수삼의 저장온도가 유통 중 품질에 미치는 영향

1. 시료 및 처리

시험재료는 충북 증평군에서 재배된 4년근 (Panax ginseng C. A. Meyer)을 10월 말에 수확하여 외관상태가 양호하고 모 양이 균일하며 개체당 무게가 약 45 ± 5 g 정도인 수삼을 선별 하여 사용하였다. 선별된 수삼은 실험실에서 부드러운 솔로 세 척하고 깨끗한 물로 2차에 걸쳐 헹군 다음 외부의 흐르는 물기 를 티슈로 닦고 약 30분간 외기에서 건조하였다. 외관 상태가 우수한 것을 재선별하여 30μm 두께 low density polyethylene (LDPE) 소재의 필름에 3개씩 담아 밀봉하여 포장하였다. 포장 된 수삼은 각각의 저장온도 0, –2, –4°C에서 4주간 저장한 뒤 모두 꺼내어 온도를 5°C로 설정한 저장고에 넣고 5주 동안 모 의유통을 하며 품질을 분석하였다. 품질평가를 위한 시료는 각 처리별로 5봉투씩 무작위로 꺼내어 사용하였다.

2. 호흡량 및 에틸렌 발생량 분석

수삼의 저장온도가 호흡과 에틸렌 발생에 미치는 영향을 분 석하기 위해 각각의 온도에서 4주간 저장된 수삼을 5°C로 옮겨 모의유통을 시작하였을 때부터 약 5주간 측정하였다. 부피 1ℓ 의 밀폐용기에 수삼 2개씩 넣고 1시간 보관 후 용기내부에 축 적된 가스를 1mℓ 주사기로 채취하여 gas chromatography (450-GC, Varian, Harbor City, CA, USA)에 주입하여 CO₂와 C₂H₄를 분석하였다. CO₂ 분석의 detector는 thermal conductivity detector (TCD), column은 active carbon (60/80 mesh)으로 충진된 packed column을 사용하였으며, 분석조건은 injector 110°C, oven 70°C, detector 온도 150°C로 설정하였다. C₂H₄ 분석은 CO₂ 분석과정과 동일하며, detector는 flame ionization detector (FID), detector 온도는 200°C로 설정하여 분 석하였다. 필름내부 가스조성 측정은 필름 포장 내부의 O₂ 및 CO₂ 농도는 O₂/CO₂ analyzer (CheckMate, PBI Dansensor, Ringsted, Denmark)를 이용하여 측정하였다.

3. 전해질 용출도 분석

수삼의 동체부위를 1cm 두께로 횡단면으로 자르고 다시 지 름 5mm Cork borer를 이용하여 일정한 크기로 잘라 5조각을 취하고 비커에 담아 증류수 30mℓ을 가하였다. 이를 30분간 교 반한 후 conductivity (Orion Star A211, Thermo Scientific Orion, Waltham, MA, USA)를 이용하여 전기전도도를 측정하 였다.

4. 수삼 품질분석

중량 감소율은 수삼시료 입고 시 중량에 대해 일정기간 경 과 후 감소하는 중량을 백분율 (%)로 나타내었다. 수삼의 부 패율은 부패개체 발생률 (%)과 부패진행정도 (%)로 구분하여 나타내었으며 부패개체 발생률은 처리구의 총 수삼 개수에 대 해 부패곰팡이가 발생한 개체의 수를 백분율로 표시하고 부패 진행정도는 수삼의 전체 면적에 대해 부패곰팡이가 진행된 면 적을 백분율로 환산하였다. 수삼의 갈변율은 뇌두와 세근부위 로 구분하여 분석하였으며 갈변개체 발생률과 갈변정도를 구 분하여 부패율 측정과 같은 방식으로 분석을 진행하였다.

5. 관능평가

수삼의 관능적 품질평가는 인삼의 품질변화에 이해도가 높 은 연구원 9명이 참가하여 뇌두, 동체, 세근의 상품성, 인삼고 유의 향, 쓴맛, 단맛에 대해 평가하였다. 점수는 각 요인에 대 한 신선도 및 강도에 따라 5단계의 점수로 부여하여 나타내 었다. 뇌두, 동체, 세근의 상품성 점수기준은 1점 =신선도가 매우 떨어져 구매의사가 전혀 없는 수준, 3점 =신선도가 약간 떨어졌으나 구매할 의사가 있는 수준, 5점 = 수확한 날의 품 질과 같이 매우 신선하여 구매지수가 높은 수준으로 구분하 였다. 인삼고유의 향, 쓴맛, 단맛에 대한 점수기준은 1점 =거의 없음, 2점 =향이나 맛이 조금 느껴짐, 3점 =향이나 맛이 적당 함, 4점 =향이나 맛이 강하게 느껴짐, 5점 =매우 강함으로 구 분하였다.

6. Ginsenoside 함량 분석

수삼시료는 ginsenoside 분석을 위해 동결건조기에서 120시 간 건조 후 분쇄하여 사용하였다. Ginsenoside 추출 및 전처 리는 Kim 등 (2008)의 방법을 참고하여 실시하였다. 분말시료 2 g에 50% MeOH로 초음파 추출하고 이 시료액 1mℓ을 취하 여 Sep-Pak Plus C18 cartridge (Waters, Milford, MA, USA)를 이용 SPE (solid phase extraction) 전처리한 뒤 시료 액을 준비하였다. 준비된 시료액은 HPLC system (Agilent 1100 series, Agilent Technologies, Santa Clara, CA, USA) 을 이용하여 ginsenoside 함량을 측정하였다. 분석 컬럼은 YMC-Pack ODS AM (250 × 4.6mm, 5μm, YMC Inc. Allentown, PA, USA), 이동상조건은 acetonitrile (A), water (B)를 혼합하여 기울기 용리로 용출하였다. 용출 조건은 27% A 용매로 10분간 용출하고, 35분간 27% A→42% A 용매 로 기울기 용출, 2분간 42% A→95% A 용매로 기울기 용 출 후 15분 동안 95% A 용매로 용출하였다. 이동상의 유속 과 컬럼의 온도는 각각 0.8mℓ/min, 43°C로 하였고, UV 검출 기 파장은 203nm로 하여 분석하였다. Ginsenoside standard는 Chromadex사 (Irvine, CA, USA)의 ginsenoside Rb₁, Rb₂, Rc, Rd, Re, Rf, Rg₁, Rg₂ 등을 구입하여 사용하였다.

7. 통계처리

호흡량과 에틸렌발생량 및 ginsenoside 함량은 처리당 3반복, 필름내부 가스농도, 중량감소율, 부패율, 갈변율은 5반복으로 분석하여 평균값과 표준오차 (standard error)로 나타내었고, 실 험결과의 통계처리는 R프로그램 (version 3.1.0, www.rproject. org )을 사용하여 분산분석 (ANOVA)을 하였다. 처리간 유의차 검증은 Duncan’s Multiple Range Test (DMRT)로 5% 수준에서 검증하였다.

1. 수삼의 호흡생리 변화

각각의 온도 0, –2, –4°C에서 4주간 저장된 수삼이 5°C에서 유통하는 동안 호흡량의 변화는 Fig. 1과 같다. 저장 직후 5°C 에 꺼낸 수삼의 호흡량은 9.5 - 11.5mℓ/kg• h로 저장온도별로 큰 차이를 나타내지 않았다. 그러나 유통 1주가 경과하였을 때 0°C와 –2°C 저장삼은 호흡량이 약 16mℓ/kg• h인데 반해 –4°C 저장삼은 24.2mℓ/kg• h로 약 1.5배 높은 경향을 나타내었다. 유통 후기에도 –4°C 저장삼은 높은 호흡량이 유지되었으며 0°C와 –2°C 저장삼은 서서히 증가하는 경향이었으나 두 처리 간의 차이는 발견되지 않았다. 수삼의 호흡량과 관련한 실험 에서 Kim 등 (2005a)은 온도별로 호흡량을 측정하였는데 5°C 의 경우 약 10mℓ/kg• h로 보고하여 본 실험보다 다소 낮은 경향을 나타내었다. 이는 본 실험의 경우 시료를 세척하였기 때문으로 생각되며, 예비실험에서 세척과 비세척의 호흡량을 비교한 바, 세척 수삼의 호흡량이 높은 것을 확인하였다 (data not shown).

Fig. 1.

Changes in respiration rate of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.Values are means ± standard error (n = 3).

수삼의 저장온도가 유통 중 에틸렌 발생량의 변화에 미치는 영향은 Fig. 2에서 보는 바와 같다. 수삼은 수확 후 에틸렌발 생량이 0.2 ppm/kg• h 이하로 극미량이 검출되지만 –4°C 저장 삼의 경우 유통 1주 경과 후 0.33 ppm/kg• h로 0.2 ppm/ kg• h 이하인 0°C와 –2°C 저장삼에 비해 높은 경향이었고, 유 통 후기에 처리간 차이가 감소하였다.

Fig. 2.

Changes in ethylene production of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature. Values are means ± standard error (n = 3).

수삼 유통 중 포장필름 내부의 가스농도 변화는 Fig. 3과 같다. 필름내부의 O₂ 농도는 0°C 저장삼의 경우 유통 중 약 12 - 13%를 유지하는 경향이었으나 –4°C 저장삼은 점점 감소 하여 7.3%의 낮은 농도를 나타내었다. 필름내부의 CO₂ 농도 는 이와 반대로 –4°C 저장삼이 가장 높은 농도를 유지하였고 0°C 저장삼이 1.8 - 1.9%로 처리구 중 가장 낮은 농도를 유지 하였다. –2°C 저장삼의 경우 중간의 농도를 유지하다가 유통 후기에 0°C 저장삼과 유사한 농도를 나타내었다. 같은 유통온 도에서 필름 내부 O₂ 농도가 낮고 CO₂ 농도가 높게 유지되 었다는 것은 –4°C 저장삼의 호흡량이 0°C와 –2°C 저장삼에 비해 높아 상대적으로 산소의 소비와 이산화탄소의 배출이 높 았기 때문인 것으로 추측할 수 있으며, 실제 호흡량의 측정에 서도 –4°C 저장삼의 유통 중 호흡량이 다른 저장삼에 비해 높 아 이를 다시 한번 확인하였다. 결론적으로 –4°C에 저장하였 던 수삼은 유통 중 호흡과 같은 대사작용이 0°C와 –2°C 저장 삼에 비해 높아져 유통 중 수삼의 품질에 영향을 미칠 수 있 을 것으로 판단된다.

Fig. 3.

Changes in O2 and CO2 concentration in package of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.Values are means ± standard error (n = 5).

농산물이 저장 및 유통 중 호흡과 에틸렌이 증가하는 이유 는 여러 가지가 있으며 호흡급등형 작물인 경우 성숙단계로 넘어가는 생리적 변화에 의한 것이거나 부패균 오염 혹은 온 도 및 공기조성 등의 갑작스런 환경변화에 대한 스트레스에 의해 호흡과 에틸렌이 증가한다고 하였다 (Lee et al., 2013). 또한 Kimmerer와 Kozlowski (1982)는 다양한 스트레스로 인 해 이산화탄소 발생량이 증가한다고 보고하였다. 본 실험에서 –4°C 저장삼의 호흡량과 에틸렌이 유의하게 높았던 것은 환경 스트레스에 대한 반응으로 보여지며 0°C와 –2°C에서 4주간 저 장하였던 수삼은 유통 중 스트레스 성 반응이 –4°C 저장삼에 비하여 적은 것으로 판단된다.

2. 전해질 용출도의 변화

전해질 용출도는 주로 저온장해의 정도를 파악하기 위해 측 정되어 왔는데 (Kang et al., 2002) 그 수치는 조직의 손상정 도를 나타내어 조직의 안정성과 더 나아가 미생물에 대한 안 정성을 추측할 수 있는 근거가 될 수 있다. 각각의 저장온도 에서 4주간 저장 후 전해질 용출도를 분석하였을 때 (Fig. 4), 0, –2, –4°C 저장삼은 각각 81.0, 99.2, 149.8μs/cm로 저장온 도가 낮을수록 급격히 높은 수치를 나타내었다. 저장기간이 끝 난 후 5°C에서 1주간 유통하였을 때는 0, –2, –4°C 저장삼이 각각 93.8, 95.0, 100.1μs/cm로 0°C 저장삼은 전해질 용출도 가 조금 높아진 반면, –2, –4°C 저장삼의 전해질 용출도는 감 소하였고 전체적으로는 역시 저장온도가 낮을수록 전해질 용 출도가 높은 경향이었다. 5°C 유통이 3, 5주간 경과하였을 때 는 전해질 용출도가 유통 1주보다 전반적으로 낮아졌고, 온도 별 전해질 용출도는 유통 1주 때와 마찬가지로 저장온도가 낮 을수록 높은 경향이었으나, 통계 처리하였을 때 유의적인 차 이는 보이지 않았다.

Fig. 4.

Changes in electrical conductivity of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature. Values are means ± standard error (n = 5).

온도 –2와 –4°C 저장삼의 저장 직후 전해질 용출도가 급격 하게 증가하였다가 5°C 유통 1주 후 0°C 저장삼과 유사한 수 치를 나타내었는데, 이는 분석 당시 저장된 수삼을 상온 실험 실로 옮겨와 3시간 이내에 분석을 수행하였던바 짧은 시간 내 에 큰 온도변화에서 조직손상이 더욱 빠르게 진행되었기 때문 으로 해석된다. Lindberg (1976)는 식물세포가 동해로 손상되 었지만 아직 살아있는 경우 상온으로 즉시 이동 시 죽을 수 있으며, 0 - 5°C에서 회복될 수 있다고 보고하였는데, 본 실험 에서도 5°C 1주 경과 후 –2°C 이하의 저장삼이 0°C 저장삼의 전해질 용출도와 유사하여 서서히 회복이 된 것으로 판단된다. 또한 Palta 등 (1977)의 실험에서 식물세포의 동해 후 세포의 물리화학적 특성은 해동 1 - 2주가 경과한 뒤 나타난다고 하였 는데, 본 실험에서 1 - 2주가 경과한 뒤에 온도별로 전해질 용 출도에 유의한 차이가 없는 것으로 보아 회복이 많이 진행된 것으로 판단할 수 있다. 동해의 피해가 노출된 온도와 기간에 의해 복합적인 영향을 받는다고 보고되어 있어 (Lim et al., 2005), 동해에 대한 회복의 가능성과 정도도 동결온도와 저장 기간에 따라 다를 것으로 생각된다.

3. 수삼의 품질 변화

저장직후 수삼의 중량 감소율은 0°C 저장삼이 0.23%로 가 장 낮았고 –2°C와 –4°C 저장삼은 각각 0.34, 0.32%로 0°C 저장삼에 비해 높은 경향이었다 (Fig. 5). 유통 중 중량 감소 율은 미미하게 증가하였으며 저장직후의 차이가 그대로 유지 되는 경향이었다. 저장 중에 발생한 중량 감소율의 차이는 영 하의 저장온도에서 호흡에 의해 발생한 수분이 포장지 내부에 서 결빙됨에 따라 포장 내부의 상대습도가 낮아져 이로 인해 수삼으로부터의 수분이동이 더 컸기 때문으로 판단되며 (Kim et al., 2011a), 유통온도로 모두 옮겼을 때는 저장온도 간의 중량감소 속도 차이는 없는 것으로 판단된다.

Fig. 5.

Changes in weight loss of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.Values are means ± standard error (n = 5).

수삼 유통 중 품질저하의 한 요인으로 갈변증상이 발생하였 으며 이를 수치화한 것은 Table 1에 나타내었다. 갈변증상은 –2°C이하의 저장삼에서만 발견되었고 발생한 부위에서 조직의 수침현상도 함께 나타나 동해피해인 것으로 판단된다. 작물의 동결점은 당함량 등 내부성분 함량에 따라 다르고 (Park and Hong, 2009), 조직의 차이가 있어 수삼의 부위에 따라 다르다 고 (Kim et al., 2006) 하였는데, 수삼에서는 뇌두와 세근부위 에서 동결점 도달에 따른 동해피해 증상이 먼저 나타나는 것 으로 관찰되었다. –4°C 저장삼의 경우 유통 1주부터 갈변증상 이 뇌두와 세근에서 나타나기 시작하였고 유통기간이 경과될 수록 갈변개체 발생률이 높아지고 갈변진행정도가 심해지는 경향을 보였다. 반면 –2°C 저장삼은 뇌두부위에서 일부 발견 되기도 하였으나 갈변정도가 약하였고 세근부위에서는 전혀 나타나지 않았다.

Table 1.

Changes in browning of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.

수삼 유통 중 부패율의 변화는 Table 2에서 보는 바와 같다. 수삼의 부패는 주로 뇌두부분에서 곰팡이 균사가 자라나며 시 작되었다. 곰팡이 균사가 나타나기 시작한 부패개체 발생률은 유통 1주까지 거의 나타나지 않았으나 유통 3주가 되었을 때 –4°C 저장삼에서 급격히 증가하였다. 이에 반해 0°C와 –2°C 저장삼은 유통 5주까지도 크게 발견되지 않았다. 부패의 진행 정도를 면적으로 환산한 경우 –4°C 저장삼의 경우 유통 3주 에 약 11% 정도 진행되었고, 유통 5주에 19% 진행되었다. 0°C와 –2°C 저장삼의 경우 부패발생 개체도 거의 없었으며 부 패가 발생된 경우에도 부패 면적이 3% 이하로 매우 낮은 부 패 양상을 나타내었다. 이와 같은 결과는 보통 조직의 전해질 용출도에서 추측할 수 있다. Mckersie와 Leshem (1994)은 세 포 및 조직이 저온 장해를 받게 되면 세포막 유동상의 변화가 생겨 인지질 구조막 상이 변하여 팽압이 감소하고 더 심해지 면 세포질로부터 물질의 유출이 증가하게 된다고 하였으며, Wardowski 등 (1973)은 전해질 용출이 많은 경우 유출된 세 포질 유동액을 배지로 삼아 곰팡이가 많이 증식된다고 보고하 였다. 본 실험에서는 –4°C 저장삼의 경우 5°C에서 1주 이상 유통하였을 때 회복이 많이 진행되었으나 그럼에도 불구하고 유통 후기에 부패양상이 두드러지게 나타났다. 이는 실험분석 에서 부패는 주로 뇌두에서 많이 진행되었는데 전해질 용출도 를 분석할 때는 수삼의 동체 부위를 이용하였으므로 부패 부 위와 전해질 용출도의 분석 부위가 달랐기 때문인 것으로 추 측된다. 조직의 동해는 내부성분 함량과 부위에 따라 차이가 있다는 것을 감안할 때 (Park and Hong, 2009; Kim et al., 2006), 특히 이와 같은 작은 온도차이의 실험에서 손상정도를 예측하는 전해질 용출도 분석을 할 때는 여러 부위를 나누어 실시하는 것이 합당할 것으로 판단된다.

Table 2.

Changes in decay of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.

본 실험에서는 전해질 용출도를 분석하였을 때 –4°C 저장삼 이 유통 중 해동되며 조직 손상이 회복되었다고 판단되지만, 부패율을 분석하였을 때 그 회복이 완전하였다고 볼 수 없고, 미미하게 남아있던 손상은 유통후기에 부패로 나타났다고 생 각된다.

수삼의 외형적인 상태를 보고 품질을 판단하는 관능평가 결 과는 Table 3과 같다. 유통 3주차 상품성은 뇌두와 동체부위에 서는 유의적인 차이를 나타내지 않았고 세근부위에서는 –4°C 저장삼이 유의하게 낮은 점수를 나타내었다. 이는 세근의 갈 변개체 발생률과 갈변진행정도가 유통 3주차부터 확연히 증가 되어 관능품질에 영향을 미쳤을 것으로 생각된다. 유통 5주차 에는 전반적으로 –4°C 저장삼의 상품성이 낮은 경향이었으나 세근부위에서만 유의적인 차이를 나타내었다. 그러나 상품성 과 관련한 관능평가 점수는 모두 3점 이상으로 판매가 가능한 수준이었다. 인삼고유의 향과 쓴맛도 저장온도별로 유의적인 차이를 나타내지 않았고 단맛은 유통 5주차에 –4°C 저장삼이 유의하게 낮은 경향을 나타내었다.

Table 3.

Sensory evaluation of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.

수삼의 유통 중 진세노사이드 함량 변화를 분석한 결과 (Table 4), 수확직후 총 진세노사이드 함량은 7.78mg/g이었고, 각각의 온도에서 4주간 저장한 뒤 5°C에서 5주간 유통하였을 때 5.51 - 5.84mg/g으로 감소하였다. 저장온도별로는 총 진세노 사이드 함량에 유의적인 차이가 발견되지 않았다. 진세노사이 드 종류 중에서는 저장 중 Re, Rb₁ 및 Rc가 감소하였고, 저 장온도가 낮을수록 Rg₂ 함량이 높은 경향을 나타내었다. 수삼 의 저장 중 진세노사이드 함량 변화와 관련한 연구에서는 저장 중 초기치와 거의 유사하거나 (Kim et al., 2011b, 2005b) 감 소한다고 보고되어 (Oh et al., 1981) 실험마다 차이가 있었다. Oh 등 (1981)은 저장 시 사포닌함량이 저장기간이 경과함에 따 라 감소한다고 하여 본 실험과 유사하였지만 ginsenoside Rf, Rd, Rc와 Rb₂는 저장 1달째에 증가한다고 보고하여 진세노사 이드 종류별로는 다른 경향을 보였다.

Table 4.

Changes in ginsenoside contents of fresh ginseng on the shelf at 5°C after 4 weeks of storage at different temperature.

지금까지의 결론을 종합하여 보면, 수삼의 빙결점 온도인 –1.8°C보다 낮은 온도의 저장은 유통 중 온도 스트레스성의 반응으로 호흡량과 에틸렌이 증가하였고, 전해질용출도가 증 가하여 조직의 손상이 예측되었으며 그 결과로 유통 중 곰팡 이부패와 동해에 의한 갈변증상이 나타나 품질이 저하되었다. 다만 4주간의 저장에서는 –2°C 저장삼의 경우 5°C 유통 중 스 트레스성 반응이 발견되지 않아 회복되었을 것으로 예상된다. Kim 등 (2011a)의 실험에서 0, –1.5, –3°C에서 저장한 수삼의 전해질 용출도를 분석한 결과 저장온도가 낮을수록 전기전도 도가 높은 경향이었으나 저장 6주까지는 저장온도별로 큰 차 이를 보이지 않고 저장 8주부터 급격히 증가하였다고 보고한 바 본 실험에서도 저장 8, 12주 후의 저장삼을 유통했다면 스 트레스 성 반응이나 품질변화가 좀 더 확연히 드러났을 것으 로 판단된다.

결론적으로 현장에서 저장 중의 부패율을 낮추기 위해 저장 온도를 –2°C 이하로 내리는 것은 저장이 끝난 후 실제 유통 을 할 때 품질저하와 부패율 증가에 영향을 미치는 가장 큰 요인이 되므로 저장온도에 좀 더 신중해야 할 것이며, 빙결점 이하의 저장에서 각 온도별 회복 가능한 저장기간에 대해 추 가적인 연구가 필요할 것으로 생각된다.