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문제 정의
- 스피루리나를 첨가한 마들렌 제조조건의 최적화를 목적으로 실시한 중심합성 계획에 따른 네 가지 독립변수의 26가지 조건에서 얻어진 물리적 특성과 관능적 특성을 조사한 결 과는 Table 4와 같다. 반응변수 중 물리적 특성에서 유의성이 인정된L(Lightness)값, a(Redness)값, b(Yellowness) 값과 탄력성(spinginess), 응집성(cohesiveness), 검성 (gumminess), 경도(hardness), 관능적 특성에서 전반적인 수용도(overall acceptability), 구입의향(purchase)의 결과를 바탕으로 주어진 조건에서의 변화 특성을 알아보고자 하였다.
- 스피루리나 원말을 첨가하여 마들렌의 영양성과 기호성을 개선하기 위해 스피루리나 원말의 첨가량, 슈가파우더의 첨가량, 레몬과 오렌지의 첨가량을 달리하여 반응표면분석법으로 최적화하여 최적조건을 구하고자 하였다. 마들렌의 L 값과 a값에 대한 배합비의 영향은 스피루리나 원말의 함량이 가장 높았고, 그 다음으로 슈가파우더의 함량도 영향을 주는 인자로 나타났다.
- 이처럼 스피루리나에 대한 여러 생리활성에 대한 연구가 보고되어 천연의 기능성 식품 소재로서의 이용가치가 높고, 다방면에서의 이용 가능성이 높으나 현재 대부분 건강식품으로 제조섭취하여 섭취대상이 한정되어 식생활에 응용되는 실질적인 연구는 미비한 수준이다. 이에 본 연구에서는 건강 기능성이 뛰어난 스피루리나를 첨가하여 마들렌을 제조하기 위해 반응표면분석법에 의한 마들렌 제조 최적조건을 얻고자 하였다.
제안 방법
- 스피루리나 마들렌의 관능적 특성을 관찰하기 위해 품질 차이를 구별할 수 있는 충남대학교 식품영양학과 대학생 및 대학원생 10명을 패널요원으로 선발하여 7점 평점법을 사용하여 관능검사를 수행하였다. 관능적 특성으로는 전반적인 수용도(1점: 매우 나쁘다, 7점: 매우 좋다), 구입의향(1점: 구입하고 싶지 않다, 7점: 항상 구입하고 싶다)에 대해 관능검사원 10명에게 26개의 시료를 한 번에 5-6개씩 제시하여 5번에 걸쳐 평가를 실시하였다. 시료는 실온에서 방냉한 후 균일한 크기로 잘라서 백색의 접시에 담아 물과 함께 제시하였다.
- 마들렌의 색도는 마들렌 내부의 색을 색차계(Digital color measuring/difference calculation meter, Model ND-1001 DP, Nippon Denshoku Co. LTD., Japan)를 사용하여 L(Lightness), a(Redness), b(Yellowness)값을 측정하였고, 한 처리군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 표준 백색판의 L, a, b 값은 각각 90.
- 스피루리나 원말을 첨가한 마들렌의 배합비는 [Table 1]과 같다. 마들렌의 제조는 일반 마들렌 제조방법에 준하여 밀가루, 스피루리나 원말, 베이킹파우더는 체질하여 두고, 달걀에 슈가파우더를 넣고 반죽기(Kitchen Aid, MODEL K5SS, USA)로 3분간 거품을 낸 후 체질한 재료들을 넣어 1분간 더 반죽하였다. 반죽에 녹인 버터를 넣어 잘 섞고, 완성한 반죽은 30분간 휴지시킨다.
- 마들렌의 조직감 측정은 마들렌의 내부를 동일한 크기로 잘라 Texture analyser(TA/XT2, Microstable Systems co., England)를 사용하여 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess), 경도(hardness)를 산출하였다. 한 처리군당 4개의 시료를 이용하여 각각 4회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다.
- 마들렌의 특성에 영향을 미치는 요인인 스피루리나 원말, 슈가파우더, 레몬, 오렌지를 주요 변수로 하여 반응표면분석법(Response Surface Methodology: RSM)으로 최적화하였다. 중심합성계획법으로 실험을 설계하여 스피루리나 원말(X1), 슈가파우더(X2), 레몬(X3), 오렌지(X4)를 독립변수(Xn)로 하고 [Table 2]와 같이 -1, 0, +1의 3단계로 부호화하였다.
- 5 g), 슈가파우더의 함량(40, 50, 60 g), lemon 첨가량(0, 4, 8 g), orange 첨가량(0, 4, 8 g)을 달리하여 마들렌을 제조하였다. 마들렌의 품질 특성으로 예상되는 색도(L, a, b), 기계적 특성(springiness, cohesiveness, Chewiness, gumminess, hardness), 관능적 특성(전체적인 수용도, 구입의향)을 종속변수로 하였다.
- 스피루리나 마들렌의 관능적 특성을 관찰하기 위해 품질 차이를 구별할 수 있는 충남대학교 식품영양학과 대학생 및 대학원생 10명을 패널요원으로 선발하여 7점 평점법을 사용하여 관능검사를 수행하였다. 관능적 특성으로는 전반적인 수용도(1점: 매우 나쁘다, 7점: 매우 좋다), 구입의향(1점: 구입하고 싶지 않다, 7점: 항상 구입하고 싶다)에 대해 관능검사원 10명에게 26개의 시료를 한 번에 5-6개씩 제시하여 5번에 걸쳐 평가를 실시하였다.
- 반응표면분석법은 그래프로 최적조건을 결정하는 방법이므로, 각 항목별 최적조건은 등고선 그래프의 최적 배합 구역 내에서 가장 중앙에 위치한 점으로 이 점이 3차원 그래프의 정상점이라고 할 수 있다(Ko & Joo 2005). 스피루리나 마들렌의 최적점을 결정하기 위해 관능적 요인을 중심으로 물리적으로 유의적 차이가 있는 요인을 선정하여 최적점을 산출하였다. 스피루리나 원말은 3.
- 중심합성계획법으로 실험을 설계하여 스피루리나 원말(X1), 슈가파우더(X2), 레몬(X3), 오렌지(X4)를 독립변수(Xn)로 하고 와 같이 -1, 0, +1의 3단계로 부호화하였다.
- 중심합성계획법으로 실험을 설계하여 스피루리나 원말(X1), 슈가파우더(X2), 레몬(X3), 오렌지(X4)를 독립변수(Xn)로 하고 [Table 2]와 같이 -1, 0, +1의 3단계로 부호화하였다. 즉, 스피루리나 원말의 함량(3.5, 5.0, 6.5 g), 슈가파우더의 함량(40, 50, 60 g), lemon 첨가량(0, 4, 8 g), orange 첨가량(0, 4, 8 g)을 달리하여 마들렌을 제조하였다. 마들렌의 품질 특성으로 예상되는 색도(L, a, b), 기계적 특성(springiness, cohesiveness, Chewiness, gumminess, hardness), 관능적 특성(전체적인 수용도, 구입의향)을 종속변수로 하였다.
- , England)를 사용하여 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess), 경도(hardness)를 산출하였다. 한 처리군당 4개의 시료를 이용하여 각각 4회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 측정조건은 [Table 3]과 같다.
대상 데이터
- 마들렌의 재료로는 스피루리나 원말((주)ES 바이오텍), 박력분(제일제당), 슈가파우더(삼선식품), 버터(서울우유), 베이킹파우더(신진식품), 달걀(반석농장), 오렌지(미국), 레몬(미국)을 사용하였다.
데이터처리
- 모든 자료는 Design-Expert 7.0.3 Trial을 이용하여 반응표면분석을 실시하였으며, 분산분석(ANOVA)을 실시하여 유의성이 있는 경우에 Duncan’s multiple range test로 시료간의 유의차를 검증하였다.
성능/효과
- 전반적인 수용도 평가 결과, 3.7-5.9 점의 범위로 편차가 커서 전반적인 수용도에 대한 결정계수 R2 은 0.365로 정확도가 떨어지며 적합도는 유의수준 5%에 서 유의적인 결과가 나타났으나 (Table 5) 평균 4.7점으로 보통 이상의 점수를 받았다.
- 547로 낮게 나타났으며 적합도는 유의수준 5%에서 유의적인 결과가 나타났다. 검성에 대한 결정계수 R2은 0.450으로 정확도가 떨어지며 적합도는 유의수준 5%에서 유의적인 결과가 나타났고, 경도에 대한 결정계수 R2은 0.573으로 낮게 나타났으며 적합도는 유의수준 1%에서 유의적인 결과가 나타났다[Table 5]. 이와 같은 결과에서 슈가파우더가 마들렌의 응집성, 검성, 경도에 영향을 주었다고 사료된다.
- 구입의향은 스피루리나 원말, 슈가파우더, 레몬, 오렌지 함량이 각각 3.5, 40, 0, 8 g에서 6.3으로 가장 높은 구입 의향이 나타났고, 5.0, 40, 4, 4 g 또는 6.5, 60, 0, 0 g 에서 3.7로 가장 낮게 나타났다(Table 4).
- 스피루리나의 첨가량을 늘리면서 기호도를 올리기 위해서는 스피루리나 냄새에 대한 마스킹 연구가 필요 할 것이다. 따라서 본 실험에서 향을 마스킹 할 수 있는 레몬과 오렌지를 첨가한 결과, 대체로 레몬향보다 오렌지향을 선호하는 것으로 나타났다.[Figure 8].
- 스피루리나 원말을 첨가하여 마들렌의 영양성과 기호성을 개선하기 위해 스피루리나 원말의 첨가량, 슈가파우더의 첨가량, 레몬과 오렌지의 첨가량을 달리하여 반응표면분석법으로 최적화하여 최적조건을 구하고자 하였다. 마들렌의 L 값과 a값에 대한 배합비의 영향은 스피루리나 원말의 함량이 가장 높았고, 그 다음으로 슈가파우더의 함량도 영향을 주는 인자로 나타났다. 검성과 경도에 영향을 미치는 요인에는 스피루리나 원말과 슈가파우더 함량이었다.
- 스피루리나 원말의 첨가량별로 비교하면 스피루리나 원말의 첨가량이 증가할수록 L, a, b값이 점점 감소하는 경향을 나타내었다[Table 4]. 슈가파우더 함량별로 보면 슈가파우더 함량이 증가할수록 L값이 증가하는 경향을 나타냈다[Table 4]. 이와 같은 결과는 스피루리나의 녹색을 띠는 클로로필 색소가 스피루리나 마들렌의 L값, a값에 영향을 준 것으로 사료된다.
- 이처럼 단백질이 풍부한 스피루리나 원말의 첨가가 마들렌의 검성과 경도에 영향을 주었다고 사료된다. 슈가파우더 함량별로 보면 슈가파우더 함량이 증가할수록 탄력성은 차이를 보이지 않았고, 응집성과 검성은 증가하고, 경도는 감소하는 경향을 나타냈다[Table 4]. 탄력성에 대한 회귀분석에 대한 결정계수 R2은 0.
- 검성과 경도에 영향을 미치는 요인에는 스피루리나 원말과 슈가파우더 함량이었다. 스피루리나 원말 첨가 마들렌의 전반적인 수용도에 대한 관능조건은 스피루리나 원말 3.5 g, 슈가파우더 40 g, 레몬 0 g, 오렌 지 8 g에서 가장 높은 점수를 나타내었다. 이상의 결과를 종합하여 볼 때 스피루리나를 첨가하여 제조한 마들렌의 최적제조조건은 스피루리나 원말 3.
- 스피루리나 원말의 첨가량별로 비교하면 스피루리나 원말의 첨가량이 증가할수록 L, a, b값이 점점 감소하는 경향을 나타내었다[Table 4]. 슈가파우더 함량별로 보면 슈가파우더 함량이 증가할수록 L값이 증가하는 경향을 나타냈다[Table 4].
- 스피루리나 원말의 첨가량별로 비교하면 스피루리나 원말의 첨가량이 증가할수록 탄력성, 응집성은 유의적 차이가 없었고, 검성, 경도는 스피루리나 원말의 첨가량이 증가함에 따라 증가하는 경향을 보였다[Table 4]. 검은콩 청국장 가루를 첨가한 마들렌에서도 첨가량이 증가함에 따라 경도가 유의적으로 증가하였다고 보고하여 본 연구결과와 일치하였다(Jang 2007).
- [Figure 1-3]은 마들렌의 L값, a값과 b값 대해 교호작용을 3차원 그래프로 나타낸 것으로 스피루리나와 슈가파우더의 관계를 보면 슈가파우더 양이 증가할수록 L값과 a값이 커지는 경향을 보였다. 스피루리나와 슈가파우더의 관계에서 스피루리나 원말 3.5 g, 슈가파우더 60 g일 때 L값이 최대점을 나타내었고, 각각 6.5, 40 g일 때 최저점을 나타내었다. a값에 대해서 스피루리나 원말 6.
- 이 같은 결과는 스피루리나 원말 첨가 마들렌의 구입의향에 대해 전반적인 기호도와 마찬가지로 스 피루리나 원말의 첨가량이 가장 많은 영향을 준 것으로 생 각되고, 그 다음이 향으로 대체로 레몬향보다 오렌지향을 선 호하는 것으로 나타났다(Figure 9) 또한 슈가파우더 50 g을 첨가한 마들렌이 가장 높은 점수를 얻었다.
- 이상의 결과를 종합하여 볼 때 스피루리나를 첨가하여 제조한 마들렌의 최 적제조조건은 스피루리나 원말 3.52 g, 슈가파우더 54.42 g, 레몬 0 g, 오렌지 8 g로 사료된다.
- 5, 60 g일 때 최고점을 나타내었다. 이와 같은 결과를 종합해보면 스피루리나 원말의 양이 증가할수록 L값과 a값이 감소하는 경향을 보였다. 마찬가지로 슈가파우더의 양이 증가할수록 L값은 증가하고, a값은 증가하는 경향을 보였고, 스피루리나의 첨가량이 5 g 이상이 되면 슈가파우더에 따른 a값의 차이가 크지 않은 경향을 보였다.
- 전반적인 수용도는 스피루리나 원말, 슈가파우더, 레몬, 오렌지 함량이 각각 3.5, 40, 0, 8 g에서 5.9로 가장 높은 수용도가 나타났고, 6.5, 40, 0, 0 g에서 3.7로 가장 낮게 나타났다(Table 4).
- 슈가파우더 함량별로 보면 슈가파우더 함량이 증가할수록 탄력성은 차이를 보이지 않았고, 응집성과 검성은 증가하고, 경도는 감소하는 경향을 나타냈다[Table 4]. 탄력성에 대한 회귀분석에 대한 결정계수 R2은 0.379로 낮게 나타나 정확도가 떨어지며 적합도는 유의수준 5%에서 유의적인 결과를 보여주었고, 응집성에 대한 결정계수 R2은 0.547로 낮게 나타났으며 적합도는 유의수준 5%에서 유의적인 결과가 나타났다. 검성에 대한 결정계수 R2은 0.
후속연구
- 뽕잎분말을 첨가한 머핀에 관한 연구(Ahn & Yuh 2004)에서도 1와 2% 첨가시 가 향미 및 전체적인 기호도가 높았으며, 3% 첨가시에는 점수가 낮았다. 스피루리나의 첨가량을 늘리면서 기호도를 올리기 위해서는 스피루리나 냄새에 대한 마스킹 연구가 필요 할 것이다. 따라서 본 실험에서 향을 마스킹 할 수 있는 레몬과 오렌지를 첨가한 결과, 대체로 레몬향보다 오렌지향을 선호하는 것으로 나타났다.
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