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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 기능성 식품소재인 실크펩티드를 빵 제조에 첨가하였을 때 반죽의 이화학적 물성특성에 미치는 영향 등을 조 사하여 실크펩티드 첨가빵의 제조방법을 확립하고자 한다
- 본 연구는 실크펩티드 첨가량을 달리하여 반죽의 물성 특성을 규명함으로써 실크펩티드 첨가빵 제조시 반죽의 흡수율, 혼합성, 탄력성, 발효내구력 등 제빵 공정에서 필요로 하는 제반자료를 분석 조사함으로써 품질 특성과 식미가 우수한 실크펩티드 첨가빵에 대해 과학적인 제조방법을 구축하는 연구자료로서 활용하고자 하며, 향후 실크펩티드 사용하는 응용범위를 확대하여 빵을 비롯한 과자류와 다양한 식품가공 제조산업에 실크펩티드를 첨가한 제품개발을 산업체에 소개하고 이를 이용할 수 있는 파급 효과에 영향이 클 것으로 판단된다. 따라서 본 연구에서는 기능성 식품소재인 실크펩티드를 빵 제조에 첨가하였을 때 반죽의 이화학적 물성특성에 미치는 영향 등을 조 사하여 실크펩티드 첨가빵의 제조방법을 확립하고자 한다
가설 설정
- U.(Brabender Unit)에 도달하도록 증류수를 가하였다. 그리고 흡수율, 반죽도달시간, 반죽형성시간, 안정도 및 약화도 등을 측정하였다.
- 3)b: Degree of yellowness (yellow +70↔-80 blue).
제안 방법
- 시료 65 g(수분 14%기준)에 증류수 450mL를 첨가한 후 현탁액으로 하여 사용하였다. 25℃부터 95℃까지 1.5℃/min로 승온시키면서 점도변화를 측정하였다. 측정개시온도는 25℃부터 시작하여 호화개시온도, 최고점도온도 및 최고점도의 특성값을 측정하였다.
- (Brabender Unit)에 도달하도록 증류수를 가하였다. 그리고 흡수율, 반죽도달시간, 반죽형성시간, 안정도 및 약화도 등을 측정하였다.
- 5분에 비해 시간이 다소 연장되었다. 반죽의 굳기가 최고에 도달하는 반죽형성시간은 1.0% 첨가시 6.0분으로 대조구의 5.0분과 약간의 차이를 보였으나 3.0%, 4.0%로 증가시 각각 7.0분, 7.5분으로 길어졌다. 안정도는 대조구가 15분이었다.
- 분산을 위한 용매는 isopropyl alcoh이을 사용하였고 부피(%)에 대한 입자직경으로 측정했다. 부피를 100%로 하고 40 ㎛에서 900 ㎛까지의 입자직경을 측정하여 입도의 평균값, 최빈치 및 총 표면적을 계산하였다.
- LS 100, USA)를 이용하였다. 분산을 위한 용매는 isopropyl alcoh이을 사용하였고 부피(%)에 대한 입자직경으로 측정했다. 부피를 100%로 하고 40 ㎛에서 900 ㎛까지의 입자직경을 측정하여 입도의 평균값, 최빈치 및 총 표면적을 계산하였다.
- 2N HNO3 용액에 용해하여 100mL로 정용한 후 여과하였다. 분석은 ICP(Inductively coupled plasma, Jobin-Yvon Model JY 38 Plus,France)를 사용하여 Table 2와 같은 조건으로 하였다.
- 분자량 확인을 위해 gel filtration prestained molecular standard(Bio-Rad Lab., Hercules CA, USA)를 사용하였다. 표준물질은 thyroglobulin(670 KDa), bovine gamma globulin(158 KDa), ovalbumin(44 KDa), myoglobin(17 KDa), vitamin B-12(1.
- 시료반죽은 혼합 후와 2차 발효 후 구분하여 동결 건조시켜 사용하였다. 시료(40×40×30 mm)를 알루미늄 표본 지지대 위에 얹고, JEOL이온 도금기(JFC-1100, Japan)를 이용하여 금박으로 쒸우고, JEOL사(JSM-35F, Japan)의 주사전자현미경을 이용하여 가속전압 15KV에서 촬영하였다.
- 실크펩티드는 배합비율에 따라 믹서기(Hobart kichenaide K45 10-speed mixer)로 5분간 혼합한 후 색차를 측정하고 Hunter system에 의하여 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness) 값으로 나타내었다. L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 -80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 -70(청색)에서 70(황색)까지 측정하였다.
- 실크펩티드와 밀가루 및 반죽의 초미세구조는 주사전자 현미경으로 관찰하였다. 시료반죽은 혼합 후와 2차 발효 후 구분하여 동결 건조시켜 사용하였다.
- 실크펩티드와 밀가루의 색차는 색도계(Color and color difference meter, TC-3600, Japan)를 이용하여 측정하였다. 실크펩티드는 배합비율에 따라 믹서기(Hobart kichenaide K45 10-speed mixer)로 5분간 혼합한 후 색차를 측정하고 Hunter system에 의하여 명도(L, lightness), 적색도(a, redness), 황색도(b, yellowness) 값으로 나타내었다.
- 실크펩티드와 밀가루의 유리당 분석은 시료 2g을 칭량하여200mL의 80% ethanol로 80℃에서 6시간 환류 추출한 후 여과하였다. 이를 감압 건조시키고 초순수를 첨가하여 20mL로 정용하여 시료 추출액으로 하였다.
- 35KDa)를 사용하였다. 여기서 standard chromatogram과 시료의 chromato-gram을 비교하여 silk protein hydrolysate의 분자량을 구하였다.
- , German) rounder에서 20번 정도 둥글리기를 하여 원통형으로 성형하였다. 이를 30#20℃의 발효조에서 45, 90 및 135분간 발효시킨 후 각 시간마다 반죽의 신장도, 저항도 및 전체면적을 측정하였다. 신장도(E)는 시작점으로부터 끝까지의 거리(mm), 저항도(R)는 그래프의 최고 높이(B.
- 4)로 재용해하였다. 이를 HPLC(High performance liquid chromatography, Waters Associates Inc., USA)를 사용하여 Table 1의 조건에서 분석하였다. 유리아미노산은 시료 2 g을 칭량하여 200 mL의 80% ethanol로 80μL에서 6시간 환류 추출한 후 여과하여 감압 건조시키고 초순수를 첨가하여 20mL로 정용하여 시료 추출액으로 하였다.
- 5℃/min로 승온시키면서 점도변화를 측정하였다. 측정개시온도는 25℃부터 시작하여 호화개시온도, 최고점도온도 및 최고점도의 특성값을 측정하였다. 호화개시 온도는 초기점도가 10 B.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 밀가루는 (주)대한제분 강력분, 실크펩티드는 (주)한국메디사 제품을 사용하였으며, 반죽 배합비에서 실크펩티드 첨가량은 베이커 퍼센트(baker's percent)로 밀가루 100% 기준에 대해 0, 0.5, 1, 2, 3 및 4%로 각각 달리하여 첨가하였다.
- , Hercules CA, USA)를 사용하였다. 표준물질은 thyroglobulin(670 KDa), bovine gamma globulin(158 KDa), ovalbumin(44 KDa), myoglobin(17 KDa), vitamin B-12(1.35KDa)를 사용하였다. 여기서 standard chromatogram과 시료의 chromato-gram을 비교하여 silk protein hydrolysate의 분자량을 구하였다.
- L값은 0(검정색)에서 100(흰색)까지, a값(적색도)은 -80(녹색)에서 100(적색)까지, b값(황색도)은 -70(청색)에서 70(황색)까지 측정하였다. 표준판은 백색판을 사용하였고 이 백색판이 나타내는 L, a, b는 각각 89.2, 0.923, 0.783 이었다. Hunter scale에 의한 총색차(ΔE, total color difference)는 측정된 L, a, b 값을 이용하여 다음과 같이 계산하였다.
이론/모형
- AACC방법 (13)에 따라 시료 300 g(수분 14%기준)을 farinograph 혼합기에 넣고 farinograph의 흡수율보다 2-5%의 적은 양의 증류수에 소금 2%(6g)를 용해시킨 용액을 사용하였다. 1분간 혼합한 다음 5분간 방치하고 다시 반죽을 시작하여 farinograph의 500B.
- AACC방법(11)에 따라 farinograph(Brabender Co., German)를 이용하였다. Farinograph mixing bowl을 30#0.
- AACC방법(12)에 따라 amylograph(Brabender Co., German)를 사용하여 분석하였다. 시료 65 g(수분 14%기준)에 증류수 450mL를 첨가한 후 현탁액으로 하여 사용하였다.
- 실크펩티드와 밀가루의 무기질 분석은 건식회화법으로 하였다. 즉 시료를 550oC에서 4시간 동안 회화시킨 후 0.
- 실크펩티드와 밀가루의 아미노산 분석은 Bidlingmeyer 등(10)의 방법에 의해 일정량의 시료를 6 N-HCl 용액와 혼합하여 질소 충진 후 110℃에서 24시간 동안 가수분해한 후 50mL로 정용하였다. 이를 0.
- 실크펩티드와 밀가루의 일반성분은 AOAC방법(8)에 따라 분석하였다. 즉 수분 함량은 105℃의 상압 가열건조법, 회분은 600℃의 직접회화법, 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl 법을 사용하였고, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법으로 측정하였다.
- 실크펩티드와 밀가루의 입도 분포는 LS particle size analyzer(Coulter LS 100, USA)를 이용하였다. 분산을 위한 용매는 isopropyl alcoh이을 사용하였고 부피(%)에 대한 입자직경으로 측정했다.
- 즉 수분 함량은 105℃의 상압 가열건조법, 회분은 600℃의 직접회화법, 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl 법을 사용하였고, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법으로 측정하였다. 조섬유는 Prosky 등(9)의 방법으로 total dietary fiber 측정용(Sigma Co., MO, St. Louis, USA)시약을 사용하여 측정하였다.
- 즉 수분 함량은 105℃의 상압 가열건조법, 회분은 600℃의 직접회화법, 조단백질 함량은 micro-Kjeldahl 법을 사용하였고, 조지방 함량은 Soxhlet 추출법으로 측정하였다. 조섬유는 Prosky 등(9)의 방법으로 total dietary fiber 측정용(Sigma Co.
성능/효과
- 0%로 증가시 안정도는 낮았고 약화도는 약간 증가하였다. Amylogram 특성에서 호화개시 온도는 100% 밀가루인 대조구는 59.5℃이었으며 실크펩티드 3.0% 첨가까지는 대조구와 동일하였고, 4.0% 첨가구는 58.0℃로 대조구보다 낮았다. 최고점도온도에서 실크펩티드 첨가구와 대조구는 차이를 보이지 않았으며 최고점도는 실크펩티드 증가시 감소하는 경향을 보였다.
- 95 ㎛이다. 단위 부피 당 표면적은 밀가루가 4041 cm2/mL, 실크펩티드는 9976cm/mL로 나타나 밀가루보다 실크펩티드의 입자가 더 미세하였으며 밀가루는 작은 입자와 큰 입자로 분산되어 있고 큰 입자그룹은 50-150 ㎛로 전체적으로 많은 부분을 차지하고 있으며 작은 입자들은 큰 입자보다 적은 양으로 1-10 ㎛ 그룹과 20-50 ㎛그룹으로 분산되어 있었다. 이는 Kwon(17)이 보고한 강력분의 입자 분포와 유사하였다.
- 5, 특성값은 Table 9와 같다. 대조구인 밀가루의 흡수율은 63.1%였다 실크펩티드0.5%, 1.0%를 첨가시 흡수율은 63.1%와 62.1%였고 3.0%, 4.0%에서는 각각 60.4%와 59.3%로 실크펩티드가 증가할수록 흡수율은 감소하는 경향을 나타내었다.
- 0% 첨가 시 90분 후부터는 크게 증가하여 측정값을 나타낼 수가 없었다. 따라서 실크펩티드를 첨가하는 경우는 반죽의 가스 보유력과 발효 내구력이 밀가루만 사용할 경우보다는 크게 증가되어 산화제를 첨가한 반죽 물성을 보였다. Cho 등(23)은 반죽에 산화제, 환원제를 첨가하였을 때 R/E비율 증가로 발효시간을 단축하였다고 하였다.
- Amylogram의 점도는 효소의 활성이외에 전분의 팽윤 정도에 크게 영향을 받으며 전분 입자의 팽윤 정도는 현탁액의 pH 즉 알카리성에서 크게 촉진된다(21). 본 실험에서 점도의 저하는 α-amylase의 활성화의 결과보다는 실크펩티드 첨가에 의한 전분의 희석효과에 관련이 있는 것으로 생각된다.
- Parkkonen 등(19)은 적절하게 혼합된 반죽의 글루텐은 얇은 막으로 형성되어 전분이나 다른 부재료들이 침투되어 분산되어 있으며 발효가 진행됨에 따라 반죽에 기공이 형성된다고 하였다. 본 실험의 미세구조 관찰에서도 대조구의 경우 글루텐 matrix에 전분이 분산되어 있는 것을 관찰할 수 있었고, 발효 후 초미세구조는 발효 동안에 protein-starch matrix의 구조가 약간 흩트러져 보였다. 그리고 가스 발생으로 인해 기공이 커지면서 전분 입자를 덮고 있던 단백질의 막이 벗겨져 있는 것이 관찰되었다.
- 0% 이상 첨가구의 90분 후부터는 저항도 값이 크게 증가하여 측정값을 나타낼 수가 없었다. 신장도와 저항도 값의 비율인 R/E값의 변화는 실크펩티드 증가에 따라 시간 경과 시 RE값은 증가하였으며, 실크펩티드를 첨가하는 경우는 반죽의 가스 보유력과 발효 내구력이 밀가루만 사용할 경우보다는 크게 증가되어 산화제를 첨가한 반죽 물성을 보여 실크펩티드 첨가는 반죽의 물성에 미치는 영향을 여러 측면에서 볼 때 산화제 역할을 나타내어 기능성을 가진 천연 제빵개량제로도 긍정적인 효과가 있을 것이다.
- 이러한 결과는 밀가루 반죽이 발효에 의하여 탄성과 점성이 증가되며 신장도는 감소한다는 Hoseney 등(22 의 보고와 일치하였다. 실크펩티드 0%에서 4.0%까지 첨가하였을 때 시간 경과에 따라 신장도의 변화를 보면 45분 후 대조구는 183 mm, 4.0% 첨가시 150mm, 90분 후는 대조구가 170 mm, 4.0% 첨가시 110 mm, 135분 후는 대조구가 162 mm에서 4.0% 첨 가시 85 mm로 발효시간 경과와 실크펩 티드 증가에 따라 신장도는 감소하였다. 저항도는 45분 후 대조구는 560 B.
- 실크펩티드 첨가시는 발효시간 45분, 135분 경과에 따라 저항도는 증가하였고 신장도는 감소하였으며 이에 따라 R/E 비는 증가하였다. 이러한 결과는 밀가루 반죽이 발효에 의하여 탄성과 점성이 증가되며 신장도는 감소한다는 Hoseney 등(22 의 보고와 일치하였다.
- 실크펩티드는 마그네슘의 함량이 702.35mg%로 제일 높았으며 다음으로 칼슘, 인 및 나트륨 순으로 높았고 칼륨, 철분 등 다른 무기염류는 낮았다. 제빵시 실크펩티드 첨가는 밀가루에 부족한 무기질의 보충원의 도움이 될 수 있음을 보였다.
- 실크펩티드를 1.0% 첨가한 반죽의 초미세구조는 대조구와 같은 안정된 구조를 보였으나 3.0% 첨가시 protein-starch matrix 구조는 대조구에 비해 불안정하게 보여 굽기 후의 빵의 부피 및 품질의 상태는 다소 저하됨이 예측되었다. Pomeranz 등(20)은 밀가루 반죽 구조에서 큰 전분 입자는 더욱 커지고 작은 입자는 약간 변형되면서 protein matrix와 결합하는 양상을 보였으며, 이는 protein-starch 상호작용이 강화되는 것으로 발효와 더불어 미세한 그물망 구조에서 탄력성 있게 변화하여 작은 빈 공간을 형성하고 단백질은 전분 입자를 덮고 있다고 하였다.
- 같다. 실크펩티드의 수분은 5.80%로 낮았고, 단백질은 90.83%로 함량이 상당히 높은 특징을 보였으며 조지방과 조섬유는 각각 0.05%와 0.48%로 매우 낮았다. 밀가루는 수분 함량이 14.
- 실크펩티드의 조단백질은 90.83%로 함량이 매우 높았고 총 아미노산 함량은 50, 224.12 mg%로 역시 매우 높았다. 아미노산 조성은 glycine(37.
- 7배로 매우 높은 함량을 나타내었다. 아미노산 조성은 glycine(37.4%)의 함량이 제일 많았으며 alanine(28.2%), serine(14.7%) 및 tyrosine(8.6%) 순으로 나타났고 이들 총 함량은 전체 아미노산 함량의 89%로 높은 비율을 차지하였다. 이는 Nahm 등(16)이 보고한 아미노산 조성과 유사하였다.
- 12 mg%로 역시 매우 높았다. 아미노산 조성은 glycine(37.4%)이 제일 많았으며 alanine(28.2%), serine(14.7%) 및 tyrosine(8.6%) 순으로 나타났고 이들 총 함량은 전체 아미노산 함량의 89%로 높은 비율을 차지하였다. 실크펩티드의 분자량은 1500-1600 Da으로 측정되었으며, 입자크기는 1045 ㎛로 입자크기가 다양하였다.
- 반죽의 물리적 특성인 farinograph에서 반죽도달시간은 실크펩티드 첨가량 증가 시 대조구에 비해 시간이 다소 연장되었으며 반죽형성시간은 길어졌다. 안정도는 실크펩티드 2.0% 첨가까지는 대조구와 비슷한 안정도를 보였으나 3.0%, 4.0%로 증가시 안정도는 낮았고 약화도는 약간 증가하였다. Amylogram 특성에서 호화개시 온도는 100% 밀가루인 대조구는 59.
- 저항도는 실크펩티드 1.0% 첨가시는 90분, 135분 경과시 900 B.U., 1000 B.U.로 저항도가 증가하기 시작하였고, 실크펩티드 2.0% 이상 첨가시는 90분 후 부터 저항도가 급격히 증가하는 특이한 현상을 보였으며, 그 값은 그래프의 최고점 1000 B.U.를 크게 벗어나 정확한 저항도 값을 읽을 수 없었다. 전체면적은 45분 후 대조구는 133 cm2이 었으나 2.
- 76 mg%였다. 전체적으로 glutamic acid와 proline의 함량은 각각 3443.00 mg%와 794.13 mg%로 높았으며 lysine, methionine, tyrosine 및 cystine 등의 함량은 낮게나타났다. 이는 Kim 등(15)의 밀가루의 아미노산 조성에 관한 보고와 유사하였다.
- 35mg%로 제일 높았으며 다음으로 칼슘, 인 및 나트륨 순으로 높았고 칼륨, 철분 등 다른 무기염류는 낮았다. 제빵시 실크펩티드 첨가는 밀가루에 부족한 무기질의 보충원의 도움이 될 수 있음을 보였다. 밀가루는 인이 85.
- 0℃로 대조구보다 낮았다. 최고점도온도에서 실크펩티드 첨가구와 대조구는 차이를 보이지 않았으며 최고점도는 실크펩티드 증가시 감소하는 경향을 보였다. Extensograph에서 실크펩티드 증가시 반죽의 저항도는 크게 증가하였고 신장도의 값도 시간의 경과에 따라 증가하였다.
후속연구
- Keiko 등(7)은 6% 실크펩티드 용액을 첨가하여 제조한 케익은 노화지연 효과가 우수하다고 보고하였다. 실크피브로인의 대부분을 차지하고 있는 glycine, alanine, serine 및 tyrosine 아미노산은 의약품 및 기능성 식품으로서의 이용에 대한 연구가 진행되고 있어 이를 이용한 새로운 연구소재의 한 분야가 될 것이다.
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