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문제 정의
- 또한, 이러한 안전성이 확보된 유산균은 가격적인 측면에서 고비용이라는 불리한 측면이 있으므로, 이들 미생물의 첨가에 따른 효능을 담보하는 최소사용량을 규명하는 노력이 필요하다. 이에 본 연구는 현재 상업적으로 대량 구매가 가능한 probiotic 미생물인 B. longum, E. faecium과 L. acidophilus가 probiotics을 Saccharomyces cerevisiae와 혼합하여 사용하고 probiotics와 효모의 첨가량을 달리하면서 sourdough 발효를 진행하여 완성된 sourdough bread의 이화학적 특성을 분석하고 첨가비율을 최적화하는 연구를 수행하였다.
가설 설정
- 1)Mean with different superscripts are significantly different(P<0.05).
제안 방법
- 현재까지, 수 많은 유산균들이 다양한 경로로 개발되어 발효빵 제조에 스타터(starter)로 사용되고 있으나[1,2,3,8], 충분한 안전성 검증 연구가 뒷받침되었는지에 대해서는 미지수이다. 국내에서 상업적으로 사용되는 유산균은 수 십종으로 제한되므로 본 연구에서는 GMP(Good Manufacturing Practice) 시설에서 생산된 유산균으로 범위를 제한하여 스타터균을 선정하였다. 또한, 이러한 안전성이 확보된 유산균은 가격적인 측면에서 고비용이라는 불리한 측면이 있으므로, 이들 미생물의 첨가에 따른 효능을 담보하는 최소사용량을 규명하는 노력이 필요하다.
- Probiotics균과 효모를 이용한 sourdough starter의 혼합비율을 달리한 시료를 제조하였다(표 1).
- 강력밀가루 500 g, 물 500 g과 probiotics균을 각각 1.5 g(Test 1 군), 0.3 g(Test 2 군), 0.15 g(Test 3 군)을 넣어 15시간 동안 발효시킨 것과 강력밀가루 500 g, 물 500 g과 효모를 각각 0.1 g(Test 1 군), 0.02 g(Test 2 군), 0.01 g(Test 3 군)을 넣어 15시간 동안 발효시킨 것을 2분간 혼합한 후 동일한 조건에서 10시간 동안 발효시켰다. 비교군 3가지 모두 30℃ 항온기에서 총 25시간 발효시켰다.
- Probiotics균 배양을 위한 배지는 MRS agar(DIFCO, St. Louis, MO, USA)를 가압습식법으로 살균하여 냉각한다음 여기에 여과법으로 멸균한 브롬 크레솔 퍼플 0.006%과 아스코르빈산 0.1%를 무균적으로 첨가하였다[7]. 효모의 생육실험에서는 YPD agar(DIFCO)를 사용하였다[7].
- Probiotics균 배양을 위하여 MGC AnaeroPack(Mitsubishi Gas Chemical Co, Inc, Tokyo, Japan)을 사용하였다. 10배 연속희석법으로 희석 조제한 시료를 고체배지에 도말하여 플라스틱 용기에 담고 여기에 MGC 혐기적 키트를 넣어 배양기(SI-4000R SHAKING INCUBATOR, Jeio Tech, Co., Ltd, Seoul, Korea)에서 30℃에서 2일 동안 배양하였으며, 생균수는 3회 측정한 colony수를 시료 g당 colony forming unit(CFU/g)로 나타내었다.
- 미생물의 초기 첨가량에 따른 반죽의 발효팽창력은 sourdough starter의 발효율을 측정하기 위해서 반죽 직후의 sourdough starter를 100 g씩을 채취하여 발효율을 측정하였다[12]. 즉, 발효 팽창력(ml)은 100 g의 반죽을 둥글게 만들어 500 mL mess cylinder에 넣어 발효(30℃, 상대습도 80%)하면서 3시간 간격으로 반죽의 부피변화를 측정하여 증가된 반죽의 부피와 초기부피의 차이로 계산하였다.
- 미생물의 초기 첨가량에 따른 반죽의 발효팽창력은 sourdough starter의 발효율을 측정하기 위해서 반죽 직후의 sourdough starter를 100 g씩을 채취하여 발효율을 측정하였다[12]. 즉, 발효 팽창력(ml)은 100 g의 반죽을 둥글게 만들어 500 mL mess cylinder에 넣어 발효(30℃, 상대습도 80%)하면서 3시간 간격으로 반죽의 부피변화를 측정하여 증가된 반죽의 부피와 초기부피의 차이로 계산하였다.
- 강력밀가루의 양을 100으로 할 때 25시간 발효하여 제조한 sourdough starter를 35% 수준으로 첨가하여 재료들을 혼합하였다(표 2).
- 모든 재료를 혼합하고 SM-200 버티컬 믹서(Sinmag Bakery Machine Co., Ltd, SEC, Taiwan)를 이용하여 1단에서 1분, 2단으로 8분, 총 9분 동안 반죽하여 글루텐 형성을 촉진하였다. 온도 30℃, 상대습도 80%의 발효기에서 90분간 1차 발효를 하고, 반죽을 450 g씩 분할하여 실온에서 15분간 중간발효하였다.
- 오븐에서 꺼낸 sourdough bread를 실온에서 24시간 방치한 길이 19.5 cm의 식빵을 절단기(Daeyung Bakery Machinery Co.)를 사용하여 13 mm 두께로 절단하여 식빵의 가장 중앙부분의 식빵조각을 분석하였다[13]. 분석 기계로 CrumbScan(American Institute of Baking /Devore Systems, Manhattan, Kansas, USA)을 사용하였고, 이미지는 HP PSC 1310 series (Hewlett Packard, USA)를 이용하였다.
- Sourdough starter로 제조한 sourdough bread의 firmness(경도)를 36 mm cylinder probe가 장착된 texture analyzer(TA-XT2i, Stable micro systems, England)를 이용하여 측정하였다. 식빵 덩어리의 끝부분에서 두 번째와 세 번째 식빵조각과 식빵 덩어리의 가장 끝부분인 식빵 껍질을 제외한 두 조각의 식빵을 겹쳐서 사용하였다.
- 식빵 덩어리의 끝부분에서 두 번째와 세 번째 식빵조각과 식빵 덩어리의 가장 끝부분인 식빵 껍질을 제외한 두 조각의 식빵을 겹쳐서 사용하였다. 시료를 cylinder probe 아래 중앙에 놓고 6.25 mm 거리에서 25% 압착을 받은 때의 압력을 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다[15]. 측정조건은 option: return to start, pre-test speed: 1.
- 관능검사에는 sourdough starter를 첨가하여 만든 sourdough bread를 사용하였고 실온에서 1일간 방치한 후 검사에 이용하였다. 관능검사 요원은 호텔제과제빵과 2학년 학생 20명을 선정하여 관능검사의 방법 및 중요성에 대하여 인지시키고, 관능검사 패널의 임무와 검사방법에 사용된 척도를 설명하였다.
- 관능검사 요원은 호텔제과제빵과 2학년 학생 20명을 선정하여 관능검사의 방법 및 중요성에 대하여 인지시키고, 관능검사 패널의 임무와 검사방법에 사용된 척도를 설명하였다. 관능검사 시 흰색접시에 식빵의 절단면 가장 끝부분을 제외한 1조각을 각각 제공하였고, 검사에 사용된 척도방법은 5점 척도법으로 평가항목은 식빵 속질의 색(crumb color), 기공의 상태(grain), 촉감(texture), 향(flavor), 맛(taste)과 전체적인 품질(overall acceptance)을 측정하였다.
- Sourdough stater의 제조를 위하여 probiotics와 효모의 사용량을 각각 1.5:0.1, 0.30:0.02, 0.15:0.01 (g/g)로 다르게 하여 각각 Test 1, Test 2와 Test 3 으로 구분하였다(표 1). 반죽에 첨가된 미생물의 생육은 sourdough 발효에서 매우 중요하므로, probiotics와 효모의 첨가 비율을 달리하여 제조한 sourdough 반죽에 존재하는 생균수를 측정하였다(표 3).
- 01 (g/g)로 다르게 하여 각각 Test 1, Test 2와 Test 3 으로 구분하였다(표 1). 반죽에 첨가된 미생물의 생육은 sourdough 발효에서 매우 중요하므로, probiotics와 효모의 첨가 비율을 달리하여 제조한 sourdough 반죽에 존재하는 생균수를 측정하였다(표 3). Sourdough에서 발효 초기 probiotics는 Test 1, Test 2와 Test 3 군에서 각각 4.
- Sourdough starter의 발효시간과 첨가량에 따른 pH 변화를 측정하였다(그림 1).
- 처음 15시간 동안은 probiotics와 yeast로 나누어 독립적으로 발효한 후 혼합하여 다시 10시간 동안 발효하였으며, 15시간 이전과 혼합한 후(mixing)의 pH를 측정하였다. 발효초기에는 6가지 종류의 반죽의 pH는 6.
- Sourdough starter의 발효팽창력을 측정하였다(그림 2). 두 가지 시료를 혼합한 후 발효 팽창력은 급격하게 증가하여 18시간 발효시에는 Test 1군은 75 mL에서 225 mL로, Test 2군은 90 mL에서 265 mL, Test 3군은 90 mL에서 270 mL로 2.
- 발효빵의 CrumbScan의 영상과 영상분석에 의한 발효빵의 부피, 기공의 조밀도와 형태, 껍질 두께를 측정하였다(그림 3과 표 4). Test 2군에서 2,274 cm3로 부피가 가장 큰 것으로 나타났고, 발효율이 가장 큰 Test 3군은 2,166 cm3로 적게 나타났으나 유의적인 차이는 없었다.
- Starter의 사용량을 달리하여 제조한 sourdough bread 를 이용하여 bread 비용적을 종자치환법으로 측정하였다[표 5]. 비용적이 클수록 빵이 팽창되어 가볍고 부드러운 반면, 비용적이 작은 빵은 기공이 조밀하고 빵이 딱딱하다[3].
- Probiotics와 효모의 사용량을 달리하여 제조한 식빵의 관능검사를 실시하였다(표 6). 빵 속질의 색상, 향, 맛 및 전체적인 기호도는 Test 2군에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.
- 세 종류의 probiotics균과 제빵용 효모를 각각 1.5 : 0.1(Test 1군), 0.3 : 0.02(Test 2군), 0.15 : 0.01(g/g)(Test 3군)로 다르게 사용하여 sourdough 제조를 위한 적정 미생물 사용량을 규명한 실험의 요약 및 결론은 다음과 같다. Sourdough starter의 생균수는 사용한 초기생균수가 발효 반죽의 생균수 결과에 반영되어 초기 생균수에 비해 25 시간 발효한 후의 probiotics 생균수는 244(Test 3군)~642배(Test 1군) 증가하였으며 효모의 생균수는 265(Test 3군)~1,300배(Test 1군) 증가하였다.
대상 데이터
- 사용한 미생물은 Bifidobacterium longum KCTC 5734, Enterococcus faecium KCTC 13410, Lactobacillus acidophilus KCTC 3925가 생균수 기준으로 1:2:2로 혼합된 제품으로 Cell Biotech사(Gimpo, GyeongGi-Do, Korea)에서 GMP 시설에서 발효된 후 동결건조된 제품을 구입하였다. 효모(S.
- 사용한 미생물은 Bifidobacterium longum KCTC 5734, Enterococcus faecium KCTC 13410, Lactobacillus acidophilus KCTC 3925가 생균수 기준으로 1:2:2로 혼합된 제품으로 Cell Biotech사(Gimpo, GyeongGi-Do, Korea)에서 GMP 시설에서 발효된 후 동결건조된 제품을 구입하였다. 효모(S. cerevisiae)는 생 효모로 Jenico Food사(Seoul, Korea) 제품을 사용하였다. 밀가루(강력분, Samyang Milmax Co.
- cerevisiae)는 생 효모로 Jenico Food사(Seoul, Korea) 제품을 사용하였다. 밀가루(강력분, Samyang Milmax Co., Asan, Chungcheongnam-do, Korea), 설탕(Cheiljedang Co., Ltd, Seoul, Korea) 그리고 SK-100(dough conditioner, Shinkwang Food Co., Ltd, Gimhae, Gyensangnam-do, Korea)을 사용하였다.
- 효모의 생육실험에서는 YPD agar(DIFCO)를 사용하였다[7]. Probiotics균 배양을 위하여 MGC AnaeroPack(Mitsubishi Gas Chemical Co, Inc, Tokyo, Japan)을 사용하였다. 10배 연속희석법으로 희석 조제한 시료를 고체배지에 도말하여 플라스틱 용기에 담고 여기에 MGC 혐기적 키트를 넣어 배양기(SI-4000R SHAKING INCUBATOR, Jeio Tech, Co.
데이터처리
- 3회 측정결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
- 오븐에서 구운 식빵을 실온(25℃)에서 1시간 냉각시킨 후 사용하였으며, 3회 측정결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
- )를 사용하여 13 mm 두께로 절단하여 식빵의 가장 중앙부분의 식빵조각을 분석하였다[13]. 분석 기계로 CrumbScan(American Institute of Baking /Devore Systems, Manhattan, Kansas, USA)을 사용하였고, 이미지는 HP PSC 1310 series (Hewlett Packard, USA)를 이용하였다. 최종 결과의 객관성과 정확성을 높이기 위해서 한 구역에서 10% 이상 어둡거나(intensity=0.
- 분석 결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
- 자료는 1-way analysis of variance (ANOVA) 방법으로 통계처리 하였다[16]. 분석 결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
이론/모형
- 1%를 무균적으로 첨가하였다[7]. 효모의 생육실험에서는 YPD agar(DIFCO)를 사용하였다[7]. Probiotics균 배양을 위하여 MGC AnaeroPack(Mitsubishi Gas Chemical Co, Inc, Tokyo, Japan)을 사용하였다.
- Sourdough bread의 부피는 AACC methods 72-10 종자치환법으로 측정하였고[14] 빵의 무게를 측정한 후 부피를 무게로 나누어 비용적(mL/g)으로 나타내었다. 오븐에서 구운 식빵을 실온(25℃)에서 1시간 냉각시킨 후 사용하였으며, 3회 측정결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
성능/효과
- 분석 기계로 CrumbScan(American Institute of Baking /Devore Systems, Manhattan, Kansas, USA)을 사용하였고, 이미지는 HP PSC 1310 series (Hewlett Packard, USA)를 이용하였다. 최종 결과의 객관성과 정확성을 높이기 위해서 한 구역에서 10% 이상 어둡거나(intensity=0.1) 크기가 500 pixels(size=500) 이상으로 나타난 기공들은 성형 실수로 설정하여 배제하였으며, 1 구역간의 중복율은 10%(overlap=0.1)로 하였다. 3회 측정결과를 평균±표준편차로 나타내었다.
- 25시간을 발효한 후, probiotics 생균수는 Test 1, Test 2와 Test 3군에서 각각 1,099×105, 565×105, 289×105 cfu/g였고, 효모는 각각 345×105, 266×105, 169×105 cfu/g였다.
- 25시간을 발효한 후, probiotics 생균수는 Test 1, Test 2와 Test 3군에서 각각 1,099×105, 565×105, 289×105 cfu/g였고, 효모는 각각 345×105, 266×105, 169×105 cfu/g였다. 초기 생균수에 비해 25시간 발효한 후의 probiotics균수는 244~642배 증가하였으며 효모 생균수는 265~1,300배 증가하였다. 발효 25시간 후의 yeasts/probiotics 비율은 Test 1, Test 2와 Test 3 군에서 각각 0.
- 58였다. 따라서, yeasts/probiotics 비율은 25시간의 발효 동안 변화가 없거나 약간 증가하는 결과를 보였는데, 이러한 결과로 미루어 본 연구에서 설정한 probiotics균과 효모의 첨가 비율과 발효조건에서는 미생물 상호간의 생육저해 효과가 낮은 것으로 나타났다.
- 반죽의 pH는 6시간 이후에는 모든 군들에서 pH 6 이하를 보였으며 연장된 발효시간에서는 급격하게 감소하였다. 반죽의 pH는 효모를 접종한 경우보다, probiotics를 접종한 반죽에서 산성화되는 경향을 보였으며, 두가지 미생물 모두 초기 15시간 동안의 반죽의 pH는 접종량에 의존적으로 감소하였다. 두 가지 시료를 혼합한 직후에는 pH는 probiotics를 접종한 반죽의 pH와 비교시 약간 증가하였으나 발효가 진행되면서 점차 감소하여 Test 1, Test 2와 Test 3 시료의 최종 pH는 각각 4.
- 0배 증가하였으나 25시간에서는 세 가지 군에서 확연하게 다른 결과를 보였다. Test 1군에서는 75 mL(15시간), 225 mL(18시간), 190 mL(21시간), 150 mL(25시간)으로 변하여 18시간에서 최대 발효 팽창력을 나타낸 후 감소한 반면, Test 2군에서는 90 mL(15시간), 265 mL(18시간), 320 mL(21시간), 260 mL(25시간)으로 변하여 21시간에서 최대 발효 팽창력을 나타낸 후 감소하였으며, Test 3군에서는 90 mL(15시간), 270 mL(18시간), 320 mL(21시간), 290 mL(25시간)으로 변하여 18시간에서 최대 발효 팽창력을 나타낸 후 감소하였다. 사용한 미생물의 양에 반비례적으로 최대 발효 팽창력을 나타내는 발효시간은 길어졌다.
- 빵 속질의 색상, 향, 맛 및 전체적인 기호도는 Test 2군에서 유의적으로 높게 나타났다(p<0.05).
- 본 연구에서는 지속적으로 발효율이 증가하는 것이 아니라 발효기간이 길어지면 반죽이 산성화가 되면서 오히려 감소되는 것으로 사료된다. 또한, 반죽의 발효정도와 가스보유력은 pH에 밀접하게 연동되어, pH 5.
- 0 이하에서는 효모의 작용이 약화되어 발효속도와 가스보유력이 감소된다는 연구결과[2]와 상충된다. 본 연구에서는 pH 5.0보다 훨씬 낮은 pH 4.5 이하에서도 가스보유력이 증가하였는데, probiotics의 대사산물인 유산과 초산은 적정농도에서는 효모의 생육을 촉진시키므로 pH 5.0 보다 낮은 산성인 조건에서도 발효가 지속되는 것으로 판단된다. 결과적으로 25시간 발효한 본 실험조건에서는 Test 3군에서 가장 좋은 결과(발효 팽창력 290 mL)를 보였으나, 발효시간 21시간에서는 Test 2군과 Test 3군에서 발효 팽창력 320 mL를 보이므로 사용하는 스타터의 사용량에 변동하여 발효시간을 조정할 필요가 있다고 생각된다.
- 0 보다 낮은 산성인 조건에서도 발효가 지속되는 것으로 판단된다. 결과적으로 25시간 발효한 본 실험조건에서는 Test 3군에서 가장 좋은 결과(발효 팽창력 290 mL)를 보였으나, 발효시간 21시간에서는 Test 2군과 Test 3군에서 발효 팽창력 320 mL를 보이므로 사용하는 스타터의 사용량에 변동하여 발효시간을 조정할 필요가 있다고 생각된다.
- 81 mL/g으로 나타난 반면에, Test 3군의 비용적이 가장 낮은 것으로 측정되었으나 유의적인 차이는 없었다. 식빵의 경도는 높을수록 빵이 단단함을 나타내는데, firmness 측정결과는 starter의 사용량에 반비례하는 결과를 보였으나 그룹간의 유의적인 차이는 없었다.
- 최종 발효빵을 사용하여 실시한 관능평가에서는 빵 속질의 색상, 향, 맛 및 전체적인 기호도는 Test 2군에서 유의적으로 높았다(p<0.05).
- 빵의 맛과 향에서 Test 2군에서 보통 이상으로 평가되었다. 기공의 상태와 손으로 만져봤을 때 느끼는 부드러움의 정도로 나타낸 촉감에서는 Test 3군에서 가장 선호도가 높게 나타났으나 그룹간의 유의적인 차이는 없었다. 이상의 관능검사 결과를 종합해보면 Test 2군에서 가장 높은 점수를 나타냈고, Test 1군, Test 3군의 순으로 나타났지만 probiotics : 효모의 사용량을 1/10 수준인 0.
- 기공의 상태와 손으로 만져봤을 때 느끼는 부드러움의 정도로 나타낸 촉감에서는 Test 3군에서 가장 선호도가 높게 나타났으나 그룹간의 유의적인 차이는 없었다. 이상의 관능검사 결과를 종합해보면 Test 2군에서 가장 높은 점수를 나타냈고, Test 1군, Test 3군의 순으로 나타났지만 probiotics : 효모의 사용량을 1/10 수준인 0.15 : 0.01(g/g)로 낮추었을때도 전체적인 기호도 점수는 큰 차이가 없었으므로 필요 이상의 스타터균의 사용은 자제하고 starter의 특성, 초기 생균수, 발효시간 등을 종합적으로 고려하여 빵의 품질 특성에 가장 이상적인 조건을 설정하는 노력이 필요하다고 사료된다.
- 01(g/g)(Test 3군)로 다르게 사용하여 sourdough 제조를 위한 적정 미생물 사용량을 규명한 실험의 요약 및 결론은 다음과 같다. Sourdough starter의 생균수는 사용한 초기생균수가 발효 반죽의 생균수 결과에 반영되어 초기 생균수에 비해 25 시간 발효한 후의 probiotics 생균수는 244(Test 3군)~642배(Test 1군) 증가하였으며 효모의 생균수는 265(Test 3군)~1,300배(Test 1군) 증가하였다. 세 종류의 probiotics균과 제빵용 효모는 발효대사산물로 산(acid)을 생성하는데 sourdough starter의 pH는 세 가지 그룹 모두 pH 4.
- 1 범위에 있어 sourdough starter로 사용하기에 적당한 수치였다. 효모는 가스를 생성하는 특성이 있는데, sourdough starter의 발효율은 사용한 미생물의 양이 감소할수록 최대 발효 팽창력을 나타내는 발효시간은 길어지는 결과를 보였다. 빵의 겉 표면의 이미지를 분석한 CrumbScan의 영상분석의 결과는 Test 2군에서 2,274 cm3로 부피가 가장 큰 것으로 나타났고, 발효율이 가장 큰 것으로 나타났던 Test 3군은 2,166 cm3로 적게 나타났으나 유의적인 차이는 없었다.
- 효모는 가스를 생성하는 특성이 있는데, sourdough starter의 발효율은 사용한 미생물의 양이 감소할수록 최대 발효 팽창력을 나타내는 발효시간은 길어지는 결과를 보였다. 빵의 겉 표면의 이미지를 분석한 CrumbScan의 영상분석의 결과는 Test 2군에서 2,274 cm3로 부피가 가장 큰 것으로 나타났고, 발효율이 가장 큰 것으로 나타났던 Test 3군은 2,166 cm3로 적게 나타났으나 유의적인 차이는 없었다. 최종 발효빵을 사용하여 실시한 관능평가에서는 빵 속질의 색상, 향, 맛 및 전체적인 기호도는 Test 2군에서 유의적으로 높았다(p<0.
- 05). 결과적으로, sourdough starter를 Test 2군의 조성으로 제조한 sourdough bread가 다수의 항목에서 가장 높게 평가되었다. 관능검사 결과를 종합해보면 Test 2군에서 가장 높은 점수를 나타냈고, Test 1군, Test 3군의 순으로 나타나 sourdough 제조시 유산균의 사용량에 비례하여 제빵품질이 비례적으로 나타나는 것이 아니라, 사용 유산균의 종류, starter의 초기 생균수, 발효시간 등이 종합적으로 빵의 품질 특성에 영향을 주었다.
- 결과적으로, sourdough starter를 Test 2군의 조성으로 제조한 sourdough bread가 다수의 항목에서 가장 높게 평가되었다. 관능검사 결과를 종합해보면 Test 2군에서 가장 높은 점수를 나타냈고, Test 1군, Test 3군의 순으로 나타나 sourdough 제조시 유산균의 사용량에 비례하여 제빵품질이 비례적으로 나타나는 것이 아니라, 사용 유산균의 종류, starter의 초기 생균수, 발효시간 등이 종합적으로 빵의 품질 특성에 영향을 주었다.
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