반응표면분석법을 이용한 증절간 (호박)고구마의 최적 진공건조조건 설정 Optimization of Vacuum Drying Conditions for a Steamed (Pumpkin-) Sweet Potato Slab by Response Surface Methodology원문보기
본 연구는 증절간 고구마 제조를 위하여 진공건조방법을 이용하여 건조조건별 증절간 건조 고구마의 건조특성, 물성및 관능적 특성을 연구하였다. 건조 시 수분함량은 $60^{\circ}C$, 12시간에서 0.22%로 가장 낮은 수치를 보였고, 색차에서 건조 온도가 낮을수록, 건조시간이 짧을수록 L값이 높아졌으며 a, b, ${\Delta}E$값은 건조온도가 높을수록 건조시간이 길어짐에 따라 증가하는 경향을 보였다. 가용성 고형분은 건조조건별로 $19{\sim}72^{\circ}Brix$의 범위를 나타내었고, 환원당은 98.70~268.11 mg/g 범위를 나타내었으며 관능평가에서 밤고구마는 $50^{\circ}C$ 6시간에서 색, 향미, 맛, 조직감, 전반적인 기호도에서 가장 높은 평가치를 나타내었다. 이때 Aw 0.10~0.13 내외로서 미생물의 증식을 억제할 수 있는 수분함량의 범위이며 저장성의 향상도 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 반응표면 분석을 통한 증절간 고구마의 최적 건조조건을 예측한 결과 건조온도 $48.5{\sim}62^{\circ}C$, 건조시간 5.1~7.1 hr으로 예측되었다.
본 연구는 증절간 고구마 제조를 위하여 진공건조방법을 이용하여 건조조건별 증절간 건조 고구마의 건조특성, 물성및 관능적 특성을 연구하였다. 건조 시 수분함량은 $60^{\circ}C$, 12시간에서 0.22%로 가장 낮은 수치를 보였고, 색차에서 건조 온도가 낮을수록, 건조시간이 짧을수록 L값이 높아졌으며 a, b, ${\Delta}E$값은 건조온도가 높을수록 건조시간이 길어짐에 따라 증가하는 경향을 보였다. 가용성 고형분은 건조조건별로 $19{\sim}72^{\circ}Brix$의 범위를 나타내었고, 환원당은 98.70~268.11 mg/g 범위를 나타내었으며 관능평가에서 밤고구마는 $50^{\circ}C$ 6시간에서 색, 향미, 맛, 조직감, 전반적인 기호도에서 가장 높은 평가치를 나타내었다. 이때 Aw 0.10~0.13 내외로서 미생물의 증식을 억제할 수 있는 수분함량의 범위이며 저장성의 향상도 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 반응표면 분석을 통한 증절간 고구마의 최적 건조조건을 예측한 결과 건조온도 $48.5{\sim}62^{\circ}C$, 건조시간 5.1~7.1 hr으로 예측되었다.
Vacuum drying was conducted for a steamed pumpkin-sweet potato slab to improve its quality, convenience and preference as snack. Steamed sweet potato was dried from 30 to $60^{\circ}C$ for 12 hr, after which moisture contents, colors, and taste were evaluated. The lowest moisture content ...
Vacuum drying was conducted for a steamed pumpkin-sweet potato slab to improve its quality, convenience and preference as snack. Steamed sweet potato was dried from 30 to $60^{\circ}C$ for 12 hr, after which moisture contents, colors, and taste were evaluated. The lowest moisture content was 0.22% upon vacuum drying at $60^{\circ}C$ for 12 hr. Lightness decreased while other color values (a, b and ${\Delta}E$) increased with increasing drying temperature and drying time. Reducing sugar and soluble solid contents ranged from 98.7~268.11 mg/g and $19{\sim}72^{\circ}Brix$, respectively. Sensory score of the sample was the highest when dried at $50^{\circ}C$ for 6 hr. The optimum drying conditions were predicted to be $48.5{\sim}62^{\circ}C$ and 5.1~7.1 hr by response surface methodology.
Vacuum drying was conducted for a steamed pumpkin-sweet potato slab to improve its quality, convenience and preference as snack. Steamed sweet potato was dried from 30 to $60^{\circ}C$ for 12 hr, after which moisture contents, colors, and taste were evaluated. The lowest moisture content was 0.22% upon vacuum drying at $60^{\circ}C$ for 12 hr. Lightness decreased while other color values (a, b and ${\Delta}E$) increased with increasing drying temperature and drying time. Reducing sugar and soluble solid contents ranged from 98.7~268.11 mg/g and $19{\sim}72^{\circ}Brix$, respectively. Sensory score of the sample was the highest when dried at $50^{\circ}C$ for 6 hr. The optimum drying conditions were predicted to be $48.5{\sim}62^{\circ}C$ and 5.1~7.1 hr by response surface methodology.
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문제 정의
본 연구는 증절간 고구마 제조를 위하여 진공건조방법을 이용하여 건조조건별 증절간 건조 고구마의 건조특성, 물성 및 관능적 특성을 연구하였다. 건조 시 수분함량은 60℃, 12시간에서 0.
본 연구는 첨가물을 사용하지 않고 고구마를 증자 후 건조하여 식감을 향상시키고 찐 고구마 특유의 맛과 영양을 그대로 유지시킬 수 있도록 호박고구마(주황미)를 이용해 스낵 형태의 가공품으로 개발하는 과정에서 건조 중 이화학적 성분변화를 모니터링하고 최적 건조조건을 확립하고자 수행하였다.
제안 방법
상온에서 충분히 식힌 후 증류수 3 mL를 넣었다. Spectrometer(UV160A, Shimadzu, Kyoto, Japan)를 이용하여 546 nm에서 흡광도를 측정하여 glucose standard curve를 이용하여 환원 당함량을 구하였다(14).
05 이내의 유의성이 인정되었다. 건조온도와 건조시간을 건조조건으로 하여 이로부터 건조조건 최적화를 위해 수분 함량, 가용성 고형분 함량, 환원당, 전체적 색도, 전체적기호도의 contour map을 superimposing하여 Fig. 4와 같이 최적건조조건범위를 예측하였다. 이때 반응표면이 중복된 부분은 Table 6에 나타난 바와 같이 최적조건의 범위는 건조온도 48.
관능검사는 식품공학전공 학부생 10명으로 구성하여 충분한 훈련을 실시한 후 5점 척도 법으로 3회 실시하였다. 평가항목은 색, 향, 맛, 조직감, 전반적인 기호도로 나누어 아주 좋다 5점, 좋다 4점, 보통이다 3점, 나쁘다 2점, 아주 나쁘다 1점으로 하여 시행하였다.
Suh 등(19)은 고구마의 기호도는 당이 지니는 단맛에 기인하므로 증자에 의해 조리하였을 때 많은 양의 당이 생성되므로 기호도를 높일 수 있는 조리방법이 될 것이라 보고한 바 있다. 따라서 본 실험에서 전처리 방법으로 시료를 증자하여 건조조건별 가용성 고형분 함량과 환원당 함량을 측정하여 Fig. 2, 3에 나타내었다.
즉, 독립변수는 건조 온도(30, 40, 50, 60, 70℃) 및 건조시간(2, 4, 6, 8, 10 hr)이며 각 건조조건은 -2, -1, 0, 1, 2로서 5단계로 부호화 하였으며 Table 1에 나타낸 바와 같다. 또한 이들 독립변수에 의해 영향을 받는 종속변수(Yn)는 수분함량, 색차, 가용성 고형분함량, 환원당함량, 전체적 기호도로 설정하여 3회 반복 측정하여 다중회귀분석 후 model 식을 만들어 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 등고선(contour plot)을 통하여 최적화를 수행하였다.
색도의 측정은 색차계(Chromameter CR200, Minolta Co, Osaka, Japan)를 사용하여 건조조건에 따라 L값(lightness), a값(redness) 및 b값(yellowness)을 측정하였고, 3회 반복 측정하여 평균값으로 나타내었다. 전반적인 색차 ΔE는 아래 식으로 나타내었다.
냉풍건조를 이용한 증절간 호박고구마 스낵제조의 최적건조조건은 최근 식품의 제조공정이나 신제품개발 등에서 최적화기법으로 활용되고 있는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)으로 예측하였다. 즉, 독립변수는 건조 온도(30, 40, 50, 60, 70℃) 및 건조시간(2, 4, 6, 8, 10 hr)이며 각 건조조건은 -2, -1, 0, 1, 2로서 5단계로 부호화 하였으며 Table 1에 나타낸 바와 같다. 또한 이들 독립변수에 의해 영향을 받는 종속변수(Yn)는 수분함량, 색차, 가용성 고형분함량, 환원당함량, 전체적 기호도로 설정하여 3회 반복 측정하여 다중회귀분석 후 model 식을 만들어 독립변수에 대한 종속변수의 반응표면 상태를 등고선(contour plot)을 통하여 최적화를 수행하였다.
진공건조기 vacuum dry oven(OV-11/12, Jeio Tech Co. Ltd., Daejeon, Korea)을 이용하여 증자한 고구마를 30, 40, 50, 60℃ 각 온도에서 총 12시간 건조시켰으며 2시간 간격으로 시료를 채취하였고 70℃에서는 중심합성계획에 의한 실험점에서 각각 3회 반복 분석하였다. 이때 건조기내 초기습도는 상대습도 48%였다.
관능검사는 식품공학전공 학부생 10명으로 구성하여 충분한 훈련을 실시한 후 5점 척도 법으로 3회 실시하였다. 평가항목은 색, 향, 맛, 조직감, 전반적인 기호도로 나누어 아주 좋다 5점, 좋다 4점, 보통이다 3점, 나쁘다 2점, 아주 나쁘다 1점으로 하여 시행하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 고구마는 충청남도 태안군 안면도에서 수확한 호박고구마(주황미)를 사용하였다. 수도수에 수회 세척하여 이물질을 제거하고 100℃에서 18분간 증자하고 실온에서 1시간 냉각시켜 박피 후 0.
본 실험에 사용한 고구마는 충청남도 태안군 안면도에서 수확한 호박고구마(주황미)를 사용하였다. 수도수에 수회 세척하여 이물질을 제거하고 100℃에서 18분간 증자하고 실온에서 1시간 냉각시켜 박피 후 0.5 cm 두께로 세절하여 실험 재료로 사용하였다.
데이터처리
실험에서 얻어진 결과는 SAS(Statistical Analytical System, Cary, NC, USA) 통계프로그램을 이용하여 분석하였으며 분산분석한 결과 시료간의 차이가 있는 항목에 대해서는 Duncan's multiple range test로 시료간의 유의차를 검정하였다(p< 0.05).
이론/모형
AOAC방법(13)에 준하여 분석하였다. 수분함량은 상압가열건조법에 따라 시행하였으며, 조단백은 Kjeldahl법으로 정량하였다.
냉풍건조를 이용한 증절간 호박고구마 스낵제조의 최적건조조건은 최근 식품의 제조공정이나 신제품개발 등에서 최적화기법으로 활용되고 있는 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)으로 예측하였다. 즉, 독립변수는 건조 온도(30, 40, 50, 60, 70℃) 및 건조시간(2, 4, 6, 8, 10 hr)이며 각 건조조건은 -2, -1, 0, 1, 2로서 5단계로 부호화 하였으며 Table 1에 나타낸 바와 같다.
AOAC방법(13)에 준하여 분석하였다. 수분함량은 상압가열건조법에 따라 시행하였으며, 조단백은 Kjeldahl법으로 정량하였다. 조지방은 Soxhlet 추출법으로, 조회분은 직접 회화법에 의해 550℃에서 회화한 후 평량하였고 탄수화물은 시료의 총 무게에서 수분, 조단백질, 조지방, 조섬유 및 조회 분의 함량을 뺀 값으로 나타내었다.
수분함량은 상압가열건조법에 따라 시행하였으며, 조단백은 Kjeldahl법으로 정량하였다. 조지방은 Soxhlet 추출법으로, 조회분은 직접 회화법에 의해 550℃에서 회화한 후 평량하였고 탄수화물은 시료의 총 무게에서 수분, 조단백질, 조지방, 조섬유 및 조회 분의 함량을 뺀 값으로 나타내었다.
성능/효과
가용성 고형분은 건조조건별로 19～72°Brix의 범위를 나타내었고, 환원당은 98.70～268.11 mg/g 범위를 나타내었으며 관능평가에서 밤고구마는 50℃ 6시간에서 색, 향미, 맛, 조직감, 전반적인 기호도에서 가장 높은 평가치를 나타내었다.
건조 시 수분함량은 60℃, 12시간에서 0.22%로 가장 낮은 수치를 보였고, 색차에서 건조온도가 낮을수록, 건조시간이 짧을수록 L값이 높아졌으며 a, b, ΔE값은 건조온도가 높을수록 건조시간이 길어짐에 따라 증가하는 경향을 보였다.
고구마를 스낵의 형태로 개발하기 위한 최적 진공건조조건에서 수분함량은 7.54%, 색차는 54.75, 당도는 63.12°Brix, 환원당은 177.90 mg/g 그리고 전체적기호도는 4.19점으로 예측되어 확인을 위한 실험치 간에 다소의 차이가 있었으나 90% 이상의 정확도는 확보할 수 있어 건조에 따른 품질변화 예측에 유용하게 쓰일 수 있으리라 생각된다.
00으로 나타났다. 맛과 조직감 평가에서 50℃, 6시간에서 현저하게 높은 평가치를 나타내었는데, 이 건조조건에서 수분함량이 10～13% 내외로 나타났고 이때 선호도가 높게 평가된 것으로 나타났다. 전반적기호도 역시 앞서 언급한 맛과 조직감 평가와 유사한 결과를 나타내었다.
13 내외로서 미생물의 증식을 억제할 수 있는 수분함량의 범위이며 저장성의 향상도 기대할 수 있을 것으로 생각된다. 반응표면 분석을 통한 증절간 고구마의 최적 건조조건을 예측한 결과 건조온도 48.5～62℃, 건조시간 5.1～7.1 hr으로 예측되었다.
본 연구에서 시료로 사용한 호박고구마의 일반성분을 분석한 결과 수분함량은 66.87%, 조회분함량은 1.4%, 조단백질 0.13%, 조지방 0.19%, 조섬유 2.09%, 탄수화물 28.32%로나타났으며, 이는 자색고구마의 영양성분에 관한 연구(8)에서 엷은 황색고구마의 수분함량이 69.7%로 나타난 결과와 비슷하였다.
초기가용성 고형분 함량은 19°Brix로 측정되었으며, 건조 조건별로 19～72°Brix의 범위를 나타내었고, 60℃ 12시간에서 72%로 가장 높은 가용성 고형분 함량을 나타내었다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
고구마 소비는 주로 어떤 형태로 이루어지는가?
한편 고구마는 수분함량이 많고 추위에 약하며 저장 중 호흡열이나 탄산가스 발생량이 많아 저장, 수송 등에 어려움이 있으며 이로 인해 생산 후 짧은 시간 내에 가공용 또는 생식용으로 소비되어야 하는 문제점이 있다(8). 고구마의 소비현황을 보면 식용, 양조용, 그리고 전분제조용 등으로 주로 쓰이고 있지만 소비자들이 간편하게 먹을 수 있는 편의식 형태의 제품개발은 찾아보기 힘들다(3,9).
고구마란?
고구마(Ipomoea batatas L.)는 메꽃과의 여러해살이풀로 재배가 용이하고 단위면적당 수확량이 많고 수분을 제외한 대부분이 전분으로 쌀, 보리 등의 곡류와 함께 주요 식량자원으로 이용되어왔으며(1-3), 환경적응성이 강하므로 미래식량 또는 우주식량자원으로 기대되는 작물이다(4)
고구마의 국내 도입연도는?
고구마는 1763년 우리나라에 도입되어 식량이 부족할 때 주식량 또는 보조식량으로 중요한 역할을 해왔으며(5), 천연 β-carotene과 비타민, 무기성분 및 식이섬유의 공급원으로서 비타민 A의 항암작용, 비타민 E의 항산화작용, 식이섬유와 얄라핀의 변비해소, 칼슘의 출혈방지 등 그 영양성과 기능성이 확인되면서 기호식품 및 건강식품의 재료로 이용되고 있다(1,6). 또한 고구마는 재배과정에서 병 발생빈도가 낮으므로 화학제재의 사용이 상대적으로 적어 건전식품을 추구하는 현대인들에게 고구마 소비를 증가시키는 요인으로 작용하고 있다(7)
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