[논문]식염 함량에 따른 식품 3D 프린팅용 연육 잉크의 적합성 조사

이채현; 김명은; 양위지아; 손유진; 이지아; 류은순; 정운주; 강버들; 이상길

doi:10.9721/kjfst.2021.53.1.29

식염 함량에 따른 식품 3D 프린팅용 연육 잉크의 적합성 조사
Optimization of the salt content in fish surimi ink for food 3D Printing 원문보기

한국식품과학회지 = Korean journal of food science and technology, v.53 no.1, 2021년, pp.29 - 33

이채현 (부경대학교 식품영양학과) , 김명은 (부경대학교 식품영양학과) , 양위지아 (부경대학교 식품영양학과) , 손유진 (부경대학교 식품영양학과) , 이지아 (부경대학교 식품영양학과) , 류은순 (부경대학교 식품영양학과) , 정운주 (부경대학교 식품영양학과) , 강버들 (부경대학교 수해양교육학과) , 이상길 (부경대학교 식품영양학과)

초록
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본 논문에서는 3D 프린터의 원료로 이용하기 위하여 연육의 물성을 조정하기 위하여 식염의 함량을 변화시키는 연구를 수행하였다. 이를 토대로 식염 3%를 첨가하였을 때 연육의 물성이 3D 프린터에 더 적합한 물성을 갖는 것을 확인하였다. 식품산업은 식품 안전성의 특성상 3D 프린터의 적용 가능한 잉크 원료개발에 제한이 많은 분야이다. 그러므로 본 연구는 연육이 물성조절을 통해 3D 프린터용 잉크로 개발될 수 있음을 확인한 기초 연구이며, 수산식품산업의 3D 프린팅 기술 응용에 매우 중요한 연구이다. 향후 연육의 3D 프린터 원료로의 개발이 표준화 된다면, 개인맞춤형 수산 식품 제작, 수산 단백질을 이용한 다양한 대체육 개발 등 많은 분야에서 응용이 가능할 것으로 생각된다.

Abstract ▼ AI-Helper

The fish cake industry is attempting to overcome the standstill by adopting new production technologies, such as 3D printing technology. The characteristics of food 3D printing ink, including viscosity, hardness, and adhesiveness, are essential in food 3D printing technology. Therefore, in this study, the effect of salt on the gelation of surimi 3D ink and its texture for 3D printing were examined. After adding salt (1-4%) to fish meat, the viscosity and adhesiveness of fish meat was found to be increased by gelation. Among the fish surimi with various salt contents, surimi with 3% salt showed the most suitable characteristics, including viscosity, adhesiveness, and hardness, for a whirlwind and λ 3D printing model. Scanning electron microscopy showed that the addition of 3% salt resulted in the most adhesive surimi and less porous spaces. Overall, our study found that 3% salt would be suitable for 3D printing ink using fish surimi.

주제어

표/그림 (6)

그림 Fig. 1. Surimi 3D printing design by CURA 2.4 software. (A) swirl shape, and (B) λ shape. 3D designs in swirl shape (X: 35 mm, Y: 40 mm, Z: 6 mm) and λ shape (X: 35 mm, Y: 40 mm, Z: 6 mm) were produced using CURA 2.4 software.
표 Table 1. The mixing proportion of surimi ink for 3D printing
그림 Fig. 2. Swirl shape 3D printing model made of surimi ink containing different salt proportion. Swirl shape 3D printing model; (A) 1% salt, (B) 2% salt, (C) 3% salt, and (D) 4% salt. Swirl shape 3D printing model could not be made using control surimi ink.
그림 Fig. 3. λ shape 3D printing model made of surimi ink containing different salt proportion. λ shape 3D printing model; (A) 1% salt, (B) 2% salt, (C) 3% salt, and (D) 4% salt. λ shape 3D printing model could not be made using control surimi ink.
그림 Fig. 4. Texture and whiteness of surimi dough containing different salt proportion. Using a food texture analyzer, (A) viscosity, (B) adhesiveness, and (C) hardness were measured. L, a, b method was used to measure color of surimi dough and (D) whiteness of surimi dough was calculated by L-3b.
그림 Fig. 5. SEM image of the surface of surimi dough containing different salt proportion. SEM image of surimi dough; (A) Control, (B) 1% salt, (C) 2% salt, (D) 3% salt, and (E) 4% salt.

AI 본문요약
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문제 정의

가하여 연육의 재료 특성과 적합한 식염 함량을 조사하고자 한다.

제안 방법

Swirl shape 3D printing model made of surimi ink containing different salt proportion. Swirl shape 3D printing model; (A) 1% salt, (B) 2% salt, (C) 3% salt, and (D) 4% salt. Swirl shape 3D printing model could not be made using control surimi ink.
, Seoul, Korea)를 이용하였다. 모델은 3D 프린팅 슬라이싱 소프트웨어(slicing software) (Cura 2.4, Ultimaker B.V, Utrecht, Nether- lands)를 사용하여 회오리 구조(X: 35mm, Y: 40mm, Z: 6mm)와 λ 구조(X: 35mm, Y: 40mm, Z: 6mm)의 3D 디자인(.stl file 확장자)을 g-code로 변환하여 제작하였다(Fig. 1). 그 후 연육 잉크를 1.
, Northbrook, IL, USA)를 사용하여 지름 6 cm, 높이 3cm의 플라스틱원통에 연육 반죽을 가득 채운 후 물성 측정기 테이블에 고정한 뒤 측정하였다. 물성 측정에 사용한 프로브는 평형 디스크 프로브(disk probe, FR-HA-20)를 사용하여 측정하였으며, 압축 속도(compression speed) 2.0mm/sec, 복귀 속도(returning speed) 2.0mm/sec, 압축 위치(compression position, 측정 중 최대 압축 시 프로브와 테이블 사이의 거리) 12.000mm, 반복 횟수(test cycle) 2회의 조건으로 수행되었다.
식염 농도에 따른 연육의 결착을 확인하기 위하여, 1-4%의 식염이 함유된 연육을 동결건조 시킨 후, 시료의 표면을 절단하여은 도료(sliver paste)로 분석판에 고정시킨 후, 백금(ion-coaster)을 이용하여 표면을 coating 한 후 주사전자현미경(TESKAN, Seoul, Korea)를 이용하여 분석을 실시하였으며, 5 kV의 가속 전압을 이용하여 연육 표면을 이미지로 측정하였다.
또한 3D 프린터 용 식품 잉크는 사출되어 적층 된 후 그 형상이 지속되어져야 하므로 가소성과 형상 유지성 등의 성질도 필요하다(Yang 등, 2017). 식품 잉크에서 이러한 물성을 결정하는가 장 기본적인 요소는 수분 함량이며(Yoon 등, 2004), 본 연구에서 사용한 어육살의 기본 수분함량이 71%임을 확인하였고(Sup- plementary Table 1), 반죽을 제조할 때 추가로 15%의 수분을 첨가하였다. 특히, 이는 일반적으로 어묵을 제조할 시 전분을 추가하게 됨에 따라 반죽에 15%정도의 수분을 추가로 첨가하는 것을 고려한 것이다(Oh 등, 2020).
3D 프린팅용 연육의 배합비는 Table 1과 같다. 어육살 100 g을 기준으로 설탕 2.7% (w/w), 물 15% (w/w) 및 식염 1, 2, 3, 4% (w/w)의 함량을 갖는 3D 프린팅 연육 잉크를 제조하였다. 본연구에서는 연구용 Food 3D 프린터(YL-R1, YOLILO Co.
연육 반죽의 물성은 식품 물성 측정기(FRTS 100N-Food texture analyzer, Imada Inc., Northbrook, IL, USA)를 사용하여 지름 6 cm, 높이 3cm의 플라스틱원통에 연육 반죽을 가득 채운 후 물성 측정기 테이블에 고정한 뒤 측정하였다. 물성 측정에 사용한 프로브는 평형 디스크 프로브(disk probe, FR-HA-20)를 사용하여 측정하였으며, 압축 속도(compression speed) 2.

대상 데이터

설탕은 식용 백설탕(CJ 제일제당, Incheon, Korea)을 구입하여 사용하였고, 식염(sodium chloride)은 대정화금(주) (Siheung, Korea)에서 구입하였다.
어육살은 늘푸른바다((주)늘푸른바다, Busan, Korea)에서 구매 하여 −50ºC에서 보관하였으며, 10 C에서 냉장 해동 후 사용하였다. 설탕은 식용 백설탕(CJ 제일제당, Incheon, Korea)을 구입하여 사용하였고, 식염(sodium chloride)은 대정화금(주) (Siheung, Korea)에서 구입하였다.

데이터처리

모든 실험은 3회 이상 반복 실시하였고, 실험을 통해 결과들은 평균±표준편차로 표현하였다. 실험 데이터는 그룹 간의 유의 차이를 분석하기 위해 Graphpad 7.
표현하였다. 실험 데이터는 그룹 간의 유의 차이를 분석하기 위해 Graphpad 7.0 (GraphPad Software, San Diego, CA, USA)을 이용하여 one-way ANOVA 검정을 실시하였으며, 95% 신뢰 수준의 Turkey’s Test를 이용하여 사후 검정 하였다.

이론/모형

7% (w/w), 물 15% (w/w) 및 식염 1, 2, 3, 4% (w/w)의 함량을 갖는 3D 프린팅 연육 잉크를 제조하였다. 본연구에서는 연구용 Food 3D 프린터(YL-R1, YOLILO Co., Ltd., Seoul, Korea)를 이용하였다. 모델은 3D 프린팅 슬라이싱 소프트웨어(slicing software) (Cura 2.

성능/효과

3)에서도 비슷한 결과를 확인하였다. 2% (Fig. 3B)-3% (Fig. 3C)의 식염이 첨가된 연육이 제작품의 적층 및 노즐에서의 연속적인 잉크의 분출에 적합한 물성을 갖는 것을 확인하였다. 특히, 노즐에서의 연속적인 잉크 분출은 단순한 적층뿐만 아니라 제작품의 전체 형태에도 영향을 주었다.
식염을 넣지 않은 대조군에서 다량의 미세공이 발견되었으며 식염이 첨가될수록 어육 단백질 간의점착에 의해 미세공은 작아졌다. 3% 연육에서 가장 적은 수의 미세공이 확인되었으며, 연육 간의 응집이 가장 넓게 이루어진 것을 확인하였다. 이러한 결과는 다른 연구에서도 유사한 결과를 보였다.
구조를 만드는데 영향을 주는 것을 확인하였다. 식염 1% (Fig.
점도와 점착성의 경우 식염을 첨가하지 않은 경우 식염을 첨가하였을 때와 비교하여 유의적으로 낮은 수치를 보여주었다. 또한 경도의 경우 식염을 첨가한 샘플과 비교하여 1% 식염 첨가를 제외하고 유의적으로 높은 차이를 보여주었다. 식염을 첨가한 경우 4%의 식염을 첨가한 3D 프린팅 잉크의 경우 점성과 점착성이 2- 3%와 비교하여 다시 줄어드는 것을 확인하였다.
특히 경도는 식품의 단단한 정도를 나타내는 물성으로 1% 식염 연육의 경우 경도는 대조군과 비슷하게 높으며, 점착력은 2-3%와 비교하여 유의적으로 낮음을 확인하였다. 반대로 4% 식염 연육의 경우 경도는 유의적으로 가장 낮으며, 점성과 점착력이 2-3% 보다 낮아 3D모양을 유지하기 힘든 것으로 나타났다.
알려져 있다(Park 등, 2003). 본 연구에서 연육의 백색도 는 대조군(0% 식염)과 식염을 첨가한 연육 간의 유의적인 차이가 없었다(Fig. 4D). 이를 통해 식염은 연육의 색에 영향을 미치지 않음을 확인하였다.
식염은 식품의 짠맛 및 감칠맛을 강화하는 성분으로, 과량이 첨가되었을 때 식품의 관능성을 저해하는 요인이 될 수 있다. 본 연구에서 확인한 식염의 함량은 일반적으로 생산되는 연육의 식염 함량이 2-3%임을 감안하였을 때, 시판되는 어묵용 연육의 식염 함량이 3D 프린터 잉크소재로써 적합함을 보여주는 결과이다.
구조를 만드는데 영향을 주는 것을 확인하였다. 식염 1% (Fig. 3A) 및 4% (Fig. 3D)가 첨가된 모형의 경우 회오리모양과 유사하게 부정확한 출력 양상을 보여주었으며 특히, 1%의 식염 잉크의 경우 분출된 잉크의 연속성이 부족하여 단절된 부분이 다수확인되었고, 4%의 식염 잉크의 경우 구조가 견고하지 못하여 무너지는 모습을 보여주었다.
또한 경도의 경우 식염을 첨가한 샘플과 비교하여 1% 식염 첨가를 제외하고 유의적으로 높은 차이를 보여주었다. 식염을 첨가한 경우 4%의 식염을 첨가한 3D 프린팅 잉크의 경우 점성과 점착성이 2- 3%와 비교하여 다시 줄어드는 것을 확인하였다. 식염이 첨가된 열이 가해지지 않은 연육의 단백질 간의 결합은 불특정 단백질결합(non-specific protein association)과 수소결합을 주를 이루며, 열이 가해짐에 따라 이러한 결합이 줄어들며 이황화결합이 늘어난다고 알려져 있다(Kim과 Kim, 1990).
위하여 제작한 회오리 구조에서 식염을 첨가하지 않은 반죽의 경우 3D 프린팅을 통하여 모형의 제작이 불가능함을 확인하였으며, 이를 통해 연육을 이용한 3D 프린터용 잉크를 제조할 경우 식염의 첨가가 필수적임을 확인하였다. 회오리 구조에서 식염 1% (Fig.
4D). 이를 통해 식염은 연육의 색에 영향을 미치지 않음을 확인하였다. 이는 열이 가해지지 않은 연육의 경우 물 분자들이 주로 연육단백질의 표면에 위치하여 높은 빛 반사 강도와 밝기에 영향을 미치기 때문으로 알려졌다.
5%의 식염을 첨가하였을 때 연육 간의 결합이 늘어나는 것을 확인하였다. 이를 통해 식염이 어육 간의 결합을 증진시키며 점착력 및 점도를 올려주는 것을 확인할 수 있었다. 이는 연육의 단백질 분자들 간의 강한 점착력에 의하여, 유동성을 가지는 연육 반죽이 서로 끌어당기며 동등한 속도로 움직이려는 성질이 생기기 때문이며, 이를 토대로 점성에 영향을 미치기 때문인 것으로 알려져 있다(Anvari 등, 2018).
이러한 물성의 변화가 2-3%의 식염을 첨가하였을 때 가장 정교한 3D 프린팅 모델링을 할 수 있는 이유로 확인된다. 특히 경도는 식품의 단단한 정도를 나타내는 물성으로 1% 식염 연육의 경우 경도는 대조군과 비슷하게 높으며, 점착력은 2-3%와 비교하여 유의적으로 낮음을 확인하였다. 반대로 4% 식염 연육의 경우 경도는 유의적으로 가장 낮으며, 점성과 점착력이 2-3% 보다 낮아 3D모양을 유지하기 힘든 것으로 나타났다.
첨가가 필수적임을 확인하였다. 회오리 구조에서 식염 1% (Fig. 2A) 및 4% (Fig. 2D)가 첨가된 출력물의 경우 불완전한 적층이나 구조의 무너짐이 확인되었으며, 2% (Fig. 2C) 및 3% (Fig. 2D)의 식염이 첨가하였을 때 3D 디자인과 일치하는 구조 및 노즐로부터 연속적인 압출을 확인하였다. 이는 2-3%의 식염을 첨가하였을 때 점성과 가소성이 3D 프린팅에 적합하다는 것을 보여주는 결과이다.

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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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