압출성형 조건에 따른 밤과육의 물리화학적 특성

본 연구에 사용된 밤은 외피와 내피가 제거된 밤과육을 공주 영농조합법인(Kongju, Korea)에서 구입하여 사용하였 으며, 원료의 일반성분은 Table 1에 나타내었다.

압출성형 밤의 제조에 사용된 압출 성형기는 자체 제작한 실험용 동방향 쌍출 압출성형기(THK31T, Incheon Machinery Co., Incheon, Korea)를 사용하였으며 스크루 배열은 Fig. 1 과 같다. 스크루 직경은 30.0 mm이며, 길이와 직경의 비 (L/D ratio)는 23:1이었고, 사출구는 원형으로 직경이 3.0 mm인 것을 사용하였으며, 원료사입량은 100 g/min으로 고정하였다. 압출성형 효과를 증대시키고자 시료의 수분함 량을 22, 25, 28%로 고정하고 스크루 회전속도를 200, 250 rpm, 용융물 온도를 110, 120, 130°C로 조절하였다 (Obiang & Ryu, 2013). 압출성형 공정을 거쳐 제조된 밤 압출성형물은 열풍건조기(DS-FCPO250, Dongseo Sci. Co., Seoul, Korea)에서 50°C로 건조하여 물리적 특성 연구에 사 용하였고, Micro Hammer-cutter Mill(Type 3, Culatti AG Co., Zurich, Switzerland)로 분쇄하여 직경이 0.5 mm인 체를 통과한 분말을 분석 시료로 사용하였다.

Fig. 1. Screw configuration for extruded chestnut fruit (Model THK 31T).

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직경 팽화율은 캘리퍼스(CD-15C, Mitutoyo Co., Tokyo, Japan)로 10회 측정하여 사출구의 직경과 압출성형물 직 경비의 평균값으로 산출하였고, 비길이는 단위 무게당 길 이의 비로 10회 측정하여 평균값으로 계산하였다.

압출성형물의 체적밀도는 차조를 이용하여 종자치환법으 로 10회 반복 후 식(1)을 이용하여 평균값을 산출하였다.

P_e: bulk density of extrudate (g/cm³)

P_m: bulk density of millet (g/cm³)

M: mass of extrudate (g)

M₀: mass of millet in cup (g)

M₁: mass of extrudate and millet in cup (g)

압출성형물의 수용성 성질을 분석하기 위해 수분용해지수 (water solubility index, WSI)와 수분흡착지수(water absorption index, WAI)를 측정하였다(AACC, 1983). 수분용해지수는 시 료 1.5 g에 증류수 30 mL를 가하여 30°C의 항온수조(BF- 45SB, Biofree Co., Seoul, Korea)에서 30분간 진탕교반한 후 원심분리기(H-1003-3, Hanil Science Industrial Co., Gangneung, Korea)에서 3000 rpm으로 20분간 원심분리하였 다. 상등액을 알루미늄 접시에 부은 후 105°C의 열풍건조기 (HB-502MP, Han Beak Co., Bucheon, Korea)에서 2시간 동 안 건조하였다. 건조된 시료를 데시케이터에 담아 30분간 방냉 후 고형분의 무게를 측정하여 침전물의 WSI로 하였으 며, WAI는 침전물의 무게를 측정하여 각각 식(2)와 식(3)을 이용하여 계산하였다.

환원당 함량은 DNS법(Miller, 1959)으로 측정하였다. 시 료 0.1 g을 증류수 10 mL에 녹여 진탕한 후 3000 rpm에서 20분간 원심분리 하였다. 여과된 용액 1 mL를 시험관에 옮 겨 DNS용액 3 mL을 가하고 끓는 물에서 5분간 반응시킨 후 찬물에서 15분간 냉각하였다. 증류수를 가하여 25 mL로 정용한 후 UV/VIS Spectrophotometer(Libra S35, Iochrom Ltd., Cambridge, UK)를 이용하여 550 nm에서 흡광도를 측 정하였다. 환원당의 표준물질로는 D-glucose를 사용하였다.

밤과육 및 압출성형물은 Norajit et al.(2011)과 Jeong et al.(2011)의 방법을 응용하여 60% 메탄올로 추출하였다. 시료 와 용매의 혼합비율을 1:10으로 혼합한 뒤 18시간 동안 50°C의 shaking incubator에서 250 rpm으로 교반 후 3000 rpm 으로 20분간 원심분리 한 후 0.2 μm nylon filter로 여과하였 다. 여과액은 4°C에서 저장하여 DPPH 라디컬 소거능, 총 페 놀 함량, 플라보노이드 함량 및 탄닌 함량을 측정하는데 사 용하였다.

전자공여능 또는 라디칼 소거능은 DPPH(1,1-diphenyl-2- picrylhydrazyl)를 사용하여 Brand-Williams가 고안한 방법 (Brand-Williams et al., 1995)을 이용하였다. 4배 희석한 여 과액 0.3 mL에 0.1 mM DPPH를 2.7 mL 첨가하여 30분간 상온에서 반응시킨 후 517 nm에서 흡광도를 측정하였다. DPPH에 의한 radical-scavenging activity는 식(4)를 이용하 여 계산하였다.

Abs_blank는 60% 메탄올을 사용하여 측정한 흡광도 값이고, Abssanple은 시료의 흡광도 값이다.

총 페놀성 화합물 함량은 Folin-Ciocalteu 비색법(Obiang & Ryu, 2013)을 수정하여 측정하였으며, gallic acid를 표준물질 로 사용하여 검량선을 작성하였다. 0.5mL의 여과액에 10배 희석한 Folin-Ciocalteu's phenol reagent 1.5mL를 첨가하여 5 분간 반응시킨 후 6%의 Na₂CO₃ 1.5mL을 첨가하여 암소에 서 90분 동안 반응시켰다. UV/VIS Spectrophotometer를 사용 하여 765 nm에서 흡광도 값을 측정 하였다.

플라보노이드 함량은 Norajit et al.(2011)의 방법을 수정 하여 여과액 0.5 mL에 10% aluminium nitrate 0.1 mL, 1M potassium acetate 0.1 mL 및 증류수 4.3 mL을 넣어 실온에 서 40분 동안 반응시킨 후 415 nm에서 흡광도를 측정하였 다. Quercetin 표준곡선을 이용하여 계산하였다.

Choi et al.(1998)의 방법을 응용하여 실험하였다. 즉 여과 액 0.1mL를 시험관에 넣고 증류수 8mL, Folin-Ciocalteu 시 약 0.5mL 및 20% sodium carbonate 1.5mL를 순서대로 넣 어 실온에서 1시간 방치한 후 UV/VIS Spectrophotometer를 이용하여 765 nm에서 흡광도를 측정하였다. Tannic acid를 이용하여 작성한 검량곡선을 통해 탄닌 함량을 계산하였다.

통계분석은 SPSS 통계프로그램(Statistical Package for the Social Science, Ver. 12.0, SPSS Inc., Chicago, IL, USA)을 이용하여 통계분석 하였으며, 각 실험군은 평균과 표준편차 로 나타내었다. 각 군의 결과 값에 대해 유의수준 p < 0.05 에서 Duncan's multiple range test를 실시하였다.

압출성형 밤의 팽화 특성을 알아보기 위하여 직경 팽화율 및 비길이, 체적밀도를 측정하였으며 그 결과는 Table 2와 같다. 압출성형물의 직경 팽화율은 수분함량이 낮을수록 증 가하였다. 수분함량 22%, 스크루 회전속도 200 rpm, 용융 물 온도 110°C에서 2.87±0.05로 가장 높은 결과를 나타내 었으며 수분함량 25, 28%, 용융물 온도 110, 120°C일 때 스크루 회전 속도가 200 rpm보다 250 rpm일 때 직경 팽화 율도 증가하는 경향을 보였다. Gu & Ryu(2012)에 의하면 일반적으로 100°C 이상의 압출성형공정은 내부 용융물이 사출될 때 급격한 압력감소로 인하여 용융물의 수분이 수 증기로 상이 변화되면서 비체적의 증가로 인하여 용융물이 팽화되어 다공성 구조의 제품이 만들어지며 저수분(18- 28%), 고온(120-180°C), 고전단력의 공정조건에서 압출성형 물은 높은 팽화율과 낮은 밀도를 나타낸다고 하였다. 또한 수분함량이 증가되면 압출성형 내부 반죽의 흐름이 원활하 게 되어 압력의 감소로 인해 팽화가 저하된다고 보고되었 다(Stojceska et al., 2008).

비길이는 39.84±2.52-91.23±1.36 cm/g의 범위로 측정되었 으며, 수분함량 28%, 스크루 회전속도 200 rpm, 용융물 온 도 130°C일 때, 91.23±1.36 cm/g로 가장 높았다. 이는 수분 함량이 높아지면서 용융물의 점도가 낮아져 압출성형물이 사출구를 통과할 때 평균유속이 빨라져 비길이의 값이 증 가한다는 Kim et al.(2012)의 보고와 유사하였다.

체적밀도는 수분 25%, 스크루 회전속도 250 rpm, 용융 물 온도 110°C에서 0.28±0.2 g/cm³으로 가장 낮은 값을 나 타내었다. Ryu(1995)에 의하면 고수분 함량의 반죽에서 탄 성의 감소에 의해 기공이 파괴되어 비체적이 감소되는 경향 이 있다고 하였다. 또한 수분함량이 22%에서 28%로 높아짐 에 따라 체적 밀도는 0.28±0.20 g/cm³에서 0.61±0.05 g/cm³ 범위로 증가하였으며 팽화율과 비교하였을 때 팽화율이 높 아질수록 밀도는 낮아지는 역상관 관계를 나타내었다. 이는 수분함량과 배럴온도에 따라 압출성형 한 삼종실의 팽화율 과 밀도가 음의 상관관계를 나타냈다는 Gu et al.(2010)의 결과와 동일한 경향을 나타내었다.

수분용해지수는 Table 3에 나타내었다. 수분함량 22%, 스 크루 회전속도 250 rpm, 용융물 온도 130°C에서 45.39± 1.09%로 가장 높게 나타났으며, 수분함량이 증가할수록 감소 하는 경향을 보였다. 특히 수분함량이 22, 25%일 때 스크루 회전속도가 200 rpm보다 250 rpm에서 높아졌으며 용융물 온도가 110°C에서 120°C로 증가할 때 큰 차이는 없었으나 110°C에서 130°C로 높아짐에 따라 증가하였다. 수분함량 22%, 스크루 회전속도 200 rpm, 용융물 온도 110°C에서 수분흡착지수는 5.22±0.56 g/g으로 가장 높았다(Table 3). Han et al.(2008a)의 보고에 따르면 압출성형 백삼을 발효 시켜 특성을 연구하는 실험에서 수분함량이 감소할수록 수 분용해지수와 수분흡착지수가 증가한다는 결과와 유사하였 다. 압출성형공정을 통해 수분용해지수 및 수분흡착지수는 증가하였으며 이는 수분주입량과 용융물 온도를 조절하여 제조한 카사바 전분 압출성형물의 특성 결과와 동일한 경 향을 나타내었다(Serge et al., 2011). 압출성형공정을 통해 수분용해지수가 증가한 원인은 수분함량, 스크루 회전속도, 용융물 온도와 비기계적 에너지에 의한 전분의 호화와 구 조의 파괴가 진행되어 수용성 다당류의 양이 증가되었기 때문이며, 수분함량이 감소할수록 압출성형물의 수분흡착 지수가 증가하는 것은 압출성형기 내부의 전단력에 의하여 수용화와 팽화가 진행되어 기공이 증가하였기 때문이다 (Lee et al., 2011).

Table 4에서와 같이 원료의 환원당 함량은 42.99± 0.18 mg/g, 압출성형물의 환원당 함량 측정 결과는 17.23± 0.19−21.63±0.22 mg/g의 범위로 감소되었으나 압출성형 조 건에 따른 경향성 있는 변화는 관측되지 않았다. 환원당 함량은 압출성형을 통하여 감소하는 경향을 나타내었는데 이는 백삼의 환원당 함량이 높은 용융점 온도에서 압출성 형 한 백삼보다 환원당 함량이 높게 나타났다는 Son & Ryu(2009)의 결과와 일치하였다. 이러한 원인은 압출성형 공정을 거치면서 높은 온도로 인해 갈변화가 환원당의 감소 에 영향을 미친 것으로 판단된다(Han et al., 2008b).

DPPH 라디칼 소거능은 Table 4에 나타내었다. 압출성형 물의 DPPH 라디칼 소거능은 용융물 온도가 110°C에서 130°C로 증가함에 따라 높아졌으며 수분함량이 22%일 때 스크루 회전속도가 200 rpm보다 250 rpm에서 증가하는 경 향을 나타내었다. 압출성형물의 DPPH 라디칼 소거능은 수 분함량 25%, 스크루 회전속도 250 rpm, 용융물 온도 130°C 에서 55.11±0.37%로 가장 높게 나타났다. Son & Ryu(2009) 의 보고에 의하면 압출성형 백삼의 유리기 소거활성을 조사 한 결과가 용융점 온도 140°C에서 압출성형한 백삼이 110°C 보다 높았다는 결과와 일치하였다. 또한 수삼의 증삼온도 (100-120°C) 조건을 달리하여 제조한 인삼추출물의 DPPH 라디칼 소거능을 비교하였을 때 120°C의 고온에서 제조된 인삼에서 활성이 높았다는 Kim et al.(2000b)의 연구결과 와 유사하였다.

총 페놀 함량과 플라보노이드 함량은 Table 4와 같다. 압출성형물의 총 페놀함량은 수분함량 25%, 스크루 회전 속도 250 rpm, 용융물 온도 130°C에서 3.64±0.03 mg/g으로 가장 높게 측정되었으며 압출성형 조건에 따른 차이는 크지 않았다. 페놀화합물은 식물성 자원 속에서 항산화 효능과 관련이 깊은 성분으로 알려져 있으며 phenolic hydroxyl 그 룹이 효소단백질을 포함하는 단백질과 2가 금속이온 및 기 타 거대 분자들과 결합하는 성질을 갖기 때문에 높은 항산 화효과를 가지는 것으로 보고되었다(Shin et al., 1994).

플라보노이드 함량은 수분함량 25%, 스크루 회전속도 200 rpm과 용융물 온도 120°C일 때 0.54±0.01 mg/g으로 가 장 높게 나타났으며, 수분함량 22, 28% 및 스크루 회전속 도를 250 rpm으로 고정했을 때 용융물 온도가 증가할수록 높아지는 경향을 나타내었다. 압출성형 조건에 따른 경향 성 있는 변화가 나타나지 않았으나 압출성형공정을 통해 0.28±0.00−0.54±0.01 mg/g의 범위로 감소가 일어났다.

탄닌 함량은 Table 4에 나타내었다. 원료 밤 과육은 5.36±0.02 mg/g의 탄닌 함량을 나타내었다. 압출성형물의 탄닌 함량은 압출성형 조건에 따라 경향성 있는 변화를 나 타내지 않았으며 2.94±0.10−4.23±0.12 mg/g의 범위로 측정 되었다. 이는 원료 밤과 압출성형 공정을 통해 제조된 밤 의 탄닌 함량을 비교하였을 때 압출성형공정 밤의 탄닌 함 량이 감소하였다는 Obiang & Ryu(2013)의 결과와 유사하 였다. 즉 압출공정은 밤의 탄닌 함량을 감소시키는 공정이 될 수 있는 것으로 판단된다. 압출성형 공정변수 조건에 따른 탄닌함량의 유의적인 차이는 없었으나 압출성형이 밤 에 함유된 탄닌 함량을 감소시키는 공정이 될 수 있는 가 능성을 제시한다. 이를 토대로 탄닌의 쓴맛으로 인한 소비 자 기호성의 약화에 미치는 영향을 감소시킬 수 있으며, 밤을 식품가공용 중간소재로 활용하기 위해 압출성형 공정 이 효과적으로 적용될 수 있을 것으로 판단된다.