KR20190007918A - 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법 - Google Patents

유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 (1) 천년초 줄기 및 유자 과피를 각각 세절하여 준비하는 단계; (2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 및 유자 과피와 천년초 열매, 구아바 잎, 설탕 및 물을 혼합하여 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및 (3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 발효하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액에 관한 것이다.

Description

유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법{Method for producing Opuntia humifusa fermented solution using Citrus junos peel and Psidium guava leaf}
본 발명은 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법 및 상기 방법으로 제조된 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액에 관한 것으로, 본 발명의 천년초 발효액은 총 폴리페놀, 플라보노이드, 나린진 및 헤스페리딘과 같은 기능성 성분과 항산화 및 항당뇨 활성과 같은 생리활성 효과가 증진된 고품질의 발효액을 제공할 수 있다.
한국 토종 선인장으로 손바닥 선인장으로 불리는 천년초(Opuntia humifusa)는 백년초에 비하여 비타민, 폴리페놀, 미네랄, 파이토스테롤, 아미노산, 색소 성분인 베탈레인 등 다양한 생리활성 성분들이 풍부하여 저혈당 기능, 궤양보호, 항산화, 항염증, 항지혈증, 진통제, 항바이러스 등 다양한 기능성을 나타내는 것으로 알려져 있다. 이러한 천년초의 건강 기능성 소재로 이용하기 위해 발효 또는 당 침지를 통한 유용성분의 추출을 시도하였다. 하지만 유용성분 추출을 위한 당 침지 방법은 당 함량이 상당히 높아 당뇨환자와 같이 혈당 조절이 어려운 사람들에게는 적합하지 않으며 발효에 사용되는 당질도 최근 섭취를 기피하려는 사람들로 인하여 저감화하는 추세이다. 천년초의 경우 자체만으로 발효시 선인장 자체 특유의 풀내와 쓴맛 등으로 관능적 품질 특성이 낮아 천년초 발효액을 다른 혼합물 없이 식품으로 이용하기에 어려운 단점이 있다. 젖산균의 생육과 기호도 개선을 위해 첨가되는 당은 발효 후에도 여전히 높은 수준을 유지하고 있어 이를 저감화하면서도 기호성을 개선할 수 있는 천년초 발효물 제조방법의 개발이 필요하다.
유자(Citrus junos)는 운향과에 속하는 감귤류의 일종으로 청유자, 황유자, 실유자 등이 있으며, 고흥, 완도, 장흥 등 전남지역 일대에서 생산되며 지역 특산 자원으로 사용 가능하고, 독특한 향기성분인 리모넨(limonene)으로 인해 기호성이 높다. 유자는 다른 감귤류와 달리 과육과 과피 모두 사용이 가능하고, 과피 부분에 많이 함유되어 있는 기능성 성분을 섭취할 수 있는 장점이 있다. 또한, 레몬에 비해 3배 정도 많은 비타민 C가 들어 있어 감기와 피부미용에 좋고 유기산이 풍부하여 노화와 피로방지에도 효과적이며 그 외에 비타민 B 및 무기질의 함량도 높다. 유자를 비롯한 감귤류의 과피에 함유되어 있는 플라보노이드류는 다양한 생리활성을 지니며 나린진은 항균, 항산화, 항염증, 항고혈압 및 혈중지질 저하 효과 등이 보고되었고, 헤스페리딘은 혈압강화, 항알러지, 혈중 LDL 콜레스테롤 감소, 발암 억제 작용 등의 생리 기능성을 가진다고 알려져 있다. 유자를 이용한 연구로는 유자젤리, 유자첨가 동치미, 유자액을 이용한 소스, 유자차, 유자잼 등 다양한 연구가 보고되었다.
한국등록특허 제1570154호에는 천년초 발효물의 제조방법이 개시되어 있고, 한국등록특허 제1727201호에는 천년초 혼합물에 바실러스속 균주를 혼합하여 발효시키는 단계를 포함하는 천년초 발효액의 제조방법이 개시되어 있으나, 본 발명의 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효물의 제조방법과는 상이하다.
본 발명은 상기와 같은 요구에 의해 안출된 것으로서, 본 발명의 목적은 재료 선정, 재료 전처리, 배합비 및 발효조건을 최적화하여 천년초 발효액을 제조함으로써, 기능성 성분 및 생리활성 효과가 증진될 뿐만 아니라 기호도가 우수한 천년초 발효액의 제조방법을 제공하고, 제조된 발효액의 활용 범위를 확장하는 데 있다.
상기 과제를 해결하기 위해, 본 발명은
(1) 천년초 줄기 및 유자 과피를 각각 세절하여 준비하는 단계;
(2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 및 유자 과피와 천년초 열매, 구아바 잎, 설탕 및 물을 혼합하여 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및
(3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 발효하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법을 제공한다.
본 발명의 천년초 발효액의 제조방법에서, 상기 (2)단계의 천년초 혼합물은 바람직하게는 천년초 줄기 420~480 g, 유자 과피 80~120 g, 천년초 열매 420~480 g, 구아바 잎 8~12 g, 설탕 420~460 g 및 물 650~750 mL를 혼합하여 준비할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 천년초 줄기 450 g, 유자 과피 100 g, 천년초 열매 450 g, 구아바 잎 10 g, 설탕 440 g 및 물 700 mL를 혼합하여 준비할 수 있다. 상기와 같은 재료 및 배합비로 제조된 천년초 혼합물을 이용하여 발효액을 제조하는 것이 제조된 발효액의 총 폴리페놀, 플라보노이드, 나린진 및 헤스페리딘과 같은 기능성 성분과 항산화 및 항당뇨 활성과 같은 생리활성 효과가 증진될 뿐만 아니라, 풍미가 우수하여 기호도가 향상된 발효액으로 제조할 수 있었다.
또한, 본 발명의 천년초 발효액의 제조방법에서, 상기 (3)단계의 발효는 바람직하게는 22~28℃에서 15~18일 동안 발효할 수 있으며, 더욱 바람직하게는 25℃에서 15~18일 동안 발효할 수 있다. 상기와 같은 발효조건으로 발효하는 것이 제조된 발효액의 기능성 성분 및 생리활성 효과를 최대로 증진시키면서, 충분히 발효되어 발효취는 나지 않고 관능적 특성도 향상시킬 수 있었다.
본 발명의 천년초 발효액의 제조방법은, 보다 구체적으로는
(1) 천년초 줄기를 가로 1.5~2.5 cm 및 세로 1.5~2.5 cm의 크기로 세절하고, 유자 과피를 0.4~0.6 cm의 두께로 세절하여 준비하는 단계;
(2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 420~480 g 및 유자 과피 80~120 g과 천년초 열매 420~480 g, 구아바 잎 8~12 g, 설탕 420~460 g 및 물 650~750 mL를 혼합하여 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및
(3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 22~28℃에서 15~18일 동안 발효하는 단계를 포함할 수 있으며,
더욱 구체적으로는
(1) 천년초 줄기를 가로 2 cm 및 세로 2 cm의 크기로 세절하고, 유자 과피를 0.5 cm의 두께로 세절하여 준비하는 단계;
(2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 450 g 및 유자 과피 100 g과 천년초 열매 450 g, 구아바 잎 10 g, 설탕 440 g 및 물 700 mL를 혼합하여 30°Brix의 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및
(3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 25℃에서 15~18일 동안 발효하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명은 또한, 상기 방법으로 제조된 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액을 제공한다.
본 발명의 천년초 발효액은 총 폴리페놀, 플라보노이드, 나린진 및 헤스페리딘과 같은 기능성 성분과 항산화 및 항당뇨 활성과 같은 생리활성 효과가 증진되는 효과가 있으며, 맛, 향 및 기호도가 증진되어 소비자들이 더욱 선호하는 발효액을 제공할 수 있어 다양한 식품 제조로의 활용도를 높일 수 있다. 또한, 버려지는 부산물인 유자 과피를 활용하여 기능성뿐만 아니라 천년초 특유의 관능성도 개선할 수 있어서 부산물 활용으로 인한 부가적 가치 창출과 제품 품질 개선 방법으로 유용하게 적용될 수 있다.
도 1은 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 pH(A) 및 당도(B) 변화를 비교한 그래프이다.
도 2는 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 젖산균 수 변화를 비교한 그래프이다.
도 3은 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 총 폴리페놀 함량 변화를 비교한 그래프이다.
도 4는 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 총 플라보노이드 함량 변화를 비교한 그래프이다.
도 5는 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 나린진(A) 및 헤스페리딘(B) 함량 변화를 비교한 그래프이다.
도 6은 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 발효기간에 따른 DPPH 라디칼 소거능 변화를 비교한 그래프이다.
도 1 내지 6의 Oh: 천년초, Oh-CF: 천년초+유자 과육, Oh-CP: 천년초+유자 과피, Oh-CFP: 천년초+통유자를 이용한 발효액을 의미한다.
도 7은 흰 빵이나 포도당 50 g을 섭취한 후 나타나는 혈당반응곡선을 보여준다.
도 8은 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 pH 변화를 비교한 그래프이다.
도 9는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 당도 변화를 비교한 그래프이다.
도 10은 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 DPPH 라디칼 소거능 변화를 비교한 그래프이다.
도 11은 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 환원력 변화를 비교한 그래프이다.
도 12는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 총 폴리페놀 함량 변화를 비교한 그래프이다.
도 13은 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 총 플라보노이드 함량 변화를 비교한 그래프이다.
도 14는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 발효기간에 따른 α-글루코시다아제 저해 활성 변화를 비교한 그래프이다.
도 8 내지 도 14의 Oh: 천년초, Oh-CP: 천년초+유자 과피, Oh-CPG: 천년초+유자 과피+구아바 잎을 이용한 발효액을 의미한다.
도 15는 글루코스 용액(A), 상업적으로 판매되고 있는 천년초 발효 추출액(B), 본 발명의 천년초 발효액(C)의 혈당반응곡선을 보여준다.
이하, 본 발명의 제조예 및 실시예를 들어 상세히 설명한다. 단, 하기 제조예 및 실시예는 본 발명을 예시하는 것일 뿐, 본 발명의 내용이 하기 제조예 및 실시예에 한정되는 것은 아니다.
제조예 1: 유자 첨가 천년초 발효물 제조
천년초 줄기와 열매(전남 순천, 2016년)는 순천만천년초(순천시, 덕월동)로부터 구입하였으며, 유자는 전남 고흥군 농가에서 재배된 2016년산을 구입하여 사용하였다. 천년초와 유자는 수세 후 물기를 제거하여 건조 후 -70℃에 보관하여 사용하였다. 유자는 과육과 과피를 분리하여 따로 보관하여 사용하였다.
천년초 줄기는 약 2 cm(가로) × 2 cm(세로) 크기로 슬라이스하고 열매는 그대로 사용하였으며 유자 과육과 과피 모두 0.5 cm 두께로 슬라이스하여 사용하였다. 통유자(C. junos fruit and peel, CFP), 유자 과육(C. junos fruit, CF), 그리고 유자 과피(C. junos peel, CP)를 각각 천년초 중량의 10% 수준(70 g)으로 유자를 첨가하여 천년초와 유자의 총 중량이 동일하도록 합하였다. 모든 재료를 잘 혼합한 후 30℃ 항온기(incubator)에서 14일간 발효를 진행시키면서, 0, 2, 6, 10, 14일에 발효액을 채취하여 분석시료로 사용하였다. 천년초 발효는 하기 표 1과 같은 비율로 혼합하되 3 L 용량의 뚜껑이 있는 플라스틱 용기에 먼저 설탕 600 g을 멸균수 700 mL에 녹이고 천년초 700 g(줄기:열매=1:1, w/w)을 넣어 총 중량이 2000 g이 되도록 하였다.
유자 첨가 천년초 발효물의 배합비
시료1 ) 천년초 열매(g) 천년초 줄기(g) 유자(g) 설탕(g) 물(mL) 합계(g)
Oh 350 350 0 600 700 2000
Oh-CF 315 315 70(과육) 600 700 2000
Oh-CP 315 315 70(과피) 600 700 2000
Oh-CFP 315 315 70(통) 600 700 2000
1) Oh: 천년초(O. humifusa), Oh-CF: 천년초+유자 과육, Oh-CP: 천년초+유자 과피, Oh-CFP: 천년초+통유자
실험방법
1. pH 및 당도 분석
천년초 발효액의 pH와 당도는 각각 pH 미터(Mettler-Toledo AG 8603, Schwerzenbach, Switzerland)와 당도계(PR-101, ATAGO, Tokyo, Japan)를 이용하여 측정하였다. pH 미터는 분석 전에 교정(calibration)하여 측정하였다.
2. 젖산균 생육 측정
유자 첨가 천년초의 발효 중 젖산균 생육속도 측정은 발효액 시료 0.1 mL를 멸균증류수로 이용하여 단계로 희석하여 주입평판법을 사용하여 계수하였다. 희석액에 MRS 배지(Difco, Beckton-Dickinson, Sparks, MD, USA)를 분주한 후 잘 혼합한 다음 응고시키고, 37℃ 항온기에서 24시간 동안 배양한 후, 젖산균 집락 수를 계수하여 CFU(colony forming units)/mL로 나타내었다.
3. 총 폴리페놀 함량 분석
총 폴리페놀 함량은 96-웰 마이크로플레이트에 시료 40 ㎕와 증류수 200 ㎕를 잘 혼합한 후 50% 폴린-시오칼토 페놀 시약(Folin-Ciocalteu's phenol reagent) 20 ㎕와 5% 탄산나트륨 용액 40 ㎕를 차례로 가하여 잘 혼합한 다음 1시간 동안 암실에 방치하였다. 마이크로플레이트 리더(Eon, Biotek, St. Winooski, VT, USA)를 이용하여 반응액의 흡광도를 750 nm에서 측정하여 총 폴리페놀 함량을 갈산(gallic acid)을 표준물질로 하여 ㎍ GAE(gallic acid equivalents)/mL로 나타내었다.
4. 총 플라보노이드 분석
총 플라보노이드 함량은 시료 100 ㎕에 80% 에탄올 400 ㎕, 5% 아질산나트륨(sodium nitrite) 30 ㎕를 차례로 가하여 혼합한 다음 실온에서 5분간 반응시켰다. 다음으로 10% 염화알루미늄(aluminium chloride) 30 ㎕와 1M 수산화나트륨(sodium hydroxide) 200 ㎕를 가하여 혼합한 후 1분간 정치하였다. 반응액에 증류수 200 ㎕를 가한 후 1000×g에서 10분간 원심분리(HM-150 IV, Hanil Science Industrial, Inchun, Korea)하여 상등액을 취하여 420 nm에서 흡광도를 측정한 다음 퀘르세틴(quercetin)을 사용하여 총 플라보노이드 함량을 계산하고 ㎍ QE(quercetin equivalents)/mL로 나타내었다.
5. 나린진과 헤스페리딘 함량 분석
발효액의 나린진(naringin)과 헤스페리딘(hesperidin)의 추출은 시료 2 mL에 메탄올과 디메틸설폭시드(dimethylsulphoxide)를 1:1(v/v) 비율로 혼합한 용액 6 mL를 가하여 1시간마다 격렬히 흔들어주며 실온에서 12시간 동안 추출한 다음 0.45 ㎛ 실린지 필터(SF13-HLB45-GM, Futecs Co., Daejeon, Korea)로 여과한 후 HPLC 분석에 사용하였다. 나린진과 헤스페리딘의 이동상 분석조건은 표 2 및 3과 같다.
나린진 및 헤스페리딘 분석을 위한 HPLC 조건
구성 설명
HPLC 시스템 Agilent 1200(Agilent, Santa Clara, CA, USA)
컬럼 YMC-PACK ODS-AM(C18, 250 mm × 4.6 mm, 5 ㎛, YMC, Kyoto, Japan)
컬럼 온도 40℃
유속 1 mL/분
주입 용량 20 ㎕
검출기 DAD(Diode array detector), 283 nm
나린진 및 헤스페리딘 분석을 위한 HPLC 이동상 조건
시간(분) 물(1% 아세트산)(%) 아세토나이트릴(1% 아세트산)(%)
0 85 15
35 35 65
45 0 100
50 0 100
55 85 15
6. DPPH 라디칼 소거능 분석
발효액의 DPPH 라디칼 소거능은 시료 0.2 mL에 0.2 mM DPPH 용액 0.8 mL를 가하여 잘 혼합한 다음 암실에서 30분간 방치하였다. 그 다음 마이크로플레이트 리더를 이용하여 517 nm에서 흡광도를 측정한 후 갈산(gallic acid)을 표준물질로 사용하여 검량선을 작성하여, DPPH 라디칼 소거능을 ㎍ GAE/mL로 계산하였다.
7. 환원력 분석
발효액의 환원력은 시료 200 ㎕, 0.2M 인산나트륨 완충액(pH 6.6) 200 ㎕, 1% 페리시안화칼륨(potassium ferricyanide) 용액 200 ㎕를 차례로 가하여 잘 혼합한 후 50℃ 진탕항온수조에서 20분간 반응시킨 다음 10% 트리클로로아세트산 200 ㎕를 가하여 반응을 정지시켰다. 반응액은 980×g에서 10분간 원심분리한 후 상등액 100 ㎕를 96-웰 마이크로플레이트에 취한 다음 증류수 100 ㎕과 0.1% 염화철 20 ㎕를 차례로 가하여 잘 혼합한 후 700 nm에서 흡광도를 측정하고 ㎍ GAE/mL로 환원력을 나타내었다.
8. α- 글루코시다아제 (α- Glucosidase ) 저해능 분석
α-글루코시다아제 저해능 분석은 기질 용액 2 mM 4-니트로페닐-α-D-글루코피라노시드(ρ-NPG)와 0.06 U/mL α-글루코시다아제는 100 mM 인산칼륨 완충액(pH 7.0)를 이용하여 제조하였다. 96-웰 플레이트에 농도별(31, 63, 125, 250, 500 ㎍/mL) 시료 20 ㎕에 효소용액 100 ㎕를 넣고 잘 혼합하여 균질화시킨 후 5분간 실온에 방치하였다. 다음으로 2 mM ρ-NPG용액 100 ㎕ 가하여 잘 혼합한 후 실온에서 10분간 반응시킨 다음 400 nm에서 흡광도를 측정하였다. 이때 시료를 넣지 않고 완충액(buffer)에 효소용액과 기질용액을 넣어 반응시킨 것을 대조구(control)로 사용하였으며, α-글루코시다아제 저해능은 다음 식에 따라 계산한 다음 IC50으로 나타내었다.
α-글루코시다아제 저해능(%) = [(Absref - Abssample)/Absref] × 100
Absref: 기준 흡광도
Abssample: 시료 흡광도
9. 향기성분 분석
유자 첨가 천년초 발효액의 휘발성 향기 성분 포집은 SPME(solid phase microextraction)를 이용하였다. 발효액 3 g과 내부표준물질로 0.05 ㎕의 n-펜타데칸(1 mg/mL)을 첨가하여 교반기에서 60, 100 rpm 교반 속도에서 10분간 SPME에 향기를 포집하였다. 포집된 SPME는 가스 크로마토그래피-질량분석법(GC/MSD; Agilent 7890A & 5975C, Agilent, Santa Clara, CA, USA)으로 분석하였다. 향기 성분의 분석은 HP-5MS 컬럼(30 m × 0.25 mm, 0.25 ㎛, Agilent 7890A & 5975C, Agilent, Santa Clara, CA, USA)을 사용하였다. 이때 분석조건으로 오븐 온도는 40℃에서 5분 머무른 후 200℃까지 분당 5℃의 속도로 승온시켰으며, 인젝터 온도는 220℃, 캐리어 가스(carrier gas)인 헬륨의 유속은 1.0 mL/min, 분할비(split ratio)는 1:10이었다. TIC(Total ionization chromatogram)에서 분리된 각 성분은 mass spectrum library(NIST 12)를 이용하여 동정하였으며, 각 시료의 향기 성분은 피크 면적과 이를 기준으로 내부표준물질을 이용하여 정량하였다.
10. 관능적 특성
유자 첨가 천년초 발효액의 관능적 특성은 훈련된 패널 10명을 선발하여 색(color), 향(flavor), 쓴맛(bitter taste), 단맛(sweet taste), 신맛(sour taste), 목넘김(mouthfeel while swallowing), 전체적 기호도(overall acceptability)를 7점 척도법으로 평가하였다. 여기에서 척도 점수는 1점; 매우 싫다, 2점; 보통 싫다, 3점; 약간 싫다, 4점; 보통이다, 5점; 약간 좋다, 6점; 보통 좋다, 7점; 매우 좋다로 분류하였다.
11. 통계분석
모든 분석은 3반복으로 진행하였으며 실험결과는 SPSS(Statistics Package for the Social Science, ver. 10.0 for window) 프로그램을 이용하여 평균과 표준편차를 계산하고 시료들 간의 유의적인 평균의 차이를 Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 분석하였다.
실시예 1: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 pH 및 당도
유자를 표 1과 같은 비율로 천년초와 혼합한 후 30℃에서 발효시 시료의 pH 변화는 도 1과 같다. 발효 초기(0일) 시료의 pH는 유자 과육이 첨가된 Oh-CF(3.56)와 Oh-CFP(3.66) 시료가 과육이 없는 Oh(4.61)와 Oh-CP(4.47) 시료보다 낮게 나타났는데, 이는 천년초 자체의 pH에 비하여 유자 과육 자체의 pH(2.98)가 낮아 시료의 초기 pH를 낮춘 것으로 보여진다. 유자 과육이 첨가된 천년초 발효액 Oh-CF와 Oh-CFP는 발효 2일 동안 pH에 큰 변화를 보이지 않았으나 2일 이후부터 약 3.2 수준으로 낮아지는 경향을 보였다. 반면, 대조구 Oh와 Oh-CP는 발효 2일 동안 급격한 감소를 보인 이후 발효 6일까지 pH 감소를 보이고 발효 14일까지 유지되는 것으로 나타났다. 14일 동안의 발효기간 동안 시료의 pH는 유자가 첨가되지 않은 천년초 시료인 Oh(대조구)가 유자 첨가 시료군 보다 유의적으로 높은 수치를 나타내었다. 대표 발효식품으로 알려진 김치와 요구르트 발효는 중성에 가까운 pH에서 시작되어 발효 적숙기에 pH 4.5 정도를 나타내는데, 이에 비하여 본 실험의 발효 시료는 pH 3.5~4.6의 약산성 조건에서 발효가 시작되어 발효 6일 후 3.2~3.4 수준에 도달하는 것으로 나타나 젖산균의 생육으로 인해 pH가 4.5로 감소하는 김치류와 달리 산성조건에서 내성이 있는 젖산균에 의해 발효가 진행되어 낮은 pH를 나타내는 것으로 보인다.
유자 첨가 천년초 발효액의 당도 변화는 도 1과 같다. 발효 0일 모든 발효액의 당도는 42.1~43.0°Bx였으며, 젖산발효가 진행됨에 따라 빠르게 감소하여 발효 14일에는 28.0~30.7°Bx로 유의적으로 감소하였다. 발효 6일에서 14일까지 대조구 Oh의 당도가 다른 발효액에 비해 유의적으로 낮은 수치를 보였다. 발효 0일에서 14일 동안 발효액 당도의 감소율은 30% 수준이었으며, 특히, 발효 6일에서 14일까지 대조구 Oh의 당도는 다른 발효액에 비해 유의적으로 낮은 수치를 보였다. 일반적으로 젖산균은 생육 시 탄수화물원을 소비하면서 젖산을 생성하기 때문에 pH와 당도가 낮아지게 되는데, 본 실험에서 유자 첨가 천년초에서도 초기 pH가 낮음에도 불구하고 지속적인 pH와 당도 저하를 나타내어, pH와 당도 감소결과로 젖산균의 생육이 활발하게 진행되었음을 확인할 수 있었다.
실시예 2: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 젖산균 수
유자 첨가 천년초의 발효 중 젖산균 변화는 도 2와 같다. 천년초만 발효시킨 대조구보다 유자를 첨가한 Oh-CF, Oh-CP, Oh-CFP의 시료가 젖산균이 초기 103~104 CFU/mL에서 발효 6일 후에 108 CFU/mL로 증가하였고, 발효 시료군 중에서 Oh-CP가 발효 6일까지 젖산균 수가 유의적으로 가장 높게 나타났다. 발효 6일 이후 젖산균 수가 감소하여 발효 10일 이후에는 107 CFU/mL 수준을 나타냈으며 시료 간의 유의적 차이는 나타나지는 않았다. 본 실험에서 발효 6일까지 pH가 급격히 감소한 후 유지되었는데 이는 초기 발효 pH가 3.5~4.5 범위로 낮은 pH에서 시작되었기 때문에 내산성이 있는 젖산균들이 주로 생육가능하였을 것으로 보여지며 이들의 생육에 따른 젖산생성으로 pH가 3.2까지 저하되었으나 그 이후는 낮은 산성조건이 젖산균의 생육에 필요한 효소 활성을 낮추고 이로 인해 젖산균 생육이 저해된 것으로 보여진다. 본 실험에서 천년초 발효액은 14일에 107 CFU/mL를 보였는데 이는 식품공전에서 규정하는 발효음료의 젖산균 수(106 CFU/mL)보다 높은 젖산균 수준이다.
실시예 3: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 총 폴리페놀 함량
페놀성 화합물은 페놀 하이드록시(phenolic hydroxyl)기를 가지며 식물에 많이 분포되어 있는 물질로 자유 라디칼에 의한 산화적 손상을 보호하여 항산화와 항암 작용 등의 다양한 생리활성을 나타내는 물질로 알려져 있다. 유자 첨가 천년초의 발효 중 총 폴리페놀 함량 변화는 도 3과 같다. 시료 초기 총 폴리페놀 함량은 83.28~99.75 ㎍ GAE/mL 이었으며, Oh, Oh-CF, Oh-CFP는 발효 6일까지 함량이 증가한 이후 유지되었으며 Oh-CP는 발효 10일까지 계속 증가하여 478.18 ㎍ GAE/mL로 가장 높은 폴리페놀 함량을 나타내었다. 시료의 총 폴리페놀 함량은 발효 전에 비하여 발효 10일에서 4~5배 정도 증가하였으며, 대조구인 Oh에 비하여 Oh-CP의 폴리페놀 함량이 약 11% 높은 수치를 보였다. 본 실험에서도 미생물 생육이 빠르게 증가한 0~6일 동안 발효구간 동안 시료의 폴리페놀 함량이 증가하였는데 이는 미생물이 고분자 페놀 화합물을 저분자로 분해하여 폴리페놀류 성분들을 증가시킨 것이라 사료된다.
실시예 4: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 총 플라보노이드 함량
과채류의 플라보노이드류는 일반적으로 당과 결합된 배당체 형태로 존재하며 항산화 및 항암효과를 갖는 생리활성을 나타내는 물질로 알려져 있다. 유자 첨가 천년초의 발효 중 총 플라보노이드 함량의 변화는 도 4와 같다. 시료 초기의 총 플라보노이드 함량은 0일 46.11~239.64 ㎍ QE/mL 범위였고, 발효 10일까지 모든 발효액의 플라보노이드 함량이 92.98~558.59 ㎍ QE/mL범위로 증가한 이후 모든 발효액의 플라보노이드 함량이 감소하는 것을 확인하였다. 발효 0일에서 14일까지 플라보노이드 함량은 유자를 첨가한 발효액이 대조구 Oh보다 높은 함량을 나타내었다.
발효 기간 동안 젖산균의 생육과 함께 플라보노이드 함량이 증가하는 것으로 나타났으며, 대조구 Oh보다 유자를 첨가한 Oh-CF, Oh-CP와 Oh-CFP가 플라보노이드 함량이 더 높은 것으로 나타났다. 발효 10일 발효액들의 플라보노이드 함량은 Oh-CP > Oh-CF > Oh-CFP > Oh 순으로, 유의적인 차이를 보였다. 발효 14일의 총 플라보노이드 함량은 10일에 비해 16~38% 감소하였으며 젖산 발효 시 생성되는 산에 의해 pH가 낮아짐에 따라 플라보노이드계 화합물이 변하여 감소하는 것으로 추측된다.
실시예 5: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 나린진 및 헤스페리딘 함량
유자에 있는 주요 플라보노이드 성분인 나린진과 헤스페리딘은 항산화, 항암작용 및 혈중 콜레스테롤 저하 등의 효과가 있는 것으로 알려져 있다. 유자 첨가 천년초의 발효 중 나린진과 헤스페리딘 함량 변화는 도 5와 같다. 유자가 첨가되지 않은 대조구 Oh에서는 나린진 및 헤스페리딘이 검출되지 않았다. 유자를 첨가한 발효액의 나린진 함량은 0일에 0.75~1.15 ㎍/100 mL의 범위로 Oh-CP가 가장 높게 검출되었으며 발효 2일까지 급격히 증가한 후 6일 이후에 점차 감소하는 경향을 보였다. 유자를 첨가한 발효액은 발효 6일에 1.78~2.86 ㎍/100 mL의 함량을 보였으며, 유자 과피를 넣은 발효액이 다른 발효액에 비해 유의적으로 가장 높은 나린진 함량을 나타내었다. Oh-CP는 발효 2일에서 나린진 함량이 급격히 증가하여 Oh-CF와 OH-CFP에 비해 2배 정도 높은 수치를 나타냈으며, 발효 6일까지 유지되다가 감소하는 것으로 나타났다.
유자를 넣은 발효액의 헤스페리딘 함량은 발효 0일에서 0.81~2.06 ㎍/100 mL이었으며, 발효가 진행되면서 점차 증가하고 발효 6일 이후 다소 감소하였다. 배당체 형태로 존재하던 플라보노이드류의 증가는 발효를 통해 나린진과 헤스페리딘으로 전환되기 때문이라 생각된다. 유자 첨가 발효액의 헤스페리딘 함량은 발효 14일에 1.52~4.26 ㎍/100 mL의 범위를 보였고, Oh-CP는 가장 낮은 함량을 보인 Oh-CF보다 3배 높은 함량을 나타내었다.
본 실험에서 유자를 첨가한 천년초 발효액의 발효 2일에 나린진과 헤스페리딘이 빠르게 증가하고 이후 발효 6일에서 다소 감소하는 경향을 나타내었다. 이는 나린진과 헤스페리딘은 친수성 OH기를 많이 함유하여 발효 초기 2일에 빠르게 증가하여 발효를 통해 새로운 형태의 화합물로 전환되어 감소하는 것으로 사료된다.
실시예 6: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 DPPH 라디칼 소거능
DPPH는 산화방지물질로부터 전자 혹은 수소를 제공 받아 비라디칼로 전환되어 흡광도가 변하는 원리로 항산화능을 분석하는 방법으로 널리 사용되고 있다. 유자 첨가 천년초 발효액의 DPPH 라디칼 소거능 변화는 도 6과 같다.
모든 발효액의 DPPH 라디칼 소거능은 발효 0일에 10.33~26.67 ㎍ GAE/mL 범위에서 발효 14일에는 64.29~77.36 ㎍ GAE/mL 범위로 발효기간 동안 3~4배 정도 증가하였다. 발효 0일에서 14일 동안 대조구 Oh가 가장 낮은 소거능을 보였다. 발효 10일에서 DPPH 라디칼 소거능이 최대로 증가하며, Oh-CFP > Oh-CF > Oh-CP > Oh의 순으로 발효액 간의 차이를 보였으며 이후 발효 14일에 Oh와 Oh-CP는 다소 증가하였고 Oh-CF와 Oh-CFP는 다소 감소한 것을 확인하였다.
실시예 7: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 향기성분
유자 첨가 천년초의 발효액을 GC/MS를 이용하여 측정한 향기성분은 다음 표 4 내지 7과 같다. 유자에서 가장 많은 향기성분은 리모넨(limonene)으로 향긋한 냄새를 주며, 감귤류에서 중요한 향기물질이다. 대조구 Oh의 휘발성 향기 성분으로는 알코올류 4종, 에스테르류 6종 등 총 14종의 화합물이 검출되었으며 비교적 데카노인산 에틸 에스테르(decanoic acid ethyl ester)가 많은 함량을 나타내었다. Oh-CF의 향기 성분 중 메틸-티스-실레인(methyl-tis-silane)가 1.44 ㎍/100 g(33.72%)로 가장 높은 함량을 보였다. Oh-CF는 총 18종의 향기 성분 중 1-펜타놀(1-pentanol), 3-메틸-1-부탄올(3-methyl-1-butanol), 포름산 펜틸 에스테르(formic acid pentyl ester), 벤젠 에탄올(benzene ethanol), 데카노인산 에틸 에스테르(decanoic acid ethyl ester)는 Oh와 동일하게 검출되었으며, 3-메틸-1-부탄올(3-methyl-1-butanol)과 데카노인산 에틸 에스테르(decanoic acid ethyl ester)를 제외하고 Oh가 더 높은 함량을 나타내었다. Oh-CP는 총 44개의 향기 성분이 분리되었으며, 유자 향기의 주요 성분인 D-리모넨(D-limonene)이 8.16 ㎍/100 g 전체 향기 성분 중 27.5%로 가장 많은 함량이 검출되었다. 리나로올(Linalool)은 5.48 ㎍/100 g으로 전체성분 중 두 번째로 높은 함량으로 검출되었으며 리나로올(Linalool)은 과일에 존재하며 상쾌한 과실 향을 부여하는 향기물질이다. 이후 α-테르피네올(α-terpineol, 3.03 ㎍/100 g) > 데카노인산 에틸 에스테르(2.35 ㎍/100 g) > 테르피넨-4-올(terpinen-4-ol, 1.53 ㎍/100 g) > β-파르네신(β-farnesene, 1.01 ㎍/100 g) 순으로 높게 나타났다. Oh-CFP의 경우 총 27종의 향기 성분이 검출되었으며, 데카노인산 에틸 에스테르(decanoic acid ethyl ester)가 1.01 ㎍/100 g로 전체에서 22.3%로 가장 많이 함유하였다.
유자의 독특한 향을 내는 주요 성분은 리모넨(limonene), 피넨(pinene), 테르피넨(terpinene), 테르피놀렌(terpinolene), 리나로올(linalool)과 캐리오필렌(caryophyllene)으로, 본 실험의 유자 과피를 넣은 발효액에서 모두 발견되었으며, 이는 과피를 넣은 발효액의 향기가 다른 발효액에 비해 유자 향이 더 강할 것이라 사료된다.
천년초 발효액(Oh)의 향기 성분
향기 성분 함량(ug/100 g) 백분율(%)
Decanoic acid ethyl ester 0.69 33.99
Isoamyl alcohol 0.27 13.30
1-Pentanol 0.22 10.84
1-13-Methyl-1-oxotetradecyl-pyrrolidine 0.15 7.39
3,5-1,1-Dimethyl ethyl phenol 0.14 6.90
3-Methyl-1-butanol 0.13 6.40
Benzene ethanol 0.11 5.42
3-Methyl-formate-1-butanol 0.09 4.43
Formic acid pentyl ester 0.08 3.94
Undecanoic acid ethyl ester 0.04 1.97
Dimethy-1,1'-biphenyl-2-carboxamide 0.03 1.48
Heptanoic acid ethyl ester 0.03 1.48
Propanoic acid 2-methyl hexyl ester 0.03 1.48
Dimethyl malonic acid 2-ethyl hexyl isohexyl ester 0.02 0.99
천년초+유자 과육 발효액(Oh-CF)의 향기 성분
향기 성분 함량(ug/100 g) 백분율(%)
Methyl-tris-silane 1.44 33.72
Decanoic acid ethyl ester 1.28 29.98
Ethyl-1,3-dithioisoindoline 0.76 17.80
Benzene ethanol 0.10 2.34
3-Methyl-1-butanol 0.09 2.11
Nonanoic acid ethyl ester 0.09 2.11
2-Methylazetidine 0.08 1.87
2,4-1,1-dimethyl ethyl phenol 0.08 1.87
Octanoic acid ethyl ester 0.07 1.64
Phenyl ethyl acetate 0.06 1.41
1-Pentanol 0.05 1.17
2,6,10-Trimethyl dodecane 0.03 0.70
2-Allyl-4-tert butyl phenol 0.03 0.70
Geranylacetone 0.03 0.70
Decahydro naphthalene 0.03 0.70
Formic acid pentyl ester 0.02 0.47
Triallyl ethoxysilane 0.02 0.47
Benzoic acid ethyl ester 0.01 0.23
천년초+유자 과피 발효액(Oh-CP)의 향기 성분
향기성분 함량(ug/100 g) 백분율(%)
D-Limonene 8.16 27.46
Linalool 5.48 18.44
α-Terpineol 3.03 10.20
Ethyl ester decanoic acid 2.35 7.91
Terpinen-4-ol 1.53 5.15
β-Farnesene 1.01 3.40
5-Methyl-2-1-methyl ethyl phenol 0.79 2.66
β-Guaiene 0.79 2.66
γ-Terpinene 0.77 2.59
β-cadinene 0.77 2.59
1,1-dimethyl ethyl phenol 0.57 1.92
Caryophyllene 0.55 1.85
Phenylethyl Alcohol 0.39 1.31
o-Cymene 0.38 1.28
Methyl ester-12,15-octadecadienoic acid 0.31 1.04
β-elemene 0.30 1.01
3-Hexene-1,6-dialdehyde 0.21 0.71
2-Phenyl ethyl ester-2-propenoic acid 0.20 0.67
Germacrene 0.20 0.67
Humulene 0.19 0.64
Formic acid pentyl ester 0.18 0.61
1,3-1,1-Dimethyl ethyl benzene 0.16 0.54
α-Copaene 0.15 0.50
2-Propenoic acid 2-ethyl hexyl ester 0.14 0.47
6,10-Dimethyl-5,9-undecadien-2-one 0.13 0.44
Geraniol formate 0.12 0.40
Benzoic acid ethyl ester 0.09 0.30
1-Undecanol 0.09 0.30
Ethyl ester nonanoic acid 0.09 0.30
α-Pinene 0.08 0.27
4-Carene 0.08 0.27
2,4-Difluoro-1-isocyanato benzene 0.08 0.27
Thymoquinone 0.06 0.20
Torreyol 0.06 0.20
Carbonochloridic acid decyl ester 0.04 0.13
8-epi-alamaridine 0.03 0.10
1-(4'-pentenyl)-1,2-epoxycyclopentane 0.03 0.10
γ-Cadinene 0.03 0.10
Fumaric acid 2-heptyl tridecyl ester 0.02 0.07
△-3-Carene 0.02 0.07
△-gurjunene 0.02 0.07
γ-Elemene 0.02 0.07
Aromadendrene 0.01 0.03
Arachidonic acid trimethylsilyl ester 0.01 0.03
천년초+통유자 발효액(Oh-CFP)의 향기 성분
향기 성분 함량(ug/100 g) 백분율(%)
Decanoic acid ethyl ester 1.01 22.25
γ-Terpinene 0.88 19.38
N-Ethyl-1,3-dithioisoindoline 0.54 11.89
Limonene 0.39 8.59
Terpinen-4-ol 0.28 6.17
5-Methyl-2-1-methyl ethyl phenol 0.26 5.73
1-Allyl-2-methyl cyclohexanol 0.25 5.51
2,4-1,1-dimethyl ethyl phenol 0.25 5.51
Phenyl ethyl alcohol 0.15 3.30
2-2-butoxy ethoxy acetate ethanol 0.05 1.10
△-Cadinene 0.05 1.10
2-Propenoic acid 2-ethyl hexyl ester 0.04 0.88
7-Octadecanone 0.04 0.88
6,10-Dimethyl-5,9-undecadien-2-one 0.04 0.88
Methyl-1-methyl ethyl benzene 0.03 0.66
2-Methyl-1-hexadecanol 0.03 0.66
α-Terpinolene 0.03 0.66
2-Methyl-2-isopropenyl damantane 0.03 0.66
Junipene 0.03 0.66
4-Prop-2-enoyloxyoctane 0.02 0.44
Isoamylalcohol 0.02 0.44
4-2-Methyl-2-propenoxy butanoic acid 0.02 0.44
Benzene ethanol 0.02 0.44
2,4-Dimethyl-2,4-pentadien-1-ol 0.02 0.44
5,4,0-undec-1-en-3-one 0.02 0.44
α-Amorphene 0.02 0.44
2-Tridecyne 0.02 0.44
실시예 8: 유자 부위별 첨가 천년초 발효액의 관능평가
유자 첨가 천년초 발효액의 관능적 특성 평가 결과는 표 8과 같다. 유자첨가 발효액은 대부분의 관능항목에서 대조구보다 높은 점수를 받았지만 항목과 발효액 종류에 따라 유의적인 차이의 결과는 달라졌다. Oh-CF는 모든 관능항목에서 대조구와 유의적인 차이를 보이지 않았고, 껍질이 첨가된 Oh-CP는 향(6.40), 단맛(5.70) 신맛(5.60), 목넘김(5.20) 및 전체적인 기호도(6.20)에서 유의적인 차이를 보이며 가장 높은 점수를 받았다. 이는 향기성분 분석 결과에서도 나타났듯이 유자 과피를 첨가한 천년초 발효액이 다른 것에 비해 바람직한 리모넨(limonene)과 같은 향기 성분이 높게 검출되어 관능성에 좋은 영향을 주는 것으로 보여진다.
천년초 발효액의 관능검사
시료1 ) 관능적 특성(7점 척도법)
색 향 쓴맛 단맛 신맛 목넘김 전체적 기호도
Oh 4.80±1.23a2 ) 3.90±1.10b 4.30±1.42a 3.60±1.07b 4.10±1.52b 3.70±0.95b 3.70±1.06c
Oh-CF 4.50±1.18a 4.60±0.84b 4.10±1.10a 4.20±0.92b 4.10±1.20b 4.00±0.94b 4.70±0.95bc
Oh-CP 4.90±1.73a 6.40±0.84a 5.20±1.40a 5.70±1.25a 5.60±1.26a 5.20±1.48a 6.20±1.32a
Oh-CFP 4.90±1.10a 4.70±0.06b 4.30±1.42a 4.70±1.89ab 4.50±1.51ab 4.50±0.97ab 4.90±1.52b
1) Oh: 천년초(O. humifusa), Oh-CF: 천년초+유자 과육, Oh-CP: 천년초+유자 과피, Oh-CFP: 천년초+통유자
2) 각각의 열 내의 동일한 윗첨자는 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
실시예 1 내지 8에서는 천년초에 유자 과육(C. junos fruit, CF), 과피(C. junos peel, CP) 및 전체(C. junos fruit and peel, CFP)가 첨가된 발효액의 이화학적 특성(pH, 당도, 젖산균), 기능성 성분(총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 나린진, 헤스페리딘), DPPH 라디칼 소거능, 향기성분 및 관능적 특성을 비교하였다.
전체적으로 유자 첨가 천년초 발효액의 특성은 기능성과 관능성에서 우수하였으며, 특히 유자 과피의 첨가는 천년초 발효액에 바람직한 향기 성분을 부여하여 우수한 관능평가 결과를 얻을 수 있었을 뿐 아니라, 항산화능과 나린진이나 헤스페리딘과 같은 기능성 성분의 함량을 증가시켜 천년초의 관능성과 기능성을 모두 개선할 수 있는 좋은 소재라 판단된다.
제조예 2: 유자 과피 및 구아바 잎을 첨가한 천년초 발효액 제조
본 발효액 제조에 사용된 천년초는 순천에서 재배된 2016년산을 순천만 천년초로부터 구입하여 사용하였다. 설탕은 갈색설탕(큐원 갈색설탕, 삼양사, 울산)을 선정하였고, 유자는 2016년도 고흥군 포두면에서 수확한 것을 유자사랑을 통해 구입하였으며 구아바(국내산)는 농업회사법인 (주)두손애약초에서 구입하여 사용하였다. 발효를 위한 천년초 시료는 줄기는 수세 후 약 2 cm × 2 cm 크기로 자르고 열매는 그대로 사용하였으며, 유자 과피는 0.5 cm 두께로 잘라 사용하였다. 천년초 발효액은 갈색 설탕 440 g을 멸균증류수 700 mL에 용해하고 천년초 줄기와 열매는 1:1(w/w) 비율, 유자 껍질, 구아바 잎, 설탕은 표 9와 같은 비율로 각각 혼합하여 초기 30°Brix가 되도록 제조한 다음, 25℃에서 18일간 발효시키며 3일 간격으로 발효 추출액의 특성을 조사하였다.
천년초 발효액 제조를 위한 재료 혼합비
시료 천년초 과실
(g)		 천년초 줄기
(g)		 유자 과피
(g)		 구아바 잎
(g)		 설탕
(g)		 물
(mL)		 총량
(g)
천년초
(Oh)		 500 500 0 0 440 700 2140
유자 과피 첨가
천년초(Oh-CP)		 450 450 100 0 440 700 2140
유자 과피와 구아바잎 첨가
천년초(Oh-CPG)		 450 450 100 10 440 700 2150
실험방법
1. GI 지수 측정
GI 시험(IRB 승인 1040173-201704-BR-011-02) 대상자는 소화 장애가 없는 건강한 20~30세를 대상으로 공모하여 공모된 남녀(남성 7명과 여성 3명) 10명을 대상으로 수행되었다. 실험 전날부터 실험 당일 오전까지 12시간 절식 후 공복 시 혈당을 측정한 다음 당질 50 g이 섭취되도록 준비된 250 mL 시료 음료를 섭취하게 하였으며, 섭취 완료 직전을 0분으로 하고 섭취 후 2시간 동안 0, 15, 30, 45, 60, 90, 120분 시점에서 채혈침을 이용하여 손끝에서 채혈 후 혈당 측정기를 이용하여 혈당의 변화를 측정하였다. 실험 대상자들은 실험이 끝나기 전 2시간 동안 금연하였으며, 같은 장소에서 가벼운 일상 활동만 하도록 하였다. 포도당 부하검사는 전남 순천시 순천의료원에서 진행되었다.
2. 당 측정 및 혈당지수(glycemic index, GI) 계산
혈당 지수는 식후에 탄수화물의 흡수 속도를 반영하기 위하여 제안된 것으로, 기준이 되는 식품과 비교하려는 특정 식품의 식후 혈당의 반응 정도를 나타내며, 측정식품 속에 포함된 탄수화물 50 g을 섭취한 후 혈당의 반응곡선 면적을 표준식품인 흰 빵이나 포도당 50 g을 섭취한 후에 나타나는 혈당반응곡선(도 7) 면적으로 나눈 후 100을 곱하여 계산하였다. 혈당 반응 면적 계산은 공복 시 혈당이 혈당면적에 영향을 미치지 않도록 실험식이 섭취 후 증가된 혈당 면적만을 계산하였다.
GI = (비교 식품 50 g 섭취 후의 AUC/표준 식품 50 g 섭취 후의 AUC) × 100
AUG = 도 7의 A+B+C+D 면적(Area of upper curve)
3. LAR (left area ratio)와 RAR (right area ratio) 계산
인체 내에서 혈당반응은 식품에 따라 다르게 나타나 일반적으로 같은 양의 탄수화물 식품을 섭취하더라도 서로 다른 속도로 소화 및 흡수된다. 혈당상승기는 주로 공장과 회장에서 포도당이 흡수되는 단계이며, 혈당감소기는 조직세포로 당이 유입되는 단계인 것으로 추정된다. 시험 식품을 섭취 후, 소화 및 흡수 형태를 알아보기 위하여 도 7의 혈당반응곡선 면적을 일반적인 최고 혈당값을 나타내는 시간인 30분을 전후로 하여 LAR(혈당상승기)과 RAR(혈당감소기)을 구하였다.
실시예 9: 천년초 발효액의 pH 변화
유자와 구아바를 첨가한 천년초의 발효 중 pH 변화는 도 8과 같다. 발효 0일 pH 4.4~4.5는 발효 6일 동안 빠르게 감소하여 3.4~3.6의 값으로 낮아졌으며 그 이후에는 큰 변화 없이 유지되었다. 발효 3일 이후부터 구아바가 첨가된 Oh-CPG의 pH가 가장 낮게 유지되었고 그 다음으로 유자 과피 첨가 천년초(Oh-CP)였으며 대조구인 천년초의 pH가 유의적으로 가장 높게 나타났다. 유자 과피와 구아바 잎 모두 천년초 발효시 효과적으로 pH를 낮추어 기존 천년초 발효에 적용 가능한 소재인 것으로 보여진다.
실시예 10: 천년초 발효액의 당도 변화
유자 과피와 구아바가 첨가된 천년초의 발효 중 당도변화는 도 9와 같다. 발효 전 초기 천년초의 당도는 26.4~28.0°Bx였으며, 발효 1일 동안 다소 증가한 이후 발효 9일 동안 빠르게 감소된 이후 마지막 18일까지 지속적으로 감소하는 것을 확인할 수 있었다. 발효 18일 이후 Oh와 유의적인 차이 없이 유자 과피와 구아바가 첨가된 Oh-CPG로 15.9°Bx를 나타내었으며 유자 과피 첨가 천년초 시료인 Oh-CP가 약 18.4°Bx로 가장 높은 당도를 나타내었다. 이러한 당도의 감소는 pH 감소 패턴과 유사하였는데, 이는 발효에 필요한 미생물의 탄소원으로 당이 이용되면서 당도는 감소하고 젖산의 생성에 따라 pH는 감소하는 것을 나타내며 이러한 결과 당도가 초기 당도의 약 60~70% 수준으로 낮아지게 된다. 유자 과피와 구아바 잎 첨가에 의해서도 이러한 당도의 감소는 두드러진 차이가 없어 천년초 발효에 적용할 수 있는 것으로 보여진다.
실시예 11: 천년초 발효액의 DPPH 라디칼 소거능 변화
유자 과피와 구아바를 이용한 천년초의 발효 중 DPPH 라디칼 소거능 변화는 도 10과 같다. 발효 전 DPPH 라디칼 소거능은 Oh-CPG가 103.1 ㎍ GAE/mL로 가장 높았고 그 다음으로 Oh-CP 55.7 ㎍ GAE/mL, Oh 17.3 ㎍ GAE/mL 순이었다. 발효가 진행되면서 모든 시료에서 DPPH 라디칼 소거능이 증가하여 발효 18일 이후 44.3~229.9 ㎍ GAE/mL 값을 나타내었는데 이는 초기값에 비하여 약 1.5~2.6배 증가한 수준이었다. 발효 18일 이후 Oh-CPG가 발효기간 전반에 걸쳐 가장 높은 DPPH 라디컬 소거능을 보였으며 대조구 Oh가 가장 낮은 소거능을 보여 유자 과피 첨가와 더불어 구아바 잎을 첨가시 천넌초 발효액의 DPPH 라디칼 소거능 향상 효과를 얻을 수 있을 것으로 사료된다.
실시예 12: 천년초 발효액의 환원력 변화
유자 과피와 구아바 첨가 천년초의 발효 중 환원력 변화는 도 11과 같다. 발효 전의 시료의 환원력은 90.9~177.5 ㎍ GAE/mL이었으며 발효 18일 동안 모든 시료에서 천천히 증가하여 발효 18일 후에는 134.8~257.4 ㎍ GAE/mL의 범위를 나타내었다. Oh-CPG가 발효기간 전반에 걸쳐 가장 높은 환원력을 나타냈으며 그 다음으로 유자 과피를 첨가한 Oh-CP 그리고 대조구의 순으로 나타나 구아바 첨가에 의한 천년초 발효액의 환원력 향상이 가능할 것으로 보여진다.
실시예 13: 천년초 발효액의 총 폴리페놀 함량( TPC ) 변화
유자 과피와 구아바를 첨가한 천년초의 발효 중 총 폴리페놀 함량은 도 12와 같다. 발효 전 시료의 폴리페놀은 214.0~395.4 ㎍ GAE/mL에서 발효기간 동안 유사한 증가 속도로 증가하여 18일 후에는 441.0~671.0 ㎍ GAE/mL의 범위를 나타냈다. 최종 발효 18일 동안 가장 높은 총 폴리페놀 함량을 보인 시료는 Oh-CPG로 나타나 유자 과피와 구아바 첨가가 천년초 발효액의 총 폴리페놀 함량 증가에 효과적인 것으로 보인다.
실시예 14: 천년초 발효액의 총 플라보노이드 함량( TFC ) 변화
유자와 구아바를 이용하여 천년초에 혼합한 후 발효하면서 측정한 총 플라보노이드 함량은 도 13과 같다. 발효 전 시료의 총 플라보노이드는 197.8~543.8 ㎍ QE/mL에서 발효 18일에는 595.70~ 933.94 ㎍ QE/mL의 범위로 증가하였으며 발효 18일 후 Oh-CPG가 TFC 함량이 가장 높았으며 그 다음으로 Oh-CP, Oh의 순으로 나타났다.
실시예 15: 천년초 발효액의 α- 글루코시다아제 (α- Glucosidase ) 효소 저해활성
α-글루코시다아제는 장내 존재하는 효소로서 탄수화물이 아밀라아제에 의해 분해된 올리고당을 포도당으로 분해시키며 소장 점막에서 소화흡수를 돕는 역할을 하고 있다. α-글루코시다아제 저해 물질은 α-글루코시다아제와 결합하여 포도당의 분해 및 흡수를 방해하기 때문에 식후 혈당 조절에 도움을 줄 수 있다.
유자 과피와 구아바를 첨가한 천년초를 18일 동안 발효 후 α-글루코시다아제 저해 활성을 측정한 결과는 도 14와 표 10과 같다. 모든 시료는 농도에 의존적으로 α-글루코시다아제 저해 활성이 증가하였으며, 모든 농도에서 Oh-CPG, Oh-CP, Oh, 아카보스 순으로 높게 나타났다.
농도별 α-글루코시다아제 저해 활성 값을 이용하여 얻어진 IC50 값은 아카보스, Oh-CP, Oh, Oh-CPG의 순으로 나타나 Oh-CPG가 α-글루코시다아제 저해 활성이 가장 우수한 것으로 확인되었다. 이는 유자 과피 천년초 발효시 구아바 잎의 사용으로 혈당조절능이 개선될 수 있음을 보여준다.
천년초 발효액의 농도별 α-글루코시다아제 저해 활성
종류 농도(mg/mL) 저해능(%) IC50
Acarbose 0.0625 1.9±0.0Ec2 ) 1.40a
0.1250 10.5±0.0Dc
0.2500 18.5±0.0Cc
0.5000 27.5±0.0Bd
1.0000 37.0±0.0Ac
Oh1 ) 0.0625 51.5±2.9Db 0.04c
0.1250 94.6±9.0Cb
0.2500 187.4±22.6Bb
0.5000 206.9±20.0Bc
1.0000 410.9±24.6Aa
Oh-CP 0.0625 54.4±3.04Db 0.05b
0.1250 100.8±9.89Db
0.2500 192.6±23.29Cb
0.5000 356.3±57.67Bb
1.000 448.0±52.46Ab
Oh-CPG 0.0625 65.0±2.3Ea 0.03d
0.1250 219.1±7.0Da
0.2500 360.0±33.1Ca
0.5000 453.1±39.1Ba
1.0000 533.8±64.8Aa
1) Oh: 천년초(O. humifusa), Oh-CP: 천년초+유자 과피, Oh-CPG: 천년초+유자과피+구아바 잎
2) 동일한 대문자 윗첨자는 각각의 시료 그룹간의 유의차가 없음을 의미하고, 동일한 소문자 윗첨자는 같은 농도 시료 그룹간의 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
상기 실시예 9 내지 15 실험 결과, 유자 과피 및 구아바 잎 첨가 천년초 발효액이 기능성 성분 및 생리활성이 가장 증진됨을 확인하였고, 종래의 상업적으로 유통되는 천년초 발효 엑기스와 본 발명의 유자 과피 및 구아바 잎을 첨가하여 18일 동안 발효한 천년초 발효액의 품질 특성을 실시예 16 내지 20을 통해 비교하였다.
실시예 16: 본 발명과 시판 천년초 발효액의 pH와 당도
본 연구 개발로 제조된 Oh-CPG와 상업적으로 유통되는 유사한 천년초 발효 엑기스(commercial Oh)의 pH와 당도를 비교한 결과는 표 11과 같다. 발효액으로서 pH는 차이가 없었으나 당 함량에서 상업적으로 판매되는 제품은 53.6°Bx로 상당히 높은 반면, Oh-CPG는 15.9°Bx로 일반 음료 수준에서 보이는 당 함량 수준으로 낮아 발효가 효과적으로 잘 진행된 것으로 보여진다.
본 발명과 시판 천년초 발효액의 pH와 당도
항목 본 발명 천년초 발효액(Oh-CPG) 유통 천년초 발효 엑기스(Commercial Oh)
pH 3.43 3.32
당도(°Brix) 15.9b1 ) 52.6a
1) 각각의 행 내의 동일한 윗첨자는 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
실시예 17: 본 발명과 시판 천년초 발효액의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 헤스페리딘 및 나린진 함량
시판 제품과 개발된 천년초 발효액의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드 함량을 비교한 결과 기존 제품에 비하여 각각 2배와 3배 높아진 것을 확인하였으며, 나린진과 헤스페리딘과 같은 기능성 성분은 유자 과피의 활용으로 인하여 개발된 Oh-CPG에서만 관찰되는 것을 확인할 수 있었다.
본 발명과 시판 천년초 발효액의 총 폴리페놀, 총 플라보노이드, 헤스페리딘 및 나린진 함량
항목 본 발명 천년초 발효액(Oh-CPG) 유통 천년초 발효 엑기스(Commercial Oh)
총 폴리페놀
(mg GAE/100 mL)		 67.1±0.0a1 ) 32.8±14.2b
총 플라보노이드
(mg QE/100 mL)		 93.3±0.0a 32.6±0.0b
나린진 함량
(㎍/100 mL)		 2.6±0.0a 0.00±0.0b
헤스페리딘 함량
(㎍/100 mL)		 5.6±0.1a 0.00±0.0b
1) 각각의 행 내의 동일한 윗첨자는 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
실시예 18: 본 발명과 시판 천년초 발효액의 α- 글루코시다아제 저해 및 항산화 활성
시판 제품과 개발된 천년초 발효액의 당 흡수 저해능(α-glucosidase inhibition activity)과 항산화능(DPPH radical scavenging activity와 reducing power)을 비교한 결과는 표 13과 같다. α-글루코시다아제 저해 활성의 Oh-CPG가 시판 제품에 비하여 약 5배 낮은 농도의 IC50 값을 보여 당 흡수 저해능이 우수함을 알 수 있었다. 또한, DPPH 라디칼 소거능과 환원력에서도 Oh-CPG가 시판 제품에 비하여 각각 3.7배와 7.4배 높은 것을 확인하여 유자 과피와 구아바 잎에 의한 기능성 개선 효과가 뛰어남을 알 수 있었다.
본 발명과 시판 천년초 발효액의 α-글루코시다아제 저해 및 항산화 활성
항목 본 발명 천년초 발효액(Oh-CPG) 유통 천년초 발효 엑기스(Commercial Oh)
α-글루코시다아제 저해 활성(IC50) 0.04b1 ) 0.20a
DPPH 라디칼 소거능(㎍ GAE/mL) 229.9±0.2a 61.6±0.6b
환원력(㎍ GAE/mL) 257.4±1.1a 34.7±0.4b
1) 각각의 행 내의 동일한 윗첨자는 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
실시예 19: 본 발명과 시판 천년초 발효액의 혈당 흡수 특성
상업적으로 판매되고 있는 천년초 발효 추출액(commercial Oh)과 본 발명에서 제조된 유자 과피 및 구아바 첨가 천년초 발효액(Oh-CPG)의 음용 후 혈당 흡수 특성을 조사한 결과는 도 15와 같다. 피험자의 포도당 섭취 후 혈액 내 포도당 농도 변화의 추이는 개인에 따라 서로 다르게 나타내는 것이 일반적이며 대부분 포도당 섭취 후 30분 또는 45분의 혈당이 가장 높게 나타나고, 120분이 되면 상승된 혈당이 정상 상태로 회복되는 것이 일반적이다. 개인에 따라 혈당 상승폭이 높지 않고 빠른시간에 섭취 전의 혈당치로 회복되는 경우도 있었다. 이는 피험자들의 탄수화물 소화 및 흡수율이 각기 다르게 나타나는 생물학적 다양성으로 보여지며 이에 따라 혈당 반응 정도에 따른 개인 차이가 나타나는 것으로 보고되어 있다.
발효액 섭취 후 측정한 혈당값으로 산출한 혈당반응곡선(도 15)의 면적을 이용하여 GI를 산출한 결과(표 14), Oh-CPG는 56.6±16.0으로 medium GI(56~69)범위에 속하였으며, 상업용 Oh는 75.6±18.0으로 high GI(70 이상) 범위에 속하여 유자와 구아바를 첨가하여 천년초를 발효함으로 혈당흡수가 저해됨을 확인할 수 있었다.
인체 내에서 혈당반응은 식품에 따라 다르게 나타나 일반적으로 같은 양의 탄수화물 식품을 섭취하더라도 서로 다른 속도로 소화 및 흡수된다. 혈당상승기는 주로 공장과 회장에서 포도당이 흡수되는 단계이며 혈당감소기는 조직세포로 당이 유입되는 단계인 것으로 추정되고 있다. 천년초 발효액을 섭취 후, 소화 및 흡수 형태를 알아보기 위하여 상기에서 구한 혈당반응곡선 면적을 일반적인 최고 혈당값을 나타내는 시간을 전후로 하여 LAR(left area ratio, 혈당상승기)과 RAR(right area ratio, 혈당감소기)을 구하였다(표 14).
시판 천년초 엑기스 제품에 대한 LAR 비율은 1.17±0.7로 포도당의 1.0에 비하여 급격한 혈당 상승을 보인 반면, Oh-CPG는 LAR(혈당상승기) 비율이 0.58±0.3로 유의적으로 낮아 음용 후 혈당 상승이 완만하게 진행되는 것을 확인할 수 있었다. 한편, 혈당감소기의 특성을 나타내는 RAR은 각각 0.58±0.3와 0.65±0.3로 유의적인 차이는 나타나지 않았다.
판매되는 천년초 제품의 GI는 혈당감소기 면적보다는 혈당 상승기 면적과 밀접한 관련이 있는 것으로 보이며, 포도당 용액의 LAR 값과 유의적인 차이가 없어 식후 느리게 혈당이 상승하는 식이를 필요로 하는 당뇨 환자에게는 적합하지 않은 것으로 보여진다. 반면, Oh-CPG는 일반적인 최고 혈당값을 나타내는 30분에서 가장 낮은값을 보였으며, LAR과 RAR 비교 결과, 섭취 후 체내 혈당 상승과 감소가 Oh보다 완만한 것으로 나타나 천년초의 기능성이 개선되었음을 확인할 수 있었다.
본 발명과 시판 천년초 발효액의 혈당 흡수 특성
시료 GI(%) LAR RAR
포도당 용액(Control) 100.0 1.00 1.00
본 발명 천년초 발효액(Oh-CPG) 56.6±16.0 0.58±0.3 0.58±0.3
유통 천년초 발효 엑기스(Commercial Oh) 75.6±18.0 1.17±0.7 0.65±0.3
실시예 20: 본 발명과 시판 천년초 발효액의 관능평가
구아바 첨가 천년초 발효액(Oh-CPG)의 관능적 특성은 패널 10명을 선발하여 색(color), 향(flavor), 맛(taste), 목넘김(Swallowing feeling), 전체적 기호도(overall acceptability)를 5점 척도법으로 평가하였다(표 15). 여기에서 척도 점수는 1점; 대단히 싫다, 2점; 약간 싫다, 3점; 보통이다, 4점; 약간 좋다, 5점; 대단히 좋다로 분류하였다. Oh-CPG는 목넘김을 제외한 모든 항목에서 시판 천년초 제품에 비하여 유의적으로 우수한 관능적 특성을 나타내었는데 주로 맛과 향이 좋은 특성을 보인다고 응답하였으며 목넘김의 경우 천년초의 점질물로 인하여 시판 제품과 유사한 특성을 나타냈다고 응답하였다.
본 발명과 시판 천년초 발효액의 관능평가
시료 관능적 특성(5점 척도법)
색 향 맛 목넘김 전체적 기호도
본 발명 천년초 발효액(Oh-CPG) 4.40±0.70a1 ) 4.10±0.74a 4.50±0.71a 4.10±0.88 4.40±0.86a
유통 천년초 발효 엑기스(Commercial Oh) 3.30±0.82b 3.10±0.57b 3.20±0.79b 3.40±0.84 3.40±0.70b
1) 각각의 열 내의 동일한 윗첨자는 유의차가 없음을 의미함(p<0.05)
결론
유자 과피와 구아바 잎을 이용한 천년초 혼합물을 25℃ 저온에서 발효함으로 당도가 효과적으로 감소하여 식혜와 같은 음료보다도 낮은 15.9°Bx를 얻을 수 있었으며, TPC, TFC, 나린진, 헤스페리딘 등과 같은 기능성 성분의 효과적인 증가, 항산화능(DPPH 라디컬 소거능과 환원력)과 당 흡수 저해능이 개선된 발효액을 제조할 수 있었다.
특히, 본 발명에서 제조된 발효액은 유자 주스 제조 후 부산물로 나오게 되는 유자 과피를 활용하여 기능성뿐만 아니라 유자 과피의 향기성분 부여 및 마스킹으로 천년초 특유의 관능성도 개선할 수 있어서 부산물 활용으로 인한 부가적 가치 창출과 제품 품질 개선 방법으로 유용하게 적용될 수 있을 것으로 판단된다.

Claims (5)

  1. (1) 천년초 줄기 및 유자 과피를 각각 세절하여 준비하는 단계;
    (2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 및 유자 과피와 천년초 열매, 구아바 잎, 설탕 및 물을 혼합하여 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및
    (3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 발효하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법.
  2. 제1항에 있어서, 상기 (2)단계의 천년초 혼합물은 천년초 줄기 420~480 g, 유자 과피 80~120 g, 천년초 열매 420~480 g, 구아바 잎 8~12 g, 설탕 420~460 g 및 물 650~750 mL를 혼합하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법.
  3. 제1항에 있어서, 상기 (3)단계의 발효는 22~28℃에서 15~18일 동안 발효하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법.
  4. 제1항에 있어서,
    (1) 천년초 줄기를 가로 1.5~2.5 cm 및 세로 1.5~2.5 cm의 크기로 세절하고, 유자 과피를 0.4~0.6 cm의 두께로 세절하여 준비하는 단계;
    (2) 상기 (1)단계의 준비한 천년초 줄기 420~480 g 및 유자 과피 80~120 g과 천년초 열매 420~480 g, 구아바 잎 8~12 g, 설탕 420~460 g 및 물 650~750 mL를 혼합하여 천년초 혼합물을 준비하는 단계; 및
    (3) 상기 (2)단계의 준비한 천년초 혼합물을 22~28℃에서 15~18일 동안 발효하는 단계를 포함하여 제조하는 것을 특징으로 하는 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법.
  5. 제1항 내지 제4항 중 어느 한 항의 방법으로 제조된 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액.
KR1020170089582A 2017-07-14 2017-07-14 유자 과피 및 구아바 잎을 이용한 천년초 발효액의 제조방법 KR101975874B1 (ko)

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* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN115487336A (zh) * 2021-11-29 2022-12-20 象记(上海)生物科技有限公司 一种改善空气气味的中药组合物及在车载药珠枕中的应用

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KR20050119336A (ko) * 2004-06-16 2005-12-21 문상욱 미생물 발효에 의해 안전성이 증진된 발효 구아바 조성물
KR20060084335A (ko) * 2005-01-19 2006-07-24 백흥관 구아바를 이용한 효소의 제조방법
KR20100133575A (ko) * 2009-06-12 2010-12-22 강대인 식물발효추출액 제조방법

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