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문제 정의
- 이에 본 연구는 양배추를 다양하게 이용하여 식품에 적용 하는 연구 흐름에 맞추어 표준화하기 쉬운 분말 형태로 첨가 하여 제빵에 적용하였고 이를 토대로 양배추의 기능성을 이용하여 기능적, 관능적 품질 특성을 살펴보며 저장기간 동안의 특성과 방사선 조사에 따른 양배추가루 첨가 식빵과 대조구 식빵의 항산화, 미생물적 특성을 살펴보고자 하였다.
제안 방법
- 발효기(Ep-40, Daeyung, Seoul, Korea)를 이용하여 온도 27℃, 습도 75%의 조건에서 30분간 1차 발효를 진행하였다. 1차 발효 후 실온에서 15분간의 중간발효를 진행하고 모양을 성형하여 발효기 온도 37℃, 습도 85%의 조건에서 2차 발효를 45분간 진행하였다. 윗불 200℃, 아랫불 180℃로 예열된 오븐에서 30분간 구워낸 후 실온(20℃)에서 1시간 동안 냉각 시킨 후 본 실험의 시료로 사용하였다.
- Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모 형적 최적화(graphical optimization)를 통해 최적화를 위한 양배추가루, 물의 양을 선정하였고, 그때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 유의성이 있는 관능평가 항목의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다.
- 0)과 ±α점(axial point), ±1 level점(factorial point)으로 실험점들 사이에는 모델설정 및 적합결여검증을 위한 2개의 반복점이 존재한다(Lee HJ와 Joo NM 2012). 각 성분들의 반응을 보기 위해서 perturbation plot과 contour plot 그리고 response surface plot을 이용하였다. 최적화 양배추가루 첨가 식빵은 방사선 조사에 따른 항산화성과 저장성을 살펴보았고(Lee HJ와 Joo NM 2012) 완성된 실험 디자인의 재료 혼합 비율은 Table 1과 같다.
- 각 시료별 표면의 색도는 색도계(Color meter CR-200, Minolta, Co., Osaka, Japan)를 사용하여 식빵의 crumb의 색도를 각각 측정하였다. L(lightness), a(redness), b(yellowness)을 각 3회 반복하여 측정한 후 평균값으로 나타내었다.
- 관능검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 대학원생 25명을 panel로 선정하여 각panel이 10개의 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 항목은 색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도였으며, scoring test 중 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 독립변수로는 양배추가루, 물 두 가지를 요인으로 설정하였으며, 종속변수로는 반죽 pH, 당도, 수분함량, 식빵의 부피, 무게 및 굽기손실률, 색도(L, a, b), 텍스쳐(hardness, springiness, chewiness), 관능검사(색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도)를 측정하였다.
- 제빵 방법은 직접반죽법(straight dough method)을 토대로 반죽기(NVM-16, Daeyung, Seoul, Korea)를 이용하여 제조하였다. 발효기(Ep-40, Daeyung, Seoul, Korea)를 이용하여 온도 27℃, 습도 75%의 조건에서 30분간 1차 발효를 진행하였다. 1차 발효 후 실온에서 15분간의 중간발효를 진행하고 모양을 성형하여 발효기 온도 37℃, 습도 85%의 조건에서 2차 발효를 45분간 진행하였다.
- 본 연구는 다양한 생리활성 기능을 가지는 양배추를 첨가한 식빵의 최적 배합조건을 도출하여 최적화된 양배추 식빵과 대조구 식빵에 방사선을 조사하고 저장기간 동안 항산화성과 총균수를 측정하였다. design expert 8 프로그램을 이용하여 실험을 설계하고 결과를 분석 한 후 최종적으로 양배추가루 첨가 식빵의 배합비율을 결정하였다.
- 빵의 crumb 중심부에서 취한 시료 2 g에 멸균된 saline solution(0.85%, NaCl) 8 mL을 가하여 교반기(Bagmixer 400w, Interscience, Bretêche, France)에서 균질화(2 min)시킨 후 10진 희석법으로 희석하여 배지에 분주하여 평판 배양법으로 측정하였다.
- 수분 함량은 상압가열건조법으로 측정하였으며, 적외선 수분측정기(MB45, Ohaus Co. Zurich, Switzerland)를 사용하여 3회 측정한 후 평균값을 나타내었다. 측정시의 온도는 105℃이 었다.
- Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모 형적 최적화(graphical optimization)를 통해 최적화를 위한 양배추가루, 물의 양을 선정하였고, 그때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 유의성이 있는 관능평가 항목의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점(solution)으로 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 유의성이 있는 관능평가 항목의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점(solution)으로 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다. 아래 식에서 d는 각각의 desirability, n은 response의 수를 의미하며, D는 overall desirability를 의미한다.
- 시료용액 90 μL를 DPPH solution(1.5×10-4 mM) 30 μL와 혼합하여 암소, 실온에서 30분간 방치한 후 517 nm에서 분광광도계(2800 UV/VIS Spectrophotometer, UNICO, Dayton, NJ, USA) 로 흡광도를 측정하여 DPPH 라디컬 소거능 값을 구하였다.
- 독립변수로는 양배추가루, 물 두 가지를 요인으로 설정하였으며, 종속변수로는 반죽 pH, 당도, 수분함량, 식빵의 부피, 무게 및 굽기손실률, 색도(L, a, b), 텍스쳐(hardness, springiness, chewiness), 관능검사(색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도)를 측정하였다. 실험 요인의 최대 및 최소의 범위는 예비실험을 거쳐 양배추가루 12-72 g, 물 300-440 g로 설정하였다. 중심합성계 획법에 의한 실험점은 정중앙점(0.
- 양배추가루 첨가 식빵 반죽 pH는 pH meter(F-51, Horiba, Kyoto, Japan)로 측정하였으며, 당도는 0-53% 범위의 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)를 이용하여 3회 측정 후 평균값을 나타내었다.
- 양배추가루 첨가 식빵의 조직감 항목으로는 경도(hardness), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다. 경도는 73.
- 최적화된 양배추가루 첨가 식빵과 양배추가루를 첨가하지 않은 대조구 식빵을 제조하고 Co-60 감마선 조사 시설(Point source, AECL, IR-79, Nordion International Co. Ltd, Owatta, ON, Canada)을 이용하여 실온에서 시간당 5 kGy의 선량률로 각각 2.5, 5, 7.5, 10 kGy의 총 흡수선량을 얻도록 조사하였다.
- 텍스쳐는 제조된 식빵 중심 부위에서 30 × 30 × 30 mm 의 사이즈로 잘라 Texture Analyser(TA-XT2, Stable Micro Systems Ltd., Godalming, England)를 사용하여 3회 측정 후 평균값을 나타내었다.
대상 데이터
- 관능검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 대학원생 25명을 panel로 선정하여 각panel이 10개의 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 항목은 색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도였으며, scoring test 중 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 양배추가루를 이용한 식빵을 제조하기 위하여 양배추가루(백장생, 국내산), 밀가루(백설, 강력1등), 백설탕(CJ 제일제당, 국내산), 소금(해표, 국내산), 무가염버터(서울우유, 국내산), 생이스트(제니코식품, 중국), 전지분유(서울우유, 국내산)를 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 본 연구는 다양한 생리활성 기능을 가지는 양배추를 첨가한 식빵의 최적 배합조건을 도출하여 최적화된 양배추 식빵과 대조구 식빵에 방사선을 조사하고 저장기간 동안 항산화성과 총균수를 측정하였다. design expert 8 프로그램을 이용하여 실험을 설계하고 결과를 분석 한 후 최종적으로 양배추가루 첨가 식빵의 배합비율을 결정하였다.
- 양배추가루 첨가 식빵의 모든 실험계획, data분석 및 품질 의 최적화분석은 Design Expert 8(Stat-Easy Co., Minneapolis MN, USA)프로그램을 사용하였다. 독립변수로는 양배추가루, 물 두 가지를 요인으로 설정하였으며, 종속변수로는 반죽 pH, 당도, 수분함량, 식빵의 부피, 무게 및 굽기손실률, 색도(L, a, b), 텍스쳐(hardness, springiness, chewiness), 관능검사(색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도)를 측정하였다.
- 최적 배합 비율로 제조된 양배추가루 첨가 식빵과 양배추 가루를 첨가하지 않은 대조구 식빵의 품질 특성 결과는 SPSS(Statistic Package for the Social Science, Ver 12.0 for Windows) program을 사용하여 t-test로 5% 수준에서 각 시료 간의 유의성 검사를 실시하였으며, 방사선 조사를 통한 저장성 실험 항목인 항산화능 측정과 총 균수 측정에 있어서는 SPSS를 이용하여 two way ANOVA로 분석하였고 시료간의 유 의성은 Duncan's multiple range test로 p<0.05 수준에서 비교 하였으며 모든 실험은 3회 반복 측정하였다.
이론/모형
- , Godalming, England)를 사용하여 3회 측정 후 평균값을 나타내었다. TPA test 방법으로 견고성(hardness), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다. Texture Analyser의 조건은 pre-test speed: 1.
- 양배추가루 첨가 식빵의 부피는 좁쌀을 이용한 종자치환법(Pyler EJ 1979)에 의하여 측정하였고, 식빵의 부피와 무게는 3회 반복 측정하여 그 평균값을 나타내었고, 반죽수율과 굽기 손실률은 다음의 식에 의해 값을 구하였다.
-
3. 양배추가루 첨가 식빵의 제조
제빵 방법은 직접반죽법(straight dough method)을 토대로 반죽기(NVM-16, Daeyung, Seoul, Korea)를 이용하여 제조하였다. 발효기(Ep-40, Daeyung, Seoul, Korea)를 이용하여 온도 27℃, 습도 75%의 조건에서 30분간 1차 발효를 진행하였다.
- 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 양배추가루, 물의 양을 선정하였다. 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 선정하고 가장 높은 desirability를 나타낸 최적점을 선택하여 지점예측(point prediction)을 통해 도출하였으며 예측된 최적값은 양배추가루 37.
성능/효과
- 1. 반죽 pH(p<0.01), 반죽 당도(p<0.05), 식빵의 수분함량(p<0.001), 식빵의 무게(p<0.001), 굽기 손실률(p<0.05) 항목에서 유의적인 결과를 보였다.
- 3. 관능검사 항목 중 맛, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도는 일정 수준을 넘는 양의 양배추가루는 기호도를 감소시킨다는 것을 알 수 있었다(p<0.05).
- 4. 대조구와 최적화된 양배추가루 첨가 식빵에 각각 2.5-10 kGy의 방사선을 조사하였고 6일동안 관찰한 결과 모두 저장 기간이 증가함에 따라 DPPH 라디컬 소거능 활성은 유의적(p<0.001)으로 감소하였고, 총균수는 양배추가루가 첨가된 군에서 균의 수가 더 적음을 알 수 있었다.
- 42 log CFU/g으로 대조구 식빵에 비해 현저히 적었다(Table 9). 5 kGy 군에서 대조구 식빵은 4일까지 균이 측정되지 않았고 대조구 식빵과 최적화된 양배추가루 첨가 식빵 모두 5일째에 적은 양의 균이 검출되었다. 조사 최대 허용치인 10 kGy를 조사한 군에서는 대조구 식빵과 최적화된 양배추가루 첨가 식빵 모두 4일째까지 균이 측정되지 않았다.
- 1%의 범위에서 유의적인 결과를 보였다. R2값은 0.9037로 회귀변동에 대한 신뢰도가 비교적 높음을 알 수 있었고 수분 함량에는 양배추가루(A)첨가량보다 물(B)의 첨가량이 더 높은 영향력을 미치는 것을 확인할 수 있었다.
- 05). 관능검사 결과 양배추가루 첨가 식빵의 관능적 최적 배합비는 양배추가루 37.04 g, 물 385.3 g으로 나타났다.
- 3과 같다. 관능검사의 항목들은 대부분 양배추가루 첨가량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정 시점 이후에는 다시 감소하는 경향을 보였다. 이는 Lee SH(2010)의 연구에서 양배추가루 첨가식빵이 대조구에 비해 기호도가 낮았다는 연 구결과와 차이가 있었다.
- 양배추가루를 첨가 한 식빵 역시 방사선 조사량이 증가할수록 DPPH 라디컬 소거능이 급격히 저하하는 것을 볼 수 있었다. 또한, 방사선 조사 여부와 상관없이 양배추가루를 첨가한 식빵이 대조구 식빵에 비해 높은 DPPH 라디컬 소거능을 보였고(Lee HJ와 Joo NM 2012), 최적화된 양배추가루 식빵에 10 kGy 를 조사한 식빵이 2.5 kGy를 조사한 식빵에 비해 높은 DPPH 라디컬 소거능을 가졌다(Table 8).
- 명도에 대한 perturbation plot과 반응표 면곡선을 살펴본 결과 양배추가루(A)와 물(B)이 증가할수록 명도는 낮아지는 경향을 보였다(Fig. 2).
- 방사선 조사량에 따른 차이를 살펴보면, 두 실험군 모두 2.5 kGy에서 10 kGy로 조사량이 커질수록 DPPH 라디컬 소거능 이 0.1% 이내의 수준에서 유의적으로 감소하는 경향을 보였다. 이는 한국인 다소비 섭취 식품의 방사선 조사 후 항산화 영양소와 비타민 B1의 변화를 살펴본 연구(Jang HH 등 2004) 와 모시잎가루 첨가 식빵(Lee HJ와 Joo NM 2012)의 연구에서 조사량이 증가할수록 항산화능이 감소하는 결과를 보인 것과 유사하였다.
- 64 사이의 범위를 나타내었다(Table 6). 색, 향미, 외관, 맛, 질감, 촉촉한 정도, 전반적인 기호도에 대한 7가지 관능특성은 모두 시료간 의 교호작용을 하는 quadratic 모델이 결정되었으며 관능항목 중 맛(0.0133), 촉촉한 정도(0.0077), 전반적인 기호도(0.0417) 에 대한 값이 유의적인 결과를 보였다(Table 7). 각각의 실험 항목에 관한 perturbation plot과 반응표면의 그래프는 다음 Fig.
- 설정된 반응별로 모델링화하여 F-test로 유의성을 검증한 결과와 독립변수가 pH 에 미치는 영향을 살펴보기 위한 회귀식은 Table 3와 같다. 양배추 가루 첨가 식빵의 반죽 pH는 양배추가루와 물이 서로 상호작용하는 quadratic model이 결정되었고 p-value는 0.0030 으로 1%의 수준에서 유의적으로 나타났다. R2(결정계수)값은 0.
- 양배추가루 첨가 식빵의 수분함량은 54.41-62.70%의 범위를 보였다(Table 2). linear 모델이 결정되었고 p-value는 0.
- 1% 이내의 수 준에서 유의적으로 감소하여 저장기간이 증가할수록 항산화 능은 감소한다는 것을 확인할 수 있었다. 양배추가루를 첨가 한 식빵 역시 방사선 조사량이 증가할수록 DPPH 라디컬 소거능이 급격히 저하하는 것을 볼 수 있었다. 또한, 방사선 조사 여부와 상관없이 양배추가루를 첨가한 식빵이 대조구 식빵에 비해 높은 DPPH 라디컬 소거능을 보였고(Lee HJ와 Joo NM 2012), 최적화된 양배추가루 식빵에 10 kGy 를 조사한 식빵이 2.
- 1%수준에서 유의하였다. 양배추가루와 물의 첨가량이 증가할수록 식빵의 무게는 유의적으로 증가하였음을 확인할 수 있었다(Fig. 2). 이는 찰흑미와 녹차가루 첨가 식빵(Kim WM 2005)의 연구 결과와 유사한 것으로, 기능성 물질을 분말형태로 첨가시킨 연구에서, 첨가되는 분말의 양이 많을수록 무게는 유의적으로 증가함을 확인할 수 있었다.
- 저장기간에 따른 차이를 보면, Lee HJ와 Joo NM(2012)의 연구에서는 저장기간에 따라 일괄적으로 감소하 는 경향을 보였고 본 연구에서는 조사 후 1일과 2일이 0일에 비해 조금 높은 값으로 나타나 본 연구와 차이가 있는 것으로 나타났다. 하지만 저장기간이 증가할수록 0.1% 이내의 수 준에서 유의적으로 감소하여 저장기간이 증가할수록 항산화 능은 감소한다는 것을 확인할 수 있었다. 양배추가루를 첨가 한 식빵 역시 방사선 조사량이 증가할수록 DPPH 라디컬 소거능이 급격히 저하하는 것을 볼 수 있었다.
후속연구
- 이상의 결과를 통해 양배추가루를 첨가한 식빵이 기능적, 영양적, 품질 및 기호도 측면에서 상품으로서 연구개발 가치가 있다고 판단되며 양배추 고유의 맛과 향이 살아있는 새로운 건강빵으로 자리 잡을 수 있을 것이라 사료된다.
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