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ISSN : 1598-5504(Print)
ISSN : 2383-8272(Online)
Journal of Agriculture & Life Science Vol.53 No.3 pp.41-49
DOI : https://doi.org/10.14397/jals.2019.53.3.41

Effects of Astaxanthin on the Oxidative Stability and Quality Characteristics of Emulsified Sausages during Cold Storage

Jin-Kyu Seo1, Jun-Young Park1, Beom-Hak Kim2, Hyun-Jun Lee2, Seong-Gyun Kang2, Han-Sul Yang1,3*
1Division of Applied Life Science (BK21 plus), Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
2Department of Animal Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
3Institute of Agriculture & Life Science, Gyeongsang National University, Jinju, 52828, Korea
Corresponding author: Han-Sul Yang Tel: +82-55-772-1948 Fax: +82-55-772-1949 E-mail: hsyang@gnu.ac.kr
January 28, 2019 February 25, 2019 March 12, 2019

Abstract


Consumers are interested in natural ingredient that replace synthetic antioxidants in meat products. This study was carried out to investigate the effects of astaxanthin (AX) on the oxidative stability and quality characteristics of emulsified sausages during cold storage. Emulsified sausages were prepared as follows: manufactured without AX and BHT (Control), added with 500 mg/kg of BHT (BHT), and added with 80 mg/kg of AX (AX). Addition of AX showed no significant difference in pH, emulsion stability and cooking yield of emulsified sausages (p>0.05). However, the initial color retentivity was the same as that of synthetic antioxidant such as BHT treatment, and the redness was higher when AX treatment was added (p<0.05). The lipid oxidation showed the lowest value in the BHT treatment at the end of storage and the AX treatment also was significant lower than that of control (p<0.05). Hardness was lower in the all treatments at the end of storage than in the control (p<0.05). Therefore, astaxanthin can be used as a color enhancing agent for meat products as well as an natural antioxidant in replacing of BHT which is as synthetic antioxidant.



아스타잔틴 첨가가 유화형소시지의 저장 중 산화 안정성 및 품질 특성에 미치는 영향

서 진규1, 박 준영1, 김 범학2, 이 현준2, 강 성균2, 양 한술1,3*
1경상대학교 응용생명과학부(BK21 plus)
2경상대학교 축산학과
3경상대학교 부속 농업생명과학연구원

초록


육제품에 사용되는 합성 항산화제를 대체할 천연물질에 관한 관심이 높아지고 있다. 본 연구는 냉장 저장 중 아스타잔틴(AX)의 첨가가 유화형소시지의 산화 안정성 및 품질 특성에 미치는 영향을 조사하 기 위해 무첨가구인 대조구, 500 mg/kg BHT (Butylated hydroxytoluene), 및 80 mg/kg AX으로 처 리하였다. AX의 첨가는 유화형소시지의 pH, 유화 안정성 및 가열 수율에 유의적인 영향을 미치지 않았 다(p>0.05). 그러나 육색의 경우 아스타잔틴 첨가구의 초기(day 1) 색상유지력은 합성 항산화제인 BHT와 동일하였고, 적색도는 높게 나타났다(p<0.05). 항산화 능력에서, 처리구간 단백질 산화는 유의 적인 차이가 없었다. 지질 산화의 경우 저장 종료시(day 14) BHT 처리구에서 가장 낮은 값을 나타냈으 나 AX 첨가구 또한 무 첨가구인 대조구보다 매우 낮게 나타났다(p<0.05). 한편, 경도는 저장 초기에 비해 저장 종료시 BHT와 AX 처리구들에서 대조구에 비해 낮게 나타났다(p<0.05). 그러므로 천연물질 인 아스타잔틴은 기존에 사용되는 합성 항산화제인 BHT를 대체하여 항산화제의 역할뿐만 아니라 육제 품의 색상 증진제로도 활용 가능할 것으로 판단된다.



    National Research Foundation of Korea
    2017R1D1A1B04035644

    서론

    육제품은 저장 중 지속적으로 변하게 되며 그 원인 으로는 부패와 산패로 나눌 수 있다. 부패는 제품에 포함되어 있는 유기물질이 미생물에 의해 분해되는 현상을 말하며 산패란 육제품 내에 존재하는 지방, 단백질 및 기타 성분이 자동 산화(Autoxidation)에 의해 자유 라디컬(Free radical)을 생성하며 활성산 소(Reactive oxygen species) 등과 접촉하여 육제 품 내에서 다양한 화학적인 변화가 일어나는 현상을 말한다(Ladikos & Lougovois, 1990;Re et al., 1999;Simon et al., 2000). 이러한 산화는 육제품에 많 은 영향을 미치는데 선행 연구에 따르면 육색의 저 하(Suman & Joseph, 2013), 조직적 특성 변화 및 선호도 감소(Seideman et al., 1984) 등과 같은 대 부분 부정적인 영향과 관련이 있는 것으로 보고되었 다. 그러므로 산화의 방지는 제품의 품질 특성 중 매우 중요한 요소로 여겨지고 있다.

    항산화는 세포 내에서 항산화 물질이 활성산소의 활 성을 억제시켜 산화를 감소시키는 것을 말하며, 식품 에서의 항산화 작용은 주로 첨가물에 의해 이루어지며 특히 육제품은 솔빈산칼륨(Potassium erythorbate), 부틸하이드록시아니솔(Butylated hydroxyanisole) 및 부틸하이드록시톨루엔과 같은 합성 첨가물들이 사용된다(Korycka-Dahl et al., 1978). 그러나 최근 소비자들의 식품에 사용되는 합성첨가물에 대한 부 정적인 인식이 높아짐에 따라 이를 천연물질로 대체 하기 위한 많은 연구가 이루어지고 있다(De Florio Almeida et al., 2017;Fernandes et al., 2018). 아스타잔틴(Astaxanthin)은 해조류(Heamatococcus pluvialis), 갑각류 등에서 추출되며 붉은색을 띄며 카로테노이드(Carotenoid)계로서 항산화력을 가지며 β-카로틴(β-carotein)과 유사한 구조를 가지고 있다 (Terao, 1989;Naguib, 2000). 보고된 바에 따르면 아스타잔틴은 근육 조직의 말초성 피로 완화, 면역력 강화(Bendich, 1991), 시력보호(Snodderly, 1995), 항암효과(Jyonouchi et al., 2000), 항산화효과 (Ambati et al., 2014) 등의 다양한 효과로 식품 첨 가물, 색소공급원으로 상당한 관심을 받고 있다(Kim et al., 2008). 또한 아스타잔틴은 카로테노이드계 물질 중 라이코펜(Lycopene)과 루테인(Luthein), 제 아잔틴(Zeaxanthin) 및 α-, β-카로틴 등에 비해 항산화력이 10배 이상 뛰어나고(Miki, 1991;Naguib, 2000) α-토코페롤(α-tocopherol)에 비하여 항산화력 이 100배 이상 뛰어난 물질이다(Miki, 1991;Shimidzu et al., 1996). 선행연구에서 β-카로틴과 아스타잔 틴의 자유 라디컬 산화 반응에 대한 비교연구결과로 아스타잔틴은 효과적인 산화방지제로서 보고되었다 (Tareo, 1989). 하지만 아스타잔틴은 입증된 연구결 과들을 바탕으로 의약품, 화장품, 건강식품 등으로 사용되고 있지만, 일반적인 식품 응용에 관한 연구 특히 육제품의 항산화제로서 활용 가능성에 대한 연 구는 보고된 사례가 없다.

    본 연구 가설은 육제품의 항산화제로서의 아스타 잔틴이 기존에 사용되고 있는 합성첨가물을 완전 또 는 일부 대체가 가능할 것으로 판단되며, 기존에 알 려진 천연물질을 활용한 사례보다 뛰어난 항산화력 과 품질 특성을 가질 것으로 판단된다. 따라서 본 연구의 목적은 유화형소시지 제조 시 아스타잔틴 첨 가가 산화 안정성과 품질 특성에 미치는 효과에 대 해 알아보고자 실시하였다.

    재료 및 방법

    1 소시지 제조

    도축장(경남 진주시 소재)에서 3마리 분량의 돈육 (등심과 뒷다리)과 등지방을 구입하였다. 유화형소 시지 제조를 위해 결합조직과 가시지방을 제거한 후 원료육과 등지방은 4 mm 플레이트가 장착된 분쇄기 (1787, LEM products, OH, USA)를 사용하여 분쇄 후 혼합기(869, LEM products, OH, USA)를 사용하 여 혼합하고 각각 3회분(각 회 당 10 kg)으로 나누어 진공 포장한 후 소시지 제조 시까지 –80℃에서 보관 하였다. 아스타잔틴(Herblink Biotech Corporation, Shaanxi, China)은 순도 100%의 분말형태를 구입 하여 사용했다. 유화형소시지는 Table 1의 구성비로 제조되었고, 각각의 소시지는 3회 반복 제조하였다. 원료육, 소금, 인산염, 설탕 및 절반의 빙수를 볼 커터(84145, Hobart Corporation, OH, USA)에 넣 고 1,725 rpm으로 2분 동안 예비 유화를 실시하였 다. 그리고 항산화제, 전분, 지방 및 남은 절반의 빙 수를 첨가하고 동일한 속도로 6분간 유화시켰다. 이때 소시지 유화물의 최종 온도는 10℃이었다. 소 시지 유화물을 충진기(838, LEM products, OH, USA)를 사용하여 콜라겐 케이싱(직경 26 mm)에 충진 후 대류 증기오븐(RCO-050E, KOSTEM, 광 주, 한국)을 이용하여 95℃에서 40분 동안 소시지를 가열하였다. 이때 소시지의 심부 온도는 75℃였다. 가열 후 소시지를 얼음으로 냉각하여 high density polyethylene bag에 밀봉하고 각 실험 날짜(1, 14일) 로 나누어 4℃에서 보관하였다.

    2 pH

    시료 3 g을 증류수 27 mL와 함께 균질기(T25-B, IKA-Werke GmbH, Staufen, Germany)로 10,000 rpm 에서 20초간 균질하여 pH-meter(Mettlerr Toledo Co, MP 230, Greifensee, Switzerland)로 측정하 였다.

    3 유화 안정성 및 가열 수율

    가열 전 유화물을 25 g을 원심분리 튜브에 담은 후 튜브의 밑면에 고정시키기 위해 1,000 rpm에서 1분간 원심분리 시켰다. 원심분리 후 70℃ 항온 수 조에 30분간 가열시킨 후 4,000 rpm에서 3분간 다 시 원심분리 시켰다. 계산공식은 다음과 같다.

    유화 안정성(%) = (원심분리 전 무게(가열 직전) - 원심분리 후 무게(가열 후))/시료무게×100

    가열 수율은 가열 전 소시지 무게를 측정한 다음 가열 후 냉각된 소시지 무게를 측정하였다. 계산공 식은 다음과 같다.

    가열 수율(%) = (가열 전 무게-가열 후 무게)/가열 전 무게×100

    4 육색

    육색은 Chroma Meter(CR-400, Minolta Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 동일한 시료를 10회 반복 측정하였으며 이때 표준색판은 L*=89.2, a*=0.921, b*=0.783으로 하였다.

    5 지방 산패도

    TBARS (2-thiobarbituric acid reactive substance) 는 Pikul et al. (1989)의 방법을 약간 수정하여 실시하였다. 시료 3 g에 3.86% perchloric acid 27 mL과 10% BHA in ethanol 100 uL을 넣고 균질 기(T25-B, IKA-Werke GmbH, Staufen, Germany) 를 이용 하여 20초간 균질화한 것을 Whatman No. 1 filter paper를 사용하여 여과한 다음 여과액 2 mL 에 20 mM TBA용액 2 mL를 가하여 vortex mixer (Vortex-Genie 2, Scientific Industries Inc., Bohemia, NY, USA)를 이용하여 잘 섞어준 용액을 시험액으로 하였다. 제조한 시험액을 암소에서 15시간 방치 후 분광광도계(Cary 60, Agilent Technologies inc., CA, USA)를 사용하여 532 nm 파장에서 흡광 도를 측정하였다. 이 측정값에 환산 계수 5.2를 곱 하여 TBA값(mg malonaldehyde (MA)/kg meat)으 로 산출하였다.

    6 단백질 산화

    Thiol 함량은 Vossen & De Smet (2015)의 방법 을 약간 수정하여 측정하였다. 시료 2 g을 25 mL 의 1% SDS buffer in 0.1 M TRIS buffer로 균질 화 시켰다. 균질액을 항온 수조에서 80℃로 1시간 동안 가열하였다. 실온으로 냉각 후, 시료를 여과하 고, 여액을 추후 분석에 사용하였다. 0.1 M TRIS buffer (pH 8.0) 2 mL 및 10 mM DTNB in 0.1 M TRIS buffer 0.5 mL를 여액 0.5 mL에 첨가하여 시험구로 사용하였고 단백질 함량을 측정하기위해 0.5 mL 여액 및 2.5 mL의 0.1 M TRIS buffer (pH 8.0)를 사용하였다. 공시험구는 1% SDS in 0.1 M TRIS buffer (pH 8.0) 2.5 mL 및 10 mM DTNB in 0.1 M TRIS buffer 0.5 mL를 함유하는 용액을 사용하였다. 모든 혼합물을 암소에서 30분 동안 반 응시켰다. 흡광도는 412 nm에서 분광광도계(Cary 60, Agilent Technologies inc., CA, USA)로 측 정되었고, Thiol 함량은 Lambert-Beer (ε412= 14000 M-1cm-1)의 공식을 사용하여 계산되었고, 단 백질 1 mg 당 nmol thiol으로 표시되었다. 단백질 함량 측정을 위해 제조된 시험구를 사용하여 단백질 함량을 측정하였다. 단백질 함량은 BSA 표준 곡선을 사용하여 280 nm에서 분광 광도계로 측정하였다.

    7 경도

    경도는 물성측정기(EZ-Test S-type, Shimadzu corp., Kyoto, Japan)를 사용하여 측정되었다. 모든 시료는 중간 지점에서 채취(높이 2.5 cm×직경 2.6 cm) 하였으며 측정 조건은 pre-test speed 2.0 mm/s, test speed 2.0 mm/s, and post-test speed 2.0 mm/s, maximum load 50 N, distance 6.0 mm, trigger force 5.0 g이었다. Bourne (1978)에 따라 경도를 계산했다.

    8 통계분석

    실험은 3회 반복 수행되었으며 측정항목 당 3회 반복 측정하여 이로부터 얻은 평균값들을 활용하여 처리구간의 비교를 위해 분산분석(n=3)을 하였다. SAS software(version 9.4, SAS Institute, Cary, NC)의 ANOVA procedure를 사용하였고 유의수준은 95%였다. 처리간 유의성을 검증하기 위해 Duncan’s multiple range test를 실시하였다.

    결과 및 고찰

    1 pH, 유화 안정성 및 가열 수율

    유화형소시지의 이화학적 특성을 Table 2에 나타 내었다. pH와 유화 안정성 그리고 가열 수율은 처리 구간에 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). Park & Kwon (1998)은 식육 또는 육제품에서 pH는 보수 력, 결착력, 색도 및 조직감 등에 많은 영향을 미치 며 이는 유화물의 형성에 직접적인 영향을 준다고 하였다. 본 연구 결과, 아스타잔틴 처리구가 수치적 으로 다소 낮은 pH를 보이나 통계적으로는 모든 처 리구(대조구, BHT 및 아스타잔틴)의 pH가 동일한 수준이었으며(p>0.05) 이로 인해 유화 안정성 및 가 열 수율에서 비슷한 결과가 나타난 것으로 사료된다.

    2 육색

    유화형소시지의 저장 기간에 따른 육색 변화를 Table 3에 나타내었다. 명도(L*)는 처리구 또는 저 장 기간에 따라 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 그러나 적색도(a*)는 저장 기간에 따른 차이는 없 었으나, 처리구간에는 유의적인 차이가 있었다 (p<0.05). 저장 1일차와 14일차 모두 아스타잔틴 처리구에서 가장 높게 나타났다. 이는 아스타잔틴 특유의 색인 붉은색에서 비롯된 것으로 적색도의 증 가는 육제품에서 긍정적으로 작용할 수 있을 것으로 판단된다. 황색도(b*)는 모두 저장 기간에 따라 유의 적으로 증가하였고 저장 14일차에서 BHT와 AX 처 리구들에서 대조구보다 낮게 나타났다(p<0.05). 이 러한 결과는 Mercadante et al. (2010)이 보고한 다양한 천연색소 즉 노르빅신(norbixin), 베타카로 틴 및 제아잔틴을 첨가한 소시지는 무첨가 소시지 보다 저장 중 황색도가 증가한다는 결과와 상반되 었다. 채도(Chroma)는 저장 기간 또는 처리구에 따른 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 색상 각 (Hue angle)은 저장 기간 또는 처리구에 따른 유의 적인 차이가 있었다(p<0.05). 색상 각은 대조구와 모든 처리구들에서 1일에 비해 14일에서 유의적으로 증가한 값들을 보였으며, 저장기간동안 대조구는 BHT 처리구와 아스타잔틴 처리구보다 높은 증가 폭 을 보였으며 수치적으로 대조구가 약 6° 증가했고 BHT 처리구와 아스타잔틴 처리구는 3~3.5° 증가하 였다. 색상 각은 CIE 색 공간에서 적색도와 황색 도의 수치로부터 계산되어지므로 이들에 의해 결 정되며(CIE, 1978) Kulkarni et al. (2011)의 연구 결과에 따르면 우육 소시지에 포도씨 추출물을 첨가 한 처리구는 대조구에 비해 냉동 저장 중 색상 각의 증가 폭이 낮았으며 지방산패도(TBARS) 또한 대조 구에 비해 낮은 결과를 보였다. 그러므로 색상 각의 증가 폭은 산화 안정성과 밀접한 관련이 있을것으로 판단된다.

    3 산화 안정성

    산화 안정성은 지질 산화와 단백질 산화로 구분 하여 실험을 실시하였다. 지질 산화는 2차 지질 산 화물인 Malonaldehyde 함량(TBARS)을 측정하였 고, 단백질 산화는 Thiol 함량(-SH group)을 측정 하여 Fig. 1에 나타내었다. 저장 기간에 따라 TBARS 함량은 유의적으로 증가 하였고, Thiol 함량은 감 소하였다(p<0.05). 또한 TBARS 함량은 저장 1일 차에는 처리구간 차이가 없었으나, 14일차에는 유 의적인 차이가 나타나 대조구에서 가장 높았고 아 스타잔틴, BHT 순이었다. 특히 대조구의 TBARS 함량은 아스타잔틴 처리구에 비해 약 3배 높았다. 이는 Carballo et al. (2018)가 보고한 아스타잔틴 (80 mg/kg)을 함유한 쇠고기 패티는 대조구(무첨가 구)에 비해 약 2배 낮은 TBARS 함량을 보였다는 결과와 일치하였다. 지질 산화는 마이오글로빈 산화 와 관련이 높으며 산소 소비량과 지질 산화가 낮을 수록 이로 인해 색 안정성이 뛰어나다(Faustman et al., 2010). 따라서 본 연구결과 중 육색 결과를 고려해볼 때, TBARS 함량은 색상 각의 증가 폭과 같은 경향을 보였으며 이것은 지질 산화와 색상 각은 매우 관련이 높은 것으로 판단된다.

    단백질 산화의 지표 중 하나인 Thiol은 단백질 내 시스테인의 잔기이며 산화의 주된 원인 중 하나인 hydrogen peroxide에 민감하게 반응하며, 이로 인해 이황화물(-SH→-SS)로 변하여 분자 간 또는 분자 내에서 이황화 결합이 생성된다(Lund & Heinonen, 2011;Feng et al., 2016). 마찬가지로, 본 연구결 과도 저장 기간에 따라 유의적으로 감소하였고 저장 1일차에 BHT 처리구가 가장 높았다(p<0.05). 그러 나 저장 14일차에는 처리구간에 유의적인 차이는 없 었다(p>0.05). Jongberg et al. (2013)의 결과에 따 르면 Bologna sausage에서 400 ppm 로즈마리 추출 물 처리구는 미 첨가구와 차이가 없었으나, 500 ppm 녹차 추출물 처리구는 오히려 Thiol 함량의 감소가 가속화되었고, Nieto et al. (2013)은 돈육 패티에 서 로즈마리 추출물의 첨가는 포장방법과는 상관없 이 Thiol 함량의 감소가 억제됨을 보고하였다. 결과 적으로 Thiol 함량은 첨가물 또는 제품 종류에 따라 많은 영향을 받으며 본 연구에 사용된 아스타잔틴은 Thiol 함량에 긍정적인 효과는 없는 것으로 사료되 며 또한 단백질 산화와 관련하여 추가적인 연구가 수행되어야 할 것이다.

    4 경도

    유화형소시지의 저장 기간에 따른 경도의 변화를 Fig. 2에 나타내었다. 모든 처리구는 저장 기간에 따라 경도가 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 저장 1일차에는 처리구간에 차이가 없었지만 저장 14일차 에는 대조구에 비해 아스타잔틴 및 BHT 처리구 순 으로 낮게 나타났다(p<0.05). 물성 특성 중 하나인 경도는 형태 변화에 필요한 외부 힘에 관한 특성을 나타내며 본 연구에서는 시료 높이 대비 70% 압착에 필요한 힘을 말한다. 본 연구에 사용된 항산화제인 아스타잔틴과 BHT는 대조구보다 대략 30~50 N의 경도 증가 억제력을 보였다. 경도의 증가는 냉장 저장 중 물과 지방이 단백질 매트릭스에서 분리되어 나와 유화 안정성이 감소한 것에서 비롯되며 이것의 억제 는 저장 중 지질 산화와 단백질 산화가 억제되어 유 화가 안정적으로 유지되었음을 나타낸다(Estévez et al., 2005;Zhang et al., 2013). 그러므로 아스타 잔틴의 높은 지질 산화 억제력으로 인해 대조구에 비해 경도의 증가가 낮게 나타난 것으로 판단된다.

    위의 결과들을 종합하면, 유화형 소시지 제조 시 아스타잔틴의 첨가는 지질 산화를 억제하여 색상 각, 적색도 및 경도에서 매우 긍정적인 효과를 보였 다. 그러므로 아스타잔틴은 육제품 내 합성 항산화 제를 대체하여 충분히 활용 가능할 것으로 판단된 다. 추가적으로 색상 각과 지질 산화 그리고 경도는 상호 간에 관련이 깊은 것으로 사료되며 차후 이와 관련된 추가적인 연구가 수행되어야 할 것이다.

    감사의 글

    이 논문은 2017년도 정부(교육부)의 재원으로 한 국연구재단의 지원을 받아 수행된 기초연구사업임 (No. 2017R1D1A1B04035644).

    Figure

    JALS-53-3-41_F1.gif

    Presentative to TBARS (2-thiobarbituric acid reactive substances) and thiol content about different storage period and treatment. 1CON: without AX and BHT, BHT: sausage added with 500 mg/kg of BHT, AX: sausage added with 80 mg/kg of astaxanthin. A-BMeans with different capital letters in a column within each treatments differ significantly (p<0.05). a-bMeans with different small letters in a row within at storage time differ significantly (p<0.05).

    JALS-53-3-41_F2.gif

    Presentative to hardness about different storage period and treatment. 1CON: without AX and BHT, BHT: sausage added with 500 mg/kg of BHT, AX: sausage added with 80 mg/kg of astaxanthin. A-BMeans with different capital letters in a column within each treatments differ significantly (p<0.05). a-bMeans with different small letters in a row within at storage time differ significantly (p<0.05).

    Table

    Formulation of emulsified sausages

    Effect of antioxidant on physicochemical properties of frankfurters

    Effect of antioxidant on color of frankfurters

    Reference

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