서 론
1990년대 이후 1-methylcyclopropene (1-MCP) 가스가 과실의 노화를 촉진시키는 에틸렌의 작용을 억제한다고 알려진 이후에 1-MCP는 수확 후 원예작물의 품질을 유 지시키는데 주요한 역할을 하고 있으며, 특히 호흡급등형 과실의 사과(Malus×domestica Borkh.)와 토마토(Solanum lycopersicum L.)등의 연화억제에 많이 이용되고 있다 (Watkins, 2008). 1-MCP를 처리한 사과를 장기간 저온 저장하였을 때 에틸렌 발생 정도는 사과의 품종, 1-MCP 처리농도와 처리횟수, 저장온도와 저장방법 등에 따라서 달라진다(Watkins, 2008). 만생종 사과의 경우 수확 후 에틸렌 발생율이 조생종보다 낮으므로 1-MCP 처리효과 가 감소될 수 있으며, 이러한 품종간의 차이는 에틸렌 (C2H4)과 비슷한 1-MCP (C4H6)가 에틸렌 수용체에 흡 착될 수 있는 민감 정도의 차이로 설명될 수 있다(Sisler 와 Serek, 1997; Watkins 등, 2000; Watkins와 Nock, 2005; Watkins, 2008). Jung과 Watkins(2009)는 1-MCP 를 처리한 ‘엠파이어’, ‘골든 델리셔스’, ‘후지’ 과실을 5 개월 저장 후에 30, 60, 90cm 높이에서 떨어뜨렸을 때 과실의 흠집(brusing)의 발생과 연화정도는 품종별로 다 양하였다고 보고 하였다.
10월 중순에 수확하는 만생종 ‘후지’는 국내 사과 생 산면적의 약 64%를 차지하고 있는 주품종으로(KREI, 2011), 저온(0.5°C)에서 180일, 상온에서는 약 30~50일간 보관할 수 있지만(RDA, 2005) 수확 시기가 늦어질수록 저온저장의 한계기간이 2개월 이상 짧아지는 것으로 알 려져 있다(Park 등, 2006). 또한, Park 등(2011)은 적정 수확 시기를 놓친 ‘후지’ 과실을 8개월 동안 저온저장 한 후에 상온(20°C)에 7일간 노출되었을 경우 과실의 저 장성이 현저하게 저하되었고, 이듬해 6월부터 선박을 이 용하여 대만 및 동남아시아 국가로 수출할 경우에는 저 장과실의 변질 등 상품가치의 하락이 급속히 진전될 수 있다고 하였다(Park 등, 2011).
현재 ‘후지’를 6개월 이상 저장한 후 1주일 전후로 상 온에 노출한 시험은 국·내외에서 다수 보고(Bai 등, 2005; Park 등, 2006, 2011) 되었으나, 4주 이상의 유통 기간을 고려하였을 때 나타나는 과실의 연화정도를 시험 한 보고는 거의 없는 편이다. 또한 ‘후지’ 과실이 유통 되는 과정에 에틸렌이 발생할 수 있는 조건에 빈번하게 노출될 수 있으므로, 유통 중 ‘후지’의 과실품질 유지를 위해 1-MCP 처리 과실에 에틸렌을 처리하였을 때 과실 품질변화를 조사하는 것 역시 수출경쟁력 제고를 위하여 필요하다고 생각된다.
FTA가 체결됨에 따라 국내 과수산업의 위기는 과중되 고 있으며 과실 저장기간의 확대방안을 위하여 손실률을 줄이는 등의 수출경쟁력 제고를 위한 품질관리기술 방안 이 지속적으로 연구되고 있다(Park 등, 2011). 이를 위하 여 과실상품성의 주요지표인 가용성 고형물 함량, 경도, 산 함량 및 착색 등을 저온과 상온저장에서 시기별로 측정하고 이러한 인자에 원인이 되는 에틸렌이나 호흡량 이 어떻게 변화하는 지를 세밀하게 구명하는 것이 필요 하다고 생각된다. 본 시험은 ‘후지’ 사과에 1-MCP를 처 리한 뒤 에틸렌가스에 노출하여 180일간 저온에서 과실 의 저장성을 측정한 후에 다시 28일 동안 상온에서 보 관하여 과실의 연화정도를 비교하였다.
재료 및 방법
본 시험은 성목기 ‘후지’ 사과나무의 과실을 이용하여 조사된 과실특성을 대구가톨릭대학교에서 결과를 분석하 였다. 10월 20일에 수확된 과실 중에 병충해에 대한 감 염이 없고 기형과 및 상처과를 제외한 크기가 일정한 정상과를 12시간 동안 약 0.5°C의 저온창고(85~90% 상 대습도)에 저장하였다.
시험 처리는 총 4가지로 수확한 과실을 대조구(무처리), 1-MCP, 에틸렌, 그리고 1-MCP+에틸렌(1-MCP를 처리한 후 에틸렌 처리)으로 나누었다. 1-MCP (SmartFreshSM, AgroFresh, Spring House, USA) 처리는 135L의 컨테이 너 박스 안에 과실을 보관하면서 1.0μL·L-1 농도로 10°C 에서 24시간 동안 시용하였다. 에틸렌 처리 농도는 과실 의 저장 공간과 같은 밀폐된 공간에서 에틸렌 농도를 측정해 본 결과, 0.5~5μL·L-1 수준으로 측정되어서, 수출 시의 수송, 운반, 그리고 컨테이너 내부 환경을 고려하 여 10μL·L-1 농도로 설정하여 16시간 동안 1-MCP 처리 와 동일한 방법으로 135L의 컨테이너 박스 안에서 처리 하였다. 처리 후 모든 과실은 180일간 0.5°C 저온에서 과실의 가용성 고형물 함량, 산 함량, 경도, 과피색, 에 틸렌 발생량 및 호흡속도를 한 달 간격으로 조사하였고, 이후에 28일간 20°C 실온에서 가용성 고형물 함량, 산 함량, 경도 및 과피색을 매주 관찰하였다.
과실의 품질(가용성 고형물 함량, 산 함량, 경도, 과피 색)은 농촌진흥청의 농사시험연구 조사기준의 과실품질 (RDA, 2003)에 의거하여 조사하였다. 과실의 가용성 고 형물 함량은 자체개발한 과즙계를 이용하여 과실 개별의 과즙을 착즙한 즙액으로 굴절당도계(N1, Atago Co., Tokyo, Japan)로 측정하였다. 과육 산 함량은 과실을 착 즙하여 0.1N NaOH로 적정하여 pH 8.3이 되는 점의 적 정치를 사과산으로 환산하여 표시하였다. 과육경도는 5mm 직경의 probe를 장착한 경도계(TA-XT2, Texture technologies Co., Surrey, England)를 이용하여 과실의 적도면의 과피를 제거하여 4회씩 조사하였다. 과피색은 색차계(CR-300, Minolta, Osaka, Japan)로 과피의 적색 을 나타내는 색차값(Hunter value)인 a값을 과실 당 4회 씩 조사하여 평균값으로 계산하였다.
호흡속도와 에틸렌 발생량은 처리된 과실을 1.0L 밀폐 용기 안에 1개의 과실을 1시간 동안 넣어 둔 후 1.0mL 주사기로 채취하여 active charcoal (60/80mesh)이 든 2.4mm (ID) × 2.0m (L)의 column을 장착한 Varian 3400 GC (gas chromatography, Varian Analytical Inc., Walnut Creek, USA)를 이용하여 측정하였다. 측정 시 주입온도는 110°C, column 온도는 70°C, 그리고 검출온 도는 150°C이었다. 에틸렌은 active aluminium oxide (60/80mesh)가 든 2.4mm (ID) × 2.0m (L)의 column이 장착된 GC (gas chromatography, Hewlett-Packard 6890 series II; Agilent Co., Wilmington, USA)로 분석하였다.
저온저장 180일 동안 과실품질, 에틸렌 발생량 및 호 흡량 등은 과실 1개를 1반복으로 하여 조사일에 새로운 과실을 무작위 선택하여 처리 당 10반복으로 조사하였 다. 이후 남아있는 과실샘플들을 20°C 실온으로 옮겨서 28일간 매주 처리 당 10반복으로 하여 과실품질의 변화 를 관찰하였다. 측정된 자료들은 SAS(SAS version 8.2, Cary, USA, 2001)를 이용하여 던컨다중검정(DMRT)을 하였다.
결과 및 고찰
0.5°C 저온에서 180일 동안 처리구들의 가용성 고형물 함량은 시간이 경과할수록 다소 증가하는 경향을 보였지 만 처리 간에 유의한 차이를 보이지 않았다(Fig. 1A). 180일간 저장한 과실을 꺼m내어 28일간 20°C 실온에 보관하면서 가용성 고형물 함량을 조사한 결과(Fig. 1B), 첫날과 2주차에 1-MCP로 처리한 과실에서 높은 수준을 보였지만 나머지 관찰 기간에는 변동이 심하여 처리 간 에 일관성 있게 나타나지 않았다. 이는 1-MCP를 처리한 여러 품종의 사과를 장기간 저온저장 하였을 때 가용성 고형물 함량은 별다른 영향을 끼치지 않았다는 보고(Bai 등, 2005; DeLong 등, 2004; Fan 등, 1999; Park 등, 2011) 및 ‘후지’는 저온 저장 중 전분이 당으로 전환되 면서 호흡에 의하여 기질이 소모되거나 세포벽이 분해되 어 중성당이 증가하는 등의 생화학적 변화를 겪으면서 가용성 고형물 함량 수준이 일관성 있게 나타나지 않았 다는 보고(Park 등, 2011)와 유사하였다.
Fig. 1
Soluble solids contents of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment (A) and at room temperature for additional four weeks (B). Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
만생종인 ‘후지’ 사과는 수확 후에 조생종이나 중생종 보다 연화가 천천히 진행되는 경향이 있어서 처리에 따 른 산 함량의 차이는 저장기간이 3~4개월 이상 경과해 야 관찰된다고 한다(Bai 등, 2005; DeLong 등, 2004; Watkins와 Nock, 2005). 본 시험에서는 저장 120일 차 이후부터 1-MCP 또는 1-MCP+에틸렌 처리의 산 함량 이 대조구나 에틸렌 처리구 대비 21% 이상 높은 수준 으로 유지되었다(Fig. 2A). 이는 ‘후지’ 사과에 1-MCP를 처리하였을 때 산 함량이 대조구보다 높게 유지되었다는 보고(Bai 등, 2005; Fan 등, 1999)와 유사하였으며, 1- MCP 처리구의 산 함량은 상온저장 4주 동안 0.2% 이 상의 수준을 유지하여(Fig. 2B), 국내 사과 적정 산 함 량의 관능적합수준인 0.2~0.4%(NFRI, 1985; Park과 Choi, 2001)를 만족시켰다.
Fig. 2
Titratable acidity of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment (A) and at room temperature for additional four weeks (B). Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
과실경도는 1-MCP 또는 1-MCP+에틸렌 처리에서 저 온저장 150일 차에 에틸렌 처리구 및 대조구보다 1.0N(5mm/Ø) 이상 높았는데(Fig. 3A), 이는 ‘후지’ 사과 에 1-MCP를 처리하였을 때 과실경도가 대조구보다 높 았다는 보고(Bai 등, 2005; Lim 등, 2007; Tatsuki 등, 2007)와 유사하였다.
Fig. 3
Firmness of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment (A) and at room temperature for additional four weeks (B). Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
Bai 등(2005)은 여러 사과품종에서 산 함량과 경도가 강한 긍정의 상관관계를 보였고, 1-MCP 처리된 ‘후지’ 는 저장 3개월 차에 저온저장 보다 약 10% 이상 높은 경도수준을 보이는 등 저장 8개월 차까지 1-MCP의 과 실품질이 대조구보다 높게 유지되었다고 하였다. 그러나 본 시험에서는 상온보관 1주차부터 1-MCP에 의한 경도 유지 효과가 뚜렷하게 관찰되었고, 대조구와 에틸렌으로 처리된 과실의 경도는 상온보관 3주차부터 14N 이하로 감소하였다(Fig. 3B).
MacLean 등(2006)은 ‘레드 델리셔스’ 사과를 저온저 장 하였을 때 안토시아닌 함량은 30~60일에는 저온에 의하여 다소 증가하였다가 이후에는 감소되었으나, 1- MCP 처리를 하면 안토시아닌 함량은 대조구보다 저장 기간에 상관없이 높은 수준으로 유지되었다고 하였다. 본 시험에서는 사과 과피의 적색 정도를 표시하는 hunter a값이 에틸렌 처리구의 경우 저온저장 60일과 90 일에 시험구 중 가장 낮았고(Fig. 4A), 상온저장에서는 대조구와 에틸렌 처리구의 hunter a값이 다른 시험구보 다 낮은 경향을 보였다(Figs. 4B and 5).
Fig. 4
Skin color difference (a*) of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment (A) and at room temperature for additional four weeks (B). Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
일반적으로 과실에 1-MCP를 처리하면 과실의 세포막 에 존재하는 에틸렌 수용체 부위에 1-MCP 분자가 흡착 되어서 장기간 저장 시 발생하는 내생 에틸렌을 억제한 다고 알려져 있다(Jung 등, 2011; Watkins, 2008). 본 시 험에서는 대조구와 에틸렌 처리구의 과실 에틸렌 발생량 은 저온저장 90일 차에 급격히 증가하였고 1-MCP처리 구들의 과실은 완만하게 증가하는 경향이 관찰되었다 (Fig. 6). 즉, 앞서 대조구와 에틸렌 처리구의 산 함량, 경도 및 착색이 저온저장 90일 이후부터 1-MCP 처리구 들보다 감소되었던 것(Figs. 2, 3, 4 and 5)은 대조구와 에틸렌 처리구의 에틸렌 발생량이 저온저장 90일 차에 급격히 증가하였기 때문으로 판단되었다(Fig. 6).
Fig. 6
Ethylene production of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment. Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
일반적으로 ‘후지’ 과실의 에틸렌 발생량과 호흡속도 는 정의 상관관계를 가지고 있는 것으로 알려져 있다 (Blankenship과 Sisler, 1993; Golding 등, 1998; Zhang 등, 2006). 본 시험에서 대조구와 에틸렌 처리구의 과실은 저 장 90일 째에 에틸렌의 급격한 증가에 의하여 호흡 상승 이 관찰되었다. 에틸렌 처리구의 과실은 저온저장 180일 차까지 높은 호흡속도를 보였으며(Fig. 7), 1-MCP 처리 구들의 과실들은 저온저장 기간 동안 에틸렌 발생량이 크게 상승하지 않아 호흡속도 역시 영향을 받지 않은 것 으로 판단되었다(Jung 등, 2011; Kweon 등, 2010).
Fig. 7
Respiration rate of ‘Fuji’ apple fruits stored at 0.5°C for 180 days after treatment. Bars represent error of the means (S.E.M; n = 10), when larger than the dimension of the symbol. Different lower-case letters adjacent to each datum point at each sampling date indicate differences as determined by Duncan’s MRT (P ≤ 0.05).
Botondi 등(2014)은 1-MCP로 처리된 바나나에 1.2~2.4μL·L-1정도의 외생에틸렌을 처리하여도 바나나의 신선도는 무처리구 보다 비교적 높은 상태로 유지되었다 고 하였고, Jung 등(2011)은 조생종 ‘쓰가루’ 사과에 1- MCP를 처리한 후 10, 20, 40μL·L-1 수준의 에틸렌에 노 출되었을 때 상온 28일 동안 농도간의 차이는 관찰되지 않았다고 하였다. 본 연구 역시 1-MCP와 1-MCP+에틸 렌 처리구들의 과실품질의 차이가 나타나지 않았는데, 이는 에틸렌 처리농도가 1-MCP의 효과를 감소시키지 않았다는 것을 의미한다고 볼 수 있다. 따라서 장기간 저장된 사과의 유통이나 수출시 발생될 수 있는 10μL·L-1 정도의 에틸렌에 노출시켜도 적정 수확일에 수 확된 과실에 1-MCP가 미리 처리되면 과실 품질의 기준 인 경도 및 신선도가 유통기간 중에 어느 정도 유지되 는 것으로 판단되었다.
