서 언
고추(Capsicum annuum L.)는 남아메리카의 아마존강 유역이 원산지이며 가지과에 속하는 1년생 초목이다. 1614년 일본으로부터 처음 소개가 된 것으로 알려져 있 으며, 1710년 중국으로부터 도입하여 우리나라에서 재배 가 일반화되면서 지역특성에 맞는 재래종으로 분화된 것 으로 추정하고 있다(Joo 등, 1995). 2017년 기준 우리나 라 연간 고추생산량은 5만 6천톤이며, 재배면적은 2만 8 천ha이다. 지역별로 구분하면 경상북도가 1만 2천톤으로 전국 생산량의 21.7%로 가장 많은 부분을 차지하고 있 다(KOSTAT, 2017). 고추는 매운맛을 내는 대표적인 조 미채소로 우리 식생활에 중요한 위치를 자치하고 있다. 고추의 중요한 품질선호도는 고춧가루 성분에 의해 결정 되며, 특히 매운맛의 99%를 차지하는 capsaicinoids는 지용성이고, 무색물질로(Choo, 1999) 풍미를 좌우하는 고추의 대표적인 성분이다. 고추는 일반적으로 8월 중순 부터 9월말까지 수확하고 건조하여 세정이나 살균의 과 정 없이 가공 되므로 고추의 건조방법이 고춧가루의 품 질과 위생에 많은 영향을 준다. 일반적으로 태양초로 알 려진 건고추는 일기가 좋은 날을 기준으로 태양광에 8 일 이상 노출하여 건조(양건)한다. 양건 과정에서는 기상 조건에 따라 고추의 건조 정도가 달라질 수 있어 품질 의 불균일을 초래하고, 장시간 건조에 따른 병발생의 위 험이 있으며, 고추의 건조에 노동력을 많이 필요로 한다 (Gomez 등, 1998;Yoon과 Suh, 1999). 반면 열풍건조기 를 이용한 고추의 건조(화건)는 건조시간을 단축할 수 있어, 건고추의 생산효율을 높일 수 있으나 건조과정에 서 capsanthin과 capsaicin 성분의 변화로 인한 건고추의 색과 맛의 변화를 초래하여 고춧가루의 품질 저하를 야 기한다(Kim 등, 1998). 선행 연구에서 화건 시 건조온도 가 높을 경우 미국양념협회(American Spice Trade Association, ASTA)에서 정한 고추의 색도를 나타내는 지표인 ASTA 색도 값이 낮게 나타나는 것으로 보고되 었다. 또한 영양고추연구소 에서는 화건 시 상대적 저온 조건에서 건조 시 갈변 물질의 발생이 줄어들기 때문에 고온단기 건조에 비해 저온장기 건조를 통해 색택이 우 수한 건고추생산이 가능하다고 보고하였다(Lim 등, 2006). 매운 맛을 나타내는 capsaicin 함량 또한 건조 온 도 설정에 따라 다른 결과를 보이는데, 열풍건조 40°C 온도 조건에서 가장 높게 나타났고, 온도가 높을수록 매 운맛 함량이 낮아지는 경향을 보이는 것으로 보고되었다 (Lim 등, 2006). 이와는 반대로 당 함량은 건조온도가 상대적으로 낮은 40°C에서 건조시간이 길어질수록 감소 하였으며, 상대적 고온인 60°C에서 단기간 건조 시 가장 높게 나타났다고 보고하였다(Lim 등, 2006). 건조 시 온 도조건과는 반대로 건조시간은 짧을수록 당 함량이 높게 나타나 건조시간을 단축할 수록 건고추의 품질을 높일 수 있다고 보고하였다(Lim 등, 2006). 최근에는 이러한 단점을 보완하기 위해 플라스틱하우스를 활용한 양건이 시도되고 있지만, 양건의 단점을 완전히 보완할 수 없으 므로 세심한 관리가 요구되고 있다. 이와 같은 건고추 생산에서의 애로와는 별개로 시판되는 건고추와 고춧가 루에 대한 소비자의 위생과 품질에 대한 요구는 지속적 으로 높아지는 상황에서 건고추의 품질과 건조효율을 고 려한 적정 고추건조 방법의 개발이 요구되고 있다. 따라 서 본 연구에서는 기존의 양건 및 화건과 더불어 제습 장치를 이용한 제습건조의 적용에 따른 건고추 품질 비 교를 통해 고품질 건고추 생산을 위한 적정 건조방법을 알아보고자 하였다.
재료 및 방법
1. 실험재료
본 연구에서는 역병에 강하고 숙기가 빨라 조기 수확 이 가능한 대과 고추 품종인 ‘파워스피드’(동부한농)를 영양군 무창리 생산농가에서 재배하여 수확한 고추를 실 험재료로 하였다. 건조에 사용할 고추 시료 준비를 위하 여 2014년 12월 26일 파종하였으며, 2015년 3월 29일 정식하여 관행의 방법으로 재배하였다. 건조 실험을 위 하여 2015년 9월 12일에 고추를 일시 수확하였으며, 무 게와 크기 및 형태가 균일한 고추재료를 선별하여 건조 처리 별 35개체씩 총 105개체를 준비하여 실험에 사용 하였다.
2. 건조조건
35개의 고추 생과 800g을 각각 건조 시료로 준비하여 양건, 화건, 제습기를 이용한 제습건조로 처리하였다. 양 건은 상온에서 오전 10부터 오후 4시까지의 6시간 외부 에서 자연광으로 건조를 하였다. 일기상황을 고려하여 17일간 건조를 실시하였고, 건조기간 중 대기의 온도와 습도는 각각 18.3±7.3°C와 65.3±26.8% 이었다. 건조기 간 대부분 일기가 좋지 못하여 습도의 범위가 크게 나 타났다. 화건은 농산물 건조기(TJDA-105, Joongang Precision Co., Ltd, Daegu, Korea)를 사용하였다(Fig. 1A). 화건 처리에서는 관행의 60°C 건조 온도 기준이 대신 영양군 고추시험장에서 농가에 권장하는 50°C의 간헐적 저온 건조 방법을 적용하였다. 처리 기준은 1일 차에는 32°C로 24시간, 2일째부터 3일 동안은 50°C로 72시간으로 설정하여 화건 처리하였다. 제습건조는 200 평 PE하우스에 제습기(SDDH-03, Sungdo Land Co., Ltd, Uljin, Korea)를 이용하여 건조 처리하였다. 주간에 는 하우스 내 온도 강하를 목적으로 측정을 열어두었고, 오후 8시부터 다음날 오전 8시까지 평균 습도 40% 온 도 24°C로 설정 후 제습기를 가동하여 4일간 제습건조 처리하였다(Fig. 1B).
3. 조사분석
건고추 시료는 꼭지와 종자를 제거한 과실의 과피와 태좌를 분리 후 고온건조기(JSOF-150, JS Research Inc, Gongju, Korea)를 이용하여 60°C에서 4시간 상압 가열 후 컷밀 분쇄기에 제분 후 0.5mm 체를 통과한 고춧가 루를 시료로 준비하여(Fig. 2) 색도, capsaicinoid 함량, 유리당 함량을 분석하였다. 건고추의 함수율 측정을 위 하여 다시 고온건조기를 이용하여 80°C에서 24시간 건 조 후 건물중과 수분함량을 측정하였다.
고춧가루의 색도 지표인 ASTA 색도 값은 150mm 삼 각플라스크에 고춧가루 0.1g을 칭량한 후 acetone 100mL 로 채운 후 16시간동안 암실상온에서 보관한 다음 UV/ VIS spectrophotometer(V5-30, Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)을 이용하여 460nm에서 acetone을 blank로 하여 색소추출액의 흡광도를 측정하였다. Capsaicinoid 함량은 Attuquayefio와 Buckle (1987)의 방 법에 준하는 전처리의 과정을 사용하였다. 고춧가루 1g 에 acetonitrile 10mL을 가하여 2분간 볼텍스를 이용하 여 믹싱한 후 상등액 1mL을 취하여 9mL의 증류수를 혼합하여 카트리지(Sep-Pak Plus C18 cartridges, Waters Korea Co., Ltd, Seoul, Korea)에 주입하여 capsaicinoid를 흡착시킨 후 acetonitrile 4mL로 분리 후 HPLC (LC-900, Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)로 분석하였다. HPLC column은 Crest C18s (Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)를 사용하여 methanol과 증류수 70:30(v/v)인 용매를 1분당 1mL의 속도로 흘러 보내면서 280nm(UV-975, Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)에서 측정하였다. 유리당 함량은 고춧가루 시료 2g 을 증류수 100mL에 넣어 80°C에서 25분간 교반한 후 4시간 상온에 두었다가 No. 2여과지로 여과한 후 HPLC 용 0.45uL filter로 이차 여과 후 HPLC(LC-900, Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)로 분석하였다. HPLC column은 carbohydrate column(Waters Korea Co., Ltd, Seoul, Korea )을 사용하여 acetonitrile과 증류 수 83:17(v/v)로 섞은 용매를 분당 1mL의 속도로 흘러 보내면서 RI-930 (Jasco international Co., Ltd, Tokyo, Japan)으로 측정하였다.
4. 소비에너지 분석
화건에 사용된 건조기(TJDA-105)는 주 에너지로 전기 를 이용하고, 보조 열원으로 등유를 원료로 burner를 가 동하여 열풍을 공급하였다. 에너지 사용량 분석에서 등유 는 면세유를 기준으로 계산하였다. 제습기의 주 에너지원 은 전기이고, 각 실험조건에 사용한 기기에 공급되는 전 기는 농사용 전기를 기본으로 에너지를 분석하였다. 에너 지 계산에는 다음의 식을 이용하였다.
Energy use(시간당) = 소비전력(kWh) × (1+전격가동률) × 사용시간
전격가동률(전력) = 건조기의 가용 전력 한계(1/8,1/4Wh)
결과 및 고찰
1. 건조율과 함수율
건조처리전의 과실의 중량차이는 없었다(Table 1). 건조 방법에 따른 건조율은 양건처리, 화건처리와 제습건조처리 에서 각각 76.6±2.70%, 85.1±1.72%, 82.5±2.02%로 화건처 리와 제습건조처리가 양건처리에 비해 건조율이 유의적으 로 높았다(Table 1). 양건처리의 경우는 건조기간 동안의 일기상황이 좋지 않았던 이유로 건조율이 가장 낮게 나타 난 것으로 판단된다. 건고추의 함수율은 양건처리, 화건처 리와 제습건조처리에서 각각 20.4±1.45%, 12.9±1.50%, 15.5±1.45%로 나타났으며, 양건처리에 의한 건고추의 함 수율이 화건처리와 제습건조처리에의한 건고추의 함수율 보다 유의적으로 낮았다(Table 1). 이는 양건처리 과정에 서 건조율이 낮았던 결과와 연계하여 건고추 내 수분이 많이 남아있었기 때문으로 유추할 수 있다. 제습건조처 리에 비해서 화건처리에서 건조율이 높고, 함수율이 낮 게 나타나는 경향을 보였으나 통계적으로 유의한 차이는 없었다. 위의 결과로 미루어 세 가지 건조처리 중 화건 과 제습건조처리가 과실 내 수분을 낮추는데 효과적임을 알 수 있었다. 시중 유통되고 있는 고춧가루의 수분함량 에 대한 품질규격 기준이 15%이하인 점을 감안하면 본 연구에서 양건처리를 제외한 화건처리와 제습건조처리가 고추의 건조에 이용될 수 있을 것으로 판단된다. 또한 수분함량이 높을수록 부패과(희나리)의 발생과 변색이 진행되므로 수분함량이 낮은 제습건조처리와 화건처리가 양건처리보다 상품성이 좋다는 Chun (1988)의 보고와 유사한 결과를 보였다.
2. ASTA 색도 값 비교분석
ASTA 색도 값은 양건처리 106.3, 화건처리 119.4, 제 습건조처리 113.7로 각각 나타났다. 태양초에 비해 화건 처리가 10.9% 높게 나타났고, 제습건조처리도 6.9% 높 게 나타났으며 건조처리간 유의한 차이를 보였다(Table 2). 양건처리에서 전체 35개 고추과 중 6개(17%)의 부패 과가 발견되었다. 건고추 생산에서 부패과의 발생은 건 조 온도 및 상대습도와 밀접한 관련이 있으며(Perva- Uzunalic 등, 2004), 본 실험에서 양건처리 시 공중습도 가 높은 계절적 기후가 실험의 결과에 영향을 준 것으 로 판단된다. 양건처리 과정은 전적으로 기후의 영향을 받으므로 부패과의 발생에 대한 문제가 양건처리의 단점 으로 지적되고 있다(Perva-Uzunalic 등, 2004). ASTA 색 도 값 분석에서 부패과는 조사대상에서 제외 하였지만, 양건처리에 의한 건고추에서 변색이 진행되고 있어 ASTA 색도 값이 낮게 나온 것으로 판단된다. Kim과 Chun (1975)의 연구에서는 관행의 화건처리 보다 낮은 온도인 55°C에서 건조한 고춧가루가 오히려 양건처리에 의한 고춧가루 보다 적색도가 높다고 보고되었다. 본 연 구에서도 화건처리와 제습건조처리에서 ASTA 색도 값 이 양건처리보다 높게 나타난 것은 양건처리에서 직달일 사에 의한 과실표면 온도 상승과 상대적으로 길었던 건 조기간이 이와 같은 결과의 원인이었을 것으로 추정하였 다. 영양고추연구소는 선행실험을 통해 상대적 저온조건 에서 건조 시간이 짧을수록 탈색율도 낮아지는 결과를 보고하였다(Lim 등, 2006). 본 실험에서도 건조시간이 가장 길었던 양건처리에 비해 상대적인 저온에서 건조시 간이 양건처리에 비해 짧았던 화건처리와 제습건조처리 에서 ASTA 색도 값이 높게 나타나 선행연구와 유사한 결과를 보였다. 나아가 상품성과 생산성을 높일 수 있는 화건처리를 위한 적정 건조시간과 온도 설정에 대해서는 추가적인 연구가 진행되어야 될 것으로 판단된다.
3. Capsaicinoids 함량
고추의 capsaicinoids 함량은 capsaicin과 dihydrocapsaicin 함량을 합한 값으로 비교하였다. Capsaicinoids 총 함량 은 양건처리가 33.7mg·100g-1, 화건처리가 24.9mg·100g-1, 제습건조처리가 20.4mg·100g-1으로 분석되었으며, 양건처 리가 33.7mg·100g-1으로 가장 높았으며 통계적으로 유의 한 차이를 보였다(Table 3). Capsaicin 함량은 양건처리에 서 총 capsaicinoids 함량의 57.9%이었고, 화건처리에서 60.2%, 제습건조처리에서 59.00%로 각각 나타났으며 통계 적으로 유의미한 차이는 없었다(Table 3). Dihydrocapsaicin 함량 또한 양건처리에서 총 capsaicinoids 함량의 42.1% 이었으며, 화건처리 39.8%, 제습건조처리 41.0% 으로 처 리간 차이는 보이지 않았다(Table 3). 총 capsaicinoids함량 은 처리에 따른 차이를 보였으나 capsaicinoids를 구성하는 capsaicin과 dihydrocapsaicin의 비율에는 차이를 보이지 않 았다. 본 실험의 결과 capsaicin과 dihydrocapsaicin의 함량 비율은 건초처리 따른 차이보다 품종 특성에 영향을 많이 받는다는 Kim(2004)의 연구 결과와 같았다. Ramakrishman 과 Francis(1973)는 고추건조 시 온도변화와 capsaicinoids 함량에는 부의 상관관계가 있으며, 온도 변화폭이 클수 록 capsaicinoids 함량은 감소하는 것으로 보고하였다. 본 연구의 결과에서도 양건처리가 가장 높은 함량을 보 여 앞의 연구와 유사한 결과를 보였다. 제습건조처리의 경우 실험 기간동안 PE하우스 내 일평균 온도변화폭이 35°C 로 대기에 비해 크게 나타나 상대적으로 낮은 수 치를 보이는 것으로 판단된다. 이러한 결과로 미루어 고 추의 주 신미성분인 capsaicinoids 함량은 건조 시 온도 변화의 폭이 클수록 많은 변화가 일어나는 것으로 판단 되었고, 건고추의 품질에 주요한 변수로 작용하는 capsaicinoids 함량의 증대를 위해서는 PE하우스를 이용 한 제습건조처리에서 온도변화폭을 최소화할 수 있는 방 법의 정립에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단 된다. 또한 화건처리의 경우에서도 양건처리와 비교하여 capsaicinoids 감소를 줄이기 위한 적정 온도와 건조시간 의 설정에 대한 추가적인 연구가 진행되어야 될 것으로 판단된다.
4. 유리당 함량
고추의 유리당 함량은 Table 4와 같았다. 일반적인 건고추의 유리당은 fructose 와 glucose로 나타낸다. 총 유리당 함량은 양건처리에서 10.67mg·100g-1로 유 의적으로 낮게 나타났으며, 화건처리와 제습건조처리에 서는 각각 15.52mg·100g-1와. 제습건조처리에서는 15.61mg·100g-1으로 처리구간 유의한 차이를 보이지 않았다(Table 4). Fructose 함량은 제습건조처리에서 9.23mg·100g-1으로 화건처리 8.75mg·100g-1와 양건처리 6.03mg·100g-1에 비해 유의하게 높았으나, 화건처리와 제습건조처리간 fructose 함량은 통계적으로 유의한 차 이를 보이지 않았다. Glucose 함량 또한 화건처리와 제습건조처리에서 각각 5.88mg·100g-1와 5.77mg·100g-1 로 유의한 차이를 보이지 않았지만 양건처리에서는 3.77mg·100g-1로 앞의 두 조건 보다 유의적으로 낮았 다(Table 4). Glucose 함량은 전체 sugar 함량과 정의 관계를 갖는다는 Lee 등(1975)의 연구와 유사한 결과 를 보였으나 fructose 함량 비교에서는 뚜렷한 경향을 보이지 않았다. 본 실험의 결과에서 전체 sugar 함량 은 건조시간이 짧을수록 증가하였다는 영양고추연구소 의 연구결과와 같은 경향을 보였다. 전체 sugar 함량 은 건조시간이 상대적으로 짧았던 화건처리와 제습건 조처리에서 가장 높았으며(Table 4), 이러한 결과로 건조시간이 길수록 전체 sugar의 소실은 많아질 것으 로 판단하였다. 고추의 맛은 매운맛과 단맛, 진미 및 다른 맛성분이 혼합되어 나타나며 그 중 glucose와 fructose는 고추의 단맛에 관여하는 것으로 알려져 있 다(Kim 등, 2004). 위의 결과로 미루어 건고추의 단 맛에 관여하는 당함량 증진을 위해서는 화건처리와 제습건조처리가 양건처리에 비하여 효과적이었음을 알 수 있었다.
5. 소비에너지 비교
시료 별 투입되는 에너지를 시간에 대한 전력량으로 계산하고, 소요 시간과 연계하여 총 소비에너지에 대한 비용을 산출한 결과는 Table 5와 같았다. 화건처리의 경 우 총 건조시간 동안 투입된 에너지를 비용으로 산출하 면 329,486원이 건조에 필요한 것으로 계산되었으며, 제 습건조처리의 경우는 동일한 계산식의 적용결과 299,880 원으로 화건이 9.9% 더 높은 경비가 발생된 것으로 나 타났다. 일반적으로 위에 제시한 건조처리장치에서 1회 건조용량을 감안하여 총 시료량 240kg 기준으로 환산하 면 화건처리의 경우 823원/600g, 제습건조처리의 경우 750원/600g으로 제습건조처리가 화건처리에 생산비 절감 효과가 큰 것으로 분석되었다. 양건처리의 경우는 열에 너지 발생에 대한 비용 계산은 불가하였다. 하지만 실험 의 결과로 미루어 볼 때, 건고추 생산에 있어 건고추의 품질과 양건처리에 필요한 시간과 노동력을 고려하여 종 합적으로 비교하여 건조방법을 선택해야 될 것으로 판단 된다.
Table 5. Comparison of energy consumption, unit price, cost, and total cost between heat drying and dehumidified drying methods.
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결과적으로 양건처리에 비하여 화건처리와 제습건조처 리가 고품질 건고추의 안정적인 생산에 유리할 것으로 사료되며, 화건처리에 비해서는 제습건조처리가 건고추 생산비용 측면에서 효율이 높을 것으로 판단된다. 또한 제습건조처리 방법을 활용한 건고추 생산에서 추가적으 로 적정 건조온도 및 처리시간의 구명을 통해 건고추의 품질을 향상시키고 생산효율 높일 수 있는 건조방법의 제시가 가능할 것으로 판단된다.
