동결건조한 고려엉겅퀴 분말을 첨가한 생면의 제조조건 최적화

고려엉겅퀴는 2011년 6월 중순경 강원도 정선산 생 고 려엉겅퀴를 구입, 신선한 것을 선별한 후 세척한 잎을 1 kg씩 폴리에틸렌 봉투에 넣어 포장하여 -70℃ 냉동고에 서 얼린 후 동결건조기(FD5518, 일신, 경기)로 건조시킨 분말을 사용하였으며, 밀가루는 중력분 1등급(백설밀가루, CJ주식회사, 서울), 소금(재제염, 순도 88% 이상, CJ 주식 회사, 서울)을 사용하였다.

고려엉겅퀴 분말을 첨가한 생면의 재료 및 분량은 예비실 험을 통하여 Table 1에 나타낸 바와 같이 하였다. 밀가루, 고려엉겅퀴 분말, 소금을 섞어 체에 내린 후, 물을 넣어 반 죽기(K45SSWH, Hobart Co., Troy, OH, USA)를 사용하여 설정된 시간동안 반죽한 뒤 비닐에 넣어 상온에서 1시간 동안 숙성시켰다. 숙성시킨 반죽은 제면기(Pasta Machine, Imperia, Torino, Italy)를 이용하여 롤 간격을 2.5 mm로 조 절하여 면대를 형성한 뒤 반을 접어 다시 대를 형성하는 방법으로 롤 간격을 조절하여 두께를 점차 감소시켜 면대를 형성하였고, 최종 두께 1 mm, 너비 5 mm인 생면을 제조하 여 30 cm 길이로 잘라 본 실험의 시료로 사용하였다.

고려엉겅퀴 분말 첨가 생면의 최적 재료비를 찾기 위하여 모든 실험의 design, data 분석 및 최적화는 Design Expert 7.1(Stat-Easy Co., Minneapolis, MN, USA)를 사용하였고, 실험 디자인은 반응표면분석법 중 D-optimal design(Van & Pauwels, 2003)에 따라 설계하였다. 독립변수로는 생면의 품질에 영향을 미치는 고려엉겅퀴 분말 첨가량, 수분 첨가 량, 그리고 반죽 시간으로 설정하였다. 함량의 최소 및 최 대 범위는 충분한 예비 실험을 거쳐 실험에 필요한 생면의 양을 500 g으로 결정하였으며, 이 양을 100%로 하였을 때 로 각각 설정하였으며, 실험점의 재료 혼합 조건은 Table 1과 같았다. 이 때 각각의 독립변수로 고려엉겅퀴 분말 첨 가량(A) 2-9%, 수분 첨가량(B) 40-45%, 그리고 반죽 시간 (C) 7-20분 이었다. 반응변수로는 색도(CIE L*, CIE a*, CIE b*), 텍스처, 수분 흡수율, 부피, 탁도 그리고 관능검사 를 설정하였다.

설정된 혼합디자인 속에서 성분들 간의 상호작용을 알아 보기 위해서 quadratic design model을 적용하였다. Regression model을 나타내는 coefficient 값들은 계산 되어졌고, linear와 canonical 형태의 quadratic model은 modified least square regression에 의해 만들어졌다. 이때 full quadratic model은 stepwise regression방법(α = 0.1)으로 data 선택의 폭을 넓 혔으며, 그 model과 coefficient 값들은 F-test로 그 유의성 을 검증하였다. 각 모형에 따른 성분들의 반응을 보기 위 하여 response surface plot과 trace plot을 이용하였다.

고려엉겅퀴 분말 첨가 생면 제조 조건의 최적화를 찾기 위하여 18개의 실험점으로 제조한 생면을 증류수 400 mL 가 끓을 때 생면 20 g을 넣고 3분간 삶아 30초간 흐르는 물에 헹구고, 체에 받쳐 2분간 물기를 뺀 뒤 즉시 본 실험 의 시료로 사용하였다.

고려엉겅퀴 분말의 첨가량을 달리한 생면의 색도는 색차 계(JC-801S, Color Techno System Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 5×5 cm로 자른 후, 명도(CIE L^*), 적색도(CIE a^*), 황색도(CIE b^*) 값을 10회 측정한 뒤 평균값을 나타 내었다. 이때 사용한 표준 백색판(standard plate)의 값은 CIE L^*, 98.5; CIE a^*, 0.35; CIE b^*, 0.73 이었다.

고려엉겅퀴 분말의 첨가량을 달리한 생면의 텍스처 측정 은 Texture Analyzer(TA XT-2, Stable Micro System Ltd, Surrey, UK)를 사용하여 경도(hardness), 탄력성(springiness), 및 씹힘성(chewiness)의 TPA(Texture Profile Analysis) 특성 치를 측정하였다. 이 때 모든 생면은 삶은 후 30초 이내에 수행되었다.

고려엉겅퀴 분말과 수분 첨가량, 및 반죽 시간을 달리한 생면 20 g을 끓는 물 400 mL에 넣고 3분간 조리한 후 건 져서 흐르는 냉수에 30초간 냉각시킨 다음 거름망에서 2 분간 물을 뺀 후 면의 중량을 측정하였다.

부피 팽창율은 mass cylinder에 300 mL의 물을 채운 뒤, 수분흡수율을 측정한 생면을 시료로 mass cylinder에 넣어 증가하는 물의 부피를 측정하여 계산하였다.

생면을 삶아낸 후 면을 건져낸 물을 실온에서 냉각하여 분광광도계(Ceres UV 900 HDi, Bio-Tek Instruments, Inc., Winooski, VT, USA)를 사용하여 675 nm에서 흡광도를 측 정하였다.

최적조건을 찾기 위한 18개 실험처리구의 기호도는 생 면을 만들어 오후 3시에 30명의 식품영양학과 대학원생을 대상으로 색, 향, 맛, 입안에서의 느낌, 그리고 전반적인 기 호도의 5가지 특성에 대하여 9점 평점법으로(Kim et al., 1993) 실시하였다. 기호도는 “대단히 싫음(dislike extremely)” 을 1점, “대단히 좋음(like extremely)”을 9점법으로 평가하 였다. 제시된 시료는 세 자리 숫자로 표시하였으며, 검사원 들의 정확한 검사를 위하여 18개의 시료는 4회로 나누어 제공하였으며 시료의 검사 순서상에서 올 수 있는 오차를 줄이기 위해 무작위 순서대로 시료를 검사하게 하였다. 또 한 일정한 양(20 g)으로 투명한 pyrex 유리컵에 담아 물과 함께 제공하였고, 한 개의 시료를 평가한 다음 생수로 입 안을 깨끗하게 헹군 후 다른 시료를 평가하도록 하였다.

Canonical 모형의 수치적 최적화(numerical optimization) 와 혼합물 성분의 모형적 최적화(graphical optimization)를 통하여 재료 혼합비의 최적화를 선정하였고, 그 때의 점을 예측하였다. 수치적 최적화는 canonical 모형을 근간으로 하는 모델의 계수에 각 반응에 대한 목표 범위(goal area) 를 설정 program에 의해 다음 식을 통하여 구하였다.

여기서 D는 overall desirability(Derringer & Suich, 1980), d는 각각의 desirability, n은 response의 수이다. 모형적 최적 화는 각 반응에 대한 최소 혹은 최대 제한점을 결정하여 입력하였을 때 가능한 범위에서 그래프가 중첩되는 부분으 로 구하였다.

생면의 색도에 미치는 영향을 살펴본 결과는 Table 2와 같고, 설정된 반응별로 모델링화 하여 F-test를 통해 유의 성을 검증한 결과와 독립변수가 색도에 미치는 효과를 살 펴보기 위한 회귀식은 Table 3에, 반응표면도와 trace plot 은 Fig. 1에 나타내었다. 명도는 고려엉겅퀴 분말, 수분, 반 죽 시간이 2%, 40%, 7분 이었을 때 가장 높은 값을 보여 고려엉겅퀴 분말 첨가량이 낮을수록 생면의 색은 밝았다. 명도, 적색도, 황색도 모두 linear 모델(R²= 0.8388, 0.8660, 0.9627)이 선택되었고, probability는 p < 0.0001으로 5% 이 내에서 유의성이 인정되어 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식에서 나타난 계수 중 색도에 가장 큰 영향을 주는 인자는 고려엉겅퀴 분말로 나타났는데(Table 3) 이는 고려 엉겅퀴 분말 고유의 색이 적색도와 황색도를 낮춰준 것으 로 생각되었다. 밀가루에 연잎 분말 첨가량을 달리하여 제 조한 국수(Park et al., 2010)와 클로렐라 추출물을 첨가한 국수(Park & Cho, 2004)의 명도와 적색도는 연잎 분말 첨 가량이 많아질수록 떨어졌으며 황색도는 증가하여 본 결과 와 유사하였다.

Fig. 1. Response surface and trace plot for the effect of Cirsium setidens Nakai powder content (A), water content (B), and kneading time (C) on the Hunter's color values of the wet noodles.

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텍스처를 측정한 결과는 Table 2와 같고, 경도(hardness) 는 2,046.47-4,694.55 gf, 탄력성(springiness)은 0.21-0.66 mm, 씹힘성(chewiness)은 1,030.40-1,569.29 gf·cm 범위의 결과를 보였다. 경도, 탄력성 및 씹힘성의 모든 항목에서 linear (R²=0.9265, 0.9708, 0.9278) 모델이 결정되었고, probability는 p < 0.0001으로 5% 이내에서 유의성이 인정되어 모델의 적합 성이 인정되었다. 회귀식의 계수들을 살펴본 결과 고려엉 겅퀴 분말 첨가량이 텍스처에 영향을 주는 것으로 보였다 (Table 3).

선택된 모델에 대한 반응표면과 trace plot은 Fig. 2와 같 다. 반응표면 곡선과 trace plot의 기울기를 살펴본 결과 고 려엉겅퀴 분말 첨가량(A-A 선)과 반죽 시간(C-C 선)이 증 가하면 경도, 탄력성과 씹힘성은 증가하였다. 수분 첨가량 (B-B 선)이 증가하면 경도, 탄력성과 씹힘성은 감소하였다. 고려엉겅퀴 분말 첨가량이 증가할수록 경도가 증가하는 이 유는 고려엉겅퀴에 함유된 섬유소 때문인 것으로 보이며 이는 식이 섬유의 구조적 특징을 구성하는 분자내 결합 (intramolecular linkage)(Hwang et al., 1994)에 의하여 경 도가 증가한 것으로 추정된다. 또한 면류에 칼슘을 첨가하 는 것은 제품에 유리한 조직의 면을 만들기 위함인데 (Jeong, 1999) 고려엉겅퀴에 함유되어있는 칼슘은 반죽을 치밀하게 만드는데 도움이 된 것으로 판단된다.

Fig. 2. Response surface and trace plot for the effect of Cirsium setidens Nakai powder content (A), water content (B), and kneading time (C) on the texture of the wet noodles.

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수분흡수율을 측정한 결과는 Table 2와 같고, 62.38- 87.54% 범위의 결과를 보였으며 linear 모델(R²= 0.9468)이 결정되었다. Probability는 p < 0.0001으로 5% 이내에서 유 의성이 인정되어 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수를 살펴본 결과 고려엉겅퀴 분말함량이 수분흡수율에 영향을 많이 주는 것으로 보였다(Table 3).

선택된 모델에 대한 반응표면과 trace plot은 Fig. 3과 같 다. 반응표면 곡선과 trace plot의 기울기를 살펴본 결과 고 려엉겅퀴 분말 첨가량(A-A 선)과 수분 첨가량(B-B 선), 그 리고 반죽 시간(C-C 선)이 증가할수록 수분흡수율은 증가 하였다. 수분흡수율은 시료입자에 의하여 흡수되거나 시료 입자의 표면에 흡착되는 것으로 보고 되었다(Lee et al., 2000). 또한 매생이 분말 첨가 국수(Park et al., 2010), 사 과쥬스박과 두유박으로부터 제조한 식이섬유원을 보강한 국수(Hong et al., 1993), 파프리카즙 첨가 국수(Hwang & Jang, 2001)와도 유사한 결과로 생면을 삶을 때 고려엉겅 퀴의 식이섬유와 가용성 펙틴에 의해 생면의 보수력도 상 대적으로 증가하여 중량이 늘어났기 때문이었다고 생각되 어 진다.

Fig. 3. Response surface and trace plot for the effect of Cirsium setidens Nakai powder content (A), water content (B), and kneading time (C) on the water absorption, volume, and turbidity of the wet noodles.

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생면의 부피 팽창율을 측정한 결과는 Table 2와 같고, 32.38-58.41% 범위의 결과를 보였으며 linear 모델(R²= 0.9710) 이 결정되었다. Probability는 p < 0.0001으로 5% 이내에서 유 의성이 인정되어 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수를 살펴본 결과 고려엉겅퀴 분말 첨가량이 부피에 영 향을 많이 주는 것으로 보였다(Table 3).

선택된 모델에 대한 반응표면과 trace plot은 Fig. 3과 같 다. 반응표면 곡선과 trace plot의 기울기를 살펴본 결과 고 려엉겅퀴 분말 첨가량(A-A 선)과 수분 첨가량(B-B 선), 그 리고 반죽 시간(C-C 선)이 증가할수록 부피는 감소하였다. 밀가루를 반죽하면 밀가루 단백질 중 글리아딘과 글루테닌 이 서로 엉겨서 3차원의 그물모양의 글루텐을 형성하는데 (Delcour & Hoseney, 2010) 식이섬유가 함유되어있는 고려 엉겅퀴 분말 첨가량이 증가됨에 따라 생면 반죽의 글루텐 비율이 감소하여 부피가 감소한 것(Park et al., 2001)으로 추정되어진다. 또한 반죽 속에 포함된 수용성 단백질이 함 량증가에 따라 물에 용해되는 양이 늘어나면서 일어난 결 과로 해석되며 분리 대두 단백질을 첨가한 쌀국수(Park & Lee, 2005)에서 단백질 함량 증가에 따라 단백질이 물에 용해되어 부피 팽창율이 감소하였다고 한 결과와도 유사한 현상이었다. 한편 매생이 분말을 첨가한 국수(Park et al., 2010)의 실험에서는 매생이 분말의 첨가량이 증가할수록 중량과 수분흡수율, 부피가 증가하였는데 이는 해조류의 특성상 수분흡수력이 증가하였기 때문이라 하였으며 본 실 험과는 다른 결과를 보였다.

탁도를 측정한 결과는 Table 2와 같고, optical absorbance는 0.20-0.77 범위의 결과를 보였으며 linear 모델(R²= 0.9396)이 결정되었다. Probability는 p < 0.0001으로 5% 이내에서 유 의성이 인정되어 모델의 적합성이 인정되었다. 회귀식의 계수를 살펴본 결과 고려엉겅퀴 분말 첨가량이 탁도에 영 향을 많이 주는 것으로 보였다(Table 3). 선택된 모델에 대 한 반응표면과 trace plot은 Fig. 3과 같다. 반응표면 곡선 과 trace plot의 기울기를 살펴본 결과 고려엉겅퀴 분말 첨 가량(A-A 선)과 수분 첨가량(B-B 선)이 증가할수록 탁도 는 높아졌으며, 반죽 시간(C-C 선)이 증가할수록 탁도는 감소하였다. 고려엉겅퀴 분말 첨가량이 높을수록 탁도가 높게 측정되어 고형분이 더 많이 용출됨을 알 수 있었다. 동결건조 매생이 분말 첨가 국수(Park et al., 2010)에서는 첨가물의 첨가량이 늘어날수록 국수 삶은 물의 탁도는 증 가하였다고 하였고 그 이유가 매생이 분말 첨가에 따라 밀 가루 반죽의 결합력이 약해져 쉽게 풀어지고 매생이 고유 의 가용성분등이 녹아나오기 때문이라 하였다. 이 결과는 제면 시 첨가 물질의 양이 많아질수록 고형분의 손실량이 커서 탁도가 높게 나타났다는 보고(Park et al., 2003)로 뒷 받침되는 결과였으며 특히 고려엉겅퀴의 섬유소 등이 밀가 루 전분의 결합을 방해하여 밀가루의 고형분이 국물에 우 러나오는 것이라 판단되었다. 따라서 본 실험의 결과는 고 려엉겅퀴 분말 첨가량이 증가 할수록 조리 시 국물 중으로 빠져나가는 성분이 증가하는 것을 나타내고 있으며 국수 제조 시 첨가물의 양이 늘어날수록 고형분의 손실량이 커 져 국수 삶은 물의 탁도가 높게 나타났다는 연잎 분말 첨 가 국수(Park et al., 2010) 그리고 발아콩분말 첨가 국수 (Choi et al., 2005)의 연구 결과와 유사한 경향이었다.

생면의 최적 제조조건을 위한 기호도 결과는 Table 4와 같고, 9점 만점을 기준으로 색 5.72-8.65, 향 5.22-8.86, 맛 5.10-8.74, 탄력성 5.14-8.78, 입안에서의 느낌 5.21-8.85, 그 리고 전반적인 기호도의 경우 5.17-8.81 범위의 점수를 받 았다. 모든 기호도는 교호작용의 영향을 받는 quadratic 모 델로 결정되었다. Probability는 색, 향, 맛, 탄력성, 입안에서의 느낌 그리고 전반적인 기호도가 각각 0.9491, 0.9334, 0.9561, 0.9634, 0.9647, 0.9624로 모든 항목은 5% 이내에 서 모델의 적합성이 인정되었다(Table 5). 모든 항목에서 고려엉겅퀴 분말 5.50%, 수분 첨가량 40.00%, 반죽 시간 20.00분의 조건으로 만든 생면의 점수가 가장 높은 것을 알 수 있었다.

반응표면도를 살펴보면 고려엉겅퀴 분말 첨가량, 수분 첨가량 그리고 반죽 시간이 증가할수록 점수가 증가하다가 최대값을 보인 후 점차 점수가 감소하였다. Trace plot(Fig. 4)에서도 역시 고려엉겅퀴 분말 첨가량(A-A 선), 수분 첨 가량(B-B 선)과 반죽 시간(C-C 선)이 증가할수록 점수가 최대값을 보이다가 감소하였다. 생면을 만드는데 있어 각 각의 재료와 제조조건이 중요한 역할을 하지만 과도하게 많이 첨가할 경우 색, 맛과 입안에서의 느낌에 바람직하지 않은 영향을 주는 것을 알 수 있었다.

Fig. 4. Response surface and trace plot for the effect of Cirsium setidens Nakai powder content (A), water content (B), and kneading time (C) on the Sensory characteristics of the wet noodles.

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본 실험의 텍스처 측정 결과에서는 고려엉겅퀴 분말함량 과 반죽 시간이 적을수록, 수분함량이 많을수록 생면의 부드 러움은 증가하였는데, 관능검사 결과 탄력성이나 입안에서의 느낌은 많이 부드럽거나 단단한 생면보다는 적당하게 부드 러움을 유지하는 정도를 더 좋아하는 것을 알 수 있었다.

최적화 접근은 Deringer & Suich(1980)를 근원으로 하여 발전시킨 방법을 사용하였다. 제조공정 조건의 변수인 고 려엉겅퀴 분말 첨가량은 최대로, 수분 첨가량과 반죽 시간 은 최소로 하였다. 그때의 명도, 탄력성, 그리고 기호도 항 목은 최대로 설정하였고 적색도, 황색도, 경도, 씹힘성, 수 분흡수율, 부피 팽창율, 탁도는 최소로 설정하였다. 모델화 에 의해 결정된 반응식을 이용하여 만족하는 수치점 (numerical point)을 예측하였다(Table 6). 예측된 수치적 최 적값(numerical optimization)은 고려엉겅퀴 분말 첨가량 5.76%, 수분 첨가량 42.52%, 반죽 시간 13.86분으로 결정 되었다. 최적화 접근의 다른 방법으로 모형적 최적값 (graphical optimization)를 사용하였으며, 이는 Fig. 5에 나 타내었다. 수치적 최적값와 달리 각 반응 모형 그래프의 중첩되는 부분을 최적 범위로 정하였다. 이때 결정된 최적 값으로는 desirability 0.623에 해당하는 고려엉겅퀴 분말 첨가량 5.77%, 수분 첨가량 42.52%, 반죽 시간 13.87분으 로 수치 최적화 점과 유사하였다.

Fig. 5. Three-dimensional plot of the optimal mixture region of the wet noodles by desirability.

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