Optimization of Processing Conditions to Enhance Functional Properties of Sword Beans (Canavalia gladiata)

Abstract

본 연구에서는 로스팅 작두콩(Canavalia gladiata)을 카페인 섭취가 불가한 사람을 위한 커피 대체 음료 재료로 사용하기 위해서 커피콩의 로스팅 조건을 응용하여 로스팅을 시도하였고, 온도 조건에 따라 두 가지 방법으로 분쇄를 실시하였다. 로스팅 및 분쇄로 인한 이화학적 특성 생리활성 및 성분에 대한 영향을 확인함으로써 최적의 가공 조건을 알아보고자 하였다. 배전 정도(생두, 약배전, 중배전 및 강배전), 분쇄 온도(상온, 초저온), 입자 크기(>250, 150-250, 53-150, <53 μm) 및 추출 용매(물, 50 % 에탄올, 에탄올) 측면에서 작두콩의 이용 효율과 기능성을 최대화하는 최적점을 설정하였고, 각각의 가공 방법에 따라 콩 및 분말의 이화학적 특성(질량 유지비, 입도, 색도, 추출효율), 추출물의 기능성(총 폴리페놀 함량(TPC), 총 플라보노이드 함량(TFC), DPPH 라디칼 소거능, ABTS 항산화도, tyrosinase 효소 저해 활성)을 평가하였다. 1H NMR 분석 및 HS-SPME/GC-MS 분석을 통해서 로스팅 중 변화되는 성분 분석을 진행하였으며, 기존의 커피 추출물(강배전, 초저온, 열수추출)과도 비교하였다. 커피와 유사한 향미를 내며 효용성과 기능성을 증진시키는 최적 가공 조건은 약배전 단계의 로스팅 후 초저온 분쇄를 거친 < 53 μm 범위의 물 추출물인 것으로 설정되었다. 이 때의 조건에서 추출 효율은 16.75 %, TPC는 69.82 ± 0.35 mg GAE/g, TFC는 168.81 ± 1.64 mg QE/100 g, DPPH 항산화도는 77.58 ± 0.27%, ABTS 항산화도는 58.02 ± 0.76 mg TE/g, 그리고 tyrosinase 저해 활성은 47.62 ± 2.98% 로, TFC, ABTS 항산화도 및 tyrosinase 저해 효과 측면에서 다른 조건에 비해 유의적으로 높은 것으로 나타났다. TPC 및 DPPH 라디칼 소거능의 경우, 생두 다음인 두 번째로 높은 효과를 보였다. 가공 방법에 따른 입자 특성을 확인하기 위해 입도 분석과 주사 전자 현미경(SEM)을 통한 가시화를 진행한 결과, 초저온 분쇄한 시료는 상온 분쇄한 경우보다 <53 μm 범위가 차지하는 비율이 높으며 전체적으로 크기 및 형태가 균일한 입자로 나타났다. 1H NMR 및 HS-SPME/GC-MS 분석 결과, 작두콩에 포함된 주요 성분인 아미노산과 당류가 로스팅 과정 중에 커피와 유사한 휘발성 향미 성분으로 축합되는 것을 확인하였다. 초저온 분쇄한 로스팅 작두콩 추출물을 커피 추출물과 비교한 결과 TFC, DPPH 항산화도 및 ABTS 항산화도 측면에서 작두콩이 더 높은 활성을 보였다. 본 연구를 통해 작두콩은 적절한 열가공으로 생성된 물질에 의해 생리활성 물질이 증진됨을 확인하였고, 작두콩의 기능성을 최대화하기 위한 가공 조건(약배전 및 초저온 분쇄)을 확립하였다. 추후 후속연구로 본 연구의 작두콩 최적 가공 조건을 이용해서 커피 대체 음료를 제조한다면 기존의 콩 음료의 이취를 감소시킴으로써 커피시장에서 소비자의 호응도가 높은 카페인 저감화 커피 대체 음료로 자리매김할 수 있을 것으로 기대한다. 이 과정에서 소비자 검사를 통한 작두콩 음료 기호도 확인에 대한 연구가 필요하다고 사료된다. ;The objective of this study was to optimize the condition to enhance functional properties of sword bean (Canavalia gladiata) as a coffee substitute in two processing methods, roasting and grinding. The optimum conditions to remove off-flavor of bean and maximize the functionality and efficiency were light roasted, cryogenic-grinding (<53 μm) and extracted by water. In this condition, extraction yield was 16.75%, TPC was 69.82 ± 0.35 mg GAE/g, TFC was 168.81 ± 1.64 mg QE/100 g. The antioxidant properties were 77.58 ± 0.27% for DPPH radical scavenging activity and 58.02 ± 0.76 mg TE/g for ABTS antioxidant activity. The value of tyrosinase inhibition activity was 47.62 ± 2.98%. The value of TFC, ABTS antioxidant activity and tyrosinase inhibition activity were significantly higher (p<0.05) than other conditions, and TPC and DPPH radical scavenging activity were secondly higher in light roasted bean following raw bean. As a result of 1H NMR and HS-SPME/GC-MS analysis, it was confirmed that amino acids and carbohydrates which are main components of sword bean were condensed into other volatile flavor compounds such as derivatives of furan, pyrazine and pyrrole during roasting process. Comparing roasted and cryogenic-ground sword bean with coffee showed higher functionality in terms of TFC, DPPH and ABTS antioxidant activity. Overall results showed that light roasting and cryogenic grinding is considered to be the most suitable processing condition for enhancing the bioactivity of sword beans.