Effects of ethylene treatment on postharvest quality in kiwi fruit

Introduction

원예산물은 성숙과정 중 호흡량과 에틸렌 발생량이 급등하는 climacteric형 그리고 급등하지 않는 non-climacteric형으로 구분되며, 외생 에틸렌 처리는 내생 에틸렌과 호흡을 증가시키고 성숙과 노화를 촉진시킨다. 에틸렌의 생합성은 S-adenosylmethionine (SAM)으로부터 에틸렌의 전구물질인 ACC를 거쳐 에틸렌으로 생성되는 과정을 거치게 되는데, 외생 에틸렌은 ACC의 합성과 아울러 ACC로부터 에틸렌으로 전환하는 과정을 촉진한다(Riov and Yang, 1982).

에틸렌 처리는 자두 과실의 수확시기를 앞당길 수 있으며, 과실의 호흡량 및 에틸렌 생성량을 증대시키고, 색의 변화에 영향을 미친다고 하였다(Lim et al., 1996; Oh et al., 2007). 토마토 과실에 있어서도 외생 에틸렌에 의해 세포벽분해 효소인 polygalacturonase합성의 촉진제 역할을 함과 동시에 과실의 연화를 촉진되고(Grierson and Tucker, 1983), 또한 사과 ‘홍로’ 과실에 에틸렌을 처리할 경우 호흡량과 에틸렌 생성량이 증가 되었다(Lim et al., 2009). 키위 과실의 후숙은 온도가 높을수록 빠르게 진행되며, 경도와 산함량이 감소하여 후숙이 진행된다고 하였고(Koh et al., 2003; Park et al., 2000), 에틸렌처리는 감 및 키위 과실의 후숙 속도를 더욱 빠르게 진행시킨다(Park et al., 2006a; Park et al., 2006b). 떫은감은 성숙 후에도 가용성 탄닌을 함유하고 있어 탈삽 또는 연시과정이 필요한 과실이므로(Taira et al., 1990), 연화를 촉진하기 위해 에틸렌을 이용한다(Lim et al., 1993; Park et al., 1998; Park et al., 2000).

본 실험은 그린키위 과실의 안정적 공급 확대를 위하여 여러 저장온도 조건에서 키위 과실의 외부 에틸렌에 대한 생리화학적 반응을 조사하여 에틸렌 반응성 및 에틸렌 발생제의 실용적인 이용방법을 검토하고자 수행하였다. 

Materials and Methods

그린키위

본 실험에 이용된 키위 “Hayward” 는 제주지역에서 재배되었으며 관행수확기인 2014년 12월 초에 수확하여 제주 한라골드 영농조합법인 저온저장고에서 1℃로 저장 보관한 후 2014년 12월 8일 국립원예특작과학원으로 이송, 실험에 이용하였다. 수확 직후 기형과 및 부패과실을 배제하고 선별한 후 12월 9일에 10, 15, 20℃에서 에틸렌 반응성 조사를 위한 에틸렌을 처리하였다.

에틸렌반응성 조사를 위한 에틸렌처리

에틸렌처리는 각 저장온도에 30 L 플라스틱 통에 과실을 넣고 과실의 품온이 각 저장온도와 일치할 때까지 저하한 것을 확인 후 5% 에틸렌을 주사기로 주입하여 10, 50, 100 μL·L^-1 농도를 맞추었다. 지속적인 에틸렌 농도를 유지하기 위해 매 24시간 마다 개봉하여 30분 정도 환기하고, 에틸렌 반응성 조사용 샘플을 채취한 후 에틸렌을 재처리하였다.

에틸렌 발생량 측정

박스 내 에틸렌 함량을 측정하기 위해 박스 상단 부에서 1 mL 가스를 취하여 분석하였다. 에틸렌 분석은 alumina 컬럼과 FID가 장착된 GC (GC, Hewlett-packard 5890. USA)를 이용하여, injection 110℃, oven 70℃로 조정하였으며, detector는 250℃로 설정하여 측정하였다. 이때 flow rate는 30 mL·min^-1로 설정하였다. 에틸렌의 standard gas농도는 10 μL·L^-1 를 사용하였다.

과실품질조사

경도는 과실의 적도부위 과피를 제거 후 Texture Analyzer (25 kg load cell, 5 mm cylindrical probe, TA-XT2, Surrey, U.K.)를 이용하여 깊이 10 mm, 속도 2 mm/sec로 과실당 적도부위 2군데를 측정하여 평균값으로 하였다.

가용성고형물은 과육에서 채취된 과즙을 Refractometer (RA-520N, Japan)를 이용 20℃로 보정하여 측정하였다.

색도는 2 등분된 과실 과육 부분의 적도면 과피를 색도계(CR-300, Minolta Corp., Japan)를 사용하여 한 과실당 두 곳을 측정한 후 평균값으로 하였다.

숙도에 따른 에틸렌 처리 효과의 품질조사를 위해 완전 임의 배치법 3반복으로 하였고 통계분석은 SAS 프로그램(SAS 9.1, SAS Institute Inc., USA)을 이용하여 Duncan 다중범위검정으로 분석하였다.

에틸렌 발생제

숯을 이용한 에틸렌 발생제로서 국립원예특작과학원에서 자체 개발 후 기술 이전된 ㈜ 탑푸레쉬의 제품을 이용하였으며, 시중에 유통되는 5 kg 키위 박스 무공 비닐 안에 처리한 후 그 효과를 분석하였다(Fig. 1).

Results and Discussion

에틸렌 반응성

키위 “Hayward” 과실의 저장온도 및 에틸렌농도(10, 50, 100 μL·L^-1)에 따른 과실의 품질변화를 조사한 결과는 다음과 같다. 무처리 과실의 후숙은 저장온도에 관계 없이 시험기간 동안 비슷한 경도를 유지하면서 후숙이 되지 않았다. 반면, 에틸렌 처리구는 경도가 빠르게 감소하였으며 특히, 온도가 높을 수록 경도 저하 속도가 빨랐다(Fig. 2). 또한, 에틸렌 농도가 높을수록 경도 저하 즉 키위과실의 후숙을 더욱 빠르게 진행시켰다. 이는 높은 농도의 에틸렌이 키위 과실의 후숙에 더욱 영향을 미친다는 결과를 보여주고 있다. 반면 10℃ 처리구에서는 에틸렌처리가 경도 저하에 영향을 미치긴 하지만 에틸렌농도에 따른 경도저하의 차이를 볼 수 없었다. 이는 저온에서의 후숙에 관여하는 생리 대사 억제 에틸렌 감응성이 둔감하게 작용하기 때문인 것으로 생각된다(Fig. 2). 반대로, 가용성 고형물의 변화는 경도 저하와 반대로, 처리 온도가 높을 수록 무처리 과실에 비해 가용성 고형물의 증가 속도가 빨랐으며, 15, 20℃ 무처리 과실은 처리 187시간 후에도 가용성 고형물의 증가가 미미하였다. 반면 10℃에서는 15, 20℃ 처리구에 비해 에틸렌 처리로 인한 가용성 고형물의 증가가 상대적으로 낮음을 보였는데 이는 에틸렌처리에 의해 경도가 상대적으로 낮았고(Fig. 1), 가용성 고형물에 관여하는 생리작용이 저온 10℃로 인해 억제되었을 것으로 생각된다(Fig. 3). 아울러, 에틸렌 농도에 따른 가용성고형물의 차이는 뚜렷한 경향을 볼 수 없었다.

무처리 과실의 산의 함량 변화는 저장온도에 관계 없이 시험기간 동안 비슷한 경향을 유지하면서 감소되지 않았다. 반면, 에틸렌처리에 의해 산 함량이 빠르게 감소하였는데 온도가 높고 에틸렌 농도가 높을 수록 에틸렌 농도에 따른 산 함량 저하속도가 빨랐다(Fig. 4). 반면 10℃에서는 15, 20℃ 처리구에 비해 에틸렌 처리로 인한 산함량의 감소가 상대적으로 낮았고, 에틸렌 농도에 따른 뚜렷한 차이를 볼 수 없었는데 이는, 산의 함량 저하에 관여하는 생리작용이 저온 10℃로 인해 억제되었을 것으로 생각된다(Fig. 3).

상기의 결과는 온도가 높을수록 과실 호흡의 증가와 함께 에틸렌 처리로 가역적인후숙 생리가 진행되면서 일반적으로 나타나는 경도 및 산의 함량 저하와 함께 당의 증가로 이어진 것으로 생각된다.

키위 후숙을 위한 에틸렌처리 필요시간은 50 L·L^-1의 농도로 기준하여 24시간이 필요한 것으로 조사되었고, 후숙에 필요한 소요기간은 10, 15, 20℃ 각 온도 별 4 - 5, 3 - 4, 3일이 소요되었다(Fig. 5). 또한 10, 15℃의 온도에서도 20℃ 처리구와 동일하였다(데이터 미제시).

이러한 에틸렌의 효과는 에테폰 단용 또는 KOH와 혼용하여 에틸렌을 발생시켜 떫은감에 처리하면 홍시를 제조할 수 있었다는 이전의 결과와 일치한다(Lim et al., 1993; Park et al., 1998; Park et al., 2000).

에틸렌 처리에 의한 식미도를 조사한 결과 온도가 높고 에틸렌 농도가 높을수록 식미가 양호하였다(Table 1). 수확 후 품질이 우수한 키위를 제조하기 위해서는 품질을 감안하여 에틸렌의 농도가 50 μL·L^-1이상이 유지되도록 포장한 후 낮은 저온 보다는 비교적 높은 15℃ 이상의 온도에서 처리하는 것이 신맛 제거와 후숙 과일 제조에 효과적이었다. 이는 에틸렌을 이용한 떫은감 및 자두과실의 연화촉진을 위해서는 낮은 저온 보다는 높은 온도에서 더욱 효과가 있었다는 이전의 결과와 일치한다(Lee and Young, 1984; Lim et al., 1996). 반면, 에틸렌처리에 의한 과피 및 과육색의 뚜렷한 변화를 관찰할 수 없었다(Fig. 7).

에틸렌 발생제 이용효과

그린키위 후숙을 위해 필요한 숯을 이용한 에틸렌 발생제를 시중에 유통되는 키위박스에 처리하여 내부 에틸렌을 분석한 결과 24시간 후 400 μL·L^-1정도의 높은 에틸렌 농도를 나타냈으며 이후 최소 50 μL·L^-1이상으로 높게 유지 되었고(Fig. 6), 키위 후숙이 양호하게 나타났다. 또한, 에틸렌발생제가 처리된 박스 안의 에틸렌 농도가 실험기간 후반에 다소 증가하는 경향을 보였는데, 이는 키위 과실 자체에서 발생되는 에틸렌에 의한 결과로 생각한다. 이러한 결과는 무처리 박스에서 실험기간 후반에 에틸렌 농도가 높아지는 결과와 부합한다(Fig. 6).

이러한 결과는 상기에서 적당한 후숙을 위해 50 μL·L^-1이상의 에틸렌으로 24시간 처리가 필요하다는 결과(Table 1, Fig. 5)와 일치함으로써 숯을 이용한 에틸렌 발생제가 실용적으로 유용하다는 결과를 제시하였다.