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문제 정의
- )을 육가공품인 소시지에 접목시켜 강황분말 첨가 계육 소시지를 제조하였으며 반응표면분석법을 통해 관능적 최적점을 갖는 레시피를 확립하였다. 또한 강황분말이 인공 발색제 및 항산화제를 대신할 수 있는 천연 첨가물로서의 가능성을 가지는지 확인해 보고자 하였다. 강황분말 첨가 계육 소시지의 최적 배합 비율을 산출하기 위한 실험디자인은 Design Expert 8 프로그램을 사용하였으며, 반응표면분석법중 중심합성계획법에 따라 설계하였다.
- 본 연구에서는 소시지 제조 시 주로 이용되는 동물성 지방을 배제하고, 건강과 기능성에 유익한 올리브유와 다양한 생리활성을 가진 강황분말을 첨가한 계육소시지를 제조하여 향후 육제품에 응용 가능한 천연 생리활성 물질과 강황을 첨가한 육제품 개발을 위한 기초자료를 제시하며 제품개발 가능성을 확인하고자 하였다.
- 본 연구에서는 천연 색소 및 다양한 생리활성으로 인해 건강에 유익한 것으로 보고되는 강황(Turmeric, Curcuma longa L.)을 육가공품인 소시지에 접목시켜 강황분말 첨가 계육 소시지를 제조하였으며 반응표면분석법을 통해 관능적 최적점을 갖는 레시피를 확립하였다. 또한 강황분말이 인공 발색제 및 항산화제를 대신할 수 있는 천연 첨가물로서의 가능성을 가지는지 확인해 보고자 하였다.
제안 방법
- 2. 기계적 검사 항목에서 명도는 linear model이 선정되었고, 적색도와 황색도는 모두 각각의 요인이 서로 교호작용하는 2FI 모델로 선정되었다. 그 중 명도, 황색도는 유의수준 5% 이내에서 유의성을 보여 모델의 적합성이 인정되었으며, 적색도는 0.
- Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 최적화를 위한 강황분말과 올리브 오일의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다.
- 강황분말 첨가 소시지의 염도는 소시지 5 g과 증류수 45 mL를 넣고 교반기(Bagmixer 400w, Interscience)에서 교반한 후 여과해 digital salt meter(ES-421, ATAGO, Japan)로 측정하였다.
- 강황분말 첨가 소시지의 제조에 사용된 소시지 batter 배합 및 제조 방법은 일반 소시지 레시피 문헌 조사(Na & Joo 2012; Kwon 2012)와 계육을 이용한 소시지 연구(Choi 등 2012)를 참고하여 예비실험을 거친 후 일부 수정하여 결정하였다.
- 강황분말 첨가 계육 소시지의 최적 배합 비율을 산출하기 위한 실험디자인은 Design Expert 8 프로그램을 사용하였으며, 반응표면분석법중 중심합성계획법에 따라 설계하였다. 강황분말과 올리브유 함량을 독립변수로 설정하였고 독립변수의 최대 최소범위는 예비 실험을 거쳐 강황분말 0.5~3.5 g, 올리브오일 2~18 g으로 하여 강황 계육 소시지를 제조하고 이화학적 검사, 기계적 검사, 관능검사를 실시하였다.
- 소시지를 70 ℃의 물에 30분간 익혀 10분간 냉각시킨 후 지름 2 cm, 높이 1 cm의 동일한 크기로 잘라 제공하였으며, 모든 시료는 난수표에 의해 3자리 숫자로 표시하였다. 관능검사 항목은 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도에 대한 특성이었으며, scoring test 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 관능검사는 식품영양학을 전공하는 미각이 훈련된 대학원생 25명을 pannel로 선정하여 충분한 지식과 용어, 평가기준 등을 숙지시킨 후 응하도록 하였다. 소시지를 70 ℃의 물에 30분간 익혀 10분간 냉각시킨 후 지름 2 cm, 높이 1 cm의 동일한 크기로 잘라 제공하였으며, 모든 시료는 난수표에 의해 3자리 숫자로 표시하였다.
- ,Minneapolis, MN, USA) 프로그램을 사용하였으며 반응표면 실험계획법 (response surface design)의 중심합성계획법(CCD: central composite design)에 따라 실험을 설계하였다. 독립변수로는 소시지의 품질특성 중 맛과 조직감에 가장 큰 영향을 주는 요인을 기준으로 하여 강황분말(A), 올리브오일(B)의 함량을 2개의 요인으로 설정하였고, 요인의 최대 및 최소 범위는 예비 실험을 거쳐 각각 강황분말 0.5~3.5 g, 올리브오일 2~18 g으로 확정하였다. 이에 따라 각 요인의 설정된 범위를 입력하여 10개의 실험점이 확정되었으며 반복설정을 통해 2개의 반복점이 선택되었다.
- 색도는 익힌 후의 소시지를 color difference meter (Colormeter CR-200, Minolta, Co., Osaka, Japan)를 사용 하여 L(lightness, 명도), a(redness, 적색도), b(yellowness, 황색도)의 색채 값을 3회 반복 측정하였다. 이때 사용한 표준 백판(standard plate)의 값은 97.
- 1, London, England)를 사용하여 측정하였다. 소시지는 복원력이 있는 시료이고 부수어지는 성질은 없으므로, two bite test를 실시하는 TPA test를 이용하여 분석하였다. 이때 Texture Analyser의 조건은 [Table 1]과 같이 설정하였다.
- 관능검사는 식품영양학을 전공하는 미각이 훈련된 대학원생 25명을 pannel로 선정하여 충분한 지식과 용어, 평가기준 등을 숙지시킨 후 응하도록 하였다. 소시지를 70 ℃의 물에 30분간 익혀 10분간 냉각시킨 후 지름 2 cm, 높이 1 cm의 동일한 크기로 잘라 제공하였으며, 모든 시료는 난수표에 의해 3자리 숫자로 표시하였다. 관능검사 항목은 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도에 대한 특성이었으며, scoring test 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 최적화를 위한 강황분말과 올리브 오일의 양을 선정하였고, 그 때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 (solution) 중 다음의 식에 기준하여 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 수치 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점을 목표 범위(goal area)로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 (solution) 중 다음의 식에 기준하여 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 이에 따라 각 요인의 설정된 범위를 입력하여 10개의 실험점이 확정되었으며 반복설정을 통해 2개의 반복점이 선택되었다. 종속변수로는 이화학적 특성인 pH, 염도, 보수력, 수분함량, 기계적 특성인 색도(L, a, b), 조직감 (hardness, springiness, chewiness, gumminess, cohesiveness) 그리고 관능검사(color, flavor, tenderness, chewiness, overall quality)를 설정하였다.
- 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 강황분말, 올리브오일의 양을 선정하였다. 관능평가 중 유의적으로 나타난 모든 항목을 최대로 결정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 점(numerical point)을 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 선정하고 가장 높은 desirability를 나타낸 최적점을 선택하여 [Figure 2]에서 나타내는 것처럼, 지점 예측(point prediction)을 통해 도출하였으며 예측된 최적값은 강황분말 1.
- 측정조직감은 texture analyzer(Texture Analyzer, TA.XT Express V2.1, London, England)를 사용하여 측정하였다. 소시지는 복원력이 있는 시료이고 부수어지는 성질은 없으므로, two bite test를 실시하는 TPA test를 이용하여 분석하였다.
대상 데이터
- 본 실험에서는 강황분말 첨가 계육 소시지를 제조하기 위해 강황분말(지현상사, 인도산), 닭가슴살(하림, 국내산), 올리브오일(해표, 스페인), 전분(뚜레반, 국내산), 꽃소금(백설, 국내산), 다진마늘(찬마루, 국내산), 인산염((주)이슬나라), 후추(오뚜기, 국내산), 넛멕(I. S. F. I Spices, 벨기에)을 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 또한 강황분말이 인공 발색제 및 항산화제를 대신할 수 있는 천연 첨가물로서의 가능성을 가지는지 확인해 보고자 하였다. 강황분말 첨가 계육 소시지의 최적 배합 비율을 산출하기 위한 실험디자인은 Design Expert 8 프로그램을 사용하였으며, 반응표면분석법중 중심합성계획법에 따라 설계하였다. 강황분말과 올리브유 함량을 독립변수로 설정하였고 독립변수의 최대 최소범위는 예비 실험을 거쳐 강황분말 0.
이론/모형
- 강황분말 첨가 소시지의 최적 비율을 산출하기 위한 실험디자인은 Design Expert 8(State-Easy Co.,Minneapolis, MN, USA) 프로그램을 사용하였으며 반응표면 실험계획법 (response surface design)의 중심합성계획법(CCD: central composite design)에 따라 실험을 설계하였다. 독립변수로는 소시지의 품질특성 중 맛과 조직감에 가장 큰 영향을 주는 요인을 기준으로 하여 강황분말(A), 올리브오일(B)의 함량을 2개의 요인으로 설정하였고, 요인의 최대 및 최소 범위는 예비 실험을 거쳐 각각 강황분말 0.
- 보수력은 Verbeken 등(2005)의 방법을 응용하여 측정하였다. 소시지의 약 10 g을 4 ℃, 1200 rpm으로 30분 동안 원심분리하여 원심분리 전과 후의 시료의 무게에 따라 계산하였다.
- 수분은 105 ℃ 상압가열건조법에 의하여 드라이오븐(SW-90D, Sangwoo, Korea)을 이용하여 측정하였다. 소시지 1 g을 알루미늄 dish에 칭량하여 105 ℃에서 측정하였다.
성능/효과
- 1. 이화학적 검사를 모델링 하여 유의성을 검증한 결과 보수력은 두 가지 요인이 서로 상호작용하는 quardratic model 이 1% 유의수준에서, 수분함량은 각각의 요인이 독립적으로 작용하는 linear 모델이 0.1% 유의수준에서 모델의 적합성이 인정되었다.
- 3. 관능검사를 분석한 결과 색(p<0.01), 풍미(p<0.05), 부드러움(p<0.05), 씹힘성(p<0.01), 전반적인 기호도(p<0.05)의 모든 항목에서 quardratic model 모델의 적합성이 인정되었다.
- pH는 5.98~6.09의 범위를 보였고 강황분말과 올리브오일이 서로 상호작용하는 quardratic model이 결정되었다. pvalue는 0.
- 8959로 이 모델에 대한 적합성이 높게 나타났다. pertubation plot과 반응표 면의 그래프를 살펴보면 색은 강황분말의 양이 증가할수록 기호도가 완만히 증가하였고 올리브오일의 양이 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있었다. 풍미, 부드러움, 씹힘성의 기호 도는 모두 강황분말과 올리브오일의 첨가량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 감소하는 결과를 알 수 있었다.
- 관능검사의 결과값을 살펴보면 색 2.24~5.52, 풍미 2.32~ 5.36, 부드러움 2.60~5.80, 씹힘성 2.96~5.48, 전반적인 기호도 2.00~6.12의 범위를 보였다. 회귀식을 살펴보면 5가지 관능특성인 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도 모두 시료간의 교호작용을 하는 quadratic 모델이 결정되었으며, 각각의 p값은 0.
- 기계적 검사 항목에서 명도는 linear model이 선정되었고, 적색도와 황색도는 모두 각각의 요인이 서로 교호작용하는 2FI 모델로 선정되었다. 그 중 명도, 황색도는 유의수준 5% 이내에서 유의성을 보여 모델의 적합성이 인정되었으며, 적색도는 0.1% 유의수준에서 모델 적합성이 인정되었다. 탄력성을 제외하고, 경도(p<0.
- 강황 소시지의 최적화는 독립변수인 강황분말과 올리브오일의 범위 내에서 관능검사 항목 중 유의적인 결과의 범위를 최대로 설정하고 유의적이지 않은 결과의 범위는 포함시키지 않게 설정하였다. 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치점(Numerical point)을 예측한 결과 강황분말 1.89 g, 올리브오일 9.77 g이 강황 소시지의 최적배합비율로 결정되었다.
- 0426으로 나타났고, 모두 유의적인 결과를 나타냈다. 유의성을 보인 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도에 관한 회귀식은 R2값이 0.9723, 0.9210, 0.9386, 0.9638, 0.8959로 이 모델에 대한 적합성이 높게 나타났다. pertubation plot과 반응표 면의 그래프를 살펴보면 색은 강황분말의 양이 증가할수록 기호도가 완만히 증가하였고 올리브오일의 양이 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있었다.
- 이상의 연구 결과 강황분말과 올리브 오일을 이용하여 상업적인 계육 소시지의 제조 및 영양학적, 기능적, 품질, 기호도 면에서 경쟁력이 있을 것으로 사료되며, 더 나아가 인공 식품첨가물을 대신하여 사용 할 수 있는 가능성을 확인할 수 있었다.
- pertubation plot과 반응표 면의 그래프를 살펴보면 색은 강황분말의 양이 증가할수록 기호도가 완만히 증가하였고 올리브오일의 양이 증가할수록 감소하는 것을 알 수 있었다. 풍미, 부드러움, 씹힘성의 기호 도는 모두 강황분말과 올리브오일의 첨가량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 감소하는 결과를 알 수 있었다. 전반적인 기호도는 강황분말과 올리브오일의 첨가량이 증가함에 따라 기호도가 증가하다가 일정수준을 넘어서면 다시 감소하는 경향을 보였다[Table 5, 6][Figure 1].
- 12의 범위를 보였다. 회귀식을 살펴보면 5가지 관능특성인 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도 모두 시료간의 교호작용을 하는 quadratic 모델이 결정되었으며, 각각의 p값은 0.0033 0.0252, 0.0155, 0.0055, 0.0426으로 나타났고, 모두 유의적인 결과를 나타냈다. 유의성을 보인 색, 풍미, 부드러움, 씹힘성, 전반적인 기호도에 관한 회귀식은 R2값이 0.
- 6481로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식을 살펴본 결과 강황분말이 올리브오일보다 명도에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났다. 녹차 추출물 첨가가 저장기간이 경과함에 따라 소시지의 명도값이 감소한다는 Kim 등(2002)의 보고와 일치하였다.
- 7080으로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식을 살펴본 결과 강황분말이 올리브오일보다 황색도에 많은 영향을 미치는 것으로 나타났으며 이는 강황파우더를 첨가한 기능성 초콜릿의 특성(Lee 2009)과 강황 두부 스테이크의 품질특성 (Kim 등 2008)에서 강황분말의 첨가량이 증가함에 따라 황색도가 증가하였다는 연구결과와 일치하였으며, 강황분말과 올리브오일이 황색을 띠고 있어 첨가량이 증가할수록 황색 도가 높아지는 결과를 가져온 것으로 사료된다[Table 2, 4].
- 9277로 회귀변동에 대한 신뢰도가 비교적 높음을 알 수 있었다. 회귀식을 살펴본 결과 올리브오일이 강황분말 첨가소시지의 수분함량에 가장 큰 영향을 주는 인자로 나타났다[Table 2, 4]. 김치 분말 스타터 첨가 발효 소시지(Han 등 2006)의 수분 함량이 40.
- 7699로 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수를 살펴본 결과, 올리브오일이 소시지의 경도에 가장 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 식물성유를 대체한 저지방 햄버거 패티(Park 등 2005)의 연구에서는 식물성유를 대체한 육제품이 동물성 지방을 사용한 육제품에 비해 낮은 경도를 나타낸다고 보고하였는데 이를 통하여 올리브유가 소시지의 조직 사이에 작용함으로써 경도 차이가 달라졌다고 판단된다.
후속연구
- 이상의 연구결과에서 여러 생리활성 효능을 나타내고 있는 강황분말을 이용한 소시지가 기능성, 품질, 기호도 면에서 충분히 경쟁력이 있을 것으로 사료되며, 향후 강황의 항산화성과 강황 소시지의 저장기간에 따른 품질 특성, 산화안정성 및 항균성에 대한 연구가 보충되어야 할 것이라고 생각된다.
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