서 언
재료 및 방법
실험 재료 및 처리
모의 유통 조건
과실 품질 변화
에틸렌 생합성, 세포벽 분해 관련 유전자 발현 및 통계 처리
결과 및 고찰
모의 유통 기간의 공기 조성 및 온 · 습도 변화
모의 유통 기간의 과실 품질 변화
에틸렌 생합성 유전자 및 세포벽 분해 관련 유전자 발현
서 언
단감(Diospyros kaki Thunb.)은 국내에서 생산되는 대표 과일 중 하나로, 풍부한 영양과 맛으로 국내 ‧ 외 소비자에게 사랑을 받고 있다. 한국에서 단감은 2022년 기준 4,259t을 주로 동남아 국가인 베트남, 필리핀, 싱가포르, 말레이시아로 수출하는 등 활발한 수출을 이어가고 있다. 한국은 단감 수출 시장에서 경쟁력을 키우기 위해 품종 개량, 감 재배 및 수확 후 기술 도입, 적극적인 시장 개척과 같은 노력을 하고 있다. 2013년에는 ‘대안단감’ × ‘태추’의 교배로 파생된 고품질 단감 품종인 ‘감풍’이 육성되었다(Ma et al. 2020). ‘감풍’은 과즙이 많고 과육이 아삭하여 식미가 매우 우수한 품종으로 해외 시장에서 많은 인기를 받을 가능성이 큰 품종이다(Ma et al. 2020). 최근 ‘감풍’ 단감은 유통 일정에 맞춰 약 열흘 만에 베트남으로 배송되었으나, 이 과정에서 과실이 급격하게 연화되어 품질이 저하되고 유통기한이 줄어드는 문제가 발생하였다. 따라서 수확 후 단감 ‘감풍’의 연화를 억제하여, 품질을 유지하고 유통기한을 연장하기 위한 대책이 필요한 실정이다.
과실의 연화를 억제하고 유통기한을 연장하기 위해 사용되는 대표적인 수확 후 관리 방법에는 Modified Atmosphere Packaging(MAP)과 1-Methylcyclopropene(1-MCP) 처리가 활용되고 있다. MAP 기술은 포장 내부의 높은 습도를 조성하며, 낮은 산소 농도와 높은 이산화탄소 농도의 환경을 조성하여 호흡을 억제하는 기술로, 단감 ‘부유’에 처리 시 호흡을 최소화하여 과일 경도 유지와 저장 장해를 억제하는 효과를 보였다(Ruth and Yohanan 1992; Cia et al. 2006; Besada et al. 2010; Ahmed et al. 2011; Liamnimitr et al. 2018). 사과에서는 에틸렌 생성 및 호흡속도 저하로 과실의 연화를 억제하는 효과를 보였고(Rocha et al. 2004), 이 외에도 딸기, 복숭아, 석류, 천도복숭아, 콜라비 등의 다양한 원예작물에서 MAP 효과를 확인할 수 있었다(Caner et al. 2008; Caleb et al. 2011; Park et al. 2014; Özkaya et al. 2016; Roh et al. 2023).
1-MCP는 과실의 에틸렌 수용체에 결합하여 에틸렌의 작용 억제를 통하여 과실의 성숙 및 부패를 지연시키는 데 사용된다. 1-MCP는 단감 ‘부유’ 경도 및 과피 색상 유지 효과를 보였으며, 단감 ‘원미’ 품종에서도 호흡 및 에틸렌 생성량을 감소시키고 경도, 색소, 가용성 고형물 함량을 유지하였다고 보고되었다(Ahn et al. 2018; Kumarihami et al. 2022). 사과에서도 호흡 속도 및 에틸렌 생성을 줄이고, 경도를 유지하는 효과가 있으며, 그 외에도 복숭아, 자두, 키위프루트 등의 다양한 과실에서 1-MCP의 효과가 확인되었다(Domingo et al. 2003; Lim et al. 2009; Yoo et al. 2015; Kwanhong et al. 2017; Pervitasari et al. 2021; Roh et al. 2023; Sidhu et al. 2024).
이에 본 연구는 MAP와 1-MCP를 적용하여 새롭게 육성된 단감 ‘감풍’의 모의 유통 과정 중 품질 보구력에 대한 효과를 검토하고자 실시하였다.
재료 및 방법
실험 재료 및 처리
단감(Diospyros kaki Thunb.) ‘감풍’ 품종을 2023년 10월 26일 전남 장흥 소재의 과원에서 수확하여 경상국립대학교 과수원예학 실험실로 가져와 외관이 건전하고 결점이 없는 과실을 선별하여 실험에 사용하였다.
선별된 과실은 1) 무처리, 2) MAP, 3) 1-MCP, 4) 1-MCP + MAP 4가지 방법으로 처리 및 포장되었다. 사용된 MAP 포장재는 ‘원미’ 단감 모의 수출 실험에서 선발된 OPP 방담 필름 30µm OTR(Oxygen Transmission Rate) 80,000CC(ForceTech, Paju, Gyeinggi, Korea) 포장재를 사용하였다(Kumarihami et al. 2022). 1-MCP 처리는 과실을 수확용 컨테이너에 채우고 PE 플라스틱 텐트를 사용하여 밀폐된 공간에서 1-MCP(SmartFreshTM, AgroFresh Inc., Philadelphia, PA, USA) tablet을 기화시켜 0.98mg·L-1 농도로 24시간 상온에서 처리하였다. 1) 무처리 과실은 5kg들이 출하용 골판지 상자(Yeongjin Printing, Paju, Gyeinggi, Korea)에 10과씩 바로 담아 포장하였고, 2) MAP는 MA포장재를 이용 과실 개별 포장 후 동일하게 골판지 상자에 포장하였다. 3) 1-MCP는 1-MCP 처리 후 과실을 바로 골판지 상자에 담아 포장하였고, 4) 1-MCP + MAP는 1-MCP 처리된 과실을 개별로 MA 포장하여 동일하게 골판지 상자에 포장하였다. 처리별 120개의 과실을 5kg 출하용 골판지 상자에 10과씩 담아 각 처리 당 12박스가 실험에 사용되었으며, 조사 진행 시 처리별 20과(5kg 상자 2상자)를 사용하였다.
모의 유통 조건
본 연구에서는 베트남으로의 단감 유통과정을 수출 모델로 하여 모의 유통 조건을 설정하였다. 단감은 0°C의 저온저장 환경에서 선박으로 운반되어 베트남까지 9~10일이 소요된다. 현지에 도착한 단감은 30°C 안팎의 온도에서 2시간 동안 매장으로 이동하고, 약 20°C의 온도로 매장 내에서 판매되는 과정을 거친다. 따라서 본 실험에서 선박 수출 저온저장 환경인 0°C에서 9일, 30°C에서 2시간, 상온저장인 20°C에서 15일로 모의 유통 조건을 설정하였다.
모의 유통 기간의 과실 주변 온·습도를 측정하기 위해 온·습도 데이터 로거(175-H1, Testo, Lenzkirch, Germany)를 과실과 함께 포장하였고, 포장 내 산소, 이산화탄소, 에틸렌 농도 변화를 측정하기 위해 DAQ 산소 가스 센서(DAQ oxygen gas sensor, UA54-O2-21, Dekist, Yongin, Gyeonggi, Korea), DAQ 이산화탄소 가스 센서(DAQ carbon-dioxide gas sensor, UA52-CO2-20, Dekist, Yongin, Gyeonggi, Korea), DAQ 에틸렌 가스 센서(DAQ ethylene gas sensor, UA54-C2H4-100, Dekist, Yongin, Gyeonggi, Korea)를 과실과 함께 포장하여 실시간으로 포장 내부와 외부의 공기 조성을 측정하였다.
과실 품질 변화
과실의 품질 변화는 저온저장 전 1회, 상온으로 옮겨진 뒤 3일 간격으로 6회 총 7회 감모율, 경도, 가용성 고형물 함량, 색도(L*, a*, b*, Chroma, Hue, CDI)를 조사하였다. 조사 과실은 1회 처리별 20과(5kg 상자 2상자)를 사용하였다. 감모율은 처리별 10개의 과실을 전자저울(Ba6.1k, DAIHAN Scientific, Wonju, Gangwon, Korea)을 이용하여 측정하였으며 저장 전 측정한 무게와 저장 후 측정한 무게의 차이를 백분율(%)로 나타내었다. 경도는 과실의 횡단면을 잘라내어 과피를 1mm 벗겨 낸 후 경도계(RHEO TEX SD-700, Sun Scientific Inc., Tokyo, Japan)에 8mm 원형 probe를 장착하여 깊이 3mm로 측정하였다. 측정 속도는 120mm·min-1로 설정하였고, 최대 하중을 N으로 환산하였다(Kumarihami et al. 2022). 가용성 고형물 함량(SSC)은 과실을 cheese cloth로 감싸 착즙하여 디지털 굴절 당도계(Pocket Refractometer PAL-1, Atago, Tokyo, Japan)를 이용하여 °Brix로 나타내었다. 과피 색도는 과실 표면을 색차계(CR-400, Minolta Co., Tokyo, Japan)로 측정하여 L*, a*, b* 값을 얻고, 이를 이용하여 hue, chroma, CDI(color development index)값을 계산하였다(Scalisi et al. 2022).
에틸렌 생합성, 세포벽 분해 관련 유전자 발현 및 통계 처리
에틸렌 생합성 및 세포벽 분해와 관련된 유전자 발현을 알아보기 위해 모의 유통 전, 저온저장 이후 0, 3, 9일 차 과실의 과육 부분을 샘플링하여 에틸렌 생합성 관련 유전자 4개 ACS(ACC synthase), ACO(ACC oxidase), ETR(Ethylene receptor), ERS(Ethylene response sensor)와 세포벽 분해 관련 유전자 6개 PG(polygalacturonase), PL(pectate lyase), PE(pectinesterase), β-Gal(beta-galactosidase), Egase(endo-1,4-beta-glucanase), XTH(xyloglucan endo-transglucosylase/hydrolase)의 발현을 분석하였다(Kumarihami et al. 2022).
통계분석은 JMP Pro 16(JMP Statistical Discovery LLC, Cary, NC, USA)을 이용하여 Tukey’s Multiple range test(p < 0.05)로 유의성 검정을 시행하였다.
결과 및 고찰
모의 유통 기간의 공기 조성 및 온 · 습도 변화
모의 유통 기간의 공기 조성은 MAP 유무에 따라 차이가 났다(Fig. 1). 무처리 과실 주변의 산소와 이산화탄소 농도는 각각 20.1%와 0.7%이었고, 1-MCP 단독 처리는 무처리와 유사한 농도를 보였다(Fig. 1A and 1C). MA 포장처리(MAP, 1-MCP + MAP)의 가스 조성은 과실 호흡으로 인해 저산소, 고이산화탄소 환경으로 조성되었다(Fig. 1B and 1D). MAP 단독 처리 경우에서는 산소와 이산화탄소가 각각 17.6%, 4.1%였고, 1-MCP + MAP 처리는 각각 18.8%, 2.5%로 측정되었다(Fig. 1B and 1D).
에틸렌 농도는 MAP 처리에서 가장 높았으며, 그다음으로 무처리, 1-MCP + MAP, 1-MCP 순으로 높았다(Fig. 2). 무처리는 상온저장 6일 차 10µL·L-1로, MAP 단독 처리는 9일 차에 30 µL·L-1으로 높은 에틸렌 농도를 보였으며, 이후 과실이 부패하여 더 이상 측정이 불가하였다. 반면 1-MCP를 처리한 두 처리는 상온에서 15일까지 에틸렌 농도 측정이 가능했다. 1-MCP 단독 처리의 경우 상온저장 초기 2µL·L-1로 약간 증가하였고 이후 유지되었다. 1-MCP + MAP 처리는 초기 5µL·L-1까지 증가한 후 서서히 감소하다 12일 차부터 서서히 증가하여 15일 차에는 7µL·L-1로 측정되었다. 사과를 비롯한 다양한 과실에서 1-MCP의 에틸렌 생성 억제 효과를 확인하였다(Domingo et al. 2003; Lim et al. 2009; Yoo et al. 2015; Roh et al. 2023). 단감 ‘부유’와 ‘원미’ 품종에서도 1-MCP 처리에 따른 에틸렌 생성 억제 효과를 확인할 수 있었으며(Ahn et al. 2018; Kumarihami et al. 2022), 연구 결과 ‘감풍’ 품종에서도 1-MCP 처리로 과실에서 생성되는 에틸렌이 억제되는 것을 확인할 수 있었다.
과실 포장 안팎의 온도는 MAP 단독 처리와 1-MCP + MAP 처리가 다른 처리보다 온도가 1–3°C 더 높게 나타났다(Fig. 3A). 과실 주변의 상대습도 역시 포장 유무에 따라 차이가 났다(Fig. 3B). 무처리와 1-MCP 단독 처리는 0°C 저장 동안에 87–90% 수준에 비교적 안정적인 상대습도를 보였으나 상온으로 옮겨진 뒤 변화 폭이 커졌다. 반면 MA 포장된 두 처리는 20°C로 옮긴 뒤에도 비교적 안정적으로 95%에 가까운 상대 습도를 유지하였다.
모의 유통 기간의 과실 품질 변화
과실의 감모율은 MA 포장 여부에 따라 차이가 있었다(Fig. 4A). 무처리와 1-MCP 단독 처리는 저온저장 후 0.5%이었던 감모율이 상온에서 점차 증가하여 무처리는 1.5%까지, 1-MCP 단독 처리는 1.6%까지 증가하였다. MAP 및 1-MCP + MAP 처리구에서는 전체 모의 유통 동안 0.5% 이하의 감모율을 유지하였으며, 1-MCP + MAP 처리구에서 가장 낮은 감모율을 보였다. MA 포장은 포장 내부의 상대습도를 유지, 과실의 증산을 억제하여 감모 억제 효과를 보였다(Sudhakar Rao et al. 2018). ‘감풍’ 단감에서도 MA 포장의 감모 억제 효과를 확인할 수 있었다.
과실 경도는 0°C 저장 직후 처리 간 유의적 차이가 없었으며, 이후 상온저장 3일 차부터 무처리 과실과 MAP 과실이 급격하게 연화되었다(Fig. 4B). 무처리와 MAP 과실은 각각 상온저장 6일, 9일 차에 완전히 연화되었다. 1-MCP, 1-MCP + MAP에서 상온저장 15일까지 20N, 30N 이상의 경도를 유지하였다. 1-MCP 처리는 경도의 속도 저하를 현저히 늦추었으며, 이런 결과는 ‘Youhou’, ‘부유’, ‘원미’ 단감에서도 확인되었다(Ahn et al. 2018; Zhao et al. 2020; Kumarihami et al. 2022; Shin et al. 2024). 가용성 고형물 함량은 모의 유통 동안 크게 변화가 없었고, 변화하는 양상이 일정하지 않아 유의미한 차이를 보이지 않았다(Fig. 4C).
단감 ‘감풍’의 색도는 저온저장 동안에는 큰 변화가 없다가 상온으로 옮겨진 뒤 급격하게 변화하였다(Fig. 5). L*, b*, hue, chroma는 상온으로 옮겨진 뒤 감소하였으며(Fig. 5A, 5C, 5D, and 5E), a*와 CDI는 증가하였다(Fig. 5B and 5F). 색도 변화는 무처리가 가장 컸으며, 1-MCP + MAP 처리의 변화가 가장 적었다. 감은 과실이 후숙되며 과육이 연화되고 과피의 붉은 색을 나타내는 a*값이 증가한다(Li et al. 2018; Kou et al. 2020; Kumarihami et al. 2022; Shin et al. 2024). 본 실험의 결과 무처리 과실의 경우는 모의 유통 기간이 길어질수록 과육이 연화되었고, a*값이 증가하였지만, MAP처리는 과실이 급격하게 연화된 것에 반해 a* 값의 증가는 1-MCP 처리들과 유사하게 증가하였다(Figs. 4B and 5B). 이런 무처리와 MAP 처리 간의 과실 색 변화는 육안으로도 차이를 확인할 수 있었고(Fig. 6), 조사 기간 일부 과실에서 흑변과가 발생하였다(Fig. 6). 감의 흑변과는 Colletotrichum spp.나 Alternaria alternate와 같은 병원균 감염에 의해 혹은 수확, 운송, 저장 중에 생긴 과피 면의 상처 또는 균열로 인한 폴리페놀 산화가 주요 원인으로 알려져 있다(Park 1999; Kwon et al. 2013; Lee et al. 2013). 본 실험에서 관찰된 흑변과도 병원균 감염과 과피 표면 손상에 따른 폴리페놀 산화로 인해 발생했을 가능성이 있다고 판단된다.
Fig. 5.
Changes in L* (A), a* (B), b* (C), Hue (D), Chroma (E), and CDI (color development index) (F) values of ‘Gampung’ persimmons during simulated export distribution, where vertical bars indicate the standard error and the letters denote significant differences according to Tukey’s test at p < 0.05.
에틸렌 생합성 유전자 및 세포벽 분해 관련 유전자 발현
1-MCP는 에틸렌 신호를 차단함으로써 과일의 숙성 과정을 억제한다(He et al. 2020; Kumarihami et al. 2022). 이 과정에서 ACS와 ACO 유전자 발현이 간접적으로 억제되어 에틸렌 생합성이 감소하게 된다(He et al. 2020; Kumarihami et al. 2022). 본 연구에서는 에틸렌 생합성과 관련하여 ACS, ACO, ETR, ERS 유전자 발현을 확인하였으며, 관련 유전자 모두 상온으로 옮겨진 뒤 무처리와 MAP 단독 처리에서 빠르게 발현이 증가하는 것을 확인 할 수 있었다(Fig. 7). 1-MCP 처리는 에틸렌 생합성 관련 유전자 발현을 억제했다. Fig. 2의 결과 에틸렌 농도는 1-MCP 단독 처리가 가장 낮았지만, 유전자 발현 결과 1-MCP + MAP 처리가 가장 낮은 발현을 보였다. 이는 1-MCP + MAP 처리가 포장 내부에 에틸렌 가스가 누적되었기 때문으로 판단된다.
Fig. 7.
Ethylene-related gene expression levels: (A) ACS (ACC synthase), (B) ACO (ACC oxidase), (C) ETR (ethylene receptor), and (D) ERS (ethylene response sensor) in ‘Gampung’ persimmons during simulated export distribution, where vertical bars indicate the standard error and the letters denote significant differences according to Tukey’s test at p < 0.05.
세포벽 분해와 관련하여서는 β-Gal, PG, Egase, PL, PE, XTH 유전자 발현을 확인하였다(Fig. 8). 이들 유전자는 세포벽 구성성분인 펙틴, 셀룰로스, 헤미셀룰로스를 분해하거나 변형하여 세포벽 구조를 약화하여 연화를 촉진한다(Redgwell and Fischer 2002). 본 실험에서는 β-Gal, Egase, PL, PE의 발현이 비교적 높았고, 그 중 PE의 발현이 가장 높았다(Fig. 8A, 8C, 8D, and 8E). 1-MCP는 세포벽 분해 관련 유전자 발현을 조절하여 과실의 연화를 지연시키고(Kumarihami et al. 2022), ‘감풍’ 단감에서도 1-MCP 처리는 세포벽 분해 관련 유전자 발현을 억제하는 것을 확인 할 수 있었다.
Fig. 8.
Genes related to cell wall modification: (A) β-Gal (beta-galactosidase), (B) PG (polygalacturonase), (C) Egase (endo-1,4-beta-glucanase), (D) PL (pectate lyase), (E) PE (pectinesterase), and (F) XTH (xyloglucan endo-transglucosylase/hydrolase) in ‘Gampung’ persimmons during the simulated export distribution, where vertical bars indicate the standard error and the letters denote significant differences according to Tukey’s test at p < 0.05.
본 연구를 통해 단감 ‘감풍’ 품종에 대하여 MAP의 감모 억제 효과와 1-MCP 처리에 따른 에틸렌 생성 억제 및 과실 연화 억제 효과에 대하여 확인 할 수 있으며, 1-MCP + MAP 혼용 처리는 각각의 단독 처리보다 과실의 품질이 더 오래 유지되는 것을 확인할 수 있었다. 따라서 단감 ‘감풍’의 국내 유통 및 수출 시 품질을 유지하고, 유통기한을 연장하기 위한 방법으로 1-MCP와 MAP 복합 처리가 적합할 것으로 판단되며, 이후 MAP 처리 시 포장 내부에 축적되는 에틸렌의 제거에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단된다.
