서 언
재료 및 방법
실험 재료
클로렐라 분리 및 배양
클로렐라 배양액이 저장성 및 신선도 미치는 영향 평가
자료정리 및 통계 처리
결과 및 고찰
클로렐라 분리 및 배양
클로렐라 배양액이 엽채류의 저장성 및 신선도에 미치는 영향 평가
서 언
최근 생활수준의 향상으로 웰빙(wellbeing) 문화가 바람을 일으키면서 건강에 대한 관심이 날로 증가하고 있다. 이로 인해 일반 농작물보다 유기농작물 및 유기농 식품을 선호하는 추세로 변화되고 있다(Kim et al., 2011, 2012, 2013). 특히, 우리나라 소비자들의 유기농 식품에 관한 인식 조사에서 유기농 식품구매의 가장 큰 이유를 본인과 가족의 건강(71.9%)이라고 답할 만큼 유기농산물과 유기식품이 차지하는 비중이 빠르게 성장할 것으로 추산되고 있다(Kim and Lee, 2013; Lee and Kim, 2012).
이러한 소비자들의 식생활 변화는 건강에 대한 관심이 집중됨에 따라 신선편의 샐러드류와 유기농 채소류의 소비가 증가하고 있으며, 이런 신선편의 샐러드류는 상추, 치커리, 청경채, 트레비소 등 엽채소류와 과일 등을 주 원료로 하여 다양한 형태로 판매되고 있다(Lee et al., 2009). 그러나 신선편의 채소들은 대부분 별도의 조리과정 없이 바로 섭취하기 때문에 원료의 신선도와 저장성을 증진시키는 노력이 중요하기 때문에 다양한 연구들이 이루어지고 있다(In and Kim, 2008; Kim et al., 1995).
딸기는 풍미가 좋고 비타민과 무기영양분이 풍부하며 국내에서 재배되는 과채류 중 생육 적온이 낮아 난방비 부담이 적어 고수익의 시설재배 작물로 적합하다. 또한 국내 소비뿐만 아니라 싱가폴, 홍콩, 및 말레이시아 등 동남아시아 지역으로 수출이 활성화되어, 2009년 총 딸기 수출액이 19,200천 달러가 되었다(KREI, 2010). 그러나 딸기는 물리적 손상 및 조직의 연화 등으로 과육의 표면이 물러지고 과숙으로 인한 변색으로 상품성이 낮아지고 수확 후 선별, 저장 및 유통 과정에서 물리적 손상으로 부패되기 쉬워 이를 해결하기 위한 다양한 연구들이 이루어졌다(Hwang and Ku, 2004; Jeong et al., 1990; Park and Hwang, 2010).
클로렐라(Chlorella vulgaris)는 담수식물이자 미세조류(microalgae)로 담수, 해수, 공기, 토양 등 다양한 생태계에서 생존하고 있다. 클로렐라는 축산사료첨가제(Kang et al., 2013), 양어장의 치어사료(Bai and Cha, 1997; Becker, 1994), 식품첨가물(Park et al., 2002), 유산균발효촉진제(Heo et al., 2006), 폐수 중의 중금속 처리제(Travieso et al., 2002) 등으로 널리 사용되고 있으며 사람에게는 영양학적인 우수성이 확인되었다(Kim et al., 2003).
클로렐라 배양액 및 추출물의 농업적 활용사례는 적으나 클로렐라 실내배양 조건을 빛과 암 상태를 14:10h(Light:Dark)로 조절하거나 암 상태에서 glucose(5g･L-1)를 첨가하여 배양할 경우 식물생장조절제(plant growth regulators)인 내생 옥신(auxin)과 사이토키닌(cytokinin)이 증가하는 것으로 보고 되었다(Stirk et al., 2014). Raposo et al.(2011)은 클로렐라와 식물생육촉진근권세균(plant growth-promoting rhizobacteria, PGPR)을 혼합 배양하여 레드클로버(meadow clover)에 처리하였을 경우 뿌리의 신장이 길어지고 지상부와 지하부의 건물중이 증가하는 것으로 보고하였다.
따라서 본 연구는 유기농 딸기와 엽채소의 신선도와 저장성 향상을 위해 클로렐라(C. vulgaris, CHK0008)를 처리하였을 때 나타나는 효과를 조사하여 보고함으로써 다양한 기능성을 지닌 클로렐라의 농업적 활용도를 높이고자 하였다.
재료 및 방법
실험 재료
본 연구에 사용된 딸기는 경남 진주시 대평 지역의 토경재배 농가에서 2013년 3월에 수확된 ‘설향’과 ‘육보’, 두 품종으로, 과피의 착색이 70% 진행된 과실만을 수확하였다. 또한 유기농 엽채류는 경기도 남양주 유기농 엽채류 재배농가로부터 상추(Lettuce), 케일(Kale), 적케일(Ornamental Kale-red), 흰케일(Ornamental Kale-white), 비트(Beet) 등의 엽채류를 재배하여 2013년 4월에 수확하여 실험에 사용하였다. 수확 후 농가 온실 내에 설치되어 있는 예냉실에서 4°C 온도로 설정하여 2시간 동안 예냉처리 후 실험에 사용하였다.
클로렐라 분리 및 배양
본 실험에 사용된 클로렐라 균주(C. vulgaris, CHK0008)는 Cha et al.(2008) 방법에 의해 2012년 경남 하동군 유기농 벼재배 논으로부터 분리하였다. 클로렐라 CHK0008 균주 배양에 사용한 BGMM배지(BG11 Modified Medium, BGMM)는 BG11배지(Andersen, 2005; Stanier et al., 1971)를 변형하여 사용하였다. 순수 분리한 클로렐라 CHK0008 균주의 종균을 배양하기 위해 100mL T-플라스크에 70mL의 액상 BGMM배지(50mg･L-1 Ampicillin, 100mg･L-1 Chloramphenicol)에 접종하여 4일간 배양 후, 본 연구에서 클로렐라 배양용으로 제작한 2L 용량의 polyvinyl bag 배양기에 1,500mL의 액상 BGMM배지를 넣고 클로렐라 CHK0008 균주의 종균을 접종하여 7일간 배양 후 실험에 사용하였다. 클로렐라 CHK0008 균주 배양 후, UV-vis 분광광도계(UV-vis Spectrophotometer 1201, Shimadzu, Japan)를 이용하여 680nm파장에서 흡광도(OD, Optical Density)를 측정하였고 광학현미경으로 혈구계(Hemocytometer, Hausser Scientific CO., Ltd., U.S.A.)를 이용하여 흡광도 대비 실측한 클로렐라의 세포수로 환산하여 클로렐라의 농도를 계산하였다.
클로렐라 배양액이 저장성 및 신선도 미치는 영향 평가
7일간 배양한 CHK0008 균주의 배양 원액을 25%로 물에 희석하여 1주일 간격으로 유기농 딸기와 엽채류 재배 농가에서 토양관주 또는 엽면살포 방법에 의해 처리하였으며, 실험을 진행한 기간의 시설하우스 내 온도가 낮기 때문에 오후 1시 전후로 하여 처리하였다. 저장성 및 신선도 평가는 클로렐라를 처리하기 시작한 후, 4주째부터 딸기와 엽채류를 각각 수확하여, 상대습도(RH)가 85-92%인 4°C 저온저장고에서 예냉 후 14일간 저장하면서 딸기의 당도(°Brix) 및 딸기 품종과 엽채류 종류별 부패율(%)을 조사하였다. 클로렐라 처리방법에 따른 딸기 품종 별로 당도(soluble solids content, °Brix)는 저장처리 14일 후 휴대용 당도계(Palm Abbe 203, MISCO, USA)를 사용하여 처리당 15개씩 3회 반복하여 측정하였다. 클로렐라 처리방법에 따른 딸기와 엽채류의 부패율은 저장처리 14일 후 육안으로 부패 정도를 조사하였다.
자료정리 및 통계 처리
수집된 자료의 정리와 통계는 MS-EXCEL 2010과 SAS (version 8.0)를 이용하였으며, 처리평균간 비교는 Duncan 다중검정을 하여 유의확률 p < 0.05인 경우 통계적으로 유의하다고 인정하였다.
결과 및 고찰
클로렐라 분리 및 배양
클로렐라 균주 CHK0008은 유기농 벼재배 논의 담수에서 분리하였으며 형태적 특징과 18S rDNA와 23S rDNA 염기서열 비교에 의해 C. vulgaris로 동정하였다(data not show). 실험에 사용한 C. vulgaris CHK0008 균주는 BG11변형배지(BGMM)에서 28°C, 5000Lux의 배양조건에서 잘 배양되었다. 클로렐라의 농도는 배양 4일 후부터 급속히 증가하였고 배양 8일 후부터는 감소하는 것으로 나타났다(Fig. 1). 또한 가장 높은 흡광도를 보이는 배양일 수는 7일이며, 이때 C. vulgaris CHK0008 균주의 흡광도는 약 1.27 OD이었다(Fig. 1). UV-vis 분광광도계를 이용하여 680nm에서 C. vulgaris CHK0008 균주 배양액의 흡광도를 측정하였을 때, 1 OD값에 해당하는 C. vulgaris CHK0008의 세포배양액의 농도를 광학현미경으로 혈구계를 이용하여 측정하였더니 약 2.15 × 106 cell･mL-1의 클로렐라의 농도와 일치하는 것으로 나타났다(Fig. 2).
미세조류는 담수, 해수, 공기, 토양 등 다양한 생태계에서 생존할 수 있으며, 이들 중 클로렐라를 포함한 녹조류는 약 8,000종 이상인 것으로 보고되었다(Sheehan et al., 1998). 이러한 미세조류의 생육과 세포 내 화학적 구성은 빛, 온도, 이용 가능한 이산화탄소(CO2)의 농도, pH, 및 양분에 의해 결정되는 것으로 보고되었으며(Andersen, 2005; Stirk et al., 2014), 대부분 녹조류를 포함한 미세조류의 배양에는 BG11 배지를 많이 사용하는 것으로 보고되었다(Andersen, 2005; Stanier et al., 1971).
본 실험에서는 C. vulgaris CHK0008균주 배양에 BGMM배지를 사용하였는데 이 배지는 기존의 BG11배지의 조성 중 질소원(NO3-N)과 인산원(PO3-P)의 종류와 함량을 바꾸어 제조하였으며, 기존의 BG11배지에서의 C. vulgaris CHK0008균주의 생육과 비교하였을 때 우수한 생육상태를 보였으며, 배양 7일 후 C. vulgaris CHK0008 균주의 농도를 조사하였을 때 약 2.69 × 106cell/mL의 농도를 보여 클로렐라 배양에 적합한 배지로 사료된다. 특히, Deng et al.(2012)에 의하면 미세조류인 Synechococcus sp. PCC7942균주의 생장율은 질소원 중에서 NH4-N > NO3-N > NO2-N > Urea-N > glycine-N 순으로 빠른 것으로 조사되었으나 cyanobacterium의 생장률이 제일 높은 질소원인 NH4-N의 경우 cyanobacterium이 생육하면서 배지내의 pH를 급격히 낮추어주기 때문에 오히려 장시간 배양할 경우 미세조류의 생육을 억제할 수도 있다는 보고를 한 바 있다.
클로렐라 처리방법에 따른 딸기의 당도 증가 및 부패율 감소효과
딸기는 향이 좋고 비타민과 무기영양분 등의 양분이 풍부한 과채류이지만, 과실이 지나치게 성숙될 경우 당도와 풍미는 향상되나 과실의 변색으로 인하여 상품성이 낮아지고 수확, 수송, 저장 중에 물리적 손상 및 조직의 연화 등으로 인하여 과육의 표면이 물러지고 부패되기 쉬운 것으로 보고되었다(Hwang and Ku, 2004; Jeong et al., 1990; Park and Hwang, 2010).
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Fig. 3. Effect of C. vulgaris, CHK0008 (1.5 × 106 cell/mL) on enhancing of storage conditions for 14 days at 4°C after treatment. |
본 실험에서는 클로렐라, C. vulgaris CHK0008균주를 처리한 유기농 딸기를 4°C에 14일 동안 저장 후 클로렐라 처리방법에 따른 당도를 측정하였더니, ‘육보’와 ‘설향’ 딸기 모두 클로렐라를 엽면 처리한 처리구의 당도가 무처리나 클로렐라 토양관주처리보다 유의하게 높게 나타났다(Table 1). 특히, 클로렐라 C. vulgaris CHK0008균주를 엽면 처리한 ‘육보’와 ‘설향’딸기의 당도는 무처리에 비해 각각 1.0°Brix와 1.8°Brix 높게 나타났다(Table 1).
Chung and Cho(2003)은 저장 중 딸기의 화학적인 변화로 pH는 3.57-3.84 정도 상승하며 가용성고형물(°Brix)는 9.0°Brix에서 6.1-7.0°Brix로 감소하는 것으로 보고하였다. 특히, 딸기는 과육이 약하고 호흡률이 높은 과일로 수확 후 품질연화와 미생물에 의한 부패가 빠르게 진행되고 수확, 선별 및 유통과정에서 물리적인 손상을 받기 쉽기 때문에 유통기간이 짧다(Shin and Hwang, 2001). 딸기의 일반적인 유통기간은 1-2일 부과하기 때문에 수확 후 소비자의 손에 이르기까지 다양한 전처리 방법(Lee et al., 2013)이나 포장방법(Chung and Cho, 2003; Zheng et al., 2008)이 연구되어 왔다.
본 실험에서는 클로렐라를 처리한 유기농 딸기의 클로렐라 처리방법에 따른 부패정도를 육안으로 조사하였더니, 무처리는 심하게 부패되었으나 클로렐라를 처리한 딸기의 부패 정도가 낮은 것으로 나타났다(Fig. 3). 클로렐라를 엽면 또는 토양관주 처리한 ‘육보’와 ‘설향’ 딸기 두 품종 모두에서 딸기의 부패율(%)이 유의하게 감소하는 것으로 나타났으며 특히, 엽면 처리의 부패율(%) 감소가 다른 처리에 비해 높게 나타났다(Table 1). 또한 클로렐라 C. vulgaris CHK0008 균주를 엽면 처리한 ‘육보’와 ‘설향’ 딸기의 부패율은 무처리에 비해 각각 74.4%와 63.6% 감소하는 것으로 나타났다(Table 1).
Park et al.(2002)은 신선 딸기의 과피 명도와 적색도 수치가 점진적으로 감소한 이유는 시간의 흐름에 따라 딸기 과피 표면의 호흡 및 증산 작용에 따른 수분손실, 표피건조, 조직의 연화 및 과숙 등으로 인한 외관의 품질변화에 따른 결과로 판단하였다.
클로렐라 배양액이 엽채류의 저장성 및 신선도에 미치는 영향 평가
클로렐라 C. vulgaris CHK0008균주를 엽면 또는 토양관주 처리한 5종류의 엽채류를 4°C에 14일 동안 저장 후 클로렐라 처리방법에 따른 부패 정도를 육안으로 조사하였더니, 무처리는 엽채류의 색깔이 변색되었으나 클로렐라를 C. vulgaris CHK0008 균주를 엽면 처리한 처리에서는 전혀 변색이 일어나지 않았다(Fig. 4). 또한 클로렐라 처리에 따른 엽채류의 부패율(%)을 조사하였더니 무처리에 비해 클로렐라를 처리한 5종류의 엽채류 모두 전혀 부패하지 않았으나 무처리에서는 5종류의 엽채류 모두 50.0% 이상의 부채율(%)을 보였다. 특히, 5종류의 엽채류 중에서 케일과 비트의 부패율이 각각 80.2%와 100%로 가장 높게 나타났다(Table 2).
결구상추 수확 시 일중 수확시간 조절에 따른 호흡량 억제를 통한 저장성 향상효과에 대한 연구결과가 보고되고 있다(In and Kim, 2008). Stirk et al.(2014)에 의하면 클로렐라의 배양 조건을 빛과 암 상태를 14:10h(Light:Dark)로 조절하거나 암 조건에서 탄소원인 glucose(5g･L-1)를 첨가하여 배양할 경우 식물생장조절제(plant growth regulators)인 내생 옥신(auxin)과 사이토키닌(cytokinin)이 증가하는 것으로 보고하였으며, Tomaselli(2004)는 생육 중인 녹조류에 스트레스 조건(pH, 온도, 양분, 등)을 가할 경우 녹조류 내에 chlorophyll a, b, 및 carotenoids 성분이 생성되는 것으로 보고하였다. 또한 chlorophyll은 chlorophyll a가 주형태인 녹색 식물과 클로렐라의 중요한 색소이며, 다양한 실험에서 chlorophyllin이나 chlorophyll의 수용성 Na과 Cu염 유도체가 항염증성이나 항돌연변이성, 항발암성, 항산화성을 나타나는 것으로 보고되었다(Boloor et al., 2000; Cho et al., 2000; Hsu et al., 2005).
