가래떡 노화억제에 대한 밀가루첨가의 효과

본 실험에 사용한 멥쌀가루는 충청남도 부여군에서 2011 년 수확한 멥쌀(혼합 품종, 유촌농산미곡처리장)을 사용하였 고, 소금은 천일염(Daesang, Seoul, Korea), 밀가루는 중력분 (CJ Cheiljedang, Seoul, Korea)을 구입하여 사용하였다.

가래떡 제조 시 멥쌀을 2회 수세하여 3시간 동안 수침 한 후, 체에 건져 30분간 물기를 제거한 다음 불린 쌀 무 게의 1%(w/w)에 해당하는 소금을 첨가하여 roll mill(KM- 18, Kyungchang Machine, Gyeonggi Gwangju, Korea)로 1차 분쇄한 다음 20 mesh 체에 통과시켜 사용하였다. 분 쇄한 쌀 무게의 22%가 되도록 물을 첨가하여 다시 혼합한 후, roll mill로 2차 분쇄하였다. 가스레인지 화력의 중간 정도로 가열하여 물이 끓기 시작하면, 찜기에 실리콘 시루 밑을 깔고 쌀가루를 담아 25분 동안 가열하였다. 일반 가 래떡제조는 가열이 끝난 시료를 녹즙기(NJE-3570, NUC, Daegu, Korea)로 사출시켜 가래떡 모양으로 성형하였고, 밀가루를 첨가한 가래떡제조는 가열이 끝난 후 시료의 내 부온도가 70℃ 이하가 되도록 방냉한 후 불린 쌀 무게의 0.8%에 해당하는 중력분을 첨가하여 골고루 섞은 다음 녹 즙기를 통해 가래떡 모양으로 성형하여 분석시료로 사용하 였다. 밀가루의 함량은 예비실험을 통하여 0.1% 간격으로 0-0.9%(w/w) 범위에서 첨가하여 저장실험을 한 결과 경도 (hardness)가 가장 작은 결과의 함량인 0.8%로 첨가량을 결정하였다. 동결건조시료는 -70℃의 deep freezer(DF8517, Ilshin Lab Co. Ltd. Nanyangju, Korea)에서 얼린 후 동결 건조기(SFDSM24L, Samwon Freezing Engineering Co., Seongnam, Korea)를 사용하여 동결 건조하였다.

시료는 PET/AL/PE의 수증기투과(water vapor penetration) 를 제어할 수 있는 적층필름 파우치를 사용하여 상압 밀봉 하였다. 포장된 시료는 4℃의 온도조건에서 3일간 저장하 였다.

가래떡의 수분함량은 상압가열건조법(AOAC, 1995)으로 시료 1 g을 105℃에서 3회 반복하여 측정한 후 평균값으 로 나타내었다.

시료의 입자분포는 particle size analyzer(Mastersizer 2000G, Malvern Instrument, Worchester, England)를 이용하 여 습식방법으로 측정하였다. 입도측정은 94.5% 에탄올을 용매로 사용하여 분석과정에서 입자의 팽윤을 방지하였다.

시료표면의 미세구조는 주사전자현미경(Scanning electron micrographs, S-4300, Hitachi, Tokyo, Japan)을 이용하여 측 정하였다. 시료에 coater(Ion sputter, E-1030, Hitachi, Tokyo, Japan)를 이용하여 gold-palladium으로 10-30 nm의 두께로 코팅하여 측정하였고 가속전압 10 kV에서 500배율로 관찰 하였다.

물 결합능력은 Medcalf & Gilles(1968)의 방법에 따라서 시료 2 g에 증류수 40 mL을 가하고 실온에서 1시간 동안 잘 저어준 다음 3,000 rpm의 속도로 20분간 원심분리한 후 1분간 거꾸로 세워 상등액을 제거하고 증가된 수분함량과 시료의 중량비로부터 물 결합능력을 구하였다.

용해도는 Schoch(1964)의 방법을 변형하여 시료 1 g과 물 50 mL를 원심분리 관에 담아 잘 분산시킨 후 90℃의 온도에서 30분간 가열한 다음 4,500 rpm에서 30분간 원심 분리하였다. 미리 항량하여 건조시킨 용기에 상등 액을 부 어 105℃ 드라이 오븐에서 항량된 건조무게로 다음의 식 을 이용하여 용해도를 계산하였다.

시료의 결정구조는 X-ray diffractometer(XRD, Ultima IV, Rigaku, Kyoto, Japan)를 이용하여 측정하였으며 40 kV, 40 mA에서 Cu tube를 사용하여 θ -2θ법으로 5-40°의 구간에서 8.00 deg/min의 속도로 측정하였다.

열적거동측정은 differential scanning calorimeter(DSC, 2010, TA Instrument, Newcastle, USA)를 이용하였으며 Cho(2007)의 방법에 준하여 측정하였다. 노화정도를 알아 보기 위하여 4℃에서 3일간 저장한 시료를 즉시 동결건조 시킨 다음 gold hermatic pan에 시료 3 mg을 넣고 시료 대 증류수의 비율이 1:2.5가 되도록 증류수를 첨가하고 즉시 밀봉한 후 pan을 실온에서 2시간 방치한 다음 분석을 진행하 였다. 실험조건으로는 측정온도 구간은 10-140℃, 가열속도는 10℃/min이었다. 이 조건으로부터 얻은 DSC thermogram 통 하여 각 시료의 호화개시온도(T_o), 호화정점온도(T_p) 및 호화 엔탈피(ΔE) 값을 산출하였다. 이 때, reference에는 empty pan을 이용하였다.

Texture Analyzer(TA-XT₂, Stable micro system, Surrey, England)를 이용하여 상온(25℃)에서 10회 반복 측정하였 다. 시료의 직경은 12 mm, 높이는 10 mm 이었으며 직경이 25 mm의 probe를 사용하였다. Strain은 30%이었고 probe속 도는 1.0 mm/sec이였다.

자료 분석은 SAS(Statistical Analysis System, version 9.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) program을 이용하여 t-검 정을 실시하였고, 통계적 분석을 위한 유의수준은 p<0.05로 설정하여 대조군과 처리군 간의 차이를 검증하였다.

Fig. 1은 일반 가래떡과 0.8% 밀가루를 첨가한 가래떡을 4℃에서 3일간 저장한 후 저장기간에 따른 표면미세구조를 SEM으로 500배 확대한 다음 촬영한 사진으로 저장초기 일반 가래떡의 경우 표면에 미세한 기공이 관찰되었으며 표면이 거친 반면 밀가루 첨가 가래떡의 경우는 표면이 매 끄럽게 나타났다. 저장 3일 후 시료 모두가 전반적으로 치밀한 표면구조를 나타내었으며 0.8% 밀가루 첨가 가래 떡의 표면이 대조구보다 굴곡이 없었다. 가래떡 제조 시 천연첨가물로서 사용된 밀가루의 평균입자 크기와 수분함 량은 각각 64.26 μm와 7.53%이었으며 사출공정 전 멥쌀가 루의 평균입자 크기는 172.57 μm이었으며 수분함량은 45.39%이었다.

Fig. 1. Scanning electron micrograph (SEM) of 0.8% wheat flour added Garaetteok during storage for 3 days at 4℃ (X500). A: control, B: 0.8% wheat flour added Garaetteok.

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호화 또는 호화와 노화과정을 거친 가래떡을 동결건조 한 다음 분말 화하여 물 결합능력을 비교분석한 결과(Fig. 2) 저장기간이 길어짐에 따라서 노화현상에 의하여 물 결합능 력은 작아졌으며 대조구의 경우 4℃에서 저장 3일 후 저 장초기 대비 45.8% 수준이었으나 0.8% 밀가루첨가 군에서 는 76.0% 수준으로 높게 나타났다. 물 결합능력은 전분입 자의 표면에 흡착되거나 내부로 침투되는 물의 양을 측정 하는 것으로써 비결정성부분에서 거의 이루어지며 비결정 성비율이 증가할수록 분자내부의 치밀도가 낮을수록 증가 한다(Wang & Lelievre, 1982).

Fig. 2. Water holding capacities of 0.8% wheat flour added Garaetteok during storage for 3 days at 4℃. A: control, B: 0.8% wheat flour added Garaetteok.

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용해도는 가열과정에서의 수용 액상으로 분리 용출되어 지는 수용성성분을 의미하며 0.8% 밀가루첨가 가래떡이 대 조구에 비하여 가열온도에 관계없이 전반적으로 높은 용해 도 값을 나타내었으며 저장기간이 길어짐에 따라서 대조구 와 0.8% 밀가루첨가 군 간의 용해도 차이는 커졌다(Fig. 3). 0.8% 밀가루첨가 가래떡의 용해도가 큰 이유는 전분입자내 의 직쇄 상 부분의 용출이 원인으로 amylose와 amylopectin 의 비율, 분자량과 전분 입자내의 micelle 구조의 강도와 특 성이 영향을 미치는데(Kim & Shin, 1992) 이러한 현상은 밀가루에 들어있는 amylase 효소에 의하여 떡 제조과정과 저장 중 가수분해가 됨으로 나타나는 현상이라 사료된다. 대조구와 0.8% 밀가루첨가 가래떡 모두 70℃ 부근부터 용 해도의 급격한 증가를 보였다. 온도가 증가함에 따라서 아 밀로스가 용출되기 때문에 용해도는 아밀로스함량에 비례 한다고도 하였다(Lorenz, 1995).

Fig. 3. Solubilities of 0.8% wheat flour added Garaetteok during storage for 3 days at 4℃. A: 0 day, B: 1 day, C: 2 day, D: 3 day.

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XRD pattern은 전분입자의 결정구조를 나타내는 것으로 대조구의 경우에는 A형태의 XRD pattern을 나타낸 반면 0.8% 밀가루 첨가 가래떡은 단일 피크를 보임(Fig. 4)으로 서 전분의 결정성일부에서 변화가 진행되었다고 사료된다 (Lee et al., 2004). 대조구의 경우 저장기간이 길어짐에 따 라서 결정형성이 증가됨으로서 peak가 날카로워지면서 크기 가 커지는 것을 알 수 있다. 반면에 0.8% 밀가루 첨가 가 래떡의 경우에는 저장 중에도 저장초기의 XRD pattern을 그대로 유지하고 있었다. 이는 저장 중 밀가루에 포함되어 있는 amylase의 가수분해작용에 의한 것으로 사료된다. 전 분입자의 결정화정도는 입자 내부의 치밀도와 연관되는데 치밀도가 높을수록 수분흡수율이 낮으며 노화가 빨리 진행 되는 것으로 알려져 있다(Kim et al., 1999).

Fig. 4. X-ray diffraction (XRD) patterns of 0.8% wheat flour added Garaetteok during storage for 3 days at 4℃. A: control, B: 0.8% wheat flour added Garaetteok.

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대조구와 0.8% 밀가루 첨가 가래떡의 4℃ 저장 중 노화 양상을 분석하기 위하여 전분과 같은 중합체의 용융이나 결정성의 물리적 상태의 변화, 분자수준의 반응에서 생기 는 enthalpy를 정량적으로 측정하는 시차주사열량기(DSC) 를 이용하여 측정한 결과는 Table 1과 같다.

대조구와 0.8% 밀가루 첨가 가래떡의 제조 직후에 호화 개시온도(T_i)는 전분구조의 겔화가 일어나는 임계온도로 전 분입자자체의 결합강도, 다공성, 결정성영역의 성질과 크기, 팽윤정도 등 전분입자구조의 형상을 짐작할 수 있다(Song et al., 2006). 저장기간에 관계없이 대조구에 비하여 0.8% 밀가루 첨가 가래떡의 호화개시온도와 최대호화온도(T_p)가 높게 나타났다. 이와 유사한 결과는 Kim 등(1997)의 연구 에서도 나타났으며 첨가 밀가루의 보수력에 의하여 물과 멥쌀전분이 이용할 자유수의 감소 때문에 나타나는 현상이 다. 저장초기 대조구와 0.8% 밀가루 첨가 가래떡의 용융엔 탈피(ΔE) 값은 각각 80.1과 62.4 J/kg으로 처리 군이 약간 낮았으며 저장 3일 후를 비교할 때 각각 851.8과 16.1 J/kg 으로 매우 큰 차이를 나타내었다. 이는 대조구의 경우는 저 장기간이 진행됨에 따라서 전분분자들이 재결합하여 노화 가 많이 진행되었다는 것을 의미하며 처리군은 노화가 거 의 진행되지 않아 상변화에 필요한 에너지가 그만큼 작게 필요하다는 것을 의미한다. 이러한 현상은 0.8% 밀가루 첨 가 가래떡의 경우 4℃저장 중 밀가루에 포함되어있는 amylase의 가수분해작용에 의한 것으로 사료된다.

저장초기 대조구와 밀가루를 0.8%첨가 시 가래떡의 경 도(hardness)는 각각 2.3과 2.0 N로서 대조구가 약간 높게 나타났으나(Table 2) 4℃저장 3일 후에는 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡의 경도(4.0 N)는 대조구(96.3 N)의 4.1% 수 준에 불과하였으며 0.1% 수준에서 유의성차이를 나타내었 다. 부착성(adhesiveness)의 경우 저장초기 대조구와 밀가루 를 0.8% 첨가한 가래떡은 각각 -387.5과 -418.9 erg의 유 사한 값으로 5% 내에서 유의성차이가 없었으나 저장 3일 후에는 대조구의 부착성은 나타나지 않은 반면 0.8% 첨가 한 가래떡은 -1283.1 erg로 저장초기보다 증가한 것을 알 수 있었다. 이러한 현상은 저장 중 밀가루에 포함되어있는 amylase의 가수분해작용에 전분의 구조변화와 함께 저분자 화 된 것에 기인되었다고 사료된다. 탄력성(springiness)의 경우 저장초기 대조구와 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡은 각각 1.0과 0.9의 유사한 값이었으며 저장 3일 후에는 모 두 0.9로 저장기간에 관계없이 5% 내에서 유의성차이가 없었다. 대조구와 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡 모두 저장 이 진행됨에 따라서 탄력성의 감소현상을 보였다. 응집성 (cohesiveness)에서는 시료내부의 결합력으로 정의되는데 저 장초기 대조구와 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡 모두 0.9 로 같은 값이었으며 저장 3일 후에는 각각 0.8과 0.9로 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡은 저장초기와 유사한 값을 보인반면 대조구의 경우는 저장 중 감소가 나타나 0.1% 수준에서 유의성차이를 나타내었다. 이러한 현상은 저장 중 밀가루에 포함되어있는 amylase의 전분가수분해작용에 의하여 저분자화가 이루어졌기 때문이라고 사료된다. 씹힘 성(Chewiness)변화는 경도변화와 유사하게 나타났으며 4℃ 에서 저장 3일 후에는 밀가루를 0.8% 첨가한 가래떡의 씹힘성(3266.7 erg)은 대조구(72379.2 erg)의 4.5% 수준으로 서 큰 차이를 보였으며 0.1% 수준에서 유의적 차이를 나 타내었다.