당근에 4종의 각기 다른 전처리, 즉 무처리(R), 열처리(H), 열처리 후 냉동해동(HFT), 열처리 후 냉동건조(HFD)한 후 셀룰로스 가수분해 효소용액에 침지하면서 효소에 의한 연화효과를 비교하였다. 당근 연화에 사용된 셀룰로스 가수분해 효소의 활성은 1500 U/mL로 측정되었으며 시료 처리 6시간까지 활성이 일정하게 유지되었다. H 시료의 경도는 무처리군에 비해 약 1/10 수준으로 감소하였고 HFT와 HFD는 약 93.2, 94.8% 감소하였다. 무처리군은 효소액에 침지 6시간이 지나도 경도의 유의미한 변화가 없었다. H 시료는 효소액 침지 3시간 후부터 유의적 경도 감소가 나타났으며 6시간 경과 후에는 효소처리 전과 비교하였을 때 약 58.3% 감소하였다. HFT처리군은 효소액 침지 1시간 경과 후부터 경도가 유의적으로 낮아졌으며 6시간 침지 후에는 효소 처리 전 경도의 약 1/5 수준으로 감소하였다. 가장 연화가 많이 된 처리군은 HFD로 무처리군의 경도와 비교했을 때 99.5%로 감소하는 연화효과를 보인다. 당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다. 전자현미경을 이용하여 당근의 조직을 관찰한 결과 전처리에 따라 미세구조의 변화가 확인되었는데, 6시간 효소용액에 침지된 HFT와 HFD처리군은 눈에 띄게 조직이 얇아지고 조직사이의 공극이 넓어지고, 크기도 커진 것으로 보아 전처리에 의해 미세구조가 변화되고 이로 인해 효소가 효과적으로 연화작용을 한 것으로 보여진다. 모든 실험군은 원물의 형태를 유지하였고 HFT시료는 효소액 침지 6시간 이후, HFD시료는 침지 3시간 이후 경도 $20,000N/m^2$의 "혀로 섭취 가능" 단계까지 연화되었으며 이는 외관상 숟가락의 둥근 면으로 살짝 눌렀을 때, 시료가 완전히 뭉개질 정도의 수준이었다.
당근에 4종의 각기 다른 전처리, 즉 무처리(R), 열처리(H), 열처리 후 냉동해동(HFT), 열처리 후 냉동건조(HFD)한 후 셀룰로스 가수분해 효소용액에 침지하면서 효소에 의한 연화효과를 비교하였다. 당근 연화에 사용된 셀룰로스 가수분해 효소의 활성은 1500 U/mL로 측정되었으며 시료 처리 6시간까지 활성이 일정하게 유지되었다. H 시료의 경도는 무처리군에 비해 약 1/10 수준으로 감소하였고 HFT와 HFD는 약 93.2, 94.8% 감소하였다. 무처리군은 효소액에 침지 6시간이 지나도 경도의 유의미한 변화가 없었다. H 시료는 효소액 침지 3시간 후부터 유의적 경도 감소가 나타났으며 6시간 경과 후에는 효소처리 전과 비교하였을 때 약 58.3% 감소하였다. HFT처리군은 효소액 침지 1시간 경과 후부터 경도가 유의적으로 낮아졌으며 6시간 침지 후에는 효소 처리 전 경도의 약 1/5 수준으로 감소하였다. 가장 연화가 많이 된 처리군은 HFD로 무처리군의 경도와 비교했을 때 99.5%로 감소하는 연화효과를 보인다. 당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다. 전자현미경을 이용하여 당근의 조직을 관찰한 결과 전처리에 따라 미세구조의 변화가 확인되었는데, 6시간 효소용액에 침지된 HFT와 HFD처리군은 눈에 띄게 조직이 얇아지고 조직사이의 공극이 넓어지고, 크기도 커진 것으로 보아 전처리에 의해 미세구조가 변화되고 이로 인해 효소가 효과적으로 연화작용을 한 것으로 보여진다. 모든 실험군은 원물의 형태를 유지하였고 HFT시료는 효소액 침지 6시간 이후, HFD시료는 침지 3시간 이후 경도 $20,000N/m^2$의 "혀로 섭취 가능" 단계까지 연화되었으며 이는 외관상 숟가락의 둥근 면으로 살짝 눌렀을 때, 시료가 완전히 뭉개질 정도의 수준이었다.
Softening effects of enzyme following pre-treatments were examined. Four pre-treatments: raw (R), heat (H), heat and freeze-thawing (HFT), heat and freeze-drying (HFD) were applied to carrot. Subsequently, each treated sample was immersed in 10% celluclast enzyme solution for up to 6 h and then thei...
Softening effects of enzyme following pre-treatments were examined. Four pre-treatments: raw (R), heat (H), heat and freeze-thawing (HFT), heat and freeze-drying (HFD) were applied to carrot. Subsequently, each treated sample was immersed in 10% celluclast enzyme solution for up to 6 h and then their properties were compared. The minimum and the maximum color change was observed in HFD and H, respectively. R showed no change in hardness after 6 h immersion, indicating that the enzyme did not penetrate the carrot. The number and size of pores were greater in samples undergone HFT or HFD as observed by microstructure analysis using SEM, and HFD caused 99.5% reduction in hardness after 6 h immersion. After 6 h immersion post-HFT or 3 h immersion post-HFD, the hardness was less than $20,000N/m^2$, indicating tongue ingestion was possible, and the samples retained their original shape and easily collapsed by spoon pressing.
Softening effects of enzyme following pre-treatments were examined. Four pre-treatments: raw (R), heat (H), heat and freeze-thawing (HFT), heat and freeze-drying (HFD) were applied to carrot. Subsequently, each treated sample was immersed in 10% celluclast enzyme solution for up to 6 h and then their properties were compared. The minimum and the maximum color change was observed in HFD and H, respectively. R showed no change in hardness after 6 h immersion, indicating that the enzyme did not penetrate the carrot. The number and size of pores were greater in samples undergone HFT or HFD as observed by microstructure analysis using SEM, and HFD caused 99.5% reduction in hardness after 6 h immersion. After 6 h immersion post-HFT or 3 h immersion post-HFD, the hardness was less than $20,000N/m^2$, indicating tongue ingestion was possible, and the samples retained their original shape and easily collapsed by spoon pressing.
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문제 정의
0×104 N/m2 까지 낮추는 연구를 진행한 바 있다. 본 연구는 고령자용 식품개발을 위한 선행연구로서, 저작이 어렵다고 평가된 당근을 소재로 하여 원물의 형태를 유지하면서도 경도를 감소시킬 수 있는 조건을 찾기 위해 다양한 전처리 후 연화효소의 효과를 측정, 비교하였다.
제안 방법
HFT 군은 열처리 후 −18℃ 온도에서 24시간 냉동 후 상온에서 2시간 해동하였고, HFD군은 열처리 후 −18℃ 온도에서 24시간 처리 후 냉동건조기(PVTFD10R, Ilshin, Yangju, Korea)를 이용하여 처리를 하였다.
HFT 군은 열처리 후 −18℃ 온도에서 24시간 냉동 후 상온에서 2시간 해동하였고, HFD군은 열처리 후 −18℃ 온도에서 24시간 처리 후 냉동건조기(PVTFD10R, Ilshin, Yangju, Korea)를 이용하여 처리를 하였다. 각 전처리를 끝낸 시료의 수분함량은 수분함량측정기 (Sartorius Thermocontrol YTC01L, Sartorius, Gttingen, Germany) 를 이용하여 측정하였다.
당근 심지 부분의 경도가 심지 바깥 부분의 경도보다 더 낮았기 때문에 당근의 완전한 연화 정도를 확인하기 위해 각 처리가 완료된 당근을 심지 부분을 제외하고 바깥부분을 1×1×1 cm의 정육면체 크기로 고르게 채취한 후 텍스처 분석기(TA-XT2, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 경도를 측정하였다.
당근에 4종의 각기 다른 전처리, 즉 무처리(R), 열처리(H), 열처리 후 냉동해동(HFT), 열처리 후 냉동건조(HFD)한 후 셀룰로스 가수분해 효소용액에 침지하면서 효소에 의한 연화효과를 비교하였다. 당근 연화에 사용된 셀룰로스 가수분해 효소의 활성은 1500 U/mL로 측정되었으며 시료 처리 6시간까지 활성이 일정하게 유지되었다.
, Osaka, Japan)를 이용하여 명도(lightness, L), 적색도(redness, a), 황색도(yellowness, b)를 측정하였다. 시료당 3회 반복하여 측정한 후 통계 처리하였다. 이때 사용한 표준 백색관은 L=96.
연화효소로는 Thygesen 등(2011)의 논문을 참고로 하여 Celluclast (Novo Nordisk, Bagsvard, Denmark)를 선정하였으며, 효소활성측정은 Kim 등(2015)의 방법을 변형하여 진행하였다. 0.
효소활성 측정 후 시료에 사용할 효소농도를 10%로 선정한 후, 효소용액에 각각의 전처리 시료를 침지하고 0, 1, 2, 3, 6시간 동안 상온에서 반응시킨 후 특성을 분석하였다. 이 때 전처리를 달리한 시료의 수분함량이 다름을 고려하여 시료와 침지할 효소액의 수분 총량은 시료 모두 동일하도록 조정하였다.
전처리 조건을 달리한 후 효소 처리한 당근의 경도측정을 위해 예비실험을 통해 시료채취 부위, 최소한의 측정 반복 수, 시료 크기 등을 다음과 같이 설정하였다. 당근 심지 부분의 경도가 심지 바깥 부분의 경도보다 더 낮았기 때문에 당근의 완전한 연화 정도를 확인하기 위해 각 처리가 완료된 당근을 심지 부분을 제외하고 바깥부분을 1×1×1 cm의 정육면체 크기로 고르게 채취한 후 텍스처 분석기(TA-XT2, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 경도를 측정하였다.
전처리를 달리한 시료의 형태와 숟가락을 이용하여 최대한 동일한 힘으로 눌러 변형시킨 후의 상대적 연화정도는 I-phone (6S) 카메라를 이용하여 측정하였다.
전처리를 달리한 후 6시간 동안 효소액에 침지한 당근을 냉동 건조한 후 탄소 코팅된 copper grids 상에 얇게 펴 백금 코팅을하여 environmental scanning electron microscopy (E-SEM, XL-30 FEG, FEI Co., Eindhoven, Netherlands)를 이용해 15 kV의 가속 전압 조건에서 측정하였다.
1 unit은 위 조건에서 1분간 1 mg 포도당을 생성하는 값으로 하였다. 효소활성 측정 후 시료에 사용할 효소농도를 10%로 선정한 후, 효소용액에 각각의 전처리 시료를 침지하고 0, 1, 2, 3, 6시간 동안 상온에서 반응시킨 후 특성을 분석하였다. 이 때 전처리를 달리한 시료의 수분함량이 다름을 고려하여 시료와 침지할 효소액의 수분 총량은 시료 모두 동일하도록 조정하였다.
대상 데이터
본 실험에 사용한 당근은 2017년 3월에 경기도 소재 마트에서 흙이 묻은 상태로 구입한 후, 지름 4 cm, 두께 1 cm의 크기로 잘라 각각 무처리(R), 열처리(H), 열처리 후 냉동해동(HFT), 열처리 후 냉동건조(HFD)의 4종류로 처리하였다. H군은 끓는 물에서 10분간 처리한 후 찬물에 식혀 상온에서 15분간 방치하였다.
본 연구에서 사용한 효소의 활성은 1,500 U/mL로 측정되었으며, 예비실험을 통해 충분한 활성을 보이는 희석배수를 선정하였다. 10% 효소액 20 mL에 전처리를 달리한 당근 시료를 침지하고, 시료별 침지시간에 따른 침지액의 효소안정성을 측정결과, 효소활성은 1495-1518 U/mL로 전처리 종류나 침지 시간에 따른 유의적 차이를 나타내지 않았다.
데이터처리
당근 심지 부분의 경도가 심지 바깥 부분의 경도보다 더 낮았기 때문에 당근의 완전한 연화 정도를 확인하기 위해 각 처리가 완료된 당근을 심지 부분을 제외하고 바깥부분을 1×1×1 cm의 정육면체 크기로 고르게 채취한 후 텍스처 분석기(TA-XT2, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 사용하여 경도를 측정하였다. 각 시료당 6회 반복하여 평균값으로 계산하였으며 pre-test, test, post-test speed는 각각 1.0, 2.0, 10.0 mm/s로, 70% 변형율에서 지름 10 mm 원통형 프로브를 사용하여 TPA (texture profile analysis)분석을 수행하였다.
실험결과는 SPSS (Statistical Package for Social Sciences, Version 20.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 분산분석을 실시하였으며 각 시료 간의 유의적 차이가 있는 항목에 대해서는 던컨시험으로 p<0.05 수준에서 유의차를 검정하였다.
성능/효과
본 연구에서 사용한 효소의 활성은 1,500 U/mL로 측정되었으며, 예비실험을 통해 충분한 활성을 보이는 희석배수를 선정하였다. 10% 효소액 20 mL에 전처리를 달리한 당근 시료를 침지하고, 시료별 침지시간에 따른 침지액의 효소안정성을 측정결과, 효소활성은 1495-1518 U/mL로 전처리 종류나 침지 시간에 따른 유의적 차이를 나타내지 않았다. 이는 각 시료와 침지효소액의 수분총량을 동일하게 맞추었기 때문이며, 또한 시료의 전처리 방법이 효소활성에 변화를 주지 않았음을 의미한다.
당근 연화에 사용된 셀룰로스 가수분해 효소의 활성은 1500 U/mL로 측정되었으며 시료 처리 6시간까지 활성이 일정하게 유지되었다. H 시료의 경도는 무처리군에 비해 약 1/10 수준으로 감소하였고 HFT와 HFD는 약 93.2, 94.8% 감소하였다. 무처리군은 효소액에 침지 6시간이 지나도 경도의 유의미한 변화가 없었다.
9 N/m2 로 0시간일때의 값의 약 1/5 수준으로 감소하였다. HFD 시료의 경도는 효소액 침지 3시간 이후의 경도는 11,954.3 N/m2 로 1-2시간 침지시 보다 유의적으로 낮은 값을 보였고, 6시간 침지 후 경도는 8,041.5 N/m2 로 HFD처리 후 최초 경도인 83,797.8 N/m2 의 10%이하로 감소하면서 다른 실험군들 보다 우수한 연화 효과를 보였다. 가장 경도 값이 낮은 HFD 효소 6시간 처리군을 무처리군과 비교했을 때 경도가 1,610,654.
본 연구에서도 열처리한 당근을 효소 침지한 이후 일부 세포벽의 물러짐 현상이 관찰되었다. HFT시료는 효소 침지 이후 조직사이의 공극 크기가 증가하였고, HFD 시료는 공극의 크기 뿐 아니라 수가 증가하는 경향이 뚜렷했다. 두 실험군 모두 R과 비교하였을 때 미세구조가 유의적으로 변화한 것으로 관찰되었다.
2 N/m2 로 경도가 약 50% 수준으로 감소하면서 유의적 연화효과를 나타냈다. HFT시료와 HFD 시료의 경도는 효소액 침지 1시간 이후부터 각각 78,943.5과 60,850.5 N/m2 로 유의적으로 감소하였으며, 열처리한 시료의 효소침지 3시간과 유사한 경도를 보였다. HFT 시료의 경우 2시간 침지 후 경도는 53,152.
8 N/m2 의 10%이하로 감소하면서 다른 실험군들 보다 우수한 연화 효과를 보였다. 가장 경도 값이 낮은 HFD 효소 6시간 처리군을 무처리군과 비교했을 때 경도가 1,610,654.0에서 8,041.5 N/m2 으로 약 99.5%로 감소하는 연화효과를 보였다.
HFT처리군은 효소액 침지 1시간 경과 후부터 경도가 유의적으로 낮아졌으며 6시간 침지 후에는 효소 처리 전 경도의 약 1/5 수준으로 감소하였다. 가장 연화가 많이 된 처리군은 HFD로 무처리군의 경도와 비교했을 때 99.5%로 감소하는 연화효과를 보인다. 당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다.
결과적으로 효소액 침지 후의 연화효과는 전처리에 큰 영향을 받으며 그 효과는 R<H<HFT<HFD 순이었다.
HFT시료는 효소 침지 이후 조직사이의 공극 크기가 증가하였고, HFD 시료는 공극의 크기 뿐 아니라 수가 증가하는 경향이 뚜렷했다. 두 실험군 모두 R과 비교하였을 때 미세구조가 유의적으로 변화한 것으로 관찰되었다. 즉, 열처리에 의해 일부 세포벽의 파괴가 일어나고, 냉해동과 냉동건조에 의해 공극수의 증가 및 크기가 커지면서 침지과정 중 연화효소가 작용할 수 있는 표면적이 넓어져 효과적으로 연화작용이 이루어 진 것으로 보여진다.
모든 실험군은 원물의 형태를 유지하였고 HFT시료는 효소액 침지 6시간 이후, HFD시료는 침지 3시간 이후 경도 20,000 N/m2 의 “혀로 섭취 가능” 단계까지 연화되었으며 이는 외관상 숟가락의 둥근 면으로 살짝 눌렀을 때, 시료가 완전히 뭉개질 정도의 수준이었다.
또한 Kim 등(2009)의 실험에서 당근의 냉동건조 처리 했을 때에도 색의 뚜렷한 변화가 없었는데 이는 냉동건조과정에서 지방질산화효소와 과산화효소가 불활성화되어 당근의 주요 색소성분인 카로테노이드에 작용하지 못했기 때문이라고 해석한 바 있다(Jin 등, 2006). 본 연구에서는 열처리만 한 당근의 적색도가 유의적으로 가장 낮게 측정되었으며, 열처리 후 동결건조한 시료의 색 변화가 가장 적었고, 따라서 카로테노이드 함량의 변화도 이 시료에서 가장 적을 것으로 추측할 수 있다.
전처리를 달리한 후 효소액에 6시간 동안 침지한 당근의 색도 측정 결과는 Table 2와 같다. 색의 변화 결과 침지 6시간 내내 대체로 무처리군의 경우 L, a, b값 모두 색의 변화가 가장 적었고, 처리군 중에서는 H나 HFT시료에 비하면 HFD시료의 색의 변화가 적은 것으로 나타났다. 침지 0시간에서는 HFT처리 시료의 L, a, b값 모두 가장 낮았으나, 이후 침지 6시간까지 열처리(H)한 시료의 색이 전체적으로 낮은 것으로 확인되었다.
무처리 시료의 경우 효소액 침지 시간이 지나도 숟가락을 눌러 변형시킬 수 없었으며 이는 기계적 경도의 결과와 마찬가지로 결과로, 무처리시에는 효소의 침투가 매우 어려움을 의미한다. 열처리 후 효소 침지한 시료는 1시간이 경과한 후부터 숟가락을 세로로 세워 시료의 표면을 눌렀을 때 찍힘이 발생하였고 시간이 지남에 따라 더 쉽게 찍혔으나 숟가락의 둥근면으로 힘을 가했을 때 으깨지지는 않았다. HFT시료는 효소액 침지시간이 길어질수록 표면이 깊게 찍혔으며, 특히 침지 6시간 경과 후 숟가락의 둥근 면으로 압력을 가했을 때 시료가 완전히 뭉개질 정도로 연화되었다.
농림축산식품부가 2017년 12월 31일에 제정한 고령친화식품 한국산업표준 (KS) (Food News, 2017)은 경도를 총 3단계: 1단계-치아섭취 (55,000-500,000 N/m2 ), 2단계-잇몸섭취(22,000-50,000 N/m2 ), 3단계-혀로 섭취(20,000 N/m2 이하)로 구분하고 있다. 이 기준에 의하면 본 연구에서 열처리 10분 후 효소액 침지처리는 고령자용 식품제조로 적합하지 않으며 HFT처리후 3시간 효소액 침지는 경도 2단계-잇몸섭취-군에, 6시간 침지는 경도 3단계-혀로 섭취-군에 적합한 것으로 보여진다. HFD처리의 경우, 2시간 침지까지는 1단계-치아 섭취-군에, 3시간 이상의 경우 3단계-혀로 섭취-군에 적합한 경도로 측정되었다.
당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다. 전자현미경을 이용하여 당근의 조직을 관찰한 결과 전처리에 따라 미세구조의 변화가 확인되었는데, 6시간 효소용액에 침지된 HFT와 HFD처리군은 눈에 띄게 조직이 얇아지고 조직사이의 공극이 넓어지고, 크기도 커진 것으로 보아 전처리에 의해 미세구조가 변화되고 이로 인해 효소가 효과적으로 연화작용을 한 것으로 보여진다. 모든 실험군은 원물의 형태를 유지하였고 HFT시료는 효소액 침지 6시간 이후, HFD시료는 침지 3시간 이후 경도 20,000 N/m2 의 “혀로 섭취 가능” 단계까지 연화되었으며 이는 외관상 숟가락의 둥근 면으로 살짝 눌렀을 때, 시료가 완전히 뭉개질 정도의 수준이었다.
두 실험군 모두 R과 비교하였을 때 미세구조가 유의적으로 변화한 것으로 관찰되었다. 즉, 열처리에 의해 일부 세포벽의 파괴가 일어나고, 냉해동과 냉동건조에 의해 공극수의 증가 및 크기가 커지면서 침지과정 중 연화효소가 작용할 수 있는 표면적이 넓어져 효과적으로 연화작용이 이루어 진 것으로 보여진다.
후속연구
HFD처리의 경우, 2시간 침지까지는 1단계-치아 섭취-군에, 3시간 이상의 경우 3단계-혀로 섭취-군에 적합한 경도로 측정되었다. Lee 등(2018)의 연구결과에 의하면 끓이기나 전자레인지 조리 또는 찌기 등의 일반조리법으로는 20,000 N/m2 이하의 경도로 연화시키기 어렵기 때문에 3단계 경도로 연화시키기 위해서는 본 연구에서처럼 HFT나 HFD 등의 전처리후 효소액에 침지하는 과정이 필요할 것이다.
질의응답
핵심어
질문
논문에서 추출한 답변
당근이란 무엇인가?
당근은 미나리과에 속하는 1-2년생의 근채류로 총 식품섬유 함량이 28.6%인 식품섬유소의 주요 급원식품이다(Park과 Kang, 2004). 또한 당근은 바이타민 A, C, E가 풍부하게 함유되어 있다 (Yoo 등, 2013).
저작장애가 있는 고령자들을 위해 당근의 연화 처리가 필요한 이유는?
이 중 베타카로텐은 체내에서 활성산소종(ROS)의 작용을 억제하여 암의 위험성을 낮추고 산화방지 작용을 한다(Kim 등, 2009). 그러나, 당근의 저작 정도를 5점 리커트척도(1점: 씹을 수 없음, 5점: 잘 씹을 수 있음)로 분석하였을 때, 당근은 기능 치아 수가 20개 미만인 군에서 2.71±1.59점으로 저작장애가 있는 고령자들이 섭취하기에는 ‘불편하다’고 평가된 음식 재료이다(Cho 등, 2016). 따라서 저작 장애가 있는 고령자들에게 당근의 섭취량을 증가시키기 위해서는 씹기 쉽게 만드는 처리가 필요하다.
열처리 후 냉동건조(HFD) 전처리 과정 거친 당근에 셀룰로스 가수분해 효소용액 침지를 했을 때, 나타나는 연화효과는 어떠한가?
HFT처리군은 효소액 침지 1시간 경과 후부터 경도가 유의적으로 낮아졌으며 6시간 침지 후에는 효소 처리 전 경도의 약 1/5 수준으로 감소하였다. 가장 연화가 많이 된 처리군은 HFD로 무처리군의 경도와 비교했을 때 99.5%로 감소하는 연화효과를 보인다. 당근의 색도는 다양한 처리 시에도 크게 변하지 않으며 안정적인 처리가 가능하다고 보여진다.
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