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문제 정의
- 또한 가공식품 및 외식산업의 발전과 소비자들의 기호가 다양하기 때문에 글루탐산 소다 및 핵산계 조미료 만으로는 미각의 다양화를 꾀하거나 독특한 풍미를 낼 수 없고, 합성조미료는 안정성에 대한 문제의 여지가 있어 천연조미료를 이용하려는 경향이 증가하고 있다. 따라서 본 연구에서는 굴과 굴 자숙액의 가수분해물을 이용하여 천연 조미료의 베이스 생산을 하기 위한 마이얄 반응 최적화 조건을 찾고자 한다.
제안 방법
- 이상의 시료는 모두 brix 38로 동일하게 맞추어 사용하였다. 각각의 시료를 당 종류별로 반응을 시켜 최적 당을 알아보았다. 그 후, 당의 함량별, 반응온도별, 반응시간별 마이얄 반응에 미치는 영향을 알아보기 위하여 앞선 조건들 사이에서 최적의 결과를 낸 반응을 이용하여 다음 단계의 실험을 진행하였다.
- 갈변도와 pyrazine 함량의 측정은 Morale (2001)과 Lertittikul et al. (2007)의 방법을 변형하여 측정하였다[13, 15]. 반응액은 냉각한 다음 여과하여 측정 파장의 범위 내에서 흡광도를 측정할 수 있도록 희석하였다.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 1%의 xylose를 첨가한 후 100℃에서 각 시간별(1시간, 2시간, 4시간, 6시간, 8시간)로 마이얄 반응을 하였다. 반응 온도별로 갈변도를 살펴본 결과, 굴 자숙액 가수분해물의 경우 1시간 반응시 control과 거의 차이를 보이지 않았으며 이후 8시간까지 조금씩 흡광도가 증가하는 경향을 나타내었다.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 1%의 xylose를 첨가한 후 각 반응 온도별(60℃, 80℃, 100℃, 120℃)로 2시간 동안 마이얄 반응을 하였다. 반응온도별로 갈색 색소의 측정 파장인 420 nm에서 갈변도를 살펴본 결과, 굴자숙액 가수분해물의 경우 반응온도 60℃-80℃에서 control과 흡광도의 차이가 거의 없으나, 100℃에서 갈변의 정도가 확실히 나타났다.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 xylose의 함량을 달리하여(0.5%, 1%, 3%, 5%, 10%) 첨가한 후 100℃에서 2시간 동안 마이얄 반응을 하였다. 반응의 정도는 xylose의 첨가량별로 흡광도의 변화로 나타낸 것이 Fig.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 각 환원당 별로 1%의 양을 첨가한 후 100℃에서 2시간 동안 반응을 하였다. 각 환원당 별로 갈색색소가 나타나는 파장인 420 nm에서 갈변도를 살펴본 결과를 Fig.
- 마이얄 반응을 위한 베이스로는 굴 효소가수분해물, 굴 자숙액 효소가수분해물, 굴 효소가수분해물 및 굴 자숙액 혼합물을 사용하였다. 굴 자숙액 효소 가수분해물과 굴 효소 가수분해물의 경우는 위의 조건대로 반응시킨 것을 사용하였으며, 굴 자숙액과 굴 혼합액은 굴 자숙액 가수분해물과 굴 엑 가수분해물을 1:1로 혼합하여 사용하였다. 이상의 시료는 모두 brix 38로 동일하게 맞추어 사용하였다.
- , Denmark)를 이용하였다. 굴과 굴 자숙액을 가수분해하기 위하여 각 시료에 동량의 증류수를 가하여 균질화한 후 효소를 주입하였다. 효소의 활성을 최대화시키기 위하여 회사에서 제공한 조건과 효소의 기원은 Table 1과 같다.
- 각각의 시료를 당 종류별로 반응을 시켜 최적 당을 알아보았다. 그 후, 당의 함량별, 반응온도별, 반응시간별 마이얄 반응에 미치는 영향을 알아보기 위하여 앞선 조건들 사이에서 최적의 결과를 낸 반응을 이용하여 다음 단계의 실험을 진행하였다. 그 조건은 Table 2에서 나타내었다.
- 효소의 활성을 최대화시키기 위하여 회사에서 제공한 조건과 효소의 기원은 Table 1과 같다. 효소 반응을 위해서 필요한 조건은 제시된 최적의 조건을 이용하였고, 가수분해도를 이용하여 판단한 결과 굴은 6시간 동안 protamex로 반응시켜 가수분해물을 얻었고, 굴 자숙액의 경우에는 protamex와 2시간 동안 반응시켜 가수분해물을 얻었다. 이 가수분해물은 냉장고(4℃)에 보관하여 두고 실험에 사용하였다.
대상 데이터
- 굴 혼합액은 경남 거제 소재의 대일수산(주)에서 구입한 굴과 삼덕수산(주)에서 구입한 굴 자숙액을 이용하여 최적의 조건으로 효소 가수분해하였다. 효소는 상업 단백질분해 Pratamex MG (이후 Pratamex로 명명, Novonordisk Bioindustrials, Inc.
- 마이얄 반응을 위한 베이스로는 굴 효소가수분해물, 굴 자숙액 효소가수분해물, 굴 효소가수분해물 및 굴 자숙액 혼합물을 사용하였다.
- 굴 혼합액은 경남 거제 소재의 대일수산(주)에서 구입한 굴과 삼덕수산(주)에서 구입한 굴 자숙액을 이용하여 최적의 조건으로 효소 가수분해하였다. 효소는 상업 단백질분해 Pratamex MG (이후 Pratamex로 명명, Novonordisk Bioindustrials, Inc., Denmark)를 이용하였다. 굴과 굴 자숙액을 가수분해하기 위하여 각 시료에 동량의 증류수를 가하여 균질화한 후 효소를 주입하였다.
성능/효과
- xylose를 이용하여 마이얄 반응을 시킨 것이 다른 환원당으로 반응 시킨 것에 비해 그 함량이 전반적으로 높았으며, 다음으로 fructose와의 반응물, glucose 반응물 순이었다. Xylose와 fructose의 경우 거의 비슷하게 나타내고는 있지만 굴과 굴 자숙액을 혼합하여 사용한 경우에 있어서는 유의적 차이를 보이며, xylose로 반응 시킨 것이 pyrazine의 함량이 높았다. 또한 glucose 반응물의 경우 마이얄 반응을 하지 않은 control과 흡광도의 차이가 거의 없어 마이얄 반응이 거의 일어나지 않은 것으로 추정되었으며, 이상의 갈변도 및 pyrazine의 흡광도 변화 결과로 미루어 보아 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응에 가장 적합한 환원당으로는 xylose를 사용하는 것이 가장 적절하리라 판단되었으며, 다음 실험의 환원당으로는 xylose를 사용하여 진행하였다.
- xylose를 첨가하여 마이얄 반응을 시킨 것이 다른 환원당으로 반응시킨 것에 비해 갈변도가 훨씬 높았으며, 다음으로 fructose, glucose 순이었다. fructose와의 반응물의 경우 굴 자숙액 가수분해물과 굴 혼합액에서는 glucose 반응물과 큰 차이는 없었으나, 굴 가수분해물의 경우 흡광도가 크게 올라가는 경향을 보였다. 특히 glucose 반응물의 경우 반응을 하지 않은 control과의 큰 차이가 없어 마이얄 반응이 거의 일어나지 않은 것으로 추정되었다.
- 2와 같았다. xylose를 이용하여 마이얄 반응을 시킨 것이 다른 환원당으로 반응 시킨 것에 비해 그 함량이 전반적으로 높았으며, 다음으로 fructose와의 반응물, glucose 반응물 순이었다. Xylose와 fructose의 경우 거의 비슷하게 나타내고는 있지만 굴과 굴 자숙액을 혼합하여 사용한 경우에 있어서는 유의적 차이를 보이며, xylose로 반응 시킨 것이 pyrazine의 함량이 높았다.
- xylose의 첨가량 별로 pyrazine의 측정 파장인 278 nm에서 흡광도를 살펴본 결과는 굴 자숙액 가수분해물의 경우 xylose의 첨가량에 따라 변화를 보이지 않았으며, 굴 혼합액의 경우 1% 이상의 첨가량에서 흡광도가 조금씩 증가하는 경향을 나타내었으며, 굴 가수분해물의 경우를 1% 이상의 첨가량에서 흡광도가 조금 증가하는 경향을 보였으나 control에 비하여 큰 차이는 없었다. 따라서 xylose의 첨가량은 pyrazine의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었으며, 이상의 갈색도 결과와 pyrazine 생성 대비 환원당의 손실을 감안할 때 마이얄 반응을 위하여 1% 이상의 xylose 첨가는 차이가 없다고 판단되었다.
- 3이다. xylose의 첨가량별로 갈색 색소의 측정 파장인 420 nm에서 갈변도를 살펴본 결과, 0.5%의 xylose를 첨가하여 마이얄 반응을 시킨 반응물의 경우 마이얄 반응을 하지 않은 control에 비하여 흡광도가 조금 증가하였으나 큰 차이는 없었으며 xylose 첨가량 1% 반응물의 경우 xylose 0.5%의 첨가물에 비하여 흡광도가 크게 올라가 마이얄 반응이 많이 진행된 것을 볼 수 있었다. 반면에 3% 이상의 xylose 첨가의 경우 1% xylose 반응물에 비하여 큰 차이를 보이지 않아, 갈변도에 있어서 xylose의 첨가량은 1%의 첨가가 가장 적절하리라 판단되었다.
- 반응온도별로 갈색 색소의 측정 파장인 420 nm에서 갈변도를 살펴본 결과, 굴자숙액 가수분해물의 경우 반응온도 60℃-80℃에서 control과 흡광도의 차이가 거의 없으나, 100℃에서 갈변의 정도가 확실히 나타났다. 굴 가수분해물의 경우 반응온도 60℃에서는 굴 자숙액 가수분해물과 마찬가지로 갈색화가 거의 일어나지 않았으며, 80℃부터 흡광도가 증가하는 것으로 나타났고 온도가 올라갈수록 흡광도가 비례적으로 증가하는 경향을 나타내었다. 굴 혼합액의 경우 반응온도 60℃에서 여타 두 시료와 마찬가지로 흡광도의 증가는 거의 없었으며 80℃부터 비례적으로 흡광도가 증가하는 것으로 나타나 굴 가수분해물와 같은 경향을 나타내었다.
- xylose의 첨가량 별로 pyrazine의 측정 파장인 278 nm에서 흡광도를 살펴본 결과는 굴 자숙액 가수분해물의 경우 xylose의 첨가량에 따라 변화를 보이지 않았으며, 굴 혼합액의 경우 1% 이상의 첨가량에서 흡광도가 조금씩 증가하는 경향을 나타내었으며, 굴 가수분해물의 경우를 1% 이상의 첨가량에서 흡광도가 조금 증가하는 경향을 보였으나 control에 비하여 큰 차이는 없었다. 따라서 xylose의 첨가량은 pyrazine의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었으며, 이상의 갈색도 결과와 pyrazine 생성 대비 환원당의 손실을 감안할 때 마이얄 반응을 위하여 1% 이상의 xylose 첨가는 차이가 없다고 판단되었다. 이로 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응에 가장 적합한 xylose의 첨가량으로는 1%의 xylose 첨가가 가장 적합하리라 판단되었다.
- Xylose와 fructose의 경우 거의 비슷하게 나타내고는 있지만 굴과 굴 자숙액을 혼합하여 사용한 경우에 있어서는 유의적 차이를 보이며, xylose로 반응 시킨 것이 pyrazine의 함량이 높았다. 또한 glucose 반응물의 경우 마이얄 반응을 하지 않은 control과 흡광도의 차이가 거의 없어 마이얄 반응이 거의 일어나지 않은 것으로 추정되었으며, 이상의 갈변도 및 pyrazine의 흡광도 변화 결과로 미루어 보아 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응에 가장 적합한 환원당으로는 xylose를 사용하는 것이 가장 적절하리라 판단되었으며, 다음 실험의 환원당으로는 xylose를 사용하여 진행하였다.
- 이는 100℃에서 2시간 반응을 시킨 경우의 본 실험 결과와도 동일하였다[17]. 또한 glucose, fructose, ribose를 사용하여 갈변화 실험을 진행한 결과, fructose와 glucose는 비슷한 갈변화 반응 정도가 나타났고, ribose가 더 많은 변화를 가져왔다. 이는 아미노산과 탄소의 반응에서 ribose와 xylose와 같은 5탄당과의 반응이 가장 크고, 6탄당, 이당류의 순으로 갈변도가 증가한다고 연구결과들과도 일치하였다[1, 11, 12].
- 굴 혼합액의 경우 반응온도 60℃에서 여타 두 시료와 마찬가지로 흡광도의 증가는 거의 없었으며 80℃부터 비례적으로 흡광도가 증가하는 것으로 나타나 굴 가수분해물와 같은 경향을 나타내었다. 또한 반응온도 120℃에서는 세 시료 모두 흡광도가 가장 높았으며 이상의 결과로 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응은 온도가 높아질수록 그 반응이 더 활발히 일어난다고 추정되었다.
- 5%의 첨가물에 비하여 흡광도가 크게 올라가 마이얄 반응이 많이 진행된 것을 볼 수 있었다. 반면에 3% 이상의 xylose 첨가의 경우 1% xylose 반응물에 비하여 큰 차이를 보이지 않아, 갈변도에 있어서 xylose의 첨가량은 1%의 첨가가 가장 적절하리라 판단되었다.
- 반응 시간별로 pyrazine의 측정 파장인 278 nm에서 흡광도를 살펴본 결과, 굴 자숙액 가수분해물의 경우 6시간까지 미미한 흡광도의 증가를 보이다가 8시간에 다소 큰 흡광도의 증가를 보여 pyrazine 함량으로 살펴본 굴 자숙액 가수분해물의 최적 반응 시간은 8시간이 가장 적절하리라 판단되었다. 굴 가수분해물의 경우 반응시간 2시간까지 흡광도가 증가했으나 2시간 이후의 흡광도는 미미하게 증가하는 경향을 나타내어 pyrazine 함량으로 살펴본 굴 가수분해물의 최적 반응 시간은 2시간이 가장 적절하였다.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 1%의 xylose를 첨가한 후 100℃에서 각 시간별(1시간, 2시간, 4시간, 6시간, 8시간)로 마이얄 반응을 하였다. 반응 온도별로 갈변도를 살펴본 결과, 굴 자숙액 가수분해물의 경우 1시간 반응시 control과 거의 차이를 보이지 않았으며 이후 8시간까지 조금씩 흡광도가 증가하는 경향을 나타내었다. 굴 가수분해물의 경우 반응시간이 길어질수록 갈변도가 증가하는 경향을 나타내었으며, 반응시간 8시간에 흡광도가 급격히 증가하는 경향을 나타내었다.
- 반응온도 별로 pyrazine의 측정 파장인 278 nm에서 흡광도를 살펴본 결과, 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액 모두 60℃에서는 pyrazine 함량의 증가가 거의 없었으며 60℃ 이상의 온도에서 pyrazine 함량이 비례적으로 증가하는 경향을 보여 갈변도와 마찬가지로 온도가 증가할수록 비례적으로 pyrazine 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 갈변도 및 pyrazine 함량으로 미루어보아 마이얄 반응의 최적온도는 120℃로 나타났으나, 120℃ 반응액의 경우 약간의 관능적으로 탄내와 이취를 나타내어 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 최적 반응온도는 100℃이었다.
- 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액에 1%의 xylose를 첨가한 후 각 반응 온도별(60℃, 80℃, 100℃, 120℃)로 2시간 동안 마이얄 반응을 하였다. 반응온도별로 갈색 색소의 측정 파장인 420 nm에서 갈변도를 살펴본 결과, 굴자숙액 가수분해물의 경우 반응온도 60℃-80℃에서 control과 흡광도의 차이가 거의 없으나, 100℃에서 갈변의 정도가 확실히 나타났다. 굴 가수분해물의 경우 반응온도 60℃에서는 굴 자숙액 가수분해물과 마찬가지로 갈색화가 거의 일어나지 않았으며, 80℃부터 흡광도가 증가하는 것으로 나타났고 온도가 올라갈수록 흡광도가 비례적으로 증가하는 경향을 나타내었다.
- 따라서 xylose의 첨가량은 pyrazine의 변화에 큰 영향을 미치지 않는 것으로 판단되었으며, 이상의 갈색도 결과와 pyrazine 생성 대비 환원당의 손실을 감안할 때 마이얄 반응을 위하여 1% 이상의 xylose 첨가는 차이가 없다고 판단되었다. 이로 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응에 가장 적합한 xylose의 첨가량으로는 1%의 xylose 첨가가 가장 적합하리라 판단되었다. 홍삼을 제조하는 공정에서 반응 아미노산과 fructose의 양을 증가시킴에 따라 반응 속도가 빨라졌다는 연구결과와 비교했을 때, 반응 생성물도 단위시간당 더 많은 양을 생산한다고 판단이 되므로 본 연구 결과와 유사하다고 할 수 있다[23].
- 굴 혼합액의 경우 2시간의 반응시간까지 미미한 증가를 보이다 4시간 이상의 반응시간에서는 조금씩 증가하는 경향을 보였으며 반응시간 8시간에서 가장 높은 흡광도의 증가를 나타내었다. 이상의 갈변도 결과를 미루어 보아 반응시간이 길어질수록 갈변도가 증가하는 경향을 나타내어 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 마이얄 반응에 의한 갈변은 시간의 경과에 따라 증가하는 것으로 판단되었으며 가장 많은 갈변이 일어난 시료는 세 가지 시료 모두 8시간 동안 반응시켰을 때 가장 높은 흡광도의 증가를 나타내었다.
- 이상의 갈변도 및 pyrazine 결과로 미루어 보아 굴 자숙액 가수분해물의 반응조건은 1%의 xylose로 100℃에서 8시간 동안 반응하는 것이 가장 적절하리라 판단되었으며, 굴 가수분해물의 반응조건은 1%의 xylose로 100℃에서 2시간 동안 반응하는 것이 가장 적절하였다. 또한 굴 혼합액의 경우 1%의 xylose로 100℃에서 6시간 동안 반응하는 것이 가장 적절하였다.
- 반응온도 별로 pyrazine의 측정 파장인 278 nm에서 흡광도를 살펴본 결과, 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액 모두 60℃에서는 pyrazine 함량의 증가가 거의 없었으며 60℃ 이상의 온도에서 pyrazine 함량이 비례적으로 증가하는 경향을 보여 갈변도와 마찬가지로 온도가 증가할수록 비례적으로 pyrazine 함량이 증가하는 것으로 나타났다. 이상의 갈변도 및 pyrazine 함량으로 미루어보아 마이얄 반응의 최적온도는 120℃로 나타났으나, 120℃ 반응액의 경우 약간의 관능적으로 탄내와 이취를 나타내어 굴 자숙액 가수분해물, 굴 가수분해물 및 굴 혼합액의 최적 반응온도는 100℃이었다. 시료는 다르지만, meatlike flavor생산을 위한 마이얄 반응에서도 갈변화도를 측정한 결과, 100℃에서보다 120℃에서 높은 갈변화도를 나타낸다고 표시하였는데, 본 연구 결과와 일치하는 결과를 보여 주고 있었다[22].
후속연구
- 이러한 실험 결과를 통해 굴뿐만이 아니라 산업현장에서 발생되는 부산물인 굴 자숙액을 이용하여 굴소스의 제조에 사용될 수 있고 이를 통한 부가가치생산이 가능할 것으로 판단된다.
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