품질 및 항산화 활성 연구

실험에 사용된 아로니아는 Viking, Nero, Mckenzie 총 3 품종으로 숙도 단계에 따라 2017년 전북 고창에서 수확하 여 사용하였다. 각 시료는 이물질을 제거한 후 균일한 크 기의 아로니아를 선별하였고 색깔에 따라 1^st stage (녹색), 2^nd stage (붉은색), 3^rd stage (검붉은색), 4^th stage (검은색) 로 숙도 단계를 구분하여 실험에 사용하였다.

경도(Hardness)는 Texture-Analyxer (TA-XT Plus, Stable Micro Systems®, Surrey, UK)를 이용하여 분석하였다. 분 석조건은 Test-speed 1.0 mm/sec, Per-test speed 2.0 mm/ sec, Strain 60%의 조건으로 분석하였고, 실험에 사용한 probe는 Stainless steel rod Ø 2.5 cm를 이용하였다. 실험에 대한 결과는 10회 반복하여 측정하였다.

색도는 분광색차계(Color i7, X-rite Inc, Grand Rapids, MI, USA)를 이용하여 명도(L*-value, lightness), 적색도 (a*-value, redness), 황색도(b*-value, yellowness)를 측정하 였으며 백색판(L*=98.42, a*=-0.06, b*=-0.33)을 기준으로 사용하였고, 시료의 표면을 5회 반복하여 측정한 값을 사 용하였다.

pH와 산도는 시료 5 g에 증류수 45 mL를 가한 후 여과 한 후 여액을 pH meter (Orion 4 STAT, Thermo Fisher Scientific, Berverly, MA, USA)를 이용하여 3회 반복 측정 하여 평균±표준편차로 나타내었다. 산도와 동일한 방법으 로 시료를 처리한 후 pH meter를 이용하여 최종 pH 8.3이 될 때까지 0.1 N NaOH로 적정하여 최종 pH 8.3까지 적정 하였다. 적정한 NaOH의 양을 확인하여 아래의 식에 대입 하여 계산하였다.

Acidity = ((0.009×mL of 0.1 N NaOH×F×dilution factor)/sample (g)))×100

F: factor of 0.1 N NaOH

당도는 시료 5 g에 증류수 45 mL를 가한 후 여과 후 여 액을 디지털 당도계(PR-201, Atago, Tokyo, Japan)를 이용 하여 3회 반복하여 측정하였다.

DPPH (2,2-diphenyl-1-picryl-hydrazyl-hydrate)는 Blois (1958)의 방법을 참고하였다. 아로니아 시료를 1 mg/mL로 녹여 단계별로 희석시킨 추출액 100 μL과 150 μM DPPH solution 100 μL를 혼합하여 암소에서 30분 동안 반응 후 518 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH 라디칼 소거능은 시료를 넣지 않은 대조구와 시료를 넣은 첨가구의 흡광도 차이를 구하였으며 50% DPPH radical scavenging로 나타 내었다.

ABTS는 Roberta et al. (1999)의 방법을 참고하였다. 아 로니아의 ABTS+라디칼 소거능 측정방법을 이용하여 항산 화 활성을 측정하였다. 시료에 60% ethanol을 가하여 희 석한 후 ABTS용액 100 μL과 시료액 100 μL을 혼합하여 암상태로 30분 동안 반응 후 734 nm에서 흡광도를 측정 하였다.

아로니아의 총 폴리페놀 함량 분석은 Folin-Denis법의 일 부를 변형하여 사용하였다. 농도를 조정한 아로니아 시료 액 200 μL에 2% Sodium carbonate 2 mL를 가한 후 2분 간 방치하여 1N Folin-ciocalteu’s phenol reagent 200 μL를 첨가하여 30분 동안 상온에서 암상태에서 반응 후 750 nm 에서 흡광도를 측정하였다. 총 폴리페놀함량은 gallic acid 를 표준물질로 하여 표준곡선을 기준으로 값을 구하였다.

플라보노이드 함량은 추출물 250 μL에 용매를 추출한 ethanol을 1 mL 가한 후 5% sodium nitrite을 75 μL을 넣고, 5분간 방치 후 10% Alluminum chloride hydrate 150 μL를 첨가하여 6분간 방치하였다. 반응 후 1M NaOH를 500 μL 를 첨가하여 11분간 방치시킨 후 510 nm에서 흡광도를 측 정하였다. Quercetin을 표준물질로 하여 검량선을 작성한 후 Quercetin Equivalents (mg CE/g)으로 나타내었다.

모든 실험 결과는 3반복 이상으로 측정을 하여 평균과 표준편차로 나타내었다. 실험 조건간의 차이는 SPSS (ver. 22, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하였으며 Duncan’s multiple range test로 조건간의 유의적인 차이(p<0.05)를 비 교하였다.

각 품종과 숙도 단계에 따른 경도를 측정한 결과는 Table 1과 같다. 품종에 따른 경도는 1단계에서 4.03-4.30 kgf, 2 단계에서 3.14-3.38 kgf로 나타났으며, 품종에 따라서는 유 의적인 차이를 보이지 않았다. 3단계 이후 품종에 따라 약 간의 차이를 보였으나, 유사한 수치를 나타내었다. 숙도 단 계에 따른 변화는 1단계에서 가장 높은 값을 나타냈으며, 숙도 단계가 진행될수록 유의적으로 감소하였다. 4단계 이 후로는 1.22-1.67 kgf로 유의적인 차이를 보이지 않았다. Stavang et al. (2015)의 실험 결과에 따르면 숙성 정도에 따라 5단계로 나눈 라즈베리의 단단함을 측정한 결과 Compression (%)이 1단계에서는 30.74, 5단계에서 38.84으 로 유의적으로 증가한 것으로 나타났다. 따라서 숙성단계 와 열매의 색에 따라서 라즈베리의 단단함이 감소한다고 나타내고 있어 숙성 단계가 지날수록 경도가 감소하는 본 실험결과와 유사한 경향을 나타내었다. 이는 숙도가 진행 됨에 따라 불용성 펙틴이 수용성 펙틴으로 가수분해되어 경도가 점차 감소하기 때문이다(Roe & Joseph, 1981).

Table 1. Hardness of Aronia at different ripening stages and varieties Unit : kg_f

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품종 및 숙도 단계별 아로니아의 색도를 측정한 결과는 Table 2와 같다. 품종에 따라 명도값은 44.69-47.09로 Nero 품종과 Mckenzie 품종과 비교하였을 때 Viking 품종이 유 의적으로 높은 값을 나타내었다. 2단계부터 4숙단계까지 Viking 품종의 명도값이 Nero, Mckenzie 품종에 비해 유의 적으로 낮은 값을 보였으나, 전반적으로 품종간 명도 값이 큰 차이를 보이지 않았다. 적색도와 황색도의 경우 품종에 따라 대부분 유사한 값으로 큰 차이를 보이지 않았다. 숙 도 단계에 따라 비교한 결과 명도값은 1단계에서 44.69- 47.09, 2단계에서 23.15-28.77로 2배 정도 크게 감소하였으 며 3단계 이후로 유사한 값을 나타냈다. 적색도는 1단계에 서 가장 낮게 나타났으며, 2단계에서 가장 높은 값을 보였 으며, 3단계 이후로는 유의적 차이를 보이지 않았다. 황색 도는 1단계부터 3단계까지 숙성기간이 지날수록 유의적으 로 감소하였으며, 4단계 이후로는 유의적인 차이를 보이지 않았다. Kim & Shin (2011)의 실험 결과에 따르면 숙성 정도가 다른 토종 복분자 딸기의 색도를 측정한 결과 미숙 과의 명도가 가장 높게 나타났으며, 적색도는 붉은색의 중 숙과, 황색도는 미숙과가 가장 높게 나타나 성숙도에 따라 명확하게 차이를 보여, 본 실험 결과와 유사한 경향을 보 였다. 북미산 복분자의 색도를 측정한 결과 적색도가 중숙 과>완숙과>미숙과, 황색도는 미숙과>중숙과>완숙과 순서로 높게 나타나 본 실험 결과와 유사하게 나타났다(Cha et al., 2007)

Table 2. Color value of Aronia at different ripening stages and varieties

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당도 측정 결과는 Table 3에 나타내었으며 품종별로 비교 하였을 때 숙성 1단계와 2단계를 제외한 3단계 이후로 Viking 품종에 비해 Nero와 Mckenzie 품종의 당도가 더 높 게 나타났다. 숙도 단계에 따라 비교하였을 때 숙성 단계가 높아질수록 아로니아의 당도가 유의적으로 증가하는 경향을 보였다. 국내산 복분자 딸기의 숙도 단계에 따른 총 당 함 량은 건물당 12.47-56.08%로 숙도 단계가 지남에 따라 점차 증가하는 경향을 보였으며, 중간숙과와 완숙과의 경우 미숙 과와 비교하였을 때 3-5배 정도 높은 당을 함유하는 것으로 나타났으며 본 실험 결과와 같이 숙성 단계가 지날수록 당 함량이 높아지는 것으로 나타났다(Kim & Shin, 2011).

Table 3. Sugar content of Aronia at different ripening stages and varieties Unit : Brix (%)

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아로니아의 pH와 산도를 측정한 결과는 Table 4에 나타내 었다. Vking 품종이 3.49-3.56, Nero는 3.62-3.92, Mckenzie 품종은 3.85-4.06으로 Mckenzie 품종의 pH가 가장 높게 나 타났으며, 숙도 단계별 비교한 결과 전반적으로 pH의 변화 가 크게 나타나지 않았다. 산도는 품종에 따라 Viking 품종 의 산도가 7.34-8.39로 가장 높게 나타났으며, Mcknezig 품종은 5.68-6.58로 가장 낮게 나타났다. 숙도 단계에 따라 비교한 결과 pH와 유사한 경향을 보였으며, 숙도 단계별로 큰 차이를 보이지 않았다. 3단계(Semi-ripe, Pipe, slightly over-ripe)로 숙도 단계를 구분한 라즈베리의 산도를 측정 한 결과 수확 시기에 따라 유의적인 차이를 보이지 않은 것으로 나타났으며(Erika at al., 2011), 따라서 본 실험 결 과와 유사한 경향을 나타냈다.

Table 4. pH and acidity of Aronia at different ripening stages and varieties

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DPPH 라디칼 소거능에 의한 항산화 활성을 측정한 결 과(Fig. 1) 품종에 따라 비교하였을 때 숙성 3단계 이후로 Mckenzie 품종의 라디칼 소거능이 유의적으로 높게 나타 났으며, 숙도 단계에 따른 결과는 숙성 단계가 높아질수록 DPPH 라디칼 소거능이 높은 활성을 나타내었다. ABTS 라디칼 소거능은(Fig. 2) Nero 품종의 ABTS 라디칼 소거 능이 가장 높게 나타났으며, 숙도 단계에 따라 비교하였을 때 숙성단계가 높아질수록 유의적으로 증가하는 경향을 보 였다. 숙도 단계에 따른 흑미의 DPPH 라디칼 소거능을 측정한 결과 각각의 품종에서 숙도 단계가 진행될수록 IC50값이 높아지며 항산화 활성이 낮아지는 것으로 나타났 다. ABTS 라디칼 소거능도 유사한 경향으로 흑진주 품종 을 제외한 나머지 품종의 항산화 활성이 낮아지는 것으로 보고되었다(Park et al., 2015). DPPH 및 ABTS 라디칼 소 거능은 숙성 정도가 증가하면서 DPPH 소거능은 증가하였 지만, ABTS 소거능은 크게 변화가 없는 것으로 나타났다. 이는 DPPH는 안정한 유리 라디칼이며 ABTS는 양이온 라디칼이라는 라디칼의 차이와, DPPH는 주로 소수성 물질 의 항산화능을 측정하는데 비해 ABTS는 친수성과 소수성 물질의 항산화능을 다 측정할 수 있다는 차이 등에 기인하 기 때문이다(Yu et al., 2002;Floegel et al., 2011).

Fig. 1. DPPH radical scavenging of Aronia at different ripening stages and varieties. NSnot significant. ^A-DMeans with different superscripts within the ripening stages are significantly different (p<0.05). ^a-cMeans with different superscripts within the varieties are significantly different (p<0.05).

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Fig. 2. ABTS+ radical scavenging of Aronia at different ripening stages and varieties. ^A-FMeans with different superscripts within the ripening stages are significantly different (p<0.05). ^a-cMeans with different superscripts within the varieties are significantly different (p<0.05).

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품종 및 숙도 단계에 따른 아로니아의 총 폴리페놀 함량 은 품종에 따라 비교한 결과는 Fig. 3과 같다. 모든 품종의 총 폴리페놀 함량은 1단계에서 가장 높은 함량을 나타냈으 며, Nero 품종의 총 폴리페놀 함량이 가장 높게 나타났다. 수확시기에 따라서는 단계가 지날수록 감소하는 경향을 나 타냈으며 3단꼐 이후로는 변화가 없는 것으로 나타났다. Kim et al. (2015)에 의하면 시설에서 재배한 오디의 경우 숙기가 지날수록 phenolic acid의 함량이 점점 줄어드는 것 으로 나타났으며 본 실험 결과와 유사한 결과를 보였다. Coseteng & Lee (1987)에 의하면 사과의 숙성과정 중에 페놀 물질의 활성이 변화하는데, 과일이 익게 되면 전분, hemicellulose와 같은 고분자에서 저분자로 분해 되면서 페 놀 함량이나 PPO의 활성이 감소되는 것으로 보고되고 있 다. 페놀 물질의 경우 숙성 과정 중 어느 시기에 도달하게 되면 감소하지 않고 일정한 함량을 유지하는 것으로 보고 되는데, 위 실험 결과와 유사한 경향을 나타냈다.

Fig. 3. Total polyphenol content of Aronia at different ripening stages and varieties. ^A-EMeans with different superscripts within the ripening stages are significantly different (p<0.05). ^a-cMeans with different superscripts within the varieties are significantly different (p<0.05).

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품종 및 숙도 단계에 따른 아로니아의 총 플라보노이드 함량에 대한 결과는 Fig. 4와 같다. 품종에 따라 비교한 결 과 Nero 품종의 플라보노이드 함량이 다른 품종에 비해 높게 나타났으며 숙도 단계에 따라 비교한 결과 1단계에서 총 플라보노이드 함량이 가장 높은 것으로 나타났고, 단계 가 진행될수록 아로니아의 총 플라보노이드 함량이 유의적 으로 감소하는 결과를 나타냈다. Kim et al. (2015)의 실험 결과에 의하면 오디의 flavonoid 함량은 숙도 단계가 지남 에 따라 점차 유의적으로 감소하는 경향을 보였으며 노지 에서 재배한 오디의 경우 모든 숙성 단계에서 감소하는 경 향을 나타내어 본 실험결과와 유사한 경향성을 나타냈다. Chae et al. (2003)은 뽕잎 안의 플라보노이드 성분이 생육 시기가 지날 수록 점차 감소하는 것으로 보고하였으며, Lee et al. (2002)은 어성초의 퀘세틴 함량이 생육 초기에 가장 높으며 생육 시기가 지남에 따라 감소하는 것으로 보 고 되어 본 실험 결과와 유사한 것으로 나타났다. 아로니 아의 총 폴리페놀 함량과 총 플라보노이드 함량이 DPPH 라디칼 소거능과 정비례하는 것으로 나타나지는 않았다. Lee et al. (2012)는 DPPH 라디컬 소거능은 비타민 C 함 량에서만 양의 상관관계를 나타냈고, 총페놀과 플라보노이 드 함량과는 상관관계가 성립하지 않았다고 보고하였다. DPPH 라디컬 소거능은 폴리페놀 화합물에 기인하기 보다 다른 항산화 물질과 보다 밀접한 관계임으로 반드시 총 폴 리페놀 함량과 정비례하는 것은 아님을 알 수 있다.

Fig. 4. Flavonoid content of Aronia at different ripening stages and varieties. ^A-DMeans with different superscripts within the ripening stages are significantly different (p<0.05). ^a-cMeans with different superscripts within the varieties are significantly different (p<0.05).

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