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문제 정의
- 따라서 본 연구에서는 식빵에 기능성을 부여하고 부재료 첨가에 따른 부피 감소를 개선하기 위해 밀싹분말과 hemi- cellulase를 첨가하여 밀싹식빵을 제조한 후 반응표면분석법(RSM)을 이용하여 최적배합비를 산출함으로써 건강 지향적 제빵제품 개발을 위한 기초자료를 제공하고자 한다.
- 본 연구는 밀싹의 활용도 증진을 위해 밀쌀분말을 첨가한 식빵을 제조하여 반응표면분석법으로 최적조건을 구하고자 하였다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제를 독립변수로 설정하여 실험을 계획하고 실험을 통해 얻은 결과를 분석하여 최적화하였다.
제안 방법
- 본 연구는 밀싹의 활용도 증진을 위해 밀쌀분말을 첨가한 식빵을 제조하여 반응표면분석법으로 최적조건을 구하고자 하였다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제를 독립변수로 설정하여 실험을 계획하고 실험을 통해 얻은 결과를 분석하여 최적화하였다. 이화학적 특성 중 pH, 수분결합력, 색도, 조직감, 비용적 등은 Linear 모델이 채택되었다.
- 밀싹분말을 이용한 식빵의 모든 실험계획, data 분석 및 품질의 최적화 분석은 Design Expert 프로그램을 사용하였다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 두 요인을 독립변수로 설정하였고, 식빵의 pH, 수분함량, 부피, 무게, 비용적 및 굽기손실률, 색도, 조직감, 관능검사, 항산화활성(총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능)을 종속변수로 설정하였다. 예비실험을 거친 후 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 최대․최소 범위를 설정하였고 ,밀쌀분말은 6.
- 5에 나타냈다. 식빵의 최적화는 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 배합 범위 안에서 신뢰성이 높았던 관능검사 항목(외관, 향, 맛 및 조직감)을 최대로 설정하여 정준 모형의 수치적 최적화를 예측하였다. 또한 지점예측을 통해 최적점을 산출하였다.
대상 데이터
- 밀싹식빵 제조에 사용된 재료는 밀가루(CheilJedang Cor- poration, Seoul, Korea), 백설탕(CheilJedang Corporation, Seoul, Korea), 무염버터(Seoulmilk, Yangju, Korea), 이스트(Saf instant, Lesaffre, Marcq-en-Baroeul, France), 탈지분유(Seoulmilk, Yangju, Korea), 정제염(Hanju, Ulsan, Korea)을 사용하였다. 밀싹은 분당 소재 농가에서 2017년 2월에 재배된 것을 구매하여 동결건조 후 분말화하여 사용하였다.
- 밀싹식빵의 관능검사는 한국식품연구원내 패널 15명을 대상으로 실시하였다. 밀싹식빵을 1.
- 밀싹식빵 제조에 사용된 재료는 밀가루(CheilJedang Cor- poration, Seoul, Korea), 백설탕(CheilJedang Corporation, Seoul, Korea), 무염버터(Seoulmilk, Yangju, Korea), 이스트(Saf instant, Lesaffre, Marcq-en-Baroeul, France), 탈지분유(Seoulmilk, Yangju, Korea), 정제염(Hanju, Ulsan, Korea)을 사용하였다. 밀싹은 분당 소재 농가에서 2017년 2월에 재배된 것을 구매하여 동결건조 후 분말화하여 사용하였다. 식빵의 배합비는 Table 1과 같으며, 헤미셀룰라아제(Pentopan 500BG, Novo- zyme, Bagsaerd, Denmark)는 밀가루의 0.
데이터처리
- 밀싹분말을 이용한 식빵의 모든 실험계획, data 분석 및 품질의 최적화 분석은 Design Expert 프로그램을 사용하였다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 두 요인을 독립변수로 설정하였고, 식빵의 pH, 수분함량, 부피, 무게, 비용적 및 굽기손실률, 색도, 조직감, 관능검사, 항산화활성(총 폴리페놀 함량, DPPH 라디칼 소거능)을 종속변수로 설정하였다.
- 밀싹식빵의 조직감은 Texture analyzer(TA-XT2, Stable Micro System Ltd, Haslemerd, UK)를 사용하여 TPA(texture profile analysis) 특성을 5회 반복 측정한 후 평균값을 구하였다. 구운 식빵을 실온에서 2시간 냉각시킨 후 빵의 가운데를 20×20×20 mm의 크기로 잘라 시료로 사용하였으며, 직경이 35 mm인 cylindrical probe로 측정하였다.
- 1차 선형효과, 2차 곡선효과 및 인자간 교호작용을 보았고, 독립변수에 대한 종속변수의 반응 표면 상태를 peturbation plot과 response surface 3D plot로 나타내어 분석하였다. 밀싹식빵의 최적화는 numerical optimization 및 graphical optimization을 통해 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 선정하였고, 그 지점의 point prediction을 통해 최적점으로 하였다.
- 밀싹식빵의 품질특성 및 요인 간의 상호작용을 살펴보기 위해 design expert 10 프로그램(State-Ease Inc., Mineapolis, MN, USA)의 ANOVA test 및 회귀분석을 이용하였으며, 모델 적합성은 F-test를 사용하여 유의성을 검증하였다. 1차 선형효과, 2차 곡선효과 및 인자간 교호작용을 보았고, 독립변수에 대한 종속변수의 반응 표면 상태를 peturbation plot과 response surface 3D plot로 나타내어 분석하였다.
이론/모형
- 항산화활성 및 총 폴리페놀 함량은 Linear 모델이 채택되었으며 밀싹분말 함량과 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 관능검사 결과 외관, 색, 향, 맛 및 전반적인 기호도는 quadratic 모델이 선택되었으며, 조직감은 Linear 모델이 선택되었다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 최적 배합비는 밀가루 함량 100 g에 대해 밀싹분말 2.
- 밀싹식빵 내부의 수분함량은 상압가열법(AACC, 2000)에 의해 측정하였다. 105℃에서 1시간 건조시킨 후 방냉기에서 30분간 방냉하는 과정을 반복하였고, 항량에 도달하면 시료의 수분함량을 계산하였다.
- 밀싹식빵은 강력분에 메밀싹을 2.5% 수준으로 첨가하여 직접반죽법(potimized straight dough method)으로 제조하였고 그 배합비율은 Table 1과 같다. 밀싹식빵은 반죽기(KitchenAid, St.
- 05%에서 높은 기호도를 나타냈다. 외관, 색, 향, 맛 및 전반적인 기호도는 교호작용의 영향을 받는 quadratic 모델로 선택되었으며, 조직감은 Linear 모델이 선정되었다. 외관, 향, 맛 및 조직감의 회귀곡선 결정계수 R2값은 각각 0.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제를 독립변수로 설정하여 실험을 계획하고 실험을 통해 얻은 결과를 분석하여 최적화하였다. 이화학적 특성 중 pH, 수분결합력, 색도, 조직감, 비용적 등은 Linear 모델이 채택되었다. 식빵 반죽의 수분결합력 측정 결과 밀싹분말이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났으며, 색도는 밀싹분말과 상관관계가 높게 나타나 밀싹함량이 증가할수록 L값은 감소하고 a와 b값은 증가하는 경향을 나타냈다.
성능/효과
- Petru- bation plot과 반응표면도를 분석한 결과(Fig. 1), 수분함량은 밀싹분말 함량이 증가할수록 높아졌고 헤미셀룰라아제 함량이 증가할수록 낮아지는 경향을 보였다. Yeom 등(2016)의 연구에서 헤미셀룰라아제를 식빵에 첨가할 경우 수분함량이 다소 낮아진다고 보고하여 본 연구 결과와 유사한 경향을 나타냈다.
- 14 mg% 수준으로 나타났다(Table 7). DPPH 라디칼 소거능이 가장 높았던 밀싹식빵은 밀싹 함량 5%와 헤미셀룰라아제 함량 0.05%이었고, 총 폴리페놀 함량이 가장 높았던 식빵은 밀싹 함량 4.41%와 헤미셀룰라아제 함량 0.015%이었다. DPPH 라디칼 소거능 및 총 폴리페놀 함량 측정 결과, 회귀곡선의 R2값은 각각 0.
- 0001로 회귀방정식에 대한 설명력이 높았다(Table 6). Petrubation plot분석과 반응표면도를 분석한 결과, 밀싹분말의 함량이 증가 할수록 식빵의 경도가 증가하는 것으로 나타났으며, 헤미셀룰라아제 함량은 경도에 큰 영향을 미치지 않았다(Fig. 2).
- 0001 수준에서 유의적으로 모델의 적합성이 인정되었다(Table 8). Peturbation plot 및 반응표면도 분석 결과, 밀싹분말 함량의 증가로 DPPH 라디칼 소거능 및 총 폴리페놀 함량이 증가하였으며 헤미셀룰라아제는 식빵의 DPPH 라디칼 소거능에 큰 영향을 끼치지 않는 것으로 나타났다(Fig. 3).
- Chung과 An(2015)의 연구에서 대조군에 비해 밀싹분말을 첨가한 머핀이 높은 수분함량을 나타냈다고 보고하였고, 농촌진흥청에서 진행한 연구(2009)에서는 밀싹은 100 g 당 37 g의 식이섬유가 함유되어 있다고 보고하였다. 따라서 본 연구의 결과는 밀싹분말의 식이섬유 함량 증가에 따라 식빵의 수분 보수력이 증가하여 나타난 것으로 판단된다.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 DPPH 라디칼 소거능 및 총 폴리페놀 함량 측정 결과 각각 25.59～59.94%, 16.43～24.14 mg% 수준으로 나타났다(Table 7). DPPH 라디칼 소거능이 가장 높았던 밀싹식빵은 밀싹 함량 5%와 헤미셀룰라아제 함량 0.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 L값은 52.83～68.47의 범위를 나타냈으며, 밀가루 650 g 당 밀싹분말 1.59%, 헤미셀룰라아제 0.015% 수준에서 가장 높은 L값을 보여주었다(Table 3). L값은 Linear 모델이 선택되었으며(Table 4), 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 함량이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈다(Fig.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 수분결합력은 75.58～ 91.36으로 나타났으며, 밀싹분말 4.41%, 헤미셀룰라아제 0.015%에서 가장 높은 수분결합력을 나타냈다(Table 3). 수분결합력은 Linear 모델이 선택되었으며, probability는 0.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 수분함량은 41.52～42.78%로 밀가루 650 g에 대해 밀싹분말 4.41%, 헤미셀룰라아제 0.015% 수준에서 가장 높은 값을 나타내었다(Table 3). 수분함량은 각 요인들이 독립적으로 작용하는 Linear 모델이 선정되었고, probability는 0.
- 관능검사 결과 외관, 색, 향, 맛 및 전반적인 기호도는 quadratic 모델이 선택되었으며, 조직감은 Linear 모델이 선택되었다. 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 최적 배합비는 밀가루 함량 100 g에 대해 밀싹분말 2.36%, 헤미셀룰라아제 0.069%로 산출되었다. 따라서 항산화 활성을 지닌 밀싹분말은 제빵 사업에 건강 지향적 소재로 이용 가능성이 기대되며, 또한 건강 지향적인 식품에 대한 소비자들의 욕구를 만족시킬 수 있을 것으로 생각된다.
- 밀싹분말과 헤미셀룰라아제의 첨가량을 달리하여 제조한 식빵의 부피, 비용적 및 굽기손실율 측정 결과는 Table7과 같다. 밀싹식빵의 부피 및 비용적은 각각 742.9～1,059.9 mL, 2.68～3.83 g/mL 범위로 나타났으며, 밀싹분말 1%, 헤미셀룰라아제 0.05%에서 가장 큰 부피와 비용적을 나타냈다. 부피 및 비용적은 각 요인들이 독립적으로 작용하는 Linear모델이 선정되었고, probability는 모두 <0.
- 이화학적 특성 중 pH, 수분결합력, 색도, 조직감, 비용적 등은 Linear 모델이 채택되었다. 식빵 반죽의 수분결합력 측정 결과 밀싹분말이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났으며, 색도는 밀싹분말과 상관관계가 높게 나타나 밀싹함량이 증가할수록 L값은 감소하고 a와 b값은 증가하는 경향을 나타냈다. 조직감 측정 항목에 대한 밀싹분말, 헤미셀룰라아제 첨가 식빵의 회귀곡선의 결정계수는 0.
- 1% 이내의 유의수준에서 회귀방정식에 대한 설명력이 높았다. 식빵의 부피와 비용적은 밀싹분말이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며 헤미셀룰라아제 첨가량과는 양의 상관관계를 나타냈다. 항산화활성 및 총 폴리페놀 함량은 Linear 모델이 채택되었으며 밀싹분말 함량과 상관관계가 높은 것으로 나타났다.
- 또한 지점예측을 통해 최적점을 산출하였다. 예측된 최적값은 밀싹분말 2.36%, 헤미셀룰라아제 0.07%였으며, 최종 식빵의 레시피는 밀가루 634.6 g, 밀싹분말 15.4 g, 헤미셀룰라아제 0.45 g 효모 13 g, 소금 12 g, 버터 32 g, 탈지유 22 g, 설탕 39 g, 물 395 g으로 제시되었다. 또한 이때 기호도는 외관 7.
- 2). 이상의 결과에서 밀싹분말의 함량이 증가하면 경도, 검성, 씹힘성이 증가하고 탄력성과 응집성 및 복원력은 감소하는 것으로 나타났다. 유색보리 분말 첨가 식빵 연구(Jeong & Yoo, 2014)에서 유색보리 분말의 함량이 증가하면 경도와 검성이 증가하고 탄력성과 응집성이 감소한다고 보고하여 본 연구 결과와 유사하였다.
- 식빵 반죽의 수분결합력 측정 결과 밀싹분말이 증가할수록 증가하는 것으로 나타났으며, 색도는 밀싹분말과 상관관계가 높게 나타나 밀싹함량이 증가할수록 L값은 감소하고 a와 b값은 증가하는 경향을 나타냈다. 조직감 측정 항목에 대한 밀싹분말, 헤미셀룰라아제 첨가 식빵의 회귀곡선의 결정계수는 0.7230～0.9446로 p-value는 0.1% 이내의 유의수준에서 회귀방정식에 대한 설명력이 높았다. 식빵의 부피와 비용적은 밀싹분말이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며 헤미셀룰라아제 첨가량과는 양의 상관관계를 나타냈다.
- 식빵의 부피와 비용적은 밀싹분말이 증가할수록 감소하는 경향을 나타냈으며 헤미셀룰라아제 첨가량과는 양의 상관관계를 나타냈다. 항산화활성 및 총 폴리페놀 함량은 Linear 모델이 채택되었으며 밀싹분말 함량과 상관관계가 높은 것으로 나타났다. 관능검사 결과 외관, 색, 향, 맛 및 전반적인 기호도는 quadratic 모델이 선택되었으며, 조직감은 Linear 모델이 선택되었다.
후속연구
- 069%로 산출되었다. 따라서 항산화 활성을 지닌 밀싹분말은 제빵 사업에 건강 지향적 소재로 이용 가능성이 기대되며, 또한 건강 지향적인 식품에 대한 소비자들의 욕구를 만족시킬 수 있을 것으로 생각된다.
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