Extended shelf-life of ‘Kumhong’ nectarine and ‘Madoka’ peach fruits by treating the trees with calcium compounds and chitosan

Korean Journal of Agricultural Science
Guk-Jin Lee1Dan-Bi Lee 1Sung-Jong Kim2Seong-Jin Choi3Hae-Keun Yun1*

Abstract

Peaches have soft tissues compared to other fruits and are vulnerable to softness, wounds, and loss of marketability due to the weak fruit hardness after harvest. It is necessary to develop a technology to improve the shelf-life of the fruit to expand the distribution of peaches. Calcium compounds and chitosan have an important role in improving the shelf-life of fruit by maintaining the hardness and reducing the respiration rate in peach fruits. In this study, to select useful compounds to improve the shelf-life of peaches, calcium citrate, calcium chloride, calcium nitrate, GH-Ca, OS-Ca, chitosan, and chitosan dissolved in calcium chloride were sprayed onto peach trees. The characteristics of the harvested fruits were investigated after the ‘Kumhong’ and ‘Madoka’ peach tree treatments. The hardness of the fruit was kept the highest with the combined treatment and remained high with the calcium citrate, chitosan and calcium nitrate treatments. Ethylene production and respiration were effectively inhibited by the GH-Ca and chitosan treatments. There was no significant difference in soluble solids content and acidity among the fruits treated with the chemicals. The coloration of the fruit skin was not delayed by the calcium and chitosan chemical treatments. Calcium compounds were increased in the fruits and leaves of the peach trees treated with the chemicals compared to the untreated ones. These results suggest that the calcium treatment extended the shelf-life by increasing the calcium content in the leaves and fruits of the peach trees.

Keyword



Introduction

복숭아는 다른 과종에 비해 수확 후부터 과실의 연화가 급격하게 진행되고 조직이 연하여 보구력이 약한 특징이 있다. 과실의 성숙에는 세포벽의 세포벽 분해효소에 의해 세포벽이 붕괴되면서 세포 간의 결합이 약화되어 과실의 연화를 초래한다(Hobson, 1981; Huber, 1981). 과실의 연화에 관여하는 효소는 pectin lyase (PL), polygalacturonase (PG), pectinmethylesterase (PME), cellulase, α-, β-galactosidase, β-glucosidase, β-arabinosidase, α-mannosidase 및 β-xylosidase 등이 알려져 있다.

과실의 연화는 품질 변화 뿐 만 아니라 보구력의 저하를 유발하는데, 그동안 보구력을 증진시키기 위해 많은 연구들이 수행되었으며, 저온저장(Cho et al., 2011; Yoo et al., 2018), CA저장(Park, 1999b), MA저장(Chung et al., 2006; Park et al., 2007), 예냉처리(Kim et al., 1999; Kim et al., 2003), 선도유지제(Oh et al., 1996), 이산화탄소 처리(Choi et al., 2005; Choi et al., 2007) 등을 이용한 많은 연구가 수행되었다.

칼슘 처리는 과실의 연화를 지연시키고 호흡을 억제하여 숙성을 조절하는 것으로 알려져 있다(Bangerth et al., 1972; Cheour et al., 1990). 칼슘에 의한 숙성 조절은 세포벽 물질을 용출 시키는 것과 같은 세포벽 구조를 변화시키는 작용에서 비롯된다. 세포벽이 붕괴됨으로써 연화가 일어나는데 세포벽 성분 중에서 펙틴사슬에 칼슘이 이온 결합을 하게 되면 세포벽 붕괴가 억제되고 연화가 지연되며 세포벽 내에서 평행구조를 이루는 펙틴 사슬 들은 칼슘을 매개로 하여 이온결합을 하여 세포벽 구조를 견고하게 한다(Park, 1999a).

키토산은 갑각류의 외골격을 구성하는 주성분인 키틴이 탈아세틸화과정을 통하여 생성되며, 농업에서 그 활용 범위가 넓어 지고 있다(Kumar, 2000). 키토산은 과실, 채소 등의 표피에 피막을 형성함으로써 증산과 호흡을 억제하여 저장성을 향상시키는 효과를 나타낸다(Bautista-Banos et al., 2006). 국내에서도 딸기에서 경도 유지, 잿빛곰팡이병 발생 억제 및 표피의 광택 유지 효과가 나타난다고 보고되었으며(Hwang and Ku, 2004), 포도의 생체중 감소, 건조 및 탈립 지연, 산 함량의 저하와 호흡억제, 항균작용의 효과가 있음이 보고되어 있다 (Choi, 2007). 외국에서는 ‘Hakuho’ 복숭아에서도 수확 후 키토산 처리는 처리 농도가 높을수록 경도 유지, 에틸렌 발생 및 호흡 억제에 효과가 있다고 보고되었다(Du et al., 1997).

칼슘과 키토산은 이용이 간편하여 다른 작물의 저장성 향상을 위한 수확후관리 연구는 수행되었으나(Du et al., 1997; Lee et al., 2001), 복숭아에서는 이를 이용한 보구력 향상에 관한 연구는 극히 미미한 상태이다.

따라서 본 연구는 복숭아 과실의 수확 후 저장성 및 보구력 향상을 위하여 최근 국내에서 육성된 무모계 황도 품종인 ‘금홍’ 과 국내 주요 재배 품종인 유모계 백도 품종을 대상으로 과실의 생육기의 수체에 칼슘제 및 키토산 제제를 살포하였으며, 수확 후 상온저장 및 저온저장 기간에 과실 특성의 변화와 호흡량 및 에틸렌 함량의 변화를 비교하여 복숭아과실의 저장성 향상을 위한 자료를 제공하고자 수행하였다.

Materials and Methods

시험 식물체

실험은 경상북도 경산시에 위치한 관행재배가 이루어지는 농장에서 중생종인 ‘금홍’과 ‘마도카’ 복숭아 품종의 성목을 대상으로 수행하였다. 수세가 비슷한 나무를 선정하여 동일한 조건에서 관행적인 수확 적기에 과실의 크기와 착색 정도를 고려하여 수확하여 시험에 이용하였다.

칼슘제 및 키토산 처리 및 과실 저장

칼슘제제로는 구연산칼슘(Pertex Cal, Calpia, Cheongju, Korea), 염화칼슘(MBcell, California, USA), 질산칼슘(Special Calcium, Yooli Corporation, Chungju, Korea), GH-Ca (엠원예기술연구소, Hwasung, Korea), OS-Ca (엠원예기술연구소, Hwasung, Korea), 키토산(chitosan, 2%) 제제를 사용하였다. 단용으로는 구연산칼슘(275 mg·L-1), 염화칼슘(4,000 mg·L-1), 질산칼슘(200 mg·L-1), GH-Ca (340 mg·L-1), OS-Ca (340 mg·L-1), 키토산제제(200 mg·L-1)를 처리하였으며, 혼용처리구로 키토산(200 mg·L-1)에 염화칼슘(40,000 mg·L-1)을 용해시켜 처리하였다. 반복 당 1주로 하여 완전임의 3반복으로 처리하였다. 2017년에 제제살포는 7월 6일부터 모두 1차 처리 후 7일 간격으로 4회 살포하여 ‘마도카’는 7월 28일, ‘금홍’은 8월 2일에 수확하였다. 2018년 제제살포는 7월 6일부터 모두 1차 처리 후 7일 간격으로 4회 살포하여 ‘마도카’ 7월 27일, ‘금홍’ 8월 8일에 수확하였다. 저장 방법은 과실을 수확 후 처리별로 선별하여 수확박스에 보관하면서 상온저장(25℃), 저온저장(12℃)으로 구분하여 기간이 경과하면서 과실특성 변화를 조사하였다.

과실 특성 조사

과실의 특성 변화를 조사하기 위하여 105일(‘마도카’)과 115일(‘금홍’)에 과실을 수확하여, 상온에 보관하는 과실은 수확 직후부터 2일 간격으로 6일동안 조사하였고, 저온저장하는 과실은 4일 간격으로 8일까지 조사하였다. 처리당 6개 과실의 과중, 경도, 가용성 고형물 함량, 산 함량, 색도, 에틸렌 발생량과 호흡량을 측정하였다. 과실의 경도를 측정하기 위해 과실의 적도 부위의 과피를 제거한 후 probe (직경 11 mm) 를 장착한 과실경도계(EST-FG2V, POLYGON, China and EFG-1000, ENPAIX, China)를 사용하여 반복 당 3회 측정한 값을 평균하여 Newton (N)으로 나타냈다. 가용성 고형물 함량은 과육에서 착즙한 과즙을 디지털 당도계(PAL-1, ATAGO, Japan)로 측정하여 ˚Brix로 나타냈다. 산 함량은 3 mL의 과즙을 30 mL의 증류수에 희석하고 디지털 과일 산도계(GMK-835N, GMK, Korea)를 이용하여 측정하였으며 %로 나타냈다. 색도는 과실의 봉합선을 기준으로 하여 과실 적도면을 색도계(CR-300, MINOLTA, Japan)를 이용하여 과실 당 3회 측정한 값(백판 L 93.8, a 0.3130, b 0.3195)을 평균하였다. 에틸렌 발생량과 호흡량은 저장 중인 과실을 실온에서 안정화를 시킨 후 6개의 과실을 대상으로 각각 1 L의 용기에 넣어 1시간 동안 밀폐한 후 1 mL의 용기 내의 공기를 포집하여 GC (GC-2010, SCHMADZU, Japan)를 이용하여 에틸렌 및 이산화탄소의 농도를 측정하였다. 에틸렌 분석 조건은 1 mL의 시료를 carrier gas N2 (20 mL/min)조건에서 Column (SUS ID 2 mm × 1 m, active alumina 60 - 80 mesh 150℃)을 이용하여, detector는 FID 250℃조건하에 측정되었다. 이산화탄소 분석 조건은 0.5 mL의 시료를 Carrier gas H2 (40 mL/min)조건에서 Column (SUS ID 2 mm × 1 m, active carbon 60 - 80 mesh 150℃)을 이용하여, detector는 TCD 180℃ 조건하에 측정되었다.

칼슘 함량 분석

잎과 과실의 칼슘 함량을 분석하기위해 품종 별 수확기에 잎과 과실을 수확하였다. 나무 당 잎을 15 - 20매, 과실은 6개를 채취하였으며, 분석을 위해 흐르는 물에서 세척하여 열풍 순환식 건조기(HB-502M, HANBAEK, Korea)를 이용하여 80 - 90℃에서 7일간 건조하였다. 건조한 시료를 분쇄한 후, 1 g을 정량 하여 6 M HCl을 사용하여 용해하였으며, 가온 여과한 후 유도결합플라즈마 분광분석기(ICP Integra XL 2.6, GBC Scientific Equipment, Melbourne, Australia)를 이용하여 칼슘 함량을 분석하였다.

통계처리

통계분석은 SPSS프로그램(IBM SPSS Statistics 20, SPSS Inc., USA)으로 분산분석을 실시하였고 실험처리 평균치 간의 유의성은 Duncan’s multiple ranges test (p< 0.05)으로 검정하였다.

Results and Discussion

가용성 고형물, 산 함량, 색도 변화

상온 저장중에 ‘금홍’ 품종의 가용성 고형물 함량이 상승하는 경향을 보였으며 2017년 실험에서 수확 직후 처리 간의 유의차는 나타나지 않았으나, 2일차에서 구연산 처리구에서만 낮은 가용성 함량을 보였지만 4일차와 6일차에서 처리 간 유의차가 나지 않았다. 2018년 실험에서 GH-Ca 처리구에서 수확 직후 저장 기간 동안 다소 낮은 가용성 고형물 함량을 보였지만 이외의 처리구에서 저장 기간 동안 처리간 유의 차이가 크지 않았다. 산 함량의 변화는 2017년 실험과 2018년 실험에서 수확 직후 가장 낮은 산 함량을 보였으며 처리간 유의차이가 나지 않았다. 과피색의 변화는 2017년 실험과 2018 실험에서 수확직후와 저장 기간 동안 처리간 유의 차이는 나타나지 않았다(Table 1).

Table 1. Fruit characteristics ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 and 2018.

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zHunter’s color value: a = + 80 (red), - 80 (green).

a, b: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

저온 저장에서 ‘금홍’ 품종의 저장기간중에 가용성 고형물 함량이 상승하는 경향을 보였으며 2017년 실험에서 4일차에서 처리간 유의 차이는 나지 않았으나, 8일차에서 무처리구와 구연산 처리구에서 다소 낮은 가용성 고형물 함량을 보였지만 처리간 차이는 크지 않았다. 2018년 실험에서 4일차에서 OS-Ca 처리구와 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 낮은 가용성 고형물 함량을 보여 처리간 유의 차이가 있었으며, 8일차에서 키토산 처리구에서 가장 높은 가용성 고형물 함량을 보였으며 이를 제외한 처리에서는 유의차이는 나지 않았다. 산함량의 변화는 2017년 실험과 2018 실험에서 저장 기간 동안 전체적인 산 함량이 상승하는 경향을 보였으며 처리간 유의차이가 나지 않았다. 색도의 변화는 2017년 실험과 2018 실험에서 저장 기간 동안 처리간 유의 차이는 없었다(Table 2).

Table 2. Fruit characteristics ‘Kumhong’ nectarines treated with calcium and chitosan during low temperature storage in 2017 and 2018.

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zHunter’s color value: a = + 80 (red), - 80 (green).

a, b: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘마도카’ 품종의 상온 저장에서 가용성 고형물 함량 변화는 2017년 실험에서 수확 직후 4일차까지 처리 간 유의차가 없었으며, 2018년 실험에서 수확 직후 4일차까지 처리 간 유의차가 나지 않았으나, 이후에도 처리 간 유의차는 크지 않았다. 산함량의 변화는 2017년 실험에서 수확 직후 저장 기간 동안 처리간 유의 차이가 나지 않았다. 2018 실험에서 수확 직후와 저장기간 중에 6일차에서 염화칼슘 처리구에서 높은 산 함량을 보였으며 처리 간의 유의차는 나타나지 않았다. 또한 과피색은 2017년 실험과 2018 실험에서 저장 기간 동안 처리간 유의 차이가 나지 않았다(Table 3).

Table 3. Fruit characteristics ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 and 2018.

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zHunter’s color value: a = + 80 (red), - 80 (green).

a, b: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘마도카’ 품종의 저온 저장에서 가용성 고형물 함량은 2017년 실험과 2018 실험에서 저장 기간 동안 처리에 따른 유의 차이가 나지 않았다. 산함량의 변화는 2017년 실험에서 저장 기간 동안 처리간 유의 차이가 나지 않았지만, 2018 실험에서 4일차에서 무처리구, 구연산칼슘, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 낮은 산 함량이 나타났다. 과피색은 2017년 실험과 2018 실험에서 저장 기간 동안 처리 간의 유의 차이가 나지 않았다(Table 4).

Table 4. Fruit characteristics ‘Madoka’ peaches treated with calcium and chitosan during low temperature storage in 2017 and 2018.

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zHunter’s color value: a = + 80 (red), - 80 (green).

a, b: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘금홍’, ‘마도카’ 품종에서 상온·저온 저장 기간 동안 가용성 고형물 함량과 산 함량의 변화는 처리 간 차이가 크지 않았다. 이와 같은 결과는 기존의 연구와 동일하게 칼슘제 및 키토산 처리는 가용성 고형물과 산 함량의 변화에 큰 영향을 주지않는다는 보고와 일치하였다(Moon et al., 1999; Gayed et al., 2017). 과피의 착색에도 처리 간 유의차가 나타나지 않았으며 이러한 결과는 단감에서 염화칼슘 처리한 칼슘에 의해 착색이 지연되지 않는다는 결과와 일치하였다(Kim et al., 2005).

과육 경도의 변화

‘금홍’ 품종에서는 2017년 실험에서 수확 직후 구연산 칼슘 처리구에서 경도가 높게 나타났으며, 상온저장 중에 칼슘처리에 의해 경도가 높게 유지되는 경향을 보였으며, 특히 구연산 처리구에서 가장 높은 경도를 유지하였으며 6일차까지도 효과적 이였다. 2018년 실험에서 수확 직후 모든 처리구에서 무처리구보다 높은 경도를 보였으며 저장 기간 동안 에 경도가 높게 유지되는 경향을 보였으며 저장 6일까지 구연산칼슘, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 경도 유지에 효과적이었다. 특히 2017년 실험과 2018년 실험에서 저장 기간 동안 공통적으로 구연산칼슘 처리구에서 경도유지에 가장 효과적 이였다(Fig. 1).

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Fig. 1. Hardness of fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - e: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘금홍’ 품종의 저온 저장 기간 동안 모든 처리구에서 무처리구 보다 높은 경도를 유지하였다. 2017년 실험에서 8일차까지 염화칼슘 처리구에서 경도가 가장 높게 유지하였고, 2018년 실험에서 8일차까지 구연산칼슘, 염화칼슘, GH-Ca 처리구에서 경도 유지에 효과적 이였다. 특히 2017년 실험과 2018년 실험에서 저장 기간 동안 공통적으로 염화칼슘 처리구에서 경도유지에 효과적 이였다(Fig. 2).

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Fig. 2. Hardness of fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during cold storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - e: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

2017년의 ‘마도카’ 품종의 경도는 수확 직후부터 상온 저장 4일까지 처리간 유의 차이가 크지 않았으나, 6일차에서 OS-Ca 처리구를 제외한 처리구에서 경도를 높게 유지하였다. 2018년에는 수확 직후 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 경도가 높았으며, 4일차에서는 구연산칼슘, 염화칼슘, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 경도를 높게 유지하였으며, 6일차에서 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 가장 높게 경도를 유지하였다. 2017년 실험과 2018년 실험에서 저장 기간 동안 공통적으로 염화칼슘 처리구에서 경도가 유지되었다(Fig. 3). 저온 저장 중인 ‘마도카’ 품종에서는 4일차부터 8일차까지 구연산칼슘, 염화칼슘, OS-Ca, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 경도의 유지가 양호하였다(Fig. 4).

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Fig. 3. Hardness of fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - d: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

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Fig. 4. Hardiness of fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during cold storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - d: Different letters indicate significance at the p-value< 0.05.

상온·저온 저장 기간 동안 경도 변화는 처리구에서 무처리구보다 경도를 높게 유지하는 경향을 보였으며 ‘금홍’, ‘마도카’ 두 품종 모두에서 구연산칼슘, 염화칼슘 처리가 효과적이었다. 이는 칼슘이 내부로 이동 축적이 되어 Ca-pectate를 형성해 세포벽과 middle lamella의 구조를 견고하게 유지하여 과실의 연화 지연에 관여한 것으로 사료된다(Poovaiah, 1998).

과실의 에틸렌 생성량의 변화

2017년도에는 ‘금홍’ 품종의 상온 저장 실험에서는 수확 직후 4일차까지 모든 처리구에서 무처리구보다 낮은 에틸렌 발생량을 보였으며, 6일차에서 OS-Ca 처리구에서 에틸렌 발생억제 효과가 가장 좋았다. 2018년 실험에서는 수확 직후 4일차까지 처리구에서 무처리구보다 낮은 에틸렌이 발생하였고, 6일차에서 낮은 에틸렌 발생량을 보였지만 키토산 처리구에서 에틸렌 발생억제 효과가 가장 좋았다(Fig. 5).

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Fig. 5. Ethylene production in fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

2017년 실험에서는 ‘금홍’ 품종의 저온 저장에서 에틸렌 발생량은 4일차까지 모든 처리구에서 무처리구 보다 낮은 에틸렌 발생량을 보였다, 2018년 실험에서는 8일차에서는 모든 처리구에서 무처리구보다 낮은 에틸렌 발생량을 보였으며, 특히 구연산 처리구에서 에틸렌 발생에 대한 억제 효과가 가장 좋았다(Fig. 6).

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Fig. 6. Ethylene production in fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘마도카’ 품종의 상온 저장 실험에서 에틸렌 발생량은 2017년 실험에서는 모든 처리구에서 수확 직후부터 저장 기간 동안 낮은 수준의 에틸렌 발생량을 보였다. 2018년 실험에서는 저장 기간 동안 처리구에서 무처리구 보다 낮은 에틸렌 발생을 하였으며, 6일차에서 특히 염화칼슘, 질산칼슘 처리구에서 에틸렌 발생 억제에 효과적이었다(Fig. 7).

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Fig. 7. Ethylene production in fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘마도카’ 품종의 저온 저장에서 에틸렌 발생량은 2017년 실험과 2018년 실험에서 4 - 8일차에서는 모든 처리구에서 무처리보다 낮은 에틸렌 발생량을 보여 에틸렌 발생 억제에 효과적 이였으며 특히 OS-Ca 처리구에서 에틸렌 발생억제 효과가 가장 좋았다(Fig. 8). 또한 2017년과 2018년의 실험 결과의 차이는 당해의 기후 차이에 의한 과실의 특성이 다르기 때문에 나타난 결과로 여겨진다.

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Fig. 8. Ethylene production in fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during cold storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

복숭아는 호흡 급등형 과실로 성숙기에 에틸렌 발생량이 증가하고 내생 에틸렌에 감응하여 변화가 일어나 과실품질 특성에 변화를 수반하며(Rasori et al., 2002), 수확 후 에틸렌에 의해 급격하게 과실 연화가 진행되는 특징이 있다(Tonutti et al., 1991). 본 실험 결과에서 상온·저온 저장 기간 동안 에틸렌 발생량 변화에서 처리구에서 무처리구 보다 에틸렌 발생이 억제되는 경향을 보였으며 ‘금홍’, ‘마도카’ 두 품종 모두에서 에틸렌 발생 억제에 가장 효과적인 처리구는 OS-Ca 처리구로 과실 연화 지연에 효과가 있었다. 이와 같은 결과는 사과(Moon et al., 1999)와 복숭아(Du et al., 1997; Li and Yu, 2000; Serrano et al., 2004)에서 칼슘제 및 키토산 처리에 의해 에틸렌 발생을 억제하는데 효과적이었다는 보고와 일치한다. 조직내 칼슘의 증가는 에틸렌 생성을 억제하며 노화를 지연시키며 칼슘 함량이 많은 과실일수록 에틸렌 발생량이 적다는 연구와(Watkins et al., 1982; Feguson, 1984) 키토산 처리는 에틸렌 발생을 억제하여 과실연화 지연에 효과가 있다는 기존의 보고와 일치한다(Du et al., 1997).

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Fig. 9. Respiration in fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - e: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05

호흡량의 변화

2017년 실험에서 ‘금홍’ 품종의 상온저장에서 4일차까지 GH-Ca, OS-Ca, 키토산 처리구에서만 무처리구보다 낮은 호흡량을 보였으며, 2018년 실험에서는 모든 처리구에서 무처리구보다 호흡량이 적었으며, 특히 GH-Ca, OS-Ca, 키토산, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 호흡의 억제에 효과가 있었다(Fig. 9). 2017년과 2018년 실험에서 ‘금홍’ 품종의 저온 저장기간 동안 OS-Ca, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 호흡량이 적었다(Fig. 10).

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Fig. 10. Respiration in fruits of ‘Kumhong’ nectarine treated with calcium and chitosan during cold storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

‘마도카’ 품종의 호흡률은 2017년 실험과 2018년 실험에서 상온저장 중에 모든 처리구에서 무처리보다 호흡량이 적게 나타나는 경향이었다. 특히 저장 기간 동안 공통적으로 GH-Ca, 키토산 처리구에서 호흡량이 적었다(Fig. 11). 2017년 실험에서 ‘마도카’ 품종의 저온 저장 기간 동안 GH-Ca 처리구에서 호흡량이 적었으며, 2018년 실험에서는 저장 기간 동안 GH-Ca, OS-Ca, 키토산, 키토산 + 염화칼슘 혼용 처리구에서 호흡량이 적었다(Fig. 12).

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Fig. 11. Respiration in fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

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Fig. 12. Respiration in fruits of ‘Madoka’ peach treated with calcium and chitosan during ambient storage in 2017 (A) and 2018 (B). a - c: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

본 실험에서는 상온·저온 저장 기간 동안 처리구에서 무처리구 보다 호흡이 억제되는 경향을 보였으며 ‘금홍’, ‘마도카’ 두 품종 모두에서 가장 효과적인 처리구는 GH-Ca, OS-Ca, 키토산 처리구이고, 키토산 + 염화칼슘 혼용처리구에서도 호흡량이 적게 나타났다. 이 결과는 메론(Aguayo et al., 2008)과, 다래(Shin et al., 2016), 포도(Choi, 2007), 복숭아(Li and Yu, 2000)에서 칼슘제 및 키토산 처리에 의해 호흡이 억제하는데 효과적이었다는 연구와 일치하는 것이다. 이러한 처리에 의해서 호흡을 억제하여 과실품질 변화를 방지할 수 있을 것으로 여겨지며, 향후 키토산 제제와 다양한 칼슘제제 혼용 처리에 대한 연구 수행이 필요할 것으로 사료된다.

칼슘 함량의 변화

수체의 잎에서의 칼슘 함량 분석은 ‘금홍’ 품종에서는 구연산칼슘, 염화칼슘, 질산칼슘, GH-Ca 처리구에서 무처리구 보다 칼슘 함량이 높았으며, ‘마도카’ 품종에서는 GH-Ca, OS-Ca처리구에서 무처리구 보다 칼슘 함량이 높았다. 두 품종에서 공통적으로 GH-Ca 처리구에서 잎에서의 칼슘 함량 증대에 효과적 이였다(Table 5). 과육에서의 칼슘 함량은 ‘금홍’ 품종에서는 구연산칼슘 처리구를 제외한 처리구에서 무처리구 보다 칼슘 함량이 높았으며, ‘마도카’ 품종에서는 구연산칼슘, 염화칼슘, 질산칼슘, GH-Ca, OS-Ca 처리에서 무처리구 보다 칼슘 함량이 높았으며, 두 품종에서 공통적으로 염화칼슘, 질산칼슘, GH-Ca, OS-Ca 처리구에서 과육에서의 칼슘 함량이 높았다(Table 5).

Table 5. Calcium content in leaves and fruits of ‘Kumhong’ nectarine and ‘Madoka’ peach trees treated with calcium compounds and chitosan.

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a - e: Different letters indicate significance at the p-value < 0.05.

잎과 과육에서 칼슘함량 증대에 효과적인 GH-Ca 처리구는 ‘금홍’, ‘마도카’ 품종에서 저장기간 경도가 높게 유지되었으며, 에틸렌과 호흡량 발생을 억제하여 과실 보구력 유지에 효과적이였다. 이는 단감(Moon et al., 2002b)과 배(Rosen and Kader, 1989; Moon et al., 2002a), 사과(Conway and Sams, 1984; Poovaiah, 1986; Park et al., 2005), 복숭아(Kim et al., 2006; Park et al., 2010; Gayed et al., 2017)에서 칼슘제 및 키토산 처리에 의해 과실 경도 유지에 효과적이었다는 연구 결과와 일치하며, 칼슘제 처리는 복숭아 수체의 잎과 과실에 칼슘함량이 증가되어 보구력 향상에 기여한다고 여겨진다.

칼슘은 세포벽이외에도 세포질 내에서 액포나 소포체와 같은 세포 소기관에 많이 함유되어 있으며, 극 미량으로 세포내의 대사적 변화에 관여하여 세포질내에서 calmodulim (CaM)과 결합하여 Ca-Cam complex를 형성하여 protein kinase에 의해 단백질을 인산화 시키고 부수적인 대사적 변화를 수반하게 하는 것으로 알려져 있다(Tang et al., 1966; Poovaiah, 1987). 외국에서 칼슘제 처리에 의해 복숭아의 보구력이 향상된다고 보고하였으며(Serrano et al., 2004; Manganaris et al., 2006), 국내에서도 ‘대월’, ‘백도’ 복숭아 품종에서 경도의 저하를 억제한다고 보고되어 있다(Kim et al., 2006; Park et al., 2010). 그러나 이러한 연구 결과는 현장에서 활용이 되지 않고 있는 실정이다. 이러한 결과는 향후 수출용 복숭아 생산 및 유통에 중요한 자료로 활용될 것으로 여겨지며 복숭아의 소비 촉진은 물론 가격 안정화에도 기여할 것으로 여겨진다.

Conclusion

중생종 복숭아 품종을 대상으로 실험한 결과, 칼슘제 및 키토산 제제 처리에 따른 가용성 고형물 함량, 산 함량, 색도의 변화에 대한 차이는 없었으며, 칼슘제 및 키토산 처리에 의해서 복숭아 과실의 경도의 변화를 억제하고 호흡량의 감소, 에틸렌 발생의 감소 효과를 통해 보구력을 증진시키는 효과가 있음을 확인하였다. 본 연구 결과를 토대로 복숭아 수확 전 칼슘제 및 키토산 처리를 통해 과실의 보구력을 유지하여 과실 품질을 유지시키는 효과적인 방법으로 사료되며 향후 유통에 활용될 수 있을 것이다. 키토산과 염화칼슘의 혼용처리구에서도 보구력 개선에 효과적이었으며, 향후 과실의 보구력 향상을 위한 키토산 제제와 다양한 칼슘제제 혼용 처리에 대한 연구 수행이 필요할 것으로 사료된다. 또한 칼슘제제에 의한 과실 내에서의 생리학적인 변화를 검정하기 위한 효소 또는 유전자 발현에 대한 연구가 진행되어야 할 것으로 사료된다.

Acknowledgements

본 논문은 농촌진흥청 공동연구사업(과제번호: PJ012717)의 지원에 의해 수행되었음.

Authors Information

Guk-Jin Lee, Yeungnam University, Master

Dan-Bi Lee, Yeungnam University, Master

Sung-Jong Kim, National Institute of Horticultural Herbal Sciences, Senior Researcher

Seong-Jin Choi, Daegu Catholic University, Professor

Hae-Keun Yun, https://orcid.org/0000-0002-2636-7172

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