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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 웰빙 시대에 적합한 기능성 식품개발을 위해 저장성이 우수하며(빵 과자 백과사전 1992), 모든 연령층에서 기호도가 높은 쿠키제형에 청국장과 발아현미를 접목시켜 아미노산 성분을 보강하고 여러 생리활성 기능을 갖는 기능성 식품개발의 일환으로 청국장분말을 첨가한 발아현미 쿠키를 제조하였으며 최근 식품공업에서 널리 이용되고 있는 반응표면분석법을 통해 관능적 최적점을 갖는 레시피를 확립하여 기능성 쿠키로서의 상품가능성을 평가해보고자 하였다.
- 청국장분말을 첨가한 발아현미 쿠키의 품질특성 및 관능적 최적화를 목적으로 쿠키의 품질특성을 분석하였고, 최적 배합 레시피를 산출하였다. 또한 최적화된 청국장분말 첨가 발아현미 쿠키와 대조구 쿠키를 제조하여 이화학적 특성, 기계적 특성 및 관능적 특성을 비교분석하여 기능성 쿠키로서 제품화 가능성을 보고자하였다.
제안 방법
- columm은 amino quant(2.1 mm×200 mm)를 사용하였으며 유속은 0.45 mL/min, 파장은 UV-DAD 338nm, 262 nm로 하였고, 이동상 A는 20 mM sodium acetate, 0.018% TEA pH, 0.3% THF, 이동상 B는 100 mM sodium acetate pH 7.2, acetonitrile, MeOH(1/2/2)를 사용하여 측정하였다.
- 경도는 식품물성측정기(Texture Analyzer, TA.XT Express v2.1, London, England)를 사용하여 3회 반복 측정하였다.
- 관능검사는 실험의 객관성을 보장하고 정밀도를 증가시키기 위하여 균형 불완전 블록 계획을 사용하여 랜덤화, 블록화 하였다. 따라서 32명의 관능요원이 16가지의 시료 중 6가지의 시료를 평가하도록 하여 한 시료 당 12번의 반복이 이루어지도록 하였다.
- 구성아미노산 분석은 시료 0.05 mg을 전처리 후 아미노산자동분석기(S433, Sykam gmbh, Eresing, Germny)로 분석하였다.
- 독립변수로는 밀가루의 일부 대체 재료로 첨가되는 청국장분말(A)과 버터(B), 설탕(C)의 함량을 요인으로 설정하였고 예비 실험을 거쳐 각 요인의 최소 최대 범위를 결정하였고 이에 따라 설정된 범위를 입력하여 16개의 실험점이 형성되었으며 반복 설정을 통해 2개의 반복점이 선택되었다.
- 따라서 32명의 관능요원이 16가지의 시료 중 6가지의 시료를 평가하도록 하여 한 시료 당 12번의 반복이 이루어지도록 하였다.
- 발아현미쿠키 제조에 사용된 쿠키반죽의 배합은 일반쿠키 레시피 문헌조사와(Laensky 등 1999, Gisslen 2001) 쌀 및 현미를 이용한 쿠키관련 연구(Kim 2002; Ko 등 2005; Joo 등 2008)를 기반으로 예비실험을 거친 후 일부 수정하여 발아현미 쿠키의 배합을 결정하였으며 배합비는 [Table 1]과 같다.
- 수치최적을 예측하기 위해 청국장분말을 첨가한 발아현미쿠키의 관능평가 항목 중 유의적이었던 색, 향, 맛, 전반적인 기호도에 대해 독립변수인 청국장분말, 버터, 설탕의 범위내에서 최대로 설정하여 수치 최적을 예측하였으며, 최고의 적합점을 나타낸 최적점을 선택하여 지점예측을 통해 최적점을 도출하였고 이를 [Table 6]에 제시하였다. 또한 이때 사용된 반응 모형을 이용한 모형적 최적화와, 최적점에서 예상되는 종속변인들의 특성을 [Figure 4]에 제시하였다.
- 따라서 32명의 관능요원이 16가지의 시료 중 6가지의 시료를 평가하도록 하여 한 시료 당 12번의 반복이 이루어지도록 하였다. 시료는 4자리의 난수표로 표시하였으며 평가 내용은 색, 향, 맛, 조직감, 전반적인 기호도에 대한 기호도 특성이었으며 7점 점수법으로 평가하였다.
- 유리아미노산의 분석은 시료 2 g을 칭량하여 전처리 후 high performance liquid chromatography(HPLC 1100 Series, Agilent Technologies, California, USA)에 주입하였다.
- 중심합성계획법을 이용하여 산출된 최적 비율로 제조된 청국장분말 첨가 발아현미 쿠키(이하 첨가구)와 청국장분말을 첨가하지 않은 발아현미 쿠키(이하 대조구)의 품질 특성을 측정하여 비교하였다.
- 첨가구와 대조구의 수분, 조단백질, 조지방 및 조회분의 정량은 “청국장 분말 첨가 발아현미쿠키의 품질특성”과 동일한 방법으로 측정하였다.
- 첨가구와 대조구의 이화학적 특성, 기계적 특성, 관능적 특성은 “(4) 청국장 분말 첨가 발아현미쿠키의 품질특성”과 동일한 방법으로 측정하였다.
- 청국장 분말 첨가 발아현미 쿠키의 최적화는 canonical 모형의 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 청국장분말, 버터, 설탕의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점 예측을 통해 최적점으로 선정하였다.
- 청국장분말을 첨가한 발아현미 쿠키의 품질특성 및 관능적 최적화를 목적으로 쿠키의 품질특성을 분석하였고, 최적 배합 레시피를 산출하였다. 또한 최적화된 청국장분말 첨가 발아현미 쿠키와 대조구 쿠키를 제조하여 이화학적 특성, 기계적 특성 및 관능적 특성을 비교분석하여 기능성 쿠키로서 제품화 가능성을 보고자하였다.
- 최적점을 산출하기 위한 실험설계는 design expert 7(Stat-Easy Co., Minneapolis, MN, USA) 프로그램을 사용하였고 반응표면실험계획법의 중심합성계획에 따라 실험을 설계하였다. 독립변수로는 밀가루의 일부 대체 재료로 첨가되는 청국장분말(A)과 버터(B), 설탕(C)의 함량을 요인으로 설정하였고 예비 실험을 거쳐 각 요인의 최소 최대 범위를 결정하였고 이에 따라 설정된 범위를 입력하여 16개의 실험점이 형성되었으며 반복 설정을 통해 2개의 반복점이 선택되었다.
- 1, London, England)를 사용하여 3회 반복 측정하였다. 쿠키는 침이 침투한 후에 쉽게 깨지고 복원력이 없는 시료이므로 one cycle test를 이용하여 분석하였고 이때 침은 SMS P/2를 사용하였고 시험 속도는 0.5 mm/s로 하였다.
- 쿠키의 직경은 쿠키 6개를 수평으로 정렬한 후 전체 길이를 측정하고, 각각의 쿠키를 90º로 회전시킨 후 같은 방법으로 전체 길이를 측정하여 쿠키 한 개의 평균을 구하였다. 쿠키의 두께는 위의 쿠키 6개를 수직으로 쌓은 후 수직 높이를 측정하고, 다시 쿠키의 놓인 순서를 바꾸어 높이를 측정하여 쿠키 한 개의 평균을 구하였다. 쿠키 1개에 대한 평균 직경과 두께는 3회 반복 측정 후 평균값을 이용하였다.
- 쿠키의 직경은 쿠키 6개를 수평으로 정렬한 후 전체 길이를 측정하고, 각각의 쿠키를 90º로 회전시킨 후 같은 방법으로 전체 길이를 측정하여 쿠키 한 개의 평균을 구하였다.
대상 데이터
- 청국장분말을 이용한 발아현미 쿠키를 제조하기 위하여 박력분((주)CJ), 백설탕((주)CJ), 무염버터(서울우유), 소금(해표), 베이킹 파우더(초야식품), 발아현미분말(열매누리), 달걀(하나로 마트)을 사용하였으며, 청국장분말은 영월농업협동조합을 통해 구입하였고 건조분말 형태로 혼합 중 반죽에 첨가하였다.
데이터처리
- 첨가구와 대조구의 품질특성 결과는 SAS ver 9.1,을 사용하여 통계처리 하였으며 t-test를 통하여 5% 수준에서 각 시료간의 유의성을 검증하였다.
- 청국장분말 첨가 발아현미 쿠키의 품질특성 및 성분들 간의 상호작용을 알아보기 위하여 design expert 7 프로그램의 ANOVA 테스트 및 회귀분석을 이용하였으며, 모델의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다. 청국장 분말 첨가 발아현미 쿠키의 최적화는 canonical 모형의 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 청국장분말, 버터, 설탕의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점 예측을 통해 최적점으로 선정하였다.
이론/모형
- 명도와 적색도는 linear모델이 선택되었고, 황색도는 각 요인이 서로 상호작용하는 quadratic 모델이 선택되었다.
- 수분은 105℃ 상압가열건조법에 의하여 드라이오븐(ON-12GW, JEIO TECH, Seoul, Korea)을 이용하였으며, 조단백질은 자동질소증류장치(Kjeltec Analyzer 2300, FOSS. Co., Hillerod, Denmark)를 이용한 Kiedahl법, 조지방은 자동 조지방 추출기(Soxtec Avanti 2050, FOSS Co., Slangerupgade, Hillerod, Denmark)를 이용하였다.
- 일반성분 조성은 AOAC(AOAC 1996) 표준방법에 준하여 측정하였다.
- , Slangerupgade, Hillerod, Denmark)를 이용하였다. 조회분은 550℃ 직접회화법, 조섬유는 HennebergStohmann 개량법에 의하여 분석하였고(AOAC 1996), 탄수화물은 100에서 조지방, 조단백, 조회분, 조섬유 등을 뺀값으로 하였다.
- 청국장분말 첨가 발아현미쿠키는 AACC method (1052)의 방법을 참고하여 생산 공정에서 가장 보편적으로 쓰이는 크림법(Creaming Method)으로 제조하였다(AACC 1995).
- 쿠키반죽의 pH는 청국장분말, 버터, 설탕이 서로 상호작용을 하는 quadratic 모델이 선정되었다. [Figure 1]의 쿠키반죽의 pH에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말의 첨가량이 증가할수록 pH가 낮아지고 버터와 설탕의 함량이 증가할수록 pH도 증가하는 것을 볼 수 있었다.
- 쿠키의 퍼짐성은 직경에 대한 두께의 비로 AACC method 1052의 방법으로 지수를 구하였다.
성능/효과
- 관능검사의 비교 결과 색은 첨가구가 대조구보다 높은 점수를 나타내었고 1% 내에서 유의적인 차이가 있는 것으로 나타났으며, 색을 제외한 모든 항목에서 유의적인 차이가 나타나지 않아 소비자 기호도 측면에서 청국장분말의 첨가로 인한 거부감이 없는 것으로 나타나 청국장분말을 첨가한 발아현미 쿠키의 제품화 가능성을 볼 수 있었다.
- 또한, 회귀식에서 나타난 계수들을 살펴보면 청국장분말이 향에 가장 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다.
- 경도를 측정한 결과 청국장분말, 버터, 설탕이 각각 경도에 영향을 미치는 linear 모델이 선정되었고, perturbation 그래프를 살펴보면 청국장분말과 버터의 증가량은 쿠키의 경도에 영향을 미치지 않음을 알 수 있고 설탕의 첨가량이 증가할수록 경도 또한 증가하는 것을 볼 수 있다.
- 굽기 손실률의 분석결과 linear 모델이 선택되었으며 모델의 p-value가 0.0001로 1%의 범위 내에서 유의적인 차이를 보였고 세 요소 중 버터가 굽기 손실률에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 또한 굽기 손실률에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말은 증가할수록 굽기 손실률이 감소한 반면 버터와 설탕이 증가할수록 굽기 손실률이 증가한다는 것을 알 수 있었다.
- 대조구와 첨가구의 모든 항목에서 전체적으로 중상위 정도의 점수를 보였으며 향을 제외한 색, 맛, 조직감, 전반적인 기호도 에서는 첨가구가 대조구에 비해 다소 높은 점수를 나타내었다. 그러나 p-value로 유의성을 분석한 결과 색을 제외한 4가지 항목에서 유의적인 차이가 없는 것으로 나타났으며 색은 1% 내에서 유의적인 차이를 보였다.
- 대조구와 첨가구의 모든 항목에서 전체적으로 중상위 정도의 점수를 보였으며 향을 제외한 색, 맛, 조직감, 전반적인 기호도 에서는 첨가구가 대조구에 비해 다소 높은 점수를 나타내었다.
- 대조구와 첨가구의 기계적 특성을 측정한 결과는 [Table 10]과 같다. 대조구와 첨가구의 색도를 비교해 본 결과 명도, 적색도, 황색도 모두 1% 이내에서 유의적인 차이를 보였다. 쿠키의 경도는 대조구의 쿠키가 첨가구에 비해 더욱 단단한 것을 알 수 있다.
- 또한 굽기 손실률에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말은 증가할수록 굽기 손실률이 감소한 반면 버터와 설탕이 증가할수록 굽기 손실률이 증가한다는 것을 알 수 있었다.
- 또한 aspartic acid와 glycine의 함량도 크게 증가하였는데 이는 청국장의 원료인 대두에 aspartic acid와 glycine의 함량 높아 본 실험결과에서도 증가한 것으로 생각된다. 또한, 유리아미노산의 함량을 살펴보면 대조구의 유리아미노산 총 함량은 218.73 mg/100 g인데 비해 첨가구의 유리아미노산의 총량은 1,007.58 mg/100 g으로 큰 폭으로 상승하였다[Table 8].
- 9279). 또한, 회귀식에서 나타난 계수들을 살펴보면 설탕의 첨가량이 맛에 큰 영향을 미치는 것을 알 수 있었다. 이는 청국장의 맛을 설탕의 단맛이 상쇄해주기 때문인 것으로 생각된다.
- 반죽의 pH 및 밀도, 굽기 손실률, 퍼짐성, 비중, 색도, 경도를 측정한 결과 반죽의 밀도를 제외한 모든 항목에서 모델의 적합성이 인정되었고(p<0.05), 관능적 최적점을 구하기 위하여 색, 향, 맛, 조직감, 전반적인 기호도 항목에 대한 기호도를 측정한 결과 조직감을 제외한 모든 항목에서 모델의 적합성이 인정되었다(p<0.05).
- 비중에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말은 첨가량에 따른 비중의 차이가 거의 없었으나, 버터와 설탕은 첨가량이 증가할수록 비중도 증가하는 결과가 나타났다.
- 9427로 회귀변동에 대한 신뢰도가 비교적 높음을 알 수 있었다. 색의 기호도에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말은 첨가량이 증가함에 따라 증가하다 서서히 감소하는 것을 볼 수 있으며 버터는 첨가량이 커질수록 다소 기호도가 떨어지는 결과가 나타났으나 그 폭이 크지 않아 버터의 함량변화에 색 기호도 값이 민감하게 작용하지 않음을 알 수 있었다. 설탕은 청국장분말과 마찬가지로 증가 후 감소의 형태가 나타났으나 청국장분말 보다는 완만한 변화를 보였다.
- 설정된 반응별로 모델링한 결과 청국장분말, 버터, 설탕이 서로 상호작용하는 quadratic 모델이 설정되었고(p<0.01) 유의적인 차이가 있는 것으로 나타나 모델의 적합성이 인정되었다.
- 버터와 설탕 첨가량의 증가보다 청국장분말의 첨가량이 증가될 때 명도가 감소하는 것을 볼 수 있었고 이는 현미쿠키(Kim 2002), 보리 및 귀리 첨가 쿠키(Lee 등 2002)의 결과와 일치하였다. 적색도는 청국장분말과 설탕의 증가량이 많아지면 적색도가 높아지고 버터의 첨가량이 증가하면 적색도가 다소 감소하는 모습을 볼 수 있었다. 적색도도 명도와 마찬가지로 청국장분말의 첨가량에 따라 급격히 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
- 적색도도 명도와 마찬가지로 청국장분말의 첨가량에 따라 급격히 변화하는 것을 확인할 수 있었다.
- 001) 모델의 적합성이 인정되었다. 전반적인 기호도에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말은 첨가량이 증가함에 따라 기호도가 증가하다 일정수준을 넘어서면 다시 감소하는 경향을 보였으며, 버터와 설탕도 유사한 결과를 보였으나 기호도가 감소하는 시점이 청국장분말에 비해 최고수준에 가까이 위치하는 것을 볼 수 있었다.
- 첨가구가 대조구보다 수분과 조섬유, 조회분의 함량이 다소 높고, 단백질 함량은 약 4% 정도 증가하였고, 탄수화물은 약 4.5% 감소하고, 조지방도 다소 감소하는 결과를 나타내었다.
- 첨가구와 대조구를 비교한 결과 첨가구가 대조구보다 수분과 조섬유, 조회분, 단백질 함량이 증가하였고, 구성아미노산은 대조구에 비해 64.71% 증가하였다. 유리아미노산의 함량 역시 대조구보다 3배 이상 상승한 것을 볼 수 있었다.
- 첨가구와 대조구의 구성아미노산을 분석한 결과 대조구의 구성아미노산은 6,767.29 mg/100 g으로 나타났고 청국장 분말을 첨가한 발아현미 쿠키는 10,454.16 mg/100 g으로 64.71% 증가하였다[Table 8].
- 청국장분말의 분석 결과는 수분 6.66%, 조단백 43.41%, 조지방 21.73%, 조섬유 6.27%, 조회분 5.07%, 탄수화물 16.86%로 이루어져 있고, 발아현미 분말은 수분 12.09%, 조단백 8.09%, 조지방 2.33%, 조섬유 0.68%, 조회분 1.01%, 탄수화물 75.80%로 이루어져 있었다.
- 쿠키의 최적 배합비율은 청국장분말 26.57 g, 버터 82.08 g, 설탕 52.36 g으로 산출되었고, 청국장분말이 밀가루의 29.52%를 대체 하는 결과를 얻었다.
- 퍼짐성에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말이 증가할수록 퍼짐성이 줄어든 반면 버터와 설탕은 증가할수록 퍼짐성도 증가한다는 것을 알 수 있었다.
- 퍼짐성은 첨가구가 대조구 쿠키보다 퍼짐성이 유의하게 작게 나타났는데(p<0.01), 이는 청국장분말 첨가 발아현미쿠키의 이화학적 특성 실험의 결과와 같았다.
- 퍼짐성의 분석결과는 청국장분말, 버터와 설탕이 서로 상호작용하는 quadratic 모델이 결정되었으며 유의적인 차이를 보였다(p<0.0001).
- 황색도는 청국장분말이 증가함에 따라 황색도도 증가하였는데 첨가량이 많아질수록 황색도의 증가 폭은 줄어들었고, 설탕 역시 첨가량이 증가함에 따라 황색도가 증가하다 다시 감소하는 모습을 보였다.
- 0001). 회귀식을 살펴본 결과 세 요소 중 버터와 설탕이 청국장분말에 비해 보다 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 퍼짐성에 대한 perturbation 그래프를 살펴본 결과 청국장분말이 증가할수록 퍼짐성이 줄어든 반면 버터와 설탕은 증가할수록 퍼짐성도 증가한다는 것을 알 수 있었다.
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