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서 론
고구마(Ipomoea batatas (L) Lam)는 메꽃과의 여러해살 이 풀로 재배가 용이하고 단위면적당 수확량이 많아(Jung et al., 1998), 전 세계 재배면적이 8,626천ha에 이르며, 105,190천 톤이 생산되고 있다(FAO, 2016). 세계 7대 작물 인 고구마는 전분뿐만 아니라 바이오에탄올, 항산화물질 등 각종 산업재를 생산하며(Kwak et al., 2017), 재배과정 에서 병 발생빈도가 낮으므로 화학제재의 사용이 상대적으 로 적어 건강한 식품을 요구하는 현대인들에게 고구마 소 비를 증가시키는 요인으로 작용하고 있다(Lee et al., 2006). 생고구마의 괴근은 수분이 70% 수준, 탄수화물이 25% 수준으로 이중 수분을 제외한 건조 고형물 중에는 탄 수화물이 75% 이상을 함유하고 있어 식량자원으로서 그 효용가치가 크지만, 높은 수분 함량으로 인해 다른 작물에 비해 저장성이 낮아 장기저장이 어려운 단점이 있다 (Yadav, 2006). 이러한 고구마를 이용한 가공품으로는 면 류, 조미식품, 빵류, 말랭이, 떡류, 다과류, 주류, 잼류 등이 있으며, 말랭이 시장 규모는 계속 커질 것으로 전망되고 있으나 제조과정 중 건조 특성에 따라 변색, 크기, 조직의 변화, 곰팡이 발생 등 품질이 변화되고 상품적 가치가 떨 어지는 것으로 알려져 있다(Cho, 2007).
그러나 첨가제가 없는 제품에 대한 요구로 개발된(Oh et al., 2017) 고구마 말랭이는 국내 수요뿐 아니라 해외 시장 의 규모도 점차 증가되고 있어(Korea Agro-Fisheris & Trade Corporation, 2017), 무역갈등 해결에 국제참고기준으 로 중요도가 증가하고 있는(Kim et al., 2006) 국제식품규 격위원회(Codex Alimentarius Commission; CODEX) 규격 에 우리 농산물의 특성을 반영한다면, 김치의 예와 같이 수출규모 증가세에 긍정적으로 작용할 것으로 생각된다 (Kim & Lee, 2013).
건조 가공은 수분함량이 높은 식품의 수분을 제거하는 가공 처리로 미생물에 의한 변질이나 부패를 방지하고 수 송성과 저장을 향상시킨(Lee HS, 2017) 방법으로 버섯, 무 , 여주, 감, 배, 참외, 톳 등 여러 가지 농수산물에 적용 가 능하다(Lee et al., 2006;Kwak & Kim, 2009;Koo et al., 2019;Youn et al., 2019). 건조 고구마에 관한 연구로는 냉풍· 온풍 건조 조건 특성과 기호도(Shin & Lee, 2011a), 최적 진공 건조 조건 설정(Shin et al., 2011b), 원적외선 건조 특성(Lee et al., 2017) 등 주로 다양한 건조 방법에 따른 최적 조건 설정이 주를 이루고 있고, 2차 가공을 위 한 분말 소재화(Lee et al., 2006;Kim et al., 2010), 저항 전분을 이용한 자색 고구마 묵(No and Shin, 2020), 고구 마 칩(Oh et al., 2017) 등 가공품 개발과 조리방법에 따른 sucrose 조성 등 단맛과 관련된 연구(Owusuet-Mensah et al., 2016) 등이 대부분으로 국제식품규격을 준비하기 위한 기초 연구는 매우 미비한 실정이다. 이에 본 연구에서는 고구마 말랭이의 품질 평가 기준 설정을 위해 주변 주요 국가인 중국과 일본에서 유통되고 있는 제품을 대상으로 한국의 고구마 말랭이와 품질 특성이 어떻게 다른지 분석 하고 고구마 품질 결정의 주요 요소를 파악하는 기초자료 로 활용하고자 하였다.
재료 및 방법
본 실험에 사용된 고구마 말랭이는 2019년 2월에서 6월 까지 한국·중국ㆍ일본의 온라인 마켓에서 유통되고 있는 제품 87종(한국 34종, 중국 21종, 일본 32종)을 직접 구입 하여 사용하였다. 실험 재료에 대한 표시 사항(생산지역, 품종, 중량, 유효기간)과 제품 사진은 Table 1에 제시하였 다. 수집된 고구마 말랭이 제품은 5°C에서 보관하면서 품 질 분석 시험에 사용하였다.
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수분함량은 AOAC 방법(AOAC, 1984)에 준하여 105°C 상압가열건조법으로 측정하였다. 수분 활성도는 수분 활성 측정 장치(Novasina AG CH-8853, Lachen, Switzerland)에 시료 3 g을 넣고 25°C에서 3회 반복 측정하여 평균값을 이 용하였다.
고구마 말랭이의 색도는 색차계(Color i7, X-rite, Grand Rapids, MI, USA)를 사용하여 CIE 체계의 L* (lightness), a* (redness) 및 b* (yellowness)으로 평가하였으며. 제품 표면의 색을 3회 반복 측정하여 평균으로 나타내었다. 이 때 표준 색판의 L*, a*, b* 값은 각각 97.2, -0.02, 1.9이 었다.
가용성 고형분 함량은 시료 5 g을 45 mL의 증류수에 넣 어 homogenizer (AM-11, Nihonseiki Kaisha Ltd., Tokyo, Japan)를 이용해 8,000 rpm으로 1분간 마쇄하고 진탕추출 기 (SI-600R, Jeio Tech Ltd., Daejeon, Korea)를 이용하여 20°C에서 2시간 동안 교반 추출하여 8,000 rpm으로 15분간 원심분리(Himac CR21G II, Hitachi, Tokyo, Japan)후 디지 털당도계(HANNA instruments, Woonsocket, RI, USA)를 이용하여 측정하였다.
결과 및 고찰
고구마 말랭이를 제조하기 위한 건조방법으로는 최소의 에너지를 사용하는 것으로 알려진 열풍건조방법(Sabarez, 2016)이 현재 가장 많이 이용되고 있으며(Korea Agro- Fisheris & Trade Corporation, 2017), 건조 과정 중 품질 변화를 겪은 고구마 말랭이의 품질 특성의 분포를 국가별 로 비교·요약한 결과는 Fig. 1, 2, 3과 같다. Fig. 1에서처 럼 수분함량은 국가별로 중위값은 일본(24.6%)이 가장 높 고 다음이 한국(21.3%), 중국(20.3%) 순이었다. 이상값은 한국의 경우 수분 함량이 높은 제품에서 나왔고, 중국의 경우 수분 함량이 높고, 낮은 쪽 양쪽에서 모두 나타났다. 일본의 경우 수분 함량이 높은 쪽에서 이상치가 보여 건조 가 진행되지 않은 특성의 제품이 유통되는 것을 알 수 있 었다. 이것은 제품의 다양성 또는 수분함량 관리의 표준 미비의 두가지 측면에서 기인하는 것으로 여겨진다.
수분활성도의 경우 0.8-0.84의 중위값을 보였으며, 중국 제품의 산포도가 한국과 일본에 비해 상대적으로 컸다. 이 는 수분함량 관리와 직접적인 관련성이 있는 것으로 수분 활성도 0.65이하의 건조가 많이 진행된 이상치 제품이 있 었다.
수분 함량과 수분 활성도는 제품의 저장성에 영향을 미 칠 수 있는 중요한 인자 중의 하나로(Kim & Chun, 2009), 고구마 원물 수분 함량이 75% 수준(Yadav, 2006)인 것을 감안하면, 한·중·일 제품 모두 원물 대비 50% 이상으로 건 조되어 유통되는 것으로 여겨진다.
가용성 고형분 함량과 경도를 비교한 결과는 Fig. 2와 같다. 당도는 고구마의 당이 지니는 단맛에 기인하는 것으 로 가용성 고형분 함량이 지표로 사용되고 있는데(Suh et al., 1998), 한국 제품의 경우 48 Brix의 중위값으로 중국, 일본에 비해 가장 낮은 값이었으며, 중국의 경우 제품의 산포도가 가장 컸고, 일본은 중위값 52 Brix로 한국 제품 보다는 당도가 높으나 산포도가 한국에 비해 컸다. 이것은 단맛 기준으로 보았을 때 중국, 일본, 한국 제품순으로 단 맛이 높고, 중국 제품은 전반적으로 단맛이 강하였으나 그 편차가 아주 큰 것을 의미하며 한국제품은 당도관리가 잘 되고 있는 반면, 중국 제품은 당도의 편차가 심하다는 것 을 나타낸다.
경도의 경우 일본제품이 가장 낮고, 다음이 한국, 중국 순이었다. 중국제품의 경도는 1-3사분위가 22-62 kg/cm2로 경도가 균일하지 않고, 중위값을 기준으로 3사분위수 범위 까지의 경도를 나타내는 제품의 비율이 더 많았다. 이는 중간 수준이상에서 단단한 제품이 무른 제품에 비해 더 많 이 분포함을 의미한다. 반면에 한국의 경우 중위값 기준으 로 하위값의 경도가 더 많이 분포하여 무른 제품이 더 많 다는 것을 의미하였고, 일본은 중위값 기준으로 25-75% 정도의 값이 고르게 분포하였다.
색도 값에 대한 비교 결과는 Fig. 3에 나타내었다. 전반 적으로 중국 제품은 한국과 일본에 비해 색의 산포도가 컸 으며, 특히 적색도의 경우 가장 높은 중위값을 나타내었고 2-3사분위에 많은 값이 분포하였다. 황색도 값은 색도 값 중에 산포도 값이 가장 적었다.
명도의 경우 한국, 일본, 중국 순으로 한국 제품이 다른 두 나라에 비해 높은 값을 나타냈다. 또한 한국 제품에서 값이 극단적으로 높은 이상치(K27)가 있었으나 산포도는 3 개국 중 가장 적었다. 한국은 2-3사분위에 제품 분포가 많 았고 중국과 일본은 1-3사분위에 고르게 분포하였다.
적색도는 국가별 차이가 컸는데, 중위값 기준으로 중국 이 가장 높았고, 한국, 일본 순이었다. 특성 값의 분포를 보면 한국과 일본은 1-3사분위수가 5-10 값의 범위에서 고 르게 분포하였으나, 중국의 경우 10 이상에 대부분의 제품 이 분포하였다. 이것은 중국 제품의 경우 다른 두 나라에 비해 붉은색의 제품이 많다는 것을 의미한다. 제품의 색은 원물 고구마의 품종의 영향이 높게 작용하는데, 본 연구에 서는 원료 고구마의 자세한 품종은 알 수 없었다. 그러나 Table 1의 사진과 같이 자색이 아닌 노란색 계열의 제품을 대상으로 평가하였고, 중국 제품의 경우 노란색에서부터 주황, 갈색에 이르기까지 다양한 색을 띠는 제품들이 있어 적색도에 많은 영향을 끼친 것으로 여겨진다.
황색도는 세 국가 모두 이상치가 있었는데, 한국과 일본 은 최소값보다 낮은 범위에서 이상치(K29, J4)가 나타났고, 중국은 최대값보다 큰 값에서 이상치(C6)가 나타났다. 중 위값은 한국과 일본이 22.4, 22.5로 유사하였고, 중국은 18 로 가장 낮은 값을 보였다.
이상으로 중국제품에서 색도, 경도 및 가용성 고형분 함 량의 산포도 값이 한국과 일본보다 더 큰 이유는 여러 가 지가 원인이 있을 수 있다. 그러나 국내에 수입 유통되는 중국제품의 표시사항을 살펴보면(Auction, 2020) 일부 제품 에서 설탕과 포도당이 첨가되어 있고, 건조 과일류에 사용 이 허용된(MFDS, 2020) 합성보존료인 이산화황과 소르빈 산이 사용되고 있다. 이러한 보존료는 유통 시 산화방지와 효모와 곰팡이 등 미생물의 번식을 방지하기 위해 사용 (Neres et al., 2017)되는데, 산화방지 기능은 색의 유지에 도 기여하므로, 보존제 유무의 영향으로 인해 다른 두 국 가의 제품과는 다르게 제품 간의 색의 차이가 컸을 것으로 추측된다. 마찬가지로 가용성 고형분 함량에서도 원물만 사용한 건조 고구마와 당을 첨가한 건조 고구마간 가용성 고형분 함량의 편차가 컸을 것으로 여겨진다.
본 실험의 주요 변수인 수분함량, 가용성고형분 함량, 색, 경도 간 상관관계를 확인하기 위해 피어슨의 상관관계 분석을 실시하였다. 그 결과 수분함량은 가용성 고형분 함 량, 적색도, 경도와 모두 유의한 음의 상관관계를 보였고, 수분활성도(r=0.821, p<0.001)와는 유의한 양의 상관관계를 보였다. 이는 건조시간이 길어 열에 노출되는 시간이 증가 하면서 가열에 의해 호화된 전분이 효소작용에 의해 분해 되어 단맛이 증가한다는 결과와 유사하였다(Kum et al., 1994;Jang et al., 2013). 가용성 고형분은 색의 명도(r= -0.496, p<0.001), 황색도와 음의 상관관계를 보였다. L*(명 도)은 b*(황색도)와 양의 상관관계를 보였고, 적색도는 경 도(r=0.35, p<0.001)와 양의 상관관계를, 수분활성도(r= -0.58, p<0.001)와는 음의 상관관계를 보였고, 황색도는 수 분활성도와 음의 상관관계를 보였다. 반면에 가용성 고형 분은 명도, 적색도, 경도, 수분활성도와 유의한 상관관계를 보이지 않았다.
주분석 결과, 제1주성분은 총 분산의 40.1%, 제2주성분 이 20.1%를 설명하여 총 변동의 67.2%를 설명할 수 있었 다. 산출된 주성분 식을 시각화한 성분 도표(Fig. 4)를 보 면, 근접하게 위치한 경도와 적색도, 수분과 수분활성도 값 이 높은 상관관계가 있음을 알 수 있었다. 또한 명도와 가 용성 고형분 함량은 반대의 경향을 나타냈다.
각 품질 특성이 두 성분을 어떻게 특성 짓고 있는지 살 펴 보면, 제1주성분은 경도와 적색도 값이 (+)의 높은 값 을 보이며 수분함량과 수분활성도 값은 음의 방향에 위치 하여 얼마나 건조되었는지 건조 진행 정도를 설명한다고 볼 수 있다. 이는 Fig. 4에서 두 그룹의 변량값이 서로 반 대 값을 가지는데 이는 수분함량과 수분활성도 값이 작을 수록 경도와 적색도 값은 증가하는 것을 나타낸다. 즉, 건 조가 많이 진행되어 수분이 적은 고구마 말랭이의 경우 단 단하며 동시에 붉은 색의 정도가 커지는 것을 의미한다.
종합적으로 보면, 제1주성분은 고구마 말랭이 건조가 얼 마나 진행되었는가에 관한 평가를 제공하고 있으며, 제2성 분은 L*, b* 값과 가용성 고형분 함량의 부호가 반대로, 밝 은 색과 황색도 값이 크게 평가되어 얼마나 밝고 노란색을 띠는지의 외관을 설명한다고 볼 수 있다. 그리고 밝은 노 란색의 말랭이의 경우 가용성고형분 함량이 낮은 특성이 있다는 것을 의미한다.
각 국가별 고구마 말랭이의 주성분 점수를 산점도로 나 타낸 Fig. 5를 보면 한·중·일 제품이 그룹을 형성하며 다르 게 분포됨을 알 수 있다. 제1성분을 기준으로 가로축에 배 치된 제품은 3그룹으로 나눠지는데, 왼쪽에서 부터 일본, 한국, 중국 제품이 주를 이루는 특징을 보인다. 이는 수분 함량이 작아지는 건조 진행 정도를 판단하는 제1성분의 시 점으로 볼 때, 수분함량이 높은 정도는 일본 > 한국 > 중 국 순인 것을 알 수 있다. 경도에 있어서는 중국제품은 양 의 값을 갖고 반대쪽에 있는 일본 제품은 음의 값을 가지 며 한국 제품은 두 국가의 중간 정도의 건조 수준으로 품 질이 비교적 일정하여 중앙 부분에 밀집되어 있다. 이는 중국 제품은 상대적으로 경도가 높은 제품 그룹이며, 일본 제품은 무른 제품군, 한국은 중간 정도의 단단함을 가지고 있음을 의미한다. 중국 제품이 경도가 높은 이유는 일부 제품 표시 사항에 당절임이 있는 것(Auction, 2020)으로 볼 때, Oh et al. (2017)가 제시한 높은 설탕 함량을 가진 고구마는 건조 완료 후 설탕의 결정화로 인해 단단한 질감 을 갖는다는 것과 같이, 당절임을 위한 설탕 첨가 후 열풍 건조를 거친 결과로 추측되었다.
제2 주성분 기준으로 양의 값과 음의 값 영역에 고루 분산되어 있는 중국 제품은 단맛에 있어서 편차가 심하고 색에 있어서도 밝은 노란색부터 어두운 색에 이르기 까지 외관에 있어서 색의 차이가 크다는 것을 의미한다. 즉, 3 국의 제품 중 중앙값에 많이 분포되어 있는 한국 제품은 특성에 있어서 평균적인 경우가 많지만, 중국 제품의 경우 3개국 중 가장 넓게 퍼져 있어 제품 품질이 균일하지 않음 을 보여준다. 중국 제품은 특히 외관에서 고르지 않고 넓 게 분포하고 있는데, 밝은 노란색이 아닌 제품이 중국제품 에 많이 분포하고 있다. Shin et al. (2011c)과 Woo et al. (2004)은 L값이 건조온도가 낮을수록, 건조시간이 적게 걸 릴수록 낮아지며, a와 b값은 건조온도가 높을수록 건조시 간이 길어짐에 따라 증가한다고 하였는데(Shin et al., 2011c), 이를 적용해보면 중국제품은 건조시간이 길거나, 건조온도가 높다는 것을 추측할 수 있으며, 제조 시 경제 성을 고려한다면 건조 온도가 높은 상태에서 고구마 말랭 이가 제조된다고 유추되었다.
본 실험을 통해 새롭게 알게 된 내용은 한국, 중국, 일 본의 고구마 말랭이 제품이 건조 정도가 다름을 알 수 있 었고, 특히 중국 제품의 경우 품질 특성이 고르지 않고 분포가 넓은 것을 알 수 있었다. 그리고 고구마 말랭이의 식품 규격을 제안하기 위한 중요한 품질 요소를 추출한다 면 수분과 경도, 적색도 값이 제품의 특성을 구분하는 1 차적인 주요 요소이며, 그 다음이 가용성 고형분과 명도 값임을 알 수 있었다. 우리가 조사한 내용으로는 한·중·일 고구마 말랭이 제품을 수집하여 품질 특성을 비교한 사례 는 없어 품질 규격의 기초자료로 활용 가능하나, 본 실험 의 한계점은 제품의 오염과 관련한 미생물 분석을 포함하 지 않아 이에 관한 연구가 추후 진행되어야 할 것으로 여 겨진다.
요 약
본 연구는 고구마말랭이의 국제식품규격 작성을 위한 기 초 조사로서 한국, 중국, 일본에서 생산된 고구마 말랭이 제품을 총 87종을 수집하여, 수분함량, 수분활성도, 가용성 고형분 함량, 경도, 색도의 특성 분포를 국가별로 비교하였 으며, 주성분 분석 을 통해 3개국 제품의 주요 품질 특성 을 비교하였다. 수분함량(%)의 중위값의 경우 한국 21%, 중국 20%, 일본 25%로 국가별로 건조 정도가 달랐으며, 가용성 고형분의 중위값은 중국(54 °Bx), 일본(53 °Bx), 한 국(48 °Bx) 순으로, 한국 제품이 상대적으로 단맛이 가장 낮았다. 색에 있어서는 중국 제품이 한국과 일본 제품에 비해 어둡고 붉은 색을 많이 나타냈다. 공통적으로 중국 제품은 품질 특성값의 산포도가 가장 넓어 제품의 품질이 균일하지 않았다. 주성분 분석 결과 반대 경향을 갖는 두 그룹의 변수가 나타났으며, 수분함량과 수분활성도 값이 작을수록 경도와 적색도 값이 증가하는 것을 나타냈다. 주 성분은 전체 분산의 67.2%를 설명하였으며, 제1주성분은 얼마나 건조되었는지 건조 진행 정도를 평가하였고 제2주 성분은 제품의 밝고 노란 정도의 외관을 평가하였다. 제1 주성분을 기준으로 국가별로 3그룹을 이루었으며 왼쪽에서 부터 일본, 한국, 중국 제품이 배치되어 건조의 정도가 국 가별로 다르며 일본 제품이 가장 무르고 중국 제품은 단단 하고 한국 제품은 중간에 해당되었다. 중국 제품은 특히 외관이 고르지 않았고 분포가 가장 넓게 퍼져 있어 품질이 고르지 않았다. 3국의 제품 중 한국 제품은 중앙에 위치하 여 특성에 있어 평균적인 경우가 많았다. 이상의 국가 간 고구마말랭이 제품의 품질 특성 분석 결과는 품질 요소에 서 수분, 경도, 색, 당도가 주요하였으며, 한국, 중국, 일본 고구마말랭이 제품의 주요 품질 요소를 파악하는데 도움이 될 것으로 기대가 된다.
