마이크로웨이브 해동 조건에 따른 냉동밥의 이화학적 특성 변화

본 실험에 사용된 쌀은 2013년에 수확한 호품미를 김포 농협 미곡종합처리장에서 벼 상태로 구입한 후 12분 도미 로 도정한 후 1 kg 단위로 진공포장하고 냉장보관(4°C)하 면서 시료로 사용하였다.

취반 전 쌀은 30분간 물에 침지하였다가 물기를 제거한 후, 취반미의 120%(w/v)의 물을 첨가한 후, 전기 압력 밥 솥 (WHA-VF1070S, Cuchen., Ltd., Seoul, Korea)에서 취 반하였다. 취반은 가열부터 뜸들이기까지 약 25분간 진행 되었으며, 취반 후 상온에서 방랭한 시료가 대조구로 사용 되었으며, 처리구는 방랭 후 용기에 소분(210 g)하고 냉동 하였다.

취반미는 210 g씩 PP 용기(T-16, poly propylene, Moden package Co. Ltd, Seoul, Korea)에 담아 정형하였으며 해동 시 온도 측정용 광센서가 통과할 수 있도록 측면에 3개의 구멍(ø = 2 mm)을 뚫어주었다(Fig. 1). 실험에 사용된 T-16 용기의 크기는 하단 ø = 90mm, 상단 120mm, 높이 60mm 이었으며, T-16 용기에서 1차 냉동한 취반미는 다른 PP 용기 (T-250, poly propylene, bottom(ø)=100mm, top(ø)=120mm, H=40mm, Moden package Co. Ltd, Seoul, Korea)에 옮겨 담 은 후 일반 냉동고(CF)에서 하루 정도 보관하였다.

취반미는 급속강제송풍식 냉동고(Individual Quick Freezer- (IQF), Seojin, Gyeonggi, Korea)를 이용한 강제송풍냉동기법 이나 일반 냉동고(Conventional Freezer-(CF), CRFD-0621, Samsung, Seoul, Korea)를 이용한 일반 냉동법으로 동결하였 다. 시료의 동결속도는 실온에서 시료의 중심부 온도가 25°C 에 도달한 시점부터 냉동을 시작하여 온도가 -18°C에 도달 할 때까지 측정하였다.

냉동 취반미의 해동은 전자레인지(KR-S340TC, Daewoo, Seoul, Korea)를 사용하여 해동하였으며, 전자레인지의 출 력 강도를 200, 600 또는 1000W로 조절하여 중심 온도가 100°C에 도달할 때까지 가열하였다. 해동시 온도변화는 다 중채널 온도 기록계(Temperature Multichannel Instrument8, FISO Technologies Ins., Quebec, QC, Canada)에 광센서 (Fiber Optic Temperature Sensor, FISO Technologies Inc., Quebec, QC, Canada)를 연결하여 측정하였다.

해동한 취반미의 수분함량은 A.O.A.C법(1990)에 준하여 상압건조법으로 분석하였다. 냉해동한 취반미 3 g을 채취하 여, 105°C에서 24시간이상 항량될 때까지 건조하였으며, 모든 실험은 3회 반복하였다.

냉해동 공정에 따른 취반미의 색도는 Color reader(CR- 10, Korea Minolta Sensing Inc., Tokyo, Japan)를 사용하여 백색도(lightness, CIE L*), 적색도(redness, CIE a*) 그리고 황색도(yellowness, CIE b*)로 분석하였다. 이때 표준판의 색도는 백색도 77.8, 적색도 +14.4, 황색도 -1.0이었고, 냉해 동 공정에 따른 취반미의 색도변화는 냉동 전 대조구 시료 로부터의 색차로 비교하였다. 냉해동 후의 샘플의 색도차 를 다음과 같은 공식에 대입하여 값을 산출하였다(eq. 1). L^*₁, a^*₁ 그리고 b^*₁은 냉동 전 취반미의 색도를 나타내며, L^*₂, a^*₂ 그리고 b^*₂는 해동 후 취반미의 색도를 나타낸다.

Total color differences(ΔE) (eq. 1)

냉해동 취반미의 물리적 특성은 Texture analyzer (CT3- 1000, Brookfield Engineering Laboratories, Inc., Midddleboro, MA, USA)를 이용하여 분석하였다. 분석은 해동후 상온에 서 방랭하여 시료의 중심부 온도가 약 25°C에 도달하였을 때 진행하였으며 시료의 중심부(PC), 중간 부분(PM), 가장 자리(PE)으로 나누어 분석하였다(Fig. 1). 취반미의 물성 측 정 조건은(Table 1)과 같다.

Fig. 1. Measurement position for texture of rice block.

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취반미의 미세조직은 IQF에서 냉동한 후 해동 시 전자레 인지의 출력조건에 따라 관찰하였다. 취반미는 해동 후 바 로 동결건조하고, 종단으로 자른 후 Ion sputter(E-1010, Hitachi, Tokyo, Japan)로 금 코팅을 하여, 시차 주사 전자현 미경(Scanning electron microscope, SEM, S-3000N, Hitachi, Tokyo, Japan)으로 내부 구조를 관찰하였다. 관찰하는 동안 전자현미경은 진공상태로 유지되었으며, 시료는 5 kV 전압 에서 관찰하였다.

통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0 SPSS Inc., Chicago, USA)을 이용 하여 각 측정군의 평균과 표준편차를 산출하고 처리간의 차 이 유무를 one-way ANOVA (Analysis of variation)로 분석 한 뒤 Duncan’s multiple range test를 이용하여 p < 0.05 수 준에서 유의성을 검정하였다.

취반미의 동결 속도는 냉동 시스템에 따라 다르게 측정 되었으며, 강제송풍냉동 시료는 0.73°C/min, 일반 냉동 시 료는 0.14°C/min의 속도로 냉각되어 총 냉동 시간은 IQF 에서 약 1시간, CF에서 약 5시간 정도 소요되었다(Fig. 2). 또한 식품의 수분 중 80%가 빙결정으로 변하는 최대빙결 정생성대(0~-5°C)를 지나는 시간은 IQF에서 약 30초 정도 걸렸으며 CF에서는 약 181분 정도로 소요되어, IQF에서 냉동하는 것이 CF에서 냉동하는 것보다 약 300배 이상 빠른 것으로 관찰되었다. 최 등(1995)은 동결속도에 따른 쌀의 노화도 분석에서 최대 빙결정 형성 시간에 따라 취반 된 쌀의 노화도가 크게 영향을 받는다고 보고하였다.

Fig. 2. Freezing curve of cooked rice according to freezing system; IQF: Individual quick freezing, CF: Conventional freezing.

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취반미의 해동은 전자레인지를 사용하여 진행되었으며, 전자레인지 출력 강도에 따른 해동속도는 Table 2와 같다. 200W에서 해동한 경우 IQF, CF에서 냉동한 시료 모두 100°C까지 가열되는데 약 50분이 소요되었으며, 600W로 가열한 시료는 냉동방법에 따라, IQF 냉동 시료는 약 7분 35초, CF 냉동 시료는 약 7분 52초가 소요되었다. 마지 막으로 1000W에서 해동한 시료들은 IQF 냉동 시료가 약 3분 20초, CF 냉동 시료가 약 3분 26초 정도 소요되었 다. 냉동 시스템에 따른 취반미의 해동 속도를 비교한 결 과 시료의 해동시 온도 상승 속도는 동결 방법에 따른 유 의적인 차이를 나타내지 않았으며, 마이크로파 출력 정도 에 따라 해동속도는 유의적으로 증가하는 것으로 측정되었 다. 시료의 해동 시 시료 내부의 온도 분포는 균일하지 않 게 상승하였으며, 중심부의 온도가 100°C까지 상승하여도, 취반미의 가장자리 부분은 60°C에 미치지 못하는 것으로 측정되었으며, 전자레인지의 출력 정도는 이러한 취반미의 온도 분포에 영향을 미치지 못하는 것으로 판단된다. Fan et al.(2012)은 즉석밥의 전자레인지 재가열 시 온도의 분포 도를 분석한 결과, 실린더 형의 취반미에서 50초 가열 시 중심부의 온도가 가장 높게 상승하며, 90초 가열 시 높이 1-2 cm 부분의 중심부의 온도는 90°C까지 상승한 반면, 테 두리 부분은 75°C 이하로 유지된다고 보고하였다.

수분함량의 변화는(Fig. 3)에 나타내었다. 대조구의 수분 함량은 60.36%로 모든 처리구는 대조구보다 낮은 수분함 량을 나타내었으며, 이러한 결과는 냉해동과정에서 수분손 실이 크다는 Ha and Lee(2005)의 결과와 부합한다. 냉동 에 따른 수분 손실은 유의적인 차이가 없었으며, 강제송풍 냉동 시료는 해동시 출력에 따른 유의적 차이가 없는 반면, 일반냉동 시료는 600W에서 해동 한 경우 54.13%로 유의 적으로 낮은 수분함량을 나타내었다. 이 결과는 냉동 속도 가 빠를수록 수분손실이 적다는 Yu et al.(2010)의 결과와 부합하지 않았으나, 강제송풍식 냉동 취반미를 전자레인지 로 해동한 경우 취반 직후의 수분함량과 유의차가 없다는 Oh(1997)의 결과와는 일치하고 있다. 또한 600W로 가열 한 시료의 수분함량은 200W로 처리한 시료나, 1000W로 처리한 시료에 비하여 비교적 낮은 것으로 분석되었는데, 200W로 가열한 시료의 경우 장시간 동안 가열이 진행되 기는 하지만, 출력 강도가 매우 낮아 시료 내부의 수분 증 발이 비교적 적은 것으로 사료되며, 1000W로 가열한 시 료의 경우, 출력 강도는 높으나, 가열 시간이 3분 이내로 매우 짧기 때문에 600 W 처리 시료 보다 적은 양의 수분 이 증발한 것으로 판단된다.

Fig. 3. Water content of rice according to freezing system and output of microwave in thawing process. ¹⁾The different capital letters (A-B) indicate significant differences between output of microwave in thawing processing for the CF freezing system (p< 0.05). ²⁾The different small letters (a-c) indicate significant differences between output of microwave in thawing processing for the IQF freezing system (p< 0.05).

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냉해동 과정에 의한 취반미의 색도 비교 결과는 Table 3 에 나타내었다. 모든 처리구의 백색도는 대조구(74.83) 보다 낮은 값(67.79~72.52)을 나타내었으며 IQF에서 냉동한 시료 (68.29~72.52)보다 일반냉동을 한 경우가 비교적 낮은 백색 도(67.79~71.52)를 나타냈다. 취반미의 적색도는 대조구가 -2.55로 분석되었으며 냉해동 이후 모든 처리구가 0.04~0.34 정도 감소하는 경향을 나타내었고, 대조구의 황색도는 4.10 으로 분석된 반면, 냉해동 이후 1.21~2.84 증가하는 것으 로 분석되었다. 이는 취반미가 냉해동이 반복되는 경우 백 색도와 적색도가 유의적으로 감소하지만 황색도는 증가한 다는 Ha and Lee(2005)의 결과와 부합한다. 백색도의 유 의적인 감소는 냉해동 과정을 거치면서 노화가 진행됨에 따라 전분분자들이 재결합하여 명도가 떨어진 것으로 보인 다 (Whitler and Paschall, 1965; Radley, 1954). 전반적인 냉동방법에 따른 색의 변화는 일반냉동을 한 처리구 (4.13~7.53)보다 강제송풍식 냉동을 한 취반미(2.68~6.99)의 변화가 적은 것으로 분석되었으며, 해동시 전자레인지의 출력과 색의 변화 정도는 양의 상관관계를 가지는 것으로 분석되었으며, 600 W 이상으로 처리한 시료의 경우 유의 적으로 색의 변화가 관찰되었으며, 600W 처리와 1000W 처리간의 차이는 없는 것으로 분석되었다.

해동한 시료를 상온에서 방랭(25°C)한 후 경도를 분석한 결과는(Fig. 4)에 나타내었다. 해동한 취반미의 경도는 2123~2260 g에서 냉해동 과정에 의하여 증가(3000~5000 g) 하는 것으로 분석되었으며, 강제송풍으로 냉동한 시료 (2,800~3,800 g) 보다 일반냉동을 한 시료(3,000~5,000 g)의 경도가 유의적으로 높게 분석되었다. 특히, 일반냉동을 하 고 600W에서 해동한 처리구가 약 4,088~4,928 g로 유의 적으로 높게 분석되었다. 수분함량 분석 결과에서는 냉동 방법 간에 유의적인 차이가 관찰되지 않는 반면, 물성 분 석 결과에서는 IQF로 동결한 시료의 경도가 더 낮은 것으 로 분석되었다. 취반미의 부위별 경도 측정결과에서는 중 심부의 경도가 주변부의 경도에 비하여 비교적 높게 분석 되었다. 이는 마이크로파 가열시 중심부의 과열(overheat) 현상으로 인하여 취반미의 수분이 증발한 것으로 판단되며, 이는 Fan et al.(2012)이 보고한 원통형 취반미의 마이크로 파 가열시 중심부의 온도가 다른 주변부보다 높다는 결과 와 일치한다. Perdon(1999)과 Yu(2009) 등은 전분의 노화 정도가 취반미의 경도를 증가시킨다고 보고하고 있으며, Yu et al.(2010)은 냉동된 취반미의 경우 냉동 속도가 감소 할수록 노화가 증가한다고 보고하고 있다.

Fig. 4. Hardness of rice after cooling at room temperature according to freezing system and output of microwave in thawing process. (a) center, (b) middle, (c) edge. ¹⁾ The different capital letters (A-B) indicate significant differences between output power of microwave in thawing processing for the CF freezing system (p< 0.05). ²⁾ The different small letters (a-c) indicate significant differences between output of microwave in thawing processing for the IQF freezing system (p< 0.05).

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해동한 시료를 상온(25°C)에서 방랭 후 점착성을 측정한 결과는(Fig. 5)와 같다. 대조구의 점착성은(38.1~44.7 g·m²/s²) 로 분석되었으며, 모든 처리구에서 점착성이 현저히 감소 (5~30 g·m²/s²)하는 경향을 보였으나 처리 조건에 따른 경향 은 나타나지 않았으나 Ha and Lee(2005)의 취반미의 냉해 동 과정을 반복하였을 때 전자레인지로 해동한 시료 모두 점착성이 감소한다는 결과와 부합한다. 전분의 경도와 점 착성의 관계를 놓고 보았을 때 빠른 냉동은 전분의 노화를 억제시키고 전분의 노화가 진행될수록 경도는 증가하고 점 착성은 감소한다는 Yu et al.(2010)의 보고에서와 같이 경 도의 경우 강제송풍 냉동을 한 시료보다 일반냉동을 한 시 료가 전반적으로 높게 나타났다. 그러나 점착성에 있어서 는 강제송풍 냉동을 한 시료가 일반 냉동을 한 시료보다 전반적으로 값이 낮게 측정되었으며, 이는 강제송풍식 냉 동과정에서 시료의 표면으로부터 많은 수분이 손실되었기 때문인 것으로 사료된다.

Fig. 5. Adhesiveness of rice as after cooling at room temperature according to freezing system and output of microwave in thawing process. (a) center, (b) middle, (c) edge. ¹⁾ The different capital letters (A-B) indicate significant differences between output power of microwave in thawing processing for the CF freezing system (p< 0.05). ²⁾ The different small letters (a-c) indicate significant differences between output of microwave in thawing processing for the IQF freezing system (p< 0.05).

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냉해동 조건이 취반미의 구조적 특성에 미치는 영향을 분석하기 위하여 취반미 입자의 내부 미세구조를 시차주사 현미경으로 관찰한 결과는(Fig. 6)의 사진과 같다. 취반미 는 냉해동 과정에서 밥알의 중심 부위에 균열이 발생하는 것으로 관찰되었으며, 1,000W에서 해동한 시료의 경우 약 0.5 mm 정도의 비교적 큰 기공이 관찰되었다. 입자의 가장 자리 부분에는 모든 출력 강도에서 유사한 크기의 기공이 관찰되었으며, 특히 200과 600W로 처리한 시료의 경우 장시간의 전자파 노출로 인한 조직의 파괴 현상이 유의적 으로 발생한 것으로 사료된다. 표면 두께는 600W에서 해 동한 처리구가 100 μm 정도로 가장 두껍게 나타났으며 1000W에서 해동한 처리구가 10 μm 정도로 가장 얇게 분 석되었다(Fig. 6). 이는 600W으로 가열한 시료의 경우, 내 부의 증발과 표면의 증발 및 가열에 의한 수축이 동시에 진행되어 표피의 두께가 증가하게 되면서 단단한 조직이 형성되는 반면(Fig 4), 1000W에서 가열한 시료의 경우, 입자의 표면이 순간적으로 가열 및 수축되면서 내부의 수 분이 외부로 용이하게 증발하지 못하고(Fig. 3), 입자의 내 부에서 기공을 형성한(Fig. 6) 것으로 사료된다. 금 등 (1996)은 마이크로파 재가열이 쌀밥의 품질에 미치는 영향 에 관한 연구에서 냉동 취반미는 마이크로파 가열 시 전분 은 재호화되지만, 가열 후 전반적으로 조직이 수축되며, 이 러한 특성은 냉동저장 시료보다 냉장 저장 시료에서 유의 적으로 관찰된다고 보고하였다

Fig. 6. Longitudinal section image of rice grain depending on output power of microwave as thawing process when rice was frozen at IQF; Scale bar indicates 1 mm (whole grain) and 100 μm(center, edge, surface).

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