Ⅰ. 서 론
염소(Carpra hircus)는 산악지형에서 많이 사육되는 가축 중 하나로, 사료뿐만 아니라 농업 부산물 및 야초의 섬유질도 잘 분해하는 특징을 갖고 있다(Kim et al., 2019). 이러한 장점으로 인해 염소는 전 세계에서 사육되고 있으며, 다양한 지역 환경에 적응함에 따라 다양한 품종이 나타나게 되었다(An et al., 2024). 그 중 흑염소(Capra aegagrus Erdeben)는 전신 흑색 모피를 가진 품종으로 국내에서 가장 보편적으로 사육되고 있으며, 당진, 통영, 장수, 경상대 계통의 한국 재래흑염소가 가축다양성정보시스템에 등록되어 있다(Kang et al., 2021). 하지만 한국 재래흑염소는 성장 속도가 느리고 체형이 작아 육 생산량이 낮고 그 이용가치가 낮아, 이러한 단점을 보완한 교잡종인 일반 흑염소가 더 많이 사육되고 있다(Kim et al., 2020).
국내에서 흑염소는 건강을 중요시 하는 요즘 소비자들의 트랜드에 맞춰 웰빙식품으로 인식되고, 소비량이 점차 증가하고 있다(Kim et al., 2010). 흑염소 고기의 특징은 다른 식육과 다르게, 보다 검붉은 색을 띄고 질긴 조직감과 특유의 염소취를 가지고 있는 것이 특징으로, 원육 자체의 활용도는 낮은 편이다(Kim et al., 2019). 또한 국내 흑염소의 질병에 관련된 연구는 미비하여, 흑염소 사육 환경 및 도축 관리가 다른 축종에 비해 체계적이지 못하고, 도축된 흑염소 고기의 저장성은 낮다(Lee et al., 2000). 이에 흑염소 고기에 항산화 물질을 함유한 천연 식재료를 함께 첨가하여 식육가공제품을 개발하는 연구가 다수 진행되어 왔다(Mukherjee et al., 2006; Gadekar et al., 2014; Lishianawati and Yusiati, 2021).
아로니아(Aronia melanocarpa)는 직경 6.2~6.5 mm 크기의 북아메리카가 주원산지인 베리류로, 건물 중량 대비 1% 가량의 안토시아닌(anthocyanin)을 함유하고 있는 것이 특징이다(Hwang and Hwang, 2015). 또한 아로니아의 주요 성분은 펠라고니딘(pelargonidins), 시아니딘(cyanidins)과 같은 폴리폐놀계 화합물들로 높은 라디칼 소거능, 항산화능, 생리활성을 나타내어 항당뇨병, 항암, 항알레르기 등 다양한 기능성 효과들이 있다(Jang et al., 2018). 이러한 다양한 효능에도 불구하고, 아로니아는 특유의 떫고 신맛 때문에 과실 자체로 이용하기 보다는 추출액, 파우더, 주스, 잼, 와인 등 다양한 형태로 가공되어 활용되고 있다(Hwang and Lee, 2013). 이에 아로니아는 추출액이나 분말의 형태로 식빵, 청포묵, 막걸리 등 다양한 식품에 첨가되어 연구가 진행되어 왔지만, 육제품에 첨가한 연구는 돈육 패티, 튀김어묵 등 그 사례 및 형태가 한정적이다(Kim et al., 2015; Yun et al., 2015; Hwang and Thi, 2014).
따라서 본 연구는 염소고기의 활용성 증진을 위해 아로니아 분말을 첨가한 염소고기 소시지를 제조하여 항산화 활성과 품질 특성을 분석하였다.
Ⅱ. 재료 및 방법
본 연구에 사용된 염소 앞다리(Gaon, Gangjin, Korea)는 도축 후 24시간이 경과된 것을 구입하였고, 3mm plate를 장착한 grinder(PA-82, Mainca, Barcelona, Spain)를 이용하여 염소 앞다리와 돈육 등지방을 각각 분쇄하였다. 소시지 제조는 분쇄한 염소 앞다리(60%)와 돈육 등지방(20%)에 빙수(20%)를 bowl cutter(K-30, Talsa, Valencia, Spain)로 45초간 1차 세절한 후, 전체 중량에 대해 설탕 1%, 아질산염(nitrite pickling salt) 1.2%, 향신료 1%, 아로니아 분말(Seoulmilk, Seoul, Korea)은 처리구에 각각 0%, 1%, 2%, 3%씩 첨가하여 45초간 2차 세절하였다. 최종 심부 온도는 10℃ 이상으로 넘지 않도록 하였고, 세절이 끝난 유화물은 천연 돈장에 충전기(EM-12, Mainca, Barcelona, Spain)로 충전하여 chamber(10.10ESI/SK, Alto Shaam, Menomonee Falls, USA)에서 80℃에서 40분간 가열 후 10℃에서 20분간 냉각하였다. 제조한 소시지는 폴리에틸렌 백에 보관하여 4℃에서 저장하면서 실험에 사용하였다.
pH는 시료 3 g을 채취, 증류수 12 mL와 혼합하여 ultra turrax (HMZ-20DN, Pooglim Tech, Korea)로 8,000 rpm에서 1분간 균질한 후 pH buffer solution (Suntex Instruments co. ltd., Taiwan)으로 보정된 유리전극 pH meter (Model S220, Mettler-Toledo, Switzerland)를 이용하여 측정하였다.
색도는 colorimeter(CR-10, Minolta, Japan)를 사용하여 시료 단면의 명도(lightness)를 나타내는 CIE L* 값, 적색도(redness)를 나타내는 CIE a* 값 그리고 황색도(yellowness)를 나타내는 CIE b* 값을 측정하였다. 이때의 표준색은 CIE L* 값은 +97.83, CIE a* 값이 -0.43, CIE b* 값이 +1.98인 백색 표준판을 사용하였다.
항산화 활성 측정을 위해 시료 3 g과 증류수 15 mL를 혼합하여 ultra turrax로 7,000 rpm에서 20초 동안 균질하여 원심분리기(Supra R22, Hanil, Korea)로 4℃에서 3,000 rpm으로 10분동안 원심분리하였다. 원심분리한 추출물은 filter paper(Whatman No. 1, GE Healthcare, USA)로 여과하여 상등액을 실험에 사용하였다.
총 페놀 함량은 Lee 등(2020)의 방법을 적용하여 측정하였다. 추출액 40 μL와 2 N Folin-Ciocalteu 용액 80 μL를 혼합하여 3분 동안 반응시킨 후 20% Na2CO3를 800 μL 첨가하고, 빛을 차단하여 37℃ 암실에서 30분간 반응시켰다. 반응 후 multi-mode microplate reader(SpectraMax iD3, Molecular Devices, USA)를 사용하여 760 nm에서 흡광도를 측정하였다. Garllic acid를 표준물질로 사용하여 시료와 동일한 방법으로 분석 후 얻은 표준곡선으로 총 페놀함량을 산출하였다.
총 플라보노이드 함량은 Lee 등(2019)의 방법을 적용하여 측정하였다. 추출액 100 μL에 diethylene glycol 1 mL와 1 N NaOH 100 μL를 혼합한 다음, 빛을 차단하여 37℃ 암실에서 1시간 반응시켰다. 반응 후 multi-mode microplate reader를 사용하여 420 nm에서 흡광도를 측정하였다. Naringin을 표준물질로 사용하여 시료와 동일한 방법으로 분석 후 얻은 표준곡선으로 총 플라보노이드 함량을 산출하였다.
DPPH Free radical 소거능은 Kang과 Kim (2022)의 방법을 활용하여 측정하였다. 추출액 1 mL는 메탄올에 용해한 0.2 mM 2,2 diphenyl-1 carboxylic acid 1 mL와 추출물 1 mL를 혼합하고, 실온의 암실에서 30분간 반응시켰다. 이후 multi-mode microplate reader를 사용하여 517 nm에서 흡광도를 측정하여 다음과 같은 식을 통하여 백분율로 나타내었다.
금속이온 chelating activity는 Jeong 등(2020)의 방법을 적용하여 측정하였다. 추출물 500 μL에 2 mM FeCl2 50 μL, 5 mM Ferrozine 100 μL, 에탄올 3.2 mL를 혼합하고, 실온의 암실에서 10분간 반응시켰다. 이후 multi-mode microplate reader를 사용하여 562 nm에서 흡광도를 측정하여 다음과 같은 식을 통하여 백분율로 나타내었다.
지방산패도는 Kang 등(2022)의 방법을 응용하여 측정하였다. 표면의 비가식 부위(crust) 5 g, 10% PCA 용액 12.5 mL와 0.3% BHT 200 μL를 homogenizer (AM-5, Nihonseiki, Tokyo, Japan)로 10,000 rpm에서 1분간 균질하여 filter papers No.1 (GE Healthcare Life Sciences Whatman™, Chicago, IL, USA)로 여과하였다. 이후 여과액 5 mL를 0.02 M TBA 5 mL와 혼합하여 100℃ waterbath (JSWB-30T JSR, Gongju, Korea)에서 10분간 반응시켰다. 반응이 완료된 후 multi-mode microplate reader (Spectra Max iD3, Molecular devices, San Jose, CA, USA)로 532 nm에서 흡광도를 측정하여 mg malondialdehyde (MDA)/kg으로 산출하였다.
Ⅲ. 결과 및 고찰
아로니아 분말 첨가량에 따른 염소 소시지의 pH와 색도는 Table 1에 나타내었다. pH는 아로니아 분말 첨가량이 증가할수록 유의적으로 감소하는 경향을 나타내었으며(p<0.05), 주차에 따라서는 모든 처리구에서 1주와 2주가 0주차보다 유의적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). Kim 등(2015)은 아로니아 분말을 돈육 패티에 첨가하였을 때, 첨가량이 증가할수록 pH가 감소하였다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 일반적으로 아로니아는 3.96-5.18 수준의 낮은 pH를 형성하고 있으며, 본 연구에서도 아로니아 고유의 pH에 의해 첨가량 증가에 따른 pH 감소가 나타난 것으로 사료된다(Petković et al., 2021). 과일의 분말은 수분이 제거된 상태로 수소 이온의 변화가 어려운 상태이며, 이에 따라 저장 기간이 증가하더라도 최종 pH는 차이를 나타내지 않는다(Breda et al., 2012). Alirezalu 등(2019)은 다양한 종류의 식품보존제를 식육에 첨가하여도 저장기간에 따라 pH가 감소하는 원인으로 유산균(lactic acid bacteria)을 뽑았으며, 냉장온도에서 저장기간이 증가함에 따라 유산균의 수가 증식하게 되고, 그로 인해 pH가 감소하게 된다고 보고하였다.
명도와 황색도는 아로니아 분말 첨가량이 증가할수록 유의적으로 감소하는 경향을 보였지만(p<0.05), 적색도는 아로니아 분말 첨가량이 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었다. Kim 등(2015)은 아로니아 분말을 돈육 패티에 첨가하였을 때, 첨가량이 증가할수록 명도와 황색도는 감소하고, 적색도는 증가한다고 보고하였고, 다른 식품에서도 공통적으로 첨가량이 증가함에 따라 같은 결과를 보인다고 보고되어 왔다(Lee and Yoon, 2016). 이는 아로니아가 함유하고 있는 안토시아닌에 영향을 받은 것으로 사료되며, 안토시아닌은 수용성 플라보노이드 색소로 자색, 적색, 청색을 띄고 있어서 첨가된 식품의 색도에 영향을 미친다고 보고되었다(Yoon et al., 2014). 특히 아로니아 분말 제조 시 동결건조 방법을 사용하게 되면 열풍건조 방법보다 높은 적색도를 띄는 경향을 나타내게 되는데, 본 연구에 사용된 아로니아 분말도 동결건조 방법을 사용하여 제조된 제품이기 때문에 보다 색도에 큰 영향을 미친 것으로 판단된다(Horszwald et al., 2013). 따라서 아로니아 분말의 첨가는 적색도를 향상시키는데 효과적일 것으로 판단되며, 산업적으로 천연 발색제로 사용될 가능성이 있음을 시사한다.
Fig. 1은 아로니아 분말 첨가량에 따른 염소 소시지의 가열수율을 측정한 결과이다. 아로니아 분말 첨가량에 따른 대조구와 처리구들 간의 가열수율은 유의적인 차이를 나타내지 않았다. Choi와 Lee(2016)는 안토시아닌을 함유하고, 같은 자색 과실인 포도 과피 분말을 분쇄 돈육에 첨가하였을 때, 가열수율에는 첨가량에 따른 유의적 차이가 없다고 보고하여 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다. 이는 식물성 분말에 함유된 셀룰로오스, 펙틴, 키토산 등과 같은 식이섬유에 의한 것으로 가열로 인해 발생할 수 있는 수분 및 지방의 삼출을 유화물 구조의 단백질 네트워크 안정화를 통해 수분과 지방을 결합시켜 이와 같은 결과를 보인 것으로 사료된다(Kumar et al., 2024). 또한 염소고기는 다른 축종의 식육보다 보수력이 높은 편인데, 사후경직 이후 상태를 기준으로 염소고기의 보수력은 약 45.8%이고, 쇠고기는 약 19.8%로 보고되어 원료육 자체의 보수력에 기인하여 최종 제품의 가열수율이 유의적으로 차이 나지 않는 것으로 사료된다(Karakaya et al., 2006). 따라서 아로니아 분말의 첨가는 제품의 가열수율에 영향을 미치지 않아, 흑염소 소시지 제조 시 안정적으로 경제적인 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다.
Fig. 2는 아로니아 분말 첨가량에 따른 염소 소시지의 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량을 측정한 결과이다. 페놀은 식물에서는 비교적 많이 발견되며, 페놀 함량은 항산화능과 높은 양의 상관관계에 놓여있어, 페놀 함량에 따라 DPPH, FRAP과 같은 항산화능 실험의 결과를 예측할 수 있다(Wan Yahaya et al., 2019). 총 페놀 함량은 아로니아 분말 첨가량이 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 보였다(p<0.05). 아로니아는 페놀 함량이 높은 것으로 알려져 있는데, 보통 431.33 mg GAE g-1 수준으로 함유하고 있으며, 이중 안토시아닌은 24.45 mg C3GE g-1 수준으로 함유하고 있다(Tarasevičienė et al., 2022). 이러한 높은 페놀 함량은 육가공 산업에서 건강기능성을 추가 또는 증진 시킬 수 있으며, 화학적 독성을 완화시킬 수 있는 장점이 있어, 육제품 개발 시 긍정적인 효과를 나타내는 것으로 보고되어 왔다(Jian and Xiong, 2016).
플라보노이드는 페놀 화합물의 일종으로 대표적으로 지용성과 수용성으로 나뉘며, 총 플라보노이드 함량과 총 페놀 함량은 양의 상관관계에 놓여 있고, 음의 상관관계를 나타내는 경우 비플라보노이드 함량에 영향을 받는 것으로 알려져 있다(Tolić et al., 2015). 총 플라보노이드 함량은 아로니아 분말 첨가량이 증가할수록 유의적으로 증가하는 경향을 나타내었다(p<0.05). 아로니아에는 플라보노이드 또한 다량으로 존재하는데, 그 중에서도 올리고머 화합물인 polymeric procyanidins이 과실 기준 5,181.60 mg/100g, 수용성 플라보노이드인 cyanidin 3-galactoside이 과실 기준 1,282.41 mg/100g으로 가장 많은 부분을 차지하고 있다(Oszmiański and Wojdylo, 2005). 특히 polymeric procyanidins은 높은 항산화능뿐만 아니라, 높은 암세포의 항증식 활성을 나타내어 질병을 예방하는 효과도 탁월하여 건강 기능성 부분에서 긍정적인 두각을 나타내고 있다(Yang et al., 2021). 따라서 아로니아 분말의 첨가는 육가공품의 건강기능성 성분을 향상시키는 효과를 볼 수 있을 것으로 판단된다.
항산화 물질은 활성산소를 제거함으로써 육가공품의 산화를 억제하는데, 이러한 활성 산소를 제거하는 능력을 DPPH 자유 라디칼 소거능이라 한다(Musa et al., 2016). 아로니아 분말 첨가량에 따른 염소 소시지의 DPPH 라디칼 소거능과 금속이온 chelating activity 측정 결과는 Fig. 3에 나타내었다. 아로니아 분말을 첨가한 처리구들이 대조구보다 유의적으로 높은 DPPH 라디칼 소거능을 나타내었다(p<0.05). 이는 아로니아가 함유하고 있는 안토시아닌, 페놀, 플라보노이드 함량에 기인한 것으로 사료되며, Hwang과 Thi(2014)는 아로니아 분말의 항산화능은 1%에서 3%까지 첨가하였을 때는 큰 증가폭을 보이다가 이후 첨가량에서는 낮은 증가폭을 보인다고 보고하였다. 또한 아로니아는 DPPH 뿐만 아니라, 수산기, 과산화물 음이온, 산화질소와 같은 지방산패에 관련된 실험에 대해 높은 항산화능을 보여 지질 산화 억제에 효과적인 것으로 보고되었다(Sidor and Gramza-Michalowska, 2019).
금속이온 chelating activity는 자유 상태의 철 이온을 감소시키는 능력을 분석하는항산화 활성 측정 방법 중 하나로, 금속 이온으로 인한 산화 방지 및 무기질의 생체 이용률을 높이는 것을 주 목적으로 하고 있다(Torres-Fuentes et al., 2012). 아로니아 분말을 첨가한 처리구들이 대조구보다 유의적으로 높은 금속이온 chelating activity를 나타내었다(p<0.05). Park과 Chung(2014)은 아로니아의 금속이온 chelating activity는 총 페놀 함량과 총 플라보노이드 함량과 강한 상관관계(r=0.993)에 놓여 있어, 아로니아 분말의 주된 항산화능은 금속이온 chelating activity인 것으로 보고되었다. 특히 아로니아에 함유되어 있는 시아니딘, 퀘르세틴, 안토시아닌 등의 항산화 물질들은 구리와 아연의 산화를 방지하는데 효과적인 것으로 보고되어, 제품의 풍미 변질을 방지할 뿐만 아니라, 무기질의 섭취를 효과적으로 할 수 있을 것으로 판단된다(Borowska et al., 2020). 따라서 아로니아 분말의 첨가로 인해 육가공품 자체의 항산화 활성 능력을 증진시킬 수 있을 것으로 기대된다.
지방의 산화는 유화형에서 빠르게 진행되는데, 이는 철과 같은 산화 촉진 화합물과 불포화지방산 사이의 접촉이 증가하기 때문이며, 항산화제의 지질 산화 억제 능력은 유화물에서 형성된 계면에 영향을 받는다(Burri et al., 2020). 또한 육제품에서 TBARS 값이 1 mg/kg을 초과하게 되면 지나친 지방산화로 인해 제품이 부패되었고, 그에 따라 품질 저하와 식용 가치가 상실되었다고 판단한다(Nam and Chin, 2024). Fig. 4는 아로니아 분말 첨가량에 따른 염소 소시지의 지방산패도를 측정한 결과이다. 저장기간이 증가함에 따라 대조구 및 모든 처리구의 지방산패도는 유의적으로 증가하는 경향을 보였다(p<0.05). 저장 0주차에서는 대조구와 처리구들 간의 유의적인 차이를 나타내지 않았지만, 저장 1주차에는 아로니아 분말 3% 첨가 처리구가 대조구보다 유의적으로 낮은 값을 나타내었으며(p<0.05), 저장 2주차에서는 아로니아 분말 첨가 처리구들이 대조구보다 유의적으로 낮은 값을 나타내었다(p<0.05). Banach 등(2020)은 식품에 아로니아 추출물을 첨가하였을 때, 농도가 높아질수록 지질 산화를 억제하여 MDA(malondialdehyde) 생성량이 낮아진다고 보고하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 이는 아로니아에 함유된 페놀 화합물이 상대적으로 근장 단백질의 헴철에 금속 킬레이트제로 작용하여 지방 산패를 억제하였기 때문에 이와 같은 결과를 나타낸 것으로 판단된다(Brewer, 2011). 따라서 흑염소 소시지의 아로니아 분말 첨가는 산업적으로 흑염소 육가공품의 지방산화를 억제할 수 있을 것으로 사료된다.
Ⅳ. 요 약
본 연구는 아로니아 분말 첨가량에 따른 흑염소 소시지의 이화학적 특성에 대하여 조사하였다. 아로니아 분말 첨가량에 따라 적색도 및 TPC, TFC, DPPH, 금속이온 chelating activity를 증진시켰다. 또한 pH를 감소시키면서 가열수율에는 부정적인 영향을 미치지 않아 첨가량에 따른 품질악화는 관찰되지 않았다. 종합적으로 아로니아 분말 첨가량이 증가하여도 품질이 유지되면서 항산화능이 향상되었기 때문에, 흑염소 소시지 제조 시 아로니아 분말의 첨가량은 3%가 가장 최적의 비율이라고 판단된다. 또한 본 연구결과를 바탕으로 육가공품에 사용할 수 있는 천연 항산화제 개발의 기초자료로 활용될 수 있으며, 항균 및 항암 등 다양한 기능성 연구가 진행되어야 할 것으로 보인다.
