서 론
후추(Piper nigrum L.)는 세계적으로 널리 사용되는 향 신료 중 하나로 인도가 주산지이다. 검은 후추는 열매가 녹색일 때 수확하여 햇볕에 건조되어 생산되며, 백후추는 껍질을 제거하고 건조된 것이다. 후추는 독특한 향과 맛을 지니고 있어 풍미를 강화하기 때문에 식욕 증진 등의 목적 으로 활용되고 있다. 후추의 향기 성분은 주로 terpene류, alcohol류, aldehyde류, ketone류에 속하는 것들이며, 특유의 매운맛 성분은 piperine으로 후추 품질의 지표물질이다. Piperine은 특유의 매운맛과 방부효과를 가지고 있어 식생 활뿐만 아니라 약용, 살충제, 방부제, 향수 제조 등에 사용 된다(Park & Im, 2010;Park et al., 2014).
후추는 재배과정에서 다양한 미생물에 오염될 수 있으 며, Salmonella spp., Escherichia coli 등의 미생물이 후추 에서 검출되었다고 보고되었다. 실제로 국내 재래시장에서 유통 중인 후추에서 일반 세균 104-107 CFU/g, Bacillus cereus 102-105 CFU/g으로 높은 오염도를 보인다(Park et al., 2018). 일반적으로 후추의 미생물은 포자 형태를 하고 있으며 살균이 어렵고, 건조된 후추는 상온에서 비교적 안 정한 제품이지만 가공식품에서 최종 제품의 유통기한을 단 축하거나 식품 매개 질병을 일으킬 수 있어 문제가 될 수 있다(Hertwing et al., 2015).
후추와 같은 향신료의 살균 방법으로는 가열 살균, 자외 선 처리, microwave 처리, 훈증제 처리 등이 대부분이나 살 균효과의 불충분, 약제 성분의 잔류 등 많은 문제점을 내포 하고 있으며, 특히 살균 처리 과정에서 고유의 매운 향이 다량 소실되는 문제점을 동반한다(Cho et al., 1986). 이러한 문제점을 해결하기 위해 고전압 펄스 전기장(high voltage pulsed, PEF), 초고압(high hydrostatic pressue, HPP), 광펄 스(intense pulse light, IPL), 저온 플라즈마(cold plasma) 등 다양한 비가열 살균 방법이 연구되고 있다(Shin et al., 2010).
하지만 한가지 살균 방법이 식품내의 모든 미생물을 사 멸시킬 수 없고, 높은 효율의 살균이 어려워 다른 살균기 술과의 조합을 통해 식품의 안정성을 확보하기 위한 노력 이 계속되고 있다. 지금까지 병합살균기술을 통한 후추의 살균은 Gwak et al. (2018)와 Bang et al. (2018) 등의 연 구에서 일부 살균기술을 병합하여 미생물 살균에 대한 연 구 결과를 보고하였지만 살균 처리 후 후추의 기기적 분 석을 통한 품질변화나 관능적 특성에 대한 연구는 거의 이루어지지 않고 있다. 후추를 포함한 향신료의 품질평가 는 식품공전에서 위화물, 타르색소, 대장균 및 대장균군을 측정항목으로 설정하고 있다(Ministry of Food and Drug Safety, 2020). 그러나 실제로 후추의 품질은 고유의 향미 에서 결정되기 때문에 관능적 특성이 매우 중요하다(Lee, 2009). 따라서 본 연구에서는 서로 다른 3개의 비가열 살 균 방법(광펄스, 저온 플라즈마, 자외선처리)을 병합한 장 비를 이용하여 살균 처리한 후 후추의 기기적 분석결과와 관능적 특성 사이의 상관관계를 통해 품질변화를 분석하 였다.
재료 및 방법
후추(Malaysia)는 C 한약방(Seoul, Korea)에서 구매하여 살균 처리 전의 시료와 함께 광펄스, 저온 플라즈마, 자외 선 병합살균장치(Dukyoung Eng. Co., Seongnam, Korea)를 이용하여 살균 처리한 것을 시료로 사용하였다. 시료의 살 균처리는 조분쇄 형태의 후추를 광펄스(3,000 V, 2 Hz)와 저온 플라즈마(1 kV, 30 Hz)로 3분간 순차적으로 처리한 후 자외선(253.7 nm, 40W) 처리를 진행하였다. 자외선램 프와 시료의 거리는 5 cm였으며, 약 1,200 mm를 4.6 cm/s 의 속도로 26초간 이동하였다. 살균 처리 후 미생물 저감 효과는 0.51 log CFU/g였다. 기기적 분석과 관능평가를 위해 살균처리 전후의 시료를 warning blender (HGB25E, Warning Laboratory Science, Torrington, CT, USA)를 이용 하여 high 단계에서 2분간 분쇄 후 35 mesh 체에 내려 균 일하게 하였다. 이후 향미 보존을 위해 알루미늄 재질의 파 우치에 담아 밀봉한 후 -20°C에서 보관하였다. 실험에 사용 된 생수(Kwang Dong Pharm. Co., Jeju, Korea)와 묘사분석 의 기준으로 사용된 재료들과 사골곰탕(CJ Cheiljedang, Jincheon, Korea), 크림수프(Dongwon Homefood, Asan, Korea), 소고기, 무 등의 식재료는 시중 대형마트에서 구매 하여 사용하였다.
비가열 병합살균 전후 후추의 색도 변화를 확인하기 위 해 지름 3 cm의 원형 평판 접시(petridish)에 가득 담아 평 평하게 깎은 후 색도계(CR-400, Konica Minolta Co. Ltd, Tokyo, Japan)를 이용하여 L (명도, lightness), a (적색도, redness), b (황색도, yellowness)를 측정하였다. 3회 반복 측정하여 평균값으로 사용하였으며, 표준 백판값은 L= 96.81, a=0.02, b=1.70이었다. 색상각(hue angle)은 tan−1(b/ a)으로 계산하였으며, 색도차(ΔE)는 살균 처리 전 후추를 기준으로 하여 각 색도 측정치에 대하여 계산하였으며, 다 음 식에 의해 계산하였다.
비가열 병합살균 전후 후추의 piperine 함량을 분석은 Lee & Shin (2019)의 방법을 참고하였다. Agilent 6410B Triple Quadrupole LC/MS (Agilent Technologies, Palo Alto, CA, USA)를 사용하여 LC MS/MS 방법으로 piperine 함량을 분석하였으며, 시료는 MeOH 용액에 0.1 g/mL 녹여 추출 후 1/1000 희석하여 사용하였다. 분석 후 piperine (Sigma-Aldrich Co., St. Louis, MO, USA) 표 준용액 1, 10, 100, 1,000 ppb를 분석하여 얻은 검량선을 토대로 peak 면적으로부터 piperine 함량을 계산하였다.
관능평가 패널은 전주대학교 한식조리학과에 재학 중인 남녀 학생을 대상으로 기본맛 인지 검사와 순위 강도 검 사를 통해 선발하였다. 선발된 인원을 대상으로 Wage (2008)를 참고하여 60°C에서 0-0.5%까지 0.1% 농도 간 격으로 제조한 6개의 시료를 순위 검사법(ranking test)으 로 평가하는 후추 농도별 순위 강도 훈련을 진행한 후 정답률이 80% 이상인 패널 17명을 대상으로 시료의 강 도평가를 진행하였다. 강도평가를 진행한 패널 17명을 대상으로 60°C에서 0-0.5%까지 0.05% 농도 간격으로 제 조한 11개의 시료를 순위 검사법(ranking test)으로 평가 하는 후추 농도별 순위 강도 훈련을 진행한 후 정답률이 80% 이상인 패널 13명을 대상으로 묘사분석을 진행하였 다. 조리적용 관능평가를 위해서는 훈련 간 개인 정답률을 고려하여 21명을 선발하여 진행하였다. 본 연구는 전주대 학교 기관생명윤리위원회(Jeonju University Institutional Review Board)의 승인을 받아 수행되었다(IRB No.: jjIRB- 2017-0911).
시료는 난수표에서 선택된 세 자릿수의 난수를 부착하여 제공하였으며, 시료와 시료 사이에 입을 헹굴 수 있도록 생수와 식빵을 제공하였다. 평가 후 5분 정도의 휴식 시간 을 두어 혀의 둔화 현상을 최소화하도록 하였다. 시료의 평가 항목은 색, 향, 매운맛, 혀의 아린 정도이었으며, 제시 된 시료를 무작위로 맛을 보고 15 cm line 위에 시료 간의 강도 차이를 표시하도록 하였다. 색은 어두운 정도에 따른 강도를 표시하도록 하였으며, 나머지 항목은 특성에 대한 강도가 강한 순으로 평가하였다.
비가열 병합살균 처리 전후 시료의 관능적 특성 차이를 확인하기 위하여 묘사분석 방법 중 향미프로필 방법을 활 용하였으며, 향과 맛에 대한 관능적 특성을 스펙트럼 묘사 분석 방법으로 표현하였다. Lee & Shin (2019)에서 개발 된 후추에 대한 13개의 관능적 언어와 기준시료(R)의 강도 를 참고하여 관능검사 요원들이 스스로 인지할 수 있도록 훈련하였다. 기준시료는 훈련된 언어에 따른 해당 물질들 을 제공하여 기준으로 하였으며, 시료는 살균 처리 전후 후추 2종을 제시하였다. 모든 시료는 향을 먼저 평가한 후 맛을 평가하게 하였으며, 0-11점 척도를 사용하여 시료의 강도를 평가하도록 하였다.
비가열 병합살균 처리 전후 후추를 조리에 적용하였을 때 향미 차이를 확인하기 위하여 살균처리 전후 후추를 소 고기뭇국, 크림수프, 사골곰탕을 사용하여 평가하였으며, 시료의 제조법은 Table 2에 나타내었다. 시료와 시료 사이 에 입을 헹굴 수 있도록 생수와 식빵을 제공하였으며, 평 가를 시작하기 전과 시료를 맛본 후 입안을 헹구도록 하였 다. 시료의 특성상 강한 향미를 가지고 있어 평가 후 5분 정도의 휴식 시간을 두어 혀의 둔화 현상을 최소화하도록 하였다. 난수표에서 선택된 세 자릿수 난수를 부착하여 제 공된 시료를 무작위로 맛본 후 15 cm line 위에 시료 간의 강도의 차이를 표시하도록 하였다. 평가 항목은 후추의 향 과 맛이었다.
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통계분석은 비가열 병합살균 처리 전후의 후추의 색도 차이와 piperine 함량의 차이를 검증하기 위하여 대응 표본 T검정을 진행하였으며, 관능평가 결과 시료의 향미 차이를 검증하기 위하여 비모수 검정 중 대응 2-표본테스트를 수 행하였으며, 유의적 차이를 검증하기 위하여 윌콕슨 부호 순위 검정(Wilcoxon signed rank test)을 수행하였다. 모든 통계분석의 유의수준은 p<0.05였으며, SPSS Version 21.0 package program (SPSS INC., Chicago, IL, USA)을 사 용하였다. 정량적 묘사분석을 통해 개발된 후추의 관능적 언어와 향미프로필 결과의 상관성 분석을 위해 주성분 분석(principal component analysis, PCA)을 실시하였다 (XLSTAT, Ver. 2020, Addinsoft, Paris, France).
결과 및 고찰
병합살균 처리 전후 후추의 색도 측정결과와 piperine 함 량 변화를 분석한 결과를 Table 2에 나타내었다. 살균 처 리 후 후추의 명도값은 유의적으로 감소하는 경향을 보였 다. 이와 같은 결과는 광펄스의 강한 빛과 저온 플라즈마 에 의한 온도변화가 색분해를 촉진하여 명도값이 감소한 것으로 판단된다. Lee (2020)에 의하면 살균 처리 과정에 서 광펄스와 저온 플라즈마 연속 처리 후 쌀눈의 온도는 약 51°C까지 상승하였으나, 자외선 처리 과정 중에 약 28°C까지 감소하여 살균 처리 중 온도변화는 제품의 품질 에 큰 영향을 끼치지 않을 것으로 판단된다. 살균 처리 후 적색도 값은 증가하였으며, 황색도 값은 감소하는 경향을 보여 유의적 차이를 보였다. 색상각의 값은 살균 처리 전 76.0±1.53, 살균 처리 후 69.5±1.35으로 값이 감소하여 유 의적인 차이를 보였다. Bang et al. (2018)에 의하면 45-75 의 색상각 값은 갈색을 나타내며, 그 범위 내에서 값이 작 을수록 갈색이 진해진다는 것을 의미한다. 따라서 병합살 균 처리시 광펄스의 강한 빛과 자외선 처리가 후추의 막 손상(membrane damage)에 의한 페놀의 산화를 촉진시켜 갈색이 진해진 것으로 판단된다(Collings et al., 2018). 색 도차(ΔE)는 6.11로 Song & Park (1995)의 기준에 따르면 큰 차이(6.0-12.0)를 보이는 것으로 나타났다. 수확 직후 후 추는 녹색인데 이를 건조 및 가공하는 과정에서 일반적인 검은 후추의 색이 되며, 이도 페놀의 산화에 의한 것이다 (Dhas & Korikanthimath, 2003).
후추의 매운맛 성분인 piperine 함량 변화는 살균 처리 전 28.4±0.25 mg/g이었으며, 살균 처리 후 20.4±1.06 mg/g 으로 28.6% 감소하여 유의적인 차이를 보였다. 이러한 경 향은 빛에 노출됨에 따른 이성화 현상과 살균 과정 중 성 분 자체의 파괴가 복합적으로 작용한 결과이다. Piperine의 본체는 매운맛이 강한 2-E,4-E; piperine이며, 열과 방사선 에 대한 저항성이 커서 안정하지만 빛에 노출되면 매운맛 이 약한 2-Z,4-Z; cavisin으로 이성화가 진행되며, 가공과정 에서 성분 자체의 파괴가 이루어진다고 보고되고 있다 (Cho et al., 1986;Kim & Kim, 2004). Lee & Shin (2019)의 연구 결과에 따르면 비가열 살균 처리에 의해 piperine 함량이 감소하여 본 실험의 결과와 유사한 경향을 보였으며, 광펄스 처리 후 piperine 함량이 가장 큰 감소를 보여 병합살균 처리 과정 중 광펄스 처리가 piperine 함량 감소에 가장 큰 영향을 끼쳤을 것으로 판단된다.
비가열 병합살균 처리 전후 후추에 대한 강도평가 결과 를 Table 3에 나타내었다. 색은 살균 처리 후의 후추의 색 이 어둡다고 평가하였으며, 유의적인 차이를 보여 살균 처 리 전후 후추의 색을 육안으로 구분하는 것으로 나타났다. 색도측정 결과 L값이 감소하여 색도차가 6.11로 큰 차이를 보였으며, 색상각 값이 감소하여 진한 갈색을 나타낸 것과 유사한 경향을 보였다. Lee & Shin (2019)에서 광펄스 처 리 후 후추의 색이 다른 살균 방법에 비해 어둡다고 응답 한 결과로 보아 병합살균 처리 시 광펄스 처리에 의한 색 변화가 큰 영향을 끼쳤다고 판단된다.
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향은 살균 처리 후의 후추의 향이 약하다고 평가하였으 며, 유의적인 차이를 보여 살균 처리 전후 후추의 향도 구 분하는 것으로 나타났다. Lee & Shin (2019)에서 전자코 분석 결과 살균 처리 전후 후추가 2개의 그룹으로 구분되 었으며, 강도평가 결과 살균 처리 후 시료의 향이 약하다 고 응답하여 살균 처리 전후의 시료에 차이가 있음을 나타 냈다. 특히 묘사분석 결과 후추 특유의 향 중 시원한 향에 서 차이를 느낀 결과로 보아 병합살균 처리 후 후추 향의 감소는 시원한 향과 관련 있는 것으로 판단된다.
매운맛과 혀의 아린 정도에 대한 강도평가 결과는 유의 적인 차이를 보이지 않아 살균 처리 전후를 구분하지 못하 는 것으로 나타나 후추의 매운맛의 주성분이라고 알려진 piperine 함량이 살균 처리 후 감소한 결과와는 차이를 보 이며, Lee & Shin (2019)의 비가열 살균 처리 후 매운맛 과 혀의 아린 정도를 살균 처리 전의 시료보다 약하다고 느낀 결과와도 차이를 보였다. 이러한 결과를 종합해 보면 비가열 병합살균 처리를 통한 piperine 함량의 감소와 향의 감소는 후추 특유의 매운맛에는 큰 영향을 끼치는 수준이 아니었다고 판단된다. 후추 특유의 향을 제거했을 때 매운 향과 함께 매운맛을 약하게 느껴 후추의 맛은 일반적으로 향에 큰 영향을 받는다고 보고되고 있다(Lee, 2009).
병합살균 처리 전후 후추를 정량적 묘사분석을 통해 개 발된 13개의 관능적 언어에 대하여 인지 강도를 평가하였 다. 이에 따른 향미 프로필 결과를 Table 4에 나타내었으 며, 시원한 향, 풀 향, 나무 향, 한약재 향, 매운맛, 아린 맛, 떫은맛, 고소한 맛에 대한 강도 결과를 스펙트럼 묘사 분석 방법을 통해 Fig. 1에 나타내었다. 솔잎치약과 페퍼민 트 시원한 향, 화자오의 시원한 향은 살균 처리 후 향이 약하다고 평가하여 유의적인 차이를 보였다. 들깨의 고소 한 맛은 살균 처리 후 맛이 강하다고 평가하여 유의적인 차이를 보였다. 솔잎치약, 페퍼민트, 화자오의 시원한 향과 들깨가루의 고소한 맛을 제외한 모든 항목에서는 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 이러한 경향은 살균 처리 과정 중 강한 빛과 플라즈마에 의한 온도상승에 의해 향기 성분 이 휘발되었을 것이라고 판단된다. 후추의 향은 주로 휘발 성 정유성분에 기인하며 주로 질소 화합물로 구성되어있는 것으로 보고되고 있으며, 그 함량이 높은 것이 좋은 품질 의 후추로 분류되고 있다. 이러한 후추의 향기 성분은 가 공하는 과정에서 변형되기 쉽고 높은 비율을 차지하고 있 는 terpene, alcohol, aldehyde, ketone류는 휘발성이 강하다 (Park & Im, 2010;Robin et al., 2006). 또한 후추에는 고 소한 향기 성분이 함유되어 있는데 후추 특유의 강한 향기 성분이 휘발하면서 고소한 향을 강하게 느끼게 되고, 맛에 도 영향을 끼쳤을 것이라고 보고하고 있다(Lee & Shin, 2019).
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각 시료에 대한 특성 강도의 평균값을 사용하여 정량적 묘사분석을 통해 개발된 13개의 관능적 언어와 살균처리 전후 시료 사이의 상관성을 분석한 결과 살균처리 전후의 시료가 구분된 결과를 보였다(data not shown). 들깨의 고 소한 맛과 마른 솔잎 풀향이 살균 처리 후의 시료와 함께 음의 상관관계를 보였으며, 이외의 모든 항목이 살균 처리 전의 시료와 함께 양의 상관관계를 보였다. Lee & Shin (2019)의 결과와 비교해 보았을 때 제 1주성분의 양의 방 향으로 갈수록 관능적 언어에 대한 강도가 강해지며, 음의 방향으로 갈수록 강도가 약해져 후추 특유의 강한 향과 맛 에 의해 가려져 있던 고소한 맛이나 풀 향과 같은 특성이 강하게 느껴지는 것이라고 판단된다.
소고기뭇국, 크림수프, 사골곰탕에 병합살균 처리 전후 후추를 적용하여 관능평가를 진행한 결과를 Table 5에 나 타내었다. 크림수프에서 살균 처리 전후 후추의 향과 맛에 대하여 유의적인 차이를 보이지 않아 살균 처리 전후 후추 를 적용한 시료를 구분하지 못하는 것으로 나타났다. 소고 기뭇국에서는 살균 처리 후 후추가 적용된 시료에서 후추 의 향과 맛이 살균 처리 전 후추를 적용한 시료 비해 약 하게 느껴진다고 평가하였으며, 유의적인 차이를 보여 살 균 처리 전후 후추를 적용한 시료를 구분했다. 사골곰탕의 경우 살균 처리 후 후추를 적용했을 때 후추의 향이 약하 게 느껴진다고 평가하였으며, 유의적인 차이를 보였다. 후 추 맛은 유의적인 차이를 보이지 않아 후추 향은 구분했지 만, 맛은 구분하지 못한 것으로 나타났다. Mok & Jeon (2013)에서는 감압방전플라즈마 살균 처리 전후 후추를 고 깃국에 적용하였을 때 관능적 차이를 크게 느끼지 못했다 고 보고되었다. 이러한 결과와는 크림수프에 살균 처리 전 후 후추를 적용하였을 때 결과와 유사한 경향을 보이며, 소고기뭇국과 사골곰탕에서의 결과는 차이를 보였다. 이러 한 현상은 지방 성분이 혀를 둔화시키고 후추 향의 주성분 인 정유 성분과 결합하여 맛과 향을 평가하는 데 영향을 끼친 것이며, 특히 크림수프는 소고기뭇국과 사골곰탕보다 점도와 유지방 함량이 높아 후추의 향미를 차이를 느끼기 어려웠을 것으로 판단된다. 사골곰탕은 후추의 정유 성분 과 결합하여 향을 평가하는 데 영향을 끼치기에는 크림수 프보다 지방함량이 낮아 향의 차이는 구분해 냈으며, 후추 맛의 차이를 느끼지 못한 것은 사골곰탕 국물의 점도와 지 방 성분이 복합적으로 영향을 끼쳤을 것으로 판단된다. 소 고기뭇국의 경우 분명하게 향을 구분하여 향을 통해 후추 의 맛도 강하다고 평가한 결과로 판단된다.
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요 약
다양한 미생물 오염의 위험에 노출되어있는 후추를 서로 다른 3가지 비가열 살균 방법을 병합한 장비를 이용하여 살균 처리하였을 때 향미 특성의 변화를 분석하였다. 색도 측정 결과 명도값과 색상각 값이 감소하여 어둡고, 진한 갈색으로 변했으며, 색도차는 6.11로 큰 차이를 보였다. Piperine 함량은 살균 처리 전 28.4±0.25 mg/g에서 살균 처 리 후 20.4±1.06 mg/g으로 28.6% 감소율을 보였다. 강도평 가 결과 살균 처리 전후 두 시료 사이의 색과 향이 구분 되었으며, 매운맛과 혀의 아린 정도는 구분되지 않았다. 색 에 대한 강도평가 결과는 살균 처리 후 후추의 색이 살균 처리 전보다 어둡다고 평가된 색도측정 결과와 유사한 경 향을 보였으며, 매운맛에 대한 강도평가 결과는 살균 처리 후 piperine 함량이 감소한 분석결과와 차이를 보였다. 살균 처리 후 후추의 솔잎치약, 페퍼민트, 화자오의 시원한 향이 약하다고 응답하였으며, 들깨의 고소한 맛이 강하다고 응 답했다. 이외의 항목에서는 유의적인 차이를 보이지 않은 것으로 나타났다. 조리적용 시에는 적용된 품목의 점도와 지방함량에 따라 향과 맛에 대한 항목의 구분에 차이가 있 었으며, 크림수프와 같이 점도가 높고 지방함량이 높은 식 품에 적용했을 때 향과 맛의 큰 차이를 느끼지 못하는 것 으로 판단된다. 이전 논문의 개별살균 처리 후 후추의 미 생물 저감효과와 향미 특성 분석 결과와 비교해 보았을 때 병합살균 처리 후에 미생물 저감효과는 더 높고 향미 특성 은 살균 처리 전후 유의적 차이가 적어 산업적 적용 가능 성을 보였다.
