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문제 정의
- 토마토는 여러 기능성이 검증되었을 뿐 아니라 감칠맛 성분인 글루탐산 및 아스파라긴이 있어 음식의 맛을 돋우어 주므로 서양음식의 주요 식재료로 피자, 스파게티, 스프 등에 널리 활용된다. 따라서 본 연구에서는 현재까지 케이크 제조 시 부재료로 사용된 바 없는 토마토 분말을 이용하여 기능성과 더불어 감칠맛 있는 시폰 케이크를 제조하여 관능적 최적점을 갖는 레시피를 확립하여 건강 지향적 케이크로서의 상품 가능성을 평가하였다.
- 본 연구는 뛰어난 생리활성 기능을 함유하는 토마토를 분말상태로 시폰 케이크에 적용하여 건강지향적 시폰 케이크를 개발하고자 하였다. 토마토분말과 설탕 함량을 독립변수로 설정하였고 최대 최소 범위는 예비 실험을 통해 토마토 분말 12.
- 5 g, 설탕 175∼350 g으로 하여 토마토 분말 첨가 시폰 케이크를 제조하고 검사를 실시하였다. 또한 산출된 최적조건으로 제조한 최적화된 토마토분말 첨가 시폰 케이크와 토마토 분말을 첨가하지 않은 대조구 각각의 DPPH 자유 라디칼 소거능과 관능적 특성의 분석을 통해 기능성 시폰 케이크로서의 가능성을 타진해보고자 하였다.
제안 방법
- 독립변수로는 토마토 분말(A)과 설탕(B)의 함량을 2개의 요인으로 설정하였고 예비 실험을 거쳐 각 요인의 최소 및 최대 범위를 토마토 분말 12.5∼112.5 g, 설탕 175∼350 g으로 결정하였다.
- 5 g, 설탕 175∼350 g으로 결정하였다. 종속 변수는 이화학적 특성인 당도, 수분함량, 색도(L, a, b), 텍스처와 관능적 특성의 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 텍스처(texture), 단맛(sweetness), 부드러움(tenderness), 촉촉함(moistness), 전반적 기호도(overall acceptability)로 설정하였다. 중심합성계획법은 요인점, 축점, 중심점의 세 부분으로 구성되며, 이러한 실험 점들 사이에는 모델설정 및 적합결여 검증을 위한 반복점이 존재한다(Park & Jang 2007).
- 본 연구에서는 흰자와 노른자를 분리하여 노른자는 거품을 내지 않고 다른 재료와 혼합하여 반죽하고 흰자와 설탕으로 머랭을 만들어 혼합하는 시폰법을 적용하여 토마토 분말 첨가 케이크를 제조하였다. 흰자와 노른자를 구분하여 노른자에 설탕 일부를 넣어 4분간 휘핑 후 물을 넣어 1분 휘핑하였고, 흰자는 휘핑 1분 후 설탕을 3차례 나눠 넣으면서 5분간 휘핑하여 머랭을 완성하였다.
- 만들어진 반죽을 케이크 틀에 넣은 후 오븐에 넣고 180/165℃의 조건에서 25분간 구워냈다. 실온에서 1시간 방냉한 후 이화학적 특성 및 관능검사를 실시하였다.
- , Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다. 토마토 시폰케이크의 당도 분석을 위해서 5 g의 시료와 10배의 증류수를 넣고 bag mixer로 1분 30초간 균질화한 후 Whatman No. 2 filter paper로 여과해 3회 반복 측정하였다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 수분함량은 적외선 수분측정기(MB45 Moisture Analyzer, OHAUS Co., Zurich, Switzerland)를 이용하여 측정하였다. 토마토 시폰 케이크 시료 10 g을 알루미늄 dish에 칭량하여 105℃에서 3회 반복 측정하였다.
- 각 시료별 시폰 케이크의 색도는 color difference meter(Colorimeter CR-300, Minolta Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 L값(lightness), a값(redness), b값(yellowness)의 색채 값을 3회 반복 측정하였다. 이 때 사용한 표준백판(Standard Plate)의 L값은 96.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 텍스처는 케이크를 가로, 세로, 높이 3×3×1(cm)로 정사각형의 동일한 크기로 잘라 texture analyzer(Texture Analyzer, TA.XT Express v2.1, London, England)를 사용하여 경도(hardness), 부착성(adhesive), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)과 같은 TPA(texture profile analysis)를 측정하였다.
- 1, London, England) 프로그램을 사용하여 3회 반복하여 측정하였고 데이터는 평균값으로 나타내었다. 시폰 케이크는 복원력이 있는 시료이고 부수어지는 성질이 없으므로, two bite test를 실시하는 TPA test를 이용하여 분석하였다. 측정 조건은 pre-test speed 1.
- 실험의 객관성을 보장하고 정확도, 정밀도를 증가시키기 위해 균형 불완전 블록 계획(BIBD: Balanced Incomplete Block Design)을 사용하여 랜덤화(Randomization), 블록화(Blocking)하였다. 20명의 관능검사 panel이 10가지의 시료 중 4가지의 시료를 평가하도록 하였으며, 각 처리는 4번 반복되었고 각 처리 쌍이 나타나는 블록의 수는 4회였다. 모든 시료들은 난수표에 의해 4자리의 숫자로 표시되었으며 관능검사 항목은 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 텍스처(texture), 단맛(sweetness), 부드러움(tenderness), 촉촉함(moistness), 전반적 기호도(overall acceptability)로 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 20명의 관능검사 panel이 10가지의 시료 중 4가지의 시료를 평가하도록 하였으며, 각 처리는 4번 반복되었고 각 처리 쌍이 나타나는 블록의 수는 4회였다. 모든 시료들은 난수표에 의해 4자리의 숫자로 표시되었으며 관능검사 항목은 색(color), 외관(appearance), 향(flavor), 텍스처(texture), 단맛(sweetness), 부드러움(tenderness), 촉촉함(moistness), 전반적 기호도(overall acceptability)로 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통하여 토마토 분말, 설탕의 양을 선정하였고, 그때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 중 다음의 식에 기준하여 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통하여 토마토 분말, 설탕의 양을 선정하였고, 그때의 지점을 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점 중 다음의 식에 기준하여 적합도(desirability)를 구하고 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다.
- 최적화 제조조건에 의해 제조된 토마토 분말 첨가 시폰 케이크와 토마토 분말을 첨가하지 않은 시폰 케이크의 DPPH 자유 라디칼 소거능과 관능적 특성을 측정하였다. 관능적 특성은 기존 실험 방법과 동일한 방법으로 측정하였으며 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 자유 라디칼 소거능은 Blois(Blois 1958)의 방법을 응용하여 측정하였다.
- 최적화 제조조건에 의해 제조된 토마토 분말 첨가 시폰 케이크와 토마토 분말을 첨가하지 않은 시폰 케이크의 DPPH 자유 라디칼 소거능과 관능적 특성을 측정하였다. 관능적 특성은 기존 실험 방법과 동일한 방법으로 측정하였으며 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 자유 라디칼 소거능은 Blois(Blois 1958)의 방법을 응용하여 측정하였다. 시료 30 g에 99.
- 8% methanol 300 ml을 가하여 1분간 교반시킨 후 원심분리기(Combi-514R, Hanil, Inchun, Korea)를 이용하여 3,000 rpm, 26℃에서 24시간 동안 원심분리를 실시하였다. 이후 상등액을 Whatman No.2 filter paper로 여과한 후 얻은 추출물을 DPPH radical에 대한 소거능력의 측정시료로 이용하였고 추출물 50 mg 당 1 ml methanol을 첨가하여 50 mg/ml 농도의 추출물 용액을 제조하여 시료용액으로 사용하였다. 시료용액 50 μl를 DPPH solution(1.
- 시료용액 50 μl를 DPPH solution(1.5×10-4mM) 150μl와 혼합하여 암소, 실온에서 30분간 방치하여 반응시킨 후 517 nm에서 분광광도계(2800 UV/VIS Spectrophotometer, UNICO, Dayton, OH, USA)로 흡광도를 측정하였으며 다음 식에 의하여 항산화성을 나타내었다.
- 최적화는 유의적인 결과를 나타낸 관능검사 항목인 색(color), 외관(appearance), 풍미(flavor), 당도(sweetness), 촉촉함(moistness), 전반적인 기호도(overall acceptability)를 maximum으로 설정하여 canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)를 예측하였으며, 지점 예측(point prediction)을 통해 최고의 desirability를 나타낸 최적점을 선택하여 도출하였다. 예측된 최적값은 토마토 분말(A) 59.
- 토마토분말과 설탕 함량을 독립변수로 설정하였고 최대 최소 범위는 예비 실험을 통해 토마토 분말 12.5∼112.5 g, 설탕 175∼350 g으로 하여 토마토 분말 첨가 시폰 케이크를 제조하고 검사를 실시하였다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 당도는 0∼54% 범위를 갖는 당도계 Digital Hand-held Pocket Refractometer(PAL-2, ATAGO Co., Tokyo, Japan)를 사용하여 측정하였다.
- 토마토 분말 59.27 g, 설탕 285.66 g으로 제조한 최적화된 토마토 분말 첨가 시폰 케이크(이하 최적구)와 토마토 분말을 첨가하지 않고 다른 재료 및 제조공정조건을 동일하게 제조한 토마토 분말 무첨가 시폰 케이크(이하 대조구)의 DPPH 자유 라디칼 소거능과 관능적 특성의 차이를 유의성 5% 수준에서 살펴보았다.
대상 데이터
- 본 실험에서 사용 된 재료는 열풍 건조하여 제조한 토마토분말(백장생, 스페인산)과 백설탕(백설, 국내산), 밀가루(백설, 국내산), 달걀(농협, 국내산), 식용유(백설, 국내산)를 구입하여 사용하였다.
데이터처리
- 1, London, England)를 사용하여 경도(hardness), 부착성(adhesive), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)과 같은 TPA(texture profile analysis)를 측정하였다. 결과 값은 stable micro system(Expression, TA.XT Express 2.1, London, England) 프로그램을 사용하여 3회 반복하여 측정하였고 데이터는 평균값으로 나타내었다. 시폰 케이크는 복원력이 있는 시료이고 부수어지는 성질이 없으므로, two bite test를 실시하는 TPA test를 이용하여 분석하였다.
- 최적화된 배합 비율로 제조한 토마토 분말 첨가 시폰 케이크와 대조구 케이크의 DPPH 자유 라디칼 소거능 및 관능적 특성은 SPSS 18.0(Statistical Package for Social Sciences, SPSS Inc., Chicago, USA) 프로그램을 사용하여 통계 처리하였으며 t-test를 실시하여 5% 수준에서 각 시료간의 유의성을 검증하였다
이론/모형
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 최적 레시피를 산출하기 위한 실험설계는 Design Expert 8(Stat-Easy Co., Minneapolis, MN, USA)프로그램을 사용하였으며, 반응표면 실험계획법(response surface design)의 중심합성계획법(CCD: central composite design)에 따라 실험을 설계하였다. 독립변수로는 토마토 분말(A)과 설탕(B)의 함량을 2개의 요인으로 설정하였고 예비 실험을 거쳐 각 요인의 최소 및 최대 범위를 토마토 분말 12.
- 관능검사는 숙명여자대학교 식품영양학을 전공하는 대학원생 20명을 관능검사 panel로 선정하여 충분한 지식과 관능검사의 평가기준 등을 숙지시킨 후 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 실험목적과 취지를 설명하여 관능검사에 응하도록 하였다(Larmond 1997). 실험의 객관성을 보장하고 정확도, 정밀도를 증가시키기 위해 균형 불완전 블록 계획(BIBD: Balanced Incomplete Block Design)을 사용하여 랜덤화(Randomization), 블록화(Blocking)하였다. 20명의 관능검사 panel이 10가지의 시료 중 4가지의 시료를 평가하도록 하였으며, 각 처리는 4번 반복되었고 각 처리 쌍이 나타나는 블록의 수는 4회였다.
성능/효과
- 토마토 분말과 설탕이 색도에 미치는 영향을 살펴본 회귀식은 Table 5에 제시하였다. 명도, 적색도, 황색도는 모두 Quadratic model이 선정되었고, 명도와 적색도는 유의수준 0.001에서 유의성을 보였고 황색도는 유의수준 0.05에서 유의성을 나타냈다. Fig.
- 05에서 유의성을 나타냈다. Fig. 2는 perturbation plot과 반응표면에 대한 결과로 명도는 토마토 분말이 증가할수록 감소하였고 적색도는 토마토 분말이 증가할수록 증가하였다. 황색도는 토마토 분말이 증가할수록 증가하다가 일정량 이상이 되면 감소하였다.
- 0023으로 유의성을 보였다. 토마토 분말 첨가량이 증가할수록 응집성은 급격하게 감소하는 경향을 보였다(Fig. 2)
- 관능평가 결과 텍스처와 부드러움을 제외한 모든 항목에서 유의성을 보였다. 색, 외관, 향, 촉촉함, 전반적인 기호도는 토마토 분말과 설탕이 상호작용하는 Quadratic model이 선정되었으며 유의수준 0.
- 관능평가 결과 텍스처와 부드러움을 제외한 모든 항목에서 유의성을 보였다. 색, 외관, 향, 촉촉함, 전반적인 기호도는 토마토 분말과 설탕이 상호작용하는 Quadratic model이 선정되었으며 유의수준 0.05에서 유의성을 보였다. 단맛은 토마토 분말과 설탕이 상호작용하는 Quadratic model이 선정되었으며 유의수준 0.
- 01에서 유의성을 보였다. 관능적 특성에 대한 반응 표면 결과 색, 외관, 향, 단맛, 촉촉함, 전반적인 기호도에서 토마토 분말과 설탕이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정량 이상이 되면 감소하는 결과가 나타났다(Fig. 3).
- 최적화는 유의적인 결과를 나타낸 관능검사 항목인 색(color), 외관(appearance), 풍미(flavor), 당도(sweetness), 촉촉함(moistness), 전반적인 기호도(overall acceptability)를 maximum으로 설정하여 canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)를 예측하였으며, 지점 예측(point prediction)을 통해 최고의 desirability를 나타낸 최적점을 선택하여 도출하였다. 예측된 최적값은 토마토 분말(A) 59.27 g, 설탕(B) 285.66 g으로 나타났다(Fig. 4).
- 대조구와 최적구의 DPPH 자유 라디칼 소거능을 측정한 결과, 대조구는 57.50±3.30, 최적구는 93.06±0.37로 최적구가 높게 나타났으며 1% 이내 범위에서 두 시료가 유의적인 차이를 나타내었다.
- 대조구와 최적구의 관능적 특성을 평가한 결과(Table 7), 관능적 특성은 8개 항목(P＜0.001)에서 모두 유의적인 차이를 보였다. 토마토 분말이 첨가된 최적구에서 8개의 항목 모두 전체적으로 중상위 정도의 점수를 보였으며, 대조구에 비해 첨가구가 모두 높은 점수를 나타내었다.
- 001)에서 모두 유의적인 차이를 보였다. 토마토 분말이 첨가된 최적구에서 8개의 항목 모두 전체적으로 중상위 정도의 점수를 보였으며, 대조구에 비해 첨가구가 모두 높은 점수를 나타내었다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 당도는 토마토분말과 설탕의 첨가량이 증가할수록 당도가 증가하였다. 이와 같은 결과는 Yoon 등(2001)의 연구에서 보여진 토마토 분말 첨가에 의해 당도가 증가하였다는 결과와 같은 경향을 보였다.
- 이와 같은 결과는 Yoon 등(2001)의 연구에서 보여진 토마토 분말 첨가에 의해 당도가 증가하였다는 결과와 같은 경향을 보였다. 본 실험에 사용된 토마토 분말의 당도 측정 결과 7.76%로 나타났으며 이는 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 당도 증가에 영향을 미친다는 것을 확인할 수 있었다.
- 토마토 분말 첨가 시폰케이크의 수분함량은 토마토 분말이 증가할수록 수분 함량은 증가하는 결과를 보였으나 유의성을 보이지 않았다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 명도는 토마토분말이 증가할수록 감소하였다. 이는 Eyilera & Oztan(2011)의 연구와 같은 경향을 보이며, 토마토분말의 첨가량이 증가할수록 명도 값이 감소하는 결과를 보였다.
- 이는 Eyilera & Oztan(2011)의 연구와 같은 경향을 보이며, 토마토분말의 첨가량이 증가할수록 명도 값이 감소하는 결과를 보였다. 이러한 결과는 첨가물인 토마토 분말의 명도가 낮아 그 자체의 색에 따라 첨가물의 양이 증가할수록 케이크의 명도를 감소시키는 것으로 판단된다. 적색도는 토마토 분말이 증가할수록 급격하게 증가하였다.
- 토마토 분말 첨가 시폰 케이크의 경도(hardness)는 토마토 분말과 설탕 첨가량이 증가할수록 케이크의 경도가 완만하게 증가하였다. Picha(1987)의 연구에서는 토마토 분말의 첨가량이 증가할수록 경도가 증가하다가 급속하게 감소하는 결과를 보였다.
- 대조구와 최적구의 DPPH 자유 라디칼 소거능을 측정한 결과, 대조구의 경우 57.50±3.30, 최적구의 경우 93.06±0.37로 더 높게 나타나 유의수준 0.01에서 두 시료가 유의적인 차이를 나타내었다.
- 이러한 결과로 토마토 분말은 일정 수준까지는 경도를 증가시키지만 그 이상의 첨가량에서는 경도를 감소시키는 것으로 사료된다. 응집성(cohesiveness)은 토마토 분말 첨가량이 증가할수록 응집성은 급격하게 감소하는 경향을 보였다.
- 관능평가를 통해 나타난 결과를 보면 케이크의 색, 외관, 향, 촉촉함, 전반적인 기호도가 토마토 분말과 설탕이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정량 이상이 되면 감소하는 결과가 나타났다. 이는 토마토 분말의 첨가가 케이크의 맛과, 향, 식감을 향상시킨 것으로 사료된다.
- 01에서 두 시료가 유의적인 차이를 나타내었다. 이러한 결과로 토마토 분말이 뛰어난 DPPH 자유 라디칼 소거능을 가지고 있음을 알 수 있었으며 토마토 분말의 높은 항산화력을 확인할 수 있었다.
- 대조구와 최적구의 관능적 특성을 측정한 결과 모든 항목에서 유의적인 차이를 보였으며, 대조구에 비해 최적구에서 높은 점수를 보였다. 토마토 분말은 시폰 케이크의 색, 외관, 향, 텍스처, 단맛, 부드러움, 촉촉함, 전반적인 기호도에는 영향을 미치지만 전체적인 품질에는 영향을 미치지 않는 것으로 판단된다.
- 1. 실험결과를 모델링하여 유의성을 검증한 결과 당도, 명도, 적색도, 황색도는 토마토 분말과 설탕 함량에 따라 유의적으로 영향을 받았으며, 명도와 적색도에 가장 큰 영향을 주는 요인은 토마토 분말이었다. 텍스처 측정 결과, 경도와 응집성에서 유의적인 결과를 보였으며 토마토 분말 첨가량이 증가할수록 경도는 증가하고 응집성은 감소하였다.
- 실험결과를 모델링하여 유의성을 검증한 결과 당도, 명도, 적색도, 황색도는 토마토 분말과 설탕 함량에 따라 유의적으로 영향을 받았으며, 명도와 적색도에 가장 큰 영향을 주는 요인은 토마토 분말이었다. 텍스처 측정 결과, 경도와 응집성에서 유의적인 결과를 보였으며 토마토 분말 첨가량이 증가할수록 경도는 증가하고 응집성은 감소하였다.
- 2. 관능적인 특성에서는 텍스처와 부드러움을 제외한 모든 항목에서 유의성을 보였다. 색, 외관, 향, 단맛, 촉촉함, 전반적인 기호도는 토마토 분말과 설탕의 첨가량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정량 이상이 되면 감소하였으며 관능평가의 모든 범위를 충족시키는 최적 배합비율은 토마토분말 59.
- 관능적인 특성에서는 텍스처와 부드러움을 제외한 모든 항목에서 유의성을 보였다. 색, 외관, 향, 단맛, 촉촉함, 전반적인 기호도는 토마토 분말과 설탕의 첨가량이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정량 이상이 되면 감소하였으며 관능평가의 모든 범위를 충족시키는 최적 배합비율은 토마토분말 59.27 g, 설탕 285.66 g으로 산출되었다.
- 3. 토마토 분말 첨가 최적구에서 높은 DPPH 자유 라디칼 소거능을 보였으며 대조구와 최적구의 관능적 특성을 측정한 결과 8개 항목에서 모두 유의적인 차이를 보였으며, 대조구에 비해 최적구에서 모두 높은 점수를 나타내었다. 이로써 토마토 분말은 시폰 케이크의 색, 외관, 향, 텍스처, 단맛, 부드러움, 촉촉함, 전반적인 기호도에는 영향을 미치지만 전체적인 시폰 케이크의 품질에는 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
- 토마토 분말 첨가 최적구에서 높은 DPPH 자유 라디칼 소거능을 보였으며 대조구와 최적구의 관능적 특성을 측정한 결과 8개 항목에서 모두 유의적인 차이를 보였으며, 대조구에 비해 최적구에서 모두 높은 점수를 나타내었다. 이로써 토마토 분말은 시폰 케이크의 색, 외관, 향, 텍스처, 단맛, 부드러움, 촉촉함, 전반적인 기호도에는 영향을 미치지만 전체적인 시폰 케이크의 품질에는 영향을 미치지 않는 것을 확인할 수 있었다.
- 이상의 결과로 우수한 생리활성기능을 가지는 토마토 분말을 첨가하여 제조한 시폰 케이크는 기호도 측면에서 충분한 경쟁력이 있을 것으로 생각되며, 높은 항산화능을 확인할 수 있었다.
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