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문제 정의
- 이에 따라 본 연구에서는 tagatose와 glycine을 혼합한 모델용액을 대상으로 반응표면 분석을 응용하여 pH, 온도, 시간이 Maillard 갈변반응에 미치는 영향을 알아보고, 적정한 갈색이 발현될 수 있는 최적 조건을 찾고자 하였다.
제안 방법
- 0.2 M tagatose 수용액과 0.2 M lycine 수용액을 각각 1 : 1로 혼합한 당-아미노산 모델용액의 pH를 0.1 N HCl 과 0.1 N NaOH로 3, 5, 7로 조정하고 15 mL씩 screw cap이 달린 시험관에 넣고 마개를 한 다음 70, 85, 100℃의 수조에서 1, 3, 5시간 가열하였다. 가열이 끝난 시험관을 흐르는 수돗물로 냉각시킨 후 흡광도와 색도를 측정하였다.
- Maillard 갈변반응액의 색도는 색차계(Tokyo Denshoku, Digital Color Meter TC-3600, Japan)를 사용하여Hunter L(명도), a(적색도), b(황색도)값으로 측정하였다. 이때 사용된 표준판은 L = 90.
- Maillard 갈변반응액의 흡광도를 UV-VIS spectrophotometer(Hitachi, U-2000, Japan)를 사용하여 파장 420nm에서 측정하였다(15,16).
- 1 N NaOH로 3, 5, 7로 조정하고 15 mL씩 screw cap이 달린 시험관에 넣고 마개를 한 다음 70, 85, 100℃의 수조에서 1, 3, 5시간 가열하였다. 가열이 끝난 시험관을 흐르는 수돗물로 냉각시킨 후 흡광도와 색도를 측정하였다.
- 사용하였다. 독립변수인 반응pH(X1) 반응온도(X2), 반응시간(X3)을 -1, 0, 1로 부호화하였고 420nm에서의 흡광도, 황색도, 색차, 관능점수를 종속변수로 하여 Table 2와 같이 3개의 독립변수를 3수준으로 하는 일부 요인 설계(fractional factorial design)에 의해 실험을 설계하여 15개의 선정된 조건에서 실험을 실시하였다. 이 때 세 개의 독립변수에 대한 2차 회귀모형은 다음과 같았다.
- 시판 맥주에 3차 증류수를 가해 2, 4, 8배 희석한 시료와 시판 맥주를 rotary evaporator로 2, 4, 8배 농축시킨 시료를 만들어 가 표준시료마다 흡광도를 측정하였다. 또한 시료의 색깔에 대한 관능 평점의 경우 시료의 농도와 관능 평점의 관계를 1차반응으로 가정한 후 시판맥주의 색깔이 표준이므로 이에 임의적으로 5점을 부여하였고 2배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 4를, 4배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 3을, 8배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 2를 부여하였다. Table 1에 이 표준시료들의 흡광도와 관능평점의 관계를 정리하여 나타내었다.
- 정했다. 시판 맥주에 3차 증류수를 가해 2, 4, 8배 희석한 시료와 시판 맥주를 rotary evaporator로 2, 4, 8배 농축시킨 시료를 만들어 가 표준시료마다 흡광도를 측정하였다. 또한 시료의 색깔에 대한 관능 평점의 경우 시료의 농도와 관능 평점의 관계를 1차반응으로 가정한 후 시판맥주의 색깔이 표준이므로 이에 임의적으로 5점을 부여하였고 2배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 4를, 4배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 3을, 8배 희석하거나 농축한 맥주의 색도에는 관능점수 2를 부여하였다.
- 흡광도, 황색도, 색차 모두 pH, 온도, 시간의 순으로 영향을 더 많이 받는 것으로 나타났고, Lackfit을 이용한 적합결여검정에서 현재의 모형이 적합한 것으로 나타났으며 최적점에 대한 분석결과 안장점 (saddle point)으로 나타나 흡광도가 최소화되는 것을 기준으로 능선(ridge)분석을 행하였다. 흡광도에 대한 회귀식(Y1)의 결정계수(R2)는 0.
대상 데이터
- 모델용액 제조용 glycine은 Sigma사(Sigma Chemical Co., St. Louis, MO, USA)의 특급 시약을 사용하였고, tagatose(순도 99%)는 MD사(MD Foods Ingredients amba, Denmark)로부터 공급받아 사용하였으며, 모델용액 제조 시 3차 증류수를 사용하였다.
데이터처리
- Maillard 갈변반응의 최적조건을 알아보고자 중심합성계획(central composite design)을 사용하여 실험계획을 세웠고, 반응표면 회귀분석을 위해 SAS(Statistical Analysis System) program을 사용하였다. 독립변수인 반응pH(X1) 반응온도(X2), 반응시간(X3)을 -1, 0, 1로 부호화하였고 420nm에서의 흡광도, 황색도, 색차, 관능점수를 종속변수로 하여 Table 2와 같이 3개의 독립변수를 3수준으로 하는 일부 요인 설계(fractional factorial design)에 의해 실험을 설계하여 15개의 선정된 조건에서 실험을 실시하였다.
- 1과 같이 y축의 절편값을 최대값으로 가지며 기울기가 반대인 직선 관계를 보였다. 이러한 결과를 토대로 각 시료의 관능 평점은 별도의 관능검사없이 흡광도 측정값을 Table 1의 표준시료의 경우와 비교하여 보간법으로 계산하였다.
성능/효과
- 관능평점 역시 pH, 온도, 시간의 순으로 영향을 받는 것으로 나타났고, Lackfit을 이용한 적합 결여검정에서 현재의 모형이 적합한 것으로 나타났으며 최적점에 대한 분석결과 안장점(saddle point)으로 나타났으나 최대점과 최소점을 알 수가 없었기에 능선(ridge)분석을 행한 결과 반응 변수들이 최대값을 나타내었다. 관능평점에 대한 회귀식(Y4)의 결정계수(R2)는 0.
- 나타내었다. 관능평점에 대한 회귀식(Y4)의 결정계수(R2)는 0.98이었고, 일차항, 이차항, 교차곱 항의 계수 간에는 p = 0.0003, 0.0898, 0.0061로 p<0.05 이내에서는 일차항과 교차곱 항의 계수간의 유의성이 인정되었으며, 관능평점을 극대화할 수 있는 최적점은 pH 6.13, 온도 94.37℃, 시간 244.16분으로 예측되었다.
- Table 1에 이 표준시료들의 흡광도와 관능평점의 관계를 정리하여 나타내었다. 이 결과 시료 농도의 대수값과 관능평점은 Fig. 1과 같이 y축의 절편값을 최대값으로 가지며 기울기가 반대인 직선 관계를 보였다. 이러한 결과를 토대로 각 시료의 관능 평점은 별도의 관능검사없이 흡광도 측정값을 Table 1의 표준시료의 경우와 비교하여 보간법으로 계산하였다.
- 이상의 결과를 종합해 볼 때 흡광도, 황색도, 색차를 기준으로 반응표면 분석을 하는 경우 종속변수의 값을 최소화하는 최적점을 찾게 되는 모순이 나타났다. 그러나 관능 평점의 경우 종속 변수를 극대화하는 최적점을 찾게 되었므로 tagatose-glycine 모델 용액의 Maillard 반응의 최적화는 관능평점을 기준으로 삼아야 한다고 판단되었다.
- 79분으로 예측되었다. 황색도에 대한 회귀식(Y2)의 결정계수(R2)는 0.98이었고, 일차항, 이차항, 교차곱 항의 계수 간에는 p = 0.0001, 0.0207, 0.0024 로 p<0.05 이내에서 유의성이 모두 인정되었으며, 최적점은 pH 4.35, 온도 83.88℃, 시간 66.73분으로 예측되었다. 색차에 대한 회귀식(Y3)의 결정계수(R2)는 0.
- 행하였다. 흡광도에 대한 회귀식(Y1)의 결정계수(R2)는 0.94이었고, 일차항들의 계수와 교차곱 항의 계수 간에는 p = 0.0043, 0.0296 으로 p<0.05 이내에서 유의성이 있었으나 이차항들의 경우는 p = 0.1129로 유의성이 없는 것으로 나타났으며, 최적점은 pH 3.36, 온도 85.44℃, 시간 110.79분으로 예측되었다. 황색도에 대한 회귀식(Y2)의 결정계수(R2)는 0.
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