본 연구는 건조향신료 중 국내에서 많이 사용되고 있는 고춧가루와 계피가루를 대상으로 미생물학적 및 이화학적 품질 특성을 평가하였다. 우선, 시판 유통제품 각 10종을 대상으로 미생물 오염도 및 방사선 조사식품 확인 가능 여부, 이화학적 품질 특성을 확인하였다. 그 중 각 1종씩 선택하여 전자빔과 감마선을 조사하여 조사선원과 선량에 따른 품질 및 판별특성을 비교하였으며, 전자빔을 조사한 향신료의 조사선량에 따른 유통기한을 설정하여 전자선 조사의 실용화에 필요한 자료를 마련하고자 하였다.
시판 유통 중인 고춧가루의 미생물 오염도 측정결과, 평균 총 균수는 1.30×106 CFU/g, 대장균군은 10종 중 6개의 제품에서 검출되었다. 계피가루는 가장 높은 농도의 총 균수가 1.01×105로 나타났고, 대장균군은 모두 검출되지 않았다. 조사여부를 확인한 결과, 시판 유통 중인 고춧가루(10종)와 계피가루(10종)는 모두 비조사로 확인되었다. 이화학적 품질을 측정한 결과, 제품 간의 수분함량의 차이는 큰 차이를 나타내었으며, pH는 고춧가루와 계피가루 모두 pH 5(표준편차 삽입) 정도로 나타났다. 입자크기는 고춧가루는 605~1251 um, 계피가루는 59~295 um로 계피가루가 고춧가루보다 입자가 미세하다는 것을 확인할 수 있었다. 기계적 색도를 측정한 결과, 제품에 따른 차이가 큰 것으로 나타났다.
시판 유통제품 각 10종 중 1종씩 선정하여 전자선과 감마선을 0, 1, 5, 10 kGy 조사하여 미생물 제어 및 이화학적 품질 특성, 물리적 판별 특성을 확인하였다. 조사선량이 증가할수록 미생물 농도는 감소하였으며, 전자빔의 살균효과가 더 높게 나타났다. 수분 및 수분활성도, pH를 측정한 결과, 조사선원 및 선량에 따른 차이는 없는 것으로 나타났다. 기계적 색차는 고춧가루의 경우 조사선량이 증가함에 따라 명도(L)는 감소하였고, 적색도(a)와 황색도(b)는 크게 증가하였으나, 계피가루는 적색도(a), 황색도(b)가 미미한 차이로 감소하였다. 색차(?E)는 조사선량에 비례하여 증가하였으며, 전자빔 조사시료의 색차가 더욱 크게 변화하였다. 수용성 색소, 총당 및 환원당 함량, 고춧가루의 capsanthin, capsaicin 및 dihydrocapsaicin, 계피가루의 cinnamaldehyde 함량을 분석한 결과, 조사선원과 선량에 따른 유의적인 차이는 나타나지 않았다. 항산화력을 확인하기 위해 총 페놀함량을 분석한 결과, 계피가루가 고춧가루에 비해 페놀함량이 약 6배 가량 높은 것으로 나타났으며, DPPH와 ABTS radical 소거능에서는 고춧가루와 계피가루 모두 조사선원과 선량에 따른 유의적인 변화가 나타나지 않았다. 전자코 분석결과, 방사선 조사 후 생성되는 특이한 조사취로 인해 각 시료의 향기성분의 패턴은 특이적으로 변화하였다.
방사선이 조사된 고춧가루와 계피가루의 물리적 판별 특성을 확인하기 위해 PSL 측정 결과, 비조사 시료는 700 photon counts(PCs) 이하, 조사시료는 5000 PCS 이상의 값을 나타내어 조사여부 확인이 가능하였다. TL 측정 결과, 비조사 시료는 250℃ 이후에서, 조사 시료는 150~250℃ 범위에서 glow curve가 나타났다. TL ratio는 비조사 시료는 0.1 이하, 조사시료는 0.1 이상으로 나타났으며, 조사선량이 증가할수록 TL ratio 값 역시 증가하였다. ESR 측정 결과, 비조사 시료에서는 특이한 radical이 발견되지 않았으며, 조사시료에서는 cellulose 유래의 radical이 나타나 조사여부 확인이 가능하였다. DEFT/APC 측정 결과 고춧가루는 log 1.7, 계피가루는 log 1.9를 기준으로 조사여부의 판별이 가능하였다.
유통기한 산출을 위해 가속실험 조건에서 시료의 품질 변화를 측정한 결과, 고춧가루와 계피가루 모두 전반적인 색의 변화인 ΔE 값의 변화가 유의적으로 나타나 이를 품질지표로 선정하여 유통기한을 예측하였다. 그 결과 고춧가루의 경우 저장온도가 높을수록 유통기한이 감소하였지만, 조사구가 비조사구에 비해 유통기한이 짧은 것으로 확인되었다. 계피가루의 경우 선량 및 온도에 따른 유통기한의 차이가 유의적으로 확인되지 않았다. 하지만 비조사구에서는 미생물의 관리가 이루어지지 않았으므로 미생물을 저감화하면서 유통기한을 유지할 수 있도록 5 kGy 이하의 조사는 필요한 것으로 판단되었다. 이에 따라 5 kGy로 조사된 고춧가루는 25℃에서 27.17주, 35℃에서 8.65주 및 45℃에서 7.18주로, 5 kGy로 조사된 계피가루는 25℃에서 13.90주, 35℃에서 18.35주, 45℃에서 18.31주로 유통기한을 예측할 수 있었다.

This study examined the irradiation status, microbiological quality, and physicochemical characteristics and of locally available red pepper and cinnamon powders (10 each). In addition, red pepper and cinnamon powder were also irradiated using electron-beam and gamma-ray sources at different applied doses (0, 1, 5, 10 kGy) and their identification properties and quality characteristics were investigated. The samples were monitored during accelerated shelf-life study for different key quality parameters to establish electron-beam technology as a viable commercial technology.
PSL analysis screened out one cinnamon sample as an intermediate (700~5000 PCs) while all others were negative. Upon TL analysis, two cinnamon samples yielded weak but clear peaks in the temperature range of 150~250oC, showing the possibility of irradiation. In red pepper powders, 4 samples gave complex TL glow curves with maximum peaks in the range of 185~260oC(radiation-specific), which could be the effect of an irradiated component in low concentration as the TL ratios of all samples were<0.1. The ESR analysis showed limited sensitivity for all the commercial samples with the absence of radiation-specific features. The applicability of these techniques was confirmed by analyzing the radiation-induced detection markers in the in-house irradiated samples.
The determination of microbial quality and physicochemical properties (moisture content, pH, Hunter''s color and particle size) showed greatly variable results. In case of red pepper powders, the microbial analysis resulted in 103~106CFU/g of total aerobic count and same of yeasts & molds, where 2 samples were positive(103CFU/g) for coliforms. The moisture contents(7.25% to 12.73%) of red pepper powders were within the range as described in the Korean Food Standards Codex. Note worthy variations were observed in pH (4.97 to 5.15), Hunter''s ΔE values(47.19 to 58.04) and ASTA color values(89.31 to 98.61). Although the color differences were evident among the red pepper powder samples, but the Hunter values were not in good correlations with ASTA color values. The average particle sizes of the all red pepper powder sampels were comparable ranging from 605 μm to 1251 μm with few exceptions. In the case of commercial cinnamon powders, aerobic bacterial counts were in the range of 102 CFU/g to 105 CFU/g with a minimum value of 5x102 CFU/g; the same sample was negative for yeast and molds count, while others were in the range of 103CFU/g to 104CFU/g. pH was recorded in the range of 4.93 to 5.07with an average value of 5.02. The moisture content ranged from 7.25% to 12.73% with an average value of 10.04%. Hunter’s color L, a, and b values were in the ranges of 40.47~51.53, 12.33~25.25, and 9.16~18.19, respectively. The average particle sizes of all the samples were comparable having a maximum value of 294 μm except for one low value of 58 μm.
Irradiation showed a remarkable sterilizing effect on microbial population of both cinnamon and red pepper powders, where the results were better in the case of E-beam than gamma-ray irradiation. Hunter''s color values showed a clear dose-dependent effect of irradiation. Red pepper powders showed decreasing trend in lightness (L), while increasing in redness(a) and yellowness(b) with the applied irradiation dose. Cinnamon powders revealed different trend and there was a decrease in redness(a) and yellowness(b) with the increase in irradiation dose. The overall color difference(ΔE) increased with the increasing irradiation dose, where the variation in color was more prominent in E-beam irradiated samples than gamma-irradiate dones. Different physicochemical quality characteristics, such as water activity, pH, soluble color, total sugar and reducing sugar content, red pepper powder''s capsanthin, capsaicin and dihydrocapsaicin, cinnamon powder''s cinnamaldehyde content were stable irrespective of irradiation dose and source. The antioxidant activity(DPPH and ABTS radical scavenging ability) of cinnamon powders was found six times higher than red pepper powders; however the antioxidant activity of both red pepper and cinnamon powders ws not affected by irradiation. E-nose analysis presented the irradiation dose-dependent patterns that showed the change involatile compound profile on irradiation.
PSL analysis was effective to screen irradiated samples. The valid results were possible as irradiated samples provided high intensity TL glow curves with well-defined peaks in temperature range of 150~250oC, where the TL results were also confirmed by determining TL ratio. ESR analysis of non-irradiated samples showed central signal, however, irradiated samples showed cellulose signals with two radiation-induced side peaks. DEFT/APC technique also showed discrimination between non-irradiated and irradiated samples.
Microbial and physicochemical properties were determined at different storage temperate conditions to estimate the shelf-life of red pepper and cinnamon powders. Irradiated samples showed improved hygienic quality and similar physicochemical properties as compared to non-irradiated samples. A slight color change on E-beam irradiation was evident in red pepper powder that became more prominent after 4 weeks of storage depending on storage temperature. However, color of cinnamon powder was stable during storage. For the red pepper powders stored at higher temperature, the shelf-life of irradiated sample was longer than the irradiated ones. Sensory panelists couldn''t easily distinguish color differences during storage. Appropriate irradiation dose to reduce microbial load with minimum effect on physicochemical properties especially on color stability was required.