Impact of storage method after cutting the garlic stem on the variation of the components of garlic

RESEARCH ARTICLE
Junhee Kim1Seokho Kang1Yeongsu Kim1Hyung-Gyu Park1Dooyum Uyeh Daniel1,2Yushin Ha1Seungmin Woo1,2*

Abstract

In this study, the control and experimental groups of Namdo and Daeseo of warm-season variety, Danyang and Euiseong of cold-season variety were stored to analyze allicin, total phenol compounds, and minerals for develop garlic stem cutting machine. The content of allicin was analyzed the highest in the control group of Namdo variety at 381.73 mg/100 g, and the experimental group of Euiseong variety was analyzed the lowest at 64.25 mg/100 g. Danyang variety was analyzed that there was no significant difference between the control group and the experimental group, and the change of allicin was similar with the change in the weight loss rate. The total phenol compounds were analyzed to be higher in control group than in the experimental group in Namdo and Daeseo, which are warm-season varieties, and in Euiseong and Danyang, which are cold-season varieties, the experimental group was higher than the control group. However, Daeseo and Danyang varieties were not significant, and it was analyzed that they did not affect the changes in the ingredients. Mineral content was analyzed that the control group in all varieties had a higher total amount of inorganic matter than the experimental group, and it was analyzed that the change in composition due to garlic stem cutting was affected. Based on the results of this study, the effect on the ingredients was not significant even if garlic stems were cut and stored, and considering the aging of the rural population and labor costs rather than the loss of garlic ingredients, it is believed that garlic stem cutting machines can be used to increase the convenience of work and reduce labor costs.

Keyword



Introduction

마늘의 항균 및 항암 작용은 오래전부터 알려져 왔으며, 항암, 혈중 지질함량 감소, 항비루스, 항혈전 등 기타 여러 가지 효소의 활성을 저해하는 작용으로 생체기능을 조절하는 기능성 식품소재로 알려져 있다(Kyung, 2006). 마늘의 항균작용은 alliin으로부터 alliinase라는 효소 작용을 통해 세포가 파괴되면서 allicin으로 변하여 작용하게 된다(Chung et al., 2003). allicin의 분해에 의해 생성되는 thiosulfinate류는 항산화, 항암작용, 면역조절기능, 항심혈관질환, 콜레스트롤 감소 및 혈소판 응고 등의 건강증진 작용이 있다고 알려져 있다(Kim et al., 2010). 총 페놀 화합물은 식물계에 존재하는 천연 항산화제의 대부분을 차지하며, 지방질의 산화, 활성산소의 소거 및 산화적 스트레스를 막는 역할을 한다(Park and Kim, 1997). 무기물은 체내에서 열량원으로 작용하지는 않지만 신체조직을 구성할 뿐만 아니라 다양한 생리적 기능 조절, 생리활성물질의 구성성분으로 기능을 수행한다고 알려져 있다(Sathiyavani et al., 2017). 또한, 마늘 내에 존재하는 alliin, 총 페놀 화합물, 무기물 함유량은 마늘의 품종에 따라 다르며, 같은 품종의 경우에도 재배지에 따라 다르게 나타난다(Sung, 2007). 국내에서 재배되는 마늘은 생태형에 따라 구분할 때, 77%가 난지형으로 무안, 고흥, 남해, 해남 등이 주산지이고, 한지형이 23% 정도로 의성, 단양, 서산이 주산지이며(Jeong et al., 2009), 마늘은 품종뿐만 아니라 토양 및 기후, 기타 재배환경에 따라 그 구성성분과 생리활성 등에 차이가 있다(Kim et al., 2015).

마늘은 건강식품으로 기능성을 가지고 있어 소비자의 선호도가 증가함에 따라 국내 마늘 재배면적은 2010년부터 2019년까지 22,414 ~ 27,689 ha로 매년 증가하고 있으며, 증가하는 재배면적에 따라 생산량도 271,560 ~ 387,671 ton으로 증가하고 있다(KOSIS, 2019). 2017년 기준 마늘 수확의 기계화율은 36.7% 수준으로 많은 인건비를 들여 농민들이 직접 수확하고 있는 실정으로 농촌의 고령화를 고려하였을 때 마늘 수확 기계가 필요하다. 마늘 수확 공정 중 줄기 절단은 마늘을 수확과 동시에 줄기를 절단하기 때문에 기존 줄기를 절단하지 않고 엮어 달아 저장하는 방법(RDA, 2017)과는 다르게 줄기를 절단하고 저장하게 된다. 하지만 현재 선행된 연구로는 마늘을 가공하거나 재배에 관련된 연구 또는 이화학적 특성의 비교분석 자료로써 유효성분 및 특정 미량성분에 대한 전반적인 분석은 부족한 실정이다.

따라서 본 연구에서는 마늘 줄기절단기의 개발을 위한 기초연구로 대조군인 마늘의 줄기를 절단하지 않고 저장한 것과 실험군인 마늘의 줄기를 절단 후 저장하여 난지형 품종인 남도, 대서 품종, 한지형 품종인 단양, 의성 품종으로 allicin, 총 페놀 화합물, 무기물의 성분 변화에 미치는 영향 분석을 진행하였다.

Materials and Methods

공시재료

본 연구에서 사용된 마늘은 난지형 2품종과 한지형 2품종을 시료로 하였으며, 난지형 품종은 2019년 5월 21일에 남해에서 수확한 남도 품종과 2019년 6월 5일에 고령에서 수확한 대서 품종, 한지형 품종은 2019년 6월 19일 단양에서 수확한 단양 품종과 2019년 6월 19일에 의성에서 수확한 의성 품종을 사용하였다. 수확 후 대조군(Fig. 1)과 실험군(Fig. 2)을 통풍이 잘되는 상온에서 저장하였으며(Ning et al., 2013), 30일간 6일 간격으로 무게를 측정하여 무게의 변화가 없다고 판단되었을 때 외관이 건전한 것을 선별하고 수작업으로 상처가 나지 않게 껍질을 제거하여 allicin, 총 페놀 화합물, 무기물을 분석하였다.

http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Figure_PASTJ_20-047_F1.png

Fig. 1.Uncut stem of garlic.

http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Figure_PASTJ_20-047_F2.png

Fig. 2.Cut stem of garlic.

감모율 분석

전자저울(PAG4102, OHAUS, NJ, USA)을 이용하여 저장 전 품종별 마늘의 중량을 측정하고 성분분석을 진행할 때 각 시료의 중량을 측정하여 아래의 식에 따라 품종별 감모율(WL)을 계산하였다.

http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/EQ_PASTJ_20-047_eq1.png

Allicin 함량 분석

마늘 추출액은 0.45 μm syringe filter로 여과하여 HPLC-DAD로 분석하였고, 잔사마늘은 마쇄한 시료 1 g에 3차 증류수 30 mL를 가하여 30분간 충분히 교반・추출한 다음 filter paper로 여과한 후, 3,000 rpm에서 10분간 원심분리하고 상징액을 취하여 0.22 μm syringe filter로 여과한 것을 HPLC-DAD로 분석하였다. 분석에는 Zorbax SB-C18(4.6×250 mm, 5 μm, Agilent Technologies) column을 사용하였고, 이동상은 0.1% formic acid containing water(A)와 0.1% formic acid containing acetonitrile(B)을 시간에 따라 gradient로 용리하여 분석하였다. 이동상의 속도는 0.7 mL/min, 시료 주입량은 20 μL, UV 검출기 파장은 254 nm로 하였으며 동일조건에서 allicin(ChromaDex Inc.)을 표준물질로 하여 얻은 검량선으로부터 총 함량을 산출하였다(Kang et al., 2018).

총 페놀 화합물 함량 분석

총 페놀 화합물 함량은 페놀성 물질인 phosphomolybdic acid와 반응하여 청색을 나타내는 원리를 이용하는 Foiln-Denis 방법(Richard Forget FC et al., 1992)으로 측정하였다. 각 추출물 1 mL에 Foline-Ciocalteau 시약 0.5 mL를 넣고 3분 후 10% Na2CO3 용액 0.5 mL씩을 가한 후 혼합하여 실온의 암실에서 1시간 정치한 다음 760 nm에서 흡광도를 측정(Biochrom)하였다. 표준물질로 gallic acid를 사용하여 시료와 동일한 방법으로 분석하여 얻은 검량선으로부터 총 페놀 화합물의 함량을 계산하였다(Choi et al., 2016).

무기물 함량 분석

무기물의 분석은 분해용 플라스크에 시료 1 mL를 취하여 진한 질산을 10 mL를 가하여 hot plate상에서 분해하였고, 완전히 분해되어 무색으로 변할 때까지 진한 질산을 더 첨가하였다. 분해된 여액이 최종 10 mL가 되었을 때 증류수 100 mL로 정용·여과하여 Inductively Coupled Plasma (ICP, Optima 7300DV, Perkin-Elmer Co., USA)로 분석하였다. 이때 RF generator는 27.12 MHz, RF power는 1300 W, Plasma argon 15 L/min, auxiliary argon flow rate 0.5 L/min, nebulizer argon flow rate 0.8 L/min, sample up take는 1.5 mL/min으로 하였다(Sim et al., 2016).

통계처리

모든 실험은 3회 반복 측정하여 평균과 표준편차로 나타내었으며 그 결과는 SPSS ver.25 소프트웨어(IBM, Armonk, NY, USA)의 일원배치 분산분석(one-way ANOVA)을 실시하여 검증하였다. 유의성이 있는 항목에 대해서는 Duncan's multiple range test로 P<0.05 수준에서 유의차 검정을 실시하였다.

Results and Discussion

감모율

마늘의 저장을 상온에서 진행하였기 때문에 온도와 습도의 영향에 따라 다소 차이는 있었지만 저장 후 6일 이후부터는 중량 감소가 완만하게 나타났다. 마늘의 감모율은 남도 품종은 13.59%, 대서 품종은 19.99%, 의성 품종은 16.13%가 대조군이 실험군보다 높게 나타난 것으로 분석되었다. 단양 품종에서는 실험군이 대조군보다 감모율이 1.69%로 높게 분석되었지만 유의하지는 않았다. 따라서 품종에 따라 다소 감모율의 차이는 있지만 마늘 줄기를 절단하여 저장하는 것은 최대 약 20%의 중량 감모가 발생하여 저장시에 감모율을 줄일 수 있는 별도의 연구가 필요한 것으로 판단된다(Table 1).

Table 1. Analysis of weight loss rate according to the storage method of garlic. http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Table_PASTJ_20-047_T1.png

Small letters (a-b) refer difference significants (P ≤0.05) in the same column by different concentration treatment through Duncan’s multiple range test.

Allicin 함량

Allicin 함량은 남도 품종의 대조군이 381.73 mg/100 g으로 가장 높게 분석되었으며, 의성 품종의 실험군이 64.25 mg/100 g으로 가장 낮게 분석되었다. 또한, allicin 함량은 저장방법에 따라 상이하였는데 대조군이 실험군보다 높은 남도, 대서, 의성 품종은 각각 1.15배, 1.12배, 1.53배 더 높은 함량으로 분석되었으며, 단양 품종의 경우 245.36 ~ 248.98 mg/100 g으로 대조군과 유의적인 차이가 없는 것으로 분석되었다. 이는 마늘을 저장할 때 효소가 산소와의 접촉이나 열에 의해 활성이 감소되는 것으로 추정된다.

또한, 시료 형태에 따른 저장과정 중의 alliinase 활성변화의 양상을 분석한 결과 수분함량 감소에 따라 성분의 활성도 또한 감소한다고 하였는데(Chae, 2007), 본 연구 결과에서도 마늘의 저장방법의 감모율 변화에 따라 allicin의 변화가 유사한 경향이었다(Table 2).

Table 2. Analysis of allicin content according to the storage method of garlic. http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Table_PASTJ_20-047_T2.png

Small letters (a-b) refer difference significants (P ≤0.05) in the same column by different concentration treatment through Duncan’s multiple range test.

총 페놀 화합물 함량

총 페놀 함량은 남도 품종의 실험군이 106.20 mg/100 g으로 가장 높게 분석되었으며, 의성 품종의 실험군이 98.11 mg/100 g으로 가장 낮게 분석되었다. 난지형 품종인 남도와 대서는 실험군이 대조군보다 총 페놀 화합물의 함량이 높게 분석되었으며, 한지형 품종인 의성과 단양은 대조군이 실험군보다 총 페놀 화합물의 함량이 높게 분석되었다. 또한, 대서, 단양 품종은 줄기 유무의 저장방법에 따른 총 페놀 화합물의 유의성이 없는 것으로 분석되었다(Table 3).

Kim과 Ra (2019)는 난지형 품종이 한지형 품종보다 총 페놀 화합물의 함량이 높게 분석되었다고 하였는데, 본 연구 결과에서도 난지형 품종이 한지형 품종보다 총 페놀 화합물이 높게 분석되어 유사한 경향이었다.

Table 3. Analysis of total phenolic compounds according to the storage method of garlic. http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Table_PASTJ_20-047_T3.png

Small letters (a-b) refer difference significants (P ≤0.05) in the same column by different concentration treatment through Duncan’s multiple range test.

무기물 함량

줄기 유무의 저장방법에 따른 마늘의 무기물을 분석한 결과는 총량을 기준으로 하였을 때 의성 품종의 대조군에서 953.19 mg/100 g으로 가장 높게 분석되었으며, 단양 품종의 실험군에서 729.00 mg/100 g으로 가장 낮게 분석되었다(Table 4). 또한, 모든 품종에서 대조군이 실험군보다 무기물의 총량이 높아 줄기 절단 후 저장에 따른 성분 변화의 영향이 있는 것으로 분석되었다.

Table 4. Analysis mineral content according to the storage method of garlic (mg/100 g). http://dam.zipot.com:8080/sites/pastj/images/PASTJ_20-047_image/Table_PASTJ_20-047_T4.png

Small letters (a-b) refer difference significants (P≤0.05) in the same column by different concentration treatment through Duncan’s multiple range test.

Jeong 등(2009)은 K과 P이 마늘의 주된 무기물이라고 하였는데, 본 연구에서도 무기물 중 K의 함량이 가장 높아 전체 무기물 함량의 70.26 ~ 76.31%를 차지하였고, 다음으로 함량이 높은 P의 경우 17.92~23.36%를 차지하여 K과 P이 마늘의 주된 무기물임을 알 수 있었으며, 그 다음으로 P, Mg, Ca, Na, Fe의 순이었다.

Shin 등(2011)은 의성 품종의 경우 Na이 Ca보다 높게 분석되었다고 하였는데, 본 연구에서도 대조군과 실험군 모두 유사한 경향이었다.

Conclusion

본 연구에서는 마늘 줄기절단기의 개발을 위한 기초연구로 대조군인 줄기를 절단하지 않고 저장한 것과 실험군인 줄기를 절단 후 저장하여 난지형 품종인 남도, 대서 품종, 한지형 품종인 단양, 의성 품종으로 allicin, 총 페놀 화합물, 무기물을 분석하였다. Allicin의 함량은 남도 품종의 대조군이 381.73 mg/100 g으로 가장 높게 분석되었으며, 의성 품종의 실험군이 64.25 mg/100 g으로 가장 낮게 분석되었다. 단양 품종에서는 대조군과 실험군의 유의성이 없어 성분 변화에 영향이 없는 것으로 분석되었으며, 감모율의 변화에 따라 allicin의 변화가 유사한 경향이었다. 총 페놀 화합물의 함량은 난지형 품종인 남도와 대서는 실험군이 대조군보다 총 페놀 화합물의 함량이 높게 분석되었으며, 한지형 품종인 의성과 단양은 대조군이 실험군보다 총 페놀 화합물의 함량이 높게 분석되었다. 하지만 대서 품종과 단양 품종은 대조군과 실험군의 유의성이 없는 것으로 분석되어 성분 변화에 영향이 없는 것으로 분석되었다. 무기물의 함량은 모든 품종에서 대조군이 실험군보다 무기물의 총량이 높은 것으로 분석되어 줄기 절단에 따른 성분 변화에 영향이 있는 것으로 분석되었다. 또한, K의 함량이 가장 높은 70.26 ~ 76.31%를 차지하였으며, 다음으로 함량이 높은 P는 17.92 ~ 23.26%를 차지하였다. 본 연구 결과에 따라 줄기 절단 후 저장을 하여도 성분에 미치는 영향이 크지 않았으며, 마늘 성분의 손실보다 현재 농촌 인구의 고령화와 인건비를 고려하였을 때 마늘 줄기절단기를 활용하여 작업의 편의성 증가와 인건비를 감소하는 것에 도움을 줄 수 있을 것으로 판단된다.

Acknowledgements

본 결과물은 농림축산식품부의 재원으로 농림식품기술기획평가원의 첨단생산기술개발사업의 지원을 받아 연구되었음(118022-03-3-WT011).

References

1  Chae SK. 2007. Studies on the changes in the alliinase activity during the drying of garlic. Journal of Environmental and Sanitary Engineering 22(1):57-66. [in Korean] 

2  Choi MH, Kang JR, Kang JM, Sim HJ, Lee CK, Kim GM, Kim DG, Shin JH. 2016. Korean Journal of Food and Cookery Science 32(2):188-196. [in Korean] 

3  Chung KS, Kim JY, Kim Y. 2003. Comparison of antibacterial activities of garlic juice and heat-treated garlic juice. Korean Journal of Food Science and Technology 35(3):540-543. [in Korean] 

4  Jeong CH, Bae YI, Lee JH, Shim KH, Roh JG, Shin CS, Choi JS. 2009. Chemical components and antimicrobial activity of garlics from different cultivated area. Journal of Agriculture and Life Science 43(1):51-59. [in Korean] 

5  Kang MJ, Kang JR, Kim DG, Shin JH. 2018. The Korean Society of Food Science and Nutrition 47(9):895-903. [in Korean] 

6  Kim JS, Ra JH. 2019. Comparison of the major compounds and antimicrobial activities of koara garlic cultivated in different regions. Korean Journal of Food Science and Technology 51(3):258-262. [in Korean] 

7  Kim JS, Ra JH, Hyun HN. 2015. Comparison of biochemical composition and antimicrobial activity of southern-type garlic grown in the eastern and western regions of jeju. Korean Journal of Horticultural Science and Technology 33(5):763-771. [in Korean] 

8  Kim KH, Kim MJ, Kim JS, Pyo S, Kim BO. 2010. Analysis of differentially expressed genes by allicin in human colorectal cancer cell. Journal of Microbiology and Biotechnology 38(4):442-447. [in Korean] 

9  KOSIS(Korean Statistical Information Service). 2019. Crop production survey. Assessed in http://kosis.kr/statHtml/statHtml.do?orgId=101&tblId=DT_1ET0291&vw_cd=MT_ZTITLE&list_id=F1H&seqNo=&lang_mode=ko&language=kor&obj_var_id=&itm_id=&conn_path=MT_ZTITLE on 23 November 2020. 

10  Kyung KH. 2006. Growth inhibitory activity of sulfur compounds of garlic against pathogenic microorganisms. The Korean Society of Food Hygiene and Safety 21(3):145-152. [in Korean] 

11  Ning XF, Kang TH, Park JW, Han CS. 2013. Secondary drying effects on garlic quality after low temperature storage. The Korean Society of Food Science and Nutrition 42(9):1452-1460. [in Korean] 

12  Park YM, Kim JK. 1997. Characterization of the degradation of pear fruit cell wall by pectolytic enzymes and their use in fruit tissue liquefaction. Korean Society for Horticultural Science 38(3):255-262. [in Korean] 

13  RDA(Rural Development Administration). 2017. Garlic harvest and storage. Assessed in http://www.rda.go.kr/middlePopOpenPopNongsaroDBView.do?no=1155&sj=%EB%A7%88%EB%8A%98%20%EC%88%98%ED%99%95%20%EB%B0%8F%20%EC%A0%80%EC%9E%A5 on 26 May 2017. [in Korean] 

14  Richard Forget FC, Goupy PM, Nicolas JJ. 1992. Cysteine as an inhibitor of enzymatic browning. 2. Kinetic studies. Journal of Agriculture and Food Chemistry 40(11):2108-2113. 

15  Sathiyavani E, Prabanaran NK, Surendar KK. 2017. Role of mineral nutrition on root growth of crop plants. International Journal of Current Microbiology and Applied Sciences 6(4):2810-2837. 

16  Shin JH, Lee SJ, Jung WJ, Kang MJ, Sung NJ. 2011. Physicochemical characteristics of garlic (allium sativum L.) on collected from the different regions. Journal of Agriculture and Life Science 45(2):103-114. [in Korean] 

17  Sim HJ, Seo WT, Choi MH, Kim KH, Shin JH, Kang MJ. 2016. Korean Journal of Food and Cookery Science 32(1):16-26. [in Korean] 

18  Sung KC. 2007. Pharmacetical characteristics and analysis of garlic extract. The Korean Oil Chemists’ Society 24(3):301-308. [in Korean]