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문제 정의
- 설탕을 완전히 소비톨로 대체하였을 때 관능적 특성에서 대조군과 유의적 차이가 없었다는 보고도 있으나(14), 소비톨을 많이 섭취하는 경우 위장관에 불편함을 줄 수 있다는 보고도 있다(16). 따라서 본 연구에서는 포화지방함량이 적은 시폰 케이크를 모델로, 설탕을 대체하는 소비톨 첨가량을 달리하여 케이크를 제조하고 이를 실온과 냉장온도 에서 각각 보관하면서 반죽과 케이크의 이화학적 및 저장 중의 품질 특성을 측정함으로써 소비톨의 적정 설탕대체 비율을 알아보고, 이를 통해 저열량 케이크를 제조하고자 하였다.
제안 방법
- 1 SB-0, SB-30, SB-50, SB-70 and SB-100 mean the cake containing 0, 30, 50, 70 and 100% sorbitol as sugar replacement, respectively.
- 구운 케이크를 실온에서 40분간 식힌 뒤, 종자치환법을 이용하여 케이크의 부피를 3회 반복 측정하였다
- 본 연구는 설탕을 소비톨로 대체하여 저장성을 높인 저열량 시폰 케이크를 만들고자, 전체 설탕 함량 중 소비톨을 0, 30, 50, 70, 100%로 대체하여 시폰 케이크를 제조하고, 가장 적합한 소비톨 대체량을 제시하였다. 케익 반죽에 소비톨 첨가량이 증가할수록 비중은 낮아지고, 점도는 감소하였다.
- 소비톨 첨가 케이크 제조를 위한 재료 배합비는 Table 1과 같다. 소비톨 대체량은 대조군의 설탕함량을 기준으로 0, 30, 50, 70, 100%가 되도록 하였다. 먼저, 난황과 콩기름을 반죽기 (KMC550, Kenwood, Warford, UK)에 넣어 6단에서 1분간 섞은 후 총 설탕량의 절반만 첨가하여 2분간 섞어주고 나머지 양의 설탕을 넣고 다시 2분간 섞은 뒤 물을 넣고 2분 30초동안 혼합하였다.
- 시료를 일정한 크기(15×15×15 mm)로 자른 후 Texture Analyzer (TA-XT2, Stable Micro Systems, England UK)를 이용하여 측정 하였다.
- 시폰 케이크를 2×7 cm씩 절단하여 동결건조 한 후 탄소 코팅된 copper grids 상에 얇게 펴고, 백금코팅을 한 후, Environmental Scanning Electron Microscopy (E-SEM, XL-30 FEG, FEI Co., Eindhoven, Netherlands)를 이용하여 15 kV의 가속전압 조건에서 측정하였다.
- 케이크 제조 당일과 실온(25℃) 저장 5, 7일째, 그리고 냉장(8℃)저장 7일째의 시료를 카메라를 이용해 촬영하였다.
- 51명의 패널들을 대상으로 5점 척도법(5, 매우좋다; 1, 매우 싫다)을 이용하여 실시하였다. 케이크를 구운 후 1시간 식힌 뒤 동일한 크기로 자른 5가지 시료를 패널들에게 제공하고 전반적인 기호도, 외관(기공모양과 분포), 맛(당도), 부드러움, 촉촉함의 총 5가지 항목을 평가하도록 하였다.
- 케이크의 중심부를 15×15×15 (mm)로 절단하여 무게를 잰 뒤, 125℃로 가열된 건조오븐(Drying oven, C-DO, Chang Shin Scientific Co., Gyeonggi, Korea)에서 완전히 건조 후 무게의 차이로 계산하였다.
대상 데이터
- , Seoul, Korea)은 마켓에서 구입하였다. 본 연구에 사용된 소비톨은 삼양제넥스(Samyang Genex Co.)에서 기증받아 사용하였다.
- 시폰 케이크 제조를 위해 필요한 재료인 밀가루(CJ Cheiljedang Corp., Seoul, Korea), 베이킹파우더(Jenico Co., Seoul, Korea), 계란(Irefarm Co., Daejeon, Korea), 콩기름(CJ Cheiljedang Corp.), 타타르산(Namyung Co., Seoul, Korea), 설탕(Samyang Genex Co., Seoul, Korea)은 마켓에서 구입하였다. 본 연구에 사용된 소비톨은 삼양제넥스(Samyang Genex Co.
데이터처리
- Means with different superscripts in the same raw are significantly different at p<0.05 by Duncan’s multiple range test.
- 관능검사를 비롯한 모든 실험결과는 SPSS 프로그램(SPSS 12.0 for windows, SPSS Inc.)을 이용하여 분산분석(ANONA)을 실시하였고, 각 측정 평균값간의 유의성은 p<0.05 수준으로 Duncan의 다중범위 시험법으로 처리하였다.
이론/모형
- 51명의 패널들을 대상으로 5점 척도법(5, 매우좋다; 1, 매우 싫다)을 이용하여 실시하였다. 케이크를 구운 후 1시간 식힌 뒤 동일한 크기로 자른 5가지 시료를 패널들에게 제공하고 전반적인 기호도, 외관(기공모양과 분포), 맛(당도), 부드러움, 촉촉함의 총 5가지 항목을 평가하도록 하였다.
- , Tokyo, Japan)로 1분간 혼합하였다. 무균 상태로 1 mL을 취하여 생리식염수로 단계 희석하고 표준한천배지에 36.5℃에서 24시간 배양 후 발생한 세균 집락수를 계수한 표준평판배양법을 사용하였다.
성능/효과
- 저장 중 시폰 케이크의 외부를 관찰한 결과, 냉장보관 케이크에서는 저장 15일까지 곰팡이가 발견되지 않았으나, 실온저장 5일차에는 100% 소비톨 대체군을 제외한 모두 시료에서 곰팡이가 발견되었으며, 저장 7일차에는 모든 시료에서 곰팡이가 발견되었다. 곰팡이의 양은 대조군에서 가장 많았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 현저히 줄었다. 저장 기간에 따른 생균수 집락수 결과, 냉장온도에서는 저장 7일까지 모든 시료에서 균수가 검출되지 않았으며 실온에서 보관 시에도 2일까지는 무의미한 생균수 집락수가 계수되었다.
- 저장 3일째부터 총 균수는 유의적으로 증가하였으며 저장 4일째는 소비톨 70% 와 100% 대체군, 저장 5일째는 100% 대체군만 안전한 계수 수준을 보였다. 관능검사 결과 대조군과 소비톨 30, 70% 대체군은 전반적 기호도 뿐 아니라 모든 항목에서 가장 높은 평가를 받았다. 이상의 모든 결과를 종합해 보았을 때, 소비톨 70%를 첨가 하여 제조한 시폰 케이크는 열량 감소 효과뿐만 아니라 품질 특성 및 관능적 특성에서도 높은 선호도를 얻었고, 저장성 향상 효과도 크게 나타나 시폰 케이크 제조 시 가장 적합한 설탕 대체량으로 판단된다.
- 굽기손실률에서 대조군과 소비톨 30% 또는 50% 대체군 간에는 유의적인 차이가 없었으나, 70% 이상 대체군에서는 유의적으로 증가 하였다(p<0.05).
- 부드러운 정도와 촉촉한 정도는 시료간 유의적 차이를 보이지 않았다. 기계적 조직감 측정결과에서는 소비톨 첨가량이 많아 질수록 경도가 감소하는 것으로 나타났으며 특히, 대조군과 소비톨 100% 대체군에서 유의적 차이가 있었으나, 이는 관능검사에 서는 나타나지 않는 정도의 차이라고 볼 수 있다.
- 04)은 유의적으로 낮게 평가되었다. 단면의 외관은 소비톨과 설탕을 함께 사용한 케이크에서 상대적으로 높은 점수를 얻었고, 설탕만 사용한 대조군(4.10)과 소비톨만 사용한군(SB100, 3.94)은 가장 낮은 값을 보였다. 맛(당도)는 대조군 케이크가 4.
- 대조군 반죽의 점도는 10137.8 cP로, 소비톨의 설탕대체비율이 증가할수록 점도는 유의적으로 감소하는 경향을 보였다. 케이크의 반죽은 충분한 점도를 유지하고 있어야 포집한 공기가 빠져나가거나, 굽는 초반에 손실되는 것을 막을 수 있다(20).
- 2와 같다. 대조군 케이크의 내부 단면은 기공이 크고 기공 사이가 단단하면서도 부드러워 보이는 반면, 소비톨 첨가량이 많아질수록 케이크의 내부 단면은 기공크기가 작고, 내부의 균일도가 감소하는 경향을 보였다. 이런 단면특성이 조직감 등에 영향을 미치는 것으로 생각된다.
- 94)은 가장 낮은 값을 보였다. 맛(당도)는 대조군 케이크가 4.96였으며, 소비톨 70% 첨가까지 유의적 차이가 없었으나, 소비톨 100% 대체군 케이크는 3.57로 유의적으로 낮은 값을 나타내었다. 소비톨은 설탕에 비해 60-70% 정도에 미치는 당도를 가지고 있는데 설탕과 혼합한 경우 이러한 당도차이가 잘 느껴지지 않으나, 100% 대체된 경우는 감지가 되는 것으로 보인다.
- 7 mL), 소비톨의 첨가량이 증가할수록 부피는 감소하는 경향을 보였다. 본 실험에서 소비톨 100% 대체군의 경우, 비중은 가장 낮아 공기 포집은 강했으나 점도가 대조군의 1/2 수준으로 감소해 반죽 내 형성된 기포가 표면으로 쉽게 이동하면서 기포안정성이 감소하였기 때문에 대조군에 비해 약 16% 부피의 감소를 보였다. Ronda 등(23) 의 연구에서도 자일리톨, 소비톨 등의 당알코올 첨가 케이크는 설탕을 첨가한 대조군보다 부피가 감소하였다고 보고한 바 있고, Baeva 등(24)은 설탕과 소비톨의 열전도율의 차이로 인해 열과 수분의 교환공정이 달라지기 때문에 설탕이 소비톨로 대체될 경우 스펀지 케이크(sponge cake)의 부피와 내부의 기공성이 감소하였다고 설명한 바 있다.
- 케이크의 반죽은 충분한 점도를 유지하고 있어야 포집한 공기가 빠져나가거나, 굽는 초반에 손실되는 것을 막을 수 있다(20). 본 연구 에서 대조군 반죽의 점도가 가장 높았고, 이는 반죽을 구운 후 대조군의 부피가 가장 크고 굽기손실률이 낮은 이유로 설명할 수있다.
- 케이크 반죽 내 설탕은 호화를 지연시켜 케이크의 모양이 완성되기 전에 이산화탄소와 물에 의해 공기방울이 확장되면서 부피가 증가하는 결과를 가져오므로(20) 반죽의 비중이 낮고, 점도가 높을수록 부피는 커지게 된다(22). 본 연구에서 대조군 케이크의 부피가 가장 컸으며(378.7 mL), 소비톨의 첨가량이 증가할수록 부피는 감소하는 경향을 보였다. 본 실험에서 소비톨 100% 대체군의 경우, 비중은 가장 낮아 공기 포집은 강했으나 점도가 대조군의 1/2 수준으로 감소해 반죽 내 형성된 기포가 표면으로 쉽게 이동하면서 기포안정성이 감소하였기 때문에 대조군에 비해 약 16% 부피의 감소를 보였다.
- 특히 소비톨과 설탕을 동량 사용한 경우(SB 50) 유의적으로 가장 낮게 측정되었다. 상온저장한 시료들은 저장 기간에 따른 응집성의 큰 차이가 없었으나, 냉장 저장 1일째에는 감소하는 경향을 보였고, 이후 3일째까지는 거의 변화가 없었다. 케이크의 응집성은 분자량이나 흡습성의 차이가 있는 설탕과 소비톨이 잘 섞이지 않고 반죽에 서로 다른 영향을 주었기 때문에 두 감미료가 혼합 사용된 케이크에서 더 낮은 값을 보인 것으로 생각된다.
- 소비톨 첨가량을 달리한 시폰 반죽의 물리적 특성은 Table 2 와 같다. 설탕 100%로 제조된 대조군 반죽의 비중은 0.44로 소비톨 30% 대체군과 유의적 차이가 없었으나, 소비톨 대체량이 50% 이상인 반죽의 비중은 대조군에 비해 유의적으로 감소하였다. 반죽의 비중은 공기를 보유하는 능력을 의미하는 것으로(17), 비중이 낮다는 것은 반죽하는 동안 더 많은 공기를 더 많이 함유하고 있음을 의미한다(18).
- 케이크의 저장기간에 따른 총 균수 생장 결과는 Fig 4와 같다. 시폰 케이크를 냉장온도(8℃)에서 보관하는 경우, 7일까지는 보관한 모든 시료에서는 균수가 전혀 검출되지 않았으며, 대조군과 소비톨 대체군 모두 신선도와 보존성이 오래 지속됨을 확인하였다. 실온(25℃)에서는 0일부터 2일째까지는 모든 시료에서 무의미한 집락수가 계수되었고, 실온 저장 3일째부터 0.
- 이는 굽기 손실률과 구운 후의 케이크 부피에 영향을 미쳐, 대조군의 굽기 손실률이 낮고, 부피는 큰 것으로 측정되었고, 소비톨 함량이 증가할수록 굽기 손실률은 증가하고 부피는 감소하였다. 시폰 케이크를 실온 (25℃)과 냉장(8℃) 온도에서 3일간 보관하면서 조직감을 측정한 결과 제조당일의 경도는 대조군에서 가장 높았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 점차 감소하였다. 저장시간이 길어질수록 시료간 경도의 차이는 감소하였으며, 저장일수의 증가에 따른 경도의 변화는 적었다.
- 시폰 케이크의 내부 단면을 관찰한 결과 대조군은 내부의 기공이 크고 부드러운 내면을 보였으나, 소비톨 첨가량이 증가할수록 기공이 작고 조밀한 결과를 보였다. 저장 중 시폰 케이크의 외부를 관찰한 결과, 냉장보관 케이크에서는 저장 15일까지 곰팡이가 발견되지 않았으나, 실온저장 5일차에는 100% 소비톨 대체군을 제외한 모두 시료에서 곰팡이가 발견되었으며, 저장 7일차에는 모든 시료에서 곰팡이가 발견되었다.
- 실온(25℃)에서는 0일부터 2일째까지는 모든 시료에서 무의미한 집락수가 계수되었고, 실온 저장 3일째부터 0.13-0.47×105 CFU/g의 균수가 검출되었으나, 시료간 유의적인 차이는 없었다.
- 실온저장 4일 째, 대조군이 1.98×105의 균수를 나타냈으며, 30과 50% 대체군에서는 1.39-1.55×105의 수를 보였으나 두 시료간 유의적 차이는 없었다.
- 케익 반죽에 소비톨 첨가량이 증가할수록 비중은 낮아지고, 점도는 감소하였다. 이는 굽기 손실률과 구운 후의 케이크 부피에 영향을 미쳐, 대조군의 굽기 손실률이 낮고, 부피는 큰 것으로 측정되었고, 소비톨 함량이 증가할수록 굽기 손실률은 증가하고 부피는 감소하였다. 시폰 케이크를 실온 (25℃)과 냉장(8℃) 온도에서 3일간 보관하면서 조직감을 측정한 결과 제조당일의 경도는 대조군에서 가장 높았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 점차 감소하였다.
- 관능검사 결과 대조군과 소비톨 30, 70% 대체군은 전반적 기호도 뿐 아니라 모든 항목에서 가장 높은 평가를 받았다. 이상의 모든 결과를 종합해 보았을 때, 소비톨 70%를 첨가 하여 제조한 시폰 케이크는 열량 감소 효과뿐만 아니라 품질 특성 및 관능적 특성에서도 높은 선호도를 얻었고, 저장성 향상 효과도 크게 나타나 시폰 케이크 제조 시 가장 적합한 설탕 대체량으로 판단된다.
- 저장 기간에 따른 생균수 집락수 결과, 냉장온도에서는 저장 7일까지 모든 시료에서 균수가 검출되지 않았으며 실온에서 보관 시에도 2일까지는 무의미한 생균수 집락수가 계수되었다. 저장 3일째부터 총 균수는 유의적으로 증가하였으며 저장 4일째는 소비톨 70% 와 100% 대체군, 저장 5일째는 100% 대체군만 안전한 계수 수준을 보였다. 관능검사 결과 대조군과 소비톨 30, 70% 대체군은 전반적 기호도 뿐 아니라 모든 항목에서 가장 높은 평가를 받았다.
- 제조 후, 2일 까지는 실온과 냉장 저장한 모든 시료에서 곰팡이가 발견되지 않았으나, 3일째에는 실온 저장한 대조군에서만 곰팡이가 생겼고, 실온저장 5일째는 대조군과 소비톨 30% 대체군 케이크 에서는 다수의 곰팡이가, 그리고 50%와 70% 대체군에서는 소수의 곰팡이가 발견되었다. 저장 7일째에는 실온 저장한 모든 시료들에서 곰팡이가 나타났으나, 육안으로도 곰팡이에 뒤덮여 있는 대조군 케이크에 비해 소비톨 대체량이 증가할수록 곰팡이의 수는 현저하게 줄어 소비톨 100% 대체군에서는 매우 적은 수의 곰팡이만 관찰되었다. 냉장 저장한 시폰 케이크에서는 저장 7일째까지도 곰팡이가 전혀 발견되지 않았으며, 15일째까지 추가 저장을 해보았으나, 곰팡이는 발견되지 않았다.
- 곰팡이의 양은 대조군에서 가장 많았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 현저히 줄었다. 저장 기간에 따른 생균수 집락수 결과, 냉장온도에서는 저장 7일까지 모든 시료에서 균수가 검출되지 않았으며 실온에서 보관 시에도 2일까지는 무의미한 생균수 집락수가 계수되었다. 저장 3일째부터 총 균수는 유의적으로 증가하였으며 저장 4일째는 소비톨 70% 와 100% 대체군, 저장 5일째는 100% 대체군만 안전한 계수 수준을 보였다.
- 시폰 케이크의 내부 단면을 관찰한 결과 대조군은 내부의 기공이 크고 부드러운 내면을 보였으나, 소비톨 첨가량이 증가할수록 기공이 작고 조밀한 결과를 보였다. 저장 중 시폰 케이크의 외부를 관찰한 결과, 냉장보관 케이크에서는 저장 15일까지 곰팡이가 발견되지 않았으나, 실온저장 5일차에는 100% 소비톨 대체군을 제외한 모두 시료에서 곰팡이가 발견되었으며, 저장 7일차에는 모든 시료에서 곰팡이가 발견되었다. 곰팡이의 양은 대조군에서 가장 많았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 현저히 줄었다.
- 즉, 설탕은 소비톨에 비해 굽기 과정 중 기공이 팽창한 형태를 유지하는 힘이 강하고 내부 조직구조를 균일하고 탄탄하게 지탱하기 때문에 대조군 케이크가 더 높은 경도를 갖게 된 것으로 생각된다. 저장기간에 따른 경도의 차이를 보면 대조군과 30% 대체군은 상온에서 3일 저장까지 경도의 변화가 거의 없었고, 소비톨 50% 이상 대체군은 저장 1째부터 조금씩 증가하는 경향을 보였으나 저장기간이 길어질수록 시료간 경도의 차이는 점차 감소하였다.
- 시폰 케이크를 실온 (25℃)과 냉장(8℃) 온도에서 3일간 보관하면서 조직감을 측정한 결과 제조당일의 경도는 대조군에서 가장 높았고, 소비톨 대체량이 증가할수록 점차 감소하였다. 저장시간이 길어질수록 시료간 경도의 차이는 감소하였으며, 저장일수의 증가에 따른 경도의 변화는 적었다. 응집성의 경우, 제조당일 시료간에는 차이가 없었고, 저장 1일부터 3일까지 50% 대체군이 가장 낮은 값을 보였다.
- 소비톨 첨가 시폰 케이크에 대한 관능평가 결과는 Table 3과 같다. 전반적인 기호도는 대조군과 소비톨 30%, 70% 대체군 케이크는 4.61-4.90로 높게 나타난 반면, 50% 대체군(4.33)과 소비톨 100% 대체군(4.04)은 유의적으로 낮게 평가되었다. 단면의 외관은 소비톨과 설탕을 함께 사용한 케이크에서 상대적으로 높은 점수를 얻었고, 설탕만 사용한 대조군(4.
- 소비톨 첨가량을 달리하여 시폰 케이크를 제조하고 각각 상온 (25℃)과 냉장온도(8℃)에서 3일간 보관하면서 측정한 경도 결과는 Fig 1의 (A)와 같다. 제조 당일(0일째), 대조군(SB 0)과 소비톨 30% 대체군(SB 30)은 경도에서 유의적 차이가 없었으나, 50% 이상 대체된 경우 대조군에 비해 유의적으로 경도가 낮아졌고, 100% 대체군은 대조군에 비해 30% 정도 경도의 감소를 보였다 (2.49 vs 1.71 N). Martnez-Cervera 등(14)도 머핀 제조 시 설탕을 모두 소비톨로 대체한 시료는 대조군에 비해 경도, 씹힘성, 탄력성 등의 조직감 특성이 모두 감소했다고 보고하였다.
- 3과 같다. 제조 후, 2일 까지는 실온과 냉장 저장한 모든 시료에서 곰팡이가 발견되지 않았으나, 3일째에는 실온 저장한 대조군에서만 곰팡이가 생겼고, 실온저장 5일째는 대조군과 소비톨 30% 대체군 케이크 에서는 다수의 곰팡이가, 그리고 50%와 70% 대체군에서는 소수의 곰팡이가 발견되었다. 저장 7일째에는 실온 저장한 모든 시료들에서 곰팡이가 나타났으나, 육안으로도 곰팡이에 뒤덮여 있는 대조군 케이크에 비해 소비톨 대체량이 증가할수록 곰팡이의 수는 현저하게 줄어 소비톨 100% 대체군에서는 매우 적은 수의 곰팡이만 관찰되었다.
- 즉, 대조군의 균수는 3.48×105로 계수되었고, 30과 50% 첨가군은 각각 4.52와 4.6×105으로 가장 많은 균수를 보였으며, 70% 대체군은 2.52×105, 100% 대체군은 0.9×105의 수로 측정되어, 저장일수가 길어질수록 측정되는 균수는 증가하였고, 소비톨 대체량이 70% 이상일 때 항균효과가 있는 것으로 나타났다.
- 케이크의 수분함량은 소비톨 50% 첨가군까지는 유의적 변화가 없었으나, 70% 첨가군부터 유의적인 감소를 보였고, 이는 굽기 손실률과 반비례 관계를 보였다.
후속연구
- 냉장 저장한 시폰 케이크에서는 저장 7일째까지도 곰팡이가 전혀 발견되지 않았으며, 15일째까지 추가 저장을 해보았으나, 곰팡이는 발견되지 않았다. 본 실험에서 소비톨 대체량이 높아질 수록 곰팡이의 생성이 억제되는 효과가 나타났으며, 이는 특히 상온저장 시 저장성을 향상시킬 수 있을 것으로 기대한다.
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