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ISSN : 2288-0992(Print)
ISSN : 2288-100X(Online)
Protected Horticulture and Plant Factory Vol.27 No.4 pp.312-318
DOI : https://doi.org/10.12791/KSBEC.2018.27.4.312

Effects of Postharvest Treatments of Calcium, Lysophosphatidyl ethanolamine (LPE), and 1-Methylcyclopropene (1-MCP) on the Fruit Quality during Simulated Marketing in Asian Pears (Pyrus pyrifolia Nakai)

Ug-Yong Lee1, Jin-Ho Choi1, Jin-Wook Lee2, Joonyup Kim3, Ui-Dong Kim3, Jong-Pil Chun3*
1Pear Research Institute, National Institute of Horticultural and Herbal Science, Naju 58216, Korea
2Integrative Plant Science, Chung-Ang University, Anseong-si 17546, Korea
3Dept. of Horticulture, Chungnam National University, Daejeon 34134, Korea
Corresponding author: jpchun@cnu.ac.kr
October 2, 2018 October 6, 2018 October 8, 2018

Abstract


We investigated the effect of postharvest treatments of calcium chloride, lysophosphatidyl ethanolamine (LPE) or 1-methylcyclopropene (1-MCP) on fruit quality during simulated marketing in Asian pear (Pyrus pyrifolia Nakai). ‘Whangkeumbae’ pear fruits were immersed in 0.25, 0.5 or 1.0% CaCl2 solution with or without ultrasound (40kHz) at 25°C for 3min followed by storage at 1°C for 30 days simulated as abroad exportation. After simulated marketing at 25°C and 80% relative humidity (RH) up for 10 days, quality parameters were evaluated. Results indicated that the ultrasound and CaCl2 treatment had a synergic effect on keeping the green skin color which showed lower a* value. The combination treatment of ultrasound and 0.5% and 1.0% CaCl2 significantly reduced internal browning disorders, although severe skin blemish disorder (20-23%) occurred in 1.0% CaCl2 treatment. ‘Wonhwang’ pears were immersed in 1,000ppm LPE for 3 minutes or were fumigated in 1,000 ppb 1-MCP for 12 hours, respectively. The results of the fruit quality survey during the 21 days of distribution period are as follows. The 1-MCP treatment was maintained at a constant flesh firmness of 33N or higher during the distribution period. The LPE treated fruits had a lower physiological disorder index than the untreated group, but showed a relatively higher value than the 1-MCP treated group. In the case of 1-MCP treatment, the fruit respiration rate was significantly lower than of untreated control (6.0 mL·kg-1·hr-1) during the simulaed marketing period. Consequently, it was expected that the postharvest treatments of 0.5% calcium chloride in pararell with ultrasound and 1-MCP fumigation can help to maintain Asian pear quality during distribution period.



모의유통 환경에서 동양배 품질에 미치는 수확 후 칼슘, Lysophosphatidyl ethanolamine (LPE), 1-Methylcyclopropene (1-MCP) 처리의 영향

이 욱용1, 최 진호1, 이 진욱2, 김 준엽3, 김 의동3, 천 종필3*
1국립원예특작과학원 배연구소
2중앙대학교 식물시스템과학전공
3충남대학교 원예학과

초록


‘황금배’에서 염화칼슘 침지 처리에 따른 유통 중 품 질을 조사한 결과, 0.5% 염화칼슘 처리구가 20.5-21.3N 으로 다소 높게 유지되었다. 과피색의 변화에 있어 적색 도인 a*은 무처리구는 -2.62로 가장 높았고, 염화칼슘+ 초음파 처리구가 -3.03~-4.13으로 가장 낮아 과피의 녹 색소실이 지연되었다. 유통환경에서 가장 많이 발생한 생리장해는 과육갈변으로 무처리구 과실에서 지수 28로 가장 높았고, 0.5% 농도에서는 침지 13, 초음파병행구 10으로 유의하게 낮았다. FSD 발생은 무처리구에서 지 수 9로 칼슘처리구에 비해 발생이 높았고 과심갈변 발 생은 처리간 유의한 차이를 볼 수 없었다. ‘원황’를 대 상으로 리소포스파티딜에탄올아민(LPE)의 수확 후 처리 효과를 1-MCP 처리와 비교 조사한 결과, 과실 경도는 1-MCP 처리구는 유통과정 중 33N 이상으로 일정하게 유지되는 등 유통 중 경도저하가 낮았으나 유통 21일에 LPE 처리구에서 29.04N으로 다소 낮았다. 생리장해 발생에 있어 1-MCP 처리구는 유통 14일까지 유의하게 생 리장해 발생지수가 낮아 효과적이었는데 유통 21일에 FSD 발생이 무처리구 및 LPE 처리구에 비해 2배 증가 한 결과를 제외하고는 전반적으로 생리장해 발생이 유의 하게 낮았다. 한편, LPE 처리구는 무처리구에 비해서는 생리장해 지수가 낮았으나 1-MCP에 비해서는 상대적으 로 높은 결과를 보였다.



    Rural Development Administration
    PJ012416032018

    서 론

    국내에서 육성된 중생종 배 ‘황금배’ 및 ‘원황’ 배는 식 미가 우수하여 세계 수출시장에서 ‘이십세기’, ‘행수’ 및 ‘풍수’ 등 일본의 중생종 배에 경쟁할 수 있는 품종이다. 그러나 이들 품종은 우리나라 주력 품종인 ‘신고’에 비하 여 상온유통력이 짧아 수확 후 단기간 내 수침과, 조직 갈 변 및 바람들이 등의 생리장해가 다발하여 품질이 저하되 는데, 수송 및 유통온도에 따라 그 속도와 발생률에 차이 를 보인다(Kim, 2002;Lee 등, 2011;Oh 등, 2010).

    동양배의 경우 수확 당시의 숙도와 저장온도가 수명과 관련된 호흡 및 에틸렌발생에 영향을 미치는데 적숙과의 경우 품종의 조만성에 따라 그 절대량이 다른 과수에 비해 낮은 수준이라도 일부 조생종의 경우에는 호흡급등 형을, 만생종 품종에서는 호흡비급등형을 보이는 것으로 밝혀졌다(Jeong 등, 1998;Itai 등, 1999). Yang (1997)이 ‘신고’ 배에 대한 CA저장 효과를 발표한 이래, 저산소 및 고이산화탄소 조건에서의 조, 만생 품종 배의 과실경 도, 갈변, 호흡률 및 에틸렌 발생량의 감소 등 과실 품 위 유지를 위한 긍정적인 결과가 보고된 바 있으나 (Park, 1999) 이들에 대한 명확한 수확 후 처리방법의 도입에 관한 연구들은 미미한 실정이다.

    과수에 대한 칼슘살포는 농업적으로 실용화된 기술로 배 과실에 있어 과실 내로의 흡수는 세포분열기에 대부 분 이루어지므로 괘대하여 재배하는 배의 경우 봉지를 씌우기 전에 칼슘염을 살포하거나 칼슘을 포함하는 봉지 를 사용한다(Moon 등, 2003;Ahn 등, 2008). 과실로의 칼슘이동은 직접 과피와 접촉하지 않으면 조직 내로의 전류가 어렵고(Glenn과 Poovaiah, 1985), 수확 후 칼슘처 리 시 표피의 왁스는 칼슘흡수 정도와 관련이 있는 것으 로 알려져 있다(Roy 등, 1996). 과실 세포벽의 펙틴질 중 합체와 칼슘의 결합은 과실연화 억제의 근거로 추정되고 있다(Fallahi, 등, 1997;Hopkirk 등, 1990;Poovaiah 등, 1988). 또한 칼슘은 과실 세포막의 기능 변화에 직접적 으로 관여하여(Ferguson 등, 1983) 에틸렌 발생 및 호흡 을 억제함으로써 연화를 지연시키는 간접적인 효과를 보 이는 것으로 알려진 바 있다(Poovaiah, 1986). 한편, 초음 파는 과실의 비파괴적 품질평가에서 acoustical technology 로 사용된 기술(Mizrach, 2000)로 최근에는 식품안정성의 요구도 증가와 더불어 식품위생처리의 한 방법으로 응용 (Bilek와 Turantas, 2013)됨은 물론 ‘대추’에 대한 염화칼슘 과 초음파의 복합처리가 칼슘이온의 흡수를 촉진하고 세 포벽 구조를 안정화시킴으로써 과실의 저장수명을 연장하 였다는 보고(Zhi 등, 2017) 등 초음파의 적극적인 수확 후 처리기술로서의 도입가능성이 높아지고 있다.

    천연 인지질인 리소포스파티딜에탄올아민[lysophosphatidyl ethanolamine, LPE, SignaFresh]은 포스파티딜 에탄올 아 민 (phosphatidylethanolamine)이 phospholipase A2의 효 소 작용으로 부분적 가수분해에서 유래 된 화학적 화합 물의 일종이다. LPE는 세포막의 미량 성분으로 토마토 에 있어 잎의 노화를 지연하고(Farag와 Palta, 1993a), 과실의 성숙을 촉진함과 동시에 저장성도 증진하는 효과 를 보이며(Farag와 Palta, 1993b), 포도의 경도 및 가용성 고형물 증가를 통한 품질 향상 효과가 보고된 바 있다 (Hong 등, 2007). LPE가 과실류의 저장성 향상 및 노화 억제에 관여하는 기작은 막 분해효소인 phospholipase D (PLD)의 활성 억제(Ryu 등, 1997) 및 에틸렌 유도 과정 의 스트레스 완화(Cowan, 2009)로 이해되고 있다.

    따라서 본 연구는 ‘황금배’에 대해 수확 후 칼슘 침지 및 초음파 병용처리 효과를 비교하고 ‘원황’에 대해 리 소포스파티딜에탄올아민 수확 후 처리 효과를 에틸렌작 용억제제 1-MCP 처리와 비교 검토함으로써 수출유망 국내육성 동양배 과실의 저장 전 처리기술 개발의 기초 자료로 제공하고자 실시하였다.

    재료 및 방법

    시험재료는 대전광역시 유성구에 위치한 개인 농가에 재식된 14년생 ‘황금배’ 품종과 12년생 ‘원황’을 각각 관행 수확기인 9월 11일 및 8월 14일에 수확하여 충남대 학교 과수원예학 실험실로 옮긴 후 ‘황금배’는 1일간, ‘원 황’은 3일간 음건한 다음 선별하여 실험에 이용하였다.

    ‘황금배’를 대상으로 무처리, 염화칼슘 0.25, 0.5, 1.0% 용 액(pH 7.0)을 각각 16L를 조제하여 한번에 10개씩의 과실 을 3분간 침지처리하였다. 또한, 초음파세척기(Powersonic 420)에 동일 용액을 넣고 700W, 40kHz 조건으로 초음 파 처리를 실시하였다. 처리 후 과실을 꺼내어 잔여 수분 을 paper towel로 제거한 후 상온에서 12시간 건조하였다. 이후 수출용 박스에 포장한 후 1°C에서 대미수출기간을 모의하여 30일간 저장한 후 10일의 상온 모의유통기간을 부여한 후 과실 품질을 조사하였다. ‘원황’에 대한 1-MCP 처리는 송풍장치가 달린 21L 들이 플라스틱 밀폐통에 과 실을 채우고 1-methylcyclopropene(1-MCP, SmartFreshTM, AgroFresh Inc., USA) powder를 기체상태로 기화시켜 1000ppb 농도로 12시간 상온에서 처리하였다(Choi 와 Bae, 2007). LPE 처리는 리소포스파티딜에탄올아민 (SignaFresh, USA)을 1000ppm 농도로 희석하여 3분간 침 지처리 후 과피의 잔여 수분을 페이퍼타올로 제거한 후 1 일간 음건하였다. 처리 후 포장은 ‘황금배’와 동일한 방법 으로 5kg들이 수출용포장을 실시하여 21°C 항온실에서 21일간의 모의유통 조건을 부여하였다.

    감모율은 처리 전 과실무게에서 저장·유통 후의 과실 무게를 제하여 백분율로 표시하였다. 과육의 경도는 적 도면에서 과피를 제거한 후 8mm flat-tipped probe를 사 용 Rheometer(CR-100D, Sunscientific, Japan)로 파열 경 도를 측정하였다. 가용성고형물 함량은 굴절당도계(PR-1, Atago, Japan)로 측정하였고, 산함량은 과즙을 희석 후 0.1N NaOH로 적정하여 사과산 함량으로 계산하였다. 과 피의 색도 측정은 과립의 적도면을 대상으로 색차계 (CR-200b, Minolta, Japan)를 이용 색택을 측정하였다. 과실의 에틸렌발생량 및 호흡률은 각각 FID 및 TCD가 장착된 gas chromatograph (Shimadzu, Japan)로 측정 후 계산하였다(Tamura 등, 2003). 생리장해 조사는 과실을 과경부로부터 과정부에 이르기 까지 10층으로 절단하여 발생률을 조사하고 과육에 발생한 갈변 및 Flesh spot decay(FSD) 증상을 지수별로 6단계(0:건전-5:심한 갈변) 로 나누어 조사하였다. 조사한 결과를 바탕으로 percentage disorder index(PDI)를 구하였는데 총 발생지 수를 더하여 조사하고 샘플수로 나눈 후 최고발생지수를 곱하여 구하였다(Lee 등, 2018).

    통계는 SPSS 프로그램(version 15.0, SPSS, Inc., Chicago, Illinoise, USA)을 사용하였다. 분산분석 (ANOVA)은 p<0.05의 유의수준에서 실행되었으며, 평균 은 Duncan’s multiple range test로 차이를 검정하였다.

    결과 및 고찰

    1. 칼슘 수확 후 처리가 ‘황금배’ 품질에 미치는 영향

    ‘황금배’에서 저온저장 및 상온유통 10일 후 감모율을 조사한 결과, 무처리 과실은 5.7%로 염화칼슘 침지 처 리 과실의 5.6-6.2%과 통계적 유의차가 없었고 염화칼슘 과 초음파처리를 병행한 처리구는 6.2-6.8%로 감모율이 다소 높게 조사되었으나 과실의 상품성에 영향을 줄 정 도의 감모율은 보이지 않았다(Table 1). 과실의 경도변화 를 보면, 전반적으로 초음파처리를 병행한 과실에서 경 도가 높게 유지되었는데 통계적 유의차는 없었으나 0.5% 염화칼슘 처리구가 20.5-21.3N으로 다소 높게 유 지되었다. 이전 보고에서 ‘황금배’ 과실의 경도 저하는 상온유통 기간이 증가하면서 크게 나타나며 20N 이하로 떨어지면 가식품질이 저하된다는 보고(Moon 등, 2008) 를 감안하면 본 실험에서 사용된 과실의 상품화 기간은 저온 저장 후 상온유통 10일 이내로 한정해야한다는 점 을 시사하고 있다. 가용성고형물 및 산함량은 전 처리구 에서 통계적인 유의차를 보이지 않았다 (Table 1).

    과피색의 변화에 있어 적색도(a*), 황색도(b*) 및 hue angle(Ho)은 과실의 성숙, 연화의 지표로 활용할 수 있는 데(López Camelo와 Gómez, 2004; Oh 등, 2010), 동양 배에서는 이를 근거로 과실의 숙도를 판단할 수 있으며 유통 중 연화과정이 행되면서 적색도가 증가하고 hue angle이 작아진다고 보고된 바 있다(Lee와 Chun, 2011). 실험 결과, 과피의 밝기를 나타내는 L* 값은 무처리구가 80.7로 가장 높았고 칼슘+초음파 처리구를 제외하고는 모든 칼슘처리구에서 무처리구와 통계적인 유의차가 없 었다. 과피의 적색도를 의미하는 a*은 음수가 커질수록 녹색, 양수가 커질수록 적색도의 발현을 의미하는데 무 처리구는 -2.62로 가장 높았고, 칼슘+초음파 처리구가 -3.03~-4.13으로 가장 낮아 과피의 녹색소실이 지연되어 상대적으로 신선하게 보이는 외관을 띄는 것으로 조사되 었다(Table 2). 한편 황색도인 b*은 처리 간 유의한 차 이가 없었으며 이러한 결과를 바탕으로 계산된 Hue angle은 무처리구가 93.28로 가장 낮아 칼슘처리구들에 비해 연화가 좀 더 진행된 것으로 나타났다.

    과실의 내부에 발생하는 생리장해를 조사한 결과, 과 육갈변, 과심갈변, flesh spot decay(FSD) 등 3가지 종류 의 생리장해 및 과피의 칼슘장해가 관찰되었다(Fig. 1). 과육갈변의 경우, 가식부위의 갈변이 주된 증상이었고 과심갈변은 종자를 포함하고 있는 core의 갈변, FSD는 유관속조직을 중심으로 과육조직의 붕괴가 관찰되었다. 고농도 칼슘장해인 skin blemish는 과피에 부정형의 갈 변으로 나타났다.

    ‘황금배’에서 가장 많이 발생한 생리장해는 과육갈변으 로 무처리구 과실에서 지수 28로 가장 높게 조사되었다. 0.25% 칼슘처리구는 침지, 초음파병행과 관계없이 17로 조사되었고, 0.5% 농도에서는 침지 13, 초음파병행구 10 으로 유의하게 낮았다(Fig. 2). FSD 발생은 무처리구에 서 지수 9로 다른 칼숨처리구에 비해 발생이 많았고 과 심갈변 발생은 처리간 유의한 차이를 볼 수 없었다. 모 든 칼슘처리구에서는 정도의 차이는 있지만 과피갈변 장 해가 유발되었는데 1.0% 농도에서는 20-23%가 발생하 였고, 0.5% 이하의 농도에서는 초음파병행 처리와 관계 없이 4% 이하로 낮게 조사되었다(Fig. 2).

    이상의 결과를 종합해 보면 ‘황금배’ 품종에 대한 수확 후 칼슘처리는 저온저장 후 상온유통기간 중 경 도, 색택유지 및 생리장해 발생 억제에 효과적인 것으 로 나타났으므로 1.0%의 고농도 장해를 회피하는 0.5% 이하의 농도에서 초음파처리를 병행하여 실시할 경우, 과실의 품질저하를 지연시킬 수 있을 것으로 기 대되었다.

    2. LPE 및 1-MCP 수확 후 처리가 ‘원황’배 상온유 통 중 품질에 미치는 영향

    상온보구력이 약한 배‘원황’를 대상으로 리소포스파티 딜에탄올아민(LPE)의 수확 후 상온보구력 증진을 위한 처리의 적용가능성을 검토하기 위하여 에틸렌작용억제제 인 1-MCP 처리와 과실의 반응성을 비교 조사하였다. 상 온유통 중 감모율은 유통기간이 경과하면서 증가하는 경 향을 보여 상온유통 유통 21일 후 무처리 3.84%, LPE 3.87%, 1-MCP 처리 3.92%로 처리 간 감모율 차이는 나타나지 않았다(Table 3). 과실의 경도변화를 보면, 처 리간 통계적으로 유의한 차이는 유통 14일까지는 나타 나지 않았고, 유통 21일에 LPE 처리구에서 29.04N으로 다소 낮아 기존의 ‘황금배’에 대한 처리 효과(Moon 등, 2008)와 유사하게 1-MCP 처리구는 유통과정 중 33N 이상으로 일정하게 유지되는 등 유통 중 경도저하가 낮 았다(Table 3). 가용성고형물 함량의 경우 상온유통 기간 이 경과함에 따라 함량이 낮아지는 경향을 보였으나 1- MCP처리구는 유통기간 중 변화가 크게 일어나지 않았 으며, 산함량은 유통기간 중 큰 변화를 보이지 않았다 (Table 3).

    ‘원황’에서는 과육갈변, 과심갈변, FSD, 바람들이 등 4 가지 생리장해가 발생되었다. 1-MCP 처리구는 유통 14 일까지 유의하게 생리장해 발생지수가 낮아 효과적이었 는데 유통 21일에 FSD 발생이 무처리구 및 LPE 처리 구에 비해 2배 증가한 결과를 제외하고는 전반적으로 생리장해 발생이 유의하게 낮았다(Table 4). 한편, LPE 처리구는 무처리구에 비해서는 생리장해 지수가 낮았으나 1-MCP에 비해서는 상대적으로 높은 결과를 보였다. 이와 같은 결과는, 과실의 호흡량을 조사한 결과에서 그 원인 을 찾을 수 있었는데, 1-MCP 처리구의 경우 상온유통기 간 중 5.6-5.0mL·kg-1·hr-1로 무처리구의 6.0mL·kg-1·hr-1에 비해 유의하게 낮아 동양배 과실에서 보여지는 호흡량의 증가에 의한 과실연화의 진행을 억제하는데 효과적이었음 을 알 수 있었다(Lee 등, 2012; Lee 등, 2017). 반면, LPE 처리구의 경우, 상온유통기간 중 6.9-5.3mL·kg-1·hr-1으로 호흡량의 고저차가 컸던 점을 감안하면 LPE 처리가 과실 성숙을 유도하는 동시에 저장성에도 긍정적으로 작용한다 는 기존의 보고(Farag와 Palta, 1993b)와 유사한 결과를 보였다.

    이상의 결과를 종합해 보면 ‘원황’ 품종에 대한 수확 후 LPE처리는 상온유통기간 중 생리장해 발생 억제에 일부 효과를 보이지만 기존의 에틸렌작용억제제인 1- MCP에 비해서는 그 효능이 떨어지는 것으로 나타났다. 따라서, 수확 후 LPE처리의 효과를 높이기 위해서는 처 리 농도 조정 및 처리방법 개선 등이 요구되는 것으로 판단되었다.

    사 사

    본 연구는 2018년도 농촌진흥청 지원 연구비 (PJ012416032018)에 의하여 수행된 결과임

    Figure

    KSBEC-27-312_F1.gif

    Main physiological disorders discovered in ‘Whangkeumbae’ pear fruits.

    KSBEC-27-312_F2.gif

    Effects of calcium chloride dipping (DP) with or without ultrasound (US) on the incidence of physiological disorders of 'Hwangkeumbae' pears stored for 30 days at 1°C plus 10 days of simulated marketing at 25°C. Percent disorder index = (Total disorder index/number of fruit)×100/highest scoring index. Different letters above each bar represent statistical significance within each physiological disorder by Duncan’s multiple test at 5% level.

    Table

    Effects of calcium chloride dipping with or without ultrasound on weight loss, firmness, soluble solids and titratable acidity of ‘Hwangkeumbae’ pears stored for 30 days at 1°C plus 10 days of simulated marketing at 25°C and 80% relative humidity.

    Effects of calcium chloride dipping with or without ultrasound on skin color difference of ‘Hwangkeumbae’ pears stored for 30 days at 1°C plus10 days of simulated marketing at 25°C.

    Effects of postharvest lysophosphatidyl ethanolamine (LPE) dipping and 1-methylcyclopropene (1-MCP) fumigation on weight loss, firmness, soluble solids, titratable acidity in ‘Wonhwang’ pears stored for 21 days at 21°C.

    Effects of postharvest lysophosphatidyl ethanolamine (LPE) dipping and 1-methylcyclopropene (1-MCP) fumigation on the incidence of physiological disorders in 'Wonhwang' pears stored for 21 days at 21°C.

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