파지두부와 옥수수전분을 이용한 글루텐 프리 머핀의 제조와 특성

중국산 대두를 원료로 제조된 경두부의 파지두부는 ㈜하 회마을종합식품(Andong, Gyeongsangbuk-do, Korea)에서 얻어 4°C에서 저장하면서 본 연구에 사용하였다. 제공받은 파지두부가 유통기한을 초과할 때 전량 폐기하고, 신선한 파지두부를 공급받아 사용하였다. 옥수수전분(24.3% 아밀 로오스)은 삼양제넥스(Daejeon, Korea), 박력밀가루, 정백 당, 정제염은 CJ제일제당(Seoul, Korea), 쇼트닝은 롯데푸 드(Cheonan, Korea), 전지분유는 서울우유협동조합(Seoul, Korea), 전란분말은 가루나라(Seoul, Korea), 베이킹파우더는 제니코식품주식회사(Pyeongtaek, Korea), 바닐라에센스는 삼영화학공업주식회사(Ansan, Korea)의 상업적인 제품들 을 구입하여 사용하였다.

파지두부(두부 완제품: 300 g 규격)의 외포장지를 개봉하 여 침지수를 제거하고 증류수로 3회 세척한 후 표면수분을 키친타올로 제거하였다. 두부 고유의 풍미와 응고제 잔류 물을 제거하기 위해 세척된 파지두부를 정육면체(2×2×2 cm) 형태로 세절하고, 이를 끓는 물과 1:3의 중량비율로 혼합하여 5분간 데친 후 파지두부를 흐르는 냉수로 세척하 고 키친타올로 표면의 수분을 제거하였다. 전처리된 파지 두부 300 g (w.b)은 증류수 100 mL와 함께 Warning blender (Warning Laboratory Science, Winsted, CT, USA)를 이용 하여 고속으로 2분간 분쇄하고 50 mesh 표준체망(No. 50, Chunggye, Seoul, Korea)으로 여과하여 두부 페이스트 (paste)를 제조하였다(Lee, 2016). 실험 직전에 제조된 신선 한 두부 페이스트는 적외선수분측정기(LP6, Mettler-Toledo, LLC., Columbus, OH, USA)를 이용하여 고형분 함량을 결정하고 증류수를 가하여 고형분 함량이 13.5% (w/w)의 두부 페이스트가 되도록 희석한 후 GF 머핀의 원료로 사 용하였다.

제조된 두부 페이스트는 -45°C에서 48시간 동안 동결한 후 진공동결건조기(SFD-SM24, Samwon Industry Co., Seoul, Korea)를 이용하여 건조한 후 분쇄하여 일반성분 분석의 원료로 하였다. 수분은 적외선수분측정기(LP6, Mettler- Toledo, LLC.)를 이용하여 105°C에서 측정하였고, 조단백 질은 Kjeldahl법(단백질 환산계수 5.71), 조지방은 Soxhlet 추출법, 조회분은 건식회화법에 따라 정량하였다(AOAC, 2000). 탄수화물은 두부 페이스트 건조중량 100 g에서 조 단백질, 조지방 및 조회분의 건조중량을 차감하여 얻었다.

대조군(밀가루 머핀)과 GF 머핀들은 Table 1에 제시된 배합비에 따라 제조되었다. 탈지분유, 정백당, 정제염, 베이 킹파우더는 박력밀가루 또는 옥수수전분과 혼합하여 50 mesh 표준체망을 3회 통과시켜 분말재료로 하였다. 전란분 말, 증류수, 두부 페이스트, 바닐라에센스는 상온에서 10분 간 혼합하여 액상재료로 하였다. 상온(약 24°C)에서 3시간 동안 방치한 쇼트닝을 혼합보울(mixing bowl)에 넣고 비터 (beater)가 장착된 반죽기(KitchenAid, Benton Harbor, MI, USA)를 이용하여 저속(setting 2)에서 크림상으로 만든 후 준비한 액상재료를 가하여 중속(setting 6)에서 10분간 혼 합하였다. 여기에 준비한 분말재료를 가하여 저속에서 분 말재료들의 덩어리가 보이지 않을 때까지 혼합(약 3분)하 여 머핀반죽을 제조하였다. 머핀반죽은 유산지 머핀컵에 50 g씩 넣고 머핀틀로 옮겨 아랫불 170°C, 윗불 180°C의 컨백션오븐(FDO-7102, Daeyung Bakery Machinery Ind. Co., Ltd., Seoul, Korea)에서 25분간 구운 후 상온에서 1 시간 동안 방냉하여 실험에 사용하였다. 제조된 머핀의 수 분함량은 적외선수분측정기(LP6, Mettler-Toledo, LLC.)에 의해 정량하였다.

머핀(처리조건 당 10개)의 가장 높고, 가장 넓은 위치에 서 버니어캘리퍼스(150 mm; Mitutoty, Tokyo, Japan)를 이 용하여 각각 높이와 넓이를 측정하여 기하학적 특성으로 하였다. 머핀의 단면을 관찰하기 위해 머핀의 가장 높은 위치에서 빵칼을 이용하여 수직으로 절단한 후 스캐너(SLM2074, Samsung, Suwon, Korea)를 이용하여 촬영하였다 (Marcet et al., 2015).

10개의 머핀들의 무게를 각각 측정한 후 다음의 계산식 에 따라 굽기손실률(baking loss)를 계산하였다.

$\begin{array}{l}\text{굽기손실률(\%)}\\ \text{=}\frac{\text{머핀반죽의 무게(50 g)-머핀의 무게(g, w.b)}}{\text{머핀반죽의 무게(50 g)}}\text{×100}\end{array}$

머핀의 무게(w.b)를 측정한 후 동일한 머핀의 부피(mL) 를 종자치환법을 이용하여 측정하였다(Matos et al., 2014). 머핀의 비용적(mL/g)은 머핀의 무게에 대한 머핀의 부피의 비율로 계산하였다.

머핀의 껍질(crust)을 제거한 머핀 속(crumb)을 Warning blender (Warning Laboratory Science)로 분쇄한 후 분체용 페트리디쉬에 채우고 색차계(CM-3500d, Minolta Image Inc., Osaka, Japan)를 이용하여 머핀 속의 색 특성을 Hunter 색체계에 따라 명도(L), 적색도(a), 황색도(b)를 측 정하였다. 이때 사용한 색차계의 표준백판은 L 98.21, a - 0.16, 및 b 1.65이었다. 처리군당 머핀 색도는 3회 반복하 여 분석되었다.

머핀의 바닥으로부터 20 mm 높이에서 상부를 절단하여 경도측정용 시료를 제조하였다(처리군 당 5개). 머핀의 경 도는 원통형 probe (지름 35 mm)가 장착된 물성측정기 (TX-TAi, Stable Microsystems, Godalming, UK)를 이용하 여 분석하였다. 변형율은 머핀 시료 높이의 50% 수준으로 하였고, 물성측정기는 pre-test speed 2.0 mm/s, test speed 1.0 mm/s와 post-test speed 10 mm/s로 조작되었다. 처리군 당 머핀의 경도측정은 5회 반복되었다.

대조군과 GF 머핀들의 기호도 검사는 머핀과 같은 제과 를 좋아하는 안동대학교 식품생명공학과 학생 24명을 대상 으로 수행되었다. 처리조건에 따라 제조된 머핀들은 제조 직후 상온에서 1시간 동안 방치한 후 2등분하여 처리군들 의 평가 간에 입을 행굴 수 있도록 생수와 함께 제공하였 다. 기호도 검사 항목은 외관, 향, 맛, 조직감 및 전반적인 기호도로 하여 9점 척도법(1점: 매우 나쁘다, 9점: 매우 좋 다)으로 평가되었다.

머핀은 배합비에 따라 3회 반복하여 제조되었으며, 제조 된 머핀들의 특성은 3-10회 반복하여 측정하고 평균±표준 편차로 제시하였다. 머핀의 특성치들의 배합비에 따른 통 계적 유의성은 일원분산분석(one-way ANOVA)을 수행한 후 최소유의차(least significance difference, LSD) 검정법을 이용하여 95% 신뢰수준에서 분석하였다. 모든 통계적 계 산과 분석은 SAS (version 9.1, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA)를 이용하여 수행되었다.

두부 페이스트(총 고형분 함량 13.5%, w/w)의 일반성분 은 Table 2에 나타내었다. 건조중량 대비 두부 페이스트의 조단백질, 조지방, 조회분 및 탄수화물 함량들은 각각 47.8%, 34.8%, 3.5% 및 13.9%이었고, 이러한 결과는 문헌 상에 보고된 두부의 건량기준으로 환산된 함량들과 유사한 수준이었다(Seo et al., 2010; Yoo, 2011; Lee, 2016). Table 1의 배합비율을 고려할 때, GF 머핀에 첨가되는 두부 페 이스트(200 g) 내의 조단백질은 약 12.9 g이고 대조군(밀가 루 머핀)의 박력밀가루(조단백질 함량 6.6±0.4%, w.b)에 함 유된 조단백질은 약 13.2 g으로 유사하였다. 따라서 두부 페이스트를 활용함으로써 박력밀가루의 제거로 인해 GF 머핀의 단백질 결핍을 보완할 수 있는 것으로 생각된다.

Table 1의 배합에 따라 제조된 대조군과 GF 머핀들의 단면 이미지들은 Fig. 1에 나타내었다. S20 (S100의 옥수 수전분 첨가량의 20% 수준의 옥수수전분을 두부 페이스트 와 혼합한 처리군)과 S00 (옥수수전분을 전혀 가하지 않은 처리군)은 컨백션오븐 내에서 굽는 동안 팽창하였다가 중 심부가 꺼지는 현상(crumb collapse)이 발생하였다. 그래서 S20과 S00은 머핀들의 특성 평가에서 제외하였다. 이와 같 은 결과는 S20과 S00에 첨가된 옥수수전분의 함량이 굽는 동안 팽창된 머핀의 구조를 유지하는데 충분하지 않았기 때문으로 생각된다. 머핀과 같은 화학적 팽창제를 이용하 는 제과류의 구조형성은 반죽 내의 전분의 함량 및 종류 뿐만 아니라, 전분의 팽윤 및 호화 정도에 의해 결정되는 되는 것으로 알려져 있다(Ronda et al., 2012; Matos et al., 2014). 또한 GF 머핀들(S100, S80, S60, S40)이 대조 군 보다 기공세포가 붕괴되고 합쳐져 크기가 커진 것들의 빈도가 적었고, 상대적으로 균일한 크기의 기공세포가 분 포되어 있는 것으로 보인다(Fig. 1). 팽창과정을 수반하는 제과 및 제빵 제품들에 있어 글루텐은 기공세포의 붕괴를 억제하는 역할을 한다(Wilderjans et al., 2008). Matos et al. (2014)는 GF 쌀 머핀 반죽에 단백질 소재들(글루텐, 분 리대두단백, 분리완두단백, 난백단백, 카제인)의 첨가가 반 죽의 점도를 증가시켜 굽는 과정에서 발생하는 이산화탄소 와 수증기에 의한 기공세포들의 붕괴와 이로 인한 기공세 포의 확장을 저해한다고 하였다. 본 연구에서 두부 페이스 트를 이용한 GF 머핀 반죽의 점도는 측정하지 않았지만 반죽의 분할 시 대조군에 비해 두부 페이스트를 첨가한 반 죽의 점조성이 증가하는 현상이 관찰되었다. 따라서 GF 머핀들의 기공세포가 대조군(머핀은 글루텐 형성을 최소화 한 제과)에 비해 더 균일한 것은 두부 페이스트의 사용으 로 글루텐 프리 머핀 반죽의 점도가 증가하였기 때문인 것 같다.

Fig. 1. Cross-section images of control (wheat flour-based muffin) and gluten-free (S100-S00) muffins prepared with different mixing ratios of tofu paste and normal corn starch.

Download Original Figure

한편 제조된 머핀들의 높이는 대조군(48.7±0.5 mm)보다 S100 (50.3±1.5 mm)이 유의적으로 높았고(p<0.05), S80 (43.7±0.3 mm), S60 (34.2±3.8 mm), S40 (31.2±0.9 mm) 순 서로 감소하였다. 반면 제조된 머핀의 넓이는 54.2-57.3 mm의 범위로 머핀들 사이에서 차이가 미미하였고, 통계적 으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다(p>0.05). 이는 일정 한 크기의 머핀 틀에서 머핀을 구웠기 때문에 머핀이 횡으 로 팽창되는 것이 제한되었기 때문이다. 또한 머핀의 높이 와 관련하여 S00-S100의 전분의 함량이 달라 GF 머핀 반 죽 내의 전분입자들의 총 팽윤력에서 차이가 발생하였기 때문으로 생각된다. 곡류가루 내의 전분의 팽윤력은 곡류 가루를 원료로 사용하는 제품들의 최종 수율과 관련 있다 고 보고되고 있다(Jung et al., 2008; Park et al., 2012; Jeong et al., 2013).

제조된 머핀들의 수분함량은 28.9-38.3%의 범위에 있었 다(Table 3). 대조군과 S100은 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았으나, S80에서 S40으로 옥수수전분 함량이 감 소하면서 수분함량은 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 이는 S100에 비해 S80-S40의 옥수수전분 함량이 감소하면서 옥 수수전분 감소량만큼 정제수를 추가하였기 때문에(Table 1) 제조된 GF 머핀의 수분함량이 높은 것으로 생각된다. 머 핀들의 중량은 대조군이 45.0 g으로 44.6-45.1 g의 GF 머핀 들과 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05; Table 3). 이 와 같은 결과는 GF 머핀 반죽에서 보수력을 보유한 옥수 수전분의 결핍(Table 1)과 관계없이 머핀을 굽는 동안 수 분손실이 일정하다는 것을 설명하며, 이는 단백질원으로 첨가된 두부 페이스트의 보수력 때문으로 생각된다. 한편 Lee & Son (2011a)은 스펀지 케이크의 수분함량이 낮을수 록 굽기손실률이 증가한다고 보고하였다. 그러나 본 연구 에서는 머핀의 수분함량에 관계없이 머핀의 무게가 대조군 과 처리군들 사이에 유사하기 때문에 머핀 반죽에 대한 머 핀의 반죽과 머핀의 중량의 차이의 백분비율로 계산되는 굽기손실률은 10.1-12.9%로 대조군과 처리군들 사이에서 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다(p>0.05; Table 3).

제조된 머핀들의 부피는 대조군이 76.7 mL이고, S100이 60.0 mL이나 통계적으로 유의적인 차이를 보이지 않았다 (p>0.05). 그러나 S80부터 S40까지 옥수수전분 함량이 감 소하면서 머핀의 부피가 대조군에 비해 유의적으로 감소하 였다(p<0.05; Table 3). 이와 같은 결과는 밀가루를 쌀가루, 동부콩가루, 식물성단백소재들(분리대두단백, 완두대두단 백)로 대체한 GF 머핀들에서 관찰되는 것처럼 본 연구의 두부 페이스트와 옥수수전분의 조합도 GF 머핀 반죽을 굽 는 동안 발생한 수증기와 이산화탄소를 포집하는데 한계가 있는 것으로 보인다(Matos et al., 2014; Shevkani et al., 2015). 게다가 제조된 머핀들의 중량이 대조군과 처리군들 사이에서 유사하기 때문에 대조군과 글루텐 프리 머핀들의 비용적은 머핀의 부피에서 관찰된 결과와 유사한 양상을 나타내었다(Table 3).

제조된 머핀의 경도(firmness)는 Fig. 2에 나타내었다. 대 조군이 처리군들에 비해 낮은 경도를 나타내었으며, 처리 군들에 있어 옥수수전분의 첨가량이 적어지면서 GF 머핀 들의 경도는 증가하는 양상을 나타내었다. 그럼에도 대조 군과 S80의 경도는 통계적으로 유의적인 차이를 나타내지 않았다(p>0.05; Fig. 2). Lee & Son (2011a, b)은 야콘분말 이나 꾸지뽕잎 분말의 첨가량이 증가하면서 케이크의 경도 가 증가하는 것은 이들이 반죽의 기포형성을 방해함으로써 케이크 부피의 감소로 인해 내부 조직이 치밀하게 형성되 기 때문이라고 하였다. Preichardt et al. (2011)은 쌀가루와 옥수수가루를 이용하여 케이크 제조 시 잔탄검의 첨가량이 증가할수록 케이크의 비용적은 증가하면서 경도는 감소한 다고 하였다. 따라서 본 연구에서 옥수수전분의 첨가량이 적을수록 글루텐 프리 머핀의 경도가 증가하는 것은 머핀 의 비용적이 감소하여 내부 조직이 치밀하게 되었기 때문 이다(Table 3 & Fig. 1).

Fig. 2. Firmness of control (wheat flour-based muffin) and gluten-free (S100-S40) muffins prepared with different mixing ratios of tofu paste and normal corn starch. Bars sharing the same letters in Fig. 2 are not significantly different at p<0.05.

Download Original Figure

제조된 머핀의 속(crumb)의 색 특성은 Table 4에 나타내 었다. S100의 명도가 대조군과 차이가 없는 것을 제외하고, 대조군에 비해 GF 머핀의 명도는 유의적으로 감소하였고, 적색도와 황색도는 유의적으로 증가하였다(Table 4). Park et al. (2015)는 비지와 대두가루(soy flour)를 첨가하여 제 조한 글루텐 프리 쿠키의 색 특성이 대조군에 비해 어두워 지는 것은 대두가루의 비효소적 갈변반응 때문이라 하였다. Matos et al. (2014)는 머핀 제조 시 분리대두단백의 첨가 가 분리완두단백과 난백분말과립보다 머핀 속의 색을 어둡 게 하였다고 보고하였다. 따라서 본 연구에서 관찰된 GF 머핀 속의 색이 어두워지는 것은 두부 페이스트의 단백질 과 가용성 탄수화물들 사이의 굽는 과정 초기에 마이야르 반응에 의해, 이후에는 두부 페이스트의 가용성 탄수화물 과 전분에 있어 카라멜화 반응이 일어났기 때문일 것으로 생각된다.

제조된 머핀들의 기호도 검사의 결과를 Table 5에 나타 내었다. 대조군에 비해 S100, S80, S40의 GF 머핀들은 모 든 평가항목에서 낮은 점수를 나타내었다(Table 5). 그러나 S60의 경우 외관 항목을 제외하고는 풍미, 맛, 조직감 및 전반적 기호도에 있어 대조군과 유사하거나 높은 점수를 패널들로부터 얻었다(Table 5). 검사에 참여한 패널들은 S60에 비해 S100과 S80은 입안에서 텁텁하거나 거친 느낌 이 있으며, 조직이 부드럽지 않고, 전분향과 같은 이취가 있다고 호소하였다. 따라서 GF 머핀들 사이에 부피, 비용 적이나 경도와 같은 객관적 특성들의 차이에도 불구하고 기호도 검사에 있어 GF 머핀의 기호도에 대한 두부 페이 스트와 옥수수전분의 최적 혼합비율이 존재하는 것을 알 수 있었다.