케이크 도넛의 흡유저감에 대한 두부 페이스트와 비전분성 탄수화물 고분자의 영향

파지두부는 포장이 완료된 두부의 모서리가 파손되거나 조직이 붕괴되었고 표면에 금이 가서 상품성을 상실한 두 부 완제품(Lee et al., 2012)으로 중국산 대두로부터 경두부 제조 시 발생한 것을 ㈜하회마을종합식품(Andong, Korea) 에서 제공받아 4°C에서 저장하면서 본 연구에 사용하였다. 연구수행 동안 제공받은 파지두부의 유통기한이 초과될 경우에는 잔량을 폐기하였고, 신선한 파지두부를 다시 공 급받아 사용하였다. 케이크 도넛 제조를 위한 강력분, 박 력분, 정제염, 정백당, 대두유는 CJ제일제당(Seoul, Korea), 베이킹파우더는 제니코식품주식회사(Pyeongtaek, Korea), 쇼트닝은 롯데푸드(Cheonan, Korea), 탈지분유는 서울우유 협동조합(Seoul, Korea), 식품첨가물등급의 Tween 80은 ES식품원료(Gunpo, Korea), 바닐라에센스는 삼영화학공업 주식회사(Ansan, Korea)의 상업적인 제품들을 시중 마트에 서 구입하여 사용하였다. 비전분성 탄수화물고분자(nonstarch polysaccharide, NSP)는 중성(neutral)의 구아검(guar gum, GG), 로커스트콩검(locust bean gum, LBG)은 ES식 품원료(Gunpo, Korea)에서, 겉보기 점도 수준이 다른 3종 류(CN40H, 4,000 cp; CN15U, 15,000 cp; CN10T, 100,000 cp)의 히드록시프로필메틸셀룰로오스(hydroxypropylmethyl cellulose)들은 ㈜케미넥스(Seongnam, Korea)로부터 얻었 다. 세 종류의 히드록시프로필메틸셀룰로오스의 메톡시 (methoxy) 및 히드록시프로폭시(hydroxypropoxy) 작용기들 의 함량은 평균적으로 각각 21.5%와 8.0%로 유사하였다. 음이온성의 잔탄검(xanthan gum, XAT), 알긴산나트륨 (sodium alginate, NaA)은 ES식품원료(Gunpo, Korea)에서, 겔란검(gellan gum, GLG), 저메톡시 펙틴(low-methoxyl pectin, LMP), 아미드 펙틴(amidated low-methoxyl pectin, ALMP), 고메톡시 펙틴(high-methoxyl pectin, HMP)은 쥬피 터인터내셔널(Seoul, Korea)에서, 카파형(κ-type), 이오타형 (ι-type) 및 람다형(λ-type) 카라기난(carrageenan, κC, ιC, & λC)들은 ㈜엠에스씨(Yangsan, Korea)에서 구입하여 사용하 였다.

파지두부(300 g 규격의 제품)의 외포장지를 개봉하여 침 지수를 제거하고 증류수로 3회 세척한 후 정육면체(2×2×2 cm) 형태로 절단하였다. 절단된 파지두부를 파지두부 중량 의 약 3배 가량의 끓는 물에 가하여 5분간 데치고 체반에 부어 파지두부를 회수하여 체반 위에서 흐르는 냉수로 1회 세척한 후 키친타올로 표면수분을 제거하였다. 준비된 파지 두부 시료 300 g (w.b)은 증류수 100 g과 혼합하고 Warning blender (Warning Laboratory Science, Winsted, CT, USA) 를 이용하여 high setting에서 2분간 분쇄한 후 60 mesh 표준체망(No. 60, Chunggye, Seoul, Korea)를 통과시켜 두 부 페이스트(paste)를 제조하였다(Lee, 2016). 적외선수분측 정기(LP6, Mettler-Toledo, LLC., Columbus, OH, USA)를 이용하여 제조된 두부 페이스트의 총 고형분 함량을 결정 하고 증류수를 가하여 고형분 함량이 16% (w/w)가 되도록 조정한 후 두부도넛의 원료로 사용하였다.

케이크 도넛의 배합비(Shin et al., 2006)를 변형하여 대 조군(control)을 제조하였으며, 예비실험을 통해 결정된 비 율에 따라 두부 페이스트를 첨가한 두부도넛을 제조하였다. 두부도넛 제조 시 첨가되는 두부 페이스트의 고형분과 수 분에 해당하는 양을 대조군 배합비의 박력분과 정제수에서 차감하였고, 두부도넛에 NSP를 첨가 시에는 NSP의 양을 박력분에서 추가로 차감하여 두부도넛 배합비를 조정하였 다. 대조군과 두부도넛들에 대한 구체적인 배합비율은 Table 1에 제시하였다. 도넛을 제조하기 위해 분말재료들 (강력분, 박력분, 정백당, 탈지분유, 정제염, 베이킹파우더, NSP)을 배합비율에 따라 혼합하고 50 mesh 표준체망(No. 50, Chunggye, Seoul, Korea)을 3회 통과시켜 분말재료들 이 균일하게 혼합될 수 있도록 준비하였다. 또한 정제수, 두부 페이스트, 바닐라에센스와 Tween 80을 배합비율에 따 라 혼합하여 액상재료를 준비하였다. 준비된 분말재료를 혼 합보울(mixing bowl)에 넣고 비터(beater)가 장착된 키친에 이드 반죽기(KitchenAid, Namyangju, Korea)를 저속(setting 2)으로 운전하면서 액상재료를 가하여 3분간 반죽하고 쇼트 닝을 가하여 2분간 반죽한 후 중속(setting 6)에서 추가로 5 분간 반죽하여 도넛반죽을 형성하였다. 형성된 반죽은 지 퍼백에 넣어 상온에서 30분간 휴지하고 5 mm 두께로 sheeting한 후 원통커터(지름 35 mm)로 찍어 원형모양의 도넛반죽을 제조하였다. 제조된 도넛반죽은 170°C에서 3분 간 유탕처리하고 체반으로 옮겨 상온에서 1시간 동안 탈유 및 방냉하여 도넛을 제조하였다.

도넛 전체를 Warning blender (Warning Laboratory Science) 를 이용하여 low setting에서 1분간, high setting에서 1분간 순차적으로 분쇄한 후 수분측정용 알루미늄디쉬에 넣 고 적외선수분측정기(LP6, Mettler-Toledo, LLC., Columbus, OH, USA)를 이용하여 수분함량을 측정하였다. 총 지질함 량은 분쇄된 도넛(30 g)을 n-hexane (300 mL)와 혼합하여 상온에서 3시간 동안 교반하면서 도넛의 지질을 추출하고 감압여과하여 여액을 회수한 후 진공회전농축기(N-1200B, Sunileyela Co., Ltd., Seongnam, Korea)을 이용하여 n-hexane을 분리하였다. 회수된 지질을 포함한 수기는 105°C 에서 건조하여 항량을 측정하였고, 도넛의 총 지질함량은 초기 도넛의 건조중량에 대한 지질의 중량에 대한 백분비율 로 하였다. 또한 도넛의 흡유저감율은 대조군의 총 지질 함 량에 대한 대조군과 두부도넛 사이의 총 지질함량 차이에 대한 백분비율로 하였다.

제조된 도넛의 가장 높은 부분에서 수직으로 절단한 후 단면을 스캐너(Perfection V39, Epson Korea Co. Ltd., Seoul, Korea)를 이용하여 촬영하였다.

분쇄된 도넛을 분체용 페트리디쉬에 채우고 색차계(CM- 3500d, Minolta Image Inc., Osaka, Japan)를 이용하여 도 넛의 색 특성을 Hunter 색체계에 따라 명도(L), 적색도(a), 황색도(b)를 분석하였다. 이때 사용한 색차계의 표준백판은 L 98.18, a -0.17, 및 b 1.68이었다.

제조된 도넛의 중량(w.b)을 측정한 후 동일한 도넛의 부 피를 종자치환법(Matos et al., 2014)에 따라 측정하였다. 도넛의 비용적(mL/g)은 도넛의 중량에 대한 부피의 비율로 계산하였다.

도넛은 배합비에 따라 처리조건 별로 각각 3회 반복하여 제조하였으며, 제조된도넛들의 특성평가는 적어도 3회 반 복하여 측정하였다. 측정된 특성치들은 일원분산분석(oneway ANOVA)을 수행하고 평균±표준편차로 제시하였다. 처리조건별 특성치들 사이의 통계적 유의성은 Tukey’s HSD test를 이용하여 95% 신뢰수준에서 분석하였다. Minitab 16 (Minitab Inc., State College, PA, USA)을 이용 하여 모든 통계적 계산과 분석을 수행하였다.

제조된 대조군, 두부도넛 및 NSP-두부도넛들의 수분함량 은 Table 2에 제시하였다. 대조군의 수분함량은 28.0%이었 으나, 두부도넛은 30.1%로 대조군에 비해 약 2.1% 포인트 높았다(Table 2). 이는 SPI 용액으로 카사바핑거스낵을 코 팅하여 유탕처리하였을 때, 코팅하지 않은 대조군에 비해 수분함량이 0.7-2.2% 포인트 높은 결과와 유사하다(Freitas et al., 2009). 따라서 본 연구에서 도넛 반죽에 직접 첨가 된 두부 페이스트는 SPI 코팅과 유사하게 유탕처리 시 식 품으로부터 수분의 손실을 제한할 수 있는 적절한 소재로 생각된다. 한편 NSP-두부도넛들의 수분함량은 30.3-31.5% 의 범위에 있었으나 두부도넛에 비해 단지 0.2-1.4% 포인 트 높은 수준이었다(Table 2). 많은 선행된 연구들은 보수 력이 높은 NSP를 이용하여 대상식품을 코팅한 후 유탕처 리하였을 때 코팅하지 않은 것보다 유탕처리 조건들(온도, 시간, 전처리)과 NSP 종류에 따라 상이하지만 약 3.0- 30.0% 포인트의 높은 수분함량을 보고하였다(Mallikarjunan et al., 1997; García et al., 2002; Akdeniz et al., 2006; Bajaj & Singhal, 2007; Freitas et al., 2009; Falguera et al., 2011; Yu et al., 2016). 결과적으로 본 연구에서 두부 도넛의 반죽에 NSP를 직접 첨가하는 것은 NSP를 이용하 여 코팅하는 것보다 두부도넛의 수분 유지에 있어 큰 효과 를 보이지 않는 것 같다.

제조된 대조군, 두부도넛, 및 NSP-두부도넛들의 총 지질 함량과 대조군의 총 지질함량을 기준으로 계산한 흡유저감 율을 Table 2에 제시하였다. 도넛의 건조중량 기준으로 대 조군의 총 지질함량은 44.1%이었고, 두부도넛은 39.3%로 10.8%의 흡유저감율을 나타내었다(Table 2). Freitas et al. (2009)는 9.0-13.0% 농도의 SPI 용액으로 코팅하여 유탕처 리한 카사바핑거스낵들은 대조군에 비해 21.7-26.5%의 흡 유저감율을 나타내었다고 보고하였다. 이와 같은 문헌상 연구결과와의 차이는 SPI 코팅용액이 유탕처리 대상식품의 표면에서 직접적으로 수분의 이동을 제한하며 흡유를 지연 또는 억제하는 역할(Mellema, 2003)을 할 수 있는 반면에 본 연구에서는 도넛반죽에 두부 페이스트가 포함되어 있기 때문에 SPI 코팅과 같은 직접적인 흡유 억제 효과를 기대 하기 어렵기 때문인 것 같다.

NSP-두부도넛들의 총 지질함량은 27.2-38.3%의 범위를 나타내었으며, 대조군과 두부도넛에 비해 유의적으로 낮은 수준을 나타내었다(p<0.05)(Table 2). 또한 대조군에 대한 NSP-두부도넛들의 흡유저감율은 13.2-41.2%의 수준을 나 타내었고(Table 2), 모든 NSP-두부도넛들이 두부도넛보다 유의적으로 높은 수준의 흡유저감율을 나타내었다(p<0.05). NSP-두부도넛의 흡유저감율은 NaA>HMP>XAT>CN10T = LMP = ALMP λC>GG>LBG>ιC>κC>CN15U>GLG>CN40H 순서로 증가하였다. 이와 같은 결과는 도넛의 반죽 제조 시 두부 페이스트와 보수력이 높은 NSP들을 함께 첨가함으 로써 유탕처리 시 도넛반죽으로부터 수분손실이 제한되어 흡유를 억제할 수 있는 것으로 생각된다(Mellema, 2003; Falguera et al., 2011). 한편 유탕처리 시 NSP-두부도넛의 흡유가 진행되는 양상을 관찰하기 위해 도넛의 단면들을 Fig. 1에 제시하였다. 대조군의 단면을 보면 흡유된 부분과 그렇지 않은 부분이 명확히 구분되는 것을 알 수 있었으며 (Fig. 1), 유탕처리 시 기름이 대상식품의 외곽에서부터 내 부로 침투되는 보편적인 양상을 나타내었다(Mellema, 2003). 도넛들의 단면에서 관찰된 것과 같이 흡유된 층의 두께는 도넛들의 총 지질함량과 흡유저감율에 대한 양상 (Table 2)과 유사한 패턴을 보이는 것을 알 수 있었다. 또 한 흡유저감 소재들을 도넛의 반죽에 첨가하여도 이들에 의한 흡유저감 작용은 흡유저감 소재들의 용액을 이용하여 코팅하였을 때와 같이 도넛의 껍질(crust)부분에서 일어나 는 것으로 생각된다.

Fig. 1. Cross-section images of control doughnut and tofu doughnuts without and with non-starch polysaccharide (NSP) (GG, guar gum; LBG, locust bean gum; CN40H, CN15U, CN10T, hydroxymethyl cellulose (HPMC) with different levels of apparent viscosity; NaA, sodium alginate; GLG, gellan gum; XAT, xanthan gum; LMP, low-methoxyl pectin; LMAP, lowmethoxyl amidated pectin; HMP, high-methoxyl pectin; κC, kappa-carrageenan; ιC, iota-carrageenan; λC, lambdacarrageenan).

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NSP-두부도넛들은 두부도넛에 비해 높은 흡유저감율을 나타낸 것이 두부 페이스트와 NSP 사이의 상호작용을 통 한 흡유저감의 상승효과(synergistic effect)에 의한 것인지 를 조사하기 위해 NSP-두부도넛의 NSP 첨가량을 대조군 배합비에 있어 박력분의 일부로 대체하여 도넛(NSP-대조 군; Table 1)을 제조한 후 총 지질함량을 분석하여 Table 2에 제시하였다. NSP-대조군의 총 지질함량은 30.6-44.6% 의 범위에 있었으며, CN40H, LMP, ALMP, κC을 제외하 고 대조군의 총 지질함량보다 낮은 수준을 나타내었고 (Table 2), 이는 선행된 연구들에서 보고된 NSP들의 흡유 저감 효과와 정도의 차이는 있지만 유사하였다(Mellema, 2003; Akdeniz et al., 2006; Bajaj & Singhal, 2007; Freitas et al., 2009; Falguera et al., 2011; Yu et al., 2016). 그러나 주어진 NSP에 있어서 NSP-대조군의 총 지질함량 은 NSP-두부도넛보다 높은 수준을 나타내어(Table 2) 두부 페이스트와 NSP를 함께 사용하는 것이 도넛의 흡유저감에 더욱 효과적인 것으로 생각된다. 또한 NSP-대조군과 NSP- 두부도넛의 총 지질함량의 차이가 중성 NSP를 사용한 경 우 1.1-5.9% 포인트 범위에 있지만, GLG와 XAT를 제외 한 음이온성 NSP를 사용한 경우에는 6.7-15.3% 포인트 범 위를 나타내었다. 그래서 중성 NSP 보다는 음이온성 NSP 들과 두부 페이스트와 함께 사용하는 것이 도넛의 흡유저 감에 대한 상승효과가 더욱 큰 것으로 보인다. 이와 같은 결과는 음이온성 NSP들이 두부 페이스트 내의 대두단백에 부분적으로 결합되었거나 잔류하고 있는 두부 응고제로부 터 유래한 다가양이온(Mg²⁺ 및 Ca²⁺)들과 경직된 가교화된 망상구조(rigid crosslinked network)를 형성하여 도넛반죽의 외부표면을 밀봉함으로써 유탕처리 시 수분의 증발과 기름 의 침투를 방해하였기 때문으로 생각된다(Khalil, 1999; Rimac-Brnčić et al., 2004).

두부 페이스트와 NSP 첨가에 따른 도넛의 색 특성의 변 화를 조사하기 위해 제조된 도넛들의 색 특성을 측정하여 Table 3에 제시하였다. 도넛들의 명도는 대조군에 비해 두 부도넛과 NSP-두부도넛들은 유의적으로 낮은 수준을 나타 내었다(p<0.05). 두부도넛과 NSP-두부도넛들 사이에서는 유의적인 차이를 나타내는 처리군들이 존재하였지만 이들 의 명도(L) 값이 85.6-86.2의 범위로 처리군들 사이에서 미 미한 차이를 나타내었다. 제조된 도넛들의 적색도(a)는 0.1-0.4의 범위로 유의적인 차이를 보이는 처리군들도 있었 지만 그 범위가 미미하였다. 또한 대조군에 비해 두부도넛 과 NSP-두부도넛들의 황색도(b)는 유의적으로 증가하였으 나(p<0.05), 이들의 황색도 값이 18.9-20.6의 범위로 처리 군들 사이에서 미미한 차이를 나타내었다(Table 3). 제조된 도넛들의 색 특성을 고려할 때, 두부 페이스트와 NSP를 함께 첨가하는 경우 두부 페이스트 만을 첨가할 때와 모든 색 특성치들에 있어 큰 차이를 보이지 않아 NSP 첨가에 의한 두부도넛의 색 변화는 미미한 것으로 판단된다. 그럼 에도 흡유저감 소재로 두부 페이스트를 사용하는 것은 도 넛의 명도와 황색도를 유의적으로 변화시켰고(p<0.05), 이 는 두부도넛과 NSP-두부도넛 반죽들에 포함되어 있는 두 부의 유탕처리 시 갈변반응에 의한 것으로 생각된다. Baik & Mittal (2003)는 튀김두부 제조 시 유탕처리 시간이 증 가할수록 명도는 감소하고, 적색도와 황색도는 증가한다고 하였으며, 이러한 현상은 유탕처리 초기에는 마이야르 (maillard) 반응에 의해, 이후에는 카라멜화반응(caramelization) 에 의해 발생한다고 보고하였다.

화학적 팽창제를 사용하는 케이크류에 있어 비용적의 증 가는 최종제품의 수율을 증가시키고 경도를 낮춰 조직감을 부드럽게 한다(Book & Brill, 2015). 그래서 본 연구에서 제조된 도넛들의 주요한 품질지표로 비용적을 채택하여 측 정하였고, 그 결과를 Table 3에 제시하였다. 제조된 도넛들 중 비용적은 대조군(2.6 mL/g)이 가장 높았으며, 두부도넛 (2.1 mL/g)과 LBG (2.4 mL/g), CN40H (2.3 mL/g), CN15U (2.2 mL/g), NaA (2.5 mL/g), GLG (2.0 mL/g), ALMP (2.1 mL/g), κC (2.5 mL/g)을 첨가한 NSP-두부도넛들과 유의적 인 차이를 보이지 않았다(p<0.05). 그러나 GG (1.5 mL/g), CN10T (1.6 mL/g), XAT (1.6 mL/g), LMP (1.8 mL/g), HMP (1.8 mL/g), ιC (1.8 mL/g), λC (1.6 mL/g)을 첨가한 NSP-두 부도넛들은 대조군에 비해 유의적으로 낮은 수준을 나타내 었다(p<0.05). 통계학적 유의성이 존재하지 않더라도 두부 도넛과 NSP-두부도넛들의 비용적이 대조군에 비해 낮은 현상은 두부 페이스트와 NSP의 첨가(두부 페이스트 고형 분과 NSP의 박력밀가루 대체율은 3.7%; Table 1)로 인한 글루텐의 희석작용에 의한 영향(Lee & Son, 2011a; Book & Brill, 2015)보다는 이미 충분히 수화되어 있는 두부 페 이스트 내의 단백질과 보수력이 높은 NSP (Mellema, 2003) 때문에 글루텐의 형성이 억제되었기 때문으로 생각 된다(Lee & Son, 2011b). 이상의 결과로부터 대조군의 비 용적과 유사하며 흡유저감율이 높은 도넛은 NaA (흡유저 감율 41.2%), κC (흡유저감율 29.0%)나 LBG (흡유저감율 26.4%)을 두부 페이스트와 함께 첨가하여 제조될 수 있을 것으로 생각된다.