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서 론
동물성 지방 내에 포함되어 있는 포화지방산의 과도한 섭취는 고혈압, 심장 질환, 비만 등 질환의 발병 위험성을 증가시킬 수 있다(Moon et al., 2008). 이에 따라 지방을 다량 함유한 육류 제품의 영양학적 단점을 보완하기 위하 여(Colmenero, 2000;Santos et al., 2020), 다양한 저지방 제품의 개발이 진행되고 있다(Bastos et al., 2014). 그러나 동물성 지방은 육제품 내에서 맛과 향, 제품 물성에 중요 한 역할을 하는 것으로 알려져 있다(Osuna et al., 2018). 따라서, 동물성 지방이 부여하는 풍미, 다즙성, 조직감 등 의 조직적, 관능적 특성을 유지하면서 육제품의 지방 함량 을 감소시키는 동물성 지방 대체제 연구의 필요성이 강조 된다.
동물성 지방 대체 방법으로는 1) 다당류를 이용하여 저 지방 제품의 기능적 특성을 높이는 방법과 2) 식물성 유지 를 직접적으로 또는 다른 대체물과 혼합하여 대체하는 방 법, 그리고 3) 식물성 유지로 제조된 에멀젼으로 대체하는 방법 등이 있다.
다당류를 지방 대체제로 사용한 연구에는 햄버거 패티 내 지방을 아라비아검, 펙틴, 과일 껍질 분말 등으로 대체 하여 지질 산화를 방지하고 관능적 손상이 감소된 무지방 패티를 제조한 연구(Mousa, 2021)가 있다.
식물성 유지로 대체하는 연구에는 햄버거 패티 제조 시 올리브유, 옥수수유, 대두유, 해바라기유 등으로 동물성 지 방을 50% 대체했을 때 칼로리 감소, 가열감량, 크기 및 두께 감소율의 감소 등의 효과를 확인한 연구(Park et al., 2005), 고도불포화지방산 고함량 식물성 유지의 대체로 영 양적 가치를 확인한 연구(Palarini et al., 2019) 등이 있다.
식물성 에멀젼으로 대체하는 방법으로 Luo et al. (2019) 의 연구에서 tea polyphenol-palmitate 입자를 첨가한 O/W 에멀젼을 유지 항산화와 에멀젼 안정화가 높은 지방 대체 방법을 제시하였으며, Kim et al. (2019)은 다양한 액상 재 료와 유화액의 특성 비교를 통해 관능적으로 부드러움이 증가된 식물성 고기를 제조하였다. Okuro et al. (2019)는 W/O 에멀젼을 지방 대체제로 사용하기 위해 레시틴과 polyglycerol polyricinoleate 비율을 0.5:1.5 조정하여 안정 적인 대체물을 제조하였고 Santos et al. (2020)은 대나무 섬유, 이눌린, 폴리덱스트로스, 알파 사이클로덱스트린을 에멀젼에 적용하고 지방 대체 특성을 비교한 결과를 통해 대나무 섬유와 이눌린이 에멀젼의 안정성을 높이고 대체제 로의 사용 가능성을 확인하였다. 이러한 식물성 유지를 이 용한 지방 대체 방법들은 불포화지방산이 풍부하여 기존 육제품의 영양학적 단점을 개선할 수 있다(Palarini et al., 2019). 하지만 이러한 대체 방법은 고체 형태인 동물성 지 방의 물리적인 특성인 가소성을 보완하지 못하기 때문에 조직감이 감소하고 다즙성, 조리 수율 등의 감소로 관능적 품질이 저하되는 한계를 가진다(Johnson, 2000;Baek et al., 2016). 따라서 식물성 오일의 영양학적 장점은 유지하 면서 대체물이 구조화된 매트릭스를 형성하고 다즙성 개선 을 위한 수분 보유 능력을 가지는 것에 대한 연구가 필요 하다(Savadkoohi et al., 2014).
알지네이트는 β-d-mannuronic acid과 α-l-glucuronic acid 가 1,4 결합으로 구성된 선형 비분지형 천연 다당류이며 (Khazaeli et al., 2008), 2가 양이온 첨가에 의해 입자 형 태의 겔을 형성한다(Lui et al., 2003). 이러한 하이드로겔 은 높은 수준의 유체를 보유 또는 흡수할 수 있는 능력을 보유한다는 특징이 있다(Peppas et al., 2000). 일반적으로 알지네이트 비드는 제약 분야에서 약물을 캡슐화하여 표 적 부위에서 효과를 낼 수 있도록 하는 약물 전달 방법 (Supramaniam et al., 2016), 또는 기능성 생리 활성 화합 물을 캡슐화하여 안정화하거나(Qin et al., 2018), 바람직하 지 않은 향이나 맛을 마스킹 하기 위해 사용된다(Almurisi et al., 2020). 하지만 알지네이트 비드의 유체 보유력이나 흡수력 등 장점을 활용하여 식품에 직접 적용하거나 식물 성 기반 에멀젼을 활용한 알지네이트 비드를 지방을 대체 하는 형태로 사용된 연구는 미비한 실정이다.
따라서 본 연구에서는 동물성 지방 대체제로써 식물성 지방으로 제조된 에멀젼과 비드를 첨가하여 돈육 패티에 적용하여 물리화학적 특성을 분석하고 질감을 포함한 관능 특성에 미치는 영향을 평가하고자 한다.
재료 및 방법
본 연구에서 사용된 돼지고기 뒷다리살과 등지방은 식 육 전문 매장(Seoul, Korea)에서 분쇄하여 구입하였다. 알 긴산나트륨(Duksan, Ansan, Korea), 피로인산나트륨, 염화 칼슘(Daejung, Siheung, Korea), 카놀라유 (Haepyo, Seoul, Korea), Tween 80® (Daejung)를 사용하였다.
에멀젼은 1% (w/w) 피로인산나트륨과 1% (w/w) Tween 80®를 증류수에 넣어 분산시키고, 이를 카놀라유와 6:4 (w/ w) 비율로 혼합하여 고속 균질기(IKAT25, Digital ULTRATURRAX ®, Staufen, Germany)로 15,000 rpm에서 5분간 균 질화하여 준비하였다.
비드 제조를 위한 에멀젼은 1% (w/w) 피로인산나트륨과 1% (w/w) Tween 80®과 1% (w/w) 알긴산나트륨을 증류수 에 넣어 분산시키고, 카놀라유와 6:4 (w/w) 비율로 혼합하 여 고속 균질기(IKAT25, Germany)를 사용하여 15,000 rpm에서 5분간 균질하여 제조하였다. 비드 제조(Lupo et al., 2015;Aguirre Calvo & Santagapita, 2016)는 2% (w/v) 염화칼슘용액에 에멀젼 또는 1% (w/w) 알긴산나트륨용액 을 떨어뜨려 평균 직경 3 mm로 제조하였으며, 20분간 반 응한 후, 증류수로 세척하여 에멀젼 비드 및 하이드로겔 비드로 사용하였다.
돈육 패티의 제조 방법은 Lee et al. (2020)의 방법을 수 정하여 사용하였다. 돈육 패티에 포함된 재료와 식물성 지 방 대체제의 배합비는 Table 1에 나타내었다. 각각의 배합 비율로 재료를 계량한 뒤, 혼합 반죽기(Model 5K5SS, Kitchen aid, St. Joseph, MI, USA)로 3분간 반죽하였다. 비드 처리구의 돈육 패티 제조에서는 하이드로겔 비드와 에멀젼 비드를 제외한 재료를 먼저 2분간 혼합한 후, 비드 를 반죽에 첨가하여 1분간 혼합하여 제조하였다. 제조된 돈육 패티 반죽을 80 g씩 원형틀(지름 ×높이, 90 × 15 mm) 을 이용하여 성형한 후, 180°C로 예열된 오븐에서 14분간 조리하였다. 조리된 돈육 패티는 상온(25°C)에서 충분히 방랭한 뒤에 분석 시료로 사용하였다.
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돈육 패티의 색도는 표준 백색판(L*=96.06, a*=-0.38, b*= 1.23)으로 보정된 색차계(CR-400, Konica Minolta Sensing, Inc., Tokyo, Japan)를 사용하여 밝기를 나타내는 L*값, 양 의 값은 적색도, 음의 값은 녹색도를 나타내는 a*값, 양의 값은 황색도, 음의 값은 청색도를 나타내는 b*값을 측정하 였다. 실험 결과는 시료별로 각각 5회 반복 측정하였으며, 평균값과 표준편차로 나타내었다.
조리 특성은 Lucas-González et al. (2019)의 시험 방법에 따라 조리손실(cooking loss), 직경 및 두께 변화(diameter reduction, thickness reduction)를 측정하였다. 조리손실은 각 패티의 조리하기 전의 무게와 조리 후 방랭한 시료의 무게를 측정하여 계산하였다. 직경 및 두께 변화는 각각 패티의 조리하기 전과 조리 후의 직경과 높이를 digital caliper (MC500-150, Maxcon, China)로 측정하였으며, 아 래의 식에 대입하여 계산하였다. 실험 결과는 시료별로 각 각 5회 반복 측정하였다.
보수력은 Batos et al. (2014)의 방법을 이용하여 측정하 였다. 조리된 시료 1 g을 멸균 거즈를 넣은 15 mL conical tube에 넣고, 원심분리기(LaboGene 1736R, GYROGEN, Daejeon, Korea)를 이용하여 3,000 rpm으로 4°C에서 10분 간 원심분리하였다. 원심분리 전과 후의 시료의 무게를 측 정하여 다음의 식을 이용하여 보수력을 계산하였다.
물성측정은 조리 후 방랭한 시료를 블록 형태(가로 ×세 로 ×높이, 2 × 2 × 1.5 cm)로 제형한 후 texture analyzer (CT3, Brookfield Engineering Labs Inc., Stoughton, USA) 를 이용하여 경도(hardness), 부착성(adhesiveness), 응집성 (cohesiveness), 탄력성(springiness), 검성(gumminess), 씹힘 성(chewiness)을 측정하였다. Cylindrical probe (TA4/1000, 지름 38.1 mm)를 사용하였으며, 분석조건은 deformation 40%, trigger load 10 g, test speed 2.5 mm/s으로 각 시료 의 측정치는 8회 이상 반복 측정하여 평균값과 표준편차 값으로 나타내었다.
관능검사는 사전교육을 받은 대학원생 관능검사자 12명을 대상으로 실시하였다. 시료로 사용된 돈육 패티는 3자리 난 수를 각 시료에 부여한 후, 동일한 온도(25°C)와 크기 (1 × 1 × 0.5 cm)로 제공하였다. 관능검사는 7점 척도법(Kim et al., 2019)으로 표면 수분감(surface moisture), 단면의 밀 집도(compactness), 씹힘성(chewiness), 다즙성(juiciness), 입안에서 느껴지는 지방의 느낌(fat feeling), 부드러움 정도 (tenderness), 삼킬 때의 거칠기(roughness)의 강도와 외관 (appearance), 전반적인 기호도(overall acceptance)를 포함한 기호도를 평가하였다. 사전에 관능검사를 위한 IRB승인을 받았으며 모든 검사자들의 서면 동의를 받은 후 검사를 진 행하였다(IRB 승인번호: 700355-201901-HR-294).
결과 및 고찰
돼지 등지방 20% (C), 돼지 등지방 10%와 카놀라유 10% (O), 돼지 등지방 10%와 기름과 물을 6:4 비율로 하 여 사전 유화하지 않은 혼합 용액 10% (EC), 돼지 등지방 10%와 기름과 물을 6:4 비율로 하여 유화한 에멀젼 10% (E), 돼지 등지방 10% (LF), 돼지 등지방 10%와 하이드로 겔 비드 10% (BC), 돼지 등지방 10%와 에멀젼 비드 10% (EB)를 첨가한 돈육 패티의 외관은 Fig. 1과 같다. 본 실 험에서는 모든 처리구에서 조리 전과 조리 후 부피변화가 발생한 것을 관찰할 수 있었으며, Kim et al. (2008)에서도 돈육 패티 조리시 수축이 일어나 부피가 가열 전의 81.5% 로 줄어들었다고 보고하였다. 식물성 기름 처리군인 O, EC, E는 패티는 대조구에 비해 두꺼운 단면을 보인 반면, 동물성 지방 처리군과 비드 처리군은 비교적 편평한 단면 을 보였다. 비드 처리군 BC와 EB의 비드는 고온의 조리 조건에서도 용해되지 않고 조리 중 패티에서 위치와 형태 가 잘 유지된 것이 관찰되었다. 식물성 기름 처리군의 두 께 변화가 더 적었던 것은 Park et al. (2005)이 다양한 식 물성 기름으로 부분 대체한 저지방 패티가 일반 패티보다 두께 감소율이 낮았다고 보고한 것과 유사한 경향인 것으 로 나타났다.
다양한 식물성 지방 대체제를 적용한 돈육 패티의 색도 를 Table 2에 나타내었다. 대조구와 비교했을 때 EB가 대 조구와 가장 유사한 값을 나타냈으며, 식물성 기름을 첨가 한 O, EC, E는 모든 색상 변수에서 대조구 보다 더 높은 값을 나타내었다(p<0.05). 명도는 식물성 기름을 첨가한 O에서 가장 높은 값을 나타냈으며, 동물성 지방 함량을 낮춘 LF는 가장 낮은 명도 값을 나타내었는데(p<0.05), Youssef & Barbut (2011)에 따르면 이러한 색상 변수의 차 이는 식물성 기름의 작은 액적이 동물성 지방의 큰 액적보 다 더 많은 빛을 반사하는 영향을 받을 수 있다고 보고하 였다. 이는 식물성 기름으로 만든 소시지가 돼지 등지방을 사용한 소시지보다 명도 값이 더 높게 나타난 Asuming- Bediako et al. (2014)의 결과와 일치하며, 대두유 첨가 돈 육 패티에서 식물성 기름의 첨가량이 증가했을 때 명도가 더 높게 나타났다는 Jung et al. (2013)의 결과와도 일치하 였다. 사용된 유지의 종류뿐만 아니라 함량 또한 패티의 색도 변화에 영향을 주는 요인으로 작용한 것으로 판단된 다. 식물성 기름이 10% 함유된 O에 비해 식물성 기름이 6% 함유된 EC와 E의 명도가 더 낮게 측정된 결과는 돈육 패티에 올리브유 겔을 첨가했을 때 함량이 증가함에 따라 패티의 명도가 유의적으로 감소했다는 Lee et al. (2020)의 결과로 뒷받침된다.
다양한 식물성 지방 대체제를 적용한 돈육 패티의 수분 및 지방 함량을 Table 3에 나타내었다. 수분함량 측정 결 과 대조구와 비교했을 때 O, EC를 제외한 나머지 처리 구에서 더 높은 수분함량 값을 나타내었고, 모든 처리구 중 식물성 기름만 첨가된 O의 수분 함량이 가장 낮았다 (p<0.05). 비드 처리군인 BC, EB에서 유의적으로 높은 수 분함량 값을 나타내었는데(p<0.05), 이는 칼슘용액에서 비 드를 형성할 때 에멀젼의 외부 수분층이 겔화되어 막을 형 성한 후 조리시 완전히 건조되지 않았기 때문일 수 있다고 판단된다. 조지방 함량 측정 결과 저지방으로 처리한 LF와 BC를 제외한 나머지 처리구에서는 대조구보다 높은 조지 방 함량 값을 나타내었다. EC와 E는 동일한 양의 지방을 첨가했음에도 값의 차이가 있었는데(p<0.05), E는 수분층이 기름을 둘러싸고 있는 영향을 받았을 것으로 판단된다. 또 한, E와 EB의 결과도 유의적 차이를 보였는데(p<0.05), 기 름을 둘러싸고 있는 수분층이 겔화되어 에멀젼 상태일 때 보다 더욱 기름의 방출을 조절하는 것이 그 요인일 것으로 판단된다.
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패티는 조리시 근섬유단백질이 변성되어 네트워크가 수 축되고, 이에 따라 패티의 부피 변화가 발생하게 된다 (Velioğlu et al., 2010). 다양한 식물성 지방 대체제를 적용 한 돈육 패티의 직경 및 두께 변화는 Table 4에 나타내었 다. 비드 처리군인 BC와 EB를 제외한 나머지 처리구는 대조구보다 높은 직경 감소를 나타냈다(p<0.05). 비드 처리 군의 낮은 직경 감소율은 외관(Fig. 1)에서도 관찰할 수 있 듯이 비드가 조리 중 용해되지 않았으며 본래의 형태를 유 지하였으며, 이에 따라 비드가 단백질 네트워크 사이에 존 재함으로써 직경의 감소 또한 방지했을 것으로 사료된다. 두께 변화는 처리구간 유의적인 차이를 보이지 않았으나 (p>0.05), 외관(Fig. 1)상으로는 식물성 기름 첨가군인 O, EC, E의 중심부가 나머지 처리구에 비해 두껍고 볼록한 형태인 것이 관찰되었다. 반면, 저지방 패티인 LF와 비드 처리군인 BC, EB는 대조구보다 낮은 두께 변형률을 보였 다(p<0.05).
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다양한 식물성 지방 대체제를 적용한 돈육 패티의 조리 손실과 보수력 측정 결과는 Table 5에서 나타내었다. 조리 손실은 대조구에서 가장 높았으며(p<0.05), 비드 처리군인 BC와 EB는 눈에 띄게 조리손실이 감소한 것을 관찰할 수 있었다. EC와 E는 물과 기름이 유화된 상태로 수분을 다 량 함유하고 있는 반면, 비드 처리군인 BC와 EB는 포함 된 수분이 겔화되어 손실이 감소했을 것으로 판단되어, 이 러한 조리손실의 차이는 지방 대체제의 수분함량과도 관계 가 있는 것으로 보인다. Godsalve et al. (1977)은 조리하는 동안 근육 단백질이 변성되어 수분 보유 능력이 감소하고 단백질 네트워크가 수축한다고 보고하였다. 수축된 네트워 크는 섬유에 기계적 힘을 가하여 외부로 물을 방출하며, 고기 표면으로 방출된 액체는 일반적으로 조리손실로 알려 져 있다. 이에 따라, 본 실험에서도 열에 의해 수축되어 조리손실이 나타난 것으로 보인다.
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보수력은 수분을 유지하는 고기의 능력으로 정의되며, 육류 에멀젼의 안정성을 결정하는 가장 중요한 매개변수 중 하나이다(Serdaroğlu et al., 2017). 대조구와 비교했을 때 비드 처리군인 BC와 EB는 비슷하거나 향상된 보수력 을 보였으며, 식물성 기름을 첨가한 처리구는 보수력이 감 소되었다(p<0.05). 이는 땅콩 및 옥수수 기름 등으로 우지 방을 부분 대체했을 때 우육 패티의 보수력이 감소했다는 Dzudie et al. (2004)의 결과와, 대두유로 대지 등지방을 대 체하여 제조한 소시지의 보수력이 감소했다는 Cheetangdee (2017)의 결과와 유사한 경향을 나타내었다. 본 실험에서 조리손실과 보수력의 관계는 Dzudie et al. (2004)이 보고한 조리손실의 차이는 보수력의 차이에 기인할 수 있으며 보 수력이 높으면 조리손실이 감소한다는 결과와 일치하였다.
다양한 식물성 지방 대체제를 적용한 돈육 패티의 물성 측정 결과는 Table 6에 나타내었다. 대조구에 비해 모든 처리구에서 경도가 감소하였으며(p<0.05), 돼지 등지방을 식물성 기름으로 부분 대체하면 식물성 기름의 형태와 정 도에 따라 다른 질감 특성을 갖게 된다(Koo et al., 2009;Lee et al., 2020). 이는 식물성 기름으로 동물성 지방을 대 체할 경우 햄버거 패티(Park et al., 2005) 및 소시지(Lee et al., 2015)의 경도가 감소했다는 실험 결과와 일치하였 다. 경도와 함께 탄력성, 검성, 씹힘성도 함께 감소하는 경 향을 나타냈다(p<0.05). 비드처리구의 물성은 모든 파라미 터에 대해 대조구보다 유의적으로 감소하였는데(p<0.05), 열을 가하기 전 비드는 약간의 탄성이 있었으나 조리 후 비드가 연화되어 경도 증가에 큰 영향을 주지는 않은 것으 로 판단된다(Supplementary data 1).
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다양한 식물성 지방 대체제를 적용한 돈육 패티의 관능 검사 결과는 Fig. 2과 같다. 부드러움 정도는 대조구에 비 해 비드 처리군(EB, BC)이 높게 나타났으며 O는 강도와 선호도 모두 가장 낮았다. 이는 앞서 언급했듯이 비드 처 리군이 조리중 연화로 인해 영향을 받은 것으로 판단된다. 또한 식물성 유지를 첨가하여 제조한 저지방 패티의 전체 적인 기호도가 대조구보다 대체로 낮은 경향을 보였다고 보고한 Liu et al. (1991)의 연구와도 일치하였다. 입안에서 느껴지는 지방의 느낌 정도는 대조구와 비교하여 EB가 유 의적으로 높게 나타났다. 다즙성의 기호도는 대조구보다 EB가 높게 났다. 일반적으로 다즙성은 육제품의 수분 손실 및 보수력과 연관성을 가지며(Kim et al., 2008), EB의 높 은 다즙성은 앞서 보수력을 분석한 결과에서도 볼 수 있듯 이 패티의 보수력을 높임으로써 다즙성을 부여한 것으로 판단된다. 따라서 전반적인 기호도에서도 대조구와 비교했 을 때 EB가 가장 높게 평가되었다(p<0.05). 전체적인 관능 검사 결과를 바탕으로 EB가 저지방 돈육 패티에서 동물성 지방의 질감을 가장 잘 모방하고 다즙성을 보완할 수 있는 지방 대체 형태로서 사용될 수 있을 것으로 기대된다.
요 약
본 연구에서는 다양한 식물성 지방 대체제가 돼지고기 패티의 이화학적 특성 및 관능 특성에 미치는 영향을 평가 하고자 하였다. 동물성 지방 처리군, 식물성 기름 처리군, 비드 처리군 첨가에 따른 영향을 분석하였으며, 실험을 통 해 지방 함량은 낮추면서 물리적 및 관능적 측면에서 돼지 등지방을 사용한 패티와 큰 차이를 나타내지 않음을 확인 하고자 하였다. 본 연구에서는 기존의 지방대체 방법인 식 물성 기름 첨가와 식물성 기름 유화물 첨가 뿐 아니라 식 물성 고체 지방 대체제를 제조할 수 있는 방법을 제시하였 으며, 이를 육가공 제품에 적용하여 다양한 지방 대체제의 효과와 비교했다는 점에서 기존 지방대체 연구와 차이점이 있을 것으로 판단된다. 또한, 연구 결과 식물성 고체 지방 대체제는 패티의 조리손실을 줄이고 보수력을 개선하는 등 품질을 향상시킬 수 있었으며, 패티의 부드러움과 다즙성 에 영향을 주어 선호도가 높은 것으로 분석되었다. 이는 새로운 지방 대체제의 적용 가능성에 대한 기초 연구 자료 로 제공될 수 있다.
