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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 다양한 생리활성기능을 가지는 천년초분말의 항산화능을 측정하고 천년초분말을 파스타에 첨가하여 파스타의 영양적 기능을 보강하고자 하였다. 또한 제조한 천년초분말 첨가 파스타의 기계적 특성과 관능적 특성을 측정하였으며, 반응표면분석법을 활용하여 최적 배합비를 도출하고자 하였다.
- 본 연구는 다양한 생리활성 기능을 가지는 천년초분말의 항산화능을 측정하고, 천년초분말을 첨가한 파스타의 최적 배합조건을 도출하고자 천년초분말을 첨가한 파스타의 품질 특성 분석과 관능적 최적화의 결과를 기초로 천년초분말 첨가 파스타의 최적배합비율을 도출하였다.
제안 방법
- 천년초분말 첨가 파스타에 대한 관능검사는 식품영양학과 대학원생 중에서 훈련된 패널 16명을 선정하여 이들에게 실험의 목적과 취지를 설명한 후 실험에 응하도록 하였다. 10개의 시료를 난수표가 표시된 백색의 동일한 접시에 담아 제공하였으며, 한 개의 시료를 먹고 나면 반드시 생수로 입안을 헹군 후 다른 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 항목은 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 조직감(texture), 전반적 기호도(overall quality)에 대한 특성으로 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 상위 점수를 주도록 하였다.
- 1, London, England)를 사용하여 경도, 부착성, 탄력성, 씹힘성, 검성, 응집성 등을 측정하였다. 각 시료는 20 g을 가로 40 mm, 세로 40 mm, 높이 8 mm로 하여 3회 반복 측정하였다. 결과 값은 Stable Micro System(Expression, TA.
- 각 시료별 파스타의 색도는 color difference meter(ColormeterCR-300, Minolta Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 L(lightness, 명도), a(redness, 적색도), b(yellowness, 황색도)로 나타내었으며, 각 시료는 3회 반복 측정하여 그 평균값으로 나타내었다. 이 때 사용한 표준백판(standard plate)의 L값은 92.
- 10개의 시료를 난수표가 표시된 백색의 동일한 접시에 담아 제공하였으며, 한 개의 시료를 먹고 나면 반드시 생수로 입안을 헹군 후 다른 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 항목은 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 조직감(texture), 전반적 기호도(overall quality)에 대한 특성으로 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 상위 점수를 주도록 하였다.
- 천년초분말을 첨가한 파스타의 최적화는 Canonical 모형을 통해 선정하였다. 관능평가 중 유의적으로 나타난 모든 항목을 최대로 결정한 후 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 점을 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 천년초분말과 달걀의 양으로 선정하였다. 그 중 가장 높은 만족도를 갖는 최적점을 선택하여 지점 예측을 통해 도출하였으며[Figure 4], 이를 통한 각 독립변수의 예측된 최적값은 천년초분말 7.
- 기계적 특성은 색도(L,a,b)와 조직감에 대한 실험을 실시하였다. 색도 항목에서는 명도와 적색도는 quadratic model, 황색도는 Linear model이 채택되었으며, p값은 모두 유의성이 인정되었다.
- 따라서 본 연구에서는 다양한 생리활성기능을 가지는 천년초분말의 항산화능을 측정하고 천년초분말을 파스타에 첨가하여 파스타의 영양적 기능을 보강하고자 하였다. 또한 제조한 천년초분말 첨가 파스타의 기계적 특성과 관능적 특성을 측정하였으며, 반응표면분석법을 활용하여 최적 배합비를 도출하고자 하였다.
- 품질의 최적화는 response surface methodology 중 중심합성계획법(Central Composite Design)에 따라 설계하였다. 수십 번의 예비 실험을 통해 천년초파스타의 품질에 관능적으로 영향을 줄 수 있는 재료인 천년초분말과 달걀 함량을 독립 변수로 설정하였으며, 종속변수로는 색도(L, a, b)와 조직감으로 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 탄력성(springiness),씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)을 측정하였고, 관능적 특성으로 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 조직감(texture), 전반적인 기호도(overall quality)를 측정하였다. 실험 요인의 최대 및 최소의 범위는 예비실험을 거쳐 천년초분말은 1-13 g, 달걀은 20-40 g으로 설정하였다.
- 천년초분말 첨가 파스타의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 천년초분말, 달걀의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 중에서 다음의 식에 기준하여 적합도(Desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다. 아래 식에서 d는 각각의 desirability, n은 response의 수를 의미하며, D는 overall desirability를 의미한다.
- 시료 용액은 총 폴리페놀 함량측정에 이용한 것과 같은 것을 사용하였으며 시료용액 990 µL를 DPPH solution(1.5×10−4 mM) 330 µL와 혼합하여 암소, 실온에서 30분간 방치하여 반응시킨 후 517 nm에서 분광광도계(V-530 UV/VIS Spectrophotometer, JAS Co., Japan)로 흡광도를 측정하였으며 다음 식을 통해 DPPH 라디칼 소거능 값을 구하였다.
- 수십 번의 예비 실험을 통해 천년초파스타의 품질에 관능적으로 영향을 줄 수 있는 재료인 천년초분말과 달걀 함량을 독립 변수로 설정하였으며, 종속변수로는 색도(L, a, b)와 조직감으로 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 탄력성(springiness),씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)을 측정하였고, 관능적 특성으로 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 조직감(texture), 전반적인 기호도(overall quality)를 측정하였다. 실험 요인의 최대 및 최소의 범위는 예비실험을 거쳐 천년초분말은 1-13 g, 달걀은 20-40 g으로 설정하였다. 중심합성계획법에 의한 실험점은 정중앙점(0.
- 제조한 천년초분말 첨가 파스타 시료를 25 g씩 500 mL의 끓는 증류수에 넣고 10분 간 삶은 후 냉수로 30초 간 냉각하여 조리용 철망으로 건져 물을 뺀 후 관능 평가에 사용하였다. 천년초분말 첨가 파스타에 대한 관능검사는 식품영양학과 대학원생 중에서 훈련된 패널 16명을 선정하여 이들에게 실험의 목적과 취지를 설명한 후 실험에 응하도록 하였다.
- 천년초분말 첨가 파스타의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 천년초분말, 달걀의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 중에서 다음의 식에 기준하여 적합도(Desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 천년초분말을 첨가한 파스타의 기계적 특성에 대한 측정값은 Table 3와 같으며, 분산 분석 결과 경도, 부착성, 씹힘성, 검성은 천년초분말과 달걀에서 각각 독립적으로 작용하는 linear model이 선택되었고, 탄력성과 응집성은 독립변수 간의 교호 작용하는 quadratic model이 선택되었다(Table 4). 천년초분말을 첨가한 파스타의 경도에 대한 회귀식을 분석한 결과 p-value는 0.
- 천년초분말의 자유 라디칼 소거능은 Blois MS(1958)의 방법을 응용하여 측정하였다. 시료 용액은 총 폴리페놀 함량측정에 이용한 것과 같은 것을 사용하였으며 시료용액 990 µL를 DPPH solution(1.
- , Tpkyo, Japan)를 이용하여 750 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 페놀 함량은 gallic acid(Sigma chemical Co.)를 분석하여 작성된 표준 검량선에 대입하여 산출하였다.
- 파스타의 조직감은 texture analyzer(TA.XT Express v2.1, London, England)를 사용하여 경도, 부착성, 탄력성, 씹힘성, 검성, 응집성 등을 측정하였다. 각 시료는 20 g을 가로 40 mm, 세로 40 mm, 높이 8 mm로 하여 3회 반복 측정하였다.
대상 데이터
- 천년초분말 0.1 g을 취하고 100 mL의 70% ethyl alcohol을 가해 시료로 사용하였다. 증류수 0.
- 제조한 천년초분말 첨가 파스타 시료를 25 g씩 500 mL의 끓는 증류수에 넣고 10분 간 삶은 후 냉수로 30초 간 냉각하여 조리용 철망으로 건져 물을 뺀 후 관능 평가에 사용하였다. 천년초분말 첨가 파스타에 대한 관능검사는 식품영양학과 대학원생 중에서 훈련된 패널 16명을 선정하여 이들에게 실험의 목적과 취지를 설명한 후 실험에 응하도록 하였다. 10개의 시료를 난수표가 표시된 백색의 동일한 접시에 담아 제공하였으며, 한 개의 시료를 먹고 나면 반드시 생수로 입안을 헹군 후 다른 시료를 평가하도록 하였다.
- 형성된 반죽은 10분 간 손으로 치대어 한 덩어리로 뭉쳐 비닐에 담아 냉장실(4±2℃)에서 60분간 휴지시켰다. 파스타 면은 수동 제면기(Model Y70, 아륙산업사, Korea)를 이용하여 2회에 걸쳐 면의 두께를 감소시키고, 너비 4 mm, 두께 1 mm, 길이 300 mm인 생파스타를 제조하였으며, 제조된 즉시 본 실험의 시료로 사용하였다.
- 파스타를 제조하기 위하여 천년초분말(자연초, 국산), 세몰리나 밀가루((주)디벨라, 이탈리아산), 달걀(영림축산, 국산), 꽃소금(백설, 국산)을 사용하였다.
데이터처리
- 각 시료는 20 g을 가로 40 mm, 세로 40 mm, 높이 8 mm로 하여 3회 반복 측정하였다. 결과 값은 Stable Micro System(Expression, TA.XT Express 2.1, London, England) 프로그램을 사용하여 얻었다. 측정조건은 pre-test speed: 5.
- 천년초분말 첨가 파스타의 모든 실험계획, 데이터 분석 및 품질의 최적화 분석은 Design Expert 8(Stat-Easy Co., Minneapolis, MN, USA)프로그램을 사용하였다. 품질의 최적화는 response surface methodology 중 중심합성계획법(Central Composite Design)에 따라 설계하였다.
- 천년초분말 첨가 파스타의 품질특성 및 성분들 간의 상호작용과 경향을 알아보기 위하여 Design Expert 8.0 프로그램의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, model의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다. 각 성분들의 반응을 보기 위해서는 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다.
이론/모형
- 0 프로그램의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, model의 적합성 여부는 F-test로 유의성을 검증하였다. 각 성분들의 반응을 보기 위해서는 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다.
- 기계적 특성은 색도(L,a,b)와 조직감에 대한 실험을 실시하였다. 색도 항목에서는 명도와 적색도는 quadratic model, 황색도는 Linear model이 채택되었으며, p값은 모두 유의성이 인정되었다. 천년초 분말 첨가량이 증가할수록 명도는 감소하였고, 적색도는 감소하다가 완만히 증가하였으며 황색도는 조금씩 감소하였다.
- 천년초분말 첨가 파스타 제조에 사용된 파스타 반죽의 배합은 Teubner 등(1996)의 방법을 참고하여 제조하였다. 모든 재료는 한번에 food mixer(5KSM150 ARTISAN, KitchenAid, USA)로 3분간 혼합하여 반죽을 형성하였다.
- 천년초분말을 첨가한 파스타의 최적화는 Canonical 모형을 통해 선정하였다. 관능평가 중 유의적으로 나타난 모든 항목을 최대로 결정한 후 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 점을 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 천년초분말과 달걀의 양으로 선정하였다.
- 천년초분말의 총 페놀 함량은 Singleton 등(1999)의 FolinCiocalteu법을 변형한 Liu 등(2002)과 Cho 등(2008)의 방법으로 분석하여 측정하였다.
- , Minneapolis, MN, USA)프로그램을 사용하였다. 품질의 최적화는 response surface methodology 중 중심합성계획법(Central Composite Design)에 따라 설계하였다. 수십 번의 예비 실험을 통해 천년초파스타의 품질에 관능적으로 영향을 줄 수 있는 재료인 천년초분말과 달걀 함량을 독립 변수로 설정하였으며, 종속변수로는 색도(L, a, b)와 조직감으로 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 탄력성(springiness),씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)을 측정하였고, 관능적 특성으로 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 조직감(texture), 전반적인 기호도(overall quality)를 측정하였다.
성능/효과
- 관능평가 중 유의적으로 나타난 모든 항목을 최대로 결정한 후 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 점을 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 천년초분말과 달걀의 양으로 선정하였다. 그 중 가장 높은 만족도를 갖는 최적점을 선택하여 지점 예측을 통해 도출하였으며[Figure 4], 이를 통한 각 독립변수의 예측된 최적값은 천년초분말 7.30 g 달걀 31.55 g으로 나타났다.
- 색에 대한 기호도는 2.60-5.05, 외관은 2.70-5.10, 향은 2.80-5.05, 조직감은 2.50-5.05, 전반적인 기호도는 2.20-5.15의 범위를 나타냈으며, 가장 기호도가 높은 것은 모든 항목에서 천년초분말 7.0 g, 달걀 30 g으로 나타났다. 전체 관능 항목인 색, 외관, 향, 조직감, 전체적인 기호도 모두 quadratic 모델로 결정되었고, 각각의 p-value는 0.
- 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 씹힘성과 검성은 거의 변화가 없었고, 달걀의 첨가량이 증가할수록 급격히 감소하는 경향을 보였다. 응집성의 p-value는 0.0112의 유의수준을 보였고, 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 응집성은 감소하다가 완만히 증가하였고, 달걀의 첨가량이 증가할수록 급격히 감소하는 경향을 보였다. 이는 마분말 첨가 파스타의 품질 특성 연구와 비슷한 양상을 보였다(Na 2012)[Figure 2].
- 0 g, 달걀 30 g으로 나타났다. 전체 관능 항목인 색, 외관, 향, 조직감, 전체적인 기호도 모두 quadratic 모델로 결정되었고, 각각의 p-value는 0.0237, 0.0216, 0.0270, 0.0331의 유의성을 보였으며, 모든 관능 항목이 천년초분말의 첨가량과 달걀의 함량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 각각 일정한 수준에서 감소하는 경향을 보였다. 이는 표고버섯분말 첨가 파스타의 제조조건 최적화 연구에서 색, 외관, 향, 조직감, 전반적인 기호도 모두 시료간의 교호작용을 하는 quadratic 모델로 선정된 것과 일치하는 결과였다.
- 0 g, 달걀 30 g으로 나타났다. 전체 관능 항목인 색, 외관, 향, 조직감, 전체적인 기호도 모두 quadratic 모델로 결정되었고, 각각의 p-value는 모두 유의수준 5% 이내에서 유의성을 보였으며, 관능검사 결과 천년초분말 첨가 파스타의 관능적 최적 배합비는 천년초분말 7.30 g, 달걀 31.55 g으로 산출되었다.
- 색도 항목에서는 명도와 적색도는 quadratic model, 황색도는 Linear model이 채택되었으며, p값은 모두 유의성이 인정되었다. 천년초 분말 첨가량이 증가할수록 명도는 감소하였고, 적색도는 감소하다가 완만히 증가하였으며 황색도는 조금씩 감소하였다. 천년초분말을 첨가한 파스타의 조직감의 회귀식을 분석한 결과 경도, 부착성, 씹힘성, 검성은 천년초 분말과 달걀에서 각각 독립적으로 작용하는 linear model이 선택되었고, 탄력성과 응집성은 독립변수 간의 교호 작용하는 quadratic model이 선택되었다.
- 천년초분말을 첨가한 파스타의 기계적 특성에 대한 측정값은 Table 3와 같으며, 분산 분석 결과 경도, 부착성, 씹힘성, 검성은 천년초분말과 달걀에서 각각 독립적으로 작용하는 linear model이 선택되었고, 탄력성과 응집성은 독립변수 간의 교호 작용하는 quadratic model이 선택되었다(Table 4). 천년초분말을 첨가한 파스타의 경도에 대한 회귀식을 분석한 결과 p-value는 0.0240의 유의수준을 보였으며 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 경도는 완만히 증가하였고, 달걀의 첨가량이 증가할수록 급격히 감소하는 경향을 보였다. 씹힘성과 검성의 p값은 각각 0.
- 천년초 분말 첨가량이 증가할수록 명도는 감소하였고, 적색도는 감소하다가 완만히 증가하였으며 황색도는 조금씩 감소하였다. 천년초분말을 첨가한 파스타의 조직감의 회귀식을 분석한 결과 경도, 부착성, 씹힘성, 검성은 천년초 분말과 달걀에서 각각 독립적으로 작용하는 linear model이 선택되었고, 탄력성과 응집성은 독립변수 간의 교호 작용하는 quadratic model이 선택되었다. 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 경도는 완만히 증가하였고, 씹힘성과 검성은 거의 변화가 없었으며 응집성은 감소하다가 완만히 증가하였다.
- 천년초분말을 첨가한 파스타의 조직감의 회귀식을 분석한 결과 경도, 부착성, 씹힘성, 검성은 천년초 분말과 달걀에서 각각 독립적으로 작용하는 linear model이 선택되었고, 탄력성과 응집성은 독립변수 간의 교호 작용하는 quadratic model이 선택되었다. 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 경도는 완만히 증가하였고, 씹힘성과 검성은 거의 변화가 없었으며 응집성은 감소하다가 완만히 증가하였다.
- 0251의 유의수준을 보였다. 천년초분말의 첨가량이 증가할수록 씹힘성과 검성은 거의 변화가 없었고, 달걀의 첨가량이 증가할수록 급격히 감소하는 경향을 보였다. 응집성의 p-value는 0.
- 천년초분말의 항산화능은 총 페놀 함량 6.64 mg/g, DPPH 자유 라디칼 소거능 90.12%로 높은 항산화능을 보여 기능성 파스타로서의 천년초분말 파스타의 가능성을 보여주었다.
후속연구
- 이상의 연구결과에서 천년초분말 첨가 파스타는 기능성, 품질, 기호도 면에서 충분히 경쟁력이 있을 것으로 사료되며 천년초분말을 첨가한 파스타를 제품화한다면 단순한 기호식품이 아닌 건강한 기호식품으로서 대중들에게 알릴 수 있을 것으로 사료된다.
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