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문제 정의
- 따라서 본 연구는 아린 맛과 뒷맛을 싫어하는 유년층과 젊은층이 마늘을 잘 먹지 않는다는 점에 착안하여 마늘의 자극적인 맛을 개선한 발효숙성마늘 추출물로 초콜릿을 제조 하여 모든 연령층이 부담 없이 마늘을 섭취할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 이에 발효숙성마늘 추출물을 첨가한 초콜릿의 최적제조조건을 도출해 내고 이화학적 분석 및 관능적 검사를 통하여 기능성 초콜릿 상품으로서의 제품화 가능성을 타진해 보고자 한다.
- 본 연구는 기능성 물질과 생리활성 성분이 함유된 다크 초콜릿과 발효숙성마늘을 이용하여 남녀노소 쉽게 섭취할 수 있는 기능성 제품을 개발하고자 발효숙성마늘 초콜릿의 품질특성 분석과 관능평가 결과를 기초로 발효숙성마늘 초콜릿의 제조 최적 래시피를 결정하였으며 최종 제품의 품질 특성을 분석하였다.
- 본 연구를 통해 발효숙성마늘을 첨가한 초콜릿의 품질 특성과 관능적 특성의 장점을 살려 기능성 초콜릿 제품 개발에 높은 가능성을 부여하고자 한다. 따라서 기능성 식품소재를 이용한 건강 초콜릿 개발의 지속적인 연구가 기대된다.
- 따라서 본 연구는 아린 맛과 뒷맛을 싫어하는 유년층과 젊은층이 마늘을 잘 먹지 않는다는 점에 착안하여 마늘의 자극적인 맛을 개선한 발효숙성마늘 추출물로 초콜릿을 제조 하여 모든 연령층이 부담 없이 마늘을 섭취할 수 있는 방안을 모색하고자 하였다. 이에 발효숙성마늘 추출물을 첨가한 초콜릿의 최적제조조건을 도출해 내고 이화학적 분석 및 관능적 검사를 통하여 기능성 초콜릿 상품으로서의 제품화 가능성을 타진해 보고자 한다.
제안 방법
- 발효숙성마늘 초콜릿의 관능검사는 기호 척도법으로 scoring test를 실시하였다. 관능요원은 식품영양학을 전공 하는 학생과 대학원생 50명을 대상으로 실험 목적과 관능적 품질 요소에 대해 사전 교육을 시킨 후 관능 평가를 실시하였다. 관능 시간은 10~11시 사이에 이루어졌으며 제공된 발효숙성마늘 초콜릿의 온도는 20~22℃로 제공하였다.
- 관능평가 내용은 발효숙성마늘 초콜릿의 향(Flavor), 색 (Color), 조직감(Texture), 신맛(Sourness), 쓴맛(Bitterness), 전반적인 기호도(Overall quality)에 대한 기호도 특성이었으며 scoring test 중에서 7점 척도법으로 ‘매우 좋다’ 7점에서 ‘매우 나쁘다’ 1점의 범위에서 평가하도록 하였다.
- 발효숙성마늘 초콜릿의 제조 최적화를 위해 발효숙성마늘 추출물과 생크림 최적의 제조조건 접근은 canonical 모형의 수치 최적화(Numerical optimization)와 모형적 최적화(Graphical optimization)를 통해 선정하였다. 독립변수인 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 배합 범위 내(In range) 에서, 관능검사 항목인 향, 색, 조직감, 신맛과 쓴맛의 강도, 전반적인 기호도 중 유의적으로 나타난 항목으로 신맛과 쓴맛의 강도는 범위 내에서(In range) 색, 조직감, 전반적인 기호도 항목을 최대(Maximum)로 설정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치 점(Numerical point)을 예측하였다. 예측된 최적값은 추출물 34.
- 발효숙성마늘 추출물의 첨가량에 따른 제조 조건의 최적화를 위하여 초콜릿의 제조에서 물성에 가장 큰 영향을 주는 것으로 액체 첨가량을 요인으로 보았다(Lee 2004). 따라서, 발효숙성마늘 추출물(A)과 생크림(B)의 2가지 요인의 한계범위를 설정하기 위하여 초콜릿 양은 고정하고 예비실험 및 관능평가를 통해 두 액체 시료의 한계 범위 구간을 결정하였다. 예비실험을 거쳐 각 요인의 첨가량의 최소 및 최대 범위를 발효숙성마늘 추출물 10~40 g, 생크림 50~100 g, 다크 초콜릿 200 g으로 설정하였다.
- 발효숙성마늘 초콜릿 제조를 위해서 발효숙성마늘 추출물, 생크림 첨가량을 독립변수로 하였고, Design Expert 7(Stat-Easy Co., Minneapolis, USA)을 사용하여 실험을 계획하고, data를 분석한 후 최적화하였다.
- 발효숙성마늘 초콜릿의 제조 최적화를 위해 발효숙성마늘 추출물과 생크림 최적의 제조조건 접근은 canonical 모형의 수치 최적화(Numerical optimization)와 모형적 최적화(Graphical optimization)를 통해 선정하였다. 독립변수인 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 배합 범위 내(In range) 에서, 관능검사 항목인 향, 색, 조직감, 신맛과 쓴맛의 강도, 전반적인 기호도 중 유의적으로 나타난 항목으로 신맛과 쓴맛의 강도는 범위 내에서(In range) 색, 조직감, 전반적인 기호도 항목을 최대(Maximum)로 설정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치 점(Numerical point)을 예측하였다.
- 발효숙성마늘 추출물과 생크림을 독립변수로 하여 10개의 시료를 제조한 후 색도(L, a, b), hardness(경도), adhesiveness (부착성), chewiness(씹힘성), gumminess(검성), cohesiveness (응집성) 등 조직감을 측정한 결과는 [Table 3]에 제시하였다.
- 설정된 반응별로 모델화 하여 유의성을 검증한 결과[Table 6], 향은 2FI의 모델이 선택되었으나 유의하지 않았고, [Figure 2]에서발효숙성마늘 추출물과 생크림의 교호 작용의 경향을 확인할 수 있었다. 색, 신맛의 강도, 쓴맛의 강도와 전반적인 기호도의 관능항목에서 linear model이 결정되었고, 조직감은 quadratic model이 결정되었다[Table 6].
- , London, UK)를 사용하여 two-bite compression test를 통해 조직감을 측정하였다. 시료 측정 후 얻어진 force and time graph로부터 경도 (Hardness), 점착성(Adhesiveness), 씹힘성(Chewiness), 검성(Gumminess), 응집성(Cohesiveness)의 TPA(Texture profile analysis) 특성치를 분석하였다. 모든 측정치는 5회 반복하였고 데이터는 평균값으로 나타내었다.
- 시료를 일정량 취하여 10배의 증류수에 녹이고 sonication 해서 초콜릿을 추출한 후 여과하여 실온 18℃에서 식힌 후 pH Ion meter(model 34, Beckman Instrument Inc., Fullerton, CA, USA)을 사용하여 pH를 측정하여 3회 반복 측정한 평균값을 이용하였다.
- 따라서, 발효숙성마늘 추출물(A)과 생크림(B)의 2가지 요인의 한계범위를 설정하기 위하여 초콜릿 양은 고정하고 예비실험 및 관능평가를 통해 두 액체 시료의 한계 범위 구간을 결정하였다. 예비실험을 거쳐 각 요인의 첨가량의 최소 및 최대 범위를 발효숙성마늘 추출물 10~40 g, 생크림 50~100 g, 다크 초콜릿 200 g으로 설정하였다. 추출물과 생크림을 독립 변수로하여 Design Expert 7(Stat-Easy Co.
- 제조된 초콜릿은 58~92oBrix 범위를 갖는 당도계 (Salinity Refractometer, Nippon Optical Works Co., LTD, Japan)를 사용하여 35℃ 액상의 초콜릿 1 g씩 취하여 3회 반복 측정하였다.
- 제조된 초콜릿의 표면색은 Color difference meter (Color meter CR-200, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 L(Lightness), a(Redness), b(Yellowness)의 색채 값을 측정하였다. 한 처리군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 평균값을 나타내었다.
- 초콜릿을 가로, 세로, 높이 3×3×1.5(cm)로 정사각형의 동일한 크기로 잘라 Texture Analyser(Model TAXT express, Stable Micro system Ltd., London, UK)를 사용하여 two-bite compression test를 통해 조직감을 측정하였다.
- 예비실험을 거쳐 각 요인의 첨가량의 최소 및 최대 범위를 발효숙성마늘 추출물 10~40 g, 생크림 50~100 g, 다크 초콜릿 200 g으로 설정하였다. 추출물과 생크림을 독립 변수로하여 Design Expert 7(Stat-Easy Co., Mineneapolis, USA) 프로그램의 중심합성계획법(CCD: Central Composite Design)에 따라 설정된 각 요인의 범위를 입력하였고, replication 설정을 통해 2개의 반복점이 존재하는 10개의 제조 조건이 선정되었다[Table 1].
- , Osaka, Japan)를 사용하여 L(Lightness), a(Redness), b(Yellowness)의 색채 값을 측정하였다. 한 처리군당 3개의 시료를 이용하여 각각 3회 반복 측정하여 평균값을 나타내었다. 이때 사용한 표준백판(Standard plate)의 L값은 97.
대상 데이터
- 본 실험의 초콜릿 제조에 사용된 발효숙성마늘 추출물은 국내 마늘 생산지인 의성과 남해에서 수확한 마늘을 원료로 제조한 (주)메나리의 제품을 구입하여 사용하였다. 초콜릿은 다크 초콜릿 64%인 Barry Callebaut사의 프랑스 제품을 구입하였다.
- 초콜릿은 다크 초콜릿 64%인 Barry Callebaut사의 프랑스 제품을 구입하였다. 생크림은 유크림 100%, 유지방 함량 38%로 국산제품인 (주)동원 데어리푸드의 덴마크 생크림을 구입하여 사용하였다.
- 시료의 크기는 가로, 세로, 높이 1×1×1.5(cm)의 동일한 크기로 잘라 panel당 10개의 시료를 난수표가 표시된 백색의 동일한 접시에 담아 물과 함께 제공하였다.
- 본 실험의 초콜릿 제조에 사용된 발효숙성마늘 추출물은 국내 마늘 생산지인 의성과 남해에서 수확한 마늘을 원료로 제조한 (주)메나리의 제품을 구입하여 사용하였다. 초콜릿은 다크 초콜릿 64%인 Barry Callebaut사의 프랑스 제품을 구입하였다. 생크림은 유크림 100%, 유지방 함량 38%로 국산제품인 (주)동원 데어리푸드의 덴마크 생크림을 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 발효숙성마늘 초콜릿의 관능검사는 기호 척도법으로 scoring test를 실시하였다. 관능요원은 식품영양학을 전공 하는 학생과 대학원생 50명을 대상으로 실험 목적과 관능적 품질 요소에 대해 사전 교육을 시킨 후 관능 평가를 실시하였다.
이론/모형
- Design Expert 7로부터 실험결과를 모델링하여 유의성을 검증한 결과, 명도(L), 경도(Hardness), 색의 좋은 정도, 신맛과 쓴맛의 강도, 전반적인 기호도가 linear model 로 결정되었다. 당도는 2FI model로 결정되었으며 pH, 응집성(Cohesiveness)과 조직감의 좋은 정도는 quadratic model로 결정되었다.
- 초콜릿 시료 3 g을 AOAC(AOAC 1996) 방법에 준하여 Karl-Fisher에 의한 dehydration agent(CM Mitsubishi Kasei Corp, Tokoy, Japan)로 5분 동안 반응시켜 분석하였으며, 실험은 3회 반복하였다.
성능/효과
- Design Expert 7로부터 실험결과를 모델링하여 유의성을 검증한 결과, 명도(L), 경도(Hardness), 색의 좋은 정도, 신맛과 쓴맛의 강도, 전반적인 기호도가 linear model 로 결정되었다. 당도는 2FI model로 결정되었으며 pH, 응집성(Cohesiveness)과 조직감의 좋은 정도는 quadratic model로 결정되었다.
- 경도는 추출물 첨가량과 생크림양이 증가할수록 가장 부드럽게 나타났다. 경도의 경우 추출물과 생크림의 첨가량이 서로 상호작용이 없이 각각 독립적으로 작용하는 linear 모델이 결정되었고, R2값이 0.
- 05). 당도와 응집성은 유의수준 1%, pH는 0.1%이내에서 유의적이었고, 경도와 관능항목의 신맛의 강도는 유의수준 0.1% 로서 유의적으로 높게 나타나 모델의 적합성이 인정되었다.
- 모델의 적합성을 분석한 결과 명도, 관능적 특성의 색, 조직감, 쓴맛의 강도, 전반적인 선호도는 유의수준 5%이내에서 유의성을 보였다(p<0.05).
- 발효숙성마늘 초콜릿의 최적화는 독립변수인 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 범위 내에서, 관능검사 항목 중에서 유의적으로 나타난 색, 조직감과 전반적인 기호도 항목을 최대로 설정하고, 신맛과 쓴맛의 강도는 범위 내에서, 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치 점(Numerical point)을 예측한 결과 초콜릿 200 g 고정에 발효숙성마늘 추출물 34.61 g과 생크림 72.68 g이 최적점으로 산출되었다.
- 발효숙성마늘 추출물 양의 증가는 관능적 특성의 신맛과 쓴맛의 강도와 전반적인 기호도에 증가를 보였고, 반면, pH, 명도, 기계적 특성인 경도가 낮아지는 것으로 나타났다. 생크림 첨가량이 증가하면서 기계적 특성인 응집성은 증가하는 반면, 경도는 감소하여 초콜릿의 조직감에 부드러운 성질을 띠게 되고 관능의 조직감 선호도가 높게 나타나게 되었다.
- [Figure 1]의 perturbation plot과 반응표면곡선에서 추출물과 생크림의 첨가량이 증가할수록 경도가 감소하여 부드러운 조직감을 갖는 것으로 나타났다. 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 양이 증가할수록 부착성은 감소하는 것으로 나타났으나, 추출물과 생크림은 부착성에 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 발효숙성마늘 추출물의 양이 증가 할수록 씹힘성은 증가하는 경향이 나타났으나 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 나타났다.
- 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 첨가율이 서로 상호작용하는 quadratic model이 결정되었고, R2 (결정계수)값 0.9860으로 높은 설명력을 보였으며, pvalue는 0.0008로 통계적으로 유의한 차이가 있는 것으로나타나(p<0.001) 모델에 대한 적합성이 인정되었다.
- 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 양이 증가할수록 부착성은 감소하는 것으로 나타났으나, 추출물과 생크림은 부착성에 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 발효숙성마늘 추출물의 양이 증가 할수록 씹힘성은 증가하는 경향이 나타났으나 유의적인 영향을 주지 않는 것으로 나타났다. 검성은 생크림양이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으나 유의적으로 영향을 주지 않는 것으로 나타났다[Figure 1].
- 발효숙성마늘 추출물 양의 증가는 관능적 특성의 신맛과 쓴맛의 강도와 전반적인 기호도에 증가를 보였고, 반면, pH, 명도, 기계적 특성인 경도가 낮아지는 것으로 나타났다. 생크림 첨가량이 증가하면서 기계적 특성인 응집성은 증가하는 반면, 경도는 감소하여 초콜릿의 조직감에 부드러운 성질을 띠게 되고 관능의 조직감 선호도가 높게 나타나게 되었다. 반면 생크림의 증가로 당도와 관능적 특성의 색의 기호도는 낮게 나타났다.
- [Figure 1]의 perturbation plot과 반응표면곡선에서 생크림의 양이 증가할수록 응집성이 증가하였다. 생크림과 추출물 첨가량이 증가할수록 경도는 감소하고, 응집성은 증가하는 것으로 나타났다. 이러한 결과는 정인창 등(2006)의 인산, 맥문동, 오미자 등이 함유된 생맥산 첨가 초콜릿의 점도가 대조군에 비해 유의적으로 높게 나타난 것과 유사한 경향을 보였다.
- 0016으로 1%의 범위에 유의적으로 모델의 적합성이 인정되었다. 선택된 모델에 대한 perturbation plot와 반응표면곡선은 [Figure 1]와 같으며 생크림양이 증가할수록 당도는 감소하고, 생크림양이 감소할수록 당도는 증가하는 결과를 나타내었다.
- 설정된 반응별로 모델화 하여 유의성을 검증한 결과[Table 6], 향은 2FI의 모델이 선택되었으나 유의하지 않았고, [Figure 2]에서발효숙성마늘 추출물과 생크림의 교호 작용의 경향을 확인할 수 있었다. 색, 신맛의 강도, 쓴맛의 강도와 전반적인 기호도의 관능항목에서 linear model이 결정되었고, 조직감은 quadratic model이 결정되었다[Table 6].
- 독립변수인 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 배합 범위 내(In range) 에서, 관능검사 항목인 향, 색, 조직감, 신맛과 쓴맛의 강도, 전반적인 기호도 중 유의적으로 나타난 항목으로 신맛과 쓴맛의 강도는 범위 내에서(In range) 색, 조직감, 전반적인 기호도 항목을 최대(Maximum)로 설정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치 점(Numerical point)을 예측하였다. 예측된 최적값은 추출물 34.61 g, 생크림 72.68 g이었다. 최적화의 다른 방법으로 혼합물 성분의 모형을 이용한 모형적 최적화(Graphical optimization)는 각 반응 모형 그래프의 중첩되는 부분을 최적 범위로 정하였고 [Figure 3]에 제시하였다.
- 응집성 측정 결과 생크림 첨가량이 증가할수록 응집성이 증가하는 것으로 나타났고, 발효숙성마늘 추출물과 생크림의 첨가가 교호작용하는 quadratic 모델이 결정되었고, R2값이 0.8897, p-value는 0.0475로써 5%이내의 유의성을 보여 모델의 적합성이 인정되었다.
- [Figure 2]에서 perturbation plot과 반응표면곡선에서 생크림의 함량이 증가할수록 조직감의 기호도는 증가 감소의 경향이 나타났고, 추출물은 그와 반대로 첨가량이 증가할수록 약간의 증가를 보이다 서서히 감소하는 것으로 나타났다. 이는 생크림의 첨가량이 증가하고 추출물의 첨가량은 감소할수록 부드러워지고 조직감 기호도가 전반적으로 증가하는 것으로 나타났다.
- 초콜릿의 당도는 65.17~72.33의 범위를 보여[Table 3], 생크림의 첨가량이 당도 변화에 큰 영향을 미치는 요인으로 생크림의 첨가량이 클수록 당도는 낮아지는 것을 알 수 있었다. 이는 발효숙성마늘 추출물과 초콜릿에 대해 상대적 당도가 낮은 생크림의 양이 전체 당도에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
- pH에 대한 perturbation plot과 반응표면곡선은 [Figure 1]에 제시하였다. 추출물의 첨가량이 증가할수록 pH가 현저하게 감소하는 것으로 나타났고, 생크림 첨가량이 증가할수록 pH가 증가하다가 완만하게 감소하는 경향을 보이는 최고점의 형태의 반응표면 곡선이 나타났다.
- 0262로 5%이내에서 유의성이 인정되어 적합한 모델로 인정되었다[Table 6]. 회귀식에 나타난 계수들을 살펴본 결과 생크림의 첨가량이 조직감의 영향을 많이 주는 것으로 나타났고, 추출물의 첨가량 역시 조직감에 기여를 하는 것으로 나타났다. [Figure 2]에서 perturbation plot과 반응표면곡선에서 생크림의 함량이 증가할수록 조직감의 기호도는 증가 감소의 경향이 나타났고, 추출물은 그와 반대로 첨가량이 증가할수록 약간의 증가를 보이다 서서히 감소하는 것으로 나타났다.
- 1%, 1% 이내의 높은 유의성으로 모델에 대한 적합성이 인정되었다[Table 6]. 회귀식에 나타난 계수들을 통해 발효숙성마늘 추출물의 첨가량이 초콜릿의 신맛과 쓴맛의 강도를 좌우하는 것을 알 수 있었다. [Figure 2]의 perturbation plot과 반응표면 곡선에서 생크림의 첨가량에는 영향을 받지 않으면서 추출물 첨가량이 증가할수록 신맛과 쓴맛의 강도가 증가하는 것으로 나타났다.
- 0282로 5% 이내에서 유의성을 보여 모델의 적합성이 인정되었다[Table 6]. 회귀식에서 나타난 계수들을 살펴본 결과 생크림의 첨가량이 발효숙성마늘 추출물 첨가량 보다 색의 기호도에 영향을 주는 것을 알 수 있었다. [Figure 2]의 perturbation plot과 반응 표면 곡선에서 생크림 첨가량이 증가할수록 색에 대한 기호도는 낮아졌고 발효숙성마늘 추출물 첨가량이 증가할수록 색에 대한 기호도는 증가하였다.
후속연구
- 본 연구를 통해 발효숙성마늘을 첨가한 초콜릿의 품질 특성과 관능적 특성의 장점을 살려 기능성 초콜릿 제품 개발에 높은 가능성을 부여하고자 한다. 따라서 기능성 식품소재를 이용한 건강 초콜릿 개발의 지속적인 연구가 기대된다.
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