블루베리 분말을 함유한 블루베리 머핀 개발 및 가스치환포장된 블루베리 머핀의 유통기한 결정

본 실험에서 사용한 블루베리는 전북 정읍시에 있는 블 루베리 농장에서 수확한 레빗아이 블루베리(Vaccinium ashei) 품종인 파우더블루(Powder Blue)이다. 블루베리는 동결건조기(Freezone 6, Model 77530, Labconco Co., Kansas City, MO, USA)를 사용하여 동결건조(-70°C, 750 mmHg) 하였고, 건조된 블루베리를 분쇄기(HMC-400T, Hanil Electric Co. Ltd., Seoul, Korea)로 분쇄 후 50 mesh의 체 로 체질하여 분말화 하였다. 머핀 제조용 재료는 박력분 (Daehan Flour Mills Co. Ltd., Seoul, Korea), 계란, 우유 (Seoul Milk, Seoul, Korea), 옥수수유(Ottogi Co. Ltd., Seoul, Korea), 바닐라 익스트랙(Bread Garden Co., Seoul, Korea), 설탕(Samyang Co. Ltd., Seoul, Korea), 소금(Hanju Co. Ltd., Ulsan, Korea), 그리고 베이킹 파우더(Sunin Co. Ltd., Yongin, Korea)로 시중에서 구입하여 사용하였다.

Martínez-Cervera et al. (2011)의 방법을 기초로 하여 머 핀을 제조하였고, 블루베리 분말을 첨가한 머핀은 박력분의 5, 10, 그리고 15% (w/w)를 블루베리 분말로 대체하여 제 조하였다. 머핀의 재료 배합비는 Table 1에 나타내었다. 재 료는 박력분, 설탕, 소금, 베이킹파우더, 그리고 블루베리 분말을 포함한 건식 재료와 계란, 우유, 옥수수유, 그리고 바닐라 농축액을 포함한 습식 재료로 나누었다. 머핀반죽을 만들기 위해 혼합볼에서 2분간 계란을 휘저은 후 우유, 옥 수수유, 그리고 바닐라 농축액을 균일하게 혼합하였다. 그 리고 별도의 혼합볼에 건식 재료를 균일하게 혼합하였다. 이후 건식 및 습식 재료를 혼합하였고, 2시간 동안 방치시 켰다. 유산지를 깐 머핀 틀(윗면 지름: 40 mm, 밑면 지름: 22 mm)에 반죽을 14.0±0.5 g을 채워 180°C로 예열된 오븐 (DHO-23, Daehung Softmill Co. Ltd., Seoul, Korea)에 19 분간 구운 후 실온에서 1시간 동안 방냉하여 머핀을 제조 하였다.

제형 최적화는 머핀의 조직감, 색도, 그리고 관능특성에 대하여 이루어졌다.

머핀의 조직감은 texture analyzer (TX-XT express 2007, Stable Micro Systems, Surrey, UK)를 이용하여 Kang et al. (2012)의 방법에 따라 조직감 프로파일 분석(texture profile analysis, TPA)를 통해 측정되었다. 머핀의 내부 (crumb)를 동일한 크기(2×2×2 cm)로 잘라 측정 시료로 사 용하였고, 2회 반복 압착하였을 때 얻는 힘-거리 곡선 (force-distance curve)으로부터 조직감 프로파일을 산출하여 경도(hardness), 탄력성(springiness), 응집성(cohesiveness), 검성(gumminess), 씹힘성(chewiness)을 측정하였다. 측정 전 속도, 측정 속도, 측정 후 속도, 그리고 침투 거리는 각 각 2.0 mm/sec, 1.0 mm/sec, 2.0 mm/sec, 그리고 10 mm 이었고, 원기둥 형태의 탐침이 사용되었으며 지름은 30 mm이었다.

머핀의 색도는 껍질(crust)과 내부(crumb)로 나누어 색차 계(Minolta Chroma meter CR-400, Minolta Camera Co., Osaka, Japan)를 사용하여 Hunter L (lightness, 명도), a (redness, 적색도), 그리고 b (yellowness, 황색도) 값으로 측정하였다. 색차계는 표준 백색판(L=94.11, a=-0.62, b= 3.21)으로 교정하였다.

서울여자대학교 식품공학과 대학생 및 대학원생인 21- 28세 여성 30명이 패널로 참가하였다. 블루베리 분말을 첨 가한 머핀(5, 10, 그리고 15%)과 분말이 들어있지 않은(무 첨가) 머핀을 포함한 총 4가지의 시료를 준비하였다. 각 시료는 난수표에서 선택한 세 자리 숫자로 표기하였고, 시 료 제공 순서를 일정치 않게 하였다. 본 실험의 목적과 평 가 방법 및 측정 항목에 대해 잘 인지할 수 있도록 충분 히 설명한 후 시료의 색(color), 향미(flavor), 질감(texture), 맛(taste), 그리고 전반적인 기호도(overall preference)를 평가하도록 하였다. 평가는 9점 기호척도법(1점: 아주 싫 다, 5정: 좋지도 싫지도 않음, 9점: 아주 좋다)으로 실시하 였다.

블루베리 머핀에 대한 MAP 효과 확인 및 조건 최적화 를 위하여 69 μm 두께의 나일론/저밀도 폴리에틸렌(nylon/ low-density polyethylene) 필름(17×27 cm) 파우치에 시료 를 담은 후 가스혼합기(MAP Mix 9001, PBI-Dansensor, Ringated, Denmark)와 포장기(SB415, Turbovac Co., s- Hertogenbosch, Netherlands)를 사용하여 파우치를 CO₂-N₂ 혼합가스 (1:1), CO₂-N₂ 혼합가스 (7:3), CO₂, 또는 공기(건 조공기)로 충전한 다음 열접착으로 밀봉 포장하였다. 사용 된 CO₂, N₂, 그리고 공기는 서울특수가스(Seoul, Korea)에 서 구매했고 각각의 순도는 99.9, 99.999, 그리고 99.9%이 었다. 모든 포장은 25°C에서 35일간 저장하면서 7일 간격 으로 포장 내 가스 조성과 포장 내 시료의 미생물 저장 안정성 및 경도를 측정하였다.

머핀이 담긴 파우치 포장 내부의 가스 조성은 Bono & Badalucco (2012)의 방법에 따라 가스분석기(Checkpoint II, PBI-Dansensor, Ringated, Denmark)를 이용하여 측정하 였다.

미생물 저장 안정성은 머핀의 중온 호기성 미생물과 효 모 및 곰팡이의 저장 중 생육을 관찰하여 결정하였다. 머핀 을 무균작업대(clean bench) 안에서 무균적으로 10 g을 칭량 하여 멸균백(207 mL, Nasco WHIRL-PAK^®, Fort Atkinson, WI, USA)에 넣었다. 그리고 멸균된 0.1% (w/w) 펩톤수 (90 g)로 희석한 후, 균질기(Stomacher Lab Blender Model 400, Seward Medical, London, UK)로 3분간 균질화 하였 다. 균질된 시료를 0.1% 펩톤수로 희석하였다. 중온 호기 성 미생물과 효모 및 곰팡이를 계수하기 위해 각각 plate count agar (PCA)와 potato dextrose agar (PDA) 배지에 평판도말하였다. PCA 배지는 37°C에서 48시간 동안 배양 하였고, PDA 배지는 25°C에서 5일간 배양하였다. PCA, PDA, 그리고 펩톤수는 Difco Laboratories (Detroit, MI, USA)에서 구입하였다.

경도는 ‘조직감 측정’에서 설명한 방법을 이용하여 측정 하였다.

측정 결과를 통해 MAP 조건에 따른 포장 내 가스 조성 의 변화를 알아보았고, 공기 포장과 비교하여 미생물 저장 및 경도 안정성이 높은 MAP 가스 조성을 결정하였다.

MAP를 적용한 머핀은 25, 35, 그리고 45°C에서 각각 35, 24, 그리고 14일 동안 저장하면서 3, 4일 간격으로 미 생물 저장 안정성, 경도, 그리고 수분함량을 측정하였다. 미생물 저장 안정성과 경도는 ‘MAP 조건 결정’에서 설명 한 방법을 이용하여 측정하였다. 수분함량은 Micard et al. (2000)의 방법에 따라 결정하였고, 열풍건조 방법으로 (105°C, 24시간) 시료를 건조시켰다.

가속화 저장 시험을 통해 얻은 경도 결과(Q)를 회귀분석 하여 결정계수(r²)를 구하였고, 식 (1)을 이용하여 반응 속 도 상수(k)를 결정하였다. 이를 통해 저장 중 경도 변화의 반응차수를 결정하였다(Lee et al., 2006; Galić et al., 2009).

여기에서 Q, Q₀, k, 그리고 t는 각각 시간이 경과한 후 품 질 측정 값, 0일차의 품질 측정 값, 반응 속도 상수, 그리 고 시간(d)을 나타낸다.

또한, 아레니우스(Arrhenius) 식 (2)과 반응 속도 상수를 이용한 식 (3)으로 활성화 에너지(E_a)와 온도계수(Q₁₀ 값)를 구하였다(Lee et al., 2006; Galić et al., 2009).

여기에서 A, E, R, T, 그리고 k_T는 각각 Arrhenius 상수, 활성화 에너지(kcal/mol), 기체상수(1.986 cal/mol), 절대온 도(K), 그리고 저장 온도(T)에서의 반응 속도 상수를 나타 낸다.

저장 온도 25°C에서의 유통기한은 경도 9 N (Micard et al., 2000; Baixauli et al., 2008)을 허용한계값으로 정하고 회귀 분석식을 통해 예측하였다. 저장 온도 35°C와 45°C 에서의 유통기한은 Q₁₀ 값을 이용하여 구하였다(Lee et al., 2006; Galić et al., 2009).

모든 실험은 2회 반복 측정하였다. 각 표본의 평균값에 대한 통계적 유의성 검정은 SPSS (Ver. 20, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용하여 일원 배치 분산분석(oneway ANOVA) 후 Tukey 다중 범위 검증(Tukey’s multiple range test)으로 사후분석을 실시하였다(α= 0.05).

블루베리 분말 첨가 머핀과 무첨가 머핀의 조직감 측정 결과는 Table 2에 나타내었다. 경도와 검성은 분말 함량이 증가할수록 높아지는 경향을 보였고(p<0.05), 탄력성, 응집 성, 그리고 씹힘성은 블루베리 분말 첨가 머핀과 무첨가 머핀 간의 유의적인 차이가 없었다(p>0.05). 경도는 박력분 일부를 분말로 대체함에 따라 박력분에 있는 단백질인 글 리아딘과 글루테닌에 의해 형성되는 글루텐의 그물망 구조 가 약화하면서 가스 포집 능력이 저하되었고, 그 결과 머 핀의 밀도가 증가함에 따라 높아진 것으로 사료된다(Jung & Cho, 2011). Cho & Kim (2014)은 보리순 분말 함량이 증가함에 따라 머핀의 경도와 검성이 높아졌다고 보고한 바 있으나, Kim et al. (2009)은 버찌 분말 함량이 증가함 에 따라 머핀의 경도는 높아졌지만 검성이 낮아졌다고 보 고하여, 재료의 특성에 따라 조직감에 끼치는 영향이 다르 다는 것을 알 수 있었다.

블루베리 분말 첨가 머핀과 무첨가 머핀의 색도 측정 결 과는 Table 3에 나타내었다. L 값과 b 값은 머핀의 껍질과 내부 모두 분말 함량이 증가할수록 유의적으로 감소하였고 (p<0.05), a 값은 유의적으로 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05). Ji & Yoo (2010)도 블루베리 분말 함량이 증가 함에 따라 쿠키의 L 값과 b 값은 감소하였고, a 값은 증가 하였다고 보고하였다. 껍질의 L 값은 내부보다 유의적으로 낮은 값을 보이는데(p<0.05), 이는 머핀을 굽는 과정에서 열에너지에 의한 갈변 반응이 상대적으로 더 일어났기 때 문으로 사료된다(Bae et al., 2012).

블루베리 분말 첨가 머핀과 무첨가 머핀의 관능평가 결 과는 Table 4에 나타내었다. 색에 대한 기호도는 블루베리 분말 첨가 머핀이 무첨가 머핀보다 유의적으로 낮게 평가 되었고(p<0.05), 향미에 대한 기호도는 블루베리 분말 첨가 에 따른 영향이 없는 것으로 평가되었다(p>0.05). 반면, 질 감에 대한 기호도는 블루베리 분말 첨가 머핀이 무첨가 머 핀보다 유의적으로 높게 평가되었고(p<0.05), 맛에 대한 기 호도와 전반적인 기호도는 10%와 15% 첨가 머핀이 무첨 가 머핀보다 유의적으로 높게 평가되었다(p<0.05), 블루베 리 분말 첨가 머핀의 색에 대한 기호도가 낮게 평가된 결 과는 블루베리의 보라 계열 색상이 식품의 색으로 선호도 가 낮기 때문으로 사료된다(Byun, 2002). 블루베리 분말 첨가 머핀이 색에 대한 기호도가 낮음에도 전반적인 기호 도에서 높이 평가된 것은 일반적으로 식품을 섭취할 때 맛, 향, 그리고 색을 순서로 중요하게 평가하기 때문으로 사료 된다(Junichi, 2006).

블루베리 분말 10%와 15% 첨가 머핀은 질감, 맛, 그리 고 전반적인 기호도에서 가장 높은 평가를 받았고, 그 외 관능특성에서도 유의적인 차이가 없었기 때문에(p>0.05), 경제성을 고려하여 블루베리 분말 함량이 낮은 10% 첨가 머핀을 최적 제형으로 선정하였다.

저장 중 블루베리 머핀이 담긴 파우치 포장 내 가스 조 성의 변화를 Fig. 1에 나타내었다. 저장 기간이 경과할수록 모든 포장 내 O₂ 농도가 증가하는 경향을 보였고(Fig. 1A), CO₂ 포장 내 O₂ 농도가 다른 MAP 조건보다 상대적으로 높은 것을 나타내었다. 저장 기간이 증가할수록 모든 포장 내 CO₂ 농도가 빠르게 감소하는 경향을 보였다(Fig. 1B). 특히 CO₂ 포장은 포장 형태가 무너지는 것을 확인할 수 있었는데, 이것은 CO₂가 포장으로부터 빠져나갔기 때문으 로 생각되었다. 이를 통해 25°C 저장 중 포장 외형을 유 지하기 위해서는 N₂가 일정 비율로 혼합된 가스를 선택해 야 포장 형태가 오래 유지됨을 알 수 있었다.

Fig. 1. Changes in the concentration of headspace oxygen (A) and carbon dioxide (B) in blueberry muffin samples packaged with modified atmosphere of CO₂-N₂ (1:1), CO₂-N₂ (7:3), or CO₂ at 25°C for 35 days.

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저장 중 MAP와 공기 포장이 25°C 저장된 블루베리 머 핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수에 미치는 영향을 Table 5에 나타내었다. 공기 포장 내 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수는 저장 14일 차에 각각 4.2±0.7과 3.5±0.3 log CFU/g이었고, 일부 머핀 표면 에서 곰팡이가 확인되었다. 저장 21일 차에서는 공기 포장 내 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수는 각각 5 log CFU/g 이상이었으며, 모든 머핀 표면에서 곰 팡이가 확인되었다. 반면, 저장 35일 차까지 CO₂-N₂ (7:3) 포장 내 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수는 각각 3 log CFU/g 이하였고, CO₂ 포장 내 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이는 검출되지 않았다 (최소검출한계: 1.0 log CFU/g). 저장 35일 차에 CO₂-N₂ (1:1) 포장 내 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡 이의 수는 각각 5 log CFU/g 이상이었고, 미생물 안정성 이 앞의 MAP 조건에 비해 낮은 결과를 보였다. 모든 MAP 내 머핀 표면에서는 곰팡이 생장을 육안으로 확인할 수 없었다. Degirmencioglu et al. (2011)과 Khoshakhlagh et al. (2014)도 슬라이스빵과 산가크빵을 MAP 하였을 때, MAP 조건 중 CO₂ 포장에서 가장 높은 미생물 저장 안정 성을 보였다고 보고하였다.

저장 중 MAP와 공기 포장이 블루베리 머핀의 경도에 미치는 영향을 Table 6에 나타내었다. 저장 기간이 경과할 수록 모든 포장 내 머핀의 경도가 증가하는 경향을 보였다 (p<0.05). 저장 중 모든 포장 내 머핀의 경도는 유의적인 차이를 보이지 않았지만(p>0.05), 저장 35일 차에 CO₂ 포 장 내 머핀의 경도가 공기 포장 내 머핀보다 유의적으로 증가하였다(p<0.05). Sourki et al. (2010)은 이란플랫빵을 CO₂ 농도를 변수로 MAP 하여 저장 중 경도를 측정한 결 과 CO₂의 농도가 높을수록 경도가 증가하였다고 보고하였 다. 이는 포장 내 CO₂ 농도가 높을수록 수분 손실이 증가 하여 경도가 증가하였기 때문으로 사료되었다(Sourki et al., 2010).

포장 내 CO₂ 농도가 높을수록 미생물 안정성이 높아졌 으나, 포장 형태를 유지하는 기간이 짧아졌고, 공기로 포 장된 머핀과 비교하여 경도가 유의적으로 증가했음을 알 수 있었다(p<0.05). 반면, CO₂-N₂ (7:3)로 포장된 머핀은 공기로 포장된 머핀과 CO₂-N₂ (1:1)로 포장된 머핀에 비 해 높은 미생물 생장 저해를 보였지만, 경도에서는 서로 유의적인 차이를 보이지 않았기 때문에(p>0.05) CO₂-N₂ (7:3)를 블루베리 머핀에 적용할 MAP 최적 조건으로 선 정하였다.

저장 중 저장 온도가 블루베리 머핀의 중온 호기성 미생 물과 효모 및 곰팡이의 수에 미치는 영향을 Fig. 2에 나타 내었다. 45°C를 제외하고는 저장 기간이 경과할수록 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이의 수가 증가하였다. 25°C 에서 저장된 머핀의 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이 수는 21일 차까지 각각 3 log CFU/g 이하였으나, 35°C에 서 저장된 머핀의 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이 수는 14일 차에 각각 6 log CFU/g 수준이었다. 반면, 45°C에서 는 중온 호기성 미생물과 효모 및 곰팡이 모두 검출되지 않았다(최소검출한계: 1.0 CFU/g).

Fig. 2. Growth of total mesophilic aerobes (A) and yeasts and molds (B) in blueberry muffin packaged in modified atmosphere of CO₂-N₂ (7:3) at 25, 35, and 45°C. The line indicates the limit of detection (1.0 log CFU/g).

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저장 중 저장 온도가 블루베리 머핀의 경도에 미치는 영 향을 Fig. 3(A)에 나타내었다. 저장 온도가 높아짐에 따라 머핀의 경도가 빠르게 증가하였다. 이는 저장 온도가 높을 때 수분 증발이 활발해져 머핀 내부의 수분 감소가 커졌 고, 그 결과 경도도 증가하였다고 사료된다(Ribotta et al., 2003). Aguirre et al. (2011)은 밀빵을 폴리에틸렌 포장에 담아 25°C에서 23일 동안 저장하였을 때, 저장 기간이 증 가할수록 내부의 수분이 감소하였고, 결정도(crystallinity)도 증가하였다고 보고하였다.

Fig. 3. Changes in the hardness (A) and the moisture contents (B) of blueberry muffins packaged in modified atmosphere of CO₂-N₂ (7:3) at 25, 35, and 45°C.

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저장 중 저장 온도가 블루베리 머핀의 수분함량에 미치 는 영향을 Fig. 3(B)에 나타내었다. 25°C에서는 저장 35일 차까지 유의적인 차이를 보이지 않았지만(p>0.05), 35°C와 45°C에서는 저장 기간이 증가할수록 유의적으로 감소하는 경향을 보였다(p<0.05).

가속화 저장 시험에 따른 경도의 측정 결과를 회귀분석 한 결과 25, 35, 그리고 45°C에서의 0차 반응과 1차 반응 에서의 결정계수는 각각 0.93-0.98과 0.87-0.95의 범위를 보였다. 이를 통해 0차 반응이 1차 반응보다 저장 기간에 따른 경도 변화를 잘 설명한다는 것을 알 수 있었다. 0차 반응에서의 반응 속도 상수는 25, 35, 그리고 45°C에서 각 각 0.2, 0.7, 그리고 2.2이었고, 저장 온도가 높을수록 커지 는 온도 의존적 특성을 나타냈다(Lee et al., 2013). 활성화 에너지는 23.8 kcal/mol이었고, 25°C와 35°C 사이 구간과 35°C와 45°C 사이 구간의 Q₁₀ 값은 각각 4.2와 2.9로 결 정되었다. Lee (2012)는 스펀지케이크의 저장 중 노화의 활성화 에너지가 9.6 kcal/mol이라고 보고하였다. 이것은 블루베리 머핀의 경도 변화가 스펀지케이크의 노화보다 온 도 의존성이 높음을 의미한다. 저장 온도 25°C에서의 유통 기한을 경도 허용한계값(9 N)을 이용하여 계산했을 때 21.4일로 예측되었다. 또한, Q₁₀ 값을 이용하여 저장 온도 35°C와 45°C에서의 유통기한을 예측하였을 때 5.2일과 1.8 일로 결정되었다. 따라서 블루베리 머핀은 상온에서 보관 했을 때 21일(3주) 동안 유통이 가능할 것으로 사료된다. 또한, 폴리에틸렌 필름에 포장하여 상온(20±2°C)에서 저장 한 머핀들(Grigelmo-Miguel et al., 2001; Baixauli et al., 2008)과 비교하였을 때, 허용한계값에 도달하는 기간이 2 주 정도 연장되었음을 확인할 수 있었다.