분말 첨가시기와 함량을 달리하여 제조한 자색고구마 누룽지의 항산화 활성 및 품질특성

본 실험에 사용한 쌀은 2020년에 생산된 후 2021년 6월 4일 경기도 평택에서 도정한 쌀을 사용하였으며 자색고구 마 분말은 지산식품(Hamyang, Korea)에서 구매하여 이용 하였다.누룽지 제조 장치(NRP-100, Hansum Inc., Seoul, Korea)는 공압실린더(KMQ50-250, F.TEC Inc., Gunpo, Korea)가 부착된 판상구조로 가열판 상부와 하부의 온도 조절이 가능한 알루미늄 합금의 압착판으로 구성되어 있 으며, 에어 컴프레서(JQS109, JITOOL Inc., Gwangju, Korea)를 함께 사용하여 누룽지를 제조하였다.

자색고구마 분말을 첨가한 누룽지는 Table 1의 비율과 같이 배합하고 Fig. 1과 같이 제조하였다. 쌀을 1분간 3번 세척한 후 체에 걸러 탈수 공정을 거치고 쌀과 같은 비율 로 가수한 뒤 3시간 동안 침지시켜 전기밥솥(Lj-MD062T, Lihom, Cheonan, Korea)에서 밥을 제조하였다. 밥 제조 전 첨가 시료를 BR (Before Rice cooked), 밥 제조 후 첨가 시료를 AR (After Rice cooked)로 나타내었고 자색고구마 분말을 4% 첨가한 누룽지를 BR-4, AR-4로 하였다. 제조 된 밥은 20 g씩 정량하였고, 수동식 누룽지 제조 장치를 이용하여 온도를 200°C로 설정하고 3분간 가열하여 즉석 누룽지를 제조하였다. 제조된 누룽지는 상온에서 24시간 보관 후 후드믹서(HP-300SR, Besco Corp., Bucheon, Korea)를 이용해 분쇄하고, 25 mesh 체를 이용해 걸러준 후 시료로 사용하였다.

Table 1. Formula for Nurungji added with purple sweet potato powder.

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Fig. 1. Flow sheet of production of Nurungji added with purple sweet potato powder. (a) AR : Purple sweet potato powder was added after rice cooking. (b) BR : Purple sweet potato powder was added before rice cooking.

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자색고구마 누룽지의 pH는 누룽지 분말(25 mesh) 5 g을 증류수 40 mL에 넣고 교반한 후 원심분리기(Union 32R, Hanil Science Industrial, Gimpo, Korea)에서 3,000 rpm, 10분간 원심분리한 상등액을 pH meter (ST2100, Ohaus Coporation, Parsippany, NJ, USA)로 측정하였고, 누룽지 의 색도는 petri dish (55×12 mm)에 분말 시료를 넣고 색 차계(Color Reader, CR-20, Konica Minolta, Inc., Tokyo, Japan)를 이용하여 L, a, b value를 측정하였다. 이때 사용 된 표준 백색판의 L value는 95.1, a value는 -0.1, b value 는 3.9이었다.

누룽지의 수분함량 측정은 AOAC 방법에 준하여 실시하 였고, 수분결합능력은 누룽지분말(25 mesh) 1 g을 증류수 30 mL에 가한 후 자석교반기로 실온에서 1시간 동안 저어 준 다음 3,000 rpm에서 30분간 원심분리 후 상등액을 제 거하고 침전된 누룽지 분말의 무게(A)를 칭량하여 처음 시 료량과의 중량비로 수분결합능력을 계산하였다.

가용성 고형물 함량은 누룽지분말 5 g에 증류수 70 mL 를 가하여 실온에서 30분간 교반한 후 3,000 rpm에서 20 분간 원심분리하여 얻은 상등액을 당도계로 측정하였다. 환원당은 누룽지분말 5 g에 증류수 45 mL를 voltexing한 후 DNS (dinitrosalicylic acid)에 의한 비색법으로 UV/VIS 분광광도계(Genesys10 UV, Thermo spectronic Co., Waltham, MA, USA)를 이용하여 5 40 n m에서 흡광도를 측정하였고, 표준곡선은 glucose를 농도별로 반응시켜 구하였다.

자색고구마 누룽지의 경도는 Yoo et al. (2012)의 연구를 참고하여 진행하였고, 누룽지를 2.5×2.5×0.05 cm 크기로 자른 후 texture analyzer (TA-XT Express, Stable Micro Systems Ltd., Godalming, UK)를 이용하였다. 시험 조건은 pre-test 1.0 mm/sec, test speed 1.0 mm/sec, post-test speed 10.0 mm/sec, trigger force 5.0 g로 하였고 probe는 three point bending을 사용하였다.

누룽지를 잘게 부순 다음 10 g을 취하고 70% methanol 을 20mL 가하여 실온에서 3시간 동안 교반한 다음 3,000 rpm에서 30분간 원심분리하고 상등액을 취하여 시료용액 으로 사용하였다. 총 폴리페놀 함량은 시료용액 100 μL에 Folin-ciocalteu's phenol reagent를 500 μL와 증류수 700 μL를 첨가하여 혼합하고 20% sodium carbonate 150 μL 를 가하여 암소에서 20분간 방치한 후 765 nm에서 흡광 도를 측정하였다. 표준물질로는 gallic acid를 사용하였다. 플라보노이드 함량 측정은 시료 250 μL에 5% sodium nitrite 75 μL를 가하여 5분간 방치하고 10% AlCl₃ 150 μL 와 1 M sodium hydroxide 500 μL를 가하여 혼합한 후 암소에서 15분간 방치하고 415 nm에서 흡광도를 측정하였 다. 표준물질로는 catechin을 사용하였다(Park & Kang, 2021).

총 안토시아닌 함량 측정은 Lee et al. (2005)의 방법에 따라 분석하였다. 시료 0.5 mL에 0.025 M potassium chloride buffer(pH 1.0)와 0.4 M sodium acetate buffer(pH 4.5)를 가하여 최종 부피를 1mL로 한 다음 510 nm와 700 nm에서 흡광도를 측정하였다. 총 안토시아닌 함량은 아래 식의 cyanidin-3-glucoside의 몰 흡광계수(ε = 26900 L·M-1·cm--)를 대입하여 계산하였다.

DPPH 라디칼 소거 활성은 Cheung et al. (2003)의 방법 에 준하여 분석하였다. 농도별로 희석한 시료 용액 50 μL 에 0.2 mM DPPH 1mL를 첨가 후 혼합물을 암소에서 30 분간 반응시키고 520 nm에서 흡광도를 측정하였다. ATBS 라디칼 소거능 측정은 Re et al. (1999)의 방법을 변형하여 측정하였다. 7.0 mM 2,2'-azino-bis (3-ethylbenzthiazoline-6- sulfonic acid)와 2.45 mM potassium persulfate를 최종농도 로 혼합하여 실온인 암소에서 20시간 동안 반응시켜 라디 칼을 생성시켰다. 라디칼이 생성된 ABTS를 methanol로 희 석하여 7 35 n m에서 값이 1.4-1.5가 되도록 하여 ABTS solution을 제조했다. 농도별로 희석한 시료 용액 100 μL에 ABTS solution 900 μL를 넣고 7 35 n m에서 흡광도를 측정 하였다. DPPH 및 ABTS 라디칼 소거능은 농도별 라디칼 소거능에 대한 검량선에서 DPPH 및 ABTS 라디칼 소거 능이 50%가 되는 농도인 IC₅₀값을 구하였다.

본 연구의 실험결과는 SPSS 26.0 (Statistical package for social science, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)를 이용 하여 평균값과 표준편차를 계산하였고, 분산분석(AVOVA) 을 이용하여 p<0.05 수준에서 다중범위 검정(Duncan's multiple range test)을 실시하여 시료 간의 유의적인 차이 를 검증하였다.

자색고구마 분말을 첨가한 누룽지의 수분함량 및 수분결 합능력의 결과는 Table 3과 같다. 누룽지의 수분함량은 대 조군이 5.86%로 가장 높았고 첨가구는 AR, BR 모두 자 색고구마 첨가량이 높을수록 감소하였다. 수분함량은 첨가 되는 부재료 특성인 수분흡수력, 식이섬유 함유량, 분말 내 부치밀도, 분말 입자 결합력, 열처리 과정 등으로 인해 차 이가 나타나며(Lee, 2020), 자색고구마 누룽지의 경우 부재 료가 수분 함유량이 적은 분말의 형태로 첨가되면서 수분 함량이 낮아진 것으로 생각된다. AR 시료보다 BR 시료에 서 수분함량이 더 높게 나타난 것은 BR의 경우 자색고구 마 분말 첨가 후 밥솥에서 수분과 함께 열처리를 가하는 과정이 추가되어 부재료가 수분흡수율을 증가시켰기 때문 으로 판단된다. 자색고구마 분말 첨가 머핀(Ko & Seo, 2010), 새싹보리 분말을 첨가한 누룽지(Park & Kang, 2021) 연구에서도 분말 첨가량이 증가할수록 수분함량이 유의적으로 감소하여 본 연구와 같은 경향을 보였다.

자색고구마 분말을 첨가하지 않은 누룽지의 수분결합능 력은 354.78%로 가장 낮게 나타났으며, 첨가량이 증가할 수록 유의적으로 높은 값을 보였다(p<0.05). 이는 부재료의 첨가량이 높을수록 누룽지의 수분결합능력이 증가한다는 새싹보리 분말을 첨가한 누룽지(Park & Kang, 2021), 마 분말을 첨가한 누룽지(Lee et al., 2009)의 연구 결과와 유 사하였다. 한편 분말 첨가시기에 따른 수분결합능력은 AR 시료가 BR 시료에 비해 높은 값을 나타내었다. Kang et al. (2015)은 마의 가공처리에 따른 수분결합능력을 측정한 결과 증숙, 건조과정이 반복될수록 수분결합능력이 저하됨 을 보고하였으며, 증숙과 건조과정 반복을 통해 전분의 구 조나 구성의 변화를 주어 결합력이 약해진 것으로 해석하 였다. 본 실험에서도 BR 시료의 경우 자색고구마 분말이 첨가된 후 열처리를 두 번 거치면서 전분의 구조가 변화되 어 수분결합능력이 감소된 것으로 생각된다.

누룽지의 가용성 고형물 함량 및 환원당을 분석한 결과 는 Table 3과 같다. 가용성 고형물 함량은 대조군의 경우 0.33 Brix°였으며 AR의 경우 0.60-0.90 Brix°, BR의 경우 0.40-0.73 Brix°로 나타나 첨가량이 증가할수록 높아지는 경향을 보였다. 한편 분말 첨가시기에 따른 가용성 고형분 함량은 BR 시료보다 AR 시료에서 더 높은 값을 보였다. Hwang & Lee (2021)는 가열온도에 따른 고구마칩 연구에 서 수분함량이 낮을수록 가용성 고형분 함량이 증가하는 것으로 보고하였고, Table 3에 나타낸 바와 같이 BR에 비 해서 수분함량이 낮았던 AR 시료가 더 높은 가용성 고형 분 함량을 보인 것으로 판단된다.

환원당은 유리 알데하이드 작용기 또는 유리 케톤 작용 기를 가지고 있어 환원제로 작용할 수 있는 당으로 포도 당, 과당, 맥아당 등의 감미도에 영향을 주는 중요한 성분 이다(Lee, 2018). 자색고구마 분말 첨가에 따른 누룽지의 환원당 함량은 대조군의 경우 0.52%였으며, 첨가구의 경우 AR 시료에서 2.00-2.73%, BR 시료에서 0.99-2.37%로 자 색고구마 분말 첨가량에 따라 유의적으로 증가하였다 (p<0.05). Kim & Ryu (1995)가 분석한 결과에 따르면 자 색고구마의 중성당 함량은 62.77%로 이 중 대부분은 glucose로 보고되어 첨가량에 따라 환원당 함량이 증가한 것은 자색고구마 분말 자체의 당 성분 때문으로 판단된다. 한편 AR 시료가 BR 시료에 비해 높은 환원당 함량을 나 타낸 것은 BR 시료의 경우 분말 첨가 후 밥솥에서 취반 과정을 거쳐 누룽지를 제조하여 수용성의 환원당 성분이 유실되었기 때문으로 생각된다.

자색고구마 분말 함량별 누룽지의 pH는 Table 2와 같다. pH는 대조군이 5.90으로 가장 높았고 자색고구마 분말 첨 가량에 따라 AR의 경우 5.20-5.53, BR의 경우 5.09-5.46으 로 약산성을 띄었으며, 첨가량이 높을수록 유의적으로 감 소하였다(p<0.05). Ra et al. (2018)의 국내산 고구마 품종 별 영양성분 및 이화학적 특성 연구에 따르면 고구마에는 oxalic acid, citric acid, malic acid 등의 유기산이 확인되었 으며 그 중 oxalic acid, citric acid 함량이 일반고구마에 비해 자색고구마에서 유의적으로 높은 결과를 보였다. 본 연구에서 대조군에 비해 첨가구의 pH가 낮은 것은 oxalic acid 등의 유기산을 함유한 자색고구마의 pH가 낮기 때문 인 것으로 생각된다. 자색고구마를 첨가한 스펀지케이크 (Kim & Lee, 2013) 및 자색고구마 죽(Lee, 2013)의 연구 에서도 자색고구마 첨가량이 증가할수록 pH가 낮아져 본 연구와 유사한 경향을 보였다. 분말 첨가시기에 따른 pH는 AR 시료에 비해 BR 시료에서 더 낮게 나타났으며, 이는 BR 시료의 경우 자색고구마 분말을 밥 제조 전에 투입하 여 가열함으로써 열에 의한 영향을 더 받은 시료의 pH가 감소한 것으로 판단된다. 한편 Hwang & Lee (2021)은 가 열온도가 증가함에 따라 고구마칩의 pH가 감소함을 보고 한 바 있다.

Table 2. Comparison of moisture contents, water binding capacity, soluble solid contents, reducing sugar and pH of Nurungji added with purple sweet potato powder.

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자색고구마 누룽지의 색도 및 경도의 결과는 Table 3에 나타내었다. L값은 대조군이 80.60으로 가장 높게 나타났 으며 자색고구마 분말을 첨가할수록 누룽지의 L값이 감소 하여 AR-8, BR-8의 경우 각각 59.73, 59.20으로 가장 낮 은 결과를 보였다(p<0.05). a값은 대조군이 4.27로 가장 낮 게 나타났고 자색고구마 분말 첨가량이 많아질수록 증가하 여 AR-8, BR-8의 경우 각각 11, 10.47로 가장 높은 값을 보였다. b값은 대조군이 14.57로 가장 높았고 자색고구마 분말의 첨가량이 증가할수록 감소하여 AR-8, BR-8에서 각 각 9.23, 7.8로 나타났다. 황색도에서 AR 시료가 BR 시료 에 비해 높은 값을 보인 것은 누룽지의 굽기 과정 중 환 원당에 의한 비효소적 갈변인 메일라드 반응이 누룽지의 표면에서 발생하여 제조공정에 따른 환원당 함량의 차이로 인한 것으로 생각된다. 한편 자색고구마 분말 첨가 생면 (Lee & Yoo, 2012), 아로니아 분말을 첨가한 쿠키(Lee & Yoon, 2016) 연구에서도 첨가량이 많아질수록 명도, 황색 도 값은 감소하고 적색도 값은 증가하여 안토시아닌계 색 소의 부재료를 첨가하면 색도의 측정값이 비슷한 경향을 보이는 것으로 나타났다.

Table 3. Comparison of color value and hardness of Nurungji added with purple sweet potato powder.

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자색고구마 누룽지의 경도는 대조군이 4078.37 g, 자색 고구마 분말의 함량이 증가함에 따라 AR의 경우 4738.00- 7415.33 g, BR의 경우 4430.87-6724.23 g으로 증가하는 경향을 보였다. 이는 수분이 적고 식이섬유가 많은 부재료 의 첨가에 따라 수분함량이 감소하면서 경도가 증가한 것 으로 생각된다. 또한 AR 시료가 BR 시료보다 더 높은 경 도값을 보인 것은 AR 시료에 비해 BR 시료의 수분함량이 더 높았기 때문으로 판단된다.

자색고구마 분말을 첨가한 누룽지의 총 폴리페놀 및 플 라보노이드 함량은 Table 4와 같다. 총 폴리페놀 함량은 대조군이 104.28 μg GAE/g이며, 첨가구는 AR 시료에서 204.69-384.86 μg GAE/g, BR 시료에서 125.23-287.32 μg GAE/g으로 자색고구마 분말의 첨가량이 증가할수록 총 폴 리페놀 함량이 유의적으로 증가하였다(p<0.05). 플라보노이 드의 함량도 대조군에서 34.72 μg CE/g으로 나타났고, 첨 가구는 AR 시료의 경우 144.85-395.00 μg CE/g, BR 시료 의 경우 61.47-337.23 μg CE/g으로 첨가량에 비례해 증가 하였다. 자색고구마의 안토시아닌 색소는 페놀산 등의 공 통적인 aromatic acyl group을 갖고 있어 분말 첨가량에 따라 항산화력에도 뚜렷한 차이가 나는 것으로 생각된다 (Kim & Lee, 2013). 자색고구마 분말의 첨가 시기에 따 른 총 폴리페놀 및 플라보노이드 함량은 자색고구마 분말 을 밥 제조 전에 투입하여 가열하는 BR의 제조공정으로 인해 AR 시료보다 BR 시료가 더 낮은 함량을 보여주었 다. 이는 Sung et al. (2017)의 단순 열풍건조한 시료보다 증숙과 열풍건조를 병행처리한 고추냉이 잎 시료가 더 낮 은 폴리페놀 및 플라보노이드 함량을 보여준 결과와 일치 하였다.

Table 4. Comparison of Total polyphenol, flavonoid, anthocyanin contents, DPPH and ABTS radical scavenging activity of Nurungji added with purple sweet potato powder.

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자색고구마 분말 첨가 누룽지의 안토시아닌 함량은 Table 4에 나타내었다. 대조군이 1.17 mg/100 g으로 가장 낮은 값이었으며 자색고구마 분말의 첨가량이 증가함에 따 라 안토시아닌 함량은 AR 시료와 BR 시료에서 각각 2.03-5.31 mg/100 g, 1.90-5.07 mg/100 g으로 유의적으로 증 가하였다(p<0.05). 한편 자색고구마 분말의 첨가 시기에 따 른 총 안토시아닌 함량은 분말을 밥 제조 전에 투입하여 가열하는 BR 시료가 AR 시료보다 더 감소한 것으로 나타 났다. Park et al. (2011)은 자색고구마의 안토시아닌이 40°C 이하의 온도에서는 비교적 안정하였으나 그 이상의 온도에서는 빠르게 분해됨을 보고하였고, Hwang & Ki (2013)는 가열 온도가 높아지고 가열 시간이 길어질수록 안토시아닌 색소의 안정성이 감소한다고 보고하였다.

자색고구마 분말을 첨가한 누룽지의 DPPH 및 ABTS 라 디칼 소거능을 측정한 IC₅₀값은 Table 4와 같다. DPPH 라 디칼을 50% 소거시키는 데 필요한 농도로 대조군의 IC₅₀ 값은 2196.66 mg/mL로 가장 높았으며, 자색고구마 분말 첨가비율의 증가에 따라 낮아지는 경향을 나타내어 8%의 자색고구마 분말을 첨가한 누룽지가 AR, BR 시료에서 각 각 393.80 mg/mL, 431.37 mg/mL로 각 시료 간에 유의적 인 차이를 나타내었다(p<0.05). ABTS 라디칼 소거능을 측 정한 IC₅₀값도 자색고구마 분말 첨가량이 증가할수록 낮게 나타났으며, 대조군이 1095.78 mg/mL로 가장 높은 값을 보였고, 자색고구마 분말을 8% 첨가하여 제조한 누룽지에 서는 AR, BR 시료에서 각각 258.86 mg/mL, 266.48 mg/ mL의 IC₅₀값을 나타내었다. Choi (2009)는 총 페놀화합물 의 함량과 항산화능과는 서로 양의 상관관계가 있으며 항 산화능의 주된 성분은 페놀화합물인 것으로 보고한 바 있 어 자색고구마에 들어있는 페놀화합물과 anthocyanin 색소 가 라디칼 소거 활성의 주요 물질로 작용했을 것으로 보인 다. 이상의 결과를 살펴보면 누룽지의 제조에 있어 자색고 구마 분말의 첨가는 항산화 증가의 효과에 긍정적인 역할 을 기대할 수 있을 것으로 판단된다.