서 론
심장질환, 뇌질환, 비만을 포함한 대사증후군 등은 성인 에게 나타나는 만성질환이었으나 근래에는 청소년 층에도 나타나고 있어 전세계적으로 큰 문제가 되고 있다(Hsieh et al., 2021). 이러한 만성질환과 관련하여 다양한 연구들 이 진행되고 있는데 이 중 프로바이오틱스에 관한 연구도 활발히 이루어지고 있다. 프로바이오틱스는 사람의 장내에 서 건강에 이로운 효과를 나타내는 미생물로 장 뿐만 아니 라 피부, 호흡기계, 점액 조직 등에서도 발견된다(Sender et al., 2016). 프로바이오틱스의 생존 균수는 사람의 생활 습관과 비만, 천식, 피부질환, 알레르기 질환, 염증 등 다양 한 건강 상태에 의해 영향을 받는다(Lin et al., 2020). 프 로바이오틱스에 속하는 대표적인 미생물은 유산균으로 Lactobacillus, Bifidobacterium 등이 대표적이다(Seo et al., 2010). 프로바이오틱스는 항균활성, 면역 증진 효과, 장운 동 촉진 효과 등을 바탕으로 다양한 질환에 대해 예방 및 치료 효과를 가지는 것으로 알려져 있다(Tang & Lu, 2019). 당뇨병을 유발시킨 SD 쥐에 Lactobaccilus를 포함한 다양한 프로바이오틱스를 8주 동안 하루에 한 번 섭취시켰 을 때 그렇지 않은 쥐에 비해 인슐린 농도와 인슐린 저항 성에서 유의적인 효과를 나타내었다(Hsieh et al., 2021). 또한 Lactobacillus rhamnosu, Bifidobacterium lactis 등과 같은 종류를 포함한 프로바이오틱스의 섭취가 쥐에서 뼈 손실과 염증 반응을 줄여 골다공증에 대해 이로운 효과가 있음이 보고되었다(Jia et al., 2021). 장 내에 프로바이오틱 스의 종류와 생균수는 인간의 인지 능력에도 영향을 미친 다고 보고되어져 있다(Eastwood et al., 2021). 이러한 프로 바이오틱스의 생존과 번식을 위해 프리바이오틱스의 공급 도 중요하며 장내 프로바이오틱스에 의해 이용되기 위해서 는 위산의 낮은 pH, 소장 효소들의 가수분해과정으로 일어 나는 소화작용 및 흡수과정에 대해 저항성을 가지고 있어 야 한다(Cunningham et al., 2021). 수용성 식이섬유인 이 눌린, 프럭토올리고당, 갈락토올리고당, 이소말토올리고당 등이 대표적인 프리바이오틱스이며(Cunningham et al., 2021) 최근에는 모유에서 분리된 올리고당도 프리바이오틱 스로 보고되어져 있다(Chen, 2018).
전통적으로 프로바이오틱스의 공급원으로는 치즈, 요구르 트 등의 유제품이 주류를 이루었는데 최근에는 프로바이오 틱스와 프리바이오틱스의 효과적인 공급을 위해 유제품 뿐 만 아니라 사탕류, 제빵류, 음료 등의 다양한 형태의 제품 이 개발되고 있다. 메주에서 분리한 Lactobicillus를 첨가하 여 제조한 사과 발효 음료(Heo et al., 2016), 김치에서 분 리한 유산균을 첨가한 단호박 발효음료(Roh & Kim, 2009) 등이 보고되었다. 본 연구에서는 푸딩이 청소년층, 노년층이 선호하는 프로바이오틱스를 공급하는 제품의 형 태로 프로바이오틱스의 생존율을 높이기 위한 방편으로 쌀 가루나 이눌린이 첨가되었다. 따라서 프로바이오틱스와 프 리바이오틱스를 동시에 공급하기 위하여 대표적인 프로바 이오틱스인 Lacobacillus acidophilus (LA-5)를 이용하여 청 소년층이 선호하고 고령자들도 쉽게 섭취가 가능한 제품인 푸딩을 이용하여 프로바이오틱스의 생존율을 향상시키고자 하였다. 프리바이오틱스로 작용하는 이눌린을 첨가한 제품 과 쌀가루를 첨가한 제품을 제조하여 프로바이오틱스의 생 존율을 비교하고 우유를 소재로 한 푸딩과 더불어 두유 제 품을 개발하여 푸딩의 다양성을 확장하고자 하였으며 다양 한 재료를 첨가하여 프로바이오틱스의 생존을 촉진하고 청 소년층이 선호하고 고령자들도 쉽게 섭취가 가능한 푸딩의 제품개발을 통해 비만, 당뇨 등 다양한 만성질환 예방에 이바지할 수 있을 것으로 기대된다.
재료 및 방법
푸딩의 재료인 우유, 설탕, 쌀가루, 프럭토올리고당, 젤라 틴, 대두 등은 시판품을 구입하여 사용하였고 이눌린(inulin), 비타민 C, 프로바이오틱스 Lactobacillus acidophilus (LA- 5)는 각각 NOW FOODS (Bloomingdale, IL, USA), SERIMFOOD (Bucheon, Korea), Chr Hansen (Hoersholm, Denmark)에 서 구입하여 사용하였다.
푸딩은 우유 또는 우유와 두유 혼합물을 기본으로 하여 설탕, 젤라틴을 첨가하고 추가재료로 이눌린 또는 쌀가루를 첨가하여 YM, DM, YMI, YMR, YMSI, YMSR, YMSIR, DMSIR, 8가지의 푸딩을 제조하였다(Table 1). 각 푸딩의 재료배합비는 Table 2와 같다. 프로바이오틱스인 LA-5의 첨가는 LA-5를 푸딩 재료에 직접 첨가하는 방법(Direct inoculation, Fig. 1)과 LA-5를 첨가하여 발효한 요구르트를 넣어 제조하는 방법(Yogurt inoculation, Fig. 2)으로 구분하 여 푸딩을 제조하였다.
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푸딩은 4주 동안 4±1°C에서 냉장보관하면서 1주 간격으 로 pH와 산도를 측정하였다. 푸딩의 pH는 pH meter (S20 SevenEasyTM pH meter, Mettler Toledo Inc., Columbus, OH, USA)로 측정하였으며, 적정산도는 Jeon et al. (2005) 의 방법에 따라 측정하였다. 각 기간마다 푸딩 10 g을 100 mL 메스플라스크에 증류수와 함께 정용한 후 20 mL 를 취하였다. 지시약으로 1% 페놀프탈레인 2~3방울을 넣 고 0.1 N NaOH로 적정하여 색의 변화가 일어나는 즉시 적정에 소비된 0.1 N NaOH의 부피(mL)를 측정하였다. 적 정산도는 다음의 계산식을 이용하여 젖산에 대한 양으로 환산하여 산출하였다.
푸딩의 텍스처는 pH 및 산도와 마찬가지로 4주 동안 4 ±1°C에서 냉장보관하면서 1주 간격으로 측정하였다. 푸딩 의 질감인 경도, 씹힘성, 검성은 TA-XT2 texture analyzer (TMS-Pro, Food Technology Co., Rockville, MD, USA)로 측정하였다. 질감 측정의 조건은 force in compression 모 드를 사용하였고 load cell value 25 N, trigger type은 auto 0.1 N이었다. 푸딩은 직경 5 cm, 높이 2 cm의 크기의 용기 에 담아 Flat cylindrical probe (25 mm diameter)를 사용하 여 측정하였다.
푸딩의 냉장 저장 중 LA-5 생존율은 푸딩 내에 유산균 수를 계측하여 나타내었다. 4주 동안 4±1°C에서 저장하면 서 1주일마다 채취한 시료 10 g을 멸균 펩톤수 90 mL에 넣어 균질화한 후 십진 희석법으로 희석하여 희석배수별로 petri dish에 분주하였다. 유산균 배지(MRS agar, Oxoid Ltd., Basingstoke, Hampshire, England)에서 표준 평판법으 로 37±1°C에서 48시간 배양한 후에 colony수를 계측하여 colony forming unit (CFU)/mL로 유산균 수를 표시하였다 (Yang et al., 2012). 균수의 계측은 30-300 colony가 나타 나는 평판을 선택하였다.
결과 및 고찰
푸딩은 대표적인 디저트로 일반적으로 우유, 설탕, 달걀 등을 섞어 제조하는 반고체 상태의 겔 제품이다. 겔상 제 품은 부드러운 텍스처를 가져 소화흡수가 쉽고 어린이와 노약자에게도 접근하기 쉬운 식품으로 다양한 계층에서 이 용되고 있다(Ko & Lee 2014). 본 연구에서는 우유 또는 우유와 두유의 혼합물을 기본으로 이눌린, 쌀가루를 각각 단독으로 또는 혼합물로 첨가하고 프로바이오틱스인 LA-5 를 직접 접종 또는 요구르트 접종을 통해 다양한 푸딩을 제조하였다. 이렇게 제조한 푸딩을 저장하는 동안 pH와 산 도의 변화를 Fig. 3와 Fig. 4에 각각 나타내었다. 프로바이 오틱스인 LA-5를 직접 접종한 푸딩이 요구르트 접종을 통 해 제조된 푸딩에 비해 제조 당일과 저장 기간 동안 pH가 모두 높게 나타났다(Fig. 3). 요구르트 접종으로 제조한 푸 딩에서는 우유만으로 제조한 제품(YM)이 우유와 두유를 혼합한 제품(YMS)에 비해 유의적으로 낮은 pH를 나타내 었으며 저장 4주에는 YMSI와 YMSR이 다른 요구르트 접 종 푸딩에 비해 유의적으로 높은 값을 나타내어 두유의 첨 가로 인해 pH의 감소 속도를 늦춘다는 것을 알 수 있었다. 산도는 pH와 반대의 경향으로 나타났는데 pH 결과와 부 합되는 경향으로 저장 기간이 길어짐에 따라 pH는 감소하 였고 산도는 증가하였다(Fig. 4). 직접 접종 방법으로 제조 한 푸딩의 산도가 요구르트 접종 푸딩에 비해 전 기간에서 유의적으로 낮은 값이 나타났으며 4주차에는 pH에서 가장 낮은 값을 나타낸 YMI가 가장 높은 산도를 나타내었다. YMR이 YM에 비해 제조 당일 pH가 낮게 나타나 쌀가루 의 첨가가 pH를 낮추는 것으로 나타났는데 이러한 결과는 올벼쌀의 첨가량이 증가할수록 푸딩의 pH가 낮아지는 결 과와 일치한다(Rhee & Sim, 2018).
본 연구에서 직접 접종에 의해 제조된 DM (pH 6.22)과 DMSIR (pH 5.59) 푸딩보다 요구르트 접종 푸딩의 pH가 낮은데 푸딩 제조에 사용된 요구르트의 pH가 5.1±0.05로 푸딩의 pH를 낮추고 산도를 높여 요구르트 접종 푸딩이 직접 접종 푸딩보다 pH가 낮게 나타난 것으로 보인다. pH 는 푸딩의 젤 형성에 중요한 영향을 미친다. 푸딩의 젤 형 성을 결정하는 젤라틴은 등전점이 pH 4.8-5.2인 양친매성 단백질로 pH 5에서 최대의 젤 형성능을 나타낸다(Mo et al., 2007). 따라서 pH에 따라 푸딩의 젤 형성능이 달라지 며 LA-5 직접 접종으로 제조된 DM과 DMSIR은 젤 형성 능이 낮을 것으로 보인다.
우유와 두유를 기본재료로 하여 이눌린, 쌀가루 등을 첨 가하고 LA-5를 접종하여 제조한 푸딩의 경도(Hardness), 씹힘성(Chewiness)과 검성(Gumminess)을 Table 3, 4와 5에 각각 나타내었다. 우유를 재료로 요구르트 접종과 직접 접 종을 한 푸딩의 경우 제조 당일부터 저장기간 동안에도 유 의적인 차이를 보이지 않았다. 우유, 두유, 이눌린, 쌀가루 를 모두 첨가한 푸딩의 경우에는 요구르트 접종 푸딩인 YMSIR이 직접 접종 푸딩인 DMSIR보다 전 기간에서 유 의적으로 높은 경도를 나타내었는데 이는 앞에서 언급한 바와 같이 젤라틴의 젤 형성은 pH 5 부근에서 가장 잘 형 성되므로(Mo et al., 2007) pH가 높게 나타난 DMSIR의 젤 형성이 약할 것으로 예측한 바와 일치한다. 즉, 젤 형 성이 약한 DMSIR의 경도가 낮은 원인은 높은 pH로 인해 젤 형성이 약하기 때문인 것으로 생각된다. 우유 푸딩에 이눌린과 쌀가루를 첨가한 경우에는 YM에 비해 YMI, YMR 모두 유의적으로 높은 값을 나타내었고 YMR이 YMI보다 높은 경도를 나타내었다. Rhee & Sim (2018)는 전분의 겔화가 푸딩의 구조를 견고하게 할 것이라고 보고 하였는데 쌀가루를 첨가한 푸딩의 경도가 증가한 것도 이 러한 원인에 의한 것으로 생각된다. 우유와 두유 혼합물 푸딩에서는 제조 당일에는 쌀가루를 첨가한 제품의 경도가 높았고 저장기간 초기에는 이눌린을 첨가한 제품이 높았으 나 저장 후기에는 유의적인 차이가 거의 나타나지 않았다. 이눌린은 수용성 물질로 대두 단백질과 복합체를 형성할 것이라고 보고되었는데(Kip et al., 2006) 이눌린과 두유를 첨가한 푸딩에서는 이러한 복합체의 형성에 의해 우유 푸 딩보다는 경도가 증가한 것으로 보인다. 또한 이러한 결과 는 이눌린을 첨가한 대두 요구르트의 경도가 증가한 결과 (Bedani et al., 2013)와 일치하는 경향을 보인다.
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씹힙성에 대한 직접 접종과 요구르트 접종의 차이를 살 펴보면 요구르트 접종 푸딩의 경우 전체적으로 높은 씹힘 성을 나타내었다(Table 4). YM은 DM에 비해 접종 당일에 만 높은 씹힘성을 나타내고 저장기간 동안에는 유의적인 차이가 거의 없었으나 YMSIR은 전 기간 동안 DMSIR보 다 높은 씹힘성을 나타내었고 이러한 경향은 경도의 결과 와 유사하였다. 우유 푸딩 YM과 비교하여 이눌린을 첨가 한 YMI는 제조 당일에만 높은 씹힘성을 나타내고 저장기 간에는 유의적인 차이를 거의 나타내지 않았다. 쌀가루의 경우 YMR이 YM보다 전 기간에서 유의적으로 높게 나타 나 경도와 유사한 경향을 나타냈다. 우유 푸딩에 이눌린과 쌀가루를 첨가한 경우 YMR이 YMI보다 유의적으로 높은 값을 나타내어 쌀가루의 첨가가 씹힘성을 증가시킨다는 것 을 알 수 있었으나 우유와 두유 혼합물 푸딩의 경우 YMSI 가 YMSR보다 처음에는 높게 나타났으나 저장기간이 증 가할수록 유의적인 차이는 거의 나타나지 않았다. 이러한 경향 또한 경도와 유사한 결과인데 Chung & Lee (1994) 는 생선을 첨가한 젤의 씹힘성과 경도가 모두 젤과 음의 상관관계를 가진다고 보고하여 씹힘성과 경도가 서로 같 은 경향을 나타내는 본 연구결과와 일치한다는 것을 알 수 있었다.
푸딩의 검성도 씹힙성과 유사한 경향을 나타내었다 (Table 5). 요구르트 접종 푸딩인 YM이 DM보다 제조 당 일에는 검성이 유의적으로 높게 나타났으나 저장기간 동안 에는 유의적인 차이가 거의 없었고 요구르트 접종 푸딩인 YMSIR은 전 기간 동안 DMSIR보다 높은 검성을 나타내 었다. YMR이 YM, YMI보다 검성이 유의적으로 높게 나 타나 우유 푸딩에서는 쌀가루의 첨가가 검성을 증가시키는 결과가 나타났으나 우유와 두유 혼합물 푸딩에서는 YMSI 가 YMSR보다 처음에는 높은 검성을 나타내었지만 저장기 간이 증가할수록 유의적인 차이가 거의 나타나지 않아 쌀 가루나 이눌린 첨가에 따른 검성의 차이는 나타나지 않았 다. 하지만 우유와 두유 혼합물 푸딩에서 YMSIR이 YMSI, YMSR보다 유의적으로 높은 검성을 나타내어 이눌린과 쌀 가루의 첨가가 검성을 증가시킨 결과는 대두 요구르트에 이눌린을 첨가한 경우에 검성이 유의적으로 증가했다는 보 고(Bedani et al., 2013)와도 약간은 일치하는 결과이다.
프로바이오틱스 균주를 포함하는 식품은 요구르트나 치 즈와 같은 유가공품이 대부분인데 치즈는 경도가 높고 제 조 과정에서 유청 단백질 많이 배출되어 균의 보존이 어렵 고(Buriti et al., 2005) 요구르트는 저장 기간이 길어질수록 pH가 낮아져 오히려 프로바이오틱스를 감소시킬 수 있다. 그러나 Irkin & Guldas (2011)가 카카오를 첨가한 푸딩에 서 저장 25일까지 프로바이오틱스가 106 CFU/g 이상 생존 하였다는 결과를 확인한 바와 같이 푸딩의 경우 요구르트 나 치즈에 비해 온도에 민감하지 않아 저장이 용이하고 혼합된 원료들이 보호 작용을 하는 효과가 있어 프로바이 오틱스를 공급할 수 있는 좋은 식품 매개체의 하나로 간 주된다.
우유와 두유를 기본재료로 하여 이눌린, 쌀가루 등을 첨 가하고 LA-5를 접종하여 제조한 푸딩의 프로바이오틱스 LA-5의 생존율을 Table 6에 나타내었다. 요구르트 접종 YM과 직접 접종한 DM은 저장 1주까지는 생존율에서 유 의적인 차이를 보이지 않았으나 2주부터는 YM에서 유의 적으로 높은 생존율을 나타내었다. YMSIR과 DMSIR도 저장 1주까지는 유의적인 차이가 없었으나 저장 2주 후부 터는 DMSIR의 생존율이 유의적으로 높게 나타나 쌀가루 나 이눌린과 같은 프리바이오틱스의 존재 시와 부존 시 프 로바이오틱스의 생존율이 다른 양상으로 나타났다. 이눌린 은 발효와 저장 기간 동안 유산균에 대한 보호 작용을 하 는 것으로 알려져 있지만(Donkor et al., 2007) 푸딩에서는 직접 접종하였을 때 LA-5의 생존율이 더 높은 것으로 나타 나 요구르트 제조 시에 이눌린이 분해되어 푸딩으로 제조 된 후에는 보호 효과가 감소하는 것으로 생각된다. 프리바 이오틱스로 잘 알려진 이눌린과 비교 시 우유 푸딩에서 쌀 가루를 첨가한 YMR이 YMI보다, 우유와 두유 혼합물 푸딩 에서 YMSR이 YMSI보다 프로바이오틱스가 유의적으로 높 은 생존율을 보여 쌀가루가 이눌린보다 LA-5의 생존율을 높이는 효과가 큰 것으로 나타났으며 두유의 첨가가 오히 려 생존율을 저하시키는 것으로 나타났다. Lactobacillus는 대두 요구르트에서 생존할 수 있다고 보고되어(Farnworth, 2007) 있어 두유를 첨가한 푸딩에서 프로바이오틱스의 생 존율이 감소한 본 연구와는 상반되는 결과로 나타났다. 하 지만 곡류인 귀리, 메밀, 쌀, 보리 등이 요구르트에서 프로 바이오틱스의 생존율을 높일 수 있다는 연구 보고도 있어 (Bakr, 2015) 쌀가루를 첨가한 푸딩에서 LA-5의 생존 효 과를 높인 본 연구의 결과와 요구르트 제조 시 쌀을 첨가 한 경우에 유산균의 수가 증가하였다는 연구 보고(Bakr, 2015)와는 일치하였다. 다만 인체에 적용하는 프리바이오틱 스의 경우 소화효소에 의해 분해되는 과정을 거쳐야 하므 로(Cunningham et al., 2021) 쌀가루는 소화 과정에서 분해 될 것이므로 인체 적용에서는 이러한 효과를 기대하기 어 려울 것이긴 하지만 쌀가루, 올리고당 등을 첨가하여 프로 바이오틱스와 프리바이오틱스를 적절하게 혼합한 형태로 제조한 제품의 경우 저장하는 동안 프로바이오틱스의 생존 율 향상을 이끌어 프로바이오틱스가 장에 도달하게 되면 장 기능의 정상화로 인한 과민성 장 질환 및 변비 개선 등의 유익한 효과가 있을 것으로 기대된다(Rhyou, 2017). 따라서 인체에 유익한 균에 해당하는 프로바이오틱스를 투 여하여 장내 미생물의 불균형을 개선하고 장내 미생물에 긍적적인 변화를 유도하고자 하는 것이 프로바이오틱스 제 품을 이용하고자 하는 근거라고 할 수 있다.
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요약 및 결론
본 연구에서는 프로바이오틱스 매개체로 푸딩을 제조하 기 위해 우유 또는 우유와 두유의 혼합물을 기본으로 이눌 린과 쌀가루를 단독 또는 혼합물로 첨가하였다. 프로바이 오틱스인 LA-5를 푸딩에 직접 접종하는 방법과 요구르트 에 접종 후 푸딩에 첨가하는 두 가지 방법을 통해 푸딩을 제조하였다. 푸딩의 pH는 직접 접종 푸딩이 요구르트 접종 푸딩에 비해 저장 기간 동안 유의적으로 모두 높게 나타났 고 산도는 pH와 반대의 경향으로 나타났는데 pH 결과와 부합되는 경향으로 저장 기간이 길어짐에 따라 pH는 감소 하였고 산도는 증가하였다. 견고성, 씹힘성, 검성은 요구르 트 접종 푸딩인 YMSIR이 직접 접종 푸딩인 DMSIR보다 유의적으로 높은 값을 나타내었다. 우유 푸딩의 경우 쌀가 루를 첨가한 YMR이 YM에 비해 모든 텍스처에서 유의적 으로 높게 나타났다. 하지만 우유와 두유 혼합물에서는 YMSI와 YMSR이 처음에는 차이가 있었으나 저장기간이 증가할수록 유의적인 차이는 거의 나타나지 않았다. 프로 바이오틱스 LA-5의 생존율은 YMSIR보다 DMSIR의 생존 율이 유의적으로 높게 나타나 쌀가루나 이눌린과 같은 프 리바이오틱스가 첨가되었을 때에는 직접 접종된 LA-5의 생존율이 높아지는 것을 알 수 있었다. 우유 또는 우유와 두유 혼합물에 관계없이 쌀가루를 첨가한 푸딩이 이눌린을 첨가한 푸딩에 비해 LA-5의 생존율을 상승시키는 효과가 있는 것으로 나타났다. 결과적으로 이눌린, 쌀가루와 같은 프리바이오틱스 기능을 가진 식품성분과 함께 제조된 푸딩 은 프로바이오틱스를 매개하는 식품으로서 가치가 있다고 판단되며 푸딩의 검성, 씹힘성 등의 증가와 함께 프로바이 오틱스의 생존율도 증가시켜 유익한 효과가 있는 제품으로 서의 가능성을 제시할 수 있을 것으로 기대된다.
