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문제 정의
- 이러한 삼투용액을 이용한 전처리는 건조식품을 제조하기 위한 열풍, 동결건조 등의 시간을 단축시켜 온도에 인한 품질 저하를 방지하거나 고비용의 전력소모를 절감시키는 효과가 있다(6). 따라서 본 연구는 사과를 이용하여 삼투압처리 시 당 용액의 농도 및 침지시간이 품질에 미치는 영양을 조사하고, 이어 삼투건조 후 열풍과 동결건조가 품질 특성에 미치는 영향을 비교해 보고자 하였다.
제안 방법
- 건조한 사과의 수분은 적외선 수분측정기(FD-610, KETT)를 이용하여 105℃에서 20분간 측정하였으며, 색도는 색차계(Color i7, X-RITE, Grand Rapids, MI, USA)를 사용하여 명도(lightness), 적색도(redness), 황색도(yellowness)의 값을 측정하였다. 그리고 조직감은 Texture analyzer(TA.
- 건조한 사과의 수분은 적외선 수분측정기(FD-610, KETT)를 이용하여 105℃에서 20분간 측정하였으며, 색도는 색차계(Color i7, X-RITE, Grand Rapids, MI, USA)를 사용하여 명도(lightness), 적색도(redness), 황색도(yellowness)의 값을 측정하였다. 그리고 조직감은 Texture analyzer(TA.XT Plus, STABLE MICRO SYSTEM, Godalming, UK)를 사용하여 직경 25 mm ball probe로 1.0 mm/sec의 test speed에서 probe가 시료를 3 mm 통과할 때까지 측정하였고 최고 피크점을 기준으로 경도(hardness)를 구하였다.
- 본 연구는 삼투압 전처리와 열풍, 동결건조의 방법이 최종 제품의 품질에 미치는 영향을 알아보기 위해 농도(20, 40, 60oBrix)와 시간별(2, 4, 8시간)로 삼투압처리를 하여 물질이동 특성을 조사하고, 이후 열풍과 동결 건조방법을 거쳐 최종 시료의 품질 특성을 분석하였다. 삼투압 처리 중 시료의 중량감소, 수분손실, 고형분 증가는 삼투압농도와 침지시간이 증가함에 따라 상승하는 경향을 보였으며 삼투처리의 농도가 가장 큰 요인으로 고려된다.
- 삼투압 처리한 사과의 수분함량은 적외선 수분측정기(FD-610, KETT, Tokyo, Japan)를 이용하여 105℃에서 측정하였고, 가용성 고형분은 사과를 착즙한 착즙액의 당도를 굴절당도계(PR-101α, ATAGO, Tokyo, Japan)를 사용하여 구하였다.
- 삼투압 효과를 극대화할 수 있는 당 용액의 처리조건과 열풍과 동결건조가 최종 건조제품에 미치는 영향을 알아보기 위해 사과 슬라이스를 농도별, 침지시간별로 삼투압처리를 한 후 열풍과 동결건조방법을 각각 사용하여 건조하였다. 삼투압처리 후 물질이동 특성을 분석하였고 이후 열풍과 동결건조방법으로 건조한 후 수분함량, 색도, hardness 그리고 유리당(glucose, fructose, sucrose)을 분석하였다.
- 삼투압 효과를 극대화할 수 있는 당 용액의 처리조건과 열풍과 동결건조가 최종 건조제품에 미치는 영향을 알아보기 위해 사과 슬라이스를 농도별, 침지시간별로 삼투압처리를 한 후 열풍과 동결건조방법을 각각 사용하여 건조하였다. 삼투압처리 후 물질이동 특성을 분석하였고 이후 열풍과 동결건조방법으로 건조한 후 수분함량, 색도, hardness 그리고 유리당(glucose, fructose, sucrose)을 분석하였다.
- 삼투압처리를 거쳐 열풍 및 동결건조 한 시료 10 g을 증류수로 100 mL 정용한 다음 30oC shaking incubator에서 2시간 동안 진탕하였다.
- 삼투압처리를 거친 시료는 열풍건조기(DF-13501, DOORI, Incheon, Korea)를 이용하여 70℃에서 3시간 동안 건조하여 시료를 준비하였으며, 동결건조는 동결건조기(PVTFD 10R, ILSHIN, Yangju, Korea)로 21시간 동안 건조시킨 후 비교분석하였다.
- 절단한 사과를 20, 40, 60°Brix의 sucrose 용액에 1:10 (w/v) 비율로 침지한 후 30℃로 조정한 shaking incubator(VS-8480S, VISION, Bucheon, Korea)에서 100 rpm의 속도로 2, 4, 8시간 동안 침지시켰다.
대상 데이터
- 본 실험에 사용된 사과는 2010년 충주에서 수확한 직경 8～10 cm, 수분함량 81.3%의 후지 품종으로 5℃에서 냉장 보관하면서 칼과 절단기를 이용하여 3×3×0.3 cm로 절단한 후 실험에 사용하였다.
데이터처리
- 모든 실험은 3회 이상 반복 실시하였으며 결과는 SAS(SAS 9.1, Cary, NC, USA) 통계 프로그램을 이용하여 분산 분석(ANOVA)을 하고 Duncan's multiple range test와 t-test로 시료간의 유의차를 검증하였다.
성능/효과
- 그리고 열풍과 동결건조의 색도를 비교 시 열풍건조의 L value가 더 낮고 a, b value는 더 높은 것으로 보아 열풍건조 시 건조제품의 갈변이 더 진행됨을 알 수 있었다. 결론적으로 삼투압 전처리를 거친 후 동결건조 하는 방법이 갈변을 가장 억제하는 것으로 보였다.
- 고형분 증가(solid gain)는 20oBrix에서 1.5±0.8～3.4±0.4%, 40oBrix 용액에서는 48.4±2.3～135.1±6.8%, 60oBrix에서는 114.4±6.6～183.4±0.4%로 나타나 수분손실과 마찬가지로 침지용액의 농도와 시간이 증가함에 따라 시료의 고형분도 증가하는 경향을 보였다(Fig. 1).
- Lenart(13)는 삼투건조 후 단당류는 감소되고 sucrose와 다당류는 증가한다고 보고하였는데 본 실험과 이와 유사한 경향을 보였다. 그리고 동결건조가 열풍건조보다 더 높은 유리당 함량을 보여, 동결건조가 건조 중 유리당의 보존에 더 유리하며 단맛도 높을 것으로 예상된다.
- 8%였으며, 40oBrix 용액 침지 후 동결건조에서 가장 낮은 수분함량을 보였다. 그리고 열풍건조에서 삼투처리 유무에 따른 수분함량은 유의적 차이는 없음을 나타냈다(Table 1). Choi 등(8)은 열풍건조로 사과 실험 시료를 건조하였을 때, 최종 수분함량이 0.
- 또한 열풍건조의 경우 60oBrix에 침지한 경우 가장 낮은 L value를 보여, 삼투용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 L value가 낮아지는 반면 동결건조에서 L value는 삼투용액의 농도와 침지 시간에 큰 영향을 받지 않는 것으로 보였다. 그리고 열풍과 동결건조의 색도를 비교 시 열풍건조의 L value가 더 낮고 a, b value는 더 높은 것으로 보아 열풍건조 시 건조제품의 갈변이 더 진행됨을 알 수 있었다. 결론적으로 삼투압 전처리를 거친 후 동결건조 하는 방법이 갈변을 가장 억제하는 것으로 보였다.
- 유리당의 함량에 있어서는 삼투 용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 glucose와 fructose함량은 증가하고 sucrose 함량은 감소하는 경향을 보여 당 용액의 농도와 침지시간의 증가가 삼투효과를 높이는 것을 알 수 있었다. 또한 삼투압처리 후 동결건조의 방법이 열풍건조보다 더 높은 유리당의 함량을 보여 동결건조의 방법이 최종 제품의 단맛을 증가시켜 기호성을 높일 것으로 예상된다.
- 그리고 삼투압 전처리를 하지 않은 대조구와 비교 시 처리 후 유리당 함량이 증가하였으며 이는 삼투압 처리 시 설탕용액에서 유입되는 것으로 추정된다. 또한 열풍건조 및 동결건조 모두 삼투압 용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 glucose와 fructose 함량이 낮게 나타나 삼투효과가 커짐을 알 수 있었다. Lenart(13)는 삼투건조 후 단당류는 감소되고 sucrose와 다당류는 증가한다고 보고하였는데 본 실험과 이와 유사한 경향을 보였다.
- 동결건조에서도 삼투압처리 후 a value가 낮아지는 경향을 보여 삼투압처리가 건조 후 갈변을 억제하는 경향을 보였다. 또한 열풍건조의 경우 60oBrix에 침지한 경우 가장 낮은 L value를 보여, 삼투용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 L value가 낮아지는 반면 동결건조에서 L value는 삼투용액의 농도와 침지 시간에 큰 영향을 받지 않는 것으로 보였다. 그리고 열풍과 동결건조의 색도를 비교 시 열풍건조의 L value가 더 낮고 a, b value는 더 높은 것으로 보아 열풍건조 시 건조제품의 갈변이 더 진행됨을 알 수 있었다.
- Brix)와 시간별(2, 4, 8시간)로 삼투압처리를 하여 물질이동 특성을 조사하고, 이후 열풍과 동결 건조방법을 거쳐 최종 시료의 품질 특성을 분석하였다. 삼투압 처리 중 시료의 중량감소, 수분손실, 고형분 증가는 삼투압농도와 침지시간이 증가함에 따라 상승하는 경향을 보였으며 삼투처리의 농도가 가장 큰 요인으로 고려된다. 최종 건조를 거친 시료의 수분함량은 40oBrix 당 용액 침지 후 동결건조에서 가장 낮은 수분함량을 보였으며, 열풍건조에서 삼투건조 처리의 유무, 농도, 시간은 최종 수분함량에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보였다.
- 삼투압처리 후 70oC에서 3시간 열풍건조 한 사과의 수분함량은 3.1±1.3～6.0±2.4%, -40oC에서 21시간 동결건조 한 사과는 3.0±1.8～7.0±1.8%였으며, 40oBrix 용액 침지 후 동결건조에서 가장 낮은 수분함량을 보였다.
- 삼투압처리 후 열풍 및 동결 건조한 사과의 색도를 나타낸 결과(Table 2), 열풍건조의 경우 삼투압처리를 하지 않은 대조구보다 삼투압처리 후 열풍건조 한 시료가 더 낮은 L, a, b값을 보였다. 즉 열풍건조 전 삼투압 전처리는 열풍의 고온으로 인한 갈변을 억제하는 것으로 보인다.
- 기호성에 영향을 주는 단맛과 연관이 있는 유리당의 조성을 삼투압처리, 건조방법별로 분석한 결과는 Table 4와 같았다. 삼투압처리 후 열풍 및 동결건조한 시료는 삼투압처리를 하지 않은 시료보다 glucose와 fructose 함량은 더 낮고 sucrose 함량은 더 높은 경향을 보였다. 삼투용액의 농도가 높아질수록 glucose와 fructose 함량은 줄어들었으며, 이와 반대로 sucrose 함량은 증가하였다.
- 삼투압처리 후 열풍 및 동결건조한 시료는 삼투압처리를 하지 않은 시료보다 glucose와 fructose 함량은 더 낮고 sucrose 함량은 더 높은 경향을 보였다. 삼투용액의 농도가 높아질수록 glucose와 fructose 함량은 줄어들었으며, 이와 반대로 sucrose 함량은 증가하였다. 그리고 삼투압 전처리를 하지 않은 대조구와 비교 시 처리 후 유리당 함량이 증가하였으며 이는 삼투압 처리 시 설탕용액에서 유입되는 것으로 추정된다.
- 최종 건조를 거친 시료의 수분함량은 40oBrix 당 용액 침지 후 동결건조에서 가장 낮은 수분함량을 보였으며, 열풍건조에서 삼투건조 처리의 유무, 농도, 시간은 최종 수분함량에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보였다. 시료의 변색에 미치는 영향에 있어서는 삼투압처리의 L, a, b값이 처리를 하지 않은 것보다 낮은 값을 보여 삼투압처리가 갈변을 억제하는 것으로 보였고, 열풍건조에서는 삼투압처리의 농도와 침지시간이 증가할수록 L값이 감소하였다. 경도(hardness)의 경우 열풍 건조와 동결건조 모두 삼투압처리 당 용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 높아지는 경향을 보였다.
- 경도(hardness)의 경우 열풍 건조와 동결건조 모두 삼투압처리 당 용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 높아지는 경향을 보였다. 유리당의 함량에 있어서는 삼투 용액의 농도와 침지시간이 증가할수록 glucose와 fructose함량은 증가하고 sucrose 함량은 감소하는 경향을 보여 당 용액의 농도와 침지시간의 증가가 삼투효과를 높이는 것을 알 수 있었다. 또한 삼투압처리 후 동결건조의 방법이 열풍건조보다 더 높은 유리당의 함량을 보여 동결건조의 방법이 최종 제품의 단맛을 증가시켜 기호성을 높일 것으로 예상된다.
- 삼투압 처리 중 시료의 중량감소, 수분손실, 고형분 증가는 삼투압농도와 침지시간이 증가함에 따라 상승하는 경향을 보였으며 삼투처리의 농도가 가장 큰 요인으로 고려된다. 최종 건조를 거친 시료의 수분함량은 40oBrix 당 용액 침지 후 동결건조에서 가장 낮은 수분함량을 보였으며, 열풍건조에서 삼투건조 처리의 유무, 농도, 시간은 최종 수분함량에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 보였다. 시료의 변색에 미치는 영향에 있어서는 삼투압처리의 L, a, b값이 처리를 하지 않은 것보다 낮은 값을 보여 삼투압처리가 갈변을 억제하는 것으로 보였고, 열풍건조에서는 삼투압처리의 농도와 침지시간이 증가할수록 L값이 감소하였다.
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