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서 론
두부는 전통적으로 우리나라와 중국, 일본 등에서 제조되 어 온 대표적인 콩 가공 식품으로서 곡류 위주의 식생활에 서 부족하기 쉬운 라이신(lysine)과 같은 필수 아미노산 및 칼슘, 철분 등의 무기질이 다량으로 함유되어 있으며, 소화 흡수율이 높고(Kim et al., 1993; Kim et al., 2005; Guo et al., 2018;Seo & Kim, 1995), 값이 저렴하면서 간편하게 이용할 수 있는 양질의 단백질 식품이다. 두부는 원료 콩 을 물에 불린 후 마쇄, 끓임, 여과의 과정을 통해 단백질 을 포함한 수용성 성분을 용출한다. 그 후 염류인 Mg2+, Ca2+이 주 성분인 두부 응고제를 첨가하여 침전 및 응고시 킨 후 압착하여 제조한다. 식품성분표상 동결 및 건조두부 는 수분 7.2%, 조단백질 50.5%, 지질 34.1% 그리고 536 kcal/100 g의 열량을 함유하고 있다고 알려져 있으나(Rural Development Administration. Food composition table), 콩의 품종, 두유 추출조건 및 농도, 응고제의 종류 및 응고 조 건 등에 따라 두부의 품질 및 성분이 달라진다. 두부의 주 원료인 콩의 국내 생산량은 2018년 대비 4000톤이 증가한 8만9410톤이다(재배면적 3% 증가). 콩 수입량은 연평균 27만 톤 내외로 주요 수입국은 미국과 중국이며, 용도별로 는 두부-두유용 일반 콩이 86%, 콩나물 콩이 14%인데, 수입 일반 콩은 미국산(87%), 중국산(6%), 캐나다산(5%) 순이며 콩나물 콩은 중국산(77%), 미국산(18%), 캐나다산 (6%) 순으로 보고되었다(Korea Rural Economic Institute. Agricultural outlook 2019). 두부는 고단백 영양식품으로 다이어트를 목적으로 하는 소비자, 채식주의자, 치아가 약한 유아나 노인들에게 좋은 식품으로 권장될 수 있으 며, 영영학적 우수성뿐만 아니라 daidzein, genistein등의 isoflavones과 사포닌, 레시틴, 폴리페놀 등을 함유하고 있 어 성인병의 예방 및 치료를 위한 기능성 식품 소재로서도 연구가 되고 있다(Chung et al., 2011). 두부 선행연구로는, 콩의 유전형과 가공법에 따른 두부의 품질특성 연구 (Stanojevic et al., 2011), 두부 응고제에 따른 물성 변화에 관한 연구(Yasir et al., 2007; Li et al., 2015), 구성 단백질 조성에 따른 두부 품질특성에 관한 연구(Mujoo et al., 2003; Saio et al., 1968;Yang & James, 2013), 콩 품종에 따른 두부 수율과 품질(Wang et al., 1983) 등이 있다. 국 립식량과학원에서 육성한 주요 콩 품종의 특성을 파악하고 두부의 영양학적 가치를 평가하여 국산 콩의 소비량을 증 진시키고자 주요 콩 6품종의 이화학 특성 검정을 하였고, 두부를 제조하고 품질특성을 평가하였다.
재료 및 방법
실험에 사용한 콩은 2018년도에 농촌진흥청 국립식량과 학원 중부작물부(수원)에서 재배한 것을 사용하였으며, 두 부 응고제는 염화칼슘(calcium chloride 94%, ES food, Gunpo, Korea)을 사용하였다.
콩의 완전립을 정선하여 품종별 100립의 중의 무게를 측정하였으며, 종피비율 측정은 콩 종자 동결 건조 전 후 무게 및 탈피 후 무게를 측정하여 종피비율을 산출하였다.
원료 콩 및 제조된 두부의 수분, 조단백질(질소환산계수 6.25), 조지방, 회분함량은 AACC 방법(2018)에 따라 분석 하여 건물 중으로 나타내었다. 두부시료는 건조시킨 두부 를 분말화 한 후 분석 시료로 사용하였고 실험방법은 상기 내용과 같았다.
시료 40 mg을 6N HCL 15 mL에 넣고 N2 gas로 약 1분 간 purging을 시켜준다. 그 후 110°C의 드라이오븐에 넣어 22시간 반응 후 evaporator로 60°C에서 감압 농축을 한다. 그 후, 0.02N HCl 100 mL를 넣은 후, 0.45 μm의 filter로 여과시켜 준 후 vial에 넣어 아미노산 분석기(L-8800, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 분석하였다.
무기성분 함량은 ICP법으로 분석하였는데, 시료의 수분 을 105°C에서 모두 제거하고 분말화하였다. 0.5 g을 칭량하 여 분해용기에 담고 질산 10 mL를 넣고 밀봉하였다. 1,200 W의 전자파로 질산에 들어있는 sample을 녹였고, 170°C에 서 10분 간 분해하였다. 50 mL 플라스크에 중금속 전용 여과지인 Watman No. 40을 사용하여 여과한 후, 최종부피 를 50 mL 표선까지 채운 후 검액으로 사용하였다. 유도결 합플라즈마발광광도기(ICP-AES)를 사용하여 검액 내 무기 성분 농도를 정량하였으며, 칼륨, 총인, 칼슘, 마그네슘 등 이었다. 각 무기성분 마다 고유 발광 파장이 존재하는데, 발광선 및 발광강도를 측정하여 아래의 계산식을 이용하여 산출하였다.
실험용 두부는 완전립 콩으로 정선한 것을 사용하였으며, 예비실험을 통해 설정된 온추출 방식의 표준공정으로 제조 하였다. 본 실험에 사용된 두부 성형틀(가로 9 cm×세로 7 cm×높이 5 cm)의 크기에 맞추어 원료 콩 100 g을 사용하 였다. 콩을 25°C에 16시간을 불린 후 1,700 mL 증류수를 넣고 기타액체가열기기(RFM-1000, Joyoung Onondo Small Household Appliances Co., Hangzhou, China)로 30분간 마 쇄 및 가열하여 수용성 물질을 추출하였다. 마쇄한 두미를 여과망에 거른 후 여액을 모두 압착시켜 준 후 스테인리스 용기에 담아 온도를 체크하며 80°C에서 응고제인 염화칼슘 (CaCl2) 5 g를 넣고 75°C까지 잘 응고되게 하였다. 응고물 은 두부 성형틀에 넣고, 지름 12 cm 높이 3 cm의 1 kg 무 게의 누름돌을 이용하여 20분간 압착시켰다. 압착된 두부 를 15°C 물에 20분 수침시킨 후 완성 두부로 실험 재료로 사용하였다. 두부 제조 시 칼슘 양이 과도(최적 응고제 함 량 초과)하면 단백질 간의 결합이 아닌 단백질 분자 내에 칼슘 결합으로 응고가 감소하여 다시 단백질이 녹아나 수 율 향상에 도움이 되지 않았다고 하였는데(Park & Hwang, 1994), 이를 토대로 최적 간수량을 설정하였다.
수침시킨 두부를 꺼내어 경사지에 놓아 두부의 수분을 제거한 후 두부의 무게를 측정하고, 중심부에서 3 g를 취 하여 105°C의 드라이 오븐에서 42시간 건조 시킨 후 무게 를 측정하여 두부의 고형분 함량 및 수율(산출량/투입량 ×100)을 구하였다.
두부의 색도는 색차계(CR-300, Minolta Co., Osaka, Japan)를 이용하여 명도를 L값, 적색도를 a값, 황색도를 b 값으로 각각 나타내었다. 이 때, 표준 백색판의 L, a 및 b 값은 각각 98.82, -0.1, -0.39이었다.
결과 및 고찰
주요 콩의 100립 중 및 종피비율은 Fig. 1과 같았고, 외 관은 Fig. 3과 같았다. 100립 중은 미소, 새금이 가장 높았 고 대풍2호, 대찬, 선풍 및 새단백 순서를 보였다. 100립 중과 종피는 콩의 가공적성에서 가장 중요한 인자 중 하나 로서 생산성과 관련 있는 양적 특성이다. 종피(seed coat) 는 종자를 보호하는 역할을 하는데 물리적으로 외부인자의 침입이나 오염원으로부터 보호하는 효과를 가진다(Mulling & Xu, 2001; Ma et al., 2004). 일반적으로 우리나라 전통 장류 제조에는 종피까지 포함하여 사용하지만, 두유(전두부 제외)나 두부를 제조할 때에는 종피는 거의 포함되지 않기 때문에 종자에 있어 종피비율 또한 중요하며, 6가지 품종 중 ‘새단백’이 다른 품종들에 비해 종자에서 차지하는 종 피의 비율이 가장 높았고, 나머지 품종들은 비슷한 수치를 나타내었다.
콩의 수분, 조단백, 조지방 회분, 탄수화물의 함량은 각 각 5.93-7.04%, 37.34-45.88%, 14.46-19.44%, 4.69-5.38%, 27.24-33.01%의 범위를 나타내었다(Table 1). 단백질 함량 이 높아질수록 상대적으로 지방의 함량이 감소하였으며, 선행연구와 유사하게(Lee S, 1993;Seo & Kim, 1995) 콩 종자의 탄수화물은 대부분이 식이섬유인 것으로 나타났다. Table 1의 콩 품종으로 두부를 제조하여 일반성분을 분석 한 결과는 Table 3과 같았다. 두부 일반성분(건량 기준)을 분석한 결과, 수분 3.23-3.62%, 조단백 48.28-59.20%, 조지방 19.57-31.28%, 회분 4.52-5.58%, 탄수화물 10.89-14.64%의 함량 범위를 각각 나타내었다.
단백질은 콩의 대부분을 구성하는 성분이며, 이러한 단 백질을 구성하는 단위는 아미노산이다. 함량 및 조성이 콩 품종, 재배 조건 및 환경 등에 따라 달라지게 되는데, 본 연구의 품종별 아미노산 분석 결과는 Table 2와 같았다. 필수 아미노산의 경우(트립토판 제외), 160-190.11 mg/g의 범위를 보였는데, 단백질 함량이 가장 높았던 새단백이 190.11 mg/g으로 가장 높았고, 미소 품종이 176.23 mg/g으 로 나타내었다. 비필수 아미노산의 경우에도 새단백이 206.73 mg/g으로 가장 높았고, 미소가 196.63 mg/g을 나타 내었다. 총 아미노산의 범위는 332.79(대풍2호)-396.84(새단 백) mg/g이었고, 미소는 372.87 mg/g을 함유하였다. 아미노 산은 콩 품종에 관계없이 Glutamic acid > Aspartic acid > Arginine > Leucine > Lysine 순으로 많이 함유하였는데 Methionine, Cysteine 등은 4 mg/g 이하로 미량을 함유하였 다. 이는, Kim et al. (2005)의 연구 결과와 유사한 경향이 었으나 완전히 일치하지는 않았다. 같은 품종이라도 재배 환경에 따라 아미노산의 함량 및 조성이 변할 수 있으며, 가공처리에 따라서도 달라질 수 있기 때문으로 판단하였 다. Wolf et al. (1982)은 Methionine이 따뜻한 기후환경에 서 증가한다고 하였고, Constanza et al. (2011)은 각각의 아미노산은 seed filling period의 환경조건에 따라 다르게 반응하며 그들 사이에 보상효과가 있다고 하였으며, Karr- Lilienthal et al. (2005)은 미국 남부에 비해 북부지방에서 재배 및 수확한 콩의 총 아미노산 함량이 낮다고 하였다. 특히, 가공 중에서도 아미노산 함량이 변할 수 있는데 압 력 처리를 통해 아미노산 함량(특히, GABA)을 증대시켰다 고 보고하였다(Ueno et al., 2010).
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콩의 무기성분 함량을 분석한 결과는 Fig. 2와 같았으며 품종에 관계없이, 칼륨(K) >총인(total phosphorus) >마그 네슘(Mg) >칼슘(Ca) 순이었다. 칼륨, 총인은 각각 19315 mg/kg(미소)-16944(새금), 7777(새단백)-6066(대풍2호) 범위 를 나타내었고, 마그네슘, 칼슘은 각각 2004 mg/kg(대찬)- 1722(새금), 1869(대찬)-1202(미소) 범위를 나타내었다. 콩 에 함유되어 있는 인 중 70-80%가 phytic acid에 포함되어 있으며 대부분은 두유에 용출되어 두부로 이행된다고 하였 다(Saio et al. 1967). Mulvihill & Kinsella (1987)는 단백 질 겔은 단백질-단백질, 단백질-용매 간의 인력에 의해 이 루어지며 단백질의 3차원 망이 그 안에 물을 가두어 탄력 성을 띄게 되는데 너무 빠른 응고는 단백질이 일정한 모양 으로 정렬될 시간이 없으므로 단단해지며 물이 빠져나오는 이수현상(syneresis)을 가져 온다고 하였다. 두부 제조 시 두유에 phytic acid를 첨가하면 강도가 현저하게 낮은 두부 를 생성하며, 이는 phytic acid가 칼슘과 결합하여 콩 단백 질이 칼슘과 결합하는 것을 지연시키므로 보수력을 증가시 켜 부드러운 겔을 형성하게 한다고 보고하였는데(Saio et al., 1968), 본 연구에서는 인의 함량과 두부 경도의 관계가 정의 상관을 나타내어 선행연구와는 다소 상반된 결과가 도출되었다. 이는 첫째, 본래 콩이 함유하고 있는 인과 인 위적인 phytic acid의 첨가에 따른 두부 물성의 차이 즉, 인위적으로 첨가된 phytic acid는 콩에 함유되어 있는 인의 70-80%가 phytic acid인 것과는 별개로서 콩이 함유하는 인의 특성과 두부의 관계를 완벽하게 설명하기 어렵고, 둘 째, 시험 재료의 품종(이화학 특성) 및 두부 응고제, 압착 조건 등 두부 가공방법의 차이로 인해 상반된 결과를 도출 한 것으로 판단하였다. 본 연구는 원료 콩이 본래 함유하 고 있는 무기성분 및 이와 관련된 두부물성에 관한 내용으 로서 대부분의 phytic acid가 존재하는 7S와 11S 분획의 조성 및 함량에 따라 두부 수율과 강도가 달라질 수 있을 것이라 생각되었다. 즉, 두부의 경도는 콩의 단백질 함량과 고형분, 응고제의 종류 및 농도 뿐 아니라 콩이 함유하고 있는 인의 함량에 따라 영향을 받을 수 있다.
두부의 수율 및 품질은 콩의 이화학적 특성과 밀접한 관 계가 있으며, 이 조성은 품종에 따라 현저하게 다르다. 두 부의 수분함량 및 고형분 함량은 선행연구에서는 80-85% 범위로(Lee BY et al., 1990;Cheigh CI et al., 2016)으로 조사된 바 있으나, 압착조건, 간수종류 등 가공방법에 따라 수분(고형분) 함량이 달라지게 되는데, 본 연구에서는 78- 79%의 범위를 나타내었다(Table 3). 수율은 두부 생산에 있어 중요한 조사항목으로 본 연구에서는 233(대찬)-258(미 소)%의 범위를 나타내었다. 본 연구결과는 원료 콩의 단백 질 함량만으로 수율을 결정지을 수 없다는 Shen et al. (1991)의 연구결과와 일치하였고, 단백질 함량뿐만 아니라 조성 등 질적인 차이가 중요하다고 판단되었다(Meng et al., 2016). 또한, 응고제 중 2가 칼슘 양이온의 함량이 지 나치게 많아지면 콩 내부의 aspartic acid와 glutamic acid 의 카르복실기와 histidine의 imidazol기에 칼슘이 결합하여 두부 수율이 감소할 수 있다고 하였다(Kroll, 1984). 결론 적으로, 콩 품종에 따른 두부의 수율과 품질 조사 결과, 원료 콩의 단백질 함량이 높을수록 두부의 단백질 함량은 증가하고, 가공과정 중 콩으로부터 단백질 추출률이 증가 할수록 두부 수율도 증가하였다(Wang et al., 1983). 콩은 40% 가량이 단백질로 구성되어 있으며, 그 중 약 30%가 수용성 글로불린으로 구성되어 있다. 콩의 가용성 단백질 함량은 콩 건물 중 평균 33.3%이나, 실제로 그 범위가 넓 어서 27-37%나 된다고 하였는데, 이와 같은 큰 변이로부 터 다양한 결과를 도출할 수 있을 것으로 생각되었다. 한 편, SDS-PAGE상의 11S fraction 단백질, 7S의 α’ 폴리펩 타이드 그리고 11S의 basic polypeptide가 각각 두부의 수 율에 영향을 준다는 연구결과가 보고된 바 있으므로 6품종 의 단백질 분획에 따른 두부 품질에 대한 추가연구가 필요 하다.
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두부의 색도, 외관을 측정한 결과는 Table 4, Fig. 3과 같았다. 시험재료의 명도(L)는 87.37-89.78의 범위를 나타 내었는데, ‘미소’ 두부가 가장 높았고, ‘새금’ 두부가 가장 낮았다. 적색도(a)는 0.56(새금)-0.82(대풍2호)의 범위를 보 였고, 황색도(b)는 13.29(미소)-14.72(새단백) 의 범위를 보 였다. 육안 관찰 및 색차계를 통한 색상 평가에서, 명도가 높을수록, 황색도가 낮을수록 기호도가 증가하였다(data not shown). 한편, 경도 등 물성은 두부의 미세구조와 직접 상관이 있는 평가 항목으로, 화학적 조성과 물리적 힘에 의해 결정된다고 하였다(Stanley & Tung, 1976). 콩 단백 질의 대부분을 차지하는 11S와 7S 단백질은 열을 가한 후 응고제(간수)를 넣자마자 겔을 형성하는데, 11S에서 정전기 적 상호작용과 disulfide결합이 단백질 겔의 3차원적 망상 구조를 형성하는데 중요하고, 수소결합과 소수성 상호작용 은 7S 단백질 겔 망상구조에 중요하다고 하였다(Utsumi & Kinsella, 1985). 또한, 11S 단백질이 7S 단백질보다 더 많 은 총 cysteine 그룹을 함유하고 있으므로 11S/7S 비율이 증가하면, 더 많은 공유결합이 disulfide 결합을 통해서 더 강한 분자적 힘(공유결합)이 두부의 firmness를 증가시킨다 고 하였다(Saio et al., 1985). 본 연구에서는, 단백질 함량 이 45%로 가장 높은 새단백으로 만든 두부의 경도가 2567.8 g로 가장 높았고, 단백질 함량이 40%인 미소로 만 든 두부가 2043.8 g으로 그 뒤를 이었고, 1842.2 g로 ‘선풍’ 두부가 가장 낮았다. 이는 콩의 단백질 함량이 두부의 물 성(경도)과 상관관계가 있다는 선행 연구결과와도 일치하 였다(Poysa & Woodrow, 2002). Bunya 콩으로 연두부를 만들었을 때, 11SA4와 관련 단백질의 소단위 구성이 연두 부의 물성과 수분손실에 있어서 중요하다고 하였지만, 밝 혀지지 않은 인자들 또한 중요하게 작용할 수 있다고 하였 고(Yang & James, 2013), 경도 등 두부 물성과 관련하여 콩의 11S 단백질 fraction, 11S/7S비율 모두 물성의 지표가 될 수 있는데 총 단백질의 peak 7과 두부의 firmness에서, 그리고 7S fraction의 peak 7과 두부의 firmness에서 강한 상관을 도출한 바 있다(Mujoo et al., 2003).
요 약
본 연구는 콩 품종이 두부 품질특성에 미치는 영향을 살 펴보기 위해 콩의 백립중 함량, 종피비율, 단백질 함량, 아 미노산 조성 및 함량 등을 평가하였고, 두부의 색도, 물성 등 품질특성을 평가하였다. 6가지 시험 품종 중 ‘미소’의 백립중이 가장 높았고, 단백질 및 아미노산 함량은 ‘새단 백’, ‘미소’ 순으로 함량이 높았다. 콩에서 구성 아미노산 조성 비율은 glutamic acid > aspartic acid > arginine > leucine > lysine 의 순이었다. 두부 수율은 새단백, 미소 품종이 콩 중량대비 각각 2.58, 2.38배로 시험재료들 중 가 장 높았다. 단백질 함량이 높은 품종일수록 두부를 만들었 을 때, 더욱 단단했으며 2568(새단백)-1842(선풍)g 범위를 보였다. 관능특성 평가에서는 색택, 질감 및 전반적인 항목 에서 ‘미소’ 두부가 높은 점수를 받았다. 본 실험의 상관성 분석결과, 두부 경도에 영향을 미치는 원료의 인자로 조단 백(0.961**), 조지방(-0.933**), 총인(0.924**)이 높은 상관 관계를 나타내었는데, 첨가된 응고제뿐만 아니라 콩이 본 래 함유하고 있던 무기성분인 인(phosphorus)의 함량이 두 부 경도에 영향을 주는 것으로 나타났다. 간수 종류, 콩의 품종, 가공방법의 차이로부터 다양한 결론에 이를 수 있을 것으로 판단하였고, 단백질 분획에 따른 두부품질에 대한 추가적인 연구가 필요할 것으로 판단되었다.
