[논문]배합비를 달리한 고추장의 레올로지 특성

이선미; 임이종; 유병승

배합비를 달리한 고추장의 레올로지 특성
Effect of Mixing Ratio on Rheological Properties of Kochujang 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.35 no.1 = no.167, 2003년, pp.44 - 51

이선미 (동국대학교 식품공학과) , 임이종 (풀무원 기술연구소) , 유병승 (동국대학교 식품공학과)

초록
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찹쌀가루와 메주가루의 배합비율(무게비)을 달리한 고추장(찹쌀가루 : 메주가루 = 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 3:1)의 숙성 중 품질 변화를 평가하기 위해 12주 동안 숙성시키면서 고추장의 이화학적 특성, 효소 활성 및 레올로지 특성을 연구하였다. 숙성 중 고추장의 수분함량은 $47.4{\sim}47.9%$에서 점차 증가하여 8주에는 최대 수분함량을 보였다. 환원당 함량은 $2{\sim}4$주에 가장 높았으며 이후에서는 점차 감소하는 경향을 보였다. 아미노태 질소 함량은 지속적으로 증가하였다. ${\alpha}-amylase$와 ${\beta}-amylase$ 활성은 숙성 $2{\sim}4$주에 최대 역가를 나타냈다. Acidic protease와 neutral protease는 각각 숙성 2주와 4주에 가장 높은 활성을 보였다. Power law 모델에 의한 유동성 측정에서 고추장은 낮은 유동성지수(flow behavior index, $n=0.21{\sim}0.36$)를 가진 전단담화(shearing-thinning)거동을 보여주었으며, 점조도 지수(consistency index, K)와 겉보기점도 $({\eta}_{a,10})$는 숙성 2주에 급격히 증가하고 이후에는 감소하였다. Casson 모델식에 의한 항복응력$({\sigma}_{oc})$은 숙성 2주에 급격히 증가하고 이후에는 감소하였다. 동적 점탄성 측정에서는 저장 탄성률 (G#)이 손실탄성률 (G') 보다 높은 수치를 나타내었고 주파수(frequency, ${\omega}$)가 증가함에 따라 증가하는 경향을 보여주었다. 또한 숙성기간이 경과함에 따라 (G#)과 (G@)이 증가하는 경향을 나타냈다.

주제어

AI 본문요약
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제안 방법

고추장의 정상유동특성은 비뉴튼성 레올로지 모델식을 사용하여 얻어진 레올로지 매개변수로부터 평가되었다. 실험은 TA Rheometer(AR 1000, TA Instruments, USA)의 plate-plate(직경 4 cm) systenr을 사용하여 1000 ㎛이의 gap으로 25℃에서 수행되었으며, 여기서 얻어진 전단응력(σ)과 전단속도(γ) 데이터로부터 power law 모델식(식 1)과 Casson 모델식 (식 2)에 의하여 레올로지 매개변수들이 결정되었다.
동적 점탄성 (dynamic viscoelasticity) 측정은 정상유동특성과 동일한 실험조건에서 수행되었다. 변형력과 변형률 사이에 선형관계가 나타나는 구간을 결정하기 위하여 torque sweep로부터 1.
본 연구에서는 찹쌀가루와 메주가루의 배합비율을 각각 달리하여 고추장을 제조하고 12주간 숙성하는 동안 고추장의 이화학적 특성과 효소 활성의 변화 및 고추장의 레올로지 특성 변화를 관찰하였다.
최종적으로 이들 물질은 단백질 원료인 메주가루, 고춧가루, 소금과 혼합되어 고추장(총고형분 함량 53%)이 제조되었다⁽²⁾.숙성 중 고추장의 품질 변화를 파악하기 위해 고추장은 25℃ 항온기에서 12주 동안 숙성시키면서 2주 간격으로 분석되었다. 고추장의 찹쌀가루(G)와 메주가루(M)의 배합비율(무게비)은 1:1(GM11), 1:2(GM12), 1:3(GM13), 2 :1(GM21), 3:1(GM31)로 설정한 5개의 고추장 시료를 제조하였으며 담금에 사용된 배합비율은 Table 1에 나타내었다.
고추장의 정상유동특성은 비뉴튼성 레올로지 모델식을 사용하여 얻어진 레올로지 매개변수로부터 평가되었다. 실험은 TA Rheometer(AR 1000, TA Instruments, USA)의 plate-plate(직경 4 cm) systenr을 사용하여 1000 ㎛이의 gap으로 25℃에서 수행되었으며, 여기서 얻어진 전단응력(σ)과 전단속도(γ) 데이터로부터 power law 모델식(식 1)과 Casson 모델식 (식 2)에 의하여 레올로지 매개변수들이 결정되었다.
엿기름 물은 엿기름 가루를 1시간 동안 침지하고 60℃에서 1시간 동안 가열하여 효소를 추출하고 이를 압착하고 여과시켜 제조하였으며, 여기에 전분질원료인 찹쌀가루를 넣어 3시간 동안 삭힌 후 가열하여 전분질을 호화 및 당화시켰다.최종적으로 이들 물질은 단백질 원료인 메주가루, 고춧가루, 소금과 혼합되어 고추장(총고형분 함량 53%)이 제조되었다⁽²⁾.
찹쌀가루와 메주가루의 배합비율(무게비)을 달리한 고추장 (찹쌀가루 : 메주가루 = 1:1, 1:2, 1:3, 2:1, 3:1)의 숙성 중 품질 변화를 평가하기 위해 12주 동안 숙성시키면서 고주장의 이화학적 특성, 효소 활성 및 레올로지 특성을 연구하였다. 숙성 중 고추장의 수분함량은 47.

대상 데이터

숙성 중 고추장의 품질 변화를 파악하기 위해 고추장은 25℃ 항온기에서 12주 동안 숙성시키면서 2주 간격으로 분석되었다. 고추장의 찹쌀가루(G)와 메주가루(M)의 배합비율(무게비)은 1:1(GM11), 1:2(GM12), 1:3(GM13), 2 :1(GM21), 3:1(GM31)로 설정한 5개의 고추장 시료를 제조하였으며 담금에 사용된 배합비율은 Table 1에 나타내었다.
본 연구에 사용된 고추장 원료는 일직 농업협동조합의 안동 청결 고춧가루(수분함량 1.53%), (주)풍미의 메주가루(수분함량 0.72%), 신화식품의 엿기름 가루, 농민 식품의 찹쌀 가루(수분함량 1.13%)를 사용하였으며 식염은 유진염업의 꽃 소금을 농업협동조합에서 구입하여 사용하였다.
엿기름 물은 엿기름 가루를 1시간 동안 침지하고 60℃에서 1시간 동안 가열하여 효소를 추출하고 이를 압착하고 여과시켜 제조하였으며, 여기에 전분질원료인 찹쌀가루를 넣어 3시간 동안 삭힌 후 가열하여 전분질을 호화 및 당화시켰다.최종적으로 이들 물질은 단백질 원료인 메주가루, 고춧가루, 소금과 혼합되어 고추장(총고형분 함량 53%)이 제조되었다⁽²⁾.숙성 중 고추장의 품질 변화를 파악하기 위해 고추장은 25℃ 항온기에서 12주 동안 숙성시키면서 2주 간격으로 분석되었다.

이론/모형

고추장의 수분함량(%)은 105℃ 통풍상압건조법, 환원당은 Somogyi변법⁽²⁴⁾, 아미노태 질소는 Formol법⁽²⁵⁾을 이용하여 측정하였다.
시료 2 g을 증류수 100 mL에 녹여 실온에서 30분 방치하고 여과하여 조효소액을 조제하였으며, α-amylase는 Oh 등⁽¹⁾이 사용한 방법 그리고 β-amylase와 protease는 Park과 Oh⁽⁹⁾가 사용한 방법에 따라 각각 역가를 측정하였다.
유동특성 매개변수들을 전단응력-전단속도 데이터와 power law 모델식(식 1)에 적용하여 얻어졌다. 고추장의 숙성기간에 따른 유동성 지수(n)는 1.

성능/효과

이들 결과는 전통 고추장의 protease 활성이 15~30일까지 최고치를 보여준 후 약간 감소하는 Lee 등⁽¹⁰⁾의 연구결과와 일치하였다. Acidic protease와 neutral protease 는 메주가루가 다량 함유된 시료에서 높은 활성을 보였다.
5는 원료 배합비율을 달리한 고추장의 숙성 중 acidic protease와 neutral protease의 활성도 변화를 보여주고 있다. Acidic protease의 활성도 변화는 발효가 진행됨에 따라 점차 증가 후 감소하였으며 숙성 2주경에 호소력이 가장 우수하였다. Neutral prcrtease의 활성은 acidic protease의 활성도에 비해 미약하였으나 숙성기간 동안 서서히 증가하고 감소하는 경항을 보였으며 숙성 4주에 최대치를 나타냈다.
Acidic protease의 활성도 변화는 발효가 진행됨에 따라 점차 증가 후 감소하였으며 숙성 2주경에 호소력이 가장 우수하였다. Neutral prcrtease의 활성은 acidic protease의 활성도에 비해 미약하였으나 숙성기간 동안 서서히 증가하고 감소하는 경항을 보였으며 숙성 4주에 최대치를 나타냈다. 이들 결과는 전통 고추장의 protease 활성이 15~30일까지 최고치를 보여준 후 약간 감소하는 Lee 등⁽¹⁰⁾의 연구결과와 일치하였다.
Acidic protease와 neutral protease는 각각 숙성 2주와 4주에 가장 높은 활성을 보였다. Power law 모델에 의한 유동성 측정에서 고추장은 낮은 유동성지수(flow behavior index, n = 0.21-0.36)를 가진 전단담화(shearing-thinning)거동을 보여 주었으며, 점조도 지수(consistency index, K)와 겉보기점도(η_a,10)는 숙성 2주에 급격히 증가하고 이후에는 감소하였다.Casson 모델식에 의한 항복응력(σ_oc)은 숙성2주에급격히 증가하고 이후에는 감소하였다.
. 단백질원인 메주가루 함량이 많은 고추장 시료는 아미노태 질소 함량이 높은 것으로 나타났으며 숙성기간이 증가함에 따라 증가하였다(Fig. 3). 이는 protease 활성에 의해 단백질이 아미노산으로 분해되어 아미노태 질소함량이 점차 증가하기 때문인 것으로 보인다.
반면에 찹쌀가루 함량이 많은 시료는 메주가루 비율이 높은 시료에 비해 G'과 G"이 낮게 나타났으며 G'과 G"의 수치 차이도 적었다. 따라서 고추장은 메주가루 비율의 증가로 인해 탄성적 성질이 증가함을 알 수 있었다.
고추장의 경우 장기간 발효 숙성 과정을 통하여 단백질 및 전분질 분해 효소가 생성되며 이들 효소의 활성에 의해 원료 성분들간의 구조적 변화의 결과로 인해 항복응력의 변화가 일어나는 것으로 생각된다. 따라서 고추장의 항복응력이 숙성 2주에 급격히 증가하고 이후 다시 감소하는 것은 고추장의 발효 숙성 기간동안 효소활성의 영향을 받은 것으로 생각되며 본 실험에서 측정된 효소들의 활성이 숙성 2~4주에 최대치를 나타낸 것으로 미루어 보아 효소 활성과 밀접한 관계가 있는 것으로 생각된다. 또한 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)는 찹쌀가루가 다량 함유된 시료(GM21, GM31)에 비해 항복응력의 증가와 감소가 컸는데 이는 GM12와 GM13시료들이 전분 분해 효소보다는 단백질 분해 효소의 영향을 더 많이 받는 것으로 생각되며, 특히 숙성 2주에 최대활성을 보인 acidic protease와 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다.
따라서 고추장의 항복응력이 숙성 2주에 급격히 증가하고 이후 다시 감소하는 것은 고추장의 발효 숙성 기간동안 효소활성의 영향을 받은 것으로 생각되며 본 실험에서 측정된 효소들의 활성이 숙성 2~4주에 최대치를 나타낸 것으로 미루어 보아 효소 활성과 밀접한 관계가 있는 것으로 생각된다. 또한 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)는 찹쌀가루가 다량 함유된 시료(GM21, GM31)에 비해 항복응력의 증가와 감소가 컸는데 이는 GM12와 GM13시료들이 전분 분해 효소보다는 단백질 분해 효소의 영향을 더 많이 받는 것으로 생각되며, 특히 숙성 2주에 최대활성을 보인 acidic protease와 밀접한 관련이 있는 것으로 생각된다. 그러나 항복응력이 숙성 10주에 다시 증가하였는데 이는 protease활성이 거의 없는 10주 이후에는 고추장 내의 단백질 구조의 재구성 및 원료 성분들간의 구조적 변화로 인해 항복응력이 상승되는 것으로 보인다.
배합비를 달리한 고추장의 항복응력은 메주가 루 비율이 높을수록 높게 나타났으며 숙성 2주에 급격히 증가하였다(Table 2). 또한 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)의 항복응력은 점차 감소 후 숙성 10주에 급격히 증 가한 반면에 찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)의 항 복응력은 2주째에 증가한 후 지속적으로 감소하였다. 이들 결과는 고추장의 유동 특성 측정치(K,η_a,10)와 유사한 경향을 보여주었다.
4는 배합비를 달리한 고추장 시료들의 숙성기간에 따른 α-amylase와 β-amylase의 활성 변화를 보여주고 있다. 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)와 찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)의 α-amylase 활성은 각각 숙성 2주와 4주에서 최대 역가를 보였다. 찹쌀가루 비율이 늪은 시 료에서 비교적 높은 활성을 나타냈으며 4주 이후에는 급격히 낮아지는 경향을 보였다.
찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)인 경우는 숙성 2주 이후부터 숙성기간이 증가함에 따라 서서히 감소하는 경향을 보여준 반면에 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)인 경우는 숙성기간이 경과함에 따라 감소 후 숙성 10주부터는 다시 약간 증가하였다(Table 2). 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)의 겉보기점도(η_a,10)는 K값과 유사한 경향을 보였으며 찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)의 %”는 지속적으로 감소하는 경향을 보였다. 찹쌀가루와 메주가루 비율이 같은 시료(GM11)의 K값과 η_a,10는 메주가루 비율이 높은 시료들의 경향과 유사하게 나타났다.
전분질원인 찹쌀가루가 다량 함유된 시료(GM21, GM31)는 비교적 높은 활성을 나타냈으며 숙성 초기부터 2주까지는 증가하는 경향을 보였으나 이후에는 급격히 감소하였다. 메주가루가 다량 함유된 시료(GM12, GM13)는 숙성 초기에는 활성이 낮았으나 점차 증가하여 완만히 감소하는 경향을 보였다. 이와 같은 경향은 GM11 시료와도 유사하였다.
. 배합비를 달리한 고추장의 항복응력은 메주가 루 비율이 높을수록 높게 나타났으며 숙성 2주에 급격히 증가하였다(Table 2). 또한 메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)의 항복응력은 점차 감소 후 숙성 10주에 급격히 증 가한 반면에 찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)의 항 복응력은 2주째에 증가한 후 지속적으로 감소하였다.
동적 점탄성 (dynamic viscoelasticity) 측정은 정상유동특성과 동일한 실험조건에서 수행되었다. 변형력과 변형률 사이에 선형관계가 나타나는 구간을 결정하기 위하여 torque sweep로부터 1.0 Hz에서 측정한 결과 20~50Pa의 변형력 범위에서 선형관계가 성립되었다. 동적 점탄성 실험은 0.
1). 숙성 8주에서 찹쌀가루 비율이 높은 시료들(GM21, GM31)은 메주가루 비율이 높은 시료들(GM12, GM13)에 비해 수분함량이 급격히 증가하는 경향을 보였다. 찹쌀가루 비율이 높은 시료들이 숙성 8주째에 수분함량이 증가하는 이유는 미생물이 분비하는 여러가지 효소에 의하여 고분자 물질이 분해되면서 생성된 유리수가 증가하기 때문이다⁽¹⁰⁾.
숙성 중 고추장 시료들의 수분함량은 일정수준(47.4~47.9%)을 유지하다가 숙성 8주에 최대 수분함량을 보였다(Fig. 1). 숙성 8주에서 찹쌀가루 비율이 높은 시료들(GM21, GM31)은 메주가루 비율이 높은 시료들(GM12, GM13)에 비해 수분함량이 급격히 증가하는 경향을 보였다.
이들 고추장 시료의 G'과 G"의 절편은 2주에 증가한 이후 수치의 변화가 거의 없다가 숙성 8~10주에는 급격히 증가하는 경향을 나타냈다. 이와 같은 결과는 고추장의 발효 숙성 기간동안 효소활성의 영향을 받은 것으로 생각되며 본 실험에서 측정된 효소들의 활성이 숙성 2~4주에 최 대치를 나타낸 것으로 미루어 보아 효소의 활성과 관련이 있는 것으로 생각된다. 또한 효소활성이 거의 나타나지 않는 숙성 8~10주에 다시 G과 G"의 절편이 증가한 것은 효소활성에 의한 분해작용의 영향이라기 보다는 고추장 원료성분들간의 구조적 변화에 의해 영향을 받는 것으로 추측된다⁽⁶⁾.
환원당의 변화는 숙성 2~4주에 증가하다가 이후부 터는 서서히 감소하였다. 찹쌀가루 비율이 높은 시료에서는 2주에 환원당 함량이 가장 높았으며 메주가루 비율이 높은 시료에서는 4주에 환원당 함량이 가장 높았다(Fig. 2). 따라서 숙성 초기에는 α-amylase와 β-amylase 활성이 높아 전분이 분해되면서 생성되는 환원당양이 많아지고, 숙성 후기에 환원당은 미생물이 발효기질로 이용되거나 알코올, 유기산 등으로 전환되어 감소하는 것으로 생각된다^(6,16).
메주가루 비율이 높은 시료(GM12, GM13)와 찹쌀가루 비율이 높은 시료(GM21, GM31)의 α-amylase 활성은 각각 숙성 2주와 4주에서 최대 역가를 보였다. 찹쌀가루 비율이 늪은 시 료에서 비교적 높은 활성을 나타냈으며 4주 이후에는 급격히 낮아지는 경향을 보였다.메주가루 비율이 높은 시료는 숙성 초기에는 활성이 낮았으나 2주경에 최대치를 보였고 이후 점차 감소하였다.
또한 이와 같은 점도차이는 제조과정에서 전분질의 함량이 시료마다 다르고 전분질 원료를 호화시킬 때 호화되는 과정에서 이들 전분의 구조적 차이로 인하여 효소에 의한 분해정도가 다르기 때문인 것으로 생각된다. 특히 메주가루 함량이 많은 고추장은 숙성기간에 따라 점도 차이의 변화가 큰 것으로 나타났는데, 이러한 결과, 숙성기간 중 고추장의 점도변화는 전분질원인 찹쌀가루보다는 단백질원인 메주가루에 더 큰 영향을 받는 것으로 생각된다.

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저자의 다른 논문 :

표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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배합비를 달리한 고추장의 레올로지 특성
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