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가설 설정
- Perturbation plot for the effect of Stevia rebaudiana leaf (A) and Grape seed oil (B) on the mechanical and physicochemical characteristics of Stevia rebaudiana leaf added rice cookies. 1) Lightness, 2) Redness, 3) Yellowness.
제안 방법
- pH는 시료 5.00 g에 증류수 45.00 mL를 가하여 hot plate & stirrer(MS300HS, Motops Co., Korea)에서 1분 동안 교반한 후 pH meter(F-51, Horiba, Tokyo, Japan) 로 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
- 관능검사는 기호척도법으로 scoring test를 실시하였으며, 훈련된 관능요원 25명에게 본 실험의 목적을 설명한 후 이에 응하도록 했다(Larmond 1977). 각 관능요원당 10가지 시료를 평가하도록 하였으며, 평가하는 항목은 색(Color), 향(Flavor), 맛(Taste), 조직감(Texture), 외관(Appearance)에 대한 특성과 전반적인 기호도(Overall quality)로 하였다. 그런데, 관능평가한 이전 시료의 관능적 특성이 평가할 다음 시료에 영향을 주지 않도록 하기 위해 시료 한 개를 평가하면 물로 입안을 헹군 후에 다음 시료를 평가하도록 하였으며, 각각의 평가항목에 대해서 7점 척도법(1점 매우 나쁘다, 7점 매우 좋다)으로 평가해 선호할수록 높은 점수를 주게 하였다.
- 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 성분 간 상호작용과 경향을 알아보기 위하여 design expert 8 프로그램의 ANOVA test를 실시하였으며, 모델이 적합한 지에 대한 여부는 F-test를 실시하여 유의성을 검증하였다. 각 성분의 반응을 보기 위하여 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다.
-
2) 경도
경도(Hardness)는 물성측정기(TA XT Express v2.1, London, England)로 3회 반복 측정하였으며, stable micro system(Expression TA ST Express v2.1, London, England)으로 수치를 얻어 평균값을 구하였다.
- 그런데 쌀쿠키는 Probe가 침투하면 쉽게 깨지며 복원력이 없으므로 one cycle test로 진행하였으며, 이때 2.00 mm cylinder probe-SMS P/2, pre-test speed 2.00 mm/s, test speed 0.50 mm/s, return speed 5.00 mm/s, test distance 3.00 mm/s, trigger force 5.00 g으로 측정 조건을 설정하였다.
- 당도(Sweetness)는 시료 5.00 g에 이의 10배 증류수를 가하여 hot plate & stirrer(MS300HS, Motops Co., Korea)에서 5분 동안 교반한 후 0∼56% 범위를 갖는 당도계(Pocket PAL-1, ATAGO Co., Tokyo, Japan)로 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
- 독립변수로는 스테비아잎(χ1)과 포도씨유(χ2)의 함량을 설정하였고, 다수의 예비 실험을 거쳐 각 변수의 최소량 및 최대량을 결정하여 실험범위를 스테비아잎 함량 0.50∼3.50 g, 포도씨유 함량 20.00∼ 60.00 g으로 하였다.
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4) 밀도
밀도(Density)는 메스실린더에 증류수 30.00 mL를 넣고 시료 5.00 g을 넣었을 때 증가한 부피로 나타내었으며, 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
- 본 연구는 생리활성 기능을 지닌 스테비아잎을 이용한 쌀쿠키의 품질 특성 및 관능 최적화를 위하여 중심합성계획법에 따라 스테비아잎 및 포도씨유를 독립변수로 설정하여 실험을 계획하였으며, 반응 표면분석법을 통해 쌀쿠키의 품질 특성을 분석하였고 관능 최적 배합비율을 산출하였다. 실험한 결과를 모델링하고 유의성을 검증한 결과 색도(명도, 적색도, 황색도), 경도, 손실률, 팽창률, 수분, pH, 밀도는 Linear 모델, 퍼짐성 지수 및 당도는 Quadratic 모델이 선정되었다.
- 손실률(Loss rate)은 실험군의 굽기 전후 중량 차와 굽기 전 중량을, 팽창률(Leavening rate)은 실험군과 대조군의 굽기 전후 중량차를 3회 반복 측정하여 평균값을 구한 후 다음 식을 이용하여 측정하였다.
- 수분(Moisture) 함량은 시료 3.00 g을 105℃ 드라이 오븐(SW-90D, Sanwoo, Seoul, Korea)을 이용하여 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였다.
- 수치의 최적화는 canonical model을 기준으로 하는 모델의 계수 중에서 독립변수인 스테비아잎(χ1)과 포도씨유(χ2)는 실험범위 내에서, 종속변수인 관능 평가항목 중 유의적인 결과를 보여준 색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도 항목은 목표를 최대로 설정하였다.
- 시료 6개의 직경과 두께를 3회 반복 측정하여 평균값을 구하였으며, 다음 식을 이용하여 퍼짐성 지수 (Spread factor)를 측정하였다(American Association of Cereal Chemists 1995).
- , Anshan, Korea) 에 15분 동안 구워낸 후, 상온에서 1시간 방치하였다. 이를 시료로 사용하여 기계적, 이화학적, 관능적 특성을 측정하였다.
- )는 실험범위 내에서, 종속변수인 관능 평가항목 중 유의적인 결과를 보여준 색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도 항목은 목표를 최대로 설정하였다. 이를 통해 제시된 최적점은 다음 식을 이용하여 적합도(Desirability)를 구하였고 이중 최고의 적합도를 나타내는 최적점을 선택하였다.
- 따라서 본 연구에서는 버터 대신 다중불포화지방산(Poly unsaturated fatty acid, PUFA), 토코페롤, 페놀화합물을 다량 함유하고 있는 포도씨유를 사용하고, 과민성 장질환을 유발하는 물질로 알려져 있는 글루텐이 함유된 밀가루 대신 쌀가루를 사용하였다. 일반적으로 쿠키에 첨가되는 설탕량보다 50%를 줄이고 스테비아잎을 첨가하여 단맛을 유지하면서도 스테비아잎이 지니는 특유의 향과 맛을 부여한 스테비아잎 첨가 쌀쿠키를 제조하였으며, 이의 품질 특성 및 최적 배합비율을 반응표면분석법(Response surface methodology, RSM), 즉 조절 가능한 입력변수들과 측정된 반응변수 간의 관계를 탐색하는 목적으로 사용되는 기법을 활용하여 최적 배합비율을 산출하고자 했다.
- 00 g으로 하였다. 종속변수로는 색도(명도, 적색도, 황색도), 경도, 퍼짐성 지수, 손실률 및 팽창률, 당도, 수분 함량, pH, 밀도, 관능적 특성(색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도)을 평가하였다. 최종 설계된 실험 계획은 Table 1에 제시하였다.
대상 데이터
- 따라서 본 연구에서는 버터 대신 다중불포화지방산(Poly unsaturated fatty acid, PUFA), 토코페롤, 페놀화합물을 다량 함유하고 있는 포도씨유를 사용하고, 과민성 장질환을 유발하는 물질로 알려져 있는 글루텐이 함유된 밀가루 대신 쌀가루를 사용하였다. 일반적으로 쿠키에 첨가되는 설탕량보다 50%를 줄이고 스테비아잎을 첨가하여 단맛을 유지하면서도 스테비아잎이 지니는 특유의 향과 맛을 부여한 스테비아잎 첨가 쌀쿠키를 제조하였으며, 이의 품질 특성 및 최적 배합비율을 반응표면분석법(Response surface methodology, RSM), 즉 조절 가능한 입력변수들과 측정된 반응변수 간의 관계를 탐색하는 목적으로 사용되는 기법을 활용하여 최적 배합비율을 산출하고자 했다.
- 쌀쿠키를 제조하기 위하여 스테비아잎(한우리약초, 한국), 포도씨유((주)해표, 한국), 달걀(풀무원, 한국), 아몬드가루((주)제니코, 한국), 쌀가루(햇쌀마루, 한국), 베이킹파우더((주)제니코, 한국), 소금((주)CJ, 한국), 설탕((주)CJ, 한국)을 사용하였다.
데이터처리
- 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 성분 간 상호작용과 경향을 알아보기 위하여 design expert 8 프로그램의 ANOVA test를 실시하였으며, 모델이 적합한 지에 대한 여부는 F-test를 실시하여 유의성을 검증하였다. 각 성분의 반응을 보기 위하여 perturbation plot과 response surface 3D plot을 이용하였다.
이론/모형
- Table 1에 제시한 재료 배합으로 크림법(Creaming method)에 따라 제조하였다(American Association of Cereal Chemists 1995). Bowl life mixer(Model K5SS, Kitchen Aid Co.
- 관능검사는 기호척도법으로 scoring test를 실시하였으며, 훈련된 관능요원 25명에게 본 실험의 목적을 설명한 후 이에 응하도록 했다(Larmond 1977). 각 관능요원당 10가지 시료를 평가하도록 하였으며, 평가하는 항목은 색(Color), 향(Flavor), 맛(Taste), 조직감(Texture), 외관(Appearance)에 대한 특성과 전반적인 기호도(Overall quality)로 하였다.
- 실험한 결과를 모델링하고 유의성을 검증한 결과 색도(명도, 적색도, 황색도), 경도, 손실률, 팽창률, 수분, pH, 밀도는 Linear 모델, 퍼짐성 지수 및 당도는 Quadratic 모델이 선정되었다. 관능검사한 항목(색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도)은 Quadratic 모델이 선정되었다. 기계적 특성 중 명도, 적색도, 황색도에 가장 큰 영향을 미치는 것은 스테비아잎이었으며 이의 첨가량이 증가함에 따라 유의적으로 감소하였다 (P＜0.
- 스테비아잎을 첨가한 쌀쿠키의 모든 실험 설계는 반응표면분석법의 중심합성계획법(Central composite design, CCD)에 따라 Design Expert 8(Stat-Easy Co., Minneaplis, MN, U.S.A) 프로그램을 사용하였다.
성능/효과
- 001)으로 유의하였다(Table 3). P erturbation plot을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 경도가 감소하는 경향을 나타 냈다(Fig. 1).
- 05)으로 유의하였다(Table 5). Perturbation plot 및 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 외관의 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 급격히 감소하였으며, 포도씨유 첨가량도 증가함에 따라 외관의 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 감소하였다(Fig. 2).
- Perturbation plot 및 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 전반적인 기호도도 증가하다가 일정 수준에서 급격히 감소하였으며 스테비아잎이 조직감의 기호도에 가장 크게 영향을 미침을 확인할 수 있었다(Fig. 2).
- Perturbation plot 및 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 조직감의 기호도가 급격히 증가하다가 일정 수준에서 감소하였으며, 스테비아잎이 조직감의 기호도에 가장 크게 영향을 미침을 확인할 수 있었다(Fig. 2).
- Perturbation plot 및 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 맛의 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 감소하였으며, 스테비아잎이 맛의 기호도에 가장 크게 영향을 미침을 확인할 수 있었다(Fig. 2).
- 05)로 유의하였다(Table 5). Perturbation plot과 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 색의 기호도가 급격히 증가하다가 일정 수준에서 감소하였다(Fig. 2).
- 9266으로 신뢰도가 매우 높았으며 모델의 적합성이 인정되었다. Perturbation plot과 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유의 첨가량이 증가함에 따라 향의 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 감소하였으며 스테비아잎이 향의 기호도에 가장 큰 영향을 미침을 알 수 있었다(Fig. 2).
- Perturbation plot을 살펴보면 스테비아잎 첨가량이 증가하고 포도씨유 첨가량이 감소함에 따라 당도가 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 1).
- 001)으로 유의하였다(Table 3). Perturbation plot을 살펴보면 스테비아잎 첨가량이 증가하고 포도씨유 첨가량이 감소함에 따라 수분 함량이 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 1).
- 01)로 유의하게 나타냈다(Table 3). Perturbation plot을 살펴보면 스테비아잎(A)과 포도씨유(B) 첨가 량이 증가할수록 명도 및 황색도가 감소하였으며 (Fig. 1), 포도씨유 첨가량보다 스테비아잎 첨가량이 증가될 때 현저히 감소하여 스테비아잎이 쌀쿠키의 명도 및 황색도에 영향을 가장 크게 미치는 것을 확인할 수 있었다. 적색도 또한 P-value가 0.
- 001)으로 유의하였다(Table 3). Perturbation plot을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 손실률 및 팽창률 또한 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 1).
- 001)로 유의하였다(Table 3). Perturbation plot을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 퍼짐성 지수가 증가하는 경향을 나타냈다(Fig. 1).
- 01). 경도는 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 유의적으로 감소한 반면(P＜0.001) 퍼짐성 지수, 손실률, 팽창률은 유의적으로 증가하였다(P＜0.001). 이화학적 특성 중 pH는 스테비아잎 첨가량이 증가할수록 유의적으로 감소한 반면 (P＜0.
- 관능적 특성 분석을 위해 색, 향, 맛, 조직감 및 외관에 대한 선호도와 전반적인 기호도를 조사하였으며 각각의 Perturbation plot 및 반응표면곡선을 살펴보면 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가함에 따라 이들 모두 유의적으로 증가하다가 일정 수준에서 감소함을 알 수 있었다. 이러한 결과는 스테비아잎이 갖는 특유의 색, 향, 맛에 기인한 것으로 스테비아잎의 향이 쌀쿠키의 짠 향, 기름진 향, 고소한 향 등의 기타 향과 복합되어 쌀쿠키의 풍미 형성에 긍정적인 영향을 미친 것으로 판단된다.
- 001). 그리고 스테비아잎 첨가는 관능적 특성에 바람직한 영향을 미쳤는데, 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다(P＜0.05). 이상의 실험 결과를 바탕으로 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 관능 최적 배합비율은 스테비아잎 1.
- 기계적 특성 분석을 위해 색도, 경도, 퍼짐성 지수, 손실률 및 팽창률을 측정하였으며 각각의 Perturbation plot을 살펴본 결과, 색도의 경우 스테비아잎과 포도씨유 첨가량이 증가할수록 적색도를 제외한 명도 및 황색도가 유의적으로 감소하였다. 이는 스테비아 잎 분말 첨가 두유(Choi 등 2014b) 및 식빵(Choi 등 2014a)의 결과와 유사하였으며, 스테비아잎 자체의 명도, 적색도, 황색도가 낮아 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 쌀쿠키의 색도가 감소하는 것으로 사료된다.
- 관능검사한 항목(색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도)은 Quadratic 모델이 선정되었다. 기계적 특성 중 명도, 적색도, 황색도에 가장 큰 영향을 미치는 것은 스테비아잎이었으며 이의 첨가량이 증가함에 따라 유의적으로 감소하였다 (P＜0.01). 경도는 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 유의적으로 감소한 반면(P＜0.
- 선택한 최적점과 최적화된 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 배합비율은 스테비아잎(χ1) 1.98 g, 포도씨유(χ2) 37.94 g으로 예측되었다(Fig. 3).
- 수분 함량의 경우 스테비아잎 첨가량이 증가할수록, 포도씨유 첨가량이 감소할수록 유의적으로 증가하였다. 이는 스테비아잎 분말 첨가 쿠키(Yoo & Hong 2012), 솔잎 분말 첨가 쿠키(Choi 2009)의 결과와 유사하였으며, 스테비아잎의 식이섬유가 쌀쿠키 의 수분 흡수율에 영향을 미친 것으로 사료된다.
- 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 최적 배합비율은 스테비아잎(χ1) 1.98 g, 포도씨유(χ2) 37.94 g으로 산출되었으며, 최적화된 스테비아잎 첨가 쌀쿠키와 대조군 쌀쿠키의 관능적 특성을 비교한 결과 스테비아잎을 첨가한 쌀쿠키가 일반적인 쌀쿠키보다 유의적으로 더 높은 기호도를 나타냈으며, 이는 전체적인 품질에 부정적인 영향을 미치지 않는 것으로 사료된다.
- 본 연구는 생리활성 기능을 지닌 스테비아잎을 이용한 쌀쿠키의 품질 특성 및 관능 최적화를 위하여 중심합성계획법에 따라 스테비아잎 및 포도씨유를 독립변수로 설정하여 실험을 계획하였으며, 반응 표면분석법을 통해 쌀쿠키의 품질 특성을 분석하였고 관능 최적 배합비율을 산출하였다. 실험한 결과를 모델링하고 유의성을 검증한 결과 색도(명도, 적색도, 황색도), 경도, 손실률, 팽창률, 수분, pH, 밀도는 Linear 모델, 퍼짐성 지수 및 당도는 Quadratic 모델이 선정되었다. 관능검사한 항목(색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도)은 Quadratic 모델이 선정되었다.
- 05). 이상의 실험 결과를 바탕으로 스테비아잎 첨가 쌀쿠키의 관능 최적 배합비율은 스테비아잎 1.98 g 및 포도씨유 37.94 g으로 산출되었다. 본 연구를 통해 스테비아잎 첨가 쌀쿠키는 품질 뿐만 아니라 소비자의 기호도 측면에서도 경쟁력이 충분할 것으로 판단되며, 이에 대한 연구가 확대되어야 할 것이다.
- 이화학적 특성 분석을 위해 당도, 수분 함량, pH, 밀도를 측정하였고 각각의 Perturbation plot을 살펴본 결과, 당도의 경우 스테비아잎 첨가량이 증가할수록, 포도씨유 첨가량이 감소할수록 유의적으로 증가하였으며, 이는 스테비아잎의 감미성분인 스테비오사이드가 쌀쿠키의 당도 증가에 영향을 미쳤을 것으로 판단된다.
- 001). 이화학적 특성 중 pH는 스테비아잎 첨가량이 증가할수록 유의적으로 감소한 반면 (P＜0.001) 당도, 수분 함량, 밀도는 증가하는 결과를 보였다(P＜0.001). 그리고 스테비아잎 첨가는 관능적 특성에 바람직한 영향을 미쳤는데, 스테비아잎 첨가량이 증가함에 따라 색, 향, 맛, 조직감, 외관, 전반적인 기호도가 증가하다가 일정 수준에서 유의적으로 감소하는 것으로 나타났다(P＜0.
- 1), 포도씨유 첨가량보다 스테비아잎 첨가량이 증가될 때 현저히 감소하여 스테비아잎이 쌀쿠키의 명도 및 황색도에 영향을 가장 크게 미치는 것을 확인할 수 있었다. 적색도 또한 P-value가 0.0095(P＜0.01)로 유의하게 나타났으며(Table 3), 스테비아잎 첨가량이 증가할수록, 반면에 포도씨유 첨가량이 감소할수록 적색도가 감소하였다(Fig. 1).
후속연구
- 94 g으로 산출되었다. 본 연구를 통해 스테비아잎 첨가 쌀쿠키는 품질 뿐만 아니라 소비자의 기호도 측면에서도 경쟁력이 충분할 것으로 판단되며, 이에 대한 연구가 확대되어야 할 것이다.
- 이를 통해서 생리활성 성분을 가지고 있는 스테비아잎을 설탕 대체제로 이용한 식품 개발의 가능성을 확인할 수 있었으며, 밀가루를 대신하여 쌀가루를 첨가한 스테비아잎 첨가 쌀쿠키는 영양학적 측면뿐만 아니라 기능적, 품질, 기호도 측면에서도 경쟁력이 충분할 것으로 판단되며, 추후 스테비아잎을 이용한 다양한 식품 개발의 필요성이 요구된다
- 일반적으로 설탕은 결정화하는 경화제(Hardening agent)로써 쿠키를 씹었을 때 바삭한 식감이 나도록 하는데, 설탕 첨가량이 반죽 총 양의 75% 이상일 경우에는 쿠키가 너무 단단해져서 조직감을 해치는 것으로 보고된 바가 있다(Yoo & Hong 2012). 이에 쌀쿠키의 설탕 함량을 줄이고 스테비아잎 분말을 첨가함으로써 경도를 감소시켜 부드러운 촉감을 낼 수 있을 것으로 사료된다. 또한 조직감은 재료의 수분 함량, 섬유소의 함량 등 이화학적 특성에 따라서 달라진다고 보고된 바가 있는데(Lee 등 2006), 이에 대한 상반된 결과를 보여준 연구가 많아서 지속적인 연구가 필요하다고 판단된다.
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