혼합물 실험계획법을 이용한 유색감자 자영(Solanum tuberosum L.) 매쉬드 포테이토 분말의 혼합비 최적화 및 매쉬드 포테이토의 특성

본 연구에 이용된 유색감자 자영은 강원도 대관령 일대의 농장에서 구입하였다. 전지분유(Seoul Milk, Seoul, Korea)와 덱스트린(Hyunjin Green Meal Co. Ltd., Seoul, Korea)은 시 중에서 구매하였다.

유색감자 자영의 건조 형태 분말 제조를 위하여 자영의 증숙, 건조가 이루어졌다. 우선, 자영을 가로, 세로, 높이의 길이가 1 cm인 정육면체로 절단하여 14.60 min 동안 증숙 기(W-457, Living World, Seoul, Korea)에서 증숙하였다. 증숙시간은 10 min에서 20 min 동안 진행하여 증숙시간 동 안 무작위로 10개의 증숙시간을 선정하여 관능검사를 실행 하여 가장 적합한 관능(덜익은 상태, 적절히 익은 상태, 과 하게 익은상태)을 나타내는 시간으로 선정하였다. 증숙 이 후 감자의 잔열 제거를 위하여 얼음물에서 10 min 동안 냉 각하였다. 증숙된 감자는 핸드 믹서(Masha 2X, DASH^TM, New York, NY, USA)를 이용하여 5 min 동안 퓨레 혹은 샐러드와 같은 형태가 되도록 균질화하였다. 균질화시킨 감자는 30 g씩 소분하여 지름 63.33 mm의 원형 틀을 이용 하여 균일한 형상으로 제조하고, 이를 60°C에서 평형 수분 함량인 13%에 도달할 때까지 10 h 동안 건조하였다. 건조 가 완료된 감자 시료는 최종적으로 건조 분말의 형태를 가 지도록 분쇄기(HMF-3260S, Hanil electric, Seoul, Korea) 로 분쇄한 후 150 μm 미만의 분말을 체를 이용하여 통과 시키고, 통과한 분말을 수집하여 전지분유, 덱스트린과 혼 합하였다. 이후 혼합 분말과 증류수를 1:1.5의 비율로 하여 취식 가능한 형태의 매쉬드 포테이토를 제조하였다.

매쉬드 포테이토의 유변학적 특성은 레오미터(Discovery HR-2, TA Instruments, New Castle, DE, USA)를 이용한 동적 점탄성 측정 방법으로 측정되었다. 동적 점탄성 특성 은 25°C에서 직경 40 mm의 cone-plate 장치를 이용하여 측정되었다. Cone과 plate 사이의 gap은 1 mm이며, 매쉬드 포테이토의 변형에 대한 구조적 변화 특성을 확인하기 위 하여 샘플의 변형률에 대한 저항을 측정하는 frequency sweep을 수행하였다. 선형 점탄성 구간은 각 샘플에서의 stress sweep을 통하여 결정하였으며, 선형 점탄성 구간 내 의 변형률을 frequency sweep에 이용하였다. 측정 시 변형률 은 0.03%, frequency (ω)의 범위는 0.1 rad/s에서 100 rad/s로 하여 저장 탄성계수인 storage modulus (G')와 손실 탄성계 수인 loss modulus (G'')를 측정하였다.

탄성계수 G'과 G''의 ω에 대한 특성은 비선형 회귀 분석 을 통하여 정량하였다. Ln ω의 변화에 따른 ln G'과 ln G''의 데이터는 power law 모델(Eq. (1) & Eq. (2))로 분석 하였다(Bayod et al., 2008).

ω는 진동의 주파수(oscillation frequency), n'와 n''은 기 울기, K'와 K''은 절편을 의미하며, Matlab R²017a (Mathworks, The MathWorks Inc., Natick, MA, USA) 소 프트웨어를 이용하여 데이터의 회귀 분석을 수행하였다.

매쉬드 포테이토의 안토시아닌 함량은 각 혼합비로 제조 한 샘플 20 g과 증류수 200 ml를 혼합하여 균질화한 후, 현탁액을 8,000 rpm에서 10 min 동안 원심분리하여 얻은 상층액의 안토시아닌 함량을 확인하였다. 상층액의 흡광도 를 spectrophotometer (SpectraMax i3, Molecular Devices, Sunnyvale, CA, USA)로 측정하여 Lee et al. (2005)의 pH differential method로 안토시아닌 함량을 계산하였다. 자영 의 대표적 안토시아닌인 malvidin의 최대 흡광도 (A_λmax)는 535 nm로 측정되었다.(3)(4)

Malvidin의 분자량(MW)은 718.5 g/mol이며, DF는 희석 배 율, I는 흡광도 측정 샘플의 길이(1 cm), 몰 흡광계수(ε)는 30,200 L/mol/cm이다.

매쉬드 포테이토의 배합비에 따른 색은 색도측정기 (Minolta CR-300, Konica Minolta Inc., Osaka, Japan)를 이용하여 측정하였다. 색도는 매쉬드 포테이토를 2 mm의 높이로 편평하게 한 후 측정하여 명도(L), 적색도(a), 황색 도(b)로 나타내었다. 이 중 유색감자의 안토시아닌 색소와 밀접한 관련이 있는 적색도 값은 혼합물 실험계획법의 분 석에 이용되었다.

매쉬드 포테이토의 최적 혼합비 결정을 위하여 Minitab 17 (Minitab Inc, State College, PA, USA) 소프트웨어를 이용하여 혼합물 설계를 수행하였다. PFPP (X1), 전지분유 (X2), 덱스트린(X3)의 세 가지 구성 성분을 독립변수로 하 여 꼭지점 설계를 진행하였으며 설계차수는 1로 하였다. 도출된 9개의 실험 조건은 Table 1과 같다. PFPP의 범위 는 80-100%, 전지분유의 범위는 0-20%, 덱스트린은 0- 10%로, 최소 및 최대치는 예비 실험을 통하여 도출하였다. 종속변수로는 동적 유변학적 특성(G'과 G''), 안토시아닌 함 량, 색도로 설정하였다.

본 연구의 모든 결과는 3회 반복 수행되었으며, 평균과 표준편차로 나타내었다. 통계분석 프로그램 SPSS Statistics 21 (IBM, Armonk, NY, USA)을 이용하여 결과의 유의적 인 차이의 계산을 일원분산분석(one-way ANOVA)으로 실 시하였다(p<0.05). 혼합물 실험계획법을 통하여 도출한 데 이터는 선형, 1차(linear), 2차(quadratic), 3차(cubic) 모델 (Eq. (5)-(7))에 회귀 분석하여 나타내었다.(6)

Y는 모델로부터 도출된 반응값의 예측값, β는 회귀 계수, X1은 PFPP의 비, X2는 전지분유의 비, X3은 덱스트린의 비를 나타낸다.

PFPP, 전지분유, 덱스트린의 함량에 따른 매쉬드 포테이 토의 외관은 Fig. 2와 같았으며, 이의 색도를 측정하여 명 도(L), 적색도(a), 황색도(b)로 나타내었다(Table 3). 매쉬드 포테이토의 배합비에서 PFPP 함량이 높을수록 명도가 낮 고 적색도가 높은 경향을 보였으며, 전지분유의 함량이 높 을수록 유의적으로 높은 명도값을 나타내는 것을 확인하였 다. PFPP를 88.8% 이상 함유하고 있는 6, 7, 8, 9번 샘플 에서 적색도는 비교적 높은 10.78±0.27 이상의 수치를 나 타내었으며, 전지분유의 분말 함량이 비교적 높은 1, 2, 5, 6번 샘플에서 명도값은 45.32±0.03 이상의 높은 수치를 나 타내었다. 이는 Jung et al. (2015)의 연구에서 유색감자 홍 영을 첨가하여 면을 제조하였을 때 홍영 내의 안토시아닌 에 의하여 적색도가 증가하면서 명도가 감소하는 결과와 일치하였다. 전지분유 분말의 함량에 따라서는 분말 고유 의 색 및 전지분유 분말의 함량 증가에 따른 PFPP의 감소 로 인한 결과로 사료된다. 이와 유사하게 버찌 추출물을 첨가한 돼지고기 패티(Choi et al., 2013) 및 블루베리 분 말과 검정콩 안토시아닌을 함유하는 파운드 케이크(Lee, 2013)에서도 본 연구와 유사한 결과를 나타내었다.

Fig. 2. Visual appearance of different mashed potato formulations in Table 1.

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매쉬드 포테이토의 다양한 배합비에 따른 안토시아닌 함 량을 Table 3에 나타내었다. 안토시아닌의 함량은 매쉬드 포 테이토 내 PFPP의 양에 비례하는 경향을 나타내었다. PFPP 만으로 제조된 매쉬드 포테이토의 경우 585.56±34.37 mg/kg 의 안토시아닌을 함유하였으며, PFPP의 함량이 낮은 2와 5번 샘플의 경우 각각 363.33±20.95 mg/kg과 380.85±21.13 mg/kg으로 유의적으로 낮은 값을 보였다(p<0.05). Lee (2013)의 연구에서는 파운드 케익에 안토시아닌 분말을 첨 가하였을 때 특유의 색으로 인한 차별성으로 선호도가 증 가함을 나타내었으며, 이와 함께 안토시아닌의 항산화 활 성으로 인하여 기능성이 향상됨을 도출하였다.

PFPP, 전지분유, 덱스트린의 함량비를 변화시켜 제조한 매쉬드 포테이토의 특성을 단계적 회귀 방법으로 회귀 모 델에 적용한 결과를 Table 4에 나타내었다. 선형, 2차, 3차 모델은 각 특성의 데이터에서 높은 R²값을 나타내었으며 배합비에 따른 특성의 변화를 적합하게 설명하였다. 각 모 델의 계수를 통하여 매쉬드 포테이토의 차별성을 나타내는 적색도에는 PFPP의 함량이 가장 큰 영향을 미침을 나타내 었으며, 유변학적 특성(G'과 G'')은 전지분유의 함량에 의존 함을 확인할 수 있었다. 이러한 결과는 전지 분유의 함량 이 증가함에 따라 배합비에서 PFPP의 비가 감소하게 되며, 전지 분유의 수용성 성분이 매쉬드 포테이토의 제조를 위 한 수분의 첨가 시 구조를 변화시켰기 때문으로 판단된다 (Mimouni et al., 2010).

본 연구에서는 PFPP를 이용한 매쉬드 포테이토의 가장 중요한 특성인 적색도(a)와 안토시아닌의 함량을 최대로 하며 유변학적 특성(G'과 G'')은 매쉬드 포테이토의 제조에 이용되는 시중의 감자 가루 2종과 가공식품회사에 공급되 는 B2B용 감자가루 1종의 평균치(12.81 kPa 및 2.37 kPa) 를 목표치로 하여 혼합물의 최적화를 수행하였다. 모든 변 수들의 가중치를 동일하게 설정하여 도출된 최적 배합비는 PFPP 90.49%, 전지분유 4.86%, 덱스트린 4.65%였다.