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문제 정의
- 본 연구는 tagatose 등 당의 종류와 그 몰농도가 Maillard 갈변반응에 끼치는 영향을 살펴보고자 수행되었다. 당의 영향을 연구하기 위해 0.
- 이에 따라 본 연구에서는 tagatose를 첨가한 식품의 가공 또는 저장 중 품질 변화에 대한 기초자료 확립의 일환으로 당류와 glycine의 모델시스템에서 tagatose, glucose, fructose, sucrose, xylose의 여러 가지 당류의 Maillard 갈변반응을 비교하는 동시에 그 몰 농도가 Maillard 반응에 미치는 영향을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- Mafflard 갈 변반응에 끼치는 tagatose 몰 농도의 영향 실험: Glycine의 농도는 0.2M로 고정시키고 tagatose의 농도를 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 M로 변화시켜 당-아미노산 모델용액을 제조하였다. 이 모델 용액을 L5mL씩 screw cap이 달린 시험관에 넣고 마개를 한 후 pH 조절 없이 100℃의 수조에서 품온이 100℃가 된 시점을 기준으로 5시간 동안 가열한 다음 시험관을 꺼내어 흐르는 수돗물로 냉각시켰다.
- Maillard 갈 변반응에 끼치는 glycine 몰 농도의 영향 실험: Tagatose의 농도는 0.2 M로 고정시키고 glycine의 농도를 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 M로 변화시켜 당-아미노산 모델용액을 제조하였다. 이 모델 용액을 15mL씩 screw cap이 달린 시험관에 넣고 마개를 한 후 pH 조절 없이 100℃의 수조에서 품온이 100℃가 된 시점을 기준으로 5시간 동안 가열한 다음 시험관을 꺼내어 흐르는 수돗물로 냉각시켰다.
- Maillard 갈 변반응에 끼치는 당 종류의 영향 실험 : 0.2 M glucose, fructose, xylose, sucrose, tagatose 수용액과 0.2 M glycine 수용액을 각각 1: 1로 혼합한 당-아미노산 모델용액을 제조하였다. 이 모델 용액을 15 mL씩 screw cap이 달린 시험관에 넣고 마개를 한 후 pH 조절 없이 100℃의 수조에서 5시간동안 가열하였다.
- 2MS. 고정시키고 glycine의 농도를 0.1, 0.2, 0.4, 0.8 M로 변화시킨 후 100℃에서 5시간 동안 가열하였다. Maillard 갈 변반응은 tagatose가 가장 빨랐고 그 다음xylose, fructose, glucose, sucrose의 순서를 보였다.
- 끼치는 영향을 살펴보고자 수행되었다. 당의 영향을 연구하기 위해 0.2M의 tagatose, glucose, fructose, sucrose, xylose 수용액과 0.2 M glycine 수용액을 혼합한 모델용액을 제조하여 10UC에서 5시간 동안 가열하였다. Tagatose 몰농도의 영향을 연구하기 위해 glycine 농도를 0.
- 색도의 측정: Maillard 갈변반응액의 색도는 색차계(Tokyo Denshoku, Digital Color Meter TC-3600, Japan)를 사용하여 Hunter L(명도), a(적색도), b(황색도)값으로 측정하였다. 이때 사용된 표준판은 L = 90.
- 흡광도의 측정: Maillard 갈변반응액의 흡광도를 UV-VIS spectrophotometer(Hitachi, U-2000, Japan)를 사용하여 파장 420 nm에서 측정하였다(9,10).
대상 데이터
- 모델용액 제 조용 glucose, fructose, xylose, sucrose 및 glycinee Sigm사(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)의 특급 시약을 사용하였고, tagatose(순도99%)는 MD사(MD Foods Ingredients Amba, Denmark)로부터 공급받아 사용하였으며, 모델용액 제조 시 3차 증류수를 사용하였다.
데이터처리
- 통계처리: SigmaPlot 5.0판(SPSS Inc., USA)을 사용하여 선형회귀분석과 유의차(p<0.05) 검정을 행하였다.
성능/효과
- 가장 느리게 갈변이 진행된 sucrose의 경우 Wolfrom 등(18)이나 Kim 등(20)이 보고한 바와 같이 sucrose 자체는 구조적으로 갈변을 일으키는 aldehyde나 ketone 기가 없기 때문에 glucose와 fructose로 분해된 뒤 갈변반응이 가능하기 때문이라 생각되었다. Fig. 1로부터 각 당류들이 보이는 색차와 적색도의 경우도 갈변이 진행됨에 따라 흡광도의 경우와 유사한 증가 양상을 보이는 것을 확인할 수 있었으며 명도의 경우는 각 당류마다 정반대의 감소 양상을 보이는 것으로 나타났다. 다만 황색도의 경우는 가열 5시간에 이르러 갈변 증가세가 다소 둔화되는 양상을 보였으며 특히 가열 초기부터 4시간까지는 xylose가 fructose보다 다소 높은 황색도를 보이다가 가열 5시간에는 약간 낮은 황색도를 보이는 것으로 나타났다.
- 다만 tagatose는 가열 초기부터 xylose보다 빠른 갈변 반응을 나타냄으로써 일반적으로 5탄당이 활동성(mobility)이 크기 때문에 6탄 당보다 반응이 빠르다는 Yang 등(21)의 보고와 다른 결과를 보였다. Graham의 기체확산의 법칙을 확대 해석하여 물질의 상대적 mobility가 분자량의 제곱근에 역 비례한다고 가정할 때 분자량이 150인 5 탄당은 분자량이 180인 6탄 당보다 mobility가 1.1배 빠른 정도이기 때문에 이 정도의 mobility 차이는 본 실험의 경우처럼 0.2M 정도의 묽은 용액에서는 반응 속도 상승에 큰 영향을 끼치지는 않을 것으로 보였다. 따라서 ketose에 속하는 tagatose는 aldose에 속하는 xylose보다 갈변 반응이 잘 일어날 수 있는 특성을 지니고 있다고 결론 내릴 수는 있겠으나 그 기작 등에 대해서는 더 면밀한 연구가 필요할 것으로 생각되었다.
- Maillard 갈 변반응은 tagatose가 가장 빨랐고 그 다음xylose, fructose, glucose, sucrose의 순서를 보였다. Tagatose나 glycine 모두 몰 농도가 증가하면 갈변이 증가하였으나 tagatose를 변화시킨 경우 총고형물 함량이 더 높아갈변이 더 촉진되었다.
- 1로부터 각 당류들이 보이는 색차와 적색도의 경우도 갈변이 진행됨에 따라 흡광도의 경우와 유사한 증가 양상을 보이는 것을 확인할 수 있었으며 명도의 경우는 각 당류마다 정반대의 감소 양상을 보이는 것으로 나타났다. 다만 황색도의 경우는 가열 5시간에 이르러 갈변 증가세가 다소 둔화되는 양상을 보였으며 특히 가열 초기부터 4시간까지는 xylose가 fructose보다 다소 높은 황색도를 보이다가 가열 5시간에는 약간 낮은 황색도를 보이는 것으로 나타났다. 이로부터 황색도는 흡광도, 적색도, 색차, 명도들의 상호관계보다 상관관계가 낮을 것으로 추측되었다.
- 3에 나타나 있는 것처럼 흡광도, 적색도, 황색도, 색차는 명도와 역비례하는 관계를 보여주고 있다. 선형 회귀의 결정 계수는 흡광도 0.9814, 적색도 0.9823, 황색도 0.9529, 색차 0.9972이므로 결정 계수가 가장 낮은 황색도는 상대적으로 명도와 선형 관계가 되기 어려운 것으로 나타났다. 이 결과에서 MaiUard 갈 변반응의 전 과정의 명도의 감소는 흡광도, 색차와 직접 관계되는 적색도가 관여하고 있으며, Maillard 갈 변반응의 초기 과정 중명도의 감소는 황색도도 기여 하나 중반기 이후의 갈변 현상은 황색도 보다 적색도의 기여가 클 것으로 추측되었다.
- 3의 경우처럼 흡광도, 적색도, 황색도, 색차는 명도와 역비례하는 관계를 보여주고 있다. 선형 희귀의 결정 계수가 흡광도는 0.9679, 적색도 0.9529, 황색도 0.8116, 색차 0.9956이므로 결정 계수가 Fig. 3의 경우보다 더 작은 황색도는 명도와는 더 두드러진 비선형 관계를 보임을 알 수 있었다. 이 결과 역시 Maillard 갈변반응의 초기 과정 중명도의 감소에는 황색도도 기여하지만 중반기 이후의 갈변 현상은 적색도 위주임을 입증한다고 하겠다.
- 9972이므로 결정 계수가 가장 낮은 황색도는 상대적으로 명도와 선형 관계가 되기 어려운 것으로 나타났다. 이 결과에서 MaiUard 갈 변반응의 전 과정의 명도의 감소는 흡광도, 색차와 직접 관계되는 적색도가 관여하고 있으며, Maillard 갈 변반응의 초기 과정 중명도의 감소는 황색도도 기여 하나 중반기 이후의 갈변 현상은 황색도 보다 적색도의 기여가 클 것으로 추측되었다.
- 다만 황색도의 경우는 가열 5시간에 이르러 갈변 증가세가 다소 둔화되는 양상을 보였으며 특히 가열 초기부터 4시간까지는 xylose가 fructose보다 다소 높은 황색도를 보이다가 가열 5시간에는 약간 낮은 황색도를 보이는 것으로 나타났다. 이로부터 황색도는 흡광도, 적색도, 색차, 명도들의 상호관계보다 상관관계가 낮을 것으로 추측되었다.
- 1은 glycine과 반응하는 당의 종류가 Maillard 갈변 반응에 어떠한 영향을 주는지 알아보기 위해 흡광도, 명도, 적색도, 황색도, 색차의 값들을 시간별로 도시한 것이다. 흡광도의 경우 초기값(평균 0.0040±0.0005)에서 가열시간에 따라 증가하였는데 5시간 가열 후의 흡광도 값은 각각 tagatose 0.5460±0.05280, xylose 0.3347±0.0040, fructose 0.2530±0.0040, glucose 0.0785±0.0020, sucrose 0.0183±0.0010이었고, Maillard 갈 변반응을 1차식으로 가정(9,16,17)하여 얻은 반응속도 상수값들은 tagatose 0.1045, xylose 0.0673, fructose 0.0539, glucose 0.0149, sucrose 0.0025로 나타났다. 이로부터 Maillard 갈변 반응에 끼치는 영향이 큰 당의 종류는 tagatose > xylose > fructose > glucose > sucrose의 순인 것인 것을 알 수 있었다.
후속연구
- 2M 정도의 묽은 용액에서는 반응 속도 상승에 큰 영향을 끼치지는 않을 것으로 보였다. 따라서 ketose에 속하는 tagatose는 aldose에 속하는 xylose보다 갈변 반응이 잘 일어날 수 있는 특성을 지니고 있다고 결론 내릴 수는 있겠으나 그 기작 등에 대해서는 더 면밀한 연구가 필요할 것으로 생각되었다. 또 fructose의 경우 가열 3시간까지는 xylose보다 흡광도 증가가 다소 컸지만 가열 4시간에는 유사한 값을 보이다가 가열 5시간에 이르러서는 흡광도 증가 속도가 둔화되어 흡광도 값이 xylose보다 작게 나타났다.
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