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문제 정의
- 팥앙금 호화액의 제조에서 감미료로 사용되는 설탕의 대체제로 저감미의 물엿을 사용하고자, 물엿의 농도와 가 열조건에 따른 유리당 함량의 변화를 조사하였다. 각 조건 별로 물엿 첨가 및 열처리한 팥앙금 호화액의 유리당 함량 을 측정한 결과는 Table 1에 나타내었으며, 결과에 대한 반응표면 회귀식은 Table 3에 나타내었다.
가설 설정
- 2)Trace are not detected.
- 3)Optical density at 420 nm. 4)Trace are not detected.
제안 방법
- 각 시료의 아미노산 함량은 아미노산 자동분석기 a800 amino add auto analyzer, Hitachi, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 각 조건별로 가당 및 가열처리한 팥앙금 호화액은 0.45 pm membrane filter로 여과한 후 HPLC(HP 1100 series, Hewlett Packard, USA)로 분석하였다. 이때 분석조건은 column이 Aminex HPX-87C carbohydrate column, column temperature/]- 80C, 이동상은 CHKNH= 75:25 (v/v), flow rate 0.
- 갈색도의 측정은 일정량의 시료를 취하여 각각 UV-spectrophotometer(U-3010, Hitach, Japan)를 이용하여 420nni에서 홉광도를 측정하였다(19).
- 물엿은 설탕 및 포도당에 비하여 저감미이므로 식품의 감미 조절이 가능 하며, 제품에 사용 시 설탕과 함께 사용할 경우 설탕이나 포도당의 결정 석출을 억제하고 윤기를 부여할 수 있다. 따라서 본 연구에서는 팥앙금과 설탕, 물엿을 혼합한 모 델 용액을 대상으로 반응표면분석법을 이용하여 물엿농 도, 가열온도 및 가열시간에 따른 팥앙금 호화액의 당 및 아미노산 함량의 변화를 모니터링 하였다.
- 실험계획은 중심합성계획법 (16)에 의하여 설계하였으며, 반응표면회귀분석을 위해 SAS (statistical analysis system) program을 사용하였다(17). 중심합성계획에 의한 시료의 요인변수는 물엿농도(X, 가 열온도(X2)및 가열시간(X3)을 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화하였다. 실험계획에 의한 실험군의 수는 Table 1과 같이 16구로 설정하여 실험을 실시하였다.
- 팥앙금 호화액은 팥앙금 20%(고형물 35%)에 물엿을 각각 5, 10, 15, 20 및 25%의 농도로 첨가하고, 설탕으로 최종 당도가 30 oBrix가 되도록 조절한 다음, 반응온도 및 시간을 달리하여 가열한 후 냉각하여 여과지 (Whatman No. 2)로 여과한 시료를 냉장보관하면서 사용하였다.
- 팥앙금과 설탕 및 물엿을 혼합한 모델용액에서 물엿농도 및 가열조건에 따른 팥앙금 호화액의 당 및 아미노산 함량 의 동적변화를 모니터링 하였다. 중심합성계획에 의해 유 리당 함량을 측정한 결과, 갈변반응이 심하게 발생한 실험 구에서 giucose와 fiwtose의 함량이 높고, maltose의 함량이 낮게 나타났다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용한 팥앙금은 농수산물 유통공사에서 확인하여 수입한 중국산 팥을 (주)대두식품에서 가공한 것을 사용하였다. 즉, 95℃에서 30분, 85℃에서 30분 및 KXTC에서 60분간 가열한 후 그라인더로 분쇄하여 수분함량 65%의 팥앙금을 제조하여 사용하였으며, 설탕(순도 99.
- 본 실험에 사용한 팥앙금은 농수산물 유통공사에서 확인하여 수입한 중국산 팥을 (주)대두식품에서 가공한 것을 사용하였다. 즉, 95℃에서 30분, 85℃에서 30분 및 KXTC에서 60분간 가열한 후 그라인더로 분쇄하여 수분함량 65%의 팥앙금을 제조하여 사용하였으며, 설탕(순도 99.9%, CJ (주)) 및 물엿(DE 22, 70 °Brix, (주)대상)을 사용하였다.
데이터처리
- 실험계획에 의한 실험군의 수는 Table 1과 같이 16구로 설정하여 실험을 실시하였다. 또한 이들 요인 변수에 의해 영향을 받는 반응변수(#)는 팥앙금 호화액의 갈변반응에 영향을 미치는 주요 품질인자로서 유리당 함 량, 아미노산 함량 및 갈색도의 변화를 분석하여 회귀분석 에 사용하였다. 가당 및 가열조건에 따른 변수들의 특성은 Mathematica program을 이용하여 4차원 반응표면으로 나타 내었다 (18).
이론/모형
- 또한 이들 요인 변수에 의해 영향을 받는 반응변수(#)는 팥앙금 호화액의 갈변반응에 영향을 미치는 주요 품질인자로서 유리당 함 량, 아미노산 함량 및 갈색도의 변화를 분석하여 회귀분석 에 사용하였다. 가당 및 가열조건에 따른 변수들의 특성은 Mathematica program을 이용하여 4차원 반응표면으로 나타 내었다 (18).
- 본 실험에서는 팥앙금 호화액의 물엿농도 및 열처리 조건을 최적화하기 위해 반응표면분석 (response surface methodology, RSM)을 활용하였다(15). 실험계획은 중심합성계획법 (16)에 의하여 설계하였으며, 반응표면회귀분석을 위해 SAS (statistical analysis system) program을 사용하였다(17).
- 본 실험에서는 팥앙금 호화액의 물엿농도 및 열처리 조건을 최적화하기 위해 반응표면분석 (response surface methodology, RSM)을 활용하였다(15). 실험계획은 중심합성계획법 (16)에 의하여 설계하였으며, 반응표면회귀분석을 위해 SAS (statistical analysis system) program을 사용하였다(17). 중심합성계획에 의한 시료의 요인변수는 물엿농도(X, 가 열온도(X2)및 가열시간(X3)을 -2, -1, 0, 1, 2 다섯 단계로 부호화하였다.
성능/효과
- 3~Fig. 6에서 보는 바와 같이 아미노산 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 85~UXTC의 온도에서 가장 낮은 함량을 나타내었고, 갈변반응이 많이 일어난 시료에서 아미노산 함량이 크게 증가하였다. 또한 유리당 분석결 과와 유사하게 가열온도가 95C까지 증가하는 동안 아미노 산 함량이 감소하였으나, 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아질수록 아미노산 함량이 증가되는 것으로 나타났다.
- 가열온도가 95℃까지 증가하는 동안 glucose 함량은 감소하였으며, 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아질수록 그 함량이 증가하였다. Fructose 함량은 갈색도가 0.5 이상으로 높게 나타난 5개의 실험구에 서만 측정되 었으며, 최대값은 물엿농도 15.30%, 가열온도 119.6VC 및 가열시간 145.55분일 때로 예측되었다(Table 4). 능선분석에 의한 maltose 함량의 최대값은 물엿농도 5.
- (Table 4). Maltose 함량은 glucose 및 fructose 함량의 측정 결과와 같이 가열온도에 가장 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타났다.(Fig.
- 1과 같이 안장점의 형태로 나타났으며, glucose 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받고 있었다(Table 5). 가열온도가 95℃까지 증가하는 동안 glucose 함량은 감소하였으며, 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아질수록 그 함량이 증가하였다. Fructose 함량은 갈색도가 0.
- 또한 팥앙금 호화액의 amino acid 함량을 분석한 결과, total amino acid 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받았고, 갈변반응이 많이 일어난 시료에서 그 함량이 크게 증가하였다. 각 시료의 갈색도 측정 결과 glucose 및 아미노산의 변화와 마찬가지로 95 ℃의 온도까지는 그 함량이 감소하다가 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아 짐에 따라 증가하였다. 팥앙금 호화액의 유리당 및 아미노 산 함량과 갈색도와의 상관관계를 조사해 본 결과, 양의 상관관계를 나타내어 갈색도의 증가로 인한 유리당 및 아미 노산의 감소보다는 열분해에 의한 유리당 및 아미노산의 증가 속도가 더 빠른 것으로 여겨진다.
- 0073로서 1% 이내의 유의수준에서 인정되었다. 각 실험구간별 total amino add 함량은 가열온도에 의해서 가장 큰 영향을 받는 것으로 나타났으며, 정상점은 안장점으로 능선분석을 실시한 결과 최대값은 물엿농도 15.13%, 가열온도 119.82 ℃ 및 가열시간 140.52분일 때 102.43 ug/mL으로 예측되었다 (Table 4, Fig. 6).
- 55분일 때로 예측되었다(Table 4). 능선분석에 의한 maltose 함량의 최대값은 물엿농도 5.41%, 가열온도 95.13 ℃ 및 가열시간 118.16분일 때 267.73 mg/g으로 예측되었으며, 최소값은 물엿농도 17.38%, 가열 온도 119.25 ℃ 및 가열시간 140.33분일 때 41.78 mg/g이었다. (Table 4).
- 팥앙금 호화액의 갈변반응에 있어서 기질인 유리당 함량 과 반응생성물의 갈색도와의 상관관계를 조사해 본 결과Table 6과 같이 glucose 및 fructose 함량은 갈색도와 높은 양의 상관관계를 나타내었다. 또한 아미노산 함량과 반응 생성물의 갈색도와의 상관관계를 조사해본 결과 Table 6과 같이 serine, glutamic acid, glycine, alanine, tyrosine 등은 상관계수 0.90 이상의 높은 정의 상관관계를 나타내었으며, 유리당 함량과 total amino acids 함량과의 상관관계에서도 0.98 이상의 높은 양의 상관관계를 나타내었으며, 1% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 이와 같은 결과로 부터 팥앙금 호화액의 갈변반응에 있어서 갈색도의 증가는 유리당과 아미노산의 증가와는 직접적으로 관계가 없음을 알 수 있었다.
- 6에서 보는 바와 같이 아미노산 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 85~UXTC의 온도에서 가장 낮은 함량을 나타내었고, 갈변반응이 많이 일어난 시료에서 아미노산 함량이 크게 증가하였다. 또한 유리당 분석결 과와 유사하게 가열온도가 95C까지 증가하는 동안 아미노 산 함량이 감소하였으나, 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아질수록 아미노산 함량이 증가되는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 Maillairi 반응에 관여하는 아미노산 함량 보다는 시료 속의 단백질이 변성 및 열분해 됨으로써 생성 되는 유리 아미노산의 양이 더 많아지기 때문으로 생각된다(21).
- 중심합성계획에 의해 유 리당 함량을 측정한 결과, 갈변반응이 심하게 발생한 실험 구에서 giucose와 fiwtose의 함량이 높고, maltose의 함량이 낮게 나타났다. 또한 팥앙금 호화액의 amino acid 함량을 분석한 결과, total amino acid 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받았고, 갈변반응이 많이 일어난 시료에서 그 함량이 크게 증가하였다. 각 시료의 갈색도 측정 결과 glucose 및 아미노산의 변화와 마찬가지로 95 ℃의 온도까지는 그 함량이 감소하다가 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아 짐에 따라 증가하였다.
- 중심합성계획에 의한 16구간의 실험구간에 대한 갈색도 의 측정 결과는 Table 1과 같고, 결과에 대한 회귀식은 Table 3에 나타내었다. 세 가지 반응조건인 물엿농도, 가열온도 및 가열시간의 변화에 따른 갈색도에 대한 회귀식의 R2는 0.9043이었고 유의성은 0.0181 로서 5%내의 유의수준에서 인정되었다. 갈색도는 가열온도에 의해서 가장 큰 영향을 받고 있는 것으로 나타났으며, 갈색도의 변화는 Fig.
- 39 mg/g으로 최대값을 나타내었 다fTable 4). 실험조건별로 측정된 glucose 함량을 반응표면 분석하여 4차원으로 나타낸 결과 Fig. 1과 같이 안장점의 형태로 나타났으며, glucose 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받고 있었다(Table 5). 가열온도가 95℃까지 증가하는 동안 glucose 함량은 감소하였으며, 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아질수록 그 함량이 증가하였다.
- 이러한 결과는 Maillairi 반응에 관여하는 아미노산 함량 보다는 시료 속의 단백질이 변성 및 열분해 됨으로써 생성 되는 유리 아미노산의 양이 더 많아지기 때문으로 생각된다(21). 유리당 분석 결과와 마찬가지로 갈변이 심하게 나타난 시료의 아미노산 함량이 높게 측정된 것으로 미루어 볼 때, 본 실험에서의 팥앙금 호화액 제조에서는 유리당과 아 미노산의 상호작용으로 인한 갈변물질의 생성과 더불어, 첨가되어진 당과 팥앙금 자체의 높은 탄수화물 및 단백질로 부터 분해되어 생성되는 유리당과 아미노산이 상당히 많은 것으로 여겨진다. Total amino acid 함량에 대한 회귀식의 R2는 Table 3과 같이 0.
- 또한 Lee 등(5)은 반응시간이 짧고 반응온도가 높을수록 glucose 함량의 감소 가 심하게 나타났으며, fructose의 함량의 변화는 반응온도, 시간 및 용매의 pH가 각각 낮은 조건에서는 이들의 값이 증가할수록 감소하였다고 한 보고하였는데, 본 실험 결과 와는 다소 차이가 있었다. 이러한 결과는 미루어 볼 때 본 실험에 사용된 팥앙금 호화액의 유리당은 갈변반응의 기질 로 사용되어 감소하는 양에 비해, 고온의 열처리로 인해 감미료로 첨가되어진 maltose와 sucrose로부터 생성되는 glucose 및 fructose의 함량이 더 많은 것으로 여겨진다.
- 2). 이상의 결과로 갈변반응이 심하게 발생한 실험구에서 glucose와 fructose 함량이 높고, maltose 함량이 낮게 나타남을 볼 수 있었다. Kwon 등(20)은 볶음조건에 따른 둥굴레의 유리당 함량 측정결과, 온도와 시간이 경과 함에 따라 glucose 함량이 계속 증가하다가 온도가 150℃부터는 줄어들기 시작하였다고 보고하였다.
- 98 이상의 높은 양의 상관관계를 나타내었으며, 1% 이내의 유의수준에서 유의성이 인정되었다. 이와 같은 결과로 부터 팥앙금 호화액의 갈변반응에 있어서 갈색도의 증가는 유리당과 아미노산의 증가와는 직접적으로 관계가 없음을 알 수 있었다.
- 중심합성계획에 의한 각각의 실험구간의 유리당 함량을 측정한 결과 glucose 1.5-75.9 mg/g, fructose 0-58.2 mg/g 및 maltose 18.3-264.9 mg/g으로 나타났으며, 팥앙금 호화 액의 유리당 함량에 대한 회귀식의 E는 glucose, fructose 및 maltose에서 각각 0.9388, 0.9548 및 0.8899로 유의성은 각각 1%, 1% 및 5%이내의 유의수준에서 인정되었다. Glucose 함량은 물엿농도 11.
- 팥앙금과 설탕 및 물엿을 혼합한 모델용액에서 물엿농도 및 가열조건에 따른 팥앙금 호화액의 당 및 아미노산 함량 의 동적변화를 모니터링 하였다. 중심합성계획에 의해 유 리당 함량을 측정한 결과, 갈변반응이 심하게 발생한 실험 구에서 giucose와 fiwtose의 함량이 높고, maltose의 함량이 낮게 나타났다. 또한 팥앙금 호화액의 amino acid 함량을 분석한 결과, total amino acid 함량은 가열온도에 가장 많은 영향을 받았고, 갈변반응이 많이 일어난 시료에서 그 함량이 크게 증가하였다.
- 팥앙금 호화액의 갈변반응에 있어서 기질인 유리당 함량 과 반응생성물의 갈색도와의 상관관계를 조사해 본 결과Table 6과 같이 glucose 및 fructose 함량은 갈색도와 높은 양의 상관관계를 나타내었다. 또한 아미노산 함량과 반응 생성물의 갈색도와의 상관관계를 조사해본 결과 Table 6과 같이 serine, glutamic acid, glycine, alanine, tyrosine 등은 상관계수 0.
- 각 시료의 갈색도 측정 결과 glucose 및 아미노산의 변화와 마찬가지로 95 ℃의 온도까지는 그 함량이 감소하다가 그 이상의 범위에서는 가열온도가 높아 짐에 따라 증가하였다. 팥앙금 호화액의 유리당 및 아미노 산 함량과 갈색도와의 상관관계를 조사해 본 결과, 양의 상관관계를 나타내어 갈색도의 증가로 인한 유리당 및 아미 노산의 감소보다는 열분해에 의한 유리당 및 아미노산의 증가 속도가 더 빠른 것으로 여겨진다.
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