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문제 정의
- 본 연구에서는 이러한 천연색소를 가진 시금치가루 를 첨가하여 머핀을 제조하기 위해 반응표면분석법에 의한 머핀제조 최적조건을 얻고자 한다.
제안 방법
- 관능 검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 대학원에 재학 중인 학생 중 본 실험에 흥미를 갖는 16명을 선 정하여 7에 가까울수록 큰 기호도를 나타내는 7점 기호 척도법으로 평가하였다. 관능검사원 16명 각각 에게 6개의 시료를 제시하여 균형불완전블록법 (BIBD : balanced incomplet block design)으로 머핀의 색(color), 향(flavor), 촉촉함(moisture), 질감(texture), 전반적인 기 호도(overall quality)에 대한 바람직한 정도를 나타내었 고 머핀은 실온에서 방냉한 후 균일한 크기(1/4조각)로 잘라서 백색의 접시에 담아 물과 함께 제시하였다.
- 관능 검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 대학원에 재학 중인 학생 중 본 실험에 흥미를 갖는 16명을 선 정하여 7에 가까울수록 큰 기호도를 나타내는 7점 기호 척도법으로 평가하였다. 관능검사원 16명 각각 에게 6개의 시료를 제시하여 균형불완전블록법 (BIBD : balanced incomplet block design)으로 머핀의 색(color), 향(flavor), 촉촉함(moisture), 질감(texture), 전반적인 기 호도(overall quality)에 대한 바람직한 정도를 나타내었 고 머핀은 실온에서 방냉한 후 균일한 크기(1/4조각)로 잘라서 백색의 접시에 담아 물과 함께 제시하였다.
- 중심합 성계획법으로 실험을 설계하여 시금치가루(Xi), 버터 (X2)와 달걀(X3)을 독립변수(Xn)로 하고 Table 2와 같 이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다. 머 핀의 품질 특성으로 예상되는 높이, 부피, 색도(L, a, b), 기계적 특성 (hardness, cohesiveness, springiness, gumminess) 을 종속변수로 하였다.
- 머핀의 색도는 머핀 내부의 색을 색차계(Colonneter CR-300, Minolta Co. Japan)를 사용하여 L (Lightaess), a (Redness) 및 b (Yellowness)값을 측정하였는데 한 처리 군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 표준 백색판의 L, a, b값은 각각 97.
- 시금치가루를 첨가한 머핀의 배합비는 Table 1과 같 다. 머핀의 제조는 일반 머핀 제조방법에 준하여 밀가 루, 시금치가루, 베이킹파우더, 소금, 전지분유는 체질 하여 두고, 버터에 설탕, 달걀을 넣어 크림상이 되도록 반죽기 (Model K5SS, Kitchen Aid Co., Joseph, Michigan, U.S.A.)로 3분간 반죽한 후 체질한 재료들을 넣어 1분 간 더 반죽하였다. 유산지를 깐 머핀 컵에 80 g씩 취 하였고 180°C로 예열된 오븐에서 25분간 구워 낸 후 꺼내어 상온에서 방냉하여 시료로 사용하였다.
- 머핀의 조직감 측정은 머핀의 내부를 동일한 크기로 잘라 Rheometer(Sun Rheometer Compac-100, Japan) 를 사용하여 masticability test를 실시하였고 경도(hardness), 응 집성(cohesiveness), 탄력성(springiness), 검성(gumminess)을 산출하였다. 한 처리군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다.
- 머핀의 특성에 영향을 미치는 요인은 시금치가루, 버 터, 달걀을 주요 변수로 하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology : RSM)으로 최적화하였다. 중심합 성계획법으로 실험을 설계하여 시금치가루(Xi), 버터 (X2)와 달걀(X3)을 독립변수(Xn)로 하고 Table 2와 같 이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다.
- 반응변수 중 물리적 특성에서 유의성이 인정된 높이 (height), L(Lightness)값, a(Redness)값과 응집 성 (cohesiveness), 관능적 특성에서 색도(color)와 전반적인 기호도(overall quality)를 제한 변수로 선정하여 주어진 실험구간에서의 변화 특성을 알아보고자 하였다.
- 반응표면분석법은 그래프로 최적조건을 결정하는 방 법이므로, 각 항목별 최적조건은 등고선 그래프의 최 적 배합 구역 내에서 가장 중앙에 위치한 점으로 이 점이 삼차원 그래프의 정상점이라고 할 수 있다(Ko YJ 2004). 시금치 머핀의 관능적 최적점을 결정하기 위해 여러 관능 항목의 각 요인별 등고선그래프를 오 버랩시켜 교집합을 구하고(Fig. 15.) 그 범위 내에서 최 적점을 산출하였다. 시금치가루는 28-34 g, 버터는 250〜260 g, 달걀은 175-210 g에서 최적조건을 나타내었다.
- 시금치가루를 첨가하여 머핀의 영양성과 기호성 을 개선하기 위해 시금치가루의 첨가량, 버터 첨 가량, 달걀 첨가량을 달리 한 후 반응표면분석법 으로 최적화하여 최적조건을 구하고자 하였다. 머 핀의 높이에 가장 영향을 많이 주는 인자는 달걀 의 함량이었고 시금치가루 함량 30.
- 머핀의 특성에 영향을 미치는 요인은 시금치가루, 버 터, 달걀을 주요 변수로 하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology : RSM)으로 최적화하였다. 중심합 성계획법으로 실험을 설계하여 시금치가루(Xi), 버터 (X2)와 달걀(X3)을 독립변수(Xn)로 하고 Table 2와 같 이 -2, -1, 0, +1, +2의 다섯 단계로 부호화하였다. 머 핀의 품질 특성으로 예상되는 높이, 부피, 색도(L, a, b), 기계적 특성 (hardness, cohesiveness, springiness, gumminess) 을 종속변수로 하였다.
- 머핀의 색도는 머핀 내부의 색을 색차계(Colonneter CR-300, Minolta Co. Japan)를 사용하여 L (Lightaess), a (Redness) 및 b (Yellowness)값을 측정하였는데 한 처리 군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 표준 백색판의 L, a, b값은 각각 97.
대상 데이터
- 머핀의 재료로는 2002년 생산된 시금치가루(컬러푸 드), 박력분(제일제당), 설탕(제일제당), 버터(서울우유), 소금(해표, 정제염), 탈지분유(서울우유), 베이킹파우더 (성진식품), 달걀(영림축산)을 사용하였다.
데이터처리
- 머핀의 부피는 구운 후 실온에서 방치한 후에 종자 치환법으로 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었 다. 머핀 단면의 높이는 머핀을 위에서 아래로 정확히 반으로 자르고 자른 단면의 최고 높이를 3회 반복 측 정하여 평균값으로 나타내었다.
- 중심합성계획법에 따라 실험을 설계하였고 RSREG(Response Surface Regression Analysis)방법으로 자료를 분석하였다. 재료의 배합성분을 각각 독립변수로 하고 실험결과인 반응변수와의 관계를 2차 다항 회귀식으로 구하였고 1차 선형효과, 2차 곡선효 과 및 인자 간 교호작용을 살펴보았으며 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 3차원 그래프 분석 을 실시하였다. 회귀분석결과 정상점이 안장점일 경우 에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였다.
- 재료의 배합성분을 각각 독립변수로 하고 실험결과인 반응변수와의 관계를 2차 다항 회귀식으로 구하였고 1차 선형효과, 2차 곡선효 과 및 인자 간 교호작용을 살펴보았으며 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 3차원 그래프 분석 을 실시하였다. 회귀분석결과 정상점이 안장점일 경우 에는 능선분석을 실시하여 최적점을 구하였다.
이론/모형
- 12)를 이용하여 분석하였다. 중심합성계획법에 따라 실험을 설계하였고 RSREG(Response Surface Regression Analysis)방법으로 자료를 분석하였다. 재료의 배합성분을 각각 독립변수로 하고 실험결과인 반응변수와의 관계를 2차 다항 회귀식으로 구하였고 1차 선형효과, 2차 곡선효 과 및 인자 간 교호작용을 살펴보았으며 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 3차원 그래프 분석 을 실시하였다.
성능/효과
- 3, 4와 5는 머핀 의 L값, a값과 b값에 대해 교호작용을 3차원 그래프로 나타낸 것으로 L값과 a값의 경우 정상점이 모두 최저 점을 갖는다. 각 영향인자의 L값에 대한 최저점은 시 금치가루 102.21 g, 버터 218.36 g, 달걀 226.16 g이며, a값에 대한 최저점은 각각 38.73 g, 264.81 g, 181.41 g을 나타내었다. 머핀 a값의 시금치가루와 버터의 관계 에서 정상점은 최저점을 가지며 시금치가루의 양이 39.
- 열에 의해 팽창되고 달걀 단백질이 굽기 후반 부에 변성되고 응고되면서 팽창된 위치에서 고정되게 된다(McWilliams M 2001). 결과적으로 달걀과 버터의 부피팽창 작용으로 인해 상대적으로 높이에도 영향을 미쳤을 것으로 사료된다. 시금치 머핀의 배합비에 따 른 높이의 변화(Fig.
- 시금치가루를 첨가하여 머핀의 영양성과 기호성 을 개선하기 위해 시금치가루의 첨가량, 버터 첨 가량, 달걀 첨가량을 달리 한 후 반응표면분석법 으로 최적화하여 최적조건을 구하고자 하였다. 머 핀의 높이에 가장 영향을 많이 주는 인자는 달걀 의 함량이었고 시금치가루 함량 30.08 g, 버터 함 량 247.69 g, 달걀 함량 184.97 g에서 높이가 가장 높은 것으로 나타났다. 머핀의 L값과 a값에 대한 배합비의 영향은 시금치가루 함량이 가장 높았고, 응집성 에 대 하여 유의 적 인 차이 를 보이는 것은 달 걀의 함량이었다.
- 8167로 유의적이지 는 않았지만 높은 값을 나타내었다(Table 5). 머핀의 L 값, a값과 b값에 대한 배합비의 영향은 시금치가루 함 량이 유의적으로 가장 높았다(Table 6). 이와 같은 결 과는 시금치의 녹색을 띠는 클로로필 색소가 시금치머 핀의 L값, a값과 b값에 영향을 준 것으로 생각된다.
- 97 g에서 높이가 가장 높은 것으로 나타났다. 머핀의 L값과 a값에 대한 배합비의 영향은 시금치가루 함량이 가장 높았고, 응집성 에 대 하여 유의 적 인 차이 를 보이는 것은 달 걀의 함량이었다.
- 8708로서 높게 나 타났으며 두 회귀곡선의 적합도는 유의수준 5%에서 유의한 결과를 보여주었다(Table 5). 머핀의 높이에 유 의적으로 가장 영향을 많이 주는 인자는 달걀의 함량, 다음으로 버터의 함량이었으며 시금치가루는 F-Ratio 가 0.94로 거의 영향을 미치지 못하는 것으로 나타났 다(Table 6). 이는 달걀 단백질의 거품 방울 내에 포집 된 다량의 공기는 많은 작은 기공을 형성하고 굽는 과정에서 .
- 머핀의 색에 대한 관능평점은 능선분석에 의해 시금치가루 29.51 g, 버터 252.24 g, 달걀 192.33 g에서 관능점수가 가장 높았으며, 시금치가루 첨가 머핀의 전 반적인 기호도에 대한 관능조건은 시금치가루 32.43 g, 버터 249.87 g, 달걀 180.90 g에서 가장 높은 점수를 나타내 었다.
- 2). 버 터의 양이 감소하면 부피 또한 감소하는 경향을 나타 내었고 달걀의 양이 증가하면 부피가 증가하는 경향이 나타났다. B은 0.
- 시금 치가루에 의해 기호도에 미치는 영향은 적은 것으로 보여졌다(Table 6). 버터와 달걀의 관계에서 버터의 양이 251.44 g까지 향의 기호도가 증가하다가 그 이 후에는 감소하는 경향을 나타내었고 달걀의 양은 244.26 g까지 증가하다가 감소하는 경향이 나타났다(Fig. 11)
- 8925로 높은 정확도를 보였다(Table 5). 색깔에 대한 최적점은 시금 치가루 29.51 g, 버터 252.24 g, 달걀 192.33 g이며 (Table 7) 유의적으로 시금치가루가 색에 가장 영향을 미치는 요인으로 나타났다(Table 6). 시금치가루와 달 걀의 관계에서 시금치가루의 양이 28.
- 색깔은 시금치가루 30 g, 버터 240 g, 달걀 195 g에 서 6.33으로 가장 좋은 점수를 보였고, 시금치가루, 버터, 달걀 순으로 6 g, 240 g, 195 g과 54 g, 240 g, 195 g에서 각각 1.83, 2.50으로 낮은 점수를 나타내었다 (Table 4). 이는 적당한 양의 시금치가루는 머핀의 관 능적 특성인 색깔에 좋은 영향을 미치고 있으나 적은 양의 시금치가루나 지나치게 많은 양은 나쁜 영향을 미친다는 결과를 보여주었다.
- 결과적으로 달걀과 버터의 부피팽창 작용으로 인해 상대적으로 높이에도 영향을 미쳤을 것으로 사료된다. 시금치 머핀의 배합비에 따 른 높이의 변화(Fig. 1)를 볼 때 정상점이 최고점을 나 타내었으며 시금치가루 30.08 g, 버터 247.69 g, 달걀 184.97 g에서 높이가 가장 높은 것으로 보였다(Table 7). 시금치가루와 버터와의 관계에서 정상점은 최고점 이고 시금치가루 54.
- 34 g까지 증가하다가 감소하는 경향을 보여 주었다. 시금치가루 30.25 g, 버 터 265.19 g, 달걀 201.50 g에서 촉촉함에 대한 기호도 가 높게 나타났다(Table 7). 이는 중심합성계획법에 따 른 실험계획의 중심값인 30 g, 240 g, 195 g에 가까운 값으로 기본배합비율(Table 2) 부근에서 촉촉함의 기호 도가 가장 높은 것으로 사료된다.
- 시금치가루 첨가 머핀의 전반적인 기호도에 대한 배 합비의 영향은 시금치가루가 유의적으로 가장 높았고 그 다음이 버터였으며 달걀이 가장 영향이 적은 것으 로 나타났으나 버터와 달걀의 함량에 대한 영향은 큰 차이가 없었다(Table 6). 배합 조건에 따른 시금치가루 첨가 머핀의 전반적 기호도 변화는 Fig.
- 33 g이며 (Table 7) 유의적으로 시금치가루가 색에 가장 영향을 미치는 요인으로 나타났다(Table 6). 시금치가루와 달 걀의 관계에서 시금치가루의 양이 28.31 g까지는 색의 기호도가 증가하였으며 그 이후에는 감소하는 경향을 보이고, 달걀의 양은 269.52 g까지 증가하다가 감소하 는 경향을 보였다(Fig. 10). 이와 같은 결과는 시금치가 루와 색깔이 유사한 녹차가루를 첨가한 젤리의 연구 (Heo HY 등 2004)에서 녹차가루 첨가량이 일정 첨가 량까지는 기호도가 증가하다가 감소하는 경향을 보인 것과 비슷하게 나타났다.
- 응집성은 세요인 간 P-value 값이 0.0376으로 5% 수준에서 유의하고 회귀식 결정계수가 0.8745로 높은 정확도를 나타내었다(Table 5). 응집성에 대하여 유의 적인 차이를 보이는 것은 달걀의 함량이었다(Table 6).
- 이상의 결과를 종합하여 볼 때 시금치를 첨가하여 제조한 머핀의 최적제조조건은 시금치가루 28-34 g, 버터 250〜 260 g, 달걀 175〜210 g로 보였다.
- 전반적 기호도에 있어서 시금치가루 함량과 버터의 양이 영향인자임을 볼 때 시금치가루 첨가 머핀에서 향미와 맛에 영향이 큼을 알 수 있다.
- 9는 검성에 대해 교호작용을 3차원 그 래프로 나타낸 것으로 검성에 가장 영향을 미치는 인 자는 달걀인 것으로 나타났다(Table 6). 전반적으로 시 금치가루는 머핀의 경도, 응집성, 탄력성, 검성에서 가 장 적게 영향을 미치고 있었으며, 달걀이 많은 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 6). 이와 같은 결과는 시 금치가루가 머핀의 품질에는 영향을 미치지 않으면서 건강상에 이점을 주는 생리활성 물질을 첨가할 수 있 으므로 기능적인 시금치가루 첨가 머핀이 가능하리라 사료된다.
- 전반적인 기호도는 시금치가루, 버터, 달걀의 각각 30 g, 240 g, 195 g에서 5.23으로 가장 높은 기호도가 나타났고 6 g, 240 g, 195 g에서 2.33로 가장 낮게 나 타났다(Table 4). 시금치가루 첨가 머핀의 기호도에 대 한 반응표면에서 최고점은 시금치가루 32.
- 03으로 가장 높은 기호도가 나타났고 18 g, 210 g, 165 g에서 350로 가장 낮게 나타났다 (Table 4). 촉촉함에 가장 영향을 미치는 요인으로는 시금치가루, 버터, 달걀 순으로 나타났다(Table 6). Kim YS 등(2004)의 감초추출물을 첨가한 머핀의 촉촉한 정 도는 처리군 간에 유의적인 차이를 보이지 않았다는 보고와는 차이를 나타내었다.
- 촉촉함은 시금치가루, 버터, 달걀의 각각 30 g, 240 g, 195 g에서 6.03으로 가장 높은 기호도가 나타났고 18 g, 210 g, 165 g에서 350로 가장 낮게 나타났다 (Table 4). 촉촉함에 가장 영향을 미치는 요인으로는 시금치가루, 버터, 달걀 순으로 나타났다(Table 6).
- 회귀곡선에 대한 결정계수 E은 0.8708로서 높게 나 타났으며 두 회귀곡선의 적합도는 유의수준 5%에서 유의한 결과를 보여주었다(Table 5). 머핀의 높이에 유 의적으로 가장 영향을 많이 주는 인자는 달걀의 함량, 다음으로 버터의 함량이었으며 시금치가루는 F-Ratio 가 0.
후속연구
- 전반적으로 시 금치가루는 머핀의 경도, 응집성, 탄력성, 검성에서 가 장 적게 영향을 미치고 있었으며, 달걀이 많은 영향을 주는 것으로 나타났다(Table 6). 이와 같은 결과는 시 금치가루가 머핀의 품질에는 영향을 미치지 않으면서 건강상에 이점을 주는 생리활성 물질을 첨가할 수 있 으므로 기능적인 시금치가루 첨가 머핀이 가능하리라 사료된다.
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