밀가루 첨가 시 증자 쌀가루 내부온도에 따른 가래떡의 노화억제효과

본 실험에 사용한 멥쌀가루는 충청남도 부여군에서 2011년 수확한 멥쌀(혼합 품종, 유촌농산미곡처리장)을 사 용하였고, 소금은 천일염(Daesang Co., Seoul, Korea), 밀가 루는 중력분(CJ Cheiljedang Corp., Seoul, Korea)을 구입하 여 사용하였다. 멥쌀가루와 밀가루의 아밀로스함량은 각각 23.7%와 25.0%이었다.

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 Co., Gwangju, Gyeonggi, Korea) 로 1차 분쇄한 다음 20 mesh 체에 통과시켜 사용하였다. 분쇄한 쌀 무게의 22%가 되도록 물을 첨가하여 다시 혼합 한 후, roll mill로 2차 분쇄하였다. 가스레인지 화력을 중 간정도로 가열하여 물이 끓기 시작하면, 찜기에 실리콘 시 루를 깔고 쌀가루를 담아 25분 동안 가열하였다. 일반 가 래떡제조는 가열이 끝난 시료를 녹즙기(NJE-3570, NUC, Daegu, Korea)로 사출시켜 가래떡 모양으로 성형하였다. 밀가루를 첨가한 가래떡제조는 가열이 끝난 후 증자 쌀가 루의 내부온도가 55, 75 및 95°C로 되도록 방냉한 후 불린 쌀 무게의 0.8%에 해당하는 밀가루를 첨가한 다음 펀칭기계 (KM89, Kyungchang Machine, Gwangju, Gyeonggi, Korea)를 이용하여 400 rpm으로 13분간 펀칭하였다. 펀칭공정을 마친 반죽은 녹즙기를 통해 가래떡 모양으로 성형하여 분석시료 로 사용하였다. 시료는 -70°C의 deep freezer(DF8517, Ilshin Lab Co. Ltd. Nanyangju, Korea)에서 급속 동결한 후 동결 건조기(SFDSM24L, Samwon Freezing Engineering Co., Seongnam, Korea)를 사용하여 건조하였다.

시료의 미세구조는 scanning electron microscope(SEM, S-4300, Hitach Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 관찰하였다. 동결건조기를 사용하여 동결 건조한 후 SEM ion sputter coater(E1030, Hitach Co., Tokyo, Japan)를 이용하여 진공 상태에서 60초간 palladium으로 10-30 nm의 두께로 코팅하 였고 이를 10.0 kV에서 3,000의 배율로 관찰하였다.

전분의 blue value는 Gilbert & Spragg(1964)의 방법을 이용하였다. 즉, 전분시료 200 mg에 증류수 100 mL을 가 하여 2 mg/mL의 농도로 제조한 시료 용액을 90°C에서 45 분간 호화시켰다. 이 용액에서 1.0 mL를 취하여 50 mL의 시험관에 넣었고 1 N NaOH 용액을 0.5mL 가한 다음 3분 간 끓는 항온수조에서 중탕가열한 후 1N HCl 용액을 0.5mL를 가하여 중화시켰다. 중화된 전분 용액에 potassium hydrogen tartrate 0.09 g과 iodine solution 0.5 mL를 넣고 전 체부피를 50 mL로 한 다음 UV visible spectrophotometer (OPTIZEN POP, Mecasys Co., Ltd. Daejeon, Korea)를 이용 하여 680 nm에서 흡광도를 측정하였으며 아래의 식에 의 하여 전분의 blue value 값을 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 구간 에서 8°/min의 속도로 측정하였다.

열적거동측정은 differential scanning calorimeter(DSC- 2010, TA Instrument, Newcastle, DE, USA)를 이용하였으 며 Cho(2007)의 방법에 준하여 측정하였다. 노화정도를 알 아보기 위하여 4°C에서 28일간 저장한 시료를 즉시 동결 건조 시킨 다음 gold hermatic pan에 시료 3 mg을 넣고 시 료 대 증류수의 비율이 1:2.5가 되도록 증류수를 첨가하고 즉시 밀봉한 후 pan을 실온에서 2시간 방치한 다음 분석 을 진행하였다. 실험조건으로는 측정온도 구간은 10-140°C, 가열속도는 10°C/min이었다. 이 조건으로부터 얻은 DSC thermogram을 통하여 각 시료의 호화개시온도(T_o), 최대호 화온도(T_p) 및 용융엔탈피(ΔE) 값을 산출하였다. 이 때, reference에는 empty pan을 이용하였다.

Texture Analyzer(TA-XT2, Stable micro system, Surrey, England)를 이용하여 상온(25°C)에서 10회 반복 측정하였 다. 시료의 직경은 12 mm, 높이는 10 mm 이었으며 직경 이 25 mm의 probe를 사용하였다. 변형율(deformation rate) 은 60%이었고 probe 속도는 1.0 mm/s이였다.

시료는 PET/AL/PE의 수증기투과(water vapor penetration) 를 제어할 수 있는 적층필름 파우치를 사용하여 상압 밀봉하였다. 포장된 시료는 4°C의 온도조건에서 28일간 저장하였다.

자료 분석은 SAS(Statistical Analysis System, version 9.3, SAS Institute Inc., Cary, NC, USA) program을 이용하여 분 산분석(ANOVA)후 p<0.05수준에서 Duncan's multiple range test를 하여 대조군과 처리군 간의 유의성을 검증하였다.

밀가루 첨가 시 첨가온도를 달리하여 가래떡을 제조하였 을 때 4°C에서 28일 저장 중 가래떡 전분의 표면미세구 조를 주사전자현미경(SEM)으로 3,000배 확대한 후 촬영 한 사진을 관찰한 결과는 Fig. 1과 같다. 밀가루의 함량조 절은 예비실험을 통하여 0.1%간격으로 0-0.9%(w/w)범위로 첨가하여 저장실험을 한 결과 경도(hardness)가 가장 작은 결과의 함량인 0.8%로 첨가량을 결정하였다. 저장초기 대 조구의 경우 표면이 매끄러웠으나 처리구는 표면이 울퉁불 퉁하였으며 저장 28일 후 처리구는 저장 초기나 대조구에 비하여 작은 구멍들이 관찰되었다. 이는 저장 중 밀가루의 가수분해효소작용에 의하여 전분입자의 표면이나 내부구조 에 변화를 일으킨 것으로 판단된다. 첨가밀가루 자체에 포 함되어 있는 전분가수분해효소활성을 호화멥쌀가루에 대하 여 반응온도(20-90°C)별로 분석한 결과 반응온도가 상승함 에 따라 증가하다 감소하는 추세를 나타났고 30°C에서 0.49 unit로 활성이 가장 높았으며 30-50°C의 반응온도구간 에서 활성도가 높았다.

Fig. 1. Scanning electron micrographs of the Garaetteok during storage at 4°C as affected by temperature of the dough at which wheat flour was added. A: control, B: 55°C, C: 75°C, D: 95°C. Bar is 10 μm.

Download Original Figure

밀가루 첨가 시 첨가온도를 달리하여 가래떡을 제조하였 을 때 4°C에서 28일 저장 중 전분의 blue value를 측정한 결과는 Fig. 2와 같다. Blue value는 전분의 구성성분과 요 오드 간의 반응강도를 나타낸 것으로 blue value를 통하여 전분용액 중의 직쇄상분자의 양을 상대적으로 비교할 수 있다. 저장 초기 대조구, 밀가루 첨가온도 55°C, 75°C, 95°C의 blue value는 각각 0.21, 0.21, 0.24, 0.26으로 첨가 온도가 높을수록 blue value는 높게 나타났다. 저장 28일 후에는 각각 0.15, 0.27, 0.42, 0.29이였다. 저장 초기 보다 저장 28일 후 대조구는 감소한 반면에 처리구의 blue value는 증가하였으며 특히 첨가온도 75°C가 가장 크게 증 가하였다. 이는 4°C 저장 중 밀가루에 포함되어있는 amylase의 효소에 의하여 가수분해작용으로 아밀로스함량 증가 등의 구조변화가 나타난 결과라 판단된다.

Fig. 2. Blue values of the Garaetteok after storage for 28 days at 4°C as affected by temperature of the dough at which wheat flour was added. Control: dough without addition of wheat flour.

Download Original Figure

밀가루 첨가 시 첨가온도를 달리하여 가래떡을 제조하였 을 때 4°C에서 28일 저장 중의 XRD pattern은 Fig. 3과 같다. XRD pattern은 전분입자의 결정구조를 나타내는 것 으로 peak의 날카로운 정도 또는 peak의 2θ에 따라서 A, B, C, V type으로 구분된다. 저장 초기의 대조구와 첨가온 도 95°C의 경우에는 2θ = 17° 에서 피크를 나타내는 B-type 과 2θ = 20° 에서 피크를 나타내는 결정형이 거의 소실된 V-type이 혼합된 XRD pattern을 나타내었다. 반면 첨가온 도 55°C와 75°C는 2θ = 20° 의 V-type의 단일 피크를 보임 으로서 이는 쌀가루 증자 후의 잔존하고 있는 결정구조 때 문에 나타난 것으로 전분의 결정성일부에서 변화가 진행되 었다고 판단된다(Lee et al., 2004). 저장 28일 후에는 대 조구와 첨가온도 95°C의 경우 B-type과 V-type이 혼합되어 있는 양상이 두드러지고 결정형성이 증가됨으로서 peak가 날카로워지면서 크기가 커지는 것을 알 수 있었다. 이는 증자로 인해 쌀가루의 쌀 전분들이 호화된 후 4°C에서 저 장하는 동안 아밀로스 분자들 사이나 아밀로스와 아밀로펙 틴 분자들 사이 또는 아밀로펙틴 분자들 사이에서 재조립 현상(노화)으로 인한 새로운 결정구조를 형성하였기 때문 이라 생각되며 이와 같은 결과는 노화된 전분에서 자주 나 타난다. 반면에 첨가온도 55°C와 75°C의 경우에는 저장 중 에도 저장초기와 같은 V-type의 XRD pattern을 나타내고 있으며 피크의 강도는 강해졌으며 이는 무정형 영역이 증 가한 것으로 생각된다.

Fig. 3. X-ray diffraction patterns of the Garaetteok after storage for 28 days at 4°C as affected by temperature of the dough at which wheat flour was added.

Download Original Figure

밀가루 첨가 시 첨가온도를 달리하여 가래떡을 제조하였 을 때 4°C에서 28일 저장 중의 노화양상을 분석하기 위 하여 시차주사열량기(DSC)를 이용하여 측정한 결과는 Table 2와 같다. 전분의 DSC thermogram은 2개의 피크를 나타내며 첫 번째 피크는 호화상전이 현상을 나타내는 것 이며 두 번째 피크는 아밀로스와 지질 복합체가 융해되는 현상으로 나타난다. 호화개시온도(T_o)는 전분의 구조, 흡습 과 팽윤정도, 전분의 수소결합정도 등에 따라 달라지는데 노화와 관련된 아밀로스 복합체의 용융 또는 파괴 등을 예 측하는데 도움이 되는 것으로 첫 번째 피크의 경우 저장 초기 대조구의 호화개시온도는 처리구보다 낮게 나타났다. 저장 28일 후 대조구의 호화개시온도는 첨가온도 95°C와 유사한 값을 보였으며 첨가온도 55와 75°C의 경우는 약간 높게 나타났다. 저장 28일 후 대조구의 최대호화온도(T_p) 는 64.13°C로 처리구보다 낮았으며 첨가온도 75°C의 경우 81.13°C로 가장 높게 나타났다. 4°C 저장기간 중 노화가 진행되어 아밀로스 분자들의 재결합에 의해 형성된 결정에 의해 두 번째 피크의 호화개시온도는 95-99°C에서 일어났 으며 이 결과는 아밀로스와 지질 복합체가 융해되는 피크 로써 90-120°C에서 나타난다는 결과(Lee et al., 2004; Song et al., 2008)와 일치하였다. 용융엔탈피(ΔE)는 전분구 조결합에 대한 절단 또는 붕괴를 유도하는데 필요한 엔탈 피로 주로 수분과 전분 분자간의 수소결합, 단백질과 전분 간의 결합, 불규칙한 응고의 열 반응 정도에 대한 정보를 제공하는 것으로서 앞서의 XRD pattern의 결과에서와 마 찬가지로 저장 기간에 따라 최대호화온도가 증가한 것은 전분분자들이 호화 후 4°C 저장기간 중 일부가 재결합으로 인해 전분구조가 결정화 된 것으로 판단된다. 저장초기와 저장 28일 후 모두 대조구 용융엔탈피는 처리구보다 높게 나타났으며 대조구의 경우는 저장기간이 증가함에 따라서 전분분자들이 재결합하여 노화가 많이 진행되었다는 것을 의미하며 특히, 첨가온도 55°C의 경우는 노화가 거의 진행 되지 않아 상변화에 필요한 에너지가 그만큼 작게 필요하 다는 것을 의미한다. Table 1

4°C에서 28일 저장 중 가래떡의 조직감을 측정한 결과 는 Table 2와 같다. 저장 초기의 대조구 경도(hardness)는 처리구보다 낮게 나타났으며 첨가온도 75, 95°C와 5%내에 서 유의적인 차이가 있었다. 첨가온도 55와 75°C의 경우는 저장기간이 길어짐에 따라서 경도는 작아졌다. 저장 28일 후에 대조구는 22,708.2 g인 반면에 첨가온도 55°C는 160.9 g, 75°C는 264.6 g, 95°C는 16,505.9 g으로 첨가온도 55°C의 경도가 가장 낮았으며 대조구의 0.7% 수준이었다. 이는 첨가온도 55°C에서 노화억제가 가장 크다는 것을 의 미하며 첨가온도 95°C에서는 밀가루에 포함되어 있는 amylase의 불활성화로 저장과정에서 가수분해활성이 제대 로 이루어지지 않아서 나타나는 현상이라 하겠다. 부착성 (adhesiveness)의 경우 저장 초기의 대조구는 50.2 erg이고, 첨가온도 55, 75, 95°C는 각각 165.5, 270.1, 313.0 erg로 대조구가 처리구보다 낮게 나타났으며 5%내에서 유의적인 차이가 있었다. 저장 28일 후에 대조구는 측정되지 않았고, 첨가온도 55, 75 및 95°C는 각각 242.9, 316.6, 22.4 erg로 저장 초기보다 첨가온도 55와 75°C는 증가하였으나 대조 구와 95°C는 감소하였다. 첨가온도 55와 75°C는 저장 중 밀가루에 포함되어있는 amylase의 가수분해작용에 의한 것 이며, 대조구와 95°C는 저장 중 떡 표면의 용출된 전분이 점차 노화되기 때문으로 판단된다. 탄력성(springiness)은 저장초기 대조구와 처리구간에 5%내에서 유의적인 차이가 없었으나 저장 28일 후에는 저장초기에 비하여 대조구는 증가한 반면에 처리구는 감소하였으며 대조구와 처리구간 에 유의인 차이를 나타내었다. 응집성(cohesiveness)은 시료 내부의 결합력으로 저장 초기의 대조구와 처리구는 유사한 값으로 유의적인 차이가 나타나지 않았다. 저장 28일 후 에는 대조구와 첨가온도 95°C는 저장 초기보다 증가하였으 나 첨가온도 55와 75°C는 감소하였다. 씹힘성(chewiness)의 경우는 경도와 유사하게 저장초기 대조구의 씹힘성은 처리 구보다 낮게 나타났으며 첨가온도 75, 95°C와 5%내에서 유의적인 차이가 있었다. 저장 28일 후에는 대조구는 18183.5 erg인 반면에 첨가온도 55°C는 92.2 erg로 대조구의 0.5%수준에 불과하였다. 이는 저장 중 밀가루에 포함되어 있는 amylase의 가수분해작용이 저장 중 첨가온도 55°C에 서 가장 활발히 일어났다는 것을 의미한다. 시차주사열량 기에서의 용융엔탈피 값과 조직감 측정에서의 경도 값의 분석에서는 첨가온도 55°C에서 노화억제가 가장 컸지만 blue value 값은 첨가온도 75°C에서 높게 나타난 것은 앞 으로 연구를 더하여야 할 것으로 생각된다.