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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 돈육에 비해 저지방 식품인 어육의 특징을 이용해 명태연육을 이용하고, 지방의 조성을 향상시키기 위해 올리브 오일을 첨가하여 건강지향적인 어육 소시지를 제조하였다. 제조 조건을 최적화하기 위하여 이화학적 특징을 살펴보고 반응표면분석법(Response surface methodology: RSM)을 통해 관능적 최적점을 갖는 조리법을 확립하고자 하였다.
- 본 연구는 명태연육과 올리브 오일을 이용하여 저칼로리 저지방의 건강한 어육 소시지를 개발하고자 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 품질특성 분석과 관능적 최적화의 결과를 토대로 올리브 오일 첨가 어육 소시지의 최적 제조조건을 산출하였다.
- 따라서 본 연구에서는 돈육에 비해 저지방 식품인 어육의 특징을 이용해 명태연육을 이용하고, 지방의 조성을 향상시키기 위해 올리브 오일을 첨가하여 건강지향적인 어육 소시지를 제조하였다. 제조 조건을 최적화하기 위하여 이화학적 특징을 살펴보고 반응표면분석법(Response surface methodology: RSM)을 통해 관능적 최적점을 갖는 조리법을 확립하고자 하였다.
제안 방법
- 두 가지 독립변수인 명태와 올리브 오일의 양에 의하여 각각의 종속변수로 작용하는 이화학적 특성 및 관능적 특성에 미치는 영향을 보도록 하였으며, 변수들 간의 관계를 보기 위하여 통계 프로그램의 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다. Canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점의 목표 범위를 수치 최적화로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점(solution)으로 적합도(desirability)를 구하고, 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다 (Lee 등 2014).
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 관능검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 미각이 훈련된 대학원생 20명을 panel로 선정하여 각 panel이 10개의 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 내용으로는 색(color), 향미(flavor), 맛(taste), 부드러움(tenderness), 씹힘성(chewiness), 촉촉함(moistness), 전반적인 기호도(overall quality)에 대한 기호도 특성이었으며, 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 2 filter pater로 여과하여 pH meter(F-51, Horiba, Japan)로 측정하였다. 당도와 염도는 pH와 같은 시료 용액을 사용하여 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)와 염도계(ES-421, ATAGO, Japan)를 이용하여 측정하였다. 수분은 105℃ 상압가열건조법으로 소시지 1 g을 알루미늄 dish에 칭량하여 측정하였으며, 모든 실험은 3회 측정한 후 평균값을 나타내었다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지는 batter 배합 및 제조 방법은 일반 소시지(Na & Joo 2012)와 계육(Yun 등 2013) 및 고등어 등의 소시지(Kim 등 2013) 연구와 부재료 투입순서에 관한 연구(Jin 등 2007)를 참고하여 예비실험을 거친 후 일부 수정하여 결정하였다. 분쇄시킨 명태와 돈육에 소금, 인산염, 마늘, 생강가루, 후추, 넉멧을 넣고, food mixer(SF-100, Samwoo, Korea)에 약 2분간 믹싱하였다. 믹싱한 고기반죽과 고기무게의 5%의 얼음을 넣고 1분간 믹싱을 한 후 전분, 올리브 오일을 넣고 약 2분간 믹싱하였으며, 완성된 소시지 반죽은 콜라겐 케이싱(Collagen Sausage Casing, Nippi Collagen Ind, Ltd.
- 당도와 염도는 pH와 같은 시료 용액을 사용하여 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)와 염도계(ES-421, ATAGO, Japan)를 이용하여 측정하였다. 수분은 105℃ 상압가열건조법으로 소시지 1 g을 알루미늄 dish에 칭량하여 측정하였으며, 모든 실험은 3회 측정한 후 평균값을 나타내었다.
- Canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점의 목표 범위를 수치 최적화로 설정하였다. 수치 최적화를 통해 제시된 최적점(solution)으로 적합도(desirability)를 구하고, 가장 높은 적합도를 나타내는 최적점을 채택하였다 (Lee 등 2014).
- 타입을 사용하였다(Na & Joo 2012). 시료 측정 후 얻어진 force and time graph로부터 경도(hardness), 점착성(adhesiveness), 탄력성(springiness), 씹힘성(chewiness), 검성(gumminess), 응집성(cohesiveness)을 측정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지는 batter 배합 및 제조 방법은 일반 소시지(Na & Joo 2012)와 계육(Yun 등 2013) 및 고등어 등의 소시지(Kim 등 2013) 연구와 부재료 투입순서에 관한 연구(Jin 등 2007)를 참고하여 예비실험을 거친 후 일부 수정하여 결정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 pH는 저밀도 폴리에틸렌 백에 익히기 전 소시지 5 g과 증류수 45 mL를 혼합한 후 Homogenizer(Poly Tron PT 2100, KINEMATICA AG, Lucerne, Switzerland)를 사용하여 14,000 rpm에서 1분 30초간 균질한 후, Whatman No. 2 filter pater로 여과하여 pH meter(F-51, Horiba, Japan)로 측정하였다. 당도와 염도는 pH와 같은 시료 용액을 사용하여 당도계(PAL-1, ATAGO, Tokyo, Japan)와 염도계(ES-421, ATAGO, Japan)를 이용하여 측정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 절단면 색은 색도계(Colormeter CR-200, Minolta, Co., Osaka, Japan)를 사용하여 L(lightness), a(redness), b(yellowness)을 각 3회 반복하여 측정한 후 평균값으로 나타내었다. 이때 사용한 표준백판의 L값은 94.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 제조를 위하여 독립변수는 명태와 올리브 오일의 양으로 설정하였고, design expert 8(stat-ease Co., Minneapolos, MN, USA) 프로그램을 이용하여 실험을 설계하고, 결과를 분석한 후 최종적으로 올리브 오일 첨가 어육 소시지의 배합비율을 결정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 조직감은 익힌 후의 소시지를 지름 2 cm, 높이 1 cm의 동일한 크기로 잘라 Texture Analyser(TA, XT Express v 2.1, London, England)를 사용하여 3회 측정 후 평균값을 나타내었다. TPA test 방법으로 Texture Analyser의 조건은 pre-test speed 1.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 명태비율과 올리브 오일의 양을 선정하였다. 유의적인 관능평가의 모든 항목을 최대로 결정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 선정하고, 가장 높은 desirability를 나타낸 최적점을 지점예측(point prediction)을 통해 Fig.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 명태비율과 올리브 오일의 양을 선정하였다. 유의적인 관능평가의 모든 항목을 최대로 결정하여 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 수치 최적화와 모형적 최적화를 통해 선정하고, 가장 높은 desirability를 나타낸 최적점을 지점예측(point prediction)을 통해 Fig. 3처럼 도출하였다. 예측된 최적값은 명태 37.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 품질 최적화 분석은 Design Expert 8 통계 프로그램을 이용하였다. 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 명태와 돈육의 비율과 올리브 오일의 양을 선정하였고, 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 두 가지 독립변수인 명태와 올리브 오일의 양에 의하여 각각의 종속변수로 작용하는 이화학적 특성 및 관능적 특성에 미치는 영향을 보도록 하였으며, 변수들 간의 관계를 보기 위하여 통계 프로그램의 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다.
- , Minneapolis MN, USA) 프로그램을 사용하였다. 품질의 최적화는 response surface methodolory 중 중심합성계획법(central composite design)에 따라 설계하였고, 독립변수로는 명태와 올리브 오일 두 가지를 요인으로 설정하였으며, 종속변수로는 소시지의 pH, 당도, 염도, 수분 함량, 색도(L, a, b), 텍스쳐(hardness, adhesiveness, springness, chewiness, gumminess, cohesiveness), 관능검사(color, flavor, taste, tenderness, chewiness, moistness, overall quality)를 설정하였다. 명태와 올리브 오일 첨가량의 최대 및 최소 범위는 명태와 돈육의 총합을 100 g으로 명태는 10~70 g, 올리브 오일 2~14 g으로 정하였고, 완성된 실험 디자인의 재료 혼합 비율은 Table 1과 같다.
대상 데이터
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지 제조를 위하여 냉동 명태(러시아산), 돈육(후지, 국내산), 올리브 오일(백설, 스페인산), 전분(뚜레반, 국내산), 후추(오뚜기, 국내산), 꽃소금(백설, 국내산), 인산염(주) 이슬나라), 다진마늘(찬마루, 국내산), 생강가루(박찬웅, 국내산), 넛맥(화미제당, 말레이시아)을 구입하여 사용하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 관능검사는 숙명여자대학교 식품영양학과 미각이 훈련된 대학원생 20명을 panel로 선정하여 각 panel이 10개의 시료를 평가하도록 하였다. 관능검사 내용으로는 색(color), 향미(flavor), 맛(taste), 부드러움(tenderness), 씹힘성(chewiness), 촉촉함(moistness), 전반적인 기호도(overall quality)에 대한 기호도 특성이었으며, 7점 척도법으로 평가하여 선호도가 높을수록 높은 점수를 주도록 하였다.
- 타입을 사용하였다(Na & Joo 2012).
데이터처리
- 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 명태와 돈육의 비율과 올리브 오일의 양을 선정하였고, 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다. 두 가지 독립변수인 명태와 올리브 오일의 양에 의하여 각각의 종속변수로 작용하는 이화학적 특성 및 관능적 특성에 미치는 영향을 보도록 하였으며, 변수들 간의 관계를 보기 위하여 통계 프로그램의 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다. Canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수에 각각의 반응 중 관능평가의 최고점의 목표 범위를 수치 최적화로 설정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 모든 실험계획, data 분석 및 품질의 최적화 분석은 Design Expert 8(Stat-Easy Co., Minneapolis MN, USA) 프로그램을 사용하였다. 품질의 최적화는 response surface methodolory 중 중심합성계획법(central composite design)에 따라 설계하였고, 독립변수로는 명태와 올리브 오일 두 가지를 요인으로 설정하였으며, 종속변수로는 소시지의 pH, 당도, 염도, 수분 함량, 색도(L, a, b), 텍스쳐(hardness, adhesiveness, springness, chewiness, gumminess, cohesiveness), 관능검사(color, flavor, taste, tenderness, chewiness, moistness, overall quality)를 설정하였다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 품질 최적화 분석은 Design Expert 8 통계 프로그램을 이용하였다. 최적화는 Canonical 모형의 수치 최적화(numerical optimization)와 모형적 최적화(graphical optimization)를 통해 명태와 돈육의 비율과 올리브 오일의 양을 선정하였고, 지점 예측(point prediction)을 통해 최적점으로 선정하였다.
성능/효과
- pH는 최종 육제품의 품질에 많은 영향을 미치며, 육제품의 보수성, 육색, 조직감과 결착력 등의 품질 변화 및 저장성에 있어서도 중대한 요인으로 작용하며, 원료육과 첨가물의 배합 비율에 따라 차이가 있다(Miller 등 1986). Fig. 1의 perturbation plot을 살펴보면 독립변수가 서로 상호작용하는 2FI model이 결정되었으나, p-value는 0.4337로 유의적이지 않아 모델의 적합성이 인정되지 않았으나, 명태보다는 올리브 오일이 증가할수록 음의 영향을 보이는 것으로 나타났다(Table 3). 본 결과는 강황분말 첨가 계육 소시지의 연구(Yun 등 2013)와 우지방을 현미유와 올리브유로 대체한 우육 패티의 연구(Seo 등 2011)에서는 올리브유가 증가할수록 pH가 감소한다는 연구 결과와 유사한 경향을 보였다.
- 0059로 모두 1% 이내의 수준에서 유의성을 나타내었다. R2값은 0.8151, 0.7687로 모델 적합성이 인정되었고, perturbation plot과 반응표면곡선을 살펴보면 명태(A)와 올리브 오일(B)이 증가할수록 감소하는 것으로 나타났으며, 올리브 오일(B)보다 명태(A)가 증가할수록 더 큰 영향을 미치는 것으로 나타났다. 그러나 닭가슴살을 첨가한 고등어 소시지(Kim 등 2014) 연구에서 고등어비율이 증가할수록 경도와 점도가 증가하여 본 연구와는 다른 결과를 나타내었다.
- 01)로 모든 항목에서 유의적인 결과를 보였다(Table 5). 각각의 관능검사에 관한 perturbation plot과 반응표면의 그래프는 Fig. 2와 같이, 대부분 명태(A)와 올리브 오일(B)이 증가할수록 기호도가 증가하다가 일정 시점 이후에는 다시 감소하는 경향을 보였다. 이는 Seo 등(2011)의 우육 패티 연구에서는 우지방의 식물성 오일의 양이 많은 경우(60%) 전반적인 기호도가 감소하고, 이는 다즙성이 떨어지기 때문이라는 결과와 유사한 것으로 판단된다.
- 93%의 범위로 나타났다. 각각의 요인이 독립적으로 작용하는 Linear model이 결정되었고, p-value는 0.4502로 유의적인이지 않아 모델의 적합성이 인정되지 않았으나, 명태와 올리브 오일이 증가할수록 수분 함량이 감소하였고, 올리브 오일(B)보다 명태(A)가 증가할수록 수분 함량이 감소하는 것으로 나타났다. 이는 계육 소시지(Yun 등 2013)의 수분 함량 58.
- 01)의 항목에서 유의적인 결과를 보였다. 경도와 검성에서는 Linear model이 결정되었으며, 명태와 올리브 오일이 증가할수록 감소하는 경향을 보였으며, 씹힘성은 quadratic model이 선정되었다.
- 18 사이의 범위로 나타났다(Table 4). 관능적 특성 7가지의 모두에서 독립변수들 간에 교호작용하는 quadratic model이 결정되었고, R2 값은 색 0.9444, 향미 0.9599, 맛 0.9879, 부드러움 0.8975, 씹힘성 0.9836, 촉촉함 0.9468, 전반적인 기호도 0.9775로 모든 항목에서 모델의 적합성이 인정되었다. p값은 색 0.
- 01)의 모든 항목에서 유의적인 결과를 보였으며, quadratic model이 결정되었다. 대부분 명태(A)와 올리브 오일(B)이 증가할수록 기호도가 증가하다가, 일정 시점 이후에는 다시 감소하는 경향을 보였다.
- 반죽의 당도(p<0.05)는 2FI model이 결정되었고, 명태와 올리브 오일이 증가할수록 감소하였다.
- 탄력성은 명태(A)와 올리브 오일(B)이 증가할수록 감소하다가 일정 시점 이후에는 증가하는 경향을 보였으며, 이는 응집성의 올리브 오일(B)에서도 유사한 경향을 보였으나, 명태(A)의 경우는 첨가량이 증가할수록 증가하다 일정 시점 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 씹힘성에서는 명태(A)가 증가할수록 감소하였으나, 올리브 오일(B)은 일정 시점 이후에 증가하는 경향을 보였으며, 올리브 오일(B)보다는 명태(A)가 더 음의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
- 어육 소시지의 색(p<0.05), 향미(p<0.01), 맛(p<0.001), 부드러움(p<0.05), 씹힘성(p<0.01), 촉촉함(p<0.05), 전반적인 기호도(p<0.01)의 모든 항목에서 유의적인 결과를 보였으며, quadratic model이 결정되었다.
- 어육 소시지의 색도 중 L(p<0.05)과 b(p<0.01)는 Linear model이 설정되었고, a(p<0.001)는 quadratic model이 설정되었으며, L과 b에서는 올리브 오일보다 명태가 증가할수록 유의적으로 양의 영향을 주는 것으로 나타났다.
- 어육 소시지의 최적화는 실험의 독립변수는 명태와 올리브 오일의 범위 내에서 모델화에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치점(numerical point)을 예측한 결과, 명태 37.74 g, 올리브 오일 7 g으로 산출되었다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지에 대해 7점 척도로 관능적 품질을 평가한 결과, 색은 2.73~4.91, 향미는 2.91~4.45, 맛은 2.55~5.00, 부드러움은 3.45~5.09, 씹힘성은 2.36~5.27, 촉촉함은 2.91~5.18, 전반적인 기호도는 2.36~5.18 사이의 범위로 나타났다(Table 4). 관능적 특성 7가지의 모두에서 독립변수들 간에 교호작용하는 quadratic model이 결정되었고, R2 값은 색 0.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 10개 실험점에 따른 반죽 pH 측정 결과는 6.17~6.67의 범위를 보였다(Table 2). pH는 최종 육제품의 품질에 많은 영향을 미치며, 육제품의 보수성, 육색, 조직감과 결착력 등의 품질 변화 및 저장성에 있어서도 중대한 요인으로 작용하며, 원료육과 첨가물의 배합 비율에 따라 차이가 있다(Miller 등 1986).
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 10개 실험점에 따른 이화학적 실험을 행한 결과, 반죽의 pH는 명태보다는 올리브 오일이 증가할수록 음의 영향을 보이는 것으로 나타났으나, 유의적인 차이는 없었다. 반죽의 당도(p<0.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 당도는 0.40~1.80%의 범위로 명태와 올리브 오일이 증가할수록 당도가 유의적으로 감소하였고(p<0.05), 2FI model이 결정되었으며, R2값은 0.7271로 모델의 적합성이 인정되었다.
- 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지의 수분 함량은 42.31~57.93%의 범위로 나타났다. 각각의 요인이 독립적으로 작용하는 Linear model이 결정되었고, p-value는 0.
- 8444로 각각 모델의 적합성이 인정되었다. 탄력성은 명태(A)와 올리브 오일(B)이 증가할수록 감소하다가 일정 시점 이후에는 증가하는 경향을 보였으며, 이는 응집성의 올리브 오일(B)에서도 유사한 경향을 보였으나, 명태(A)의 경우는 첨가량이 증가할수록 증가하다 일정 시점 이후에는 감소하는 경향을 보였다. 씹힘성에서는 명태(A)가 증가할수록 감소하였으나, 올리브 오일(B)은 일정 시점 이후에 증가하는 경향을 보였으며, 올리브 오일(B)보다는 명태(A)가 더 음의 영향을 미치는 것으로 나타났다.
후속연구
- 이상의 결과를 통해 올리브 오일을 첨가한 어육 소시지는 기능적, 영양적, 품질 및 기호도 측면에서 상품으로서 연구개발 가치가 있다고 판단된다.
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