[논문]반응표면분석법을 이용한 생선연육 스낵의 건조조건 최적화

김성희; 채지연; 최기범; 김종민; 이지호; 김선봉; 김영목; 김진수; 이정석; 조승목

doi:10.5657/kfas.2019.0571

반응표면분석법을 이용한 생선연육 스낵의 건조조건 최적화
Optimizing the Drying Conditions of Surimi Snacks Using a Response Surface Methodology 원문보기

한국수산과학회지 = Korean journal of fisheries and aquatic sciences, v.52 no.6, 2019년, pp.571 - 579

김성희 (부경대학교 식품공학과) , 채지연 (부경대학교 식품공학과) , 최기범 (부경대학교 식품공학과) , 김종민 (부경대학교 식품공학과) , 이지호 (부경대학교 식품공학과) , 김선봉 (부경대학교 식품공학과) , 김영목 (부경대학교 식품공학과) , 김진수 (경상대학교 해양식품생명의학과) , 이정석 (경상대학교 수산식품산업화 기술지원센터) , 조승목 (부경대학교 식품공학과)

Abstract ▼ AI-Helper

Surimi has been widely investigated for developing fish snacks; however, few studies have examined the optimal drying conditions of surimi for fish snacks. This study used a response surface methodology to optimize the drying conditions for the overall acceptance of fish snacks. The drying temperature (X1, 51-65℃) and drying time (X2, 1.5-2.5 h) were chosen as independent variables. The dependent variables were overall acceptance (Y1, points), hardness (Y2, N), moisture content of the dried intermediate product (Y3, %), and volatile basic nitrogen of the fried final product (Y4, mg/100 g). The estimated optimal conditions for overall acceptance (Y1) were X1=64℃ and X2=2 h. The predicted values of the dependent variables at the optimal conditions were overall acceptance (Y1)=8.60 points, hardness (Y2)=10.07 N, and moisture content of the dried intermediate product (Y3)=10.00% and were similar to the experimental values. Scanning electron microscopy images revealed that the drying conditions affected the microstructure of the fish snacks. Our results could be used to increase the productivity of fish snacks made by small- and mid-sized seafood companies.

주제어

표/그림 (9)

표 Table 1. Experimental range and values of independent variables in the central composite design for hot-air drying processing in preparation of the surimi snack
표 Table 2. Central composite design matrix and values of dependent variables for hot-air drying processing in preparation of the surimi snack
표 Table 3. Estimated coeffcients of the ftted quadratic polynomial equations for dependent variables based on the t-statistic
그림 Fig. 1. Three-dimensional response surface plots for overall acceptance (a), hardness (b), moisture content of dried intermediate product (c), and VBN of fried final product (d). X₁, Drying temperature (°C); X₂, Drying time (h).
표 Table 4. Response surface model equations for monitoring effects of the independent variables on the dependent variables in the hot-air drying processing
표 Table 5. Analysis of variance for dependent variables
그림 Fig. 2. Scanning electron microscope (SEM) images of dried intermediate products and fried final products. (a) Intermediate product dried at 58°C for 1.5 h. (b) Intermediate product dried at 63°C for 2.4 h. (c) Fried final product from intermediate product dried at 58°C for 1.5 h. (d) Fried final product from intermediate product dried at 63°C for 2.4 h.
표 Table 6. Response optimization for hot-air drying of the intermediate product for preparation of surimi snack
표 Table 7. Verifcation of predicted values

AI 본문요약
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문제 정의

이러한 실체 측정값은 통계적인 예측값과 크게 차이가 나지 않다는 것을 확인하였다(Table 7). 본 연구는 fish snack의 생산성 증대를 위하여 생선연육 스낵 제조를 위한 중간단계 반제품의 최적 건조조건을 설정하였고, 종합적 기호도가 최대가 되는 건조조건을 제시하였다.
본 연구에서는 기호도가 우수한 생선연육 스낵을 제조하기 위하여 종속변수 Y₁(종합적 기호도)를 최대화 시킬 수 있는 최적의 건조조건을 통계적으로 도출하였다. 종속변수 Y₂(경도) 및 Y₃(중간단계 반제품의 수분 함량)의 경우 품질 특성의 변화를 알아보기 위하여 모니터링하였다.
본 연구에서는 생선연육 스낵의 제조에 있어 주요 공정에 해당하는 건조공정을 건조온도 및 건조시간을 변수로 설정하여 모니터링 하였으며, 기호도가 높은 생선연육 스낵을 제조할 수 있는 최적조건을 구명하였다. 통계적 기법으로 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 이용하였으며, 독립변수로는 건조온도(X₁, ℃) 및 건조시간(X₂, h), 종속변수로는 종합적 기호도(Y₁), 경도(Y₂), 중간단계 반제품의 수분함량 (Y₃)및 VBN (Y₄)을 설정하였다.
건조조건에 따른 스낵의 물성변화에 대해 알아보기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 연육스낵의 미세구조를 조사하였다. 이를 통하여 생선연육스낵 제조 시 건조조건을 최적화하여 스낵제품의 생산성을 증가시키고자 하였다.
(종합적 기호도)를 최대화 시킬 수 있는 최적의 건조조건을 통계적으로 도출하였다. 종속변수 Y₂(경도) 및 Y₃(중간단계 반제품의 수분 함량)의 경우 품질 특성의 변화를 알아보기 위하여 모니터링하였다. 통계적인 최적화 결과, 종속변수 Y₁(종합적 기호도)의 최대값을 나타내는 독립변수 건조온도(X₁) 및 건조시간(X₂)의 코드값(실제값)은 각각 1.

제안 방법

건조된 원료를 190°C의 튀김기(BS-1820-DF, BSW Co., China)에서 약 40 s 간 유탕처리하여 생선연육 스낵을 제조하였다.
통계적 기법으로 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 이용하였으며, 독립변수로는 건조온도(X₁, ℃) 및 건조시간(X₂, h), 종속변수로는 종합적 기호도(Y₁), 경도(Y₂), 중간단계 반제품의 수분함량 (Y₃)및 VBN (Y₄)을 설정하였다. 건조조건에 따른 스낵의 물성변화에 대해 알아보기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 연육스낵의 미세구조를 조사하였다. 이를 통하여 생선연육스낵 제조 시 건조조건을 최적화하여 스낵제품의 생산성을 증가시키고자 하였다.
관능평가는 부경대학교 식품공학과 식품화학실험실 소속 22세에서 27세 사이의 훈련된 전문 패널 10인(남성 5명 및 여성 5명)을 구성하여 수행되었으며, 모든 패널은 맛에 친숙 되도록 1개월간 훈련되었다. 관능적 기호도의 척도가 되는 외관, 색, 향, 맛, 바삭함(crispiness) 및 종합적 기호도에 대하여 9점 평점법 (1점, 대단히 나쁘다; 5점, 나쁘지도 좋지도 않다; 9점, 대단히 좋다)으로 평가하였다. 종합적 기호도가 다른 평가지표와 유사향을 나타내어 대표성을 가지는 종합적 기호도를 종속변수로 설정하였다.
독립변수(independent variable)로는 건조온도(X1, °C), 건조시간(X2, h)을 설정하였으며, 종속변수(dependent variable)로는 종합적 기호도(Y1, score), 경도(Y2, N), 중간단계 반제품의 수분함량(Y3, %) 및 VBN (Y4, mg/100g)을 설정하였다.
명태 연육스낵은 명태 냉동연육(57.5 g), 칡 전분(1.5 g), 소금(1 g), 베이킹파우더(1 g), 황태가루(2.5 g), 정제수(28.5 g)를 일정 비율로 silent cutter (5 L; Goodprice Foodmachine Co., Kimpo, Korea)에 넣고 분쇄하면서 혼합하였다. 이때 명태 냉동연육을 먼저 5 min 분쇄하고 나머지 부원료를 3회에 걸쳐 나누어 첨가함으로써 효율적으로 균질화하였다.
1)였다. 무작위로 선정된 10개의 연육스낵을 시료홀더에 올려놓고 경도를 측정하였다.
독립변수의 범위는 예비 실험의 결과를 토대로 설정되었다. 본 연구는 4개의 factorial points, 4개의 axial points, 3개의 center points로 실험을 구성하였다. Table 2에 나타낸 11개의 실험군들은 통계적인 오차를 줄이기 위해 무작위적인 순서로 진행되었다.
생선연육 스낵의 중간단계 반제품의 수분 함량이 가장 높은 실험군 7번(58°C 및 1.5 h)과 가장 낮은 실험군 4번(63°C 및 2.4 h)의 미세구조(×100)를 주사전자현미경으로 관찰하였다(Fig.2).
수분함량(%)은 적외선 수분측정기(MX-50; A&D, Tokyo,Japan)를 이용하여 측정하였다.
, Kimpo, Korea)에 넣고 분쇄하면서 혼합하였다. 이때 명태 냉동연육을 먼저 5 min 분쇄하고 나머지 부원료를 3회에 걸쳐 나누어 첨가함으로써 효율적으로 균질화하였다. 성형공정은 실리콘 받침판 위에 1 mm 두께의 폴리프로필렌 성형틀을 올려놓은 후, 혼합된 원료를 주걱으로 발라서 성형하였다.
이후 열풍건조기(WFO-700; EYELA Co., Japan)에서 건조 조건에 따라 1차 건조공정을 실시한 다음 쌀이 첨가된 탄수화물 페이퍼를 이용하여 코팅공정을 거친 후 50°C, 20 min 동안 2차 건조공정을 실시하였다.
관능적 기호도의 척도가 되는 외관, 색, 향, 맛, 바삭함(crispiness) 및 종합적 기호도에 대하여 9점 평점법 (1점, 대단히 나쁘다; 5점, 나쁘지도 좋지도 않다; 9점, 대단히 좋다)으로 평가하였다. 종합적 기호도가 다른 평가지표와 유사향을 나타내어 대표성을 가지는 종합적 기호도를 종속변수로 설정하였다.
5 cm 자른 후 금으로 도금하여 전도성을 갖게 하였다(Nath and Chattopadhyay, 2008). 주사전자현미경을 이용하여 가속 전압 15kV로 관찰하였다.

대상 데이터

관능평가는 부경대학교 식품공학과 식품화학실험실 소속 22세에서 27세 사이의 훈련된 전문 패널 10인(남성 5명 및 여성 5명)을 구성하여 수행되었으며, 모든 패널은 맛에 친숙 되도록 1개월간 훈련되었다. 관능적 기호도의 척도가 되는 외관, 색, 향, 맛, 바삭함(crispiness) 및 종합적 기호도에 대하여 9점 평점법 (1점, 대단히 나쁘다; 5점, 나쁘지도 좋지도 않다; 9점, 대단히 좋다)으로 평가하였다.
유탕처리 생선연육 스낵의 제조에 사용된 팜유와 베이킹파우더는 ㈜오뚜기(Anyang, Korea)에서, 소금은 ㈜사조해표(Seoul, Korea)에서, 칡 전분은 (유) 지엠대진(Seoul, Korea)에서, 쌀이 첨가된 탄수화물 페이퍼는 ㈜M&F (Goyang, Korea)에서 각각 구입하여 사용하였다.
주원료인 명태(Theragra chalcogramma) 냉동연육은 알래스카산 RA등급으로 ㈜블루션(Busan, Korea)에서 구입하였다. 명태 냉동연육은 실험에 사용되는 동안 -80°C의 심온동결고 (CLN-52U; Nihon Freezer Co.

데이터처리

Table 2와 같이 실험을 통해 얻어진 종속변수(반응변수)의 값들은 MINTAB 통계프로그램(Version 16, MINITAB, Pennsylvania, USA)을 이용하여 분석하였으며, 다음과 같은 이차 회귀식을 도출하였다.
본 실험에 대한 반응표면 모델 방정식의 통계적 유의성은 ANOVA (analysis of variance)에 의해 평가되었다. 반응표면 모델 방정식의 독립변수와 종속변수 간의 상관관계를 ANOVA 로 살펴본 결과는 Table 5와 같다.
는 독립변수이다. 생선연육 스낵의 건조조건 최적화는 MINTAB 통계프로그램의 response optimizer를 통해 이루어졌으며, 통계적으로 추정된 최적조건 하에서 실제 실험을 통하여 얻어진 종속변수의 값과의 비교를 통해 추정된 종속변수의 값을 검증하였다. 또한 3차원 그래프는 MAPLE software (MAPLE Ver.

이론/모형

본 연구에서는 반응표면분석법(RSM) 중 중심합성계획법(central composite design)을 이용하여 실험을 설계하였다. 독립변수(independent variable)로는 건조온도(X₁, °C), 건조시간(X 연육스낵의 표면 미세구조를 관찰하기 위해 주사전자현미경 (LV-SEM; JSM-6490LV, JEOL Ltd., Japan)을 이용하였다. 건조된 시료는 동결건조기(CoolSafe; Lynge, Denmark)에서 12 h 완전히 건조하였으며, 유탕된 시료는 유지를 제거하기 위하여 90% petroleum ether에서 24 h 침지 후 완전히 건조하였다.
본 연구에서는 생선연육 스낵의 제조에 있어 주요 공정에 해당하는 건조공정을 건조온도 및 건조시간을 변수로 설정하여 모니터링 하였으며, 기호도가 높은 생선연육 스낵을 제조할 수 있는 최적조건을 구명하였다. 통계적 기법으로 반응표면분석법(response surface methodology, RSM)을 이용하였으며, 독립변수로는 건조온도(X₁, ℃) 및 건조시간(X₂, h), 종속변수로는 종합적 기호도(Y₁), 경도(Y₂), 중간단계 반제품의 수분함량 (Y₃)및 VBN (Y₄)을 설정하였다. 건조조건에 따른 스낵의 물성변화에 대해 알아보기 위하여 주사전자현미경(scanning electron microscope, SEM)을 이용하여 연육스낵의 미세구조를 조사하였다.

성능/효과

414)로 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었고, 건조시간(X₂)이 코드 값 0인 2 h에서 가장 높게 나타났다. 건조온도(X₁)가 높을수록 종합적 기호도(Y₁)는높게 나타났는데, 이는 관능평가시 함께 평가되었던 바삭함과 같은 경향을 나타내었다. 이는 바삭함이 종합적인 기호도에 큰영향을 미친 것을 알 수 있었으며, Lujan-Acosta and Moreira (1997)은 유탕 제품의 경우 바삭함과 같은 조직감이 소비자의 기호도에 중요한 변수로 작용한다는 것을 보고하였다.
본 논문에서 VBN은 설정된 건조조건 범위안에서 생선연육 스낵의 선도에 영향을 미치지 않으므로 VBN값을 제외한 최적 건조조건(건조온도, 64°C 및 건조시간 2 h)에서 실제 제조된 생선연육 스낵의 종합적 기호도(Y1), 경도(Y2) 및 중간단계 반제품의 수분 함량(Y3)은 각각 8.10±0.74점, 9.99±4.36 N 및 10.47±0.36%으로 나타났다.
생선연육 스낵의 건조조건에서의 VBN 값은 모두 8 mg/100 g 이하로 극히 신선한 어육으로 판정되었다. 이러한 결과를 통해 설정된 건조조건의 범위 안에서는 생선연육 스낵의 선도에 영향을 미치지 않는다는 것을 알 수 있었다.
414)로 증가할수록 증가하는 경향을 나타내었지만 반응표면 모델식의 결정계수(R²)가 낮고 통계적인 유의성이 나타나지 않았다. 이를 통해 본 연구에서 설정한 건조조건 범위에서는 VBN (Y₄) 을 모니터링하기에는 적합하지 않은 것을 알 수 있었다. VBN (Y₄)은 신선한 원료에는 없거나 미량 함유되어 있는 성분으로 선도 저하에 따라 생성되어 증가하는데, 이러한 특성으로 인해 어패류의 선도판정에 주요한 지표로 널리 이용되고 있다(Lee et al.
종속변수 Y1(종합적 기호도)은 일차항(linear), 종속변수 Y2(경도)는 이차항(square), 종속변수 Y3(중간단계 반제품의 수분 함량)은 일차항 및 이차항 그리고 종속변수 Y4(VBN)는 교차항(interaction)이 각각 통계 적으로 유의한 것으로 나타났다(P<0.05).
종속변수 Y1(종합적 기호도)의 경우 X1, 및 X2 X2항이, 종속변수 Y2(경도)의 경우 X1 및 X1 X1 항이, 종속변수 Y3(중간단계 반제품의 수분 함량)의 경우 X2 및 X2X2하이, 종속변수 Y4의(VBN)의 경우 X1X2항이 각각 통계적으로 유의한 것으로 나타났다(P<0.05).
, 2011). 종속변수 Y₃(중간단계 반제품의 수분 함량)의 적합성 결여에 대한 P-value는 0.007로 0.05보다 낮아 설계된 반응표면 모델이 완전하지 않은 것으로 나타났으나 다른 종속변수는 모두 통계적으로 유의성을 가지는 것으로 나타났다.
종합적 기호도(Y1)는 건조온도(X1)가 51°C (-1.414)에서 65°C (+1.414)로 높아질수록 증가하는 경향을 나타내었고, 건조시간(X2)이 코드 값 0인 2 h에서 가장 높게 나타났다.
통계적인 최적화 결과, 종속변수 Y1(종합적 기호도)의 최대값을 나타내는 독립변수 건조온도(X1) 및 건조시간(X2)의 코드값(실제값)은 각각 1.129(64°C) 및 0.014 (2 h)도출되었다(Table 6).

질의응답

핵심어	질문	논문에서 추출한 답변
	생선연육은 식품에서 어떻게 활용되고 있는가?	생선연육(surimi 또는 fish meat paste)은 어묵, 게맛살, 어육소시지, 어육스낵 등 다양한 수산가공식품의 주요한 원료로 이용되고 있다. 생선연육은 어육의 마쇄 및 수세 공정을 통해 근원섬유 단백질을 농축한 후 냉동변성방지제를 첨가하여 제조된다(Heu et al.
	생선연육 스낵의 가공공정 중 생산성 증대에 어려움으로 작용하는 공정은 무엇인가?	건조조건이 생선연육 스낵의 품질에 대한 영향에 대한 연구가 중요함에도 불구하고 그동안 관련된 연구가 거의 이루어지지 않았다. 또한, 일반적인 생선연육 스낵 제조공정 중 혼합원료를 중간단계 반제품으로 건조하는데 약 6 h이 소요되어 생산성 증대의 방해요인이 되고 있다. 이러한 관점에서 볼 때, 본 연구를 통해 생선연육 스낵 제조를 위한 중간단계 반제품의 적정 건조조건을 찾는 것 또한 의미가 클 것으로 사료된다.
	생선연육의 제조 방법은 무엇인가?	생선연육(surimi 또는 fish meat paste)은 어묵, 게맛살, 어육소시지, 어육스낵 등 다양한 수산가공식품의 주요한 원료로 이용되고 있다. 생선연육은 어육의 마쇄 및 수세 공정을 통해 근원섬유 단백질을 농축한 후 냉동변성방지제를 첨가하여 제조된다(Heu et al., 2011; Oh et al.

저자의 다른 논문 :

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표제어: PCR

동의어: Packet Collision Rate

용어 설명 출처 목록 (6)

용어 설명: PCR은 세균 특이성이 있는 primer를 이용하여 적은 수의 세균이 있을지라도 쉽게 검출할 수 있는 유용한 방법이며, 이를 이용하여 구강 내 치면세균막이나 타액에서 직접 세균을 검출할 수 있게 되었다[8].

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