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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 부추를 이용한 건강기능성, 기호성 및 편의성을 갖춘 다목적 가용성 분말제품을 개발하기 위한 일환으로, 착즙 전 증숙 열처리 유무와 분무건조 부형제 종류에 따른 착즙액 분말의 품질특성을 비교분석하였다.
제안 방법
- 부추를 활용한 가용성 분말 제조에 적합한 공정 개발의 일환으로, 부추원료의 증숙처리 유무와 착즙액의 분무건조 부형제 종류에 따른 분말제품의 품질특성을 조사하였다. 생부추를 세척, 탈수, 절단 후 증숙처리(100℃, 3분)하거나 무처리한 다음 착즙하여 액을 얻고 여기에 부형제로 dextrin(DE=10)이나 β-cyclodextrin를 5% 첨가하고 분무건조하여 분말을 각각 제조하였다.
- 분무건조는 상기 착즙액에 부형제로 dextrin(DE=10, Matsutani, Decatur, IL, USA) 또는 β-cyclodextrin(Cydex-S, Daesang, Gunsan, Korea)을 5%(w/w)을 첨가하고 homogenizer(SSC811EA, Matsushita, Osaka, Japan)로 5,000rpm에서 30분간 균질화한 후 분무건조기(KL-8, Seogang, Cheonan, Korea)를 이용하여 수행하였다.
- 색도는 백색판(L*=97.79, a*=-0.38, b*=2.05)으로 보정한 colorimeter(CR-400, Minolta Co., Osaka, Japan)를 사용하여 CIE L*, a*, b*, h°, C*값을 각각 측정하였다.
- 생부추 시료를 정선, 세척, 탈수시킨 다음 일정 크기(3cm)로 절단하고 증숙처리(100℃, 3분)하거나 무증숙 처리한 다음 착즙기(MS-2080, Oscar Electronic Co., Gimhae, Korea)를 이용하여 착즙액(4°Brix)을 얻고 이를 분무건조하였다.
- 생부추를 세척, 탈수, 절단 후 증숙처리(100℃, 3분)하거나 무처리한 다음 착즙하여 액을 얻고 여기에 부형제로 dextrin(DE=10)이나 β-cyclodextrin를 5% 첨가하고 분무건조하여 분말을 각각 제조하였다.
- 분무건조는 상기 착즙액에 부형제로 dextrin(DE=10, Matsutani, Decatur, IL, USA) 또는 β-cyclodextrin(Cydex-S, Daesang, Gunsan, Korea)을 5%(w/w)을 첨가하고 homogenizer(SSC811EA, Matsushita, Osaka, Japan)로 5,000rpm에서 30분간 균질화한 후 분무건조기(KL-8, Seogang, Cheonan, Korea)를 이용하여 수행하였다. 이때 분무건조기 작동조건으로 투입구 온도 160℃, 배출구 온도 105℃를 각각 적용하였다.
- 입자크기는 시료를 isopropyl alcohol에 분산시켜 입도분석기(LS13 320, Beckman Coulter, Fullerton, CA, USA)를 이용하여 측정하였다.
- 수용해도지수(water solubility index, WSI)는 Phillips의 방법(25)으로 측정하였다. 즉, 시료 0.5 g에 증류수 30 mL를 잘 혼합하여 25℃에서 1분간 진탕 교반 한 후 3,000 rpm에서 20분간 원심분리 하여 얻은 상등액의 고형분 함량을 상압가열건조법으로 구하여 다음 식으로 WSI를 계산하였다. WSI(%)=(상등액 고형분량/시료량)×100.
- 클로로필 함량은 AOAC법(26)으로 측정하였다. 즉, 시료 1 g에 85% 아세톤 50 mL을 가하여 추출한 후 추출액을 spectrophotometer(Optizen 2120, Mecasys Co., Daejeon, Korea)를 이용하여 660.0 nm와 642.5 nm에서 흡광도를 측정하고 다음 식으로 정량하였다. 클로로필 a(μg/mL)=9.
- 관능평가는 식품공학과 대학생을 대상으로 부추 분말의 관능적 품질특징과 평가방법을 설명하고 30명을 평가원으로 선발하여 실시하였다. 평가시 시료 1 g과 설탕 2 g을 80℃증류수 100 mL에 녹인 후 임의의 3자리 숫자로 구분하여서 흰색 종이컵에 담아 제시하였으며, 시료의 색, 냄새, 맛 및 종합적 기호도를 9점 척도법(1=extremely dislike, 9=extremely like)으로 평가하였다.
대상 데이터
- 관능평가는 식품공학과 대학생을 대상으로 부추 분말의 관능적 품질특징과 평가방법을 설명하고 30명을 평가원으로 선발하여 실시하였다. 평가시 시료 1 g과 설탕 2 g을 80℃증류수 100 mL에 녹인 후 임의의 3자리 숫자로 구분하여서 흰색 종이컵에 담아 제시하였으며, 시료의 색, 냄새, 맛 및 종합적 기호도를 9점 척도법(1=extremely dislike, 9=extremely like)으로 평가하였다.
- 실험용 부추(Allium tuberosum)는 2014년 8월에 울산광역시 북구 상안동 소재 농장에서 재배, 수확한 “그린벨트” 품종을 공급받아 사용하였다.
데이터처리
- 3)Means±SD (n=3) in a column followed by same letter are not significantly different by Duncan's multiple range test (p<0.05).
- 실험결과는 3회 반복실험의 평균±표준편차로 나타내었고, IBM SPSS statistics(20, IBM Corp., Armonk, NY, USA)를 이용하여 분산분석과 Duncan's multiple range test(α=0.05)를 실시하였다.
이론/모형
- 비타민 C 함량은 2,4-dinitrophenyl hydrazine(DNP)법을 이용하여 측정하였다. 즉, 시료 일정량에 5% metaphosphoric acid를 가하고 마쇄한 후 5,000 rpm에서 10분간 원심분리한 다음 얻은 상등액을 시료액으로 하였다.
- 수분함량은 105℃ 상압가열건조법으로 측정하였다. 수용해도지수(water solubility index, WSI)는 Phillips의 방법(25)으로 측정하였다.
- 수분함량은 105℃ 상압가열건조법으로 측정하였다. 수용해도지수(water solubility index, WSI)는 Phillips의 방법(25)으로 측정하였다. 즉, 시료 0.
- 총페놀 함량은 시료 2 g에 증류수 98 mL 가하고 진탕, 여과한 후 추출 시료액을 취해 Folin-Ciocalteu의 방법(27)으로 측정하였다. 즉, 시료액 5 mL에 Folin-Ciocalteu reagent 5 mL를 가하고 3분간 정치한 다음 10% Na2CO3 용액 5mL를 가하였다.
- 클로로필 함량은 AOAC법(26)으로 측정하였다. 즉, 시료 1 g에 85% 아세톤 50 mL을 가하여 추출한 후 추출액을 spectrophotometer(Optizen 2120, Mecasys Co.
- 항산화능은 1,1-diphenyl-2-picrylhydrazyl(DPPH) radical scavenging activity을 Blois의 방법(28)으로 측정하여 나타내었다. 즉, 시료 2 g에 증류수 98 mL 가하고 진탕, 여과한 후 얻은 시료액 0.
성능/효과
- Color와 smell에 대한 기호도는 증숙처리구가 무처리구 보다 유의적으로 좋게 평가되었으며, 분무건조시 부형제인 β-cyclodextrin 첨가구와 dextrin 첨가구간에는 뚜렷한 기호도 점수 차이를 보이지 않았다.
- DPPH 유리기 소거능은 증숙처리구보다 무처리구에서 다소 높은 수준을 보였으며 특히, 무처리구에서 부형제로 β-cyclodextrin을 첨가한 분말에서 유의적으로 가장 높은 항산화능을 보였다.
- DPPH 유리기 소거능은 증숙처리에 의해 낮아지며 무처리 구에서는 β-cyclodextrin 첨가구가 다소 높은 경향을 보였다.
- Overall acceptability는 color와 smell에 대한 기호도와 유사하게 증숙 처리구가 무처리구 보다 유의적으로 좋게 평가되었으며, 각 처리구에서 β-cyclodextrin 첨가구가 dextrin 첨가구보다 약간 높은 점수를 받았다.
- 녹색도를 나타내는 -a*값은 증숙 처리구가 무처리구보다 유의적으로 낮았으며, 증숙처리구간에는 부형제의 영향을 보이지 않았으나 무처리구간에는 β-cyclodextrin 첨가구가 다소 높은 값을 보였다.
- 명도를 나타내는 L*값은 증숙 처리구가 무처리구보다 유의적으로 높았으며, 증숙 처리구 중에서는 β-cyclodextrin 첨가구가, 무처리구 중에는 dextrin 첨가구가 유의적으로 다소 높은 값을 각각 보였다.
- 부추의 증숙처리는 착즙액 분무건조 분말의 L*값은 높게 하였지만 -a*값, b*값, C*값, ho값은 낮게 하는 효과를 보였다. 분말의 수분함량과 수용성지수는 증숙처리와 부형제의 영향을 받지 않았지만, 입자크기는 증숙처리와 dextrin 첨가구에서 가장 적은 것으로 나타났다. 분말의 클로로필, 총페놀, 비타민 C 함량은 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높은 수준을 보였으나 부형제 종류별로는 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 분말의 수분함량과 수용성지수는 증숙처리와 부형제의 영향을 받지 않았지만, 입자크기는 증숙처리와 dextrin 첨가구에서 가장 적은 것으로 나타났다. 분말의 클로로필, 총페놀, 비타민 C 함량은 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높은 수준을 보였으나 부형제 종류별로는 유의적인 차이를 보이지 않았다. DPPH 유리기 소거능은 증숙처리에 의해 낮아지며 무처리 구에서는 β-cyclodextrin 첨가구가 다소 높은 경향을 보였다.
- 비타민 C 함량은 무처리구가 증숙 처리구보다 유의적으로 높았으며, 분무 건조시 첨가한 부형제인 dextrin과 β-cyclodextrin 첨가구간에는 유의적인 차이를 보이지 않았다.
- 증숙 유무와 부형제 종류에 따른 부추 착즙액 분무건조분말의 수분 함량, 수용해도 지수 및 입자크기를 측정한 결과는 Table 2에 나타내었다. 수분함량은 착즙 전 증숙유무와 분무건조시 첨가 부형제이 종류에 따른 유의적인 차이를 보이지 않고 약 5.5%를 나타내었다. 이로써 본 연구에서 적용한 증숙 조건과 부형제 종류는 착즙액 분무건조 분말의 수분함량에 영향을 미치지 않음이 확인되었고, 이와 유사한 결과가 곰취 착즙액의 분무건조 분말의 경우에서도 보고(24)된 바 있다.
- 이로써 본 연구에서 적용한 증숙 조건과 부형제 종류는 착즙액 분무건조 분말의 수분함량에 영향을 미치지 않음이 확인되었고, 이와 유사한 결과가 곰취 착즙액의 분무건조 분말의 경우에서도 보고(24)된 바 있다. 수용해도 지수는 증숙 처리구가 무처리구보다 약간 높은 경향이었으나 유의적인 차이는 보이지 않았다. 수용해도는 가용성 분말의 중요한 품질특성이며, 조직구조, 입자크기, 부형제 결합력 등에 영향을 받는 것으로 알려져 있으며, 곰취의 경우에도 열수 데치기 처리에 의해 증가했다는 보고(24)가 있다.
- 이로써 부추 착즙액 분무건조분말의 입자크기는 dextrin을 부형제로 첨가할 경우는 증숙 처리에 의해 작아지지만 β-cyclodextrin을 부형제로 첨가할 경우는 증숙처리의 영향을 거의 받지 않는 것으로 확인되었다.
- 증숙처리구의 관능적 색, 냄새, 종합 기호도는 무증숙처리구보다 유의적으로 높게 평가되었으며 부형제의 영향은 크게 보이지 않았다. 이로써 부추 착즙액의 분무건조 분말의 품질은 착즙 전 증숙처리의 영향을 크게 받는 것으로 확인되었고, 부추 고유의 이화학적 품질 특성유지에는 무처리가, 관능적 기호도를 고려할 경우에는 증숙처리가 유효한 방법으로 판단되었다.
- 색상을 나타내는 ho값은 증숙 처리구가 무처리구 보다 낮은 값을 나타내었다. 이로써 증숙 전처리는 부추 착즙액 분무건조 분말의 명도는 높아지게 하지만 녹색도, 황색도, 채도 및 색상은 낮아지게 하는 효과를 가지는 것으로 확인되었다.
- 총페놀 함량은 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높게 나타났으며, 각 처리구에서 부형제 종류별 유의적인 차이는 보이지 않았다. 이로써 착즙액 분무건조 분말의 총페놀 함량은 착즙 전 증숙 처리에 의해 감소되는 것으로 확인되었다. 한편, 참취의 경우에는 열수 데치기 온도가 높아질수록 총페놀 함량의 감소가 심한 것으로 알려져 있으며(29), 반면에 곰취 착즙액 분무건조분말의 경우는 염수 데치기에 의해 총페놀 함량이 증가되었다고 보고(24)된 바 있다.
- 이상의 모든 결과를 종합해 보면, 부추의 착즙 전 증숙처리는 착즙액 분무건조 분말의 명도와 관능적 기호도는 높게 하지만, 녹색도, 입자크기, 클로로필 함량, 총페놀 함량, 비타민 C 함량 및 항산화능 등은 저하시키는 유의적인 효과를 가지는 것으로 확인되었다. 따라서 부추 착즙액 가용성 분말의 용도에 맞게 증숙 처리 유무를 결정해야 할 것으로 생각된다.
- DPPH 유리기 소거능은 증숙처리에 의해 낮아지며 무처리 구에서는 β-cyclodextrin 첨가구가 다소 높은 경향을 보였다. 증숙처리구의 관능적 색, 냄새, 종합 기호도는 무증숙처리구보다 유의적으로 높게 평가되었으며 부형제의 영향은 크게 보이지 않았다. 이로써 부추 착즙액의 분무건조 분말의 품질은 착즙 전 증숙처리의 영향을 크게 받는 것으로 확인되었고, 부추 고유의 이화학적 품질 특성유지에는 무처리가, 관능적 기호도를 고려할 경우에는 증숙처리가 유효한 방법으로 판단되었다.
- 증숙 유무와 부형제 종류에 따른 부추 착즙액 분무건조분말의 총페놀과 비타민 C 함량을 측정한 결과는 Table 4에 나타낸 바와 같다. 총페놀 함량은 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높게 나타났으며, 각 처리구에서 부형제 종류별 유의적인 차이는 보이지 않았다. 이로써 착즙액 분무건조 분말의 총페놀 함량은 착즙 전 증숙 처리에 의해 감소되는 것으로 확인되었다.
- 증숙 유무와 부형제 종류에 따른 부추 착즙액 분무건조 분말의 녹색 색소인 클로로필 함량을 측정한 결과는 Table 3에 나타내었다. 클로로필 a와 클로로필 b 함량 모두 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높았으며, 첨가 부형제 종류별로는 유의적인 차이를 보이지 않았다. 무처리구에서는 클로로필 a 함량이 b 함량보다 약 2배 정도 높았으나 증숙 처리구에서는 오히려 클로로필 b 함량이 약간 높은 경향을 보였다.
- 황색도를 나타내는 b*값과 채도를 나타내는 C*값은 증숙 처리구보다 무처리구에서 유의적으로 높았으며 두 가지 처리구 모두에서 dextrin 첨가구보다 β-cyclodextrin 첨가구에서 유의적으로 높은 값을 보였다.
후속연구
- 액상을 분말화시키는 기술로는 산업적으로 범용되고 있는 방법인 액상원료에 부형제를 첨가혼합하고 열풍 속으로 분무시켜 건조 고형화 시키는 방법(spray drying, 분무건조)이 유용할 것으로 보이며(20), 이는 액상원료인 대추 추출물(21), 아보카도 오일(22), 현미 녹차액(23) 및 곰취 착즙액(24) 등의 분말화에 적용한 보고가 있다. 상기한 증숙과 분무건조 공정의 효과는 원료 및 제품의 종류와 품질기준 등에 따라 좌우되므로 적용에 앞서 적용성 검정과 적합 조건 설정을 위한 연구가 선행되어야 한다.
- 부추의 고부가가치화와 활용을 위한 연구로는, 부추의 한국식품저장유통학회지 386 제22권 제3호(2015) 품종과 수확시기 및 건조온도에 따른 이화학적 특성 조사(4,8,9)와 부추를 첨가한 식빵(10), 국수(11), 설기떡(12), 머핀(13), 냉동면(14), 쿠키(15), 스폰지 케이크(16) 등의 제조에 관한 것이 수행된 바 있다. 이러한 부추 활용연구는 부추 전체를 분말화하여 다양한 식품 제조에 있어 첨가효과를 검토한 것이며 앞으로도 여러 분야에서 부추 첨가효과에 관한 연구가 확대될 것으로 기대된다. 그러나 부추 전체가 아닌 주스와 추출물과 같은 가용성 성분의 분말화와 응용에 관한 연구는 거의 찾아 볼 수 없는 실정이다.
- 부추는 예전부터 한의학과 민간요법에서 다양한 약효를 가지는 것으로 알려져 있으며(2), 최근 들어서는 부추의 항산화 작용(3), 항미생물 작용(4), 항암 작용(5), 간기능 개선 작용(6) 및 콜레스테롤 저하 작용(7) 등으로 인해 피로회복 효과, 식욕증진 효과, 혈류개선 효과, 감염병 예방 효과, 암 예방 및 억제 효과 등의 건강 기능성을 가지는 것으로 과학적으로 규명되고 있다. 이를 계기로 부추 가치의 재인식과 건강 기능성과 기호성을 가진 다양한 가공 제품의 개발과 공급이 따른 다면 소비가 더욱 확대될 것으로 기대된다.
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